WO1991014575A1 - Liquid injection recording head - Google Patents

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WO1991014575A1 PCT/JP1991/000400 JP9100400W WO9114575A1 WO 1991014575 A1 WO1991014575 A1 WO 1991014575A1 JP 9100400 W JP9100400 W JP 9100400W WO 9114575 A1 WO9114575 A1 WO 9114575A1
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recording head
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liquid jet
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Keiichi Murakami
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Canon Kabushiki Kaisha
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    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/03—Specific materials used

Definitions

  • the present invention relates to a liquid jet recording head for discharging a recording liquid and recording an image such as a character using the discharged liquid.
  • the present invention also relates to a liquid jet recording head substrate used for forming the above-mentioned head. Further, the present invention relates to a liquid jet recording apparatus having the head.
  • Liquid jet recording method (hereinafter also referred to as “ink-jet recording method”): Various methods have been proposed in the past. Among such proposals, for example, the liquid jet recording method described in U.S. Pat. No. 4,723,129 or U.S. Pat. Recently, it has attracted attention as a representative. In short, in this method, a recording liquid (hereinafter, also referred to as “ink”) is discharged using thermal energy, and recording is performed using the discharged liquid.
  • a recording liquid hereinafter, also referred to as “ink”
  • Such a liquid jet recording method enables high-density, high-precision recording and high-quality recording at a high speed, and also compares the compactness of a head device. It has the advantage of being easily achieved.
  • FIGS. 1 (a) and 1 (b) show an example of a liquid jet recording head substrate used for forming such a liquid jet recording head.
  • FIG. 1 (a) is a schematic plan view of a main part of an example of a substrate for a liquid jet recording head (partly shown in perspective for the sake of explanation), and FIG. FIG. 1 (a) is a schematic cross-sectional view of FIG. 1 (a) cut along a portion indicated by a one-point line XY.
  • the substrate for liquid jet recording head 101 has a lower layer 106, a heating resistor layer 107, a pair on a support 105. Electrode layer 103, 104, the first upper protective layer 108, the second upper protective layer 109, and the third upper protective layer 110 are sequentially laminated. I have. The portion of the heating resistance layer 107 between the electrodes 103 and 104 serves as a heat generating part 111. For more information about each of these components,
  • the material used to form the upper protective layer of such a liquid jet recording substrate 101 is suitable for the required properties such as heat resistance, liquid resistance, ripening conductivity and heat resistance. Are appropriately selected.
  • the primary role of the first ⁇ upper protective layer 108 is to maintain the properties between the electrode 103 and the electrode 104.
  • the primary role of the second upper protective layer is to enhance liquid resistance and mechanical strength.
  • the main role of the third upper protective layer is to prevent liquid permeation and resist liquid.
  • the first upper protective layer is made of an inorganic inorganic material
  • the second upper protective layer is made of an inorganic material (particularly a metal material)
  • the third upper protective layer is made of an inorganic material. Is often formed using an organic material.
  • a liquid jet recording head having relatively high reliability is manufactured using a substrate for a node, and a liquid jet recording apparatus having the liquid jet recording head is commercially available.
  • a main object of the present invention is to solve the above-mentioned technical problems, and to provide a liquid jet recording head having excellent durability and reliability even after frequent repetitive use or long-time continuous use. It is to be.
  • Another object of the present invention is to solve the above-described technical problem and improve reliability by devising an upper protective layer of a liquid jet recording head of a type in which ink is discharged using thermal energy. Can be significantly improved Is to provide a hood for liquid jet recording.
  • Still another object of the present invention is to provide a liquid jet recording head in which a plurality of electroripening transducers for generating a heat energy used for discharging a liquid are arranged on a substrate at high density.
  • An object of the present invention is to provide a liquid jet recording head which can solve the above-mentioned technical problem with a relatively simple structure.
  • Another object of the present invention is to provide a large number of ejection ports for ejecting liquid over the entire width of a recording area of the recording member on which recording is performed.
  • the present inventor has conducted detailed investigations and studies in order to solve these problems and achieve these objects.
  • the coverage with the upper protective layer is not always good at the step portion of the electrode layer in the form of a butterfly, or the liquid ejecting recording has a defect such as a pinhole in the upper protective layer.
  • mobile ions such as sodium ion and chlorine ion contained in the recording liquid permeate into the upper protective layer, It has been found that corrosion reaches the electrothermal converter, such as an electrode, through the upper protective layer, and eventually the electrothermal converter appears to be corroded.
  • the inventor has obtained the following knowledge.
  • the electrode is provided so as to cover the support, an electrothermal converter provided on the support, a heat-generating resistor layer, and an electrode electrically connected to the heat-generating resistor layer.
  • a liquid is discharged corresponding to the heat generating portion of the electrothermal converter on a liquid jet recording head having an upper protective layer having an ion exchanger and a A liquid passage communicating with the discharge port is provided.
  • the present invention further includes a liquid jet 5 recording head substrate used for forming the head, and a liquid jet recording apparatus including the head.
  • a liquid jet 5 recording head substrate used for forming the head
  • a liquid jet recording apparatus including the head
  • reference numeral 105 denotes a metal such as silicon, glass, ceramic, or the like. It is a support formed from. On this support 105, a lower layer 106 is provided for appropriately controlling the generated thermal energy so as to achieve 'uniformity' over the entire body.
  • the lower layer 106 is formed of an insulating material such as silicon oxide.
  • a heating resistance layer i07 for generating thermal energy used for extracting a liquid On the lower layer 106, there is provided a heating resistance layer i07 for generating thermal energy used for extracting a liquid.
  • a material for forming the heat generating resistance layer 107 a material that generates desired heat when energized can be appropriately used. With such materials Specifically, tantalum nitride, nichrome, silver-palladium alloy, silicon semiconductor, or hafnium, lanthanum, zirconium, titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, niobium, Metals such as chromium and vanadium, alloys thereof, and borides thereof can be mentioned.
  • the heat generating resistive layer 107 can be formed by a gas phase reaction method such as a sputtering method, a CVD method, or a vapor deposition method.
  • a pair of electrode layers 103 and 104 for providing the electric number i to the layer 107 is provided.
  • the heating resistance layer 10 located between the pair of electrode layers 1.0 3 and 10 4 becomes a heat generating portion 11 1 that generates heat energy used for discharging the liquid.
  • a material for forming the electrode layers 103 and 104 many commonly used electrode materials can be used. Specifically, for example, metals such as A, Ag, Au, Pt, and Cu can be mentioned.
  • This electrode layer can be formed by a gas phase reaction method such as a sputtering method, a CVD method, and a vapor deposition method.
  • various upper protective layers are provided on the electroripened converter.
  • the material used to form the upper protective layer is appropriately selected according to the required properties such as heat resistance, liquid resistance, thermal conductivity, and heat resistance.
  • the main role of the first upper protective layer 108 is to keep the connection between the electrodes 103 and 104 as described above.
  • the first upper protective layer 108 is made of an inorganic inorganic material such as an inorganic oxide such as SiO 2 or an inorganic nitride such as Si 3 N 4 .
  • the first upper protective layer 108 can be formed by a gas phase reaction method such as a sputtering method, a CVD method, or a vapor deposition method, or a liquid coating method.
  • the main role of the second upper protective layer 109 is to provide reinforcement of liquid resistance and mechanical strength.
  • the second upper protective layer 109 is sticky, has relatively excellent mechanical strength, and has the first upper protective layer 109.
  • Adhesion to layer 108 for example, elements of group Ma of the periodic table such as Sc, Y, elements of group IVa such as Ti, Zr, Hf, V, b, Ta Group Va elements such as C r, M o, W etc.
  • Group W elements such as F e, C o, N i, alloys of these metals, borides. Carbides , Silicides, nitrides and the like.
  • the second upper protective layer 109 can be formed by a gas phase reaction method such as a sputtering method, a CVD method, and a vapor deposition method.
  • the third upper protective layer 110 is formed of a material having an inorganic ion exchanger and an organic material as a main component, that is, an organic material substantially containing an inorganic ion exchanger. It is formed using materials. As a base material containing an ion exchanger, an organic material is more preferable than an inorganic material. The reason is that ion mobility is higher in organic materials than in inorganic materials.
  • This third upper protective layer 110 can be formed by a liquid coating method or the like.
  • the organic materials used for the trowel include, for example, silicone resin,
  • V-based resin aromatic polyamide, addition-polymerized polyimide, polyimide, imidazole, metal chelate polymer, titanate ester, epoxy resin, phthalic acid resin , Thermosetting phenolic resin, P-vinyl phenol resin, silo resin, triazine resin, BT resin (triazine resin / bismaleimide addition polymer resin) ), Siloxane resin and its derivatives.
  • polyimidone isoquinoquinazoline (trade name: 'PIQ', manufactured by Hitachi Chemical)
  • polyimid resin (trade name: 'PYRALIN, manufactured by Dupont)
  • Photopolymer resins such as butadiene resin (trade name: 'jSR-CBR', manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd.) and photonice (trade name, manufactured by Toray Industries, Inc.) are particularly excellent high-performance resins. It is preferably used because it has high precision and fine workability.
  • the ion exchanger it is preferable to use an inorganic ion exchanger. Most of them are contained in a recording liquid and cause the above-mentioned inconvenience. This is because it is an inorganic mobile ion such as an ion or a chlorine ion. Examples of such inorganic ion exchangers include 'IXE',
  • movable ions such as a stream ion and a chlorine ion that penetrate from the liquid flowing through the liquid path of the liquid jet recording head are also ion-exchanged. It is thought to have the effect of trapping in the upper protective layer containing itself by utilizing a reaction, etc., and suppressing the movable ion from reaching the lower layer. And by this action, the corrosion of the electrothermal converter can be prevented.
  • Such ion exchangers are preferably occupied by 1 to 5 t.% In the upper protective layer where they are occupied. If the content is less than 1 wt.%, The trapping action of the movable ion will be insufficient, and the movable ion that has not been completely traversed may reach the electrothermal converter and cause corrosion. This is because. If it exceeds 5 wt.%, It will not be evenly dispersed in the base material and will be deflected, deteriorating properties such as hardness, strength and adhesion, and if the base material has photosensitivity, photosensitivity. This is because it may reduce
  • a method for producing it a method of dispersing an ion exchanger in a solution and then hardening it in a layer, or dispersing the ion exchanger in a solid by adding and solidifying the ion exchanger in a melting medium, After that, there can be mentioned a method of forming a layer using a vapor deposition method, a sputtering method, or the like.
  • the strength of the ⁇ , ion exchanger from the viewpoint of uniformity of dispersion in the layer and mass productivity. Therefore, the former manufacturing method is more preferable.
  • an upper portion made of a material having an ion exchanger is provided in the vicinity of a heat energy generating portion of a liquid jet recording head in which mature energy is used as energy used for discharging a liquid.
  • a protective layer is used, the effects of the present invention can be emphasized.
  • the liquid which is one of the causes of corrosion of the electrothermal converter, is relatively hot near the heat energy generating part, so the movable ion of the liquid ⁇ is protected at the top. This is because it is easy to permeate and diffuse into the layer, and the trapping of the mobile ion by the ion exchanger is facilitated.
  • the third upper protective layer 110 Has been described using an organic material having an ion exchanger, but the present invention is not limited to this embodiment. That is, in the present invention, at least a part of the upper protective layer provided so as to cover the electric heat exchanger is entirely made of a material containing the ion exchanger.
  • the first upper protective layer 108 may be formed with a head formed using an inorganic material containing an ion exchanger.
  • vitreous forming agent comprising a compound such as P, B, A £, As, Zn and Ti or an organic binder, for example, RnSi (0H) n; Si (0H ) 4, H n S i (0H), (R 0) n S i (0 H) 4 — n , etc.
  • a vitreous forming agent comprising a compound such as P, B, A £, As, Zn and Ti or an organic binder, for example, RnSi (0H) n; Si (0H ) 4, H n S i (0H), (R 0) n S i (0 H) 4 — n , etc.
  • a coating method such as subbing, roll coating, diving, spraying, or brush application.
  • the layer structure of the upper protective layer and the materials used to form them are not limited to the above-described embodiments. Absent.
  • the third upper protective layer 110 may be formed of an inorganic material having an ion exchanger, or the first upper protective layer 108 may be formed of an ion exchanger.
  • the present invention is also applicable to the case of using an organic material having the above.
  • only the first upper protective layer 108 formed by angling the material having the ion exchanger is provided as the upper protective layer covering the electrothermal converter. Anything is included in the present invention.
  • the first-mentioned embodiment is the most preferable in the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing a main part of an example of a liquid jet recording head formed using the liquid jet recording head substrate described above.
  • a wall 200 of a fluid path 201 is provided, and a top plate 205 is further provided thereon.
  • the liquid is supplied to the common liquid chamber 20 through a liquid supply port 206 from a liquid reservoir (not shown).
  • the liquid supplied to the common liquid chamber 20 is supplied to the liquid path 201 by a so-called capillary phenomenon, and forms a mechanism at the discharge port 202 communicating with the liquid path 201. It is kept stable.
  • Liquid is discharged from 02.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing a main part of an example of a liquid jet recording apparatus provided with the liquid jet recording head shown in FIG.
  • reference numeral 320 denotes a recording medium having a plurality of ink ejection ports facing a recording surface of a recording paper (not shown) conveyed on a platen 3224. It is a detachable head of a liquid storage unit integrated with a monolithic structure. Numeral 316 denotes a carriage for mounting the liquid rest recording head 322, and one of the drive belts 318 for transmitting the driving force of the driving motor 317. It is slidable with two guide shafts 32 9 A and 32 9 B which are connected to the section and arranged in parallel with each other. As a result, the liquid jet recording head 320 can be moved back and forth over the entire width of the recording paper.
  • Reference numeral 326 denotes a recovery device for recovering and preventing liquid ejection failure from the liquid jet recording head 320, and is a predetermined portion of the moving range of the liquid jet recording head 320, for example, a home position. It is located at a position facing the phone.
  • the recovery device 326 performs the cabin of the discharge port of the “:” nozzle 320 to the liquid ejection recording by the divided power of the motor 322 via the transmission mechanism 323.
  • an appropriate device provided in the recovery device 32 6 is provided in connection with the cabining operation of the ejection port of the liquid ejection head 320 by the cap 32 A of the recovery device 32 6, an appropriate device provided in the recovery device 32 6 is provided.
  • the liquid is sucked from the discharge port by a suction means (not shown), or the liquid is fed by an appropriate pressurizing means (not shown) provided in a liquid supply path to the liquid ejection head.
  • a suction means not shown
  • an appropriate pressurizing means not shown
  • Reference numeral 330 denotes a blade provided on the side surface of the recovery device 326 as a wiving member made of silicone rubber.
  • This blade 330 is held by a blade holding member 330A in a cantilever form, and is operated by a motor 3.22 and a transmission mechanism 3223 in the same manner as the recovery device 3226. Engagement of the liquid jet recording head '320 with the discharge port surface becomes possible.
  • the liquid jet recording head 320 may be used.
  • the blade 330 protrudes into the range of movement of the liquid jet recording head, and as the liquid jet recording head 320 moves, dew condensation and wetness adhered to the ejection port surface of the liquid jet recording head 320 Or dust, etc. Foreign substances can be removed.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing an outline of a liquid jet recording apparatus in which a head 32 is mounted on a full-line type liquid jet recording.
  • reference numeral 65 denotes a transport belt for transporting a recording member such as paper.
  • the transport belt 65 transports a recording member (not shown) as the transport roller 64 rotates.
  • the lower surface of the liquid jet recording head 32 is a discharge port surface 31 having a plurality of discharge ports corresponding to the entire width of the recording area of the member to be recorded.
  • the lower layer 106 (layer thickness) of Si 0 z is thermally oxidized on the support 105 made of a Si wafer. : 5 ⁇ m). Then, by performing the spatter-ring a H f B 2 (purity 9 9.9% or higher) as the data Ge' preparative vacuum tea Nba within one heating resistor layer on the lower portion layer 1 0 6 1 An HfBz layer (layer thickness: 1300 persons) was formed to be 0 7. What are the conditions for this spac ring? there were. Sputtering conditions
  • Base dish 1 1 0 Pa or less
  • a ⁇ layer (layer:!: 50,000 A) that becomes the electrode layers 103 and 10 was formed on the T i layer by electron beam evaporation.
  • the conditions for this electron beam deposition were as follows.
  • H f B z layer for T i layer and A £ layer, Roh due to non-O door Li Sogurafu I in the following manner, it was' turning.
  • a photo resist (trade name: 0 FPR800, manufactured by Tokyo Ohkasha Co., Ltd.) is applied in a layer (layer thickness: 1.3 m) on the layer A, and a conventional method is applied thereto. Exposure, development, and baking were performed.
  • a mixed solution of nitric acid, phosphoric acid, and nitric acid acetic acid 9% by weight, phosphoric acid 73% by weight, nitric acid 2% by weight, and the remaining 16% by weight
  • the layer A was etched.
  • Base presser 1 1 0 ' 3 Pa or less
  • H f B 2 layer by performing the putter Jung T i layer and A layer, the heating resistor layer H f B z 1 0 7, T i adhesion layer (not shown) and A electrodes Layer 1031 was formed.
  • the electrode layer 103 is used as a selection electrode, and the electrode layer 104 is used as a common electrode.
  • the Ta is used as a second upper protective layer 109 by performing sputtering with a vacuum chamber meat serving as a target of Ta (purity of 99.9% or more) as a target.
  • a layer (layer thickness: 0.3 m) was formed.
  • reactive layering of the Ta layer is performed in the vacuum chamber, and a pattern is provided so as to cover the upper part of the heat generating portion 11 ⁇ shown in FIGS. 1) and 1 (b).
  • a second upper protective layer 109 was formed.
  • the conditions for this reactive etching were as follows.
  • a photosensitive polymide (trade name: 'Photonice', manufactured by Toray Industries, Inc.) and an inorganic ion exchanger (trade name: 'Xigse') ', Manufactured by Toa Gosei Chemical Industry Co., Ltd.) was applied in a layered form (layer thickness: 3 m).
  • a photosensitive polymide (trade name: 'Photonice', manufactured by Toray Industries, Inc.) and an inorganic ion exchanger (trade name: 'Xigse') ', Manufactured by Toa Gosei Chemical Industry Co., Ltd.) was applied in a layered form (layer thickness: 3 m).
  • the conditions of exposure, development and baking after exposure and development and baking were respectively as follows.
  • a wall member 200 forming a horizontal wall between the liquid passage 201 communicating with the discharge port 202 and the common liquid chamber 204 is provided. It is formed using a photo-resist layer of a photosensitive resin layer (layer! :: 50 ⁇ m), and further formed on the layer via an epoxy-based adhesive (not shown).
  • a top plate made of stainless steel By providing a top plate made of stainless steel, a liquid jet recording head schematically shown in FIG. 2 was obtained.
  • This liquid jet head has 64 discharge ports corresponding to the above-described heat generating portions.
  • Reference numeral 206 denotes an ink supply port to the common liquid chamber 204.
  • 100 liquid jet recording heads are manufactured in all cities.
  • the formation of the inorganic material layer to be the upper protective layer 108 of the first and the photosensitive polyimide containing no inorganic ion exchanger as the material of the third upper protective layer 110 ( Product name: liquid jet recording head substrate and liquid jet device provided with the substrate in the same manner as in Example 1 except that (trade name: Photonice, manufactured by Toray Industries, Inc.) is used. Record head and Manufactured.
  • the material of the third upper protective layer 110 it is assumed that a photosensitive polyimide (trade name: PHOTONESS, manufactured by Toray Industries Co., Ltd.), which does not have an inorganic ion exchanger, is used. Except for the above, a liquid jet recording head substrate and a liquid jet recording head provided with the substrate were manufactured in the same manner as in Example I described above. — Also in this comparative example, 100 liquid jet recording heads were manufactured in total. Comparative experiment
  • Example 1 As a result, the occurrence rate of corrosion was significantly reduced on average in Example 1 as compared with the comparative example.
  • each of the 100 liquid jet recording heads obtained in Examples 1 and 2 and the comparative example was mounted on the liquid jet recording apparatus main body shown in FIG. The recording was performed by discharging the liquid. .
  • the sodium is 0.3 wt.% In the recording liquid.
  • Triethylene glycol 10 0 w t%
  • the liquid jet recording head according to Example 12 exhibited superior recording quality as compared with the comparative example. This is because the occurrence rate of corrosion of the electrothermal transducer including the electrode is reduced as described above, It is considered that the main reason is that the reliability of the liquid jet recording head according to 2 has been improved.
  • the present invention has an excellent effect in a recording head and a recording apparatus in which ink is discharged using thermal energy.
  • a liquid (ink) is ejected through the ejection opening by the growth and shrinkage of the bubble to form at least one droplet.
  • the I-motion signal is formed into a pulse shape, the growth and shrinkage of the bubbles are performed immediately and appropriately, so that the ejection of a liquid (ink) having particularly excellent responsiveness can be achieved, which is more preferable.
  • the drive signal having the pulse shape those described in U.S. Pat. Nos. 4,463,359 and 4,345,262 are suitable. ing. Further, if the conditions described in U.S. Pat. No. 4,313,124 of the invention relating to the temperature rise rate of the heat acting surface are adopted, more excellent recording can be performed. .
  • the configuration of the head includes a combination of a discharge port, a liquid path, and an electrothermal converter (a linear liquid flow path or a right-angled liquid flow path) as disclosed in the above-mentioned respective specifications.
  • U.S. Pat.No. 4,558,333 and U.S. Pat.No. 4,459,600 which disclose a configuration in which the heat acting portion is disposed in a bending region.
  • the present invention is also applicable to the configuration using It is.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 129630/1990 discloses a configuration in which a common slit is used as a discharge section of an electrothermal converter for a plurality of electrothermal converters.
  • the present invention is also effective as a configuration based on Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-138461, which discloses a configuration in which an opening for absorbing a pressure wave of thermal energy is provided in the discharge section.
  • a full-line type recording head having a length corresponding to the maximum recording medium width that can be recorded by a recording device a multi-recording head as disclosed in the above specification is used.
  • a configuration in which the length is dropped or a configuration as a single integrally formed recording head may be used.
  • the present invention can exhibit the above-described effect more effectively. it can.
  • the recording head of a replaceable tip type that can be connected to the main body of the device to enable electrical connection with the main unit and supply of ink from the main unit.
  • the present invention is also effective when a recording head of a trinoge type is provided integrally with the recording head itself.
  • recovery means for the recording head it is preferable to add recovery means for the recording head, preliminary auxiliary means, and the like provided as a configuration of the recording apparatus of the present invention since the effects of the present invention can be further stabilized. It is.
  • a recording head, a cleaning means, a pressurizing or suctioning means, an electrothermal converter or another heating element or a heating means for the recording head It is also effective to perform a pre-heating mode and a pre-ejection mode in which ejection is performed separately from recording by performing a pre-heating mode using these combinations to perform stable recording.
  • the recording mode of the recording apparatus is not limited to the recording mode of only the mainstream color such as black, and the recording head may be formed integrally or by a combination of a plurality of recording heads.
  • the present invention is also extremely effective for an apparatus provided with at least one of a multi-color or a full-color mixed color.
  • the description is made using a liquid ink.
  • the ink is a solid at room temperature, the ink is in a softened state at room temperature. Can be used.
  • the ink itself is temperature-adjusted within a range of 30 to 70 ° C by controlling the temperature of the ink so that the viscosity of the ink is in a stable discharge range. Since the ink is generally used, it is only necessary that the ink be in a liquid state when the signal for use is given. In addition, the temperature rise due to aggressive energy can be prevented by using it as an energy to change the state of the ink from the solid state to the liquid state, or the ink can be left standing for the purpose of preventing the ink from evaporating.
  • the ink is liquefied by application of heat energy according to the recording signal and is discharged as an ink liquid, or when the ink reaches the recording medium.
  • the use of an ink having the property of being liquefied only by thermal energy, such as one that has already begun to solidify, is also applicable to the present invention.
  • the ink may be provided by a porous sheet recess or recess as described in JP-A-54-56847 or JP-A-60-71260.
  • a configuration may be adopted in which the liquid crystal is held in the through-hole as a liquid or a solid and faces the electrothermal converter.
  • the most effective one for each of the above-mentioned inks is to execute the above-described film boiling method.
  • FIG. 1 (a) is a schematic plan view of a main part of an example of a liquid jet recording head substrate, and FIG. 1 (W is indicated by a dashed line X-Y in FIG. 1 (a).
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view cut at a corner.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing a main part of an example of a liquid jet recording head formed using the liquid jet recording head substrate described above.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing a main part of an example of a liquid jet recording apparatus provided with the liquid jet recording head shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view schematically showing a liquid jet recording apparatus equipped with a full-line type liquid jet recording head.

Description

明 細
液体噴射記録へ ド
発明の分野
'本発明は、 記録用液体を吐出し、 吐出された液体により文字等の 画像の記録を う液体噴射記録へッ ドに関する。 また本発明は、 前 記へッ ドを形成するために用いられる液体噴射記録へッ ド用基体に 関する。 更に本発明は、 前記へッ ドを具備する液体噴射記録装置に
I关】 '3 '3。 発明の背景 .
液体噴射記錄方式 （以下、 — イ ンク ·ジュ ッ ト記録方式」 と も称す - る） について：よ、 過去に種々 の方式が提案されている。 そう した提 案の内で、 例えば米国 許第 4 , 7 2 3 , 1 2 9号明細書や米国特許第 4 , 7 4 0 , 7 9 6号明細書等に記載された液体噴射記録方式は、 代表 的なものと して最近注目を集めている。 この方式は、 端的に言えば 熱エネルギ一を利用して記録用液体 （以下、 「イ ンク 」 とも称する） を吐出し、 吐出された液体により記録を行う も のである。 そ してこ う した液体噴射記録方式は、 高密度 して高精綰であり且つ高画質 の記録を高速で行う こ とを可能にし、 更にはへッ ドゃ装置のコ ンパ ク ト化を比較的容易に達成しやすいなどの利点を有している。
こ の熱エネルギ—を利用する液体噴射記録方式が適用されるへッ ドと しては、 液体を吐出するための吐出口と、 該吐出口に連通し、 該吐出口から液体を吐出するために利用される熱エネルギ一が液体 に作用する部分である熱作用部を構成の一部と して有する液路と、 該液路に対応して設けられ、 液体を吐出するために利用される熱ェ ネルギーを発生する手段である電気熱変換体と、 を具備する ものが 代表的である。 そして、 この電気熱変換体は一般的に、 一対の電極 と、 この一対の電極に接続されて設けられ、 一対の電極の間に発熱 する領域 （熱発生部） が形成される発熟抵抗層と、 を有する。 こ の 電気熱変換体の上には、 通常、 記録用液体から電気熱変換体を保護 するための上部保護層が設けられる。 この様な液体噴射記錄へ .ン ド を形成するために用いられる液.体噴射記録へッ ド用基体の一例を、 第 1 (a)図及び第 1 (b)図に示す。
第 1 (a)図は、 液体噴射記錄へツ ド用基体の一例の主要部の模式的 平面図 （説明のために、 一部透視図にしてある） であり、 第 1 (b)図 は、 第 1 (a)図について一点鎮線 X - Yで示す部分で切断した模式的 断面図である。
第 1 (a)図及び第 1 (b)図において、 液体噴射記録へ つ ド用基体 1 0 1 は、 支持体 1 0 5上に、 下部層 1 0 6、 発熱抵抗層 1 0 7 、 一対の電極層 1 0 ·3 , 1 0 4、 第 1 の上部保護層 1 0 8、 第 2 の上 部保護層 1 0 9、 第 3 の上部保護層 1 1 0を順次積層して形成され ている。 発熱抵抗層 1 0 7 の、 電極 1 0 3 と 1 0 4 との間の部分が、 熱発生部 1 1 1 となる。 これらの各構成要素については、 後程詳 it
3 。
この様な液体噴射記録 ッ ド用基体 1 0 1 の上部保護層を形成す るために使用される材料 、 要求される耐熱性、 耐液性、 熟伝導性 及び铯緣性等の特性に応 て夫々適宜選択される。 第 1 ø上部保護 層 1 0 8 の主たる役割は、 電極 1 0 3 と電極 1 0 4 との間の铯緣性 を保つこ とである。 第 2 の上部保護層の主たる役割は、 耐液性と機 械的強度の補強である。 第 3 の上部保護層の主たる役割は、 液浸透 防止性と耐液作用である。 そしてこの様に夫々要求される特性に応 じて、 第 1 の上部保護層は無機铯緣性材料を、 第 2の上部保護層は 無機材料 （特に金属材料） を、 第 3 の上部保護層は有機材料を用い て形成することが多い。
この様な液体噴射記録へ "ノ ド用基体を用いて比較的高い信頼性を 備えた液体噴射記録へッ ドが製造されており、 この液体噴射記録へ ドを具備する液体噴射記録装置が商品化されている。
しかし、 液体噴射記録装置については、 記録速度を一層向上せし める と共に記録'画像の画質を一層向上せしめる こ とが社会的要求と して存在する。 こ う した社会的要求を満足する こ とができる理想的 な液体噴射記録へッ ドの一つは、 基本的には液休の吐出口を-き得 る限り多数高密度に備えていて、 しかも長時間の使用に十分耐える ものと言う ことができる。
ところが、 この様な液体噴射記錄ヘ ッ ドを提供するに当たり、 .次 に述べる様な事項が、 解決を要する課題と して顕現してきた。 即ち . 吐出口が高密度に多数配設された液体噴射記録へツ ドを、 頻繁に 返して使用したり長時間連続して使用したりする と、 電極などの電 気熱変換休が記録用液体によって徐々に腐食される こ とがある とい う課題である。
この課題は、 吐出口の数が比較的少な く それらの配設密度がさ ほ ど高く ないへッ ドの場合には、 さほど問題視され く てそれなり に 妥協できる ところではあった （問題の癸生し得る箇所がさほど多 く な く 、 発生しやすさ も さほど高 く なかっ たためであろう と想像す る） が、 吐出口が多数、 高密度 配されるに従って軽視し難いもの となってきた。 とりわけ、 記録がなされる被記錄部材 Ο記錄領域の 全幅にわたつ.て多数、 高密度に吐出口が設けられ、 該多数の吐出口 に対応して、 電気変換体が多数、 高密度に基体に配された所謂フ ル ラ イ ン型の液体噴射記録へッ ドにおいては、 このこ とは顕著な技術 課題となる。 発明の要約
本発明の主たる目的は、 前述した技術課題を解决する こ とであり 頻繁なる缲返し使用や長時間の連続使用を行っても、 耐久性、 信頼 性に優れた液体噴射記錄へッ ドを提供する こ とである。
本発明の他の目的は、 熱エネルギーを利用 してィ ンクを吐出する 方式の液体噴射記録へッ ドの上部保護層に工夫を施すこ とにより 、 前述した技術課題を解決し、 信頼性を格段に向上させるこ とができ る液体噴射記録へフ ドを提供することである。
本発明の更に他の目的は、 液体を吐出するための利用される熱ェ %ルギ一を発生する電気熟変換体が複数、 高密度に基体に配された 液体噴射記録へッ ドにおいて顕現しがちな前述の技術課題を、 比^ 的簡易な構造上の工夫をもつて解決することができる液体噴射記録 ヘッ ドを提供することである。
本発明の別の目的は、 液体を吐出する吐出口が、 記録がなされる 該記録部材.の記録領域の全幅にわたつて多数、 高密度に設けられ、 該多数の吐出口に対応して、 電気熱変換体が多数、 高密度に基体に 配されたフルラィ ン型の液体噴射記録へッ ドにおいて一層顕現しが ちな前述 0技術課題を、 比較的簡易な構造上の工夫をもって解決す ることができる液体噴射記録へッ ドを提供することである。
本発明の更に別の目的は、 前記へッ ドを形成するために用いられ る液体噴射記錄へッ ド用基体及び前記へッ ド具備する液体噴射記録 装置を提供するこ とである。
本発明者は、 前述した課題を解決してこれらの目的を達成すベ く、 詳細なる調査検討を行った。 その結果、 バタ一ン状の電極層の 段差部分において上部保護層による被覆性が必ずしも良好'でなかつ たり、 或いは上部保護層にピンホ一ルなどの欠陥が生じている液体 噴射記録へ .； ドが中にはあり、 それを長時間連続して使用したりす ると、 記録用液体に含有されるナ ト リ ウムイ オン、 塩素イ オ ン等の 可動ィォンが上部保護層中に浸透し、 更に上部保護層を通して電極 などの電気熱変換体に到達して、 遂には電気熱変換体に腐食が発生 するらしいこ.とが判明してきた。 本発明者は、 この点に基づいて更 に鋭意研究した結果、 次の様な知見を得るに至った。 即ち、 電気熱 変換体を覆う上部保護層中にィォン交換体を舍有させることで、 液 休噴射記録へッ ドに対してイ オ ン交換反応を有効に適用でき、 その 結果、 液体中のナ ト リ ウ イ オン、 塩素イオン等の可動イオ ンを上 部保護層中に ト ラ ップさせることができる、 との知見である。 本発 明者は、 この知見を液体噴射記録へフ ドに実際に適用する こ とを試 みた。 その結果、 電極など'の電気熱変換体の腐食が従来の液体噴射 記録へッ ドの場合に較べて格段に減少していた。 また、 得られた液 体噴射記錄へッ ドを装置本体に装着して実際に液体を吐出して記録 δ を行った。 その結果、 当該液体噴射記錄へッ ドは、 本発明の前述し た目的を十分に達成する ものである こ とが分かった。
かく して本発明が完 するに至った。 本発明の液体噴射記録へッ
' ドは、 支持体と、 該支持体上に設けられ発熱抵抗層と該発熱抵抗層 に電気的に接続された電極とを有する電気熱変換体と、 該電気熱変 0 換体を覆う様に設けられイ オ ン交換体を舍有する上部保護層と、 を 有する液体噴射記银へツ ド用基休の上に、 前記電気熱変換体の熱究 生部に対応して、 液体を吐出する吐出口に連通する液路が設けられ ている こ とを特徴とする ものである。
本発明は更に、 前記へッ ドを形成するために用いられる液体噴射 5 記録へッ ド用基体及び前記へ ッ ドを具備する液体噴射記録装置を包 含する。 好ま しい態様の詳細な説明
本.発明の好ま しい態様の一つを、 図面を参照して詳述する。
0 第 1 ）図及び第 1 (b)図に示 れた液体噴射記錄へ つ ド用基体 1 0 1 において、 符号 1 0 5 はシ リ コ ンなどの金属、 ガラ ス或いは セラ ミ ッ ク等から形成される支持体である。 この支持体 1 0 5 の上 には、 発生する熱エネルギーを適切に制御して棊体全体での均一化' を図るための下部層 1 0 6 が設けられている。 この下部層 1 0 6 は 5 例えば酸化シリ コ ンなどの铯縁性材料から形成される。
下部層 1 0 6 の上には、 液体を ¾出するために利用される熱エネ ルギーを発生する発熱抵抗層 i 0 7 か設けられている。 発熱抵抗層 1 0 7 を形成するための材料としては、 通電される こ とによって所 望通りの熱が発生する材料が適宜採用され得る。 その様な材料とし て具体的には、 窒化タ ンタル、 ニク ロム、 銀 -パラ ジゥ丄合金、 シ リ コ ン半導体、 或いはハフニウム、 ラ ンタ ン、 ジルコニウム、 チタ ン、 タ ンタル、 タ ングステン、 モ リ ブデン、 ニオブ、 ク ロム、 バナ ジゥム等の金属、 それらの合金、 若し く はそれらの硼化物等を挙げ 'る こ とができ る。 この発熱抵抗層 1 0 7 は、 スパ ッ タ リ ング法、 C V D法、 蒸着法などの気相反応法等により形成するこ とができる < 発熱抵抗層 1 0 Ί の上には、 該発熱抵抗層 1 0 7 に電気 i 号を付 与するための一対の電極層 1 0 3 , 1 0 4が設けられている。 この 一対の電極層 1. 0 3 と 1 0 4 との間に位置する発熱抵抗層 1 0 了が. 液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する熱発生部 1 1 1 となる。 電極層 1 0 ·3及び 1 0 4を形成するための材料とし ては、 通常使用される'電極材料の多 く のものが使用され得る。 具体 的にば例えば、 A ， A g , A u , P t , C u等の金属を挙げるこ とができる。 この電極層は、 スパッタ リ ング法、 C V D法、 蒸着法 などの気相反応法等により形成するこ とができる。
これら発熱抵抗層 1 0 7 と一対の電镡層 1 0 3 , 1 0 4 とを含む 電気熱変換体を保護する目的で、 電気熟変換体の上には種々の上部 保護層が設けられる。 この上部保護層を形成するため 使^される 材料は、 要求される耐熱性、 耐液性、 熱伝導性及び铯緣性等の特性 に応じて夫々適宜選択される。
第 1 の上部保護層 1 0 8 の主たる役割は、 前述した様に、 電極 1 0 3 と 1 0 4 との間の铯縁性を保つこ とである。 この第 1 の上部 保護層 1 0 8 は、 例えば S i 0 2 等の無機酸化物や S i 3 N 4 等の 無機窒化物等の無機铯緣性材料から構成される。 この第 1 の上部保 護層 1 0 8 は、 スパッタ リ ング法、 C V D法、 蒸着法などの気相反 応法、 或いは液体コーティ ング法等により形成することができる。
第 2の上部保護層 1 0 9 の主たる役割は、 前述した様に、 耐液性 と機械的強度の補強の付与である。 この第 2 の上部保護層 1 0 9 は、 粘りがあって比較的機械的強度に優れ、 且つ第 1 の上部保護 層 1 0 8 に対する密着性のある、 例えば S c , Yなどの周期律表第 M a族の元素、 T i ， Z r , H f などの第 IV a族の元素、 V , b , T a などの第 V a族の元素、 C r , M o , Wなどの第 Vi a族の元素. F e , C o , N i などの第 W族の元素、 それら金属の合金、 硼化物. 炭化物、 珪化物、 窒化物等を挙げる こ とができ る。 こ の第 2 の上部 保護層 1 0 9 は、 スパ ッ タ リ ング法、 C V D法、 蒸着法などの気相 反応法等により形成する こ とができ る。
第 3 の上部保護層の主たる役割は、 前述した様に、 液浸透防止性 と耐液作用である。 本態様では、 こ の第 3 の上部保護層 1 1 0 を、 無機イ オ ン交換体と主成分である有機材料とを舍有する材料、 即ち 実質的に無機ィ ォ ン交換体を含有する有機材料を用いて形成してい る。 イ オ ン交換体を含 する母材となる材料と しては、 無機材料に 較べて有機材料の方が好ま しい。 その理由は、 無機材料に較べて有 機材料の中では、 イ オ ンの可動性が一層高く なるからである。 こ の 第 3 の上部保護層 1 1 0 は、 液体コ ーティ ング法等により形成する こ とができ る。
こ こて'用いられる有機材料と しては、 例えばシ リ コ ー ン樹脂、 フ
V素樹脂、 芳香族ボ リ ア ミ ド、 付加重合型ポ リ イ ミ ド、 ボ リ ぺンズ ィ ミ ダゾール、 金属キ レー ト重合体、 チタ ン酸エステル、 エポキ シ 樹脂、 フ タ ル酸樹脂、 熱硬化性フ エ ノ ール榭脂、 P - ビニルフ ユ ノ -ル樹脂、 サイ ロ ッ ク樹脂、 ト リ ア ジ ン樹脂、 B T樹脂 （ ト リ ァ ジ ン樹脂 · ビスマレイ ミ ド付加重合樹脂） 、 ボリ キ シ リ レ ン樹脂及び その誘導体等を挙げる こ とができ る。 更に、 ボリ イ ミ ドイ ソ イ ン ド ロキナゾリ ンジォ ン （商品名 ： ' P I Q ' , 日立化成社製） 、 ボ リ イ ミ ド樹脂 （商品名 ： ' P Y R A L I N， ， デュポン社製） 、 環化 ボ リ ブタ ジェ ン樹脂 （商品名 ： ' j S R— C B R ' , 日本合成ゴム 社製） 、 フ ォ トニース （商品名， 東レ社製） などの感光性ポ リ イ ミ ド樹脂等が、 特に優れた高精度微細加工性を有するので好ま し く 用 いられる。 イ オ ン交換体としては、 無機イ オ ン交換体を用いるのが好ま しい 記録用'液体中に含まれていて前述した不都合を引き起こすのは、 ほ とんどがナ ト リ ゥム .イ オ ンや塩素イ オンなどの無機可動イ オ ンであ るからである。 この様な無機イ オ ン交換体と しては、 ' I X E ' 、
'グレー ド I X E - 1 0 0 ' 、 'グ レー ド I X E— 2 0 0 ' 、 'グ レー ド ί X E— 3 0 0 : 、 'グレー ド I X Ε— 4 0 0 ' 、 'グレー ド I X Ε— 5 0 0 ' 、 'グ レー ド I X Ε— 6 0 0 ' 、 'グ レー ド I X Ε— 7 0 0 ' 、 'グレー ド I X Ε— 8 0 0 ' 、 'グ レー ド I X Ε — 9 0 0 ' 、 'グ レー ド I X Ε — 1 0 0 0 ' 、 'グ レー ド I X Ε _ 1 1 0 0 ' 、 'グ レー ド I X Ε — i 2 0 0 ' 、 'グ レー ド I X E— 1 3 0 0 ' (以上、' 商品名， 東亜合成化学工業社製） 等を挙げる こ とができ る。 それらの中でも、 . 'グレー ド I X E _ 6 0 0 " 、 'グ レー ド I X E— 1 2 0 0 ' 及び 'グ レー ド I X E— 1 3 0 0 ' が好
5： しい。
この様なイ オ ン交換体は、 液体噴射記録へッ ドの液路を流れる液 体から浸透するナ ト リ ゥ ム ィ オ ンや塩素ィ オ ンなどの可動イ オ ンも イ オ ン交換反応を利用するなどして自 らが含有される上部保護層中 に ト ラ ップし、 可動イ オ ンが下層 まで至るのを抑制する作用を有 する ものと考えられる。 そしてこ の作用により 、 電気熱変換体の腐 食を防ぐことができる。
この様なィ ォ ン交換体は、 自 らが舍有される上部保護層中に 1 〜 5 t . %舍有されるのが好ま しい。 1 w t . %未満である と、 可 動イ オ ンの ト ラ フプ作用.が不十分となり、 ト ラ ッブし切れなかつた 可動ィォンが電気熱変換体に達して腐食を引き起こすことがあるか らである。 また 5 w t . %を越えると、 母材中に均一に分散されず に偏折し、 そこで硬度、 強度、 密着力などの特性を劣化させたり、 母材が感光性を有する場合には光感度を低下させたりする こ とがあ るからである。
ィ ォン交換体が主成分である材料中に含有されている状態として は、 分散されている状態をとっている こ とが最も好ま しい。 その製 造方法としては、 ィ ォ ン交換体を溶液中に分散された後に層状に硬 化させる方法、 或いはィ ォ ン交換体を溶融媒体中に加えて固化する ことで固体中に分散させ、 然る後に蒸着法やスパッタ リ ング法など を用いて層状に形成する方法等を挙げる ことができる力、' 、 イ オ ン交 換体の.層中での分散の均一性と量産性との観点から、 前者の製造方 法の方が一層好ま しい。
特に、 液体を吐出するために利用されるエネルギーとして熟エネ ルギ—を用いる形態の液体噴射記録へッ ドにおける熱ェネルギ一発 生部の近傍で、 イ オ ン交換体を舍有する材料からなる上部保護層を 用いる場合には、 本発明の効果を際立たせる こ とがてきる。 その理 由は、 電気熱変換体が腐食される原因の一つである記錄液体が熱ェ ネルギ一発生部の近傍では比較的高温になっているので、 液体 Φの 可動ィ ォ ンが上部保護層中に浸透拡散しやす く なり 、 またイ オ ン交 換体によ る可動イ オ ンの ト ラ 'ン プも促進されやす く なるからである , 以上、 第 3 の上部保護層 1 1 0 を、 イ オ ン交換体を舍有する有機 材料を用いて形成する態様について説明したが、 本発明はこ の態様 に限られる ものではない。 即ち、 本発明は電気熱交換体を覆う様に 設けられた上部保護層の少な く とも一部が、 イ オ ン交換体を含有す る材料からなる ものを全て包舍する。 例えば、 第 1 の上部保護層 1 0 8 を、 イ オ ン交換体を含有する無機材料を用いて形成したへ ッ ドでめ ってねよい。
この場合、 P , B , A £ , A s , Z n及び T i 等の化合物からな るガラス質形成剤や有機バイ ンダと共に、 例えば R n S i ( 0 H ) n ; S i ( 0 H ) 4 , H n S i ( 0 H ) , ( R 0 ) n S i ( 0 H ) 4— n等の珪素化 合物を、 アルコ ールを主成分と してエステル、 ケ ト ン等を含む有機 溶剤に溶解し、 それに対して更にイ オ ン交換体を溶解し、 それをス ビ ンコ一 ト 、 ロ ールコ ー ト 、 デ ィ ッ ビ ング、 吹き付け、 刷毛塗布等 の塗布方法で塗布し、 ベ 一クする ことで、 S i 0 2 を主成分とする 無機上部保護層を形成するなどの製造方法が一例として採用される , また、 上部保護層の層構造やそれらを形成するために用いられる 材料についても、 以上述べた態様の内容に限られるものではない。 例えば、 第 3の上部保護層 1 1 0を、 イ オ ン交換体を舍有する無機 材料を用いて形成する場合も、 或いは第 1 の上部保護層 1 0 8を、 ィ ォン交換体を舍有する有機材料を用いて形成する場合も、 本発明 に包舍されるものである。 加えて、 例えば場合によっては、 電気熱 変換体を覆う上部保護層として、 イ オ ン交換体を舍有する材料を角 いて形成された第 1 の上部保護層 1 0 8のみが設けられた形態であ つても、 本発明に包含される。 但し、 層構造の機能的なバラ ンス等 の点から、 最先に述べた態様が本発明にあって最も好ま しいもので め
第 2図は、 前述した液体噴射記録へッ ド用基体を用いて形成され た液体噴射記錄へッ ドの一例の主要部を示す模式的斜視図である。 電気熟変換体の発熱 （斜線部） が配された基体 1 0 1上に、 液路 2 0 1 の壁 2 0 0、 更にその上に天板 2 0 5が設けられて.いる。 液 体は、 図示されていない液体貯溜部から液体供給口 2 0 6を通して 共通液室 2 0 に供給される。 共通液室 2 0 に供袷さ-れた液体 は、 所謂毛管現象により液路 2 0 1 に供給され、 液路 2 0 1 に連通 する吐出口 2 0 2でメ カ二カスを形成して安定的に保持される。 そ して、 電気熱変換伴の発熱部が発熱するこ とにより、 発熱部上の液 体が急峻に加熟され、 液路 2 0 1 の液体に気泡が形成され、 それに 基づいて吐出口 2 0 2から液体が吐出される。 本図には、 8個 ！" という高い配列密度で例えば 1 2 8偭設けられた吐出口を有する液 体噴射記録へッ ドの主要部が示されている。
第 3図は、 第 2図に示された液体噴射記録へッ ドを具えた液体噴 射記録装置の一例の主要部を示す模式的斜視図である。
第 3図にお-いて、 3 2 0 はプラテン 3 2 4上に搬送された記録紙 (不図示） の記録面に対向してィ ンクの吐出口を複数具えた、 記録 液体貯溜部一体搆造の取り外し自在力 ー ト リ ツ ジ型の液体噴射記録 へツ ドである。 3 1 6 は液休噴射記録へッ ド 3 2 0 を載置するため のキヤ リ ッ ジであり 、 躯動モ—タ 3 1 7 の駆動力を伝達する駆動べ ル ト 3 1 8 の一部と連結され、 互いに平行に配設された 2本のガイ ドシャフ ト 3 2 9 A及び 3 2 9 B と摺動可能とされている。 これに より、 液体噴射記録へッ ド 3 2 0 は、 記録紙の全幅にわたる往復移 勛が可能とされている。
3 2 6 は液体噴射記録へ ン ド 3 2 0 からの液体吐出不良の回復及 び予防を行う 回復装置であり 、 液体噴射記録へ ッ ド 3 2 0 の移動範 囲の所定箇所、 例えばホームポジシ ョ ンと対向する位置に配設され る。 回復装置 3 2 6 は、 伝動機構 3 2 3 を介したモータ 3 2 2 の 区 動力によ って液体噴射記錄へ '：' ド 3 2 0 の吐出口のキ ヤ ツ ビングを 行う。 この回復装置 3 2 6 のキャ ップ 3 2 6 Aによる液体噴射記録 へ ッ ド 3 2 0 の吐出口のキ ヤ ッ ビ ング動作に関連して、 回復装置 3 2 6 に設けられた適宜の吸引手段 （不図示） による吐出口からの 液体吸引、 若し く は液体噴射記錄へッ ドへの液体供給経路に設けら れた適宜の加圧手段 （不図示） による液体圧送が行われる。 これに より 、 液体を吐出口から強制的に徘出させて .、 吐出口内方の増粘ィ ンク等の異物を除去する といつた回復処理がなされる。
3 3 0 は回復装置 3 2 6 の側面に配設され、 シ リ コ ンゴムで形成 されたワ イ ビング用部材と してのブ レー ドである。 このブレー ド 3 3 0 はブレー ド保持部材 3 3 0 Aに片持ち梁形態で保持され、 回 復装置 3 2 6 と同様、 モータ 3 . 2 2及び伝動機構 3 2 3 によって動 作して、 液体噴射記録へッ ド' 3 2 0 の吐出口面との係合が可能とな る。 これにより、 例えば液体噴射記錄へッ ド 3 2 0 の記錄動作中の 適切なタイ ミ ングで、 或いは回復装置 3 2 6 を用いた回復処理の後 等に、 液体噴射記録へッ ド 3 2 0 の移動範囲中にブレー ド 3 3 0 を 突出させ、 液体噴射記録へッ ド 3 2 0 の移動動作に伴って、 液体噴 射記録へつ ド 3 2 0 の吐出口面に付着した結露、 濡れ或いは塵埃等 の異物をふき とる ことができる。
この液体噴射記録装置の記録紙搬送手段、 キヤ リ ツ ジ及び回復装 置の駆動、 更に記錄へッ ドの駆動等は、 例えば装置本体側の C P U を舍む制御手段により出力された命令、 信号に基づいて制御される . 第 4図は、 フルラ イ ン型液体噴射記録へ 'ン' ド 3 2が搭載された液 体噴射記録装置の概略を示す模式的斜視図である。 本図において、. 6 5 は紙などの被記録部材を搬送するための搬送ベル トである。 こ の搬送ベル ト 6 5 は、 搬送ローラ 6 4 の回転に伴つて不図示の被記 録部材を搬送する。 液体噴射記録へッ ド 3 2 の下面は、 被記錄部材 の記録領域の全幅に対応して吐出口が複数 己された吐出口面 3 1 と なっている。 実施例 1
第 1 (a)図及び第 1 0»)図に示す様に、 S i 单結晶ウェハか る支 持体 1 0 5上に、 熱酸化により S i 0 z の下部層 1 0 6 (層厚 ： 5 μ m ) を形成した。 次に、 真空チャ ンバ一内で H f B 2 (純度 9 9. 9 %以上） をタ ーゲッ ト と してスパッ タ リ ングを行う ことにより、 下 部層 1 0 6上に発熱抵抗層 1 0 7 となる H f B z層（層厚 ： 1 3 0 0 人）を形成した。 このスパック リ ングの条件 、 次の通り ？あった。 スパッタ リ ング条件
ターゲッ ト面積 8 i n c h Φ'
高周波電力 1 k W
支持体設定温度 1 0 0 て
成膜時間 1 0分
ベースフ'レ ッ シャー 1 1 0 P a以下
スノ、 ·ッタ リ ングガス ァノレゴン
スパッ タ リ ングガス圧 0. 5 P a
次に、 H f B z 層上に電子ビーム蒸着により密着層 （不図示） と なる T i層 （層厚 ： 5 0 人） を形成した。 この電子ビ一ム蒸着の条 件は、 次の通りであった。
電子ビーム蒸着条件
支持体設定温度 ： .1 5 0 'c
ベー スプレ ッ シ ャ ー ： 1 X 1 0 - 4 P a以下
(水晶層厚計で前述の層厚となる様に制御した。 ）
続いて、 T i 層上に電子ビーム蒸着により電極層 1 0 3， 1 0 となる Α 層 （層)!： ： 5 0 0 0 A ) を形成した。 こ の電子ビーム蒸 着の条件は、 次の通り であ っ た。
電子ビーム蒸着条件
支持体設定温度 ：' 1 5 0 'c
ベースプレ ッ シ ャ ー ： 1 X 1 0 — 4 P a以下
(水晶層厚計で前逑の層厚となる様に制御した。 ）
続いて、 H f B z 層、 T i 層及び A £層について、 次の様にして フ ォ ト リ ソグラフ ィ によるノ、'ターニングを行った。 先ず、 A 層の 上にフ ォ ト レジス ト （商品名 ： 0 F P R 8 0 0 、 東京応化社製） を 層状に （層厚 ： 1. 3 m ) 塗布し、 これに対して常法に則り露光、 現像、 及びべ一キ ングを施した。 次いで、 齚酸と リ ン酸と硝該との 混合液 （酢酸 9 重量％、 リ ン酸 7 3 重量％、 硝酸 2 重量％、 残部 1 6 重量％) をエ ッ チ ング液と して用いて、 A 層のエ ッチングを 行った。 然る後、 真空チャ ンバ一内で H f B 2 層と T i 層とのリ ア ク テ ィ ブエ ッ チ ングを行い、 フ ォ ト レジス ト を除去してパタ ーニ ン グを完了した （パター ン幅 ： 1 2 m、 バタ 一 ンの個数 ： 6 4個） この リ アクチイ ブエ ッチングの条件は、 次の通りであった。
リ アクティ ブエ ツチ ング条件
高周波電力 ： 4 5 0 W
エ ッ チ ング時間 ： 5分
ベー スプレ ッ シ ャ ー 1 1 0 ' 3 P a以下
エ ッ チ ングガス B C £
エ ッ チ ングガス圧 3 P a この様にして、 H f B 2 層、 T i 層及び A 層のパターユングを 行う ことにより 、 H f B z の発熱抵抗層 1 0 7、 T i の密着層 （不 図示） 及び A の電極層 1 0 3 1 0 4 を形成した。 本実施例では 電極層 1 0 3 が選択電極と して、 電極層 1 0 4が共通電極と して用 いられる。
以上の様にして形成された薄膜の積層構造の上に、 真空チヤ ンバ 一内で S i 0 2 (純度 9 9. 9 %以上） をターゲッ ト としてスパッタ リ ングを行う こ とにより 、 第 1 の上部保護層 1 0 8 である S i 0 2 層 （層厚 ： .1. 0 m ) を形成した。
次に、 真空チャ ンバ—肉で T a (純度 9 9. 9 %以上）をターゲ ソ ト と してスパッ タ リ ングを行う こ とにより 、 第 2 の上部保護層 1 0 9 となる T a層 （層厚 ： 0. 3 m ) を形成した。 続いて、 真空チャ ン バー内で T a層の リ ァクティ ブェ ツチングを行い、 第 1 )図及び第 1 (b)図に示す熱発生部 1 1 Γの上部を覆う様なパター ンを有する第 2 の上部保護層 1 0 9 を形成した。 この リ アクティ ブエ ッチングの 条件は、 次の通りであった。
リ アクティ ブェ ッチング条件
高周波電力 ： 5 0 0 W
エ ッ チ ング時間 ： 1 0分
ベースプレ ッ シ ャ ー ： 1 X 1 0 - 3 P a以下
エ ッチングガス ： C F 4 ， 0 2
エ ッチングガス圧 ： 1 0 P a
以上の様にして形成された薄膜の積層構造の上に、 感光性ボリ ィ ミ ド （商品名 ： 'フ ォ トニース ' ， 東レ社製） に無機ィ ォン交換体 (商品名 ： 'ィ グセ ' ， 東亜合成化学工業社製） を 3 w t . %混合 させた材料を層状に （層厚 ： 3 m ) 塗布した。 これに対して露光 現像及びべ一キ ングを施した 露光、 現像及びべ一キ ングの条件は 夫々次の通りであった。
露光、 現像及びべ一キ ングの条件 プリ ベ一ク · 9 0 て， 3 0 分
露光 . 紫外線 2 0 0 m J / ^
現像 専用現像液 2 5 'C , 1 分
ボス ト べ一ク 1 0 -C , 3 0分の後、 3 0 0 で， 6 0 分 の様に して、 第 1 ( 図及び第 1 (b)図に示す電極層 1 0 3 , 1 0 4 .の上部を覆う様なパタ ー ンを有する第 3 の上部保護層 1 1 0 を形成した。 これによ り 、 本実施例に係る液体噴射記録へッ ド用基 体 1 0 1 の製造を完了した。
こ の液体噴射記録へ ッ ド用基体 1 Q 1 の上に 、 吐出口 2 0 2 に 連通する液路 2 0 1 と共通液室 2 0 4 との横壁を形成する壁 ¾材 2 0 0 を感光性樹脂層 （層！： ： 5 0 ^ m ) のフ ォ ト リ ソ グう フ - を利用 して形成し、 更にその上に不図示のェポキ シ系接-着剤を介し てガラ ス製の天板 1 1 0 6を設ける こ とにより 、 第 2図に模式的に 示された液体噴射記錄へッ ドを得た。 この液体噴射記 ¾へッ ドは、 前述した発熱部に対応して 6 4個の吐出口を有する ものである。 符 号 2 0 6 は、 共通液室 2 0 4 へのイ ンク供給口である。
本実施例では、 こ の液体噴射記録へ ッ ドを全都て 1 0 0個製造し
実施例 2
無機イ オ ン交換体 （商品名 ： 'イ ダセ ' > 東亜合成化学工業社製） を 3 w t . %混合させた 0 C D (商品名、 東京応化社製）をス ピ ンコ 一 ト（ 3 0 0 0 r p m )によって 1 <u mの厚さに塗布した後、 4 5 0 •Cで 3 0分べ一クするこ とにより、 S i 0 z を主成分としてイ オ ン 交換体を舍有する第 1 の上部保護層 1 0 8 となる無機材料層を形成 するこ とと、 第 3 の上部保護層 1 1 0 の材料と して無機イ オ ン交換 体を含有しない感光性ボリ イ ミ ド （商品名 ： フ ォ トニ—ス、 東レ㈱ 製） を用いる こ ととを除いて、 前述した実施例 1 と同様に して、 液 体噴射記録へッ ド用基体と該基体を備えた液体噴射記録へッ ドとを 製造した。
本実施例でも、 液体噴射記録へッ ドを全部で 1 0 0個製造した 比較例
第 3 の上部保護層 1 1 0 の材料として、 無機イ オ ン交換体を舍有 し—ない感光性ボリ イ ミ ド .（商品名 ： フ ォ トニー ス、 東レ㈱製） を用 いることを除いて、 前述した実施例 I と同様にして、 液体噴射記録 へッ ド用基体と該基体を備えた液体噴射記錄へッ ドとを製造した。— 本比較例でも、 液体噴射記録へッ ドを全部で 1 0 0個製造した。 比較実験
実施例 1 , 2及び比較例で夫 得られた 1 0 0個ずつの液体噴射 i己録へッ ド用基体に関し、 電極の腐食の発生の有無を検査
の結果、 比較例に較べて、 実施例 1 , では腐食の発生率が平均的 に格段に減少していた。
また、 実施例 1 , 2及び比較例で夫々得られた 1 0 0個ずつの^ 体噴射記錄へッ ドを、 第 3図に示す液体噴射記録装置本体に装着し 実際に次の記す記録用液体を吐出させて記録を行つた。 .
用いた記録用液体の組成
C . I . フ 一 ドブラ ッ ク ： 3. 0 w t . %
( C . I .フー ドブラ ッ クはこの内にナ ト リ ウ ムイオンを 1 0 w t
%含む。 即ち、 ナ ト リ ウ ムィォンは記録用液体中に 0. 3 w t .
%含まれる。 ）
ト リ エチ レ ンク リ コ ール 1 0 w t %
ジエチ レングリ コ ーノレ 2 0 w t %
純水 6 7 t %
その結果、 比較例に較べて 実施例 1 2 に係る液体噴射記録へ ッ ドの方が、 優れた記録品位を示した。 これは、 電極を含む電気熱 変換体の腐食の発生率が前述した様に減少するこ とで、 実施例 1 、 2 に係る液体噴射記録へッ ドの信頼性が向上したこ とが主たる原因 である と考えられる。
本 ¾明は、 熱エネルギーを利用してィ ンクを吐出する方式の記録 へッ ド、 記録装置において、 優れた効果を奏ずる。
その代表的な構成や原理について は、 例えば、 米国特許第 4 , 7 2 3 , 1 2 9号明細書、 同第 4 , 7 4 0 , 7 9 6号明細書に開示され ている基本的な原理を用いて行う ものが好ま しい。 この方式はいわ ゆるオ ンデマン ド型、 コ ンチイ 二ユアス型のいずれにも適用可能で あるカ^ 特に、 オ ンデマ ン ド-型の場合には、 液体 （イ ンク） が保持 されている シー ト や液路に対応して配置されてい る電気熱変換休 、 記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与え る少な く と も一つの駆勛信号を印加する こ とによって、 電気熟変換 体に熱エネルギーを発生せしめ、 記録へッ ドの熱作用面に膜沸騰さ せて、 結果的にこの駆動信号に一対一対応し液体 （ィ ンク） 内の気 泡を形成出来るので有効である。 この気泡の成長、 収縮により吐出 用開口を介して液体 （イ ン ク ） を吐出させて、 少な く とも一つの滴 を形成する。 この I 動信号をパルス形状とすると、 即時適切に気泡 の成長収縮が行われるので、 特に応答性に優れた液体 （ィ ンク ） の 吐出が達成でき、 より好ま しい。 こ のパルス形状の駆動信号として は、 米国特許第 4 , 4 6 3 , 3 5 9号明細書、 同第 4 , 3 4 5 , 2 6 2号明 細書に記載されているようなものが適している。 尚、 上記熱作用面 の温度上昇率に関する発明の米国特許第 4 , 3 1 3 , 1 2 4号明細書に 記載されている条件を採用すると、 更に優れた記録を行う こ とがで ¾る。
記錄へ ッ ドの構成と しては、 上述の各明細書に開示されている ような吐出口、 液路、 電気熱変換体の組み合わせ構成 （直線状液流 路又は直角液流路） の他の熱作用部が屈曲する領域に配置さ れ ている構成を開示する米国特許第 4 , 5 5 8 , 3 3 3号明細書、 米国特 許第 4 , 4 5 9 , 6 0 0号明細書を用いた構成も本発明に舍まれる もの である。 加えて、 複数の電気熱変換体に対 して、 共通する ス リ ッ トを電氧熱変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭 5 9年第 1 2 3 6 7 0号公報や熱エネルギーの圧力波を吸収する開孔を吐出 部に対応せる構成を開示する特開昭 5 9年第 1 3 8 4 6 1号公報に '基づいた構成としても本発明は有効である。
更に、 記録装置が記録できる最大記錄媒休幅に対応した長さを有 するフルライ ンタイプの記録へッ ドと しては、 上述した明細書に開 示されているような複数記録へッ ドの組み合わせによって、 その長 さを滴たす構成や一体的に形成された一個の記録へッ ドとしての構 成のいずれでも良いが、 本発明は、 上述した効杲を一層有効に発揮 することができる。
加えて、 装置本体に装着されるこ とで、 装置本-体との電気的な接 続や装 S本体からのィ ンクの供袷が可能になる交換自在のチッブタ イ ブの記録へッ ド、 あるいは記録へッ ド自体に一体的に設けられた 力— ト リ ノジタイ プの記録へッ ドを用いた場合にも本発明は有効で め
又、 本発明の記録装置の構成として設けられる、 記録へッ ドに対 しての回復手段、 予備的な捕助手段等を付加するこ とは本発明の効 果を一層安定できるので好ましいものである。 これらを具体的に挙 げれば、 記録ヘッ ドに対しての、 キヤ ビング手段、 ク リ ーニ ング手 段、 加圧或いは吸引手段、 電気熱変換体或いはこれとは別の加熱素 子或いはこれらの組み合わせによる予備加熱手段、 記録とは別の吐 出を行う予備吐出モー ドを行う ことも安定した記録を行うた.めに有 効である。
更に、 記録装置の記錄モー ドとしては黒色等の主流色のみの記録 モー ドだけではな く 、 記録へッ ドを一体的に構成するか複数個の組 み合わせによってでもよいが、 異なる色の複色カラー又は、 混色に よるフルカラーの少¾く とも一つを備えた装置にも本発明は極めて 有効である。 以上説明した本発明の実施例においては、 液体ィ ンク を用いて説 明しているが、 本発明では室温で固体状であるィ ンク であ っても、 室温で軟化状態となるイ ンクであっても用いることができる。 上述 のイ ンク ジヱ ッ ト装置ではイ ンク自体を 3 0 で以上 7 0 'C以下の範 囲以内で温度調整を行ってィ ンク の粘性を安定吐出範囲にある よ う に温度制御するものが一般的であるから、 使用記錄信号付与時にィ ンクが液状をなすものであれば良い。 加えて、 積極的に熟エネルギ —による昇温をィ ンクの固形状態から液体状態への態変化のェネル ギ一として使用せしめるこ とで防止するか又は、 イ ンクの蒸発防止 を目的として放置状態で固化するイ ンクを用いるかして、 いずれに しても熱エネルギ—の記錄信号に応じた付与によつてィ ンクが液化 してィ ンク液状として吐出するものや記録媒体に到達する時点では すでに固化し始めるもの等のような、 熱エネルギーによつて初めて 液化する性質のィ ン ク使用も本発明には適用可能であ る 。 こ の よ うな場合ィ ンクは、 特開昭 5 4 — 5 6 8 4 7号公報あるいは特開昭 6 0 - 7 1 2 6 0号公報に記載されるような、 多孔質シー ト凹部又 は貫通孔に液状又は固形物として保持された状態で、 電気熱変換体 に対して対向するような形態としても良い。 本発明においては、 上 述した各ィ ンクに対して最も有効なものは、 上述した膜沸騰方式を 実行するものである。 図面の簡単な説明
第 1 (a)図は、 液体噴射記録へッ ド用基体の一例の主要部の模式的 平面図であり、 第 1 (W図は、 第 1 (a)図について一点鎖線 X - Yで示 す部分で切断した模式的断面図である。
第 2図は、 前述した液体噴射記録へッ ド用基体を用いて形成され た液体噴射記玆へッ ドの一例の主要部を示す模式的斜視図である。 第 3図は、 第 2図に示された液体噴射記録へッ ドを具えた液体噴 射記録装置の一例の主要部を示す模式的斜視図である。 第 4図は、 フルラ イ ン型液体噴射記録へッ ドが搭載された液体噴 射記録装置の概略を示す模式的斜視図である。

Claims

請求 の 範 囲 ω 支持体と、 該支持体上に設けられ発熱抵抗層と該発熱抵抗層に 電気的に接続された電極とを有する電気熱変換体と、 該電気熱変 換体を覆う よ う に設けられイ オ ン交換体を舍有する上部保護層 と、 .を有する液体噴射記録へッ ド用基体の上に、 前記電気熱変換 体の熱発生部に対応して、 液体を吐出する吐出口に連通する液路 が設けられている こ とを特徴とする液体噴射記録へッ ド。
(2) 前記ィ ォン交換体が無機ィ ォ ン交換休である請求項 ωに記載の 液体噴射記録へ つ ド。
(3) 前記イ オ ン交換体が前記上部保 S層中に 1 〜 5 w t . %含有さ れている請求項 (1)に記載の液体噴射記録へ ツ ド。 -
(4) 前記ィ ォン交換体が前記上部保護層中に分散されて舍有されて いる請求項 (1)に記載の液体噴射記録へッ ド。
(δ) 前記ィ ォン交換体を舍有する上部保護層の母材が有機材料であ る請求項 (1)に記載の液体噴射記録へッ ド。
(6) 前記ィ ォン交換体を舍有する上部保護層の母材が無機林料であ る請求項 (1)に記載の液体噴射記録へッ ド。
） 前記支持体と前記電気熱変換体との間に下部層が介在する請求 項 (1)に記載の液体噴射記録へッ ド。
(8) 前記液体が可動ィ ォ ンを舍む請求項 ωに記載の液体噴射記録へ ッ Γ
(9) 前記可動イ オンがナ ト リ ウムイ オンである請求項 )に記載の液 体噴射記録へツ ド。
Q0) 前記可動ィ ォンが塩素ィォンである請求項 (8)に記載の液体噴射 記録ヘッ ド。
αΐ) 前記吐出口から吐出された液体によって記録がなされる被記録 部材の記録領域の全幅に渡って前記吐出口が複数設けられたフル ラ イ ン型である請求項 (1)に記載の液体噴射記錄へ ド。 02) 支持体と、
該支持体上に設けられ発熟抵抗層と該発熱抵抗層に電気的に接 铙された電極とを有する電気熱変換体と、
該電気熱変換体を覆うように設けられィォン交換体を含有する 上部保護層と、
有することを特徴とする液体噴射記録へッ ド用基体。
(13) 前記ィォン交換体が無機ィオ ン交換体である請求項 02に記載の 液体噴射記録へッ ド用基体。
(14) 前記イ オ ン交換体が前記上部保護層中に 1 〜 5 w t . %舍有さ れている請求項 02)に記載の液体噴射記錄へッ ド用基体。
(15) 前記イ オ ン交換体が前記上部保護層中に分散されて舍有されて いる請求項 (12)に記載の液体噴射記録へッ ド用基体。
(16) 前記ィォン交換体を舍有する上部保護層の母材が有機材料であ る請求項 02)に記載の液体噴射記録へ ド用基体。
(17) 前記ィオ ン交換体を舍有する上部保護層の母材が無機材料であ る請求項 (12)に記載の液体噴射記録へッ ド用基体。
m 前記支持体と前記電気熱変換体との間に下部層が介在する請求 項 (12)に記載の液体噴射記録へッ ド用基体。 .
(19) 支持体と、 該支持体上に設けられ発熱抵抗層と該発熱抵抗層に 電気的に接続された電極とを有する電気熱変換休と、 該電気熱変 換体を覆うよう に設けられイ オ ン交換体を含有する上部保護層 と、 を有する液 噴射記録へッ ド用基体の上に、 前記電気熱変換 体の熱発生部に対応して、 液体を吐出する吐出口に連通する液路 が設けられている液体噴射記録へッ ドと、
前記吐出口から吐出された液体によつて記録がなされる被記録 部材を搬送するための搬送手段と、
を具備するこ とを特徴とする液体噴射記録'装置。
(2D) 前記液体噴射記録へッ ドが、 前記被記録部材の記録領域の全幅 に渡って前記吐出口が複数設けられたフルライ ン型である請求項 (i に記載の液体噴射記録装置。
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