JP4011952B2 - 液体吐出ヘッドおよび該液体吐出ヘッドを備える記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流路内の液体を加熱して発泡させ、発生気泡を利用して液体を吐出する液体吐出ヘッド、およびこの液体吐出ヘッドを用いて記録紙やフィルム等の記録媒体に画像や文字等の情報を記録する記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から液体吐出ヘッドは、微細加工、実験分析、画像形成等の様々な分野で応用されているが、ここではインクジェット記録方式を例にとって説明する。
【０００３】
インク滴を吐出し、このインク滴を記録媒体上に付着させて画像等を記録するインクジェット記録方法は、高速記録が可能であり、また記録品位も高く、低騒音であるという利点がある。さらに、このインクジェット記録方式は、カラー画像の記録が容易であって、普通紙等にも記録が可能であり、さらに装置全体を小型化し易いといった多くの優れた利点を有している。
【０００４】
このようなインクジェット記録方式を採用した記録装置は、一般にインクを飛翔インク滴として吐出させるための吐出口と、この吐出口に連通するインク路と、このインク路の一部に設けられ、インク路内のインクに吐出のための吐出エネルギを与えるエネルギ発生手段とを有する記録ヘッドを備えている。例えば、特公昭６１−５９９１１号、特公昭６１−５９９１２号、特公昭６１−５９９１３号、特公昭６１−５９９１４号の各公報には、エネルギ発生手段として電気熱変換体を用い、電気パルス印加によってこれが発生する熱エネルギをインクに作用させてインクを吐出させる方法が開示されている。
【０００５】
上述の各公報に開示されている記録方法は、熱エネルギの作用を受けたインクに気泡が発生し、この気泡の急激な膨張に基づく作用力によって、記録ヘッドの先端の吐出口からインクを吐出し、この吐出インク滴が記録媒体に付着して画像形成を行なうものである。この方法によれば記録ヘッドにおける吐出口を高密度に配設することができるので、高解像度、高品質の画像を高速で記録することができ、この方法を用いた記録装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどにおける情報出力手段として用いることができる。
【０００６】
このインクジェット記録方式においては、上述のように電気熱変換体、すなわち液体を加熱するための発熱体が必要である。そして、従来のインクジェット記録方式では、抵抗薄膜を流路内の壁面に設置し、抵抗薄膜の２辺に電気パルスを印加するための電極を電気的に接続した構成が用いられていた。
【０００７】
しかしながら、上述したように抵抗薄膜を壁面に設置した場合には、抵抗薄膜で発生した熱エネルギが、かなりの割合で壁面で散逸してしまう場合があった。このため、熱エネルギを発泡するためのエネルギ（発泡エネルギ）に変換する効率が低下し、消費電力が大きくなってしまう不都合があった。この問題点を解決するために、例えば特開昭５５−５７４７７号公報および特開昭６２−９４３４７号公報には、発熱体を流路内の空間内に部分的に空中に延在させて設け、この構成により、発熱体から記録ヘッド本体ないし基板によって熱が散逸されることを極力防止し、発熱体に供給した電気エネルギを効率良く発泡エネルギに変換することで、消費電力を低減させる液体吐出ヘッドが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発熱体を流路内の空間内に部分的に空中に延在させて設ける構成によって、供給した電気エネルギを発泡エネルギに変換する効率が改善された上述した従来の液体吐出ヘッドは、発熱体の熱が基板に散逸されにくい構造であるという問題があった。このため、従来の液体吐出ヘッドは、発泡後に発熱体の温度が低下するために時間がかかり、次の加熱発泡に移行することが可能になるまでの時間が増加するという不都合があった。したがって、従来の液体吐出ヘッドは、液体を繰り返し吐出させる速度が遅くなる虞があった。
【０００９】
また、同様に、従来の液体吐出ヘッドは、発熱体の熱が基板に散逸されにくい構造であるため、液体が発泡して消える時（以下、消泡時と称する。）までに発熱体の表面温度が十分に下がらない不都合があり、消泡後に再び液体が加熱されて気泡が発生する虞があった。
【００１０】
さらに、消泡後に再び液体が加熱されて気泡が発生する現象（以下、リボイル現象と称する。）が発生した場合には、キャビテーションによる衝撃が発熱体表面を打つ回数が増加することにより、耐久性能が低下する虞があった。
【００１１】
また、リボイル現象が発生した場合には、発泡前と同様に流路を吐出用の液体で充填するために要するリフィル時間が増加し、液体を繰り返し吐出させる速度が遅くなる虞があった。
【００１２】
そこで、本発明は、発泡室の内壁面に対して両面が間隔をあけた状態で支持された発熱体に関して、次の加熱発泡に移行することが可能になるまでに要する時間の増加を抑えるとともに、リボイル現象の発生を防止することを可能にし、かつ、消費電力が低い液体吐出ヘッドおよびこの液体吐出ヘッドを備える記録装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を加熱して発泡させ、発生気泡を利用して液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、液滴を吐出する吐出口を有するオリフィス形成部材と、液体を供給するインク供給口を有する基板と、抵抗薄膜により平板状に形成された、液体を加熱して発泡させるための発熱体と、を備える。発熱体は、オリフィス形成部材と基板との間に形成される。また、オリフィス形成部材と基板とに跨って形成される、吐出口に連設されて液体が充填される発泡室の内壁面に対して、発熱体は厚み方向の両面が間隔をあけた状態で支持される。そして、発熱体は、抵抗薄膜の厚み方向の両面に積層された保護膜と、保護膜上に積層された耐キャビテーション用の金属薄膜とを有する薄膜積層体をなし、この薄膜積層体の厚みが０．１μｍ以上１２μｍ以下である。また、発熱体を挟んで対向する位置に、発熱体に電気信号を印加するための第１および第２の電極がそれぞれ設けられる。また、発熱体を支持する支持部は第１および第２の電極を有し、第１の電極と第２の電極との間の距離をＷ₁、発泡時における発熱体の熱伝導距離をｄ₁、消泡時における発熱体の熱伝導距離をｄ₂とし、
熱拡散率をνとしたとき、ｄ＝２（νｔ） ^0.5 で定義される、時刻ｔにおける熱伝導距離ｄが、厚さＬ _j 、熱拡散率ν _j 、（ｊ＝１，２，３，．．．ｎ）なるｎ層の薄膜積層体に関して、全膜厚をＬ ^total としたとき、
ｄ＝｛Ｌ ₁ ２（ν ₁ ｔ） ^0.5 ＋ Ｌ ₂ ２（ν ₂ ｔ） ^0.5 ＋ Ｌ ₃ ２（ν ₃ ｔ） ^0.5 ．．．＋ Ｌ _n ２（ν _n ｔ） ^0.5 ｝／Ｌ ^total で定義された場合に、２ｄ₁＜Ｗ₁＜ｄ₂の条件を満たす。
【００１４】
以上のように構成された本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、発熱体により液体を発泡吐出させた後に、発熱体からオリフィス形成部材および基板に放熱することによって、消泡時の発熱体の表面温度を発泡温度以下にすることで、消泡時のリボイル現象の発生が抑制される。また、この液体吐出ヘッドは、液体が充填される発泡室の内壁面に対して、厚み方向の両面が間隔をあけた状態で発熱体が支持されることにより、液体吐出ヘッドを支持するヘッド支持体側への熱の散逸が防止されて、発熱体に供給した電気エネルギが発泡エネルギに効率良く変換される。なお、発熱体を支持する構造としては、吐出口方向を閉塞させないように支持する構造であれば、発熱体が両持ち梁状または片持ち梁状に支持されても良い。
【００１５】
また、本発明に係る記録装置は、本発明の液体吐出ヘッドを用いて記録媒体に情報を記録する。
【００１７】
また、平板状の発熱体を用いた場合、発熱体の両面で同時に気泡をそれぞれ発生させるためには、例えば、発熱体を膜沸騰が生じる温度まで急速に加熱すれば良い。これにより、発熱体の温度は短時間で一様に発泡温度以上に上昇するので、発熱体の両面での発泡時期のばらつきが小さくなり、発熱体両面で同時に気泡をそれぞれ発生させることができる。
【００１８】
また、本発明に係る液体噴射ヘッドは、支持部が、第１および第２の電極を有し、第１の電極と第２の電極との間の距離をＷ₁、発泡時における発熱体の熱伝導距離をｄ₁、消泡時における発熱体の熱伝導距離をｄ₂とすれば、距離Ｗ₁が、２ｄ₁＜Ｗ₁＜ｄ₂の条件を満たす。これによって、発泡時に支持部側へ逃げる熱が少なくなると共に、消泡時に表面温度を発泡温度以下にすることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について、インクジェット記録ヘッドを図面を参照して説明する。
【００２３】
まず、本実施形態のインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドと称する。）は、インクジェット記録方式の中でも特に、液体のインクを吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段を備え、その熱エネルギによってインクの状態変化を生起させる方式が採用された記録ヘッドである。この記録方式が用いられることにより、記録される文字や画像等の高密度化および高精細化を達成している。特に本実施形態は、熱エネルギを発生する手段として発熱抵抗素子を用い、この発熱抵抗素子によりインクを加熱して膜沸騰させたときに生じる気泡による圧力を利用してインクを吐出するＢＪ（Bubble Jet）ヘッドである。
【００２４】
（第１の参考形態）図１に、記録ヘッドの平面図を示す。また、記録ヘッドについて、図２にＸ―Ｙ平面による断面図を示し、図３にＹ−Ｚ平面による断面図を示す。
【００２５】
図１、図２および図３に示すように、記録ヘッド１は、インク滴を吐出するための吐出口１４を有するオリフィス形成部材１１と、インク供給口１５を有する基板１２と、インクを加熱して発泡するための発熱体１３とを備えている。また、記録ヘッド１は、インク供給口１５から供給されたインクが充填される発泡室１６と、この発泡室１６の内壁面に対して両面が所定の間隔をあけた状態で発熱体１３を支持する支持部１７と、発熱体１３を一定時間Δｔだけ発熱させるための電気信号を発熱体１３に印加する駆動部１８とを備えている。
【００２６】
発熱体１３は、抵抗薄膜によって略平板状に形成されている。発泡室１６は、オリフィス形成部材１１および基板１２に跨って設けられており、吐出口１４に連設されている。また、発泡室１６内には、図２および図３に示すように、発熱体１３を間に挟んで両側に、発熱体１３の表面側と裏面側とのインクを流動させる表裏連通口２１，２２がそれぞれ設けられている。
【００２７】
支持部１７は、発熱体１３を間に挟んで対向する位置にそれぞれ設けられた第１および第２の電極２３，２４を有している。
そして、発熱体１３、および第１、第２の電極２３，２４は、両面に絶縁保護膜２５，２６がそれぞれ積層されており、これら絶縁保護膜２５，２６を介してオリフィス形成部材１１と基板１２との間に積層されている。絶縁保護膜２５，２６には、コンタクトホール２７，２８が設けられており、これらコンタクトホール２７，２８を介して、第１および第２の電極２３，２４に電力を供給する配線電極２９，３０と電気的に接続されている。
【００２８】
また、基板１２には、発泡室１６内にインクを供給するためのインク供給路３１が設けられており、このインク供給路３１にインク供給部（不図示）からインクが供給されている。
【００２９】
そして、記録ヘッド１は、インク供給路３１側からインク供給口１５を経てインクが供給されて、発泡室１６内にインクが充填される。記録ヘッド１は、発熱体１３によるインクの加熱によって発熱体１３の両面にそれぞれ発生する気泡３３，３４によって、吐出口１４からインク滴３２が吐出される。
【００３０】
この記録ヘッド１によれば、発熱体１３によりインクを発泡吐出させた後、発熱体１３から図２中矢印ａ₁，ａ₂方向である支持部１７側にそれぞれ放熱することによって、消泡時の発熱体１３の表面温度を発泡温度以下にすることで、リボイル現象の発生が抑制される。
【００３１】
また、記録ヘッド１は、発泡室１６内に表裏連通路２３，２４がそれぞれ設けられることにより、発熱体１３の裏面の発泡を吐出に寄与させている。この記録ヘッド１は、発熱体１３が、第１の電極２３と第２の電極２４間に配置された発熱体１３の両面近傍で発泡することで、発熱体１３の表裏の両面での各発泡を有効に利用することができるため、片面のみの発泡を利用する通常の片面発泡型の発熱体に比較して、発熱体１３に供給するエネルギが同じ場合で約２倍の発泡エネルギを得ることができる。
【００３２】
また、発泡時の熱伝導距離が、消泡時の熱伝導距離に比べて、一般に短いため、記録ヘッド１は、発泡時に発熱体１３の発泡面を加熱し、消泡時に支持部１７である第１および第２の電極２３，２４側へ放熱することにより、消泡時の発熱体１３の表面温度を発泡温度以下にすることが可能になり、リボイル現象の発生を抑制することができる。
【００３３】
そして、記録ヘッド１は、第１の電極２３と第２の電極２４との間の距離（発熱体１３の幅）をＷ₁、発熱体１３の発泡時における熱伝導距離をｄ₁、発熱体１３の消泡時における熱伝導距離をｄ₂としたとき、距離Ｗ₁が、
２ｄ₁＜Ｗ₁＜ｄ₂ ・・・式１
式１の条件を満たしている。このように距離Ｗ₁を選定することにより、発泡時に横方向である支持部１７側へ逃げる熱が少なくなり、消泡時に発熱体１３の絶縁保護膜２５，２６の表面温度を発泡温度以下にすることが可能になるため、リボイル現象の発生を抑制することができる。
【００３４】
ただし、時刻ｔにおける熱伝導距離ｄは、単一材料について熱拡散率をνとして、ｄ＝２（νｔ）^0.5で定義する。また、厚さＬ_j、熱拡散率ν_j、（ｊ＝１，２，３，．．．ｎ）なるｎ層の薄膜積層体に関しては、全膜厚をＬ^totalとして、
ｄ＝｛Ｌ₁２（ν₁ｔ）^0.5 ＋ Ｌ₂２（ν₂ｔ）^0.5 ＋ Ｌ₃２（ν₃ｔ）^0.5 ．．．＋ Ｌ_n２（ν_nｔ）^0.5 ｝／Ｌ^total
で定義する。また、発泡時間は、水を主成分とするインク（液体）の場合、インクに接する発熱体１３の絶縁保護膜２５，２６の表面が約３００℃に達する時間を指している。また、消泡時間は、発熱体１３表面で発生して成長した気泡が収縮して再び発熱体１３表面に戻ってくる時間であり、発泡からおよそ１０μｓ程度後の時間を指している。
【００３５】
第１の参考形態の記録ヘッド１では、例えば、発熱体１３が厚さ１．０μｍ程度のポリシリコン層からなり、絶縁保護膜２５，２６が厚さ０．２５μｍ程度のＳｉＮ層からなる。また、距離Ｗ1（＝発熱体１３の幅）が３８μｍ程度、印加する電気パルス幅が１．０μｓ程度に設定されている。また、発熱体１３に供給するエネルギは、発泡に必要な閾値電圧の１．２倍に設定されている。
【００３６】
したがって、発熱体１３の熱拡散率が、８９．１×１０^-6ｍ²／ｓ、絶縁保護膜２５，２６の熱拡散率が、０．９０９×１０^-6ｍ²／ｓであり、２ｄ₁＝２４．５μｍ、ｄ₂＝５０．４μｍであるため、距離Ｗ₁は、
２４．５μｍ＜Ｗ₁＜５０．４μｍ
の範囲内で選定することが望ましい。
【００３７】
図４に、発泡閾値電圧の１．２倍に相当する電圧を印加したときの発熱体１３に供給するエネルギ密度と、各電極間の距離Ｗ₁に対する消泡時の発熱体１３の表面温度の依存性を示す。図４中に示す範囲Ｒ₁は、２ｄ₁＜Ｗ₁＜ｄ₂である範囲を示し、このような条件を満たす距離Ｗ₁に設定することで、支持部１７側への熱の逃げによる効率の低下を抑えて従来型の発熱体より高い効率を確保するとともに、消泡時の発熱体１３の表面温度を低下させ、リボイル現象の発生を抑制することができる。
【００３８】
また、図４に示すように、距離Ｗ₁に対する発熱体１３に供給したエネルギ密度および消泡時の発熱体１３の表面温度の依存性を求めて、消泡時の発熱体１３の表面温度がインクの発泡温度以下となるように距離Ｗ₁を設定することにより、リボイル現象の発生を抑制することができる。特に、インクが水を含有する場合には、発泡温度が３００℃程度となる。すなわち、インクが水を含有し、支持部１７からの放熱によって消泡時の発熱体１３の表面温度を３００℃以下、より好ましくは２００℃以下にすることにより、リボイル現象の発生を抑制することができる。
【００３９】
また、支持部１７からの放熱によって消泡時の発熱体１３の表面温度を略１００℃以下とすれば、平衡状態での水の蒸発温度以下となるために、リボイル現象を抑制する効果が増大する。しかしながら、必要以上に、横からの放熱量を増大させた場合には、図３に示すように、供給するエネルギの増加を招くため、支持部１７からの放熱によって消泡時の発熱体１３の表面温度をほぼ１００℃にすることで、リボイル現象の発生を抑制し、かつ、エネルギの利用効率が高い記録ヘッドを提供することができる。
【００４０】
また、第１の参考形態の記録ヘッド１において、発熱体１３が、絶縁保護膜２５，２６を抵抗薄膜の両面に配置した薄膜積層体である。この薄膜積層体の厚みＤが、発熱体１３の発泡時における熱伝導距離ｄ1の２倍の値に比べて大きい場合、発泡時に支持部１７側に逃げる熱エネルギの割合が増加し、発泡エネルギに変換される熱エネルギが著しく低下するため好ましくないので、Ｄ＜２ｄ1の条件を満たすことが好ましい。また、この薄膜積層体の厚みＤが著しく小さい場合、梁部の強度が低下するため好ましくない。したがって、パルス幅や薄膜積層体材料およびインク滴の体積等の要求から、この薄膜積層体の厚みＤに関する上記の条件は、典型的には、０．１μｍ以上１２μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以上３μｍ以下である。
【００４１】
ここで、発熱体１３を構成する薄膜積層体は、膜厚０．２５μｍのＳｉＮ膜からなる絶縁保護膜層２５，２６と、膜厚１．０μｍのポリシリコン抵抗薄膜層とからなる。したがって、薄膜積層型の発熱体１３としては、厚み１．５μｍである。このように、薄膜積層型の発熱体１３の厚みを、０．１μｍ以上１２μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以上３μｍ以下程度に薄くすることにより、発熱体１３内部で発生した熱エネルギが発熱体１３の表裏における発泡に寄与し、エネルギの利用効率を向上することができる。
【００４２】
また、第１の参考形態の記録ヘッド１は、距離Ｗ1が５０μｍ以下に設定されており、距離Ｗ1を５０μｍ程度以下にまで狭くすることにより、矢印ａ1，ａ2方向である横方向へ積極的に放熱することを可能とし、リボイル現象を抑制することができる。
【００４３】
図４に示すように、記録ヘッド１は、距離Ｗ₁に直交する発熱体１３の長さをＬ₁、発熱体１３の長さＬ₁方向の各側端と対向する各内壁面との間の距離をＬａ、Ｌｂ、発熱体１３の長さＬ₁方向に平行なインク供給口１５の開口寸法をＬ₄、発熱体１３の長さＬ₁方向に平行な吐出口１４の開口寸法をＬ₄、とすれば、Ｌ₁＝３８μｍ、Ｌａ＝Ｌｂ＝２０μｍ、Ｌ₃＝２０μｍ、Ｌ₄＝２０μｍに設定されている。吐出口１４の開口形状は、Ｌ₄×Ｌ₄の正方形をなしている。
【００４４】
すなわち、記録ヘッド１は、表裏にそれぞれ面積Ｓ₁＝Ｗ₁×Ｌ₁の発泡領域を有する抵抗薄膜からなる発熱体１３（両面に絶縁保護膜２５，２６が積層されてなる）と、この発熱体１３の表裏の発泡面に連通する最小開口面積Ｓ₂＝Ｗ₁×（Ｌａ＋Ｌｂ）の表裏連通路２３、２４と、最小開口積Ｓ₃＝Ｗ₁×Ｌ₃のインク供給口１５（狭小部）と、最小開口面積Ｓ₄＝Ｗ₄×Ｌ₄の吐出口１４を有し、
Ｓ₁＝Ｗ₁×Ｌ₁＝１４４４μｍ²、
Ｓ₂＝Ｗ₁×（Ｌａ＋Ｌｂ）＝１５２０μｍ²、
Ｓ₃＝Ｗ₁×Ｌ₃＝７６０μｍ²、
Ｓ₄＝Ｌ₄×Ｌ₄＝４００μｍ²、
であり、Ｓ₂＞Ｓ₃、Ｓ₂＞Ｓ₄、Ｓ₁＞Ｓ₄なる条件をそれぞれ満たしている。
【００４５】
すなわち、記録ヘッド１は、表裏にそれぞれ面積Ｓ₁の発泡領域を有する発熱体１３と、この発熱体１３の表裏の発泡面に連通する最小開口面積Ｓ₂の表裏連通路２１，２２と、最小開口面積Ｓ₃のインク供給口１５と、最小開口面積Ｓ₄の吐出口１４とを有し、Ｓ₂＞Ｓ₃、Ｓ₂＞Ｓ₄、Ｓ₁＞Ｓ₄、なる条件をそれぞれ満たすことにより、発熱体１３の裏面の発泡をインク滴の吐出に有効に寄与させ、ノズル全体としてのエネルギの利用効率が高い記録ヘッドを実現することができる。
【００４６】
次に、本参考形態の記録ヘッド１について、液滴の吐出原理を説明する。発泡室１５内にインクを充填した状態で、発熱体１３に駆動部１８によって、パルス電圧を印加することにより、発熱体１３の温度を、膜沸騰が生じる温度（３００℃以上）まで急速に上昇させる。これにより、発熱体１３の発泡面の両面に、同時に気泡２１，２２がそれぞれ発生し、急激に膨張を始める。さらに気泡は膨張を続け、インクを吐出口１４側に押し出す。記録ヘッド１は、さらに気泡が膨張したとき、独立したインク滴が形成されて、吐出口１４からインク滴を吐出する。その後、インク滴に取り込まれずに発泡室１５内に残ったインクは、インク供給路３１内のインクと合体して初期状態に復帰する。
【００４７】
また、この記録ヘッド１は、例えば、Ｃ．Ｉ．フードブラック３．０重量％，ジエチレングリコール１５．０重量％，Ｎ−メチル−２−ピロリドン５．０重量％，イオン交換水７７．０重量％よりなる各配合成分を混合容器内で撹拌し、均一に混合溶解させた後、孔径０．４５μｍのポリフッ化エチレン系繊維製フィルタで濾過することにより得られた粘度２．０ｃｐｓ（２０℃）のインクを発泡室１５内に供給して吐出させる。
【００４８】
（第２の参考形態）つぎに、他の発熱体を有する第２の参考形態の記録ヘッドを図面を参照して説明する。図５に、第２の参考形態の記録ヘッドのＸ−Ｙ平面による断面図を示す。この第２の参考形態の記録ヘッドは、発熱体を除く基本構成が上述した記録ヘッドと同一であるため、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００４９】
図５に示すように、第２の参考形態の記録ヘッド２は、発熱体５１が支持部５７によって支持されており、発熱体５１の膜厚が絶縁保護膜２５，２６の膜厚より薄く形成されていることを除いて、他の構成が第１の参考形態の記録ヘッド１とほぼ同様に構成されている。
【００５０】
第２の参考形態の記録ヘッド２では、発熱体５１を構成する抵抗薄膜であるポリシリコン膜の膜厚が０．１μｍ程度であり、ＳｉＮ膜である絶縁保護膜２５，２６の膜厚０．２５μｍより薄く設定されている。また、距離Ｗ1＝１８μｍに設定されている。
【００５１】
第２の参考形態では、抵抗薄膜である発熱体５１の膜厚を、絶縁保護膜２５，２６の膜厚より薄く設定することにより、有効利用されにくい発熱体５１内部の熱エネルギを小さく抑えて、エネルギの利用効率を向上することができる。また、薄膜積層型の発熱体全体の厚みを薄くすることが可能になるため、発熱体内部で発生した熱エネルギを表裏の発泡に更に有効に利用することができる。
【００５２】
図６に、発泡閾値電圧の１．２倍に相当する電圧を印加した場合について、本参考形態の発熱体５１に供給するエネルギと片面発泡型の発熱体に供給するエネルギとの比（＝省エネ率）と、距離Ｗ1に対する消泡時の発熱体５１の表面温度の依存性を示す。
【００５３】
図６中に示す範囲Ｒ₂は、２ｄ₁＜Ｗ₁＜ｄ₂である範囲を示している。この範囲Ｒ₂は、具体的に、１２．７μｍ＜Ｗ₁＜２５．８μｍである範囲を示す。例えば、Ｗ₁＝１８μｍ（１８×１８μｍの正方形の発熱体５１）に設定することで、省エネ率＝０．６（エネルギ消費の４０％を削減）、消泡時の発熱体５１の表面温度を約１００℃にすることが可能になる。そして、記録ヘッド２によれば、支持部５７側への熱の逃げによる効率の低下を抑えて、従来型の発熱体に比較して高い効率を確保するとともに、消泡時の発熱体５１の表面温度を低下させ、リボイル現象の発生を抑制することができる。
【００５４】
（実施形態）更に他の発熱体を有する実施形態の記録ヘッドを図面を参照して説明する。図７に、実施形態の記録ヘッドのＸ−Ｙ平面による断面図を示す。この実施形態の記録ヘッドは、発熱体を除く基本構成が上述した記録ヘッドと同一であるため、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
図７に示すように、実施形態の記録ヘッド３は、発熱体７１が支持部７７によって支持されており、絶縁保護膜７２ａ，７２ｂに金属薄膜からなる耐キャビテーション用の金属保護膜７３ａ，７３ｂが積層されている。この記録ヘッド３は、金属保護膜７３ａ，７３ｂから支持部７７側への放熱によって、消泡時の発熱体７１の表面温度を低下させることを除いて、他の構成が第１の参考形態の記録ヘッド１とほぼ同様に構成されている。
【００５６】
この記録ヘッド３では、発熱体７１が、膜厚０．０５μｍのＴａＮ抵抗薄膜からなり、絶縁保護膜７２ａ，７２ｂが、膜厚０．３μｍのＳｉＮ膜からなり、
耐キャビテーション用の金属保護膜７３ａ，７３ｂが、膜厚０．２５μｍのＴａ薄膜からなる。また、距離Ｗ₁＝２０μｍに設定されている。
【００５７】
実施形態では、絶縁保護膜７２ａ，７２ｂに積層された耐キャビテーション用の金属保護膜７３ａ，７３ｂから支持部７７側へ放熱することによって、消泡時の発熱体７１の表面温度を低下させることで、積極的に放熱することが可能になり、リボイル現象を抑制することができる。
【００５８】
実施形態の記録ヘッド３では、２ｄ1＜Ｗ1＜ｄ2なる条件は、具体的に、９．５μｍ＜Ｗ1＜２１．４μｍである範囲を示し、このような条件を満たす距離Ｗ1、例えば、Ｗ1＝２０μｍに設定することで、支持部７７側への熱の逃げによる効率の低下を抑えて、従来型の発熱体に比較して高い効率を確保するとともに、消泡時の発熱体７１の表面温度を低下させ、リボイル現象の発生を抑制することができる。
【００５９】
なお、上述した記録ヘッドでは、発生した気泡を吐出口近傍で外気と通気させることにより、吐出されるインク滴の体積が一定となり、インク滴の吐出特性が安定する。気泡と外気を通気させるためには、例えば、発熱体と吐出口との間の距離を短くする、駆動電圧を大きくすることにより気泡の体積を大きくする等の方法が挙げられる。
【００６０】
また、図示しないが、上述した記録ヘッドを用いて記録紙等の記録媒体に画像等を記録する記録装置は、記録ヘッドを複数備えることにより高速な記録が可能になり、さらに記録ヘッドの各発熱体に膜沸騰を生じさせるための電気信号を供給する信号供給部を備えることにより安定した記録が可能となる。また、このような記録装置では、上述した記録ヘッドを用いてインク滴を吐出することにより、高解像度、高速記録が可能で高品位な記録を実現することができる。
【００６１】
また、本発明は、上述した実施形態において、基板、オリフィス形成部材、発泡室、発熱体、吐出口等の寸法や形状や材質、駆動条件等を、設計事項として任意に変更できるものであることは勿論である。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液体吐出ヘッドによれば、発熱体により液体を発泡吐出させた後に、発熱体からオリフィス形成部材および基板へ放熱することによって、消泡時の発熱体の表面温度を発泡温度以下にすることで、消泡時のリボイル現象の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の参考形態のインクジェット記録ヘッドを示すＸ−Ｚ平面による平面図である。
【図２】 前記記録ヘッドを示すＸ−Ｙ平面による断面図である。
【図３】 前記記録ヘッドを示すＹ−Ｚ平面による断面図である。
【図４】 前記記録ヘッドにおける、距離Ｗ1と、消泡時の発熱体の表面温度および発熱体に供給したエネルギ密度との関係を説明するために示す図である。
【図５】 第２の参考形態の記録ヘッドを示す断面図である。
【図６】 前記記録ヘッドにおける、距離Ｗ1と、消泡時の発熱体の表面温度および省エネ効率との関係を説明するために示す図である。
【図７】 実施形態の記録ヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
１，２，３， インクジェット記録ヘッド
１１ オリフィス形成部材
１２ 基板
１３ 発熱体
１４ 吐出口
１５ インク供給口
１６ 発泡室
１７ 支持部
１８ 駆動部
２１，２２ 表裏連通口
２３ 第１の電極
２４ 第２の電極
２５，２６ 絶縁保護膜
２７，２８ コンタクトホール
２９，３０ 配線電極
３１ インク供給路
３２ インク滴
３３，３４ 気泡
５１ 発熱体
５７ 支持部
７１ 発熱体
７２ａ，７２ｂ 絶縁保護膜
７３ａ，７３ｂ 耐キャビテーション用の金属保護膜
７７ 支持部

Claims (2)

1. 液体を加熱して発泡させ、発生気泡を利用して液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、
   液滴を吐出する吐出口を有するオリフィス形成部材と、
   液体を供給するインク供給口を有する基板と、
   抵抗薄膜により平板状に形成された、液体を加熱して発泡させるための発熱体と、を備え、
   前記発熱体は、前記オリフィス形成部材と前記基板との間に形成され、
   前記オリフィス形成部材と前記基板とに跨って形成される、前記吐出口に連設されて液体が充填される発泡室の内壁面に対して、前記発熱体は厚み方向の両面が間隔をあけた状態で支持され、
   前記発熱体は、前記抵抗薄膜の厚み方向の両面に積層された保護膜と、該保護膜上に積層された耐キャビテーション用の金属薄膜とを有する薄膜積層体をなし、該薄膜積層体の厚みが０．１μｍ以上１２μｍ以下であり、
   前記発熱体を挟んで対向する位置に、前記発熱体に電気信号を印加するための第１および第２の電極がそれぞれ設けられ、
   前記発熱体を支持する支持部は前記第１および第２の電極を有し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の距離をＷ₁、発泡時における前記発熱体の熱伝導距離をｄ₁、消泡時における前記発熱体の熱伝導距離をｄ₂とし、
   熱拡散率をνとしたとき、ｄ＝２（νｔ） ^0.5 で定義される、時刻ｔにおける熱伝導距離ｄが、厚さＬ _j 、熱拡散率ν _j 、（ｊ＝１，２，３，．．．ｎ）なるｎ層の薄膜積層体に関して、全膜厚をＬ ^total としたとき、
   ｄ＝｛Ｌ ₁ ２（ν ₁ ｔ） ^0.5 ＋ Ｌ ₂ ２（ν ₂ ｔ） ^0.5 ＋ Ｌ ₃ ２（ν ₃ ｔ） ^0.5 ．．．＋ Ｌ _n ２（ν _n ｔ） ^0.5 ｝／Ｌ ^total で定義された場合に、
   ２ｄ₁＜Ｗ₁＜ｄ₂
   の条件を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドを用いて記録媒体に情報を記録する記録装置。

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