專利名稱：噴墨頭基片、噴墨頭及其制造方法和噴墨頭使用方法及噴墨裝置的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于通過噴射墨水而實(shí)現(xiàn)記錄的噴墨頭、一種用于這種噴墨頭的基片、制造該噴墨頭和該基片的方法、一種使用這種噴墨頭的方法以及一種噴墨記錄裝置。
相關(guān)
背景技術(shù)：
在美國專利US4,723,129或US4,740,796中公開了一種噴墨記錄裝置，它能以高精度和高圖像質(zhì)量快速地進(jìn)行記錄，并適用于彩色記錄而且體積小巧。在使用這種噴墨記錄系統(tǒng)并適于通過熱能方式使墨水發(fā)泡而把墨水噴射到記錄介質(zhì)上的記錄頭中，用于使墨水發(fā)泡的發(fā)熱電阻元件和用于電連接的布線被形成在同一基片上以提供一噴墨記錄頭基片，用于噴射墨水的噴嘴形成在該基片上。
為了節(jié)省所供應(yīng)的電能并防止由于發(fā)泡造成的機(jī)械破壞和由于熱脈沖造成的加熱部分的損壞而引起的基片服務(wù)年限的縮短，已經(jīng)廣泛地設(shè)計(jì)了噴墨記錄頭基片。尤其是，已經(jīng)作了很多關(guān)于保護(hù)膜的研究，該保護(hù)膜用于使位于一對布線圖案之間并具有加熱部分的發(fā)熱電阻元件遠(yuǎn)離墨水。
以熱效率的觀點(diǎn)，保護(hù)膜具有高導(dǎo)熱性或較小的厚度是有利的。然而，另一方面，保護(hù)膜具有使與加熱元件連接的布線遠(yuǎn)離墨水的目的，考慮到薄膜缺陷的可能性該保護(hù)膜具有較大的厚度是有利的，而合適的薄膜厚度要以能量效率和可靠性的觀點(diǎn)來設(shè)定。然而，保護(hù)膜遭受到兩種空蝕現(xiàn)象的破壞，即，由于墨水發(fā)泡而造成的機(jī)械破壞以及由于發(fā)泡后薄膜表面溫度升高使墨水成份在高溫下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而造成的磁壞。
因而，實(shí)際上，難以制造用于保護(hù)布線的絕緣薄膜以及相對于機(jī)械和化學(xué)破壞具有穩(wěn)定性的薄膜，并且，由于這個(gè)原因，噴墨基片的保護(hù)膜通常由相對于由墨水沸騰造成的機(jī)械和化學(xué)破壞具有高穩(wěn)定性的上層以及用于保護(hù)布線的下層絕緣層構(gòu)成。更具體地說，具有很高機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性的Ta薄膜通常用作上層，而能用現(xiàn)有的半導(dǎo)體設(shè)備簡單而穩(wěn)定地形成的SiN薄膜或SiO薄膜通常用作下層。
解釋得更詳細(xì)些，厚度大約0.2至1μm的SiN薄膜形成位于布線上的保護(hù)膜，然后，形成上層保護(hù)膜，即用于抵抗空蝕現(xiàn)象的被稱為抗空蝕膜的厚度大約0.2至0.5μm的Ta薄膜。以這種配置，噴墨基片的加熱元件的可靠性和服務(wù)年限都能被提高。
另外，除了機(jī)械和化學(xué)破壞，在加熱部分，墨水中的著色劑和添加劑會由于高溫加熱被分解為分子水平而變成難溶物質(zhì)，這些物質(zhì)物理地附著在作為上層保護(hù)膜的抗空蝕膜上。這種現(xiàn)象被稱為“kogation”(“公害”)。因而，如果難溶的有機(jī)物或者無機(jī)物附著在抗空蝕膜上，從發(fā)熱電阻元件到墨水的熱傳導(dǎo)會變得不均勻，從而造成發(fā)泡不穩(wěn)定。為了避免這種情況，希望在抗空蝕膜上不出現(xiàn)kogation。上述Ta薄膜通常用作具有良好kogation抵抗性的薄膜。
順便提及，近來，隨著噴墨打印機(jī)性能的顯著提高，已經(jīng)要求墨水性能的提高，例如，要求適于高速記錄的滲漏(不同顏色之間的污染)的預(yù)防，要求適于高圖象質(zhì)量的著色能力和抗風(fēng)干能力的提高。為達(dá)此目的，多種成分被加入墨水，并且，多種成分被加入到三種顏色，即，黃色(Y)，品紅色(M)和青色(C)，這些是形成彩色圖象的各種墨水。
結(jié)果，例如，在用于三種顏色(Y)，(M)，(C)的加熱部分和作為上層保護(hù)層的Ta薄膜形成于同一基片上的噴墨頭中，由于墨水的成份不同，在相應(yīng)于每種顏色的加熱部分，至今被認(rèn)為是穩(wěn)定薄膜的Ta薄膜也會被腐蝕，結(jié)果下層保護(hù)膜和加熱元件均被損壞而破壞了基片。例如，當(dāng)使用包含如Ca或Mg這樣的二價(jià)金屬鹽或者形成螯合物的成份的墨水時(shí)，Ta薄膜易于被與墨水發(fā)生的熱化學(xué)反應(yīng)所腐蝕。
另一方面，已經(jīng)開發(fā)了適應(yīng)于墨水成份之改進(jìn)的其它抗空蝕膜。例如，當(dāng)使用依據(jù)申請人在日本專利No.2,683,350中所公開的包含Ta的非晶體合金取代Ta薄膜時(shí)，即使該墨水包含高度腐蝕性墨水成分，發(fā)現(xiàn)幾乎沒有發(fā)生損壞。
因而，可以考慮把包含Ta的非晶體合金用作能噴射三色(Y，M，C)墨水的噴墨頭中的加熱部分的上層保護(hù)膜。然而，盡管包含Ta的非晶體合金具有高的抗墨水腐蝕性，但由于合金表面幾乎不遭受損壞，仍有易于發(fā)生kogation的趨向。
因而，在相應(yīng)于每種顏色的加熱部分，取代上層保護(hù)膜幾乎不被腐蝕的事實(shí)，產(chǎn)生了有關(guān)kogation的問題。另外，當(dāng)在不同顏色墨水中使用具有高kogation性能的墨水時(shí)，在傳統(tǒng)Ta中，盡管沒有關(guān)于kogation的問題，但當(dāng)改成包含Ta的非晶體合金時(shí)，kogation會變得顯著。順便提及，在傳統(tǒng)Ta中，幾乎不發(fā)生kogation的原因是Ta薄膜的輕微腐蝕和kogation發(fā)生在良好的平衡條件下，結(jié)果可以通過Ta薄膜表面的逐步腐蝕清除來抑制kogation的積累產(chǎn)生。
如上所述，在用Ta薄膜或包含Ta的非晶體合金作為接觸墨水的上層保護(hù)膜時(shí)，難以把在同一基片上分別使用具有高kogation性能和高腐蝕性的噴墨頭的服務(wù)年限和可靠性很好地諧調(diào)起來。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種噴墨頭基片，該基片具有一新插入層(或薄膜)，該插入層能清除kogation產(chǎn)生因素并且與傳統(tǒng)的Ta保護(hù)膜相比不會減小噴射速度、或者具有能從初始條件與液體接觸的新抗空蝕功能，一種使用這種基片的噴墨頭，一種制造這種基片的的方法，以及一種使用這種噴墨頭的方法。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種噴墨頭，能夠在包括被氣泡的產(chǎn)生所移動的可動元件的噴墨頭(例如，參見公開的日本專利申請No.2000-62180)中維持更確定的特性，并且具有能提供良好噴射特性的抗空蝕層。具體地說，盡管具有可動元件的噴墨頭有著可以實(shí)現(xiàn)更高頻率驅(qū)動(與傳統(tǒng)的相比較)的優(yōu)點(diǎn)，但是這種特性可造成氣泡以高頻周期突然產(chǎn)生，并且有要求高水平的氣泡產(chǎn)生區(qū)域的趨向。本發(fā)明提供一種新噴墨頭基片，不僅維持了這種噴墨頭的優(yōu)點(diǎn)而且避免了由所用墨水的特性(活性和/或高PH值)引起的對抗空蝕層的影響。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種噴墨頭基片，該噴墨頭基片具有一形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件，一與該發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線，以及一經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在發(fā)熱電阻元件和電極布線上的抗空蝕膜，其中該抗空蝕膜由多于兩層的不同材料構(gòu)成。
另外，本發(fā)明提供一種噴墨頭基片，該噴墨頭基片具有一形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件，一與該發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線，以及一經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在發(fā)熱電阻元件和電極布線上的抗空蝕膜，其中該抗空蝕膜由至少兩層薄膜構(gòu)成，而且與墨水接觸的上層薄膜具有低于下層薄膜的抗墨水腐蝕性。
另外，本發(fā)明提供一種噴墨頭基片，該噴墨頭基片具有一形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件，一與該發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線，以及一經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在發(fā)熱電阻元件和電極布線上的抗空蝕膜，其中該抗空蝕膜由至少兩層薄膜構(gòu)成，且與墨水接觸的上層薄膜是其上較難產(chǎn)生kogation的薄膜，而下層薄膜是具有高抗墨水腐蝕性的薄膜。
更具體地，在抗空蝕膜中，與墨水接觸的上層薄膜是Ta薄膜或TaAl薄膜，下層薄膜是含Ta的非晶體合金薄膜。
該非晶體合金薄膜的成份包括Ta，F(xiàn)e，Ni和Cr，優(yōu)選表達(dá)式如下TaαFeβNiγCrδ…(I)(然而，10at.％≤α≤30at.％，并且α+β＜80at.％，而且α＜β以及δ＞γ，并且α+β+γ+δ＝100at.％)。
特別是，優(yōu)選該抗空蝕膜具有以表達(dá)式(I)表達(dá)的第一層TaαFeβNiγCrδ…(I)(然而，10at.％≤α≤30at.％，并且α+β＜80at.％，而且α＜β以及δ＞γ，并且α+β+γ+δ＝100at.％)，以及由Ta制成并且包含方形晶格晶體結(jié)構(gòu)的形成于第一層上的第二層。
另外，本發(fā)明包括一種噴墨頭，其中提供有與用于噴射墨滴的噴射部分相通的液體路徑，其對應(yīng)于上述噴墨頭基片上的加熱部分。特別是應(yīng)用本發(fā)明噴墨頭基片的該噴墨頭中，優(yōu)選提供與噴射端口相通的多個(gè)流動路徑，而且不同的墨水供應(yīng)給相應(yīng)的流動路徑。在這種情況下，不同的墨水是指至少易于發(fā)生kogation的墨水和具有高腐蝕性的墨水。
另外，本發(fā)明提供一種制造噴墨頭基片的方法，該基片具有一形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件，一與該發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線，以及一經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在該發(fā)熱電阻元件和電極布線上的抗空蝕膜，其中，為了形成抗空蝕膜，通過使用純度為99％或以上的金屬Ta靶濺射把具有方形晶格晶體結(jié)構(gòu)的Ta薄膜形成于成份包括Ta，F(xiàn)e，Ni和Cr的層上。該層的成份包括Ta，F(xiàn)e，Ni和Cr，優(yōu)選表達(dá)式如下
TaαFeβNiγCrδ…(I)(然而，10at.％≤α≤30at.％，并且α+β＜80at.％，而且α＜β以及δ＞γ，并且α+β+γ+δ＝100at.％)。
本發(fā)明還包括一種噴墨頭，其中提供有與用于噴射墨滴的噴射部分相通的液體路徑，其對應(yīng)于用這種制造方法生產(chǎn)的噴墨頭基片上的加熱部分。
在這種情況下，在該噴墨頭中，優(yōu)選該抗空蝕膜最初具有兩層，并且可以實(shí)行在一階段中部分清除上層Ta時(shí)進(jìn)行噴射，而且在一階段中僅在有效發(fā)泡區(qū)域清除Ta時(shí)進(jìn)行噴射。
另外，本發(fā)明提供一種制造噴墨頭的方法，其中提供有與用于噴射墨滴的噴射端口相通的液體路徑，其對應(yīng)于噴墨頭基片上的加熱部分，該噴墨頭基片具有形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件和與發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線，以及一經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在發(fā)熱電阻元件和電極布線上的抗空蝕膜，其中，為了形成抗空蝕膜，通過使用純度為99％或者更高的金屬Ta靶的濺射把具有方形晶格晶體結(jié)構(gòu)的Ta薄膜形成于成份包括Ta，F(xiàn)e，Ni和Cr的層上。該層的成份包括Ta，F(xiàn)e，Ni和Cr，優(yōu)選表達(dá)式如下TaαFeβNiγCrδ…(I)(然而，10at.％≤α≤30at.％，并且α+β＜80at.％而且α＜β以及δ＞γ，并且α+β+γ+δ＝100at.％)。
在這種制造方法中，形成流動路徑后，通過執(zhí)行初步的墨水噴射操作，優(yōu)選把Ta充分摻入至少包括TaαFeβNiγCrδ層中的Ta和Cr的非晶體固定層中。
另外，本發(fā)明還包括一種使用由該制造方法制造的噴墨頭的方法，其中把通過把Ta充分摻入至少包含TaαFeβNiγCrδ層中的Ta和Cr的非晶體固定層中所得到的層用作墨水的第一表面或者作為后暴露的層，或者其中把通過把Ta加進(jìn)至少包含TaαFeβNiγCrδ層中的Ta和Cr的非晶體表面層中所得到的層用作墨水的第一表面或者作為后暴露的層。
另外，本發(fā)明可以優(yōu)選應(yīng)用于上述噴墨頭中，其中具有自由端的可動元件設(shè)置在每個(gè)流動路徑處，通過來自加熱部分的熱能使液體中產(chǎn)生的氣泡的生長來移動該自由端。
另外，本發(fā)明還括一種具有托架的噴墨記錄裝置，上述噴墨頭安裝在該托架上，并且在相對于記錄信息移動托架的同時(shí)通過從噴墨頭噴射墨滴而在記錄介質(zhì)上進(jìn)行記錄。


圖11是圖7中所示噴墨頭的一部分的透視圖；以及圖12是表示應(yīng)用本發(fā)明的噴墨記錄裝置主要部分的示意性透視圖。
根據(jù)本發(fā)明中的噴墨頭基片結(jié)構(gòu)，對于墨水易于發(fā)生kogation，由于隨著加熱器驅(qū)動脈沖數(shù)目的增加上部Ta層被輕微地逐步清除，于是抑制了kogation的積累產(chǎn)生，所以防止了發(fā)泡效率的降低另一方面，對于墨水具有高腐蝕性，盡管隨著加熱器驅(qū)動脈沖數(shù)目的增加上部Ta層被清除，但是當(dāng)?shù)竭_(dá)包含Ta的非晶體合金與上部Ta層間的界面時(shí)，腐蝕停止。因此，當(dāng)線性排列在噴墨頭基片上的多個(gè)加熱部分被用于各種墨水時(shí)，即使墨水的種類中包括容易發(fā)生kogation的墨水和容易腐蝕Ta的墨水，對于這兩種墨水，噴墨頭基片能夠提供足夠的服務(wù)年限和足夠的可靠性。
另外，在本發(fā)明中，在具有可動元件的液體噴射頭中，該可動元件的高頻驅(qū)動區(qū)域可以選為10kHz頻率級，并且允許大約為20kHz至30kHz頻率級，可以應(yīng)用一種雙層結(jié)構(gòu)的抗空蝕膜作為抗空蝕膜，其中的薄膜包含Ta并具有形成于包含Ta并具有非晶體結(jié)構(gòu)的薄膜上的方形晶格晶體結(jié)構(gòu)。在具有可動元件的液體噴射頭中，氣泡的消失隨著上述高頻周期而重復(fù)，在單位時(shí)間內(nèi)給抗空蝕膜施加很多累積應(yīng)力。然而，根據(jù)本發(fā)明的抗空蝕膜，噴射速度和噴射量是穩(wěn)定的，所以可動元件的優(yōu)點(diǎn)能有效地保持一長段時(shí)間。另外，可以避免由所使用墨水的特性(活性和/或高PH值)引起的對抗空蝕膜的影響。
現(xiàn)在，本發(fā)明的抗空蝕膜的部分特性將被詳細(xì)說明。
作為第一抗空蝕膜的TaαFeβNiγCrδ(然而，10at.％≤α≤30at.％，并且α+β＜80at.％，而且α＜β以及δ＞γ，并且α+β+γ+δ＝100at.％)非晶體合金保護(hù)層在其表面上有一層鈍化膜。據(jù)推測，通過開始噴射純度99％或更高的金屬Ta以在該部分上形成第二抗空蝕膜，可對作為第二抗空蝕膜形成的方形晶格晶體結(jié)構(gòu)的Ta層與非晶體合金保護(hù)膜之間的界面，或者對非晶體合金保護(hù)層的表面區(qū)域(即，例如Cr，Ta這樣的鈍化膜)給出任何用于增強(qiáng)耐用度的改變。
作為第一因素，通過用磁控管噴射方法把用于第二抗空蝕膜中的Ta充分摻入第一抗空蝕薄膜的鈍化膜區(qū)域(包含Cr，Ta)，改良了例如Ta(Fe，Ni，Cr)作為非晶體(非晶體)的包含Ta，Cr的非晶體固定膜，從而消除了kogation的成因并增強(qiáng)了耐用度。
因此，根據(jù)該第一因素，本發(fā)明可以是一種噴墨頭基片或者一種具有這種基片的噴墨頭，其中通過把Ta摻入至少包含Ta和Cr的非晶體固定層中所得到的層用作墨水的第一表面或者作為后暴露的層。它們之中，在前一情況下，噴射速度可以從初始狀態(tài)就獲得穩(wěn)定速度，而在后一情況下，當(dāng)?shù)谝槐砻姹豢瘴g清除時(shí)可以增長耐用期。
作為第二因素，后形成的方形晶格晶體結(jié)構(gòu)的一部分Ta(即，β-Ta)被牢固地保持在第一抗空蝕膜的非晶體結(jié)構(gòu)的表面上以重組該表面，所以增強(qiáng)了耐用度并抑制了kogation的附著。
這可以加在第一因素上。在任何情況下，類似于第一因素，第二因素單獨(dú)起作用并用并提供“把Ta加入表面的結(jié)構(gòu)” 以代替“摻有Ta的層”。
作為第三因素，與第一和第二因素中的一個(gè)或兩個(gè)有關(guān)的Ta被摻入第一抗空蝕膜的非晶體中或者其鈍化膜中，結(jié)果被清除(被腐蝕)的β-Ta層受到氣穴的壓迫。即，當(dāng)通過噴墨頭制造中的熟化(初步液體噴射作為制造結(jié)束工序被預(yù)先執(zhí)行)或者使用中的氣泡消失把Ta充分摻入(也被稱作逆向噴射)時(shí)，Ta作用于要被清除(被腐蝕)的Ta或者作用于牢固地附著在非晶體的表面上的Ta或者作用于摻入鈍化膜中Ta，從而形成了具有更好的耐用度并防止產(chǎn)生kogation的抗空蝕膜本身或其表面。
第三個(gè)因素也可以被作為本發(fā)明的獨(dú)有特性。
當(dāng)然，可以理解，當(dāng)作為接觸墨水的第一表面而獲得第一因素時(shí)，通過使用噴墨頭制造中的熟化來清除β-Ta晶體結(jié)構(gòu)膜。并且，第一至第三因素的結(jié)合以及第一和第三因素的結(jié)合分別構(gòu)成本發(fā)明的獨(dú)有特性。
在本實(shí)施例中，當(dāng)由Ta形成上層抗空蝕膜時(shí)，可以使用任何制料，只要該材料是被墨水逐步腐蝕的。并且，當(dāng)由包含Ta的非晶體合金形成下層抗空蝕膜時(shí)，可以使用任何材料，只要該材料具有高抗墨水腐蝕性。
另外，當(dāng)認(rèn)為通過使用不同的材料可以延長與不同顏色墨水特性(即易于產(chǎn)生kogation的墨水和具有高抗蝕性的墨水)相關(guān)的加熱部分的服務(wù)年限時(shí)，抗空蝕膜的種類不限于兩個(gè)，而可以使用三個(gè)或多個(gè)薄膜，或者還可以進(jìn)一步改善保護(hù)膜的性能以提供抗墨水腐蝕性。
現(xiàn)在，將參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行解釋。(第一實(shí)施例)圖1A和1B表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的噴墨頭基片，其中圖1A是表示該噴墨頭基片主要部分的上部示意圖，而圖1B是沿圖1A中線1B-1B所取的側(cè)剖面示意圖。
如圖1A和1B所示，作為蓄熱層28的氧化硅膜形成于硅襯底23上，加熱電阻層24和作為電極布線22的鋁層以預(yù)定圖案形成于層28上。位于一對電極布線22之間的加熱電阻層24的一部分構(gòu)成迅速加熱并煮沸墨水的加熱部分21。
作為保護(hù)膜25的氮化硅主要用于保持覆蓋加熱電阻層24的電極與電極布線22之間的絕緣狀態(tài)，作為下層抗空蝕膜26的包含Ta并具有高抗墨水腐蝕性的非晶體合金薄膜和作為上層抗空蝕膜27的具有很高kogation性的Ta薄膜相繼形成于其上。并且，上層抗空蝕膜27的抗墨水腐蝕性低于下層抗空蝕膜26。
作為第一抗空蝕膜27的包含Ta的非晶體合金薄膜包含Ta，F(xiàn)e，Ni和Cr。通過使用這種合金，增強(qiáng)了抗墨水腐蝕性。并且，可以包括選自Ti，Zr，Hf，Nb，W組中的一個(gè)或多個(gè)原子。
另外，作為非晶體合金，優(yōu)選包含Ta的并且由如下成分(I)表示的非晶體合金TaαFeβNiγCrδ…(I)(然而，10at.％≤α≤30at.％，并且α+β＜80at.％，而且α＜β以及δ＞γ，并且α+β+γ+δ＝100at.％)。
在這種情況下，Ta的含量設(shè)定在10at.％至30at.％之間，這小于包含Ta、且有上述成分的非晶體合金中的含量。通過摻入這樣低比率的Ta，向合金中加入適量的非晶體區(qū)域以提供鈍化膜，結(jié)果產(chǎn)生腐蝕反應(yīng)基部的晶體界面的存在點(diǎn)被有效地減少，從而在保持良好的抗空蝕性能的同時(shí)增強(qiáng)了抗墨性。
具體地說，對于包含如Ca或Mg這樣的二價(jià)金屬鹽或者形成螯合體的成份的墨水，達(dá)到作為鈍化膜的效果，從而防止了墨水腐蝕。順便提及，在上述成分(I)中，α優(yōu)選為10at.％≤α≤20at.％。并且，更為優(yōu)選地，γ≥7at.％且δ≥15at.％，以及γ≥8at.％且δ≥17at.％。
另一方面，作為第二抗空蝕膜26的Ta是由方形晶格晶體結(jié)構(gòu)組成的Ta(也稱為β-Ta)，并且具有通過空蝕使其中的Ta一點(diǎn)點(diǎn)被逐漸清除的特性，該空蝕是在加熱部分21中的氣泡消失過程中產(chǎn)生的，更具體地，它是通過使用純度為99％或以上的金屬Ta靶濺射而形成的具有方形晶格晶體結(jié)構(gòu)的Ta薄膜(層)，如后面將要描述的。
下面，將參照圖2A至2D和圖3A至3D對制造具有上述結(jié)構(gòu)的噴墨頭基片的方法進(jìn)行解釋。
如圖2A所示，厚度為2400nm的氧化硅膜形成作為發(fā)熱件的下層的蓄熱層23，該氧化硅膜通過熱氧化方法、濺射方法或CVD方法形成于硅襯底23上。
然后，如圖2B所示，厚度約為100nm的TaN層作為加熱電阻層24通過反應(yīng)濺射形成于蓄熱層28上，而厚度為500nm的鋁層作為電極布線22通過濺射形成然后，通過光刻法濕蝕刻鋁層，并且，TaN層受到反應(yīng)蝕刻，從而形成具有圖2C中所示剖面區(qū)域的電極布線22和加熱電阻層24(關(guān)于平面圖，參見圖2A)。圖1A和圖1B所示的加熱部分21是清除鋁層后的加熱電阻層24的一部分，而且當(dāng)電極布線22間通電流時(shí)該加熱部分21向墨水提供熱量。
然后，如圖2D所示，通過濺射形成作為保護(hù)層25的厚度為1000nm的氮化硅膜，并且，另外如圖3A所示，通過濺射形成作為下層抗空蝕膜26的含Ta且厚度為100nm的非晶體合金膜，該非晶體合金膜的成分為Ta約8at.％，F(xiàn)e約60at.％，Cr13at.％和Ni約9at.％。該含Ta的非晶體合金膜可以通過二維濺射方法以及使用含Ta-Fe-Cr-Ni的合金靶的濺射方法形成，在二維濺射方法中應(yīng)用與Ta靶和Fe-Cr-Ni靶相連的兩個(gè)電源。
另外，如圖3B所示，厚度約150nm并包含方形晶體晶格結(jié)構(gòu)的Ta層(也稱為β-Ta)被使用99％或以上(優(yōu)選為99.99％)純度的Ta靶通過磁控管濺射作為上層抗空蝕膜27形成。順便提及，只要形成具有上述晶體結(jié)構(gòu)的β-Ta，即可以采用除了磁控管濺射外的濺射方法。
在這種情況下，Ta被摻入作為含Ta的下層非晶體合金膜的α-Ta(Fe、Cr、Ni)層的表面部分。然而，盡管α-Ta層的非晶體結(jié)構(gòu)沒有大的變化，通過把Ta摻入該表面區(qū)域，一般認(rèn)為Ta在該表面部分上變得充足。在這種情況下，由于α-Ta(Fe、Cr、Ni)具有相當(dāng)多的Cr，一般認(rèn)為摻入充足的Ta影響到例如Cr這樣的鈍化層。據(jù)推測這部分至少增強(qiáng)了保護(hù)層的耐用度。
然后，如圖3C所示，抗蝕劑圖案用光刻法形成于Ta上，而且上層的Ta和包含下層Ta的非晶體合金膜相繼受到主要包括氫氟酸和硝酸的蝕刻液體的蝕刻，從而得到預(yù)定的形狀。
然后，如圖3D所示，抗蝕劑圖案用光刻法形成于保護(hù)膜上，需要用于連接外部電源的作為鋁電板的電極板，通過應(yīng)用CF4氣體的干蝕刻而暴露。這樣，就完成了噴墨記錄頭基片主要部分的制造。
順便提及，如美國專利4,429,321所公開的，用于驅(qū)動加熱元件的集成電路可以并入同一Si襯底中。在這種情況下，類似于布線，該集成電路最好被保護(hù)膜25、第一抗空蝕膜26和第二抗空蝕膜27所覆蓋。
噴墨頭(例如參見圖4所示的噴墨頭)是通過應(yīng)用這種方法制作的噴墨頭基片組裝的，而且形成于同一基片上的噴嘴陣列被分成三組，具有高腐蝕性的青色墨水，以及易于發(fā)生kogation積累的黃色和品紅色墨水分別提供給這分開的三組噴嘴，并檢查該噴墨頭的性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)加熱器在使用青色墨水的加熱部分中沒有被破壞，而在使用黃色和品紅色墨水的加熱部分中幾乎沒有發(fā)生kogation并且噴射能力不會下降，其結(jié)果是保證使噴墨頭的服務(wù)年限提高到約1×10E9脈沖。
這里，圖5A、5B1和5B2表示由于具有高Ta腐蝕性的墨水而引起本發(fā)明抗空蝕膜按照加熱器驅(qū)動脈沖數(shù)目的增加的變化。圖5A、5B1和5B2是表示圖1B所示加熱部分及其周圍部分的放大圖，圖5A是表示當(dāng)熱器驅(qū)動脈沖數(shù)目≤2×108的薄膜的剖面圖，圖5B1是表示當(dāng)熱器驅(qū)動脈沖數(shù)目＞2×108的薄膜的剖面圖，而圖5B2是圖5B1的平面圖。
在圖5A中所示的初始狀態(tài)中，由于上層包含Ta薄膜27，故即使使用很容易發(fā)生積累kogation的墨水，kogation幾乎不發(fā)生在加熱部分中，并且噴射能力不會下降。其原因被認(rèn)為是，隨著驅(qū)動脈沖數(shù)目的增加，Ta薄膜表面一點(diǎn)點(diǎn)被清除，從而抑制了kogation累積發(fā)生。這種作用可以通過使用TaAl以及如本實(shí)例中用作上層抗空蝕膜27的Ta薄膜而得到。
另一方面，當(dāng)熱器驅(qū)動脈沖數(shù)目從初始狀態(tài)增加時(shí)，與具有高Ta腐蝕性的墨水接觸的Ta薄膜27被逐漸腐蝕，最終如圖5B1和5B2所示，含Ta的非晶體合金膜26暴露在有效發(fā)泡區(qū)域(存在于有效地使墨水發(fā)泡的電極布線之間的發(fā)熱電阻元件在一個(gè)區(qū)域(加熱器區(qū)域)加熱的區(qū)域)中，結(jié)果使由于墨水而引起的含Ta的非晶體合金膜26和Ta薄膜27之間的界面上的腐蝕被終止。也可以通過使用具有抗墨水腐蝕性的基片類似地得到這種效果，例如，表面上形成包含氧化Cr的氧化膜的抗空蝕膜26，以及在該實(shí)例中作為下層抗空蝕膜26的含Ta的非晶體合金膜。
另外，在5A和5B1的過程中，當(dāng)被清除的β-Ta層受到墨水發(fā)泡過程中氣穴產(chǎn)生的壓力時(shí)，Ta被摻入含Ta的非晶體合金表面層的非晶體或其鈍化膜中。即，當(dāng)通過噴墨頭制造中的熟化(初步液體噴射作為制造結(jié)束工序被預(yù)先執(zhí)行)或者使用中的氣泡消失作用把Ta充分摻入(也被稱作逆向?yàn)R射)含Ta的非晶體合金表面層的非晶體或其鈍化膜中時(shí)，可以形成具有優(yōu)良耐用度并防止產(chǎn)生kogation的抗空蝕表面層或整個(gè)薄膜。順便提及，出于上述原因，當(dāng)噴墨頭基片和具有這種基片的噴墨頭通過被安裝到記錄裝置上而被使用時(shí)，通過把β-Ta摻入含Ta的非晶體合金表面層的非晶體或其鈍化膜中所得到的層，可以用作墨水的第一表面或者隨后被暴露。在這種情況下，在前種噴墨頭中，噴射速度可以從初始狀態(tài)就被穩(wěn)定，而在后種噴墨頭中，到第一表面被空蝕清除為止難于發(fā)生kogation的時(shí)期能被延長。
出于上述原因，如圖6所示，使用具有高Ta腐蝕性的墨水的加熱器部分的服務(wù)年限比起包括單Ta層的抗空蝕膜顯著延長，而且與此同時(shí)，關(guān)于使用易于發(fā)生累積kogation的墨水的加熱器部分，可以保持良好的發(fā)泡效率。(第二實(shí)施例)下面，將解釋可以應(yīng)用上述噴墨頭基片的噴墨頭的實(shí)施例。
圖4是部分剖開的透視圖，表示通過使用圖1A和1B所示噴墨頭基片組裝的噴墨頭的主要部分。根據(jù)圖4，表示了由發(fā)熱電阻元件1103、布線電極1104、液體流動路徑壁1110和頂板1106組成的噴墨頭1101，其通過例如蝕刻和沉積濺射這樣的半導(dǎo)體工藝如圖1A和1B所示那樣形成于噴墨頭基片1102上。
通過液體供應(yīng)管1107記錄液體1112被從液體儲藏容器(未表示)提供給公共液體容器1108。在圖4中，附圖標(biāo)記1109代表液體供應(yīng)管的連接器。供應(yīng)給公共液體容器1108的記錄液體1112通過所謂的毛細(xì)管現(xiàn)象被供給液體流動路徑，并且通過在與流動路徑遠(yuǎn)端連通的噴口表面(口表面)上形成彎月形液面而被穩(wěn)定控制。并且，電熱轉(zhuǎn)換器1103提供在各個(gè)液體流動路徑上。該液體流動路徑通過把頂板1106與液體流動路徑壁1110連接而被限定。另外，液體供應(yīng)管連接器1109、公共液體容器1108和所連通的多個(gè)液體流動路徑，以記錄液體的類型(例如顏色)被分割在同一基片上。
通過給電熱轉(zhuǎn)換器1103通電，電熱轉(zhuǎn)換器上的液體被快速加熱以便在液體中生成氣泡，而且通過氣泡的生長和收縮使液體從噴口111噴出，從而形成液滴。(第三實(shí)施例)這里，有效的作為使用α-Ta/β-Ta抗空蝕膜的噴墨頭結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例。并且，這里所述的噴墨頭結(jié)構(gòu)能夠適當(dāng)?shù)嘏c上述實(shí)施例組合。
圖7是表示液體噴射頭的一個(gè)實(shí)施例的液體噴射部分的側(cè)剖示意圖，該液體噴射頭可以應(yīng)用本發(fā)明的噴墨頭基片。圖8A至8E是用于解釋從圖7所示的液體噴射頭中單次噴射液體的步驟或過程的視圖。
首先，將參照圖7對該液體噴射頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
該液體噴射頭包括一含有作為發(fā)泡裝置的加熱部分21和一可動元件11的元件基片1、一其上形成有限制器(控制部分)12的頂板2、以及一其內(nèi)形成噴口4的噴口板5。
通過元件基片1和頂板2的疊層而形成流動路徑(液體流動路徑)3。并且，在單個(gè)液體噴射頭中并排形成多個(gè)流動路徑3，而且它們與下游一側(cè)(圖7中的左側(cè))的液體噴口4連通。發(fā)泡區(qū)域位于加熱部分21與液體相接觸的區(qū)域的附近。并且，大容量的公共液體容器6同時(shí)在其上游一側(cè)(圖7中的右側(cè))與流動路徑3連通。即，流動路徑3從單個(gè)公共液體容器6中分出。公共液體容器6的高度高于每個(gè)流動路徑3的高度。
可動元件11在其一端被懸臂式支承并且在墨水流動方向的上游固定于元件基片1上，而可動元件部分在支點(diǎn)11a的下游可以在相對元件基片1的上下方向上移動。在初始狀態(tài)，可動元件11與元件基片1基本平行固定，兩者間有一間隙。
元件基片1上提供的的可動元件11被固定，使得其自由端11b被置于加熱部分21的中心區(qū)域。此外，每個(gè)限制器12通過緊靠在該自由端來調(diào)整可動元件11的自由端11b的向上運(yùn)動。在通過可動元件11和限制器12之間的接觸來調(diào)整可動元件11的位移的過程中(可動元件的向上接觸)，由于可動元件11和限制器12的存在，流動路徑3基本上被可動元件11和限制器12鎖定在上游一側(cè)、和被可動元件11和限制器12鎖定在下游一側(cè)。
自由端11b的位置Y和限制器12的末端X優(yōu)選被定位在與元件基片1垂直的平面內(nèi)。更為優(yōu)選地是，這些位置X，Y與加熱部分21的中心Z一起定位在與元件基片垂直的平面上。
另外，在限制器12下游的流動路徑3的高度突然增加。以這種安排，即使當(dāng)可動元件11被限制器12調(diào)整時(shí)，由于保持充足的流動路徑高度而不會阻礙氣泡的生長，結(jié)果使液體能順利流向噴口4。并且，由于減小了在高度方向上噴口4下端和上端之間的壓力平衡的不均勻性，故可以完成優(yōu)良的液體噴射。順便提及，在沒有可動元件11的傳統(tǒng)液體噴頭中，如果使用這樣的流動路徑結(jié)構(gòu)，則在限制器12下游流動路徑高度增加的區(qū)域發(fā)生滯流，而氣泡在滯流區(qū)域被捕獲，這并不可取。然而，在所討論的實(shí)施例中，如上所述，由于液流到達(dá)滯流區(qū)域，故氣泡幾乎不被捕獲。
另外，在朝向公共液體容器6的限制器12的下游側(cè)該頂板結(jié)構(gòu)突然上升。
以這種安排，如果沒有可動元件11，則由于發(fā)泡區(qū)域下游的液體抵抗性小于上游，故用于噴射的壓力難于指向噴口4。然而，在所討論的實(shí)施例中，在氣泡的形成過程中，由于氣泡朝向發(fā)泡區(qū)域上游的位移基本上被可動元件11鎖定，故用于噴射的壓力肯定指向噴口4，并且，在供應(yīng)墨水的過程中，由于發(fā)泡區(qū)域上游的液體抵抗性小，所以墨水能立刻被供給發(fā)泡區(qū)域。
根據(jù)上述安排，朝向下游的氣泡生長分量與朝向上游的氣泡生長分量并不平均，并且朝向上游的氣泡生長分量變小而抑制了朝向上游的液體位移。由于朝向上游的液體流動被抑制，故可減小噴射后的彎月形液面下降量，而且彎月形液面從重裝的噴口表面(液體噴射表面)5a突出的量也相應(yīng)減小。因此，由于液面的擺動被抑制，故在從低頻到高頻所有的驅(qū)動頻率中都可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的噴射。
順便提及，在所討論的實(shí)施例中，氣泡的下游部分和噴口4之間的路徑結(jié)構(gòu)保持在與液流“直接連通狀態(tài)”。關(guān)于此，更可取地是，希望創(chuàng)造一種理想條件，通過把發(fā)泡過程中產(chǎn)生的壓力波的傳播方向所造成的液體流動方向和噴射方向彼此直線排列，以使噴射液滴66(以后描述)的例如噴射方向和噴射速度非常穩(wěn)定。在所討論的實(shí)施例中，作為一種達(dá)到或接近這種理想狀態(tài)的限定，它可以被設(shè)計(jì)為使得噴口4直接與加熱部分21相連，尤其是與影響到氣泡的噴口4側(cè)部的加熱部分2的噴口4側(cè)部(下游)相連。按照這種設(shè)置，如果流動路徑3中沒有液體，加熱部分21，特別是加熱部分21的下游部分可以從噴口4的外部被看到。
下面，將解釋各個(gè)結(jié)構(gòu)元件的尺寸。
在所討論的實(shí)施例中，通過檢查或檢驗(yàn)可動元件11上表面上的氣泡供應(yīng)情況(把氣泡供應(yīng)到發(fā)泡區(qū)域的上游)，可發(fā)現(xiàn)，依靠可動元件與氣泡生長速度(換句話說，液體的移動速度)之間的關(guān)系，能防止把氣泡供應(yīng)到可動元件的上表面，從而得到優(yōu)良的噴射性能。
也就是說，在所討論的實(shí)施例中，當(dāng)氣泡體積改變率和可動元件的位移量改變率趨向增加時(shí)，通過以同時(shí)調(diào)整部分的方式調(diào)整可動元件的位移，能防止把氣泡重復(fù)地供應(yīng)到可動元件的上表面，從而得到優(yōu)良的噴射性能。
這將參照圖8A至8E詳細(xì)解釋。然而，盡管在圖8A至8E中元件基片1的結(jié)構(gòu)如圖7所示，但為方便起見，在圖8A至8E中示意性表示元件基片1的結(jié)構(gòu)(圖10和11中一樣)。
首先，從圖8A中所示的狀態(tài)，當(dāng)在加熱部分21上產(chǎn)生氣泡時(shí)，即刻產(chǎn)生壓力波，當(dāng)加熱部分21周圍的液體被壓力波移動時(shí)，氣泡40長大。最初，可動元件11基本上隨著液體的移動而向上移動(圖8B)。隨著時(shí)間的推移，由于液體的慣性力變小，通過可動元件11的彈性力，可動元件11的移動速度突然減小。在這種情況下，由于液體的移動速度不會如此減小，液體的移動速度和可動元件11的移動速度之間的差距變大。在這一點(diǎn)上，如果仍然保持可動元件11(自由端11b)和限制器12之間的間隙，液體流入發(fā)泡區(qū)域的上游，結(jié)果使得可動元件11難于與限制器12接觸并且部分喪失噴射力。因此，在這樣的情況下，不能實(shí)現(xiàn)通過調(diào)整部分(限制器12)的方法來適當(dāng)調(diào)整(鎖定)可動元件11的影響。
相反，在所討論的實(shí)施例中，通過該調(diào)整部分來調(diào)整可動元件在可動元件之移動基本上跟隨液體之移動的階段被執(zhí)行。這里，為方便起見，可動元件的移動速度和氣泡的生長速度(液體的移動速度)分別用“可動元件的位移量改變率”和“氣泡體積改變率”代表。
順便提及，“可動元件的位移量改變率”和“氣泡體積改變率”是通過區(qū)分可動元件的位移量和氣泡體積而得到的。
按照上述安排，因?yàn)橄耸箽馀葜貜?fù)到達(dá)可動元件11的上表面的液體的流動，并且可以更肯定地得到發(fā)泡區(qū)域的密封狀態(tài)，所以能得到良好的噴射性能。
根據(jù)所討論的安排，即使可動元件11被限制器12調(diào)整后，氣泡40仍繼續(xù)生長。在這種情況下，希望在限制器12部分和相對元件基片1的流動路徑3表面(上壁表面)之間保持足夠的距離(限制器12的突出高度)，以便促進(jìn)氣泡40下游分量的自由生長。
順便提及，在發(fā)明人提出的新液體噴射頭中，通過該調(diào)整部分對可動元件的調(diào)整代表著可動元件的位移量改變率變成零或負(fù)數(shù)(負(fù)的)的狀態(tài)。
流動路徑3的高度是55(μm)，可動元件11的厚度是5(μm)。在不產(chǎn)生氣泡的條件下(在可動元件11沒有移動的條件下)，在可動元件11的下表面和元件基片1的上表面之間的間隙是5(μm)。
另外，在假定從頂板2的流動路徑壁表面到限制器12的遠(yuǎn)端的高度是t1且可動元件11的上表面和限制器12遠(yuǎn)端之間的間隙是t2的情況下，當(dāng)t1大于30(μm)時(shí)，通過選定t2為15(μm)或更小，可以得到穩(wěn)定的液體噴射性能。并且，當(dāng)t1大于20(μm)時(shí)，優(yōu)選t2小于25(μm)。
下面，將參照圖8A至8E以及圖9充分解釋根據(jù)所討論實(shí)施例的液體噴射頭的單次噴射操作，圖9表示了隨時(shí)間的推移氣泡移動速度和體積的改變以及隨時(shí)間的推移可動元件的移動速度和移動量的改變。
在圖9中，氣泡體積改變率vb用實(shí)線表示，氣泡體積Vb用兩點(diǎn)和點(diǎn)劃線表示，可動元件的位移量改變率vm用虛線表示，可動元件的位移量Vm用點(diǎn)和點(diǎn)劃線表示。并且，當(dāng)氣泡體積Vb增加時(shí)氣泡體積改變率vb是正的，當(dāng)該體積增加時(shí)氣體積Vb是正的，當(dāng)可動元件的位移量Vm增加時(shí)可動元件的位移量改變率vm是正的，當(dāng)該體積增加時(shí)可動元件的位移量Vm是正的。順便提及，由于根據(jù)可動元件11從圖8A中所示的初始狀態(tài)向頂板2移動時(shí)所得到的量，可動元件的位移量Vm是正的，故當(dāng)可動元件11從初始狀態(tài)向元件基片1移動時(shí)，可動元件的位移量Vm顯示負(fù)值。
圖8A表示例如電能這樣的能量被供給加熱部分21之前的狀態(tài)，即，加熱部分21產(chǎn)生熱之前的狀態(tài)。如同后面將要描述的，可動元件11位于與上游對立的區(qū)域。一半的氣泡由加熱部分21的熱量所產(chǎn)生。
在圖9中，該狀態(tài)對應(yīng)于時(shí)間t＝0的A點(diǎn)。
圖8B表示充填發(fā)泡區(qū)域的一部分液體被加熱部分21加熱并且通過薄膜沸騰開始產(chǎn)生氣泡40的狀態(tài)。在圖9中，該狀態(tài)對應(yīng)于從B點(diǎn)到C1點(diǎn)前的區(qū)域。并且在這種情況下，隨時(shí)間的推移氣泡體積Vb增加。順便提及，在這種情況下，可動元件11移動的開始遲于氣泡40的體積變化。也就是說，通過由于薄膜沸騰引起的氣泡40的產(chǎn)生而產(chǎn)生的壓力波在流動路徑3中傳播，因此液體從發(fā)泡區(qū)域的中心區(qū)向上游和下游移動，并且，在上游，通過由氣泡40的生長而造成的液體流動可動元件11開始移動。另外，向著上游的液體移動經(jīng)過流動路徑3和可動元件11之間的側(cè)壁并指向公共液體容器6。在這一點(diǎn)上，限制器12和可動元件11之間的間隙隨著可動元件11的移動而減小。在此狀態(tài)中，噴射液滴66開始從噴口4噴射。
圖8C表示可動元件11的自由端通過氣泡40的進(jìn)一步生長與限制器12相接觸的狀態(tài)。在圖9中，該狀態(tài)對應(yīng)于C1點(diǎn)和C3點(diǎn)之間的區(qū)域。
從圖8B中所示的狀態(tài)，可動元件的位移量改變率vm在圖8C中所示的可動元件11和限制器12接觸的狀態(tài)前突然減小，即，在圖9中當(dāng)B點(diǎn)移至C1點(diǎn)時(shí)的B’點(diǎn)突然減小。原因在于，就在可動元件11接觸限制器12前，可動元件11和限制器12之間的液體之流動抵抗性突然變大。并且，氣泡體積改變率vb也突然降低。
此后，可動元件11進(jìn)一步接近限制器12并最終與后者接觸。由于限制器12的高度t1以及可動元件11的上表面與限制器12之間的間隙如上述那樣設(shè)定尺寸大小，確保實(shí)現(xiàn)可動元件11和限制器12之間的接觸。當(dāng)可動元件11接觸限制器12時(shí)，由于可動元件的進(jìn)一步向上移動被控制(圖9中的C1至C3點(diǎn))，液體朝向上游方向的移動被極大地調(diào)整。據(jù)此，氣泡40朝向上游方向的生長也被可動元件11所限制。然而，由于液體朝向上游方向的移動力很大，可動元件11受到更大的壓力而被拉向上游方向，結(jié)果使得可動元件輕微地向上凸面變形。順便提及，在這種情況下，氣泡40繼續(xù)生長。由于氣泡的上游生長受到限制器12和可動元件11的調(diào)整，氣泡40在下游側(cè)進(jìn)一步生長，結(jié)果使得比起沒有可動元件11的情況，氣泡40在21下游側(cè)的生長高度增加了。也就是說，如圖9所示，盡管由于可動元件11與限制器12相接觸使C1和C3點(diǎn)之間的可動元件位移量改變率vm為零，但氣泡40仍然向著下游側(cè)生長并且繼續(xù)生長直到C2點(diǎn)在時(shí)間上輕微遲于C1點(diǎn)，并且氣泡體積Vb在C2點(diǎn)變?yōu)樽畲笾怠?br> 另一方面，如上所述，由于可動元件11的移動被限制器12調(diào)整，氣泡40的上游部分尺寸偏小直到由于朝向上游的液流的慣性力而使可動元件11朝向上游凸起彎曲并且施加應(yīng)力。氣泡40的上游部分被限制器12、流動路徑側(cè)壁、可動元件11和支點(diǎn)11a調(diào)整，使得向著上游的前進(jìn)量幾乎為零。
以這種方式，向著上游的液體流動大大減小，從而防止了對鄰近流動路徑的串流、液體供應(yīng)系統(tǒng)中的回流(阻礙高速重裝)以及壓力振動。
圖8D表示薄膜沸騰后氣泡40內(nèi)的負(fù)壓力克服流動路徑3中液體的下游移動使氣泡40開始收縮的狀態(tài)。
隨著氣泡40收縮(圖9中的C2至E點(diǎn))，盡管可動元件11向下移動(圖9中的C3至D點(diǎn))，但由于可動元件11本身具有懸臂彈簧應(yīng)力以及由向上的凸面變形引起的應(yīng)力，向下移動的速度被增加。并且，由于流動路徑抵抗性偏小，在可動元件11的上游區(qū)域。該區(qū)域是在公共液體容器6和流動路徑3之間形成的低流動路徑抵抗性區(qū)域，液體的下游液流快速變成大液流并通過限制器12流入流動路徑3。在該操作中，公共液體容器6中的液體直接進(jìn)入流動路徑3。直接進(jìn)入流動路徑3的液體經(jīng)過限制器12和向下移動的可動元件11，然后，流入加熱部分21的下游并作用于氣泡40以加速氣泡的消失。在這樣的液流幫助氣泡的消失后，產(chǎn)生朝向噴口4的液流以幫助恢復(fù)液面并提高重裝速度。
在該階段，從噴口4噴出的噴射液滴66所包含的液體棒變成向外翻轉(zhuǎn)飛出的液滴。
圖8D表示通過氣泡的消失彎月形液面被拉入噴口4并且噴射液滴66的液體棒開始被分離的狀態(tài)。
另外，由于經(jīng)過可動元件11和限制器12之間的區(qū)域進(jìn)入流動路徑3的液流在頂板2一側(cè)增加了流動速度，所以基本上防止了小氣泡在該部分的聚積，從而提供穩(wěn)定的噴射。
另外，由于因氣泡的消失而引起的空蝕的產(chǎn)生點(diǎn)移動到發(fā)泡區(qū)域的下游，從而減小了對加熱部分21的破壞。同時(shí)，由于因顯影而引起的kogation對加熱部分21的附著被減小，從而提高了噴射的穩(wěn)定性。
圖8E所表示的狀態(tài)是，在氣泡40完全消失后，可動元件11從初始狀態(tài)突起(圖9中的E點(diǎn)等)。
盡管取決于可動元件11的剛性和所用液體的粘性，但可動元件11的突起在短時(shí)間內(nèi)減少并恢復(fù)到初始狀態(tài)。
雖然圖8C表示的是通過氣泡的消失彎月形液面被拉到大體上的上游一側(cè)的狀態(tài)，但其類似于可動元件11之移動的減小，初始位置在很短的時(shí)間被恢復(fù)并被固定。另外，如圖8E所示，噴射液滴66的后方，尾部被表面張力分離，結(jié)果形成附加物67。
下面，特別是將參照圖11充分解釋從可動元件11的兩側(cè)升起的上升氣泡41和噴口4處的彎月形液面，圖11是圖7中的液體噴射頭之一部分的透視圖。
在所討論的實(shí)施例中，在組成流動路徑3的壁表面以及可動元件11的兩個(gè)橫向邊緣之間存在著微小間隙，使得可動元件11能順利移動。并且，在借助加熱部分21使氣泡生長的過程中，氣泡40移動可動元件11并且經(jīng)過間隙氣泡40向著可動元件11的上表面上升而輕微穿入下部流動路徑抵抗區(qū)域3a。被穿過的上升氣泡41流動到背面(與發(fā)泡區(qū)域相對)，從而抑制了可動元件11的振動并且穩(wěn)定了噴射性能。
另外，在氣泡40的消失階段，上升的氣泡41把液流從下部流動路徑抵抗區(qū)域3a提升到發(fā)泡區(qū)域。結(jié)果是，與上述彎月形液面從噴口4的高速停滯共同作用使氣泡快速消失。特別是，由于因上升氣泡41而產(chǎn)生的液流，故氣泡在可動元件11和流動路徑3的拐角處幾乎不被捕獲。
在具有上述配置的液體噴射頭中，在通過氣泡40的產(chǎn)生而使液體從噴口4中噴出的同時(shí)，液滴66基本以其導(dǎo)端具有球形的液體棒的狀態(tài)被噴出。盡管在傳統(tǒng)的噴射頭結(jié)構(gòu)中也是這樣的，但在所討論的實(shí)施例中，當(dāng)可動元件11由于氣泡的生長而移動并且被移動的可動元件11與限制器12相接觸時(shí)，在包括發(fā)泡區(qū)域的流動路徑3中產(chǎn)生了基本上封閉的空間(除了噴口)。因此，當(dāng)氣泡在該狀態(tài)中消失時(shí)，由于直到可動元件11因氣泡的消失而從限制器12分離時(shí)為止一直保持著此封閉空間，大多數(shù)氣泡40的消失能量用作把液本從噴口4附近移向上游方向的力。結(jié)果，就在氣泡40開始消失后，液面被快速從噴口4吸入流動路徑3中，結(jié)果使得組成與噴口4外的噴射液滴66相接觸的液體棒的尾部被液面的強(qiáng)力快速分離。因而，形成自尾部的附加物被減少，從而提高了打印質(zhì)量。
另外，由于尾部沒有被彎月形液面長期拉拽，所以噴射速度沒有減小，并且，由于噴射液滴66與附加物間的距離變得更短，故附加物點(diǎn)通過所謂的滑流現(xiàn)象被向噴射液滴66的后方拉拽。結(jié)果，附加物點(diǎn)可以與噴射液滴66相結(jié)合因而可以提供其中基本不產(chǎn)生附加物點(diǎn)的液體噴射頭。
另外，在所討論的實(shí)施例中，在上述液體噴射頭中，所提供的可動元件11僅抑制向著關(guān)于朝向噴口4的液流的上游方向生長的氣泡40。更為優(yōu)選地，可動元件11的自由端基本設(shè)置在發(fā)泡區(qū)域的中心部分。以這種安排，由于氣泡的生長以及不直接涉及液體噴射的液體的慣性力而引起的朝向上游的反向波可以被抑制，并且氣泡40的向下生長的分量可以指向噴口4。
另外，由于與有關(guān)限制器12的噴口4相對的下部流動路徑抵抗區(qū)域3b的流動路徑抵抗性偏小，由于氣泡的生長而引起的朝向上游方向的液體的移動在下部流動路徑抵抗區(qū)域3b產(chǎn)生了大的流動，結(jié)果是，當(dāng)被移動的可動元件11與限制器12相接觸時(shí)，可動元件11受到壓力而被拉向上游方向。結(jié)果，即使當(dāng)氣泡在該狀態(tài)中開始消失時(shí)，由于大大地保持了因氣泡40的生長而引起的朝向上游方向的液體移動力，所以上述封閉空間可以被保持以預(yù)定的時(shí)間段直到可動元件11的斥力克服液體移動力。也就是說，以這種安排，可以更確定地完成液面的高速停滯。并且，當(dāng)氣泡提前消失并且可動元件11的斥力克服了由于氣泡生長而引起的朝向上游方向的液體移動力時(shí)，可動元件11向下移向托盤以恢復(fù)初始狀態(tài)，結(jié)果在下部流動路徑抵抗區(qū)域3a中產(chǎn)生了朝向下游方向的液流。由于流動路徑抵抗性偏小，在下部流動路徑抵抗性區(qū)域3a的朝向下游方向的液流突然變成經(jīng)過限制器12翻轉(zhuǎn)流入流動路徑3的大液流。結(jié)果，通過移向通在噴口4的下游方向的液體，快速制動液面的減速，從而以高速衰減液面的振動。
在具有上述結(jié)構(gòu)并包括可動元件的液體噴射頭中，由于提高了墨水重裝性能，所以高頻驅(qū)動區(qū)域可以設(shè)定在10kHz頻率級，而且可在約20kHz-30kHz的頻率級執(zhí)行驅(qū)動。
在這種情況下，盡管在上述高頻周期重復(fù)著氣泡的消失并且在單位時(shí)間內(nèi)給抗空蝕層施加很多積累應(yīng)力，但根據(jù)本發(fā)明的α-Ta/β-Ta抗空蝕層穩(wěn)定了噴射速度和噴射量。
下面，將說明其中具有上述液體噴射頭的噴墨記錄裝置，該液體噴射頭被用作噴墨記錄頭。
圖12是表示應(yīng)用本發(fā)明的噴墨記錄裝置主要部分的示意性透視圖。
安裝于圖12所示的噴墨裝置600上的噴墨盒(a head cartridge)601包括用于噴射墨水以執(zhí)行記錄的液體噴射頭，以及用于存儲供給液體噴射頭的液體的多色墨水容器。
如圖12所示，絲杠605經(jīng)由與驅(qū)動電機(jī)602之正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)同步的傳動齒輪603、604的驅(qū)動力而旋轉(zhuǎn)，通過與絲杠605的螺紋槽606的嚙合，噴墨盒601被安裝在支架607上。在電機(jī)602的驅(qū)動下，噴墨盒601和支架607一起以a和b所示的方向沿著導(dǎo)軌608往返移動。噴墨記錄裝置600包括傳送記錄介質(zhì)打印紙P的記錄介質(zhì)傳送裝置(未圖示)，該記錄介質(zhì)用于接收從噴墨盒601噴出的類似墨水這樣的液體。通過記錄介質(zhì)傳送裝置在壓紙卷軸609上傳送打印紙P，壓紙板610使打印紙P沿支架607的移動方向壓在壓紙卷軸609上。噴墨盒601通過軟電纜(未圖示)與噴墨記錄裝置的主體電連接。
光耦合器611、612被設(shè)置在絲杠605的一端附近。光耦合器611、612是用于在其所監(jiān)視的區(qū)域通過辨別支架607上的連桿607a的位置以轉(zhuǎn)換電機(jī)602之旋轉(zhuǎn)方向的原位監(jiān)測裝置。在壓紙卷軸609的一端附近，有用于支承罩蓋元件614的支承元件613，而罩蓋元件614則用于覆蓋噴墨盒601的前表面(包括噴射口)。并且，有用于抽取因噴墨盒601的無效噴射而存儲在抽取罩蓋元件614中的墨水的墨水抽取裝置615。由墨水抽取裝置615通過罩蓋元件614的打開使噴墨盒601恢復(fù)抽取。
該噴墨記錄裝置600具有一主體支承板619。該主體支承板619支承著沿前后方向移動的移動元件618，即，沿垂直于支架607之移動方向的方向。清潔刮片617固定在移動元件618上。該清潔刮片617不限于刮片，而是，可以采用其它已知的清潔刮片形式。另外，還有用于啟動恢復(fù)墨水抽取裝置615抽取操作的連桿620。隨著與支架607嚙合的凸輪被移動，連桿620被移動。而電機(jī)602的驅(qū)動力由類似離合器切換這樣的已知傳輸裝置來控制。在記錄裝置的主體中提供有噴墨記錄控制部分(圖12中未表示)，用于向加熱部分提供信號并控制各個(gè)元件的驅(qū)動。
權(quán)利要求
1.一種噴墨頭基片，包括一形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件；一與所述發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線；一經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在所述發(fā)熱電阻元件和所述電極布線上的抗空蝕膜；其中所述抗空蝕膜由多于兩層的不同材料構(gòu)成。
2.一種噴墨頭基片，包括一形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件；一與所述發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線；一經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在所述發(fā)熱電阻元件和所述電極布線上的抗空蝕膜；其中所述抗空蝕膜由至少兩層薄膜構(gòu)成，并且與墨水接觸的上層薄膜具有低于下層薄膜的抗墨水腐蝕性。
3.一種噴墨頭基片，包括一形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件；一與所述發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線；一經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在所述發(fā)熱電阻元件和所述電極布線上的抗空蝕膜；其中所述抗空蝕膜由至少兩層薄膜構(gòu)成，并且與墨水接觸的上層薄膜是很難在上面產(chǎn)生kogation的薄膜，而下層薄膜是具有高抗墨水腐蝕性的薄膜。
4.一種噴墨頭基片，包括一形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件；一與所述發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線；一經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在所述發(fā)熱電阻元件和所述電極布線上的抗空蝕膜；其中所述抗空蝕膜由至少兩層薄膜構(gòu)成，并且與墨水接觸的上層薄膜是Ta薄膜或TaAl薄膜，而下層薄膜是含Ta的非晶體合金薄膜。
5.一種噴墨頭基片，包括一形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件；一與所述發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線；一經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在所述發(fā)熱電阻元件和所述電極布線上的抗空蝕膜；其中所述抗空蝕膜由至少兩層薄膜構(gòu)成，并且與墨水接觸的上層薄膜是Ta薄膜或TaAl薄膜，而下層薄膜是含Ta的非晶體合金薄膜，而且所述非晶體合金薄膜的成份包括Ta，F(xiàn)e，Ni和Cr。
6.如權(quán)利要求5所述的噴墨頭基片，其中所述的非晶體合金薄膜由如下成分(I)表示TaαFeβNiγCrδ…(I)(然而，10at.％≤α≤30at.％，并且α+β＜80at.％，而且α＜β以及δ＞γ，并且α+β+γ+δ＝100at.％)。
7.一種噴墨頭基片，包括一形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件；一與所述發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線；一經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在所述發(fā)熱電阻元件和所述電極布線上的抗空蝕膜；其中所述抗空蝕膜具有成份包括Ta，F(xiàn)e，Ni和Cr的第一層以及形成于所述第一層上的由Ta制成的具有方形晶格晶體結(jié)構(gòu)的第二層。
8.如權(quán)利要求7所述的噴墨頭基片，其中所述的第一層由如下成分(I)表示TaαFeβNiγCrδ…(I)(然而，10at.％≤α≤30at.％，并且α+β＜80at.％，而且α＜β以及δ＞γ，并且α+β+γ+δ＝100at.％)。
9.一種噴墨頭，其中多個(gè)加熱部分提供在如權(quán)利要求1至8中任何一個(gè)所述的噴墨頭基片上，并且與用于噴射墨滴的噴射部分相通的液體路徑對應(yīng)于所述加熱部分而設(shè)置。
10.如權(quán)利要求9所述的噴墨頭，其中具有自由端的可動元件與每個(gè)所述液體路徑一起設(shè)置，通過來自所述加熱部分的熱能使液體中產(chǎn)生的氣泡的生長來移動該自由端。
11.如權(quán)利要求9所述的噴墨頭，其中對于每幾個(gè)液體路徑，不同種類的墨水供應(yīng)給所述的多個(gè)液體路徑。
12.如權(quán)利要求11所述的噴墨頭，其中不同種類的墨水是指至少易于發(fā)生kogation的墨水，以及具有高腐蝕性的墨水。
13.一種制造噴墨頭基片的方法，該基片具有一形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件，一與所述發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線，以及一經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在所述發(fā)熱電阻元件和所述電極布線上的抗空蝕膜，其中為了形成所述抗空蝕膜，通過使用純度為99％或更高的金屬Ta靶的濺射把具有方形晶格晶體結(jié)構(gòu)的Ta形成于成份包括Ta，F(xiàn)e，Ni和Cr的層上。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述成分包括、Fe，Ni和Cr的層由如下成分關(guān)系式(I)表示TaαFeβNiγCrδ…(I)(然而，10at.％≤α≤30at.％，并且α+β＜80at.％，而且α＜β以及δ＞γ，并且α+β+γ+δ＝100at.％)。
15.一種噴墨頭，其中多個(gè)加熱部分被提供在用如權(quán)利要求14所述方法制造的噴墨頭基片上，并且與用于噴射墨滴的噴射部分相通的液體路徑對應(yīng)于所述加熱部分而設(shè)置。
16.如權(quán)利要求15所述的噴墨頭，其中具有自由端的可動元件與每個(gè)所述液體路徑一起設(shè)置，通過來自所述加熱部分的熱能使液體中產(chǎn)生的氣泡的生長來移動該自由端。
17.如權(quán)利要求15或16所述的噴墨頭，其中所述抗空蝕膜開始具有兩層，可以實(shí)行在一階段中部分清除上層中的Ta時(shí)進(jìn)行噴射，而且在一階段中僅在有效發(fā)泡區(qū)域中清除Ta時(shí)進(jìn)行噴射。
18.一種制造噴墨頭的方法，該噴墨頭的獲得是通過形成與用于噴射墨滴的噴射端口相通的多個(gè)液體路徑，該路徑對應(yīng)于噴墨頭基片上的加熱部分，該噴墨頭基片具有形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件，與所述發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線，以及經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在所述發(fā)熱電阻元件和所述電極布線上的抗空蝕膜，其中為了形成所述抗空蝕膜，通過使用純度為99％或更高的金屬Ta靶的濺射把具有方形晶格晶體結(jié)構(gòu)的Ta形成于成份包括Ta，F(xiàn)e，Ni和Cr的層上。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述成分包括Ta，F(xiàn)e，Ni和Cr的層由如下成分關(guān)系式(I)表示TaαFeβNiγCrδ…(I)(然而，10at.％≤α≤30at.％，并且α+β＜80at.％，而且α＜β以及δ＞γ，并且α+β+γ+δ＝100at.％)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，在形成所述液體路徑后，通過進(jìn)行輔助的墨水噴射操作，把Ta充分摻入所述TaαFeβNiγCrδ的非晶體固定層中，該非晶體固定層中至少包含Ta和Cr。
21.一種使用以權(quán)利要求19所述方法制造的噴墨頭的方法，其中通過把Ta充分摻入所述TaαFeβNiγCrδ的非晶體固定層中所得到的層用作墨水的第一表面或者作為后暴露的層，該非晶體固定層中至少包含Ta和Cr。
22.一種使用以權(quán)利要求19所述方法制造的噴墨頭的方法，其中通過把Ta加進(jìn)所述TaαFeβNiγCrδ的非晶體表面層中所得到的層用作墨水的第一表面或者作為后暴露的層，該非晶體表面層中至少包含Ta和Cr。
23.一種噴墨記錄裝置，包括一個(gè)支架，如權(quán)利要求9所述的噴墨頭安裝于其上；其中通過在移動該支架的同時(shí)根據(jù)記錄信息從噴墨頭噴射墨滴而在記錄介質(zhì)上進(jìn)行記錄。
全文摘要
本發(fā)明提供一種噴墨頭基片,其包括一形成加熱部分的發(fā)熱電阻元件,一與該發(fā)熱電阻元件電連接的電極布線,以及一經(jīng)由絕緣保護(hù)層提供在發(fā)熱電阻元件和電極布線上的抗空蝕膜,其中該抗空蝕膜由多于兩層的不同材料構(gòu)成。
文檔編號B41J2/16GK1344619SQ011328
公開日2002年4月17日 申請日期2001年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月31日
發(fā)明者尾崎照夫, 池田雅實(shí), 笠本雅己, 齊藤一郎, 石永博之, 小山修司, 三隅義范, 井利潤一郎, 望月無我 申請人:佳能株式會社