專利名稱：噴墨記錄頭與噴墨記錄裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及噴墨記錄頭與使用該記錄頭的噴墨記錄裝置。
例如日本專利申請公開No.54-51837中所透露的噴墨記錄系統(tǒng)具有不同于其它噴墨記錄系統(tǒng)的特征在于，其排放液滴的驅動力是通過向液體施加熱能而取得的。具體而言，在上述發(fā)表的公報中所透露的噴墨記錄方法中，液體通過施加熱能被加熱而形成一個氣泡，并由氣泡形成所產生的力的作用液滴通過記錄頭的噴嘴部分的排放口被排放而能夠沉積到移動的介質上以便在其上記錄信息。
用于噴墨記錄系統(tǒng)的噴墨記錄頭(以下簡稱為“記錄頭”)裝有液體排放部分。該液體排放部分一般包括一個用于排放液體的排放開口，一個與排放開口連通的液路，以及一個裝在液路中用于向液體施加熱能的熱產生裝置。熱產生裝置的一個例子是一種電熱換能器，該換能器包括一個用于熱積累的下層，一個具有熱產生部分的電阻層，一對用于向電阻層供電的導線電極，以及用于防護該導線電極避免墨液的防護層。
從記錄頭設計的觀點而言，防護層的形成越薄越好，或者最好是不形成防護層，以便有效地向墨液傳送熱能。但是在普通的記錄頭中，必須在熱產生部分和導線電極之間的邊界部分的上面和周圍厚的防護層，以便防護導線電極，因為為了減少電阻而形成厚的導線電極帶有很大高度的電極模板。
另一方面，由于電阻層具有高的電阻，與導線電極相比電阻層相對的薄。因而，防護層在電阻層(在導線電極對之間并在其上沒有形成導線電極的區(qū)域)的熱產生部分可做得薄。
日本專利申請公開No.60-236758提出在熱產生部分形成薄的防護層?？墒?，它沒有具體考慮在哪里使用的防護層要薄。
日本專利申請公開No.63-191645透露了裝在覆蓋了熱產生部分的有機防護層部分的電阻層之下的導線電極，以便降低有機防護層部分的溫升，因為有機防護層的耐熱性較低?？墒?，使用這一結構考慮了防護層的耐久性，但是與電阻層的關系沒有考慮。
日本專利申請公開No.55-126462透露了沒有防護層的一種層結構。在這種層結構中電阻層應當具有足夠的阻墨性，在高溫下具有良好的電化學性質，并能夠阻擋由于氣泡消失所引起的氣穴作用。用于具有以上性質的電阻層的適當的材料包括日本專利申請公開No.01-46769中所透露的Al-Ta-Ir，以及日本專利申請公開No.02-55131中所透露的Ta-Ir。
然而，在熱產生部分具有較薄的防護層的記錄頭中，排放耐久性隨防護層的厚度而變化，并可能在排放性能上劣化。
劣化的排放特性是通過以下的故障分析出的原因所引起的結果而發(fā)現的。第一個原因在于，在防護層薄的部分出現裂縫，墨通過所形成的裂縫滲透而同電阻層在在高溫下發(fā)生反應而使之破壞。第二個原因在于，防護層對電阻層的熱應力在防護層薄的部分破壞了電阻層。而且，在導線電極層上形成相對較厚的防護層以便覆蓋電極模板水平差，并在熱產生部分上盡可能薄地形成。因而，在熱產生部分和導線電極的模板邊界之上和周圍的熱產生部分上面存在防護層厚區(qū)域和薄區(qū)域(見圖9A與9B)。當電阻層的熱產生部分產生熱時，電阻層的厚區(qū)域和薄區(qū)域之間的熱擴散差在這些區(qū)域之間施加了應力而引起防護層的開裂，或者通過與已經通過防護層的裂縫滲透的墨的高溫反應損害下電阻層而最后破壞電阻層。另外，在防護層的厚的部分和薄的部分的邊界之下的電阻層可能被上述防護層的應力破壞。
特別在本發(fā)明中，使用了一種通過墨液的膜沸騰的壓力而排放墨液的噴墨系統(tǒng)，并且熱是在電阻層的熱產生部分中在很短的時間內突然產生的，以便向上防護層施加大的熱應力。該應力在防護防護厚度變化的部分較強。
另一方面，在使用使得電阻層的熱產生部分與墨液直接接觸(即在熱產生部分沒有電阻層，見

圖10A與10B)的記錄頭的類似的墨液排放試驗中，類似于具有防護層的記錄頭，耐久性是圍繞防護的和未防護的區(qū)域之間的邊界而變化的。
作為故障分析的結果，類似于上述第二個原因，第一個原因是在熱產生時在電阻層的防護的與未防護的區(qū)域之間的防護層中大的應力差。這一情形下的第二個原因是電化學反應。特別當對于較弱的電流驅動電阻層做得較薄以便提高表層電阻目的在于使用廉價的驅動元件時，電阻層中的電位差變得較大，這加速了電化學反應而在短時間內引起電阻層的破壞。
以下對于一種層結構考慮了由于電化學反應致使的電阻層的破壞，其中使得熱產生部分直接與墨液接觸。由于電化學反應致使的電阻層的破壞被認為是以下原因的結果(1)堿金屬離子沖擊負電極部分電阻層與熱累積層特別是在電阻層模板的端部易于受到電化學反應的侵蝕，以及，(2)電阻層在正電極部分的溶解。
該電化學反應被以下因素加速(i)電壓對于電阻層的較高的驅動電壓增加了熱產生部分中的電位差，加速了電化學反應。
(ii)溫度由于電化學反應是一種化學反應，較高的溫度自然加速了該反應。這與驅動電壓對氣泡形電壓及驅動脈沖寬度的比率相關。
(iii)加熱溫度電化學反應的進程與一個脈沖內加熱的時間，或者驅動脈沖寬度相關。
(iv)墨液的種類電化學反應自然受到包含在墨液中的離子種類的影響。
(iv)電阻層的材料和厚度電化學反應自然與電阻層的材料有關。在被破壞之前所經過的時間取決于層厚。層越厚，破壞之前所經過的時間越長。
電化學反應的進程隨以上原因而變化。特別，在使用較廉價的驅動元件以較弱的電流驅動下，對于電阻層需要較高的面電阻，這就降低了排放的耐久性。
在較高的面電阻處的較低的耐久性是如下考慮的。較高的面電阻增加了電阻層中的電位差而加速了電化學反應。厚度較小的電阻層結果是較差的抗電化學反應性質。這兩個原因可能降低噴射的耐久性。
而且，電化學反應被各種因素加速，諸如帶有一定的電阻層模板設計的較高的驅動電壓；由于為了成本降低在均勻的驅動電壓下記錄頭生產中的變化而引起的電阻層較高的最大溫度；以及對于各種記錄紙使用各種墨液。因而，需要電化學上更為穩(wěn)定的層材料和層結構。
如上所述，需要一種措施以適合防護層厚度在熱產生部分的變化以便改進排放耐久性，而不論在電阻層的熱產生部分上的防護層是否存在。
本發(fā)明的一個目的是提供一種噴墨記錄頭。該記錄頭顯示出與墨液種類無關的優(yōu)秀的排放耐久性，并可以低成本生產而沒有上述的缺點。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用以上噴墨記錄頭的噴墨記錄裝置。
根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種噴墨記錄頭，包括一個具有用于排放墨液的排放口的墨流通路，一個用于熱積累的下層，一個裝在下層上的電阻層，一對裝在電阻層上用于向該電阻層施加一電信號的導線電極，以及對應于墨流裝設使用導線電極之間的電阻層作為熱產生部分的一個電熱轉換器，其中熱產生部分在被驅動時具有高溫段和低溫段，并且防護層厚度變化的邊界位于低溫段。
在噴墨記錄頭的一個實施例中，高溫段和低溫段通過使得形成熱產生部分的電阻層的寬度不均勻而被提供。
在噴墨記錄頭的另一個實施例中，高溫段和低溫段通過使得形成熱產生部分的電阻層的厚度不均勻而被提供。
在噴墨記錄頭的另一個實施例中，高溫段和低溫段通過使得對應于熱產生部分的下層的厚度不均勻而被提供。
在噴墨記錄頭的另一個實施例中，高溫段和低溫段通過使得對應于熱產生部分的下層的熱傳導率不均勻而被提供。
在噴墨記錄頭的另一個實施例中，防護層厚度變化的邊界為防護層薄區(qū)域和厚區(qū)域之間的邊界。
在噴墨記錄頭的另一個實施例中，防護層厚度變化的邊界為具有防護層的區(qū)域和沒有防護層的區(qū)域之間的邊界。
在本發(fā)明的另一方面，提供了具有以上噴墨記錄頭和用于傳送記錄介質的裝置的噴墨記錄裝置。
本發(fā)明使得能夠減少防護層的厚度，或者省略防護層而不會降低記錄頭的耐久性，由此可達到整個記錄頭能量的節(jié)省，并可降低在打印期間記錄頭體的溫升。
進而，本發(fā)明的噴墨記錄頭具有高排放耐久性，并由于噴嘴中的充分的發(fā)泡穩(wěn)定性和高的排放穩(wěn)定性而給出高的打印質量和高的打印穩(wěn)定性。
由于高的排放穩(wěn)定性，可獲得較低的驅動電流強度和均勻的驅動電壓的比較廉價的驅動單元，使得噴墨記錄頭可以較低的成本生產。
而且，使用該噴墨記錄頭的噴墨記錄裝置由于記錄頭對于各種墨液的的高度穩(wěn)定性可適用于各種打印紙。
圖1A與1B是分別表示本發(fā)明的噴墨記錄頭第一實施例加熱器板剖面和平面視圖；圖2A與2B是分別表示本發(fā)明的噴墨記錄頭第二實施例加熱器板剖面和平面視圖；圖3A與3B是分別表示本發(fā)明的噴墨記錄頭第三實施例加熱器板剖面和平面視圖；圖4A與4B是分別表示本發(fā)明的噴墨記錄頭第四實施例加熱器板剖面和平面視圖；圖5A與5B是分別表示本發(fā)明的噴墨記錄頭第五實施例加熱器板剖面和平面視圖；圖6A與6B是分別表示本發(fā)明的噴墨記錄頭第六實施例加熱器板剖面和平面視圖；圖7A與7B是分別表示本發(fā)明的噴墨記錄頭第七實施例加熱器板剖面和平面視圖；圖8A與8B是分別表示本發(fā)明的噴墨記錄頭第八實施例加熱器板剖面和平面視圖；圖9A與9B是分別表示普通的噴墨記錄頭加熱器板剖面和平面視圖；圖10A與10B分別表示普通的噴墨記錄頭加熱器板剖面和平面視圖；以及圖11是本發(fā)明的噴墨記錄頭透視圖。
以下參照附圖更為詳細說明本發(fā)明。
圖1A與1B示出本發(fā)明的第一實施例噴墨記錄頭的加熱器板的一例。圖1B是加熱器板的平面圖，而圖1A是沿圖1B中1A-1A線所取的剖視圖。圖1A中，加熱器板包括一個基片101，一個用于熱積累的下層102，一個電阻層103，一對用于向電阻層供電的導線電極104，一個用于防護電阻層和導線電極避免墨液的防護層，一個第二防護層106，以及一個第三防護層107。數碼108表示該導線電極對之間的電阻層的熱產生部分，數碼109表示防護層105的薄區(qū)域。圖1B中，數碼108表示熱產生部分，數碼109表示防護層的薄區(qū)域。
裝設第二防護層是為了延緩氣泡消失時所引起的空穴作用。裝設第三防護層(有機防護層等)是為了進一步減小墨液滲透所引起的短路和損害。這些防護層是選擇裝設的以便改進性能。對于圖2A，2B，3A，3B，4A及4B中第二和第三防護層也是如此。
第一實施例的特征在于電阻層模板的寬度部分地被改變，以形成被驅動時的高溫段和低溫段，并且防護層厚度變化的邊界位于低溫段上。換言之，電阻層103熱產生部分108的模板寬度做得比較寬以便減少熱產生部分108和導線電極層104之間的模板上和周圍的電流密度。因而，在模板上和周圍降低了溫升而提供了低溫段。通過使得其防護層的厚度變化的邊界位于低溫段，在以上模板上和周圍防護層105中所產生的熱應力可被降低。
在熱產生部分中的上述模板的部分過大的模板寬度增加了模板寬度的變化率引起電流向變化的部分集中，導致熱產生部分的破壞或者損壞。模板寬度變化的比率(A/B)最好在范圍1.1到2.8的范圍，更好是在1.2到2.5。
導線電極層之下的電阻層模板的寬度沒有特別的限制，但是最好大于熱產生部分的模板寬度(A)，并可與熱產生部分的模板寬度(B)相同，如圖1B所示。
進而在第一實施例中，如圖1A和1B所示防護層的薄區(qū)域109在驅動時變?yōu)楦邷囟蔚臒岙a生部分的區(qū)域上形成。這一薄防護層區(qū)域109在電阻層的上述熱產生部分上形成，使得該防護層的厚區(qū)域與薄區(qū)域位于熱產生部分上述寬的模板寬度帶上面(驅動時的低溫段)，在熱產生部分與導線電極層之間的模板的鄰域之中。由于寬模板寬度帶在驅動時引起較小的溫升，故在熱產生部分的寬模板帶上的防護層的薄區(qū)域和厚區(qū)域之間的邊界中產生的熱應力較小，因而較少發(fā)生熱應力所引起的防護層或者電阻層的破壞或者損壞。
薄防護層區(qū)域109是這樣形成的，使得不在上述模板上面或者周圍的防護層的薄區(qū)域和者厚區(qū)域之間任何其他邊界位于熱產生部分之外。這在先有技術(圖9B和圖10B)中也采用了。
在圖1A和1B的第一實施例中，其防護層厚度變化的邊界是在防護層的薄區(qū)域和厚區(qū)域之間的邊界(第五實施例的特點)。該邊界的位置類似于防護層厚度變化的邊界為由防護層覆蓋的區(qū)域505與非覆蓋區(qū)域509之間的邊界(第六實施例)的情形而決定，如圖5A和5B所示。換言之，在電阻層的熱產生部分沒有由防護層防護而直接與墨液接觸的加熱器板中防護層覆蓋的區(qū)域和非覆蓋區(qū)域之間的邊界類似于以上第一實施例位于熱產生部分的寬模板寬度帶上。
圖2A與2B表示本發(fā)明的第二實施例的一個噴墨記錄頭的加熱器板的一個例子。圖2B是該加熱器板的平面圖，而圖2A是沿圖2A中的線2A-2A所取的剖視圖。圖2A中，加熱器板包括一個基片101，一個用于熱積累的下層102，一個電阻層203，一對用于向電阻層供電的導線電極層104，一個用于防護電阻層和導線電極避免墨液的防護層105，一個第二防護層106，以及一個第三防護層107。數碼208表示該導線電極對之間的電阻層的熱產生部分，數碼109表示防護層105的薄區(qū)域。圖2B中，數碼208表示熱產生部分，數碼109表示防護層的薄區(qū)域。
第二實施例的特征在于電阻層的厚度部分地被改變，以形成被驅動時熱產生部分的高溫段和低溫段，并且防護層厚度變化的邊界位于低溫段上。換言之，在熱產生部分208和導線電極層104之間的模板上和周圍，熱產生部分208的電阻層203模板寬度做得比較厚，以便減少其中的的電流密度。從而，在模板上和周圍降低了溫升而提供了低溫段。通過使得其防護層的厚度變化的邊界位于低溫段，在以上模板上和周圍防護層105中所產生的熱應力可被降低。
在熱產生部分中電阻層的部分過大的厚度增加了厚度的變化率，引起電流向變化的部分集中，導致熱產生部分的破壞或者損壞。模板厚度變化的比率(G/F)最好在1.1到2.5的范圍，更好是在1.2到2.0。
導線電極層之下的電阻層的厚度沒有特別的限制，但是最好大于熱產生部分的厚度(F)，并可與熱產生部分的厚度(G)相同，如圖2A中所示。
進而在第二實施例中，如圖2A和2B所示，防護層的薄區(qū)域109在驅動時變?yōu)楦邷囟蔚臒岙a生部分的區(qū)域上形成。這一薄防護層區(qū)域109在電阻層的上述熱產生部分上形成，使得該防護層的厚區(qū)域與薄區(qū)域位于熱產生部分上述厚帶上面(驅動時的低溫段)，在熱產生部分與導線電極層之間的模板的鄰域之中。由于熱產生部分的的電阻層的厚帶在驅動時引起較小的溫升，故在熱產生部分的厚帶上的防護層的薄區(qū)域和厚區(qū)域之間的邊界中產生的熱應力較小，因而較少發(fā)生熱應力所引起的防護層或者電阻層的破壞或者損壞。
而且薄防護層區(qū)域109是這樣形成的，使得不在上述模板上面或者周圍的防護層的薄區(qū)域和者厚區(qū)域之間任何其他邊界位于熱產生部分之外。這在先有技術(圖9B和圖10B)中也采用了。
在圖2A和2B的第二實施例中，其防護層厚度變化的邊界是在防護層的薄區(qū)域和厚區(qū)域之間的邊界(第五實施例的特征)。該邊界的位置類似于防護層厚度變化的邊界為由防護層覆蓋的區(qū)域505與非覆蓋區(qū)域509之間的邊界(第六實施例)的情形而決定，如圖6A和6B所示。換言之，在電阻層的熱產生部分沒有由防護層防護而直接與墨液接觸的加熱器板中防護層覆蓋的區(qū)域和非覆蓋區(qū)域之間的邊界類似于以上第二實施例位于熱產生部分的厚層帶上。
圖3A與3B表示本發(fā)明的第三實施例的一個噴墨記錄頭的加熱器板的一個例子。圖3B是該加熱器板的平面圖，而圖3A是沿圖3A中的線3A-3A所取的剖視圖。圖3A中，加熱器板包括一個基片101，一個用于熱積累的下層302，一個電阻層303，一對用于向電阻層供電的導線電極層104，一個用于防護電阻層和導線電極避免墨液的防護層105，一個第二防護層106，以及一個第三防護層107。數碼308表示該導線電極對之間的電阻層的熱產生部分，數碼109表示防護層105的薄區(qū)域。圖3B中，數碼308表示熱產生部分，數碼109表示防護層的薄區(qū)域。
第三實施例的特征在于下層的厚度部分地被改變，以形成被驅動時熱產生部分的高溫段和低溫段，并且防護層厚度變化的邊界位于低溫段上。換言之，在熱產生部分308和導線電極層104之間的模板上和周圍的熱產生部分之下，與熱產生部分之下的其他區(qū)域相比，下層302部分地做得比較薄。從而，在模板上和周圍延緩了溫升而提供了低溫段。通過使得其防護層的厚度變化的邊界位于低溫段，在以上模板上和周圍防護層105中所產生的熱應力可被降低。
在上述下層部分過薄增加了厚度的變化率，增加了該變化部分溫差，導致熱產生部分的破壞或者損壞。厚度變化的比率(I/H)最好在0.1到0.9的范圍，更好是在0.2到0.8。
導線電極層之下的下層的厚度沒有特別的限制，但是最好小于熱產生部分的下層的厚度(H)，并可與熱產生部分的下層厚度(I)相同，如圖3A中所示。
進而在第三實施例中，如圖3A和3B所示，防護層的薄區(qū)域109在驅動時變?yōu)楦邷囟蔚臒岙a生部分的區(qū)域上形成。這一薄防護層區(qū)域109在上述的下層上形成，使得該防護層的厚區(qū)域與薄區(qū)域位于熱產生部分中的下層的上述薄帶上面(驅動時的低溫段)，在熱產生部分與導線電極層之間的模板的鄰域之中。由于薄的下層帶上的電阻層在驅動時較小的溫升，故在這一層帶的防護層的薄區(qū)域和厚區(qū)域之間的邊界中產生的熱應力較小，因而較少發(fā)生熱應力所引起的防護層或者電阻層的破壞或者損壞。
而且薄防護層區(qū)域109是這樣形成的，使得不在上述模板上面或者周圍的防護層的薄區(qū)域和者厚區(qū)域之間的任何其他邊界位于熱產生部分之外。這在先有技術(圖9B和圖10B)中也采用了。
在圖3A和3B的第二實施例中，其防護層厚度變化的邊界是在防護層的薄區(qū)域和厚區(qū)域之間的邊界(第五實施例的特征)。該邊界的位置類似于當防護層厚度變化的邊界為由防護層覆蓋的區(qū)域505與非覆蓋區(qū)域509之間的邊界(第七實施例)時那樣決定，如圖7A和7B所示。換言之，在電阻層的熱產生部分沒有由防護層防護而直接與墨液接觸的加熱器板中防護層覆蓋的區(qū)域和非覆蓋區(qū)域之間的邊界類似于以上第三實施例位于熱產生部分中的下層薄層帶上。
圖4A與4B表示本發(fā)明的第四實施例的一個噴墨記錄頭的加熱器板的一個例子。圖4B是該加熱器板的平面圖，而圖4A是沿圖4A中的線4A-4A所取的剖視圖。圖4A中，加熱器板包括一個基片101，一個由低熱傳導率的材料組成的下層402a，一個由高熱傳導率的材料組成的下層402b，一個電阻層303，一對用于向電阻層供電的導線電極層104，一個用于防護電阻層和導線電極避免墨液的防護層105，一個第二防護層106，以及一個第三防護層107。數碼308表示該導線電極對之間的電阻層的熱產生部分，數碼109表示防護層105的薄區(qū)域。圖4B中，數碼308表示熱產生部分，數碼109表示防護層的薄區(qū)域。
第四實施例的特征在于下層的材料局部地被改變，以構成被驅動時熱產生部分的高溫段和低溫段，并且防護層厚度變化的邊界位于低溫段上。換言之，在熱產生部分308和導線電極層104之間的模板上和周圍的熱產生部分之下的區(qū)域中比下層的其他區(qū)域中，下層局部地是由具有較高熱傳導率材料做成的。從而，在熱產生部分和導線電極之間的模板上和周圍延緩了溫升而提供了低溫段。通過使得其防護層的厚度變化的邊界位于低溫段，在以上模板上和周圍在防護層105中所產生的熱應力可被降低。
在熱產生部分和導線電極之間的模板上和周圍的熱產生部分的區(qū)域(即驅動時的低溫區(qū)域)下面的下層的區(qū)域402b是由高于熱產生部分下層的區(qū)域402a(即驅動時的高溫區(qū)域)的熱傳導率材料制成的。例如，在高溫區(qū)域之下的下層的區(qū)域402a是由SiO2組成的情形下，低溫區(qū)域下的下層的區(qū)域402b是由具有高于SiO2的熱傳導率的SiN3，AL2O3等等組成的。
在導線電極之下的下層的材料是沒有特別限制的，但是最好為具有高于熱產生部分之下的下層的402a區(qū)域(驅動時的高溫區(qū)域)的熱傳導性的材料，并可以是與熱產生部分之下的區(qū)域402b的材料相同的材料，如圖4A中所示。
進而在第四實施例中，如圖4A和4B所示，防護層的薄區(qū)域109在驅動時變?yōu)楦邷囟蔚臒岙a生部分的區(qū)域上形成。這一薄防護層區(qū)域109在上述的下層上的熱產生部分形成，使得該防護層的厚區(qū)域與薄區(qū)域位于熱產生部分中的下層的上述高熱傳導性帶之上(驅動時的低溫區(qū))，在熱產生部分與導線電極層之間的模板的鄰域之中。由于較高熱傳導性材料組成的下層區(qū)域上的電阻層在驅動時引起較小的溫升，故在這一帶的防護層的厚度變化的邊界中產生的熱應力較小，因而較少發(fā)生熱應力所引起的防護層或者電阻層的破壞或者損壞。
而且薄防護層區(qū)域109是這樣形成的，使得不在上述模板上面或者周圍的防護層的薄區(qū)域和者厚區(qū)域之間的任何其他邊界位于熱產生部分之外。這在先有技術(圖9B和圖10B)中也采用了。
在圖4A和4B的第四實施例中，其防護層厚度變化的邊界是在防護層的薄區(qū)域和厚區(qū)域之間的邊界(第五實施例的特征)。該邊界的位置類似于當防護層厚度變化的邊界為由防護層覆蓋的區(qū)域505與非覆蓋區(qū)域509之間的邊界(第七實施例)時那樣決定，如圖8A和8B所示。換言之，在電阻層的熱產生部分沒有由防護層防護而直接與墨液接觸的加熱器板中防護層覆蓋的區(qū)域和非覆蓋區(qū)域之間的邊界類似于以上第四實施例位于熱產生部分中的下層的高熱傳導性區(qū)域上。
具有本發(fā)明的加熱器板的噴墨記錄頭可用作為在記錄介質的記錄區(qū)域的整個寬度上具有多個排放口的整行型記錄頭，如圖11所示。圖11中的記錄頭包括排放口110，一個加熱器板111，一個頂板112，以及一個供墨口113。
本發(fā)明對于通過使用熱能使得液滴飛出的而進行記錄的噴墨記錄頭或者噴墨記錄裝置特別有效。
例如這種記錄頭的及噴墨記錄裝置的典型構成和原理在美國專利No.4,723,129，以及4,740,796中透露。
基于這種原理的噴墨記錄系統(tǒng)適用于即需型和連續(xù)型噴墨記錄，對于即需型記錄特別有效。使用即需型系統(tǒng)，記錄如下進行。對應于用于引起液體溫度突然上升超過核沸點以便在電熱轉換器中產生熱能的記錄信息，向裝設在保持液體(墨液)的薄片或者液體通路電熱轉換器施加一個或者多個驅動信號，由此引起記錄頭的熱激勵表面薄膜沸騰而在液體(墨液)中形成與驅動信號一一對應的氣泡。墨液通過墨液排放口由氣泡的長大和收縮而排放并能夠以液滴的形式飛出。
脈沖形驅動信號能夠使得連續(xù)的氣泡的適當長大和收縮達到墨液以良好的響應性噴射在美國專利No.4,463,359以及4,345,262中描述。通過使用在美國專利No.4,313,124所透露的有關熱激勵表面的低溫上升速率所透露的條件記錄可更為出色地進行。
如以上本專利說明書中所述，本發(fā)明的噴墨記錄頭可由一個液滴排放口，一個液體通路，以及一個電熱轉換器(線性液體通路結構或者直角液體通路結構)構成，或者可以是這樣一種構造，其中熱激勵表面設置為如同美國專利No.4,558,333及4,459,600中透露的彎曲的區(qū)域。
進而，本發(fā)明在包含用于多個電熱轉換器作為排放部分的共用縫隙的結構(日本專利申請公開No.59-12367中透露)，以及包含一個對應于排放部分的開口以吸收熱能壓力波的結構(日本專利申請公開No.59-138461中透露)中也是有效的。
本發(fā)明對于其長度對應于記錄裝置的最大記錄寬度的整行型噴墨記錄頭也是有效的。如同上述專利說明書中所透露，整行型記錄頭可由或者作為多個記錄頭的組合或者為一個整體結構。
噴墨記錄頭可以是與其噴墨記錄裝置的主體可以電連接的可拆卸的噴頭型記錄頭，或者可以從其主體供給墨液，或者可以為與墨盒整體裝設的盒式記錄頭。
至于本發(fā)明的噴墨記錄裝置的構造單元，最好使用用于記錄頭的恢復裝置或者基本的輔助裝置以便達到本發(fā)明的更為穩(wěn)定的效果。具體而言，這些裝置包括用于記錄頭的蓋，清潔裝置，加壓和抽吸裝置，預熱裝置，以及預排放裝置。
本發(fā)明的噴墨記錄裝置的記錄模式可以是黑色或者其他單色模式，可以是使用不同顏色的多色模式，或者使用色混的全彩色模式。
本發(fā)明對于上述墨液的薄膜沸騰系統(tǒng)最為有效。
本發(fā)明的噴墨記錄裝置包括用于信息處理裝置的圖象輸出的整體的或者分離的終端，諸如字處理器和計算機，和閱讀器結合的復制裝置，以及具有發(fā)送和接收功能的傳真裝置。
通過參照例子將詳述本發(fā)明，但是絕對不是對本發(fā)明的限制。例子1-7具有圖1A和1B所示的結構的噴墨記錄頭被制備。
在作為基片101的硅基片上，通過熱氧化形成作為熱積累層102的2.0μm厚的SiO2層。通過濺涂在其上形成0.1μm厚的HfB2層作為電阻層103。這一層具有20Ω/□的表面電阻率。再在其上通過蒸汽沉積形成0.005μm厚的Ti層和0.6μm厚的Al層作為導線電極104。
然后通過光刻和蝕刻形成如圖1A和1B中所示的用于熱產生部分108和導線電極層104的電路模板。圖1B中的尺寸C，D，和E分別為100μm，120μm，和140μm，而A和B的尺寸如表1中所示。
通過濺涂在其上形成1.0μm厚的SiO2層作為防護層105。然后通過光刻成形和干蝕部分地去除0.8μm厚的SiO2層形成如圖1A和1B中所示的防護層的0.2μm厚的薄區(qū)域109。防護層105的薄區(qū)域具有40μm的尺寸J，130μm的尺寸K。熱產生部分108與導線電極層104之間的模板附近的防護層105的厚區(qū)域和薄區(qū)域的邊界位于該熱產生部分的寬模板寬度帶(寬度B)。
然后，通過濺涂和隨后的光刻和干法蝕刻由Ta以圖1A所示的模式形成第二防護層106。最后通過涂敷光敏性的聚酰亞胺并然后通過光刻成形而形成2.0μm厚的第三防護層107。
以上所制備的加熱器板用于圖11所示的噴墨記錄頭的生產。在加熱器板111上，通過光刻由負DF(干膜)形成噴嘴壁。在其上粘附具有供給墨液的開口113的玻璃頂板112以便覆蓋噴嘴壁。最后由加熱器板，噴嘴壁，和頂板所構成的所得的組件被切割成規(guī)定的形狀而同時形成排放開口110。這樣就生產了本發(fā)明的噴墨記錄頭。例子8-13具有2A和2B所示的結構的噴墨記錄頭被制備。
在作為基片101的硅基片上，通過熱氧化形成作為熱積累層102的2.0μm厚的SiO2層。通過濺涂在其上形成如表2所示的厚度G的HfB2層作為電阻層203。再在其上通過蒸汽沉積形成0.005μm厚的Ti層和0.6μm厚的Al層作為導線電極104。
然后通過光刻和蝕刻形成如圖2A和2B中所示的用于熱產生部分208和導線電極層104的電路模板。通過光刻成形和干蝕使得熱產生部分208的一部分變薄到所需的厚度，如圖2A所示。薄帶的厚度(F)如表2所示。熱產生部分的薄帶的尺寸為20μm×100μm。100μm這一尺寸對應于圖2A中的尺寸L。
通過濺涂在其上形成1.0μm厚的SiO2層作為防護層105。然后通過光刻成形和干法蝕刻部分地去除0.8μm厚的SiO2層形成如圖2A和2B中所示的防護層的0.2μm厚的薄區(qū)域109。與例子1-7類似，防護層的薄區(qū)域具有40μm的尺寸J，130μm的尺寸K。熱產生部分108與導線電極層104之間的模板附近的防護層105的厚區(qū)域和薄區(qū)域的邊界位于該熱產生部分208的厚帶(厚度G)之上。
然后，通過濺涂和隨后的光刻和干蝕由Ta以圖2A所示的模式形成第二防護層106。最后通過涂敷光敏性的聚酰亞胺并然后通過光刻成形而形成2.0μm厚的第三防護層107。
以上所制備的加熱器板用于圖11所示的噴墨記錄頭的生產。在加熱器板111上，通過光刻由負DF(干膜)形成噴嘴壁。在其上粘附具有供給墨液的開口113的玻璃頂板112以便覆蓋噴嘴壁。最后由加熱器板，噴嘴壁，和頂板所構成的所得的組件被切割成規(guī)定的形狀而同時形成排放開口110。這樣就生產了本發(fā)明的噴墨記錄頭。例子14-17制備具有3A和3B所示的結構的噴墨記錄頭。
在作為基片的硅基片上，通過熱氧化形成作為熱積累層302的SiO2層。這一熱氧化按兩步驟進行。在第一熱氧化步驟中，進行熱氧化以形成厚度I的SiO2層。在隨后的步驟中，通過CVD形成Si3N4薄膜，部分的Si3N4薄膜從SiO2下層厚度做得較大的(厚度H)的區(qū)域中去除，在用于薄下層部分(厚度I)的區(qū)域上留下Si3N4薄膜。已經去除了Si3N4薄膜的區(qū)域具有30μm×100μm的尺寸。100μm的尺寸對應于圖3A中的尺寸M。在第二熱氧化步驟中，在去除了Si3N4的區(qū)域上，進而形成厚度H的SiO2層。在熱氧化之后，通過蝕刻去除Si3N4薄膜。這樣在基片上形成具有局部不同厚度的下層302。層厚H與I示于表3之中。.
通過濺涂在其上形成厚度0.1μm的HfB2層作為電阻層303。在其上通過蒸汽沉積形成0.005μm厚的Ti層和0.6μm厚的Al層作為導線電極104。然后通過光刻和蝕刻形成如圖3A和3B中所示的用于熱產生部分308和導線電極層104的電路模板。
通過濺涂在其上形成1.0μm厚的SiO2層作為防護層105。然后通過光刻成形和干法蝕刻部分地去除0.8μm厚的SiO2層形成如圖3A和3B中所示的防護層的0.2μm厚的薄區(qū)域109。與例子1-7類似，防護層的薄區(qū)域具有40μm的尺寸J，130μm的尺寸K。熱產生部分308與導線電極層104之間的模板附近的防護層105的厚區(qū)域和薄區(qū)域的邊界位于下層302的薄帶(厚度I)之上。
然后，通過濺涂和隨后的光刻和干法蝕刻由Ta以圖2A所示的模式形成第二防護層106。最后通過涂敷光敏性的聚酰亞胺并然后通過光刻成形而形成2.0μm厚的第三防護層107。
以上所制備的加熱器板用于圖11所示的噴墨記錄頭的生產。在加熱器板111上，通過光刻由負DF(干膜)形成噴嘴壁。在其上粘附具有供給墨液的開口113的玻璃頂板112以便覆蓋噴嘴壁。最后由加熱器板，噴嘴壁，和頂板所構成的所得的組件被切割成規(guī)定的形狀而同時形成排放開口110。這樣就生產了本發(fā)明的噴墨記錄頭。例子18制備具有4A和4B所示的結構的噴墨記錄頭。
在作為基片的硅基片整個表面上，形成厚度2.0μm的Si3N4層作為下層。然后其熱傳導性將被降低的下層的帶402a中的Si3N4通過光刻和蝕刻被去除帶尺寸為30μm×100μm。100μm的這一尺寸對應于圖4A中的尺寸N。在除了蝕刻的帶之外的區(qū)域上，形成光刻膠圖形。然后通過濺涂形成厚度2.0μm的SiO2層402a。然后去除該光刻膠。
通過濺涂在其上形成厚度0.1μm的HfB2層作為電阻層303。在其上通過蒸汽沉積形成0.005μm厚的Ti層和0.6μm厚的Al層作為導線電極104。然后通過光刻和蝕刻形成如圖4A和4B中所示的用于熱產生部分308和導線電極層104的電路模板。
通過濺涂在其上形成1.0μm厚的SiO2層作為防護層105。然后通過光刻成形和干法蝕刻部分地去除0.8μm厚的SiO2層形成如圖4A和4B中所示的防護層的0.2μm厚的薄區(qū)域109。與例子1-7類似，防護層的薄區(qū)域具有40μm的尺寸J，130μm的尺寸K。熱產生部分308與導線電極層104之間的模板附近的防護層的厚區(qū)域和薄區(qū)域的邊界位于由高熱傳導性材料制成的下層的帶402b之上的電阻層的部分。
然后，通過濺涂和隨后的光刻和干法蝕刻由Ta以圖4A所示的模式形成第二防護層106。最后通過涂敷光敏性的聚酰亞胺并然后通過光刻成形而形成2.0μm厚的第三防護層107。
以上所制備的加熱器板用于圖11所示的噴墨記錄頭的生產。在加熱器板111上，通過光刻由負DF(干膜)形成噴嘴壁。在其上粘附具有供給墨液的開口113的玻璃頂板112以便覆蓋噴嘴壁。最后由加熱器板，噴嘴壁，和頂板所構成的所得的組件被切割成規(guī)定的形狀而同時形成排放開口110。這樣就生產了本發(fā)明的噴墨記錄頭。例子19
以如同例子18中類似的方式制備噴墨記錄頭，所不同之處在于使用Al2O3代替Si3N4。例子20-26制備具有圖5A和5B所示的結構的噴墨記錄頭。
在作為基片101的硅基片上，通過熱氧化形成作為熱積累層102的2.0μm厚的SiO2層。通過濺涂在其上形成0.1μm厚的Ta-Ir層作為電阻層103。這一層具有15Ω/□的面電阻率。再在其上通過蒸汽沉積形成0.005μm厚的Ti層和0.6μm厚的Al層作為導線電板104。
然后通過光刻和蝕刻形成如圖5A和5B中所示的用于熱產生部分108和導線電極層104的電路模板。圖5B中的尺寸C，D，和E分別為100μm，120μm，和140μm，而A和B的尺寸如表5中所示。
通過施涂在其上形成2.0μm厚的聚酰亞胺層作為防護層505。然后通過光刻成形去除防護層505的一部分而給出非防護區(qū)域509。該非防護區(qū)域具有40μm的尺寸J，130μm的尺寸K。熱產生部分108與導線電極層104之間的模板附近的由防護層505所防護的區(qū)域與非防護區(qū)域509的邊界位于該熱產生部分的寬模板寬度帶(寬度B)上。
以上所制備的加熱器板用于圖11所示的噴墨記錄頭的生產。在加熱器板111上，通過光刻由負DF(干膜)形成噴嘴壁。在其上粘附具有供給墨液的開口113的玻璃頂板112以便覆蓋噴嘴壁。最后由加熱器板，噴嘴壁，和頂板所構成的所得的組件被切割成規(guī)定的形狀而同時形成排放開口110。這樣就生產了本發(fā)明的噴墨記錄頭。比較例子1如同例子1-7類似的方式制備具有圖9A和9B所示的結構的噴墨記錄頭，所不同之處在于熱產生部分造成為如圖9A和9B所示的帶有20μm的尺寸A的形狀。比較例子2如同例子20-26類似的方式制備具有圖10A和10B所示的結構的噴墨記錄頭，所不同之處在于熱產生部分造成為如圖10A和10B所示的帶有20μm的尺寸A的形狀。熱應力耐久性的評價(CST方法)根據CST方法通過檢測在破壞(斷裂)之前所經過的時間評價加熱器板。破壞之前所經過的時間越常，則熱應力耐久性越高。
噴墨頭在以下運行條件下驅動，并且測量在破壞之前所施加的脈沖數(破壞脈沖數)作為破壞之前所經過的時間指標；驅動電壓1.2倍于泡沫形成電壓驅動脈沖寬度3.0μsec，驅動頻率3.0kHz。
通過破壞脈沖數對于被取為1的基準例子的噴墨頭的脈沖數的相對數值來表示評價的結果。通過排放耐久性試驗的評價記錄頭被充以墨液，進行實際的墨液排放試驗。
測量破壞之前所經過的時間。驅動條件如下；驅動頻率3kHz，驅動脈沖寬度3μsec，驅動電壓1.2倍于泡沫形成電壓，墨液組成77％重量的水，12％重量的二甘醇，7％重量的尿素，以及4％重量的染料(C.I.食用黑Food Black2)。
結果如表6中所示。破壞之前所經過的時間由對于被取為1的基準例子2的噴墨頭的脈沖數的相對數值來表示。
表1尺寸A尺寸B破壞脈沖數(μm)(μm)(相對值)例子1 20 3060002 20 557003 30 5040004 20 5050005 20 4050006 20 225007 20 252000比較例子1 20 201
表2尺寸F尺寸G破壞脈沖數(μm)(μm)(相對值)例子8 0.1 0.2 50009 0.05 0.07 900010 0.1 0.25 30011 0.1 0.15 700012 0.1 0.11 40013 0.1 0.12 4000比較例子1 0.1 0.1 1表3尺寸F尺寸G破壞脈沖數(μm)(μm)(相對值)例子14 2.0 0.7 600015 2.0 0.2 50016 1.0 0.5 400017 2.0 1.8 700比較例子1 2.0 2.0 1
表4材料 破壞脈沖數(相對值)例子18 SiN4500019 Al2O33000比較例子1 SiO21
表5尺寸A尺寸B破壞脈沖數(μm)(μm) (相對值)例子20 20 30800021 20 5590022 30 50500023 20 50700024 20 40800025 20 2290026 20 253000比較例子220 201
表6破壞之前時間(相對值)例子180008600014 500018 500020 5000比較例子12權利要求
1.一種噴墨記錄頭，包括一個具有用于排放墨液的排放口的墨流通路，一個用于熱積累的下層，一個裝在下層上的電阻層，一對裝在電阻層上用于向該電阻層施加一電信號的導線電極，以及對應于墨流通路裝設使用導線電極之間的電阻層作為熱產生部分的一個電熱轉換器，其中熱產生部分在被驅動時具有高溫段和低溫段，并且防護層厚度變化的邊界位于低溫段。
2.根據權利要求1的噴墨記錄頭，其中通過使得熱產生部分的電阻層的寬度不均勻而提供高溫段和低溫段。
3.根據權利要求1的噴墨記錄頭，其中通過使得熱產生部分的電阻層的厚度不均勻而提供高溫段和低溫段。
4.根據權利要求1的噴墨記錄頭，其中通過使得對應于熱產生部分的下層的厚度不均勻而提供高溫段和低溫段。
5.根據權利要求1的噴墨記錄頭，其中通過使得對應于熱產生部分的下層的熱傳導性不均勻而提供高溫段和低溫段。
6.根據權利要求1到5任何之一的噴墨記錄頭，其中防護層厚度發(fā)生變化的邊界為防護層的薄區(qū)域與厚區(qū)域之間的邊界。
7.根據權利要求1到5任何之一的噴墨記錄頭，其中防護層厚度發(fā)生變化的邊界為具有防護層的區(qū)域與沒有防護層的區(qū)域之間的邊界。
8.具有權利要求1到5的任何之一的噴墨記錄頭的噴墨記錄裝置，以及用于傳送記錄介質的裝置。
全文摘要
一種噴墨記錄頭，包括一個具有用于排放墨液的排放口的黑流通路，一個用于熱積累的下層，一個裝在下層上的電阻層，一對裝在電阻層上用于向該電阻層施加一電信號的導線電極，以及對應于墨流通路裝設使用導線電極之間的電阻層作為熱產生部分的一個電熱轉換器，其中熱產生部分在被驅動時具有高溫段和低溫段，并且防護層厚度變化的邊界位于低溫段。
文檔編號B41J2/06GK1143571SQ961085
公開日1997年2月26日 申請日期1996年7月1日 優(yōu)先權日1995年6月30日
發(fā)明者小室博和 申請人:佳能株式會社