(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、発熱部を形成する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に電気的に接続する電極配線と、前記発熱抵抗体と前記電極配線との上に絶縁保護層を介して設けられた耐キャビテーション膜とを有するインクジェットヘッド用基体において、
前記耐キャビテーション膜が少なくとも二層の膜で形成され、インクと接する上層の膜が下層の膜より耐インク腐食性が低い膜であることを特徴とするインクジェットヘッド用基体。
【請求項２】
基板上に、発熱部を形成する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に電気的に接続する電極配線と、前記発熱抵抗体と前記電極配線との上に絶縁保護層を介して設けられた耐キャビテーション膜とを有するインクジェットヘッド用基体において、
前記耐キャビテーション膜が少なくとも二層の膜で形成され、インクと接する上層の膜がＴａ膜もしくはＴａＡｌ膜であり、下層の膜はＴａを含むアモルファス合金であることを特徴とするインクジェットヘッド用基体。
【請求項３】
基板上に、発熱部を形成する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に電気的に接続する電極配線と、前記発熱抵抗体と前記電極配線との上に絶縁保護層を介して設けられた耐キャビテーション膜とを有するインクジェットヘッド用基体において、
前記耐キャビテーション膜が少なくとも二層の膜で形成され、インクと接する上層の膜がＴａ膜もしくはＴａＡｌ膜であり、下層の膜はＴａを含むアモルファス合金膜であり、
前記アモルファス合金膜は、Ｔａ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒからなる組成を持つことを特徴とするインクジェットヘッド用基体。
【請求項４】
前記アモルファス合金膜は組成式（Ｉ）：
ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ  ・・・（Ｉ）
（但し、１０原子%≦α≦３０原子%、且つ、α＋β＜８０原子%、且つ、α＜β、且つ、δ＞γ、且つ、α＋β＋γ＋δ＝１００原子%である。）で表されるものであることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド用基体。
【請求項５】
基板上に、発熱部を形成する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に電気的に接続する電極配線と、前記発熱抵抗体と前記電極配線との上に絶縁保護層を介して設けられた耐キャビテーション膜とを有するインクジェットヘッド用基体において、
前記耐キャビテーション膜が、Ｔａ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒからなる組成の第１層と、この第１層の上に形成された正方格子の結晶構造からなるＴａの第２層とを有することを特徴とするインクジェットヘッド用基体。
【請求項６】
前記第１層は組成式（Ｉ）：
ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ  ・・・（Ｉ）
（但し、１０原子%≦α≦３０原子%、且つ、α＋β＜８０原子%、且つ、α＜β、且つ、δ＞γ、且つ、α＋β＋γ＋δ＝１００原子%である。）で表されるものであることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド用基体。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用基体上の発熱部は複数設けられ、インク滴を吐出する吐出口に連通する液路が各発熱部に対応して設けられたインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記各液路内に、前記発熱部の熱エネルギーによって液体中に発生する気泡の成長に伴い変位する自由端を有する可動部材が配置された請求項７に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
基板上に、発熱部を形成する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に電気的に接続する電極配線と、前記発熱抵抗体と前記電極配線との上に絶縁保護層を介して設けられた耐キャビテーション膜とを有するインクジェットヘッド用基体の上に、インク滴を吐出する吐出口に連通する液路を発熱部に対応して複数形成するインクジェットヘッドの製造方法において、
前記耐キャビテーション膜を形成するため、Ｔａ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒからなる組成の層の上に、純度９９％以上の金属Ｔａのターゲットを用いてスパッタリングすることによって正方格子の結晶構造を持つＴａを形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記Ｔａ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒからなる組成の層は組成式（Ｉ）：
ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ  ・・・（Ｉ）
（但し、１０原子%≦α≦３０原子%、且つ、α＋β＜８０原子%、且つ、α＜β、且つ、δ＞γ、且つ、α＋β＋γ＋δ＝１００原子%である。）で表されるものであることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記液路の形成後、予備的なインク吐出動作を行うことにより、前記ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ層の少なくともＴａ、Ｃｒを含む非晶質体不動層にＴａを実質的にドーピングすることを特徴とする請求項１０に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の製造方法で製造されたインクジェットヘッドの使用方法であって、
前記ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ層の少なくともＴａ、Ｃｒを含む非晶質体不動層にＴａが実質的にドーピングされた層を、インクに対して最初の表面もしくは、後で露出する層として使用することを特徴とするインクジェットヘッドの使用方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の製造方法で製造されたインクジェットヘッドの使用方法であって、
前記ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ層の少なくともＴａ、Ｃｒを含む非晶質体表面層にＴａが付加された層を、インクに対して最初の表面もしくは、後で露出する層として使用することを特徴とするインクジェットヘッドの使用方法。
【請求項１４】
耐キャビテーション膜が初期は２層で、上層のＴａが部分的に除去されつつ吐出を行う段階と、該Ｔａが有効発泡領域のみで除去されて吐出を行う段階とを行えることを特徴とする請求項１２または１３に記載のインクジェットヘッドの使用方法。
【請求項１５】
請求項７または８に記載のインクジェットヘッドを搭載するキャリッジを有し、該キャリッジを記録情報に応じて移動しながらインクジェットヘッドよりインク滴を吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを吐出して記録を行うインクジェットヘッド、該ヘッド用基体、及びこれらの製造方法、使用方法等、ならびにインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第４７２３１２９号公報あるいは米国特許第４７４０７９６号公報等に開示されているインクジェット記録方式は、高速、高密度で高精度、高画質の記録が可能で、かつカラー化、コンパクト化に適している。このインクジェット記録方式を用いる、熱エネルギーを利用してインクを発泡させて記録媒体にインクを吐出する記録ヘッドは、インクを発泡させるための発熱抵抗体とこれに電気的接続を行う配線とを同一基板上に作製してインクジェット記録ヘッド用基板とし、さらにその上にインクを吐出させるためのノズルを形成した構成が一般的である。
【０００３】
そして、このインクジェット記録ヘッド用基板は、一方では投入する電気エネルギーの省力化、他方ではインクの発泡にともなう機械的ダメージおよび熱パルスによる発熱部の破壊による基板の寿命の低下を防ぐために、様々な工夫がなされている。とりわけ一対の配線パターンの間に位置する発熱部を有する発熱抵抗体をインクから保護する保護膜については、多くの工夫がなされている。
【０００４】
この保護膜は、熱の効率から見ると、熱伝導率の高いもの、あるいは薄い方が有利である。ところが一方で、保護膜は、発熱体に接続する配線をインクから守るという役目があり、膜の欠陥の確率からすると、厚い方が有利であり、エネルギー効率と信頼性の観点から最適の厚さに設定されている。ただし、保護膜はインクの発泡によるキャビテーションダメージすなわち機械的ダメージと、発泡後の表面が高温になることから、インク成分との高温時での化学反応によるダメージとの両方の影響を受ける。
【０００５】
このため、実際には配線を守るための絶縁性の膜と、機械的、化学的ダメージに安定な膜の両立が難しく、このことからインクジェット用基板の保護膜の構成は上層にインクの発泡による機械的および化学的ダメージに対して安定性の高い膜を形成し、下層は配線を守るための絶縁性の膜を形成することが一般的である。具体的には上層には機械的、化学的安定性の極めて高い膜であるＴａ膜、下層には、既存の半導体製造装置で安易に安定な膜が形成できるＳｉＮ膜やＳｉＯ膜を形成することが一般的である。
【０００６】
詳述すると、配線上に保護膜としてＳｉＮ膜を約０．２〜１μｍ形成し、そのあとに上層の保護膜、一般的にはそのキャビテーションダメージに対する膜としての性能から耐キャビテーション膜と呼ばれるＴａ膜を０．２〜０．５μｍの厚さに形成する。この構成によってインクジェット用基板の発熱抵抗体の寿命および信頼性の両立を図っている。
【０００７】
また上記のような機械的、化学的ダメージの他に、発熱部では、インクに含まれる色材および含有物などが高温加熱によって分子レベルで分解され、難溶性の物質になり、上層の保護膜である耐キャビテーション膜上に物理吸着する現象が発生する。この現象はコゲーション（以下、「コゲ」と称す）と呼ばれている。このように、耐キャビテーション膜上に難溶性の有機物や無機物が吸着すると、発熱抵抗体からインクへの熱伝導が不均一となり、発泡が不安定となる。このため、発熱部における耐キャビーション膜上にコゲが発生しない必要があるが、上記のＴａ膜は比較的耐コゲ性の良好な膜として一般的に採用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、インクジェットプリンターの性能の飛躍的な向上によりインクの性能の向上、例えば高速記録に対応してブリーディング（カラー異色インク間でのにじみ）の防止が求められるとともに、高画質化に対応して発色性や耐候性の向上が求められて来ている。このため、インク中に様々な成分が追加され、カラー画像を形成するインクの種類、イエロー（Yellow）、マゼンタ（Magenta）、シアン（Cyan）の三色にも異なる成分が追加されるようになる。
【０００９】
この結果、例えば同一基板上にＹ、Ｍ、Ｃの三色の発熱部とこの上層保護膜としてＴａ膜を形成しているインクジェットヘッドにおいて、そのインク成分の違いから、ある色に対応する発熱部では今まで安定とされたＴａ膜さえも腐食しその結果、下層保護層、および発熱体までもダメージを受け破壊されるという現象が発生している。例えば、Ｃａ、Ｍｇなどの二価金属塩や、キレート錯体を形成する成分を含有するインクを用いた場合に、インクとの熱化学反応によりＴａ膜が腐食されやすい。
【００１０】
一方、このインク成分の改良に対応するように他の耐キャビテ−ション膜も開発されて来ている。例えばＴａ膜の代わりに、本出願人の特許第２６８３３５０号に例示されるＴａを含むアモルファス合金を使用すると、インク成分中に腐食性の強いものが含まれていてもダメージはほとんど受けないことが確認されている。
【００１１】
そこで、上記のようなＹ、Ｍ、Ｃの三色のインクを吐出できるインクジェットヘッドにおける発熱部の上層保護膜としてＴａを含むアモルファス合金を使用することが検討できるが、このＴａを含むアモルファス合金膜は耐インク腐食性の高い代わりに、表面がほとんどダメージを受けないために逆にコゲが発生しやすいという傾向が見られる。
【００１２】
そのため、ある色に対応する発熱部では上層保護層はほとんど腐食されない代わりに、コゲ性の問題が生じてくる。そればかりか、別の色においてコゲ性の高いインクを使用する場合は、従来のＴａではコゲ性はほとんど問題にならなかったのが、Ｔａを含むアモルファス合金にした為に顕著になるという現象が生じてしまう。なお、従来のＴａにおいてコゲの発生が少ないのは、Ｔａ膜の若干の腐食とコゲとがバランスよく生じ、Ｔａ膜表面が若干の腐食により除々に削れてコゲの累積発生が抑えられているためと推測できる。
【００１３】
以上のように、インクと接する上層保護膜としてＴａもしくは、Ｔａを含むアモルファス合金のいずれか一方を採用する構成では、同一基板上でコゲ性の高いインクと腐食性の強いインクとを色別に使用するインクジェットヘッドの寿命および信頼性の両立を十分に図ることが困難になって来ている。
【００１４】
そこで本発明の目的は、上記のような実状に鑑み、コゲ性の高いインクと腐食性の高いインクの両方のインクを使用可能にするインクジェットヘッド用基体、該基体を用いたインクジェットヘッド、および該ヘッドを備えたインクジェット記録装置を提供することにある。
【００１５】
さらに本発明の目的は、従来のＴａ系保護膜に対して、吐出速度の低下がほとんど無く、またコゲの発生要因を除去した、新規な介在層（または膜）あるいは、初期から接液面とすることができる新規な耐キャビテーション機能を持つインクジェットヘッド用基体およびインクジェットヘッド、さらにはその製造方法、使用方法等を提供することにある。
【００１６】
さらに本発明の他の目的は、本願出願人が既に出願した、気泡の発生に伴って移動する可動部材を備えたヘッド（代表例として特開2000-62180号公報参照）において、その特性をより確実に維持し、且つ吐出特性を良好にできる耐キャビテーション層を有するヘッドを提供することにある。特に、前記可動部材を備えたヘッドは、従来の水準をはるかに越えた高周波駆動が行える利点があるが、この特性は、高周波周期の急激な気泡の発生をもたらし、気泡発生部に要求する水準が極めて高くなる傾向がある。本発明は、このヘッドにおける利点を確保する他、使用されるインクの特性として反応性やｐＨの高いものによって耐キャビテーション層にもたらされる影響を回避できる新規なヘッド構成を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、基板上に、発熱部を形成する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に電気的に接続する電極配線と、前記発熱抵抗体と前記電極配線との上に絶縁保護層を介して設けられた耐キャビテーション膜とを有するインクジェットヘッド用基体において、前記耐キャビテーション膜が少なくとも二層の膜で形成され、インクと接する上層の膜が下層の膜より耐インク腐食性が低い膜であることを特徴とする。
【００２０】
具体的には前記耐キャビテーション膜は、インクと接する上層の膜がＴａ膜もしくはＴａＡｌ膜であり、下層の膜はＴａを含むアモルファス合金膜である。
【００２１】
前記アモルファス合金膜はＴａ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒからなる組成を持ち、組成式（Ｉ）：ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ  ・・・（Ｉ）
（但し、１０at.%≦α≦３０at.%、且つ、α＋β＜８０at.%、且つ、α＜β、且つ、δ＞γ、且つ、α＋β＋γ＋δ＝１００at.%である。）で表されるものが好ましい。
【００２２】
特に前記耐キャビテーション膜は、
ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ  ・・・（Ｉ）
（但し、１０at.%≦α≦３０at.%、且つ、α＋β＜８０at.%、且つ、α＜β、且つ、δ＞γ、且つ、α＋β＋γ＋δ＝１００at.%である。）で表されるものの第１層と、この第１層の上に形成された正方格子の結晶構造からなるＴａの第２層とを有することが好ましい。
【００２３】
また本発明は、上記のいずれかに記載のインクジェットヘッド用基体上に、インク滴を吐出する吐出口に連通する液路が発熱部に対応して設けられたインクジェットヘッドも含む。
【００２６】
この場合のインクジェットヘッドは、耐キャビテーション膜が初期は２層で、上層のＴａが部分的に除去されつつ吐出を行う段階と、該Ｔａが有効発泡領域のみで除去されて吐出を行う段階とを行えることを特徴とするものが好ましい。
【００２７】
また本発明は、基板上に、発熱部を形成する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に電気的に接続する電極配線と、前記発熱抵抗体と前記電極配線との上に絶縁保護層を介して設けられた耐キャビテーション膜とを有するインクジェットヘッド用基体の上に、インク滴を吐出する吐出口に連通する液路が発熱部に対応して形成するインクジェットヘッドの製造方法において、前記耐キャビテーション膜を形成するため、Ｔａ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒからなる組成の層の上に、純度９９％以上の金属Ｔａのターゲットを用いてスパッタリングすることによって正方格子の結晶構造を持つＴａを形成することを特徴とする。前記Ｔａ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒからなる組成の層はＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ  ・・・（Ｉ）
（但し、１０at.%≦α≦３０at.%、且つ、α＋β＜８０at.%、且つ、α＜β、且つ、δ＞γ、且つ、α＋β＋γ＋δ＝１００at.%である。）で表されるものが好ましい。
【００２８】
この場合の製造方法では、前記液路の形成後、予備的なインク吐出動作を行うことにより、前記ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ層の少なくともＴａ、Ｃｒを含む非晶質体不動層にＴａを実質的にドーピングすることが好ましい。
【００２９】
さらに、この場合の製造方法で製造されたインクジェットヘッドの使用方法であって、前記ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ層の少なくともＴａ、Ｃｒを含む非晶質体不動層にＴａが実質的にドーピングされた層を、インクに対して最初の表面もしくは、後で露出する層として使用するヘッド使用方法、あるいは、前記ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ層の少なくともＴａ、Ｃｒを含む非晶質体表面層にＴａが付加された層を、インクに対して最初の表面もしくは、後で露出する層として使用するヘッド使用方法も本発明に含まれる。
【００３１】
また本発明は、上記のインクジェットヘッドを搭載するキャリッジを有し、該キャリッジを記録情報に応じて移動しながらインクジェットヘッドよりインク滴を吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置をも含む。
【００３２】
（作用）
本発明のようなヘッド用基体の構成によれば、コゲを生じさせやすいインクに対してはヒーター駆動パルスの増加にともない、若干ずつ上層のＴａ膜が削れるためコゲの累積発生が抑えられ発泡の効率が低下しない。一方、腐食性の高いインクに対してヒーター駆動パルス数の増加にともない上層のＴａ膜が削られるが、Ｔａを含むアモルファス合金層と上層のＴａ膜との界面に達したところで腐食が止まる。したがって、ヘッド用基体上に一直線に並べられた複数の発熱部をインクの種類別に分けて使用する場合、そのインクの種類にコゲを生じさせやすいインクとＴａを腐食しやすいインクとが含まれていても、両方のインクに対してヘッド用基体は十分な寿命と信頼性の両立を図ることができる。
【００３３】
さらに本発明では、高周波駆動域を１０ｋＨｚレベルにできることは無論のこと、２０ｋＨｚ程度から３０ｋＨｚのレベルまでも可能にする、可動部材を備えた液体吐出ヘッドにおいて、ヘッド用基体の耐キャビテーション膜として、正方格子の結晶構造のＴａを含む膜を非晶質構造のＴａを含む膜上に形成してなる２層構造の耐キャビテーション膜を適用することができる。前記可動部材を備えた液体吐出ヘッドにおいて気泡の消泡は上記のような高周波周期で繰り返され、耐キャビテーション層に対し単位時間内に多数の蓄積ストレスを与えるが、本発明による耐キャビテーション膜によれば吐出速度および吐出量の安定化をもたらし、その結果、可動部材の利点を有効に且つ長期的に確保することができる。その上、使用されるインクの特性として反応性やｐＨの高いものによって耐キャビテーション層にもたらされる影響をも回避できる。
【００３４】
ここで、本発明の耐キャビテーション膜の詳細な部分的特徴を以下説明する。
【００３５】
第１の耐キャビテーション膜としてのＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ （但し、１０at.%≦α≦３０at.%、且つ、α＋β＜８０at.%、且つ、α＜β、且つ、δ＞γ、且つ、α＋β＋γ＋δ＝１００at.%である。）のアモルファス合金保護層は表面に不動態膜を形成している。この部分に第２の耐キャビテーション膜を形成するために純度９９％以上の金属Ｔａをスパッタリングを開始することで、形成される第２の耐キャビテーション膜としての正方格子の結晶構造のＴａ層と前記アモルファス合金保護層との界面もしくは、アモルファス合金保護層の表面域（すなわち、Ｃｒ，Ｔａ等の不動態膜など）に何らかの耐久性向上の構成変化を与えていると推定している。
【００３６】
第１の要因としては、第１の耐キャビテーション膜のＣｒ，Ｔａを含む不動態膜領域に対して、第２の耐キャビテーション膜に用いられるＴａがマグネトロンスパッタ等によって実質的にドーピングされることで、マモルファス体（非晶質体）としてのＴａ（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ）等のＴａ，Ｃｒを含む非晶質体不動膜を改質して、コゲに対する発生原因を無くすとともに、耐久性を向上していることである。
【００３７】
したがって、この第１の要因からすれば、本発明は、少なくともＴａ，Ｃｒを含む非晶質体不動層にＴａをドーピングした層を、インクに対して最初の表面もしくは、後で露出する層として有しているインクジェットヘッド用基体およびそれを備えたインクジェットヘッドであれば良い。このうち、前者の場合は最初からの吐出速度から安定した速度とすることができ、後者の場合は最初の表面がキャビテーションによって除去される間の耐久性期間を付加できるというそれぞれの利点がある。
【００３８】
第２の要因としては、第１の耐キャビテーション膜の非晶質構造に対して後から形成される正方格子の結晶構造のＴａ（すなわちβ−Ｔａ）が非晶質構造に対して表面にその一部が強固に残り、表面を改質していることで耐久性およびコゲの付着抑制作用が向上されていることである。
【００３９】
これは第１の要因に対して加わっている場合も考えられる。いずれにしても、この第２の要因も、第１の要因と同様に、単独での効果を発揮するもので第１の要因の「Ｔａをドーピングした層」に代えて「Ｔａを表面部に付加した構造」と見ることで発明として意味を持つことになる。
【００４０】
第３の要因としては、第１の要因と第２の要因の両方もしくは一方の要因のＴａが、削られ（腐食され）ていくβ−Ｔａ層がキャビテーションによる圧力を受けることによって、第１の耐キャビテーション膜の非晶質体もしくはその不動態膜中にドーピングされていくことである。つまり、ヘッド製造時のエージング（予め予備的な液滴吐出を製造終了工程として行うこと）や、使用中の吐出時の気泡消泡作用によって、Ｔａが実質的にドーピングされる（逆スパッタともいう）ことによって、削られ（腐食され）てしまうべきＴａや、非晶質体表面に強固に付着しているＴａや、不動態膜中にドーピングされているＴａに対して作用し、より耐久性に優れ、コゲの発生の無い条件の耐キャビテーション表層または膜全体を形成しているのである。
【００４１】
この第３の要因も、本発明の単独の発明として位置付けられる。
【００４２】
無論、最初のインク接液表面として第１の要因を得る際に、上記ヘッド製造時のエージングを用いて、前記β−Ｔａの結晶構造膜を除去しておくことは理解できよう。また、第１，第２，第３の要因の複合体や、第１，第３の複合体もそれぞれ本発明の単独の発明として位置付けられる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本実施形態によるインクジェットヘッドは、基板上に、発熱部を形成する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に電気的に接続する配線電極と、発熱抵抗体と配線との上に絶縁保護膜を介して設けられた耐キャビテーション膜とを有するインクジェットヘッド用基板上に、インクを吐出する吐出口に連通するインク路が設けられた構造をもつものである。特に、耐キャビテーション膜は二層で構成され、下層はＴａを含むアモルファス合金膜で、上層は下層より耐インク腐食性の低いＴａ膜で構成される。
【００４４】
本実施形態では上層の耐キャビテーション膜はＴａとしたが、インクに徐々に腐食されるものであれば、それ以外の材料であってもよい。また、下層の耐キャビテーション膜はＴａを含むアモルファス合金としたが耐インク腐食性の高いものであれば材料の種類に制限されるものではない。
【００４５】
また、色別インクの異なる特徴、すなわちコゲの発生しやすいインクと腐食性の高いインクとに対する発熱部の寿命を別々の材料によって伸ばすという思想の構成であれば、耐キャビテーション膜の層の種類は２種類に限られずに３層以上であってもよく、あるいは保護膜がさらに性能が向上して耐インク腐食性がもてるようになった場合でもよい。
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照にして説明する。
【００４７】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１によるインクジェットヘッド用基体を示し、（ａ）ヘッド用基体の要部を示す模式的上面図、（ｂ）は図（ａ）中のＸ１−Ｘ２の一点鎖線によって切断した模式的側断面図である。
【００４８】
図１に示すように、Ｓｉ基板２３の上に、蓄熱層２８として酸化シリコン膜が形成されており、その上に発熱抵抗体層２４、電極配線２２としてＡｌ層がそれぞれ所定のパターン形状に形成されている。一対の電極配線２２同士の間隙にある発熱抵抗体層２４の部分が、上面のインクを急激に加熱沸騰させる発熱部２１となる。
【００４９】
これら発熱抵抗体層２４および電極配線２２を覆う様に、主に電極２間の絶縁性を保つ保護膜２５として窒化シリコン層が形成され、さらにその上に下層の耐キャビテーション膜２６として耐インク腐食性の高い、Ｔａを含むアモルファス合金膜、上層のキャビテーション膜２７として比較的コゲ性の良好なＴａ膜が順に形成されている。また、上層のキャビテーション膜２７は下層のそれよりも耐インク腐食性の低い膜である。
【００５０】
第１の耐キャビテーション膜２６としてのＴａを含むアモルファス合金は、Ｔａ，Ｆｅ，，Ｎｉ，Ｃｒからなる。このような合金により耐インク腐食性の高いものとしている。また、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ及びＷからなる群より選ばれた１種類以上の原子を含んでいてもよい。
【００５１】
さらに上記アモルファス合金は組成式（Ｉ）：ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ  （但し、１０at.%≦α≦３０at.%、且つ、α＋β＜８０at.%、且つ、α＜β、且つ、δ＞γ、且つ、α＋β＋γ＋δ＝１００at.%である。）で表されるＴａを含むアモルファス合金がより好ましい。この場合、Ｔａの量が１０at.%〜３０at.%の範囲と、上記組成のＴａを含むアモルファス合金よりも低く設定してある。このような低Ｔａ比を採用することで、合金に適度なアモルファス領域を付与して不動態膜化し、腐食反応の起点となる結晶界面の存在箇所を有意に減少させ、耐キャビテーション性を良好なレベルに維持しつつ、耐インク性を向上させることができる。
【００５２】
特にＣａ，Ｍｇなどの２価金属やキレート錯体を形成する成分が含有されたインクに対して、不動態膜としての効果が発揮され、インクによる腐食を防止することができる。なお、上記組成式（Ｉ）におけるαは１０at.%≦α≦２０at.%であることがより好ましい。また、γ≧７at.%、且つ、δ≧１５at.%であること、さらにはγ≧８at.%、且つ、δ≧１７at.%がより好ましい。
【００５３】
一方、第２の耐キャビテーション膜２７としてのＴａは正方格子の結晶構造からなるＴａ（β−Ｔａとも呼ぶ。）で、発熱部２１における気泡の消泡時に発生するキャビテーションによって少しづつ除去される特性を持ち、後述するが純度９９％以上の金属Ｔａのターゲットを用いてスパッタリングによって形成された正方格子の結晶構造を持つＴａ膜（層）である。
【００５４】
次に、上述の構造をもつインクジェットへツド用基体の製造方法を、図２および図３に基づいて説明する。
【００５５】
図２（ａ）に示すように、Ｓｉ基板２３に熱酸化法、スパッタ法、ＣＶＤ法などによって、発熱抵抗体の下地としての蓄熱層２８となる酸化シリコン膜を２４００ｎｍ形成する。
【００５６】
次に図２（ｂ）に示すように、蓄熱層２８上に、反応性スパッタリングにより、発熱抵抗体層２４となるＴａＮ層を約１００ｎｍ、電極配線２２となるＡｌ層をスパッタリングにより５００ｎｍの厚さに形成する。
【００５７】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、Ａｌ層をウェットエッチングし、さらにＴａＮ層をリアクティブエッチングし、断面形状が図２（ｃ）（平面形状は図１（ａ）を参照のこと）のような電極配線２２および発熱抵抗体層２４を形成する。図１に示した発熱部２１は、発熱抵抗体層２４上のＡｌ層が除去された部分であり、電極配線２２間に電流を流したときにインクに付与する熱を生じる。
【００５８】
次に、図２（ｄ）に示すように、保護膜２５として窒化シリコン膜を１０００ｎｍ、さらに図３（ａ）に示すように下層の耐キャビテーション膜２６としてその成分がＴａ：約１８at.%，Ｆｅ：約６０at.%，Ｃｒ：１３at.%，Ｎｉ：約９at.%のＴａを含むアモルファス合金膜をスパッタリング法で約１００ｎｍの厚さに形成する。このＴａを含むアモルファス合金膜の成膜は、Ｔａ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉからなる合金ターゲットを用いたスパッタリング法のほか、別々のＴａターゲットとＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉターゲットを用い、それぞれに接続された２台の電源から別個のパワーを印加する、２元同時スパッタリング法により形成することも可能である。
【００５９】
さらに図３（ｂ）に示すように上層の耐キャビテーション膜２７として正方格子の結晶構造からなるＴａ（β−Ｔａとも呼ぶ。）層を、純度９９％以上（好ましくは９９．９９％）の金属Ｔａのターゲットを用いてマグネトロンスパッタリングで約１５０ｎｍの厚さに形成する。なお、上記結晶構造のβ−Ｔａが形成されるならば、マグネトロンスパッタリング以外に他のスパッタ法でもよい。
【００６０】
このとき、下層の、Ｔａを含むアモルファス合金膜であるａ−Ｔａ（Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ）層の表層部へＴａがドーピングされる。ただし、ａ−Ｔａ層のアモルファス構造が大幅に変更されることはないが、表層域に対するＴａのドーピングが行われることにより、表層部においてＴａがリッチ（rich）になっていると考えられる。この際、ａ−Ｔａ（Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ）層は比較的Ｃｒが多く、Ｃｒ等の不動態表層に対してＴａリッチのドーピングが行われているとも考えられる。そして、この部分が少なくとも、保護層の耐久性を向上する要因と推定される。
【００６１】
次に図３（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、Ｔａ上にレジストパターンを形成し、フッ化水素酸と硝酸を主成分とするエッチング液で上層のＴａ膜及び下層のＴａを含むアモルファス合金膜を連続でエッチングし、所定の形状とする。
【００６２】
次に図３（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ法により保護膜上にレジストパターンを形成し、ＣＦ4ガスを用いたドライエッチングで外部電源との接続に必要なＡｌ電極による電極パッドを露出させることにより、インクジェット記録へツド用基体の要部の製造を完了する。
【００６３】
なお、米国特許第４，４２９，３２１号公報の様に、発熱抵抗体を駆動する集積回路を同一のＳｉ基板内に作り込んでもよい。この場合、集積回路部分は、配線部分と同様に、保護膜２５、第１の耐キャビテーション膜２６、および第２の耐キャビテーション膜２７で覆われていることが好ましい。
【００６４】
このようにして製造したインクジェットヘッド用基体を用いてインクジェットヘッド（例えば図４のヘッド参照）を組み立て、同一基板上に形成したノズル列を３分割してそれぞれにＴａ腐食性の高いシアン（Cyan）インク、比較的コゲの累積発生しやすいイエロー（Yellow）およびマゼンタ（Magenta）インクを供給し、そのヘッド性能を確認したところ、シアンインクを使用したヒーター部分はヒーター破壊が起こらず、イエローおよびマゼンタインクを使用したヒーター部分はコゲの発生がほとんどなく吐出パワーの減少が見られず、結果として１＊１０Ｅ９パルス付近迄のヘッド寿命が確保できた。
【００６５】
ここで、ヒーター駆動パルス数の増加に応じた、Ｔａ腐食性の高いインクによる本発明の耐キャビテーション膜の変化を図５に示す。図５は図１（ｂ）に示した発熱部付近の拡大図で、（Ａ）はヒーター駆動パルス数≦２×１０8の時の膜の断面図、（Ｂ１）はヒーター駆動パルス数＞２×１０8の時の膜の断面図、（Ｂ２）は（Ｂ１）の状態時の上面図である。
【００６６】
図５（Ａ）に示した初期状態において上層はＴａ膜２７からなるため、比較的コゲの累積発生しやすいインクを使用しても、ヒーター部分にコゲの発生がほとんどなく吐出パワーの減少が見られない。これはＴａ膜表面が駆動パルスの増加にともない若干ずつ削れてコゲの累積発生が抑えられているためと推測できる。この効果は、本例のように上層の耐キャビテーション膜２７をＴａ膜とした場合に限らず、ＴａＡｌを用いても同様である。
【００６７】
一方、図５（Ａ）に示した初期状態からヒーター駆動パルス数を増加していくと、Ｔａ腐食性の高いインクと接するＴａ膜２７が除々に腐食されるが、やがて有効発泡領域（電極配線間の発熱抵抗体が占める領域（ヒーター領域）で発生した熱がインクの発泡に有効に作用する領域）において同図（Ｂ１），（Ｂ２）に示すようにＴａを含むアモルファス合金膜２６が露出し、前記インクによる腐食の進行が、Ｔａを含むアモルファス合金膜２６とＴａ膜２７との界面で止まる。この効果は、本例のように下層の耐キャビテーション膜２６をＴａを含むアモルファス合金膜とした場合に限らず、同様に耐インク腐食性を持つもの、例えばＣｒの酸化物を含んだ酸化膜が表面に形成された耐キャビテーション膜２６を用いても同様である。
【００６８】
また図５（Ａ）から同図（Ｂ１）の過程において、削られていくβ−Ｔａ層がインク発泡時のキャビテーションによる圧力を受けることによって、その下層にあるＴａを含むアモルファス合金表層の非晶質体もしくはその不動態膜中にドーピングされていく。つまり、ヘッド製造時のエージング（予め予備的な液滴吐出を製造終了工程として行うこと）や、使用中の吐出時の気泡消泡作用によって、ＴａがＴａを含むアモルファス合金表層の非晶質体もしくはその不動態膜中に実質的にドーピングされる（逆スパッタともいう）ことによって、より耐久性に優れ、コゲの発生のない耐キャビテーション表層または膜全体を形成することができる。なお、上記の理由から、インクジェットヘッド用基体およびそれを備えたヘッドを記録装置に搭載して使用する際、上記のようにＴａを含むアモルファス合金表層の非晶質体もしくは不動態膜にβ−Ｔａをドーピングした層をインクに対して最初の表面にしてもよく、また後で露出する層としてもよい。この場合、前者のヘッドは初期状態からの吐出速度の安定を達成することができ、後者のヘッドは最初の表面がキャビテーションによって除去される間のコゲをつきにくくする期間を付加することができるといったそれぞれの利点がある。
【００６９】
以上の事から、Ｔａ腐食性の高いインクを使用したヒーター部分の寿命が図６に示すように、Ｔａの一層からなる耐キャビテーション膜に比べて飛躍的に延びると同時に、比較的コゲの累積発生しやすいインクを使用したヒーター部分についても良好な発泡効率を保つことができる。
【００７０】
（実施形態２）
次に、前述したインクジェットヘッド用基体を適用可能なインクジェットヘッドの例について説明する。
【００７１】
図４は、図１に示したヘッド用基体を用いて組み立てたインクジェットヘッドの要部を切り欠いて見た斜視図である。この図によれば、エッチング、蒸着スパッタリング等の半導体プロセス工程を経て、図１に示したようなヘッド用基体１１０２上に成膜形成された発熱抵抗体１１０３、配線電極１１０４、液路壁１１１０、天板１１０６から構成されているインクジェットへツド１１０１が示されている。
【００７２】
記録用液体１１１２は図示していない液体貯蔵室から液体供給管１１０７を通してヘッド１１０１の共通液室１１０８内に供給される。図４中、符号１１０９は液体供給管用コネクタを示している。共通液室１１０８内に供給された液体１１１２はいわゆる毛管現象により液路内に供給され、液路先端の吐出口面（オリフィス面）でメニスカスを形成することにより安定に保持される。また、電気熱変換体１１０３は各液路毎に配設されている。各液路は基体１１０２上の液路壁１１１０が天板１１０６と接合されることで形成される。また、上記のような液体供給管用コネクタ１１０９と共通液室１１０８とこれに連通する複数の液路が、同一のヘッド用基体上において記録用液体の種類（例えば色）毎に区分けされている。
【００７３】
ここで、電気熱変換体１１０３に通電することにより、電気熱変換体面上の液体が急峻に加熱され、液路中に気泡が生起され、その気泡の膨張、収縮により吐出口１１１１から液体を吐出し液滴が形成される。
【００７４】
（実施形態３）
さらに、前述したａ-Ｔａ／β-Ｔａの耐キャビテーション層を用いたヘッド構成として有効な別の形態を以下に説明する。また、ここに挙げるヘッド構成は上述した各実施の形態と適宜組み合わせることができるものである。
【００７５】
図７は本発明のヘッド用基体を適用可能な液体吐出ヘッドの一実施形態の液体吐出部を示す側断面模式図である。また、図８（ａ）〜図８（ｅ）は、図７に示した液体吐出ヘッドからの液体の単発吐出過程を説明する図である。
【００７６】
まず図７を用いて、液体吐出ヘッドの構成について説明する。
【００７７】
この液体吐出ヘッドは、図１（ｂ）等に示した成膜構造からなる気泡発生手段である発熱部２１と可動部材１１とを有する素子基板１、ストッパ（規制部）１２の形成された天板２及び吐出口４の形成されたオリフィスプレート５を有する。
【００７８】
液体が流れる流路（液流路）３は、素子基板１と天板２とが積層状態で固着されることで形成されている。また、流路３は、１つの液体吐出ヘッドに複数並列に形成されており、下流側（図７左側）に形成された、液体を吐出する吐出口４に連通している。発熱部２１と液体の接する面の近傍領域には気泡発生領域が存在する。また、これら各流路３の上流側（図７右側）に同時に連通するように、大容積の共通液室６が設けられている。つまり、各流路３は、単一の共通液室６から分岐した形状となっている。この共通液室６の液室高さは、流路３の流路高さよりも高く形成されている。
【００７９】
可動部材１１は、一端支持の片持ち梁状であり、インク（液体）の流れの上流側で素子基板１に固定され、支点１１ａより下流側が素子基板１に対して上下方向に移動可能である。そして、可動部材１１は、初期状態においては、素子基板１との間に隙間を保ちつつ素子基板１に略平行に位置する。
【００８０】
素子基板１に配設された可動部材１１は、自由端１１ｂが発熱部２１のほぼ中央領域に位置するように配設されている。また、天板２に設けられたストッパ１２は、可動部材１１の自由端１１ｂがストッパ１２に接触することで自由端１１ｂの上方への変位量を規制するものである。可動部材１１がストッパ１２に接触することによる、可動部材１１の変位量規制時（可動部材接触時）には、可動部材１１及びストッパ１２により、流路３は、可動部材１１及びストッパ１２より上流側と可動部材１１及びストッパ１２より下流側とが実質的に遮断されることとなる。
【００８１】
自由端１１ｂの位置Ｙと、ストッパ１２の端Ｘとは、素子基板１に対して垂直な面上に位置していることが好ましい。さらに好ましくは、これらＸ、Ｙ、が発熱部２１の中心であるＺとともに基板に対して垂直な面上に位置していることが好ましい。
【００８２】
また、ストッパ１２から下流側の流路３の高さは急激に高くなる形状となっている。この構成により気泡発生領域の下流側の気泡は、可動部材１１がストッパ１２によって規制された際にも十分な流路高さを有しているため、気泡の成長を阻害することがないため吐出口４に向かって液体をスムーズに向かわせることができると共に吐出口４の下端から上端までの高さ方向での圧力バランスの不均一が少なくなるため、良好な液体の吐出を行うことができる。なお、従来の可動部材１１をもたない液体吐出ヘッドにおいて、このような流路構成を採った場合においてはストッパ１２の下流側で流路高さが高くなっている部分によどみが生じ、このよどみ部分に気泡が滞留しやすくなり、好ましいものではなかったが、本実施形態においては、上述したように液体の流れがこのよどみ部分まで及ぶため気泡滞留の影響は極めて少なくなる。
【００８３】
さらに、ストッパ１２を境として共通液室６側の天井形状は急激にたちあがるようになっている。この構成で可動部材１１がない場合には、気泡発生領域の下流側の流体抵抗が上流側の流体抵抗よりも小さくなるため、吐出に用いられる圧力は吐出口４側に向かいにくいものであったが、本実施形態においては、気泡形成時には可動部材１１により気泡発生領域の上流側への気泡の移動が実質的に遮断されているため、吐出に用いられる圧力は積極的に吐出口４側へ向かうと共に、インク供給時においては気泡発生領域の上流側の流体抵抗が小さくなっていることから気泡発生領域へインク供給が速やかになされるようになっている。
【００８４】
上記構成によれば、気泡の下流側への成長成分と上流側への成長成分とが均等ではなく、上流側への成長成分が少なくなり上流側への液体の移動が抑制される。上流側への液体の流れが抑制されるため、吐出後のメニスカスの後退量が減少し、その分リフィル時にメニスカスがオリフィス面（液体吐出面）５ａよりも突出する量も減少する。したがってメニスカス振動が抑制されることとなり、低周波数から高周波数まであらゆる駆動周波数において安定した吐出が行われる。
【００８５】
なお、本実施形態においては、気泡の下流側の部分と吐出口４との間は液流に対しまっすぐな流路構造を保っている「直線的連通状態」となっている。これは、より好ましくは、気泡の発生時に生じる圧力波の伝播方向とそれに伴う液体の流動方向と吐出方向とを直線的に一致させることで、後述の吐出滴６６の吐出方向や吐出速度等の吐出状態をきわめて高いレベルで安定化させるという理想状態を形成することが望ましい。本実施形態では、この理想状態を達成、または近似させるための一つの定義として、吐出口４と発熱部２１、特に気泡の吐出口４側に影響力を持つ発熱部２１の吐出口４側(下流側)とが直接直線で結ばれる構成とすればよく、これは、流路３内の液体がない状態であれば、図１０に示すように吐出口４の外側から見て発熱部２１、特に発熱部２１の下流側が観察することが可能な状態である。
【００８６】
次に、各部構成要素の寸法に関して説明する。
【００８７】
本実施形態においては、上述の可動部材の上面への気泡のまわり込み（気泡発生領域の上流側への気泡のまわり込み）について検討したところ、可動部材の移動速度と気泡成長速度（言い換えれば液体の移動速度）との関係によって可動部材の上面への気泡のまわり込みをなくし、良好な吐出特性を得ることができるという知見を得た。
【００８８】
すなわち、本実施形態は、気泡の体積変化率と可動部材の変位体積変化率とが共に増加傾向にある時点で前記可動部材の変位を前記規制部によって規制することにより、可動部材の上面への気泡のまわり込みをなくし、良好な吐出特性を得るものである。
【００８９】
このことについて、以下に図８を用いて詳細に説明する。但し、図８中の素子基板１の構成は図７に示したとおりであるが、便宜上、図では簡略して示した（図１０、図１１についても同様である）。
【００９０】
まず、図８（ａ）の状態から、発熱部２１上で気泡が発生すると、瞬間的に圧力波が発生し、この圧力波により発熱部２１周囲の液体が移動することで気泡４０が成長していく。そして、当初、可動部材１１は液体の移動にほぼ追従するように上方に変位する（図８（ｂ））。さらに時間が進むと、液体の慣性力が小さくなることと可動部材１１の弾力性とによって、可動部材１１の変位速度が急激に小さくなる。このとき、液体の移動速度はそれほど小さくなるものではないため、液体の移動速度と可動部材１１の移動速度との差は大きくなる。そして、この時点で可動部材１１（自由端１１ｂ）とストッパ１２との間隙が依然広く存在する場合には、この間隙より液体が気泡発生領域の上流側に流入することとなり、可動部材１１がストッパ１２と接触しにくい状態を作り出すと共に、吐出力の一部が損失することとなる。従って、このような場合には、規制部（ストッパ１２）による可動部材１１の規制（遮断）効果を十分に生かすことができないものとなる。
【００９１】
そこで、本実施形態では、規制部による可動部材の規制を可動部材の変位が液体の移動にほぼ追従している段階で行うようにしている。ここでは、便宜上、可動部材の変位速度及び気泡の成長速度（液体の移動速度）を「可動部材変位体積変化率」、「気泡体積変化率」として表すものとする。なお、この「可動部材変位体積変化率」、「気泡体積変化率」とは、可動部材変位体積もしくは気泡体積を微分したものである。
【００９２】
このような構成により、可動部材１１の上面への気泡のまわり込みを生じるような液体の流れを実質上なくし、気泡発生領域の密閉状態をより確実にすることができるため、良好な吐出特性を得ることができる。
【００９３】
また、本構成によれば、可動部材１１がストッパ１２によって規制されたあとも、気泡４０は成長を続けるわけであるが、このときに気泡４０の下流側成分の自由成長を促すように、ストッパ１２部分と流路３の基板１と対向する面（上壁面）との距離（ストッパ１２の突出高さ）は十分に設けられていることが望ましい。
【００９４】
なお、本発明者らが提案する新規な液体吐出方法において、規制部のよる可動部材の変位の規制とは、可動部材の変位体積変化率が０または負となる状態を指す。
【００９５】
流路３の高さは５５［μｍ］であり、可動部材１１の厚さは５［μｍ］であり、気泡が発生していない状態（可動部材１１が変位していない状態）での、可動部材１１の下面と素子基板１の上面との間のクリアランスは５［μｍ］である。
【００９６】
また、天板２の流路壁面からストッパ１２の先端部までの高さをｔ1とし、可動部材１１の上面とストッパ１２の先端部との間のクリアランスをｔ2としたとき、ｔ1が３０［μｍ］以上のときは、ｔ2は１５［μｍ］以下とすることで液体の安定した吐出特性を発揮することができ、また、ｔ1が２０［μｍ］以上のときは、ｔ2は２５［μｍ］以下が好ましい。
【００９７】
次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの単発の吐出動作について、図８（ａ）〜図８（ｅ）と、気泡の変位速度と体積の時間変化及び可動部材の変位速度と変位体積の時間変化を示す図である図９を用いて詳細に説明する。
【００９８】
図９において、気泡体積変化率ｖbは実線で、気泡体積Ｖbは二点鎖線で、可動部材変位体積変化率ｖmは破線で、可動部材変位体積Ｖmは一点鎖線でそれぞれ示されている。また、気泡体積変化率ｖbは気泡体積Ｖbの増加を正とし、気泡体積Ｖbは体積の増加を正とし、可動部材変位体積変化率ｖmは可動部材変位体積Ｖmの増加を正とし、可動部材変位体積Ｖmは体積の増加を正として、それぞれ示している。なお、可動部材変位体積Ｖmは可動部材１１が図８（ａ）の初期状態から天板２側へ変位した際の体積を正とするため、可動部材１１が初期状態から素子基板１側に変位した際には、可動部材変位体積Ｖmは負の値を示すこととなる。
【００９９】
図８（ａ）は、発熱部２１に電気エネルギー等のエネルギーが印加される前の状態であり、発熱部２１が熱を発生する前の状態を示す。可動部材１１は、後述するように、発熱部２１の発熱によって発生する気泡に対し、この気泡の上流側半分に対面する領域に位置している。
【０１００】
図９においてはこの状態は、時間ｔ＝０のＡ点に相当する。
【０１０１】
図８（ｂ）では、気泡発生領域内を満たす液体の一部が発熱部２１によって加熱され、膜沸騰に伴う気泡４０が発泡し始めた状態を示す。図９においてはこの状態は、Ｂ〜Ｃ1点の直前までの間に相当し、気泡体積Ｖbは、時間とともに大きくなっていく状況が示されている。なお、このとき、可動部材１１の変位は気泡４０の体積変化より遅れて始まる。すなわち、膜沸騰による気泡４０の発生に基づく圧力波が流路３内を伝播し、それに伴い液体は気泡発生領域の中央領域を境に下流側及び上流側に移動し、上流側においては気泡４０の成長に伴う液の流れにより可動部材１１が変位し始める。また、上流側への液体の移動は流路３の壁面と可動部材１１との間をとおり共通液室６側に向かう。この時点におけるストッパ１２と可動部材１１との間のクリアランスは可動部材１１が変位するにつれ狭くなっていく。この状態で、吐出口４からは吐出滴６６が吐出され始める。
【０１０２】
図８（ｃ）では、気泡４０のさらなる成長により変位した可動部材１１の自由端１１ｂがストッパ１２に接触した状態を示す。図９においてはこの状態は、Ｃ1〜Ｃ3点に相当する。
【０１０３】
可動部材変位体積変化率ｖmは、図８（ｂ）に示す状態から図８（ｃ）に示す状態である可動部材１１がストッパ１２に接触する前、すなわち、図９ではＢ点からＣ1点へ移行する際のＢ’点では急激に低下する。これは、可動部材１１がストッパ１２に接触する直前において、可動部材１１とストッパ１２との間の液体の流抵抗が急激に大きくなることによるものである。また、気泡体積変化率ｖbも急激に低下する。
【０１０４】
その後、可動部材１１はストッパ１２にさらに接近し、接触することとなるが、この可動部材１１とストッパ１２との接触は、ストッパ１２の高さｔ1と可動部材１１の上面とストッパ１２の先端部との間のクリアランスが上述のように寸法規定されることにより確実なものとなる。そして、可動部材１１がストッパ１２に接触するとそれ以上の上方への変位が規制される（図９のＣ1〜Ｃ3点）ため、上流方向への液体の移動もそこで大きく制限される。これに伴い気泡４０の上流側への成長も可動部材１１で制限される。しかしながら、上流方向への液体の移動力は大きいため、可動部材１１は上流方向へ引っ張られた形の応力を大きく受け、わずかながら上方凸状に変形を生じる。なお、このとき、気泡４０は成長を続けているが、ストッパ１２及び可動部材１１によって上流側への成長が規制されることで気泡４０の下流側がさらに成長することとなり、可動部材１１を設けない場合に比べ、発熱部２１の下流側における気泡４０の成長高さが高くなっている。すなわち、図９に示すように、可動部材変位体積変化率ｖmは、可動部材１１がストッパ１２に接触していることによりＣ1〜Ｃ3点の間でゼロとなっているが、気泡４０は下流側に成長するため、Ｃ1点よりやや時間的に遅れたＣ2点まで成長を続け、このＣ2点で気泡体積Ｖbは最大値となる。
【０１０５】
一方、前述したように気泡４０の上流側の部分は、可動部材１１の変位がストッパ１２によって規制されているため、上流側への液流の慣性力によって可動部材１１を上流側へ凸形状に湾曲させ応力をチャージさせるまでにとどまった状態で小さなサイズになっている。この気泡４０の上流側の部分は、ストッパ１２、流路側壁、可動部材１１及び支点１１ａにより、上流側の領域へと進入する量がほとんどゼロに規制されている。
【０１０６】
これによって、上流側への液流を大幅に規制し、隣接した流路への流体クロストークや、高速リフィルを阻害する供給路系における液の逆流や圧力振動を防止する。
【０１０７】
図８（ｄ）では、前述した膜沸騰の後に気泡４０の内部の負圧が、流路３内の下流側への液体の移動に打ち勝って、気泡４０の収縮が開始された状態を示す。
【０１０８】
気泡４０の収縮（図９においてＣ2〜Ｅ点）に伴い、可動部材１１は下方変位（図９においてＣ3〜Ｄ点）するが、可動部材１１自身片持ち梁ばねの応力と前述した上方凸変形の応力を持っており、それにより下方変位する速度を高める。そして、これに伴う、共通液室６と流路３との間に形成された低流路抵抗領域である可動部材１１の上流側での、液体の下流方向への流れは流路抵抗が小さい為、急速に大きな流れとなってストッパ１２を介し流路３へ流れ込む。これらの動作で共通液室６側の液体は流路３内へと誘導される。流路３内に導かれた液体はそのままストッパ１２と下方変位した可動部材１１との間をとおり、発熱部２１の下流側に流れ込むと同時に、まだ消泡しきっていない気泡４０に対し消泡を加速するように作用する。この液体の流れは消泡を助けたあと、吐出口４方向にさらに流れを作りメニスカスの復帰を助け、リフィル速度を向上する。
【０１０９】
この段階で、吐出口４から出た吐出滴６６からなる液柱は、液滴となり外部へと飛翔する。図８（ｄ）には、消泡によってメニスカスが吐出口４内に引き込まれ、吐出滴６６の液柱が引き離されようとしている状態を示している。
【０１１０】
また、前述した可動部材１１とストッパ１２との間の部分を介した流路３への流れ込みは天板２側の壁面での流速を高めるため、この部分での微少泡などの残留も極めて少なく、吐出の安定性に寄与している。
【０１１１】
さらに、消泡によるキャビテーション発生ポイントも気泡発生領域の下流側にずれるため、発熱部２１に対するダメージが少なくなる。同時に、同現象によりこの領域での発熱部２１へのこげの付着も少なくなる為、吐出安定性が向上する。
【０１１２】
図８（ｅ）では、気泡４０が完全の消泡したあと、可動部材１１が初期状態から下方にオーバーシュートして変位した状態（図９においてＥ点以降）を示す。
【０１１３】
この可動部材１１のオーバーシュートは、可動部材１１の剛性や使用する液体の粘度にもよるが、短い時間で減衰収束し、初期状態に戻る。
【０１１４】
図８（ｅ）には、消泡によってメニスカスがかなり上流側まで引き込まれている状態を示しているが、可動部材１１の変位の減衰収束と同様に、比較的短い時間で定常位置に復帰し、安定する。また、図８（ｅ）に記載しているように、吐出滴６６の後方には、表面張力により尾を引くようになった部分が分離されて形成されたサテライト６７が形成される場合がある。
【０１１５】
次に、図７に示した一部のヘッドの透視斜視図である図１１を用いて、特に、可動部材１１の両側部から隆起する隆起気泡４１及び、吐出口４での液体のメニスカスに関して詳細に説明する。
【０１１６】
本実施形態では、流路３を構成する壁の両側壁面と可動部材１１の両側部には僅かながらにクリアランスが存在し、可動部材１１のスムーズな変位を可能にしている。さらに、発熱部２１による発泡の成長工程において、気泡４０は可動部材１１を変位させるとともに、前記クリアランスを介し可動部材１１の上面側へ隆起して低流路抵抗領域３ａに若干侵入する。この侵入した隆起気泡４１は可動部材１１の背面（気泡発生領域と反対面）に回り込むことで可動部材１１のブレを抑え、吐出特性を安定化する。
【０１１７】
さらに、気泡４０の消泡工程において、隆起気泡４１が低流路抵抗領域３ａから気泡発生領域への液流を促進させ、前述した、吐出口４側からの高速なメニスカス引き込みと相まって、消泡をすみやかに完了させる。特に、隆起気泡４１が引き起こす液流によって可動部材１１や流路３のコーナーに気泡を蓄留させることがほとんどない。
【０１１８】
このように上記構成の液体吐出ヘッドでは、気泡４０の発生によって吐出口４から液体が吐出された瞬間では吐出滴６６は先端に球状部を持つ液柱に近い状態で吐出される。この事は旧来のヘッド構造でも同じであるが、本実施形態では、気泡の成長工程によって可動部材１１が変位し、この変位した可動部材１１がストッパ１２に接触したとき、気泡発生領域を有する流路３が吐出口を除いて、実質的に閉じた空間が形成される。したがって、この状態で気泡を消泡すれば、消泡によって可動部材１１がストッパ１２より離れるまでは上述の閉空間が保たれるため、気泡４０の消泡エネルギーのほとんどが吐出口４近傍の液体を上流方向へ移動させる力として働くこととなる。その結果、気泡４０の消泡開始直後においては、吐出口４からメニスカスが流路３内に急速に引き込まれ、吐出口４の外側で吐出滴６６と繋がって液柱を形成している尾引き部分がメニスカスにより強い力ですばやく切り離される。これにより、尾引き部分から形成されるサテライトドットが小さくなり、印字品位を向上させることができる。
【０１１９】
さらに、尾引き部分がいつまでもメニスカスに引っ張られ続けないことで、吐出速度が低下せず、また吐出滴６６とサテライトドットとの距離も短くなるので、吐出滴６６の後方でいわゆるスリップストリーム現象によりサテライトドットが引き寄せられる。その結果、吐出滴６６とサテライトドットの合体も起こり得て、サテライトドットがほとんど無い液体吐出ヘッドを提供することが可能である。
【０１２０】
さらに本実施形態は、上述した液体吐出ヘッドにおいて、可動部材１１が、吐出口４に向かう液体の流れに関して上流方向に成長する気泡４０のみを抑制するために設けられている。より好ましくは、可動部材１１の自由端１１ｂが気泡発生領域の実質中央部に位置している。この構成によれば、液体の吐出にとって直接関係しない、気泡成長による上流側へのバック波及び液体の慣性力を抑えるとともに、気泡４０の下流側への成長成分を素直に吐出口４の方向に向けることが可能である。
【０１２１】
さらに、ストッパ１２を境界として吐出口４とは反対側の低流路抵抗領域３ａの流路抵抗が低いため、気泡４０の成長による上流方向への液体の移動が低流路抵抗領域３ａによって大きな流れとなるので、変位した可動部材１１がストッパ１２に接触したとき、可動部材１１が上流方向へ引っ張られた形の応力を受けることとなる。その結果、この状態で消泡を開始しても、気泡４０の成長による上流方向への液体移動力が大きく残るため、この液体移動力に対し可動部材１１の反発力が勝るまでの一定の間、上述の閉空間を保つことができる。すなわち、この構成によって、高速メニスカス引き込みがより確実なものとなる。また、気泡４０の消泡工程が進み、気泡成長による上流方向への液体移動力に対し可動部材１１の反発力が勝ると、可動部材１１が初期状態に戻ろうと下方変位し、これに伴い低流路抵抗領域３ａでも下流方向への流れが生じる。低流路抵抗領域３ａでの下流方向への流れは流路抵抗が小さい為、急速に大きな流れとなってストッパ１２を介し流路３へ流れ込む。その結果、この吐出口４に向かう下流方向への液移動により、上述のメニスカスの引き込みを急制動させ、メニスカスの振動を高速に収束させることができる。
【０１２２】
以上のような構成の可動部材を備えた液体吐出ヘッドは、インクリフィル特性が向上するため、高周波駆動域を１０ｋＨｚレベルにできることは無論のこと、２０ｋＨｚ程度から３０ｋＨｚのレベルまでも駆動可能である。
【０１２３】
この際の気泡の消泡は上記のような高周波周期で繰り返され、耐キャビテーション層に対し単位時間内に多数の蓄積ストレスを与えるが、本発明によるａ-Ｔａ／β-Ｔａの耐キャビテーション層は吐出速度および吐出量の安定化をもたらす。その結果、可動部材の利点を有効に且つ長期的に確保することができる。
【０１２４】
次に、以上の述べた液体吐出ヘッドをインクジェット記録ヘッドとして使用するインクジェット記録装置について説明する。
【０１２５】
図１２は、本発明が適用されるインクジェット記録装置の要部を示す模式的斜視図である。図１２に示されるインクジェット装置６００に搭載されたヘッドカートリッジ６０１は、印字記録のためにインクを吐出する液体吐出ヘッドと、その液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する複数色のインクタンクとを有するものである。
【０１２６】
ヘッドカートリッジ６０１は、図１２に示すように、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギヤ６０３および６０４を介して回転するリードスクリュー６０５の螺旋溝６０６に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されている。駆動モータ６０２の動力によってヘッドカートリッジ６０１がキャリッジ６０７ともとにガイド６０８に沿って矢印ａおよびｂの方向に往復移動される。インクジェット記録装置６００には、ヘッドカートリッジ６０１から吐出されたインクなどの液体を受ける被記録媒体としてのプリント用紙Ｐを搬送する被記録媒体搬送手段（不図示）が備えられている。その被記録媒体搬送手段によってプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押さえ板６１０は、キャリッジ６０７の移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。ヘッドカートリッジ６０１は、図示していないが、フレキシブルケーブルによって、インクジェット記録装置本体と電気的に接続されている。
【０１２７】
リードスクリュー６０５の一端の近傍には、フォトカプラ６１１および６１２が配設されている。フォトカプラ６１１および６１２は、キャリッジ６０７のレバー６０７ａの、フォトカプラ６１１および６１２の領域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向の切り換えなどを行うためのホームポジション検知手段である。プラテン６０９の一端の近傍には、ヘッドカートリッジ６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ部材６１４を支持する支持部材６１３が備えられている。また、ヘッドカートリッジ６０１から空吐出などされてキャップ部材６１４の内部に溜まったインクを吸引するインク吸引手段６１５が備えられている。このインク吸引手段６１５によりキャップ部材６１４の開口部を介してヘッドカートリッジ６０１の吸引回復が行われる。
【０１２８】
インクジェット記録装置６００には本体支持体６１９が備えられている。この本体支持体６１９には移動部材６１８が、前後方向、すなわちキャリッジ６０７の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持されている。移動部材６１８には、クリーニングブレード６１７が取り付けられている。クリーニングブレード６１７はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニングブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段６１５による吸引回復操作にあたって吸引を開始するためのレバー６２０が備えられており、レバー６２０は、キャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換えなどの公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカートリッジ６０１に設けられた発熱部に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジェット記録制御部は記録装置本体側に設けられており、図１２では示されていない。
【０１２９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、インクジェットへッド用基体において、基板上の発熱抵抗体および電極配線の上に絶縁保護層を介して設けられた耐キャビテーション膜を少なくとも二層の膜で形成し、インクと接する上層膜を下層膜よりも耐インク腐食性の低い膜とした。これにより、インクジェットへッドにおいて、ヘッド用基体上に一直線に並べられた複数の発熱部をインクの種類別に分けて使用する場合、そのインクの種類に腐食性などの異なるインクが含まれていても、これらのインクに対してヘッド用基体は十分な寿命と信頼性の両立を図ることができる。
また、インクジェットヘッド用基体において、基板上の発熱抵抗体および電極配線の上に絶縁保護層を介して設けられた耐キャビテーション膜を少なくとも二層の膜で形成し、インクと接する上層の膜をＴａ膜もしくはＴａＡｌ膜とし、下層の膜をＴａを含むアモルファス合金とした。
【０１３０】
この事により、コゲを生じさせやすいインクに対してはヒーター駆動パルスの増加にともない、若干ずつ上層のＴａ膜が削れるためコゲの累積発生が抑えられ発泡の効率が低下しない。一方、腐食性の高いインクに対してヒーター駆動パルス数の増加にともない上層のＴａ膜が削られるが、Ｔａを含むアモルファス合金層とＴａとの界面に達したところで腐食が止まる。したがって、ヘッド用基体上に一直線に並べられた複数の発熱部をインクの種類別に分けて使用する場合、そのインクの種類にコゲを生じさせやすいインクとＴａを腐食しやすいインクとが含まれていても、両方のインクに対してヘッド用基体は十分な寿命と信頼性の両立を図ることができる。
【０１３１】
特に、上下２層の耐キャビテーション膜のうちの下層のＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ（但し、１０at.%≦α≦３０at.%、且つ、α＋β＜８０at.%、且つ、α＜β、且つ、δ＞γ、且つ、α＋β＋γ＋δ＝１００at.%である。）のアモルファス合金保護層は表面に不動態膜を形成している。この部分に第２の耐キャビテーション膜を形成するために純度９９％以上の金属Ｔａをスパッタリングを開始することで、形成される第２の耐キャビテーション膜としての正方格子の結晶構造のＴａ層と前記アモルファス合金保護層との界面もしくは、アモルファス合金保護層の表面域（すなわち、Ｃｒ，Ｔａ等の不動態膜など）に耐久性向上の構成変化を与えることができる。
【０１３２】
さらに本発明では、高周波駆動域を１０ｋＨｚレベルにできることは無論のこと、２０ｋＨｚ程度から３０ｋＨｚのレベルまでも可能にする、可動部材を備えた液体吐出ヘッドにおいて、そのヘッド用基体の耐キャビテーション膜として、正方格子の結晶構造のＴａを含む膜を非晶質構造のＴａを含む膜上に形成してなる２層構造の耐キャビテーション膜を適用することができる。前記可動部材を備えた液体吐出ヘッドにおいて気泡の消泡は上記のような高周波周期で繰り返され、耐キャビテーション層に対し単位時間内に多数の蓄積ストレスを与えるが、本発明による耐キャビテーション膜によれば吐出速度および吐出量の安定化をもたらし、その結果、可動部材の利点を有効に且つ長期的に確保することができる。その上、使用されるインクの特性として反応性やｐＨの高いものによって耐キャビテーション層にもたらされる影響をも回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１によるインクジェットヘッド用基体を示した図である。
【図２】図１に示したインクジェットヘッド用基体の製造方法の前段の工程を示す図である。
【図３】図２に示した工程の続きの工程を示す図である。
【図４】図１に示したヘッド用基体を用いて組み立てたインクジェットヘッドの要部を切り欠いて見た斜視図である。
【図５】ヒーター駆動パルス数の増加に応じた、Ｔａ腐食性の高いインクによる本発明の耐キャビテーション膜の変化を示す図である。
【図６】Ｔａ腐食性の高いインクを用いた場合の、本発明の上層にＴａ，下層にＴａを含むアモルファス合金を構成した耐キャビテーション膜と、Ｔａの一層のみからなる耐キャビテーション膜との寿命を比較したグラフである。
【図７】本発明のヘッド用基体に好適な液体吐出ヘッドの一実施形態を示す側断面模式図である。
【図８】図７に示した液体吐出ヘッドからの液体の吐出過程を説明する図である。
【図９】気泡の変位速度と体積の時間変化及び可動部材の変位速度と変位体積の時間変化を示す図である。
【図１０】「直線的連通状態」を説明する流路の断面図である。
【図１１】図７に示した一部のヘッドの透視斜視図である。
【図１２】本発明が適用されるインクジェット記録装置の要部を示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
１    素子基板
２    天板
３    流路
３ａ  低流路抵抗領域
４    吐出口
５    オリフィスプレート
５ａ    オリフィス面
６    共通液室
１１    可動部材
１１ａ    支点
１１ｂ    自由端
１２    ストッパ
２１    発熱部
２２    電極配線（Ａｌ）
２３    Ｓｉ基板
２４    発熱抵抗体層（ＴａＮ）
２５    保護膜（ＳｉＮ）
２６    第１の耐キャビテーション膜（Ｔａを含むアモルファス合金）
２７    第２の耐キャビテーション膜（Ｔａ）
２８    蓄熱層（ＳｉＯ2）
４０  気泡
４１  隆起気泡
６６  吐出滴
６７  サテライト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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