(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上の一対の電極間に設けられた発熱抵抗体と、該発熱抵抗体上に絶縁層を介して設けられたインクとの接触面を有する上部保護層と、を有するインクジェットヘッド用基体において、
前記上部保護層が組成式（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。）
で表わされるアモルファス化合金により形成されており、該上部保護層の少なくともインクとの接触面が該上部保護層の構成成分の酸化物を含む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】
液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通し、前記液体を吐出するための熱エネルギーを前記液体に作用させる部分を有する液流路と、該熱エネルギーを発生させるための発熱抵抗体と、該発熱抵抗体を絶縁層を介して覆う上部保護層と、を備えるインクジェットヘッドにおいて、
前記上部保護層が組成式（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。）
からなるアモルファス化合金により形成されており、該上部保護層のインクに接する表面が該上部保護層の構成成分の酸化物を含むことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
二価金属塩もしくはキレート錯体を形成する成分を含むインクを有する請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記組成式（１）において１０原子％≦α≦２０原子％である請求項２記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記組成式（１）においてγ≧７原子％、且つ、δ≧１５原子％である請求項２または４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記組成式（１）においてγ≧８原子％、且つ、δ≧１７原子％である請求項２または４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記上部保護層の少なくともインクとの接触面を、該上部保護層の構成成分の酸化物膜が被覆している請求項３〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記酸化物膜はＣｒを主体とする酸化膜である請求項７に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記酸化物膜の膜厚が、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である請求項７に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
前記上部保護層の膜厚が、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である請求項２〜９のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１１】
前記上部保護層の膜厚が、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である請求項２〜９のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１２】
前記上部保護層の膜応力が、少なくとも圧縮応力を有し、１．０×１０１０ｄｙｎｅ／ｃｍ２以下である請求項２〜１１のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１３】
請求項２〜１２のいずれかに記載のインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドに供給されるインクを貯溜したインク貯溜部とを有することを特徴とするインクジェット用記録ユニット。
【請求項１４】
請求項２〜１２のいずれかに記載のインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドを記録情報に応じて移動させるためのキャリッジとを有することを特徴とするインクジェット装置。
【請求項１５】
請求項１に記載のインクジェットヘッド用基体の製造方法であって、
前記上部保護層を、前記組成式（１）の組成を得るための組成を有するＴａ、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉからなる合金ターゲットを用いたスパッタリング法により形成することを特徴とするインクジェットヘッド用基体の製造方法。
【請求項１６】
請求項１に記載のインクジェットヘッド用基体の製造方法であって、
前記上部保護層を、前記組成式（１）の組成を得るための組成のＦｅ、Ｎｉ及びＣｒからなる合金ターゲットと、Ｔａターゲットとの２種を用いた２元スパッタリング法により形成するインクジェットヘッド用基体の製造方法。
【請求項１７】
スパッタリング法により得られたアモルファス化合金膜の表面を酸化して、該表面を酸化膜で被覆する工程を有する請求項１５または１６に記載のインクジェットヘッド用基体の製造方法。
【請求項１８】
前記酸化膜は熱酸化で形成される請求項１７に記載のインクジェットヘッド用基体の製造方法。
【請求項１９】
前記アモルファス化合金膜の成膜時における膜応力を、少なくとも圧縮応力を有し、１．０×１０１０ｄｙｎｅ／ｃｍ２以下とする請求項１５〜１８のいずれかに記載のインクジェットヘッド用基体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙、プラスチックシート、布、物品等を包含する記録保持体に対して、例えばインク等の機能性液体を吐出することにより文字、記号、画像等の記録、印刷等を行うインクジェットヘッド（以下、単に「ヘッド」と略称する場合がある。）を構成するための基体、この基体を用いて構成されるインクジェットヘッド、このインクジェットヘッドに対して供給されるインクを貯溜するためのインク貯溜部を含むインクジェットペン等の記録ユニット、及びインクジェットヘッドが装着されるインクジェット装置等に関する。
【０００２】
なお、本発明におけるインクジェットペンなどの記録用ユニットの形態には、インクジェットヘッドとインク貯溜部とを一体としたカートリッジ形態のものや、それらを互いに別体として着脱可能に組み合わせた形態のものなど種々の形態が包含される。このインクジェット記録用ユニットは、例えば、装置本体側のキャリッジ等の搭載手段に対して着脱自在に構成される。
【０００３】
また、本発明におけるインクジェット装置には、ワードプロセッサー、コンピューター等の情報処理機器の出力端末として一体的に、または別体として設けられるものの他、情報読み取り機器等と組合わされた複写装置、情報送受信機能を有するファクシミリ装置、布への捺染を行う機械等の種々の形態のものが包含される。
【０００４】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、インクを微小な液滴として吐出口から高速で吐出することにより、高精細な画像の高速記録を行うことができるという特徴を有している。特に、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生手段として発熱抵抗体からなる部分を有する電気熱変換素子を用い、この電気熱変換素子が発生する熱エネルギーによって生ずるインクの発泡を利用してインクを吐出する方式のインクジェット記録装置は、高精細画像の形成、高速記録性、記録ヘッド及び装置の小型化やカラー化などに適していることから近年注目されている。（例えば米国特許第４７２３１２９号及び米国特許第４７４０７９６号参照）。
【０００５】
インクジェット記録に使用されるヘッドの一般的な構成としては、複数の吐出口と、この吐出口に連通するインク流路と、インクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換素子とを有する構成を挙げることができる。そして、電気熱変換素子は発熱抵抗体及びこれに電力を供給するための電極を有して構成され、この電気熱変換素子が絶縁膜により被覆されることで、各電気熱変換素子間での絶縁性が確保される。各インク流路は、その吐出口と反対側の端部が共通液室と連通しており、この共通液室にはインク貯溜部としてのインクタンクから供給されるインクが貯留される。そして、共通液室に供給されたインクは、ここから各インク流路に導かれ、吐出口近傍でメニスカスを形成して保持される。この状態で、電気熱変換素子を選択的に駆動させることにより発生する熱エネルギーを利用して熱作用面上のインクを急激に加熱沸騰させ、この状態変化に伴う圧力によってインクを吐出させる。
【０００６】
このインク吐出時におけるインクジェットヘッドにおける熱作用部は、発熱抵抗体の加熱により高温にさらされると共に、インクの発泡、収縮に伴いキャビテーション衝撃やインクによる化学的作用を複合的に受けることになる。
【０００７】
よって、通常、熱作用部には、このキャビテーション衝撃や、インクによる化学的作用から電気熱変換素子を保護するために上部保護層が設けられる。
【０００８】
以下に熱作用部におけるインクの発泡、消泡に伴う様子について図３を用いて詳細に説明する。
【０００９】
図３における曲線（ａ）は、駆動電圧Ｖｏｐ＝１．３×Ｖｔｈ（Ｖｔｈはインクの発泡閾値電圧を示す）、駆動周波数：６ＫＨｚ、パルス幅：５μｓｅｃ．とした時の、発熱抵抗体に電圧を印加した瞬間からの上部保護層での表面温度の経時変化を示したものである。また、曲線（ｂ）は、同様に発熱抵抗体に電圧を印加した瞬間からの発泡した泡の成長状態を示す。曲線（ａ）のように、電圧を印加してから昇温が始まり、設定された所定のパルス時間よりやや遅れて昇温ピーク（発熱抵抗体からの熱が上部保護層に達するのがやや遅れるため）となり、それ以降は主として熱拡散により温度が降下する。一方、曲線（ｂ）のように泡の成長は、上部保護層温度が３００℃付近から発泡成長が始まり、最大発泡に達した後、消泡する。実際のヘッドでは、これが繰り返して行われる。このように、インクの発泡に伴い上部保護層表面は、例えば６００℃付近まで昇温しており、如何にインクジェット記録が高温の熱作用を伴って行われているかがわかる。
【００１０】
従って、インクに接する上部保護層は、耐熱性、機械的特性、化学安定性、耐酸化性、耐アルカリ性等に優れた膜特性が要求される。上部保護層に用いられる材料としては、従来より貴金属、高融点遷移金属、これらの合金、あるいはこれらの金属の窒化物、ホウ化物、ケイ化物、炭化物または非晶質シリコン等が知られている。
【００１１】
例えば、特開平１−１４５１５８号公報に見られるように、発熱抵抗体上に絶縁層を介して上部層を形成し、上部層をＭｘ（Ｆｅ１００−ｙ−ｚＮｉｙＣｒｚ）１００−ｘ（但し、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ及びＷからなる群より選ばれた１種以上の元素であり、ｘが２０〜７０原子％（ａｔ．％）、ｙが５〜３０ａｔ．％、ｚが１０〜３０ａｔ．％である）からなる組成のアモルファス化合金にすることにより、長寿命の信頼性の高い記録ヘッドが提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、インクジェット記録装置による記録画像の高画質化、高速記録等の高機能化に対する要求が高まっており、これらの要求を満足したインクジェット記録装置を達成するために、ヘッドの構成やインクなどについて種々の改良が多方面から試みられている。
【００１３】
インクジェットヘッドの一部を構成する基体の構造としては、例えば図２に示す構造を挙げることができる。
【００１４】
図２（ａ）に示された基体は、発熱抵抗体層２００４と電極層２００５とから構成される電気熱変換素子上に、保護層２００６及び上部保護層２００７を設けた構成を有するもので、図２（ｂ）に示された基体は、図２（ａ）の保護層の構成を改良したもので、熱作用部２００８における発熱抵抗体層２００４からの熱エネルギーをインクに有効に作用するように、保護層を２層構成とし、かつ熱作用部２００８下方領域での保護層の膜厚を薄くしたものである。図２（ｂ）の基体は、例えば、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等からなる第１保護層２００６を形成した後、パターニング等により熱作用部２００８の下方領域のみ第１保護層２００６が形成されないようにし、次に、同様にしてＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等からなる第２保護層２００６’を形成することにより熱作用部２００８下方領域での保護層部分の膜厚を薄くし、最後に上部保護層２００７を形成することで得ることができる。
【００１５】
このような基板上に設けられる電気変換素子上の保護層には、絶縁性、インクに対する耐性、インク吐出時における耐キャビテーション性等が要求される。図２（ａ）に示すように、保護層の膜厚を実質的に厚くした構成では、保護層の材質に対する要求性能が多少緩和され、インク吐出時におけるキャビテーション衝撃やインクの作用による欠陥部や腐食部の発生を完全に防止できない材質のものからなる場合でも、保護層が厚いためにこれらの欠陥部や腐食部の発熱抵抗体層への到達時間を長くすることができ、結果的にヘッドの更なる長寿命化を図ることができる。
【００１６】
特に、高速記録に対応してブリーディング（カラー異色インクで間のにじみ）の発生を抑制するための改良や、高画質化に対応して高発色性、耐水性等の改良がなされているインク、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保護層が腐食され易くなる場合があり、このようなインクを用いる場合に対しても、保護層の層厚を厚した構成はヘッドの長寿命化を達成する上で有効である。
【００１７】
しかしながら、保護層の膜厚を厚くした構成では発熱抵抗体層で発生した熱エネルギーの熱作用面への伝播における効率はかえって低下することになる。
【００１８】
そこで、図２（ｂ）に示すように熱作用部における保護層を薄膜化することにより、発熱抵抗体層２００４からの熱エネルギーは第２保護層２００６’、上部保護層２００７を介してインクに伝達できるため、熱エネルギーを有効に利用して熱効率を向上させることができる。
【００１９】
ところが、このように保護層を薄くすると、保護層の構成材料の種類によっては熱作用部におけるキャビテーション衝撃やインクの作用による欠陥部や腐食部が発生した場合に、これらの部分が発熱抵抗体層に達する時間が保護層の膜厚が厚い場合よりも早くなり、長寿命化の障害となる。特に、上述したように、Ｃａ、Ｍｇなどの二価金属塩やキレート錯体を形成する成分が含有されたインクを用いた場合は、この現象が顕著になる。そこで、保護層の形成材料に対する要求性はより厳格となってくる。
【００２０】
また、インクジェット記録の高速化を更に進めるためには、従来よりも一層短いパルスによる駆動が、つまり駆動周波数を上げる必要がある。このような短パルス駆動においては、ヘッドの熱作用部において短時間に加熱→発泡→消泡→冷却が繰り返され、従来に比べて短い時間に、より多くの熱ストレスを受けやすいものとなっている。また、短パルス駆動により、インクの発泡、収縮に伴うキャビテーション衝撃も従来になく短時間に保護層に集中するため、機械的な衝撃特性に特に優れた保護層が必要となる。
【００２１】
図２（ｂ）に示すような薄い保護層を用いた構成は短パルス駆動により好適なものであるが、保護層には、先に挙げた薄層化する際に要求される耐キャビテーション性と種々の機能性を持たせたインクに対する耐インク性に加えて、短パルス駆動に特有の熱ストレスやキャビテーション衝撃にも十分な耐性を有する必要がある。
【００２２】
しかしながら、保護層を薄く形成した場合でも、多種のインクが適用でき、かつ記録の更なる高速化にも対応可能で長寿命が達成できる保護層の構成は未だ知られていないのが現状である。すなわち、保護層の構成を設計する上では、上述したような種々の特性等を考慮してその構成材料や層構造を選択する必要があるが、従来技術においては、主にインクに対する耐腐食性に関して保護層を厚くすることで対応しており、更なる熱利用効率の改善や記録の高速化に対応するには限界がある場合が多い。
【００２３】
本発明は、上述した熱作用領域に用いる保護層に関する種々の課題に鑑みなされたものであり、その主たる目的は、従来のインクジェットヘッド用のインクに接する部分を有する保護層について上述した諸問題を解決し、耐衝撃性、耐熱性、耐インク性、耐酸化性に優れ、高耐久性を可能とする保護層を有するインクジェット記録ヘッドを提供することにある。
【００２４】
本発明の他の目的は、記録画像の高精細化に対応した小ドッド化や高速記録に対応した高速駆動、あるいは多様なインクを用いても長寿命である保護層を備えたインクジェットヘッド用基体、該基体を備えたインクジェットヘッド、及び該インクジェットヘッドを備えたインクジェット装置を提供することにある。
【００２５】
本発明の更に他の目的は、上述した優れたインクジェットヘッドに対して供給されるインクを貯溜するためのインク貯溜部を含むインクジェット記録用ユニット、及びかかるインクジェットヘッドが装着されるインクジェット装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるインクジェットヘッド用基体は、
基板と、該基板上の一対の電極間に設けられた発熱抵抗体と、該発熱抵抗体上に絶縁層を介して設けられたインクとの接触面を有する上部保護層と、を有するインクジェットヘッド用基体において、
前記上部保護層が組成式（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。）
で表わされるアモルファス化合金により形成されており、該上部保護層の少なくともインクとの接触面が該上部保護層の構成成分の酸化物を含むことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明にかかるインクジェットヘッドは、
液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通し、前記液体を吐出するための熱エネルギーを前記液体に作用させる部分を有する液流路と、該熱エネルギーを発生する発熱抵抗体と、該発熱抵抗体を絶縁層を介して覆う上部保護層と、を備えるインクジェットヘッドにおいて、
該上部保護層がＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ（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。）からなるアモルファス化合金により形成されており、該上部保護層のインクに接する表面が該上部保護層の構成成分の酸化物を含むことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明にかかるインクジェット用記録ユニットは、上記構成のインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドに供給されるインクを貯溜したインク貯溜部とを有することを特徴とする。
【００２９】
更に、本発明にかかるインクジェット装置は、上記構成のインクジェットヘッドまたはインクジェット用記録ユニットと、該インクジェットヘッドまたはインクジェット用記録ユニットを記録情報に応じて移動させるためのキャリッジとを有することを特徴とする。
【００３０】
また、本発明にかかるインクジェットヘッド用基体の製造方法の１態様は、上記構成のインクジェットヘッド用基体における上部保護層を、上記の組成式（１）の組成を得るための組成を有するＴａ、Ｆｅ、Ｃｒ及びＮｉからなる合金ターゲットを用いたスパッタリング法により形成することを特徴とする。
【００３１】
また、本発明にかかるインクジェットヘッド用基体の製造方法の他の１態様は、上記構成のインクジェットヘッド用基体における上部保護層を、上記の組成式（１）の組成を得るためのに組成のＦｅ、Ｎｉ及びＣｒ合金ターゲットと、Ｔａターゲットとの２種を用いた２元スパッタリング法により形成することを特徴とする。
【００３２】
本発明によれば、多様なインクを使用した場合にも、インクに接する上部保護層が腐食されることなく、耐衝撃性、耐熱性、耐インク性、耐酸化性に優れた保護層を有するインクジェットヘッドを提供することができる。また、本発明は、記録画像の高精細化に対応した小ドッド化や高速記録に対応した高速駆動においても、長寿命の保護層を備えたインクジェットヘッド用基体、該基体を備えたインクジェットヘッド、及び該ヘッドを備えたインクジェット装置にも適用することができる。本発明は、更に、上述した優れたインクジェット記録ヘッドに対して供給されるインクを貯溜するためのインク貯溜部を含むインクジェット装置用ユニット、及びかかるインクジェットヘッドが装着されるインクジェット装置にも適用可能である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の構成を適用し得るインクジェットヘッドにおけるインクを発泡させるための電気熱変換素子の配置を説明するための液流路（インク流路）の流路壁より基板側を部分的に示す展開平面図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、図１で示されたＸ−Ｘ’一点鎖線に沿って基板面に垂直に切断した時の基体の模式的な切断面部分図であり、それぞれ別の態様を示す。
【００３４】
図１に示すインクジェットヘッドは、複数の吐出口１００１が設けられ、また、これからそれぞれインクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子１００２が各インク流路１００３毎に基板１００４上に設けられている。電気熱変換素子１００２は、主に発熱抵抗体１００５及びこれに電力を供給するための電極配線１００６、並びにこれらを保護する絶縁膜１００７により構成される。なお、図２（ａ）及び（ｂ）における電極配線を構成する電極層２００５の２つの対向する端部間に位置する発熱抵抗体層２００４の電極層で覆われていない部分が発熱抵抗体を形成する。
【００３５】
各インク流路１００３は複数の流路壁１００８が一体的に形成された天板（図示していない）を、基板１００４上の電気熱変換素子等との相対位置を画像処理等の手段により位置合わせしながら接合することで形成される。各インク流路１００３は、その吐出口１００１と反対側の端部が共通液室１００９（一部の図示）と連通しており、この共通液室１００９にはインクタンク（図示せず）から供給されるインクが貯留される。共通液室１００９に供給されたインクは、ここから各インク流路１００３に導かれ、吐出口１００１近傍でメニスカスを形成して保持される。この時電気熱変換素子１００２を選択的に駆動させることにより、その発生する熱エネルギーを利用して熱作用面上のインクを急激に加熱沸騰させ、この時の衝撃力によってインクを吐出させる。
【００３６】
図２（ａ）において、２００１はシリコン基板、２００２は熱酸化膜からなる蓄熱層を示すものであり、２００３は、蓄熱を兼ねるＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等からなる層間膜、２００４は発熱抵抗体層、２００５はＡｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ等の金属材料からなる配線としての電極層、２００６はＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等からなる絶縁層としても機能する保護層を示す。２００７は、発熱抵抗体の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から電子熱変換素子を守るための上部保護層である。また、２００８は発熱抵抗体層２００４の発熱抵抗体で発生した熱がインクに作用する熱作用部である。
【００３７】
この図２（ａ）の構成における保護層２００６の膜厚は通常、５００ｎｍ〜１０００ｎｍから選択される。
【００３８】
インクジェットヘッドにおける熱作用部は、発熱抵抗体での熱発生により高温にさらされると共に、インクの発泡、収縮に伴い、キャビテーション衝撃や、インクによる化学的作用を主に受ける部分である。よって、熱作用部には、このキャビテーション衝撃や、インクによる化学的作用から電気熱変換素子を保護するために上部保護層が設けられる。このインクに接する上部保護層は、耐熱性、機械的特性、化学安定性、耐酸化性、耐アルカリ性等に優れた膜特性が要求され、本発明では、上記組成式（１）で示されるアモルファス化合金から上部保護層が形成される。
【００３９】
なお、上記組成式（１）におけるαは、１０原子％（ａｔ．％）≦α≦２０ａｔ．％であることが好ましい。また、γ≧７ａｔ．％、且つ、δ≧１５ａｔ．％であることが好ましく、更に、γ≧８ａｔ．％、且つ、δ≧１７ａｔ．％であることがより好ましい。一方、この上部保護層の膜厚は例えば１０〜５００ｎｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍにすることが好ましい。
【００４０】
このアモルファス化合金膜ではＴａの量が１０ａｔ．％〜２０ａｔ．％の範囲と、従来のＴａ系合金のもの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個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。更に、アモルファス化合金膜の表面にその構成成分の酸化物が存在する、好ましくはかかる酸化物の膜でその表面が被覆されていることで、耐インク性が更に向上したものとなっている。すなわち、このアモルファス化合金膜からなる上部保護層の少なくともインクとの接触面の表面は、上部保護層の構成成分の酸化物膜で被覆されていることが好ましく、その酸化物膜の膜厚は５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
このように、上部保護層の表面にＣｒを主体とする酸化膜（図２（ａ）における酸化物層２００９）を形成することにより、各種のインク、特にＣａやＭｇなどの２価金属塩やキレート錯体を形成する成分が含有されたインクにおいても、不働態膜としての効果が発揮され、各部からのインクによる侵食を防止することができる。
【００４２】
上記Ｃｒを主体とする酸化膜の形成方法としては、上部保護層が形成された後に、大気中かあるいは酸素雰囲気中で熱処理する方法を挙げることができる。例えば、オーブン中で５０℃〜２００℃に加熱処理することにより行なわれる。あるいは、上部保護層をスパッタリング装置で形成した後に、同装置に酸素ガスを導入して加熱することにより酸化膜を形成してもよい。または、インクジェットヘッド形態に構成した後に、パルス印加の駆動を行うことにより酸化膜を形成してもよい。
【００４３】
また、この上部保護層の膜応力は、少なくとも圧縮応力を有し、１．０×１０１０ｄｙｎｅ／ｃｍ２以下であることが好ましい。
【００４４】
また、図２（ｂ）は、図２（ａ）の保護層の構成を改良し、熱作用部における発熱抵抗体層２００４からの熱エネルギーをインクにより有効に作用するように、保護層を２層構成にし、かつ熱作用部下方領域での保護層の厚さ（熱作用部表面から発熱抵抗体層までの距離）を小さくしたものである。すなわち、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等からなる第１保護層２００６を形成した後、パターニング等により熱作用部のみ第１保護層２００６が形成されないようにし、次に、同様にしてＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等からなる第２保護層２００６’を形成することにより熱作用部の保護層の膜厚を薄くし、最後に上部保護層２００７を形成したものである。このように、熱作用部における保護層をさらに薄膜化することにより、発熱抵抗体層２００４からの熱エネルギーは第２保護層２００６’、上部保護層２００７を介してインクに伝達できるため、熱エネルギーを一層有効に利用することができる。
【００４５】
上記構成における各部分は、定法に従って形成できる。なお、上部保護層２００７は、各種成膜法で作製可能であるが一般的には電源として高周波（ＲＦ）電源、または直流（ＤＣ）電源を用いたマグネトロンスパッタリング法により形成することができる。
【００４６】
図４は、上部保護層を成膜するスパッタリング装置の概要を示すものである。図４において、４００１はあらかじめ所定の組成、すなわち上記組成式（１）を満たすアモルファス化合金層を得るために必要な組成に作製されたＴａ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉからなるターゲット、４００２は平板マグネット、４０１１は基板への成膜を制御するシャッター、４００３は基板ホルダー、４００４は基板、４００６はターゲット４００１と基板ホルダー４００３に接続された電源である。さらに、図４において、４００８は成膜室４００９の外周壁を囲んで設けられた外部ヒーターである。外部ヒーター４００８は、成膜室４００９の雰囲気温度を調節するのに使用される。基板ホルダー４００３の裏面には、基板の温度制御を行う内部ヒーター４００５が設けられている。基板４００４の温度制御は、外部ヒーター４００８を併用して行うことが好ましい。
【００４７】
図４の装置を用いた成膜は、以下の様に行われる。まず、排気ポンプ４００７を用いて成膜室４００９を１×１０−５〜１×１０−６Ｐａまで排気する。次いで、アルゴンガスを、マスフローコントローラー（不図示）を介してガス導入口４０１０から成膜室４００９に導入される。この時、基板温度及び雰囲気温度が所定の温度になるように内部ヒーター４００５、外部ヒーター４００８を調節する。次に、電源４００６からターゲット４００１にパワーを印加してスパッタリング放電を行い、シャッター４０１１を調節して、基板４００４の上に薄膜を形成させる。
【００４８】
上部保護層の成膜は、上記の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に限定されるばかりでなく、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。この場合は、各々のターゲットに印加するパワーを単独に制御することが可能となる。
【００４９】
また、上述したように、上部保護層の形成の際には、基板の温度を１００〜３００℃に加熱することにより強い膜密着力を得ることができる。また、上述したような比較的運動エネルギーの大きな粒子を形成できるスパッタリング法により成膜することにより、強い膜密着力を得ることができる。
【００５０】
更に、膜応力としては、少なくとも圧縮応力を有し、１．０×１０１０ｄｙｎｅ／ｃｍ２以下にすることにより同様に強い膜密着力を得ることができる。この膜応力は、成膜装置に導入するＡｒガス流量やターゲットに印加するパワー、基板加熱温度を適宜設定することにより調整すればよい。
【００５１】
本発明にかかるアモルファス化合金膜からなる上部保護層は、その下部に設けられる保護層が厚い場合でも、薄い場合にも好適に適用できる。
【００５２】
図６は、本発明にかかる上部保護層を有するインクジェットヘッドが適用された、インクジェット記録装置の一構成例を示す縦断面図である。図６において、インクタンク（不図示）から供給された各種インクは、熱作用部において加熱、発泡し、インクの吐出が行われる。この時、発熱抵抗体層には、制御された所定のパルス信号が、駆動手段により印加される。
【００５３】
また、図８は本発明を適用し得るインクジェット装置の一例の外観図で、駆動モータ２１０１の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア２１０２、２１０３を介して回転するリードスクリュー２１０４の螺旋溝２１２１に対して係合するキャリッジ２１２０上に搭載されており、前駆動モータ２１０１の動力によってキャリッジ２１２０とともにガイド２１１９に沿って矢印ａ、ｂ方向に往復移動される。不図示の記録媒体給送装置によってプラテン２１０６上に搬送される記録用紙Ｐ用の紙押え板２１０５は、キャリッジ２１２０移動方向にわたって記録用紙をプラテン２１０６に対して押圧する。
【００５４】
２１０７、２１０８はフォトカプラでキャリッジ２１２０のレバー２１０９のこの域での存在を確認して駆動モータ２１０１の回転方向切り替え等を行うためのホームポジション検知手段である。２１１０は記録ヘッド２２００の全面をキャップするキャップ部材２１１１を支持する部材で、２１１２は前記キャップ部材２１１１内を吸引する吸引手段で、キャップ内開口２１１３を介して記録ヘッド２２００の吸引回復を行う。２１１４はクリーニングブレードで、２１１５はこのブレードを前後方向に移動可能にする移動部材であり、本体支持板２１１６にこれらは支持されている。クリーニングブレード２１１４は、この形態でなく周知のクリーニングブレードが  本体に適用できることは言うまでもない。
【００５５】
また、２１１７は、吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジ２１２０と係合するカム２１１８の移動に伴って移動し、駆動モータ２１０１からの駆動力がクラッチ切り替え等の公知の伝達手段で移動制御される。前記記録ヘッド２２００に設けられた発熱部に信号を付与したり、上述した各機構の駆動制御を司ったりする記録制御部は、記録装置本体側に設けられている（不図示）。
【００５６】
上述したような構成のインクジェット記録装置２１００は、前記記録媒体給送装置によってプラテン２１０６上に搬送される記録用紙Ｐに対し、記録ヘッド２２００が前記記録用紙Ｐの全幅にわたって往復運動しながら記録を行うものであり、記録ヘッド２２００は上述したような方法で製造したものを用いているため、高精度で高速な記録が可能である。
【００５７】
【実施例】
以下、アモルファス化合金層の成膜例、この合金層からなる上部保護層を用いたインクジェットヘッド等についての実施例により本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はかかる実施例等により限定されるものではない。
【００５８】
（成膜例１）
図４に示した装置を使用し、かつ上述した成膜方法を利用して、上部保護層用のアモルファス化合金層をシリコンウエハ上に形成した際における膜物性について評価した。その際の成膜操作及び膜物性の評価について以下に示す。
【００５９】
＜成膜操作＞
まず、単結晶シリコンウエハ上に熱酸化膜を形成し、このシリコンウエハ（基板４００４）を図４の装置の成膜室４００９内の基板ホルダ４００３上にセットした。次いで、排気ポンプ４００７により成膜室４００９内を８×１０−６Ｐａまで排気した。その後、アルゴンガスをガス導入口４０１０から成膜室４００９に導入し、成膜室４００９内の条件を以下のようにした。
【００６０】
［成膜条件］
基板温度：２００℃
成膜室内ガス雰囲気温度：２００℃
成膜室内混合ガス圧力：０．３Ｐａ
【００６１】
次いで、ＴａターゲットとＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金  （Ｆｅ７４Ｎｉ８Ｃｒ１８）ターゲットを用いて、各ターゲットに投入するパワーを、Ｔａターゲットは３００Ｗと固定し、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金ターゲットのパワーを可変とした２元スパッタリング法によりシリコンウエハの熱酸化膜上に２００ｎｍの膜厚でＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ膜を形成し、試料１〜４を得た。
【００６２】
〈膜物性評価〉
得られた上記試料１〜４についてＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）分析を行い、各試料のＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ膜の組成分析を行った。その結果を表１および図５に示す。図５は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金ターゲットのパワー（Ｔａターゲットパワーは固定）に対する各種金属の組成比（濃度）を示し、それぞれ曲線（Ａ）はＴａ、曲線（Ｂ）はＦｅ、曲線（Ｃ）はＮｉ、曲線（Ｄ）はＣｒの濃度を示す。図５よりＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金ターゲットのパワーが増加するほど膜中のＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉの濃度がそれぞれ増加していることが解かる。
【００６３】
次に、上記のように、基板４００４上に形成された上部保護層ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ膜のＸ線回折測定を行い、構造解析を行った。その結果、Ｔａ量が支配的なときには鋭い回折ピークを示していたものが、Ｔａ量が減少するに伴い、回折ピークはブロードになりアモルファス構造が進行することが明らかとなった。
【００６４】
〈膜応力について〉
次に、各試料の膜応力について、成膜の前後における基板変形量により測定した。その結果Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉの組成が多いほど膜応力は、圧縮応力から引っ張り応力へと変化する傾向が見られ、膜の密着力の低下の傾向が現われた。そして、試料１においては    そこで、膜応力としては、少なくとも圧縮応力を有し、１．０×１０１０ｄｙｎｅ／ｃｍ２以下にすることにより同様に強い膜密着力を得ることができた。
【００６５】
【表１】
0003576888.tif 000002
【００６６】
（実施例１）
＜インクジェット用特性評価＞
本実施例によるインクジェット特性としての評価を行う試料の基板は、Ｓｉ基板あるいは既に駆動用のＩＣを作り込んだＳｉ基板を用いる。Ｓｉ基板の場合は、熱酸化法、スパッタ法、ＣＶＤ法などによって膜厚１．８μｍのＳｉＯ２の蓄熱層２００２（図２（ｂ））を形成し、ＩＣを作り込んだＳｉ基板も同様にその製造プロセス中で、ＳｉＯ２の蓄熱層を形成しておく。
【００６７】
次に、スパッタ法、ＣＶＤ法などによってＳｉＯ２成る膜厚１．２μｍの層間絶縁膜２００３を形成した。次いで、Ｔａ−Ｓｉターゲットを用いた反応性スパッタリング法により、５００ｎｍのＴａ３５Ｓｉ２２Ｎ４３発熱抵抗体層２００４を形成した。この時の基板温度は２００℃で行った。電極配線２００５としてＡｌ膜を５５０ｎｍをスパッタリング法により形成した。
【００６８】
次に、フォトリソ法を用いてパターン形成し、Ａｌ膜を取り除いた２０μｍ×３０μｍの熱作用部２００８を形成した。次に、第１保護膜２００６としてプラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＯから成る膜厚８００ｎｍの絶縁体を形成し、パターニングにより熱作用部のみ膜が形成されないように加工を行った。次に、第２保護膜２００６’としてプラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＮから成る膜厚２００ｎｍの絶縁体を形成し、最後に上部保護層２００７としてスパッタリング法により、表２に示すような本発明にかかるＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ膜を膜厚１５０ｎｍ形成し、フォトリソ法により図２（ｂ）に示す構成を有するインクジェット用基体を作製した。
【００６９】
このようにして作製された基体を用いてインクジェット用ヘッドを更に作製した。図６は、本発明にかかる上部保護層を有するインクジェットヘッドが適用された、インクジェット記録装置の一構成例を示す縦断面図である。図６において、インクタンク（不図示）から供給された各種インクは、熱作用部において加熱、発泡し、インクの吐出が行われる。この時、発熱抵抗体層には、制御された所定のパルス信号が、駆動手段により印加される。
【００７０】
これらのインクジェット記録装置を用いて、吐出耐久試験を行った。この試験は、駆動周波数１０ＫＨｚ、パルス幅は２μｓｅｃ．とし、連続して吐出させてインクジェット記録ヘッドが吐出できなくなるまでの寿命を調べた。この時の駆動電圧Ｖｏｐは、１．３×Ｖｔｈとした。尚、Ｖｔｈはインクを吐出する発泡閾値電圧を示す。また、インクは、硝酸基の入った二価金属塩Ｃａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏを約４％程度含有するインクを用いた。
【００７１】
表２のように２．０×１０９パルス数まで連続吐出を行っても安定した吐出が可能であった。
【００７２】
この吐出耐久試験に用いたインクジェット用ヘッドを分解して調査を行った結果、上部保護層に腐食が見受けられないことが明らかとなった。これはＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ上部保護層が優れた耐久性を有していることを示している。これは、膜の断面分析により表面にＣｒを主体とする酸化膜が約２０ｎｍの厚さで形成されており、この酸化膜からなる不働態膜が腐食防止に効果があると思われる。
【００７３】
（比較例１）
上部保護層２００７をＴａ膜で形成する以外は実施例１と同様にしてインクジェット用ヘッドを作製した。このインクジェット用ヘッドを用いて実施例２と同様に吐出耐久試験を行い、その結果を表２に示す。表２のように、比較例１では３．０×１０７パルス程度で吐出することができなくなった。そこでパルス数を５．０×１０６回、１．０×１０７回、３．０×１０７回と変えながら連続吐出を行った後、このインクジェット用ヘッドを分解して調査を行った。そのパルス数の経過による熱作用部における変化を模式的断面図で示したのが図７（ａ）〜（ｄ）である。図７（ａ）〜（ｄ）のようにパルス数が増加するに伴い、上部保護層の腐食が進行していく。そして、パルス数が３．０×１０７まで連続吐出を行ったものではその腐食が発熱抵抗体層にまで達し、発熱抵抗体層が断線していることが判明した。
【００７４】
（実施例２〜５）
上部保護層２００７を表２に示すような組成、膜厚で形成する以外は実施例１と同様にしてインクジェット用ヘッドを作製した。このインクジェット用ヘッドを用いて実施例２と同様にして吐出耐久試験を行い、その結果を表２に示す。
【００７５】
（比較例２〜５）
上部保護層２００７を表２に示すような組成、膜厚で形成する以外は実施例２と同様にしてインクジェット用ヘッドを作製した。
【００７６】
このインクジェット用ヘッドを用いて実施例２と同様にして吐出耐久試験を行い、その結果を表２に示す。表２のように、比較例２では、Ｔａからなる上部保護層を厚くしても大幅な改善は見られなかった。また、比較例３〜５では２．０×１０８パルスまでの吐出ができなかった。
【００７７】
そこでこのインクジェット用ヘッドを分解して調査した結果、上部保護層の腐食が見られ、その腐食が発熱抵抗体層にまで達し、発熱抵抗体層が断線していることが判明した。
【００７８】
（実施例６〜９）
上部保護層が、所定の組成（原子組成比）を有するＴａ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉからなる合金ターゲットを用い、Ａｒガスを用いたスパッタリング法により形成する以外は、上部保護層２００７を表２に示すような組成、膜厚で実施例１と同様にしてインクジェット用ヘッドを作製した。このインクジェット用ヘッドを用いて実施例１と同様にして吐出耐久試験を行い、その結果を表２に示す。
【００７９】
以上の結果から、以下のことが明らかになった。すなわち、表２の結果から明らかなように、印字寿命はＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ上部保護層の組成に依存し、特にＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉの組成が多いほど優れていることが解かった。つまり、上部保護層ＴａαＦｅβＮｉγＣｒδの組成は、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％とされる。
【００８０】
また、上部保護層の膜厚は、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚が１０ｎｍ未満であるとインクに対する保護機能が十分でなく、５００ｎｍより厚いと発熱抵抗体層からのエネルギーがインクに有効に伝達されず、エネルギー損出が大きくなる場合がある。
【００８１】
上記各実施例では、膜厚が１５０ｎｍ以下でも優れた耐久性を得ることが可能であった。そこで、膜応力としては、少なくとも圧縮応力を有し、１．０×１０１０ｄｙｎｅ／ｃｍ２以下にすることにより同様に強い膜付着力を得ることができた。
【００８２】
【表２】
0003576888.tif 000003
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液体に気泡を発生するための熱エネルギーを発生する発熱抵抗体と、液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通し、液体を吐出するためのエネルギーを液体に作用する部分を有する液流路とを有する液体噴射記録ヘッドにおいて、発熱抵抗体上に、絶縁層と、該絶縁層上に形成された上部保護層とを有し、該上部保護層がＴａαＦｅβＮｉγＣｒδ（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。）からなるアモルファス化合金により形成することにより、多様なインクを使用した場合にも、インクに接する上部保護層が腐食されることなく、耐衝撃性、耐熱性、耐インク性、耐酸化性に優れた高耐久性の上部保護層を有するインクジェット記録ヘッドを提供することが可能となった。
【００８４】
また、本発明の上部保護層の膜厚、膜応力等の膜構成および製造方法により、記録画像の高精細化に対応した小ドッド化や高速記録に対応した高速駆動においても、長寿命の上部保護層、該上部保護層を備えた液体吐出ヘッド用基体、該基体を備えた液体吐出ヘッド、及び該液体ヘッドを備えた液体吐出装置にも適用できることが可能となった。
【００８５】
さらには、上述した優れたインクジェット記録ヘッドに対して供給されるインクを貯溜するためのインク貯溜部を含むインクジェットペン、及びかかるインクジェット記録ヘッドが装着されるインクジェット記録装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの基板を示す概略平面図である。
【図２】（ａ）は図１にけるＸ−Ｘ’の一点鎖線で基体基体部分を垂直に切断したときの基板の部分断面図であり、（ｂ）は保護層の構成の他の態様を示す同様の部分断面図である。
【図３】電圧を印加してからの上部保護層の温度変化と発泡状態を説明する図である。
【図４】本発明のインクジェット記録ヘッド用基体の各層を成膜する成膜装置である。
【図５】本発明の上部保護層の膜組成値を示す図である。
【図６】本発明のインクジェット記録ヘッドが適用されたインクジェット記録装置の一構成例を示す縦断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）はインクジェット記録ヘッドを用いて吐出耐久試験を行った後の、熱作用部における腐食状態を示す模式的断面図である。
【図８】本発明の記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置の一例としての模式的斜視図である。
【符号の説明】
１００１  吐出口
１００２  電気熱変換素子
１００３  インク流路
１００４  基板
１００５  発熱抵抗体
１００６  電極配線
１００７  絶縁膜
１００８  流路壁
１００９  共通液室
２０００  基体
２００１  シリコン基板
２００２  蓄熱層
２００６  層間膜
２００４  発熱抵抗体層
２００５  電極層
２００６、２００６’    保護層
２００７  上部保護層
２００８  熱作用部
２００９  酸化物膜
４００１  ターゲット
４００２  平板マグネット
４００３  基板ホルダー
４００４  基板
４００５  内部ヒーター
４００６  電源
４００７  排気ポンプ
４００８  外部ヒーター
４００９  成膜室
４０１０  ガス導入口
４０１１  シャッター
【図１】
0003576888.tif 000004
【図２】
0003576888.tif 000005
【図３】
0003576888.tif 000006
【図４】
0003576888.tif 000007
【図５】
0003576888.tif 000008
【図６】
0003576888.tif 000009
【図７】
0003576888.tif 000010
【図８】
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