(57)【要約】【課題】インクへの熱伝達効率を低下させることなく保護膜の劣化を効果的に防止し発熱抵抗体の長寿命化を実現するとともに、放熱特性を向上させ、より高周波数での駆動を実現する。【解決手段】基板２１上に、蓄熱層２２、発熱抵抗体２３、電極配線２４，２５、保護膜（絶縁膜２６および耐キャビテーション膜２７）が形成されたインクジェットヘッド用の基体２０であって、発熱抵抗体２３の下の部分の蓄熱層２２の熱抵抗値は、発熱抵抗体２３の上の部分の保護膜の熱抵抗値の２倍以上かつ５倍未満の範囲内にある。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、蓄熱層、インクを吐出するために用いられる熱エネルギーを発生する発熱体、および前記発熱体を保護する保護膜が順次形成されたインクジェエット用の基体であって、
前記蓄熱層の前記発熱体の下の部分の熱抵抗値が、前記保護膜の前記発熱体の上の部分の熱抵抗値の２倍以上かつ５倍未満であるインクジェットヘッド用の基体。
【請求項２】
前記蓄熱層は複数層の薄膜からなる請求項１に記載のインクジェットヘッド用の基体。
【請求項３】
前記蓄熱層を形成する薄膜のうち少なくとも１層がＳｉＯx膜またはＢＰＳＧ膜である請求項２に記載のインクジェットヘッド用の基体。
【請求項４】
前記保護膜が複数層の薄膜からなる請求項１ないし３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用の基体。
【請求項５】
前記保護膜がＳｉＮ膜を含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用の基体。
【請求項６】
前記保護膜がＴａ膜を含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用の基体。
【請求項７】
前記保護膜がＴａＣｒ、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｐｔ、またはＩｒ合金からなる膜を含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用の基体。
【請求項８】
前記保護膜は、膜厚が０．３μｍのＳｉＮ膜と、膜厚が０．２３μｍのＴａ膜とを少なくとも含む積層構造を有し、かつ前記蓄熱層は、総厚が０．７μｍ以上１．７μｍ以下であって少なくとも１層の酸化Ｓｉ膜を含む請求項１に記載のインクジェットヘッド用の基体。
【請求項９】
前記発熱体がＴａＳｉＮまたはＴａＮからなり厚みが０．０１μｍ以上０．１μｍ以下である請求項８に記載のインクジェットヘッド用の基体。
【請求項１０】
基板上に、蓄熱層、インクを吐出するために用いられる熱エネルギーを発生する発熱体、および前記発熱体を保護する保護膜が順次形成された基体を有し、インクを吐出するための吐出口が前記発熱体に対応して設けられているインクジェットヘッドであって、
前記蓄熱層の前記発熱体の下の部分の熱抵抗値が、前記保護膜の前記発熱体の上の部分の熱抵抗値の２倍以上かつ５倍未満であるインクジェットヘッド。
【請求項１１】
前記蓄熱層は複数層の薄膜である請求項１０に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１２】
前記蓄熱層は、前記吐出口に連通する流路に対応する部位では、熱酸化膜を含まない、請求項１１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１３】
前記基板はシリコンからなり、前記発熱体上にインクを供給するための前記基体に形成された貫通孔の周囲に熱酸化膜が設けられている、請求項１１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１４】
前記保護膜は、膜厚が０．３μｍのＳｉＮ膜と、膜厚が０．２３μｍのＴａ膜とを少なくとも含む積層構造を有し、かつ前記蓄熱層は、総厚が０．７μｍ以上１．７μｍ以下であって少なくとも１層の酸化Ｓｉ膜を含む請求項１０に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１５】
基板上に、蓄熱層、インクを吐出するために用いられる熱エネルギーを発生する発熱体、および前記発熱体を保護する保護膜が順次形成された基体を有し、インクを吐出するための吐出口が前記発熱体に対応して設けられており、前記蓄熱層の前記発熱体の下の部分の熱抵抗値が、前記保護膜の前記発熱体の上の部分の熱抵抗値の２倍以上かつ５倍未満であるインクジェットヘッドを用い、
前記発熱体を０．５μｓ以上２．０μｓ以下の駆動通電時間で駆動して前記吐出口からインクを吐出するインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項１６】
前記駆動通電時間が０．５μｓ以上１．２μｓ以下である請求項１５に記載の駆動方法。
【請求項１７】
インクを吐出するための前記発熱体の駆動は複数のパルスの印加による駆動であり、前記駆動通電時間は前記複数のパルスの合計の通電時間である請求項１５または１６に記載の駆動方法。
【請求項１８】
前記保護膜は、膜厚が０．３μｍのＳｉＮ膜と、膜厚が０．２３μｍのＴａ膜とを少なくとも含む積層構造を有し、かつ前記蓄熱層は、総厚が０．７μｍ以上１．７μｍ以下のであって少なくとも１層の酸化Ｓｉ膜であるを含むインクジェットヘッドを用い、
インクを吐出させるために前記発熱体を０．５〜２．０μｓの駆動通電時間で駆動して前記吐出口からインクを吐出することを特徴とする請求項１６に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項１９】
基板上に、蓄熱層、インクを吐出するために用いられる熱エネルギーを発生する発熱体、および前記発熱体を保護する保護膜が順次形成された基体を有し、インクを吐出するための吐出口が前記発熱体に対応して設けられており、前記蓄熱層の前記発熱体の下の部分の熱抵抗値が、前記保護層の前記発熱体の上の部分の熱抵抗値の２倍以上かつ５倍未満であるインクジェットヘッドと、
前記発熱体を０．５μｓ以上２．０μｓ以下の駆動通電時間で駆動する駆動手段と、
を具備するインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット方式に従ってインクを吐出して記録媒体に記録を行うインクジェットヘッドの駆動方法、インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置に関し、特に、インクを吐出するのに熱エネルギーを利用するものに関する。
【０００２】
なお、本発明における「記録」とは、文字や図形等のように意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等のように意味を持たない画像を付与することをも意味するものである。
【背景技術】
【０００３】
近年、紙、糸、繊維、布、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミック等の記録媒体に対して記録を行う、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わされた記録装置に、数多くの記録装置が使用されるようになっている。これらの記録装置に対しては、高速記録、高解像度、高画像品質、低騒音などが要求されている。このような要求に応える記録装置として、インクジェット記録装置が挙げられる。インクジェット記録装置は、吐出口を有するインクジェットヘッドを用い、この吐出口からインク（記録液）滴を吐出飛翔させ、これを記録媒体に付着させて記録を行う。インクジェット記録装置では、インクジェットヘッドと記録媒体とが非接触であるため、非常に安定した記録画像等を得ることができる。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドの中でも、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェットヘッドは、多数の吐出口を高密度に配列することができるため高解像度の記録を行える他、コンパクト化も容易であるなどの利点を有している。
【０００５】
熱エネルギーを利用する従来のインクジェットヘッドは、シリコン等の基体上に複数の発熱抵抗体を列状に配列することで高密度化を達成し、また、複数の発熱抵抗体に対して共通の蓄熱層や電気絶縁膜を有した構成が一般的である（例えば、特許文献１、特許文献２等参照。）。
【０００６】
図１４に、熱エネルギーを利用した従来のインクジェットヘッドの、一つの発熱抵抗体の部分での模式的断面図を示す。
【０００７】
図１４に示すように、インクジェットヘッド１００は、発熱抵抗体（ヒータ）１２３が形成された基体１２０と、基体１２０上に接合されたノズル材１１０とを有する。基体１２０は、シリコンからなる基板１２１の表面に、熱酸化膜等の複数の層で構成された蓄熱層１２２と、蓄熱層１２２上に部分的に形成された発熱抵抗体１２３と、発熱抵抗体１２３に電力を供給するための電極配線１２４，１２５と、発熱抵抗体１２３および蓄熱層１２２を覆って形成された電気絶縁膜１２６と、電気絶縁膜１２６上に形成された、Ｔａからなる耐キャビテーション膜１２７とを有する。電気絶縁膜１２６および耐キャビテーション膜１２７を合わせて保護膜１２８を構成する。ノズル材１１０は、基体１２０と接合されることで、発熱抵抗体１２３の上方をインクチャンバ１１２とする液路を形成する。また、ノズル材１１０には、発熱抵抗体１２３と対向する位置に吐出口１２２が形成されている。
【０００８】
インクチャンバ１１２にはインクが満たされており、この状態で電極配線１２４，１２５を通じて発熱抵抗体１２３に電圧を印加することで発熱抵抗体１２３が発熱する。発熱抵抗体１２３の発熱によってインクチャンバ１１２内のインクが急激に加熱されて膜沸騰する。これによりインクに気泡が発生し、その気泡の成長に基づく圧力によって、吐出口１２１からインクが吐出する。
【０００９】
発熱抵抗体１２３で発生した熱エネルギーを効率よくインクに伝えるために、基体１２０の膜構成についてこれまでに様々な工夫が提案されている。
【００１０】
図１５を参照して、発熱抵抗体１２３の発熱による伝熱の原理を説明する。図１５において、発熱抵抗体１２３に通電することによって、熱量Ｑが印加される。その熱量Ｑは発熱抵抗体１２３の上下に拡散し、Ｑ１,Ｑ２となる。上方に拡散した熱量Ｑ１は、保護膜１２８上のインク１３０に伝わる。これによりインク１３０に気泡１３１が発生し、上記のように吐出が行われる。このとき、印加する熱量Ｑを効率よくＱ１としてインクに伝達するために、以下のような工夫がされている。
【００１１】
まず、発熱抵抗体１２３上の層については、インクに均一に熱が伝わるようにするため、保護膜１２８を、比較的熱伝導率が低く、かつ厚みの薄い膜として形成している。保護膜１２８は、インクとの絶縁も兼ねていることから、現在は例えばＳｉＮなどで形成し、その厚さを約０．２〜０．５μｍ程度とすることが適正とされている。
【００１２】
一方、発熱抵抗体１２３の下側の層については、蓄熱層１２２の厚みを十分に厚くするなどの工夫がされている。この厚みは、製造方法や発熱抵抗体１２３の耐久性などにより経験的に決められており、例えば、ＳｉＯxなどにより３μｍ程度の厚さで形成している。
【００１３】
また、記録速度の高速化の観点から、発熱抵抗体１２３の駆動通電時間（パルス幅）を短くする工夫もされている。例えば、駆動周波数３０ｋＨｚで１６分割駆動であれば、約２μｓ以下で駆動しなければならない。駆動上のマージンも考えるとさらに短パルスが好ましい。
【００１４】
駆動通電時間を短くし、熱流束を上げることにより、より安定した発泡が得られることも分かっている。安定した発泡は、気泡を大気に連通させる吐出方式において効果が絶大であり、高品位記録のインクジェットヘッドでは駆動通電時間が約０．５〜１．２μｓであることが必須の構成となっている。さらには、駆動パルスを複数に分割し、ダブルパス、トリプルパスにすることにより、吐出効率をさらに向上させるといったことも行われている。
【特許文献１】特開２００１−１７１１２７号公報
【特許文献２】特開２００２−１１８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、最近では記録速度の高速化が進み、それに伴ってインクジェットヘッド（発熱抵抗体）もより高周波数で駆動するようになってきている。このことにより、インクの発泡が終了した後に残る熱量が基体から十分に放熱されないうちにインクの発泡が繰り返され、基体が蓄熱してしまうという事態が生じることがある。その結果、リボイルという現象が発生し吐出特性が著しく低下し、また消泡時のキャビテーションによる機械的な破壊が促進され、発熱抵抗体の耐久性を著しく低下させる原因となっていた。
【００１６】
気泡を大気に連通させる方式では、キャビテーションを回避することはできるものの、電圧降下などにより投入エネルギーが小さくなった場合には、キャビテーションはより顕著になってしまう。そこで、余計にエネルギーを投入する場合があるが、この場合は、保護膜上でのインクの熱化学反応が促進し、それによって、インクの組成物が炭化して保護膜上に付着するいわゆる「コゲ」が発生し、吐出特性が低下してしまうことがある。さらには、保護膜自身も酸化が促進され、強度が低下してしまうので、発熱抵抗体の耐久性が著しく低下する原因となっていた。
【００１７】
また、記録装置の高品位記録化が進み、吐出する液滴のサイズも日々小さくなってきており、現在では数ｐｌという極小の液滴となっている。そのため、従来に比べて投入エネルギーに対する吐出量、すなわち吐出効率を数倍〜１０倍程度上げる必要があり、困難な問題となっていた。
【００１８】
この問題を回避すべく、発熱抵抗体の数を増やす方法もある。しかし、発熱抵抗体の数を増やすことは、そのための駆動回路やメモリなどが相当数必要となり、基体のサイズが大きくなるだけでなく、駆動も煩雑となり記録装置本体の駆動用ＩＣの高集積化やソフトの複雑化などによって、結果的にコストアップを招くことになる。
【００１９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、インクへの熱伝達効率を低下させることなく保護膜の劣化を効果的に防止し発熱抵抗体の長寿命化を実現するとともに、放熱特性を向上させ、より高周波数での駆動を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するため本発明のインクジェットヘッド用の基体は、基板上に、蓄熱層、インクを吐出するために用いられる熱エネルギーを発生する発熱体、および前記発熱体を保護する保護膜が順次形成されたインクジェエット用の基体であって、
前記蓄熱層の前記発熱体の下の部分の熱抵抗値が、前記保護膜の前記発熱体の上の部分の熱抵抗値の２倍以上かつ５倍未満であることを特徴とする。
【００２１】
なお、本発明において、発熱体あるいは発熱抵抗体とは、蓄熱層上に形成された層全体ではなく、その一部の、通電によって発生した熱をインクに作用させる領域の部分、すなわち保護膜がなければインクと直接接してインクを加熱する部分をいう。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、インクジェットヘッドの特性を生かして、インクへの熱伝達効率を低下させることなく効率よくインクを吐出することができるとともに、インクジェットヘッドの耐久性を向上させることができる。また、耐久性が向上することにより、長期的なランニングコストを低減することができ、さらには、吐出するインク滴のサイズを小さくした場合においても発熱体の数を増やしたりする必要はなく結果的にインクジェットヘッドの駆動回路の複雑化もないので、インクジェットヘッドのコストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
なお、本明細書中における、「（数値Ａ）〜（数値Ｂ）」は、「数値Ａ以上、数値Ｂ以下」の範囲を示す。
【００２５】
〈本発明のインクジェットヘッドの概要（発明者等による検討）〉
始めに、本発明の概要について説明する。本発明は、発熱抵抗体の上下の膜構成を適正な熱抵抗をもった構成にすることにある。まず、本発明者らは、図１４のような膜構成を有するインクジェットヘッドにおいて、「コゲ」や熱化学反応による保護膜の劣化といった問題を解決するために、保護膜を、膜厚０．３μｍのＳｉＮ膜（絶縁膜）および膜厚０．２３μｍのＴａ膜（耐キャビテーション膜）とした条件において、蓄熱層を膜厚２．５μｍのＳｉＯ2膜とした場合と、膜厚１．５μｍのＳｉＯ2膜とした場合について、発熱抵抗体を０．８μｓの駆動パルス幅で駆動したときの、発熱抵抗体の駆動パルス印加時点からの表面温度の時間経過による変化を、３次元熱伝導シミュレーションを用いて計算した。その結果を図１に示す。
【００２６】
図１から明らかなように、２種類の蓄熱層を比較すると、最大ピーク温度は両者とも５００℃程度でほぼ同じであるが、その後の温度は膜厚が薄い方が、速く低下している。この結果から、蓄熱層の厚みを薄くすることで、インクへの熱伝達効率を低下させることなく、放熱特性を向上させることができると考えられる。
【００２７】
そこで、保護膜を、膜厚０．３μｍのＳｉＮ膜（絶縁膜）と、膜厚０．２３μｍのＴａ膜（耐キャビテーション膜）とで構成し、蓄熱層の厚みがそれぞれ異なる幾つかのインクジェットヘッドを試作し、その耐久性、すなわちインクが正常に吐出されなくなるまでの駆動パルス数を評価した。
【００２８】
その評価結果を、図２に蓄熱層の厚みと耐久パルス数の関係として示す。図２より、蓄熱層の膜厚を１．７μｍ以下とすると、耐久性が大きく向上することが新たに分かった。すなわち、蓄熱層の厚みを薄くするほど耐久性が向上する。
【００２９】
次に本発明者等は、インクへの熱伝達効果を低下させることなく蓄熱層をどこまで薄くできるかを、３次元熱伝導シミュレーションを用いて計算した。その結果を図３に示す。
【００３０】
図３は、上記シミュレーションによって得られた、蓄熱層の厚みと、発熱抵抗体の単位面積当たりのインク臨界発泡エネルギーとの関係を示すグラフである。発熱抵抗体の単位面積当たりのインク臨界発泡エネルギーは、インクへの熱伝達効率の指標となるものである。インク臨界発泡エネルギーとは、発熱抵抗体表面の温度が、インクの発泡温度である３００℃を超えるために必要な臨界の熱エネルギー値であり、この値が大きいほど、熱伝達効率が悪いことを意味している。計算は、駆動通電時間である熱エネルギー印加時間（Ｐｗ）を０．５μｓ〜３．０μｓまで変化させて行った。この熱エネルギー印加時間は、インクジェットヘッドの記録速度の観点から、高速で駆動させることが必要であり、かつ駆動パルス精度から短すぎない条件として得られた適正時間である。また、この時間は、気泡を大気に連通させる吐出方式における安定吐出を行うための高熱流束の適正条件、すなわち前述した０．５〜１．２μｓの駆動通電時間を含んでいる。
【００３１】
図３から明らかなように、蓄熱層の厚みが約０．７μｍより薄いと、インクへの熱伝達効率が急激に悪くなっている。このことから、蓄熱層の厚みは０．７μｍ以上であればよいことが分かる。また、０．７μｍよりも薄い蓄熱層は、安定して成膜することが困難である。
【００３２】
さらに図３から、熱伝達効率は、熱エネルギー印加時間（Ｐｗ）が長いほど悪く、またＰｗが長いほど蓄熱層の厚みによる影響が大きいことが分かる。具体的には、Ｐｗが１．２〜２μｓでは蓄熱層の厚みは１．０〜１．７μｍ、また、高熱流束の適正条件であるＰｗが０．５〜１．２μｓでは蓄熱層の厚みは０．７〜１．５μｍであっても効率が低下せず適正であることが分かる。
【００３３】
以上のことから、保護膜が、膜厚０．３μｍのＳｉＮ膜および膜厚０．２３μｍのＴａ膜である場合において、耐久性を向上させるために、効率を低下させずに放熱特性を良好にするためには、ＳｉＯ2からなる蓄熱層の厚みは０．７〜１．７μｍが最も適正であり、さらには、駆動通電時間は、Ｐｗが０．５〜１．２μｓでは蓄熱層の厚みは０．７〜１．５μｍが適正で、さらに１．０μｍ以下がより適正であることが言える。駆動通電時間は、１つのパルスである場合に限らず、複数に分割されたパルス駆動であってもよく、この場合は各パルスの合計の通電時間がＰｗに相当する。図３に示した関係は、前述した試作ヘッドにおいても、シミュレーションと一致した結果が得られている。
【００３４】
ここでは、保護膜および蓄熱層の材料、膜厚を具体的に例示したが、本発明はこれらに限られるものではない。本発明は、印加した熱エネルギーを効率よくインクに伝達し、かつ蓄熱層に適正に放熱させるものであるから、前述の条件は、保護膜と蓄熱層の熱抵抗比に置き換えることができる。
【００３５】
その置き換えた結果を図４に示す。図４は、前述した保護膜の条件における蓄熱層の条件を、蓄熱層と保護膜との熱抵抗比で置き換えた、蓄熱層の厚みと、蓄熱層／保護膜の熱抵抗比との関係を示すグラフである。このときの各膜の熱伝導率は、薄膜ＳｉＮを１．２Ｗ／ｍ・Ｋ（試作品の測定結果による）とし、薄膜Ｔａを５４Ｗ／ｍ・Ｋ、薄膜ＳｉＯ2を１．３８Ｗ／ｍ・Ｋとした。薄膜Ｔａおよび薄膜ＳｉＯ2の熱伝導率は文献等により一般的に得られる値を用いた。薄膜の熱抵抗値Ｒｓは、その薄膜を構成する材料の熱伝導率をＫ、膜厚をｄとしたとき、Ｒｓ＝ｄ／Ｋで与えられる。また、積層膜の熱抵抗値は、各膜の熱抵抗値を加算したものである。
【００３６】
図４から明らかなように、膜厚０．３μｍのＳｉＮ膜および膜厚０．２３μｍのＴａ膜からなる保護膜における蓄熱層の膜厚条件、０．７μｍ以上１．７μｍ以下は、蓄熱層／保護膜の熱抵抗比で２倍以上かつ５倍未満の範囲に置き換えることができる。このことから、発熱抵抗体上での保護膜の熱抵抗に対する、発熱抵抗体下での蓄熱層の熱抵抗の比は、２倍以上かつ５倍未満の範囲が適正であることが分かる。
【００３７】
このような熱収支が耐久性にどのような影響を及ぼしているか、さらに考察する。耐久性に影響を与える大きな要素は「コゲ」と断線である。「コゲ」は、インクに含まれる染料の分解物等が、発熱抵抗体上の保護膜の部分である発熱部に付着し、均一な発泡を妨げたり、発泡エネルギーを弱めたりする作用をする現象であり、「コゲ」の付着量は発熱部表面の温度が高いほど多いことが知られている。一方、断線は、化学的作用と機械的作用の要因がある。前述のように、発熱抵抗体の上層には絶縁膜と耐キャビテーション膜を含む保護膜が形成されているが、絶縁膜に使用されるＳｉＮなどの無機膜は、耐インク性および耐機械特性が劣り、耐キャビテーション膜に欠陥が生じると、そこからインクが浸入し、発熱抵抗体を腐蝕させ断線に至らせる。したがって、耐キャビテーション膜の寿命が、耐久性に大きく影響を及ぼす。耐キャビテーション膜として代表的なタンタルを例にとると、耐久試験を経た耐キャビテーション膜には、表面に酸化物（酸化層）が形成されていることが観察される。酸化の程度は、タンタル表面の変色、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer；電子線プローブマイクロアナライザ）等による表面組成分析、ＦＩＢ（集束イオンビーム加工観察装置）による膜断面の観察、などの手段により知ることができる。酸化層は、化学的、機械的強度が劣り、キャビテーションの衝撃により剥離される。そして、耐キャビテーション膜は、酸化と剥離が繰り返されながら損傷が拡大し、最終的には、絶縁層まで損傷が達する。また、キャビテーションが生じないように気泡を大気に連通させるような構成においても、耐久性は向上するものの最終的には断線に至る。これはインク中の成分が化学的に酸化層を侵食するためであり、耐久試験後の膜厚をＦＩＢ等により測定すると、パルス数に応じて膜厚が薄くなっていることが観察される。また、温度が高いほど酸化層は侵食され易くなる。以上のことから、耐キャビテーション膜の酸化が早いほど耐久寿命が短くなることも理解される。
【００３８】
このように、発熱抵抗体の断線は、機械的要因、化学的要因のいずれにおいても、耐キャビテーション膜の酸化が引き金となっており、この酸化作用を抑制することが、耐久性を向上させる上で効果的である。耐キャビテーション膜の酸化は、高熱下で耐キャビテーション膜上にインクが存在することにより発生するが、インクの成分は染料溶解性や印字媒体への定着性から決定されており選択の自由度が低いため、保護膜の表面温度を下げることが酸化の防止策として現実的に有効である。保護膜の表面温度を下げるためには、
（１）最高到達温度を下げる。
（２）冷却を速くする。
という２つの手段がある。
【００３９】
さらに、最高到達温度を下げるためには、
（１ａ）表面温度を均一化する。
（１ｂ）投入エネルギーを低下する。
といった２つの方法がある。表面温度を均一化するためには、熱が膜の面内方向に逃げることを防止する必要があり、保護膜の膜厚をなるべく薄くして面内方向の熱抵抗を高くし、かつ、短時間で急速に加熱し、熱が保護膜の面内方向へ伝達する前にインクに十分な熱を与えて発泡させることが重要である。投入エネルギーについては、発泡閾値電圧に対し、個々の発熱抵抗体の特性バラツキや電源電圧の変動を考慮して、ある係数を掛けた値にすることが通常であるが、最高到達温度はこの係数に依存して上昇し、酸化も激しくなるので、なるべく低く設定することが望ましい。駆動電圧を発泡閾値電圧に対し１．１から１．２倍の間に保つことが望ましく、１．３倍（エネルギー換算ではその二乗）を超えると酸化が急激に進み好ましくない。前述した短時間での加熱は均一な膜沸騰を起こしやすいため、バラツキが少なく、投入エネルギーを抑える上でも効果的である。
【００４０】
一方、冷却速度を高めるためには周辺への熱伝達を促進する必要があるが、絶縁膜および耐キャビテーション膜の熱伝達を向上させることは上述の理由で最高到達温度を上昇させることになり好ましくない。したがって、蓄熱層を介してシリコン基板への熱伝達を向上させることが好ましい。シリコン基板への熱伝達を向上させるためには、蓄熱層の厚みをなるべく薄くすることが良いが、薄くしすぎるとインクの加熱途中の膜沸騰開始前にシリコン基板に熱が逃げ出すので、膜沸騰を起こすためにさらにエネルギーが必要となる。余剰のエネルギーはシリコン基板に蓄えられるため、表面温度の抑制には反することとなり、好ましくない。従って、前述したように、発熱抵抗体下での蓄熱層の熱抵抗値が、発熱抵抗体上での保護膜の熱抵抗値の２倍以上かつ５倍未満の範囲となるように、保護膜および蓄熱層の膜厚や材料を設定することで、インクへの熱伝達効率を低下させることなく保護膜の劣化を効果的に防止し発熱抵抗体の耐久性を向上させるとともに、放熱特性を向上させ、０．５〜２．０μｓという極めて短い駆動通電時間、すなわち高周波数での駆動が可能となる。上述の構成をとることで、インク吐出後の気泡の消泡時におけるキヤビテーション発生時、または気泡が大気に連通する時において、保護膜の冷却が速いために、保護膜表面温度が低下し、従来に比べて保護膜の酸化を防止することも可能となる。
【００４１】
従来技術においても耐久性を向上させるために表面温度を下げる提案はなされている。しかし、従来技術では、インクの再沸騰（リボイル）によるキャビテーション破壊を防ぐことが主たる目的である。インクの再沸騰によるキャビテーション破壊は、インクが保護膜表面に接したときに、保護膜表面の温度が１００℃以上の場合におきる現象である。本発明では保護膜表面の酸化に着目しており、この現象はインクの再沸騰に関らず、１００℃以下でも発生する。さらに、図１４および後述する図５で示されるサイドシューター型のインクジェットヘッドにおいては、発熱部のほぼ中央に断線が生じるケースがあることを見出した。これは、発泡後に発熱部上へインクが流入する際に、図５に見られるように発熱部の側面は三方がノズル壁で囲まれていることにより、インクの流入は供給口が開口したインク室からと、発熱部と対向する吐出口から優先的に行われるため、吐出口付近から流入したインクが発熱部中央に最初に接することによると考えられる。発熱部中央は前述のように最高到達温度が高くなる傾向がある上、冷却時にも周辺から先に冷えるため、最後まで高い温度である傾向がある。ここに冷たいインクが接すると、酸化が進むだけでなく、周囲との温度差による機械的破壊も加速され、好ましくない。このため、より均一な加熱と急速な冷却が求められる。なお、エッジシューター型（吐出方向が発熱面と平行な方向）ではこのような発熱部中央の断線は発生しなかった。これは、インクの流入方向が発熱部表面と平行であり発熱部の周囲の温度が低い側からインクが流入するためと考えられる。
【００４２】
このように、インクジェットヘッドの耐久性に大きな影響を与える「コゲ」、断線のいずれにおいても温度が重要な要素であり、耐久性を向上させるためには上述した保護膜と蓄熱層との関係を満たすことが効果的であることが理解される。
【００４３】
〈インクジェット記録装置〉
次に、本発明のインクジェットヘッドが搭載されるインクジェット記録装置について、図１２を参照して説明する。
【００４４】
図１２は、本発明のインクジェット記録装置の一例を示す模式的斜視図である。図１２において、本体フレームには、螺旋溝５００５が刻まれたリードスクリュー５００４が回転自在に軸支されている。リードスクリュー５００４は、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動し、駆動力伝達ギア５００９〜５０１１を介して回転駆動される。
【００４５】
さらに、本体フレームには、キャリッジＨＣを摺動自在に案内する案内レール５００３が固定されている。キャリッジＨＣには、螺旋溝５００５に係合するピン（不図示）が設けられており、駆動モータ５０１３の回転によりリードスクリュー５００４を回転させることで、キャリッジＨＣが図示矢印ａ、ｂ方向に往復移動できるようになっている。紙押え板５００２は、キャリッジＨＣの移動方向にわたって、記録媒体Ｐをプラテンローラ５０００に対して押圧する。
【００４６】
キャリッジＨＣには、インクジェット記録ユニットＩＪＣが搭載される。インクジェット記録ユニットＩＪＣは、上述したインクジェットヘッドをインクタンクＩＴと一体化したカートリッジ形態のものであっても、それらを互いに別体として取り外し可能に組み合わせた形態のものであってもよい。また、このインクジェット記録ユニットＩＪＣは、キャリッジＨＣに設けられている位置決め手段および電気的接点によってキャリッジＨＣに固定支持されるとともに、キャリッジＨＣに対して着脱可能に設けられている。
【００４７】
フォトカプラ５００７、５００８は、キャリッジＨＣのレバー５００６のこの域での存在を確認して駆動モータ５０１３の回転方向の逆転等を行うためのホームポジション検知手段を構成する。インクジェットヘッドの前面（吐出口が開口した面）をキャップするキャップ部材５０２２は、支持部材５０１６によって支持され、さらに吸引手段５０１５を備え、キャップ内開口５０２３を介してインクジェットヘッドの吸引回復を行う。本体支持板５０１８には支持板５０１９が取り付けられており、この支持板５０１９に摺動自在に支持されたクリーニングプレード５０１７は、図示しない駆動手段によって前後方向に移動される。クリーニングプレード５０１７の形態は図示するものに限られず、公知のものが適用できることはいうまでもない。レバー５０２１は、インクジェットヘッドの吸引回復動作を開始するためのもので、キャリッジＨＣと当接するカム５０２０の移動に伴って移動し、駆動モータ５０１３から駆動力がギア５０１０やラッチ切換え等の公知の伝達手段によって移動制御される。
【００４８】
これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復の各処理は、キャリッジＨＣがホームポジション側領域に移動したときにリードスクリュー５００４の作用によって、それぞれの対応位置で行われるようになっているが、周知のタイミングで所望の動作を行うようにすれば、本例にはいずれも適用できる。
【００４９】
図１３に、上述したインクジェット記録装置の動作を制御する制御回路のブロック図を示す。図１３に示す制御回路は、コンピュータなどの外部装置から記録信号が入力されるインターフェース１７００と、インターフェース１７００を介して入力した記録信号に基づいてインクジェット記録装置の動作を司る制御部と、記録ヘッド（インクジェットヘッド）１７０８を駆動するためのヘッドドライバ１７０５と、記録媒体を搬送する（図１２に示すプラテン５０００を回転させる）搬送モータ１７０９を駆動するためのモータドライバ１７０６と、キャリアモータ１７１０（図１２の駆動モータ５０１３に相当）を駆動するためのモータドライバ１７０７とを有する。
【００５０】
制御部は、インターフェース１７００からの記録信号を受けて、記録ヘッド１７０８に対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）１７０４と、ＭＰＵ１８０１と、ＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯＭ１７０２と、上記記録信号や記録ヘッド１７０８に供給される記録データ等の各種データを保存するＤＲＡＭＵ１７０３を有する。ゲートアレイ１７０４は、ＭＰＵ１７０１およびＤＲＡＭＵ１７０３との間のデータ転送制御も行う。
【００５１】
インターフェース１７００に記録信号が入力されると、ゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１との間で、記録信号が記録用の記録データに変換される。そして、各モータドライバ１７０６、１７０７によって搬送モータ１７０９およびキャリアモータ１７１０が駆動されるとともに、ヘッドドライバ１７０５に送られた記録データに従って記録ヘッド１７０８が駆動され、記録が行われる。前述した発熱抵抗体の駆動通電時間も、ＭＰＵ１７０１によって制御される。
【００５２】
〈インクジェットヘッド〉
次に、本発明に好適に好適に用いられるインクジェットヘッドの例について説明する。
【００５３】
（インクジェットヘッド構成例１）
図５は、本発明に好適に用いられるインクジェットヘッドの構成例１の、吐出口側から見た要部平面図である。また図６は、図５に示す発熱抵抗体の一つを拡大して示す、基体の平面図である。なお、図５では、内部構造が分かるように、ノズル材１０を透視した状態で示している。
【００５４】
インクジェットヘッド１は、複数の発熱抵抗体２３が形成された基体２０と、基体２０に接合されたノズル材１０とを有する。発熱抵抗体２３は、一列に並んで配置されている。ただし、カラー用のインクジェットヘッドの場合は、色毎に、複数列に配置することもできる。ノズル材１０には、各発熱抵抗体２３と対向する位置にそれぞれ、吐出口１１が、その中心を発熱抵抗体２３の中心上に位置させて形成されている。さらにノズル材１０には、隣接する発熱抵抗体２３間を仕切るノズル壁１３が形成されており、基体２０とノズル材１０とを接合することによって、発熱抵抗体２３ごとに、吐出口１１がそれぞれ開口した流路が形成されている。
【００５５】
基体２０には、このインクジェットヘッド１の外部から各発熱抵抗体２３上にインクを供給するために、供給口（不図示）が基体２０を貫通して形成されている。供給口は、各流路に共通のインク室に開口する。また、インク室と各流路との間には、流路内への異物の侵入を阻止するために、柱状の構造物であるフィルタ２９が設けられている。絶縁膜（図６では不図示）および耐キャビテーション膜２７は、列状に並んでいる全ての発熱抵抗体２３を共通に覆って設けられている。さらに、図６に示すように、発熱抵抗体２３には電極配線２５が接続されている。
【００５６】
インクは、供給口から流路内に供給されて発熱抵抗体２３上に流れる。この状態で電極配線２５を通じて発熱抵抗体２３を通電し熱エネルギーを発生させることで発熱抵抗体２３上のインクが発泡し、これによって吐出口１１からインクが吐出する。本例のインクジェットヘッド１は、発熱抵抗体２３と吐出口１１とを対向させた、いわゆるサイドシュータタイプと呼ばれるものである。サイドシュータタイプのインクジェットヘッド１の吐出方式には、大きく分けて、発熱抵抗体２３の駆動により発生した気泡を大気と連通させる方式と、気泡を大気と連通させない方式とがある。本発明は、これらのいずれにも適用可能である。後者の吐出方式では、発生した気泡は、大気と連通することなく消滅する。
【００５７】
図７に、図５に示すインクジェットヘッドのＢ−Ｂ線断面図を示す。図７を参照して、本例のインクジェットヘッド１について基体２０の層構成を中心に説明する。
【００５８】
基体２０は、シリコンからなる基板２１と、その表面に形成された、電気絶縁膜を兼ねる蓄熱層２２と、蓄熱層２２上に部分的に形成された発熱抵抗体２３と、発熱抵抗体２３に電力を供給するための電極配線２４，２５と、発熱抵抗体２３および蓄熱層２２を覆って形成された絶縁膜２６と、絶縁膜２６上の一部に形成された耐キャビテーション膜２７とを有する。これら絶縁膜２６および耐キャビテーション膜２７によって保護膜を構成している。本例では、絶縁膜２６は膜厚０．３μｍのＳｉＮ膜で構成し、耐キャビテーション膜２７は膜厚０．２３μｍのＴａ膜で構成した。従って、保護膜の層厚ａは０．５３μｍとなる。
【００５９】
蓄熱層２２は、基板２１側から順に、熱酸化膜２２ａ、層間膜２２ｂ,２２ｃを積層した３層構造である。ただし、熱酸化膜２２ａは発熱抵抗体２３と対向する領域には存在しないように部分的に形成されており、本例では、蓄熱層２２として実質的に機能するのは層間膜２２ｂ,２２ｃの２層のみである。熱酸化膜２２ａは、熱酸化法により形成したＳｉＯ2膜で構成し、層間膜２２ｂ,２２ｃは、ＣＶＤ法により形成したＳｉＯ2で構成した。また、各層間膜２２ｂ，２２ｃの膜厚はそれぞれ０．７μｍとし、本例での発熱抵抗体２３の直下での蓄熱層２２の層厚ｂは１．４μｍである。
【００６０】
発熱抵抗体２３は、本例では膜厚５００ÅのＴａＳｉＮで構成した。また、電極配線２４，２５は、ＡｌＣｕとした。
【００６１】
ノズル材１０は、基体２０上に接合されて、発熱抵抗体２３と吐出口１１との間に、流路の一部を構成するインクチャンバ１２を形成する。
【００６２】
ここで重要なのは、発熱抵抗体２３の上下における保護膜の熱抵抗に対する蓄熱層２２の熱抵抗の比を適正にすること、あるいは保護膜および蓄熱層２２の組成および膜厚を適正にすることである。図１４に示した従来のインクジェットヘッドの構成では、保護膜は、膜厚０．３μｍのＳｉＮからなる絶縁膜と膜厚０．２３μｍのＴａからなる耐キャビテーション膜とで構成され、蓄熱層は、膜厚約１μｍのＳｉＯ2膜とそれぞれ膜厚約１μｍの２層のＳｉＯ2からなる層間膜とで構成され、総厚で３μｍである。従って、上記の熱抵抗比（蓄熱層の熱抵抗／保護膜の熱抵抗）＝８．５６となっている。それに対し、本例のインクジェットヘッドでは、保護膜は従来と同じであるが、発熱抵抗体２３直下での蓄熱層２２をそれぞれ膜厚０．７μｍのＳｉＯ2の２層膜で構成したので、上記の熱抵抗比＝３．９９となる。
【００６３】
従って、本例のインクジェットヘッド１では、前述したように、発熱抵抗体２３の駆動通電時間が０．５μｓ〜２．０μｓの範囲で駆動される場合に特に、耐久性を向上させることができる。また、層間膜２２ｂ，２２ｃは、電極配線２４，２５の絶縁など他の回路の絶縁を兼ねているため、安定した成膜のためには各層の厚みは０．７μｍ以上必要であり本例では最低の厚みで形成しているが、蓄熱層２２全体の厚みとしては１．４〜１．７μｍとすることもできる。蓄熱層２２を構成する膜の材料、蓄熱層２の層数および構造は、蓄熱層２２の熱抵抗値が保護膜の熱抵抗値の２倍以上かつ５倍未満となる範囲で任意に変更可能である。例えば、蓄熱層２２の少なくとも一つの層を、ＳｉＯx膜やＢＰＳＧ（Boro-phospho silicate glass）膜とすることもでき、また、その製膜方法についても、熱酸化法やＣＶＤ法など、任意の方法を用いることができる。
【００６４】
耐キャビテーション膜２７は単層のＴａ膜で構成したが、複数の薄膜の積層構造とすることもできる。これにより、電極配線２５によって発熱抵抗体２３上に生じる段差部における被覆性を向上させることができる。このことは、絶縁膜２６を複数の薄膜の積層構造とした場合も同様である。また、耐キャビテーション膜２７は、Ｔａの他に、ＴａＣｒ、Ｃｒ、Ｉｒ、ＰｔまたはＩｒ合金の膜で構成することもできる。耐キャビテーション膜２７が複数の薄膜の積層構造である場合は、その少なくとも１層をこれらの材料とすることもできる。
【００６５】
本例では発熱抵抗体２３を膜厚０．０５μｍのＴａＳｉＮで構成したが、これに限らずＴａＮで構成することもでき、さらには、発熱抵抗体２３の上下での保護膜と蓄熱層２２との熱抵抗のバランスが崩れない程度の厚さ０．０１〜０．１μｍ、および材料であれば、耐久性や駆動通電時間が０．５μｓ〜２．０μｓの範囲となる高周波駆動などに問題ないことが分かっている。
【００６６】
発熱抵抗体２３の平面サイズは、本例では２６μｍ×２６μｍの正方形とした。ただし、発熱抵抗体２３のサイズはこれに限定されるものではなく、少なくとも１６μｍ×１６μｍから３９μｍ×３９μｍ程度までは問題ないことが確認されている。また、発熱抵抗体２３の形状も、正方形に限られるものではなく、長方形とすることもできる。さらには一つの吐出口１１当たりの発熱抵抗体２３の数も複数、例えば１０μｍ×２４μｍの長方形のものを２つ直列に接続した構成とすることもできる。
【００６７】
上述のように、発熱抵抗体２３の上下での保護膜に対する蓄熱層２２の熱抵抗比を適正にしたうえで、駆動通電時間が０．５μｓ〜２．０μｓの範囲となるような高周波駆動を行うことで、吐出方式は、発熱抵抗体２３の駆動により発生した気泡を大気に連通させる方式および連通させない方式のいずれにおいても、インクへの熱伝達効率を低下させることなく保護膜の劣化を効果的に防止し、発熱抵抗体の長寿命化を実現すると共に、放熱特性を向上させ、より高周波数での駆動を実現するという点で、大きな差はなく同等の優れた効果を得ることができる。
【００６８】
（インクジェットヘッドの構成例２）
図８は、本発明に好適に用いられるインクジェットヘッドの構成例２の、図７と同様の断面図である。なお、図８では、図７と同様の構成要素については図７と同じ符号を付している。
【００６９】
本例のインクジェットヘッドは、蓄熱層２２の一部を構成する２層の層間膜２２ｂ，２２ｃのうち一方の層間膜２２ｂを熱酸化膜２２ａと同様に部分的に形成し、もう一方の層間膜２２ｃのみが発熱抵抗体２３の直下に存在するように蓄熱層２２を形成している点がインクジェットヘッドの構成例１と相違している。つまり、本例では、蓄熱層２２として実質的に機能しているのは、単層の層間膜２２ｃである。その他の構成はインクジェットヘッドの構成例１と同じである。
【００７０】
層間膜２２ｃの膜厚は０．７μｍであり、従って、発熱抵抗体２３の直下での蓄熱層２２の厚さも０．７μｍである。また、層間膜２２ｃはインクジェットヘッドの構成例１と同様にＳｉＯ2で構成され、発熱抵抗体２３上の保護膜、すなわち絶縁膜２６および耐キャビテーション膜２７もインクジェットヘッドの構成例１と同様の材料および膜厚で構成されているので、本例における、保護膜に対する蓄熱層２２の熱抵抗比は２．００となる。
【００７１】
従って、本例のインクジェットヘッドによれば、前述したように、発熱抵抗体２３を０．５μｓ〜２．０μｓの範囲の駆動通電時間で駆動した場合に、インクジェットヘッドの構成例１と比較してさらに耐久性を向上させることができる。インクへの熱伝達効率を低下させないためには、駆動通電時間を０．５μｓ〜１．２μｓとするのが好ましい。また、層間膜２２ｃすなわち蓄熱層２２の厚みは、０．７〜１．４μｍの範囲で変更することができる。
【００７２】
（インクジェットヘッドの構成例３）
図９は、本発明に好適に用いられるインクジェットヘッドの構成例３の、図７と同様の断面図であり、図７と同様の構成要素については図７と同じ符号を付している。
【００７３】
本例のインクジェットヘッドは、蓄熱層２２において、熱酸化膜２２ａが流路に対応する部位には形成されていない点がインクジェットヘッドの構成例１と相違している。耐キャビテーション膜２７、絶縁膜２６、および各層間膜２２ｂ，２２ｃの材質や膜厚、その他の構成はインクジェットヘッドの構成例１と同じである。
【００７４】
熱酸化膜２２ａは、エッチングにより形成できる層間膜２２ｂ，２２ｃと比べて細いパターンで形成するのは困難であるため、流路に対応する部位に熱酸化膜２２ａを残すと流路が長くなる傾向にある。本例によれば、流路に対応する部位に熱酸化膜２２ａがないため、インクジェットヘッドの構成例１と比べて流路を短くすることができる。その結果、流路を短くして流路につながるインク室（不図示）を発熱抵抗体２３に近づけることができ、インク室から発熱抵抗体２３上へのインクの供給を効率よく行うことができる。したがって、本例によれば、インクジェットヘッドの構成例１と同様の効果に加え、さらに、高周波駆動対応など設計の自由度を向上させることができる。この観点で見れば、本例においては、熱酸化膜２２ａは必ずしも設けなくてもよい。
【００７５】
（インクジェットヘッドの構成例４）
図１０は、本発明に好適に用いられるインクジェットヘッドの構成例４の、図７と同様の断面図であり、図７と同様の構成要素については図７と同じ符号を付している。
【００７６】
本例のインクジェットヘッドも、蓄熱層２２の構造が上述した例と相違しており、具体的には、発熱部に対応する部分で、熱酸化膜２２ａ側の層間膜２２ｂがエッチングにより除去されるとともに、熱酸化膜２２ａもハーフエッチにより膜厚が薄くされている。本例では、蓄熱層２２として実質的に機能するのは、層間膜２２ｃと、熱酸化膜２２ａの残部であり、蓄熱層２２の総厚は、層間膜２２ｃの膜厚と熱酸化膜２２ａの残部の膜厚の和として考えればよい。本例は、層間膜２２ｃの膜厚を比較的厚くしたまま、蓄熱層２２の総厚を薄くするのに効果的な構成である。層間膜２２ｃを厚くすることで、層間膜２２ｃの直下にある電極配線２４の厚みを厚くすることができ、電極配線２４の配線抵抗を減少させることができる。
【００７７】
また、熱酸化膜２２ａをハーフエッチにより残すことは、流路につながるインク室（不図示）の形成にも良い効果をもたらす。流路にインクを供給するために、通常は、シリコンからなる基体２０のノズル部材１０が接合される面と反対側の面から基体２０に貫通孔を形成し、この貫通孔が開口した部分を供給口（図５参照）とする。貫通孔の形成には、単結晶シリコンの異方性エッチングによる方法が、寸法精度の点で優れている。例えば、基体２０のベースとなるシリコン基板として〈１００〉基板を用いた場合、異方性エッチングにより、（１１１）面を壁面とする四角錘台のインク室が得られる。（１１１）面は基板面に対して約５４度傾斜しており、図中、点線で示した断面となる。
【００７８】
ところで、シリコン基板中に稀に結晶欠陥等が存在することがある。異方性エッチングによる貫通孔の形成においても、結晶欠陥等が存在すると、その部分だけエッチングが優先的に進行し、インク室の一部に寸法異常が発生してしまう。これを解決するため、図１０に示したように、層間層２２ｂを除去した後の基体２０の貫通孔を形成する部位に、単結晶シリコンよりもエッチング速度の速い犠牲層２８を形成するのが望ましい。犠牲層２８は、製造工程上のエッチング時間にバラツキが生じた場合、または多結晶シリコン層のエッチング速度のバラツキが生じた場合などにおいて、貫通孔が設計値に対してバラツキが生じてしまうために、エッチングストップ層として用いられる。上記バラツキが大きく発生しない限りにおいて犠牲層はなくてもよいが、下記に犠牲層の詳細を述べる。
【００７９】
犠牲層２８は、貫通孔の形成によって除去される。犠牲層２８としては、多結晶シリコンやアルミニウムが適している。アルミニウムを使用する場合は、電極配線２４と同時に形成できるため、犠牲層２８を形成することによる工程の増加はなく、製造コストの上昇を抑えるという点でも有利である。
【００８０】
ただし、アルミニウムは多結晶シリコンと比べてエッチング速度が速いため、貫通孔を形成する際にシリコン基板の厚さのバラツキを考慮してエッチング時間を長めに設定した場合に、オーバーエッチングにより貫通孔が設計値よりも大きくなる傾向がある。このとき、図に示すように、犠牲層２８の近傍に熱酸化膜２２ａがあると、酸化シリコンはエッチング液（例えばＴＭＡＨ；水酸化テトラメチルアンモニウム）に不溶なため、エッチングストップ層として働き、図中、一点鎖線で示すように、貫通孔の拡大は熱酸化膜２２ａの端と接する位置までに制限される。同じ蓄熱層２２を構成する膜でも、層間膜２２ｂ，２２ｃに使われているようなＢＰＳＧ膜やプラズマＣＶＤによる膜は、膜が緻密でなくエッチング液に溶解してしまうので、エッチングストップ層としては適さない。
【００８１】
このように、熱酸化膜２２ａは、貫通孔を異方性エッチングにより形成する際のエッチングストップ層として利用することができるので、貫通孔が形成される領域の周囲を取り囲むように熱酸化膜２２ａを形成しておけば、犠牲層２８は必ずしも設けなくてもよい。
【００８２】
以上、構成例１〜４で述べたように、発熱抵抗体２３の下方およびその近傍における膜構成は様々な組み合わせが考えられるが、本発明の目的を達成するためには、発熱抵抗体２３の下方での熱抵抗が、発熱抵抗体２３の上方での熱抵抗に対して所定の範囲内にあればよく、それぞれの膜厚は他の要請によって定めてよい。例えば、絶縁性を確保するためには膜厚は厚いほうがよいが、コンタクトホールにより層間の導通を確保するためには、層間膜の膜厚を薄くし、上層の電極の段差部でのオープンを防止するほうがよい。
【００８３】
また、上述した各例では、吐出口１１が発熱抵抗体２３と対向する位置に形成されている、いわゆるサイドシュータタイプのインクジェットヘッドを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１１に示すような、いわゆるエッジシュータタイプのインクジェットヘッド３０にも適用することができる。
【００８４】
エッジシュータタイプのインクジェットヘッド３０も、サイドシュータタイプのインクジェットヘッドと同様、基体５０とこれに接合されたノズル材４０とを有しているが、ノズル材４０の構造がサイドシュータタイプのインクジェットヘッドと異なっている。具体的には、吐出口４１の位置が、発熱抵抗体５３と対向する位置ではなくノズル材４０の端面に形成されており、インクは、基体５０の上面とほぼ平行な方向に吐出される。
【００８５】
このようなエッジシュータタイプのインクジェットヘッド３０においても、基体５０における保護膜および蓄熱層５２の構成に上述した本発明の構成を適用することで、サイドシュータタイプのインクジェットヘッドと同様の効果が得られる。
【００８６】
以上説明したように、インクジェットヘッドが２．０μｓ以下の駆動パルス幅で駆動される場合に、発熱抵抗体の下方の蓄熱層の熱抵抗を、発熱抵抗体の上方の保護膜の熱抵抗の２倍以上かつ５倍未満の範囲に設定することで、インクへの熱伝達効率を低下させることなく、発熱抵抗体上の熱による「コゲ」の発生を抑制するとともに保護膜の劣化を防止し、発熱抵抗体の長寿命化を実現することができる。また、リボイルや熱蓄積の防止により放熱特性を向上させ、より高周波数での駆動を実現することができる。
【００８７】
また、吐出するインク滴のサイズを小さくしても、本発明の構成を採用することにより、インクジェットヘッドの耐久性を従来に比べて数倍〜１０倍程度向上させることが可能になり、超高画質での記録が実現できるといった効果も有する。耐久性を向上させることにより、長期的に見たランニングコストを低減することができる。さらには、耐久性が向上することにより、吐出するインク滴のサイズを小さくしても、発熱抵抗体の数を増やしたり発熱抵抗体をむやみに高密度に配列したりする必要もないので、インクジェットヘッドの製造工程やインクジェットヘッドの駆動回路等の簡略化も含め、全体的なコストダウンにもつながる。また、蓄熱層の厚みに一定の公差があってもインクへの熱伝達効率が低下しないため、インクジェットヘッドの製造公差マージンが増えるとともに歩留まりも向上し、さらに設計の自由度も向上するという効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の概要を説明する、発熱抵抗体を０．８μｓで駆動したときの、駆動パルス印加時点からの発熱抵抗体の表面温度の時間経過による変化の関係を示す、シミュレーションによるグラフである。
【図２】本発明の概要を説明する、試作ヘッドによる蓄熱層の厚みと耐久パルス数の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の概要を説明する、シミュレーションによる蓄熱層の厚みと発熱抵抗体の単位面積当たりのインク臨界発泡エネルギーとの関係を示すグラフである。
【図４】本発明の概要を説明する、蓄熱層の厚みと、蓄熱層／保護膜の熱抵抗比との関係を示すグラフである。
【図５】本発明に好適に用いられるインクジェットヘッドの構成例１の、吐出口側から見た要部平面図である。
【図６】図５に示す発熱抵抗体の一つを拡大して示す、基体の平面図である。
【図７】図４に示すインクジェットヘッドのＢ−Ｂ前断面図を示す。
【図８】本発明に好適に用いられるインクジェットヘッドの構成例２の、図７と同様の断面図である。
【図９】本発明に好適に用いられるインクジェットヘッドの構成例３の、図７と同様の断面図である。
【図１０】本発明に好適に用いられるインクジェットヘッドの構成例４の、図７と同様の断面図である。
【図１１】本発明を適用したエッジシュータタイプのインクジェットヘッドの一例の断面図である。
【図１２】本発明のインクジェット記録装置の一例を示す模式的斜視図である。
【図１３】図１２に示すインクジェット記録装置の動作を制御する制御回路の一例のブロック図である。
【図１４】従来のインクジェットヘッドの、一つの発熱抵抗体の部分での模式的断面図である。
【図１５】インクジェットヘッドにおける伝熱の原理を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００８９】
１，３０    インクジェットヘッド
１０，４０    ノズル材
１１，４１    吐出口
１２    インクチャンバ
２０，５０    基体
２２，５２    蓄熱層
２３，５３    発熱抵抗体
２６，５６    絶縁膜
２７，５７    耐キャビテーション膜
【図１】
2005205891.tif 000003
【図２】
2005205891.tif 000004
【図３】
2005205891.tif 000005
【図４】
2005205891.tif 000006
【図５】
2005205891.tif 000007
【図６】
2005205891.tif 000008
【図７】
2005205891.tif 000009
【図８】
2005205891.tif 000010
【図９】
2005205891.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2005205891.tif 000013
【図１２】
2005205891.tif 000014
【図１３】
2005205891.tif 000015
【図１４】
2005205891.tif 000016
【図１５】
2005205891.tif 000017