(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱抵抗体と一対の電極とを被着したヘッド基板と、その上方に配される天板とを具備し、前記ヘッド基板−天板間に充填されるインクを発熱抵抗体の熱によってインク吐出孔より吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記発熱抵抗体をＴａ-Ｎｉ-ＳｉＯx（１．２≦ｘ≦２．０）系抵抗材料により形成するとともに該抵抗材料中のタンタル（Ｔａ）含有率を４８原子％〜７０原子％に、ニッケル（Ｎｉ）含有率を０．１原子％〜２．０原子％に設定し、前記発熱抵抗体は酸素（Ｏ）を０．５原子％以上含有する無機質化合物により形成された保護膜で被覆されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記保護膜がＳｉ-Ｏ-Ｎ系の無機質化合物により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記保護膜中の酸素含有量が発熱抵抗体側に向かって漸次大きく成してあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記一対の電極がアルミニウム（Ａｌ）から成り、発熱抵抗体との界面近傍に珪素（Ｓｉ）を０．０１原子％〜０．１原子％含有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録紙にインク滴を所定パターンに付着させて画像を形成するインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、記録紙に画像を形成するための記録デバイスとしてインクジェットヘッドが用いられている。
【０００３】
インクジェットヘッドの記録方式には、インク滴を記録紙に向けて吐出させるのに発熱抵抗体の発する熱エネルギーを利用するものや圧電素子の変形を利用するもの，更には電磁波の照射に伴って発生する熱を利用するもの等があり、これらの中でも発熱抵抗体の熱エネルギーを利用するタイプのものは、発熱抵抗体のパターニングが容易である上に、小さな面積の発熱抵抗体であっても比較的大きな熱エネルギーを発生させることができることから、高密度記録への対応に適したものとして注目されている。
【０００４】
かかる従来のインクジェットヘッドとしては、ベースプレートの上面に、多数の発熱抵抗体及び該発熱抵抗体の両端に接続される一対の電極を被着してなるヘッド基板と、前記発熱抵抗体と１対１に対応した多数のインク吐出孔を有する天板とを、間に所定の間隙を形成するように配設するとともに、前記ヘッド基板−天板間の間隙にインクを充填した構造を有しており、前記天板の外表面に沿って記録紙を搬送しながら、発熱抵抗体を外部からの画像データに基づいて個々に選択的に発熱させ、この熱エネルギーによってインク中に気泡を発生させるとともに、該発生した気泡による圧力でもってインクの一部をインク吐出孔より外部に吐出させ、これらのインク滴を記録紙に付着させることによって所定の画像が記録される。
【０００５】
尚、発熱抵抗体を形成する電気抵抗材料としては、Ｔａ2ＮやＴａＡｌ，ＴａＳｉ，ＨｆＢ2等が一般的に用いられており、記録動作時、パルス幅１０μｓｅｃ〜１２μｓｅｃ、電力値０．３３Ｗ〜０．４０Ｗの電力パルスを発熱抵抗体に印加することで発熱抵抗体をジュール発熱させ、インク中に気泡を発生させていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、インクジェットヘッドを用いた印画において、駆動周期０．１ｍｓｅｃ以下の高速記録にも対応できるように、インク滴の吐出に要する時間を出来るだけ短縮することが求められており、かかる要求を満たすべく、発熱抵抗体を大きな電力パルス（パルス幅０．５μｓｅｃ〜２．０μｓｅｃ、電力値１．６０〜４．１０Ｗ）で発熱・駆動させて、発熱抵抗体の温度を短時間で印画に必要な所定の温度まで上昇させることが検討されている。
【０００７】
しかしながら、上述した従来のインクジェットヘッドにおいては、発熱抵抗体がＴａ2ＮやＴａＡｌ等の電気抵抗材料により形成されており、これらの抵抗材料はＴａやＡｌ等の金属成分を比較的多量に含んでいることから、上述の電力パルスを発熱抵抗体に印加して高速記録を行うと、発熱抵抗体がそれ自体の発する熱によりアニールされて結晶化し、抵抗値を大幅に変動させてしまうことがある。その場合、発熱抵抗体を所望する温度で発熱させることが不可となるため、インク滴の吐出量や吐出速度にバラツキを生じて、画像の歪みや濃度ムラ等の印画不良を発生する欠点を有していた。
【０００８】
またＴａ2ＮやＴａＡｌ等のように金属成分を多量に含む発熱抵抗体は、スパッタリング等によって形成された際、その内部に大きな応力が蓄積される。そのため、機械的強度に乏しくなる傾向があり、インク中で発生した気泡が消滅する際の大きな衝撃が発熱抵抗体に繰り返し印加されると、これらの衝撃によって発熱抵抗体に割れ等の破損を招来する欠点が誘発される。
【０００９】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、歪みや濃度ムラの少ない良好な画像を高速で記録することができる高信頼性のインクジェットヘッドを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドは、発熱抵抗体と一対の電極とを被着したヘッド基板と、その上方に配される天板とを具備し、前記ヘッド基板−天板間に充填されるインクを発熱抵抗体の熱によってインク吐出孔より吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記発熱抵抗体をＴａ-Ｎｉ-ＳｉＯx（１．２≦ｘ≦２．０）系抵抗材料により形成するとともに該抵抗材料中のタンタル（Ｔａ）含有率を４８原子％〜７０原子％に、ニッケル（Ｎｉ）含有率を０．１原子％〜２．０原子％に設定したことを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明のインクジェットヘッドは、前記発熱抵抗体が、酸素（Ｏ）を０．５原子％以上含有する無機質化合物により形成された保護膜で被覆されていることを特徴とするものである。
【００１２】
更に、本発明のインクジェットヘッドは、前記保護膜がＳｉ-Ｏ-Ｎ系の無機質化合物により形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また更に、本発明のインクジェットヘッドは、前記保護膜中の酸素含有量が発熱抵抗体側に向かって漸次大きく成してあることを特徴とするものである。
【００１４】
更にまた、本発明のインクジェットヘッドは、前記一対の電極がアルミニウム（Ａｌ）から成り、発熱抵抗体との界面近傍に珪素（Ｓｉ）を０．０１原子％〜０．１原子％含有することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明のインクジェットヘッドによれば、発熱抵抗体をＴａ-Ｎｉ-ＳｉＯx（１．２≦ｘ≦２．０）系抵抗材料により形成するとともに該抵抗材料中のタンタル（Ｔａ）含有率を４８原子％〜７０原子％に、ニッケル（Ｎｉ）含有率を０．１原子％〜２．０原子％にそれぞれ設定するようにしたことから、駆動周期０．１ｍｓｅｃ以下の高速印画を行うべく、発熱抵抗体に大きな電力パルスを繰り返し印加したとしても、発熱抵抗体を形成する電気抵抗材料の結晶化がニッケル（Ｎｉ）の作用によって有効に抑えられ、発熱抵抗体の抵抗値が長期にわたり略一定に保たれるようになる。従って、発熱抵抗体を所望する温度で発熱させることができるようになり、インク滴の吐出量及び吐出速度を均一化して、歪みや濃度ムラの少ない良好な印画を形成することが可能となる。
【００１６】
しかもこの場合、発熱抵抗体を形成した際、その内部に蓄積される応力をニッケル（Ｎｉ）等の作用により低減させて、発熱抵抗体の機械的強度を高めることができる。従って、インク中で発生した気泡が消滅する際の大きな衝撃が発熱抵抗体に繰り返し印加されても、このような衝撃によって発熱抵抗体に割れ等の破損が生じることは殆どなく、インクジェットヘッドの信頼性を向上させることもできる。
【００１７】
また本発明のインクジェットヘッドによれば、上記発熱抵抗体を、酸素（Ｏ）を０．５原子％以上含有する無機質化合物で形成した保護膜により被覆されているため、保護膜中の酸素（Ｏ）と発熱抵抗体中の珪素（Ｓｉ）とを強固に結合させて、発熱抵抗体に対する保護膜の密着強度を高めることができ、発熱抵抗体−保護膜間の熱応力等に起因した保護膜の剥離を有効に防止することが可能となる。
【００１８】
更に本発明のインクジェットヘッドによれば、前記保護膜中の酸素含有量が発熱抵抗体側に向かって漸次大きくなるように酸素含有量を調整しておくことにより、発熱抵抗体の近傍に保護膜中の酸素を数多く分布させることができ、これらの酸素を発熱抵抗体中の珪素と数多く結合させることで、発熱抵抗体に対する保護膜の密着強度を更に高めることができる。
【００１９】
また更に本発明のインクジェットヘッドによれば、発熱抵抗体に接続される一対の電極をアルミニウムにより形成し、これら電極の下部領域に発熱抵抗体中に存在していた珪素を０．０１原子％〜０．１原子％だけ拡散させておくことにより、発熱抵抗体と一対の電極との界面近傍で珪素とアルミニウムとが良好に結合し、一対の電極を発熱抵抗体に対して強固に被着させておくことができる。従って、インク中で発生した気泡が消滅する際の大きな衝撃等によって一対の電極が発熱抵抗体より剥離するといった不具合も有効に防止されるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図、図２は図１のインクジェットヘッドの断面図であり、同図に示すインクジェットヘッドは、ヘッド基板１と天板６とを間に所定の間隙を形成するようにして略平行に配設するとともに前記間隙にインク８を充填して構成されている。
【００２１】
前記ヘッド基板１は、例えば、全面を酸化珪素（ＳｉＯ2）等から成る絶縁膜で被覆した単結晶シリコン製の板体をベースプレート２として使用するもので、その上面には、多数の発熱抵抗体３や一対の電極４等が所定パターンに被着され、これらを保護膜５で被覆している。
【００２２】
前記ベースプレート２は、その上面で発熱抵抗体３や一対の電極４等を支持するための支持母材として機能するものであり、単結晶シリコンから成る場合、従来周知のチョコラルスキー法（引き上げ法）等によって形成した単結晶シリコンのインゴット（塊）を所定厚みにスライスすることによって製作され、得られたベースプレート２の全面を従来周知の熱酸化法を採用し所定の深さ領域まで酸化することにより前述の絶縁膜が形成される。
【００２３】
また前記ベースプレート２の上面に設けられる多数の発熱抵抗体３は、例えば６００ｄｐｉ（dot per inch）の密度で主走査方向に直線状に配列されており、その各々がＴａ-Ｎｉ-ＳｉＯx（１．２≦ｘ≦２．０）系抵抗材料により形成されている。
【００２４】
従って、各発熱抵抗体３の両端に接続される一対の電極４を介して発熱抵抗体３に電源電力（パルス幅０．５μｓｅｃ〜２．０μｓｅｃ、電力値１．６Ｗ〜４．１Ｗ）が印加されると、ジュール発熱を起こし、インク８中に気泡Ａを発生するのに必要な所定の温度（５００℃〜８００℃）となる。
【００２５】
また前記発熱抵抗体３は、Ｔａ-Ｎｉ-ＳｉＯx（１．２≦ｘ≦２．０）系抵抗材料により形成されていることに加えて、タンタル（Ｔａ）含有率が４８原子％〜７０原子％に、ニッケル（Ｎｉ）含有率が０．１原子％〜２．０原子％に設定され、更に残部が微量（０．５ｗｔ％以下）の不純物（Ｆｅ，Ｃ等）とで形成されている。
【００２６】
このような電気抵抗材料からなる発熱抵抗体３は、ニッケル（Ｎｉ）の作用によって結晶化が有効に抑えられるため、駆動周期０．１ｍｓｅｃ以下の高速印画を行うべく、発熱抵抗体３に大きな電力パルスを繰り返し印加したとしても、発熱抵抗体３の抵抗値を長期にわたり略一定に保つことができ、発熱抵抗体３を常に所望する温度で発熱させることができる。
【００２７】
また前記発熱抵抗体３は、シリコン（Ｓｉ）に対する酸素（Ｏ）の割合ｘが１．２≦ｘ≦２．０に、タンタル（Ｔａ）含有率が４８原子％〜７０原子％に、ニッケル（Ｎｉ）含有率が０．１原子％〜２．０原子％にそれぞれ設定されているため、ニッケル（Ｎｉ）の作用によって、その機械的強度が有効に高められる。従って、インク８中で発生した気泡Ａが消滅する際の大きな衝撃が発熱抵抗体３に繰り返し印加されても、このような衝撃によって発熱抵抗体３に割れ等の破損が生じることは殆どなく、インクジェットヘッドの信頼性を向上させることもできる。
【００２８】
ここで、前記発熱抵抗体３中のタンタル（Ｔａ）の含有率が７０原子％を超えると、発熱抵抗体３中に流れる電流によって発熱抵抗体３の結晶化が促進され、発熱抵抗体３の寿命が短くなる恐れがあり、またタンタル（Ｔａ）の含有率が４８原子％よりも小さいと、発熱抵抗体そのものの機械的強度が不足する不都合がある。
【００２９】
また、発熱抵抗体３中のニッケル（Ｎｉ）含有率が２．０原子％を超えると、大きな電力パルスを印加しながらインクジェットヘッドを長期にわたって使用した際に、発熱抵抗体３の発熱時にニッケル（Ｎｉ）が偏析して、発熱抵抗体３の抵抗値が大きく低下する恐れがあり、またニッケル（Ｎｉ）含有率が０．１原子％よりも小さくなると、発熱抵抗体３中の各組成物をニッケル（Ｎｉ）で良好に接着することができなくなり、発熱抵抗体そのものの機械的強度が十分に改善されないという不都合がある。
【００３０】
一方、発熱抵抗体３をＴａ-Ｎｉ-ＳｉＯx（１．２≦ｘ≦２．０）系抵抗材料により形成するのは、シリコン（Ｓｉ）に対する酸素（Ｏ）の割合ｘをｘ＜１．２に設定すると、発熱抵抗体３の抵抗値が極端に小さくなりすぎて、インクジェットヘッドの消費電力が極めて大きくなってしまう不都合があり、またシリコン（Ｓｉ）に対する酸素（Ｏ）の割合ｘをｘ＞２．０に設定すると、発熱抵抗体３の抵抗値が極端に大きくなりすぎて、発熱抵抗体３を所望する温度で発熱させるのに長時間を要してしまい、駆動周期０．１ｍｓｅｃ以下の高速記録にも供することができるインクジェットヘッドの実現が困難となる。
【００３１】
従って、前記発熱抵抗体３をＴａ-Ｎｉ-ＳｉＯx（１．２≦ｘ≦２．０）系抵抗材料により形成するとともに、該抵抗材料中のタンタル（Ｔａ）含有率を４８原子％〜７０原子％に、ニッケル（Ｎｉ）含有率を０．１原子％〜２．０原子％に設定しておくことが重要である。
【００３２】
尚、前記発熱抵抗体３は、例えば従来周知のスパッタリング法を採用し、上述の電気抵抗材料をベースプレート２上に所定厚みに被着させることで抵抗体膜を形成し、しかる後、これを従来周知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって所定パターンに加工することにより形成される。また、スパッタリングの際に用いるターゲット材として、Ｔａ50（ＳｉＯ1.5）48Ｎｉ2を用いる場合、例えば、タンタル（Ｔａ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、タンタルシリサイド（ＴａＳｉ）及びニッケル（Ｎｉ）の粉末を３８：３６：１２：２のモル比で混合し、この混合物を焼結することにより製作される。
【００３３】
また、前記発熱抵抗体３に接続される一対の電極４は、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属により所定パターンを成すように被着・形成されており、図示しないドライバーＩＣ等を介して供給される電力を発熱抵抗体３に印加する作用を為す。
【００３４】
ここで、一対の電極４をアルミニウムにより形成し、発熱抵抗体３との界面近傍（界面より２０Å〜１００Å電極４側の領域）に、珪素を０．０１原子％〜０．１原子％だけ含有させておけば、この領域で珪素とアルミニウムとが結合し、一対の電極４を発熱抵抗体３に対して強固に被着させておくことができる。従って、インク８中に発生した気泡Ａが消滅する際に生じる大きな衝撃が発熱抵抗体３に繰り返し印加されても、一対の電極４が発熱抵抗体３より剥離するといった不具合を有効に防止することができる。
【００３５】
尚、アルミニウムから成る電極４に含まれる珪素の含有率が０．０１原子％よりも小さいと、アルミニウムと結合する珪素原子の数が少なすぎて、一対の電極４を発熱抵抗体３に対して強固に被着させておくことができず、また珪素の含有率が０．１原子％を超えると、発熱抵抗体３−電極４間の界面近傍における珪素原子の量が過剰となり、この部分の電気抵抗が大となる不都合がある。
【００３６】
従って、一対の電極４をアルミニウムにより形成し、発熱抵抗体３との界面近傍に珪素を０．０１原子％〜０．１原子％だけ含有させておくことが好ましい。
【００３７】
このような一対の電極４は、従来周知の薄膜手法、具体的にはスパッタリング、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術等を採用し、アルミニウム等の金属をベースプレート２上に所定厚み、所定パターンに被着させることにより形成される。
【００３８】
また上記電極４の下部領域、具体的には発熱抵抗体３との界面近傍に珪素を０．０１原子％〜０．１原子％だけ含有させるには、発熱抵抗体３及び一対の電極４を形成した後、これらを３８０℃〜５５０℃の温度で１２０秒〜７００秒程度加熱して、発熱抵抗体３中の珪素を電極４に所定量拡散させる。
【００３９】
そして上述した発熱抵抗体３や一対の電極４等の上面には保護膜５が被着され、この保護膜５によって発熱抵抗体３や一対の電極４を被覆している。
【００４０】
前記保護膜５は、例えばＳｉ3Ｎ4やＳｉＯＮ等の緻密な無機質化合物により形成されており、発熱抵抗体３等をインク中に含まれている水分の接触による腐食から保護する作用を為す。
【００４１】
ここで、前記保護膜５を、酸素（Ｏ）を０．５原子％以上含有する無機質化合物により形成しておけば、保護膜５中の酸素（Ｏ）と発熱抵抗体３中の珪素（Ｓｉ）とが強固に結合されて、発熱抵抗体３に対する保護膜５の密着強度を高めることができ、発熱抵抗体３−保護膜５間の熱応力等に起因した保護膜５の剥離が有効に防止されるようになる。
【００４２】
従って、前記保護膜５を、酸素（Ｏ）を０．５原子％以上含有する無機質化合物により形成しておくことが好ましい。
【００４３】
更に前記保護膜５中の酸素含有量が発熱抵抗体３側に向かって漸次大きくなるように酸素含有量を調整しておくことにより、発熱抵抗体３の近傍に保護膜５中の酸素（Ｏ）を数多く分布させることができることから、これらの酸素を発熱抵抗体３中の珪素と数多く結合させることで、発熱抵抗体３に対する保護膜５の密着強度を更に高めることができる。
【００４４】
尚、前記保護膜５は、上述の無機質材料を発熱抵抗体３等の上面に従来周知のスパッタリング等によって所定の厚みに被着させることにより形成される。
【００４５】
また保護膜５中の酸素含有量を発熱抵抗体３側に向かって漸次大きくなすには、上述したスパッタリングのプロセスにおいて、スパッタリング装置のチャンバー内に注入される酸素ガスの濃度を漸次小さくしながら保護膜５を形成するようにすればよい。
【００４６】
一方、前記天板６は、ヘッド基板１との間に図示しないスペーサ等を介して例えば２０μｍ〜３００μｍの間隙を形成するようにしてヘッド基板１に対し略平行に配設される。
【００４７】
この天板６は、発熱抵抗体３と１対１に対応する多数のインク吐出孔７を有しており、これらのインク吐出孔７が発熱抵抗体３の真上に位置するようにしてヘッド基板１上に配設・固定される。
【００４８】
前記天板６のインク吐出孔７は、その直径が１０μｍ〜１００μｍの大きさに設定されており、インクジェットヘッドの記録動作時、発熱抵抗体３の発熱に伴いインク８中に気泡Ａが発生すると、気泡発生時の圧力でもってインク滴ｉをインク吐出孔７より外部に吐出させる。
【００４９】
尚、前記天板６は、モリブデン等の金属やアルミナセラミックス等の電気絶縁性材料あるいは感光性樹脂から成り、例えばモリブデンから成る場合、モリブデンのインゴット（塊）を従来周知の金属加工法によって所定厚みの板体と成し、得られた板体に従来周知のレーザー加工によってインク吐出孔７を厚み方向に穿設することにより製作され、得られた天板６をヘッド基板１上にスペーサを介して載置させることによりヘッド基板１上の所定位置に固定される。
【００５０】
そして、ヘッド基板１−天板６間に形成される隙間にはインク８が充填される。
このようなインク８としては、例えば顔料タイプの水性インクや水性染料インク等が使用され、該インク８は図示しないインクタンクからヘッド基板１−天板６間に供給され、前述した発熱抵抗体３の発熱に伴う熱エネルギーによってインク８中に気泡Ａが発生すると、該気泡Ａによる圧力でもってインク８の一部がインク滴ｉとなってインク吐出孔７より外部に吐出される。
【００５１】
かくして上述したインクジェットヘッドは、記録紙を天板６の外表面に沿ってインク吐出孔７上に搬送しながら、多数の発熱抵抗体３を外部からの画像データに基づいて個々に選択的に発熱させ、この熱エネルギーによって発熱抵抗体３上のインク８中に気泡Ａを発生させるとともに、該発生した気泡Ａによる圧力でもってインク８の一部をインク吐出孔７より外部に吐出させ、これらのインク滴ｉを記録紙に付着させることによって所定の印画が形成される。
【００５２】
このとき、発熱抵抗体３は、前述した如く、常に所望する温度で発熱するようになっていることから、インク滴ｉの吐出量及び吐出速度は均一化され、歪みや濃度ムラの少ない良好な印画を形成することができる。
【００５３】
尚、本発明は、上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更、改良等が可能である。
【００５４】
例えば、上述の実施形態においては、インク吐出孔７を天板６に設け、インク吐出孔７を発熱抵抗体３の真上に配置させるようにしたが、これに代えて、インク吐出孔７を発熱抵抗体３に対しずらして配置させるようにしても良いし、或いは、インク滴ｉをヘッド基板１のエッジより吐出させるエッジシュータータイプのインクジェットヘッドに本発明を適用しても構わない。
【００５５】
また上述の実施形態においては、ベースプレート２の全面に絶縁膜を形成するようにしたが、これに代えて、ベースプレート２と発熱抵抗体３、一対の電極４とを電気的に絶縁させるために必要な領域のみ、具体的にはベースプレートの上面のみ、上面と側面のみ、あるいは、上面の一部にだけ絶縁膜を形成するようにしても構わない。
【００５６】
更に上述の実施形態において、ベースプレート２と天板６との間に、隣接する発熱抵抗体３間に、両者を隔てるように配置される隔壁部材を介在させても良く、更に、かかる隔壁部材と前記天板６とをエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の樹脂材料により一体的に形成しても良い。
【００５７】
また更に上述の実施形態において、ベースプレート２上に発熱抵抗体３の発熱を制御するドライバーＩＣを搭載するようにしても良いことは言うまでもない。
【００５８】
（実験例）
次に本発明の作用効果を実験例に基づき説明する。
まず、Ｔａ-Ｎｉ-ＳｉＯx系抵抗材料から成る発熱抵抗体中のシリコン（Ｓｉ）に対する酸素（Ｏ）の割合ｘとタンタル（Ｔａ）含有率とニッケル（Ｎｉ）含有率を少しずつ変化させて１８０個のインクジェットヘッドサンプル（サンプルNo.1〜No.180）を作成し、これらのサンプルについて発熱抵抗体の抵抗値変化率ΔＲ／Ｒを個別に測定した後、この測定中における発熱抵抗体の破損の有無を調べ、最後に測定後のサンプルを用いて実際に記録紙に印画を形成して画像歪みの有無について調べた。
【００５９】
上述の抵抗値変化率ΔＲ／Ｒとは、発熱抵抗体の初期の抵抗値をΩ1、発熱抵抗体に電力パルス（パルス幅０．６μｓｅｃ、電力値２．６Ｗ）を１０ｋＨｚの周波数で１．０×１０8回印加した後の抵抗値をΩ2で表したとき、（Ω1−Ω2）／Ω1×１００（％）で求められる値のことである。
【００６０】
尚、この実験に用いたインクジェットヘッドサンプルの発熱抵抗体は、そのサイズを全て２５μｍ×２５μｍに、厚みを全て０．０６μｍに揃えた。
これらの実験結果を表１〜表５に示す。
【００６１】
【表１】
0003904972.tif 000002
【００６２】
【表２】
0003904972.tif 000003
【００６３】
【表３】
0003904972.tif 000004
【００６４】
【表４】
0003904972.tif 000005
【００６５】
【表５】
0003904972.tif 000006
【００６６】
表１〜表５に示す実験結果によれば、Ｔａ-Ｎｉ-ＳｉＯx系抵抗材料からなる発熱抵抗体３のシリコン（Ｓｉ）に対する酸素（Ｏ）の割合ｘを１．２≦ｘ≦２．０に、発熱抵抗体中のタンタル（Ｔａ）含有率を４８原子％〜７０原子％に、ニッケル（Ｎｉ）含有率を０．１原子％〜２．０原子％にそれぞれ設定したNo.44〜No.47,No.50〜No.53,No.56〜No.59,No.62〜No.65.No.80〜No.83,No.86〜No.89,No.92〜No.95,No.98〜No.101,No.116〜No.119,No.122〜No.125,No.128〜No.131,No.134〜No.137のインクジェットヘッドサンプルについては、発熱抵抗体に破損を生じたサンプルが一切なく、抵抗値変化率ΔＲ／Ｒも０％〜−５％の狭い範囲に収まっており、印画試験においても歪みの無い良好な画像が得られている。
【００６７】
特にニッケル（Ｎｉ）含有率を０．５原子％〜１．０原子％の範囲に設定したNo.45,No.46,No.51,No.52,No.57,No.58,No.63,No.64,No.81,No.82,No.87,No.88,No.93,No.94,No.99,No.100,No.117,No.118,No.123,No.124,No.129,No.130,No.135,No.136のインクジェットヘッドサンプルについては、抵抗値変化率ΔＲ／Ｒが０％〜−２％の極めて狭い範囲に収まっており、発熱抵抗体の抵抗値変動が極めて小さく抑えられていることが判る。
【００６８】
これに対し、Ｔａ-Ｎｉ-ＳｉＯx系抵抗材料から成る発熱抵抗体中のシリコン（Ｓｉ）に対する酸素（Ｏ）の割合ｘが１．２≦ｘ≦２．０に、タンタル（Ｔａ）含有率が４８原子％〜７０原子％の範囲内にそれぞれ設定されていても、ニッケル（Ｎｉ）含有率が０．１原子％よりも小さいNo.43,No.49,No.55,No.61,No.79,No.85,No.91,No.97,No.115,No.121,No.127,No.133のインクジェットヘッドサンプルや、ニッケル（Ｎｉ）含有率が２．０原子％を超える値に設定されているNo.48,No.54,No.60,No.66,No.84,No.90,No.96,No.102,No.120,No.126,No.132,No.138のインクジェットヘッドサンプルでは、抵抗値変化率ΔＲ／Ｒが−８％を超える大きな値となっており、印画試験においても画像の歪みが確認されている。
【００６９】
また、タンタル（Ｔａ）含有率が７０原子％を超える、あるいはタンタル（Ｔａ）含有率が４８原子％よりも小さなNo.1〜No.6,No.31〜No.42,No.67〜No.78,No.103〜No.114のインクジェットヘッドサンプルでは、発熱抵抗体に電力パルスを１．０×１０8回印加する前に、発熱抵抗体が破損してしまい、インクジェットヘッドとして使用することができない状態となった。またNo.139〜No.144のインクジェットヘッドサンプルでは、抵抗値が４８０Ω以上と極めて大きく、駆動周期０．１ｍｓｅｃ以下の高速記録にも供することができるインクジェットヘッドサンプルを得ることができなかった。
【００７０】
一方、シリコン（Ｓｉ）に対する酸素（Ｏ）の割合ｘがｘ＜１．２となっているNo.7〜No.30のインクジェットヘッドサンプルでは、画像記録前、画像記録後双方における発熱抵抗体の抵抗値が極端に小さくなりすぎて、インクジェットヘッドの消費電力が極めて大きくなった。またシリコン（Ｓｉ）に対する酸素（Ｏ）の割合ｘがｘ＞２．０となっているNo.145〜No.180のインクジェットヘッドサンプルでは、発熱抵抗体の抵抗値が８００Ω以上と極端に大きくなり、駆動周期０．１ｍｓｅｃ以下の高速記録にも供することができるインクジェットヘッドサンプルを得ることができなかった。
【００７１】
以上の実験結果から、発熱抵抗体の破損を有効に防止し、且つ発熱抵抗体の抵抗値変動を小さく抑えて歪みの無い良好な画像を得るには、発熱抵抗体中のシリコンに対する酸素の割合ｘを１．２≦ｘ≦２．０に、タンタル（Ｔａ）含有率を４８原子％〜７０原子％に、ニッケル（Ｎｉ）含有率を０．１原子％〜２．０原子％にそれぞれ設定しておけば良いことが判り、特にニッケル（Ｎｉ）含有率を０．５原子％〜１．０原子％の範囲内に設定しておけば、発熱抵抗体の抵抗値変動をより有効に抑えることができることが判る。
【００７２】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドによれば、発熱抵抗体をＴａ-Ｎｉ-ＳｉＯx（１．２≦ｘ≦２．０）系抵抗材料により形成するとともに該抵抗材料中のタンタル（Ｔａ）含有率を４８原子％〜７０原子％に、ニッケル（Ｎｉ）含有率を０．１原子％〜２．０原子％にそれぞれ設定するようにしたことから、駆動周期０．１ｍｓｅｃ以下の高速印画を行うべく、発熱抵抗体に大きな電力パルスを繰り返し印加したとしても、発熱抵抗体を形成する電気抵抗材料の結晶化がニッケル（Ｎｉ）の作用によって有効に抑えられ、発熱抵抗体の抵抗値が長期にわたり略一定に保たれるようになる。従って、発熱抵抗体を所望する温度で発熱させることができるようになり、インク滴の吐出量及び吐出速度を均一化して、歪みや濃度ムラの少ない良好な印画を形成することが可能となる。
【００７３】
しかもこの場合、発熱抵抗体を形成した際、その内部に蓄積される応力をニッケル（Ｎｉ）等の作用により低減させて、発熱抵抗体の機械的強度を高めることができる。従って、インク中で発生した気泡が消滅する際の大きな衝撃が発熱抵抗体に繰り返し印加されても、このような衝撃によって発熱抵抗体に割れ等の破損が生じることは殆どなく、インクジェットヘッドの信頼性を向上させることもできる。
【００７４】
また本発明のインクジェットヘッドによれば、上記発熱抵抗体を、酸素（Ｏ）を０．５原子％以上含有する無機質化合物で形成した保護膜により被覆しておくことにより、保護膜中の酸素（Ｏ）と発熱抵抗体中の珪素（Ｓｉ）とを強固に結合させて、発熱抵抗体に対する保護膜の密着強度を高めることができ、発熱抵抗体−保護膜間の熱応力等に起因した保護膜の剥離を有効に防止することが可能となる。
【００７５】
更に本発明のインクジェットヘッドによれば、前記保護膜中の酸素含有量が発熱抵抗体側に向かって漸次大きくなるように酸素含有量を調整しておくことにより、発熱抵抗体の近傍に保護膜中の酸素を数多く分布させることができ、これらの酸素を発熱抵抗体中の珪素と数多く結合させることで、発熱抵抗体に対する保護膜の密着強度を更に高めることができる。
【００７６】
また更に本発明のインクジェットヘッドによれば、発熱抵抗体に接続される一対の電極をアルミニウムにより形成し、これら電極の下部領域に発熱抵抗体中に存在していた珪素を０．０１原子％〜０．１原子％だけ拡散させておくことにより、発熱抵抗体と一対の電極との界面近傍で珪素とアルミニウムとが良好に結合し、一対の電極を発熱抵抗体に対して強固に被着させておくことができる。従って、インク中で発生した気泡が消滅する際の大きな衝撃等によって一対の電極が発熱抵抗体より剥離するといった不具合も有効に防止されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１・・・ヘッド基板、２・・・ベースプレート、３・・・発熱抵抗体、４・・・一対の電極、５・・・保護膜、６・・・天板、７・・・インク吐出孔、８・・・インク
【図１】
0003904972.tif 000007
【図２】
0003904972.tif 000008