用于喷墨头的衬底、使用所述衬底的喷墨头及其制造方法技术

一种用于喷墨头的衬底，包括：加热电阻器，产生用于从油墨排出口中排出油墨的热能；设在加热电阻器上方的绝缘保护层；以及上部保护层，所述上部保护层被形成在绝缘保护层上方并且通过干法蚀刻形成图案，所述上部保护层具有与油墨接触 的接触表面，所述上部保护层由包括Ｔａ和Ｃｒ的非晶态合金制成，其中Ｔａ的含量大于Ｃｒ的含量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及将诸如油墨的功能液体喷射到包括纸、塑料片、布、物品等的记录介质的喷墨头所用的衬底；使用该衬底的喷墨头及其制造方法。
技术介绍
对于一种用于喷墨记录的喷墨头的常规结构，可采用这样一种结构，其中设置多个排出口、与这些排出口相连的油墨流动通道以及多个能够产生用于喷墨的热能的电热转换元件。每一个电热转换元件具有加热电阻器和为加热电阻器提供电能的电极，并且该电热转换元件涂有绝缘薄膜以保证各个电热转换元件之间的绝缘。每一个油墨流动通道在其与油墨流动通道的排出口相对的端部处与公共液体腔室相连，并且在公共液体腔室中，由作为油墨存储容器部件的油墨箱供给的油墨被储存。供给到公共油墨腔室的油墨通向各个油墨流动通道以使油墨在排出口附近形成弯液面。在这种状态下，电热转换元件被选择性地驱动以产生热能，并且接着利用所产生的能量快速对油墨加热并且在热作用表面上产生气泡，以使得在通过所述状态变化所导致的压力下排出油墨。在油墨排出时间的期间，喷墨头的热作用部分被加热电阻器加热因此暴露于较高温度下，同时，热作用部分联合受到由于油墨的起泡和收缩导致的气蚀冲击以及油墨的化学作用。油墨的这种化学作用会带来以下现象。具体地，包含在油墨中的色材、添加剂等在高温下被加热，从而它们在分子水平上分解并且转变为难以溶解的物质，所述物质被物理地吸收在上部保护层上。这种现象被称作结垢(kogation)。当难以溶解的有机和无机物质以这种方式被吸收在上部保护层上时，从加热电阻器到油墨的热传导变得不均匀，因此，起泡变得不稳定。迄今为止，可较大程度经受气蚀冲击以及油墨的化学作用的Ta膜已被形成得具有0.2到0.5μm的厚度，从而可增加喷墨头的使用寿命和可靠性。参照图9，将关于热作用部分中油墨的起泡和起泡停止所导致的状态作出详细描述。图9中的曲线(a)示出了在驱动电压Vop＝1.3×Vth(Vth表示油墨起泡阈值电压)、驱动频率被设定为6kHz并且脉冲宽度被设定为5μs的情况下，从电压被施加于加热电阻器时的时刻开始上部保护层的表面温度随时间的改变。另外，曲线(b)示出了从电压以相似方式被施加于加热电阻器时的时刻开始成形气泡的增长状态。如曲线(a)所示的，从电压被施加的时刻开始温度的升高，并且观察到温升峰值略微处于预定脉冲时间的后面(这是由于来自于加热电阻器的热量略晚到达上部保护层)。之后，由于热扩散温度主要降低。另一方面，如曲线(b)所示的，从当上部保护层的温度达到约300℃时开始气泡的增长，并且之后达到最大起泡，起泡停止。在实际喷墨头中，重复上述操作。以这种方式，随着油墨的起泡，上部保护层的表面温度升高到例如约600℃，这说明通过高温下的热作用执行喷墨记录。因此，要求与油墨相接触的上部保护层在耐热性、机械特性、化学稳定性、抗氧化性、抗碱性等方面具有出色的膜特性。作为用在上部保护层方面的材料，除上述提及的Ta膜以外，在现有技术中已知的还有贵金属、高熔点过渡金属、这些金属的合金、这些金属的氮化物、硼化物、硅化物或碳化物、非晶硅等。例如，如日本专利申请未审定公开号No.2001-105596中所述的，将上部保护层经由绝缘层形成在加热电阻器上，其中上部保护层是由成分公式TaαFeβNiγCrδ表示的非晶态合金制成的(其中满足10at.％≤α≤30at.％、α+β＞80at.％、α＜β、δ＞γ、以及α+β+δ+γ＝100at.％)，并且其与油墨的接触表面包含成分物质的氧化物，因此提出了一种具有更长使用寿命的可靠的记录头。然而，近年来，对于更高质量的记录图像和喷墨记录设备中诸如高速记录等更高性能的需求增加了，而为了满足这些需求，要求增强的油墨性能。例如，为了获得高质量记录图像已提出了改进的着色特性和抗气候性的要求以及为了获得高速记录已提出了防止渗色(不同颜色油墨之间的混淆)的要求。因此，作出了向油墨中添加各种成分的尝试。关于油墨的种类，除黑色、黄色、品红和青色之外，已研发出了通过减小浓度等获得的浅色油墨，这已带来油墨的多样化。在一些情况中，出现了这样一种现象，即，甚至是传统上认为可稳定地作为上部保护层的Ta膜由于与油墨的热化学反应而导致腐蚀。在其中使用包含诸如钙和镁等二价金属盐或构成螯合物的成分的油墨的情况下，会更明显地出现上述现象。为了进一步加速喷墨记录，要求由比以往更短的脉冲驱动(即，通过增加的驱动频率驱动)。在所述更短的脉冲驱动中，由于在短时间内在喷墨头的热作用部分中重复加热、起泡、起泡停止和冷却的程序，因此与传统喷墨头相比较，该热作用部分在短时间内经受更大的热应力。而且，由于更短的脉冲驱动在比以往更短的时间内将来自于油墨起泡和收缩的气蚀冲击集中在上部保护层上，因此期望存在在机械冲击特性方面尤为出色的上部保护层。虽然已作出了各种改进，然而还是发现了这样一个问题，即，在形成了如上所述的具有改进的抗油墨腐蚀性能的上部保护层的情况下，使用某种油墨可产生由于结垢明显沉积在加热部分上而导致的产物，从而降低了排出性能。此外，作为用于喷墨的形成有上述上部保护层的衬底的制造方法，在许多情况中通常使用通过干法蚀刻的工艺。然而，在形成了具有改进的抗油墨腐蚀性能的上部保护层的情况中，尽管可长时间保持高耐用性，但是预示通过蚀刻等形成期望图案等的工艺变得困难。图8A到8E示出了这种情况。如图8A到8E中所示的，在上部保护层的图案形成中，在许多情况中通常使用的通过干法蚀刻的工艺可导致接触上部保护层的绝缘保护层被蚀刻。如果如同在传统衬底中那样可充分地确保绝缘保护层与上部保护层之间的蚀刻选择性的话，那么可蚀刻留有绝缘保护层的上部保护层。实际上，在与上部保护层之间的边界部分处的过度蚀刻可产生阶(图8E中A和B之间)。由于这样一种现象，由于蚀刻导致边界部分处的绝缘保护层变得更薄从而具有比期望膜厚度b更小的膜厚度b，这将导致其保护功能的不充分施加。因此，必须结合考虑蚀刻气体对于上部保护层的蚀刻速度根据蚀刻时间获得只蚀刻上部保护层之后执行图案形成的控制条件。然而，已发现这样一个问题，即，由于上部保护层可能未被蚀刻而留下，或者相反，由于归因于装置的不均匀性或蚀刻条件导致绝缘保护层可被蚀刻，从而不能稳定地执行上部保护层的图案形成。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供具有这样一种保护层的喷墨头，所述保护层在抗气蚀性和抗腐蚀性方面出色，并且具有高耐用性，同时具有与Ta膜制成的传统保护层相似的排出性能。本专利技术的另一个目的是提供一种用于包括这样一种保护层的喷墨头的衬底、包括所述衬底的喷墨头以及其制造方法，即使使用了与精细记录图像相对应的小点、与高速记录相对应的高速驱动或各种油墨，所述保护层也具有较长的使用寿命。本专利技术的另一个目的是提供一种用于包括产生用于从油墨排出口中排出油墨的热能的加热电阻器和设在加热电阻器上方并且具有与油墨接触的接触表面的上部保护层的喷墨头的衬底、包括所述衬底的喷墨头以及其制造方法，所述上部保护层由包括Ta和Cr(其中Ta的含量大于Cr的含量)的非晶态合金制成。附图说明图1是部分截面图，示出了用于本专利技术所适用的喷墨头的衬底。图2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G和2H是示出了用于在本专利技术所适用的喷墨头的衬底上形成喷射元件的方法的视图。图3是示出了用于形成用于本专利技术所适用的喷墨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：坂井稔康，齐藤一郎，横山宇，尾崎照夫，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：