(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するための吐出口と、
該吐出口に前記液体を供給するために前記吐出口に連通された液流路と、
該液流路に充填された前記液体に気泡を発生させるための発熱体が備えられた基板と、
前記吐出口側を自由端とし、前記気泡が発生されることにより生じる圧力によって、前記液流路における前記液体の流れ方向に関して前記自由端の上流側に位置する支点部を中心に変位可能な片持梁状の可動部材であって、前記基板の前記発熱体に対面する位置に前記基板との間に間隙をおいて配され、かつ前記液体の流れ方向に関して前記支点部の上流側の部分が前記基板に支持固定された可動部材と、を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記基板の上に前記間隙を形成するための間隙形成部材を形成する工程と、
前記基板および前記間隙形成部材の上に、前記可動部材をなすシリコン系の材料からなる可動部材用基材層を成膜する工程と、
前記可動部材用基材層をパターニングして前記可動部材を形成する工程と、
前記間隙形成部材を除去する工程とを有し、
前記基板および前記間隙形成部材の上に、前記可動部材をなす可動部材用基材層を形成する工程の前には、前記間隙形成部材の、前記可動部材の支点部を形成する部分を曲面形状に形成する工程を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記間隙形成部材の、前記可動部材の支点部を形成する部分を曲面形状に形成する工程は、前記間隙形成部材の上に前記間隙形成部材をパターニングするためのレジストを形成する工程と、
前記間隙形成部材の前記レジストが覆われていない部分をエッチングにより除去する工程とを有する請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記間隙形成部材と前記レジストとの密着性を、前記間隙形成部材と前記基板との密着性よりも弱く設定する請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記レジストの材料として前記間隙形成部材とのエッチングの選択比が略１：１である材料を用いる請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記間隙形成部材の、前記可動部材の支点部を形成する部分を曲面形状に形成する工程の後には、前記間隙形成部材の表面と前記可動部材の支点部を形成する部分との境界に形成される角部を除去するための工程を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記間隙形成部材の表面と前記可動部材の支点部を形成する部分との境界に形成される角部を除去するための工程は、前記間隙形成部材の角部を融解するための熱処理を行う工程からなる請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記間隙形成部材の材料には、露光および現像処理が行われる端部に凸型曲面状の斜面が形成される特徴を有する高耐熱性レジストを用いる請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記可動部材の材料に、窒化シリコンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンを用いる請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱エネルギーを液体に作用させることで起こる気泡の発生によって所望の液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法に関する。特に、気泡の発生を利用して変位する可動部材を有する液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【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。
【０００３】
【従来の技術】
熱等のエネルギーをインクに与えることで、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行なうインクジェット記録方法、いわゆるバブルジェット記録方法が従来から知られている。このバブルジェット記録方法を用いる記録装置には、特公昭６１−５９９１１号公報や特公昭６１−５９９１４号公報に開示されているように、インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に連通するインク流路と、インク流路内に配されたインクを吐出するためのエネルギー発生手段としての発熱体（電気熱変換体）とが一般的に設けられている。
【０００４】
上記のような記録方法によれば、品位の高い画像を高速、低騒音で記録することができるとともに、この記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐出口を高密度に配置することができるため、小型の装置で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得ることができる等の多くの優れた点を有している。このため、このバブルジェット記録方法は近年、プリンター、複写機、ファクシミリ等の多くのオフィス機器に利用されており、さらに、捺染装置等の産業用システムにまで利用されるようになってきている。
【０００５】
そこで、本発明者達のうちの一部は、液体吐出の原理に立ち返り、従来では得られなかった気泡を利用した新規な液体吐出方法及びそれに用いられるヘッド等を提供すべく鋭意研究を行い、特開平９−２０１９６６号等を出願している。
【０００６】
ここで、特開平９−２０１９６６号等に開示された従来の液体吐出方法およびそれに用いられるヘッドを、図１２等を参照して説明する。図１２は従来の液体吐出ヘッドにおける吐出原理を説明するための図であり、液流路方向の断面図である。また、図１３は図１２に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。図１２等に示す液体吐出ヘッドは、液体を吐出する際に、気泡に基づく圧力の伝搬方向や気泡の成長方向を制御して吐出力や吐出効率を向上する最も基本となる構成のものである。
【０００７】
なお、以下の説明で用いる「上流」および「下流」とは、液体の供給源から気泡発生領域（又は可動部材）の上方を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関して、又はこの構成上の方向に関しての表現として表されている。
【０００８】
気泡自体に関する「下流側」とは、主として液滴の吐出に直接作用するとされる気泡の吐出口側部分を代表する。より具体的には気泡の中心に対して、上記流れ方向や上記構成上の方向に関する下流側、又は、発熱体にその面積中心よりも下流側の領域で発生する気泡を意味する。
【０００９】
さらに、「櫛歯」とは、可動部材の支点部が共通部材になっており、自由端の前方が開放されている形状を意味する。
【００１０】
図１２に示す例では、液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための吐出エネルギー発生素子として、液体に熱エネルギーを作用させる発熱体１０２（本例においては４０μｍ×１０５μｍの形状の発熱抵抗体）が素子基板１０１に設けられており、この素子基板１０１上に発熱体１０２に対応して液流路１０３が配されている。液流路１０３は吐出口１０４に連通していると共に、複数の液流路１０３に液体を供給するための共通液室１０５に連通しており、吐出口１０４から吐出された液体に見合う量の液体をこの共通液室１０５から受け取る。
【００１１】
この液流路１０３の素子基板１０１上には、前述の発熱体１０２に対向するように面して、金属等の弾性を有する材料で構成され、平面部を有する板状の可動部材１０６が片持梁状に設けられている。この可動部材１０６の一端は液流路１０３の壁や素子基板１０１上に感光性樹脂などをパターニングして形成した台座（支持部材）１０７等に固定されている。これにより、可動部材１０６は台座１０７に保持され、支点（支点部分）１０８が構成されている。
【００１２】
また、可動部材１０６を櫛歯状にすることにより、簡易にかつ安価に可動部材１０６を作製することができ、台座１０７に対するアライメントも容易にできる。
【００１３】
この可動部材１０６は、液体の吐出動作によって共通液室１０５から可動部材１０６の上方を経て吐出口１０４側へ流れる大きな流れの上流側に支点（支点部分：固定端）１０８を持ち、この支点１０８に対して下流側に自由端（自由端部分）１０９を持つように、発熱体１０２に面した位置に発熱体１０２を覆うような状態で発熱体１０２から１５μｍ程度の距離を隔てて配されている。この発熱体１０２と可動部材１０６との間が気泡発生領域１１０となる。
【００１４】
発熱体１０２を発熱させることで可動部材１０６と発熱体１０２との間の気泡発生領域１１０の液体に熱を作用し、その液体に米国特許４，７２３，１２９号明細書等の公報に記載されているような膜沸騰現象に基づく気泡１１１を発生させる（図１２（ｂ）参照）。気泡１１１の発生に基づく圧力と気泡１１１とは可動部材１０６に優先的に作用し、可動部材１０６は図１２（ｂ）、（ｃ）もしくは図１３で示されるように支点１０８を中心に吐出口１０４側に大きく開くように変位する。可動部材１０６の変位若しくは変位した状態によって気泡１１１の発生に基づく圧力の伝搬や気泡１１１自身の成長が吐出口１０４側に導かれる。また、このとき、自由端１０９の先端部が幅を有しているため、気泡１１１の発泡パワーを吐出口１０４側へ導きやすくなり、液滴の吐出効率や吐出力または吐出速度等の根本的な向上を図ることができる。
【００１５】
上記説明したように、特開平９−２０１９６６号等に開示された技術は、液路中の可動部材の支点と自由端との位置関係を、吐出口側つまり下流側に自由端が位置する関係にすること、また可動部材を発熱体もしくは気泡発生領域に面して配置することで、積極的に気泡を制御する技術である。
【００１６】
また、上記に説明したように、可動部材の固定部分に台座を設けることにより、可動部材と発熱体との間に１〜２０μｍ程度のギャップが構成され、可動部材による液体吐出効率の向上効果が十分に引き出される。従って、上述したような極めて新規な吐出原理に基づく液体吐出ヘッド等によると、発生する気泡とこれによって変位する可動部材との相乗効果を得ることができ、吐出口近傍の液体を効率良く吐出できるため、従来のバブルジェット方式の吐出方法、ヘッド等に比べて液体の吐出効率が向上される。
【００１７】
なお、上述した液体吐出ヘッドに用いられる可動部材の材料としては様々なものが考えられるが、気泡の発生による圧力を液体の吐出に効率的に利用するために、弾性に優れたニッケルが一般的に使われている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液体吐出ヘッドにおける可動部材の固定部分に台座を設ける構成とすると、可動部材の形成工程が複雑化してしまうという不具合がある。また、このような構成で可動部材の固定を強固に行おうとすると、台座部分のインク流れ方向の長さをある程度確保する必要があるが、このように台座が長くなると流路や液室の一部を台座が占めることとなるため、特にヘッドを小型化したい場合や流路を高密度に配列する場合にはインク供給特性が十分に発揮できないおそれがあった。
【００１９】
本発明は、上述の課題に鑑みなされたものであって、インク供給特性および信頼性を向上させることができ、かつ製造工程を簡易化することができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するための吐出口と、該吐出口に前記液体を供給するために前記吐出口に連通された液流路と、該液流路に充填された前記液体に気泡を発生させるための発熱体が備えられた基板と、前記吐出口側を自由端とし、前記気泡が発生されることにより生じる圧力によって、前記液流路における前記液体の流れ方向に関して前記自由端の上流側に位置する支点部を中心に変位可能な片持梁状の可動部材であって、前記基板の前記発熱体に対面する位置に前記基板との間に間隙をおいて配され、かつ前記液体の流れ方向に関して前記支点部の上流側の部分が前記基板に支持固定された可動部材と、を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記基板の上に前記間隙を形成するための間隙形成部材を形成する工程と、前記基板および前記間隙形成部材の上に、前記可動部材をなすシリコン系の材料からなる可動部材用基材層を成膜する工程と、前記可動部材用基材層をパターニングして前記可動部材を形成する工程と、前記間隙形成部材を除去する工程とを有し、前記基板および前記間隙形成部材の上に、前記可動部材をなす可動部材用基材層を形成する工程の前には、前記間隙形成部材の、前記可動部材の支点部を形成する部分を曲面形状に形成する工程を有することを特徴とする。
【００３２】
これにより、可動部材が支点部を中心として吐出口側に変位されたときに支点部にかかる負荷が分散されることにより、可動部材の機械的な耐久性が向上される液体吐出ヘッドが製造される。
【００３３】
また、前記間隙形成部材の、前記可動部材の支点部を形成する部分を曲面形状に形成する工程は、前記間隙形成部材の上に前記間隙形成部材をパターニングするためのレジストを形成する工程と、前記間隙形成部材の前記レジストが覆われていない部分をエッチングにより除去する工程とを有する構成とすることが好ましい。
【００３４】
さらに、前記間隙形成部材と前記レジストとの密着性を、前記間隙形成部材と前記基板との密着性よりも弱く設定することにより、間隙形成部材とレジストとの接合面でのエッチング進行速度の方が、間隙形成部材と基板との接合面のそれよりも速くなるため、間隙形成部材の端部に凹型曲面状の斜面が形成される。
【００３５】
さらには、前記レジストの材料として前記間隙形成部材とのエッチングの選択比が略１：１である材料を用いる構成とすることにより、間隙形成部材が厚み方向にエッチングされるのと同時に、レジストおよび間隙形成部材がサイドエッチされるので、間隙形成部材の端部が滑らかな曲面状になる。
【００３６】
また、前記間隙形成部材の、前記可動部材の支点部を形成する部分を曲面形状に形成する工程の後には、前記間隙形成部材の表面と前記可動部材の支点部を形成する部分との境界に形成される角部を除去するための工程を有する構成とすることにより、可動部材の支点部がより滑らかな曲面形状となるので、可動部材の支点部にかかる負荷がさらに分散されるため、可動部材の機械的な耐久性が一層向上される。
【００３７】
さらに、前記間隙形成部材の表面と前記可動部材の支点部を形成する部分との境界に形成される角部を除去するための工程は、前記間隙形成部剤の角部を融解するための熱処理を行う工程からなる構成とすることが好ましい。
【００３８】
さらには、前記間隙形成部材の材料には、露光および現像処理が行われると端部に凸型曲面状の斜面が形成される特徴を有する高耐熱性レジストを用いる構成としてもよい。
【００３９】
また、前記可動部材の材料に、窒化シリコンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンを用いる構成とすることにより、液体吐出ヘッドの他の構成がシリコン等の半導体材料で形成されている場合には、液体吐出ヘッド全体を半導体プロセスで形成することが可能であるので、液体吐出ヘッドの製造工程が簡略化される。
【００４５】
【発明の実施の形態】
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。
【００４６】
図１は、本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態の基本的な構造を説明するための、液流路方向に沿った断面図である。
【００４７】
図１に示すように、この液体吐出ヘッドは、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与える複数個（図１では１つのみ示す）の発熱体２が並列に設けられた素子基板１と、この素子基板１上に接合された天板３と、素子基板１および天板３の前端面に接合されたオリフィスプレート４とを有する。
【００４８】
素子基板１は、シリコン等の基体上に絶縁および蓄熱を目的とした酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を成膜し、その上に、発熱体２を構成する電気抵抗層および配線電極をパターニングしたものである。この配線電極から電気抵抗層に電圧を印加し、電気抵抗層に電流を流すことで発熱体２が発熱する。
【００４９】
天板３は、各発熱体２に対応した複数の液流路７および各液流路７に液体を供給するための共通液室８を構成するためのもので、天井部分から各発熱体２の間に延びる流路側壁９が一体的に設けられている。天板３はシリコン系の材料で構成され、液流路７および共通液室９のパターンをエッチングで形成したり、シリコン基板上にＣＶＤ等の公知の成膜方法により窒化シリコン、酸化シリコン等の流路側壁９となる材料を推積した後、液流路７の部分をエッチングして形成することができる。
【００５０】
オリフィスプレート４には、各液流路７に対応しそれぞれ液流路７を介して共通液室８に連通する複数の吐出口５が形成されている。オリフィスプレート４もシリコン系の材料からなるものであり、例えば、吐出口５を形成したシリコン基板を１０〜１５０μｍ程度の厚さに削ることにより形成される。なお、オリフィスプレート４は本発明には必ずしも必要な構成ではなく、オリフィスプレート４を設ける代わりに、天板３に液流路７を形成する際に天板３の先端面にオリフィスプレート４の厚さ相当の壁を残し、この部分に吐出口５を形成することで、吐出口付きの天板とすることもできる。
【００５１】
さらに、この液体吐出ヘッドには、発熱体２に対面して配置され、素子基板１に直接固定された片持梁状の可動部材６が設けられている。この可動部材６は屈曲部を有し、この屈曲部により可動部材６の可動部分が基板に対して所定の間隙を有するようになっている。可動部材６をこのような形状とすることによって、可動部材６の固定を強固に行うことができるとともに、間隙を形成するために台座を用いることがなくなるため、従来台座が占めていた空間をも液室の一部とすることができ液室の容積の確保を容易に行うことができる。
【００５２】
また、可動部材６を上記構成にする場合には、従来の構成よりも可動部材６の強度を必要とするため、本発明では可動部材６を窒化シリコンや酸化シリコン等のシリコン系の材料等で形成された薄膜で構成している。これら材料は従来の可動部材６の材料として用いられているニッケルよりも強度に優れているとともに基板の表面に設けられる無機絶縁保護層１５（図２参照）との密着性に優れているため、上記構成において安定した性能を発揮することができる。また、基板１の表面にＴａからなるような耐キャビテーション層１６（図２参照）が設けられている場合には、基板１の可動部材６との接合部分の耐キャビテーション層１６を除去したり、可動部材６の支持固定部と基板１との間に密着層２３（図８参照）を設けることによって、可動部材６と基板１との密着性を向上させることができる。さらに、上記材料は、水素イオン指数（ｐＨ）の高い液体に対する耐食性も良好である。
【００５３】
また、この可動部材６は、液体の吐出動作によって共通液室８から可動部材６の上方を経て吐出口５側ヘ流れる大きな流れの上流側において素子基板１に支持固定され、可動部分の屈曲部近傍に支点６ａが構成されている。さらに、この支点６ａに対して下流側に自由端６ｂを持つように、発熱体２に面した位置に発熱体２の少なくとも一部を覆うような状態で発熱体２から所定の距離を隔てて配されている。ここで、本発明の可動部材６は、屈曲部を有していることから支点部分にかかる負荷が従来の形状よりも大きくなるため、可動部材６の耐久性をより向上させる目的で支点６ａ部分に曲面部を有する構成としている。また、この発熱体２と可動部材６との間が気泡発生領域１０となる。なお、基板１と可動部材６との間隙は１〜２０μｍが好ましく、より好ましくは１〜１０μｍである。このようにすることにより、可動部材６によって気泡のエネルギーをより効率的に制御することができるとともに、可動部材６の動作安定性を向上させることができる。また、可動部材５の厚みとしては５μｍ程度までに抑えることにより、可動部材６の動作追従性を増すことができる。
【００５４】
上記構成に基づき、発熱体２を発熱させると、可動部材６と発熱体２との間の気泡発生領域１０の液体に熱が作用し、これにより発熱体２上に膜沸騰現象に基づく気泡が発生し、成長する。この気泡の成長に伴う圧力は可動部材６に優先的に作用し、可動部材６の自由端６ｂは図１に破線で示されるように、支点６ａを中心に吐出口５側（定常状態における前記可動部材と、流路の基板に対面する面との間に設けられた間隙）に大きく開くように変位する。可動部材６の変位もしくは変位した状態によって、気泡の発生に基づく圧力の伝搬や気泡自身の成長が吐出口５側に導かれ、吐出口５から液体が吐出する。
【００５５】
つまり、気泡発生領域１０上に、液流路７内の液体の流れの上流側（共通液室８側）に支点６ａを持ち下流側（吐出口５側）に自由端６ｂを持つ可動部材６を設けることによって、気泡の圧力伝搬方向が下流側ヘ導かれ、気泡の圧力が直接的に効率よく吐出に寄与することになる。そして、気泡の成長方向自体も圧力伝搬方向と同様に下流方向に導かれ、上流より下流で大きく成長する。このように、気泡の成長方向自体を可動部材によって制御し、気泡の圧力伝搬方向を制御することで、吐出効率や吐出力または吐出速度等の根本的な吐出特性を向上させることができる。
【００５６】
一方、気泡が消泡工程に入ると、可動部材６の弾性力との相乗効果で気泡は急速に消泡し、可動部材６も最終的には図１に実線で示した初期位置に復帰する。このとき、気泡発生領域１０での気泡の収縮体積を補うため、また、吐出された液体の体積分を補うために、上流側すなわち共通液室８側から液体が流れ込み、液流路７ヘの液体の充填（リフィル）が行われるが、この液体のリフィルは、可動部材６の復帰作用に伴って効率よく合理的かつ安定して行われる。
【００５７】
上記説明したように、本実施形態の可動部材６は支点６ａの部分に曲面部を有しているので、可動部材６が図１に破線で示すように開いたときに支点６ａにかかる負荷が分散される。そのため、可動部材６の機械的な耐久性が増し、ひいては液体吐出ヘッドの信頼性が向上される。
【００５８】
ここで、図１に示した液体吐出ヘッドにおける素子基板の詳細な構成について、図２を参照して説明する。
【００５９】
図２は図１に示した液体吐出ヘッドの断面図であり、図２（ａ）は後述する保護膜がある液体吐出ヘッドを示す図、図２（ｂ）は保護膜がない液体吐出ヘッドを示す図である。
【００６０】
図２に示すように、素子基板１上には可動部材６が設けられており、天板３と可動部材６との間には液流路７が構成されている。
【００６１】
素子基板１は、シリコン等からなる基体１１上に、絶縁および蓄熱を目的とした酸化シリコンまたは窒化シリコンからなるシリコン膜１２が成膜されており、その上に０．０１〜０．２μｍ厚の発熱体を構成するハフニュウムボライド（ＨｆＢ2）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等からなる電気抵抗層１３と、０．２〜１．０μｍ厚のアルミニウム等からなる配線電極１４とがパターニングされている。発熱体２は、配線電極１４から電気抵抗層１３に電圧を印加し、電気抵抗層１３に電流を流すことにより発熱される。配線電極１４間の電気抵抗層１３（すなわち発熱体２）の上には、酸化シリコンや窒化シリコン等からなる無機絶縁保護層１５が０．１〜０．２μｍ厚で形成され、さらにその上に、０．１〜０．６μｍ厚のタンタル等からなる耐キャビテーション層１６が成膜されており、インク等各種の液体から電気抵抗層１３を保護している。
【００６２】
特に、気泡の発生、消泡の際に発生する圧力や衝撃波は非常に強く、堅くてもろい酸化膜の耐久性を著しく低下させるため、耐キャビテーション層１６の材料としては金属材料のタンタル（Ｔａ）等が用いられる。
【００６３】
また、液体、液流路構成、抵抗材料の組み合わせによっては上述の保護層１５を必要としない構成でもよく、その例を図２（ｂ）に示す。
【００６４】
このような保護層を必要としない抵抗層の材料としては、イリジュウム＝タンタル＝アルミ合金等が挙げられる。特に、発泡に用いられる気泡発生領域１０における液体を、液流路７の吐出液と分離して発泡に適したものとする場合には、このように保護層がない場合であっても何ら支障がない。
【００６５】
このように、上述した実施の形態における発熱体２の構成としては、配線電極１４間の電気抵抗層１３（発熱部）だけでもよく、また電気抵抗層１３を保護する保護層を含むものでもよい。
【００６６】
本実施形態においては、発熱体２として、電気信号に応じて発熱する抵抗層で構成された発熱部を有するものを用いたが、本発明は、これに限られることなく、吐出液を吐出させるのに十分な気泡を気泡発生領域の発泡液に生じさせるものであればよい。例えば、発熱部としてレーザ等の光を受けることで発熱するような光熱変換体や、高周波を受けることで発熱するような発熱部を有する発熱体でもよい。
【００６７】
なお、前述の素子基板１には、発熱部を構成する電気抵抗層１３と、この電気抵抗層１３に電気信号を供給するための配線電極１４とで構成される電気熱変換体の他に、この電気熱変換素子を選択的に駆動するためのトランジスタ、ダイオード、ラッチ、シフトレジスタ等の機能素子が一体的に半導体製造工程によって作り込まれていてもよい。
【００６８】
また、上述したような素子基板１に設けられている電気熱変換体の発熱部を駆動し、液体を吐出するためには、電気抵抗層１３に配線電極１４を介して矩形パルスを印加し、配線電極１４間の電気抵抗層１３を急峻に発熱させればよい。
【００６９】
図３は、図２に示した電気抵抗層に印加する電圧波形を示す図である。
【００７０】
上述した実施形態における液体吐出装置においては、それぞれ電圧２４Ｖ、パルス幅７μｓｅｃ、電流１５０ｍＡ、電気信号を６ｋＨｚで加えることで発熱体を駆動させ、前述のような動作によって、吐出口から液体であるインクを吐出させた。しかしながら、本発明における駆動信号の条件はこれに限られることなく、液体を適正に発泡させることができる駆動信号であればよい。
【００７１】
次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの特徴である可動部材の製造方法について、図４を参照して詳しく説明する。図４は、図１等に示した液体吐出ヘッドにおける可動部材の製造方法を示す断面図である。
【００７２】
まず、図４（ａ）に示すように、素子基板１上にＣＶＤ法などによりＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−ｄｏｐｅｄ Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜１７を形成する。このＢＰＳＧ膜１７は、可動部材と素子基板１との間に間隙（ギャップ）を形成するための間隙形成部材として機能し、その膜厚は、最終的に可動部材６と発熱体とのギャップに相当する。従って、ＢＰＳＧ膜１７の膜厚は、１〜２０μｍの間で、可動部材による液体吐出効果が液流路全体のバランス上、最も顕著となる値に形成する。
【００７３】
次に、ＢＰＳＧ膜１７をパターニングするためのレジスト１８をスピンコートなどにより塗布し（図４（ｂ）参照）、露光・現像する（図４（ｃ）参照）。これにより、可動部材の支点部分に相当する部分のレジスト１８を除去する。ただし、レジスト１８の塗布時において、ＢＰＳＧ膜１７とレジスト１８との密着性を、素子基板１とＢＰＳＧ膜１７との密着性よりも意図的に弱くしておく。
【００７４】
これをバッファードフッ酸によるウェットエッチング、あるいはドライエッチング等を行って、レジスト１８で覆われていない部分のＢＰＳＧ膜１７を除去する。この時、ＢＰＳＧ膜１７とレジスト１８との密着性が弱められているためにＢＰＳＧ膜１７の端部では、ＢＰＳＧ膜１７とレジスト１８との接合面でのエッチング進行速度の方が、ＢＰＳＧ膜１７と素子基板１との接合面のそれよりも速くなるため、サイドエッチが進み、結果としてＢＰＳＧ膜１７は図４（ｄ）に示すように端部に凹型曲面状の斜面を持った形状になる。
【００７５】
次に、酸素プラズマによるプラズマアッシング、あるいはレジスト除去剤に浸すことにより、残りのレジスト１８を除去する（図４（ｅ）参照）。ＢＰＳＧ膜１７の上に、可動部材を形成する可動部材用基材部であるＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）１９をプラズマＣＶＤ法等によって成膜（図４（ｆ）参照）し、パターニングする（図４（ｇ）参照）。
【００７６】
最後に、バッファードフッ酸によるウェットエッチングを行って、ＳｉＮ膜１９の下部に残っているＢＰＳＧ膜１７を全て取り除くと、図４（ｈ）に示すように支点部分の外側に曲面部を有する可動部材６を形成することができる。
【００７７】
また、本実施形態では可動部材の材料が窒化シリコンである場合について説明したが、成膜の材料ガスを変えて炭化シリコン、あるいは酸化シリコンを用いても同様に可動部材を形成することができる。このように、シリコン系の材料で可動部材６を形成することにより、液体吐出ヘッドの他の構成がシリコン等の半導体材料で形成されている場合には、液体吐出ヘッド全体を半導体プロセスで形成することが可能となるので、液体吐出ヘッドの製造工程を大幅に簡略化することができる。さらにめっきで可動部材を形成する場合には、したびき層(導電層)が必要であるため可動部材を単層で薄く形成することが難しかったが、本実施形態によれば容易に形成することができる。
【００７８】
（液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に係る第２の実施形態）
図４（ｅ）に示したように、サイドエッチングが行われたＢＰＳＧ膜１７のエッジ部の形状は２次曲線状となっており、可動部材６の素子基板１との固定部には滑らかな曲線が得られるものの、支点側には角が残る。そのため、完成される可動部材は支点部分にいまだ角部を有することとなるので、可動部材の機械的耐久性の向上という目的に対してさらに向上させることができる。
【００７９】
そこで、本実施形態における液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法では、可動部材の支点部分の内側も滑らかな曲面に形成することを目的としている。
【００８０】
図５は、図１等に示した液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に係る第２の実施形態を示す断面図である。ここで、図５（ａ）〜（ｅ）に示す可動部材の製造工程は図４（ａ）〜（ｅ）を参照して説明した製造工程と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００８１】
本実施形態では、図５（ｅ）に示す状態のＢＰＳＧ膜１７に熱処理を加えることで、ＢＰＳＧ膜１７の表面と曲面状の斜面との境界に形成される角部を滑らかにする（図５（ｆ）参照）。続いて、ＢＰＳＧ膜１７の上に可動部材となるＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）１９を成膜し（図５（ｇ）参照）、パターニングを行う（図５（ｈ）参照）。最後に、ＢＰＳＧ膜１７を除去すると、図５（ｉ）に示すように、素子基板１との固定部および支点６ａ部分に滑らかな曲面部を持つ可動部材６を形成することができる。
【００８２】
上記の製造方法によれば、可動部材６の支点６ａがより滑らかな曲面形状となるので、可動部材６の支点６ａにかかる負荷がさらに分散されるため、可動部材６の機械的な耐久性が一層向上される。
【００８３】
また、本実施例では可動部材の間隙形成部材としてＢＰＳＧを用いたが、前記の角部を滑らかにするための熱処理を低温で行うために、ＢＰＳＧの代わりに水ガラス等の低温で変形しやすい材料を用いても良い。または、ＢＰＳＧを熱処理する代わりに、ドライあるいはウェットでのソフトエッチングを行って角部を滑らかにすることもできる。
【００８４】
ソフトエッチングを行う場合には、レジスト１８の材料としてＢＰＳＧとの選択比（エッチングレート）が約１：１の材料を用い、レジスト１８の厚さをＢＰＳＧ膜１７の膜厚とほぼ同等とする。これにより、ＢＰＳＧ膜１７が膜厚方向にエッチングされるのと同時に、レジスト１８およびＢＰＳＧ膜１７がサイドエッチされるので、ＢＰＳＧ膜１７の端部が滑らかな曲面状になる。
【００８５】
（液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に係る第３の実施形態）
図６は、図１等に示した液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に係る第３の実施形態を示す断面図である。
【００８６】
本実施形態では、まず、素子基板１上に高耐熱性レジスト２０をスピンコートなどにより塗布する（図６（ａ）参照）。次に、高耐熱性レジスト２０を露光・現像して、可動部材の固定部に相当する部分の高耐熱性レジスト２０を除去する。この高耐熱性レジスト２０を露光・現像したときの特徴として、高耐熱性レジスト２０の端部の形状は図６（ｂ）に示すように、凸型曲面状の斜面を持った滑らかな形状となる。従って、素子基板１および高耐熱性レジスト２０の上に可動部材となるＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）１９をＣＶＤによる低温成膜などの方法によって成膜し（図６（ｃ）参照）、パターニングを行った後（図６（ｄ）参照）、ウェット処理により高耐熱性レジスト２０を除去すると、図６（ｅ）に示すように、支点６ａ部分に滑らかな曲面部が形成された可動部材６を形成することができる。
【００８７】
なお、高耐熱性レジスト２０は、ＳｉＮ膜１９を成膜する際に変形、変質しないことが必要である。例えば、ＳｉＮ膜１９の成膜が３５０℃程度で行われる場合、高耐熱性レジスト２０は４００℃程度の耐熱性を有する必要がある。この場合、高耐熱性レジスト２０の材料には、例えばポリイミド系の材料を用いることが好ましい。
【００８８】
（液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に係る第４の実施形態）
図７は、図１等に示した液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に係る第４の実施形態を示す断面図である。
【００８９】
本実施形態は、素子基板と可動部材の間隙形成部材をメッキによって形成していることを特徴としている。
【００９０】
まず、素子基板１上に間隙形成部材をメッキ成形するための電極２１を成膜し、パターニングを行う（図７（ａ）参照）。次に、電極２１の周囲にニッケル等からなる金属を成長させ、メッキ２２を形成する。メッキ２２の場合、膜成長の方向が等方性であるので、図７（ｂ）に示すように、電極２１の端部におけるメッキ２２は曲面部を持った滑らかな形状となる。
【００９１】
続いて、メッキ２２および素子基板１の上に可動部材となるＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）１９を成膜し（図７（ｃ）参照）、パターニングを行う（図７（ｄ）参照）。最後に、ウェット処理によってメッキ２２および電極２１を取り除くと、図７（ｅ）に示すように、支点６ａの部分に曲面部を持った可動部材６を形成することが出来る。
【００９２】
（液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に係る第５の実施形態）
図８は、図１等に示した液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に係る第５の実施形態を示す断面図である。
【００９３】
本実施形態は、素子基板上の可動部材が固定される部分に密着層２３を設けたことを特徴としている。
【００９４】
まず、素子基板１上の可動部材６が固定される部分に、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）等からなる、可動部材を構成するＳｉＮ膜の応力を緩和し、密着性を高める効果がある密着層２３をパターニングする（図８（ａ）参照）。その後、素子基板１および密着層２３上に、ギャップ形成部材である高耐熱性レジスト２０を成膜し、パターニングを行う（図８（ｂ）参照）。次に、高耐熱性レジスト２０を露光・現像して、可動部材の固定部に相当する部分の高耐熱性レジスト２０を除去する（図８（ｃ）参照）。
【００９５】
続いて、密着層２３および高耐熱性レジスト２０の上に、可動部材となるＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）１９をＣＶＤによる低温成膜などの方法によって成膜し（図８（ｄ）参照）、パターニングを行った後（図８（ｅ）参照）、ウェット処理により高耐熱性レジスト２０を除去すると、図８（ｆ）に示すように、支点６ａ部分に滑らかな曲面部が形成された可動部材６を密着層２３の上に形成することができる。
【００９６】
上記のように、素子基板１上の可動部材６が固定される部分に密着層２３を設けることにより、可動部材６の支持固定部と素子基板１との接続強度が増し、可動部材６の機械的な耐久性が一層向上される。なお、第１、第２、第３および第４の実施形態に対しても、本実施形態に説明した密着層２３を付加することによって、同様の効果を得られることは明らかである。
【００９７】
次に、上記説明した液体吐出ヘッドが搭載された液体吐出ヘッドカートリッジを概略説明する。
【００９８】
図９は、前述した液体吐出ヘッドが搭載された液体吐出ヘッドカートリッジの模式的分解斜視図である。図９に示すように、液体吐出ヘッドカートリッジは、主に液体吐出ヘッド部３０と液体容器３１とから概略構成されている。
【００９９】
液体吐出ヘッド部３０は、可動部材６（図１等参照）が設けられた素子基板１、天板３およびオリフィスプレート４（共に図１参照）を有する溝付き部材３２、押さえばね３３、液体供給部材３４、支持体（アルミベースプレート）３５等からなっている。素子基板１には、前述のように発泡液に熱を与えるための発熱体２（図１等参照）が、複数個、列状に設けられており、また、この発熱体２を選択的に駆動するための機能素子（不図示）が複数設けられている。素子基板１と可動部材６との間には、前述したように気泡発生領域１０（図１等参照）が形成されている。この素子基板１と溝付き部材３２との接合によって、吐出される吐出液体が流通する液流路７および共通液室８（共に図１参照）が形成される。
【０１００】
押さえばね３３は、溝付き部材３２に素子基板１方向ヘの付勢力を作用させる部材であり、この付勢力により素子基板１、溝付き部材３２および後述する支持体３５とを良好に一体化させている。
【０１０１】
支持体３５は、素子基板１等を支持するためのものであり、この支持体３５上には、素子基板１に接続し電気信号を供給するためのプリント配線基板３６や、装置側と接続することで装置側と電気信号のやりとりを行うためのコンタクトパッド３７がさらに配置されている。
【０１０２】
液体容器３１は、液体吐出ヘッド部３０に供給されるインク等の吐出液体を内部に収容している。液体容器３１の外側には、液体吐出ヘッド部３０と液体容器３１との接続を行う接続部材を配置するための位置決め部３８と、接続部材を固定するための固定軸３９とが設けられている。吐出液体の供給は、液体容器３１の吐出液体供給路４０から液体供給部材３４の供給路４２を介して、各部材の供給路４１，４３，４４を介して共通液室８（図１参照）に供給される。
【０１０３】
なお、この液体容器３１には、液体の消費後に液体を再充填して使用してもよい。このためには液体容器３１に液体注入口を設けておくことが望ましい。また、液体吐出ヘッド部３０と液体容器３１とは一体であってもよく、分離可能としてもよい。
【０１０４】
次に、上記説明した液体吐出ヘッドが搭載された液体吐出装置を、図１０を参照して概略説明する。図１０は、前述の液体吐出ヘッドが搭載された液体吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【０１０５】
本実施の形態では、特に吐出液体としてインクを用いたインク吐出記録装置ＩＪＲＡを用いて説明する。液体吐出装置のキャリッジＨＣは、インクを収容する液体容器３１と液体吐出ヘッド部３０とが着脱可能なへッドカートリッジを搭載しており、被記録媒体搬送手段で搬送される記録紙等の被記録媒体５０の幅方向（矢印ａ，ｂ方向）に往復移動する。
【０１０６】
本実施形態の液体吐出装置では、不図示の駆動信号供給手段からキャリッジＨＣ上の液体吐出手段に駆動信号が供給されると、この信号に応じて液体吐出ヘッド部３０から被記録媒体５０に対して記録液体が吐出される。
【０１０７】
また、本実施形態の液体吐出装置においては、被記録媒体搬送手段とキャリッジＨＣを駆動するための駆動源としてのモータ５１、駆動源からの動力をキャリッジＨＣに伝えるためのギア５２，５３、及びキャリッジ軸５４等を有している。この記録装置及びこの記録装置で行う液体吐出によって、各種の被記録媒体に対して良好な画像の記録物を得ることができる。
【０１０８】
図１１は、前述の液体吐出ヘッドが適用されたインク吐出記録装置を動作させるための装置全体のブロック図である。
【０１０９】
記録装置は、ホストコンピュータ６０より印字情報を制御信号として受ける。印字情報は記録装置内部の入出力インタフェイス６１に一時保存されると同時に、記録装置内で処理可能なデータに変換され、ヘッド駆動信号供給手段を兼ねるＣＰＵ６２に入力される。ＣＰＵ６２はＲＯＭ６３に保存されている制御プログラムに基づき、前記ＣＰＵ６２に入力されたデータをＲＡＭ６４等の周辺ユニットを用いて処理し、印字するデータ（画像データ）に変換する。
【０１１０】
またＣＰＵ６２は前記画像データを被記録媒体上の適当な位置に記録するために、画像データに同期して被記録媒体５０およびキャリッジＨＣ（共に図１０参照）を移動する駆動用モータ５１を駆動するための駆動データを作る。画像データおよびモータ駆動データは、各々ヘッドドライバ６６と、モータドライバ６５を介し、キャリッジＨＣおよび駆動モータ５１に伝達され、それぞれ制御されたタイミングで駆動され画像を形成する。
【０１１１】
上述のような記録装置に適用でき、インク等の液体の付与が行われる被記録媒体としては、各種の紙やＯＨＰシート、コンパクトディスクや装飾板等に用いられるプラスチック材、布帛、アルミニウムや銅等の金属材、牛皮、豚皮、人工皮革等の皮革材、木、合板等の木材、竹材、タイル等のセラミックス材、スポンジ等の三次元構造体等を対象とすることができる。
【０１１２】
また、上述の記録装置として、各種の紙やＯＨＰシート等に対して記録を行うプリンタ装置、コンパクトディスク等のプラスチック材に記録を行うプラスチック用記録装置、金属板に記録を行う金属用記録装置、皮革に記録を行う皮革用記録装置、木材に記録を行う木材用記録装置、セラミックス材に記録を行うセラミックス用記録装置、スポンジ等の三次元網状構造体に対して記録を行う記録装置、又布帛に記録を行う捺染装置等をも含むものである。
【０１１３】
また、これらの液体吐出装置に用いられる吐出液は、夫々の被記録媒体や記録条件に合わせた液体であることが好ましい。
【０１１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、前記可動部材の支点部が曲面形状に形成されているので、可動部材が支点部を中心として吐出口側に変位されたときに支点部にかかる負荷が分散されるため、可動部材の機械的な耐久性を向上させることができ、ひいては液体吐出ヘッドの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態の基本的な構造を説明するための、液流路方向に沿った断面図である。
【図２】図１に示した液体吐出ヘッドの断面図である。
【図３】図２に示した電気抵抗層に印加する電圧波形を示す図である。
【図４】図１等に示した液体吐出ヘッドにおける可動部材の製造方法を示す断面図である。
【図５】図１等に示した液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に係る第２の実施形態を示す断面図である。
【図６】図１等に示した液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に係る第３の実施形態を示す断面図である。
【図７】図１等に示した液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に係る第４の実施形態を示す断面図である。
【図８】図１等に示した液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に係る第５の実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明の液体吐出ヘッドが搭載された液体吐出ヘッドカートリッジの模式的分解斜視図である。
【図１０】本発明の液体吐出ヘッドが搭載された液体吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の液体吐出ヘッドが適用されたインク吐出記録装置を動作させるための装置全体のブロック図である。
【図１２】従来の液体吐出ヘッドにおける吐出原理を説明するための図である。
【図１３】図１２に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。
【図１４】従来の液体吐出ヘッドの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１      素子基板
２      発熱体
３      天板
４      オリフィスプレート
５      吐出口
６      可動部材
６ａ    支点
６ｂ    自由端
７      液流路
８      共通液室
９      流路側壁
１０    気泡発生領域
１１    基体
１２    シリコン膜
１３    電気抵抗層
１４    配線電極
１５    保護層
１６    耐キャビテーション層
１７    ＢＰＳＧ膜
１８    レジスト
１９    ＳｉＮ膜
２０    高耐熱性レジスト
２１    電極
２２    メッキ
２３    密着層
３０    液体吐出ヘッド部
３１    液体容器
３２    溝付き部材
３３    押さえばね
３４    液体供給部材
３５    支持体
３６    プリント配線基板
３７    コンタクトパッド
３８    位置決め部
３９    固定軸
４０    吐出液体供給路
４１，４３，４４    供給路
５０    被記録媒体
５１    モータ
５２，５３    ギア
５４    キャリッジ軸
６０    ホストコンピュータ
６１    入出力インターフェイス
６２    ＣＰＵ
６３    ＲＯＭ
６４    ＲＡＭ
６５    モータドライバ
６６    ヘッドドライバ
【図１】
0003927711.tif 000002
【図２】
0003927711.tif 000003
【図３】
0003927711.tif 000004
【図４】
0003927711.tif 000005
【図５】
0003927711.tif 000006
【図６】
0003927711.tif 000007
【図７】
0003927711.tif 000008
【図８】
0003927711.tif 000009
【図９】
0003927711.tif 000010
【図１０】
0003927711.tif 000011
【図１１】
0003927711.tif 000012
【図１２】
0003927711.tif 000013
【図１３】
0003927711.tif 000014
【図１４】
0003927711.tif 000015