(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた、液体吐出用のエネルギーを発生するエネルギー発生体と、
前記基板上に設けられた、外部との電気的な接続を行う端子部であって、前記エネルギー発生体に電力を供給するための電極を少なくとも含む、端子部と、
前記基板上に設けられた、前記エネルギー発生体と前記電極とを電気的に連結する配線層と、
前記エネルギー発生体に対応して設けられた液体吐出口と前記液体吐出口に連通する液体流路とを有する、前記基板上に設けられたノズル部材と、
を有する液体吐出用ヘッドにおいて、
前記基板の前記ノズル部材及び前記電極が設けられていない領域に、前記配線層を覆うように金属構造体を備え、前記金属構造体は前記端子部と電気的に独立している、液体吐出用ヘッド。
【請求項２】
前記金属構造体の最大高さが、前記ノズル部材の高さ以上である、請求項１に記載の液体吐出用ヘッド。
【請求項３】
前記金属構造体が、前記ノズル部材に隣接している、請求項１または２に記載の液体吐出用ヘッド。
【請求項４】
前記金属構造体の、前記ノズル部材との接触境界部の高さが、前記ノズル部材の高さ以下である、請求項３に記載の液体吐出用ヘッド。
【請求項５】
前記金属構造体の最大高さが、前記ノズル部材の高さを超え、
前記金属構造体の上面の前記ノズル部材への接触端部が上に凸の曲斜面をなす、請求項４に記載の液体吐出用ヘッド。
【請求項６】
前記金属構造体の最大高さが、前記ノズル部材の高さと同じであり、
前記金属構造体の上面の前記ノズル部材への接触端部が上に凸の曲斜面をなすか、あるいは平坦である、請求項４に記載の液体吐出用ヘッド。
【請求項７】
前記金属構造体の上面の前記ノズル部材への接触端部が上に凸の曲斜面をなし、
前記基板の厚さ方向に平行、かつ前記ノズル部材から遠ざかる方向に平行な断面において、前記曲斜面の形状が、一定の曲率半径もしくは変化する曲率半径を持って曲がっている、請求項５又は６に記載の液体吐出用ヘッド。
【請求項８】
前記金属構造体の上面の前記ノズル部材への接触端部が平坦であり、
前記接触境界部から前記最大高さを有する部分まで、前記金属構造体の高さが一定である、請求項６に記載の液体吐出用ヘッド。
【請求項９】
前記金属構造体が、組成の異なる複数の層からなる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体吐出用ヘッド。
【請求項１０】
前記金属構造体が、フッ素樹脂を含む金属層を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の液体吐出用ヘッド。
【請求項１１】
前記金属構造体がニッケルを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の液体吐出用ヘッド。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の液体吐出用ヘッドと、
前記ノズル部材の、液体吐出口が設けられた面をワイピングするワイパーと
を有する液体吐出装置。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の液体吐出用ヘッドの製造方法であって、前記金属構造体の少なくとも一部をめっきによって形成する工程を含む、液体吐出用ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出用ヘッドと、液体吐出用ヘッドを備える液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出用ヘッドのノズル部材の液体吐出面をゴムブレードなどのワイパーを使用してワイピングすることにより、液体吐出面に付着したインクミスト等を除去して液体吐出面を清浄化する回復処理が行われる（特許文献１参照）。近年、液体吐出用ヘッドによって、紙媒体への記録を目的とする色材を含むいわゆるインクのみならず、例えばデバイス配線やＤＮＡ診断用の金属インクや試薬の吐出も行われている。このように吐出する液体材料が多様化してきており、通常のインクを吐出する場合と比べて、強い力でワイピング（液体吐出面に対して垂直な方向にかかる力を増大させてワイピング）する必要がある場合がある。なお、ワイピングは液体吐出用ヘッドのノズル部材だけでなく、回路部分まで及ぶことがある。
【０００３】
特許文献２には、液体吐出口から静電気を逃がすための配線材の上に窒化シリコンからなる絶縁層を形成することが示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１３８５２０号公報
【特許文献２】特開２０１２−１２５９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、液体吐出用ヘッドのノズル部材が設けられていない回路部分の配線層に関しては、ワイピングに対する特段の保護がなされていなかった。そのため、強いワイピングによって、回路部分の配線層にダメージが生じる恐れがあった。特許文献２には、液体吐出用のエネルギー発生体と電極とを電気的に連結する配線層の、ワイピングに対する保護については全く記載されない。
【０００６】
なお、特許文献２には、静電気が吐出口から進入して吐出口下の基板に到達して基板にダメージが加わることを防止するために、静電気を吐出口から抵抗素子に導き、抵抗素子によって静電気を熱に変換して消費することが開示される。基板接地部に接続された抵抗素子に静電気を導くために、吐出口の周りに一部が位置する金属膜と、ノズル部材の側壁に接する金属配線が用いられる。これらの金属材（金属膜、金属配線）は接地され、つまり外部と電気的に独立しておらず、静電気を逃がすための回路を形成する。これらの金属材は保護されておらず、強いワイピングによってダメージが生じて、静電気を逃がすための回路としての機能が損なわれる可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、強いワイピングを行ったとしても、より確実に回路部分の配線層を保護することができる液体吐出用ヘッドとその製造方法、並びに液体吐出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、
基板と、
前記基板上に設けられた、液体吐出用のエネルギーを発生するエネルギー発生体と、
前記基板上に設けられた、外部との電気的な接続を行う端子部であって、前記エネルギー発生体に電力を供給するための電極を少なくとも含む、端子部と、
前記基板上に設けられた、前記エネルギー発生体と前記電極とを電気的に連結する配線層と、
前記エネルギー発生体に対応して設けられた液体吐出口と前記液体吐出口に連通する液体流路とを有する、前記基板上に設けられたノズル部材と、
を有する液体吐出用ヘッドにおいて、
前記基板の前記ノズル部材及び前記電極が設けられていない領域に、前記配線層を覆うように金属構造体を備え、前記金属構造体は前記端子部と電気的に独立している、液体吐出用ヘッドが提供される。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、
前記液体吐出用ヘッドと、
前記ノズル部材の、液体吐出口が設けられた面をワイピングするワイパーと
を有する液体吐出装置が提供される。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、
前記液体吐出用ヘッドの製造方法であって、前記金属構造体の少なくとも一部をめっきによって形成する工程を含む、液体吐出用ヘッドの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、強いワイピングを行ったとしても、より確実に回路部分の配線層を保護することができる液体吐出用ヘッドとその製造方法、並びに液体吐出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係る液体吐出用ヘッドの一部を切り欠いて示す模式的斜視図である。
【図２】実施形態１に係る液体吐出用ヘッドの実使用時のワイピングを説明するための模式図である。
【図３】実施例１に係る液体吐出用ヘッドの製造工程を示す工程図である。
【図４】実施形態２に係る液体吐出用ヘッドの一部を切り欠いて示す模式的斜視図である。
【図５】実施例２に係る液体吐出用ヘッドの製造工程を示す工程図である。
【図６】実施形態１に係る液体吐出用ヘッドの模式的上面図である。
【図７】配線層の破壊靭性試験結果を示すグラフである。
【図８】液体吐出装置の一例を示す斜視図である。
【図９】実施形態１に係る液体吐出用ヘッドの模式的部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
〔実施形態１〕
図１は実施形態１にかかる液体吐出用ヘッド１の一部を切り欠いて（後述する図６におけるＡ−Ａ線で切り欠いた）示す模式的斜視図である。液体吐出用ヘッド１は基板４を有する。基板上には、液体吐出用のエネルギーを発生するエネルギー発生体６と、エネルギー発生体６に電力を供給するための電極７と、エネルギー発生体６と電極７とを電気的に連結する配線層５と、ノズル部材２が設けられている。本形態では、外部との電気的な接続を行う端子部として、エネルギー発生体６への電力供給用の電極７のみが存在するが、それ以外にも、例えば基板上の回路を接地するための接地部が存在していてもよい。ノズル部材２は、エネルギー発生体６に対応して設けられた液体吐出口８と、液体吐出口８に連通する液体流路１１とを有する。ノズル部材２の、液体吐出口８が設けられた上面が、液体吐出面１６である。なお、ノズル部材２の高さ（基板からの距離）は実質的に一定である。
【００１５】
基板４（特には基板のノズル部材２及び配線層５が設けられた側の面）の、ノズル部材２及び電極７が設けられていない領域に、配線層５を覆うように金属構造体３が備わる。金属構造体３は、端子部（本形態では電極７）と電気的に独立し、したがって配線層５と電気的に独立している。
【００１６】
金属構造体３を厚くし、ワイピング時の配線層５の保護を容易にする観点から、金属構造体３の最大高さが、ノズル部材２の高さ以上であることが好ましい。従来ノズル部材の側壁が配置されていた領域に、ノズル部材の側壁の一部の替わりに金属構造体３が配されていてもよい。例えば、従来はノズル部材（樹脂等）が存在していた部分の一部を、ノズル部材よりも固い金属で置き換えることにより、置き換えた部分の配線層５の保護が、より確実となる。
【００１７】
金属構造体３は、典型的には、ノズル部材２に隣接している。配線層の物理的な保護のためであり、また、金属構造体３とノズル部材２との隙間からインク等の液体が侵入することを防止するためである。ただし、金属構造体３とノズル部材２との間は、配線５の保護のために何らかの構造体（金属以外の構造体）が介在していれば、本発明の趣旨が満たされる範囲内で金属構造体３とノズル部材２とが接触していなくてもよい。
【００１８】
ワイピング時にワイパーが金属構造体３の角によって損傷することを防止する観点から、金属構造体３の、ノズル部材２との接触境界部の高さが、ノズル部材２の高さ以下であることが好ましい。
【００１９】
図１に示す液体吐出用ヘッド１においては、金属構造体３の最大高さが、ノズル部材２の高さを超え、金属構造体３の上面の、ノズル部材２への接触端部が上に凸の曲斜面をなす。詳しくは、金属構造体３が、ノズル部材２と比較して高さが高い領域（最大高さを有する、基板に平行な平坦領域）と、ノズル部材２の高さより低い位置でノズル部材２と接する接触境界部とを備えている。そして、高さが高い領域から高さの低い境界部分に向けて曲斜面が形成される。この曲斜面の断面（基板４の厚さ方向に平行、かつノズル部材２から遠ざかる方向に平行な断面）における形状は、一定の曲率半径もしくは変化する曲率半径を持って曲がっており、すなわちいわゆるＲ形状をなす。
図１に示す液体吐出用ヘッド１では、金属構造体３のノズル部材２との接触境界部の高さが、ノズル部材２の高さよりも低い。しかし、ノズル部材２と金属構造体３とが同じ高さで接していてもよい。
【００２０】
実施形態１に係る液体吐出用ヘッドの構成をさらに具体的に説明する。
液体吐出用ヘッド１の基板４には、配線層５と、配線層上に設けられた複数のエネルギー発生体６と、エネルギー発生体６に配線層５を通じて電力を供給する、配線層５上に設けられた電極７を有する。配線層５上にはノズル部材２を有する。配線層５の上に接して絶縁層２０が設けられるが、電気的な接続が必要な箇所（エネルギー発生体６との間、及び電極７との間）は、適宜のコンタクト（不図示）を介して電気的に接続することができる。あるいは配線層５上にエネルギー発生体６等を直接形成してもよい。ノズル部材２には、複数の液体吐出口８と、複数の液体吐出口８にそれぞれ連通する複数の液体流路１１とが設けられている。金属構造体３は、配線層５上に絶縁層２０を介して形成され、ノズル部材２と隣接している。金属構造体３は、配線層５および電極７と電気的に独立している。なお図１には示さないが、電極以外に端子部が存在する場合、その端子部とも電気的に独立している。金属構造体は、配線層保護のための構造体として利用されるものであって、電気回路を形成する配線層とは異なる。
【００２１】
液体吐出用ヘッド１は、供給口９から供給される液体を液体流路１１に送り、エネルギー発生体６を用いて液体吐出口８から吐出する。図１に示すように、一つの液体吐出口について供給口９を一組（２個）設けることで液体流路１１内に液体を循環させながら吐出することができる。その場合は一方の供給口９は液体の回収口として機能させることができる。
【００２２】
基板４の材料としてはガラス、石英、セラミック、シリコンを用いることができる。特にシリコンは、半導体プロセスやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術によって複数の微細なエッチング孔やトランジスタやヒーター等を基板内に作り込むことができるので好ましい。
【００２３】
エネルギー発生体６は例えば電気熱変換素子（いわゆるヒーター）である。エネルギー発生体６によって液体に圧力が加わり液体吐出口８から液体が吐出する。
【００２４】
エネルギー発生体６への電力の供給は基板４に設けられた配線層５から行う。配線層５の材料としてはアルミ、金、銅、タングステン、タンタル、チタン、クロムやこれらの合金を用いることができる。
【００２５】
配線層５は単層でも多層であってもよく、配線層が多層の場合、配線層同士の間を絶縁するための層間絶縁層（不図示）を設けることができる。多層の配線層５に使用する層間絶縁層、及び配線層５の上に設ける絶縁層２０の材料としてはシリコンの酸化物や窒化物を用いることができる。これら絶縁層はＣＶＤ（chemical vapor deposition）、ＡＬＤ（atomic layer deposition）、スパッタ、熱酸化、蒸着、ゾルゲル等の何れの方法でも形成できる。層間絶縁層と配線層との間にバリア層を設けることができる。バリア層の材料としてはＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、あるいはＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＮ等のケイ素化合物を使用することができる。
【００２６】
配線層５上には、絶縁層２０を介して、吐出する液体に対して耐性のある保護膜（不図示）を設けることができる。保護膜の材料としてはＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＮ等のケイ素化合物を使用することができる。絶縁層２０が保護膜を兼ねることもできる。
【００２７】
ノズル部材２には、液体吐出口８に液体を吐出する供給口９が設けられている。供給口９は、例えばレーザー加工やエッチングにて形成する。エッチングにはウェットエッチング、ドライエッチングの何れの方法を用いてもよい。シリコン基板をウェットエッチングする場合、結晶方位面を利用し水酸化カリウムまたは水酸化テトラアンモニウム水溶液を用いた異方性エッチングによって、基板面に垂直な貫通孔（供給口）を形成することができる。また、基板４にシリコンを用いる場合、ドライエッチングの中でも反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が高アスペクト比なビアの形成に適している。ＲＩＥの中でも、ＳＦ６ガスによるエッチングとＣ４Ｆ８ガスによる側面保護膜堆積を交互に行うＢｏｓｃｈプロセスが高アスペクト比な供給口９の形成に適している。
【００２８】
ノズル部材２の材料には、吐出する液体に対して耐性のあるものから適宜選択して用いることができる。例えば、有機材料ではエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド、ポリアミド等やこれらの共重合体を使用することができる。無機材料としてはＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＮ等を使用することができる。
【００２９】
サーマル方式で液体を吐出する場合、ノズル部材２（特には液体吐出面１６）の高さは吐出後の液体リフィル性の点等から４０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２０μｍ以下であり、さらに好ましくは１０μｍ以下である。
【００３０】
金属構造体３は、絶縁層２０を介して配線層５上に設けられる。そのため配線層５とは電気的に独立する。よって金属構造体３は、エネルギー発生体６に配線層５を通じて電力を供するための、配線層５上に設けられた電極７とも電気的に独立する。金属構造体３は配線層５に絶縁層２０を介して直接（例えば接着剤層を介さずに）設けられていることが、ワイピングによる配線層５の破壊を抑制する観点から好ましい。
【００３１】
金属構造体３の金属としてはニッケル、銅、鉄、チタン、タングステンおよびこれらの合金を使用することができる。剛性の点で、金属構造体３がニッケルを含むことが好ましい。また、金属構造体３は組成の異なる複数の層から形成されてもよく、その場合は各層にそれぞれ機能を与えることができる。例えばチタンを絶縁層２０との密着層として機能させ、その上に剛性の高いニッケルを積層すると直接絶縁層２０上にニッケル層を形成するよりも金属構造体３の密着性を向上させることができる。金属構造体３は、純金属からなっていてもよいが、その限りではなく、酸素、窒素、リン、硫黄を含んでもよく、また無機化合物または有機化合物の微粒子を含んでもよい。例えばフッ素化合物（特にはフッ素樹脂）からなる粒子（特には微粒子）を含ませることで金属構造体３の表面を撥水性にすることができる。例えば金属構造体は、フッ素樹脂を含む金属層を含むことができる。
【００３２】
実施形態１によれば、金属構造体３のノズル部材２との接触端部は断面Ｒ形状となっているため、ワイパーと滑らかに当接する。そのためワイパーの傷つきや破損を抑制できる。また、金属構造体３のノズル部材２との接触境界部がノズル部材２の液体吐出面１６よりも下に位置しているため、ワイパーが金属構造体３の角部分と接触することがなく、この点でもワイパーの破損が抑制できる。なお、実施形態１では金属構造体３のノズル部材２との接触境界部がノズル部材２の液体吐出面１６よりも下に位置しているが、上述した通りノズル部材２の液体吐出面１６の高さと同一の高さに位置していてもよい。
【００３３】
さらに、本実施形態の金属構造体３はノズル部材２と隣接しているため、金属構造体３とノズル部材２の間に、絶縁層２０が設けられた配線層５は露出しない。このためワイピングによって、更には紙ジャム等によって、絶縁層２０が設けられた配線層５に直接荷重が加わることが防止される。また、ワイプされた液体が金属構造体３とノズル部材２の隙間に滞留することを回避できる。
【００３４】
金属構造体３の高さは配線層５の損傷を回避するに好適な高さで適宜設定することができるが、前述のようにノズル部材２の高さ以上が好ましい。液体吐出口８と記録媒体との距離（いわゆる紙間距離）が大きくなり印刷品位が低下することを抑制する観点から、また、液体吐出面１６にワイパーを接触しやすくする観点から、金属構造体３の高さがノズル部材２の高さを大きく上回らないことが好ましい。したがって、金属構造体３の高さ（最大高さ）は４０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２０μｍ以下であり、さらに好ましくは１０μｍ以下である。
【００３５】
金属構造体３の高さ（最大高さ）がノズル部材２の高さと同等であれば金属構造体３に角部があってもノズル部材２より上に突出しないため、金属構造体３の角部によるワイパー１０の損傷が回避されるので好ましい。金属構造体３のノズル部材２への接触端部の高さを、ノズル部材２に近づくにつれて曲斜面状に低くすると、金属構造体３の断面は丸みを持つ（特にはＲ形状となる）。こうすることで、金属構造体３の一部がノズル部材２よりも高くても、金属構造体３のノズル部材２に接触する部分は角部とならない構造となる。
【００３６】
また、金属構造体３がノズル部材２に向かって角部を有する場合には、ワイパー損傷抑制の観点から、金属構造体３とノズル部材２との高さの差（金属構造体の高さ−ノズル部材２の高さ）は１μｍ以下程度が好ましい。金属構造体３がノズル部材２に向かって丸みを有する場合は、金属構造体３に近接するノズル部材２部分のワイピングのしやすさから、当該高さの差は３μｍ以下程度、例えば３μｍ程度が好ましい。
【００３７】
図２に、実施形態１に係る液体吐出用ヘッド１のワイピング時の様子を示す。この状態では、電極７がワイヤー２１によって外部と電気的に接続され、またエポキシ樹脂等の封止材２２によって封止されている。ワイパー１０は図２の紙面右方向に移動し、液体吐出面１６がワイピングされる。金属構造体３の上面のノズル部材２への接触端部を、断面Ｒ形状とすることにより、金属構造体３に強力な力でワイパー１０が押し当てられてもワイパーの損傷を抑制することができる。本実施形態の金属構造体３の断面Ｒ形状の曲率半径は必ずしも一定である必要はなく、変化していてもよい。そのＲ（曲率半径）は適宜決めることができる。
【００３８】
金属構造体３は、めっきによって作製することができる。このとき、めっき層の成長を適宜のタイミングで停止することで金属構造体３の高さを調整することができる。また、金属構造体３のノズル部材２との接触端部の形状は、めっきのためのシード層のノズル部材２からの距離を調整することで調整できる。例えば、シード層とノズル部材を近接させることで金属構造体の接触端部はフラットすなわち平坦な形状となり、一方、両者を離間させることで前述のような断面Ｒ形状とすることができる。また両者の離間距離によって断面の曲率を調整することもできる。
【００３９】
図６に、本実施形態の液体吐出用ヘッド１の模式的上面図を示す。金属構造体３は、絶縁層２０上に設けられる。本図には示していないが、絶縁層２０の下に配線層が存在する。金属構造体３はノズル部材２の全周に隣接して設けられている。金属構造体３は、ノズル部材２及び電極７が設けられていない領域に、配線層を覆うように設けられる。ただし、ノズル部材２及び電極７が設けられていない領域の配線層を全て覆わなくてよい。例えば、電極７との電気的独立のために、金属構造体３は電極７と間隔をおいて設けてよい。この間隔の部分には、図２に示される封止材２２など、例えば樹脂からなる他の部材を適宜配置してもよい。
【００４０】
なお、金属構造体３の上面の、ノズル部材２への接触端部以外の端部（図６においては最上端部、最下端部、最左端部及び最右端部）が、上に凸の曲斜面をなすことが好ましい。これらの端部によってワイパーが損傷する可能性を低減するためである。また、金属構造体の幅については、ノズルレイアウトにも依存し、様々な値をとり得るが、例えば図６の紙面左右方向では８０μｍ以上、特には８０ｍｍ以上、紙面上下方向では２０ｍｍ以上である。
【００４１】
図９に、本実施形態の液体吐出用ヘッド１の模式的部分断面図（図６のＢ−Ｂ線断面図）を示す。金属構造体３は、絶縁層２０を介して、複数の電極７にそれぞれ接続された複数本の配線層５を跨って設けられている。
【００４２】
〔実施形態２〕
実施形態２に係る液体吐出用ヘッドの具体例について、図４を用いて説明する。この金属構造体３の上面はフラットであり、したがって金属構造体３の上面のノズル部材２への接触端部は平坦である（曲斜面ではない）。また、金属構造体３の上面とノズル部材２の液体吐出面１６とが同じ高さである。すなわち、ヘッド表面のほぼ全体（金属構造体３の上面とノズル部材２の液体吐出面１６）がフラットな構造となっている。この点が実施形態１と異なる。
【００４３】
ノズル部材２の液体吐出面１６は撥水性である。さらに金属構造体３の表面はフッ素化合物（ポリテトラフルオロエチレン：ＰＴＦＥ）が共析したニッケルリンからなる。したがって、液体吐出面１６と金属構造体３の表面が共に撥水性を示す液体吐出用ヘッドとなる。金属構造体３の高さがノズル部材２の高さと等しいことで、金属構造体３の角部はワイパーに接触せず、そのため強い力にてワイプしてもワイパーの損傷は抑制される。
上記の点以外は、実施形態２は実施形態１と同様であってよい。
【００４４】
〔液体吐出装置〕
図８は本発明の液体吐出用ヘッドを使用することができる液体吐出装置１００の一例の斜視図である。液体吐出用ヘッド１の液体吐出面１６の回復処理に際しては、ワイパー１０を使用して液体吐出面１６をワイピングし、液体吐出面１６に付着したインク滴等を除去して清浄化する。
【実施例】
【００４５】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。
〔実施例１〕
本実施例は、実施形態１に係る液体吐出用ヘッドの具体例である。図１に示すように、液体吐出用ヘッド１はエポキシ樹脂からなるノズル部材２に、供給口９から供給される液体が吐出する液体吐出口８が設けられていた。ノズル部材２の高さは１０μｍであった。エネルギー発生体６はヒーターであり、電極７から配線層５を経て電気信号と電力が供給され、液体を加熱及び発泡させ、液体吐出口８から液体を吐出するものとした。
【００４６】
基板４は６２５μｍの厚さのシリコン基板で、５層の銅とアルミニウムの合金配線を有する配線層５が設けられていた。配線層５の厚さは約８μｍで最上層の金属配線の上面に１５０ｎｍの厚さのＳｉＣＮ層（絶縁層２０）が設けられていた。基板４と配線層５と絶縁層２０には、液体流路１１を通じて液体吐出口８に液体を供給する供給口９が設けられていた。
【００４７】
ノズル部材２の側面に接する形で、絶縁層２０を介して配線層５上に金属構造体３が設けられていた。金属構造体３は、配線層５側からチタン、ニッケル、ニッケルリンの３層にて構成されていた。金属構造体３の高さは、ノズル部材２の側面に近接する部分（曲斜面をなす部分）以外は１２μｍであり、ノズル部材２との接触境界部は９μｍであった。金属構造体３の高さはノズル部材２に近づくにつれて曲斜面状に低くなり、その断面（基板４の厚さ方向に平行、かつノズル部材２から遠ざかる方向に平行な断面）において曲斜面の形状は半径が約３μｍのＲ形状であった。金属構造体３は配線層５及び電極７と電気的に独立していた。
【００４８】
実施例１の液体吐出用ヘッドの製造方法の具体例について、図３を用いて説明する。
図３（ａ）に示す液体吐出用素子基板１２を用意した。液体吐出用素子基板１２は６２５μｍの厚さのシリコン基板４に５層の銅とアルミニウムの合金配線を有する配線層５が設けられていた。配線層５上に、絶縁層２０としてＳｉＣＮ層が設けられていた。エポキシ樹脂からなるノズル部材２に供給口９から供給される液体が吐出する液体吐出口８が設けられていた。基板４と配線層５と絶縁層２０には、液体流路１１に液体を供給する供給口９が設けられていた。
後述するめっきのためのシード層３ａは、絶縁層２０上の、ノズル部材２から３μｍ離れたところに設けた。シード層３ａは基板側から順に、チタン層及びニッケル層をそれぞれ５ｎｍ、２００ｎｍの厚さで形成した。また、シード層３ａは電極７からも離間して設けた。
【００４９】
次に図３（ｂ）に示すように、液体吐出用素子基板１２にポジ型のフィルムレジストを貼り、露光と現像にてノズル部材２の液体吐出面１６と電極７を覆うレジスト層１４を形成した。なお電極７は上面だけでなく側面も覆った。
【００５０】
次に図３（ｃ）に示すように、無電解ニッケルめっき液（商品名：エピタスＫＳＢ、上村工業社製）を用い、８０℃で６５分間の無電解めっきを行うと、シード層３ａ上からめっきが析出しほぼ等方的に成長し、めっき層３ｂが形成された。シード層３ａとめっき層３ｂとによって、金属構造体３が構成された。金属構造体３の高さは、ノズル部材２の側面に近接する部分以外は１２μｍで、接触境界部は９μｍとなった。シード層３ａがノズル部材２から３μｍ離れていることにより、金属構造体３の高さはノズル部材２に近づくにつれて曲斜面状に低くなり、その接触端部の断面は半径が約３μｍのＲ形状となった。金属構造体３は配線層５及び電極７とは電気的に独立していた。
【００５１】
図３（ｄ）に示すようにレジスト層１４をリムーバーにて除去すると実施例１の液体吐出用ヘッド１が製造された。
【００５２】
〔実施例２〕
本実施例は、実施形態２に係る液体吐出用ヘッドの具体例である。図４に示すように、金属構造体３の高さがノズル部材２と等しい点が実施例１と異なる。
【００５３】
本実施例のノズル部材２の液体吐出面１６は撥水性の表面であった。さらに金属構造体３の表面はフッ素化合物（ＰＴＦＥ）が共析したニッケルリンからなっていた。液体吐出面１６と金属構造体３の表面が共に撥水性を示した。金属構造体３の高さがノズル部材２の高さと等しいことで、金属構造体３の角部はワイピング時にワイパーに接触せず、そのため強い力にてワイプしてもワイパーの損傷は抑制できる。
【００５４】
図４で示される液体吐出用ヘッドの製造方法の具体例について、図５を用いて説明をする。
図５（ａ）に示す液体吐出用素子基板１２を用意した。本実施例の液体吐出用素子基板１２は、シード層に関する次の点以外は、実施例１の液体吐出用素子基板と同様であった。シード層３ａはノズル部材２から１μｍ離れたところに設けた。シード層３ａは基板側から順に、チタン、ニッケルがそれぞれ５ｎｍ、２００ｎｍの厚さで形成されていた。このようにシード層３ａをノズル部材２に近接（もしくは接触）させることで、金属構造体３のノズル面２との接触端部を、断面Ｒ形状を有さないフラットな面にすることができた。
【００５５】
次に図５（ｂ）に示すように、液体吐出用素子基板１２にポジ型のフィルムレジストを貼り、露光と現像にてノズル部材２の液体吐出面１６と電極７を覆うレジスト層１４を形成した。なお電極７は上面だけでなく側面も覆った。
【００５６】
次に図５（ｃ）に示すように、無電解ニッケルＰＴＦＥ複合めっき液（商品名：ニムフロン、上村工業社製）を用い、８０℃で６５分間のめっきを行うと、シード層３ａ上からめっきが析出しほぼ等方的に成長し、めっき層３ｂが形成された。シード層３ａとめっき層３ｂとによって、金属構造体３が構成された。金属構造体３の上面は平坦であり、その高さはノズル部材２と同じ１０μｍであった。
【００５７】
図５（ｄ）に示すように、レジスト層１４をリムーバーにて除去すると実施例２の液体吐出用ヘッド１が製造された。
【００５８】
めっきによって形成される金属構造体３の断面形状については、シード層３ａとノズル部材２との距離によって調整でき、距離が近ければ平面となり、距離が遠く離れれば曲率をもって接触境界部に到達する形状となる。得たい特性によって金属構造体がノズル部材に対して接触する接触境界部の断面形状は自由に調整することができる。
【００５９】
〔破壊靱性試験〕
めっき時間を変更したこと以外は実施例２と同様にして、金属構造体３の高さがそれぞれ０．３μｍ、０．７５μｍ、１．５μｍの液体吐出用ヘッドを作製した。また、金属構造体３を設けなかったこと以外は実施例２と同様にして、配線層５上の絶縁層２０が露出した（金属構造体の高さが０μｍ）液体吐出用ヘッドを作製した。これらの液体吐出用ヘッドを用い、配線層５の破壊靱性試験を行った。
【００６０】
ナノインデンター（フィッシャーインストルメンツ社製）にて対面角θ＝１３６°の正四角錐のダイヤモンド圧子で金属構造体３に荷重を加え、配線層５の破壊靱性試験を行った。その結果を図７に示す。なお、各サンプルについて、同様の試験を２度ずつ行った。
【００６１】
図７のグラフは、荷重変位曲線において、配線層５にクラックが生じることによる荷重変位曲線の屈曲部の始点となる数値をプロットしたものである。なお、屈曲部発生後に金属構造体３を除去すると配線層５にクラックが確認されたため、屈曲部発生時にクラックが生じたと言える。このグラフでは横軸の数値が大きな領域にプロットされるほど、荷重に対して配線層５の脆性破壊強度が大きいことを示す。このグラフより、配線層５上に金属構造体３を設けることで脆性破壊強度が向上することが分かる。脆性破壊強度が向上することで強い力にてワイピングを行っても配線層５は損傷しにくいため、高品位な記録が維持される液体吐出用ヘッド１となる。
【符号の説明】
【００６２】
１  液体吐出用ヘッド
２  ノズル部材
３  金属構造体
３ａ  シード層
３ｂ  めっき層
４  基板
５  配線層
６  エネルギー発生体
７  電極
８  液体吐出口
９  供給口
１０  ワイパー
１１  液体流路
１２  液体吐出用素子基板
１４  レジスト層
１６  液体吐出面
２０  絶縁層
１００  液体吐出装置
【要約】
【課題】より確実に回路部分の配線層を保護することができる液体吐出用ヘッドとその製造方法、並びに液体吐出装置の提供。
【解決手段】基板と、基板上に設けられた液体吐出用のエネルギーを発生するエネルギー発生体と、基板上に設けられた外部との電気的な接続を行う端子部であってエネルギー発生体に電力を供給するための電極を少なくとも含む端子部と、基板上に設けられたエネルギー発生体と電極とを電気的に連結する配線層と、エネルギー発生体に対応して設けられた液体吐出口と液体吐出口に連通する液体流路とを有する基板上に設けられたノズル部材と、を有する液体吐出用ヘッドにおいて、基板のノズル部材及び電極が設けられていない領域に配線層を覆うように金属構造体を備え、金属構造体は端子部と電気的に独立している。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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