JPH11300977A - 液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド、ヘッドカートリッジ及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吐出特性が安定した、信頼性の高い液体吐出
ヘッドを提供する。 【解決手段】 屈曲部４２を有する凹部４０ａを形成す
ることで凹型基板４０を形成し、凹部４０ａ側の表面に
剥離層４１を形成する。この剥離層４１の表面に、可動
部材４６を形成する。一方、発熱体２を有する素子基板
１の表面に接合層４４を形成する。可動部材４６と接合
層４４を圧着により金属接合させる。可動部材４６と接
合層４４の接合後、剥離層４１と可動部材４６との界面
で剥離させることで、可動部材４６を素子基板１の接合
層４４上に転写し、吐出ヘッド用基体４３を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、ワードプロセッサ、ホストコンピュータ等の出力
用端末としてのプリンタ、ビデオプリンタ等に用いられ
る液体噴射記録ヘッドおよび装置に関し、特に配線のた
めのエネルギーとして利用される熱エネルギーを発生す
る電気熱変換素子を形成した基体を有する液体噴射記録
ヘッドおよび装置に関する。即ち、記録用の液体（イン
ク等）を飛翔液滴として吐出口（オリフィス）から吐出
させて、記録媒体媒俸に付着させることによって記録を
行う液体噴射記録装置に用いられる液体噴射記録ヘッド
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱等のエネルギ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、米国特
許第４，７２３，１２９号明細書等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発生手段としての電気熱変換
体が一般的に配されている。

【０００３】この様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共に、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
ことができるという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、
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。

【０００４】このようにバブルジェット技術が多方面の
製品に利用されるに従って、次のような様々な要求が近
年さらにたかまっている。

【０００５】例えば、エネルギ効率の向上の要求に対す
る検討としては、保護膜の厚さを調整するといった発熱
体の最適化が挙げられている。この手法は、発生した熱
の液体への伝搬効率を向上させる点で効果がある。

【０００６】また、高画質な画像を得るために、インク
の吐出スピードが速く、安定した気泡発生に基づく良好
なインク吐出を行える液体吐出方法等を与えるための駆
動条件が提案されたり、また、高速記録の観点から、吐
出された液体の液流路内への充填（リフィル）速度の速
い液体吐出ヘッドを得るために流路形状を改良したもの
も提案されている。

【０００７】この流路形状の内、特開昭６３−１９９９
７２号公報等に記載されているヘッドは、発熱素子が形
成する気泡の発泡領域よりも離れ、かつ、発熱素子に関
して吐出口とは反対側に位置する弁を有する。この弁
は、板材等を利用する製造方法によって、流路の天井に
貼り付いたように初期位置を持ち、気泡の発生に伴って
流路内へ垂れ下がる。この発明は、上述したバック波の
一部を弁によって制御することでエネルギー損失を抑制
するものとして開示されている。

【０００８】しかしながら、この構成において、吐出す
べき液体を保持する流路内部に、気泡が発生した際を検
討するとわかるように、弁によるバック波の一部を抑制
することは、液体吐出にとっては実用的なものでないこ
とがわかる。

【０００９】もともとバック波自体は、前述したように
吐出に直接関係しないものである。従って、バック波の
うち、しかもその一部を抑制したからといっても、吐出
に大きな影響を与えないことは明らかである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、基本的に従
来の気泡、特に膜沸騰に伴う気泡を液流路中に形成して
液体を吐出する方式の、根本的な吐出特性を、従来では
予想できない水準に高めることを主たる課題とする。

【００１１】発明者たちは、従来では得られなかった気
泡を利用した新規な液滴吐出方法、およびその方法を用
いたヘッドなどを提供すべく鋭意研究を行った。このと
き、液流路中の可動部材の機構の原理を解析するといっ
た液流路中の可動部材の動作を起点とする第１技術解
析、および気泡による液滴吐出原理を起点とする第２技
術解析、さらには、気泡形成用の発熱体の気泡形成領域
を起点とする第３技術解析を行い、これらの解析によっ
て、可動部材の支点と自由端の配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するこ
とで積極的に気泡を制御する全く新規な技術を確立する
に至った。

【００１２】次に、気泡自体が吐出量に与えるエネルギ
ーを考慮すると、気泡の下流側の成長成分を考慮するこ
とが吐出特性を格段に向上できる要因として最大である
との知見に至った。つまり、気泡の下流側の成長成分を
吐出方向へ効率よく変換させることこそ吐出効率、吐出
速度の向上をもたらすことも判明した。

【００１３】さらに、気泡を形成するための発熱領域、
例えば電気熱変換体の液滴の流れ方向の面積中心を通る
中心線から下流側、あるいは、発泡を司る面における面
積中心などの気泡下流側の成長にかかわる可動部材や液
流路などに構造的要素を勘案することも好ましいという
ことがわかった。

【００１４】また、一方、可動部材の配置と液供給路の
構造を考慮することで、リフィル速度を大幅に向上でき
ることがわかった。

【００１５】本発明の目的は、気泡の発生に基づく圧力
による可動部材の自由端の変位を利用して液体を吐出す
る際に、吐出特性が安定した、信頼性の高い液体吐出ヘ
ッドを提供することにある。また、本発明の目的は、前
記液体吐出ヘッドの可動部材などを高い精度で、且つ、
高密度に形成することができる液体吐出ヘッドの製造方
法を提供することにある。

【００１６】

【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、発熱素子が設け
られた第１の基板の表面に、前記発熱素子に面する一端
側が自由端となる可動部材の他端側を接合して液体吐出
ヘッド用基体を形成する工程と、前記液体吐出ヘッド用
基体上に、前記可動部材を含む液流路および該液流路と
連通して液体を吐出する吐出口が設けられた天板を接合
する工程とを有する液体吐出ヘッドの製造方法であっ
て、前記液体吐出ヘッド用基体を形成する工程は、表面
の少なくとも一部が前記可動部材の表面形状と等しい形
状に形成された第２の基板の表面に、前記可動部材が剥
離可能な剥離層を形成する工程と、前記剥離層上に前記
可動部材を形成する工程と、前記第１の基板の、前記液
体の流れ方向について前記発熱素子よりも上流で、か
つ、前記可動部材の他端部が接合される部位に接合層を
形成する工程と、前記第２の基板を、前記可動部材が形
成された面を前記第１の基板に対向させて圧着し、前記
可動部材の他端側と前記接合層とを接合する工程と、前
記第２の基板を前記剥離層との界面で前記可動部材から
剥離させる工程とを有する。

【００１７】第２の基板としては単結晶シリコンを用い
てもよく、この場合には、単結晶シリコンの表面の、可
動部材の一端側が形成される部位に異方性エッチングに
より凹部を形成することで、第２の基板の表面を可動部
材の表面と等しい形状に形成してもよい。

【００１８】また、可動部材および接合層が金属からな
るものであってもよく、この場合には、貴金属または貴
金属合金を用いることが好ましい。さらに、剥離層は二
酸化シリコンからなるものであってもよい。

【００１９】本発明の液体吐出ヘッドは、発熱素子が設
けられた第１の基板の表面に、発熱素子に面する一端側
が自由端となり他端側が固定端となる可動部材が接合さ
れた液体吐出ヘッド用基体と、液体吐出ヘッド用基体上
に接合され、可動部材を含む液流路および該液流路と連
通して液体を吐出する吐出口が設けられた天板とを有す
る、上記本発明の液体吐出ヘッドの製造方法のいずれか
によって製造されたものである。

【００２０】上記のように本発明では、可動部材は第２
の基板の表面に設けられており、第１の基板には接合層
が設けられているので、第２の基板を第１の基板に圧着
させるだけで第１の基板に容易に接合される。この際、
接合層は可動部材の上記他端部が接合される部位に形成
されているので、可動部材の一端部は第１の基板に接合
されず、自由端となる。また、可動部材は、第２の基板
の表面に剥離層を介して形成されているので、第２の基
板を第１の基板に圧着した後、第２の基板を第１の基板
から取り除くことで、剥離層との界面から可動部材が剥
離し、可動部材のみが第１の基板に残り、これにより液
体吐出ヘッド用基体が形成される。

【００２１】特に、可動部材および接合層が金属からな
るものとすることで、可動部材と接合層とは、金属結合
で接合される。

【００２２】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法に従っ
て製造された液体吐出ヘッドは、液流路に供給された液
体を発熱素子で加熱して発泡させ、このときに生じるエ
ネルギを利用して吐出口から液体を吐出するものであ
る。ここで、液流路内には、発熱素子に面した一端側を
自由端とする可動部材が配されているので、上記液体の
発泡により、可動部材の一端側が変位する。特に、可動
部材の、第１の基板に接合される他端側は、液流路内で
の液体の流れ方向について発熱素子よりも上流側に位置
するので、可動部材の変位は液体の発泡エネルギを、液
体の流れ方向の下流端である吐出口側へ効率的に導く。

【００２３】また、本発明のヘッドカートリッジは、本
発明の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給され
る液体を保持する液体容器とを有する。

【００２４】さらに、本発明の液体吐出装置は、本発明
の液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドから液体を吐出さ
せるための駆動信号を供給する駆動信号供給手段とを有
するものである。また、本発明の液体吐出ヘッドと、液
体吐出ヘッドから吐出された液体を受ける被記録媒体を
搬送する被記録搬送手段とを有するものである。

【００２５】なお、本発明の説明で用いる「上流」「下
流」とは、液体の供給源から気泡発生領域（又は可動部
材）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る。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２７】図１は、本発明の一実施形態の液体吐出ヘ
ッド７０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。本実施形態の液体吐出ヘッド７
０は、図１に示すように、液体吐出ヘッド用基体４３上
に接合された天板３と、液体吐出ヘッド用基体４３及び
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。液体吐出ヘッド用基体４３は、液体に気泡を発
生させるための熱エネルギを与える吐出エネルギ発生素
子としての、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、素子基板１上に
接合層４４を介して接合された可動部材６とを有する。

【００２８】素子基板１は、シリコンなどの基板上に絶
縁および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜または窒化シ
リコン膜を成膜し、その上に、発熱体２を構成する電気
抵抗層および配線をパターニングしたものである。この
配線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。なお、素子基板１の
構成については、後程詳しく説明する。

【００２９】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８のパターンをエッチングで形成したり、シリコ
ンの基板上にＣＶＤなどの公知の成膜方法により窒化シ
リコン、酸化シリコンなど、流路側壁９となる材料を堆
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。

【００３０】オリフィスプレート４には、各液流路７に
対応し、それぞれの液流路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を選択してもよく、例えば、
吐出口５を形成したシリコンの基板を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は本発明に必ずしも必要な構成でなく、
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
することで天板３とオリフィスプレート４を一体とする
こともできる。

【００３１】可動部材６は、液流路７を吐出口５に連通
した第１の液流路７ａと、発熱体２を有する第２の液流
路７ｂとに分けるように、発熱体２に対面して配置され
た片持梁状のＡｕあるいはＰｄを素材とする薄膜状の部
材である。

【００３２】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を経て吐出口５側へ流れる
大きな流れの上流側に可動部となる第１の支点６ａ及び
第２の支点６ｂを持ち、これら第１の支点６ａ及び第２
の支点６ｂに対して下流側に自由端を持つように、発熱
体２に面した位置に発熱体２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。

【００３３】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て成長する。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は図
１に破線で示されるように、主に第１の支点６ａを中心
に吐出口５側に大きく開くように変位する。そして、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播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。

【００３４】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）に第１の支点
６ａ及び第２の支点６ｂを持ち下流側（吐出口５側）に
自由端６ｃを持つ可動部材６を設けることによって、気
泡の圧力伝播方向が下流側へ導かれ、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播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６によって制御し、気泡の圧
力伝播方向を制御することで、吐出効率や吐出力または
吐出速度などの根本的な吐出特性を向上させることがで
きる。

【００３５】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への液体の充填（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。

【００３６】次に、図１に示した液体吐出ヘッド７０の
素子基板１について、図２及び図３を参照してより詳細
に説明する。

【００３７】図２は、図１に示した液体吐出ヘッド７０
の基体部のインク路に相当する部分の断面図を示すもの
である。

【００３８】素子基板１のベースとなるシリコン基板１
０１上には、蓄熱層である熱酸化膜１０２、酸化シリコ
ン（ＳｉＯ₂）または窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）からな
り蓄熱層を兼ねる層間膜１０３が積層されている。層間
膜１０３の上には、抵抗層１０４と、ＡｌまたはＡｌ−
Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ合金からなる配線部１０５と
がそれぞれパターニングされ、その上に酸化シリコン
（ＳｉＯ₂）または窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）からなる
保護膜１０６と、抵抗層１０４の発熱に伴う化学的ある
いは物理的衝撃から保護膜１０６を守るための耐キャビ
テーション膜１０７が積層されている。なお、抵抗層１
０４と配線部１０５とで発熱体層が構成され、抵抗層１
０４上の配線部１０５が形成されていない領域が、発熱
素子として機能する熱作用部１０８となっている。この
ように、半導体製造技術によりシリコン基板１０１上に
形成された抵抗層１０４や熱作用部１０８が、発熱体２
を構成している。

【００３９】抵抗層１０４は、発熱体２を配線部１０５
間に位置せしめ、発熱体２はもちろんのこと、抵抗層１
０４全体がＴａＮ_0.8を含む構成となっている。このＴ
ａＮ_{0 .8}を含む発熱体２は、製造上のばらつきが少な
く、同一基板に多数の発熱体２を形成しても、機能効果
が安定する。さらに、通電条件を変化させても抵抗変化
が少なく、多数の発熱体２の機能が安定して同等の作用
を発揮することができる。図３には、この発熱体２を含
む素子基板１を主要要素を縦断するように切断した模式
的断面図が示してある。

【００４０】一般的なＭｏｓ（メタル・オキサイド・シリ
コン）プロセスを用いイオンプラテーション等の不純物
導入および拡散を行なって、ｐ導電体のシリコン基板１
０１のｎ型ウェル領域４０２上にｐ−Ｍｏｓ４５０が、
ｐ型ウェル領域４０３上にｎ−Ｍｏｓ４５１がそれぞれ
構成される。このｐ−Ｍｏｓ４５０およびｎ−Ｍｏｓ４
５１は、それぞれ厚さ数百Åのゲート絶縁膜４０８を介
して４０００Å以上５０００Å以下の厚さにＣＶＤ法で
堆積したポリシリコンからなるゲート配線４１３、ｎ型
あるいはｐ型の不純物導入をしたソース領域４０５、ド
レイン領域４０６等で構成され、これらのｐ−Ｍｏｓ４
５０とｎ−Ｍｏｓ４５１によりＣ−Ｍｏｓロジックが構
成される。

【００４１】また、ｐ型ウェル領域４０３中には、やは
り不純物導入および拡散等の工程により形成されたドレ
イン領域４１１、ソース領域４１２、ゲート配線４１３
等で構成される素子駆動用ｎ−Ｍｏｓトランジスタが設
けられている。

【００４２】ここで、素子駆動ドライバにｎ−Ｍｏｓト
ランジスタを使うと、１つのトランジスタを構成するド
レインゲート間の距離Ｌは、最小値で約１０μｍであ
る。１０μｍの内訳は、ソースとドレインのコンタクト
であるＡｌ電極４１７が２×２μｍであるが、実際には
その半分は隣のトランジスタと兼用であるのでその１／
２であり、Ａｌ電極４１７とゲート配線４１３間が２×
２μｍで４μｍ、ゲート配線４１３が４μｍであり、合
計で１０μｍとなる。

【００４３】各素子間には、フィールド酸化により５０
００Å〜１００００Åの厚さの酸化膜分離領域４５３が
形成されて、各素子がそれぞれ分離されている。このフ
ィールド酸化膜は、熱作用部１０８下においては一層目
の熱酸化膜１０２として作用する。

【００４４】各素子が形成された後、ＣＶＤ法により約
７０００Åの厚さに形成されたＰＳＧ（Phospho-Silica
te Glass）、ＢＰＳＧ（Boron-doped Phospho-Silicate
Glass）膜等からなる層間絶縁膜４１６が設けられてい
る。さらに、この層間絶縁膜４１６が熱処理により平坦
化等の処理がなされてから、コンタクトホールを介し、
第１の配線層となるＡｌ電極４１７による配線が行われ
ている。その後、プラズマＣＶＤ法により１００００Å
〜１５０００Åの厚さに形成されたＳｉＯ₂膜等からな
る層間絶縁膜４１８が設けられ、さらに、約１０００Å
の厚さのＴａＮ _0.8,hex膜からなる抵抗層１０４がＤＣ
スパッタ法により形成されている。この抵抗層１０４
は、スルーホールを介して、Ａｌ電極４１７と一部接触
している。その後、図示しないが、各発熱体２ヘの配線
となる第２の配線層となるＡｌの電極が形成されてい
る。

【００４５】次に、プラズマＣＶＤ法により約１０００
０Åの厚さに形成されたＳｉ₃Ｎ₄膜からなる保護膜１０
６が設けられる。保護膜１０６の上に、Ｔａ等からなる
約２５００Åの厚さの耐キャビテーション膜１０７が堆
積される。

【００４６】なお、本実施例では、ｎ−Ｍｏｓトランジ
スタを使った構成で説明しているが、複数の発熱体２を
個別に駆動できる能力を持ち、かつ、上述したような微
細構造を達成できる機能をもつトランジスタであれば、
これに限らない。

【００４７】これらの駆動素子は、半導体技術によりシ
リコン基板１０１に形成され、熱作用部１０８が同一基
板に更に形成される。

【００４８】次に、図１に示した吐出ヘッド用基体４３
の製造工程を図４を用いて説明する。なお、理解を容易
にするために、図４（ａ）〜（ｃ）は、凹型基板４０の
表裏を反転させている。つまり、図示上面が裏面であ
り、下面が表面である。

【００４９】図４（ａ）に示すように、酸化ガスにより
熱酸化して形成した二酸化シリコン膜をパターニングし
たマスク層（不図示）が表面に形成された、結晶方位面
が（１００）のシリコンウェハを凹型基板４０として用
意し、フォトリソグラフィプロセスにより形成したフォ
トレジスト（不図示）をマスクとして、該マスク層をパ
ターニングにより一部除去し、所望の箇所をＨＦ水溶液
によりエッチングし、凹型基板４０の表面の一部を露出
させた。マスク層は、凹型基板４０を結晶軸異方性エッ
チングし、可動部材６を形づくるための、傾斜面４０ｂ
及び底面４０ｃで構成された凹部４０ａを形成する時の
マスクであり、結晶軸異方性エッチング液に対して、エ
ッチング耐性を持つ。フォトレジストを剥離した後に、
凹型基板４０を濃度２７％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）
水溶液にて液温度８０℃で結晶軸異方性エッチングし、
（１１１）結晶面を傾斜部４０ｂとし、深さ５μｍの
（１００）結晶面を底面４０ｃとした。また、底面４０
ｃと傾斜部４０ｂの間、傾斜部４０ｂと凹型基板４０の
表面の間には、それぞれ屈曲部４２を形成した。

【００５０】次に、図４（ｂ）に示すように、マスク層
をＨＦ水溶液によりエッチング除去した後に、凹型基板
４０を酸化ガスを用いて、再度、熱酸化し、凹部４０ａ
を含む凹型基板４０の表面全体に剥離層４１である二酸
化シリコン層を１０００Åの膜厚で形成した。

【００５１】さらに、図４（ｃ）に示すように、可動部
材６の材料となるＡｕあるいはＰｄを真空蒸着法によ
り、全面に５μｍの膜厚で成膜し、フォトリソグラフィ
プロセスとＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング法に
より、可動部材６の形状にパターニングして、可動部材
６を形成した。

【００５２】一方、図４（ｄ）に示すように、図２及び
図３で示した素子基板１を形成後、５０Åの膜厚のＣｒ
と１０００Åの膜厚のＡｕあるいはＰｄを真空蒸着法に
より順次連続して薄膜堆積し、該薄膜をフォトリソグラ
フィプロセスとエッチングによりパターニングして、接
合層４４を形成した。

【００５３】次に、図４（ｅ）で示すように、図４
（ｃ）の凹型基板４０上の可動部材６と図４（ｄ）の素
子基板１上の接合層４４を位置合わせし、凹型基板４０
と素子基板１を圧着した。可動部材６及び接合層４４は
いずれもＡｕあるいはＰｄで構成されているので、凹型
基板４０と素子基板１との圧着により、凹型基板４０と
接合層４４とが金属結合し、互いに接合される。

【００５４】この後、図４（ｆ）で示すように、剥離層
４１と可動部材６との界面から引き剥がし、屈曲部４２
の形状が転写された可動部材６を、接合層４４上に転写
することで、液体吐出ヘッド用基体４３が完成する。

【００５５】このように、凹部４０ａを含む凹型基板４
０上に剥離層４１を形成し、剥離層４１上に可動部材６
を形成した後、可動部材６を剥離層４１から剥離するた
め、剥離層４１の材質としては可動部材６を構成する材
質が剥離しやすい材質のものを選択する必要がある。す
なわち、剥離層４１の材料は、可動部材６との反応性及
び密着性が小さいことが必要である。このような材料と
しては、可動部材６との組み合わせにより好適な材料を
選択すればよく、金属、半金属、半導体、絶縁体あるい
は有機物等の様々な材料が選択される。例えば、可動部
材６の材料として、貴金属または貴金属合金を用いる場
合、剥離層４１としては反応性及び密着性が小さい酸化
物あるいは窒化物あるいは炭化物が好ましく、ＢＮ，Ｂ
Ｃ₄，ＡｌＮ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＯ₂，
ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＯ₂，ＶＯ ₂，Ｃｒ₂Ｏ₃，Ｚｒ
Ｏ₂，Ｔａ₂Ｏ₅，Ｗ₂Ｏ₃等が使用できる。剥離層４１
は、凹型基板４０上の凹部４０ａに形成する際に、剥離
層４１の厚みにより凹部４０ａの形状が著しく変化しな
いように、薄膜形成方法を用いて形成される。薄膜形成
方法としては、膜質再現性の高い抵抗加熱蒸着法、電子
ビーム蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等の真空蒸
着法を用いるとよい。

【００５６】また、転写工程後の凹型基板４０上に、再
度、ＡｕあるいはＰｄを５μｍ真空蒸着法により成膜
し、可動部材６を形成して、図４で示した工程により、
同様な液体吐出ヘッド用基体４３を作成することが可能
である。これにより、可動部材６の雄型となる凹型基板
４０の再利用が可能であることがわかった。

【００５７】以上のように、素子基板１上に可動部材６
を形成した後は、吐出ヘッド用基体４３上に天板３が接
合され、さらに、図５の液体吐出ヘッドの斜視断面図に
示すインクの吐出のための吐出口５等が形成されて液体
吐出ヘッド７０となる。吐出口５は複数個形成されてお
り、各吐出口５に連通する各流路は流路側壁９で隔絶さ
れている。

【００５８】以上説明したように、吐出力発生領域に、
気泡の発生に伴う圧力によって変位する可動部材６を設
けることで、発生した圧力を効率的に吐出口５方向に向
かわせることができ、吐出液体のリフィルを向上させつ
つ、高吐出エネルギ効率、高吐出圧で液体を吐出するこ
とができる。

【００５９】また、可動部材６は、フォトリソグラフィ
プロセスを利用して形成されるので、吐出口５方向の長
さおよび幅等の寸法を精度よく形成することができ、寸
法のばらつきに由来する機械的特性のばらつきを小さく
することができる。しかも、第１の支点６ａ及び第２の
支点６ｂを曲げ形状としたことで可動部への応力集中に
伴う機械的強度の経時変化を抑えることができ、耐久性
が向上する。

【００６０】さらに、液体吐出ヘッド用基体４３と可動
部材６の接合に際して、加熱する必要がないため、金属
間接合の際に懸念される金属イオンの拡散等の心配がな
くなり、かつ、接着剤を用いない接合であるため、液体
吐出ヘッドを駆動する際に発生する熱による熱膨張の影
響が少なくなる。

【００６１】そして、可動部材６を形成する凹部４０ａ
を有する凹型基板４０が再利用可能であるため、低コス
トで、かつ、再現性のよい液体吐出ヘッド用基体４３を
供給できる。

【００６２】次に、上述した液体吐出ヘッド７０が搭載
される液体吐出装置について、図６を参照して説明す
る。

【００６３】図６は、本発明の液体吐出装置の一例の概
略斜視図である。また、図７は図６に示した液体吐出装
置に用いられる本実施形態の液体吐出ヘッドカートリッ
ジ５８０の外観斜視図である。図６において、本体フレ
ーム５５１には、螺旋溝５５３の刻まれたリードスクリ
ュー５５２が回転自在に軸支されている。リードスクリ
ュー５５２は、駆動モータ５５９の正逆回転に連動し、
駆動力伝達ギア５６０，５６１を介して回転駆動され
る。さらに、本体フレーム５５１には、キャリッジ５５
５を摺動自在に案内する案内レール５５４が固定されて
いる。キャリッジ５５５には、螺旋溝５５３に係合する
ピン（不図示）が設けられており、駆動モータ５５９の
回転によりリードスクリュー５５２を回転させること
で、キャリッジ５５５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５７２は、キャリッ
ジ５５５の移動方向にわたって、被記録媒体５９０をプ
ラテンローラ５７３に対して押圧する。

【００６４】キャリッジ５５５には、液体吐出ヘッドカ
ートリッジ５８０が搭載される。液体吐出ヘッドカート
リッジ５８０は、上述した液体吐出ヘッド７０をインク
タンクと一体化したものである。また、この液体吐出ヘ
ッドカートリッジ５８０は、キャリッジ５５５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５５５に固定支持されるとともに、キャリッジ５５
５に対して着脱可能に設けられている。

【００６５】フォトカプラ５５７，５５８は、キャリッ
ジ５５５のレバー５５６のこの域での存在を確認して駆
動モータ５５９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。液体吐出ヘッド７０の
前面（吐出口５が開口した面）をキャップするキャップ
部材５６７は、支持部材５６２によって支持され、さら
に吸引手段５６６を備え、キャップ内開口５６８を介し
て液体吐出ヘッド７０の吸引回復を行う。本体支持板５
６４には支持板５６５が取り付けられており、この支持
板５６５に摺動自在に支持されたクリーニングブレード
５６３は、図示しない駆動手段によって前後方向に移動
される。クリーニングブレード５６３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５７０は、液体吐出ヘッド７０の吸引
回復動作を開始するためのもので、キャリッジ５５５と
当接するカム５７１の移動に伴って移動し、駆動モータ
５５９から駆動力がギア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。

【００６６】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５５５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５５２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。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。

【００６７】以上説明した液体吐出装置においては、搭
載した液体吐出ヘッド７０の電気熱変換体を駆動するた
めの記録信号を液体吐出ヘッド７０に与える記録信号供
給手段を有し、液体吐出装置の動作を司る制御部を備え
ている。

【００６８】本実施形態の液体吐出装置は、上述した液
体吐出ヘッド７０を搭載しているのでインクの吐出が安
定し、その結果、画像品位の劣化が少ない記録装置を達
成することができる。なお、本実施形態ではキャリッジ
５５５に液体吐出ヘッドカートリッジ５８０が着脱可能
に搭載される例を示したが、これに限らず、液体吐出ヘ
ッド７０をキャリッジ５５５に一体化し、インクタンク
のみを着脱可能に搭載する構成としてもよい。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、可
動部材は第２の基板の表面に設けられており、第１の基
板には接合層が設けられているので、第２の基板を第１
の基板に圧着させ、その後第２の基板を取り除くだけ
で、第１の基板に容易に接合することができる。また、
加熱あるいは接着剤によらず、可動部材と接合層は圧着
により接合されるため、加熱による金属間接合時の金属
イオンの拡散、あるいは接着剤による接合の場合の接着
剤の熱による熱膨張の影響がない。これにより、吐出特
性が安定した、信頼性の高い液体吐出ヘッドが得られ
る。また、第２の基板を単結晶シリコンで構成し、この
表面の可動部材の一端側が形成される部位に異方性エッ
チングにより、凹部を形成することで得られた可動部材
は、可動部の応力が分散され、疲労破壊を起こしにくく
なり、耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドの液流路
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基体部のインク
路に相当する部分の断面図を示すものである。

【図３】発熱体を含む素子基板の主要要素を縦断するよ
うに切断した模式的断面図である。

【図４】図１に示した吐出ヘッド用基体の製造工程を説
明する図である。

【図５】図１に示した液体吐出ヘッドの斜視断面図であ
る。

【図６】本発明の液体吐出装置の一例の概略斜視図であ
る。

【図７】本発明の液体吐出ヘッドカートリッジの一実施
形態の外観斜視図である。

【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 第１の支点 ６ｂ 第２の支点 ６ｃ 自由端 ７ 液流路 ７ａ 第１の液流路 ７ｂ 第２の液流路 ８ 共通液室 ９ 流路側壁 １０ 気泡発生領域 ４０ 凹型基板 ４０ａ 凹部 ４０ｂ 傾斜面 ４０ｃ 底面 ４１ 剥離層 ４３ 液体吐出用基体 ４４ 接合層 ７０ 液体吐出ヘッド １０１ シリコン基板 １０２ 熱酸化膜 １０３ 層間膜 １０４ 抵抗層 １０５ 配線部 １０６ 保護膜 １０７ 耐キャビテーション膜 １０８ 熱作用部 ４０２ ｎ型ウェル領域 ４０３ ｐ型ウェル領域 ４０５、４１２ ソース領域 ４０６、４１１ ドレイン領域 ４０８ ゲート絶縁膜 ４１３ ゲート配線 ４１６、４１８ 層間絶縁膜 ４１７ Ａｌ電極 ４５０ ｐ−Ｍｏｓ ４５１ ｎ−Ｍｏｓ ４５３ 酸化膜分離領域 ５５１ 本体フレーム ５５２ リードスクリュー ５５３ 螺旋溝 ５５４ 案内レール ５５５ キャリッジ ５５６、５７０ レバー ５５７、５５８ フォトカプラ ５５９ 駆動モータ ５６０、５６１ 駆動力伝達ギア ５６２ 支持部材 ５６３ クリーニングブレード ５６４ 本体支持板 ５６５ 支持板 ５６６ 吸引手段 ５６７ キャップ部材 ５６８ キャップ内開口 ５７１ カム ５７２ 紙押え板 ５７３ プラテンローラ ５８０ 液体吐出ヘッドカートリッジ ５９０ 被記録媒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木 隆行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱素子が設けられた第１の基板の表面
   に、前記発熱素子に面する一端側が自由端となる可動部
   材の他端側を接合して液体吐出ヘッド用基体を形成する
   工程と、前記液体吐出ヘッド用基体上に、前記可動部材
   を含む液流路および該液流路と連通して液体を吐出する
   吐出口が設けられた天板を接合する工程とを有する液体
   吐出ヘッドの製造方法であって、 前記液体吐出ヘッド用基体を形成する工程は、 表面の少なくとも一部が前記可動部材の表面形状と等し
   い形状に形成された第２の基板の表面に、前記可動部材
   が剥離可能な剥離層を形成する工程と、 前記剥離層上に前記可動部材を形成する工程と、 前記第１の基板の、前記液体の流れ方向について前記発
   熱素子よりも上流で、かつ、前記可動部材の他端部が接
   合される部位に接合層を形成する工程と、 前記第２の基板を、前記可動部材が形成された面を前記
   第１の基板に対向させて圧着し、前記可動部材の他端側
   と前記接合層とを接合する工程と、 前記第２の基板を前記剥離層との界面で前記可動部材か
   ら剥離させる工程とを有する液体吐出ヘッドの製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記第２の基板は単結晶シリコンからな
   り、該単結晶シリコンの表面の、前記可動部材の一端側
   が形成される部位に異方性エッチングにより凹部を形成
   することで、前記第２の基板の表面を前記可動部材の表
   面形状と等しい形状に形成する請求項１に記載の液体吐
   出ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記可動部材および前記接合層は金属か
   らなる請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造
   方法。
4. 【請求項４】 前記金属は、貴金属または貴金属合金で
   ある請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 【請求項５】 前記剥離層は二酸化シリコンからなる請
   求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド
   の製造方法。
6. 【請求項６】 発熱素子が設けられた第１の基板の表面
   に、前記発熱素子に面する一端側が自由端となり他端側
   が固定端となる可動部材が接合された液体吐出ヘッド用
   基体と、前記液体吐出ヘッド用基体上に接合され、前記
   可動部材を含む液流路および該液流路と連通して液体を
   吐出する吐出口が設けられた天板とを有する液体吐出ヘ
   ッドであって、 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の製造方法によ
   って製造された液体吐出ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の液体吐出ヘッドと、該
   液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容器と
   を有するヘッドカートリッジ。
8. 【請求項８】 請求項６に記載の液体吐出ヘッドと、前
   記液体吐出ヘッドから液体を吐出させるための駆動信号
   を供給する駆動信号供給手段とを有する液体吐出装置。
9. 【請求項９】 請求項６に記載の液体吐出ヘッドと、前
   記液体吐出ヘッドから吐出された液体を受ける被記録媒
   体を搬送する被記録搬送手段とを有する液体吐出装置。
10. 【請求項１０】 前記液体吐出ヘッドからインクを吐出
    し、被記録媒体にインクを付着させることで記録を行う
    請求項８または９に記載の液体吐出装置。