JPH1158743A - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

液体吐出ヘッド及びその製造方法

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JPH1158743A JP9229655A JP22965597A JPH1158743A JP H1158743 A JPH1158743 A JP H1158743A JP 9229655 A JP9229655 A JP 9229655A JP 22965597 A JP22965597 A JP 22965597A JP H1158743 A JPH1158743 A JP H1158743A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液流路内のさらなる精細化及び高精度化、並
びに、可動部材のさらなる耐久性及び動作の安定性の向
上を図るとともに、液体に対する耐久性に優れ、かつ、
弾性に優れた可動部材を有する液体吐出ヘッド及びその
製造方法を提供すること。 【解決手段】 基板１上に台座部７を形成し、その後、
台座部７上を含む所定の位置に可動部材３１を形成する
が、その際、可動部材３１と基板１及び台座部７とが、
電食を発生しない接液面構成関係を満足するような構成
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、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及びその製造方法に関
し、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及びそ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、特願平８−４８９２
号公報等を出願している。
【０００６】特願平８−４８９２号公報等に開示された
発明は、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。
【０００７】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、
吐出効率を向上させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前述した可動部材を用
いる吐出方法及び装置においては、液体の種類を問わず
に液体の良好な吐出を行うことができ、その可動部材の
構成として、少なくとも一部（外装面のみまたは内部の
みまたは全体）が弾性を持たせる金属系材料であること
が、耐久性、高周波応答性の観点からは好ましいもので
ある。
【０００９】可動部材の可動部が自由端を持つ片持ちは
りの如く構成する場合、その支点側の部分は、何らかの
固定構造によって構成される。この固定構造として、台
座に対して可動部材を金ボンディングや接着剤を用いた
り、機械的結合素子（ビス等）を用いたりすることが考
えられる。
【００１０】ところが、液流路内において可動部材の金
属部が弾性、耐久性あるいは製造上から選定され、台座
や固定構造の金属材料と異なる金属で構成されると、電
気的導通可能状態（直接接触あるいは樹脂やコーティン
グ層等のピンホール部を介して）の場合に、これらの間
に電食が発生し得る条件となることがあった。この条件
下で可動部材を放置すると、可動部材の構造変化（減少
または増加）によって、可動部材の変Ｋが変化し、結果
的に吐出特性が変化していくことが考えられる。
【００１１】本発明者達は、このような条件下の可動部
材の信頼性を長期的に安定化させることを新たな一つの
課題として認識した。
【００１２】また、可動部材を有する液流路内の構造、
すなわち液体に接する接液面はもとより、その外層部の
それぞれの材質を考慮した場合、上述したような直接的
な電気的導通状態ではなくても、液体の含有成分によっ
ては、間接的に導通状態となる場合も想定される。つま
り、液体中に何らかの金属イオンや他のイオンが含まれ
ることによって電食条件が成立してしまう場合がある。
このイオンは、液体供給源としての液体収納容器構造や
指定された液体以外の液体が不用意に供給されることに
よって液流路内に存在してしまうものも考えられる。し
たがって、このような場合にあっても、可動部材の信頼
性を長期的に安定化させることが第２の課題となる。
【００１３】可動部材の支持構造を考慮するにあたっ
て、別の観点からすると、可動部材と台座との密着性及
び強度を向上できる構成の提供も新たな一つの課題とな
る。
【００１４】本発明は、上述したような観点に鑑みてな
されたものであって、上述の少なくとも一つの課題を解
決するもので、可動部材の耐久性及び動作の安定性の向
上を図ることができ、耐久性に優れ、かつ、弾性に優れ
た可動部材を有する液体吐出ヘッド及びその製造方法を
提供することを目的とする。
【００１５】本発明の他の目的は、液流路に存在する、
可動部材以外の部材または液体との関係において、可動
部材が電食されることがなく、耐久性に優れた特性を維
持することにある。
【００１６】本発明の別の目的は、可動部材自体の固
定、製造をより確実なものにできる構成及び製造方法を
提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、液体を吐出する吐出口に連通する液流路
と、前記液体を前記吐出口から吐出するための気泡を発
生する気泡発生エネルギー手段と、前記気泡の発生する
気泡発生領域に対面し、前記吐出口側に自由端を備え、
前記気泡を前記吐出口側に導く可動部材とを有してなる
液体吐出ヘッドにおいて、前記可動部材と、該可動部材
と電気的導通関係となり得る部材とが、電食を発生しな
い接液面構成関係を満足していることを特徴とする。
【００１８】また、液体を吐出する吐出口に連通する液
流路と、前記液体を前記吐出口から吐出するための気泡
を発生する気泡発生エネルギー手段と、前記気泡の発生
する気泡発生領域に対面し、前記吐出口側に自由端を備
え、前記気泡を前記吐出口側に導く可動部材とを有して
なる液体吐出ヘッドにおいて、前記可動部材及び該可動
部材を支持する支持部材それぞれの少なくとも前記液体
に対する接液面が実質的に同一材料であることを特徴と
する。
【００１９】また、液体を吐出する吐出口に連通する液
流路と、前記液体を前記吐出口から吐出するための気泡
を発生する気泡発生エネルギー手段と、前記気泡の発生
する気泡発生領域に対面し、前記吐出口側に自由端を備
え、前記気泡を前記吐出口側に導く可動部材とを有して
なる液体吐出ヘッドにおいて、前記可動部材の前記液体
に接する接液面は、前記液流路に供給された液体に含ま
れる陽イオンよりも酸化電位が低い材料によって構成さ
れていることを特徴とする。
【００２０】また、前記供給液体に含まれる陽イオン
は、Ｃａ2+，Ｆｅ2+，Ｆｅ3+，Ｐｂ2+，Ｎａ+の少なく
とも１つであり、前記可動部材の接液面は、該陽イオン
に対して酸化電位が低いことを特徴とする。
【００２１】また、前記可動部材と、該可動部材と電気
的導通関係となり得る部材とが、電食を発生しない接液
面構成関係を満足していることを特徴とする。
【００２２】また、前記可動部材及び該可動部材を支持
する支持部材それぞれの少なくとも前記液体に対する接
液面が実質的に同一材料であることを特徴とする。
【００２３】また、液体を吐出する吐出口と、該吐出口
に連通し、該吐出口に液体を供給する液流路と、液体に
気泡を発生させるための発熱体を具備する基板と、前記
発熱体に面するように前記吐出口側を自由端として前記
液流路内に設けられた可動部材と、該可動部材を前記基
板に支持する台座部とを少なくとも有してなる液体吐出
ヘッドにおいて、前記可動部材は、該可動部材が形成さ
れる材料よりも耐腐食性の高いコーティング部材によっ
て被覆されていることを特徴とする。
【００２４】また、前記台座部は、前記コーティング部
材によって被覆されていることを特徴とする。
【００２５】また、前記コーティング部材は、不導体で
あることを特徴とする。
【００２６】また、前記コーティング部材によって被覆
された内部と前記コーティング部材との間に、前記コー
ティング部材によって被覆された内部と前記コーティン
グ部材とを密着させるための密着向上層が介在すること
を特徴とする。
【００２７】また、前記密着向上層は、酸素を含むこと
を特徴とする。
【００２８】また、前記密着向上層は、前記コーティン
グ部材の元素の一部を含むことを特徴とする。
【００２９】また、液体を吐出する吐出口が形成され、
液体の吐出方向を決定するオリフィスプレートと、前記
吐出口に連通し、該吐出口に液体を供給する液流路と、
液体に気泡を発生させるための発熱体を具備する基板
と、前記発熱体に面するように前記吐出口側を自由端と
して前記液流路内に設けられた可動部材と、該可動部材
を前記基板に支持する台座部とを少なくとも有してなる
液体吐出ヘッドにおいて、前記オリフィスプレートと前
記可動部材と前記台座部とは同一材料から形成されてい
ることを特徴とする。
【００３０】また、液体を吐出する吐出口と、該吐出口
に連通し、該吐出口に液体を供給する液流路と、液体に
気泡を発生させるための発熱体を具備する基板と、前記
発熱体に面するように前記吐出口側を自由端として前記
液流路内に設けられた可動部材と、該可動部材を前記基
板に支持する台座部とを有する液体吐出ヘッドの製造方
法において、前記基板上に所定の形状の前記台座部を形
成する工程と、前記基板上の、前記台座部上を含む所定
の位置に前記台座部と同一の材料を用いて前記可動部材
を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００３１】また、前記可動部材を、該可動部材が形成
される材料よりも耐腐食性の高いコーティング部材によ
って被覆する工程を有することを特徴とする。
【００３２】また、前記台座部を、前記コーティング部
材によって被覆する工程を有することを特徴とする。
【００３３】また、前記コーティング部材は、不導体で
あることを特徴とする。
【００３４】また、前記コーティング部材によって被覆
された内部と前記コーティング部材との間に、前記コー
ティング部材によって被覆された内部と前記コーティン
グ部材とを密着させるための密着向上層を介在させる工
程を有することを特徴とする。
【００３５】また、液体を吐出する吐出口が形成され、
液体の吐出方向を決定するオリフィスプレートと、前記
吐出口に連通し、該吐出口に液体を供給する液流路と、
液体に気泡を発生させるための発熱体を具備する基板
と、前記発熱体に面するように前記吐出口側を自由端と
して前記液流路内に設けられた可動部材と、該可動部材
を前記基板に支持する台座部とを有する液体吐出ヘッド
の製造方法において、前記基板上に所定の形状の前記台
座部を形成する工程と、前記基板上の、前記台座部上を
含む所定の位置に前記台座部と同一の材料を用いて前記
可動部材を形成する工程と、前記台座部と同一の材料を
用いて前記オリフィスプレートを形成する工程とを有す
ることを特徴とする。
【００３６】本発明の技術説明に用いる以下の用語は、
下記内容に基づくものである。
【００３７】「同一材料「とは、異なる２部材が相対的
にイオン化傾向として知られる酸化電位が略同等（互い
に陽イオン化しにくい関係を満足する範囲）となるもの
をいう。
【００３８】「接続面」とは、実質的に液体と接する面
を言い、薄い樹脂のピンホールによって液体にさらされ
る部分をも含むものである。
【００３９】「電気的導通関係になる得る部材」とは、
互いに直接接触している部材はもちろんのこと、電解液
体を介して電気的導通状態となり得る離間状態の部材も
含むものである。この場合、可動部材に対してこの部材
として含まれるものは、金属性オリフィスプレート、液
流路の電気発熱体を覆う保護層または消泡時のキャビテ
ーションに対する耐キャビテーション層、あるいは可動
部材の支持部材、さらには電極上方の保護層等の少なく
とも１つが該当する。
【００４０】「液体中に含まれる陽イオン」とは、初期
から含まれている陽イオンはもちろんのこと、液体供給
用のインクタンクの変換によって新たに供給される液体
中の不純物として含まれている陽イオンや、液体供給手
段の構成材料から徐々に結果として供給されてしまうよ
うな陽イオンを含む。
【００４１】（作用）上記のように構成された本発明に
おいては、基板上に台座部を形成し、その後、台座部上
を含む所定の位置に台座部と同一の材料を用いて可動部
材を形成することにより、使用する液体や液体供給源に
対し、電食による劣化がほとんどなくなる。
【００４２】また、台座部や可動部材を、それらを形成
する材料よりも耐腐食性の高いコーティング部材によっ
て被覆した場合は、使用する液体や液体供給源によって
台座部や可動部材が腐食してしまうことはない。
【００４３】さらに、可動部材を基板に直接作り込んで
いるので、基板に対する可動部材の位置合わせが不要と
なり、多数の液流路内のさらなる精細化及び高精度化が
図られる。また、可動部材と台座部とが同一材料によっ
て構成されている場合、密着性が強くなり、可動部材の
耐久性及び可動部材の動作のさらなる安定性の向上が図
られる。
【００４４】また、上記作用は、オリフィスプレートに
おいても同様である。
【００４５】
【発明の実施の形態】本発明の具体的な実施の形態を説
明する前に、まず、本発明における液体を吐出する際
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
によりについて説明する。
【００４６】図１は、本発明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２は、図１に示した液体吐出ヘッド
の部分破断斜視図である。
【００４７】図１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２（本例において
は４０μｍ×１０５μｍの形状の発熱抵抗体）が素子基
板１に設けられており、この素子基板上に発熱体２に対
応して液流路１０が配されている。液流路１０は吐出口
１８に連通していると共に、複数の液流路１０に液体を
供給するための共通液室１３に連通しており、吐出口１
８から吐出された液体に見合う量の液体をこの共通液室
１３から受け取る。
【００４８】この液流路１０の素子基板上には、前述の
発熱体２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３１
が片持梁状に設けられている。この可動部材の一端は液
流路１０の壁や素子基板１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）７に固定されてい
る。これによって、可動部材は保持されると共に支点
（支点部分）３３を構成している。
【００４９】この可動部材３１は、液体の吐出動作によ
って共通液室１３から可動部材３１を経て吐出口１８側
へ流れる大きな流れの上流側に支点（支点部分；固定
端）３３を持ち、この支点３３に対して下流側に自由端
（自由端部分）３２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から１５μｍ程
度の距離を隔てて配されている。この発熱体２と可動部
材３１との間が気泡発生領域１１となる。
【００５０】発熱体２を発熱させることで可動部材３１
と発熱体２との間の気泡発生領域１１の液体に熱を作用
し、液体にUSP4,723,129に記載されているような膜沸騰
現象に基づく気泡を発生させる。気泡の発生に基づく圧
力と気泡は可動部材に優先的に作用し、可動部材３１は
図１（ｂ）、（ｃ）もしくは図２で示されるように示さ
れるように支点３３を中心に吐出口１８側に大きく開く
ように変位する。可動部材３１の変位若しくは変位した
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１８側に導かれる。またこのとき、自由
端３２の先端部が幅を有しているため、気泡の発泡パワ
ーを吐出口１８側へ導きやすくなり、吐出効率や吐出力
また吐出速度等の根本的な向上を図ることができる。
【００５１】以下に、本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。
【００５２】図３は、本発明の液体吐出ヘッドの製造方
法によって作製された液体吐出ヘッドの実施の一形態を
示す図であり、（ａ）は流路方向の断面図、（ｂ）は断
面斜視図である。
【００５３】本形態は図３に示すように、熱により気泡
を発生させる発熱体２と、発熱体２が造り込まれている
基板１と、液体が吐出される吐出口１８と、吐出口１８
が形成され、液体の吐出方向を決定するオリフィスプレ
ート１９と、吐出される液体を吐出口１８に供給するた
めに液流路１０と、液流路１０を形成する溝付部材５０
と、発熱体２上における気泡の発生に伴って変位する可
動部材３１と、可動部材３１を支持する台座部７とから
構成されている。なお、複数の液流路１０を互いに分離
する溝壁５２は、オリフィスプレート１９方向に伸びて
いる。
【００５４】以下に、上記のように構成された液体吐出
ヘッドの製造方法について説明する。
【００５５】図４は、図３に示した液体吐出ヘッドの製
造方法の実施の一形態を説明するための図である。
【００５６】まず、発熱体２を有する基板１（図４
（ａ））の表面に、感光性樹脂によるレジスト２１１を
スピンコーティングする（図４（ｂ））。
【００５７】次に、台座部７の形状に合わせてレジスト
２１１をパターンニングする（図４（ｃ））。
【００５８】次に、基板表面の電鋳を行う。ここで、基
板表面においては、台座部７の形状に合わせてレジスト
２１１がパターニングされているので、レジスト２１１
がパターニングによって除去されている部分のみ金属層
２１２が形成される（図４（ｄ））。
【００５９】次に、スパッタ法または蒸着法等を用い
て、金属層２１２と同じ金属からなる薄膜電極層２１３
を基板１上全面に成膜させる（図４（ｅ））。
【００６０】次に、薄膜電極層２１３を電極として、電
鋳法を用いて厚膜層２１４を形成する（図４（ｆ））。
【００６１】次に、レジストのパターンニング（不図
示）及び金属エッチングを行い、薄膜電極層２１３及び
厚膜層２１４のうち、可動部材３１となる部分以外を除
去する（図４（ｇ））。
【００６２】その後、基板１上にコーティングされたレ
ジスト２１１を剥離させる（図４（ｈ））。
【００６３】上述した一連の工程により、基板１上に、
可動部材３１とその台座７が同一の材料にて一体化して
作り込まれる。
【００６４】なお、本形態においては、厚膜層２１４を
形成した後、薄膜電極層２１３及び厚膜層２１４を、可
動部材３１の形状に合わせてパターンニングしたが（図
４（ｇ））、薄膜電極層２１３を形成した後に（図４
（ｅ））、薄膜電極層２１３をパターンニングしてもよ
い。
【００６５】ここで、上述した液体吐出ヘッドに用いら
れる可動部材３１の材料としては、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
たニッケル等の金属が一般的に使用されている。
【００６６】しかしながら、可動部材の材料として、機
械的特性に優れているがイオン化傾向の高い金属を使用
した場合、その金属が液流路内の液体によって腐食し、
腐食が進行すると、可動部材そのものの強度が弱まり、
気泡の発生による圧力が液体の吐出に効率的に作用しな
くなってしまう虞れがある。
【００６７】そこで、可動部材を、該可動部材が形成さ
れる材料よりも耐腐食性の高いコーティング部材である
保護層によって被覆すれば、気泡の発生による圧力を液
体の吐出に効率的に利用可能としながらも、液体に対す
る耐腐食性の向上を図ることができる。
【００６８】図５は、図３に示した液体吐出ヘッドの製
造方法の他の実施の形態を説明するための図である。
【００６９】なお、図５（ａ）〜（ｅ）に示す工程にお
いては、図４（ａ）〜（ｅ）に示した工程と同等である
ため、説明を省略する。
【００７０】基板１上全面に薄膜電極層２１３を成膜さ
せた後、薄膜電極２１３層に対して、レジスト塗布、パ
ターンニング及びエッチングを順次行うことにより、可
動部材３１とほぼ同等の大きさにエッチングする（図５
（ｆ））。
【００７１】次に、図５（ｆ）に示した工程によってエ
ッチングされた薄膜電極層２１３を電極として用い、め
っき工程によって可動部材層２１５を形成する（図５
（ｇ））。
【００７２】その後、レジスト２１１を除去し、それに
より、可動部材３１と台座７を形成する（図５
（ｈ））。
【００７３】上述した構成材料、すなわち、可動部材３
１、薄膜電極層２１３及び台座部７の導通状態となる関
係の材料に実質的に同一の材料を用いることで、用いら
れる液体に対して化学的に均一にバランスさせ、電食を
実質的に発生させなくする。
【００７４】さらに、基板１においても、これらと導通
状態となって液体に触れる場合、これらと実質的に同一
材料とすることが好ましい。
【００７５】以下に、上述したようなコーティング工程
について説明する。
【００７６】図６は、図４に示した工程によって基板に
作り込まれた可動部材に対するコーティング工程を示す
図である。
【００７７】まず、図４に示した工程によって基板に作
り込まれた可動部材３１（図６（ａ））の表面に、酸化
法、電鋳法または蒸着法等を用いて、密着向上層２１６
を形成する（図６（ｂ））。
【００７８】その後、密着向上層２１６表面に、電鋳法
または蒸着法等を用いて、保護層２１７を形成する（図
６（ｃ））。
【００７９】ここで、保護層２１７においては上述した
ように、可動部材が形成される材料よりも耐腐食性の高
いものが用いられ、具体的には、可動部材の材料にニッ
ケルを用いた場合は、タンタルや金やクロム等が用いら
れる。
【００８０】また、密着向上層２１６においては、可動
部材３１と保護層２１７とが互いに異なる金属によって
構成されると、可動部材３１の動きによって互いに剥離
してしまう虞れがあるため、それを防ぐために設けられ
るものであって、可動部材３１または保護層２１７の元
素の一部が含まれているものや酸素が含まれているもの
が用いられる。
【００８１】下記表に、可動部材３１と密着向上層２１
６と保護層２１７との組合せの例を示す。
【００８２】 なお、保護層２１７においては、密着向上層２１６に、
可動部材３１と剥離しないものを用いれば、金属に限ら
ず、液体に対して耐腐食性の高いものであれば不導体で
もよい。
【００８３】また、密着保護層２１６及び保護層２１７
によるコーティングを可動部材３１のみならず、台座部
７も一体化して施すことも考えられる。
【００８４】（他の実施の形態）上述した実施の形態に
おいては、可動部材３１と台座部７との一体形成及び、
それらのコーティングについて説明したが、オリフィス
プレートが金属によって形成されている場合、オリフィ
スプレートを、可動部材３１及び台座部７が形成される
材料と同一の材料によって一体化して形成したり、さら
には、オリフィスプレートを、上述したような密着向上
層及び保護層によって可動部材３１及び台座部７ととも
にコーティングすることも考えられる。
【００８５】以下に、液体に熱を与えるための発熱体２
が設けられた素子基板１の構成について説明する。
【００８６】図７は、本発明の液体吐出ヘッドが適用さ
れた液体吐出装置の一構成例を示す縦断面図であり、
（ａ）は後述する保護膜がある装置を示す図、（ｂ）は
保護膜がない装置を示す図である。
【００８７】図７においては、図１に示した液流路１０
を第１の液流路１４とし、また、液体供給路１２を第２
の液流路１６としており、各々に供給される液体を同じ
液体としても良いが、異なる液体を使用すれば、第１の
液流路１４に供給される液体つまり吐出液の選択の範囲
を広げることができる。
【００８８】図７に示すように、素子基板１上に、第２
の液流路１６と、可動部材３１と、第１の液流路１４
と、第１の液流路１４を構成する溝が設けられている溝
付部材５０とが設けられている。
【００８９】素子基板１には、シリコン等の基体１０７
上に、絶縁および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜また
はチッ化シリコン膜１０６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 ）、チッ化タンタル（ＴａＮ）、
タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等の電気抵抗層１０５と、
０．２〜１．０μｍ厚のアルミニウム等の配線電極１０
４とがパターニングされている。この２つの配線電極１
０４から電気抵抗層１０５に電圧を印加し、電気抵抗層
１０５に電流を流して発熱させる。配線電極１０４間の
電気抵抗層１０５上には、酸化シリコンやチッ化シリコ
ン等の保護層１０３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
等の耐キャビテーション層１０２が成膜されており、イ
ンク等各種の液体から電気抵抗層１０５を保護してい
る。
【００９０】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、金属材料のタンタル（Ｔａ）
等が耐キャビテーション層１０２として用いられる。
【００９１】また、液体、液流路構成、抵抗材料の組み
合わせにより上述の保護層を必要としない構成でもよ
く、その例を図８（ｂ）に示す。
【００９２】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、本発明において、発泡のための第
２の液流路の液体を第１の液流路の吐出液と分離して発
泡に適したものにできるため、このように保護層がない
場合に有利である。
【００９３】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１０４間の電気抵抗
層１０５（発熱部）だけででもよく、また電気抵抗層１
０５を保護する保護層を含むものでもよい。
【００９４】本形態においては、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第２の液流路
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。
【００９５】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１０５とこの電気抵抗層１０５に電気
信号を供給するための配線電極１０４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。
【００９６】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１０５に配線電極１０４を介し
て矩形パルスを印加し、配線電極１０４間の電気抵抗層
１０５を急峻に発熱させればよい。
【００９７】図８は、図７に示した電気抵抗層１０５に
印加する電圧波形を示す図である。
【００９８】上述した実施の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７μｓｅ
ｃ、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、発泡液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。
【００９９】以下に、部品点数の削減を図りながらも、
２つの共通液室を有し、各共通液室に異なる液体（第１
の液流路に吐出液、第２の液流路に発泡液）を良好に分
離して導入することができ、コストダウンを可能とする
液体吐出装置の構造例について説明する。
【０１００】ただし、液体の種類によっては、吐出液と
発泡液とを同じものとしてもよい。
【０１０１】図９は、本発明の液体吐出ヘッドが適用さ
れた液体吐出装置の一構成例を示す分解斜視図である。
【０１０２】本形態においては、アルミニウム等の金属
で形成された支持体７０上に、前述のように、発泡液に
対して膜沸騰による気泡を発生させるための熱を発生す
る発熱体２としての電気熱変換素子が複数設けられた素
子基板１が設けられている。
【０１０３】素子基板１上には、ＤＦドライフィルムに
より形成された第２の液流路１６を構成する複数の溝
と、複数の第２の液流路１６に連通し、それぞれの第２
の液流路１６に発泡液を供給するための第２の共通液室
（共通発泡液室）１７を構成する凹部と、前述した可動
部材３１が接着された分離壁３０とが設けられている。
【０１０４】溝付部材５０においては、分離壁３０と接
合されることで第１の液流路（吐出液流路）１４を構成
する溝と、この吐出液流路に連通し、それぞれの第１の
液流路１４に吐出液を供給するための第１の共通液室
（共通吐出液室）１５を構成するための凹部と、第１の
共通液室１５に吐出液を供給するための第１の液体供給
路（吐出液供給路）２０と、第２の共通液室１７に発泡
液を供給するための第２の液体供給路（発泡液供給路）
２１とを有している。第２の液体供給路２１は、第１の
共通液室１５の外側に設けられた可動部材３１及び分離
壁３０を貫通して第２の共通液室１７に連通する連通路
に繁がっており、この連通路によって吐出液と混合する
ことなく発泡液を第２の共通液室１７に供給することが
できる。
【０１０５】なお、素子基板１、可動部材３１、分離壁
３０及び溝付部材５０の配置関係は、素子基板１の発熱
体２に対応して可動部材３１が配置されており、この可
動部材３１に対応して第１の液流路１４が設けられてい
る。また、本形態においては、第２の液体供給路２１を
１つの溝付部材５０に設けた例について示したが、液体
の供給量に応じて複数個設けてもよい。さらに、第１の
液体供給路２０と第２の液体供給路２１の流路断面積は
供給量に比例して決めればよい。このような流路断面積
の最適化により、溝付部材５０等を構成する部品のより
一層の小型化を図ることも可能である。
【０１０６】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
基板上に台座部を形成し、その後、台座部上を含む所定
の位置に台座部と同一の材料を用いて可動部材を形成す
ることにより、使用する液体や液体供給源に対し、電食
による劣化がほとんどなくなる。
【０１０７】また、台座部や可動部材を、それらを形成
する材料よりも耐腐食性の高いコーティング部材によっ
て被覆した場合は、使用する液体や液体供給源によって
台座部や可動部材が腐食してしまうことはなく、台座部
や可動部材の耐久性の向上を図ることができる。
【０１０８】さらに、可動部材を基板に直接作り込んで
いるので、基板に対する可動部材の位置合わせが不要と
なり、多数の液流路内のさらなる精細化及び高精度化を
図ることができる。また、可動部材と台座部とが同一材
料によって構成されている場合、密着性が強くなり、可
動部材の耐久性及び可動部材の動作のさらなる安定性の
向上を図ることができる。
【０１０９】また、上記効果は、オリフィスプレートに
おいても同様に奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明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。
【図２】図１に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図
である。
【図３】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法によって作
製された液体吐出ヘッドの実施の一形態を示す図であ
り、（ａ）は流路方向の断面図、（ｂ）は断面斜視図で
ある。
【図４】図３に示した液体吐出ヘッドの製造方法の実施
の一形態を説明するための図である。
【図５】図３に示した液体吐出ヘッドの製造方法の他の
実施の形態を説明するための図である。
【図６】図４に示した工程によって基板に作り込まれた
可動部材に対するコーティング工程を示す図である。
【図７】本発明の液体吐出ヘッドが適用された液体吐出
装置の一構成例を示す縦断面図であり、（ａ）は後述す
る保護膜がある装置を示す図、（ｂ）は保護膜がない装
置を示す図である。
【図８】図７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９】本発明の液体吐出ヘッドが適用された液体吐出
装置の一構成例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 素子基板 ２ 発熱体 ３ 面積中心 ７ 台座部 １０ 液流路 １１ 気泡発生領域 １２ 液体供給路 １３ 共通液室 １４ 第１の液流路 １５ 第１の共通液室 １６ 第２の液流路 １７ 第２の共通液室 １８ 吐出口 １９ オリフィスプレート ２０ 第１の液体供給路 ２１ 第２の液体供給路 ３１ 可動部材 ３２ 自由端 ３３ 支点 ４０ 気泡 ４５ 液滴 ５０ 溝付部材 ５２ 溝壁 ７０ 支持体 １０２ 耐キャビテーション層 １０３，２１７ 保護層 １０４ 配線電極 １０５ 抵抗層 １０６ シリコン層 １０７ 基体 ２１１ レジスト ２１２ 金属層 ２１３ 薄膜金属層 ２１３ 可動部材層 ２１４ 厚膜層 ２１６ 密着向上層 ４００ くぼみ部

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体を吐出する吐出口に連通する液流路
    と、 前記液体を前記吐出口から吐出するための気泡を発生す
    る気泡発生エネルギー手段と、 前記気泡の発生する気泡発生領域に対面し、前記吐出口
    側に自由端を備え、前記気泡を前記吐出口側に導く可動
    部材とを有してなる液体吐出ヘッドにおいて、 前記可動部材と、該可動部材と電気的導通関係となり得
    る部材とが、電食を発生しない接液面構成関係を満足し
    ていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 【請求項２】 液体を吐出する吐出口に連通する液流路
    と、 前記液体を前記吐出口から吐出するための気泡を発生す
    る気泡発生エネルギー手段と、 前記気泡の発生する気泡発生領域に対面し、前記吐出口
    側に自由端を備え、前記気泡を前記吐出口側に導く可動
    部材とを有してなる液体吐出ヘッドにおいて、 前記可動部材及び該可動部材を支持する支持部材それぞ
    れの少なくとも前記液体に対する接液面が実質的に同一
    材料であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  3. 【請求項３】 液体を吐出する吐出口に連通する液流路
    と、 前記液体を前記吐出口から吐出するための気泡を発生す
    る気泡発生エネルギー手段と、 前記気泡の発生する気泡発生領域に対面し、前記吐出口
    側に自由端を備え、前記気泡を前記吐出口側に導く可動
    部材とを有してなる液体吐出ヘッドにおいて、 前記可動部材の前記液体に接する接液面は、前記液流路
    に供給された液体に含まれる陽イオンよりも酸化電位が
    低い材料によって構成されていることを特徴とする液体
    吐出ヘッド。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の液体吐出ヘッドにおい
    て、 前記供給液体に含まれる陽イオンは、Ｃａ2+，Ｆｅ2+，
    Ｆｅ3+，Ｐｂ2+，Ｎａ +の少なくとも１つであり、前記
    可動部材の接液面は、該陽イオンに対して酸化電位が低
    いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  5. 【請求項５】 請求項３または請求項４に記載の液体吐
    出ヘッドにおいて、 前記可動部材と、該可動部材と電気的導通関係となり得
    る部材とが、電食を発生しない接液面構成関係を満足し
    ていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  6. 【請求項６】 請求項３乃至５のいずれか１項に記載の
    液体吐出ヘッドにおいて、 前記可動部材及び該可動部材を支持する支持部材それぞ
    れの少なくとも前記液体に対する接液面が実質的に同一
    材料であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  7. 【請求項７】 液体を吐出する吐出口と、 該吐出口に連通し、該吐出口に液体を供給する液流路
    と、 液体に気泡を発生させるための発熱体を具備する基板
    と、 前記発熱体に面するように前記吐出口側を自由端として
    前記液流路内に設けられた可動部材と、 該可動部材を前記基板に支持する台座部とを少なくとも
    有してなる液体吐出ヘッドにおいて、 前記可動部材は、該可動部材が形成される材料よりも耐
    腐食性の高いコーティング部材によって被覆されている
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の液体吐出ヘッドにおい
    て、 前記台座部は、前記コーティング部材によって被覆され
    ていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  9. 【請求項９】 請求項７または請求項８に記載の液体吐
    出ヘッドにおいて、 前記コーティング部材は、不導体であることを特徴とす
    る液体吐出ヘッド。
  10. 【請求項１０】 請求項７乃至９のいずれか１項に記載
    の液体吐出ヘッドにおいて、 前記コーティング部材によって被覆された内部と前記コ
    ーティング部材との間に、前記コーティング部材によっ
    て被覆された内部と前記コーティング部材とを密着させ
    るための密着向上層が介在することを特徴とする液体吐
    出ヘッド。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の液体吐出ヘッドに
    おいて、 前記密着向上層は、酸素を含むことを特徴とする液体吐
    出ヘッド。
  12. 【請求項１２】 請求項１０に記載の液体吐出ヘッドに
    おいて、 前記密着向上層は、前記コーティング部材の元素の一部
    を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  13. 【請求項１３】 液体を吐出する吐出口が形成され、液
    体の吐出方向を決定するオリフィスプレートと、 前記吐出口に連通し、該吐出口に液体を供給する液流路
    と、 液体に気泡を発生させるための発熱体を具備する基板
    と、 前記発熱体に面するように前記吐出口側を自由端として
    前記液流路内に設けられた可動部材と、 該可動部材を前記基板に支持する台座部とを少なくとも
    有してなる液体吐出ヘッドにおいて、 前記オリフィスプレートと前記可動部材と前記台座部と
    は同一材料から形成されていることを特徴とする液体吐
    出ヘッド。
  14. 【請求項１４】 液体を吐出する吐出口と、 該吐出口に連通し、該吐出口に液体を供給する液流路
    と、 液体に気泡を発生させるための発熱体を具備する基板
    と、 前記発熱体に面するように前記吐出口側を自由端として
    前記液流路内に設けられた可動部材と、 該可動部材を前記基板に支持する台座部とを有する液体
    吐出ヘッドの製造方法において、 前記基板上に所定の形状の前記台座部を形成する工程
    と、 前記基板上の、前記台座部上を含む所定の位置に前記台
    座部と同一の材料を用いて前記可動部材を形成する工程
    とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方
    法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の液体吐出ヘッドの
    製造方法において、 前記可動部材を、該可動部材が形成される材料よりも耐
    腐食性の高いコーティング部材によって被覆する工程を
    有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの
    製造方法において、 前記台座部を、前記コーティング部材によって被覆する
    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。
  17. 【請求項１７】 請求項１５または請求項１６に記載の
    液体吐出ヘッドの製造方法において、 前記コーティング部材は、不導体であることを特徴とす
    る液体吐出ヘッドの製造方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１４乃至１７のいずれか１項に
    記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、 前記コーティング部材によって被覆された内部と前記コ
    ーティング部材との間に、前記コーティング部材によっ
    て被覆された内部と前記コーティング部材とを密着させ
    るための密着向上層を介在させ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。
  19. 【請求項１９】 液体を吐出する吐出口が形成され、液
    体の吐出方向を決定するオリフィスプレートと、 前記吐出口に連通し、該吐出口に液体を供給する液流路
    と、 液体に気泡を発生させるための発熱体を具備する基板
    と、 前記発熱体に面するように前記吐出口側を自由端として
    前記液流路内に設けられた可動部材と、 該可動部材を前記基板に支持する台座部とを有する液体
    吐出ヘッドの製造方法において、 前記基板上に所定の形状の前記台座部を形成する工程
    と、 前記基板上の、前記台座部上を含む所定の位置に前記台
    座部と同一の材料を用いて前記可動部材を形成する工程
    と、 前記台座部と同一の材料を用いて前記オリフィスプレー
    トを形成する工程とを有することを特徴とする液体吐出
    ヘッドの製造方法。
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