JP2001301180A - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体吐出ヘッドの可動部材と側方ストッパと
の微小間隔を、容易かつ正確に形成可能にする。 【解決手段】 素子基板１に、第１の間隙形成部材（Ａ
ｌ膜パターン）２５と固定部（ＳｉＮ膜）２６とを形成
し、その上に可動部材８となるＳｉＮ膜２９を形成し、
その上に第２の間隙形成部材（ＴｉＷ膜）３０を形成す
る。Ａｌ膜パターン２５を除去し、感光性エポキシ樹脂
（壁材）３１を塗布し、パターンマスク３２をおいて露
光する。それから、非感光部の感光性エポキシ樹脂３１
を除去する。パターンマスク３２による遮光部に液体供
給口５が、第２の間隙形成部材３０による遮光部に液流
路３が形成される。パターンマスク３２と第２の間隙形
成部材３０とによる非感光部の面積の差により流路側壁
１０に段差が生じ、これが、可動部材８の変位を規制す
る側方ストッパ３３となる。最後に第２の間隙形成部材
３０を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発泡させることに
よって液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法に関
し、特に、発泡時の圧力によっ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】また、本発明は、紙、糸、繊維、布帛、皮
革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス
等の被記録媒体に対し記録を行うプリンタ、複写機、通
信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有する
ワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複
合的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる発明で
ある。

【０００３】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。

【０００４】

【従来の技術】従来、プリンタ等の記録装置において、
流路中の液体インクに熱等のエネルギーを与えて気泡を
発生させ、それに伴う急峻な体積変化に基づく作用によ
って吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体に付
着させて画像形成を行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知られている。このバブ
ルジェット（登録商標）記録方法を用いる記録装置は、
一般的に、米国特許第４，７２３，１２９号等に開示さ
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液流路と、液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電気熱
変換体とを有している。

【０００５】このような記録装置および記録方法によれ
ば、高品位画像を高速かつ低騒音で記録することができ
るとともに、この記録装置のヘッドには、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記録画像またはカラー画像を
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
テムにも利用されるようになってきている。

【０００６】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
年さらに高まっている。

【０００７】高品位画像を得るために、インクの吐出速
度が速く、安定した気泡発生に基づく良好なインク吐出
を達成するための駆動条件を規定した液体吐出方法等が
提案されたり、また、高速記録を可能にするために、液
体吐出後の流路内への液体再充填（リフィル）速度が速
くなるように流路形状を改良した液体吐出ヘッドが提案
されたりしている。

【０００８】このようなヘッドの他にも、気泡の発生に
伴って発生するバック波（吐出口とは反対の方向へ向か
う圧力）に着目し、吐出において損失エネルギーになる
バック波を防止する構造の発明が特開平６−３１９１８
号公報に開示されている。この公報に記載の発明は、三
角形状の板状部材の三角形部分を気泡を発生する発熱体
に対して対向させたものである。この発明では、板状部
材によってバック波を一時的にかつわずかには抑えられ
る。しかし、気泡の成長と三角形部分との相関関係につ
いては全く触れていないし、その着想もないため、この
発明は以下の問題点を含んでいる。

【０００９】すなわち、この公報に記載の発明では、発
熱体が凹部の底に位置しており吐出口との直線的連通状
態をとれないため、液滴の形状が安定せず、さらに気泡
の成長は三角形の各頂点部分の周囲から許容されている
ため、気泡は三角形の板状部材の片側から反対側全体ま
で成長し、結果的に板状部材が存在していないかのよう
に液中における通常の気泡の成長が完成してしまう。従
って、成長した気泡にとって板状部材の存在は何ら関係
のないものとなってしまう。逆に、板状部材の全体が気
泡に囲まれるために、気泡の収縮段階において、凹部の
底に位置する発熱体へのリフィルは液体中に乱流を生じ
させ、その凹部内に微小気泡を貯留する原因となり、気
泡成長に基づいて吐出を行う原理自体を乱すことになっ
てしまう。

【００１０】他方、欧州特許（ＥＰ）公開公報第４３６
０４７号には、吐出口近傍と気泡発生部との間に配設さ
れこれらを遮断する第１弁と、気泡発生部とインク供給
部との間に配設されこれらを完全に遮断する第２弁とを
交互に開閉させる発明が提案されている（欧州特許公開
公報第４３６０４７号第４〜９図）。しかし、この発明
は、３つの部屋を２つづつに区分してしまうために、吐
出時には液滴に追従するインクが大きな尾を引き、気泡
成長・収縮・消泡を行う通常の吐出方式に比べてサテラ
イトドットがかなり多くなってしまう（消泡によるメニ
スカス後退の効果を使えないと推定される）。また、リ
フィル時には、消泡に伴って気泡発生部に液体が供給さ
れるが、吐出口近傍には次の発泡が生じるまで液体は供
給できないので、吐出液滴のばらつきが大きいだけでな
く、吐出応答周波数が極めて小さく、実用レベルではな
い。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術とはま
ったく異なり液滴の吐出に関し有効に貢献できる可動部
材（支点よりも吐出口側に自由端を有する片持ち梁状の
板部材等）を用いた発明が、本願出願人によって多数提
案されている。特開平９−４８１２７号公報には、上述
した可動部材の挙動がわずかに乱れることを防止すべ
く、可動部材の変位の上限を規制する発明が開示されて
いる。また、特開平９−３２３４２０号公報には、共通
液室の位置を可動部材の自由端側つまり下流側にシフト
させて、可動部材の利点を利用してリフィル能力を高め
る発明が開示されている。これらは、発明が生み出され
る前提として、気泡の成長を可動部材で一時的に包み込
んだ状態から一気に吐出口側に開放する形態を採用して
いるため、気泡全体が液滴形成に関わる個々の要素や、
それらの相関関係については注目されていない。

【００１２】次の段階として、本願出願人は、特開平１
０−２４５８８号公報にて、液体吐出に関わる要素とし
て圧力波（音響波）伝播による気泡成長に注目して、気
泡発生領域の一部を可動部材から開放する発明を開示し
ている。しかしながら、この発明においても、液体吐出
時の気泡の成長のみに着目しており、気泡全体が液滴自
体の形成に係わる個々の要素や、それらの相関関係につ
いては注目されていない。

【００１３】従来、エッジシューター型の液体吐出ヘッ
ド（流路前方に、液体の流れ方向を変更しない吐出口が
設けられているタイプ）において、膜沸騰による気泡の
前方部分が吐出に大きな影響を与えることは知られてい
るものの、この気泡の前方部分をより効率よく吐出液滴
の形成に貢献させることについて着目したものは以前に
はなかった。そこで、これらの技術的解明をすべく本発
明者たちは鋭意研究を行った。さらに、本発明者達は、
可動部材の変位と発生気泡に着目したところ、以下の有
効な知見を得るに至った。

【００１４】すなわち、流路側壁の形態に着目し、この
流路側壁によって、気泡の成長に伴う可動部材の変位を
規制するようにして、可動部材を規制するとともに成長
気泡も効果的に規制する構成を考えた。具体的には、こ
の流路側壁に可動部材のストッパを設けることで、必要
な液体の流れを許容しつつ成長気泡の形態を規制すると
ともに、微細加工上の許容範囲を広げることが可能とな
ることが見出された。

【００１５】一般的に、流路内を変位する可動部材と側
方に位置する流路側壁とのクリアランスは、可動部材と
の製造上のばらつきを吸収するためには大きければ大き
いほど良い。しかし、このクリアランスが大きいと、気
泡の成長によって可動部材と側方に位置する流路側壁と
の間に気泡が侵入して、可動部材の上面まで回り込んで
成長してしまうという問題がある。したがって、このク
リアランスは結果的に小さくせざるを得なかった。とこ
ろが、側方に位置する流路側壁に可動部材のストッパ機
能を持たせることで、前記した相反する要求をともに満
足することが可能となる。すなわち、クリアランスを大
きく（例えば５μｍ〜８μｍ）して液流路や可動部材の
製造上のばらつきを吸収可能にした構成でも、可動部材
が気泡の成長とともに変位するにつれて、可動部材とス
トッパとの間隔が徐々に小さくなり、３μｍ程度の間隔
となると気泡の通過を制限し始め、その側方ストッパと
可動部材との一部の接触部とその周辺では、気泡の通過
を完全に阻止できる。すなわち、可動部材の上面に気泡
が回り込むことはない。

【００１６】このような知見に基づいて側方ストッパを
設けた場合に、気泡発生面からの気泡成長の上限の規制
を確実にすると、可動部材と気泡発生面との間の空間に
おいて、吐出口とは逆方向への気泡成長が増大した。こ
の気泡の成長は、吐出効率を減じる要素ではないから無
視しても良いが、本発明者たちは、この気泡の成長を、
可動部材の変位に合理的に利用することを検討した。そ
の結果、可動部材を気泡発生面に対して近接（例えば２
０μｍ以下）させるとともに、気泡発生面から離れた圧
力波受け部を可動部材と一体化させることで、気泡の成
長を可動部材の変位に合理的に利用することができると
いう知見に至った。また、固定端から自由端へ延びる可
動部材は、実際は、自由端と固定端との間に可動上の支
点が生じることが判明した。これらに注目して検討した
結果、実質的な可動部材の移動に伴う空間容積を規定す
ることで、ばらつきの補正が可能になることを見出し
た。

【００１７】そこで本発明の目的は、可動部材と側方ス
トッパとの間の微小な間隔を、より高精度かつより容易
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。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、液体を吐出す
るための複数の吐出口と、各吐出口に一端部が常に連通
され、液体に気泡を発生させる気泡発生領域を有する複
数の液流路と、気泡を発生し成長させるためのエネルギ
ーを発生する気泡発生手段と、複数の液流路にそれぞれ
配設され、共通液体供給室と連通する複数の液体供給口
と、液体供給口の液流路側に対して隙間を隔てて支持さ
れた、固定部分と可動部分とを有する可動部材とを有す
る液体吐出ヘッドの製造方法であって、気泡発生手段を
備えた素子基板上に、第１の間隙形成部材を形成する工
程と、第１の間隙形成部材と素子基板上の固定部材上
に、可動部材を形成する工程と、可動部材の可動部分の
上面および側面に、液流路の側壁および液体供給口との
間隙を形成する第２の間隙形成部材を形成する工程と、
第２の間隙形成部材を可動部材に密着した状態で残した
まま、第１の間隙形成部材を除去する工程と、少なくと
も第２の間隙形成部材の上および可動部材の周囲に、壁
材を形成する工程と、壁材をパターニングして、液流路
壁と液体供給口を一括して形成する工程と、第２の間隙
形成部材を除去する工程とを有するものである。この液
体吐出ヘッドの製造方法は、さらに、前記気泡発生手段
と前記可動部材と前記液流路壁と前記液体供給口とを備
えた前記素子基板と、前記共通液体供給室を備えた天板
を接合する工程を有するものであってもよい。

【００１９】また、本発明の他の特徴は、液体を吐出す
るための複数の吐出口と、各吐出口に一端部が常に連通
され、液体に気泡を発生させる気泡発生領域を有する複
数の液流路と、気泡を発生し成長させるためのエネルギ
ーを発生する気泡発生手段と、複数の液流路にそれぞれ
配設され、共通液体供給室と連通する複数の液体供給口
と、液体供給口の液流路側に対して隙間を隔てて支持さ
れた、固定部分と可動部分とを有する可動部材とを有す
る液体吐出ヘッドの製造方法であって、気泡発生手段を
備えた素子基板上に、第１の間隙形成部材を形成する第
１の間隙形成層を形成し、パターニングする工程と、基
板上の第１の間隙形成部材が占有しない部分に、かつ、
第１の間隙形成部材と同じ高さの可動部材の固定部を形
成する工程と、第１の間隙形成部材と固定部上に、可動
部材を形成する工程と、可動部材の可動部分の上面およ
び側面に、液流路の側壁および液体供給口との間隙を形
成する第２の間隙形成部材を形成する工程と、第２の間
隙形成部材を可動部材に密着した状態で残したまま、第
１の間隙形成部材を除去する工程と、少なくとも第２の
間隙形成部材の上および可動部材の周囲に、壁材を形成
する工程と、壁材をパターニングして、液流路壁と液体
供給口を一括して形成する工程と、第２の間隙形成部材
を除去する工程とを有するところにある。この液体吐出
ヘッドの製造方法は、さらに、前記気泡発生手段と前記
可動部材と前記液流路壁と前記液体供給口とを備えた前
記素子基板と、前記共通液体供給室を備えた天板を接合
する工程を有していてもよい。

【００２０】また、第２の間隙形成部材を形成する工程
は、第２の間隙形成部材を形成するための第２の間隙形
成層を、可動部材を被覆するように形成する工程と、第
２の間隙形成層上に、第２の間隙形成部材を形成するた
めのマスク層を形成する工程と、マスク層を用いて、第
２の間隙形成層をドライエッチングプロセスによってエ
ッチングする工程と、該ドライエッチングプロセスの
後、ウェットエッチングプロセスによって、第２の間隙
形成層をエッチングして、第２の間隙形成部材を形成す
る工程とを有することが好ましい。このように、ドライ
エッチングとウェットエッチングの２段階に分けてエッ
チングすることにより、第２の間隙部材を容易に精度よ
く形成することができる。さらに、第１の間隙形成部材
を除去する工程が、第１の間隙形成部材と、第２の間隙
形成部材を形成するためのマスク層とを、ウェットエッ
チングプロセスにより一括して除去する工程であること
が好ましい。また、マスク層を形成する工程は第１の間
隙形成部材として使用する膜と同一の材料からなる膜を
マスク層として形成する工程であることが好ましい。そ
うすることにより、工程数を減らし、より安価に液体吐
出ヘッドを製造することができる。

【００２１】第１の間隙形成部材は、アルミ、Ａｌ／Ｃ
ｕ、Ａｌ／Ｓｉなどのアルミニウム合金であり、第２の
間隙形成部材は、ＴｉＷ、Ｗ／Ｓｉ、Ｗなどのタングス
テン合金であることが好ましい。タングステン合金は、
遮光性を有しており露光時のマスクとして機能し得るこ
とや、犠牲層等をなすＡｌ膜パターンや樹脂を除去する
ために一般的に用いられるエッチング液に対する耐性を
有しつつ、特定のエッチング液（過酸化水素）により除
去され得るため、選択的なエッチング工程が可能になる
ことなどの利点を有しているからである。

【００２２】壁材をパターニングする工程において、液
流路壁と液体供給口は、ネガ型レジストを用いて、フォ
トリソグラフィ工程により形成されることが好ましい。
さらに、壁材をパターニングする工程において、液流路
壁と液体供給口は、露光工程に用いるマスクパターン
が、可動部材上においては、非感光部の投影面積より
も、第２の間隙形成部材の投影面積の方が大きいことが
好ましい。

【００２３】このような方法により、可動部材の変位を
規制して液体供給口を閉鎖した状態で安定的に可動部材
を保持するための側方ストッパが容易に形成でき、可動
部材と側方ストッパとの間の微小間隔を高精度かつ容易
に形成できる。

【００２４】さらに、本発明によって製造された液体吐
出ヘッドでは、気泡発生手段によって気泡が発生した初
期で気泡が略等方成長している期間内に、直ちに液流路
と液体供給口との連通状態を可動部材によって遮断し、
吐出口を除いて液流路内を実質的に密閉状態にする構成
をとったことで、気泡発生領域での気泡成長による圧力
波を液体供給口側および共通液体供給室側に伝播せず
に、その大部分を吐出口側に向けて、吐出パワーを飛躍
的に向上させることが可能になった。また、記録紙など
に高速に定着させたり、黒とカラーの境界での滲みを解
消したりするために、記録液に高粘度のものを使う場合
でも、吐出パワーの飛躍的向上により高粘度インクを良
好に吐出することができる。また、記録時の環境変化、
特に低温・低湿環境下では吐出口においてインク増粘領
域が増え、使用開始時に正常にインクが吐出されない場
合があるが、本発明では一発目から良好に吐出できる。
また、吐出パワーが飛躍的に向上したので、気泡発生手
段として用いる発熱体のサイズを縮小したりして、吐出
のために投入するエネルギーを減らすこともできる。

【００２５】また、気泡発泡領域での気泡成長による圧
力波が液体供給口および共通液体供給室側に伝播されな
いことで、共通液体供給室側への液体の移動がほとんど
ないため、液滴吐出後の吐出口におけるメニスカスの後
退量が最小化できる。その結果、吐出後、メニスカスが
初期状態に復帰する時間が非常に早い、すなわち、液流
路への定量のインク補充（リフィル）が完了する時間が
早いので、高精度（定量）のインク吐出を実施するにあ
たり吐出周波数（駆動周波数）をも飛躍的に向上させる
ことができる。

【００２６】また、気泡発生領域での気泡成長が、吐出
口側に大きく成長し、液体供給口側への成長を抑制して
いることから、消泡点が気泡発生領域の中心付近から吐
出口側の部分に位置し、かつ、発泡パワーを維持しなが
ら、消泡力を低減できることにより、気泡発生領域の消
泡力による発熱体の機械的・物理的破壊寿命を大きく向
上させることができる。

【００２７】

【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。

【００２８】（第１の実施形態）図１は本発明の第１の
実施形態に基づいて製造された液体吐出ヘッドの、１つ
の液流路方向に沿った断面図、図２は図１のＸ−Ｘ’線
断面図、図３は図１の吐出口中心からＹ１点で天板２側
へシフトしたＹ−Ｙ’線断面図である。

【００２９】図１〜図３に示す複数液路−共通液室形態
の液体吐出ヘッドでは、素子基板１と天板２とが液路側
壁１０を介して積層状態で固着され、両板１，２の間に
は、一端が吐出口７と連通し他端が閉じられた液流路３
が形成されている。この液流路３は１個のヘッドに多数
設けられている。また、素子基板１には各々の液流路３
に対し、液流路３に補充された液体に気泡を発生させる
気泡発生手段としての電気熱変換素子等の発熱体４が配
されている。発熱体４と吐出液との接する面の近傍領域
には、発熱体４が急速に加熱されて吐出液に発泡が生じ
る気泡発生領域１１が存在する。

【００３０】多数の液流路３の各々に、供給部形成部材
５Ａに形成された液体供給口５が配設され、各液体供給
口５に連通する共通液体供給室６が設けられている。つ
まり、単一の共通液体供給室６から多数の液流路３に分
岐した形状となっており、各液流路３と連通する吐出口
７から吐出された液体に見合う量の液体をこの共通液体
供給室６から受け取る。

【００３１】液体供給口５と液流路３との間には、可動
部材８が液体供給口５の開口領域Ｓに対して微小な隙間
α（例えば１０μｍ以下）を有して略平行に設けられて
いる。可動部材８の少なくとも自由端部およびそれに連
続する両側部で囲まれる領域が液体供給口５の開口領域
Ｓよりも大きくなっている（図３参照）。前述した供給
部形成部材５Ａは、可動部材８に対して、図２に示すよ
うに隙間γを介している。隙間γは、流路のピッチによ
って異なるが、隙間γが大きければ可動部材８は開口領
域Ｓを遮断し易い。本実施形態では、隙間αは３μｍ、
隙間γは３μｍとした。また、可動部材８は、流路側壁
１０の間の幅方向で、上記開口領域Ｓの幅Ｗ２よりも大
きい幅Ｗ１を有しており、開口領域Ｓを十分密閉できる
幅を有している。可動部材８の８Ａは、複数の可動部材
が複数液路に交差する方向に関して連続している連続部
の自由端側の端部延長線上で、液体供給口５の開口領域
Ｓの上流側端部を規定する（図３参照）。なお、供給部
形成部材５Ａの可動部材の自由端８Ｂよりも吐出口７側
は、図３に示すように液流路壁１０自体の厚みに対して
同じ厚さに設定されている。以上により可動部材８は液
流路３内で摩擦抵抗なく可動できる一方で、開口領域Ｓ
側への変位は開口領域Ｓの周辺部で規制できる。これに
より、開口領域Ｓを実質的に塞いで液流路３内部から共
通液体供給室６への液流を防ぐことが可能となる一方
で、気泡の消泡に伴って、液流路側へ実質密閉状態から
リフィル可能状態へ移動可能となる。また本実施形態で
は、可動部材８は素子基板１に対しても素子基板１に平
行に位置する。そして可動部材８の端部８Ｂは素子基板
１の発熱体４側に位置する自由端であり、その他端側は
固定部材９に支持されている。また、この固定部材９に
よって液流路３の吐出口７と反対側端を閉じている。

【００３２】なお、開口領域Ｓは、液体供給口５から液
流路３に向かって液体を供給する実質的な領域であり、
本実施形態においては図１および図３に示すように液体
供給口５の３辺と固体部材９の端部９Ａで囲まれた領域
である。

【００３３】また、図４に示すように本実施形態におい
ては、電気熱変換体としての発熱体４と吐出口７との間
は弁のような障害物は無く、液流に対し直線的な流路構
造を保っている「直線的連通状態」となっている。これ
は、より好ましくは、気泡の発生時に生じる圧力波の伝
播方向とそれに伴う液体の流動方向と吐出方向とを直線
的に一致させることで、吐出滴の吐出方向や吐出速度等
の吐出状態をきわめて高いレベルで安定化させるという
理想状態を形成することが望ましい。本発明では、この
理想状態を達成、または近似させるための一つの定義と
して、吐出口７と発熱体４、特に気泡の吐出口側に影響
力を持つ発熱体の吐出口側（下流側）とが直接直線で結
ばれる構成とすればよく、これは、流路内の流体がない
状態であれば、吐出口の外側から見て発熱体、特に発熱
体の下流側が観察することが可能な状態である（図４参
照）。

【００３４】次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの吐出
動作について詳しく説明する。図５〜図７は図１〜図３
に示した構造の液体吐出ヘッドの吐出動作を説明するた
めに、液体吐出ヘッドを液流路方向に沿った切断図で示
すとともに、特徴的な現象を図５〜図７の６工程に分け
て示したものである。また図５〜図７において符号Ｍは
吐出液が形成するメニスカスを表している。

【００３５】図５（ａ）では、発熱体４に電気エネルギ
ー等のエネルギーが印加される前の状態であり、発熱体
が熱を発生する前の状態を示す。この状態では、液体供
給口５と液流路３との間に設けられた可動部材８と、液
体供給口５の形成面との間には微小な隙間（１０μｍ以
下）が存在している。

【００３６】図５（ｂ）では、液流路３を満たす液体の
一部が発熱体４によって加熱され、発熱体４上に膜沸騰
が起こり気泡２１が等方的に成長した状態を示す。ここ
で、「気泡成長が等方的」とは、気泡表面の所々におい
て気泡表面の垂線方向を向いた気泡成長速度がそれぞれ
ほぼ等しい大きさである状態をいう。

【００３７】この気泡発生初期の、気泡２１の等方的な
成長過程において、可動部材８が液体供給口５の周辺部
と密着して液体供給口５を塞ぎ、液流路３内が、吐出口
７を除いて実質的に密閉状態になる。この時、可動部材
８の自由端が、液体供給口５側に最大変位する量をｈ１
とする。

【００３８】図６（ａ）は気泡２１が成長し続けている
状態を示す。この状態では、上述のように液流路３内
が、吐出口７を除いて実質的に密閉状態になっているの
で、液体の流れが液体供給口５側には行かない。そのた
め、気泡は、吐出口７側へは大きく広がることができる
が、液体供給口５側へはあまり広がらない。そして、気
泡発生領域１１の吐出口７側では気泡成長は続くが、逆
に、気泡発生領域１１の液体供給口５側では気泡成長が
止まってしまう。つまり、この気泡成長停止状態が、気
泡発生領域１１の液体供給口５側では、最大発泡状態に
なっている。この時の発泡体積をＶｒとする。

【００３９】ここで、図５（ａ），（ｂ）および図６
（ａ）における気泡の成長過程を図８に基づき詳述す
る。図８（ａ）に示すように発熱体が加熱されると発熱
体上に初期沸騰が生じ、その後図８（ｂ）に示すように
発熱体上を膜状の気泡が覆う膜沸騰に変化する。そして
膜沸騰状態の気泡は図８（ｂ）〜図８（ｃ）に示すよう
に等方的に成長し続ける（このように等方的に気泡成長
している状態は半ピュロー状態と呼ばれる）。ところが
図５（ｂ）に示したように液流路３内が、吐出口７を除
いて実質的に密閉状態になると、上流側への液移動がで
きなくなるため、半ピュロー状の気泡において上流側
（液体供給口側）の気泡の一部があまり成長できなくな
り、残りの下流側（吐出口側）の部分が大きく成長す
る。この状態を表したのが、図６（ａ）や図８（ｄ）、
（ｅ）である。

【００４０】ここで説明の便宜上、発熱体４を加熱して
いるとき、発熱体４上において気泡が成長しない領域を
Ｂ領域とし、気泡が成長する吐出口７側の領域をＡ領域
とする。なお、図８（ｅ）に示すＢ領域では、発泡体積
が最大となっており、このときの発泡体積をＶｒとし
た。

【００４１】次に図６（ｂ）は、Ａ領域では気泡成長が
続いており、Ｂ領域では気泡収縮が始まっている状態を
示す。この状態では、Ａ領域では吐出口側に向けて気泡
が大きく成長していく。そして、Ｂ領域における気泡の
体積は減少し始める。これにより、可動部材８の自由端
がその剛性による復元力やＢ領域における気泡の消泡力
で定常状態位置へと下方変位し始める。その結果、液体
供給口５が開き、共通液体供給室６と液流路３が連通状
態となる。

【００４２】図７（ａ）は、気泡２１がほぼ最大に成長
した状態を示す。この状態では、Ａ領域において気泡が
最大に成長し、これに伴ってＢ領域における気泡はほと
んど無くなる。この時のＡ領域での最大気泡体積をＶｆ
とする。また、吐出口７から吐出しつつある吐出滴２２
は、長い尾引きの状態でメニスカスＭと未だ繋がってい
る。

【００４３】図７（ｂ）は、気泡２１の成長は止まり消
泡工程のみの段階であって、吐出滴２２とメニスカスＭ
が分断された状態を示す。Ａ領域で気泡成長から消泡に
変わった直後は、気泡２１の収縮エネルギーは全体バラ
ンスとして吐出口７近傍の液体を上流方向へ移動させる
力として働く。したがって、メニスカスＭはこの時点で
吐出口７から液流路３内に引き込まれ、吐出液滴２２と
繋がっている液柱を強い力ですばやく切り離すことにな
る。その一方で、気泡の収縮に伴い、共通液体供給室６
から液体供給口５を介して液体が急速に大きな流れとな
って液流路３内へ流れ込む。これにより、メニスカスＭ
を液流路３内へと急速に引き込む流れが急に低下するた
め、メニスカスＭは比較的低速で発泡前の位置へ戻り始
めるので、本発明に係る可動部材を備えていない液体吐
出方式に比べてメニスカスＭの振動の収束性が非常に良
い。なお、この時の可動部材８の自由端が、気泡発生領
域１１側に最大変位する量をｈ２とする。

【００４４】最後に、気泡２１が完全に消泡すると、可
動部材８も図５（ａ）に示した定常状態位置に復帰す
る。この状態へは、可動部材８はその弾性力により上方
変位する（図７（ｂ）の実線の矢印方向）。また、この
状態では、メニスカスＭはすでに吐出口７近傍で復帰し
ている。

【００４５】次に、図５〜図７におけるＡ領域とＢ領域
での気泡体積の時間変化と可動部材の挙動との相関関係
を図９を参照して説明する。図９はその相関関係を表し
たグラフであり、曲線ＡはＡ領域における気泡体積の時
間変化を示し、曲線ＢはＢ領域における気泡体積の時間
変化を示す。

【００４６】図９に示すように、Ａ領域での気泡の成長
体積の時間変化は極大値をもつ放物線を描く。つまり、
発泡開始されてから消泡までにおいて気泡体積は時間経
過とともに増大しある時点で最大となり、その後減少す
る。一方、Ｂ領域については、Ａ領域の場合と比べ、発
泡開始されてから消泡までに要する時間が短く、また気
泡の最大成長体積も小さく、最大成長体積に達する時間
も短い。つまり、Ａ領域とＢ領域とでは、発泡開始され
てから消泡までに要する時間と気泡の成長体積変化とが
大きく異なっていて、Ｂ領域の方が小さい。

【００４７】特に図９において、気泡の発生初期は同じ
時間変化で気泡体積が増大するため、曲線Ａと曲線Ｂが
重なっている。つまり、気泡の発生初期は気泡が等方的
に成長している（半ピュロー状の）期間が生じている。
その後、曲線Ａが極大点まで増大する曲線を描くもの
の、ある時点で曲線Ｂは曲線Ａから分岐し、気泡体積が
減少する曲線を描く。つまり、Ａ領域では気泡の体積が
増加するものの、Ｂ領域では気泡体積が減少する期間
（部分成長部分収縮期間）が生じる。

【００４８】そして、上記のような気泡成長の仕方に基
づき、図１に示したように発熱体の一部分を可動部材の
自由端が覆った形態では、可動部材は次のような挙動を
生じる。すなわち、図９のの期間では可動部材が液体
供給口に向かって上方変位している。同図の期間では
可動部材が液体供給口に密着し、液流路内が吐出口を除
いて実質的に密閉状態となる。この密閉状態の開始は気
泡が等方的に成長している期間で行われる。次に同図
の期間では、可動部材が定常状態位置に向かって下方変
位している。この可動部材による液体供給口の開放開始
は部分成長部分収縮期間開始から一定時間経過後に行わ
れる。次に同図の期間では、可動部材が定常状態から
さらに下方変位している。次に同図の期間では、可動
部材の下方変位がほぼ停止し、可動部材が開放位置で平
衡状態になっている。最後に同図の期間では、可動部
材が定常状態位置に向かって上方変位している。

【００４９】また、図９から判るように、気泡発生領域
１１の吐出口７側で成長する気泡（Ａ領域の気泡）の最
大時の体積をＶｆとし、気泡発生領域１１の液体供給口
５側で成長する気泡（Ｂ領域の気泡）の最大時の体積を
Ｖｒとすると、Ｖｆ＞Ｖｒの関係が本発明のヘッドでは
常に成り立っている。さらに、気泡発生領域１１の吐出
口７側で成長する泡（Ａ領域の泡）のライフタイム（泡
の発生から消泡までの時間）をＴｆとし、気泡発生領域
１１の液体供給口５側で成長する泡（Ｂ領域の泡）のラ
イフタイムをＴｒとすると、Ｔｆ＞Ｔｒの関係が本発明
のヘッドでは常に成り立つ。そして、上記のような関係
となるため、気泡の消泡点は、気泡発生領域１１の中心
付近より吐出口７側に位置することとなる。

【００５０】さらに本ヘッド構成では、図５（ｂ）およ
び図７（ｂ）からも判るように、気泡の発生初期に可動
部材８の自由端が液体供給口５側に最大変位する量ｈ１
よりも、気泡の消泡と共に可動部材８の自由端が気泡発
生手段４側に最大変位する量ｈ２の方が大きいという関
係（ｈ１＜ｈ２）にある。例えばｈ１は２μｍ、ｈ２は
１０μｍである。この関係が成り立つことにより、発泡
初期での発熱体後方（吐出口に対して反対方向）への泡
の成長を抑制し、発熱体前方（吐出口に向かう方向）へ
の泡の成長をより促進させることができる。この事によ
って、発熱体で生じる発泡パワーを、液体が吐出口から
飛翔する液滴の運動エネルギーへ変換させる効率を向上
させることができる。

【００５１】以上のように本実施形態のヘッド構成およ
び液体吐出動作について説明したが、このような形態に
よれば、気泡の下流側への成長成分と上流側への成長成
分が均等ではなく、上流側への成長成分がほとんどなく
なり上流側への液体の移動が抑制される。上流側への液
体の流れが抑制されるため、上流側に気泡成長成分が損
失することなくそのほとんどが吐出口の方向に向けら
れ、吐出力が格段に向上する。さらに、吐出後のメニス
カスの後退量が減少し、その分リフィル時にメニスカス
がオリフィス面よりも突出する量も減少する。そのため
メニスカス振動が抑制されることとなり、低周波数から
高周波数まであらゆる駆動周波数において安定した吐出
を行うことができる。

【００５２】次に、上述した液体吐出ヘッドの製造方法
について説明する。

【００５３】上述した液体吐出ヘッドの発熱体４を駆動
したりその駆動を制御するための回路や素子は、その機
能に応じて素子基板１または天板２に分担して配置され
ている。また、これら回路や素子は、素子基板１および
天板２がシリコン材料で構成されていることから、半導
体ウェハプロセス技術を用いて容易かつ微細に形成する
ことができる。

【００５４】以下に、半導体ウェハプロセス技術を用い
て形成された素子基板１の構造について説明する。

【００５５】図１０は、上記各種の実施形態の液体吐出
ヘッドに用いられる素子基板１の断面図である。図１０
に示す素子基板１では、シリコン基板２０１の表面に、
蓄熱層としての熱酸化膜２０２および、蓄熱層を兼ねる
層間膜２０３がこの順番で積層されている。層間膜２０
３としては、ＳｉＯ₂膜またはＳｉ₃Ｎ₄膜が用いられて
いる。層間膜２０３の表面に部分的に抵抗層２０４が形
成され、抵抗層２０４の表面に部分的に配線２０５が形
成されている。配線２０５としては、Ａｌまたは、Ａｌ
−Ｓｉ，Ａｌ−ＣｕなどのＡｌ合金配線が用いられてい
る。この配線２０５、抵抗層２０４および層間膜２０３
の表面に、ＳｉＯ₂膜またはＳｉ₃Ｎ₄膜から成る保護膜
２０６が形成されている。保護膜２０６の表面の、抵抗
層２０４に対応する部分およびその周囲には、抵抗層２
０４の発熱に伴う化学的および物理的な衝撃から保護膜
２０６を守るための耐キャビテーション膜２０７が形成
されている。抵抗層２０４表面の、配線２０５が形成さ
れていない領域は、抵抗層２０４の熱が作用する部分と
なる熱作用部２０８である。

【００５６】この素子基板１上の膜は半導体の製造技術
によりシリコン基板２０１の表面に順に形成され、シリ
コン基板２０１に熱作用部２０８が備えられている。

【００５７】図１１は、図１０に示す素子基板１の主要
素子を縦断するように素子基板１を切断した模式的断面
図である。

【００５８】図１１に示すように、Ｐ導電体であるシリ
コン基板２０１の表層にはＮ型ウェル領域４２２および
Ｐ型ウェル領域４２３が部分的に備えられている。そし
て、一般的なＭｏｓプロセスを用いてイオンプラテーシ
ョンなどの不純物導入および拡散によって、Ｎ型ウェル
領域４２２にＰ−Ｍｏｓ４２０が、Ｐ型ウェル領域４２
３にＮ−Ｍｏｓ４２１が備えられている。Ｐ−Ｍｏｓ４
２０は、Ｎ型ウェル領域４２２の表層に部分的にＮ型あ
るいはＰ型の不純物を導入してなるソース領域４２５お
よびドレイン領域４２６や、Ｎ型ウェル領域４２２の、
ソース領域４２５およびドレイン領域４２６を除く部分
の表面に厚さ数百オングストロームのゲート絶縁膜４２
８を介して堆積されたゲート配線４３５などから構成さ
れている。また、Ｎ−Ｍｏｓ４２１は、Ｐ型ウェル領域
４２３の表層に部分的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導
入してなるソース領域４２５およびドレイン領域４２６
や、Ｐ型ウェル領域４２３の、ソース領域４２５および
ドレイン領域４２６を除く部分の表面に厚さ数百オング
ストロームのゲート絶縁膜４２８を介して堆積されたゲ
ート配線４３５などから構成されている。ゲート配線４
３５は、ＣＶＤ法により堆積した厚さ４０００オングス
トローム〜５０００オングストロームのポリシリコンか
ら成るものである。これらのＰ−Ｍｏｓ４２０およびＮ
−Ｍｏｓ４２１からＣ−Ｍｏｓロジックが構成されてい
る。

【００５９】Ｐ型ウェル領域４２３の、Ｎ−Ｍｏｓ４２
１と異なる部分には、電気熱変換素子駆動用のＮ−Ｍｏ
ｓトランジスタ４３０が備えられている。Ｎ−Ｍｏｓト
ランジスタ４３０も、不純物導入および拡散などの工程
によりＰ型ウェル領域４２３の表層に部分的に備えられ
たソース領域４３２およびドレイン領域４３１や、Ｐ型
ウェル領域４２３の、ソース領域４３２およびドレイン
領域４３１を除く部分の表面にゲート絶縁膜４２８を介
して堆積されたゲート配線４３３などから構成されてい
る。

【００６０】本実施形態では、電気熱変換素子駆動用の
トランジスタとしてＮ−Ｍｏｓトランジスタ４３０を用
いたが、複数の電気熱変換素子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な構造を得ることが
できるトランジスタであれば、このトランジスタに限ら
れない。

【００６１】Ｐ−Ｍｏｓ４２０とＮ−Ｍｏｓ４２１との
間や、Ｎ−Ｍｏｓ４２１とＮ−Ｍｏｓトランジスタ４３
０との間などの各素子間には、５０００オングストロー
ム〜１００００オングストロームの厚さのフィールド酸
化により酸化膜分離領域４２４が形成されており、その
酸化膜分離領域４２４によって各素子が分離されてい
る。酸化膜分離領域４２４の、熱作用部２０８に対応す
る部分は、シリコン基板２０１の表面側から見て一層目
の蓄熱層４３４としての役割を果たす。

【００６２】Ｐ−Ｍｏｓ４２０、Ｎ−Ｍｏｓ４２１およ
びＮ−Ｍｏｓトランジスタ４３０の各素子の表面には、
厚さ約７０００オングストロームのＰＳＧ膜またはＢＰ
ＳＧ膜などから成る層間絶縁膜４３６がＣＶＤ法により
形成されている。熱処理により層間絶縁膜４３６を平坦
化した後に、層間絶縁膜４３６およびゲート絶縁膜４２
８を貫通するコンタクトホールを介して第１の配線層と
なるＡｌ電極４３７により配線が行われている。層間絶
縁膜４３６およびＡｌ電極４３７の表面には、厚さ１０
０００オングストローム〜１５０００オングストローム
のＳｉＯ₂膜から成る層間絶縁膜４３８がプラズマＣＶ
Ｄ法により形成されている。層間絶縁膜４３８の表面
の、熱作用部２０８およびＮ−Ｍｏｓトランジスタ４３
０に対応する部分には、厚さ約１０００オングストロー
ムのＴａＮ_0.8,hex膜から成る抵抗層２０４がＤＣスパ
ッタ法により形成されている。抵抗層２０４は、層間絶
縁膜４３８に形成されたスルーホールを介してドレイン
領域４３１の近傍のＡｌ電極４３７と電気的に接続され
ている。抵抗層２０４の表面には、各電気熱変換素子へ
の配線となる第２の配線層としての、Ａｌの配線２０５
が形成されている。

【００６３】配線２０５、抵抗層２０４および層間絶縁
膜４３８の表面の保護膜２０６は、プラズマＣＶＤ法に
より形成された厚さ１００００オングストロームのＳｉ
₃Ｎ₄膜から成るものである。保護膜２０６の表面に堆積
された耐キャビテーション膜２０７は、Ｔａ（タンタ
ル）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロ
ム）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｒｕ（ルテニウム）等か
ら選ばれる少なくとも１つ以上のアモルファス合金の厚
さ約２５００オングストロームの薄膜から成るものであ
る。

【００６４】次に、図１〜図３等に示すように、素子基
板１上に、可動部材８と流路側壁１０と液体供給口５を
設ける工程について、図１２〜図１５を参照して説明す
る。なお、図１２〜図１５において、（ａ），（ｂ），
（ｃ）は素子基板１上に形成する液流路３の方向とは直
交する方向に沿って発熱体４の中心を通る断面図、
（ａ’），（ｂ’），（ｃ’）は素子基板１上に形成す
る液流路３と平行な方向に沿って液流路３の中央を通る
断面図、（ａ”），（ｂ”），（ｃ”）は縮小平面図で
ある。

【００６５】まず、図１２（ａ），（ａ’），（ａ”）
に示すように、素子基板１の発熱体４側の面に、Ａｌ膜
（第１の間隙形成層）をスパッタリング法によって厚さ
約２０μｍ形成する。この形成されたＡｌ膜を、周知の
フォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングし、
発熱体４および電極部に対応する位置にＡｌ膜パターン
２５を複数形成する。それぞれのＡｌ膜パターン２５
は、素子基板１の表面に形成されている発熱体４と後述
する可動部材８との間隙を形成する（間隔を規定する）
第１の間隙形成部材としての作用もある。

【００６６】Ａｌ膜パターン２５は、後述するようにド
ライエッチングにより弁形状を形成する際のエッチング
ストップ層として機能する。これは、素子基板１におけ
る耐キャビテーション膜２０７としてのＴａ等の薄膜、
および抵抗体上の保護層２０６としてのＳｉＮ膜が、液
流路３を形成するために使用するエッチングガスにより
エッチングされることを防止するために、ドライエッチ
ングにより液流路３を形成する際に素子基板１の発熱体
４側の面が露出しないように、それぞれのＡｌ膜パター
ン２５における液流路３の流路方向と直行する方向の幅
は、最終的に形成される液流路３の幅よりも広くなって
いる。

【００６７】さらに、ドライエッチング時には、Ｃ
Ｆ₄，Ｃ_XＦ_Y，ＳＦ₆ガスの分解によりイオン種およびラ
ジカルが発生し、素子基板１の発熱体４や機能素子にダ
メージを与えることがあるが、Ａｌ膜パターン２５は、
これらイオン種やラジカルを受け止めて素子基板１の発
熱体４や機能素子を保護するものとなっている。

【００６８】次に、図１２（ｂ），（ｂ’），（ｂ”）
に示すように、Ａｌ膜パターン２５の表面および素子基
板１上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、流路側壁１０の
一部を形成するための材料膜である厚さ約２０．０μｍ
のＳｉＮ膜２６を形成し、Ａｌ膜パターン２５を被覆し
た。

【００６９】そして、図１２（ｃ），（ｃ’），
（ｃ”）に示すように、Ａｌ膜パターン２５の表面が露
出して、Ａｌ膜パターン２５の表面とＳｉＮ膜２６の表
面とがほぼ同一面上に位置するようになるまで、ＳｉＮ
膜２６をＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａ
ｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により平坦に研磨する。そ
して、後述するフォトリソグラフィプロセスを行う際の
基準となるアライメントパターンを形成する。こうし
て、液流路３になる部分と電極パッドになる部分にＡｌ
膜パターン２５が、それ以外の部分にＳｉＮ層２６が形
成された状態となり、液流路３となる部分のＡｌ膜パタ
ーン２５が第１の間隙形成部材として、ＳｉＮ層２６が
可動部材の固定部（高台座）として、それぞれ機能す
る。

【００７０】次に、図１３（ａ），（ａ’），（ａ”）
に示すように、ＣＭＰ法により研磨したＳｉＮ膜２６お
よびＡｌ膜パターン２５の表面に、プラズマＣＶＤ法を
用いて、可動部材８を形成するための材料膜である厚さ
約３．０μｍのＳｉＮ膜２９を形成する。そして、形成
したＳｉＮ膜２９を、誘電結合プラズマを使ったエッチ
ング装置を用いてドライエッチングして、液流路３の一
部となるＡｌ膜パターン２５に対応する箇所のＳｉＮ膜
２９を残す。このＳｉＮ膜２９は最終的には可動部材８
になるため、そのＳｉＮ膜２９のパターンにおける液流
路３の流路方向と直交する方向の幅は、最終的に形成さ
れる液流路３の幅よりも狭くなっている。この可動部材
８は、自由端８Ｂを含む可動部分と、ＳｉＮ層２６から
なる高台座に接合される固定部分８Ａとからなる。

【００７１】次に、図１３（ｂ），（ｂ’），（ｂ”）
に示すように、可動部材８となるＳｉＮ膜２９を被覆す
るように、スパッタリング法によって、厚さ約３．０μ
ｍのＴｉＷ（チタン−タングステン）膜（第２の間隙形
成層）を形成する。このＴｉＷ膜を、周知のフォトリソ
グラフィプロセスを用いてパターニングし、可動部材８
の上面と液体供給口５の間隙α（図１参照）と、可動部
材８の両側部と流路側壁１０の間隙γ（図２参照）とを
形成するための第２の間隙形成部材３０を、ＳｉＮ膜２
９の表面および側面に部分的に形成する。

【００７２】次に、図１３（ｃ），（ｃ’），（ｃ”）
に示すように、酢酸、燐酸および硝酸の混合液を用い
て、加温エッチングにより、液流路３になる部分のＡｌ
膜パターン２５（第１の間隙形成部材）を完全に除去す
る。その際、Ａｌ膜パターン２５のうち電極パッドにな
る部分は、ＴｉＷ膜からなる第２の間隙形成部材３０に
より保護されており、上記混合液による腐蝕を防ぐこと
ができる。

【００７３】次に、図１４（ａ），（ａ’），（ａ”）
に示すように、ＳＵ−８−５０（製品名：マイクロケミ
カルコーポ社製）などのネガ型の感光性エポキシ樹脂
（壁材）３１を、素子基板１上に適量滴下し、スピンコ
ートによって約４０〜６０μｍの厚さで塗布する。な
お、このスピンコート工程により、天板２が接合される
流路側壁１０を形成する感光性エポキシ樹脂３１を平坦
に塗布することができる。

【００７４】続いて、表１に示す条件で、ホットプレー
トを用いて９０℃で５分間、感光性エポキシ樹脂３１の
プリベークを行った後に、図１４（ｂ），（ｂ’），
（ｂ”）に示すように、パターンマスク３２をおいて、
露光装置（キャノン製：ＭＰＡ６００）を用いて、約２
［Ｊ／ｃｍ²］の露光量で感光性エポキシ樹脂３１を露
光する。

【００７５】

【表１】

【００７６】ネガ型の感光性エポキシ樹脂３１は、露光
されて感光した部分が硬化し、露光されなくて感光して
いない部分は硬化しない。そのため、この露光工程で
は、液体供給口５となる部分を除いた箇所のみ感光させ
る。ここで、第２の間隙形成部材３０は、遮光性のＴｉ
Ｗ膜からなるものであるため、下方に流れ込んだ感光性
エポキシ樹脂３１を感光させないマスクとして作用す
る。なお、実際には、感光性エポキシ樹脂３１が可動部
材８の下方を完全に充満するとは限らない。

【００７７】それから、図１４（ｃ），（ｃ’），
（ｃ”）に示すように、プロピレングレコール１−モノ
メチルエーテルアセテート（キシダ化学製）からなる現
像液を用いて、非感光部（非露光部）の感光性エポキシ
樹脂３１を除去する。これによって、パターンマスク３
２により遮光された可動部材８上の第２の間隙形成部材
３０の上方部分に液体供給口５が形成され、ＴｉＷ膜か
らなる第２の間隙形成部材３０により遮光された可動部
材８の下方部分に液流路３が形成される。さらにその後
に、２００℃、１時間の本ベークを行う。なお、パター
ンマスクによる非感光部（非露光部）が、第２の間隙形
成部材３０による非感光部（非露光部）よりも小面積な
ので、液体供給口５となる穴部分の開口面積は、液流路
３（ＳｉＮ膜からなる可動部材８の可動領域）の平面的
な面積よりも小さい。従って、図１４（ｃ），１５
（ａ）に示すように、流路側壁１０に段差が生じてお
り、この段差が、可動部材８の変位を規制する側方スト
ッパ３３となる。なお、感光性エポキシ樹脂３１の硬化
部からなる先端ストッパ３４（図１４（ｃ’），１５
（ａ’）参照）も、可動部材の変位を規制するものであ
る。最後に、図１５（ａ），（ａ’），（ａ”）に示す
ように、過酸化水素を用いた加温エッチングにより第２
の間隙形成部材３０であるＴｉＷ膜を除去する。

【００７８】以上のようにして、素子基板１上に可動部
材８と流路側壁１０と液体供給口５とが形成される。

【００７９】次に、図１６を参照して、複数の液体供給
口５に連通する大容積の共通液体供給室６を有する天板
の形成工程について説明する。

【００８０】図１６（ａ）では、シリコン材料からなる
天板２の両面に、約１．０μｍの酸化膜（ＳｉＯ₂）３
５を形成する。そして、このＳｉＯ₂膜３５を、周知の
フォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングす
る。

【００８１】次に、図１６（ｂ）に示すように、天板２
のＳｉＯ₂膜３５に覆われていない部分（共通液体供給
室６に相当する部分）をＴＭＡＨ（テトラメチルアンモ
ニウムハイドライド）を用いたエッチングにより、除去
することにより、複数の液体供給口５（図１５参照）に
液体を供給するための共通液体供給室６を天板２に形成
する。なお、エッチングの進行途中の適当な時期に停止
させることにより、図１６（ｂ）に示すように斜面状の
壁面に囲まれた共通液体供給室６が形成される。

【００８２】次に、図１６（ｃ）に示すように、ＬＰ−
ＣＶＤ法により、耐液体腐蝕防止膜であるＳｉＮ膜３５
を、天板２の表面に加えて、エッチングされた面（共通
液体供給室を囲む平面）も被覆するように形成する。

【００８３】次に、図１６（ｄ）に示すように、天板２
の、素子基板１との接合面側に、厚さ約１〜１０μｍの
接着層であるエポキシ樹脂層３６を形成する。

【００８４】以上のようにして、共通液体供給室６を有
する天板２を形成する。

【００８５】次に、図１７で示すように、可動部材８と
液流路側壁１０と液体供給口５を設けた素子基板１上
に、複数の液体供給口５に連通する共通液体供給室６を
設けた天板２を積層し、加熱・加圧接合して固着させ
る。さらに、吐出口７を有するノズルプレートを、各吐
出口７が各液流路３と対向するように、素子基板１およ
び天板２の積層体の端部に固着することにより、図１〜
図３に示す液体吐出ヘッドが完成する。

【００８６】［変形形態］次に、図１８〜図２１を用い
て本実施形態の変形形態を説明する。図１２〜図１５に
示した、可動部材８に流路側壁１０と液体供給口５を設
ける工程では、図１３（ｂ），（ｂ’），（ｂ”）から
わかるように、第２の間隙部材を形成するＴｉＷ膜（第
２の間隙形成層）をパターニングする際に用いるマスク
を除去する工程と、液流路３となる第１の間隙部材を形
成するＡｌ膜パターン２５を除去する工程とが別工程で
行われている。図１３（ｂ），（ｂ’），（ｂ”）は、
第２の間隙部材を形成するＴｉＷ膜（第２の間隙形成
層）をパターニングする際に用いるマスクを除去した後
で、液流路３となる第１の間隙部材を形成するＡｌ膜パ
ターン２５を除去する前の状態を示している。

【００８７】それに対して、本変形形態は、以下に図１
９（ａ），（ａ'），（ａ"）〜図２０（ｃ），
（ｃ'），（ｃ"）を用いて説明するように、ＴｉＷ膜を
パターニングする際に用いるマスクを除去する工程と、
液流路３となる第１の間隙部材を形成するＡｌ膜パター
ン２５を除去する工程とを同一工程で行うことが、図１
２〜図１５に示した工程と異なっている。本変形形態の
他の工程は、図１２〜図１５に示した実施形態の工程と
同一であり、図１８（ａ），（ａ'），（ａ"）〜
（ｃ），（ｃ'），（ｃ"）及び図２１が、それぞれ、図
１２（ａ），（ａ'），（ａ"）、図１２（ｃ），
（ｃ'），（ｃ"）、図１３（ａ），（ａ'），（ａ"）及
び図１５と対応している。

【００８８】以下、本変形形態を図を用いて詳しく説明
する。

【００８９】可動部材となるＳｉＮ膜２９を被覆するよ
うに、スパッタリング法によって、厚さ約３．０μｍの
ＴｉＷ膜（第２の間隙形成層）３０を形成した（図１９
（ａ），（ａ’），（ａ”））後、図１９（ｂ），
（ｂ’），（ｂ”）に示すように、このＴｉＷ膜３０上
に、スパッタリング法によって、厚さ約１．０μｍのア
ルミニウム膜３０ａを形成し、周知のフォトリソグラフ
ィプロセスを用いてパターニングする（図１９（ｃ），
（ｃ’），（ｃ”））。そして、このアルミニウム膜３
０ａをマスク材料として、ＳＦ₆、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ_x
Ｆ_y等のガス種を用いて、ＩＣＰエッチング法により、
前記ＴｉＷ膜３０を約２．５μｍまでエッチングする
（図２０（ａ），（ａ’），（ａ”））。

【００９０】その後、Ｈ₂Ｏ₂液を用いて、加温エッチン
グにより、残りのＴｉＷ膜約０．５μｍをエッチングす
る（図２０（ｂ），（ｂ’），（ｂ”））。

【００９１】次に、図２０（ｃ），（ｃ’），（ｃ”）
に示すように、酢酸、燐酸および硝酸の混合液を用い
て、加温エッチングにより、液流路３になる部分のＡｌ
膜パターン２５（第１の間隙形成部材）及び第２の間隙
形成部材を形成するためのマスク層として用いたアルミ
ニウム膜３０ａを一括して完全に除去する。

【００９２】ここで、ＴｉＷ膜３０のエッチングをドラ
イエッチングとウェットエッチングの２段階に分けるの
は、ＴｉＷ膜３０の下地層にアルミニウム膜２５の領域
とＳｉＮ膜２９の領域が混在するためである。

【００９３】本来ならば、ＳＦ₆、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ_x
Ｆ_y等のガス種を用いたＩＰＣエッチングだけでパター
ンを形成したいところであるが、ＳｉＮ膜２９の領域で
は、上記ガスに対するエッチング選択比が高く、ＴｉＷ
膜３０のエッチング終了ポイントを決定するのが難し
い。

【００９４】また、ウェットエッチングのみで行うと、
本手法は、等方性のエッチングになり、前記可動部材８
の被膜を精度よく行うコントロールが難しくなる。

【００９５】そこで、本実施形態では、以上に記述した
ように、互いのメリットを生かしてドライエッチング及
びウェットエッチングにより、パターンを形成した。

【００９６】本変形形態のように、ＴｉＷ膜３０をパタ
ーニングする際に用いるマスク層３０ａを除去する工程
と、液流路３となる第１の間隙部材を形成するＡｌ膜パ
ターン２５を除去する工程とを同一工程で行うことによ
り、工程数を減らし、より安価に液体吐出ヘッドを製造
することができる。

【００９７】（第２の実施形態）以下、可動部材８と流
路側壁１０と液体供給口５とを有する素子基板の形態が
第１の実施形態とは異なる第２の実施形態について説明
する。ここで、本実施形態の特徴である素子基板の製造
工程について、図２２を参照して説明する。なお、第１
の実施形態と同様な構成には同一の符号を付与し、その
構成および形成方法についての説明は一部省略する。

【００９８】まず、図２２（ａ），（ａ’）に示すよう
に、スパッタリング法により、素子基板１の発熱体４側
の面に厚さ約５０００オングストロームの不図示のＴｉ
Ｗ膜を形成した後、スパッタリング法によって厚さ約５
μｍのＡｌ膜（第１の間隙形成層）を形成する。このＡ
ｌ膜を、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパ
ターニングし、発熱体４および電極部に対応する位置に
Ａｌ膜パターン２５を複数形成する。それぞれのＡｌ膜
パターン２５は、素子基板１の表面に形成されている発
熱体４と後述する可動部材８との間隙を形成する（間隔
を規定する）第１の間隙形成部材としての作用もある。
不図示のＴｉＷ膜は、電極部の保護層となる。

【００９９】次に、図２２（ｂ），（ｂ’）に示すよう
に、素子基板１およびＡｌ膜パターン２５の表面に、プ
ラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材８を形成するための
材料膜である厚さ約５．０μｍのＳｉＮ膜３７を形成す
る。そして、形成したＳｉＮ膜３７を、誘電結合プラズ
マを使ったエッチング装置を用いてドライエッチングし
て、液流路３の一部となるＡｌ膜パターン２５に対応す
る箇所のＳｉＮ膜３７を残す。このＳｉＮ膜３７は最終
的には可動部材になるため、そのＳｉＮ膜３７のパター
ンにおける液流路３の流路方向と直交する方向の幅は、
最終的に形成される液流路３の幅よりも狭くなってい
る。この可動部材は、自由端を含む可動部分と、素子基
板１に直接接合される固定部分とからなる。

【０１００】次に、図２２（ｃ），（ｃ’）に示すよう
に、可動部材となるＳｉＮ膜３７を被覆するように、ス
パッタリング法によって、厚さ約１０．０μｍのＴｉＷ
膜（第２の間隙形成層）を形成する。このＴｉＷ膜を、
周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパターニン
グし、可動部材の上面と液体供給口５の間隙αと、可動
部材の両側部と流路側壁１０の間隙γとを形成するため
の第２の間隙形成部材３８を、ＳｉＮ膜３７の表面およ
び側面に部分的に形成する。

【０１０１】次に、図２２（ｄ），（ｄ’）に示すよう
に、酢酸、燐酸および硝酸の混合液を用いて、加温エッ
チングにより、液流路３になる部分のＡｌ膜パターン２
５（第１の間隙形成部材）を完全に除去する。

【０１０２】次に、ＳＵ−８−５０（製品名：マイクロ
ケミカルコーポ社製）などのネガ型の感光性エポキシ樹
脂３１を、素子基板１上に適量滴下し、スピンコートに
よって約４０〜６０μｍの厚さで塗布する。なお、この
スピンコート工程により、天板２が接合される流路側壁
１０を形成する感光性エポキシ樹脂３１を平坦に塗布す
ることができる。続いて、第１の実施形態（表１）と同
条件で、ホットプレートを用いて９０℃で５分間、感光
性エポキシ樹脂３１のプリベークを行った後に、図２２
（ｅ），（ｅ’）に示すように、パターンマスク３２を
おいて、露光装置（キヤノン製：ＭＰＡ６００）を用い
て、約２［Ｊ／ｃｍ²］の露光量で感光性エポキシ樹脂
３１を露光する。

【０１０３】ネガ型の感光性エポキシ樹脂３１は、露光
されて感光した部分が硬化し、露光されなくて感光して
いない部分は硬化しない。そのため、この露光工程で
は、液体供給口５となる部分を除いた箇所のみ感光させ
る。ここで、第２の間隙形成部材３８は、遮光性のＴｉ
Ｗ膜からなるものであるため、下方に流れ込んだ感光性
エポキシ樹脂３１を感光させないマスクとして作用す
る。それから、図２２（ｆ），（ｆ’）に示すように、
プロピレングレコール１−モノメチルエーテルアセテー
ト（キシダ化学製）からなる現像液を用いて、非感光部
（非露光部）の感光性エポキシ樹脂３１を除去する。こ
れによって、パターンマスク３２により遮光された可動
部材上の第２の間隙形成部材３８の上方部分に液体供給
口５が形成され、ＴｉＷ膜からなる第２の間隙形成部材
３８により遮光された可動部材の下方部分に液流路３が
形成される。さらにその後に、２００℃、１時間の本ベ
ークを行う。なお、パターンマスク３２による非感光部
（非露光部）が、第２の間隙形成部材３８による非感光
部（非露光部）よりも小面積なので、液体供給口５とな
る穴部分の開口面積は、液流路３の平面的な面積よりも
小さい。従って、図２２（ｇ）に示すように、流路側壁
１０に段差が生じており、この段差が、可動部材の変位
を規制する側方ストッパ３３となる。なお、感光性エポ
キシ樹脂３１の硬化部からなる先端ストッパ３４も可動
部材の変位を規制するものである。最後に、図２２
（ｇ），（ｇ’）に示すように、過酸化水素を用いた加
温エッチングにより第２の間隙形成部材３８であるＴｉ
Ｗ膜を除去する。

【０１０４】以上のようにして、素子基板１上に可動部
材８と流路側壁１０と液体供給口５とが形成される。

【０１０５】その後、第１の実施形態と同様な、共通液
体供給室６を有する天板２および吐出口７を有するノズ
ルプレートが接合されて、液体吐出ヘッドが完成する。

【０１０６】本実施形態に基づいて製造された液体吐出
ヘッドは、可動部材と液体供給口との間の間隔が第１の
実施形態よりも広く、液体の非発泡時に液流路を、吐出
口を除いて略密閉状態にすることのない構成である。

【０１０７】［変形形態］図２２に示した、可動部材８
に流路側壁１０と液体供給口５を設ける工程では、図２
２（ｃ），（ｃ’）からわかるように、第２の間隙部材
を形成するＴｉＷ膜（第２の間隙形成層）をパターニン
グする際に用いるマスクを除去する工程と、液流路３と
なる第１の間隙部材を形成するＡｌ膜パターン２５を除
去する工程とが別工程で行われている。図２２（ｃ），
（ｃ’）は、第２の間隙部材を形成するＴｉＷ膜（第２
の間隙形成層）をパターニングする際に用いるマスクを
除去した後、液流路３となる第１の間隙部材を形成する
Ａｌ膜パターン２５を除去する前の状態を示している。

【０１０８】それに対して、本変形形態は、以下に説明
するように、ＴｉＷ膜をパターニングする際に用いるマ
スク層を除去する工程と、液流路３となる第１の間隙形
成部材を形成するＡｌ膜パターン２５を除去する工程と
を同一工程で行うことが、図２２に示した工程と異なっ
ている。他の工程は、図２２に示した工程と同一であ
る。

【０１０９】可動部材となるＳｉＮ膜３７を被覆するよ
うに、スパッタリング法によって、厚さ約１０．０μｍ
のＴｉＷ膜（第２の間隙形成層）を形成した後、このＴ
ｉＷ膜上に、スパッタリング法によって、厚さ約１．０
μｍのアルミニウム膜を形成し、周知のフォトリソグラ
フィプロセスを用いてパターニングする。そして、この
アルミニウム膜をマスク材料として、ＳＦ₆、ＣＦ₄、Ｃ
₂Ｆ₆、Ｃ_xＦ_y等のガス種を用いて、ＩＣＰエッチング法
により、前記ＴｉＷ膜を約９．０μｍまでエッチングす
る。

【０１１０】その後、Ｈ₂Ｏ₂液を用いて、加温エッチン
グにより、残りのＴｉＷ膜約１．０μｍをエッチングす
る。

【０１１１】次に、酢酸、燐酸および硝酸の混合液を用
いて、加温エッチングにより、液流路３になる部分のＡ
ｌ膜パターン２５（第１の間隙形成部材）及び第２の間
隙形成部材を形成するためのマスク層として用いたアル
ミニウム膜を一括して完全に除去する。

【０１１２】ここで、ＴｉＷ膜のエッチングをドライエ
ッチングとウェットエッチングの２段階に分けたのは、
上述した第１の実施形態の場合と同様、ＴｉＷ膜の下地
層にアルミニウム膜領域とＳｉＮ膜領域が混在するため
である。

【０１１３】本変形形態のように、ＴｉＷ膜をパターニ
ングする際に用いるマスク層を除去する工程と、液流路
３となる第１の間隙部材を形成するＡｌ膜パターン２５
を除去する工程とを同一工程で行うことにより、工程数
を減らし、より安価に液体吐出ヘッドを製造することが
できる。

【０１１４】（第３の実施形態）第１の実施形態のヘッ
ド構造において液体供給口５は図３に示したように４つ
の壁面で囲まれた開口としたが、図２３および図２４に
示す形態のように、供給部形成部材５Ａ（図１参照）の
うち、吐出口７側とは反対の液体供給室６側の壁面が開
放されていてもよい。この形態の場合には、第１の実施
形態と同様、開口領域Ｓは図２３および図２４に示すよ
うに、液体供給口５の３辺と固定部材９の端部９Ａとで
囲まれた領域となる。

【０１１５】（第４の実施形態）次に、第４の実施形態
による液体吐出ヘッドを図２５を参照して説明する。

【０１１６】図２５に示す形態の液体吐出ヘッドでは、
素子基板１と天板２とが接合され、両板１，２の間に
は、一端が吐出口７と連通し他端が閉じられた液流路３
が形成されている。

【０１１７】液流路３に液体供給口５が配設され、液体
供給口５に連通する共通液体供給室６が設けられてい
る。

【０１１８】液体供給口５と液流路３との間には、可動
部材８が液体供給口５の開口領域に対して微小な隙間α
（例えば１０μｍ以下）を有して略平行に設けられてい
る。可動部材８の少なくとも自由端部およびそれに連続
する両側部で囲まれる領域が液体供給口５の液流路に対
する開口領域Ｓよりも大きくなっており、かつ、可動部
材８の側部と液流路側壁１０との間は微小な隙間βを有
する。これにより可動部材８は液流路３内で摩擦抵抗な
く可動する一方で、開口領域側への変位は開口領域Ｓの
周辺部で規制され、液体供給口５を実質的に塞いで液流
路３から共通液体供給室６への液流を防ぐことが可能に
なる。また本実施形態では、可動部材８は素子基板１に
対向に位置する。そして可動部材８の一端は素子基板１
の発熱体４側に変位する自由端であり、その他端側は支
持部９Ｂに支持されている。

【０１１９】（その他の実施形態）以下、本発明の液体
吐出原理を用いたヘッドに好適な様々な形態例を説明す
る。

【０１２０】＜サイドシュータタイプ＞図２６はいわゆ
るサイドシュータタイプの液体吐出ヘッドの断面図を示
したものである。この説明において、第１の実施形態と
同一の構成要素には同一符号を用いる。この形態の液体
吐出ヘッドは、図２６に示すように発熱体４と吐出口７
が平行平面上で対面し、液流路３が、吐出口７からの液
体の吐出方向に沿った軸方向と直角に連通している点
で、第１の実施形態と異なっている。このような液体吐
出ヘッドにおいても第１の実施形態と同様の吐出原理に
基づく効果を奏し、また第１の実施形態で説明した製造
方法を容易に適用できる。

【０１２１】＜可動部材＞上述の実施形態において、可
動部材を構成する材質としては吐出液に対して耐溶剤性
があり、可動部材として良好に動作するための弾性を有
しているものであればよい。

【０１２２】可動部材の材料としては、耐久性の高い、
銀、ニッケル、金、鉄、チタン、アルミニュウム、白
金、タンタル、ステンレス、りん青銅等の金属、および
その合金、または、アクリロニトリル、ブタジエン、ス
チレン等のニトリル基を有する樹脂、ポリアミド等のア
ミド基を有する樹脂、ポリカーボネイト等のカルボキシ
ル基を有する樹脂、ポリアセタール等のアルデヒド基を
持つ樹脂、ポリサルフォン等のスルホン基を持つ樹脂、
そのほか液晶ポリマー等の樹脂およびその化合物、耐イ
ンク性の高い、金、タングステン、タンタル、ニッケ
ル、ステンレス、チタン等の金属、これらの合金および
耐インク性に関してはこれらを表面にコーティングした
もの若しくは、ポリアミド等のアミド基を有する樹脂、
ポリアセタール等のアルデヒド基を持つ樹脂、ポリエー
テルエーテルケトン等のケトン基を有する樹脂、ポリイ
ミド等のイミド基を有する樹脂、フェノール樹脂等の水
酸基を有する樹脂、ポリエチレン等のエチル基を有する
樹脂、ポリプロピレン等のアルキル基を持つ樹脂、エポ
キシ樹脂等のエポキシ基を持つ樹脂、メラミン樹脂等の
アミノ基を持つ樹脂、キシレン樹脂等のメチロール基を
持つ樹脂およびその化合物、さらに二酸化珪素、チッ化
珪素等のセラミックおよびその化合物が望ましい。本発
明における可動部材としてはμｍオーダーの厚さを対象
にしている。

【０１２３】次に、発熱体と可動部材の配置関係につい
て説明する。発熱体と可動部材の最適な配置によって、
発熱体による発泡時の液の流れを適正し制御して有効に
利用することが可能となる。

【０１２４】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の従来技術においては、図２
７の破線に示すように、発熱体面積とインク吐出量は比
例関係にあるが、インク吐出に寄与しない非発泡有効領
域Ｓが存在していることがわかる。また、発熱体上のコ
ゲの様子から、この非発泡有効領域Ｓが発熱体の周囲に
存在していることがわかる。これらの結果から、発熱体
周囲の約４μｍ幅は、発泡に関与されていないとされて
いる。これに対し、本発明の液体吐出ヘッドは、気泡発
生手段を含む液流路が吐出口を除いて実質的に遮蔽され
ていることで最大の吐出量が規制されるため、図２７の
実線で示すように、発熱体面積や発泡パワーのばらつき
が大きくても吐出量が変化しない領域があり、この領域
を利用することにより大ドットの吐出量安定化が図れ
る。

【０１２５】＜素子基板＞以下に液体に熱を与えるため
の発熱体１０が設けられた素子基板１の構成について説
明する。

【０１２６】図２８は本発明の液体吐出装置の要部の側
断面図を示したもので、図２８（ａ）は後述する保護膜
があるヘッド、図２８（ｂ）は保護膜がないものであ
る。

【０１２７】素子基板１上には天板２が配され、素子基
板１と天板２の間に液流路３が形成されている。

【０１２８】素子基板１は、シリコン等の基体１０７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を成膜し、その上に発熱体１０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（０．０１〜０．２μｍ厚）とアルミニュ
ウム等の配線電極１０４（０．２〜１．０μｍ厚）を図
２８（ａ）のようにパターニングしている。この配線電
極１０４から抵抗層１０５に電圧を印加し、抵抗層１０
５に電流を流し発熱させる。配線電極１０４間の抵抗層
１０５上には、酸化シリコンやチッ化シリコン等の保護
膜１０３を０．１〜２．０μｍ厚で形成し、さらにその
うえにタンタル等の耐キャビテーション層１０２（０．
１〜０．６μｍ厚）が成膜されており、インク等の各種
の液体から抵抗層１０５を保護している。

【０１２９】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。

【０１３０】また、液体、流路構成、抵抗材料の組み合
わせにより、上述の抵抗層１０５に保護膜１０３を必要
としない構成でもよくその例を図２８（ｂ）に示す。こ
のような保護膜１０３を必要としない抵抗層１０５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。

【０１３１】このように、前述の各実施形態における発
熱体４の構成としては、前述の電極１０４間の抵抗層１
０５（発熱部）だけででもよく、また抵抗層１０５を保
護する保護膜１０３を含むものでもよい。

【０１３２】各実施形態においては、発熱体４として電
気信号に応じて発熱する抵抗層１０５で構成された発熱
部を有するものを用いたが、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発泡液に生じさせ
るものであればよい。例えば、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。

【０１３３】なお、前述の素子基板１には、前述の発熱
部を構成する抵抗層１０５とこの抵抗層１０５に電気信
号を供給するための配線電極１０４で構成される発熱体
１０の他に、この発熱体４（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。

【０１３４】また、前述のような素子基板１に設けられ
ている発熱体４の発熱部を駆動し、液体を吐出するため
には、前述の抵抗層１０５に配線電極１０４を介して図
２９に示されるような矩形パルスを印加し、配線電極１
０４間の抵抗層１０５を急峻に発熱させる。前述の各実
施形態のヘッドにおいては、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７から液体であるインクを吐出させた。
しかしながら、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。

【０１３５】＜吐出液体＞このような液体のうち、記録
を行う上で用いる液体（記録液体）としては従来のバブ
ルジェット装置で用いられていた組成のインクを用いる
ことができる。

【０１３６】ただし、吐出液の性質として吐出液自身、
吐出や発泡または可動部材の動作などを妨げないような
液体であることが望まれる。

【０１３７】記録用の吐出液体としては、高粘度インク
等をも利用することができる。

【０１３８】本発明においては、さらに吐出液に用いる
ことができる記録液体として以下のような組成のインク
を用いて記録を行ったが、吐出力の向上によってインク
の吐出速度が高くなったため、液滴の着弾精度が向上し
非常に良好な記録画像を得ることができる。

【０１３９】

【表２】

【０１４０】＜液体吐出装置＞図３０は、上述の各種の
実施形態で説明した構造の液体吐出ヘッドを装着して適
用することのできる液体吐出装置の一例であるインクジ
ェット記録装置の概略構成を示している。図３０に示さ
れるインクジェット記録装置６００に搭載されたヘッド
カートリッジ６０１は、上述した構造の液体吐出ヘッド
と、その液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液
体容器とを有するものである。ヘッドカートリッジ６０
１は、図３０に示すように、駆動モータ６０２の正逆回
転に連動して駆動力伝達ギヤ６０３および６０４を介し
て回転するリードスクリュー６０５の螺旋溝６０６に対
して係合するキャリッジ６０７上に搭載されている。駆
動モータ６０２の動力によってヘッドカートリッジ６０
１がキャリッジ６０７とともにガイド６０８に沿って矢
印ａおよびｂの方向に往復移動される。インクジェット
記録装置６００には、ヘッドカートリッジ６０１から吐
出されたインクなどの液体を受ける被記録媒体としての
プリント用紙Ｐを搬送する被記録媒体搬送手段（不図
示）が備えられている。その被記録媒体搬送手段によっ
てプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押
さえ板６１０は、キャリッジ６０７の移動方向にわたっ
てプリント用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。

【０１４１】リードスクリュー６０５の一端の近傍に
は、フォトカプラ６１１および６１２が配設されてい
る。フォトカプラ６１１および６１２は、キャリッジ６
０７のレバー６０７ａの、フォトカプラ６１１および６
１２の領域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転
方向の切り換えなどを行うためのホームポジション検知
手段である。プラテン６０９の一端の近傍には、ヘッド
カートリッジ６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ
部材６１４を支持する支持部材６１３が備えられてい
る。また、ヘッドカートリッジ６０１から空吐出などさ
れてキャップ部材６１４の内部に溜まったインクを吸引
するインク吸引手段６１５が備えられている。このイン
ク吸引手段６１５によりキャップ部材６１４の開口部を
介してヘッドカートリッジ６０１の吸引回復が行われ
る。

【０１４２】インクジェット記録装置６００には本体支
持体６１９が備えられている。この本体支持体６１９に
は移動部材６１８が、前後方向、すなわちキャリッジ６
０７の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持さ
れている。移動部材６１８には、クリーニングブレード
６１７が取り付けられている。クリーニングブレード６
１７はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニン
グブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段６
１５による吸引回復操作にあたって吸引を開始するため
のレバー６２０が備えられており、レバー６２０は、キ
ャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移
動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換
えなどの公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカー
トリッジ６０１に設けられた発熱体に信号を付与した
り、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジ
ェット記録制御部は記録装置本体側に設けられており、
図３１では示されていない。

【０１４３】上述した構成を有するインクジェット記録
装置６００では、前記の被記録媒体搬送手段によりプラ
テン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対して、ヘ
ッドカートリッジ６０１がプリント用紙Ｐの全幅にわた
って往復移動する。この移動時に不図示の駆動信号供給
手段からヘッドカートリッジ６０１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から被記録
媒体に対してインク（記録液体）が吐出され、記録が行
われる。

【０１４４】図３１は、本発明の液体吐出装置によりイ
ンクジェット式記録を行なうための記録装置全体のブロ
ック図である。

【０１４５】記録装置は、ホストコンピュータ３００よ
り印字情報を制御信号として受ける。印字情報は印字装
置内部の入力インターフェイス３０１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ＣＰＵ（中央処理装
置）３０２に入力される。ＣＰＵ３０２はＲＯＭ（リー
ド・オンリー・メモリー）３０３に保存されている制御
プログラムに基づき、前記ＣＰＵ３０２に入力されたデ
ータをＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリー）３０４
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。

【０１４６】また、ＣＰＵ３０２は前記画像データを記
録用紙上の適当な位置に記録するために、画像データに
同期して記録用紙およびヘッドカートリッジ６０１を搭
載したキャリッジ６０７を移動する駆動用モータ６０２
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３０７と、モ
ータドライバ３０５を介し、ヘッドカートリッジ６０１
および駆動用モータ６０２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。

【０１４７】このような記録装置に用いられ、インク等
の液体の付与が行われる被記録媒体１５０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。

【０１４８】また、この記録装置として、各種の紙やＯ
ＨＰ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、または布帛に記録を行う捺染装置
等をも含むものである。

【０１４９】また、これらの液体吐出装置に用いる吐出
液としては、それぞれの被記録媒体や記録条件に合わせ
た液体を用いればよい。

【０１５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
気泡発生手段によって気泡が発生した初期で気泡が略等
方成長している期間内に、直ちに液流路と液体供給口と
の連通状態を可動部材によって遮断し、液流路内を吐出
口を除いて、実質的に密閉状態にする構成をとった事
で、気泡発生領域での気泡成長による圧力波を液体供給
口側および共通液体供給室側に伝播せずに、その大部分
を吐出口側に向けて、吐出パワーを飛躍的に向上させる
ことが可能になった。また、記録紙などに高速に定着さ
せたり、黒とカラーの境界での滲みを解消するために、
記録液に高粘度のものを使う場合でも、吐出パワーの飛
躍的向上により高粘度インクを良好に吐出することがで
きる。また、記録時の環境変化、特に低温・低湿環境下
では吐出口においてインク増粘領域が増え、使用開始時
に正常にインクが吐出されない場合があるが、本発明で
は一発目から良好に吐出できる。また、吐出パワーが飛
躍的に向上したので、気泡発生手段として用いる発熱体
のサイズを縮小したりして、吐出のために投入するエネ
ルギーを減らすこともできる。

【０１５１】また、気泡発泡領域での気泡成長による圧
力波が液体供給口および共通液体供給室側に伝播されな
いことで、共通液体供給室側への液体の移動がほとんど
ないため、液滴吐出後の吐出口におけるメニスカスの後
退量が最小化できる。その結果、吐出後、メニスカスが
初期状態に復帰する時間が非常に早い、すなわち、液流
路への定量のインク補充（リフィル）が完了する時間が
早いので、高精度（定量）のインク吐出を実施するにあ
たり吐出周波数（駆動周波数）をも飛躍的に向上させる
ことができる。

【０１５２】また、気泡発生領域での気泡成長が、吐出
口側に大きく成長し、液体供給口側への成長を抑制して
いることから、消泡点が気泡発生領域の中心付近から吐
出口側の部分に位置し、かつ、発泡パワーを維持しなが
ら、消泡力を低減できることにより、気泡発生領域の消
泡力による発熱体の機械的・物理的破壊寿命を大きく向
上させることができる。

【０１５３】さらに、本発明によると、可動部材の変位
を規制して液体供給口を閉鎖した状態で安定的に可動部
材を保持するための側方ストッパが容易に形成でき、可
動部材と側方ストッパとの間の微小間隔を簡単かつ正確
に形成できる。

【０１５４】また、ＴｉＷ等のタングステン合金からな
る第２の間隙形成部材を用いる場合、タングステン合金
が、遮光性を有しているため露光時のマスクとして機能
し得ることに加え、犠牲層等をなすＡｌ膜パターンや樹
脂を除去するために一般的に用いられるエッチング液に
対する耐性を有しつつ、特定のエッチング液（過酸化水
素）により除去され得るため、選択的なエッチング工程
が可能になり、高性能の液体吐出ヘッドの製造のさらな
る容易化に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による液体吐出ヘッド
の１つの液流路方向に沿った断面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ’線断面図である。

【図３】図１のＹ−Ｙ’線断面図である。

【図４】「直線的連通状態」を説明する流路の断面図で
ある。

【図５】図１〜図３に示した構造の液体吐出ヘッドの吐
出動作を説明するために、液体吐出ヘッドを液流路方向
に沿った切断図で示すとともに、特徴的な現象を分けて
示したものである。

【図６】図５の続きの吐出動作を説明するために、液体
吐出ヘッドを液流路方向に沿った切断図で示したもので
ある。

【図７】図６の続きの吐出動作を説明するために、液体
吐出ヘッドを液流路方向に沿った切断図で示したもので
ある。

【図８】図５（ｂ）の気泡の等方的な成長状態を示す図
である。

【図９】図５〜図７におけるＡ領域とＢ領域での気泡成
長の時間変化と可動部材の挙動との相関関係を表したグ
ラフである。

【図１０】第１の実施形態の液体吐出ヘッドに用いられ
る素子基板の断面図である。

【図１１】図１０に示す素子基板の主要素子を縦断する
ように素子基板を切断した模式的断面図である。

【図１２】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドに
用いられる素子基板の製造方法を説明するための図であ
る。

【図１３】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドに
用いられる素子基板の製造方法を説明するための図であ
り、図１２の工程の続きを示す。

【図１４】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドに
用いられる素子基板の製造方法を説明するための図であ
り、図１３の工程の続きを示す。

【図１５】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドに
用いられる素子基板の製造方法を説明するための図であ
り、図１４の工程の続きを示す。

【図１６】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドに
用いられる天板の製造方法を説明するための図である。

【図１７】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの
素子基板と天板の接合工程を説明するための図である。

【図１８】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドに
用いられる素子基板の製造方法の変形形態を説明するた
めの図である。

【図１９】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドに
用いられる素子基板の製造方法の変形形態を説明するた
めの図であり、図１８の工程の続きを示す。

【図２０】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドに
用いられる素子基板の製造方法の変形形態を説明するた
めの図であり、図１９の工程の続きを示す。

【図２１】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドに
用いられる素子基板の製造方法の変形形態を説明するた
めの図であり、図２０の工程の続きを示す。

【図２２】本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドに
用いられる素子基板の製造方法を説明するための図であ
る。

【図２３】本発明の第３の実施形態の第１変形例による
液体吐出ヘッドの１つの液流路方向に沿った断面図であ
る。

【図２４】図２３のＹ−Ｙ’線断面図である。

【図２５】本発明の第４の実施形態による液体吐出ヘッ
ドを示す図である。

【図２６】本発明の液体吐出方法を適用したサイドシュ
ータタイプのヘッドの例を説明するための図である。

【図２７】発熱体面積とインク吐出量との相対関係を示
すグラフである。

【図２８】本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図を示した
もので、（ａ）は保護膜があるもの、（ｂ）は保護膜が
ないものである。

【図２９】本発明に使用する発熱体を駆動する波形の図
である。

【図３０】本発明の液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出
装置の概略構成を示す図である。

【図３１】本発明の液体吐出方法および液体吐出ヘッド
において液体吐出記録を行うための装置全体のブロック
図である。

【符号の説明】

１ 素子基板 ２ 天板 ３ 液流路 ４ 発熱体（気泡発生手段） ５ 液体供給口 ６ 共通液体供給室 ７ 吐出口 ８ 可動部材 ９ 支持部材 １０ 流路側壁 １１ 気泡発生領域 ２１ 気泡 ２２ 吐出滴 ２５ Ａｌ膜パターン ２６、２９、３７ ＳｉＮ膜 ３０、３８ 第２の間隙形成部材 ３０ａ アルミニウム膜 ３１ 感光性エポキシ樹脂 ３２ パターンマスク ３３ 側方ストッパ ３４ 先端ストッパ ３５ ＳｉＯ₂膜 ３６ エポキシ樹脂層 １０２ 耐キャビテーション層 １０３ 保護膜 １０４ 配線電極 １０５ 抵抗層 １０６ チッ化シリコン膜 １０７ 基体 ２０１ シリコン基体 ２０２ 熱酸化膜 ２０３ 層間膜 ２０４ 抵抗層 ２０５ 配線 ２０６ 保護層 ２０７ 耐キャビテーション膜 ２０８ 熱作用部 ３００ ホストコンピュータ ３０１ 入出力インターフェイス ３０２ ＣＰＵ ３０３ ＲＯＭ ３０４ ＲＡＭ ３０５ モータドライバ ３０７ ヘッドドライバ ６００ インクジェット記録装置 ６０１ ヘッドカートリッジ ６０２ 駆動モータ ６０３、６０４ 駆動伝達ギア ６０５ リードスクリュー ６０６ 螺旋溝 ６０７ キャリッジ ６０７ａ レバー ６０８ ガイド ６０９ プラテン ６１０ 紙押さえ板 ６１１、６１２ フォトカプラ ６１３ 支持部材 ６１４ キャップ部材 ６１５ インク吸引手段 ６１７ クリーニングブレード ６１８ 移動部材 ６１９ 本体支持体 ６２０ レバー ６２１ カム α、β、γ 隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 清光 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 (72)発明者 井上 良二 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 Ｆターム(参考） 2C057 AF06 AF51 AF54 AF65 AF93 AG29 AG33 AG46 AP25 AP32 AP33 AP37 AP52 AP53 AP57 BA13

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を吐出するための複数の吐出口と、
   前記各吐出口に一端部が常に連通され、液体に気泡を発
   生させる気泡発生領域を有する複数の液流路と、前記気
   泡を発生し成長させるためのエネルギーを発生する気泡
   発生手段と、前記複数の液流路にそれぞれ配設され、共
   通液体供給室と連通する複数の液体供給口と、前記液体
   供給口の前記液流路側に対して隙間を隔てて支持され
   た、固定部分と可動部分とを有する可動部材とを有する
   液体吐出ヘッドの製造方法であって、 前記気泡発生手段を備えた素子基板上に、第１の間隙形
   成部材を形成する工程と、 前記第１の間隙形成部材と前記素子基板上の固定部材上
   に、可動部材を形成する工程と、 前記可動部材の可動部分の上面および側面に、前記液流
   路の側壁および前記液体供給口との間隙を形成するため
   の第２の間隙形成部材を形成する工程と、 前記第２の間隙形成部材を前記可動部材に密着した状態
   で残したまま、前記第１の間隙形成部材を除去する工程
   と、 少なくとも前記第２の間隙形成部材の上および前記可動
   部材の周囲に、壁材を形成する工程と、 前記壁材をパターニングして、前記液流路壁と前記液体
   供給口を一括して形成する工程と、 前記第２の間隙形成部材を除去する工程と、を有するこ
   とを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 液体を吐出するための複数の吐出口と、
   前記各吐出口に一端部が常に連通され、液体に気泡を発
   生させる気泡発生領域を有する複数の液流路と、前記気
   泡を発生し成長させるためのエネルギーを発生する気泡
   発生手段と、前記複数の液流路にそれぞれ配設され、共
   通液体供給室と連通する複数の液体供給口と、前記液体
   供給口の前記液流路側に対して隙間を隔てて支持され
   た、固定部分と可動部分とを有する可動部材とを有する
   液体吐出ヘッドの製造方法であって、 前記気泡発生手段を備えた素子基板上に、第１の間隙形
   成部材を形成するための第１の間隙形成層を形成し、パ
   ターニングする工程と、 前記基板上の前記第１の間隙形成部材が占有しない部分
   に、かつ、前記第１の間隙形成部材と同じ高さの前記可
   動部材の固定部を形成する工程と、 前記第１の間隙形成部材と前記固定部上に、前記可動部
   材を形成する工程と、 前記可動部材の可動部分の上面および側面に、前記液流
   路の側壁および前記液体供給口との間隙を形成するため
   の第２の間隙形成部材を形成する工程と、 前記第２の間隙形成部材を前記可動部材に密着した状態
   で残したまま、前記第１の間隙形成部材を除去する工程
   と、 少なくとも前記第２の間隙形成部材の上および前記可動
   部材の周囲に、壁材を形成する工程と、 前記壁材をパターニングして、前記液流路壁と前記液体
   供給口を一括して形成する工程と、 前記第２の間隙形成部材を除去する工程と、を有するこ
   とを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の液体吐出ヘッ
   ドの製造方法において、 前記気泡発生手段と前記可動部材と前記液流路壁と前記
   液体供給口とを備えた前記素子基板と、前記共通液体供
   給室を備えた天板を接合する工程と、を有することを特
   徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の液体吐出ヘッ
   ドの製造方法において、 前記第２の間隙形成部材を形成する工程は、 第２の間隙形成部材を形成するための第２の間隙形成層
   を、前記可動部材を被覆するように形成する工程と、 該第２の間隙形成層上に、第２の間隙形成部材を形成す
   るためのマスク層を形成する工程と、 前記マスク層を用いて、前記第２の間隙形成層をドライ
   エッチングプロセスによってエッチングする工程と、 該ドライエッチングプロセスの後、ウェットエッチング
   プロセスによって、前記第２の間隙形成層をエッチング
   して、前記第２の間隙形成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。
5. 【請求項５】 前記マスク層を形成する工程は前記第１
   の間隙形成部材として使用する膜と同一の材料からなる
   膜をマスク層として形成する工程であることを特徴とす
   る請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 前記第１の間隙形成部材を除去する工程
   は、前記第１の間隙形成部材と、前記第２の間隙形成部
   材を形成するためのマスク層とを、ウェットエッチング
   プロセスにより一括して除去する工程であることを特徴
   とする請求項４または５に記載の液体吐出ヘッドの製造
   方法。
7. 【請求項７】 前記第１の間隙形成部材は、アルミ、Ａ
   ｌ／Ｃｕ、Ａｌ／Ｓｉなどのアルミニウム合金であり、 前記第２の間隙形成部材は、ＴｉＷ、Ｗ／Ｓｉ、Ｗなど
   のタングステン合金であることを特徴とする請求項１〜
   ６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 【請求項８】 前記壁材をパターニングする工程におい
   て、前記液流路壁と前記液体供給口は、ネガ型レジスト
   を用いて、フォトリソグラフィ工程により形成されるこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッ
   ドの製造方法。
9. 【請求項９】 前記壁材をパターニングする工程におい
   て、前記液流路壁と前記液体供給口は、露光工程に用い
   るマスクパターンが、前記可動部材上においては、非感
   光部の投影面積よりも、前記第２の間隙形成部材の投影
   面積の方が大きいことを特徴とする請求項８に記載の液
   体吐出ヘッドの製造方法。