JP2005178227A - 液体吐出ヘッドの製造方法及び液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル及びノズルシートの寸法や位置を高精度に確保しつつ、インク液滴の吐出面の濡れ性が変化しないようにすることで、長期的に高精度で安定した吐出特性を有するヘッドとする。
【解決手段】母型３０上に、少なくともノズル１８を含む開口部に対応するレジストパターン３４を形成する第１工程と、母型３０上であって、レジストパターン３４の周囲に、耐食金属層３５を形成する第２工程と、耐食金属層３５上であって、レジストパターン３４の周囲に、電鋳層３６を形成する第３工程と、レジストパターン３４を除去する第４工程とを含む工程により、インク液滴を吐出するためのノズル１８を形成したノズルシート１７を作製する。
【選択図】図５

Description

本発明は、インクジェットプリンタ等に用いられる液体吐出ヘッドの製造方法及び液体吐出ヘッドに係るものであり、詳しくは、ノズル周辺の濡れ性を均一にしつつ、高精度なノズルとすることで、液体の吐出特性を安定的に維持できるようにした技術に関するものである。

従来より、インクジェットプリンタのプリンタヘッド（液体吐出ヘッドの一種）については、種々の技術が開示されている。
例えば、特許文献１及び特許文献２では、インク液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートに、支持部材としてヘッドフレームを貼り付け、ヘッドフレームの収容空間内に複数のヘッドチップを配置することで、ラインヘッドを形成する技術が開示されている。
特開２００２−８６７３６号公報 特開２００２−１２７４２７号公報

上記の特許文献１及び特許文献２の技術では、電鋳によって形成されたＮｉ（ニッケル）からなる１つのノズルシートに、多数のノズルが設けられている。そして、この１つのノズルシートに対して、複数のヘッドチップが貼り付けられている。さらに、ヘッドフレーム上には、ヘッドフレームの収容空間内に入り込んでヘッドチップと接合された流路板が設けられている。

ここで、ヘッドチップには、エネルギー発生素子として発熱抵抗体が配列されており、各発熱抵抗体と各ノズルとが対応するようになっている。また、発熱抵抗体とノズルとの間には、インク液室が設けられている。そして、流路板は、全てのインク液室と連通する共通流路を有している。
以上の構成において、流路板の共通流路を介してインクタンクから各インク液室内にインクが満たされる。そして、そのインク液室内のインクが発熱抵抗体によって加熱され、この加熱時のエネルギーによってノズルからインク液滴が吐出される。

したがって、ノズルシートに対向して配置された印画紙等の被記録媒体に向けてインク液滴を吐出することにより、被記録媒体上にインク液滴が着弾し、略円形のドットが形成される。すなわち、インク液滴を順次吐出して、０個、１個又は複数個のドットからなる画素を形成し、その画素を縦横に配列して、文字や画像を表現している。

しかし、前述の特許文献１及び特許文献２では、ノズル周辺でのインクの付着状態、つまり、インクの濡れ性により、インク液滴の吐出特性が変化するという問題について、何も開示されていない。
すなわち、前述したような従来のプリンタヘッドにおいては、ノズルシートの形成材料としてＮｉを使用している。そのため、使用するインクは、Ｎｉの耐性が小さい酸性のものを用いずに、弱アルカリ性から中性付近のものを用いて、ノズルシートの耐久性を保っている。

ここで、ノズルの周辺では、インク液滴の吐出を行うにしたがってインクが付着し、インク濡れが生じる。これらの濡れたインクが多くなり過ぎると、インク液滴の吐出の妨げや、吐出特性に悪影響を及ぼす恐れがある。そのため、必要に応じて、ワイピング等によるメンテナンスをすることで、濡れたインクの除去を行っている。

ところが、ワイピング等によっても、ノズル周辺の濡れたインクを完全に除去することは不可能であり、わずかにインクが残留してしまう。この残留状態は、ノズルシートとワイピング部材との当たり具合等によって微妙に異なり、ノズル周辺の場所によって不均一なものとなる。
すると、Ｎｉの化学的な安定性が十分でないことから、ノズルの変形等が起こるほどの腐食は生じないものの、ノズルシートにおけるインク液滴の吐出面が、残留インクと長期にわたって接触することに伴う反応により、Ｎｉに組成変化が生じてしまう。その結果、インク液滴の吐出面でインクの濡れ性が変化し、吐出特性が低下するのである。

このように、ノズルからインク液滴を吐出させて記録媒体上に画素を形成するインクジェットプリンタにおいては、ノズル周辺のインクの濡れ性が吐出特性に影響を及ぼす重要な因子となっており、ノズル周辺での濡れ性が不均一になると、インク液滴の吐出方向にずれが生じる一因となる。

また、前述の特許文献１及び特許文献２におけるノズルシートは、ヘッドフレームに対し、例えば熱硬化性の接着剤等を用いて、外部から、熱や圧力等といった何らかの適当な手段を加えることによって貼り付けられる。

ところが、ノズルシートは薄いものであるため取り扱いが難しく、ヘッドフレームへの貼付け時に折れる等の不良が発生することがある。また、加熱するとカールして平坦性が乱れる場合があり、ヘッドフレームへの正確な貼付けが困難になることもある。さらに、電鋳技術で形成されたノズルシートは、電鋳時の膜応力により、母型から剥離した状態での寸法が安定せず、貼付け後の寸法精度に悪影響が出ることもある。
特に、Ａ４サイズ以上の長尺ラインヘッドとするために、幅広のノズルシートを使用する場合には、インクの濡れ性が一段と不均一になるとともに、折れやカール等の問題が発生しやすくなる。

しかも、本件出願人は、未開示の先願技術である特願２００３−３７３４３、特願２００２−３６０４０８、及び特願２００３−５５２３６等により、ノズルから吐出するインク液滴の吐出方向を複数の方向に可変とすることで、高品位な印画を可能とした技術を、既に提案している。
このように、ノズルから吐出するインク液滴の吐出方向を積極的に変化させる技術を用いる場合には、その前提として特に、ノズルの形状が高精度であること、ノズルシートにおけるインク液滴の吐出面の濡れ性が経時変化しないこと、ノズルシートの平坦性が十分確保されていることが要求される。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、電鋳処理を行って作製した薄くて幅広のノズルシートを使用する場合であっても、ノズル及びノズルシートの寸法や位置を高精度に確保しつつ、インク液滴の吐出面の濡れ性が変化しないようにすることで、長期的に高精度で安定した吐出特性を有するヘッドとすることである。

本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の１つである請求項１に記載の発明は、複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材とを備え、前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記ノズルシートは、母型上に、少なくとも前記ノズルを含む開口部に対応するレジストパターンを形成する第１工程と、前記母型上であって、前記レジストパターンの周囲に、耐食金属層を形成する第２工程と、前記耐食金属層上であって、前記レジストパターンの周囲に、電鋳層を形成する第３工程と、前記レジストパターンを除去する第４工程とを含む工程により作製することを特徴とする。

上記の発明においては、ノズルシートを作製するに際し、母型上に、少なくともノズルを含む開口部に対応するレジストパターンを形成し、レジストパターンの周囲に耐食金属層を形成した上で、さらに電鋳層を形成する。
したがって、電鋳層の少なくとも一方の面は、耐食金属層によって保護されることとなる。また、薄くて幅広のノズルシートであっても、母型が強度保持部材及び形状保持部材となる。

また、本発明の他の１つである請求項７に記載の発明は、複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材とを備え、前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出する液体吐出ヘッドであって、前記ノズルシートは、母型上に、少なくとも前記ノズルを含む開口部に対応するレジストパターンを形成する第１工程と、前記母型上であって、前記レジストパターンの周囲に、耐食金属層を形成する第２工程と、前記耐食金属層上であって、前記レジストパターンの周囲に、電鋳層を形成する第３工程と、前記レジストパターンを除去する第４工程とを含む工程により作製されたものであることを特徴とする。

ここで、請求項７に係る発明は、液体吐出ヘッドという物の発明について、ノズルシートを作製する工程を含む方法によって特定している。
このように、方法によって物の発明を特定したのは、請求項７に係る発明のノズルの断面形状について、それを構造によって表現することが必ずしも適切ではなかったからである。

すなわち、ノズルシートは、母型上に、少なくともノズルを含む開口部に対応するレジストパターンを形成し、レジストパターンの周囲に耐食金属層を形成した上で、さらに電鋳層を形成して作製され、レジストパターンを除去した部分がノズル等の開口部となる。すると、ノズルの断面形状は、レジストパターンの形状のみに支配されることとなるので、高精度のノズル得られる。
これに対し、例えばノズルを有する電鋳層に、後から耐食金属層を形成した場合には、ノズルの内壁面にまで耐食金属層が形成されたり、逆に、ノズルの周囲で耐食金属層が十分形成されないことがあり、ノズルの断面形状にばらつきが生じてしまう。

そこで、請求項７の記載は、電鋳層と耐食金属層とからなるノズルシートのノズルに関し、有意差のあるノズルの断面形状を製造方法によって特定したものであって、製造方法の如何にかかわらず、請求項７に記載の液体吐出ヘッドは、最終的に得られた、ノズルの断面形状が高精度に確保された液体吐出ヘッドを意味するものである。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法によれば、ノズルの形状を高精度にすることができるとともに、ノズルシートの取扱い性が改善される。また、耐食金属層により、長期間使用してもノズルシートに問題となるような化学変化は起こらず、吐出特性が安定したヘッドが得られる。
また、本発明の液体吐出ヘッドによれば、吐出特性が安定し、美麗な印字・印画能力が継続的に発揮される。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
なお、本明細書において、１つの液室と、この液室内に配置されたエネルギー発生素子と、このエネルギー発生素子の上部に配置されて液滴の吐出口となるノズルとを含む部分を「液体吐出部」と称する。すなわち、液体吐出ヘッドは、複数の液体吐出部を並設したものといえる。

また、本発明における液体吐出ヘッドは、下記実施形態ではインクジェットプリンタ用のヘッド１１又はラインヘッド１０に相当する。そして、液体としてインクを使用し、インクを収容する液室がインク液室１２で、ノズル１８から吐出される微少量（例えば数ピコリットル）のインクがインク液滴である。さらに、下記実施形態ではエネルギー発生素子として発熱抵抗体１３を使用しており、この発熱抵抗体１３は、インク液室１２の一面（底壁部分）をも構成している。さらにまた、本発明の液室形成部材は、インク液室１２の側壁となるバリア層１５に相当する。そして、発熱抵抗体１３によってインク液室１２中のインクが急速に加熱され、気泡が発生し、インク液滴を吐出する。

図１は、本発明の方法により製造されたヘッド１１を示す部分斜視図である。
図１に示すヘッド１１において、基板１４は、シリコン、ガラス、セラミックス等からなる半導体基板であり、その一方の面には、半導体や電子デバイス製造技術用の微細加工技術を用いて析出形成された微細な発熱抵抗体１３を備えている。なお、この発熱抵抗体１３は、基板１４上に形成された導体部（図示せず）を介して外部回路と電気的に接続されている。

また、バリア層１５は、基板１４の発熱抵抗体１３が形成された側の面に形成されたものである。すなわち、バリア層１５は、基板１４の上面全体に感光性樹脂を塗布し、しかるべき形状のパターンを描いたフォトマスクを介して、感光性樹脂を感光するに最適な波長帯の放射光を持った露光機による露光を行った後、露光した感光性樹脂層を所定の現像液で現像し、未露光部分を除去することにより、基板１４上にパターニング形成されている。

さらに、ノズルシート１７は、複数のノズル１８が設けられたものであり、例えばＮｉによる電鋳技術により形成されている。そして、ノズル１８の位置が発熱抵抗体１３の位置と合うように、すなわちノズル１８が発熱抵抗体１３に対向するように精密に位置決めがなされ、バリア層１５の上に貼り合わされている。

インク液室１２は、発熱抵抗体１３を囲むようにして、基板１４とバリア層１５とノズルシート１７とで構成されている。すなわち、基板１４及び発熱抵抗体１３は、図１中、インク液室１２の底壁を構成し、バリア層１５は、インク液室１２の側壁を構成し、ノズルシート１７は、インク液室１２の天壁を構成する。これにより、インク液室１２は、図１中、右下方面に開口領域を有することとなり、この開口領域とインク流路（図示せず）とが連通される。

上記の１個のヘッド１１には、通常１００個単位の規模で、インク液室１２と、各インク液室１２内にそれぞれ配置された発熱抵抗体１３と、各発熱抵抗体１３上に位置するノズル１８とから構成される液体吐出部が複数並設される。そして、プリンタの制御部からの指令によってこれら発熱抵抗体１３のそれぞれを適宜選択することで、その発熱抵抗体１３に対応するインク液室１２内のインクを、そのインク液室１２に対向するノズル１８からインク液滴として吐出させることができる。

すなわち、ヘッド１１と結合されたインクタンク（図示せず）からインクが供給され、インク液室１２にインクが満たされる。そして、発熱抵抗体１３に短時間、例えば１〜３μｓｅｃの間パルス電流を流すことにより発熱抵抗体１３が急速に加熱され、その結果、発熱抵抗体１３と接する部分に気相のインク気泡が発生し、そのインク気泡の膨張によってある体積のインクが押しのけられる（インクが沸騰する）。これによって、ノズル１８に接する部分の上記押しのけられたインクと同等の体積のインクがインク液滴としてノズル１８から吐出され、被記録媒体である印画紙上に着弾する。

さらに、複数のヘッド１１を被記録媒体の幅方向に並べてラインヘッドを形成することもできる。すなわち、ヘッドの構造として、ノズル１８を有するヘッド１１を被記録媒体の幅方向に移動させて印画を行うシリアル方式と、多数のヘッド１１を被記録媒体の幅方向に並べて配置し、印画幅分のラインヘッドを形成するライン方式とがある。

ライン方式は、印画幅分のヘッドを一体形成することが現実的でないことから、小さなヘッドの端部同士が繋がるようにヘッドを複数並設したものである。そして、それぞれのヘッドに適当な信号処理を行うことにより、被記録媒体に印画する段階で、被記録媒体の全幅にわたる記録を行うようにしたものである。
ラインヘッド１０を備えるインクジェットプリンタでは、シリアル方式のものに対し、被記録媒体の幅方向に移動させる走査機構が不要となるので、走査時間が必要なくなり、印画時間の短縮を図ることができる。

図２は、このようなラインヘッド１０の一実施形態を示す平面図であって、図２では、ラインヘッド１０の一部である４つのヘッド１１（「Ｎ−１」、「Ｎ」、「Ｎ＋１」、及び「Ｎ＋２」）のみを図示している。
図２に示すラインヘッド１０を形成する場合、図１に示すヘッド１１と異なり、ヘッド１１からノズルシート１７を除く部分（ヘッドチップ）を千鳥状に複数個並設する。そして、これらのヘッドチップの上部であって、全てのヘッドチップの各インク液室１２に対応する位置に、ノズル１８が形成された１枚のノズルシート１７を貼り合わせることにより、ラインヘッド１０を形成する。

ここで、各ヘッド１１の配置は、隣接するヘッド１１の各端部にあるノズル１８同士のピッチ、すなわち、図２中のＡ部詳細図における、Ｎ番目のヘッド１１の右端部にあるノズル１８と、Ｎ＋１番目のヘッド１１の左端部にあるノズル１８との間の間隔が、ヘッド１１のノズル１８間の間隔に等しくなるようにしている。

また、このようなラインヘッド１０をさらに必要数だけノズル１８の並び方向と直交する方向に並べてヘッド列を構成し、各ヘッド列ごとに異なる色のインクを供給することでカラー印画に対応することもできる。例えば図２に示す千鳥状のラインヘッドを４列に並べ、各ヘッド列ごとに、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、及びＫ（ブラック）の４色を吐出するようにするのである。

図３は、このようなカラー対応のラインヘッド１０の一実施形態を示す分解斜視図である。
図３に示すカラー対応のラインヘッド１０は、上記のヘッドチップ１９（図１における発熱抵抗体１３を配した基板１４及びバリア層１５）をノズル１８の並び方向に複数配置し、かつ、直交方向に４列としたもので、１枚の幅広のノズルシート１７に貼り合わせるようになっている。

また、ヘッドフレーム１６を支持部材として、その表面にノズルシート１７を貼り付けるようにしている。ここで、ヘッドフレーム１６は、厚さが約５ｍｍでノズルシート１７に対応するサイズとなっている。
このヘッドフレーム１６には、ヘッドチップ１９の収容空間１６ａが４つ設けられており、収容空間１６ａの長さは、Ａ４サイズの横幅に相当する長さ（約２１ｃｍ）である。そして、千鳥状に配置された４列の各ヘッドチップ１９は、ヘッドフレーム１６の収容空間１６ａの内部に１列ごとに配置されるようになっている。なお、ヘッドフレーム１６の収容空間１６ａは、個々のヘッドチップ１９ごとに設けることもできる。

ところで、１個のヘッド１１に並設された多数の液体吐出部は、液体吐出部ごとに、インク液滴の吐出方向等の吐出特性が不揃いになる場合がある。また、ラインヘッド１０のように複数のヘッドチップ１９を並設すると、ヘッドチップ１９ごとの液体吐出部の吐出特性が不揃いとなる場合がある。
このような場合には、１つのインク液室１２内に複数の発熱抵抗体１３を設け、各発熱抵抗体１３へのエネルギーの供給の仕方を変えることによって、インク液滴の吐出方向を複数の方向に可変とし、インク液滴の着弾位置を調整することができる。

しかしながら、インク液滴の吐出方向を可変とするにしても、インク液滴を所望の位置に長期間安定的に着弾させるには、その前提として、ノズル１８の断面形状が高精度なものとなっていなければならない。また、インク液滴の吐出に伴ってノズルシート１７に残留するインクがＮｉの電鋳層を組成変化させないようにする必要がある。
そこで次に、長期間使用しても吐出特性が安定したヘッド１１又はラインヘッド１０の製造方法の一実施形態について説明する。

まず最初に、ヘッド１１又はラインヘッド１０に使用するノズルシート１７の作製であるが、吐出特性の安定には、ノズルシート１７が高精度な断面形状のノズル１８を有し、インクによって組成変化しないものでなければならない。
したがって、ノズルシート１７の構造、及びそのような構造のノズルシート１７を作製する手順が重要となる。

図４及び図５は、母型３０を用いて電鋳処理を行うことにより、母型３０上にノズルシート１７を作製する手順を示す工程図である。
ここで、電鋳処理は、Ｎｉからなるノズルシート１７を作製する場合の一般的な手法であり、電鋳処理によれば、選択的なノズル１８の形状を形成することができる。

図４は、母型３０上に、ノズル１８に対応するレジストパターン３４を形成する第１工程を示している。
すなわち、工程１−１においては、母型３０となる金属製基板を用意する。母型３０としては、その上に形成する金属層との剥離性が良く、電鋳基板として一般的なＳＵＳ（ステンレス）等が好適であり、本実施形態では、厚さが０．４ｍｍで、大きさが４００ｍｍ×４００ｍｍの導電体であるＳＵＳ３０４の基板を母型３０としている。なお、母型３０として、ＳＵＳ以外の金属材料を使用することも可能である。

続く工程１−２では、母型３０上に厚さ約１５μｍのレジスト層３１を形成する。レジスト層３１の材料樹脂は絶縁性の感光性樹脂で、半導体やディスプレイ製造用に多種上市されているフォトレジスト、感光性層間絶縁材料、メッキ用マスクとして上市されているドライフィルムレジスト、プリント基板用途等に上市されている各種の感光性材料、印刷用製版等に用いられる感光性材料等の様々な種類の感光性樹脂の中から最適なものを選定すればよいが、本実施形態では、環化イソプレンを主成分とし、これに感光剤や各種添加物（レベリング剤、シランカップリング剤等）を同時に適正量含有させ、これをまた適正量の溶媒等で希釈した、ネガ型レジストの感光性樹脂を使用している。

また、感光性樹脂を母型３０に塗布してレジスト層３１を形成する方法としては、スピンコート、バーコート、カーテンコート、メニスカスコート、スプレイコート等の各種の方法があり、その中から適宜最適なものを選択すればよい。この場合、感光性樹脂を液体状態で供給し、乾燥させるが、感光性樹脂の塗布後に、しかるべき加熱（ベーキング）方式によって母型３０を加熱することにより、樹脂溶液中に含まれる溶剤を揮散させる工程を導入しても差し支えない。

工程１−３では、露光機（図示せず）による露光を行う。露光機には、フォトマスクと形成されるパターンとが１：１になるコンタクトアライナーや、ミラープロジェクションアライナー等を用いることができる。そして、ノズルの孔になる部分が選択的に残るように、ノズルに対応するパターンが形成されたフォトマスク３２を介して、レジスト層３１に紫外線３３を照射する。なお、図４の第１工程で示す例のレジスト層３１は、ネガ型レジストなので、露光部分３１’が現像液に対して不溶性となる。

工程１−４では、工程１−３で露光したレジスト層３１を所定の現像液で現像し、未露光部分を除去することによって露光部分３１’を選択的に残し、レジストパターン３４を形成する。現像液は、レジスト層３１に使用する感光性樹脂によって異なるが、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）やモノエタノールアミン等の水溶液、各種有機溶剤等が一般的に使用される。なお、感光性樹脂として、上記の環化イソプレンを主成分とするものを用いた場合には、キシレン含有溶剤やイソパラフィン系炭化水素等の溶剤が現像液に使用される。

また、現像後には、必要に応じ、残留現像液の置換や表面洗浄を目的として、所定のリンス液や水（純水やイオン交換水）でリンスすることも可能である。さらにその後、母型３０の表面に残った水分や溶媒を揮散させるための加熱や、スピンナーを使用した振り切り乾燥、真空チャンバーによる真空乾燥、大気中や窒素雰囲気中での自然放置を行う。

したがって、図４に示す第１工程により、レジストパターン３４（レジスト層３１の露光部分３１’が選択的に残ったもの）が形成された母型３０が完成する。ここで、レジストパターン３４は、ノズル１８に対応するパターンで形成されており、寸法精度の高いものとなっている。なお、ノズル１８以外の開口部を同時に形成する場合には、その開口部に対応するレジストパターンも形成しておく。

図５は、第１工程の後、母型３０上であって、レジストパターン３４の周囲に、耐食金属層３５を形成する第２工程、耐食金属層３５上であって、レジストパターン３４の周囲に、電鋳層３６を形成する第３工程、及びレジストパターン３４を除去する第４工程を示している。
すなわち、第２工程では、母型３０に電極板を取り付け、薬液槽に投入し、電解メッキにより、母型３０上であって、レジストパターン３４の周囲に、厚さ約０．５μｍの耐食金属層３５（１次メッキ層）を形成する。

耐食金属層３５の形成材料としては、Ａｕ（金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、 Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｏｓ（オスミウム）等の貴金属を用いることができるが、本実施形態では、Ａｕを使用している。
また、これらの純金属だけでなく、例えばＡｕに対してＮｉ、Ａｇ（銀）、Ｉｎ（インジウム）、Ｃｏ（コバルト）等を０．１〜８％程度共析させた硬質金メッキや、ＰｄとＮｉの合金等のように、これらの貴金属を主成分とする貴金属合金を用いることもできる。この場合、その合金の主成分となる金属の純金属と比較して硬度が高いものとすることにより、ブレードによるワイピング等のメンテナンス動作において、傷の発生防止に有効となる。

さらに、Ａｇ合金の一部を用いることもできる。すなわち、貴金属の中でＡｇに関しては、耐食性がそれほど良くなく、経時安定性が良くないので、そのままでは十分な効果が得られない。しかし、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ等の貴金属を約０．５〜１％程度以上含む合金とすることで、耐食性が向上して安定になるため、使用することが可能となる。
さらにまた、貴金属以外に、耐食性金属を用いることもできる。すなわち、Ｃｒ（クロム）やＴｉ（チタン）等のように、表面に安定な不動態皮膜が形成されることによって良好な耐食性を有するものである。

なお、Ａｕの電解メッキではなく、Ａｕの無電解メッキによって耐食金属層３５を形成することもできる。
また、ＳＵＳの母型３０上にＡｕの耐食金属層３５を形成する前に、母型３０の表面の活性化のために、前処理を行っても良い。母型３０の表面を活性化することにより、耐食金属層３５の付き回りが良好になるからである。ここで、活性化の方法としては、酸処理による方法や、Ａｒプラズマ処理による方法等を用いることができる。

さらに、耐食金属層３５の厚さは、０．５μｍよりも厚くても薄くても良い。ただし、厚さが増加すると成膜時間が長くなるので生産性の悪化を招き、また、貴金属のような高価な材料を用いる場合は経済性が悪くなる。一方、薄くなると全体的に安定した成膜ができなくなり、ピンホールによる影響も大きくなる。したがって、上記の点やサイズ等を考慮して、最適な層厚を決定するようにする。

第３工程では、第２工程と同様にして薬液槽に投入し、電解メッキにより、耐食金属層３５上であって、レジストパターン３４の周囲に、Ｎｉを主成分とする厚さ約１２．５μｍの電鋳層３６（２次メッキ層）を形成する。そして、総厚で約１３μｍの電鋳形成物（耐食金属層３５及び電鋳層３６）が得られたところで電鋳処理を終了し、洗浄・乾燥等の後処理を行う。

ここで、電鋳層３６の形成材料としては、純Ｎｉの他、例えばＣｏを１０〜２０％程度添加したＮｉ−Ｃｏ合金等を用いることができる。
また、無電解メッキによって電鋳層３６を形成することもできるが、電解メッキの方が成膜速度が速く、生産効率上は有利である。

なお、薬液は、スルファミン酸ニッケルメッキ浴の場合には、スルファミン酸ニッケル・塩化ニッケル・ホウ酸・応力調整剤・ピット防止剤等の混合液であり、ワイズベルグニッケルメッキ浴の場合には、硫酸ニッケル・塩化ニッケル・硫酸コバルト・ホウ酸・蟻酸ニッケル・硫酸アンモニア・ホルムアルデヒド等の混合液である。

第４工程では、ノズル１８に対応するレジストパターン３４を除去する。すなわち、電鋳の型となっているレジストパターン３４を溶剤やアルカリ溶液を用いて除去して開口部とし、続いて洗浄・乾燥を行う。すると、母型３０に、Ａｕメッキ層の耐食金属層３５とＮｉメッキ層の電鋳層３６とからなるノズルシート１７が貼り付いた状態となる。

このようにして、母型３０上に、ノズル１８が形成されたノズルシート１７が得られるが、４００ｍｍ角の母型３０上には、ノズルシート１７を同時に５枚作製することが可能である。そのため、レジストパターン３４の除去後に、例えばシャーリング等の方法で、ノズルシート１７が個別の状態になるように母型３０ごと切断する。そして最後に、ノズルシート１７を母型３０から剥離することにより、電鋳層３６の一面が耐食金属層３５によって保護されたノズルシート１７が得られる。なお、個々のノズルシート１７になるように、母型３０ごと切断するのではなく、切断をしない状態のまま、母型３０からノズルシート１７を適宜剥離することもできる。

得られたノズルシート１７は、厚さが約１３μｍで、約５０ｍｍ×２４０ｍｍのサイズのものであり、Ａ４サイズのラインヘッド１０（図３参照）に対応した大きさとなっている。そして、ノズル１８の孔径は約１７μｍ、隣り合うノズル１８までのノズル間のピッチは約４２．３μｍであり、ノズル１８列は、ヘッドチップ１９（図３参照）に合わせて千鳥状に４列配置されている。したがって、Ａ４サイズの長尺ラインヘッドに必要なノズル１８が全て、１つのノズルシート１７に形成されることとなる（ただし、図４及び図５では、その一部分のみを図示している）。

続いて、このノズルシート１７を用いてヘッド１１又はラインヘッド１０を製造する。その際、耐食金属層３５と電鋳層３６との２層構造になっているノズルシート１７の耐食金属層３５側がインク液滴の吐出面となるようにする。すなわち、図１に示すヘッド１１の場合には、耐食金属層３５を上側とし、下側の電鋳層３６をバリア層１５の上に貼り合わせる。また、図３に示すラインヘッド１０の場合には、耐食金属層３５を下側にして、上側の電鋳層３６とヘッドフレーム１６とを貼り付ける。

したがって、ヘッド１１及びラインヘッド１０におけるノズル１８の断面形状は、レジストパターン３４の形状のみに支配される。そのため、ノズル１８の内壁面において、耐食金属層３５と電鋳層３６との間に段差等が生ずることは考えられず、滑らかに連続した内壁面となるので、高精度のノズル１８が得られる。

また、耐食金属層（Ａｕメッキ層）３５が残留インクと接触するので、長期間使用しても電鋳層（Ｎｉメッキ層）３６に組成変化が生ずることはなく、濡れ性が変わらない。しかも、インク液滴の吐出面がＡｕメッキ層の耐食金属層３５で被覆されるだけでなく、ノズル１８の内壁面も、耐食金属層３５の厚さと同等の深さまでＡｕメッキ層で形成されることとなるので、ノズル１８の開口付近の濡れ性が均一になる。

このようにして製造された実施例１のヘッド１１及びラインヘッド１０について、インク液滴の吐出特性を試験したところ、安定した突出が可能であり、長期間の使用においても良好な吐出特性が得られることが確認できた。

前述の実施例１では、メッキにより耐食金属層３５を形成したが、スパッタリング法やイオンプレーティング法等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することもできる。
そこで、実施例２では、耐食金属層３５をＡｕのスパッタリングによって形成した。また、スパッタリングを行う前に、Ａｒプラズマを用いたプラズマ処理（逆スパッタ）による前処理を行い、Ａｕスパッタ膜の母型３０への密着強度を高くした。

すなわち、一般に、スパッタリング法等のＰＶＤ法で成膜する場合には、被着体（この場合にはＳＵＳの母型３０）の清浄度が皮膜の密着性に対して重要である。そのため、通常は被着体の洗浄を行って成膜するが、洗浄の仕方等によって清浄度に差が生じる。したがって、清浄度が不十分な場合には、前処理を行うことが有効となる。なお、母型３０に使用しているＳＵＳは、表面に不動態皮膜が存在するので、皮膜は母型３０から容易に剥離する。そのため、実施例２のような前処理を行ない、Ａｕスパッタ膜の密着力を高めても、母型３０から剥離できなくなるようなことはない。

実施例２のその他の工程に関しては、実施例１と全く同様であり、ノズルシート１７のインク液滴の吐出面が化学的に極めて安定な耐食金属層（Ａｕスパッタ膜）３５であるため、長期間の使用によっても化学変化がほとんど起こらず、吐出面の濡れ性が経時変化しない。そのため、実施例２のヘッド１１及びラインヘッド１０も、長期の安定した吐出特性の維持に効果がある。

実施例３は、ラインヘッド１０の製造方法において、実施例１と同様の工程（第１工程〜第４工程）で、母型３０上にノズルシート１７を形成し、ノズルシート１７を母型３０から剥離しない状態のままヘッドフレーム１６と貼り合わせ、その後、ノズルシート１７から母型３０を剥離するようにしたものである。

すなわち、母型３０から剥離させたノズルシート１７であると、シリアル方式用の小さな面積のものであれば問題にならないが、ライン方式のヘッドに使用するような大きな面積の場合には、ノズルシート１７が薄くて大きくなる（例えばＡ４サイズ用では、厚さが約１３μｍで、約５０ｍｍ×２４０ｍｍの大きさになる）ため取り扱いが難しく、折れ等が問題となる。
特に、薄くて大きなノズルシート１７の片面のみに異種金属からなる耐食金属層３５を形成すると、線膨張係数の違いや残留応力等により、母型３０からノズルシート１７を剥離した際にカールしてしまう場合があり、ヘッドフレーム１６との接着が難しくなる。

そこで、実施例３では、図５に示すように、母型３０に対して最初に耐食金属層３５を形成し、その後で電鋳層３６を形成すると、母型３０を剥離しなくても電鋳層３６とヘッドフレーム１６とを貼り付けることができることを利用して、これらの問題に対処している。

図６及び図７は、図３に示すラインヘッド１０を製造するに際し、ヘッドフレーム１６を支持部材として、図４及び図５のようにして作製したノズルシート１７を貼り付ける工程（第５工程〜第８工程）を示す工程図である。
図６及び図７に示すように、ノズルシート１７は、母型３０に貼り付いた状態のままで使用する。

図６に示す第５工程においては、平坦な面を有するベース治具３７を作業台とし、その上に、母型３０付きのノズルシート１７を設置する。この際、母型３０を剥離させた後のノズルシート１７を設置すると、残留応力によってノズルシート１７が伸びたり縮んだりしてしまうが、第５工程では母型３０付きの状態であるため、ノズルシート１７の寸法精度が高い状態で保持されることとなる。

図６及び図７に示す第６工程では、接着剤を用いて、約１５０℃の高温状態でノズルシート１７にヘッドフレーム１６を貼り合わせる。すなわち、ベース治具３７側（下側）を母型３０としておき、表面側の電鋳層３６に対して、上側からヘッドフレーム１６を貼り付ける。ここで、ノズルシート１７は、縦横のサイズに対して厚さが薄いために取扱いが難しいが、第６工程の段階でも母型３０付きの状態であるため、ノズルシート１７が折れたりカールしたりすることがなく、平坦性が乱れない。そのため、ヘッドフレーム１６を正確に貼り合わせることができる。

また、ノズルシート１７及び母型３０の線膨張係数は、支持部材となるヘッドフレーム１６の線膨張係数よりも大きく、全工程の最高温度に設定されている。そのため、約１５０℃の高温状態で、熱硬化型シート接着剤、例えばエポキシ系のシート接着剤を使用して貼合わせを行うと、接着剤の硬化時には、ノズルシート１７及びヘッドフレーム１６がそれぞれの線膨張係数に応じて伸びている。ただし、第６工程の段階では、Ｎｉのノズルシート１７はＳＵＳの母型３０の線膨張係数にしたがう。

図６に示す第７工程では、加熱された母型３０、ノズルシート１７、及びヘッドフレーム１６を徐々に冷却して室温に戻した後、ベース治具３７から取り外す。第７工程の段階でもノズルシート１７は母型３０に貼り付いた状態なので、ノズルシート１７は母型３０の線膨張係数にしたがって推移し、隣り合うノズル１８までのノズル間ピッチ等は、母型３０によって高い寸法精度が維持されている。また、ノズルシート１７とヘッドフレーム１６とは、正確な位置で貼り合わせられている。

室温になると、線膨張係数に応じて伸びていたものが元に戻るが、伸びた状態で接着剤が硬化しているので、母型３０とノズルシート１７の方がヘッドフレーム１６より大きく収縮しようとする。そのため、十分な剛性を有するヘッドフレーム１６によって母型３０及びノズルシート１７にテンションが付加されることとなる結果、ノズルシート１７の平坦性が確保される。

図６及び図７に示す第８工程では、ノズルシート１７から母型３０を剥離させる。剥離は簡単に行うことができ、この段階では、ノズルシート１７がヘッドフレーム１６に固着されているので、母型３０を剥離させてもノズルシート１７が変形等することはない。
これにより、ノズルシート１７とヘッドフレーム１６との貼付けが完了となり、インク液滴の吐出面側が耐食金属層３５となるが、母型３０が取り除かれた後も、ノズルシート１７にはヘッドフレーム１６によってテンションが付加される点に変わりはない。また、ヘッドフレーム１６によってノズル間ピッチ等の高い寸法精度が維持される点も変わりはない。

このようにしてノズルシート１７とヘッドフレーム１６とを固着した後は、ノズルシート１７にヘッドチップ１９を貼り付ける。すなわち、図３に示したように、ヘッドフレーム１６の収容空間１６ａの内部にヘッドチップ１９（図１における発熱抵抗体１３を配した基板１４及びバリア層１５）を配置し、１枚の幅広のノズルシート１７に対して複数のヘッドチップ１９を貼り合わせる。なお、図３において、ヘッドフレーム１６からノズルシート１７が離れているのは分解斜視図だからであり、ヘッドチップ１９を貼り合わせる際は、現実にはノズルシート１７とヘッドフレーム１６とが固着している。

各ヘッドチップ１９のノズルシート１７への貼付けは、約１０５℃の温度で行う。この貼付けは、ヘッドチップ１９のバリア層１５（図１参照）を熱硬化させて行うため、貼付け温度はバリア層１５を構成する感光性樹脂によっても異なるが、上記したノズルシート１７とヘッドフレーム１６との貼付け温度よりも低く設定する。

すなわち、前述したように、ノズルシート１７とヘッドフレーム１６との貼付けを製造工程中の最高温度とすることで、貼付け後のノズルシート１７に対し常にテンションを付加した状態としておく。そして、ノズルシート１７とヘッドフレーム１６との貼付け温度である約１５０℃よりも低い温度（約１０５℃）で、各ヘッドチップ１９をノズルシート１７に貼り付ける。すると、ノズルシート１７が熱膨張してもヘッドフレーム１６によるテンションは有効に作用し、その結果、ノズルシート１７にシワ等が発生することはなく平坦性が維持される。

ところで、ヘッドチップ１９の線膨張係数は基板１４（図１参照）にしたがうが、この基板１４の線膨張係数とヘッドフレーム１６の線膨張係数とは同等に設定されている。例えば基板１４として、シリコンからなる半導体基板を使用する場合には、ヘッドフレーム１６には窒化珪素やインバー合金等が使用される。また、基板１４がガラス系の場合には、ヘッドフレーム１６として石英等を、基板１４がセラミックス系であれば、ヘッドフレーム１６としてアルミナ、ムライト、窒化アルミ、炭化珪素等を、基板１４が金属であれば、ヘッドフレーム１６には同種の金属材等がそれぞれ使用される。

そのため、図３に示すヘッドチップ１９の発熱抵抗体１３（図１参照）の間隔は、ヘッドフレーム１６の線膨張係数にしたがって推移することとなる。また、上記したように、ノズルシート１７はヘッドフレーム１６によってテンションが付加されているから、ノズルシート１７におけるノズル１８間のピッチも、ヘッドフレーム１６の線膨張係数にしたがって推移することとなる。
すると、同じ温度の下では、ノズル１８の間隔と発熱抵抗体１３の間隔とが一致することとなり、常にノズル１８と発熱抵抗体１３との位置が合うようになる。

また、図３に示すようにヘッドチップ１９を貼り付けた後は、ヘッドチップ１９の背面に流路板（図示せず）を取り付ける。流路板は、４色のインクに対応して４個あり、容易に変形しない剛性を有し、耐インク性を備える材料で形成する。そして、各流路板をヘッドフレーム１６の収容空間１６ａに嵌め合わせることにより、各ヘッド列におけるヘッドチップ１９の千鳥状の中間部に共通のインク流路を形成し、１つの流路板でインクを供給する。

このようにしてカラー対応のラインヘッド１０を製造すると、ノズルシート１７の取扱い性が改善され、ノズル１８の位置が恒常的に安定する。また、ノズル１８が高精度なものとなり、ノズル１８周辺の濡れ性が均一になるので、画像が乱れることなく、美麗な印字・印画能力が継続的に発揮される。
なお、カラー対応のラインヘッド１０だけでなく、モノクロ用でも同様の効果が得られる。また、カラー対応であっても、４色一体型に限るものではなく、一色一色独立した構成のものにも適用できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、以下のような種々の変形等が可能である。すなわち、
（１）本実施形態は、エネルギー発生素子として発熱抵抗体を用いたサーマル方式としたが、発熱抵抗体等の発熱素子に代えて、振動板と、この振動板の下側に空気層を介した２つの電極を設け、両電極間に電圧を印加して振動板をたわませた後、静電気力を開放して振動板を元に戻し、その際の弾性力を利用してインク液滴を吐出させる静電吐出方式にも適用可能である。また、両面に電極を有するピエゾ素子と振動板との積層体を用い、圧電効果によって振動板を変形させてインク液滴を吐出させるピエゾ方式にも適用可能である。

（２）本実施形態で使用したノズルシートは、耐食金属層と電鋳層との２層構造のものであるが、第３工程で形成した電鋳層の上に、さらに第２工程と同様にして耐食金属層を形成することで、電鋳層の両面を耐食金属層で被覆した３層構造のノズルシートを用いることもできる。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法及び液体吐出ヘッドは、インクジェットプリンタに適用して特に好適なものであるが、被記録媒体は印画紙に限ることなく、例えば染め物に対して染料を吐出するヘッド等に適用することもできる。
また、生体試料を検出するためのＤＮＡ含有溶液を吐出するためのヘッド等に適用することも可能である。

本発明の方法により製造されたヘッド１１を示す部分斜視図である。 ラインヘッドの一実施形態を示す平面図である。 カラー対応のラインヘッドの一実施形態を示す分解斜視図である。 母型を用いて電鋳処理を行うことにより、母型上にノズルシートを作製する手順を示す工程図であり、その第１工程の詳細を示すものである。 母型を用いて電鋳処理を行うことにより、母型上にノズルシートを作製する手順を示す工程図であり、その第１工程〜第４工程を示すものである。 ラインヘッドを製造するに際し、ヘッドフレームを支持部材として、ノズルシートを貼り付ける第５工程〜第８工程を示すものである。 ラインヘッドを製造するに際し、ヘッドフレームを支持部材として、ノズルシートを貼り付ける第６工程、第８工程を示すものである。

符号の説明

１０ ラインヘッド（液体吐出ヘッド）
１１ ヘッド（液体吐出ヘッド）
１２ インク液室（液室）
１３ 発熱抵抗体（エネルギー発生素子）
１５ 液室形成部材（バリア層）
１６ ヘッドフレーム（支持部材）
１７ ノズルシート
１８ ノズル
１９ ヘッドチップ
３０ 母型
３４ レジストパターン
３５ 耐食金属層
３６ 電鋳層

Claims (11)

1. 複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
   液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と
   を備え、
   前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記ノズルシートは、
   母型上に、少なくとも前記ノズルを含む開口部に対応するレジストパターンを形成する第１工程と、
   前記母型上であって、前記レジストパターンの周囲に、耐食金属層を形成する第２工程と、
   前記耐食金属層上であって、前記レジストパターンの周囲に、電鋳層を形成する第３工程と、
   前記レジストパターンを除去する第４工程と
   を含む工程により作製する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記ノズルシートの前記電鋳層に、前記液室形成部材を積層する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するための収容空間が形成された支持部材を、前記ノズルシートの前記電鋳層に貼り合わせる
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記ノズルシートを前記母型から剥離しない状態のままで前記支持部材と貼り合わせ、その後、前記ノズルシートから前記母型を剥離する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記耐食金属層は、貴金属、貴金属合金、銀合金、クロム、又はチタンのいずれかから形成される
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記電鋳層は、ニッケルを含む材料から形成される
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 複数のエネルギー発生素子を一定間隔で一方向に配列したヘッドチップと、
   液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
   前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記エネルギー発生素子と各前記ノズルとの間に液室を形成するための液室形成部材と
   を備え、
   前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから吐出する液体吐出ヘッドであって、
   前記ノズルシートは、
   母型上に、少なくとも前記ノズルを含む開口部に対応するレジストパターンを形成する第１工程と、
   前記母型上であって、前記レジストパターンの周囲に、耐食金属層を形成する第２工程と、
   前記耐食金属層上であって、前記レジストパターンの周囲に、電鋳層を形成する第３工程と、
   前記レジストパターンを除去する第４工程と
   を含む工程により作製されたものである
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
8. 請求項７に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記ノズルシートの前記電鋳層に、前記液室形成部材が積層されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
9. 請求項７に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記ノズルシートを支持し、前記ヘッドチップを内部に配置するための収容空間が形成された支持部材は、前記ノズルシートの前記電鋳層に貼り合わせられている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
10. 請求項９に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
    前記ヘッドチップの線膨張係数は、前記支持部材の線膨張係数と同等である
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
11. 請求項９に記載の液体吐出装置において、
    前記ノズルシートの線膨張係数は、前記支持部材の線膨張係数よりも大きい
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。

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