JP5393275B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド関し、詳しくは、熱エネルギを利用して液体を吐出する液体吐出ヘッドにおける発熱部を保護する層に関するものである。

特許文献１や特許文献２に記載されているインクの吐出方式は、熱エネルギを利用してインクに気泡を生じさせてインクを吐出する方式であり、高速、高画質の記録を可能とするものである。また、この方式は、カラー化、コンパクト化に適しているため、近年インクジェット記録方式の主流となっている。

この方式を用いた液体吐出ヘッドの一般的な構成は、複数の吐出口と、吐出口に連通する液路と、インクを吐出するために利用される熱エネルギを発生する電気熱変換素子とを有するものである。電気熱変換素子は発熱抵抗体およびこれに電力を供給するための電極を有して構成される。そして、この電気熱変換素子が電気的絶縁性を有する保護層により被覆されることによって、各電気熱変換素子に対する絶縁性が確保される。各液路は共通液室と連通し、この共通液室にはインクタンクからインクが供給される。そして、共通液室に供給されたインクは、各液路に導かれた後、吐出口近傍でメニスカスを形成して保持される。この状態で、電気熱変換素子を選択的に駆動することにより、駆動された電気熱変換素子から熱エネルギが発生する。この熱エネルギによって、電気熱変換素子上方のインク接触部分（熱作用部）を介してインクが急激に加熱されて発泡する。そして、この発泡に伴う圧力によってインクを吐出させることができる。

このような液体吐出ヘッド（以下、単にヘッドとも言う）の熱作用部は、上述の熱エネルギ発生によって高温にさらされると共に、インクの発泡、収縮に伴うキャビテーションによる衝撃などの物理的作用や、インクによる化学的作用を複合的に受ける。そして、通常、熱作用部にはこれらの影響から電気熱変換素子を保護するために保護層が設けられる。従来は、これらのキャビテーションによる衝撃や、インクによる化学的作用に対して比較的強いＴａ膜を０．２〜０．５μｍの厚さに形成した保護層を設けている。

また、この熱作用部では、インクに含まれる色材や添加物などが高温に加熱されることにより、それらが分子レベルで分解され、難溶解性の物質に変化し、保護層上に物理吸着する現象が起こる。この現象はコゲーションと呼ばれている。

このコゲーションによって、保護層上に難溶解性の有機物や無機物が吸着すると、発熱抵抗体からインクへの熱伝導が不均一になり、発泡が不安定となる。そこで、保護層としてコゲーションが比較的生じ難いＴａ膜が一般的に用いられている。

以下に、熱作用部におけるインクの発泡、消泡の様子について図１を参照して説明する。

図１に示す曲線（ａ）は、駆動電圧Ｖｏｐ＝１．３×Ｖｔｈ（Ｖｔｈはインクの発泡閾値電圧を示す。）、駆動周波数：６ｋＨｚ、パルス幅：５μsecとした場合に、発熱抵抗体に上記電圧を印加した時点からの保護層表面温度の経時変化を示している。また、曲線（ｂ）は、同様に発熱抵抗体に電圧を印加した時点からの発泡した泡の成長状態を体積で示している。曲線（ａ）に示すように、電圧を印加してから昇温が始まり、設定された所定のパルス幅（時間）よりやや遅れて昇温ピークを迎え（発熱抵抗体からの熱が保護層上部に達するのがやや遅れるため）、それ以降は主として熱拡散により温度が降下する。一方、曲線（ｂ）に示すように、気泡は、保護層表面温度が３００℃付近の時点から成長が始まり、最大体積に達した後、体積を減少させて消泡する。実際のヘッドでは、これが繰り返し行われる。このように、インクの発泡に伴い保護層表面は、例えば６００℃付近まで昇温しており、インクジェット記録が高温の熱作用を伴うことが理解できる。そして、このような高温の熱作用によってコゲーション発生の問題を生じる。

これに対し、耐熱性の高い染料を含有するインクを用いたり、十分な精製を行って染料中の不純物の量を減らしたインクを用いたりすることによって、コゲーションが発生し難いようにする対策が、従来知られている。しかしその分インクの製造コストが高くなったり、使用できる染料の種類が限られてしまったりする等の問題がある。

以上説明したようなコゲーションに起因した問題を、コゲーションの発生を抑制するのとは異なる方法によって解消することが、特許文献３に記載されている。すなわち、同文献には、インクに接する保護層にＩｒ（イリジウム）またはＲｕ（ルテニウム）を用いるとともに、電解反応を行うことによって、保護層を溶出させてコゲーションを除去することが記載されている。

米国特許第４，７２３，１２９号明細書 米国特許第４，７４０，７９６号明細書 特開２００８−１０５３６４号公報

しかしながら、特許文献３に記載される方法は、有効にコゲーションを除去できるものの、ヘッドの基板上に形成される上述の保護層に関して、その保護層とさらにその上に形成され流路壁などの樹脂層との密着性について難点がある。その結果、これら部材間で剥離を生じることがあるという問題を派生する。

特に、近年の記録の高速化に資すべく長尺化（特に０．５インチ以上）した液体吐出ヘッドを用いる場合には、ヘッド構成部材の線膨張率の違いや流路壁や吐出口を形成する樹脂層の応力等によって比較的大きなひずみを生じる。この場合に保護層と上記樹脂層との間の密着性に難点がある場合には、それら部材間で剥離を生じることがある。また、記録媒体上に吐出されたインクの耐光性や耐ガス性を向上させるための添加物を含有したインクを用いる場合にも、そのようなインクが部材間の界面に影響を与え、流路壁などを構成するための樹脂層と保護層との間で剥離が発生するおそれがある。さらに、保護層上に密着性向上のための有機層を設ける場合であっても、密着向上層と保護層の界面付近で剥離が発生することがある。その結果、例えば、インクが基板上に浸透し、配線の腐食を引き起こしてしまい、液体吐出ヘッドの長期に渡る品質信頼性を確保することが困難となる可能性がある。

本発明の目的は、保護層上にコゲーションが蓄積しても、これを確実に除去することができ、かつ基板上の保護層と樹脂層との密着性を改善して信頼性のある液体吐出ヘッドを提供することである。

そのために本発明では、液体を吐出する吐出口を有する液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出口から液体を吐出するために利用される熱エネルギを発生する発熱部と、該発熱部を覆う様に設けられた層と、を備えた基板と、前記層に接するように設けられ、前記吐出口と連通する流路に露出する部分を有し、樹脂からなる部材と、を具え、前記層は、前記流路に露出し、前記発熱部に対応する第１の部分と、前記部材に接する第２の部分と、前記流路に露出し、前記第１の部分と離れた位置に設けられる第３の部分と、を有し、少なくとも前記第１の部分と前記第２の部分とが、ＩｒとＳｉとを含む、又はＲｕとＳｉとを含み、前記第１の部分と前記第３の部分とは、それぞれ別の、外部との電気接続のための外部電極に電気的に接続されていることを特徴とする。

以上の構成によれば、層が電気化学反応により溶出する金属であるＩｒまたはＲｕを主として含有する。この層に、電気化学反応を生じさせて層の表面層を溶出させることにより、発熱部上のコゲーションを均一かつ確実に除去することができる。また、層が、Ｓｉを含有することによって樹脂製の流路形成部材と保護層との密着性を改善することができる。その結果、液体吐出ヘッドの長期に渡る吐出特性を安定させることが可能となる。

液体吐出ヘッド用基板における発熱低固体に電圧を印加してからの上部保護層の温度変化と発泡状態とを説明する図である。 本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の部分断面図である。 図２に示す液体吐出ヘッド用基板の特に発熱部付近を示す平面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、図２および図３に示した液体吐出ヘッド用基板の製造工程を説明するための模式的断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、図４（ａ）〜（ｅ）に対応した模式的平面図である。 本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基体の各層を成膜する成膜装置を模式的に示図である。 （ａ）〜（ｄ）は、上記基板を用いて液体吐出ヘッドを製造する工程の一実施形態を説明するための模式的断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、上記基板を用いて液体吐出ヘッドを製造する工程の他の実施形態を説明するための模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを用いたインクジェット記録装置の一構成例を示す模式図である。 電気化学反応の溶出評価の実験模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図２は、本発明の構成を適用し得るインクジェットヘッドを示す模式的な部分断面図である。また、図３は、本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッド基板の熱作用部付近の模式的平面図である。図２は、図３におけるＩＩ−ＩＩ線に沿って基板を垂直に切断した状態で示す断面図である。

図２および図３において、１０１はシリコンの基体である。１０２は、熱酸化膜，ＳｉＯ膜，ＳｉＮ膜等によって形成できる蓄熱層である。１０４は発熱抵抗体層、１０５はＡｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ等の金属材料からなる配線としての電極配線層である。電気熱変換素子としての発熱部１０８は、電極配線層１０５の一部を除去してギャップを形成し、その部分の発熱抵抗体層を電極配線層から露出することで形成される。電極配線層１０５は不図示の駆動素子回路ないし外部電源端子に接続されて、外部からの電力供給を受けることができる。なお、図示の例では、発熱抵抗体層１０４上に電極配線層１０５を配置しているが、電極配線層１０５を基体１０１または蓄熱層１０２上に形成し、その一部を部分的に除去してギャップを形成した上で発熱抵抗体層を配置する構成を採用してもよい。

１０６は、発熱部１０８および電極配線層１０５の上層として設けられ、ＳｉＯ膜，ＳｉＮ膜等で形成することができ、保護層としても機能する保護層である。１０７は発熱部１０８の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から電気熱変換素子を守り、かつクリーニング処理に際しコゲーションを除去するために溶出する上部保護層である。本実施形態では、インクと接する上部保護層１０７（１０７ａ、１０７ｂ）としてインク中の電気化学反応により溶出する金属、具体的にはＩｒまたはＲｕを主成分としこれにＳｉを含有した金属を用いる。これにより、コゲーションの除去を効果的に行うことができるとともに、後述されるようにこの上部保護層と流路壁などを形成する樹脂層との密着性が改善される。

この上部保護層１０７のうち、発熱部１０８に対応した位置の上部保護層１０７ａの部分が、発熱部１０８が発生した熱エネルギをインクに作用する熱作用部となる。１０９は保護層１０６と上部保護層１０７との間に配置され、保護層１０６に対する上部保護層１０７の密着性を向上させるための密着層１０９であり、導電性を有する材料を用いて形成される。上部保護層１０７は、スルーホール１１０によって、密着層１０９を介し電極配線層１０５に電気的に接続されている。電極配線層１０５はインクジェットヘッド用基体の端部にまで延在し、その先端が外部との電気的接続を行うための外部電極１１１をなす。

以上の構成のヘッド用基板１００には流路形成部材１２０が接合される。この流路形成部材１２０は、熱作用部に対応する位置に吐出口１２１を形成するとともに、基板１００を貫通して設けたインク供給口から熱作用部を経てインク吐出口１２１に連通する流路を形成している。

以上のように構成される液体吐出ヘッドの熱作用部は、発熱抵抗体からの熱発生により高温に晒されるとともに、インクの発泡、発泡後の泡収縮に伴うキャビテーションの衝撃や、インクによる化学的作用を主に受ける部分である。そのため、熱作用部には、このキャビテーションの衝撃やインクによる化学的作用から電気熱変換素子を保護するため、上部保護層１０７が設けられる。そして、この保護層１０７上に、流路形成部材１２０が設けられることにより、インクを吐出するための吐出口１２１を備えた吐出素子基板が形成される。

本実施形態は、発熱部１０８上の堆積物（コゲーション）を除去するために、上部保護層１０７とインクとの間の電気化学反応を利用する。このために、保護層１０６にスルーホール１１０を形成し、上部保護層１０７と電極配線層１０５とを密着層１０９を介して電気的に接続させている。電極配線層１０５は外部電極１１１に接続されており、これによって上部保護層１０７と外部電極１１１とが電気的に接続されることになる。

さらに、上部保護層１０７は、発熱部１０８の位置に対応した領域１０７ａと、それ以外の領域（対向電極側の領域）１０７ｂとの二つの領域に分けられてそれぞれに電気的接続が施される。上部保護層の領域１０７ａとそれ以外の領域１０７ｂとは、基板上に溶液が存在しない場合には、相互に電気的に接続されない。しかし、基板上にインクなど電解質を含む溶液が存在すると、この溶液を介して電流が流れる。その結果、上部保護層１０７とインクとの界面で電気化学反応を発生させることができる。一方、本実施形態は、上部保護層１０７をＩｒ_100-xＳｉ_xによって形成する。なお、このＩｒ_100-xＳｉ_xの代わりにＲｕ_100-xＳｉ_xで上部保護層１０７を形成してもよい。これらの成分の材料で上部保護層１０７を形成することにより、上述の電気化学反応によって、これら材料を含む表面層を溶出させることができる。このとき、アノード電極側で金属の溶出が発生するので、発熱部１０８上のコゲーションを除去するため、保護層の領域１０７ａがアノード側、領域１０７ｂがカソード側となるように電位を印加する。すなわち、電極と上部保護層の間に電圧を印加することにより、発熱部に対応する部分の上部保護層を溶出する。

液体吐出ヘッドの構造において、上部保護層１０７は連続して設けられ、吐出口が設けられる流路形成部材を構成する樹脂層と接するとともに、形成された流路内の発熱部上方でインクと接する。このような上部保護層１０７は、耐熱性、機械的特性、化学的安定性、耐酸化性、耐アルカリ性等に優れた膜特性が要求されると同時に、上述のとおり電気化学反応による溶出が可能なものである。さらに本実施形態の上部保護層は、密着向上のための有機層ないし樹脂からなる流路形成部材との密着性に優れているものである。以上の条件を満たすべく上部保護層は、上述したようにＩｒまたはＲｕとＳｉを含むものである。好ましくは、インクおよび流路形成部材との接触面において、Ｉｒ_100-XＳｉ_XあるいはＲｕ_100-xＳｉ_xが、１５ａｔ．％≦Ｘ≦３０ａｔ．％のＳｉ含有率を満たし、また、密着層１０９に近づくにしたがってＸ＝０になるように構成される。このＳｉの含有率は、後述する評価試験の結果定められたものである。この結果、上部保護層が流路形成部材と接する界面では、Ｓｉが上記１５ａｔ．％≦Ｘ≦３０ａｔ．％の含有率を満たすことによって、ＩｒあるいはＲｕ単独の場合と比較して流路形成部材との密着性を増すことができる。また、上部保護層の上記とは反対側で密着層１０９と接する面では、Ｓｉの含有率を少なくすることによって、上部保護層１０７と密着層１０９の密着性を確保することができる。

上部保護層１０７の膜厚は、１０ｎｍ〜５００ｎｍから選択される。また、この上部保護層の膜応力は、少なくとも圧縮応力を有し、１．０×１０¹⁰ｄｙｎ／ｃｍ２以下であることが好ましい。なお上部保護層１０７は、各種成膜方法で作製可能であるが、一般的には高周波（ＲＦ）電源または、直流（ＤＣ）電源を用いたマグネトロンスパッタリング方により形成することができる。

次に、本実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の製造工程を説明する。

図４（ａ）〜（ｆ）は、図２および図３に示した液体吐出ヘッド用基板の製造工程を説明するための模式的断面図、図５（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、図４（ａ）〜（ｅ）に対応した模式的平面図である。

なお、以下の製造工程は、Ｓｉで形成される基体１０１、ないしは発熱部１０８を選択的に駆動するためのスイッチングトランジスタ等の半導体素子でなる駆動回路が予め作り込こまれた基体に対して実施されるものである。しかし、簡略化のために、これら駆動回路などの図示は省略されている。

まず、基体１０１に対し、熱酸化法，スパッタ法，ＣＶＤ法などによって、発熱抵抗体層１０４の下部層としてＳｉＯ₂の熱酸化膜からなる蓄熱層１０２を形成する。なお、駆動回路を予め作り込んだ基体に対しては、それら駆動回路の製造プロセス中で蓄熱層を形成することができる。

次に、蓄熱層１０２上にＴａＳｉＮ等の発熱抵抗体層１０４を、反応スパッタリングにより約５０ｎｍの厚さに形成し、さらに電極配線層１０５となるＡｌ層をスパッタリングにより約３００ｎｍの厚さに形成する。そして、フォトリソグラフィ法を用い、発熱抵抗体層１０４および電極配線層１０５に対して同時にドライエッチングを施し、図４（ａ）に示すような断面形状および図５（ａ）に示すような平面形状を得る。なお、本実施形態では、ドライエッチングとしてリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いる。

次に、発熱部１０８を形成するために、図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、再びフォトリソグラフィ法を用いて、ウエットエッチングによりＡｌの電極配線層１０５を部分的に除去し、その部分の発熱抵抗体層１０４を露出させる。なお、配線端部における保護層１０６のカバレッジ性を良好なものとするため、配線端部において適切なテーパ形状が得られる公知のウエットエッチングを行うことが望ましい。

その後、プラズマＣＶＤ法を用いて、図４（ｃ）および図５（ｃ）に示すように、保護層１０６としてＳｉＮ膜を約３５０ｎｍの厚みに形成する。

次にフォトリソグラフィ法を用いて、上部保護層１０７と電極配線層１０５とを電気的に接触させるためのスルーホール１１０を形成するために、図４（ｄ）および図５（ｄ）に示すような、ドライエッチングを行う。これによりＳｉＮ膜を部分的に除去し、その部分の電極配線層１０５を露出させる。

次に、保護層１０６と上部保護層１０７との密着性を向上する密着層１０９として、保護層１０６上に、スパッタリングによりＴａ層を約５０ｎｍの厚さに形成する。

次に、密着層１０９上に、上部保護層１０７としてのＩｒ_100-xＳｉ、あるいはＲｕ_100-xＳｉ_xの層をスパッタリングにより約２００ｎｍの厚さに形成する。以下、このＩｒ１００−ｘＳｉｘよりなる上部保護層の形成方法の一例を説明する。

図６は、上部保護層１０７を成膜するスパッタリング装置の概要を示すものである。図６において、４００１−１はＩｒターゲット、４００１−２はＳｉターゲット、４００２は平板マグネット、４０１１は基板への成膜を制御するシャッターをそれぞれ示す。また、４００３は基板ホルダー、４００４は基板を示す。さらに、４００６−１はターゲット４００１−１と基板ホルダー４００３に接続された電源、４００６−２はターゲット４００１−２と基板ホルダー４００３に接続された電源をそれぞれ示す。さらに、図６において、４００８は成膜室４００９の外周壁を囲んで設けられた外部ヒーターを示し、この外部ヒーター４００８は、成膜室４００９の雰囲気温度を調節するのに使用される。基板ホルダー４００３の裏面には、基板の温度制御を行う内部ヒーター４００５が設けられている。基板４００４の温度制御は、外部ヒーター４００８を併用して行うことが好ましい。

図６の装置を用いた成膜は、次のように行われる。先ず、排気ポンプ４００７を用いて成膜室４００９を１×１０^-5Ｐａ〜１×１０^-6Ｐａの圧力まで排気する。次いで、Ａｒガスを、マスフローコントローラー（不図示）を介してガス導入口４０１０から成膜室４００９に導入する。この時、基板温度および雰囲気温度が所定の温度になるように内部ヒーター４００５、外部ヒーター４００８を調節する。次に、電源４００６−１からターゲット４００１−１、電源４００６−２からターゲット４００１−２に所望のパワーを印加してスパッタリング放電を行い、シャッター４０１１を調節して、基板４００４の上に薄膜を形成する。

上部保護層１０７の形成の際には、上述したように、基板の温度を１００℃〜３００℃に加熱することにより強い膜密着力を得ることができる。また、比較的運動エネルギの大きな粒子を形成できるスパッタリング法により成膜することにより、強い膜密着力を得ることができる。更に、膜応力としては、少なくとも圧縮応力を有し、１．０×１０¹⁰ｄｙｎ／ｃｍ²以下にすることにより、同様に強い膜密着力を得ることができる。この膜応力は、成膜装置に導入するＡｒガス流量やターゲットに印加するパワー、基板加熱温度を適宜設定することにより調整することができる。

以上の上部保護層の成膜では、前述したようにＳｉの含有率Ｘ、従って、ＩｒとＳｉの組成比を層方向において傾斜させて、密着向上層と接する界面では、Ｓｉの含有率を０とする。そのため、電源４００６−１とターゲット４００１−１、電源４００６−２とターゲット４００１−２にそれぞれ印加するパワーを、印加時間（つまり形成されつつある層の厚みに）に応じて調整することにより含有率ないし組成比を傾斜させる。なお、Ｓｉの含有率は必ずしも傾斜した値とする必要はない。すなわち、上部保護層が流路形成部材と接する界面でＳｉが上記１５ａｔ．％≦Ｘ≦３０ａｔ．％の含有率を満たし、一方、上部保護層が密着向上層と接する界面でＳｉの含有率が０となる条件を満たせば、その間の層における含有率の増減の仕方は任意である。この場合、含有率も、それぞれのターゲットに印加するパワーを調節することによって実現することができる。

再び、図４（ｅ）および図５（ｅ）を参照すると、以上のように形成された上部保護層１０７および密着層１０９について、これの図に示すパターンを形成する。そのために、フォトリソグラフィ法を用いて、ドライエッチングにより上部保護層１０７および密着層１０９を部分的に除去する。これにより、発熱部１０８上の上部保護層領域１０７ａと、もう一方の上部保護層領域１０７ｂとを形成する。

次に、外部電極１１１を形成するために、図４（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、ドライエッチングにより保護層１０６を部分的に除去し、その部分の電極配線層１０５を部分的に露出させた。

なお、以上の製造工程においては、密着層１０９および上部保護層１０７のパターニング方法としてドライエッチング法を選択しているが、上部保護層１０７に使用しているＩｒはエッチングレートが遅いために、工程に時間を要してしまう。このため、密着層１０９および上部保護層１０７のパターニング方法としては、リフトオフ法を用いても良い。この場合は、密着層１０９および上部保護層１０７の形成前に剥離用部材を配置し、フォトリソグラフィ法によりパターニングする。この際、密着層１０９および上部保護層１０７を除去するべき領域に剥離用部材が形成されるようにする。その後、密着層１０９および上部保護層１０７を成膜し、剥離用部材を溶液等を用いて剥離する。これにより、密着層１０９および上部保護層１０７のパターンが形成される。剥離用部材としては、無機材料やレジスト剤などの有機材料を用いることが可能となる。

図７（ａ）〜（ｄ）は、上記基板１００を用いて液体吐出ヘッドを製造する工程を説明するための模式的断面図である。また、図８（ａ）〜（ｄ）は、他の形態に係る同じく液体吐出ヘッドを製造する工程を説明するための模式的断面図である。

基体上に上述の各層からなる回路部１１５が形成された液体吐出ヘッド用基板１００の上に、最終的にインク流路を形成するための、溶解可能な固体層２０１、２０２として、レジストをスピンコート法を用いて塗布する。レジスト材は、例えばポリメチルイソプロペニルケトンからなり、ネガ型のレジストとして作用するものである。そして、フォトリソグラフィ技術を用い、図７（ａ）に示すように、レジスト層を所望のインク流路の形状にパターニングする。

また、図８（ａ）に示すように、上部保護層１０７ａ（Ｉｒ_100-XＳｉ_X膜）形成後に、流路形成部材との間に有機密着向上膜３０７を形成することもできる。本実施形態は、有機密着向上膜３０７としては、ポリエーテルアミド樹脂を用いる。この樹脂はアルカリエッチング耐性に優れ、かつシリコン等の無機膜との密着性も良好であり、さらには、液体吐出ヘッドの耐インク保護層としても用いることができる等の利点があり、特に好ましいものである。その後、フォトリソグラフィ技術により、例えば図８（ａ）に示すような形状にパターニングを行う。このパターニングは、通常の有機膜のドライエッチングと同様の方法で行うことができる。すなわち、ポジ型のレジストをマスクとして、酸素ガスプラズマによりエッチングを行うことができる。

続いて、図７（ｂ）、図８（ｂ）に示すように、流路形成部材１２０（図２）を形成する液流路壁や吐出口１２１（図２）を形成するために、被覆樹脂層２０３を形成する。この被覆樹脂層２０３を形成する前に、密着性を向上させるためにシランカップリング処理等を適宜行うことができる。被覆樹脂層２０３は、従来より知られているコーティング法を適宜選択して、インク流路パターンが形成されたインクジェットヘッド用基体１０１上に樹脂を塗布することによって形成することができる。

次に、フォトリソグラフィ技術を用い、図７（ｃ）、図８（ｃ）に示すように、被覆樹脂層２０３を所望の液流路壁や吐出口の形状にパターニングする。

その後、図７（ｄ）、図８（ｄ）に示すように、基板１００の裏面から、異方性エッチング法，サンドブラスト法，異方性プラズマエッチング法等を用いて、インク供給口１１６を形成する。最も好ましくは、テトラメチルヒドロキシアミン（ＴＭＡＨ），ＮａＯＨ，ＫＯＨ等を用いた化学的シリコン異方性エッチング法により、インク供給口１１６を形成することができる。続いて、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行い、現像および乾燥を行うことにより、溶解可能な固体層２０１および２０２を除去する。

以上の図７および図８にて説明した工程により吐出部が作成された基板を、ダイシングソーなどにより分離切断、チップ化し、発熱抵抗体を駆動するための電気的接合とインク供給部材の接合を行い、液体吐出ヘッドが完成する。

また、図９は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の一例を示す斜視図である。図９において、上述のようにして作成された液体吐出ヘッド２２００は、駆動モータ２１０１の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア２１０２、２１０３を介して回転するリードスクリュー２１０４の螺旋溝２１２１に係合するキャリッジ２１２０上に搭載される。そして、駆動モータ２１０１の動力によってキャリッジ２１２０がガイド２１１９に沿って矢印ａおよびｂ方向に往復移動されることによって、記録のための走査を行うことができる。不図示の記録媒体供給装置によってプラテン２１０６上に搬送される記録用紙Ｐ用の紙押え板２１０５は、キャリッジ２１２０移動範囲にわたって記録用紙をプラテン２１０６に対して押圧する。

２１０７、２１０８はフォトカプラでキャリッジ２１２０のレバー２１０９のこの域での存在を確認して駆動モータ２１０１の回転方向切り替え等を行うためのホームポジション検知手段である。２１１０は液体吐出ヘッド２２００の全面をキャップするキャップ部材２１１１を支持する部材で、２１１２はキャップ部材２１１１内のインクを吸引排出するための吸引手段で、キャップ内開口２１１３を介して液体吐出ヘッド２２００の吸引回復を行う。２１１４はクリーニングブレードで、２１１５はこのブレードを前後方向に移動可能にする移動部材であり、本体支持板にこれらは支持されている。クリーニングブレード２１１４は、この形態でなく周知のクリーニングブレードが本体に適用できることは言うまでもない。

また、２１１７は、吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジ２１２０と係合するカム２１１８の移動に伴って移動し、駆動モータ２１０１からの駆動力がクラッチ切り替え等の公知の伝達手段で移動制御される。前記液体吐出ヘッド２２００に設けられて発熱部に信号を付与したり、上述した各機構の駆動制御を司ったりする記録制御部は、記録装置本体側に設けられている（不図示）。

上述したような構成のインクジェット記録装置２１００は、記録媒体供給装置によってプラテン２１０６上に搬送される記録用紙Ｐに対し記録を行う。すなわち、液体吐出ヘッド２２００が記録用紙Ｐの全幅にわたって往復運動しながら記録を行うものであり、液体吐出ヘッド２２００は上述したような方法で製造したものを用いているため、高精度で高速な記録が可能となる。

以下、上部保護層１０７の成膜の評価、およびその成膜がなされた基板を備えた液体吐出ヘッド等についての実施例を説明する。なお、本発明がこの実施例等によって限定されるものでないことはもちろんである。

図６に示した装置を使用し、かつ上述した成膜方法を利用して、上部保護層１０７用のＩｒ−Ｓｉ薄膜をシリコンウエハ上に形成し、膜物性を評価した。その際の成膜操作及び膜物性の評価について以下に示す。

［成膜操作］
先ず、単結晶シリコンウエハ上に熱酸化膜を形成し、このシリコンウエハ（基板４００４）を図６の装置の成膜室４００９内の基板ホルダー４００３にセットした。次いで、排気ポンプ４００７により成膜室４００９内を８×１０−６Ｐａまで排気した。その後、Ａｒガスをガス導入口４０１０から成膜室４００９に導入し、成膜室４００９内の条件を以下のものとした。

［成膜条件］
基板温度：１５０℃
成膜室内ガス雰囲気温度：１５０℃
成膜室内混合ガス圧力：０．６Ｐａ
次いで、Ｉｒターゲット、Ｓｉターゲットを用いて、スパッタリング法により、シリコンウエハの熱酸化膜上に１００ｎｍの膜厚でＩｒ１００−ＸＳｉＸ膜を形成し、試料１〜４を得た。

［膜物性評価］
得られた上記試料１〜４についてＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）分析を行い、各試料の組成分析を行った。その結果を表１に示す。

［樹脂との密着性について］
本実施例の上部保護層が形成された試料番号１〜４と、流路形成部材の一部となる有機密着向上膜（ポリエーテルアミド樹脂）３０７との密着性を簡易的に評価するために、テープ引き剥がし試験をＰＣＴ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｏｋｅｒ Ｔｅｓｔ）後に行った。

テープ引き剥がし試験は次のように行った。上部保護層１０７が形成されたシリコンウエハ上に、有機密着向上膜（ポリエーテルアミド樹脂）３０７を膜厚２μｍに形成し、カッターナイフを用いて１ｍｍ×１ｍｍ角の碁盤目状のマス目を１０×１０＝１００（縦×横）個、有機密着向上膜３０７上に形成する。続いて、１２０℃、２．０２６５×１０５Ｐａ（２ａｔｏｍ）で１０ｈｒ、アルカリインク（ＢＣＩ−７ｅＣ：キヤノン製）中に浸漬する条件でＰＣＴ試験を行った。その後に、上記碁盤目状のマス目の部分にテープを貼り、テープによる引き剥がしを行い、１００個の中でテープにより引き剥がされた数を調べた。その結果を表２に示す。

以上のように、ＰＣＴ試験を行った後の上部保護層１０７ａと有機密着向上膜３０７との密着性は、Ｉｒ１００−ｘＳｉｘ膜においては、Ｓｉ含有量が少ない膜で低下する傾向にあり、剥離数が５０枚以下になるSi含有量は、１５％であった。

［電解質（インク）との電気化学反応について］
本実施例の試料番号１〜４とインク（ＢＣＩ−７ｅＣ：キヤノン製）との電気化学反応による溶出を評価するため、図１０に示すように対向する電極を設ける。そして、一部マスクを施した本実施例の試料を陽極側に配置し、電源によって２４Ｖを印加することで、陽極側で起こる反応について、膜厚が減少した場合は、エッチング、逆に膜厚が増加した場合は陽極酸化が起こっているものと評価した。その結果を表３に示す。

以上のように、インクとの電気化学反応は、Ｉｒ１００−ｘＳｉｘ膜においては、Ｓｉ含有量が増加するに従ってエッチングの現象が低下していき、陽極酸化が起きる傾向にあり、Ｘが３０ａｔ．％以下、好ましくは２７．８ａｔ．％以下で良好な結果であった。

以上の密着性と電気化学反応の結果から、電気化学反応によって保護層の表面層を溶出させ、熱作用部上のコゲーションを均一かつ確実に除去することが可能になる条件とは、Ｓｉ含有量が３０ａｔ．％以下であり、Ｓｉ含有量が少ないほど良好である。一方、上部保護層と流露形成部材となる樹脂層との密着性を改善する条件とは、Ｓｉ含有量が、１５ａｔ．％以上で密着性が良好である。この結果、電気化学反応が良好で、上部保護層と樹脂層との密着性を改善する両方を満足する上部保護層は以下のものである。上部保護層は、インクと接触部または樹脂層と密着部において、Ｉｒ１００−ｘＳｉｘ膜のＳｉ含有量Ｘが１５ａｔ．％≦Ｘ≦３０ａｔ．％を満たす値で最大となるものである。すなわち、Ｓｉ含有量は、上記樹脂層との密着部において１５ａｔ．％〜３０ａｔ．％の範囲内で最大値をとり、上記樹脂層とは反対側の密着層との界面においてＳｉ含有量が０となるものである。これにより、液体吐出ヘッドの長期に渡る吐出特性を安定させることが可能となる。

なお、上述したＳｉ含有量の好適な範囲は用いるインクや液体吐出ヘッドの仕様に応じて異なるものである。従って、好適なＳｉ含有量の範囲は、インクや液体吐出ヘッドの仕様などに対応させて、例えば上述の評価を行うことにより定めるものである。すなわち、本発明の上部保護層が金属ＩｒまたはＲｕに評価に基づき定めた所定量のＳｉを含んで形成されるものである。

また、本実施形態では、電気化学反応を実施する際のカソード電極に保護層領域１０７ｂを用いている。すなわち、保護層領域１０７ｂについても同じ構成の膜を用いて形成している。しかし溶液（インク）を介して好ましい電気化学反応を実施することが可能なものであれば、他の材料を用いて保護層領域１０７ｂを形成してもよい。

［液体吐出ヘッドの評価］
上部保護層１０７として、例えば、インクとの接触面や樹脂層密着部の組成がＩｒ８２．６Ｓｉ１７．４の組成比の膜を用いた場合を示す。

本実施例では、ＩｒターゲットとＳｉターゲットを用いた２元スパッタリング法により膜厚２３０ｎｍのＩｒＳｉ膜を組成比を傾斜させて成膜した。本実施例では、ＩｒターゲットにかかるＤＣパワーを７００Ｗに固定して、ＳｉターゲットにかかるＤＣパワーを０Ｗから徐々に増加させて、最終的には４５４Ｗを印加する。これにより、上部保護層１０７ａのインクとの接触面や樹脂層密着部の組成がＩｒ８２．６Ｓｉ１７．４になるように成膜した。

その後、Ｉｒ８２．６Ｓｉ１７．４膜のパターン形成を、一般的なフォトリソプロセスを用い、レジストパターニング（レジスト塗布、露光、現像）、Ｉｒ８２．６Ｓｉ１７．４膜のエッチング、レジスト剥離の順に行った。

この際、Ｉｒ８２．６Ｓｉ１７．４膜のパターン形状は露光時のフォトマスクパターンにより所望のパターンを選択することができる。

その後、上部保護層１０７を形成する基板上に溶解可能な固体層２０１および２０２をスピンコート法により塗布し、露光することにより、インク流路となるべき形状を作成した。インク流路の形状は、通常のマスクとＤｅｅｐ−ＵＶ光を用いて得ることができた。その後、被覆樹脂層２０３を積層し、露光装置を用いて露光後、現像することで吐出口１２１を形成する。続いて、ＴＭＡＨにて、化学的シリコン異方性エッチング法により、インク供給口１１６を形成した後、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光を全面照射し、現像、乾燥することにより、被覆樹脂層２０３の溶解すべき部位を除去した。以上の工程により、ノズル部が形成された基板をダイシングソーなどにより分離切断、チップ化し、発熱抵抗体を駆動するための電気的接合とインク供給部材の接合を行い、液体吐出ヘッドを完成させた。

ここで作製した液体吐出ヘッドを用いてｐＨ１０のアルカリインクについて吐出記録評価をしたところ、良好な記録品のものを得ることができた。また、このインク中にインクジェットヘッドを、６０℃、３ヶ月浸漬させた後、吐出記録評価を行ったところ、良好な記録品位のものを得ることができたとともに、被覆樹脂層２０３の剥離およびコゲーション除去効果の低下は確認されなかった。

１００ 記録ヘッド用基板
１０１ 基体
１０２ 蓄熱層
１０４ 発熱抵抗体層
１０５ 電極配線層
１０６ 保護層
１０７ 上部保護層
１０７ａ 上部保護層の熱作用部側の領域
１０７ｂ 上部保護層の対向電極側の領域
１０８ 発熱部
１０９ 密着層
１１０ スルーホール
１１１ 外部電極
１１３ 電圧反転回路
１１６ インク供給口
１２０ 流路形成部材
１２１ 吐出口

Claims (8)

1. 液体を吐出する吐出口を有する液体吐出ヘッドにおいて、
   前記吐出口から液体を吐出するために利用される熱エネルギを発生する発熱部と、該発熱部を覆う様に設けられた層と、を備えた基板と、
   前記層に接するように設けられ、前記吐出口と連通する流路に露出する部分を有し、樹脂からなる部材と、を具え、
   前記層は、前記流路に露出し、前記発熱部に対応する第１の部分と、前記部材に接する第２の部分と、前記流路に露出し、前記第１の部分と離れた位置に設けられる第３の部分と、を有し、少なくとも前記第１の部分と前記第２の部分とが、ＩｒとＳｉとを含む、又はＲｕとＳｉとを含み、
   前記第１の部分と前記第３の部分とは、それぞれ別の、外部との電気接続のための外部電極に電気的に接続されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第１の部分と前記第３の部分との間に電圧を印加することにより、前記第１の部分を溶出することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記層のＳｉ含有量は、１５ａｔ．％〜３０ａｔ．％の範囲内にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記樹脂は、ポリエーテルアミド樹脂であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第１の部分と前記第２の部分とは、連続して設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記発熱部と前記層との間に設けられ、前記層と接する別の層を有し、
   前記層のＳｉ含有量は、前記別の層の側の面において０であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記層のＳｉ含有量は、前記層の前記部材の側の面から、前記別の層の側の面に近づくにつれて減少することを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記別の層はＴａ層であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の液体吐出ヘッド。

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