JPH02227256A - 液体噴射記録ヘッドの製造方法およびその方法により製造された液体噴射記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、熱エネルギーによって液体中に気泡の生成を
含む状態変化を生起させ、該状態変化によって吐出口か
ら液体を吐出させて飛翔的液滴を形成し、この液滴を被
記録面に付着させて文字・画像等の情報の記録を行う液
体噴射記録ヘッドの製造方法およびその方法により製造
された液体噴射記録ヘッドに関する。

［従来の技術］ ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生が
無視し得る程度に極めて小さいという点において、最近
関心を集めている。その中で、高速記録が可能であり、
しかも定着という特別な処理を必要とせずに普通紙に記
録の行える、いわゆるインクジェット記録法（液体噴射
記録法）は、極めて有力な記録法であって、これまでに
も様々な方式の提案とそれを具現化する装置が考案され
、改良が加えられて商品化されたものもあれば、現在も
尚実用化への努力が続けられているものものもある。

その中で、例えは特開昭５４−５１８３７号公報、ドイ
ツ公開（ＤＯＬＳ）第２８４３０６４号公報に記載され
である液体噴射記録法は、液滴形成エネルギーである熱
エネルギーを液体に作用させて、液滴吐出のための原動
力を得るという点において、他の液体噴射記録法とは、
異なる特徴を有している。

即ち、上述の公報に開示されである記録法では、熱エネ
ルギーの作用を受けた液体が急峻な体積の増大を伴う状
態変化を起し、その状態変化に基づく作用力によって、
記録ヘッド部先端に設けである吐出口から液滴が吐出、
飛翔して被記録部材に付着し、情報の記録が行われる。

殊ニ、ＤｏＬｓ第２８４３０６４号公報に開示されてい
る液体噴射記録法は、いわゆるドロップ　オン　デマン
ド（ｄｒｏｐ−ａｎ　ｄｅｍａｎｄ）記録法に極めて有
効に適用されるばかりでなく、記録ヘッド部をフルライ
ン（ｆｕｌｌ　１ｉｎｅ）幅に高密度マルチ吐出口化し
て容易に実現できるので、高解像度、高品質の画像を高
速で得られるという利点を有している。

このような原理の記録方式は一般にバブルジェット記録
方式と呼ばれているが、この記録方式による液体噴射記
録ヘッドの従来の典型的な基体の構造例を第５図（＾）
　、　（Ｂ）に示す。同図（＾）は吐出口と連通するイ
ンク（記録液）の液路内に発熱部が配置される基体の平
面図であり、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＸ’　−Ｙ’　
の切断線に沿った基体の断面図である。

ここで、１０１は基体の全体、１０２はインクを吐出す
る吐出口に連通ずる液路の壁面内に位置してインクに熱
エネルギーを与えて気泡を発生するための発熱部（ヒー
タと称する）　、１０３，１０４は発熱抵抗層１０７に
接続されて発熱部１０２を所定電圧で印加するための一
対のへ１製の引き出し電極、１０５はＳｔ（シリコン）
製の支持体、１０７は支持体１０５上に積層形成された
発熱抵抗層である。発熱部１０２は一対の電８ｉ１０３
，１０４間に位置する部分である。

１０８は引き出し電極１０３，１０４等を全体に覆って
保護する第１上部保護層（ＳｉＯ□製）、１０９は第１
上部保護層１０８の大部分をさらに保護するインク接触
表面の第３上部保護層、１１０は発熱部１０２の存在す
る部分を保護する第２上部保護層であり、１１２は発熱
部１０２に対応する第２上部保護層１１０の表面である
発泡面である。ｉｌｌは電極１０３，１０４と発熱抵抗
層＋０７とからなる電気熱変換体である。インクは発泡
面＋１２に接し、発泡面１１２が発熱部１０２の発熱に
より加熱されると、発泡面１１２上に気泡が発生し、こ
の気泡の発生によって押し出されたインクが吐出口から
液滴となって吐出する。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のようなバブルジェット記録方式の液体噴射記録ヘ
ッドでは、発熱部の両端に電極を介して電圧を印加して
発熱部を発熱させ、その熱エネルギーによってインク液
中に気泡を発泡させ、その発泡によりインク液を吐出し
ており、特に膜沸騰の発泡現象を）１用しているので、
発泡面の状態が非常に重要なものとなっている。すなわ
ち、発泡面（発熱部表面）の小さな凹凸あるいは発泡面
への非常に薄い膜付着などによって、発泡の発生が不安
定になり、それがインク吐出の不安定さを生ずる原因と
なっていた。

一方、記録ヘッドの製作に当って記録ヘッド完成後に、
印字検査を行っているが、記録ヘッドによって印字の品
質にばらつきがあって印字検査の歩留りが良くなかった
。そこで、実際に印字検査結果の悪い記録ヘッドを分析
すると、発泡面の表面が変質していたり、発泡面の表面
に残渣（残りかす）などが残っていて、発泡が不安定に
なるのが発見された。その発泡の不安定さによりインク
液の吐出スピードが不安定になり、吐出方向がずれたり
して印字品位が悪くなっていた。

さらに、上記の発泡面の表面の品質および残漬の原因を
調べてみると、次のような色々な原因があることが判明
した。

■パターンニング工程のフォトレジストと発泡面との反
応による発泡面の表面の変質。

■パターンニング工程のフォトレジストの￥１１離不良
による残渣 ■吐出ロ作成工程において感光性樹脂を用いて吐出口（
ノズル・オリフィス）を形成しているが、その感光性樹
脂と発泡面との反応による発泡面の表面の変質。

■■で用いた感光性樹脂の残漬。

■実装工程での各種樹脂（例えば、フラックス。

封止樹脂）の発泡面への汚染による残漬。

従って、上述のそれぞれの要因を全てつぶせば、この問
題が解決できるわけであるが、製造プロセスの変更はと
もかく、使用材料の変更等をしなければならないので、
非常に解決が困難であった。また、材料として特殊な材
料を選ばなければならないので、製造コストが高くなる
という欠点があった。

本発明の目的は、上述のような欠点を除去し、比較的癩
価な手段で発泡面の汚染による変質、および残漬を生じ
ないようにして、記録液の吐出安定性を改善し、吐出特
性のばらつきの減少により印字検査での歩留りの向上が
得られる液体噴射記録ヘッドの製造方法およびその方法
により製造された液体噴射記録ヘッドを提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明は、発熱抵抗層と
発熱抵抗層に接続される一対の電極とを有する電気熱変
換体を有し、発熱抵抗層の、一対の電極間に位置する部
分である発熱部に対応して、液体を吐出する吐出口に連
通ずる液路が設けられており、液路の壁面の自発熱部に
対応する発泡面を有する液体噴射記録ヘッドの製造方法
において、発泡面上に発泡面を覆うように膜を形成する
工程と、液路を形成する工程と、液路を通して膜を除去
する工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、上記の製造方法によって製造されてお
り、電気熱変換体が発生する熱エネルギーを利用して吐
出口から液体を吐出することを特徴とする。

［作　用］ 本発明は、その発泡面を形成後、その発泡面上に発泡面
を覆うｊ摸を形成し、流路を形成して記録ヘッドを完成
した時点てその覆っていた１摸を流路を通して発泡面か
ら除去するので、本発明では記録ヘッド製作工程中の発
泡面の変質および残渣の付着が防止され、これにより記
録ヘッド完成後の記録液吐出特性の不安定（ばらつき）
が大幅に減少して印字検査の歩留りが向上する。

すなわち本発明では発泡面の表面が記録ヘッド完成時ま
で保護膜で覆われているので、記録ヘッド製作工程中の
各種汚染はその覆っている膜にのみされるので、発泡に
重要な発泡面の表面への汚染が無くなる。その後、記録
ヘッドの完成した時点で発泡面上を覆う膜を除去するの
で、記録ヘッド完成時には常に一定の良好な発泡面が得
られることになる。このように発泡面の状態か最良の状
態トなるので、発泡の不安定性、また吐出口ごとの発泡
特性の相違（ばらつき）などがなくなり、印字品位（記
録品質）が高品位レベルで一定になり、製品間のばらつ
きがなくなるので印字検査での歩留りが向上する。

なお、発泡面を覆う保護膜は、その後の製造プロセス（
工程）に何ら問題を生ぜず、かつ最後のヘッド完成時に
簡単に取り除くことができるものてなければならないの
は勿論である。またその膜の厚さも製造工程中に他の部
分へ悪影テを与えないほどの厚さに定める必要がある。

また膜は発泡面だけを覆うだけでなく、他の部分も全体
的に覆っても良い。記録ヘッド完成時に少なくとも発泡
面上の膜を除去すれば良いからである。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図および第２図（＾）　、　（Ｂ）は本発明の一実
施例のバブルジェット記録方式の液体噴射記録ヘッドの
基板作成工程中の一態様を示す。なお、ここで、第５図
（Ａ）　、　ＣＢ）の従来例と同一内容の部分には同一
符号を付しである。

まずＳｉ（シリコン）からなる支持体（ガラス基板とも
いう）１０５上にＩＩ　ｆ　Ｂ　２の発熱抵抗層１０７
をＲＦ（高調波）スパッタ法により１０００人の厚さに
積層形成する。次に、その発熱抵抗層１０７上に電極１
０３　、１０４　としてＡＪ２（アルミニューム）を５
０００人の厚さに蒸着する。次に、フォトマスクを用い
たフォトリソグラフィ技術によって長方形の発熱部（以
下ヒータと称する）１０２を形成する（第１図参照）。

次に、第１上部保護層１０８としてＳｉＯ□をＲＦスパ
ッタ法で約９０００人の厚さに基板全面に積層形成する
。次に、Ｔａ（タンタル）を５０００人の厚さで成膜す
ることにより、第２上部保護層１１０を形成する。Ｔａ
の第２上部保護層１１０はその表面で発泡面を構成する
ので、そのＴａの保護層１１０上に覆い（カバー）とな
るＴｉ（チタン）の膜１１３を５００人の厚さで形成す
る。

次に、フォトリソグラフィ技術により、Ｔａの保護層１
１０とそれを覆っているＴｉの膜１１３とをヒータ１０
２の周辺のみに残すバターニングをし、かつＳｉＯ□の
保護層１０８に対して引き出し電極１０３，１０４にの
みスルーホールをあけるパターニングを行う。このフォ
トリソグラフィ技術を用いた加工工程で、従来例のよう
にＴｉの膜１１３がないと仮定すると、Ｔａの発泡面１
１２上にレジストが塗布されで、バターニングされた後
、そのレジストが剥離されることとなる。この工程中、
発泡面１１２のＴａと、レジストが反応してそのＴａの
表面が変質する可能性がある。また、レジストの剥離が
完全にできないと、発泡面１１２のＴａ上にレジストの
残漬が残ることがある。しかし、本実施例ではＴｉの膜
１１３がＴａ上に形成されているので、そのＴｉとレジ
ストが反応してくれる。また残渣が残っていてもＴｉの
膜１１３上に付着されるだけである。従って、レジスト
はＴａの発泡面１１２上に何ら影響は与えない。

次に、フォトニース（東し■の商標）を塗布して、ヒー
タ１０２上に窓をあけ、かつＳｉｎ、の層１０８の前述
のスルーホールした場所と同様の場所に新たにスルーホ
ールを開口する。

この時も、Ｔｉの膜かないと、発泡面１１２となるＴａ
上にフォトニースが一度塗布されるので、そのフォトニ
ースとＴａが反応する可能性がある。本実施例のように
ｌ’ａ（１１２）上にＴｉ　（１１３）があれば、フォ
トニースとＴｉとの反応が起きても発泡面＋１２のＴａ
とは反応しない。

次に、２層目の電極（図示しない）としてＩｎを蒸着し
、共通電極部分のみを残す、ようにパターニングする。

次に、吐出口をこの基体１０１の上に形成する。

吐出口の形成の一つの方法として感光性樹脂を用いた吐
出口作成方法がある。この方法は、吐出口壁を感光性樹
脂で形成するのであるが、まず感光性樹脂を基体１０１
の全面にラミネートなどの加工方法で形成させ、次に、
流路となる部分のみをフォトリソグラフィ技術により除
去する。この工程でＴｉの［１１３がないとすると、発
泡面１１２のＴａにこの感光性樹脂が直接接触すること
になるので、感光性樹脂と発泡面＋１２のＴａの間で反
応して、発泡面１１２のＴａ表面が変質する可能性があ
るし、また感光性樹脂層の残漬も残る可能性がある。し
かし、本実施例のように、Ｔａの発泡面１１２上にＴｉ
の膜１１３があれば、上記の反応はそのＴｉとの反応と
なり、残漬もそのＴｉ上となる。

このようにして吐出口（オリフィス）を形成後に、実装
工程に入る。

この実装方法としては色々と種類があるが、最近では集
積回路（ＩＣ）をハンダを介して実装するいわゆるフリ
ップチップボンディング方式が一般に採用されている。

この方式ではフラックス（ｆｌｕｘ）を用いるので、Ｉ
Ｃの実装後にフラックスの洗浄をする。その時、Ｔｉの
保護膜１１３がないと吐出口内にフラックスが入り込ん
で発泡面１１２を汚染することがある。しかし、本実施
例のように、Ｔｉの膜１１３があれば、そのＴｉがフラ
ックスにより汚染されるのみであり、フラックスによっ
て発泡面１１２は何ら影響を受けない。

以上のようにして、第３図に示すような記録ヘッドか完
成する。ここで、４０１は液路、４０２は吐出口、４０
３は液路４［１１の壁（インク流路壁）、４０４は共通
液室、４０５は天板、４０６はインク供給口である。次
に、この記録ヘッドの液路４０１　にＴｉのエツチング
液であるフッ酸１１％の液を流す。このフッ酸液によっ
て発泡面１１２上のＴｉの膜１１３のみがエツチングさ
れて除去され、Ｔａの発泡面１１２が現出する。このと
き、Ｔｉ１１３の表面が多少変質していてもエツチング
できる。またＴｉ１１３上に残漬が残っていても、残漬
がＴｉの１１９１１３の全面にこびり付いていなければ
エツチング液の廻り込みによってＴｉのｌ］１ｌ１３が
きれいにエツチングされる。

また、Ｔｉの上記エツチング液はＴａと選択性かあるの
で、Ｔａへのダメージ（損傷）は生じない。

このように全ての加工工程が終了した後にＴａの発泡面
１１２がはじめて表に出て、すぐ使用可能な初期（イニ
シャル）状態になるので、その後の吐出性能検査（印字
検査）では発泡の不安定性が解消され、印字品位も非常
に良好となる。尚、吐出口４０２の壁面の直下のＴｉが
残るが、吐出口の密着性にほとんど影響を与えなかった
。しかし、もし、そのＴ１の残存が問題であれは、１１
の成膜をあらかじめバターニングをして、発泡面１１２
のみに残しておけばよい。

なお、上述の本実施例では発泡面を覆う膜の材質として
Ｔｉを使用したが、他の金属でもよく、また、安定性が
よければ有機物でもよい。

また上述の本実施例では記録液の吐出方向がヒータ面方
向である記録ヘットを例示したが（第３図参照）、第４
図に示すようなヒータに対して垂直に吐出する記録ヘッ
ドにも本発明は適用できる。

また上述の本実施例では発泡面が上部保護層の表面とし
て考えたが、このような上部保護層がなく、ヒータ材（
発熱部）がむき出しの場合で本発明は適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、発泡面を形成後
に、その発泡面を覆う膜を形成し、液路を形成後の記録
ヘット完成時に液路を通してその膜を除去するようにし
たので、記録ヘッド製造工程中に発泡面のイη染、変質
、残漬が生ずる余地が無くなり、その結果として吐出安
定性が向上し、吐出特性のばらつきも大幅に減少するの
で、印字検査（製造検査）の歩留りを向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の基体を示す平面図、第２図（Ａ
）は本発明実施例の基体の構成を示す平面図、 第２図（Ｂ）は本発明実施例の基体のＸ’　−Ｖ　’線
に沿う断面構造を示す断面図、 第３図は本発明実施例の記録ヘッドの部分斜視図、 第４図は本発明の別の実施例の記録ヘッドの構成を示す
斜視図、 第５図（Ａ）、　（Ｂ）は従来の基体の構成を示す平面
図および断面図である。 ０１・・・基体、 ０２・・・発熱部、 ８３．１０４・・・引き出し電極、 ０５・・・支持体、 ０７・・・発熱抵抗層、 ０８・・・第１上部保護層（Ｓｉ０２）、０９・・・第
３上部保護層（フォトニース）ｌＯ・・・第２上部保護
層（Ｔａ）、 １１・・・電気熱変換体、 １２・・・発泡面、 １３・・・発泡面を覆う膜（Ｔｉ）。 第 図（Ａ） １１１　： ｍｌ先帖便犠木 ＊　ｆａ　（列／）Ｉ　ｎ、／）＊ｆｆｉ　Ｖ第２図（
Ｂ） 東方ヒ仔りの革イ本のギ１１ｍ 第１図 ４０４πｉ依寛 冥鉋例θ戚イ奎咳゛射訛伴゛へ、ドｒ飾ｆ料視閃第３図 １１ド電気蜘←永 伏米θＦ本１断面圏 第５図（Ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）発熱抵抗層と該発熱抵抗層に接続される一対の電極
   とを有する電気熱変換体を有し、前記発熱抵抗層の、前
   記一対の電極間に位置する部分である発熱部に対応して
   、液体を吐出する吐出口に連通する液路が設けられてお
   り、該液路の壁面の内前記発熱部に対応する発泡面を有
   する液体噴射記録ヘッドの製造方法において、 前記発泡面上に該発泡面を覆うように膜を形成する工程
   と、 前記液路を形成する工程と、 前記液路を通して前記膜を除去する工程と、を有するこ
   とを特徴とする液体噴射記録ヘッドの製造方法。 ２）請求項１に記載の製造方法によって製造されており
   、前記電気熱変換体が発生する熱エネルギーを利用して
   吐出口から液体を吐出することを特徴とする液体噴射記
   録ヘッド。