JPH0278556A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - 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、インクジェット記録ヘッド用基板、それを有
するインクジェット記録ヘッド及びそれ等の製造方法に
関する。

［従来の技術］ インクジェット記録法は、記録ヘッドに設けた吐出口か
らインク（記録用液体）を吐出させ、これを紙等の被記
録材に付着させて記録を行なう記録方法であり、騒音の
発生が極めて少なく、かつ高速記録が可能であり、しか
も特別な構成の記録用の紙を用いる必要がないなど、多
くの利点を有しており、種々のタイプの記録ヘッドが開
発されている。

なかでも、熱エネルギーをインクに作用させて吐出口か
ら吐出させるタイプの記録ヘッドは、記録信号に対する
応答性が良い、吐出口を高密度に多数個配置することが
容易であるなどの利点を有する。

このような記録法に用いる記録ヘッドは、代表的には、
第１図の模式的斜視図に示されるような構成を有してい
る。具体的には、インクを吐出して飛翔液滴を形成する
ために設けられた吐出口１０１と、該吐出口に連通しイ
ンクを供給するための液路１０２と、インクを吐出して
飛翔液滴を形成するための熱エネルギー発生体１０４Ａ
であり、液路１０２内に設けられた、発熱抵抗体と発熱
抵抗体に電流を供給するための電極とを有する電気熱変
換素子と、液路の上流側に設けられ流路内に供給するイ
ンクを貯えるための液室１０３とを具備し、必要に応じ
て電気熱変換素子の耐インク性を高める作用などをもつ
保護膜などが設けられている。

かかるヘッドは一般には、第２図（ａ）〜（ｇ）の示す
ように製造されている。第２図では第１図に示されるＡ
〜八へ部分で記録ヘッドを切断した場合の位置における
作製工程を模式的切断面図として示している。まず、最
終的にその一部が発熱抵抗体となる層２５１　（以下、
発熱抵抗層）と、その一部が電極となる層２５２（以下
、電極層）を支持体２５３上に成膜する（工程（ａ）：
　　（ｂ））。次いで、フォトレジスト２５４を利用し
たフォトリソ技術及びエツチング技術を利用して電極層
２５２をパターニングし、続けて、発熱抵抗層２５１を
同様にしてパターニングし、抵抗発熱体と電極を形成す
る（工程（Ｃ）〜（ｋ））。

具体的には、工程（ｂ）を終わった作成物（ｂ）上に感
光性樹脂等のフォトレジスト２５４をラミネートした後
（工程（Ｃ））、フォトマスクを用いて作製物（Ｃ）の
フォトレジスト２５４をパターン露路しく工程（ｄ））
、次いで作製物（ｄ）のフォトレジスト２５４を現像す
る（工程（ｅ））。工程（ｅ）によってフォトレジスト
２５４は所望のパターン形状に不要部のみが除去されて
いる。つぎに、作製物（ｅ）の露出した電極層２５２を
エツチングして除去しく工程（ｆ））、こうして作製さ
れた作製物（ｆ）の残ったレジスト部分２５４′を除去
する（工程（ｇ））。このようにして所望の電極層２５
２のパターンが形成される。

発熱抵抗層２５１のパターンも電極層２５２のパターン
を形成する場合と同様の工程をもって形成される。すな
わち、フォトレジスト２５４′をラミネート（工程（ｈ
））、フォトマスクを用いて作製物（ｈ）のフォトレジ
スト２５４″にパターン露光（工程（ｉ））、作製物（
ｉ）のパターン露光されたフォトレジスト２５４″を現
像、不要部除去（工程（ｊ））、作製物（ｊ）の露出し
ている発熱抵抗層２５１をエツチング（工程（ｋ））す
ることで発熱抵抗層２５１のパターンが形成される。

その後、レジスト２５４を剥離する（工程（１））、次
に、耐インクなどの目的をもつ保護膜２５５を成膜した
後（工程（ｍ））、感光性樹脂２５６をラミネートしく
工程（ｎ））、Ｌ、かる後、それを露光（工程（０））
、現像（工程（ｐ））することによりパターニングされ
た感光性樹脂の硬化膜による壁２５６”を形成する（（
ｍ）〜（ｐ））。この壁は液体で満たされつる液路壁を
構成する。次に壁２５６′上に天板２５７を貼り合わせ
、その後切断によって（不図示）、吐出口面が形成され
、インクジェット記録ヘッドが完成する（工程（ｑ））
。

［発明が解決しようとする課題］ このように従来より用いられている製造法では、多数の
工程から成っており、加えて一部工程、特にエツチング
工程に時間がかかり、多くの作製時間を要するという点
で改善すべき点があった。また、パターニング回数が多
いので、個々の部材の位置精度が悪くなるという点から
もまだ改善の余地があった。

本発明は以上の問題点を解決するためになされたもので
あり、その目的は、作製時間の短縮が図れ、各部材の位
置精度が良好なインクジェット記録ヘッド用基板、それ
を有するインクジェット記録ヘッドを提供することにあ
る。また、それらの製造方法を提供することを別の目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のインクジェット記録ヘッドは、液体を吐出する
ための吐出口と液体を吐出するために利用される熱エネ
ルギーを発生する電気熱変換体を有し、該電気熱変換体
は電導性の材料の少なくとも一部を酸化した領域を有し
、該領域において前記熱エネルギーが発生されることを
特徴とする。

本発明の記録ヘッド用基板の製造方法は、液体を吐出す
るために利用される電気熱変換体を支持体上に有する記
録ヘッド用基板の製造方法において、 前記支持体上に導電性の材料の層を形成し、核層の少な
くとも一部の表面領域を酸化させて電気熱変換体の電極
及び発熱抵抗部を形成する過程を有することを特徴とす
る。

本発明の記録ヘッド用基板の他の製造方法は、液体を吐
出するために利用される電気熱変換体を支持体上に有す
る記録ヘッド用基板の製造方法において、 前記支持体上に導電性の材料の層を形成し、核層の一部
を酸化させ絶縁物とじ、 次いで残っている導電部分の少なくとも一部の表面領域
を酸化させて、 前記電気熱変換体の電極及び発熱抵抗部を形成する過程
を有することを特徴とする。

本発明の他のインクジェット記録ヘッドは、液体を吐出
して飛翔液滴を形成するために設けられた吐出口と、発
熱抵抗体と発熱抵抗体に電気的に接続する少なくとも一
対の電極とを具備する電気熱変換体とを有するインクジ
ェット記録ヘッドにおいて、前記電極と前記発熱抵抗体
が同一材質の材料から成ることを特徴とする。

本発明のインクジェット記録ヘッドの製造法は、 （ａ）導電性と耐熱性を呈し且つ陽極酸化可能な膜を支
持体上に成膜する工程と、 （ｂ）電砥および抵抗発熱体となる部分以外の前記膜を
陽極酸化する工程と、 （ｃ）感光性組成物をラミネートする工程と、（ｄ）感
光性組成物を部分的に除去して、吐出口及び壁部材を少
なくとも形成すると共に抵抗発熱体となる部分の前記膜
を露出する工程と、（ｅ）天板を貼り合わす工程と、 （ｆ）陽極酸化により前記膜の露出表面を酸化し、発熱
抵抗体を形成すると共に、陽極酸化されない膜を電極と
して残存させた状態にする工程とを有することを特徴と
する。

以下、本発明の好適な一例を図面を用いて説明する。

まず、第１図に組立て図として、−態様が示されるイン
クジェット記録ヘッドを用いて本発明を簡単に説明する
。すなわち、本発明が好適に適用されるインクジェット
記録ヘッドはインクに代表される液体を吐出して飛翔液
滴を形成するために設けられた吐出口１０１と、吐出口
１０１に液体を供給するための液路１０２と、液路１０
２に供給する液体を貯えるためその上流に設けられた液
室１０３と、液体を吐出して飛翔液滴を形成するための
熱エネルギー源であり、液路１０２に対応して設けられ
た発熱抵抗体と、発熱抵抗体に電気的に接続する少なく
とも一対の電極とを、基板１０５上に有し、一対の電極
と発熱抵抗体とで電気熱変換体１０４Ａを形成している
インクジェット記録ヘッドであって、その基板は発熱抵
抗部と電極とが選ばれた一つの材質と、それと同一材質
を酸化させたものから成るものであり、又、その基板及
び記録ヘッドの作製方法を提供するものである。また、
かかるインクジェット記録ヘッドは、−例を挙げると、 （ａ）導電性と耐熱性を呈し且つ陽極酸化可能な膜を支
持体上に成膜する工程と、 （ｂ）電極および抵抗発熱体となる部分以外の前記膜を
陽極酸化して絶縁物にする工程と、（ｃ）その上に感光
性組成物を全体的にラミネートする工程と、 （ｄ）感光性組成物を部分的に除去して、吐出口及び流
路側面を少なくとも形成すると共に抵抗発熱体となる部
分の前記膜を露出する工程と、（ｅ）天板を貼り合わす
工程と、 （ｆ）（ｅ）の工程によりできた、液室、液路に電解質
を入れ、陽極酸化により前記膜の露出表面を酸化し、発
熱抵抗体を形成する工程と、により製造できる。この詳
細を第３図（ａ）〜（ｋ）を参照しつつ説明する。

尚、第３図（ｄ）、　　（ｅ）、　　（ｆ）、　　（ｉ
）に夫々対応する作製物の模式的平面工程図を第４図（
ａ）〜（ｄ）に示す。即わち、第４図（ａ）は第３図（
ｄ）、第４図（ｂ）は第３図（ｅ）、第４図（ｃ）は第
３図（ｆ）、第４図（ｄ）は第３図（ｉ）に示される工
程を行なった場合の作製物の状態を示してる。

又、上記で述べた第１図に示される記録ヘッドの模式的
斜視図は、以下に述べる作製手順に示される記録ヘッド
の形状とは必ずしも一致していないことに注意されたい
。

まず、ガラス等の支持体５上に発熱抵抗体、電極両方に
成り得る材料を成膜する（　（ａ））。この材料として
、成膜後嗣熱性および導電性を呈し、陽極酸化できるも
のが利用できる。例えば、Ｔａ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｚｒ
、　Ｍｇ、　Ｚｎ、　Ｎｉ、　Ｇｄ、　Ｃｏが挙げられ
る。形成された膜（出発材の膜）４の厚さは５００〜２
００００人程度とするのが良い。成膜法は材料に応じて
決定すればよいが、例えばスパッタリング、蒸着法等の
一般に知られる真空堆積法が好適に利用できる。

次いで、完成品において、膜４の発熱抵抗体と電極とな
る部分以外をレジスト７で覆う。このためには従来より
知られるフォトリソ技術を利用すればよい（（ｂ）〜（
ｄ））。

次に、レジ冬ドア′で覆われてない部分の膜を陽極酸化
法で絶縁物に変え（ｅ）、その後、レジスト７′を剥離
する（ｆ）。この際に用いられる処理溶液としては、は
う酸、酒石酸、マロン酸、リン酸等の水溶液が挙げられ
る。これら水溶液は特にＴａ膜の陽極酸化において好適
である。

次いで、ドライフィルム等の感光性樹脂８を全体的にラ
ミネートする（ｇ）。その後、部分的露光、現像を実施
して感光性樹脂８をバターニングして、感光性樹脂の硬
化層のパターン８′を形成する（（ｈ）〜（ｉ））。こ
の硬化層が液路、及び吐出口を規定する。この工程には
、感光性樹脂を含めて、ラミネート後、微細なパターニ
ング可能なものならば利用できる。ここまでの工程が終
了したものの模式的平面図を第４図（ｄ）に、参考とし
て第５図に完成品の断面図（第７図のＡ−Ａ′相当断面
図）を示しておく。第４図で斜線部は陽極酸化により絶
縁物に変えられた部分、ドツト部分は感光性組成物が設
けられた部分である。

なお、第４図（ｄ）に示されるよう、抵抗発熱体となる
部分の膜は少なくともパターニングの後に感光性樹脂の
硬化層８′で覆われてないよう、また電極となる部分の
膜は感光性樹脂の硬化層８′で覆われるように、留意す
る。ただし、これは、後の工程（図、（ｋ））を、支障
ない範囲内で実施するために考慮すべき点であるから、
電極となる部分の膜であってもその工程の操作に鑑み当
然かかる点を考慮する必要のない部分もあっても良い。

次に、液路及び吐出口等を規定している感光性樹脂の硬
化Ｎ８’上に、ガラス等の天板６を貼り合わせ液路等を
形成する。最後に、゛液室、液路に電解質を含む電解液
（処理溶液）を入れ、再び陽極酸化を実施する（（ｋ）
被陽極酸化部分は不図示）。こうすることにより、感光
性樹脂の硬化層で覆われてない部分の膜表面を酸化物に
変えて抵抗発熱体とし且つこの酸化物を保護膜として使
用し、第１図に示したようなインクジェット記録ヘッド
を完成する。

なお、上記した説明の場合は１度目の陽極酸化は、被陽
極酸化部分を完全に絶縁物にするのが好ましく、２度目
の陽極酸化は被陽極酸化部分に適度な導電性を残す必要
があるので、各々の陽極酸化はそれに応するように実施
することが必要である。

以上のようにして完成されたインクジェット記録ヘッド
は発熱抵抗体と、電極は同一材料を出発材料として形成
されるが、発熱抵抗体は本質的には、それ以外の部分、
つまり電極よりも薄くなり、抵抗値が大きくなっている
。

上記工程における出発材の膜４の陽極酸化について更に
詳細に説明する。

タンタル（Ｔａ）を出発材の膜として支持体上に形成し
た場合について具体的に説明する。

第３図の工程（ａ）〜（ｄ）に基づいて１０００人厚の
Ｔａ膜上に感光性樹脂の硬化膜を設けた支持体を処理溶
液として１重量％のリン酸水溶液を用い電流密度１０　
ｍＡ／ｃｍ”、処理時間１２０ｓで陽極酸化処理した。

これにより、処理溶液と接していたＴａ膜はその厚み方
向に対してほぼ完全に酸化され、絶縁物とされた（第３
図工程（ｅ））。

次に第３図の工程（ｆ）〜（ｋ）に基づいて記録ヘッド
の天板を接合した後、記録ヘッド中に１重量％のリン酸
水溶液を供給し、電流密度５ｍＡ／ｃｍ２で所望の抵抗
値が得られるようにＴａ膜の表面部分を陽極酸化するこ
とで抵抗発熱体となる部分を形成した（第３図工程（ｋ
））。

こうして作製されたインクジェット記録ヘッドにインク
を供給し実際に記録を行なったところ、吐出特性が極め
て安定した記録を行なうことができた。

前記実施例において、電極の幅をヒーターの幅より大き
くとることができる場合は、（ヒーター抵抗を電極抵抗
より十分大きくできる）２度目のヒーター領域のみの陽
極酸化は不要になる。

又、電極領域、抵抗発熱部領域の形状は、第６図の模式
的平面図に示されるような形状としても良いものである
。第６図において、６０１が電極領域、６０２が抵抗発
熱部領域である。

尚、第４図（ｄ）に見られるように、感光性樹脂の硬化
膜で形成されたパターンは、抵抗発熱部に対応して液路
が形成されていれば良い。従って、第４図（ｄ）の領域
４０１には感光性樹脂の硬化膜が設けられていてもかま
わないものである。−向、第７図は第４図（ｄ）を一部
拡大した模式的平面図である。

上記説明において、電極領域及び抵抗発熱部領域を陽極
酸化にて形成した状態の基板を作製し、その上に液路等
を形成して記録ヘッドを作製しても良い。

また、各発熱抵抗素子間は必ずしも陽極酸化する必要は
なく、エツチングによって不要部分を除去し、発熱抵抗
素子を形成する電極領域と抵抗発熱部を所望に応じて陽
極酸化することで発熱抵抗素子を形成しても良いもので
ある。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明では、２回のパター
ニング工程と１回の成膜工程によりインクジェット記録
ヘッドが作製できるので、工程数の大巾な短縮が図れる
。また、本発明によればエツチング工程を利用せず、陽
極酸化のみでパターニングが可能となり、上記の理由に
加えてこの点からも作製時間の短縮が図れる。更に本発
明によれば各部材の設置位置精度も向上する。

加えて、本発明によれば、発熱抵抗素子の上面（基板上
面）の凹凸が少ないので各部材のはがれ等が生じづらく
、耐久性に冨んだ記録ヘッドを提供できる。

尚、本発明の範囲内で、記録ヘッドの作製順序、記録ヘ
ッドの構成を任意に変更できることはいうまでもないこ
とである。

【図面の簡単な説明】

第１図はインクジェット記録ヘッドの好適な態様を示す
図、第２図（ａ）〜（ｑ）は従来のインクジェット記録
ヘッドの製造工程図、第３図（ａ）〜（ｋ）は本発明の
インクジェット記録ヘッドの製法工程を模式的に示す図
、第４図（ａ）は第３図（ｄ）の工程が終了したものの
平面図、第４図（ｂ）は第３図（８）の工程が終了した
ものの平面図、第４図（Ｃ）は第３図（ｆ）の工程が終
了したものの平面図、第４図（ｄ）は第３図（ｉ）の工
程が終了したものの平面図、第５図は本発明のインクジ
ェット記録ヘッドの一態様の断面図（第７図Ａ−Ａ’相
当断面図）、第６図は電極領域、抵抗発熱部領域の形状
の他の例を示す平面図、第７図は第４図（ｄ）の部分拡
大平面図である。 １．１０１：吐出口　　２，１０２：液路３．１０３：
液室 ４：発熱抵抗体または電極になり得る膜４Ａ、１０４Ａ
：熱エネルギー発生体 ５．２５３：支持体　　６，２５７：天板７．７’　　
ニレジスト　　８，２５６−感光性樹脂８′　：感光性
樹脂の硬化層 ２５１．２５２：Ｎ（発熱抵抗層） ３０１．４０１　：酸化物 ２５４．２５４’　、２５４″、２５４″′：フォトレ
ジスト ２５３：保護膜　　　　２５６’　　：壁６０１：電極
領域　　　６０２：抵抗発熱部領域特許出願人　　キャ
ノン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）液体を吐出するための吐出口と液体を吐出するため
   に利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換体を有
   し、該電気熱変換体は電導性の材料の少なくとも一部を
   酸化した領域を有し、該領域において前記熱エネルギー
   が発生されることを特徴とするインクジェット記録ヘッ
   ド。 ２）前記酸化した領域は、前記材料を陽極酸化すること
   により形成されたものである請求項１に記載のインクジ
   ェット記録ヘッド。 ３）前記材料がＴａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎ
   ｉ、Ｇｄ及びＣｏからなる群から選ばれたものである請
   求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。 ４）前記電気熱変換体の少なくとも一部上に更に保護層
   を有する請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。 ５）液体を吐出するために利用される電気熱変換体を支
   持体上に有する記録ヘッド用基板の製造方法において、 前記支持体上に導電性の材料の層を形成し、該層の少な
   くとも一部の表面領域を酸化させて電気熱変換体の電極
   及び発熱抵抗部を形成する過程を有することを特徴とす
   る記録ヘッド用基板の製造方法。 ６）前記酸化は陽極酸化である請求項５に記載の記録ヘ
   ッド用基板の製造方法。 ７）前記材料はＴａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎ
   ｉ、Ｇｄ及びＣｏからなる群より選抜される請求項５に
   記載の記録ヘッド用基板の製造方法。 ８）前記材料は真空堆積法で形成される請求項５に記載
   の記録ヘッド用基板の製造方法。９）前記真空堆積法は
   、スパッタリング法または蒸着法である請求項８に記載
   の記録ヘッド用基板の製造方法。 １０）前記少なくとも一部の表面領域の酸化は前記導電
   性の材料の層上に設けたレジストを利用して行なわれる
   請求項５に記載の記録ヘッド用基板の製造方法。 １１）前記電気熱変換体上の少なくとも一部上に更に保
   護層が設けられる請求項５に記載の記録ヘッド用基体の
   製造方法。 １２）液体を吐出するために利用される電気熱変換体を
   支持体上に有する記録ヘッド用基板の製造方法において
   、 前記支持体上に導電性の材料の層を形成し、該層の一部
   を酸化させ絶縁物とし、 次いで、残っている導電部分の少なくとも一部の表面領
   域を酸化させて、 前記電気熱変換体の電極及び発熱抵抗部を形成する過程
   を含むことを特徴とする記録ヘッド用基板の製造方法。 １３）前記酸化は陽極酸化である請求項１２に記載の記
   録ヘッド用基板の製造方法。 １４）前記材料はＴａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、
   Ｎｉ、Ｇｄ及びＣｏからなる群から選択される請求項１
   ２に記載の記録ヘッド用基板の製造方法。 １５）前記材料は真空堆積法で形成される請求項１２に
   記載の記録ヘッド用基板の製造方法。 １６）前記真空堆積法はスパッタリング法又は蒸着法で
   ある請求項１５に記載の記録ヘッド用基板の製造方法。 １７）前記絶縁物の形成はフォトリソ工程を利用して行
   なわれる請求項１２に記載の記録ヘッド用基板の製造方
   法。 １８）前記少なくとも一部の表面領域の形成はフォトリ
   ソ工程を利用して行なわれる請求項１２に記載の記録ヘ
   ッド用基板の製造方法。 １９）前記電気熱変換体の少なくとも一部上に更に保護
   層を設ける請求項１２に記載の記録ヘッド用基板の製造
   方法。 ２０）液体を吐出して飛翔液滴を形成するために設けら
   れた吐出口と、発熱抵抗体と発熱抵抗体に電気的に接続
   する少なくとも一対の電極とを具備する電気熱変換体と
   を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記電極
   と前記発熱抵抗体が同一材質の材料から成ることを特徴
   とするインクジェット記録ヘッド。 ２１）前記材料は、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｚｎ
   、Ｎｉ、Ｇｄ及びＣｏからなる群より選択されたもので
   ある請求項２１に記載のインクジェット記録ヘッド。 ２２）前記電気熱変換体の少なくとも一部の上に更に保
   護層を有する請求項２１に記載のインクジェット記録ヘ
   ッド。 ２３）（ａ）導電性と耐熱性を呈し且つ陽極酸化可能な
   膜を支持体上に成膜する工程と、（ｂ）電極および抵抗
   発熱体となる部分以外の前記膜を陽極酸化する工程と、 （ｃ）感光性組成物をラミネートする工程と、 （ｄ）感光性組成物を部分的に除去して、吐出口及び壁
   部材を少なくとも形成すると共に抵抗発熱体となる部分
   の前記膜を露出する工程と、 （ｅ）天板を貼り合わす工程と、 （ｆ）陽極酸化により前記膜の露出表面を酸化し、発熱
   抵抗体を形成すると共に、陽極酸化されない膜を電極と
   して残存させた状態にする工程とを有するインクジェッ
   ト記録ヘッドの製造法。