JPH11235827A - 液体吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドの製造方法、前記液体吐出ヘッドが搭載されたヘッドカートリッジおよび液体吐出装置 - Google Patents
液体吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドの製造方法、前記液体吐出ヘッドが搭載されたヘッドカートリッジおよび液体吐出装置Info
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- JPH11235827A JPH11235827A JP10346074A JP34607498A JPH11235827A JP H11235827 A JPH11235827 A JP H11235827A JP 10346074 A JP10346074 A JP 10346074A JP 34607498 A JP34607498 A JP 34607498A JP H11235827 A JPH11235827 A JP H11235827A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 液体吐出ヘッドの信頼性を向上させ、かつ製
造工程を簡易化する。 【解決手段】 液体吐出ヘッドは、液体に気泡を発生さ
せるための発熱体２が設けられた素子基板１と、この素
子基板１上に接合された天板３と、素子基板１および天
板３の前端面に接合され、液体を吐出するための吐出口
５が形成されたオリフィスプレート４とを有する。素子
基板１の発熱体２に対面する位置には、可動部材６が、
素子基板１との間に間隙をおいて、吐出口５側を自由端
６ｂとして素子基板１に支持固定されている。可動部材
６の素子基板１との支持固定部付近に構成された支点６
ａの部分は、可動部材６の自由端６ｂが支点６ａを中心
として変位したときに支点６ａにかかる負荷を分散する
ために曲面形状に形成されている。
造工程を簡易化する。 【解決手段】 液体吐出ヘッドは、液体に気泡を発生さ
せるための発熱体２が設けられた素子基板１と、この素
子基板１上に接合された天板３と、素子基板１および天
板３の前端面に接合され、液体を吐出するための吐出口
５が形成されたオリフィスプレート４とを有する。素子
基板１の発熱体２に対面する位置には、可動部材６が、
素子基板１との間に間隙をおいて、吐出口５側を自由端
６ｂとして素子基板１に支持固定されている。可動部材
６の素子基板１との支持固定部付近に構成された支点６
ａの部分は、可動部材６の自由端６ｂが支点６ａを中心
として変位したときに支点６ａにかかる負荷を分散する
ために曲面形状に形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
体に作用させることで起こる気泡の発生によって所望の
液体を吐出する液体吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドの製
造方法、前記液体吐出ヘッドが搭載されたヘッドカート
リッジおよび液体吐出装置に関する。特に、気泡の発生
を利用して変位する可動部材を有する液体吐出ヘッド、
該液体吐出ヘッドの製造方法、前記液体吐出ヘッドが搭
載されたヘッドカートリッジおよび液体吐出装置に関す
る。
体に作用させることで起こる気泡の発生によって所望の
液体を吐出する液体吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドの製
造方法、前記液体吐出ヘッドが搭載されたヘッドカート
リッジおよび液体吐出装置に関する。特に、気泡の発生
を利用して変位する可動部材を有する液体吐出ヘッド、
該液体吐出ヘッドの製造方法、前記液体吐出ヘッドが搭
載されたヘッドカートリッジおよび液体吐出装置に関す
る。
【０００２】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。
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。
【０００３】
【従来の技術】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な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従来から知られている。
このバブルジェット記録方法を用いる記録装置には、特
公昭６１−５９９１１号公報や特公昭６１−５９９１４
号公報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インク流路と、イン
ク流路内に配されたインクを吐出するためのエネルギー
発生手段としての発熱体（電気熱変換体）とが一般的に
設けられている。
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な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従来から知られている。
このバブルジェット記録方法を用いる記録装置には、特
公昭６１−５９９１１号公報や特公昭６１−５９９１４
号公報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インク流路と、イン
ク流路内に配されたインクを吐出するためのエネルギー
発生手段としての発熱体（電気熱変換体）とが一般的に
設けられている。
【０００４】上記のような記録方法によれば、品位の高
い画像を高速、低騒音で記録することができるととも
に、この記録方法を行うヘッドで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
の装置で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容
易に得ることができる等の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
リンター、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
テムにまで利用されるようになってきている。
い画像を高速、低騒音で記録することができるととも
に、この記録方法を行うヘッドで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
の装置で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容
易に得ることができる等の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
リンター、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
テムにまで利用されるようになってきている。
【０００５】そこで、本発明者達のうちの一部は、液体
吐出の原理に立ち返り、従来では得られなかった気泡を
利用した新規な液体吐出方法及びそれに用いられるヘッ
ド等を提供すべく鋭意研究を行い、特開平９−２０１９
６６号等を出願している。
吐出の原理に立ち返り、従来では得られなかった気泡を
利用した新規な液体吐出方法及びそれに用いられるヘッ
ド等を提供すべく鋭意研究を行い、特開平９−２０１９
６６号等を出願している。
【０００６】ここで、特開平９−２０１９６６号等に開
示された従来の液体吐出方法およびそれに用いられるヘ
ッドを、図１２等を参照して説明する。図１２は従来の
液体吐出ヘッドにおける吐出原理を説明するための図で
あり、液流路方向の断面図である。また、図１３は図１
２に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。図
１２等に示す液体吐出ヘッドは、液体を吐出する際に、
気泡に基づく圧力の伝搬方向や気泡の成長方向を制御し
て吐出力や吐出効率を向上する最も基本となる構成のも
のである。
示された従来の液体吐出方法およびそれに用いられるヘ
ッドを、図１２等を参照して説明する。図１２は従来の
液体吐出ヘッドにおける吐出原理を説明するための図で
あり、液流路方向の断面図である。また、図１３は図１
２に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。図
１２等に示す液体吐出ヘッドは、液体を吐出する際に、
気泡に基づく圧力の伝搬方向や気泡の成長方向を制御し
て吐出力や吐出効率を向上する最も基本となる構成のも
のである。
【０００７】なお、以下の説明で用いる「上流」および
「下流」とは、液体の供給源から気泡発生領域（又は可
動部材）の上方を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向
に関して、又はこの構成上の方向に関しての表現として
表されている。
「下流」とは、液体の供給源から気泡発生領域（又は可
動部材）の上方を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向
に関して、又はこの構成上の方向に関しての表現として
表されている。
【０００８】気泡自体に関する「下流側」とは、主とし
て液滴の吐出に直接作用するとされる気泡の吐出口側部
分を代表する。より具体的には気泡の中心に対して、上
記流れ方向や上記構成上の方向に関する下流側、又は、
発熱体にその面積中心よりも下流側の領域で発生する気
泡を意味する。
て液滴の吐出に直接作用するとされる気泡の吐出口側部
分を代表する。より具体的には気泡の中心に対して、上
記流れ方向や上記構成上の方向に関する下流側、又は、
発熱体にその面積中心よりも下流側の領域で発生する気
泡を意味する。
【０００９】さらに、「櫛歯」とは、可動部材の支点部
が共通部材になっており、自由端の前方が開放されてい
る形状を意味する。
が共通部材になっており、自由端の前方が開放されてい
る形状を意味する。
【００１０】図１２に示す例では、液体吐出ヘッドは、
液体を吐出するための吐出エネルギー発生素子として、
液体に熱エネルギーを作用させる発熱体１０２（本例に
おいては４０μｍ×１０５μｍの形状の発熱抵抗体）が
素子基板１０１に設けられており、この素子基板１０１
上に発熱体１０２に対応して液流路１０３が配されてい
る。液流路１０３は吐出口１０４に連通していると共
に、複数の液流路１０３に液体を供給するための共通液
室１０５に連通しており、吐出口１０４から吐出された
液体に見合う量の液体をこの共通液室１０５から受け取
る。
液体を吐出するための吐出エネルギー発生素子として、
液体に熱エネルギーを作用させる発熱体１０２（本例に
おいては４０μｍ×１０５μｍの形状の発熱抵抗体）が
素子基板１０１に設けられており、この素子基板１０１
上に発熱体１０２に対応して液流路１０３が配されてい
る。液流路１０３は吐出口１０４に連通していると共
に、複数の液流路１０３に液体を供給するための共通液
室１０５に連通しており、吐出口１０４から吐出された
液体に見合う量の液体をこの共通液室１０５から受け取
る。
【００１１】この液流路１０３の素子基板１０１上に
は、前述の発熱体１０２に対向するように面して、金属
等の弾性を有する材料で構成され、平面部を有する板状
の可動部材１０６が片持梁状に設けられている。この可
動部材１０６の一端は液流路１０３の壁や素子基板１０
１上に感光性樹脂などをパターニングして形成した台座
（支持部材）１０７等に固定されている。これにより、
可動部材１０６は台座１０７に保持され、支点（支点部
分）１０８が構成されている。
は、前述の発熱体１０２に対向するように面して、金属
等の弾性を有する材料で構成され、平面部を有する板状
の可動部材１０６が片持梁状に設けられている。この可
動部材１０６の一端は液流路１０３の壁や素子基板１０
１上に感光性樹脂などをパターニングして形成した台座
（支持部材）１０７等に固定されている。これにより、
可動部材１０６は台座１０７に保持され、支点（支点部
分）１０８が構成されている。
【００１２】また、可動部材１０６を櫛歯状にすること
により、簡易にかつ安価に可動部材１０６を作製するこ
とができ、台座１０７に対するアライメントも容易にで
きる。
により、簡易にかつ安価に可動部材１０６を作製するこ
とができ、台座１０７に対するアライメントも容易にで
きる。
【００１３】この可動部材１０６は、液体の吐出動作に
よって共通液室１０５から可動部材１０６の上方を経て
吐出口１０４側へ流れる大きな流れの上流側に支点（支
点部分：固定端）１０８を持ち、この支点１０８に対し
て下流側に自由端（自由端部分）１０９を持つように、
発熱体１０２に面した位置に発熱体１０２を覆うような
状態で発熱体１０２から１５μｍ程度の距離を隔てて配
されている。この発熱体１０２と可動部材１０６との間
が気泡発生領域１１０となる。
よって共通液室１０５から可動部材１０６の上方を経て
吐出口１０４側へ流れる大きな流れの上流側に支点（支
点部分：固定端）１０８を持ち、この支点１０８に対し
て下流側に自由端（自由端部分）１０９を持つように、
発熱体１０２に面した位置に発熱体１０２を覆うような
状態で発熱体１０２から１５μｍ程度の距離を隔てて配
されている。この発熱体１０２と可動部材１０６との間
が気泡発生領域１１０となる。
【００１４】発熱体１０２を発熱させることで可動部材
１０６と発熱体１０２との間の気泡発生領域１１０の液
体に熱を作用し、その液体に米国特許４，７２３，１２
９号明細書等の公報に記載されているような膜沸騰現象
に基づく気泡１１１を発生させる（図１２（ｂ）参
照）。気泡１１１の発生に基づく圧力と気泡１１１とは
可動部材１０６に優先的に作用し、可動部材１０６は図
１２（ｂ）、（ｃ）もしくは図１３で示されるように支
点１０８を中心に吐出口１０４側に大きく開くように変
位する。可動部材１０６の変位若しくは変位した状態に
よって気泡１１１の発生に基づく圧力の伝搬や気泡１１
１自身の成長が吐出口１０４側に導かれる。また、この
とき、自由端１０９の先端部が幅を有しているため、気
泡１１１の発泡パワーを吐出口１０４側へ導きやすくな
り、液滴の吐出効率や吐出力または吐出速度等の根本的
な向上を図ることができる。
１０６と発熱体１０２との間の気泡発生領域１１０の液
体に熱を作用し、その液体に米国特許４，７２３，１２
９号明細書等の公報に記載されているような膜沸騰現象
に基づく気泡１１１を発生させる（図１２（ｂ）参
照）。気泡１１１の発生に基づく圧力と気泡１１１とは
可動部材１０６に優先的に作用し、可動部材１０６は図
１２（ｂ）、（ｃ）もしくは図１３で示されるように支
点１０８を中心に吐出口１０４側に大きく開くように変
位する。可動部材１０６の変位若しくは変位した状態に
よって気泡１１１の発生に基づく圧力の伝搬や気泡１１
１自身の成長が吐出口１０４側に導かれる。また、この
とき、自由端１０９の先端部が幅を有しているため、気
泡１１１の発泡パワーを吐出口１０４側へ導きやすくな
り、液滴の吐出効率や吐出力または吐出速度等の根本的
な向上を図ることができる。
【００１５】上記説明したように、特開平９−２０１９
６６号等に開示された技術は、液路中の可動部材の支点
と自由端との位置関係を、吐出口側つまり下流側に自由
端が位置する関係にすること、また可動部材を発熱体も
しくは気泡発生領域に面して配置することで、積極的に
気泡を制御する技術である。
６６号等に開示された技術は、液路中の可動部材の支点
と自由端との位置関係を、吐出口側つまり下流側に自由
端が位置する関係にすること、また可動部材を発熱体も
しくは気泡発生領域に面して配置することで、積極的に
気泡を制御する技術である。
【００１６】また、上記に説明したように、可動部材の
固定部分に台座を設けることにより、可動部材と発熱体
との間に１〜２０μｍ程度のギャップが構成され、可動
部材による液体吐出効率の向上効果が十分に引き出され
る。従って、上述したような極めて新規な吐出原理に基
づく液体吐出ヘッド等によると、発生する気泡とこれに
よって変位する可動部材との相乗効果を得ることがで
き、吐出口近傍の液体を効率良く吐出できるため、従来
のバブルジェット方式の吐出方法、ヘッド等に比べて液
体の吐出効率が向上される。
固定部分に台座を設けることにより、可動部材と発熱体
との間に１〜２０μｍ程度のギャップが構成され、可動
部材による液体吐出効率の向上効果が十分に引き出され
る。従って、上述したような極めて新規な吐出原理に基
づく液体吐出ヘッド等によると、発生する気泡とこれに
よって変位する可動部材との相乗効果を得ることがで
き、吐出口近傍の液体を効率良く吐出できるため、従来
のバブルジェット方式の吐出方法、ヘッド等に比べて液
体の吐出効率が向上される。
【００１７】なお、上述した液体吐出ヘッドに用いられ
る可動部材の材料としては様々なものが考えられるが、
気泡の発生による圧力を液体の吐出に効率的に利用する
ために、弾性に優れたニッケルが一般的に使われてい
る。
る可動部材の材料としては様々なものが考えられるが、
気泡の発生による圧力を液体の吐出に効率的に利用する
ために、弾性に優れたニッケルが一般的に使われてい
る。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液体吐
出ヘッドにおける可動部材の固定部分に台座を設ける構
成とすると、可動部材の形成工程が複雑化してしまうと
いう不具合がある。また、このような構成で可動部材の
固定を強固に行おうとすると、台座部分のインク流れ方
向の長さをある程度確保する必要があるが、このように
台座が長くなると流路や液室の一部を台座が占めること
となるため、特にヘッドを小型化したい場合や流路を高
密度に配列する場合にはインク供給特性が十分に発揮で
きないおそれがあった。
出ヘッドにおける可動部材の固定部分に台座を設ける構
成とすると、可動部材の形成工程が複雑化してしまうと
いう不具合がある。また、このような構成で可動部材の
固定を強固に行おうとすると、台座部分のインク流れ方
向の長さをある程度確保する必要があるが、このように
台座が長くなると流路や液室の一部を台座が占めること
となるため、特にヘッドを小型化したい場合や流路を高
密度に配列する場合にはインク供給特性が十分に発揮で
きないおそれがあった。
【００１９】本発明は、上述の課題に鑑みなされたもの
であって、インク供給特性および信頼性を向上させるこ
とができ、かつ製造工程を簡易化することができる液体
吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドの製造方法及び該液体吐
出ヘッドが搭載されたヘッドカートリッジおよび液体吐
出装置を提供することを目的とするものである。
であって、インク供給特性および信頼性を向上させるこ
とができ、かつ製造工程を簡易化することができる液体
吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドの製造方法及び該液体吐
出ヘッドが搭載されたヘッドカートリッジおよび液体吐
出装置を提供することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための
吐出口と、該吐出口に前記液体を供給するために前記吐
出口に連通された液流路と、該液流路に充填された前記
液体に気泡を発生させるための発熱体が備えられた基板
と、前記吐出口側を自由端とし、前記基板の前記発熱体
に対面する位置に前記基板との間に間隙をおいて設けら
れる可動部と、前記基板に支持固定される支持固定部
と、前記可動部の該支持固定部近傍に設けられる支持部
とを有する可動部材とを少なくとも有し、前記気泡が発
生されることにより生じる圧力によって、前記可動部材
の自由端が前記可動部材の支点部を中心として前記吐出
口側に変位されることにより、前記液体を前記吐出口か
ら吐出させる液体吐出ヘッドであって、前記可動部材
は、シリコン系の材料で形成され、かつ、前記間隙を形
成する屈曲部を有しているとともに前記支点部は曲面形
状を有していることを特徴とする。
め、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための
吐出口と、該吐出口に前記液体を供給するために前記吐
出口に連通された液流路と、該液流路に充填された前記
液体に気泡を発生させるための発熱体が備えられた基板
と、前記吐出口側を自由端とし、前記基板の前記発熱体
に対面する位置に前記基板との間に間隙をおいて設けら
れる可動部と、前記基板に支持固定される支持固定部
と、前記可動部の該支持固定部近傍に設けられる支持部
とを有する可動部材とを少なくとも有し、前記気泡が発
生されることにより生じる圧力によって、前記可動部材
の自由端が前記可動部材の支点部を中心として前記吐出
口側に変位されることにより、前記液体を前記吐出口か
ら吐出させる液体吐出ヘッドであって、前記可動部材
は、シリコン系の材料で形成され、かつ、前記間隙を形
成する屈曲部を有しているとともに前記支点部は曲面形
状を有していることを特徴とする。
【００２１】これにより、従来のように台座を用いる構
成とする必要がなくなるため、液室の容積の確保が容易
になり、インク供給特性が向上される。また、可動部材
がシリコン系の材料で構成されるとともに可動部材の支
点部を曲面形状とすることにより、可動部材の機械的な
耐久性が向上され、ひいては液体吐出ヘッドの信頼性が
向上される。
成とする必要がなくなるため、液室の容積の確保が容易
になり、インク供給特性が向上される。また、可動部材
がシリコン系の材料で構成されるとともに可動部材の支
点部を曲面形状とすることにより、可動部材の機械的な
耐久性が向上され、ひいては液体吐出ヘッドの信頼性が
向上される。
【００２２】また、前記可動部材の材料は、窒化シリコ
ンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンである構成と
することにより、液体吐出ヘッドの他の構成がシリコン
等の半導体材料で形成されている場合には、液体吐出ヘ
ッド全体を半導体プロセスで形成することが可能である
ので、液体吐出ヘッドの製造工程が簡略化される。
ンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンである構成と
することにより、液体吐出ヘッドの他の構成がシリコン
等の半導体材料で形成されている場合には、液体吐出ヘ
ッド全体を半導体プロセスで形成することが可能である
ので、液体吐出ヘッドの製造工程が簡略化される。
【００２３】さらに、前記可動部材は、支点部の内側に
曲面形状を有している構成としてもよく、さらには、前
記可動部材は、支点部の外側に曲面形状を有している構
成としてもよい。
曲面形状を有している構成としてもよく、さらには、前
記可動部材は、支点部の外側に曲面形状を有している構
成としてもよい。
【００２４】また、前記基板は前記発熱体上に無機絶縁
保護層を有している構成としてもよい。
保護層を有している構成としてもよい。
【００２５】さらに、前記基板の表面には耐キャビテー
ション層が設けられている構成としてもよい。
ション層が設けられている構成としてもよい。
【００２６】また、前記可動部材の支持固定部と前記基
板との間に、密着層が設けられている構成とすることに
より、可動部材の支持固定部と基板との接合強度が増
し、可動部材の機械的な耐久性が一層向上される。
板との間に、密着層が設けられている構成とすることに
より、可動部材の支持固定部と基板との接合強度が増
し、可動部材の機械的な耐久性が一層向上される。
【００２７】さらに、前記密着層の材料にはタンタルが
含まれている構成とすることが好ましく、さらには、前
記密着層の材料は五酸化タンタルである構成とすること
が好ましい。
含まれている構成とすることが好ましく、さらには、前
記密着層の材料は五酸化タンタルである構成とすること
が好ましい。
【００２８】また、前記可動部材は、定常状態において
流路の基板と対面する面に対しても間隙を有する構成と
することが好ましい。
流路の基板と対面する面に対しても間隙を有する構成と
することが好ましい。
【００２９】さらに、前記基板と前記可動部材との間隙
は１〜２０μｍである構成とすることが好ましく、さら
には、前記基板と前記可動部材との間隙は１〜１０μｍ
である構成とすることが好ましい。
は１〜２０μｍである構成とすることが好ましく、さら
には、前記基板と前記可動部材との間隙は１〜１０μｍ
である構成とすることが好ましい。
【００３０】また、前記可動部材の厚みは１〜５μｍで
ある構成とすることが好ましい。
ある構成とすることが好ましい。
【００３１】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液
体を吐出するための吐出口と、該吐出口に前記液体を供
給するために前記吐出口に連通された液流路と、該液流
路に充填された前記液体に気泡を発生させるための発熱
体が備えられた基板と、前記吐出口側を自由端とし、前
記基板の前記発熱体に対面する位置に前記基板との間に
間隙をおいて設けられる可動部と、前記基板に支持固定
される支持固定部と、前記可動部の該支持固定部近傍に
設けられる支持部とを有する可動部材とを備え、前記気
泡が発生されることにより生じる圧力によって、前記可
動部材の自由端が前記可動部材の前記基板との支持固定
部付近に構成された支点部を中心として前記吐出口側に
変位されることにより、前記液体を前記吐出口から吐出
させる液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記基板の
上に前記間隙を形成するための間隙形成部材を形成する
工程と、前記基板および前記間隙形成部材の上に、前記
可動部材をなすシリコン系の材料からなる可動部材用基
材層を成膜する工程と、前記可動部材用基材層をパター
ニングして前記可動部材を形成する工程と、前記間隙形
成部材を除去する工程とを有し、前記基板および前記間
隙形成部材の上に、前記可動部材をなす可動部材用基材
層を形成する工程の前には、前記間隙形成部材の、前記
可動部材の支点部を形成する部分を曲面形状に形成する
工程を有することを特徴とする。
体を吐出するための吐出口と、該吐出口に前記液体を供
給するために前記吐出口に連通された液流路と、該液流
路に充填された前記液体に気泡を発生させるための発熱
体が備えられた基板と、前記吐出口側を自由端とし、前
記基板の前記発熱体に対面する位置に前記基板との間に
間隙をおいて設けられる可動部と、前記基板に支持固定
される支持固定部と、前記可動部の該支持固定部近傍に
設けられる支持部とを有する可動部材とを備え、前記気
泡が発生されることにより生じる圧力によって、前記可
動部材の自由端が前記可動部材の前記基板との支持固定
部付近に構成された支点部を中心として前記吐出口側に
変位されることにより、前記液体を前記吐出口から吐出
させる液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記基板の
上に前記間隙を形成するための間隙形成部材を形成する
工程と、前記基板および前記間隙形成部材の上に、前記
可動部材をなすシリコン系の材料からなる可動部材用基
材層を成膜する工程と、前記可動部材用基材層をパター
ニングして前記可動部材を形成する工程と、前記間隙形
成部材を除去する工程とを有し、前記基板および前記間
隙形成部材の上に、前記可動部材をなす可動部材用基材
層を形成する工程の前には、前記間隙形成部材の、前記
可動部材の支点部を形成する部分を曲面形状に形成する
工程を有することを特徴とする。
【００３２】これにより、可動部材が支点部を中心とし
て吐出口側に変位されたときに支点部にかかる負荷が分
散されることにより、可動部材の機械的な耐久性が向上
される液体吐出ヘッドが製造される。
て吐出口側に変位されたときに支点部にかかる負荷が分
散されることにより、可動部材の機械的な耐久性が向上
される液体吐出ヘッドが製造される。
【００３３】また、前記間隙形成部材の、前記可動部材
の支点部を形成する部分を曲面形状に形成する工程は、
前記間隙形成部材の上に前記間隙形成部材をパターニン
グするためのレジストを形成する工程と、前記間隙形成
部材の前記レジストが覆われていない部分をエッチング
により除去する工程とを有する構成とすることが好まし
い。
の支点部を形成する部分を曲面形状に形成する工程は、
前記間隙形成部材の上に前記間隙形成部材をパターニン
グするためのレジストを形成する工程と、前記間隙形成
部材の前記レジストが覆われていない部分をエッチング
により除去する工程とを有する構成とすることが好まし
い。
【００３４】さらに、前記間隙形成部材と前記レジスト
との密着性を、前記間隙形成部材と前記基板との密着性
よりも弱く設定することにより、間隙形成部材とレジス
トとの接合面でのエッチング進行速度の方が、間隙形成
部材と基板との接合面のそれよりも速くなるため、間隙
形成部材の端部に凹型曲面状の斜面が形成される。
との密着性を、前記間隙形成部材と前記基板との密着性
よりも弱く設定することにより、間隙形成部材とレジス
トとの接合面でのエッチング進行速度の方が、間隙形成
部材と基板との接合面のそれよりも速くなるため、間隙
形成部材の端部に凹型曲面状の斜面が形成される。
【００３５】さらには、前記レジストの材料として前記
間隙形成部材とのエッチングの選択比が略１：１である
材料を用いる構成とすることにより、間隙形成部材が厚
み方向にエッチングされるのと同時に、レジストおよび
間隙形成部材がサイドエッチされるので、間隙形成部材
の端部が滑らかな曲面状になる。
間隙形成部材とのエッチングの選択比が略１：１である
材料を用いる構成とすることにより、間隙形成部材が厚
み方向にエッチングされるのと同時に、レジストおよび
間隙形成部材がサイドエッチされるので、間隙形成部材
の端部が滑らかな曲面状になる。
【００３６】また、前記間隙形成部材の、前記可動部材
の支点部を形成する部分を曲面形状に形成する工程の後
には、前記間隙形成部材の表面と前記可動部材の支点部
を形成する部分との境界に形成される角部を除去するた
めの工程を有する構成とすることにより、可動部材の支
点部がより滑らかな曲面形状となるので、可動部材の支
点部にかかる負荷がさらに分散されるため、可動部材の
機械的な耐久性が一層向上される。
の支点部を形成する部分を曲面形状に形成する工程の後
には、前記間隙形成部材の表面と前記可動部材の支点部
を形成する部分との境界に形成される角部を除去するた
めの工程を有する構成とすることにより、可動部材の支
点部がより滑らかな曲面形状となるので、可動部材の支
点部にかかる負荷がさらに分散されるため、可動部材の
機械的な耐久性が一層向上される。
【００３７】さらに、前記間隙形成部材の表面と前記可
動部材の支点部を形成する部分との境界に形成される角
部を除去するための工程は、前記間隙形成部剤の角部を
融解するための熱処理を行う工程からなる構成とするこ
とが好ましい。
動部材の支点部を形成する部分との境界に形成される角
部を除去するための工程は、前記間隙形成部剤の角部を
融解するための熱処理を行う工程からなる構成とするこ
とが好ましい。
【００３８】さらには、前記間隙形成部材の材料には、
露光および現像処理が行われると端部に凸型曲面状の斜
面が形成される特徴を有する高耐熱性レジストを用いる
構成としてもよい。
露光および現像処理が行われると端部に凸型曲面状の斜
面が形成される特徴を有する高耐熱性レジストを用いる
構成としてもよい。
【００３９】また、前記可動部材の材料に、窒化シリコ
ンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンを用いる構成
とすることにより、液体吐出ヘッドの他の構成がシリコ
ン等の半導体材料で形成されている場合には、液体吐出
ヘッド全体を半導体プロセスで形成することが可能であ
るので、液体吐出ヘッドの製造工程が簡略化される。
ンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンを用いる構成
とすることにより、液体吐出ヘッドの他の構成がシリコ
ン等の半導体材料で形成されている場合には、液体吐出
ヘッド全体を半導体プロセスで形成することが可能であ
るので、液体吐出ヘッドの製造工程が簡略化される。
【００４０】また、前記基板の上に前記間隙を形成する
ための間隙形成部材を形成する工程の前に、密着層を形
成する工程を有する構成とすることにより、可動部材の
支持固定部と基板との接続強度が増し、可動部材の機械
的な耐久性が一層向上される液体吐出ヘッドが製造され
る。
ための間隙形成部材を形成する工程の前に、密着層を形
成する工程を有する構成とすることにより、可動部材の
支持固定部と基板との接続強度が増し、可動部材の機械
的な耐久性が一層向上される液体吐出ヘッドが製造され
る。
【００４１】本発明のヘッドカートリッジは、上記本発
明の液体吐出ヘッドと、該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。
明の液体吐出ヘッドと、該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。
【００４２】本発明の液体吐出装置は、上記本発明の液
体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから液体を吐出させ
るための駆動信号を供給する駆動信号供給手段とを有す
る。
体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから液体を吐出させ
るための駆動信号を供給する駆動信号供給手段とを有す
る。
【００４３】また、本発明の液体吐出装置は、上記本発
明の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから液体を吐
出された液体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体
搬送手段とを有する構成であってもよい。
明の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから液体を吐
出された液体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体
搬送手段とを有する構成であってもよい。
【００４４】さらに、本発明の液体吐出装置は、前記液
体吐出ヘッドからインクを吐出し、被記録媒体に前記イ
ンクを付着させることで記録を行う構成とすることが好
ましい。
体吐出ヘッドからインクを吐出し、被記録媒体に前記イ
ンクを付着させることで記録を行う構成とすることが好
ましい。
【００４５】
【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。
図面を参照して説明する。
【００４６】図１は、本発明の液体吐出ヘッドの一実施
形態の基本的な構造を説明するための、液流路方向に沿
った断面図である。
形態の基本的な構造を説明するための、液流路方向に沿
った断面図である。
【００４７】図１に示すように、この液体吐出ヘッド
は、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与え
る複数個（図１では１つのみ示す）の発熱体２が並列に
設けられた素子基板１と、この素子基板１上に接合され
た天板３と、素子基板１および天板３の前端面に接合さ
れたオリフィスプレート４とを有する。
は、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与え
る複数個（図１では１つのみ示す）の発熱体２が並列に
設けられた素子基板１と、この素子基板１上に接合され
た天板３と、素子基板１および天板３の前端面に接合さ
れたオリフィスプレート４とを有する。
【００４８】素子基板１は、シリコン等の基体上に絶縁
および蓄熱を目的とした酸化シリコン膜または窒化シリ
コン膜を成膜し、その上に、発熱体２を構成する電気抵
抗層および配線電極をパターニングしたものである。こ
の配線電極から電気抵抗層に電圧を印加し、電気抵抗層
に電流を流すことで発熱体２が発熱する。
および蓄熱を目的とした酸化シリコン膜または窒化シリ
コン膜を成膜し、その上に、発熱体２を構成する電気抵
抗層および配線電極をパターニングしたものである。こ
の配線電極から電気抵抗層に電圧を印加し、電気抵抗層
に電流を流すことで発熱体２が発熱する。
【００４９】天板３は、各発熱体２に対応した複数の液
流路７および各液流路７に液体を供給するための共通液
室８を構成するためのもので、天井部分から各発熱体２
の間に延びる流路側壁９が一体的に設けられている。天
板３はシリコン系の材料で構成され、液流路７および共
通液室９のパターンをエッチングで形成したり、シリコ
ン基板上にＣＶＤ等の公知の成膜方法により窒化シリコ
ン、酸化シリコン等の流路側壁９となる材料を推積した
後、液流路７の部分をエッチングして形成することがで
きる。
流路７および各液流路７に液体を供給するための共通液
室８を構成するためのもので、天井部分から各発熱体２
の間に延びる流路側壁９が一体的に設けられている。天
板３はシリコン系の材料で構成され、液流路７および共
通液室９のパターンをエッチングで形成したり、シリコ
ン基板上にＣＶＤ等の公知の成膜方法により窒化シリコ
ン、酸化シリコン等の流路側壁９となる材料を推積した
後、液流路７の部分をエッチングして形成することがで
きる。
【００５０】オリフィスプレート４には、各液流路７に
対応しそれぞれ液流路７を介して共通液室８に連通する
複数の吐出口５が形成されている。オリフィスプレート
４もシリコン系の材料からなるものであり、例えば、吐
出口５を形成したシリコン基板を１０〜１５０μｍ程度
の厚さに削ることにより形成される。なお、オリフィス
プレート４は本発明には必ずしも必要な構成ではなく、
オリフィスプレート４を設ける代わりに、天板３に液流
路７を形成する際に天板３の先端面にオリフィスプレー
ト４の厚さ相当の壁を残し、この部分に吐出口５を形成
することで、吐出口付きの天板とすることもできる。
対応しそれぞれ液流路７を介して共通液室８に連通する
複数の吐出口５が形成されている。オリフィスプレート
４もシリコン系の材料からなるものであり、例えば、吐
出口５を形成したシリコン基板を１０〜１５０μｍ程度
の厚さに削ることにより形成される。なお、オリフィス
プレート４は本発明には必ずしも必要な構成ではなく、
オリフィスプレート４を設ける代わりに、天板３に液流
路７を形成する際に天板３の先端面にオリフィスプレー
ト４の厚さ相当の壁を残し、この部分に吐出口５を形成
することで、吐出口付きの天板とすることもできる。
【００５１】さらに、この液体吐出ヘッドには、発熱体
２に対面して配置され、素子基板１に直接固定された片
持梁状の可動部材６が設けられている。この可動部材６
は屈曲部を有し、この屈曲部により可動部材６の可動部
分が基板に対して所定の間隙を有するようになってい
る。可動部材６をこのような形状とすることによって、
可動部材６の固定を強固に行うことができるとともに、
間隙を形成するために台座を用いることがなくなるた
め、従来台座が占めていた空間をも液室の一部とするこ
とができ液室の容積の確保を容易に行うことができる。
２に対面して配置され、素子基板１に直接固定された片
持梁状の可動部材６が設けられている。この可動部材６
は屈曲部を有し、この屈曲部により可動部材６の可動部
分が基板に対して所定の間隙を有するようになってい
る。可動部材６をこのような形状とすることによって、
可動部材６の固定を強固に行うことができるとともに、
間隙を形成するために台座を用いることがなくなるた
め、従来台座が占めていた空間をも液室の一部とするこ
とができ液室の容積の確保を容易に行うことができる。
【００５２】また、可動部材６を上記構成にする場合に
は、従来の構成よりも可動部材６の強度を必要とするた
め、本発明では可動部材６を窒化シリコンや酸化シリコ
ン等のシリコン系の材料等で形成された薄膜で構成して
いる。これら材料は従来の可動部材６の材料として用い
られているニッケルよりも強度に優れているとともに基
板の表面に設けられる無機絶縁保護層１５（図２参照）
との密着性に優れているため、上記構成において安定し
た性能を発揮することができる。また、基板１の表面に
Ｔａからなるような耐キャビテーション層１６（図２参
照）が設けられている場合には、基板１の可動部材６と
の接合部分の耐キャビテーション層１６を除去したり、
可動部材６の支持固定部と基板１との間に密着層２３
（図８参照）を設けることによって、可動部材６と基板
１との密着性を向上させることができる。さらに、上記
材料は、水素イオン指数（ｐＨ）の高い液体に対する耐
食性も良好である。
は、従来の構成よりも可動部材６の強度を必要とするた
め、本発明では可動部材６を窒化シリコンや酸化シリコ
ン等のシリコン系の材料等で形成された薄膜で構成して
いる。これら材料は従来の可動部材６の材料として用い
られているニッケルよりも強度に優れているとともに基
板の表面に設けられる無機絶縁保護層１５（図２参照）
との密着性に優れているため、上記構成において安定し
た性能を発揮することができる。また、基板１の表面に
Ｔａからなるような耐キャビテーション層１６（図２参
照）が設けられている場合には、基板１の可動部材６と
の接合部分の耐キャビテーション層１６を除去したり、
可動部材６の支持固定部と基板１との間に密着層２３
（図８参照）を設けることによって、可動部材６と基板
１との密着性を向上させることができる。さらに、上記
材料は、水素イオン指数（ｐＨ）の高い液体に対する耐
食性も良好である。
【００５３】また、この可動部材６は、液体の吐出動作
によって共通液室８から可動部材６の上方を経て吐出口
５側ヘ流れる大きな流れの上流側において素子基板１に
支持固定され、可動部分の屈曲部近傍に支点６ａが構成
されている。さらに、この支点６ａに対して下流側に自
由端６ｂを持つように、発熱体２に面した位置に発熱体
２の少なくとも一部を覆うような状態で発熱体２から所
定の距離を隔てて配されている。ここで、本発明の可動
部材６は、屈曲部を有していることから支点部分にかか
る負荷が従来の形状よりも大きくなるため、可動部材６
の耐久性をより向上させる目的で支点６ａ部分に曲面部
を有する構成としている。また、この発熱体２と可動部
材６との間が気泡発生領域１０となる。なお、基板１と
可動部材６との間隙は１〜２０μｍが好ましく、より好
ましくは１〜１０μｍである。このようにすることによ
り、可動部材６によって気泡のエネルギーをより効率的
に制御することができるとともに、可動部材６の動作安
定性を向上させることができる。また、可動部材５の厚
みとしては５μｍ程度までに抑えることにより、可動部
材６の動作追従性を増すことができる。
によって共通液室８から可動部材６の上方を経て吐出口
５側ヘ流れる大きな流れの上流側において素子基板１に
支持固定され、可動部分の屈曲部近傍に支点６ａが構成
されている。さらに、この支点６ａに対して下流側に自
由端６ｂを持つように、発熱体２に面した位置に発熱体
２の少なくとも一部を覆うような状態で発熱体２から所
定の距離を隔てて配されている。ここで、本発明の可動
部材６は、屈曲部を有していることから支点部分にかか
る負荷が従来の形状よりも大きくなるため、可動部材６
の耐久性をより向上させる目的で支点６ａ部分に曲面部
を有する構成としている。また、この発熱体２と可動部
材６との間が気泡発生領域１０となる。なお、基板１と
可動部材６との間隙は１〜２０μｍが好ましく、より好
ましくは１〜１０μｍである。このようにすることによ
り、可動部材６によって気泡のエネルギーをより効率的
に制御することができるとともに、可動部材６の動作安
定性を向上させることができる。また、可動部材５の厚
みとしては５μｍ程度までに抑えることにより、可動部
材６の動作追従性を増すことができる。
【００５４】上記構成に基づき、発熱体２を発熱させる
と、可動部材６と発熱体２との間の気泡発生領域１０の
液体に熱が作用し、これにより発熱体２上に膜沸騰現象
に基づく気泡が発生し、成長する。この気泡の成長に伴
う圧力は可動部材６に優先的に作用し、可動部材６の自
由端６ｂは図１に破線で示されるように、支点６ａを中
心に吐出口５側（定常状態における前記可動部材と、流
路の基板に対面する面との間に設けられた間隙）に大き
く開くように変位する。可動部材６の変位もしくは変位
した状態によって、気泡の発生に基づく圧力の伝搬や気
泡自身の成長が吐出口５側に導かれ、吐出口５から液体
が吐出する。
と、可動部材６と発熱体２との間の気泡発生領域１０の
液体に熱が作用し、これにより発熱体２上に膜沸騰現象
に基づく気泡が発生し、成長する。この気泡の成長に伴
う圧力は可動部材６に優先的に作用し、可動部材６の自
由端６ｂは図１に破線で示されるように、支点６ａを中
心に吐出口５側（定常状態における前記可動部材と、流
路の基板に対面する面との間に設けられた間隙）に大き
く開くように変位する。可動部材６の変位もしくは変位
した状態によって、気泡の発生に基づく圧力の伝搬や気
泡自身の成長が吐出口５側に導かれ、吐出口５から液体
が吐出する。
【００５５】つまり、気泡発生領域１０上に、液流路７
内の液体の流れの上流側（共通液室８側）に支点６ａを
持ち下流側（吐出口５側）に自由端６ｂを持つ可動部材
６を設けることによって、気泡の圧力伝搬方向が下流側
ヘ導かれ、気泡の圧力が直接的に効率よく吐出に寄与す
ることになる。そして、気泡の成長方向自体も圧力伝搬
方向と同様に下流方向に導かれ、上流より下流で大きく
成長する。このように、気泡の成長方向自体を可動部材
によって制御し、気泡の圧力伝搬方向を制御すること
で、吐出効率や吐出力または吐出速度等の根本的な吐出
特性を向上させることができる。
内の液体の流れの上流側（共通液室８側）に支点６ａを
持ち下流側（吐出口５側）に自由端６ｂを持つ可動部材
６を設けることによって、気泡の圧力伝搬方向が下流側
ヘ導かれ、気泡の圧力が直接的に効率よく吐出に寄与す
ることになる。そして、気泡の成長方向自体も圧力伝搬
方向と同様に下流方向に導かれ、上流より下流で大きく
成長する。このように、気泡の成長方向自体を可動部材
によって制御し、気泡の圧力伝搬方向を制御すること
で、吐出効率や吐出力または吐出速度等の根本的な吐出
特性を向上させることができる。
【００５６】一方、気泡が消泡工程に入ると、可動部材
６の弾性力との相乗効果で気泡は急速に消泡し、可動部
材６も最終的には図１に実線で示した初期位置に復帰す
る。このとき、気泡発生領域１０での気泡の収縮体積を
補うため、また、吐出された液体の体積分を補うため
に、上流側すなわち共通液室８側から液体が流れ込み、
液流路７ヘの液体の充填（リフィル）が行われるが、こ
の液体のリフィルは、可動部材６の復帰作用に伴って効
率よく合理的かつ安定して行われる。
６の弾性力との相乗効果で気泡は急速に消泡し、可動部
材６も最終的には図１に実線で示した初期位置に復帰す
る。このとき、気泡発生領域１０での気泡の収縮体積を
補うため、また、吐出された液体の体積分を補うため
に、上流側すなわち共通液室８側から液体が流れ込み、
液流路７ヘの液体の充填（リフィル）が行われるが、こ
の液体のリフィルは、可動部材６の復帰作用に伴って効
率よく合理的かつ安定して行われる。
【００５７】上記説明したように、本実施形態の可動部
材６は支点６ａの部分に曲面部を有しているので、可動
部材６が図１に破線で示すように開いたときに支点６ａ
にかかる負荷が分散される。そのため、可動部材６の機
械的な耐久性が増し、ひいては液体吐出ヘッドの信頼性
が向上される。
材６は支点６ａの部分に曲面部を有しているので、可動
部材６が図１に破線で示すように開いたときに支点６ａ
にかかる負荷が分散される。そのため、可動部材６の機
械的な耐久性が増し、ひいては液体吐出ヘッドの信頼性
が向上される。
【００５８】ここで、図１に示した液体吐出ヘッドにお
ける素子基板の詳細な構成について、図２を参照して説
明する。
ける素子基板の詳細な構成について、図２を参照して説
明する。
【００５９】図２は図１に示した液体吐出ヘッドの断面
図であり、図２（ａ）は後述する保護膜がある液体吐出
ヘッドを示す図、図２（ｂ）は保護膜がない液体吐出ヘ
ッドを示す図である。
図であり、図２（ａ）は後述する保護膜がある液体吐出
ヘッドを示す図、図２（ｂ）は保護膜がない液体吐出ヘ
ッドを示す図である。
【００６０】図２に示すように、素子基板１上には可動
部材６が設けられており、天板３と可動部材６との間に
は液流路７が構成されている。
部材６が設けられており、天板３と可動部材６との間に
は液流路７が構成されている。
【００６１】素子基板１は、シリコン等からなる基体１
１上に、絶縁および蓄熱を目的とした酸化シリコンまた
は窒化シリコンからなるシリコン膜１２が成膜されてお
り、その上に０．０１〜０．２μｍ厚の発熱体を構成す
るハフニュウムボライド（ＨｆＢ2）、窒化タンタル
（ＴａＮ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等からなる電
気抵抗層１３と、０．２〜１．０μｍ厚のアルミニウム
等からなる配線電極１４とがパターニングされている。
発熱体２は、配線電極１４から電気抵抗層１３に電圧を
印加し、電気抵抗層１３に電流を流すことにより発熱さ
れる。配線電極１４間の電気抵抗層１３（すなわち発熱
体２）の上には、酸化シリコンや窒化シリコン等からな
る無機絶縁保護層１５が０．１〜０．２μｍ厚で形成さ
れ、さらにその上に、０．１〜０．６μｍ厚のタンタル
等からなる耐キャビテーション層１６が成膜されてお
り、インク等各種の液体から電気抵抗層１３を保護して
いる。
１上に、絶縁および蓄熱を目的とした酸化シリコンまた
は窒化シリコンからなるシリコン膜１２が成膜されてお
り、その上に０．０１〜０．２μｍ厚の発熱体を構成す
るハフニュウムボライド（ＨｆＢ2）、窒化タンタル
（ＴａＮ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等からなる電
気抵抗層１３と、０．２〜１．０μｍ厚のアルミニウム
等からなる配線電極１４とがパターニングされている。
発熱体２は、配線電極１４から電気抵抗層１３に電圧を
印加し、電気抵抗層１３に電流を流すことにより発熱さ
れる。配線電極１４間の電気抵抗層１３（すなわち発熱
体２）の上には、酸化シリコンや窒化シリコン等からな
る無機絶縁保護層１５が０．１〜０．２μｍ厚で形成さ
れ、さらにその上に、０．１〜０．６μｍ厚のタンタル
等からなる耐キャビテーション層１６が成膜されてお
り、インク等各種の液体から電気抵抗層１３を保護して
いる。
【００６２】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、耐キャビテーション層１６の
材料としては金属材料のタンタル（Ｔａ）等が用いられ
る。
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、耐キャビテーション層１６の
材料としては金属材料のタンタル（Ｔａ）等が用いられ
る。
【００６３】また、液体、液流路構成、抵抗材料の組み
合わせによっては上述の保護層１５を必要としない構成
でもよく、その例を図２（ｂ）に示す。
合わせによっては上述の保護層１５を必要としない構成
でもよく、その例を図２（ｂ）に示す。
【００６４】このような保護層を必要としない抵抗層の
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。特に、発泡に用いられる気泡発生領域１
０における液体を、液流路７の吐出液と分離して発泡に
適したものとする場合には、このように保護層がない場
合であっても何ら支障がない。
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。特に、発泡に用いられる気泡発生領域１
０における液体を、液流路７の吐出液と分離して発泡に
適したものとする場合には、このように保護層がない場
合であっても何ら支障がない。
【００６５】このように、上述した実施の形態における
発熱体２の構成としては、配線電極１４間の電気抵抗層
１３（発熱部）だけでもよく、また電気抵抗層１３を保
護する保護層を含むものでもよい。
発熱体２の構成としては、配線電極１４間の電気抵抗層
１３（発熱部）だけでもよく、また電気抵抗層１３を保
護する保護層を含むものでもよい。
【００６６】本実施形態においては、発熱体２として、
電気信号に応じて発熱する抵抗層で構成された発熱部を
有するものを用いたが、本発明は、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気泡発生領
域の発泡液に生じさせるものであればよい。例えば、発
熱部として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。
電気信号に応じて発熱する抵抗層で構成された発熱部を
有するものを用いたが、本発明は、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気泡発生領
域の発泡液に生じさせるものであればよい。例えば、発
熱部として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。
【００６７】なお、前述の素子基板１には、発熱部を構
成する電気抵抗層１３と、この電気抵抗層１３に電気信
号を供給するための配線電極１４とで構成される電気熱
変換体の他に、この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。
成する電気抵抗層１３と、この電気抵抗層１３に電気信
号を供給するための配線電極１４とで構成される電気熱
変換体の他に、この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。
【００６８】また、上述したような素子基板１に設けら
れている電気熱変換体の発熱部を駆動し、液体を吐出す
るためには、電気抵抗層１３に配線電極１４を介して矩
形パルスを印加し、配線電極１４間の電気抵抗層１３を
急峻に発熱させればよい。
れている電気熱変換体の発熱部を駆動し、液体を吐出す
るためには、電気抵抗層１３に配線電極１４を介して矩
形パルスを印加し、配線電極１４間の電気抵抗層１３を
急峻に発熱させればよい。
【００６９】図３は、図２に示した電気抵抗層に印加す
る電圧波形を示す図である。
る電圧波形を示す図である。
【００７０】上述した実施形態における液体吐出装置に
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、吐出口か
ら液体であるインクを吐出させた。しかしながら、本発
明における駆動信号の条件はこれに限られることなく、
液体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。
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、吐出口か
ら液体であるインクを吐出させた。しかしながら、本発
明における駆動信号の条件はこれに限られることなく、
液体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。
【００７１】次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの特徴
である可動部材の製造方法について、図４を参照して詳
しく説明する。図４は、図１等に示した液体吐出ヘッド
における可動部材の製造方法を示す断面図である。
である可動部材の製造方法について、図４を参照して詳
しく説明する。図４は、図１等に示した液体吐出ヘッド
における可動部材の製造方法を示す断面図である。
【００７２】まず、図４（ａ）に示すように、素子基板
１上にＣＶＤ法などによりＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−ｄｏ
ｐｅｄ Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓ
ｓ）膜１７を形成する。このＢＰＳＧ膜１７は、可動部
材と素子基板１との間に間隙（ギャップ）を形成するた
めの間隙形成部材として機能し、その膜厚は、最終的に
可動部材６と発熱体とのギャップに相当する。従って、
ＢＰＳＧ膜１７の膜厚は、１〜２０μｍの間で、可動部
材による液体吐出効果が液流路全体のバランス上、最も
顕著となる値に形成する。
１上にＣＶＤ法などによりＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−ｄｏ
ｐｅｄ Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓ
ｓ）膜１７を形成する。このＢＰＳＧ膜１７は、可動部
材と素子基板１との間に間隙（ギャップ）を形成するた
めの間隙形成部材として機能し、その膜厚は、最終的に
可動部材６と発熱体とのギャップに相当する。従って、
ＢＰＳＧ膜１７の膜厚は、１〜２０μｍの間で、可動部
材による液体吐出効果が液流路全体のバランス上、最も
顕著となる値に形成する。
【００７３】次に、ＢＰＳＧ膜１７をパターニングする
ためのレジスト１８をスピンコートなどにより塗布し
（図４（ｂ）参照）、露光・現像する（図４（ｃ）参
照）。これにより、可動部材の支点部分に相当する部分
のレジスト１８を除去する。ただし、レジスト１８の塗
布時において、ＢＰＳＧ膜１７とレジスト１８との密着
性を、素子基板１とＢＰＳＧ膜１７との密着性よりも意
図的に弱くしておく。
ためのレジスト１８をスピンコートなどにより塗布し
（図４（ｂ）参照）、露光・現像する（図４（ｃ）参
照）。これにより、可動部材の支点部分に相当する部分
のレジスト１８を除去する。ただし、レジスト１８の塗
布時において、ＢＰＳＧ膜１７とレジスト１８との密着
性を、素子基板１とＢＰＳＧ膜１７との密着性よりも意
図的に弱くしておく。
【００７４】これをバッファードフッ酸によるウェット
エッチング、あるいはドライエッチング等を行って、レ
ジスト１８で覆われていない部分のＢＰＳＧ膜１７を除
去する。この時、ＢＰＳＧ膜１７とレジスト１８との密
着性が弱められているためにＢＰＳＧ膜１７の端部で
は、ＢＰＳＧ膜１７とレジスト１８との接合面でのエッ
チング進行速度の方が、ＢＰＳＧ膜１７と素子基板１と
の接合面のそれよりも速くなるため、サイドエッチが進
み、結果としてＢＰＳＧ膜１７は図４（ｄ）に示すよう
に端部に凹型曲面状の斜面を持った形状になる。
エッチング、あるいはドライエッチング等を行って、レ
ジスト１８で覆われていない部分のＢＰＳＧ膜１７を除
去する。この時、ＢＰＳＧ膜１７とレジスト１８との密
着性が弱められているためにＢＰＳＧ膜１７の端部で
は、ＢＰＳＧ膜１７とレジスト１８との接合面でのエッ
チング進行速度の方が、ＢＰＳＧ膜１７と素子基板１と
の接合面のそれよりも速くなるため、サイドエッチが進
み、結果としてＢＰＳＧ膜１７は図４（ｄ）に示すよう
に端部に凹型曲面状の斜面を持った形状になる。
【００７５】次に、酸素プラズマによるプラズマアッシ
ング、あるいはレジスト除去剤に浸すことにより、残り
のレジスト１８を除去する（図４（ｅ）参照）。ＢＰＳ
Ｇ膜１７の上に、可動部材を形成する可動部材用基材部
であるＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）１９をプラズマＣＶ
Ｄ法等によって成膜（図４（ｆ）参照）し、パターニン
グする（図４（ｇ）参照）。
ング、あるいはレジスト除去剤に浸すことにより、残り
のレジスト１８を除去する（図４（ｅ）参照）。ＢＰＳ
Ｇ膜１７の上に、可動部材を形成する可動部材用基材部
であるＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）１９をプラズマＣＶ
Ｄ法等によって成膜（図４（ｆ）参照）し、パターニン
グする（図４（ｇ）参照）。
【００７６】最後に、バッファードフッ酸によるウェッ
トエッチングを行って、ＳｉＮ膜１９の下部に残ってい
るＢＰＳＧ膜１７を全て取り除くと、図４（ｈ）に示す
ように支点部分の外側に曲面部を有する可動部材６を形
成することができる。
トエッチングを行って、ＳｉＮ膜１９の下部に残ってい
るＢＰＳＧ膜１７を全て取り除くと、図４（ｈ）に示す
ように支点部分の外側に曲面部を有する可動部材６を形
成することができる。
【００７７】また、本実施形態では可動部材の材料が窒
化シリコンである場合について説明したが、成膜の材料
ガスを変えて炭化シリコン、あるいは酸化シリコンを用
いても同様に可動部材を形成することができる。このよ
うに、シリコン系の材料で可動部材６を形成することに
より、液体吐出ヘッドの他の構成がシリコン等の半導体
材料で形成されている場合には、液体吐出ヘッド全体を
半導体プロセスで形成することが可能となるので、液体
吐出ヘッドの製造工程を大幅に簡略化することができ
る。さらにめっきで可動部材を形成する場合には、した
びき層(導電層)が必要であるため可動部材を単層で薄く
形成することが難しかったが、本実施形態によれば容易
に形成することができる。
化シリコンである場合について説明したが、成膜の材料
ガスを変えて炭化シリコン、あるいは酸化シリコンを用
いても同様に可動部材を形成することができる。このよ
うに、シリコン系の材料で可動部材６を形成することに
より、液体吐出ヘッドの他の構成がシリコン等の半導体
材料で形成されている場合には、液体吐出ヘッド全体を
半導体プロセスで形成することが可能となるので、液体
吐出ヘッドの製造工程を大幅に簡略化することができ
る。さらにめっきで可動部材を形成する場合には、した
びき層(導電層)が必要であるため可動部材を単層で薄く
形成することが難しかったが、本実施形態によれば容易
に形成することができる。
【００７８】（液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に
係る第２の実施形態）図４（ｅ）に示したように、サイ
ドエッチングが行われたＢＰＳＧ膜１７のエッジ部の形
状は２次曲線状となっており、可動部材６の素子基板１
との固定部には滑らかな曲線が得られるものの、支点側
には角が残る。そのため、完成される可動部材は支点部
分にいまだ角部を有することとなるので、可動部材の機
械的耐久性の向上という目的に対してさらに向上させる
ことができる。
係る第２の実施形態）図４（ｅ）に示したように、サイ
ドエッチングが行われたＢＰＳＧ膜１７のエッジ部の形
状は２次曲線状となっており、可動部材６の素子基板１
との固定部には滑らかな曲線が得られるものの、支点側
には角が残る。そのため、完成される可動部材は支点部
分にいまだ角部を有することとなるので、可動部材の機
械的耐久性の向上という目的に対してさらに向上させる
ことができる。
【００７９】そこで、本実施形態における液体吐出ヘッ
ドの可動部材の製造方法では、可動部材の支点部分の内
側も滑らかな曲面に形成することを目的としている。
ドの可動部材の製造方法では、可動部材の支点部分の内
側も滑らかな曲面に形成することを目的としている。
【００８０】図５は、図１等に示した液体吐出ヘッドの
可動部材の製造方法に係る第２の実施形態を示す断面図
である。ここで、図５（ａ）〜（ｅ）に示す可動部材の
製造工程は図４（ａ）〜（ｅ）を参照して説明した製造
工程と同様であるので、詳細な説明は省略する。
可動部材の製造方法に係る第２の実施形態を示す断面図
である。ここで、図５（ａ）〜（ｅ）に示す可動部材の
製造工程は図４（ａ）〜（ｅ）を参照して説明した製造
工程と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００８１】本実施形態では、図５（ｅ）に示す状態の
ＢＰＳＧ膜１７に熱処理を加えることで、ＢＰＳＧ膜１
７の表面と曲面状の斜面との境界に形成される角部を滑
らかにする（図５（ｆ）参照）。続いて、ＢＰＳＧ膜１
７の上に可動部材となるＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）１
９を成膜し（図５（ｇ）参照）、パターニングを行う
（図５（ｈ）参照）。最後に、ＢＰＳＧ膜１７を除去す
ると、図５（ｉ）に示すように、素子基板１との固定部
および支点６ａ部分に滑らかな曲面部を持つ可動部材６
を形成することができる。
ＢＰＳＧ膜１７に熱処理を加えることで、ＢＰＳＧ膜１
７の表面と曲面状の斜面との境界に形成される角部を滑
らかにする（図５（ｆ）参照）。続いて、ＢＰＳＧ膜１
７の上に可動部材となるＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）１
９を成膜し（図５（ｇ）参照）、パターニングを行う
（図５（ｈ）参照）。最後に、ＢＰＳＧ膜１７を除去す
ると、図５（ｉ）に示すように、素子基板１との固定部
および支点６ａ部分に滑らかな曲面部を持つ可動部材６
を形成することができる。
【００８２】上記の製造方法によれば、可動部材６の支
点６ａがより滑らかな曲面形状となるので、可動部材６
の支点６ａにかかる負荷がさらに分散されるため、可動
部材６の機械的な耐久性が一層向上される。
点６ａがより滑らかな曲面形状となるので、可動部材６
の支点６ａにかかる負荷がさらに分散されるため、可動
部材６の機械的な耐久性が一層向上される。
【００８３】また、本実施例では可動部材の間隙形成部
材としてＢＰＳＧを用いたが、前記の角部を滑らかにす
るための熱処理を低温で行うために、ＢＰＳＧの代わり
に水ガラス等の低温で変形しやすい材料を用いても良
い。または、ＢＰＳＧを熱処理する代わりに、ドライあ
るいはウェットでのソフトエッチングを行って角部を滑
らかにすることもできる。
材としてＢＰＳＧを用いたが、前記の角部を滑らかにす
るための熱処理を低温で行うために、ＢＰＳＧの代わり
に水ガラス等の低温で変形しやすい材料を用いても良
い。または、ＢＰＳＧを熱処理する代わりに、ドライあ
るいはウェットでのソフトエッチングを行って角部を滑
らかにすることもできる。
【００８４】ソフトエッチングを行う場合には、レジス
ト１８の材料としてＢＰＳＧとの選択比（エッチングレ
ート）が約１：１の材料を用い、レジスト１８の厚さを
ＢＰＳＧ膜１７の膜厚とほぼ同等とする。これにより、
ＢＰＳＧ膜１７が膜厚方向にエッチングされるのと同時
に、レジスト１８およびＢＰＳＧ膜１７がサイドエッチ
されるので、ＢＰＳＧ膜１７の端部が滑らかな曲面状に
なる。
ト１８の材料としてＢＰＳＧとの選択比（エッチングレ
ート）が約１：１の材料を用い、レジスト１８の厚さを
ＢＰＳＧ膜１７の膜厚とほぼ同等とする。これにより、
ＢＰＳＧ膜１７が膜厚方向にエッチングされるのと同時
に、レジスト１８およびＢＰＳＧ膜１７がサイドエッチ
されるので、ＢＰＳＧ膜１７の端部が滑らかな曲面状に
なる。
【００８５】（液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に
係る第３の実施形態）図６は、図１等に示した液体吐出
ヘッドの可動部材の製造方法に係る第３の実施形態を示
す断面図である。
係る第３の実施形態）図６は、図１等に示した液体吐出
ヘッドの可動部材の製造方法に係る第３の実施形態を示
す断面図である。
【００８６】本実施形態では、まず、素子基板１上に高
耐熱性レジスト２０をスピンコートなどにより塗布する
（図６（ａ）参照）。次に、高耐熱性レジスト２０を露
光・現像して、可動部材の固定部に相当する部分の高耐
熱性レジスト２０を除去する。この高耐熱性レジスト２
０を露光・現像したときの特徴として、高耐熱性レジス
ト２０の端部の形状は図６（ｂ）に示すように、凸型曲
面状の斜面を持った滑らかな形状となる。従って、素子
基板１および高耐熱性レジスト２０の上に可動部材とな
るＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）１９をＣＶＤによる低温
成膜などの方法によって成膜し（図６（ｃ）参照）、パ
ターニングを行った後（図６（ｄ）参照）、ウェット処
理により高耐熱性レジスト２０を除去すると、図６
（ｅ）に示すように、支点６ａ部分に滑らかな曲面部が
形成された可動部材６を形成することができる。
耐熱性レジスト２０をスピンコートなどにより塗布する
（図６（ａ）参照）。次に、高耐熱性レジスト２０を露
光・現像して、可動部材の固定部に相当する部分の高耐
熱性レジスト２０を除去する。この高耐熱性レジスト２
０を露光・現像したときの特徴として、高耐熱性レジス
ト２０の端部の形状は図６（ｂ）に示すように、凸型曲
面状の斜面を持った滑らかな形状となる。従って、素子
基板１および高耐熱性レジスト２０の上に可動部材とな
るＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）１９をＣＶＤによる低温
成膜などの方法によって成膜し（図６（ｃ）参照）、パ
ターニングを行った後（図６（ｄ）参照）、ウェット処
理により高耐熱性レジスト２０を除去すると、図６
（ｅ）に示すように、支点６ａ部分に滑らかな曲面部が
形成された可動部材６を形成することができる。
【００８７】なお、高耐熱性レジスト２０は、ＳｉＮ膜
１９を成膜する際に変形、変質しないことが必要であ
る。例えば、ＳｉＮ膜１９の成膜が３５０℃程度で行わ
れる場合、高耐熱性レジスト２０は４００℃程度の耐熱
性を有する必要がある。この場合、高耐熱性レジスト２
０の材料には、例えばポリイミド系の材料を用いること
が好ましい。
１９を成膜する際に変形、変質しないことが必要であ
る。例えば、ＳｉＮ膜１９の成膜が３５０℃程度で行わ
れる場合、高耐熱性レジスト２０は４００℃程度の耐熱
性を有する必要がある。この場合、高耐熱性レジスト２
０の材料には、例えばポリイミド系の材料を用いること
が好ましい。
【００８８】（液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に
係る第４の実施形態）図７は、図１等に示した液体吐出
ヘッドの可動部材の製造方法に係る第４の実施形態を示
す断面図である。
係る第４の実施形態）図７は、図１等に示した液体吐出
ヘッドの可動部材の製造方法に係る第４の実施形態を示
す断面図である。
【００８９】本実施形態は、素子基板と可動部材の間隙
形成部材をメッキによって形成していることを特徴とし
ている。
形成部材をメッキによって形成していることを特徴とし
ている。
【００９０】まず、素子基板１上に間隙形成部材をメッ
キ成形するための電極２１を成膜し、パターニングを行
う（図７（ａ）参照）。次に、電極２１の周囲にニッケ
ル等からなる金属を成長させ、メッキ２２を形成する。
メッキ２２の場合、膜成長の方向が等方性であるので、
図７（ｂ）に示すように、電極２１の端部におけるメッ
キ２２は曲面部を持った滑らかな形状となる。
キ成形するための電極２１を成膜し、パターニングを行
う（図７（ａ）参照）。次に、電極２１の周囲にニッケ
ル等からなる金属を成長させ、メッキ２２を形成する。
メッキ２２の場合、膜成長の方向が等方性であるので、
図７（ｂ）に示すように、電極２１の端部におけるメッ
キ２２は曲面部を持った滑らかな形状となる。
【００９１】続いて、メッキ２２および素子基板１の上
に可動部材となるＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）１９を成
膜し（図７（ｃ）参照）、パターニングを行う（図７
（ｄ）参照）。最後に、ウェット処理によってメッキ２
２および電極２１を取り除くと、図７（ｅ）に示すよう
に、支点６ａの部分に曲面部を持った可動部材６を形成
することが出来る。
に可動部材となるＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）１９を成
膜し（図７（ｃ）参照）、パターニングを行う（図７
（ｄ）参照）。最後に、ウェット処理によってメッキ２
２および電極２１を取り除くと、図７（ｅ）に示すよう
に、支点６ａの部分に曲面部を持った可動部材６を形成
することが出来る。
【００９２】（液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法に
係る第５の実施形態）図８は、図１等に示した液体吐出
ヘッドの可動部材の製造方法に係る第５の実施形態を示
す断面図である。
係る第５の実施形態）図８は、図１等に示した液体吐出
ヘッドの可動部材の製造方法に係る第５の実施形態を示
す断面図である。
【００９３】本実施形態は、素子基板上の可動部材が固
定される部分に密着層２３を設けたことを特徴としてい
る。
定される部分に密着層２３を設けたことを特徴としてい
る。
【００９４】まず、素子基板１上の可動部材６が固定さ
れる部分に、五酸化タンタル（Ｔａ 2Ｏ5）等からなる、
可動部材を構成するＳｉＮ膜の応力を緩和し、密着性を
高める効果がある密着層２３をパターニングする（図８
（ａ）参照）。その後、素子基板１および密着層２３上
に、ギャップ形成部材である高耐熱性レジスト２０を成
膜し、パターニングを行う（図８（ｂ）参照）。次に、
高耐熱性レジスト２０を露光・現像して、可動部材の固
定部に相当する部分の高耐熱性レジスト２０を除去する
（図８（ｃ）参照）。
れる部分に、五酸化タンタル（Ｔａ 2Ｏ5）等からなる、
可動部材を構成するＳｉＮ膜の応力を緩和し、密着性を
高める効果がある密着層２３をパターニングする（図８
（ａ）参照）。その後、素子基板１および密着層２３上
に、ギャップ形成部材である高耐熱性レジスト２０を成
膜し、パターニングを行う（図８（ｂ）参照）。次に、
高耐熱性レジスト２０を露光・現像して、可動部材の固
定部に相当する部分の高耐熱性レジスト２０を除去する
（図８（ｃ）参照）。
【００９５】続いて、密着層２３および高耐熱性レジス
ト２０の上に、可動部材となるＳｉＮ膜（窒化シリコン
膜）１９をＣＶＤによる低温成膜などの方法によって成
膜し（図８（ｄ）参照）、パターニングを行った後（図
８（ｅ）参照）、ウェット処理により高耐熱性レジスト
２０を除去すると、図８（ｆ）に示すように、支点６ａ
部分に滑らかな曲面部が形成された可動部材６を密着層
２３の上に形成することができる。
ト２０の上に、可動部材となるＳｉＮ膜（窒化シリコン
膜）１９をＣＶＤによる低温成膜などの方法によって成
膜し（図８（ｄ）参照）、パターニングを行った後（図
８（ｅ）参照）、ウェット処理により高耐熱性レジスト
２０を除去すると、図８（ｆ）に示すように、支点６ａ
部分に滑らかな曲面部が形成された可動部材６を密着層
２３の上に形成することができる。
【００９６】上記のように、素子基板１上の可動部材６
が固定される部分に密着層２３を設けることにより、可
動部材６の支持固定部と素子基板１との接続強度が増
し、可動部材６の機械的な耐久性が一層向上される。な
お、第１、第２、第３および第４の実施形態に対して
も、本実施形態に説明した密着層２３を付加することに
よって、同様の効果を得られることは明らかである。
が固定される部分に密着層２３を設けることにより、可
動部材６の支持固定部と素子基板１との接続強度が増
し、可動部材６の機械的な耐久性が一層向上される。な
お、第１、第２、第３および第４の実施形態に対して
も、本実施形態に説明した密着層２３を付加することに
よって、同様の効果を得られることは明らかである。
【００９７】次に、上記説明した液体吐出ヘッドが搭載
された液体吐出ヘッドカートリッジを概略説明する。
された液体吐出ヘッドカートリッジを概略説明する。
【００９８】図９は、前述した液体吐出ヘッドが搭載さ
れた液体吐出ヘッドカートリッジの模式的分解斜視図で
ある。図９に示すように、液体吐出ヘッドカートリッジ
は、主に液体吐出ヘッド部３０と液体容器３１とから概
略構成されている。
れた液体吐出ヘッドカートリッジの模式的分解斜視図で
ある。図９に示すように、液体吐出ヘッドカートリッジ
は、主に液体吐出ヘッド部３０と液体容器３１とから概
略構成されている。
【００９９】液体吐出ヘッド部３０は、可動部材６（図
１等参照）が設けられた素子基板１、天板３およびオリ
フィスプレート４（共に図１参照）を有する溝付き部材
３２、押さえばね３３、液体供給部材３４、支持体（ア
ルミベースプレート）３５等からなっている。素子基板
１には、前述のように発泡液に熱を与えるための発熱体
２（図１等参照）が、複数個、列状に設けられており、
また、この発熱体２を選択的に駆動するための機能素子
（不図示）が複数設けられている。素子基板１と可動部
材６との間には、前述したように気泡発生領域１０（図
１等参照）が形成されている。この素子基板１と溝付き
部材３２との接合によって、吐出される吐出液体が流通
する液流路７および共通液室８（共に図１参照）が形成
される。
１等参照）が設けられた素子基板１、天板３およびオリ
フィスプレート４（共に図１参照）を有する溝付き部材
３２、押さえばね３３、液体供給部材３４、支持体（ア
ルミベースプレート）３５等からなっている。素子基板
１には、前述のように発泡液に熱を与えるための発熱体
２（図１等参照）が、複数個、列状に設けられており、
また、この発熱体２を選択的に駆動するための機能素子
（不図示）が複数設けられている。素子基板１と可動部
材６との間には、前述したように気泡発生領域１０（図
１等参照）が形成されている。この素子基板１と溝付き
部材３２との接合によって、吐出される吐出液体が流通
する液流路７および共通液室８（共に図１参照）が形成
される。
【０１００】押さえばね３３は、溝付き部材３２に素子
基板１方向ヘの付勢力を作用させる部材であり、この付
勢力により素子基板１、溝付き部材３２および後述する
支持体３５とを良好に一体化させている。
基板１方向ヘの付勢力を作用させる部材であり、この付
勢力により素子基板１、溝付き部材３２および後述する
支持体３５とを良好に一体化させている。
【０１０１】支持体３５は、素子基板１等を支持するた
めのものであり、この支持体３５上には、素子基板１に
接続し電気信号を供給するためのプリント配線基板３６
や、装置側と接続することで装置側と電気信号のやりと
りを行うためのコンタクトパッド３７がさらに配置され
ている。
めのものであり、この支持体３５上には、素子基板１に
接続し電気信号を供給するためのプリント配線基板３６
や、装置側と接続することで装置側と電気信号のやりと
りを行うためのコンタクトパッド３７がさらに配置され
ている。
【０１０２】液体容器３１は、液体吐出ヘッド部３０に
供給されるインク等の吐出液体を内部に収容している。
液体容器３１の外側には、液体吐出ヘッド部３０と液体
容器３１との接続を行う接続部材を配置するための位置
決め部３８と、接続部材を固定するための固定軸３９と
が設けられている。吐出液体の供給は、液体容器３１の
吐出液体供給路４０から液体供給部材３４の供給路４２
を介して、各部材の供給路４１，４３，４４を介して共
通液室８（図１参照）に供給される。
供給されるインク等の吐出液体を内部に収容している。
液体容器３１の外側には、液体吐出ヘッド部３０と液体
容器３１との接続を行う接続部材を配置するための位置
決め部３８と、接続部材を固定するための固定軸３９と
が設けられている。吐出液体の供給は、液体容器３１の
吐出液体供給路４０から液体供給部材３４の供給路４２
を介して、各部材の供給路４１，４３，４４を介して共
通液室８（図１参照）に供給される。
【０１０３】なお、この液体容器３１には、液体の消費
後に液体を再充填して使用してもよい。このためには液
体容器３１に液体注入口を設けておくことが望ましい。
また、液体吐出ヘッド部３０と液体容器３１とは一体で
あってもよく、分離可能としてもよい。
後に液体を再充填して使用してもよい。このためには液
体容器３１に液体注入口を設けておくことが望ましい。
また、液体吐出ヘッド部３０と液体容器３１とは一体で
あってもよく、分離可能としてもよい。
【０１０４】次に、上記説明した液体吐出ヘッドが搭載
された液体吐出装置を、図１０を参照して概略説明す
る。図１０は、前述の液体吐出ヘッドが搭載された液体
吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
された液体吐出装置を、図１０を参照して概略説明す
る。図１０は、前述の液体吐出ヘッドが搭載された液体
吐出装置の概略構成を示す斜視図である。
【０１０５】本実施の形態では、特に吐出液体としてイ
ンクを用いたインク吐出記録装置ＩＪＲＡを用いて説明
する。液体吐出装置のキャリッジＨＣは、インクを収容
する液体容器３１と液体吐出ヘッド部３０とが着脱可能
なへッドカートリッジを搭載しており、被記録媒体搬送
手段で搬送される記録紙等の被記録媒体５０の幅方向
（矢印ａ，ｂ方向）に往復移動する。
ンクを用いたインク吐出記録装置ＩＪＲＡを用いて説明
する。液体吐出装置のキャリッジＨＣは、インクを収容
する液体容器３１と液体吐出ヘッド部３０とが着脱可能
なへッドカートリッジを搭載しており、被記録媒体搬送
手段で搬送される記録紙等の被記録媒体５０の幅方向
（矢印ａ，ｂ方向）に往復移動する。
【０１０６】本実施形態の液体吐出装置では、不図示の
駆動信号供給手段からキャリッジＨＣ上の液体吐出手段
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３０から被記録媒体５０に対して記録液体が吐
出される。
駆動信号供給手段からキャリッジＨＣ上の液体吐出手段
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３０から被記録媒体５０に対して記録液体が吐
出される。
【０１０７】また、本実施形態の液体吐出装置において
は、被記録媒体搬送手段とキャリッジＨＣを駆動するた
めの駆動源としてのモータ５１、駆動源からの動力をキ
ャリッジＨＣに伝えるためのギア５２，５３、及びキャ
リッジ軸５４等を有している。この記録装置及びこの記
録装置で行う液体吐出によって、各種の被記録媒体に対
して良好な画像の記録物を得ることができる。
は、被記録媒体搬送手段とキャリッジＨＣを駆動するた
めの駆動源としてのモータ５１、駆動源からの動力をキ
ャリッジＨＣに伝えるためのギア５２，５３、及びキャ
リッジ軸５４等を有している。この記録装置及びこの記
録装置で行う液体吐出によって、各種の被記録媒体に対
して良好な画像の記録物を得ることができる。
【０１０８】図１１は、前述の液体吐出ヘッドが適用さ
れたインク吐出記録装置を動作させるための装置全体の
ブロック図である。
れたインク吐出記録装置を動作させるための装置全体の
ブロック図である。
【０１０９】記録装置は、ホストコンピュータ６０より
印字情報を制御信号として受ける。印字情報は記録装置
内部の入出力インタフェイス６１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ＣＰＵ６２に入力される。
ＣＰＵ６２はＲＯＭ６３に保存されている制御プログラ
ムに基づき、前記ＣＰＵ６２に入力されたデータをＲＡ
Ｍ６４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。
印字情報を制御信号として受ける。印字情報は記録装置
内部の入出力インタフェイス６１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ＣＰＵ６２に入力される。
ＣＰＵ６２はＲＯＭ６３に保存されている制御プログラ
ムに基づき、前記ＣＰＵ６２に入力されたデータをＲＡ
Ｍ６４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。
【０１１０】またＣＰＵ６２は前記画像データを被記録
媒体上の適当な位置に記録するために、画像データに同
期して被記録媒体５０およびキャリッジＨＣ（共に図１
０参照）を移動する駆動用モータ５１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６６と、モータドライバ６５を
介し、キャリッジＨＣおよび駆動モータ５１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。
媒体上の適当な位置に記録するために、画像データに同
期して被記録媒体５０およびキャリッジＨＣ（共に図１
０参照）を移動する駆動用モータ５１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６６と、モータドライバ６５を
介し、キャリッジＨＣおよび駆動モータ５１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。
【０１１１】上述のような記録装置に適用でき、インク
等の液体の付与が行われる被記録媒体としては、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。
等の液体の付与が行われる被記録媒体としては、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。
【０１１２】また、上述の記録装置として、各種の紙や
ＯＨＰ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、又布帛に記録を行う捺染装置
等をも含むものである。
ＯＨＰ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、又布帛に記録を行う捺染装置
等をも含むものである。
【０１１３】また、これらの液体吐出装置に用いられる
吐出液は、夫々の被記録媒体や記録条件に合わせた液体
であることが好ましい。
吐出液は、夫々の被記録媒体や記録条件に合わせた液体
であることが好ましい。
【０１１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、前記可
動部材の支点部が曲面形状に形成されているので、可動
部材が支点部を中心として吐出口側に変位されたときに
支点部にかかる負荷が分散されるため、可動部材の機械
的な耐久性を向上させることができ、ひいては液体吐出
ヘッドの信頼性を向上させることができる。
動部材の支点部が曲面形状に形成されているので、可動
部材が支点部を中心として吐出口側に変位されたときに
支点部にかかる負荷が分散されるため、可動部材の機械
的な耐久性を向上させることができ、ひいては液体吐出
ヘッドの信頼性を向上させることができる。
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態の基本的
な構造を説明するための、液流路方向に沿った断面図で
ある。
な構造を説明するための、液流路方向に沿った断面図で
ある。
【図２】図１に示した液体吐出ヘッドの断面図である。
【図３】図２に示した電気抵抗層に印加する電圧波形を
示す図である。
示す図である。
【図４】図１等に示した液体吐出ヘッドにおける可動部
材の製造方法を示す断面図である。
材の製造方法を示す断面図である。
【図５】図１等に示した液体吐出ヘッドの可動部材の製
造方法に係る第２の実施形態を示す断面図である。
造方法に係る第２の実施形態を示す断面図である。
【図６】図１等に示した液体吐出ヘッドの可動部材の製
造方法に係る第３の実施形態を示す断面図である。
造方法に係る第３の実施形態を示す断面図である。
【図７】図１等に示した液体吐出ヘッドの可動部材の製
造方法に係る第４の実施形態を示す断面図である。
造方法に係る第４の実施形態を示す断面図である。
【図８】図１等に示した液体吐出ヘッドの可動部材の製
造方法に係る第５の実施形態を示す断面図である。
造方法に係る第５の実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明の液体吐出ヘッドが搭載された液体吐出
ヘッドカートリッジの模式的分解斜視図である。
ヘッドカートリッジの模式的分解斜視図である。
【図１０】本発明の液体吐出ヘッドが搭載された液体吐
出装置の概略構成を示す斜視図である。
出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の液体吐出ヘッドが適用されたインク
吐出記録装置を動作させるための装置全体のブロック図
である。
吐出記録装置を動作させるための装置全体のブロック図
である。
【図１２】従来の液体吐出ヘッドにおける吐出原理を説
明するための図である。
明するための図である。
【図１３】図１２に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜
視図である。
視図である。
【図１４】従来の液体吐出ヘッドの他の例を示す断面図
である。
である。
１ 素子基板 ２ 発熱体 ３ 天板 ４ オリフィスプレート ５ 吐出口 ６ 可動部材 ６ａ 支点 ６ｂ 自由端 ７ 液流路 ８ 共通液室 ９ 流路側壁 １０ 気泡発生領域 １１ 基体 １２ シリコン膜 １３ 電気抵抗層 １４ 配線電極 １５ 保護層 １６ 耐キャビテーション層 １７ ＢＰＳＧ膜 １８ レジスト １９ ＳｉＮ膜 ２０ 高耐熱性レジスト ２１ 電極 ２２ メッキ ２３ 密着層 ３０ 液体吐出ヘッド部 ３１ 液体容器 ３２ 溝付き部材 ３３ 押さえばね ３４ 液体供給部材 ３５ 支持体 ３６ プリント配線基板 ３７ コンタクトパッド ３８ 位置決め部 ３９ 固定軸 ４０ 吐出液体供給路 ４１，４３，４４ 供給路 ５０ 被記録媒体 ５１ モータ ５２，５３ ギア ５４ キャリッジ軸 ６０ ホストコンピュータ ６１ 入出力インターフェイス ６２ ＣＰＵ ６３ ＲＯＭ ６４ ＲＡＭ ６５ モータドライバ ６６ ヘッドドライバ
フロントページの続き (72)発明者 斉藤 一郎 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 久保田 雅彦 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 石永 博之 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 小川 正彦 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 池田 雅実 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
Claims (26)
- 【請求項１】 液体を吐出するための吐出口と、 該吐出口に前記液体を供給するために前記吐出口に連通
された液流路と、 該液流路に充填された前記液体に気泡を発生させるため
の発熱体が備えられた基板と、 前記吐出口側を自由端とし、前記基板の前記発熱体に対
面する位置に前記基板との間に間隙をおいて設けられる
可動部と、前記基板に支持固定される支持固定部と、前
記可動部の該支持固定部近傍に設けられる支持部とを有
する可動部材とを少なくとも有し、 前記気泡が発生されることにより生じる圧力によって、
前記可動部材の自由端が前記可動部材の支点部を中心と
して前記吐出口側に変位されることにより、前記液体を
前記吐出口から吐出させる液体吐出ヘッドであって、 前記可動部材は、シリコン系の材料で形成され、かつ、
前記間隙を形成する屈曲部を有しているとともに前記支
点部は曲面形状を有していることを特徴とする液体吐出
ヘッド。 - 【請求項２】 前記可動部材の材料は、窒化シリコンま
たは酸化シリコンまたは炭化シリコンである請求項１に
記載の液体吐出ヘッド。 - 【請求項３】 前記可動部材は、支点部の内側に曲面形
状を有している請求項１または２に記載の液体吐出ヘッ
ド。 - 【請求項４】 前記可動部材は、支点部の外側に曲面形
状を有している請求項１から３のいずれか１項に記載の
液体吐出ヘッド。 - 【請求項５】 前記基板は前記発熱体上に無機絶縁保護
層を有している請求項１から４のいずれか１項に記載の
液体吐出ヘッド。 - 【請求項６】 前記基板の表面には耐キャビテーション
層が設けられている請求項１から５のいずれか１項に記
載の液体吐出ヘッド。 - 【請求項７】 前記可動部材の支持固定部と前記基板と
の間に、密着層が設けられている請求項１から６のいず
れか１項に記載の液体吐出ヘッド。 - 【請求項８】 前記密着層の材料にはタンタルが含まれ
ている請求項７に記載の液体吐出ヘッド。 - 【請求項９】 前記密着層の材料は五酸化タンタルであ
る請求項８に記載の液体吐出ヘッド。 - 【請求項１０】 前記可動部材は、定常状態において流
路の基板と対面する面に対しても間隙を有する請求項１
から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。 - 【請求項１１】 前記基板と前記可動部材との間隙は１
〜２０μｍである請求項１から１０のいずれか１項に記
載の液体吐出ヘッド。 - 【請求項１２】 前記基板と前記可動部材との間隙は１
〜１０μｍである請求項１１に記載の液体吐出ヘッド。 - 【請求項１３】 前記可動部材の厚みは１〜５μｍであ
る請求項１から１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘ
ッド。 - 【請求項１４】 液体を吐出するための吐出口と、 該吐出口に前記液体を供給するために前記吐出口に連通
された液流路と、 該液流路に充填された前記液体に気泡を発生させるため
の発熱体が備えられた基板と、 前記吐出口側を自由端とし、前記基板の前記発熱体に対
面する位置に前記基板との間に間隙をおいて設けられる
可動部と、前記基板に支持固定される支持固定部と、前
記可動部の該支持固定部近傍に設けられる支持部とを有
する可動部材とを備え、 前記気泡が発生されることにより生じる圧力によって、
前記可動部材の自由端が前記可動部材の前記基板との支
持固定部付近に構成された支点部を中心として前記吐出
口側に変位されることにより、前記液体を前記吐出口か
ら吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法であって、 前記基板の上に前記間隙を形成するための間隙形成部材
を形成する工程と、 前記基板および前記間隙形成部材の上に、前記可動部材
をなすシリコン系の材料からなる可動部材用基材層を成
膜する工程と、 前記可動部材用基材層をパターニングして前記可動部材
を形成する工程と、 前記間隙形成部材を除去する工程とを有し、 前記基板および前記間隙形成部材の上に、前記可動部材
をなす可動部材用基材層を形成する工程の前には、前記
間隙形成部材の、前記可動部材の支点部を形成する部分
を曲面形状に形成する工程を有することを特徴とする液
体吐出ヘッドの製造方法。 - 【請求項１５】 前記間隙形成部材の、前記可動部材の
支点部を形成する部分を曲面形状に形成する工程は、前
記間隙形成部材の上に前記間隙形成部材をパターニング
するためのレジストを形成する工程と、 前記間隙形成部材の前記レジストが覆われていない部分
をエッチングにより除去する工程とを有する請求項１４
に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 【請求項１６】 前記間隙形成部材と前記レジストとの
密着性を、前記間隙形成部材と前記基板との密着性より
も弱く設定する請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製
造方法。 - 【請求項１７】 前記レジストの材料として前記間隙形
成部材とのエッチングの選択比が略１：１である材料を
用いる請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 【請求項１８】 前記間隙形成部材の、前記可動部材の
支点部を形成する部分を曲面形状に形成する工程の後に
は、前記間隙形成部材の表面と前記可動部材の支点部を
形成する部分との境界に形成される角部を除去するため
の工程を有する請求項１４から１６のいずれか１項に記
載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 【請求項１９】 前記間隙形成部材の表面と前記可動部
材の支点部を形成する部分との境界に形成される角部を
除去するための工程は、前記間隙形成部材の角部を融解
するための熱処理を行う工程からなる請求項１８に記載
の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 【請求項２０】 前記間隙形成部材の材料には、露光お
よび現像処理が行われる端部に凸型曲面状の斜面が形成
される特徴を有する高耐熱性レジストを用いる請求項１
４から１９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製
造方法。 - 【請求項２１】 前記可動部材の材料に、窒化シリコン
または酸化シリコンまたは炭化シリコンを用いる請求項
１４から２０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの
製造方法。 - 【請求項２２】 前記基板の上に前記間隙を形成するた
めの間隙形成部材を形成する工程の前に、密着層を形成
する工程を有する請求項１４から２１のいずれか１項に
記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 【請求項２３】 請求項１から１３のいずれか１項に記
載の液体吐出ヘッドと、 該液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容器
とを有するヘッドカートリッジ。 - 【請求項２４】 請求項１から１３のいずれか１項に記
載の液体吐出ヘッドと、 該液体吐出ヘッドから液体を吐出させるための駆動信号
を供給する駆動信号供給手段とを有する液体吐出装置。 - 【請求項２５】 請求項１から１３のいずれか１項に記
載の液体吐出ヘッドと、 該液体吐出ヘッドから液体を吐出された液体を受ける被
記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段とを有する液体
吐出装置。 - 【請求項２６】 前記液体吐出ヘッドからインクを吐出
し、被記録媒体に前記インクを付着させることで記録を
行う請求項２４または２５に記載の液体吐出装置。
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|---|---|---|---|
| EP98123169A EP0920996B1 (en) | 1997-12-05 | 1998-12-04 | Liquid discharging head, method of manufacturing the liquid discharging head, head cartridge carrying the liquid discharging head thereon and liquid discharging apparatus |
| JP34607498A JP3927711B2 (ja) | 1997-12-05 | 1998-12-04 | 液体吐出ヘッドの製造方法 |
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| US09/206,279 US6196667B1 (en) | 1997-12-05 | 1998-12-07 | Liquid discharging head, method of manufacturing the liquid discharging head, head cartridge carrying the liquid discharging head thereon and liquid discharging apparatus |
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|---|---|---|---|
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| JP9-336105 | 1997-12-05 | ||
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-
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- 1998-12-04 EP EP98123169A patent/EP0920996B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-12-07 US US09/206,279 patent/US6196667B1/en not_active Expired - Fee Related
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