JPS60157872A - 液体噴射記録ヘッドの製造方法 - 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】 （１１技術分野 本発明は、液体を噴射し、飛翔的液滴を形成して記録を
行う液体噴射記録ヘッド用電気熱変換体の製造方法に関
する。

（２）　背景技術 液体噴射記録法（インクジェット記録法）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く、い
わゆる普通紙に記録の行える点において最近関心を集め
ている。

その中で、例えば特開昭Ｅ１４−５１８３７号公報に記
載されている液体噴射記録法は、熱エネルギーを液体に
作用させて液滴吐出の為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る特徴を有している。即
ち、本記録法は、熱エネルギーの作用を受けた液体が状
、轢変化Ｖこ伴う急峻な体積変化をおこし、この作用力
により記録ヘッド部先端のオリフィスより液体が吐出さ
れて、飛翔液滴が形成され、該液滴が被記録部材に付着
し記録が行われるという特徴がある。

上記の記録法に適用される装置の記録ヘッド部は、液体
を吐出する為に設けられたオリフィスと、このオリフィ
スに連通し、液滴な吐出する為の熱エネルギーが液体に
作用する部分である熱作用部を構成の一部とする液流路
とを有する液吐出部と、熱エネルギーを発生する手段と
しての電気熱変換体とを具備している。

上記の電気熱変換体は、発熱抵抗層と該発熱抵抗層に接
続される少くとも一対の対置する電極により構成されて
ｂす、該発熱抵抗層はこれら電極の間に発熱する領域（
熱発生部）を有している。

−に記の電気熱変換体は、一般には基板上に設けられ、
電気熱変換体の少なくとも液体と接触する部分における
表面上部（（は、電気熱変換体を液体から化学的に捷だ
物理的に保護すると共に液体を通じて電極間が短絡する
のを防止し、更には電極から液体への通電によって起る
電食を防止する等の為に、単層あるいは複数層の保護層
が設けられている。これら保護層は、一般にはス・ξツ
タリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等の薄膜形成方法によっ
て作成されるのが普通である。

しかしながら、上記の如き保護層においては、これら保
護層の形成時に生ずる問題点として、電極部での段差部
に発生する所謂マイクロクラック、また洗浄工程の不完
全さのため或いは成膜中に発生するゴミ等による所謂ピ
ンホール等の欠陥が生ずる場合がある。これら欠陥を１
つたく含゛まない保護層を形成することは極めて困難で
あり、このような欠陥部分が保護層に存在すると、上記
液体を通じて電極間が短絡し、このため（（電極及び抵
抗層の腐食や溶解が発生し、長期間の使用においては、
電気熱変換体の断線等の問題を生じる。

以下、図面も参照してこれら技術ならびにこれら技術に
おける問題点について述べる。

第１図（ａ＋は、従来の液体噴射記録ヘッドの典型的な
例における基板の熱発生部付近の平面部分図である。第
１図（ａ）においては、説明を簡略化するために表面を
覆う保護層は省略して示しである。

第１図（１））は、第１図（ａ）に一点鎖線ｘ、ｙで示
す部分で切断した場合の断面部分図である。捷だ、第２
図は、第１図の基板の細部構成を説明するための図であ
り、第１図（１））にＡで示す点線で四重れた部分の拡
大図である。

第１図（ａ）および第１図（ｂ）において、電気熱変換
体は、基板１上に発熱抵抗層２および電％　６．６’で
構成され、その上部には液体、一般にはインクから電気
熱変換体を遮蔽する為の保護層４が設けられている。こ
れ等は基板１上に順次、発熱抵抗層２、電極６，６′、
保護層４の順に積層して形成される。

上記電気熱変換体を構成する発熱抵抗層２および電極６
，６′は、エツチング等の方法を用いて、所定の形状に
パターニングされ、しかも熱発生部１１以外の部分では
同一形状にパターニングされている。熱発生部１１では
発熱抵抗層２上に電極は積層されず、その部分の発熱抵
抗層２が熱発生部１１を形成している。

保護層４は、スパッタリング法、ＣＶ　Ｉ）　法、蒸着
法等により、基板１の上部に液体が満たされる部分を含
む所望の部分に積層されるが、その内部には、第２図に
示すようなマイクロクラック６、ピンホール７等の欠陥
が存在するのが普通である。

このような欠陥が保護層４に存在すると、その上部を満
たす液体がこれ等の欠陥部を通して発熱抵抗層２および
電極６，６′を腐食溶解し、ついには断線を生じること
になる。このため従来は、保護層４の」二に更に別の保
護層、例えば有機樹脂層等を設けるのが普通であった。

このような有機樹脂層を設けた液体噴射記録ヘッドの基
板の例を第６図１に示す。

第６図は、第１図に示した構成の基板」二に更に有機樹
脂層を設けたものの例であり、第１図（１））に相当す
る部分の断面部分図である。第６図において、８が有機
樹脂層であり、熱作用部５を除いた保護層４の全面に、
スピンコード法、蒸着法、プラズマ重合法等によって形
成される。

しかし、このような従来構成には、次のような問題が生
ずる場合がある。まず、有機樹脂層８はその上に位置す
る液体と接触するため、長期間の使用においては、樹脂
の膨潤あるいは密着力の低下等が発生する場合がある。

１だ、熱発生部１１近傍においては、保護層４をノ！ｉ
　＜形成すると熱発生部１１で発生する熱エネルギーの
液体・＼の伝達においてその損失が大きくなるため（／
ｒ：、熱発生部１１での発熱量を増加させる必要が生じ
、結果として発熱抵抗層２の劣化を早める場合がある。

捷だ、この場合には熱発生部１１における加熱、冷却の
時間が増大し、高速化の要求にも反することになる。更
に熱発生部１１の温度は、通常２００℃程度にも達する
ため、有機樹脂層８を設けると、樹脂の変質等も問題と
なる場合がある。このため、従来では第６図に示すよう
に熱発生部１１近傍の保護層４上には、有機樹脂層８を
設けておらず保護層４の単層構造となっているために、
第２図におけるマイクロクラック６に関してはその効果
を果たしていなかった。

（３）発明の開示 本発明は上記の諸点に鑑み成されたものであって、頻繁
なる繰返し使用や長時間の連続使用に於いて総合的な耐
久性に優れ、初期の良好な液滴形成特性を長期に亘って
安定的に維持し得る液体噴射記録ヘッド用電気熱変換体
の製造方法を提供することを主たる目的とする。

又、本発明の別の目的は、製造加工上に於ける信頼性の
高い液体噴射記録ヘッド用電気熱変換体の製造方法を提
供することでもある。

上記の目的は、以下の本発明によって達成さり。

る。

液体を吐出して飛翔的′液滴を形成すイ）為の電気熱変
換体と少なくとも前記電気熱変換体上に絶縁材料で構成
される保護層が設けられてなる液体１Ｊｉｔ射記録ヘッ
ド用邂気熱変換体の製造方法において、前記電気熱変換
体の少なくとも前記保護層の欠陥部分を陽極酸化する事
を特徴とする液体噴射記源ヘッド用電気熱変換体の製造
方法。

本発明における陽極酸化法に特に限定（まなく、例えば
Ａ　ｌ、　Ｍ　ｇ　、　Ｔ　ｉ　、　Ｔ　ａ　等の金属
に酸化処理を施す方法として一般に仰られているもの等
が広く使用されるものである。

（４）発明を実施するための最良の形態以下、１面（で
従って本発明を具体的に説明する。

第４図（ａｌは、本発明の方法によって製造した液体噴
射記鼻ヘッドの一例における基板の熱発生要素上の平面
部分図である。第４図（ａ）においては、説明を簡略化
するため表面を覆う保護層は省略しである。第４図（ｂ
ｌは、第４図（ａ）（ｆｃ一点鎖線ＸＹで示す部分で切
断した場合の断面部分図である。第４図においては、第
１図におけると同様に、液流路およびオリフィス部材に
ついては省略してあり、陽極酸化法を行う以外は第１図
の基板と同様の構成としである。

第４図（ａ）および第４図（ｂ）において、１は基板、
２は発熱抵抗層、６，６′は電極、４は保護層、５は熱
作用部、１１は熱発生部である。上記の基板１、発熱抵
抗層２、電極６．６′、保護層４の素材としては、当該
技術分野において用いられあるいは提案されているもの
が広く利用され得るが、保護層４の素材としては絶縁性
を有するもの、中でも無機質のものが好捷しい。

以下、上記基板を作成する場合を例として、本発明の方
法について説明する。まず、基板１上に蒸着やスパッタ
リング等の方法で発熱抵抗ｌ＠２となる層を形成し、更
にその上面に同様々方法で′電極６，６′となる）′＠
を形成する。ついで所謂フォトエツチング等の方法で、
あらかじめ決められたパターンに従って、上から順に電
極６．６′となる層の一部、発熱抵抗層２となる層の一
部を除去してゆくことにより所望の位置に所望の形状の
発熱抵抗層２、電極６，６′および熱発生部１１が形成
され、これ等から成る電気熱変換体が構成される。

次に、上記のような蒸着やス・ξツタリング＄　（１こ
より、少くともこれら電気熱変換体上、好寸しくけこれ
ら電気熱変換体を含む基板の一部分に保護層４を股なす
る。この段階における基板は、例えば第２図に示したよ
うな欠陥を有している。最後に、このような欠陥を有す
る電極６，６′をアノードとして、前記のような陽極酸
化法を行う。陽極酸化酸化法を行うことにより、上記の
ような欠陥部、すなわち熱発生要素上の絶縁性が保たれ
ていない部分に陽極酸化皮膜が形成される。該皮膜によ
って、これら欠陥部における電気熱変換体の液体からの
保護が達成される。

以下、第４図の構成の基板を例として、」二記の如き本
発明の方法で作成される基板の細部構成を示す例につい
て説明する。尚、以下の例では、第４図（ｂ）にＡで示
す点線で囲まれたｇｌｉ分に相当する部分の拡大図で説
明を行う。

第５図は、電解液の異る２段階の！＠極酸化処理を施し
た基板の細部構成の例である。第５図において、９が第
１段階の陽極酸化処理で形成された陽極酸化皮膜、１０
が第２段階の陽極酸化処理で形成された陽極酸化皮膜で
ある。これら皮膜は、電極６′および発熱抵抗層２上に
、保護層４の欠陥部、すなわちマイクロクラック６およ
びピンホール７の部分を中心として形成され、しかも電
極６１および発熱抵抗層２が液体と直接接触しないよう
な形状で形成されている。マイクロクラック６、ピンホ
ール７等の保護層４中の欠陥は、陽極酸化処理を症した
後も保護層４中にその−ま１の形状で残されるが、上記
の如き皮膜がこれら欠陥部に而している電極あるいは発
熱抵抗層に形成されることにより、これ等が液体と直接
接触することによって生じる電食が防止され、断線等の
ない安定な液体噴射記録ヘッドが提供される。

第６図は、第５図における第２段階の陽極酸化処理のみ
を実施した基板の例である。第６図において、１０が陽
極酸化皮膜である。これら欠陥部において形成される皮
膜は、電解液の種類や電解条件あるいは電極や発熱抵抗
層の利質″８シこより異るが、本発明の目的を逸脱しな
い限りにおいてこれ等の条件は特に限定されるものでは
ない。

本発明の方法によって製造される液体鳴り４記３’、１
＝ヘツドは、上記のように形成された基板上に、熱発生
部に対応した液流路とオリフィスを基板トＶこ形成する
ことによって完成される。

第７図は、完成した液体噴射記録ヘッドの一態様の内部
構造を示すための模式的分解図であり、この例ではオリ
フィス２０５は、熱発生部２０３（１つだけを図示）の
上方に設けられている３、なお、２０６はインク流路壁
、２０７は共通液室、２０８（は第２の共通液室を、２
０９は共通液室２０７と第２の共通液室２０８を連結す
る貫孔、２１０は天板である。寸だ、電気熱変換体の配
線部については図示を省略しである。

第８図は、完成した他の態様の液体噴射記録ヘッド模式
図を示すもので、この例ではオリフィス２０５は液流路
の先端（（形成されている。なお、２１１はインク供給
口を示す。

以下、実施例に従って本発明の方法を更に詳しく説明す
る。

〈実施例１〉 Ｓｌ　ウェハーを熱酸化により５μｍの厚さのＳｉＯ□
膜を形成し基板とした。この基板にス・ξツタにより発
熱抵抗層として’ｒａを３０００Ｘの厚みに形成し、続
いて電極材料としてＡ、ｌを用い電子ビーム蒸着により
Ａ、１層を５００ｏＸの厚みに堆積した。次に、フォト
リン工程により所定の同一形状に電極と発熱抵抗層を第
４図（ａｌのような形状にノミターニングし、所定の位
置と個数の電気熱変換体（熱発生部、５層μｍ幅、１５
０μｎ］長さ）を形成した。次いで、上記電気熱変換体
が形成された基板上に、ハイレートスパッタにより保護
層として５１０２を２．２μｍの厚みに堆積した。

上記と同一の方法によって、１００個の基板を作成した
。このうち半数の５０個（サンプルＡ）に以下の陽極酸
化法を行い、残りの５０個は欠陥部の調査サンプル（サ
ンプルＢ）とした。サンプルＢのおのおのについて、一
般にノξツシベーション膜のピンホール密度検出法とし
て矧られているメタノール溶液中での銅デコレーション
／Ａ　Ｋよりピンホール密度を測定したところ、ピンホ
ール密度の平均値は６ケ／７であった。これらサンプル
Ｂのすべてについて、第２図に示したような欠陥が観察
された。

次に、サンプルＡのおのおの（・′こつき下記に示す２
段階の陽極酸化を行った。まず、リン酸１０％の水溶液
中にサンプルＡの基板を浸し、第４図における電極６′
のみをアノードとして１ｏｏｖの直流電流を２０分間印
加した。ついで、第２段階の処理として、前記第１段階
の処理を施した基板を、＊’）酸０−５ｍｏｌ／１１　
ト四＊つＨｆ　トリウム０．０５ｍ　ｏ　ｌ　／　ｌの
混合水溶液中に浸し、電極６′および６をアノードとし
て２００Ｖの直流を印加した。

これら陽極酸化処理を施した基板の欠陥部には、第５図
に示したような酸化皮膜が形成されていた。

第１段階の酸化処理では、第５図における９の部分に電
極６′に関してはＡ　１２０．膜が形成されており、＋
ｐａ発熱抵抗層２の酸化皮膜の厚みは１ｏｏｏＸ程度で
あった。第２段階の酸化処理では、第１段階で生じた９
の部分の酸化皮膜の周辺に、電極６′に関してはＡＩを
主成分とする絶縁耐圧性の優れた酸化皮膜が形成されて
いた。この段階での′Ｉ′ａ発熱抵抗層２の重化皮膜の
厚さは１１ｏｏＸ程度だった。

上記２段階の陽極酸化処理を施したザンゾルＡの基板の
すべてについて、前記銅デコレーション法によるピンホ
ール密度の測定を行ったが、ピンホールは検出されなか
った。上記処理を施していない場合のピンホール密度は
６ケ／ｄであったので、この陽極酸化処理の効果は絶大
である。

〈実施例２〉 実施例１とまったく同様にして、ザンプルＡの基板５０
個を作成した。ついで、これらのおのおのについて、実
施例１における第２段階の陽極酸化処理のみを実施した
。すなわち、上記基板のおのおのについて、ホウ酸Ｑ、
５ｍｏｌ／ｌ！と四ホウ酸ナトリウム０．０５　ｍｏ　
Ｉ　／ｌの混合水溶液により、第４図における電極６お
よび６′をアノードとじて２００ｖ、２０分間の陽極酸
化処理を行った。これらの基板の欠陥部には、第６図に
おける１０のンホールは検出されなかった。

上記の如く、陽極酸化処理によって電極や発熱抵抗層が
絶縁物化された基板Ｖこおいては、保護層に欠陥が存在
しても、メタノール溶液による銅デコレーション法では
、保護層の欠陥密度はゼロどなる。従って、液体による
電極や発熱抵抗層の′１１Ｌ食は発生せず、保護層に欠
陥が残されたままであっても、電極や発熱抵抗層に前記
のような酸化皮膜が形成されることによって実用、」−
まったく問題のない基板とすることができる。捷だ、保
護層を多層構造にして絶縁保護層上に金属層等を積層す
る場合においても、電気熱変換体と金属の保護層間にシ
ョートが発生しないため、効果は絶大である。本発明の
特徴は、上記のような陽極酸化法により、電気熱変換体
を絶縁物化することにあり、電解液や′電解条件等が変
化してもその効果は同様である。

上記のようにして形成された基板を用いて、前述した液
体噴射記録ヘッドを組み立て使用したところ、断線等の
ない安定な記録を長期に亘って行うことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、従来の液体噴射記録ヘッドの典型的な
例における基板の熱光生部付近の平面部分図、第１図（
ｂ）は第１図（ａ）に一点鎖線ＸＹで示す部分で切断し
た場合の断面部分図、第２図は第１図（ｂ）にＡで示す
点線で囲まれた部分の拡大図、第６図は他の従来例の液
体噴射記録ヘッドにおける第１図（１））に相当する部
分の断面部分図、第４図（ａ）は本発明の液体噴射記録
ヘッドの一例における基板の熱発生部伺近の平面部分図
、第４図（１））は第４図（ａ）に一点鎖線ＸＹで示す
部分で切断した場合の断面部分図、第５図は本発明の液
体噴射記録ヘッドの他の例における第４図（ｂ）にＡで
示す点線で囲まれた部分に相当する部分の拡大図、第６
図は本発明の液体噴射記録ヘッドの更に別の例における
第４図（１〕）にＡで示す点線で囲まれた部分に相当す
る部分の拡大図、第７図は本発明の液体噴射記録ヘット
゛の一実施態様の内部構成を示すための模式的分解図、
第８図は本発明の液体噴射記録ヘッドの別の実施態様の
内部構造を示すための模式図である。 １・・基板 ２・・・発熱抵抗層 ６．６′・・・電極 ４・・保護層 ５・・熱作用部 ６　マイクロクラック ７・・ピンホール ８・・有機樹脂層 ９．１０・・・陽極酸化皮膜 １１．２０３−・熱発生部 ２０４　液流路 ２０５・・・オリフィス ２０６・・インク流路壁 ２０７・・共通液室 ２０８・・第２の共通液室 ２０９・・・貫孔 ２１０　・天井 ２１１・・・インク流路 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体を吐出して飛翔的液滴を形成する為の電気熱変換体
   と少なくとも前記電気熱変換体上に絶縁材料で構成され
   る保護層が設けられてなる液体噴射記録ヘッド用電気熱
   変換体の製造方法において、前記電気熱変換体の少なく
   とも前記保護層の欠陥部分を陽極酸化する事を特徴とす
   る液体噴射記録ヘッド用電気熱変換体の製造方法。