JP5312202B2 - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出して記録を行う液体吐出ヘッドに及びその製造方法に関し、具体的には被記録媒体に液体を吐出して記録を行う液体吐出ヘッド及びその製造方法に関する。

一般に、インクジェット記録装置に用いられる液体吐出ヘッド（以下記録ヘッドとも称する）は、吐出口と、この吐出口に連通する流路と、インクを吐出するために利用される熱エネルギーをその流路内で発生させる発熱部とを有している。発熱部は、発熱抵抗体及びこれに電力を供給するための電極によって構成される。一般に、記録ヘッドでは、発熱部からインクへ電気が通電することを抑えるために、発熱部は、電気的な絶縁性を有する保護層によって被覆される。この保護層としては、例えば、窒化珪素等が用いられる。このように、発熱部が電気的な絶縁性を有する保護層によって覆われて配置されることで、発熱部によるインクに対する電気的な絶縁性が確保される。

また、インクの吐出の際の発熱部においては、発熱部における発熱抵抗体の加熱によって、発泡に関与する発泡部が高温に晒される。そして、その際インク内での発泡、気泡の収縮に伴うキャビテーション現象による衝撃やインクによる化学的作用等を複合的に受けることになる。このため、発熱部における発泡部には、これを覆うように、インクの貯留部に近い部分に耐キャビテーション性及び耐インク性を有する保護層が設けられることもある。記録ヘッドによりインクが吐出される際には、インクの発泡に伴い、インクの貯留部に近接する保護層の表面は７００℃付近まで昇温しているといわれている。従って、この保護層の特性には、優れた機械的特性、化学的安定性、耐アルカリ性等の特性に加え、耐熱性も要求される。これらの要求されている特性から、インクの貯留部に近接している保護層に用いられている材料としては、貴金属、高融点遷移金属、またはこれらの合金が提案されている。また、貴金属や高融点遷移金属の窒化物、酸化物、珪化物、炭化物、または非晶質シリコン、アモルファス合金等も提案されている。

なかでも、イリジウムや白金等の貴金属は化学的に安定し、インクとの間で反応し難い性質を有していることから、インクの貯留部に近接した位置に配置される保護層として採用されている。このように、インクの貯留部に近接した位置に配置される保護層の材料として貴金属が用いられている記録ヘッドについて、特許文献１、２に開示されている。

図８（ａ）には、特許文献１に開示されているインクジェット記録ヘッドの断面図が示されている。特許文献１に開示されているインクジェット記録ヘッドは、基板１０１内におけるインクに対して熱エネルギーを付与することが可能な位置に発熱部１０２が埋設されて配置されている。そして、発熱部１０２を覆うように、電気的な絶縁性を有する第一の保護層１０３が配置されている。また、第一の保護層１０３を覆い、インクの貯留されているインク流路に近接した部分には、貴金属によって形成されている第二の保護層１０７が配置されている。特許文献１では、電気的な絶縁性を有する第一の保護層１０３を形成する材料として窒化珪素が挙げられている。また、第二の保護層１０７を形成する材料としては、貴金属としてのイリジウムが挙げられている。

また、図８（ｂ）には特許文献２に開示されているインクジェット記録ヘッドにおける要部を拡大した断面図が示されている。特許文献２のインクジェット記録ヘッドでは、基板２０１上に、蓄熱層２０２、発熱抵抗層２０８、電極層２１６、保護層２０３、補助層２１７と順次形成されている。また、補助層２１７の上部には、発生した熱がインクに作用する部分である熱作用部を覆うように保護機能層２１８が形成されている。蓄熱層２０２は、熱酸化膜、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等から形成され、発熱抵抗層２０８で発生させた熱を一旦蓄熱する。発熱抵抗層２０８は、通電されることで発熱してインクに熱エネルギーを付与する。電極層２１６は、金属材料から形成されて配線として機能する。保護層２０３は、ＳｉＯ膜やＳｉＮ膜等から形成されて電気的な絶縁性を有する絶縁層として機能する。補助層２１７は、タンタル（Ｔａ）やニオブ（Ｎｂ）から形成され、保護機能層２１８をエッチングによって形成するために、電解液中において電解エッチングの際に不動態膜を形成する。保護機能層２１８は、発熱抵抗層２０８における発熱抵抗体の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から発熱部を守るための層である。保護機能層２１８を形成する材料としては、貴金属としてのイリジウムが挙げられている。

しかしながら、インクの貯留部に近接する位置に配置される保護層として貴金属によって形成された保護層を採用した場合、貴金属によって形成された保護層と流路形成部材との間の密着性が良くないという問題がある。

一般に、記録ヘッドは、発熱部が配置された基板に対して流路形成部材が接合されることで内部にインク流路及び液室が画成されて形成される。また、配置された発熱部を保護するための保護層が基板に配置される場合には、保護層を介して基板と流路形成部材が接合される。従って、保護層と流路形成部材との間の密着性が良くないと、保護層と流路形成部材との間に剥離が生じる可能性がある。そのため、特許文献１では、貴金属と流路形成部材間に密着層を設けることでこれらの間の密着性を向上させている。

特許文献１では、図８（ａ）に示されるように、基板１０１と流路形成部材１０９とが第一の保護層１０３及び第二の保護層１０７を挟んだ状態で接合されることで記録ヘッドが形成されている。ここで、特許文献１の記録ヘッドにおける第二の保護層１０７は貴金属としてのイリジウムから形成されており、このまま第二の保護層１０７と流路形成部材１０９とが接合されたのでは、第二の保護層１０７と流路形成部材１０９との間の密着性が良くない。従って、特許文献１では、第二の保護層１０７と流路形成部材１０９との間に密着層１１２及び樹脂密着層１１３が挟まれて第二の保護層１０７と流路形成部材１０９とが接合されている。これにより、基板１０１に流路形成部材１０９が接合される際には、樹脂密着層１１３と流路形成部材１０９とが接合されることになる。従って、これらの間の密着力が向上され、記録ヘッドを構成する基板１０１と流路形成部材１０９との間の剥離が抑えられる。

特開２００７−２６９０１１号公報 特開２００７−２３０１２７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている記録ヘッドを製造する際には、基板１０１に第二の保護層１０７が形成された後に、密着層１１２及び樹脂密着層１１３を保護層１０３、１０７とは別に形成する工程が必要になる。発熱部１０２によって発せられた熱をインクに効率良く伝えるには、発熱部１０２と液室との間には部品は少ない方が良いので、特許文献１に開示されている記録ヘッドのように発熱部１０２と液室との間には樹脂密着層１１３を配置しない構成も考えられる。このように、発熱部１０２と液室との間に樹脂密着層１１３を配置しない構成とすると、発熱部１０２に対応した部分の領域の樹脂密着層１１３を除去する工程が生じ、さらに製造工程が増加する虞がある。従って、記録ヘッドの製造における工程数が増加することにより、記録ヘッドの製造にかかる時間が増加し、製造コストも上昇する虞がある。

また、特許文献２に開示されている記録ヘッドにおいては、図８（ｂ）に示されるように、発熱部における発熱抵抗体の上部に貴金属としてのイリジウムから形成された保護機能層２１８が発泡部を覆うように配置されている。そして、特許文献２の記録ヘッドでは、発熱抵抗体における発泡部以外の領域には、保護機能層２１８は形成されていない。特許文献２の記録ヘッドでは、発熱抵抗体における発泡部以外の領域の保護機能層２１８をエッチングにより除去している。これにより、基板２０１に流路形成部材が接合される際には、貴金属としてのイリジウムから形成された保護機能層２１８と流路形成部材とが接合されないような構成とされている。従って、基板２０１と流路形成部材との間の密着性が良好に確保されており、これらの間の剥離を防止している。

しかしながら、特許文献２の記録ヘッドを製造する際には、基板２０１と流路形成部材との接合部には保護機能層２１８が接しないように保護機能層２１８が所定形状に形成される工程が必要とされる。特許文献２では、保護機能層２１８における発泡部以外の領域に対応する部分をエッチングによって除去することにより、保護機能層２１８が所定の形状に形成されている。このため、保護機能層２１８を所定形状に形成する工程の分、記録ヘッドの製造にかかる時間が増加し、製造コストが上昇する虞がある。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、液体吐出ヘッドにおける基板と流路形成部材との間の剥離を抑えながら、液体吐出ヘッドの製造工程が簡素化され、製造コストが抑えられた液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、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ー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液体の流路の壁を有し、樹脂からなる部材とを備え、前記層の前記発熱部に対応する部分は、貴金属を主たる成分とし、前記層の前記部材に接する部分より単位体積あたりの前記貴金属の原子の原子百分率の値が大きいことを特徴とする。

本発明によれば、記録ヘッドにおける基板と流路形成部材との間の剥離を抑えながら記録ヘッドの製造工程が簡素化される。従って、記録ヘッドの製造にかかる時間が短縮化されると共に、記録ヘッドの製造コストが抑えられた記録ヘッドの製造方法を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る記録ヘッドの斜視図である。 図１の記録ヘッドのＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図１の記録ヘッドの変形例について示した断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は図１の記録ヘッドの製造工程を説明するための説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の第二実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を説明するための説明図である。 図５（ｄ）の記録ヘッドの変形例について示した断面図である。 本発明の別の実施形態に係る記録ヘッドの断面模式図である。 （ａ）は従来の記録ヘッドの一例を示す断面図であり、（ｂ）は従来の記録ヘッドの別の例を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

（第一実施形態）
図１には、本発明の第一実施形態に係る液体吐出ヘッドとしての記録ヘッド１００の斜視図が示されている。記録ヘッド１００は、発熱部２が配置された基板１と、吐出口１１の形成された流路形成部材９とを有している。基板１には、発熱部２を選択的に駆動させるためのスイッチングトランジスタ等の半導体素子が配置されている。そして、基板１と流路形成部材９とが接合されることで、それらの間に液体としてのインクを貯留可能な液室１０が画成される。液室１０の内部にインクが貯留され、そのインクに発熱部２によって熱エネルギーが付与されることで吐出口１１からインクが吐出される。また、基板１には、記録ヘッド１００にインクを供給するインク供給口２１が、液室１０に連通するように形成されている。インク供給口２１を介して不図示のインクタンクから記録ヘッド１００にインクが供給される。

図２には、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図が示されている。図２は、本実施形態の記録ヘッド１００の要部について拡大して示した断面図である。図２に示されるように、本実施形態の記録ヘッド１００では、発熱部２は、基板１における液室１０に面した流路形成部材側の部分に埋設されて配置されている。ここで、基板１において、液室１０及び流路形成部材９に近い側の部分のことを、流路形成部材側というものとする。

基板１の流路形成部材側の部分には、発熱部２を覆って保護層２０が配置されている。本実施形態では、保護層２０は、第一の保護層３と第二の保護層７とを有して構成されている。第一の保護層３は、基板１の流路形成部材側の部分を覆って配置され、電気的に絶縁性を有する材料から形成されている。本実施形態では、基板１の流路形成部材側に、基板１における流路形成部材側の面の全体を覆うように第一の保護層３が形成されている。第一の保護層３は、窒化珪素を含んで形成されている。本実施形態では、第一の保護層３は、窒化珪素によって形成されている。また、第二の保護層７は、第一の保護層３の流路形成部材側を覆って配置され、貴金属を主たる成分として形成される。主成分とは、単位体積当たりの貴金属原子の原子百分率がおおよそ６０パーセント以上であり好ましくは、８０パーセント以上であることを意味する。第二の保護層を形成するために用いられる貴金属としては、例えば、金、銀、白金、ロジウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、オスニウムなどを用いることができる。

第一の保護層３と第二の保護層７との間には、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）またはこれらの化合物を含んで形成された密着層４が配置されている。これにより、第一の保護層３と第二の保護層７との間の密着性が高く保たれる。

また、保護層２０における基板１に対して流路形成部材９が接合される部分は、流路形成部材側の表面が貴金属の酸化物によって形成されている。流路形成部材９に用いられる材料としては、エポキシ樹脂や、ポリエーテルアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエステル樹脂等からなる熱可塑性樹脂を用いることができる。

図２に示される第一実施形態の記録ヘッド１００では、第二の保護層を形成するために用いられる貴金属として、イリジウムが用いられている。そして、基板１に形成されている第二の保護層７における流路形成部材９と接合される部分４０は、流路形成部材側の表面が酸化イリジウムによって形成されている。従って、流路形成部材９は、基板１の流路形成部材側の表面を覆うように配置されている第二の保護層７のうちの酸化イリジウムによって形成されている部分で、基板１と接合されている。

そして、第二の保護層７の流路形成部材側の発熱部２に対応した部分３０は、表面が貴金属によって形成されている。発熱部に対応する部分３０の貴金属の単位体積あたりの酸素原子の原子百分率は、流路形成部材に接する部分４０よりも低い。本実施形態では、第二の保護層７の発熱部２に対応した部分は、流路形成部材側の表面がイリジウムによって形成されている。

また、第二の保護層７において、発熱部に対応する部分３０と流路形成部材に接する部分４０とは連続していることが好ましいが、連続せず間に他の部材が設けられることも許容する。

また、本実施形態の記録ヘッド１００では、酸化イリジウムによって形成されている第二の保護層７における流路形成部材側の表面から所定距離までの領域において、酸化イリジウムの酸素含有量は流路形成部材９に近い位置程多くなっている。上述の含有量は、単位体積あたりの酸素原子の原子百分率と言い換えることができる。また、逆に、酸化イリジウムにおける酸素含有量は、第二の保護層７における流路形成部材側の表面から所定距離までの領域において、流路形成部材９から遠い位置程少なくなっている。従って、第二の保護層における流路形成部材側の部位の酸化イリジウムによって形成されている部分は、最も流路形成部材側に位置している部分が最も酸素含有量が多くなるように形成されている。従って、第二の保護層７における流路形成部材９に接合される部分は比較的酸素含有量の大きな部分であるので、第二の保護層７と流路形成部材９との間で高い密着性が確保されている。

本実施形態の記録ヘッド１００によれば、保護層２０における流路形成部材側の部分の表面のうち、発熱部２に対応した部分が貴金属としてのイリジウムによって形成されている。従って、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から発熱部２を保護することができる。

また、本実施形態の記録ヘッド１００によれば、流路形成部材９が、基板１に対して、基板１を覆うように配置されている第二の保護層７における金属の酸化物としての酸化イリジウムによって形成されている部分で接合されている。従って、基板１と流路形成部材９との間の高い密着性が確保され、基板１と流路形成部材９との間の剥離が抑えられる。これにより、記録ヘッド１００における高い信頼性が確保される。

また、本実施形態では、発熱部２に対応した部分３０がイリジウムによって形成されているので、イリジウムを電気化学的に溶出させることで、第二の保護層上に付着した難溶解性の物質「コゲ」を除去することができる。ここで、記録ヘッドによってインクが吐出された際には、発熱部における発泡部において、インクに含まれる色材及び添加物等が高温で加熱されることにより分子レベルで分解され、難溶解性の物質に変化することがある。そして、その物質が発熱部上に吸着される現象が起こることがある。この現象は「コゲ」と称されている。「コゲ」が発生し、発熱部上に難溶解性の有機物や無機物が吸着されると、これによって発熱部からインクへの熱伝導が不均一になり、発泡が不安定になる虞がある。しかしながら、本実施形態では、第二の保護層７の流路形成部材側における表面のうち発熱部２に対応した部分についてはイリジウムによって形成されている。

図７は、本発明の別の実施形態に係る記録ヘッドの断面模式図である。図７を用いてコゲ除去の電気化学反応について説明する。基板１には、ＳｉＯ膜，ＳｉＮ膜等で形成される蓄熱層２０２が設けられている。電極配線層２０５は、Ａｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ等の金属材料で構成されている。発熱部２は、電極配線層２０５の一部を除去して、発熱抵抗層２０４を露出することで形成される。電極配線層２０５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。第一の保護層３は、発熱部２及び電極配線層２０５の上層としても受けられ、ＳｉＯ膜，ＳｉＮ膜等で形成されている。発熱部２の上には、発熱に伴う化学的、物理的衝撃から発熱部２を守り、かつクリーニング処理に際しコゲを除去するために溶出する第二の保護層７が密着層４を介して設けられている。本実施形態では、インクと接する第二の保護層７としてインク中の電気化学反応により溶出する貴金属を主たる成分とする層が設けられている。具体的には、発熱部２に対応した部分は、イリジウムを主たる成分としている。

この第二の保護層のうち、発熱部２に対応したイリジウムを主たる成分とする部分が、発熱部２が発生した熱をインクに作用する熱作用部となる。密着層４は、導電性を有する材料を用いて形成されており、第二の保護層７はスルーホール２１０によって、密着層４を介し電極配線層２０５に電気的に接続されている。電極配線層２０５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２１１をなす。発熱部２の上のコゲを除去するためには、第二の保護層７の発熱部に対応する部分のイリジウム部とインクとの間の電気化学反応を利用する。このために、第一の保護層３にスルーホール２１０を形成し、第二の保護層７と電極配線層２０５とを密着層４を介して電気的に接続させている。電極配線層２０５は外部電極２１１に接続されており、第二の保護層７と外部電極２１１とが電気的に接続されることになる。

また、流路形成部材９で形成される流路には、電極層２０７が設けられている。電極層２０７としては、インクのような電解質の液体と接しても影響のない金属が用いられることが好ましい。第二の保護層７と電極層２０７は、流路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、第二の保護層７とインクとの界面でイリジウム部分が電気化学反応し、電気分解することによってコゲが除去される。上記の電圧の印加は記録装置等にヘッドが搭載された場合に、装置側から通電することが可能である。また、電圧印加専用の装置にヘッドを装着して通電することによりコゲ取りを行うことも可能である。

従って、記録ヘッド内部の「コゲ」はイリジウムによって形成された部分の表面を溶出させることでこれに溶出したイリジウムと共に堆積した「コゲ」を形成する物質が流され、第二の保護層７の流路形成部材側の表面から除去される。このように、「コゲ」を形成する物質を、基板１上における発熱部２に対応した部分の表面から除去することができる。

なお、図３に示されるように、記録ヘッド１００におけるエポキシ樹脂で構成した流路形成部材９と第二の保護層７の酸化イリジウム部分６と接する面に、ポリエーテルアミドを有する熱可塑性樹脂の密着向上層５０を設けても良い。これにより、基板１と流路形成部材９との間の密着力をさらに向上させることもできる。ポリエーテルアミドを有する熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂との密着が良いうえ、イリジウムなどの貴金属との密着性が高いため、流路形成部材９が剥離するのを防止することが出来る。

次に、第一実施形態の記録ヘッドの製造方法について、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。

まず、保護層形成工程で、基板１の流路形成部材側の部分に、発熱部２を覆って形成された第一の保護層３と貴金属としてのイリジウムによって形成され第一の保護層を覆うように形成された第二の保護層７を形成する。保護層形成工程では、まず図４（ａ）に示されるように、第一の保護層３を、発熱部２の配置された基板１上に形成する。これにより基板１に配置されている発熱部２上に、第一の保護層３が形成される。このとき、第一の保護層３は、プラズマＣＶＤ法によって形成される。第一の保護層３は、窒化珪素により、厚さが３００〜１０００ｎｍの層に形成される。

次に、第一の保護層３上に、第一の保護層３と第二の保護層７との間に密着層４としてタンタルによって形成された層をスパッタ法により２０〜２００ｎｍに形成する。そして、この密着層４上に、第二の保護層７におけるイリジウムによって形成された部分が形成される。このとき、第二の保護層７におけるイリジウムの部分は、厚さが２０〜８０ｎｍに形成される。そして、第二の保護層７におけるイリジウム部分５が形成されると、酸化物形成工程で、第二の保護層７における流路形成部材側の部分の表面に酸化イリジウムによって形成された層を形成する。このように、本実施形態では、第二の保護層７が、まず流路形成部材とは反対側の裏面側のイリジウム部分５と、流路形成部材側の酸化イリジウム部分６との二層に形成される。

本実施形態では、酸化物形成工程は、第二の保護層７を形成する酸化イリジウムにおける酸素含有量が、流路形成部材９に近い位置程多く、流路形成部材から遠い位置程少なくなるように行われる。そして、このような酸素含有量の分布は、第二の保護層７の内部で、第二の保護層７における流路形成部材側の表面から所定距離までの領域において形成される。本実施形態では、第二の保護層７における流路形成部材側の表面から所定距離までの領域においてのみ酸化イリジウムによって形成されている。ここで、第二の保護層７における流路形成部材側の表面から所定距離までの領域とは、酸化イリジウムによって形成されている部分である。

このとき、第二の保護層７におけるイリジウム部分５を形成する工程は、スパッタ法によって行われる。その際、アルゴン等のガスに電圧を印加することでイオン化させ、そのアルゴン等のガスをイリジウムに衝突させる。そして、アルゴン等からなるイオンがイリジウムのターゲットに衝突した際に、イリジウムのターゲットの表面から飛散するイリジウムの原子あるいは分子を基板１上に堆積させることでイリジウムによる成膜を行う。これにより、スパッタ法による基板１へのイリジウムの成膜が行われる。

また、酸化物形成工程における第二の保護層７の流路形成部材側の部分の表面に貴金属の酸化物としての酸化イリジウムを形成する工程は、リアクティブスパッタ法によって行われる。上述のスパッタ工程においてアルゴン等のガスに酸素ガスを添加することで、ターゲットの表面から飛散するイリジウムが成膜過程で酸化することで酸化イリジウムの成膜を行うことができる。このようにして、リアクティブスパッタ法によって酸化イリジウムの層を形成することができる。このときの酸化イリジウムの層は、厚さが２０〜８０ｎｍとなるように形成される。これらのイリジウムによって形成されている部分と酸化イリジウムによって形成されている部分とを合わせて第二の保護層７とする。このように、図４（ｂ）に示されるように、基板１上に第一の保護層３、密着層４、第二の保護層７が順次形成される。本実施形態では、密着層４はタンタルによって形成されている。これにより、第一の保護層３と第二の保護層７との間の密着性が高く保たれる。

次に、第二の保護層における酸化イリジウム部分６にレジストを塗布し、露光、現像をすることによりパターニングを行う。そして、これをマスクとして、図４（ｃ）に示されるように、第二の保護層７と密着層４に順次ドライエッチングを行う。これによって、後のインク流路を第二の保護層７及び密着層４に形成する。このドライエッチングでは、Ｃｌ2またはＢＣｌ3等の塩素系ガスを含む混合ガスをエッチャントとして用いてエッチングを行う。その後に、基板１にエッチングによってインク供給口２１が形成される。また、基板１に、吐出口１１及び液室１０を画成するためのスペースが形成された流路形成部材９が配置される。このように、記録ヘッド１００が組み立てられる。

次に、保護層還元工程で、酸化物形成工程で形成された酸化物における流路形成部材側の表面のうち、発熱部２に対応した部分を、発熱部２に通電させることで加熱して還元する。スパッタ法によって形成された酸化イリジウムは、真空中や窒素雰囲気中において数百度以上に加熱されるように熱エネルギーが印加されると、酸素が還元されてイリジウムとなる性質を有している。従って、第二の保護層７のうちの酸化イリジウム部分６を、真空中や窒素雰囲気中で発熱部２に電圧を印加して５００℃以上に加熱することで、発熱部２に対応した部分のみ選択的にイリジウムに還元させることができる。

この工程は、基板１に第一の保護層３、密着層４、第二の保護層７が配置された後、またはそれからインク供給口２１が形成された後、またはそれから基板１に流路形成部材９が接合されて記録ヘッドが組み立てられた後に行われる。保護層還元工程では、真空中、大気中、窒素雰囲気中あるいは水素雰囲気中で、発熱部２にインクを吐出させるときと同様にパルス電圧を印加して、発熱部２に対応した部分の第二の保護層７を５００℃以上で加熱する。

これにより、第二の保護層７のうちの酸化イリジウム部分６において、発熱部２に対応した部分のみが選択的に加熱されることになる。ここで、発熱部２に対応した部分は、基板１よりも流路形成部材側の部分で、発熱部２と液室１０との間に位置する部分のことである。このように、第二の保護層７のうちの酸化イリジウム部分６において、発熱部２に対応した部分のみが加熱されることにより、その部分の貴金属の酸化物としての酸化イリジウムが還元されてイリジウム部分５が形成される。

本実施形態における酸化イリジウムは、リアクティブスパッタ法などの成膜時に混入する微量の不純物を除いて、二酸化イリジウムの組成比となっている。また、還元後のイリジウムも同様に、リアクティブスパッタ法などの成膜時に混入する微量の不純物を除いて、イリジウム金属となっている。このとき発熱部２に対応する部分とそれ以外の部分の、単位体積あたりのイリジウム原子の原子百分率を比較すると、発熱部２に対応する部分の方が多くなっている。さらに酸化イリジウムとなっている部分の、単位体積あたりのイリジウム原子の原子百分率は、約３３ａｔ％であるのに対し、イリジウムとなっている部分の、単位体積あたりのイリジウムの原子百分率は、約９５〜１００ａｔ％となっている。

一方、発熱部２に対応した部分以外の領域では、第二の保護層７における酸化イリジウム部分６の酸化イリジウムが還元される温度に到達しない。従って、発熱部２に対応した部分以外の領域では、酸化イリジウムは還元されずにそのままである。従って、図４（ｄ）に示されるように、第二の保護層７のうちの酸化イリジウム部分６において、発熱部２に対応した部分３０のみが酸化イリジウムからイリジウムに還元され、それ以外の領域は酸化イリジウムのままである記録ヘッド１００が形成される。

このように記録ヘッド１００が製造されるので、第二の保護層７における基板１と流路形成部材９との間の接合部の流路形成部材側の表面には酸化イリジウムの層が形成されたままである。一方、第二の保護層７のうち発熱部２に対応した部分の流路形成部材側の表面はイリジウムによって形成されている。

本実施形態では、特別なパターニングを行わずに発熱部２に対応した部分のみをイリジウムによって覆う構造とすることができるので、その分記録ヘッドの製造における工程数が少なく抑えられる。これにより、記録ヘッドの製造にかかる時間が短縮化されると共に製造上のコストが抑えられた記録ヘッドの製造方法を提供することができる。

（第二実施形態）
次に、本発明を実施するための第二実施形態について説明する。上記の第一実施形態と同様の構成の部分については説明を省略し、異なる部分のみ説明することとする。

上記第一実施形態では、第二の保護層７が、流路形成部材とは反対側の裏面側のイリジウム部分５と、流路形成部材側の酸化イリジウム部分６との二層に形成されている。そして、第二の保護層７におけるイリジウム部分５と酸化イリジウム部分６とが重ねられている状態で、発熱部２に対応した部分が加熱されて保護層還元工程が行われる。これに対して第二実施形態では、全体が酸化イリジウムによって形成された第二の保護層８が密着層４を介して第一の保護層３の流路形成部材側に形成される。そして、その状態で第二の保護層８における発熱部２に対応した部分が加熱されることでその部分が還元されて保護層還元工程が行われる点で上記の第一実施形態と異なる。

以下に、図５（ａ）〜（ｄ）を参照して第二実施形態における記録ヘッドの製造方法について説明する。

まず、図５（ａ）に示されるように、基板１に配置された発熱部２の流路形成部材側に第一の保護層３として、窒化珪素をプラズマＣＶＤ法により３００〜１０００ｎｍ形成する。次に、第一の保護層上の流路形成部材側に、第一の保護層３を覆うように、タンタルによってスパッタ法により２０〜２００ｎｍに形成された密着層４が形成される。そして、図５（ｂ）に示されるように、密着層４の流路形成部材側に、リアクティブスパッタ法により酸化イリジウムによって形成された第二の保護層８を４０〜１６０ｎｍに形成する。このとき、本実施形態で形成される第二の保護層８は、流路形成部材側からその反対側の裏面に至るまでその厚さ方向の全体に亘って酸化イリジウムによって形成される。次に、図５（ｃ）に示されるように、第二の保護層８と密着層４に対して順次ドライエッチングを行う。

本実施形態での保護層を形成する保護層形成工程では、保護層を形成する酸化イリジウムにおける酸素含有量が、保護層における流路形成部材側の表面から所定距離までの領域において、流路形成部材９に近い位置程多くなるように形成される。本実施形態では、保護層における流路形成部材側の表面から所定距離までの領域とは、第二の保護層８の流路形成部材側からその反対側の裏面にかけての第二の保護層８の厚さ方向全てのことをいうものとする。

そして、保護層還元工程で、発熱部２に通電させることにより、酸化イリジウムによって形成された第二の保護層８のうち発熱部２に対応した部分を加熱する。この加熱は第一実施形態と同様に、真空中、大気中、窒素雰囲気中または水素雰囲気中でパルス電圧が発熱部２に印加されることで行われる。このように保護層還元工程で第二の保護層８のうち発熱部２に対応した部分が加熱されるので、その部分の酸化イリジウムが還元され、イリジウム部分２２が形成される。本実施形態では、第二の保護層８における流路形成部材側の面からその逆側の裏面に至るまで第二の保護層８を貫通するようにイリジウム部分２２が形成されている。そして、第二の保護層８における発熱部２に対応した部分のイリジウム部分２２以外の領域は全て酸化イリジウムによって形成されている。これにより、図５（ｄ）に示されるように、記録ヘッドの第二の保護層８における基板１と流路形成部材９との間の接合部は、酸化イリジウムによって形成される。また、第二の保護層における発熱部２に対応した部分は、還元されたイリジウムによって形成される。従って、基板１と流路形成部材９との間の密着性が高く確保される。また、インクによる化学的作用から発熱部２が保護される。また、キャビテーションによって生じる衝撃によって発熱部２が損傷を受けることを抑えることができる。

なお、図６に示されるように、エポキシ樹脂で構成した流路形成部材９と第二の保護層８と接する面に、ポリエーテルアミドを有する熱可塑性樹脂の密着向上層５０を設けても良い。これにより、流路形成部材９と第二の保護層８との間の密着力をさらに向上させることもできる。ポリエーテルアミドを有する熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂との密着が良いうえ、イリジウムなどの貴金属との密着性が高いため、流路形成部材９が剥離するのを防止することが出来る。

本実施形態の記録ヘッドの製造方法によれば、第一実施形態のように、第二の保護層を形成する工程において、第二の保護層の流路形成部材側に形成されている酸化イリジウム部分とその反対側に形成されているイリジウム部分とに分ける必要がない。従って、第二の保護層８を形成する工程は、リアクティブスパッタ法によって酸化イリジウムにより第二の保護層８を形成する一つの工程だけで済み、第一実施形態と比較してさらに製造工程を減少させることができる。これにより、記録ヘッドの製造にかかる時間をさらに短縮化させることができ、記録ヘッドの製造コストをさらに減少させることができる。

なお、本発明の記録ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。そして、この記録ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の記録媒体に記録を行うことができる。なお、本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味することとする。

１ 基板
２ 電気熱変換素子
７、８ 第二の保護層
９ 流路形成部材

Claims (14)

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ー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液体の流路の壁を有し、樹脂からなる部材とを備え、
   前記層の前記発熱部に対応する部分は、貴金属を主たる成分とし、前記層の前記部材に接する部分より単位体積あたりの前記貴金属の原子の原子百分率の値が大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記流路に露出し、前記層の前記発熱部に対応する部分と電気的に接続された電極を有す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. 前記電極と前記層との間に電圧を印加することにより、前記層の発熱部に対応する部分の表面が溶出することを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記層は酸素原子を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記層の前記部材に接する部分の単位体積あたりの酸素原子の原子百分率の値は、前記層の前記発熱部に対応する部分の単位体積あたりの酸素原子の原子百分率の値より大きいことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記層の前記部材に接する部分の単位体積あたりの酸素原子の原子百分率の値は、前記基板の積層方向に関して前記部材から離れた位置における前記層の単位体積あたりの酸素原子の原子百分率の値よりも大きいことを特徴とする請求項４または５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記貴金属は、イリジウムであって、前記層の前記部材に接する部分は酸化イリジウムを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記層は、前記発熱部に対応する部分と、前記部材に接する部分とが連続するように設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
9. 液体を吐出する吐出口を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
   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ーを発生する発熱部と、該発熱部を覆う様に設けられ、貴金属の酸化物からなる層と、が設けられた基板と、該基板の上に設けられ、前記吐出口に連通する流路の壁を有し、樹脂からなる部材と、を用意する工程と、
   前記発熱部を発熱させ、前記層の前記発熱部に対応する部分を還元する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記還元する工程における前記層の前記発熱部に対応する部分の単位体積あたりの酸素原子の原子百分率の値が、前記用意する工程における前記層の単位体積あたりの酸素原子の原子百分率の値よりも小さくなるようにすることを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記還元する工程における前記層の前記発熱部に対応する部分の単位体積あたりの貴金属の原子の原子百分率の値が、前記用意する工程における前記層の単位体積あたりの貴金属の原子の原子百分率の値よりも大きくなるようにすることを特徴とする請求項９または１０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
12. 前記用意する工程において、前記層における前記部材の設けられる部分の単位体積あたりの酸素原子の原子百分率の値は、前記基板の積層方向に関して、前記層の前記部材の側の部分での値が、前記部材から離れた位置における値よりも大きくなるように、前記層を設けることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
13. 貴金属の酸化物からなる前記層は、リアクティブスパッタ法を用いて形成されることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
14. 前記貴金属の酸化物は、酸化イリジウムであることを特徴とする請求項９から１３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

Images