JP2013119180A

JP2013119180A - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置

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Publication number: JP2013119180A
Application number: JP2011267153A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Ishida; 譲石田; Maki Kato; 麻紀加藤; 健治 ▲高▼橋; Kenji Takahashi; Ichiro Saito; 一郎斉藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2013-06-17
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: JP5932318B2; US8721050B2; US20130141494A1

Abstract

【課題】保護層の表面を溶解させるコゲ除去動作を繰り返し行うと、キャビテーションによりテーパー部を起点として保護層に亀裂等が生じてエネルギー発生素子を十分に保護することができない懸念がある。
【解決手段】一対の電極層と発熱抵抗層とからなるエネルギー発生素子の、電極層と発熱抵抗層との境界部に対応する保護層の領域を、インクに対して陽極となる電圧が印加されることで溶出する材料で被覆するように液体吐出ヘッドを設ける。これによりコゲ除去動作を繰り返し行ったとしても、テーパー部の保護層が溶出することを防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関するものである。

インクジェット記録に使用される液体吐出ヘッドは、複数の吐出口と、該吐出口からインクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生するための複数のエネルギー発生素子とを有して設けられている。このようなエネルギー発生素子は発熱抵抗層およびこれに電力を供給するための電極で構成されており、これらが絶縁性材料からなる絶縁層により被覆されることで、インクとエネルギー発生素子間での絶縁性が確保される。このようなエネルギー発生素子を駆動することで生じた熱エネルギーにより、インクが急激に加熱されることでインクが膜沸騰して気泡が生じ、この気泡に伴う圧力によってインクが記録媒体に吐出されて記録動作が行われる。

このようなエネルギー発生素子の発生した熱がインクへと伝熱する熱作用部は、発熱抵抗層の加熱により高温にさらされると共に、気泡の発泡、収縮に伴うキャビテーションによる衝撃などの物理的作用や、インクによる化学的作用を複合的に受ける。そのためエネルギー発生素子や絶縁層を保護するために、エネルギー発生素子に対応する位置に保護層を設ける。このような保護膜の材料としては、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に対して強いタンタルや白金族系（イリジウム、ルテニウムなど）を用いることができる。特に、イリジウムやルテニウムのような白金族系の膜は、非常に安定な膜でありインクに対する耐性やキャビテーションによる衝撃に対して非常に耐性があるため、ヘッドの信頼性・長寿命化という観点から有用な材料である。

しかしながらこのような材料は、キャビテーションが生じてもほとんど削れないため、インク中の物質が熱分解することで生じる難溶性の物質（コゲ）が保護層の表面に付着しやすく、徐々に堆積していくことが知られている。このようなコゲが熱作用部に付着していると、エネルギー発生素子の生じるエネルギーが十分にインクに伝わらず吐出が不安定になってしまう。

特許文献１には、保護層に電圧を印加しインクと保護層との間で電気化学反応を発生させて保護層の表面を数ｎｍ程度溶出させることで、保護層上に堆積したコゲを除去することが開示されている。図７は、特許文献１の液体吐出ヘッドのエネルギー発生素子周辺の断面模式図である。発熱抵抗層１１０４と電極層１１０５とで構成されるエネルギー発生素子１１０８がシリコン窒化膜等からなる絶縁層１１０６で被覆されて設けられている。さらに、エネルギー発生素子１１０８に対応する位置に、保護層１１０７に電力を供給する配線層とイリジウムやルテニウムからなる保護層１１０７とが設けられている。そして配線層１１０９と対向電極１１１１とを用いて保護層１１０７を陽極となるように電圧を印加して、保護層１１０７の表層を数ｎｍ程度溶出させることで、エネルギー発生素子１１０８上に堆積したコゲを除去することができることが開示されている。

特開２００８−１０５３６４号公報

しかしながら、図７にからもわかるように、特許文献１に開示される液体吐出ヘッドのエネルギー発生素子１１０８に対応する絶縁層１１０６の表面は、電極層１１０５を起因とする凹凸形状となっている。保護層１１０７は一般的にスパッタリング法などの成膜技術を用いて形成されるため、段差部や傾斜部においては膜厚が薄くなってしまう。つまり電極層１１０５と発熱抵抗層１１０４との境界部に対応する位置の保護層１１０７（以下、テーパー部とも称する）の膜厚は、エネルギー発生素子上の平坦な部分の膜厚よりも薄くなり、エネルギー発生素子上の領域の５０〜６０％程度の膜厚しか成膜されない。さらにこのような境界部に対応する保護層１１０７のテーパー部の膜質は、平坦な部分の膜質に比べて疎となっている。

このような液体吐出ヘッドを用いてコゲ除去動作を行うと、境界部に対応する部分の保護層は、電気化学反応が急速に進み非常に早く溶出してしまう。そのためコゲ除去動作を繰り返していくと、平坦な部分と比較して境界部に対応する部分の保護層の膜厚がさらに薄くなり、キャビテーションによりテーパー部を起点として保護層に亀裂等が生じてエネルギー発生素子を十分に保護することができない懸念がある。

本発明は、上記点を鑑みなされたものであり、コゲ除去動作を繰り返したとしてもエネルギー発生素子を保護することができる信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することを目的としている。

本発明は、通電することにより発熱する材料からなる発熱抵抗層と、該発熱抵抗層に通電するために用いられる一対の電極層と、で構成され、熱エネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記一対の電極層と前記発熱抵抗層とを被覆する、絶縁性材料からなる絶縁層と、前記絶縁層の前記エネルギー発生素子に対応する位置に少なくとも設けられ、液体と電気化学反応を起こして溶出する材料からなる保護層と、を備える液体吐出ヘッドであって、少なくとも前記一対の電極層と前記発熱抵抗層との境界部に対応する前記保護層のテーパー部を被覆する位置に設けられ、液体と電気化学反応を起こして溶出しない材料からなる被覆層を有することを特徴としている。

このように設けることで、コゲ除去動作を繰り返し行ったとしても、境界部に対応する保護層の部分は溶出しない。これによりキャビテーションによる、保護層のテーパー部を起点としたエネルギー発生素子の破壊を防止することができる。

（ａ）液体吐出装置の模式的な斜視図である。（ｂ）ヘッドユニットの模式的な斜視図である。液体吐出ヘッドの模式的な斜視図である。（ａ）液体吐出ヘッドのエネルギー発生素子付近の平面模式図である。（ｂ）（ａ）の液体吐出ヘッド用基板をＩ−Ｉ´で切断したときの断面模式図である。（ｃ）（ａ）の液体吐出ヘッド用基板をII−II´で切断したときの断面模式図である。図３（ｂ）の液体吐出ヘッドに対してコゲ除去動作を行った後の、断面模式図である。（ａ）〜（ｆ）は、第一の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造工程を説明する図である。（ａ）〜（ｃ）は、第二の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造工程を説明する図である。従来の液体吐出ヘッドの断面模式図である。

液体吐出ヘッドは、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、この液体吐出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被記録媒体に記録を行うことができる。

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被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。

さらに「液体」とは広く解釈されるべきものであり、被記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、被記録媒体の加工、或いはインクまたは被記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。ここで、インクまたは被記録媒体の処理とは、例えば、被記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上するための処理のことを言う。さらに、本発明の液体吐出装置に用いられるような「液体」は、一般的に電解質を多く含み導電性を有している。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお以下の説明では，同一の機能を有する構成には図面中同一の番号を付与する。

（液体吐出装置）
図１（ａ）は、本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載可能な液体吐出装置を示す概略図である。図１（ａ）に示すように、リードスクリュー５００４は、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１１，５００９を介して回転する。キャリッジＨＣはヘッドユニットを載置可能であり、リードスクリュー５００４の螺旋溝５００５に係合するピン（不図示）を有しており、リードスクリュー５００４が回転することによって矢印ａ，ｂ方向に往復移動される。このキャリッジＨＣには、ヘッドユニット４０が搭載されている。

（ヘッドユニット）
図１（ｂ）は、図１（ａ）のような液体吐出装置に搭載可能なヘッドユニット４０の斜視図である。液体吐出ヘッド４１（以下、ヘッドとも称する）はフレキシブルフィルム配線基板４３により、液体吐出装置と接続するコンタクトパッド４４に導通している。また、ヘッド４１は、インクタンク４２と接合されることで一体化されヘッドユニット４０を構成している。ここで例として示しているヘッドユニット４０は、インクタンク４２とヘッド４１とが一体化したものであるが、インクタンクを分離できる分離型とすることも出来る。

本願発明はこのようなヘッドユニットに搭載可能な液体吐出ヘッドに関するものである。そして液体の吐出動作を行った際に生じるコゲの除去を行うために用いられる保護層の、電極層と発熱抵抗層との境界部の段差に対応するテーパー部を起因としたエネルギー発生素子の破損を防止できる、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することを目的としている。

このような液体吐出ヘッドについて、以下詳細に説明する。

（第一の実施形態）
図２（ａ）に本発明に係る液体吐出ヘッド４１の斜視図を示す。液体吐出ヘッド４１は、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エネルギー発生素子１０８を備えた液体吐出ヘッド用基板１００と、該液体吐出ヘッド用基板１００の上に設けられた流路形成部材１１２と、を有している。流路形成部材１１２は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の硬化物で設けることができ、液体を吐出するための吐出口１１３と、吐出口１１３に連通する流路１１４の面とを有している。この面を内側にして、流路形成部材１１２が液体吐出ヘッド用基板１００に接することで流路１１４が設けられている。流路形成部材１１２に設けられた吐出口１１３は、供給口４５に沿って所定のピッチで列をなすように設けられている。供給口４５から供給された液体は流路１１４に運ばれ、さらにエネルギー発生素子１０８の発生する熱エネルギーによって液体が膜沸騰することで気泡が生じる。このときに生じる圧力により液体が、吐出口１１３から吐出されることで、記録動作が行われる。さらに、液体吐出ヘッド４１は、外部、例えば液体吐出装置、との電気的接続を行う端子１７を有している。端子１７に電圧や信号を供給することで、エネルギー発生素子１０８を駆動して液体を吐出することができる。

図３（ａ）は、図２に示す液体吐出ヘッドのエネルギー発生素子１０８の部分を拡大して示した平面模式図である。

このようなエネルギー発生素子１０８を駆動して長期間記録動作を継続していると、インク中の色材や添加剤等の物質が高温加熱されることで分解し、難溶解性の物質に変化し、エネルギー発生素子１０８の表面の熱作用部に付着する。このような付着物をコゲと称する。このようなコゲがあると、エネルギー発生素子１０８が発生した熱がインクに十分に伝わらず、発泡不良等が生じる可能性がある。そのため、図３（ａ）のようにエネルギー発生素子１０８のインクへの熱作用部に対応する領域に、陽極にすることでインクと電気化学反応を起こし、溶解する金属材料で保護層１０７を設けている。この液体吐出ヘッドの流路１１４にインク等の電解液を満たした状態で、保護層１０７が陽極となるように電圧を印加し電流を流すことで、保護層１０７の表面が電気化学反応を起こし溶解する。保護層１０７の表面が溶解することに伴い、保護層１０７の表面に付着したコゲも除去されるため、エネルギー発生素子１０８の生じた熱エネルギーをインクに十分に伝えることができるようになり、安定した記録動作を行うことができるようになる。本明細書においてはこのような液体吐出ヘッドのクリーニング動作をコゲ除去動作ということとする。このようなコゲ除去動作は、コゲの熱作用部への付着の状態に基づいて適宜必要なタイミングで行うことができる。

図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩ−Ｉ´に沿って液体吐出ヘッド用基板１００に垂直に液体吐出ヘッド４１を切断した場合の切断面の状態を模式的に示す断面図である。

図３（ｂ）に示すように、トランジスタ等の駆動素子（不図示）が設けられたシリコンからなる基体１０１の上に、基体１０１の一部を熱酸化して設けた熱酸化層１０２と、ＳｉＯ２等のシリコン化合物からなる蓄熱層１０３とが設けられている。蓄熱層１０３の上に、通電することで発熱する材料（例えばＴａＳｉＮやＷＳｉＮなど）からなる発熱抵抗層１０４が設けられている。さらに発熱抵抗層１０４に接するように、発熱抵抗層より抵抗の低いＡｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ等の導電材料からなる一対の電極層１０５が設けられている。このような一対の電極層１０５の間に電圧を供給することで、発熱抵抗層１０４の一対の電極層１０５の間に位置する部分に通電し発熱するため、この部分がエネルギー発生素子１０８として用いられる。なお本実施形態においては発熱抵抗層１０４の上に電極層１０５を配置しているが、一対の電極層１０５の上に発熱抵抗層を配置する構成を採用してもよい。

これらの発熱抵抗層１０４と一対の電極層１０５は、インクなどの吐出に用いられる液体との絶縁を図るために、ＳｉＮ等のシリコン化合物などの絶縁性材料からなる絶縁層１０６で被覆されている。さらにエネルギー発生素子１０８の部分に対応する絶縁層１０６の上に耐キャビテーション層として用いられ、かつコゲ除去動作を行うことができる保護層１０７がスパッタ法等を用いて設けられている。これにより、吐出の際の気泡の発泡、収縮によるキャビテーション等の物理的衝撃や、発熱することに伴う化学的な衝撃からエネルギー発生素子１０８を保護することができ、さらにコゲを除去することができる。このような保護層１０７の材料としては、陽極となるような電位を印加することで電気化学反応を生じてインク中に溶出する金属材料を用い、具体的にはイリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の白金族の金属材料を用いる。

絶縁層１０６の表面は下層に形成された構造物の影響により凹凸形状となっており、特に発熱抵抗層１０４と電極層１０５との境界部の段差に対応する絶縁層の部分が急峻なテーパー形状となっている。スパッタリング法等の成膜技術を用いて保護層１０７を形成すると、このようなテーパー形状の位置では、保護層１０７の膜厚は薄くなってしまう。また、このようなテーパー形状の上に形成した膜の膜質は平坦部に設けた膜質に比べて悪いため、電気化学反応が進みやすい状態である。以下、保護層１０７のテーパー形状に対応する部分をテーパー部１０７ａと称する。

このようなテーパー部１０７ａの部分は、キャビテーション等の物理的衝撃や化学的衝撃に強く、かつ、電圧を印加して通電しても溶解しない材料を用いて被覆層１１０で被覆されるように設ける。このような被覆層１１０の材料としてタンタル（Ｔａ）やニオブ（Ｎｂ）等の金属材料を用いることにより、電圧を印加するための電極としても用いることができる。被覆層１１０を電極としても用いることにより、図７に示すような絶縁層と保護層との間に電極層を設ける必要がなく、エネルギー発生素子１０８とインクとの間の距離を短縮して、エネルギー発生素子１０８の発生する熱を効率的にインクに伝えることができる。つまり、エネルギー発生素子１０８に供給するエネルギー量も削減することができる。具体的には、図７の構成では電極層は少なくとも約１００ｎｍの膜厚が必要となるが、本構成のように設けることで、その分エネルギー発生素子１０８と熱作用部との距離を近づけることができる。

具体的な構成としては、図３（ａ）に示すように各保護層１０７を其々のエネルギー発生素子１０８に対応するように設け、さらに各保護層１０７のテーパー部を被覆し、さらにこれらと接続するように被覆層１１０を設けることができる。さらに流路内に対向電極１１１を設ける。このような被覆層１１０と対向電極１１１との間に例えば電源１２１を用いて電位差をかけることにより、コゲ除去動作を行うことができる。

図４は、コゲ除去動作を繰り返し行った後の図３（ｂ）の液体吐出ヘッドの断面状態である。保護層１０７のテーパー部１０７ａは、図３（ｂ）に示すように被覆層１１０で被覆されているため、コゲ除去動作が繰り返し行われても、インクに接することはない。そのためコゲ除去動作を繰り返し行ったとしても、エネルギー発生素子１０８上に配置されている流路内に面しインクに接する部分の保護層１０７は溶出するが、テーパー部１０７ａは溶出しない。これによりキャビテーションによる、テーパー部を起点としたエネルギー発生素子１０８の破壊を防止することができる。

また、コゲ除去動作を繰り返し行うと、保護層１０７が基板に対して垂直方向だけでなく、水平方向にも溶出が進む。つまり保護層１０７のテーパー部１０７ａを溶出させないために、被覆層１１０の端部が、少なくともテーパー部より保護層の膜厚と実質的に同じ距離だけ、テーパー部から遠ざかる内側方向に延長して設けることが好ましい。さらに、保護層１０７の端部も被覆層１１０で被覆しておくことにより、保護層１０７が端部から剥離することも防止できる。なお、一対の電極層１０５のエネルギー発生素子１０８とは反対側の絶縁層１０６のテーパー形状上も被覆しておくことにより、絶縁性を向上させることもできる。

図３（ｃ）は、図３（ａ）のII−II´に沿って液体吐出ヘッド用基板１００に垂直に液体吐出ヘッド４１を切断した場合の切断面の状態を模式的に示す断面図である。発熱抵抗層１０４をエッチング法を用いてパターニングする際に、蓄熱層１０３がオーバーエッチングされることで段差が生じる場合がある。このような部分は、電極層１０５で生じるテーパー形状と同様に膜厚が薄く、かつ、膜質が悪い保護層１０７のテーパー部１０７ｂが発生するため、テーパー部１０７ａと同様に被覆層１１０で被覆することが好ましい。この部分においても、被覆層１１０の端部は、エネルギー発生素子１０８付近で段差があるテーパー領域と保護層１０７の膜厚分の距離だけテーパー部から離れる方向まで設けることで、コゲ除去動作を繰り返し行ってもテーパー部１０７ｂを保護することができる。

また対向電極１１１を、インクに対して陽極となるような電圧を印加したときに酸化しない材料、例えばイリジウムまたはルテニウム等の白金族で設けることにより、対向電極１１１と保護層１０７との陽極となる側を交互に変えることができる。対向電極１１１を陰極、保護層１０７を陽極に固定して電気化学反応を継続していると、使用するインクによっては陽極の保護層１０７表面にインク成分が付着し、保護層１０７の溶出が妨げられてコゲを除去できなくなる場合がある。このような場合に、印加する電圧の極性を適宜反転させることで、保護層１０７に付着したインク成分を除去あるいは分散させながらコゲ除去動作を行うことができる。

このような対向電極１１１は、端部を被覆層のタンタルやニオブ等を含む金属材料で被覆しておくことにより、印加する電圧の極性を反転させながらコゲ除去動作を行ったとしても、対向電極１１１の端部の溶出を防止することができる。これにより、電圧の極性を反転させながらコゲ除去動作を行ったとしても、対向電極１１１の寸法の変化を防止することができ安定したコゲ除去動作とすることができる。

（製造方法）
次に、このような液体吐出ヘッドの製造方法の一例を説明する。
図５（ａ）〜（ｅ）は図３（ａ）に示す液体吐出ヘッドの製造工程を説明するための断面模式図である。

トランジスタ等の駆動素子が設けられたシリコンからなる基体１０１の上に、基体１０１の一部を熱酸化して熱酸化層１０２を設け、さらに、スパッタ法またはＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２等のシリコン化合物からなる蓄熱層１０３を設ける（図４（ａ））。

次に蓄熱層１０３の上に、通電することで発熱する材料（例えばＴａＳｉＮやＷＳｉＮなど）からなる発熱抵抗層１０４を反応スパッタリング法により約５０ｎｍの厚さ設ける。さらに一対の電極層１０５となる、Ａｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ等の導電材料層をスパッタリング法により約３００ｎｍの厚さに形成する。そして、フォトリソグラフィ法を用い、発熱抵抗層１０４および電極層１０５に対して同時にドライエッチング法を用いてパターニングを行う。なお、本実施形態では、ドライエッチングとしてリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いる。このとき隣り合うエネルギー発生素子１０８間で、確実に電気的に独立となるように、蓄熱層１０３の表面がオーバーエッチングされる程度までに、十分にドライエッチング法を用いて除去することが好ましい。

次に、図４（ｂ）に示すエネルギー発生素子１０８を形成するために、再度フォトリソグラフィ法を用いてエネルギー発生素子１０８に対応する部分が開口するようにレジストマスクを設け、ウエットエッチング法を用いて開口部の導電材料層を除去する。これにより、エネルギー発生素子１０８を構成する段差を有する一対の電極層１０５と発熱抵抗層１０４が形成される。

次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、図４（ｃ）に示すように、少なくとも一対の電極層１０５と発熱抵抗層１０４の境界部の段差に対応する部分と一対の電極層１０５の間の発熱抵抗層１０４の部分の上に絶縁層１０６としてＳｉＮ膜を約３５０ｎｍの厚みに形成する。このとき一対の電極層１０５と発熱抵抗層１０４の境界部の段差に対応する部分の絶縁層１０６はテーパー形状となる。

次に、絶縁層１０６上にスパッタリング法により、陽極となるような電圧を印加することで電気化学反応を生じてインク中に溶出するイリジウムまたはルテニウム等の白金族の金属材料を約２００ｎｍの厚さ形成する。その後図４（ｄ）に示す形状となるように、フォトリソグラフィ法を用いて形成したレジストマスクを用いてドライエッチングして、エネルギー発生素子１０８を被覆する保護層１０７および対向電極１１１のパターンとなるようにパターニングする。このとき、絶縁層１０６のテーパー形状に対応する保護層１０７のテーパー部は、膜厚が薄く、かつ、膜質が悪い状態となっている。

次に保護層１０７の上に、キャビテーション等の物理的衝撃や化学的衝撃に強く、かつ、電圧を印加して通電しても溶解しないタンタルまたはニオブ等を含有する金属材料で約２５０ｎｍの厚さとなるようにスパッタリング法を用いて形成する。その後、図４（ｅ）に示すような保護層１０７のテーパー部１０７ａと保護層１０７の端部とを被覆し、かつ電極としても用いられる被覆層１１０となるようにドライエッチング法等を用いてパターニングする。

なお、コゲ除去動作を繰り返したとしても保護層１０７のテーパー部１０７ａが溶出しないように、図４（ｅ）のように被覆層１１０は、保護層１０７の膜厚と同程度の距離テーパー部１０７ａよりも内側まで覆うようにパターニングすることが好ましい。具体的には保護層を約２００ｎｍの膜厚で設けた場合には、約２００ｎｍ内側まで被覆するように被覆層１１０を設ける。またこの時、対向電極１１１の端部を約２００ｎｍ覆うように被覆層１１０も同時にパターニングしてもよい。

次に、液体吐出ヘッド用基板１００の上に図４（ｆ）のようにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の硬化物で、液体を吐出するための吐出口１１３と、吐出口１１３に連通する流路１１４の面となる流路形成部材１１２を設ける。さらにインクを流路１１４に供給するために液体吐出ヘッド用基板１００を貫通する供給口４５を形成することで液体吐出ヘッド４１が設けられる。

このような液体吐出ヘッド４１を用いて、１．０×１０^７回吐出動作を行ったところ、吐出口によっては、インクがまっすぐに吐出されなかったりインク滴の量が少なくなるなど安定した吐出が行えない状態となった。このような吐出口に対応するエネルギー発生素子１０８の熱作用部を光学顕微鏡を用いて観察すると、コゲが付着していることが確認された。このような液体吐出ヘッド４１に、電源１２１を用いて保護層１０７が陽極となるようにＤＣ電位差１０Ｖを３０ｓｅｃ印加したところ、保護層１０７上に堆積したコゲが除去され、安定した記録動作をできるような状態に回復した。さらに、コゲの付着動作とコゲ除去動作を３０回程度繰り返し行った後に液体吐出ヘッド４１を分解して観察を行ったところ、テーパー部１０７ａは被覆層１１０で保護されており、溶出していないことが確認された。

（第二の実施形態）
第一の実施形態においては、絶縁層１０６と保護層１０７とを直接接するように設ける構成を示したが、図６（ｃ）に示すように絶縁層１０６と保護層１０７との間に、密着性を向上させるための密着層１０９を設けた構成を本実施形態において説明する。このような密着層１０９は、シリコン化合物からなる絶縁層１０６およびイリジウムやルテニウム等の白金族の金属材料からなる保護層１０７との密着性のよい、タンタル、クロム、チタン、ニオブ等を含む金属材料またはこれらの合金を用いて設けることが好ましい。このような密着層１０９を設ける以外は、第一の実施形態と同様である。

このように設けることにより、コゲ除去動作を繰り返し行っても、エネルギー発生素子１０８上に配置され、流路内に露出している保護層１０７は溶出するが、テーパー部１０７ａは溶出しない。これによりキャビテーションによる、テーパー部を起点としたエネルギー発生素子１０８の破壊を防止することができる。さらに、密着層１０９を設けることにより、絶縁層１０６上の保護層１０７が剥離することを防止することができる。

さらに保護層１０７と密着層１０９との端部を被覆層１１０で被覆しておくことにより、保護層１０７が端部から剥離することも防止できる。

（製造方法）
次に、このような液体吐出ヘッドの製造方法の一例を説明する。
図５（ｃ）の絶縁層１０６を設ける工程までは、第一の実施形態と同様であるため省略する。

絶縁層１０６上に、タンタル、クロム、チタン、ニオブ等の金属材料またはこれらの合金を用いて密着層１０９となる材料層と、イリジウムやルテニウム等の白金族の金属材料を用いて保護層１０７となる材料層とをスパッタリング法により連続して成膜する。このとき、密着層１０９となる材料層は約２０ｎｍ、保護層１０７となる材料層は約２００ｎｍの厚さとなるように連続で形成する。

図５（ａ）に示す形状となるように、フォトリソグラフィ法を用いて形成したレジストマスクを用いてドライエッチングして、エネルギー発生素子１０８を被覆する保護層１０７および対向電極１１１のパターンとなるようにパターニングする。このとき密着層１０９となる材料層も同時に同じ形状となるようにパターニングを行うことで、密着層を形成することができる。

次に保護層１０７の上に、キャビテーション等の物理的衝撃や化学的衝撃に強く、かつ、電圧を印加しても溶解しないタンタルまたはニオブ等を含む金属材料で約２５０ｎｍの厚さとなるようにスパッタリング法を用いて形成する。その後、図５（ｂ）に示すような保護層１０７のテーパー部１０７ａと保護層１０７の端部とを被覆し、かつ電極としても用いられる被覆層１１０となるようにドライエッチング法等を用いてパターニングする。ここで、コゲ除去動作を繰り返したとしても保護層１０７のテーパー部１０７ａが溶出しないように、図５（ｂ）のように被覆層１１０は、保護層１０７の膜厚と同程度の距離テーパー部１０７ａよりも内側まで覆うようにパターニングを行うことが好ましい。具体的には保護層を約２００ｎｍの膜厚で設けた場合には、約２００ｎｍ内側まで被覆するように被覆層１１０をパターニングする。またこの時、対向電極１１１の端部を約２００ｎｍ覆うように被覆層１１０も同時にパターニングしてもよい。

次に、液体吐出ヘッド用基板１００の上に図５（ｃ）のようにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の硬化物で、液体を吐出するための吐出口１１３と、吐出口１１３に連通する流路１１４の面となる流路形成部材１１２を設ける。さらにインクを流路１１４に供給するために液体吐出ヘッド用基板１００を貫通する供給口４５を形成する。

このように製造することにより、コゲ除去動作を行うことができる液体吐出ヘッド４１を設けることができる。

１００液体吐出ヘッド用基板
１０１基板
１０４発熱抵抗層
１０５電極層
１０６絶縁層
１０７保護層
１０８エネルギー発生素子
１０９密着層
１１０被覆層
１１１対向電極

Claims

通電することにより発熱する材料からなる発熱抵抗層と、該発熱抵抗層に通電するために用いられる一対の電極層と、で構成され、熱エネルギーを発生するエネルギー発生素子と、
前記一対の電極層と前記発熱抵抗層とを被覆する、絶縁性材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層の前記エネルギー発生素子に対応する位置に少なくとも設けられ、液体と電気化学反応を起こして溶出する材料からなる保護層と、
を備える液体吐出ヘッドであって、
少なくとも前記一対の電極層と前記発熱抵抗層との境界部に対応する前記保護層のテーパー部を被覆する位置に設けられ、液体と電気化学反応を起こして溶出しない材料からなる被覆層を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
前記被覆層は、タンタルまたはニオブを含む金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記保護層は、イリジウムまたはルテニウムを含む金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
通電することにより発熱する材料からなる発熱抵抗層と、該発熱抵抗層に通電するために用いられる一対の電極層と、で構成され、熱エネルギーを発生するエネルギー発生素子と、
前記一対の電極層と前記発熱抵抗層とを被覆する、絶縁性材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層の前記エネルギー発生素子に対応する位置に少なくとも設けられ、イリジウムまたはルテニウムを含む金属材料からなる保護層と、
を備える液体吐出ヘッドであって、
少なくとも前記テーパー部を被覆する位置に設けられ、タンタルまたはニオブを含む金属材料からなる被覆層を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
前記被覆層の端部は、前記テーパー部から前記保護層の膜厚と同じ距離だけ少なくとも内側となるように設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記被覆層は、前記保護層の端部も被覆していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記絶縁層と前記保護層との間に、密着層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
前記密着層は、タンタル、クロム、チタン、ニオブを含む金属材料で形成されることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置であって、
前記保護層がインクに対して陽極となるように電圧を印加する印加手段を有することを特徴とする液体吐出装置。