JP3762172B2 - 液体吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドが搭載されたヘッドカートリッジと液体吐出装置、及び該液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機・ファクシミリ・ワープロ・ホストコンピュータ等の出力用端末としてのプリンタ、ビデオプリンタ等に用いられる液体吐出ヘッド、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、記録のためのエネルギーとして利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子を形成した基体を有し、記録用の液体（インク等）を飛翔液滴として吐出口（オリフィス）から吐出させて、記録媒体に付着させることによって記録を行う液体吐出ヘッド、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、インクに急激な体積変化を伴う状態変化を生じさせ、このインク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、米国特許第４，７２３，１２９号明細書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】
こ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という多くの優れた利点を有している。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、ファクシミリなどの多くのオフィス機器に利用されており、さらに、捺染装置など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】
このようなバブルジェット技術が多方面の製品に利用されるに従って、次のような様々な要求が近年さらに高まっている。
【０００６】
例えば、エネルギー効率の向上の要求に対する検討としては、発熱体の保護膜の厚さを調整するといった発熱体の最適化が挙げられる。この手法は、発生した熱の液体への伝搬効率を向上させる点で効果がある。
【０００７】
また、高画質な画像を得るために、インクの吐出スピードが速く、安定した気泡発生に基づく良好なインク吐出を行える液体吐出方法などを与えるための駆動条件が提案されたり、また、高速記録の観点から、吐出された液体の液流路内への充填速度の速い液体吐出ヘッドを得るために液流路の形状を改良したものも提案されたりしている。
【０００８】
また、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９−２０１９６６号等が提案されている。
【０００９】
ここで、特開平９−２０１９６６号公報等に開示されている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１９等を参照して説明する。図１９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２０は図１９に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。図１９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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
図１９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１１０２が素子基板１１０１に設けられており、この素子基板１１０１上に発熱体１１０２に対応して液流路１１０３が配されている。液流路１１０３は吐出口１１０４に連通していると共に、複数の液流路１１０３に液体を供給するための共通液室１１０５に連通しており、吐出口１１０４から吐出された液体に見合う量の液体をこの共通液室１１０５から受け取る。
【００１４】
この液流路１１０３の素子基板１１０１上には、前述の発熱体１１０２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１１０６が片持梁状に設けられている。この可動部材１１０６の一端は液流路１１０３の壁や素子基板１１０１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）１１０７等に固定されている。これにより、可動部材１１０６は台座１１０７に保持され、支点（支点部分）１１０８が構成されている。
【００１５】
また、可動部材１１０６を櫛歯状にすることにより、簡易にかつ安価に可動部材１１０６を作製することができ、台座１１０７に対するアライメントも容易にできる。
【００１６】
この可動部材１１０６は、液体の吐出動作によって共通液室１１０５から可動部材１１０６の上方を経て吐出口１１０４側へ流れる大きな流れの上流側に支点（支点部分：固定端）１１０８を持ち、この支点１１０８に対して下流側に自由端１１０９を持つように、発熱体１１０２に面した位置に発熱体１１０２を覆うような状態で発熱体１１０２から１５μｍ程度の距離を隔てて配されている。この発熱体１１０２と可動部材１１０６との間が気泡発生領域１１１０となる。
【００１７】
発熱体１１０２を発熱させることで可動部材１１０６と発熱体１１０２との間の気泡発生領域１１１０の液体に熱を作用し、その液体に米国特許４，７２３，１２９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１１１１を発生させる（図１９（ｂ）参照）。気泡１１１１の発生に基づく圧力と気泡１１１１とは可動部材１１０６に優先的に作用し、可動部材１１０６は図１９（ｂ），（ｃ）もしくは図２０で示されるように支点１１０８を中心に吐出口１１０４側に大きく開くように変位する。可動部材１１０６の変位もしくは変位した状態によって気泡１１１１の発生に基づく圧力の伝搬や気泡１１１１自身の成長が吐出口１１０４側に導かれる。また、このとき、自由端１１０９の先端部が幅を有しているため、気泡１１１１の発泡パワーを吐出口１１０４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。
【００１８】
上記説明したように、特開平９−２０１９６６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。
【００１９】
また、図２１に従来の液体吐出ヘッドの他の例を示す。図２１に示す液体吐出ヘッドの素子基板１２０１、発熱体１２０２、液流路１２０３、吐出口１２０４、共通液室１２０５および気泡発生領域１２０９の各構成は、図２０に示した液体吐出ヘッドと同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００２０】
本例の液体吐出ヘッドでは、片持梁状に形成された可動部材１２０６の一端に段差部１２０６ａが設けられており、素子基板１２０１上に可動部材１２０６が直接固定されている。これにより、可動部材１２０６は素子基板１２０１上に保持され、支点（支点部分）１２０７が構成されるとともに、この支点１２０７に対して下流側に自由端（自由端部分）１２０８が構成される。
【００２１】
上記説明したように、可動部材の固定部分に台座を設けたり、あるいは可動部材の固定部分に段差部を設けたりすることにより、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よく吐出できる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、基本的に従来の気泡、特に膜沸騰に伴う気泡を液流路中に形成して液体を吐出する方式の、根本的な吐出特性を、従来では予想できない水準に高めることを主たる課題とする。
【００２３】
発明者たちは、従来では得られなかった気泡を利用した新規な液滴吐出方法、およびその方法を用いたヘッドなどを提供すべく鋭意研究を行った。このとき、液流路中の可動部材の機構の原理を解析するといった液流路中の可動部材の動作を起点とする第１技術解析、および気泡による液滴吐出原理を起点とする第２技術解析、さらには、気泡形成用の発熱体の気泡形成領域を起点とする第３技術解析を行い、これらの解析によって、可動部材の支点と自由端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することで積極的に気泡を制御する全く新規な技術を確立するに至った。
【００２４】
次に、気泡自体が吐出量に与えるエネルギーを考慮すると、気泡の下流側の成長成分を考慮することが吐出特性を格段に向上できる要因として最大であるとの知見に至った。つまり、気泡の下流側の成長成分を吐出方向へ効率よく変換させることこそ吐出効率、吐出速度の向上をもたらすことも判明した。
【００２５】
さらに、気泡を形成するための発熱領域、例えば電気熱変換体の液体の流れ方向の面積中心を通る中心線から下流側、あるいは、発熱を司る面における面積中心などの気泡下流側の成長にかかわる可動部材や液流路などに構造的要素を勘案することも好ましいということがわかった。
【００２６】
また、一方、可動部材の配置と液供給路の構造を考慮することで、リフィル速度を大幅に向上することができることがわかった。
【００２７】
本発明の目的は、気泡の発生に基づく圧力による可動部材の自由端の変位を利用して液体を吐出する際に、吐出特性が安定した、信頼性の高い液体吐出ヘッド、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にある。また、本発明の他の目的は、前記の液体吐出ヘッドの可動部材などを高い精度で、かつ、高密度に形成することができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することにある。
【００２８】
【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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、前記可動部材は、隣接する領域でヤング率が互いに異なる層が３層以上に積層された構造に形成されており、前記可動部材は、ヤング率が比較的に低い層が、ヤング率が比較的に高い層の間に挟まれた構造を有していることを特徴とする。
【００３２】
なお、本発明における１回の成膜工程とは、後述する実施例中にて詳細に説明するが、各工程により成膜された膜の基板側とその反対側とで密度や組成等が異なるような成膜工程のことであり、例えばＣＶＤ装置内で成膜中に温度変化が連続して数サイクル繰り返される場合にはその１サイクル分を１回の成膜工程、とみなすものとする。
【００３４】
ここで、本発明における「層」とは、前述の１回の成膜工程により形成される「膜」とは異なり、隣接する層との密度や組成が異なるものを示す。なお、隣接する層とは明確な区切りがあってもよいが、隣接する層と明確な区切りがなくても本発明の「層」に含まれるものとする。
【００３５】
上述の構成によれば、隣接する領域でヤング率が互いに異なる層が３層以上に積層された構造に形成されていることにより、可動部材内部でのグレインの成長が遮断されて、粒界の繋がりが絶たれるので、可動部材の変位に伴う可動部分（特に支点部）のしなりに対する許容度が増し、可動部材の強度を向上させて、可動部材の耐久性を向上させることが可能となる。
【００３７】
さらには、前記ヤング率が比較的に低い材料は酸化シリコンである構成としてもよく、前記ヤング率が比較的に高い材料は窒化シリコンまたは炭化シリコンである構成としてもよい。また、前記アルミニウムを含む合金は、Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｎｉ，Ａｌ−Ｃｒ，Ａｌ−ＣｏまたはＡｌ−Ｆｅである構成としてもよい。また、前記可動部材の支持固定部と前記基板との間に台座部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続強度が増し、可動部材の機械的な耐久性が一層向上する。
【００３８】
さらに、前記台座部の材料にはＴｉが含まれている構成としてもよく、前記台座部の材料にはタンタルが含まれている構成としてもよい。
また、前記可動部材の外周端面は前記可動部材の厚み方向にノコギリ歯状である構成としてもよく、さらに、前記可動部材の外周端面は前記可動部材の厚み方向に交差する方向にノコギリ歯状である構成としてもよい。
【００３９】
また、本発明のさらに他の形態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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、前記可動部材の外周端面は、前記可動部材の厚み方向にノコギリ歯状であることを特徴とする。
【００４０】
ここで、本発明における、「厚み方向にノコギリ歯状である」とは、可動部材の厚み方向に直交する断面の面積及び外周長さが、それぞれ例えば大→小→大と変化することを意味するものである。
【００４１】
発熱体により発生する気泡の発生及び消滅によりノズル内のインクに流れが生じ、可動部材が変位する際には、このようなノコギリ歯状の外周端面により乱流が発生する。その結果、微小気泡が流路中および共通液室内にあったとしても、それを吐出口を介して吐出させ、共通液室側に移動することを抑制する作用がある。
【００４２】
また、本発明のさらに他の形態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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、前記可動部材の外周端面は、前記可動部材の厚み方向に交差する方向にノコギリ歯状であることを特徴とする。
【００４３】
ここで、本発明における、「厚み方向に交差する方向にノコギリ歯状である」とは、可動部材の厚み方向に直交する任意の断面の外周部が、微小な凹凸部を有していることを意味するものである。
【００４４】
上述の構造によれば、ノズル側壁と可動部材との微小な隙間にはインク層が存在する。発熱体により発生する気泡の発生及び消滅により発生するノズル内のインク流れにより可動部材が上下に変位する際に、可動部材には摺り応力が働く。可動部材の応答性を向上させるためには、この摺り応力を低下させる必要があるが、上述の構造によりノズル側壁と可動部材との微小な隙間にはインク層が存在することで、インクの流れを公報側に抑制する可動部材の機能を損ねることなく摺り応力を低下させ、可動部材の応答性を向上させることが出来る。
【００４５】
また、本発明のさらに他の形態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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、前記基板との接合領域における前記可動部材を形成する材料の密度が、他の領域における前記可動部材を形成する材料の密度に比べて小さいことを特徴とする。
【００４６】
また、さらに他の形態による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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、前記可動部材の支持固定部と前記基板との間には台座部が設けられているとともに、前記台座部との接合領域における前記可動部材を形成する材料の密度が、他の領域における前記可動部材を形成する材料の密度に比べて小さいことを特徴とする。
【００４７】
上述の構成によれば、可動部材の基板表面（あるいは台座）との接合領域に疎の領域を形成することで、可動部材形成時の急激な応力変化を抑制しすることができる。その結果、接合領域での可動部材と基板表面（あるいは台座）との結合力を強固にすることが出来るので、気泡の発生に基づく圧力による可動部材の自由端の変位を利用して液体を吐出する際に、吐出特性が安定した信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することが出来る。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、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、前記吐出口側を自由端として前記基板部に支持固定された可動部材とを備え、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可動部材用基材部を成膜する第１の可動部材用基材部成膜工程と、該第１の可動部材用基材部成膜工程の後に、さらに前記可動部材をなす可動部材用基材部を成膜する第２の可動部材用基材部成膜工程と、前記可動部材用基材部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することを特徴とする。
【００５１】
上述の製造方法によれば、可動部材用基材部を形成する工程を複数回設けることで、耐久性に優れた可動部材が作製される。可動部材用基材部の材料としてはシリコンを含むものが望ましく、具体的には、窒化シリコン、酸化シリコンまたは炭化シリコンであることが好ましい。
【００５２】
また、シリコンを含む材料を積層する際、シリコンを含む材料からなる層の表面に酸化薄膜を形成し、この酸化薄膜の上に次の層を形成することで、各層の間でのグレイン成長が酸化薄膜で遮断されるので、可動部材の耐久性がより効果的に向上する。このような酸化薄膜は、シリコンを含む材料の層を真空中で形成した後、基板を大気中に放置することで形成することができ、特に、シリコンを含む材料の層はプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００５３】
さらに、間隙形成部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金をスパッタリングすることにより形成してもよいし、間隙形成部材の除去は、酢酸、硝酸及び塩酸の混合液による加温エッチングにより行ってもよい。これにより、可動部材の外周端面がノコギリ歯状となる。
【００５４】
本発明のさらに他の形態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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された可動部材とを備え、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、前記基板上に電気接続用のパッドを保護するパッド保護層を形成する工程と、前記基板および前記パッド保護層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、前記パッド保護層および前記間隙形成部材上に、隣接する領域でヤング率が互いに異なる層を３層以上に積層し、前記可動部材をなす可動部材用基材部を形成する工程と、前記可動部材用基材部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、前記パッド保護層の露出されている部分を除去する工程とを有することを特徴とする。
【００５５】
これにより、可動部材の変位に伴う可動部分（特に支点部）のしなりに対する許容度が増し、可動部材の強度を向上させて、可動部材の耐久性を向上させることが可能となる液体吐出ヘッドが製造される。
【００５７】
また、さらに他の形態による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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された可動部材とを備え、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、前記基板上に電気接続用のパッドを保護するパッド保護層を形成する工程と、前記基板および前記パッド保護層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、前記パッド保護層および前記間隙形成部材上に、前記可動部材をなす可動部材用基材部を、前記基板との接合領域における前記可動部材を形成する材料の密度が、他の領域における前記可動部材を形成する材料の密度に比べて小さくなるように形成する工程と、前記可動部材用基材部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、前記パッド保護層の露出されている部分を除去する工程とを有することを特徴とする。
【００５８】
さらに他の形態の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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された可動部材とを備え、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、前記基板上に電気接続用のパッドを保護するパッド保護層を形成する工程と、前記可動部材の支持固定部と前記基板との間に設けられる台座部を形成する工程と、前記基板および前記パッド保護層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、前記台座、前記パッド保護層および前記間隙形成部材上に、前記可動部材をなす可動部材用基材部を、前記台座との接合領域における前記可動部材を形成する材料の密度が、他の領域における前記可動部材を形成する材料の密度に比べて小さくなるように形成する工程と、前記可動部材用基材部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、前記パッド保護層の露出されている部分を除去する工程とを有することを特徴とする。
【００５９】
【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。
【００６０】
図１は、本発明の液体吐出ヘッド用基体のインク路に相当する部分の断面図を示すものである。図１において、符号１０１はシリコン基板、符号１０２は蓄熱層であるところの熱酸化膜を示す。符号１０３は蓄熱層を兼ねる層間膜であるところのＳｉＯ2膜またはＳｉ3Ｎ4膜、符号１０４は抵抗層、符号１０５はＡｌまたはＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ合金配線、符号１０６は保護膜であるところのＳｉＯ2膜またはＳｉ3Ｎ4膜を示す。符号１０７は抵抗層１０４の発熱に伴う化学的・物理的衝撃から保護膜１０６を守るための耐キャビテーション膜を示す。また、符号１０８は、電極配線１０５が形成されていない領域の抵抗層１０４の熱作用部を示す。これらの駆動素子は、半導体技術によりＳｉ基板に形成され、熱作用部が同一基板に更に形成される。
【００６１】
図２に、液体吐出ヘッド用基体の主要素子を縦断するように切断した時の模式的断面図を示す。
【００６２】
Ｐ導電体のＳｉ基板４０１に、一般的なＭｏｓプロセスを用いイオンプラテーション等の不純物導入および拡散によりＮ型ウェル領域４０２にＰ−Ｍｏｓ４５０、ｐ型ウェル領域４０３にＮ−Ｍｏｓ４５１が構成される。Ｐ−Ｍｏｓ４５０およびＮ−Ｍｏｓ４５１は、それぞれ厚さ数百Åのゲート絶縁膜４０８を介して４０００Å以上５０００Å以下の厚さにＣＶＤ法で堆積したｐｏｌｙ−Ｓｉによるゲート配線４１５およびＮ型あるいはＰ型の不純物導入をしたソース領域４０５、ドレイン領域４０６等で構成され、それらＰ−ＭｏｓとＮ−ＭｏｓによりＣ−Ｍｏｓロジックが構成される。
【００６３】
また、素子駆動用Ｎ−Ｍｏｓトランジスタは、やはり不純物導入および拡散等の工程によりＰ−ウェル基板中にドレイン領域４１１、ソース領域４１２およびゲート配線４１３等で構成される。
【００６４】
なお、本実施例では、Ｎ−Ｍｏｓトランジスタを使った構成で説明しているが、複数の発熱素子を個別に駆動できる能力を持ち、かつ、上述したような微細構造を達成できる機能を持つトランジスタであれば、これに限らない。
【００６５】
また、各素子間は、５００Å以上１００００Å以下の厚さのフィールド酸化により、酸化膜分離領域４５３を形成し、素子分離されている。このフィールド酸化膜は、熱作用部１０８下においては一層目の蓄熱層４１４として作用する。
【００６６】
各素子が形成された後、層間絶縁膜４１６が約７０００Åの厚さにＣＶＤ法によるＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−ｄｏｐｅｄ Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜等で堆積され、熱処理により平坦化処理等をされてからコンタクトホールを介し、第１の配線層となるＡｌ電極４１７により配線が行われている。その後、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ2膜等の層間絶縁膜４１８を１００００Å以上１５０００以下の厚さに堆積し、更にスルーホールを介して、抵抗層１０４として約１０００Åの厚さのＴａＮ0.8,hex膜をＤＣスパッタ法により形成した。その後、各発熱体への配線となる第２の配線層Ａｌ電極を形成した。
【００６７】
次に、保護膜１０６は、プラズマＣＶＤによるＳｉ3Ｎ4膜が、約１００００Åの厚さに成膜される。最上層には、耐キャビテーション膜１０７がＴａ等で約２５００Åの厚さに堆積される。
【００６８】
次に、本発明の液体吐出記録ヘッドおよびその製造方法に関する各実施形態について、図３〜図１１を用いて説明する。
【００６９】
（第１の実施形態）
図３は、本発明の液体吐出ヘッドの１つの実施の形態を液流路方向で切断した状態で示す断面図である。
【００７０】
本形態の液体吐出ヘッドでは、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２が平滑な素子基板１に設けられており、素子基板１上に発熱体２に対応して液流路１０が配されている。液流路１０はオリフィスプレート５１に形成された吐出口１８に連通していると共に、複数の液流路１０に液体を供給するための共通液室１３に連通しており、吐出口１８から吐出された液体に見合う量の液体をこの共通液室１３から受け取る。符号Ｍは吐出液が形成するメニスカスを表し、メニスカスＭは、吐出口１８及びそれに連通する液流路１０の内壁によって発生する毛細管力によって通常負圧である共通液室１３の内圧に対して、吐出口１８近傍でつり合っている。
【００７１】
液流路１０は、発熱体２を備えた素子基板１と天板５０とが接合されることで構成されており、発熱体２と吐出液との接する面の近傍領域には、発熱体２が急速に加熱されて吐出液に発泡を生じさせる気泡発生領域１１が存在する。この気泡発生領域１１を有する液流路１０に可動部材３１の少なくとも一部が発熱体２と対面するように、間隙をおいて配されている。この可動部材３１は素子基板１上に支持固定され、吐出口１８に向かう下流側に自由端３２を有すると共に、上流側に支点３３が構成されている。特に本形態では、上流側へのバック波及び液体の慣性力に影響する、気泡の上流側半分の成長を抑制するため、自由端３２が気泡発生領域１１の中央付近に配されている。そして可動部材３１の自由端は、気泡発生領域１１で発生する気泡の成長に伴い、支点３３を中心として吐出口１８側に変位可能である。
【００７２】
気泡発生領域１１の中央上方にはストッパ（規制部）６４が位置していて、気泡の上流側半分の成長を抑制するために可動部材３１の変位をある範囲で規制している。ストッパ６４は、液流路１０の可動部材３１からの距離を部分的に小さくすることにより形成されている。共通液室１３から吐出口１８への流れにおいて、ストッパ６４を境に上流側に、液流路１０と比較して相対的に流路抵抗の低い低流路抵抗領域６５が設けられている。この領域６５における流路構造は上壁がなかったり流路断面積が大きいことなどで、液の移動に対し流路から受ける抵抗を小さくしている。
【００７３】
次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法について、図４および図５を参照して説明する。図４および図５は、図３に示した液体吐出ヘッドにおける可動部材の製造工程を示す図であり、図４は素子基板等を複数の可動部材の配列方向に切断した状態で示す断面図、図５は素子基板等を可動部材の長さ方向に切断した状態で示す断面図である。なお、図４の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ図５の（ａ）〜（ｅ）に対応する。
【００７４】
まず、図４（ａ）および図５（ａ）に示すように、素子基板１上に、電気的な接続用パッド部分を保護するためのパッド保護層として、ＴｉＷ膜２０１を、スパッタリング法を用いて素子基板１上の全面に約２０００Åの厚さで成膜する。
【００７５】
次に、図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、発熱体２と可動部材３１との間の間隙形成部材となるＡｌ膜２０２を、スパッタリング法を用いてＴｉＷ膜２０１の上に約５μｍの厚さで成膜し、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いて、パターニングを行う。なお、間隙形成部材の構成材料には、上記に説明したＡｌの他にも、Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｎｉ，Ａｌ−Ｃｒ，Ａｌ−ＣｏまたはＡｌ−Ｆｅ等のアルミニウム合金を用いることができる。
【００７６】
その後、図４（ｃ）および図５（ｃ）に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材３１となる厚さが約５μｍの可動部材用基材部としてのＳｉＮ膜２０３をＡｌ膜２０２およびＴｉＷ膜２０１の上に成膜する。
【００７７】
次に、ＳｉＮ膜２０３から櫛歯形状の可動部分と支持固定部分とを形成するために、図４（ｄ）および図５（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィプロセスを用いてＳｉＮ膜２０３をパターニングした後、Ａｌ膜２０２をエッチングストップ層として用いてエッチングを行う。これにより、素子基板１はエッチングされずに上記ＳｉＮ膜２０３のみがエッチングされ、その櫛歯の部分が可動部材３１となる。
【００７８】
最後に、酢酸、りん酸および硝酸の混酸を用いてＡｌ膜２０２を加温エッチングしてＡｌ膜２０２を除去した後、過酸化水素を用いてパッド保護層であるＴｉＷ膜２０１の露出部分を除去すると、図４（ｅ）および図５（ｅ）に示すように、素子基板１との固定部として段差部を有し、可動部においては発熱体２との間にギャップを有する液体吐出ヘッドの可動部材３１が形成される。
【００７９】
ここで、本実施形態においては、詳細は後述するように可動部材３１を形成する各層の材料に同一の元素が含まれていることで、上述の可動部材３１の製造工程において、犠牲層（間隙形成部材）としてのＡｌ膜２０２を除去する際に、剥離液（本実施形態では酢酸、りん酸および硝酸の混酸）との選択比をきわめて大きく（ほぼ無限大に）とることが出来る。従って、量産性が向上するとともに、歩留まりも高くなり、製造ばらつきの少ない液体吐出記録ヘッドを容易に提供することが出来る。
【００８０】
そして、上述のようにして素子基板１上に可動部材３１を形成した後は、図３に示したように、その素子基板１上に、液流路１０及び共通液室１３を形成した天板５０を接合するとともに、吐出口１８を形成したオリフィスプレート５１を接合し、液体吐出ヘッドとなる。
【００８１】
ここで、可動部材３１となるＳｉＮ膜２０３の成膜工程について、図６及び図７を参照してさらに詳細に説明する。図６は、可動部材を構成する可動部材用基材部としてのＳｉＮ膜の成膜工程を模式的に説明する説明図であり、図７は図６に示す製造工程における可動部材の要部を示す模式的断面図である。なお、図６（ａ）〜（ｃ）は、図７（ａ）〜（ｃ）に、それぞれ対応している。
【００８２】
本実施形態では、プラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜２０３の成膜積層を５回に分けて行う。
【００８３】
まず、図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように、表面にＡｌ膜２０２が形成された素子基板１（ウエハ７５０上に多数形成されている）をプラズマＣＶＤ装置７００のカセット挿入口７３０から挿入する（図６（ａ）の矢印(1)参照）。そして、素子基板１を移動装置７２０などを用いてプラズマＣＶＤ装置７００の第１の反応室７０５に移動させ（図６（ａ）の矢印(2)参照）、この反応室７０５内で素子基板１の上に厚さが約１．０μｍの第１のｐ−ＳｉＮ膜２０３ａを成膜する（図６（ａ）の矢印(3)参照）。その後、素子基板１を装置内の移動装置７２０などを用いて大気に触れさせることなく第１の反応室から第２の反応室７１０に移動させ（図６（ａ）の矢印(3)参照）、この反応室７１０内で図７（ａ）に示すように第１のｐ−ＳｉＮ膜２０３ａの上に厚さが約０．５μｍの第１のｐ−ＳｉＯ2膜２０３ｂを成膜する。
【００８４】
次に、移動手段７２０などを用いてウエハ７５０を大気に触れさせることなく再び第２の反応室７１０から第１の反応室７０５に移動させ（図６（ｂ）の矢印(4)参照）、厚さが約１．０μｍの第２のｐ−ＳｉＮ膜２０３ｃを成膜する。その後、図７（ａ）に示した工程と同様、再度移動手段７２０などを用いてウエハ７５０を大気に触れさせることなく第１の反応室７０５から第２の反応室７１０に移動させ（図６（ｂ）の矢印(5)参照）、同様の成膜工程を繰り返し行い、図７（ｂ）に示すように、第２のｐ−ＳｉＮ膜２０３ｃの上に第２のｐ−ＳｉＯ2膜２０３ｄを成膜する。
【００８５】
最後に、再度移動手段７２０などを用いてウエハ７５０を触れさせることなく再び第２の反応室７１０から第１の反応室７０５に移動させ（図６（ｃ）の矢印(6)参照）、第２のｐ−ＳｉＯ2膜２０３ｄの上に第３のｐ−ＳｉＮ膜２０３ｅを成膜すると、図７（ｃ）に示すような５層構造のＳｉＮ膜２０３が構成される。その後、移動手段７２０を用いて第１の反応室７０５から素子基板１を有するウエハ７５０を取り出し（図６（ｃ）の矢印(7)参照）、さらにプラズマＣＶＤ装置７００のカセット挿入口７３０から取り出す（図６（ａ）の矢印(1)参照）。
【００８６】
上記のようにヤング率が比較的に高いＳｉＮ膜を積層し、ＳｉＮ膜の間にヤング率が比較的に低いＳｉＯ2膜を形成することにより、 ＳｉＮ膜内のグレインの成長を遮断し、粒界の繋がりを絶つとともに、可動部材の変位に伴う可動部分のしなりに対する許容度が増し、可動部材の強度を向上させて、可動部材の耐久性を向上させることができる。なお、ヤング率が比較的に高い材料には、上記のＳｉＮの他、炭化シリコンを用いてもよい。
【００８７】
図７（ｄ）は、図７（ａ）〜（ｃ）に示した成膜工程の後に、ＳｉＮ膜２０３のエッチングと、素子基板１上のＡｌ膜２０２の除去を行うことで形成された可動部材を示す模式的断面図である。ここで、ＳｉＮ膜２０３のエッチング及び素子基板１上のＡｌ膜２０２の除去を行う際に、エッチングガスおよびエッチング液によるＳｉＮ膜とＳｉＯ2膜との選択比（エッチングレート）により、図７（ｄ）に示すように、可動部材３１の外周部３１ａがノコギリ歯状に形成される。なお、図７（ｄ）は可動部材の断面図であるため、ノコギリ歯状の部分は可動部材の自由端側にのみ図示されている。本実施形態では、エッチングガスに対するＳｉＮ膜とＳｉＯ2膜との選択比が約１：２となっているので、図７（ｄ）に示すようにＳｉＯ2膜がＳｉＮ膜に対して凹部を形成する。この凹部の深さΔｔは、本実施形態ではΔｔ＝１．０μｍ程度となっている。
【００８８】
このように、本実施形態の可動部材では、可動部材の厚み方向に直交する断面の面積及び外周長さが、大(第１のｐ−ＳｉＮ膜)→小（第１のｐ−ＳｉＯ2膜）→大(第２のｐ−ＳｉＮ膜)→小（第２のｐ−ＳｉＯ2膜）→大(第３のｐ−ＳｉＮ膜)と変化する。以下、本明細書中では、このような可動部材の厚み方向に直交する断面の面積及び外周長さが変化する形状を、「厚み方向にノコギリ歯状である」と称することにする。
【００８９】
可動部材３１にこのようなノコギリ歯を形成することで、発熱体２により発生する気泡の発生及び消滅により可動部材３１が変位する際に、ノコギリ歯状の外周端面により乱流が発生する。その結果、微小気泡が液流路１０中および共通液室１３内にあったとしても、それを吐出口１８を介して吐出させ、共通液室１３側に移動することを抑制する作用がある。
【００９０】
さらに、本実施形態のように可動部材３１の外周部をノコギリ歯状に形成することで、同じ厚さを有する平板からなる可動部材３１に対して、自由端３２方向の曲げ剛性とねじり剛性がそれぞれ増加する。その結果、同じ剛性を有する平板からなる可動部材と比べると、外周部がノコギリ歯状に形成される可動部材３１の方が薄くてすむため、水力特性に優れる、という利点がある。すなわち、このようなノコギリ歯を形成することで、発熱体２により発生する気泡の発生及び消滅により液流路１０内のインクに流れが生じる際に、可動部材３１の先端部が他の部分に比べてよりしなりやすくなる。これにより、可動部材３１が上下に変位する応答性が早くなり、結果として、ノズル先端の吐出口１８や発熱体２の上へインクをリフィルする速度などが速くなる。
【００９１】
可動部材３１にこのようなノコギリ歯状の外周部を形成するためには、可動部材３１の各層の材料が、例えばフッ素系ガスなどによるドライエッチングプロセスにおいてフッ素ガスとの選択比の差が生じる組み合わせであればよく、ＳｉＮに対する組み合わせとしては、例えばＳｉＣやアモルファスシリコン、ＳｉＧｅ、ＳｉＯなどを用いることが出来る。
【００９２】
本実施形態では、可動部材３１の変位に伴う可動部分（特に支点３３の部分）のしなりに対する許容度が増し、可動部材３１の強度を向上させて、可動部材３１の耐久性を向上させることが可能となっている。
【００９３】
本実施形態ではＳｉＮ膜２０３を５層構造に構成する例を挙げて説明したが、この効果を得るためには、ＳｉＮ膜２０３は必ずしも５層構造である必要はない。例えば２層のＳｉＮ膜層の間に、それらのＳｉＮ膜とはヤング率が異なるＳｉＯ2膜層が挟まれてなる３層構造を少なくとも有するなど、隣接する領域とヤング率の異なる層が３層以上に積層された構造に形成されている構造であればよい。この場合、ＳｉＮ膜２０３は約５μｍの厚さに形成される。
【００９４】
なお、上述の効果は、可動部材３１の材料としては本実施形態のようにシリコンを含む材料だけでなく、他の金属を用いてもよい。しかしながら、本実施形態のように各層に同一の元素を有することは、各層同士の密着性を向上させ、可動部材の使用中に各層が互いに剥離するおぞれをなくすので、より望ましい。また、より望ましい形態としては、本実施形態及び上述の変形例のように、可動部材３１が、ヤング率が比較的に低い材料からなる層がヤング率が比較的に高い材料からなる層の間に挟まれた構造を有している構成とすることが好ましい。
【００９５】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の液体吐出ヘッドの第２の実施形態の液流路方向に沿った断面図である。
【００９６】
図８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８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。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。より詳細には、図１に示した構造を有し、図１における熱作用部１０８が発熱体２に相当する。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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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ち梁状の可動部材６が設けられている。可動部材６は、窒化シリコン、酸化シリコンまたは炭化シリコン等のシリコン系の材料で形成された薄膜である。
【０１００】
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、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に面した位置に自由端６ａを発熱体２の中央付近に位置させて発熱体２から所定の距離を隔てて配されている。本実施形態の可動部材６は、支点６ａ部分に曲面部を有している。また、この発熱体２と可動部材６との間が気泡発生領域１１となる。
【０１０１】
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１１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。
【０１０２】
つまり、気泡発生領域１１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。
【０１０３】
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７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１１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。
【０１０４】
上述した液体吐出ヘッドの可動部材は、基本的には前述の第１の実施形態と同様、図４及び図５に示す製造工程により製造される。
【０１０５】
そこで、前述の第１の実施形態と異なる製造方法により製造される、可動部材６となるＳｉＮ膜２０３の成膜工程について、図９及び図１０を参照して詳細に説明する。
【０１０６】
本実施形態では、プラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜２０３の成膜積層を３回に分けて行う。
【０１０７】
まずはじめに、図９（ａ）に示すように、素子基板１を多数有するウエハ７５０をプラズマＣＶＤ装置８００のカセット挿入口８３０から挿入する（図９（ａ）の矢印(1)参照）。そして、ウエハ７５０を移動装置８２０等を用いてＣＶＤ装置８００の反応室８０５に入れて（図９（ａ）の矢印(2)参照）、第１のｐ−ＳｉＮ膜２０３ｆを約１．６μｍの膜厚で成膜する。その後、ウエハ７５０を移動装置８２０などを用いてＣＶＤ装置の反応室８０５から出して（図９（ａ）の矢印(3)参照）、カセット取り出し口から取り出すことで大気中に放置し（図９（ａ）の矢印(4)参照）、表面に第１の酸化膜２０３ｇを形成させる。すると、図１０（ａ）に示すように２層の膜２０３ｆ，２０３ｇが形成される。
【０１０８】
次に、図９（ｂ）に示すように、ウエハ７５０を、カセット挿入口８３０からプラズマＣＶＤ装置８００内に再度挿入する（図９（ｂ）の矢印(5)参照）。そして、移動手段８２０などを用いてＣＶＤ装置８００の反応室８０５に入れて（図９（ｂ）の矢印(6)参照）、図１０（ｂ）に示すように第２のｐ−ＳｉＮ膜２０３ｈを約１．６μｍの膜厚で形成する。その後、図９（ａ）の場合と同様に、ウエハ７５０を移動装置８２０などを用いてＣＶＤ装置の反応室８０５から出して（図９（ｂ）の矢印(7)参照）、カセット取り出し口から取り出すことで大気中に放置し（図９（ｂ）の矢印(8)参照）、表面に第２の酸化膜２０３ｉを形成させる。
【０１０９】
さらにその上に、同様の工程（図９（ｃ）の矢印(9)〜矢印(12)を参照）を繰り返し、図１０（ｃ）に示すように、約１．６μｍ厚の第３のｐ−ＳｉＮ膜２０３ｊ及び第３の酸化膜２０３ｋを形成する。これにより、全体として約５μｍのＳｉＮ膜２０３が形成される。
【０１１０】
このようにＳｉＮ膜２０３を複数回に分けて積層し、間に酸化膜の層を形成することで、前述の第１の実施形態と同様に、グレインの成長が遮断され、粒界の繋がりが断たれる。これにより、可動部材６の支点部の強度が向上し可動部材６の耐久性が向上することになる。また、可動部材６の耐久性が向上することから、可動部材６は長期の使用にわたっても安定して動作することができ、結果的に、長期にわたって吐出特性が安定し、信頼性が高い液体吐出ヘッドが得られる。
【０１１１】
また、図９及び図１０に示したようにＳｉＮ膜２０３を複数回に分けて積層した場合、その後のＳｉＮ膜２０３のエッチング工程（図４（ｄ）及び図５（ｄ）参照）、及びＡｌ膜２０２の除去工程（図４（ｅ）及び図５（ｅ）参照）の際、エッチングガス及びエッチング液によるＳｉＮ膜２０３ｆ，２０３ｈ，２０３ｊと酸化膜２０３ｇ，２０３ｉ，２０３ｋとの選択比が発生し、図８（ｄ）に示すように、可動部材６の外周端面が、可動部材６の厚み方向にノコギリ歯状になる。本実施例の場合、図８（ｅ）に示す図８（ｄ）の可動部材の自由端部の拡大図より明らかなように、ＳｉＮ膜に対してその酸化膜のほうがΔｔ’だけ窪んだ凹部となる形状になっている。この形状による効果も、第１の実施形態の場合と同様である。
【０１１２】
また、上述のＳｉＮ膜２０３のエッチング工程等において、可動部材が、その厚み方向にノコギリ歯状となることを説明したが、実際には厚み方向に交差する方向についても、ＳＥＭなどで観測される程度の大きさの、厚み方向のノコギリ歯形状よりは小さいノコギリ歯状となる。すなわち、図１０（ｄ）の矢印Ａ方向の部分拡大模式図である図１０（ｆ）に示すように、可動部材６の厚み方向に直交する任意の断面の外周部が、微小な凹凸部を有している。
【０１１３】
このような構造を有することで、流路側壁９と可動部材６との微小な隙間にはインク層が存在する。このインク層は、発熱体２により発生する気泡の発生及び消滅により発生する液流路７内のインク流れにより可動部材６が上下に変位するのを大きく抑制しないようにする効果がある。
【０１１４】
なお、前述の第１の実施形態及び本実施形態のように、可動部材６が複数の「層」を積層してなる場合には、図１０（ｇ）に示す可動部材６の側面部の模式図に示すように、可動部材６にはその厚み方向及びそれに交差する方向の双方にノコギリ歯が形成されることになる。このことにより、可動部材６のインクに対する流体力学的特性を相乗的にすぐれたものとしている。
【０１１５】
なお、可動部材６の厚み方向に交差する方向へのノコギリ歯形状の形成は、可動部材を構成する膜をパターニングする際のマスクを利用することで積極的に形成してもよい。しかしながら、１〜１０μｍ程度の厚みの膜をエッチングする場合には、マスク材料がエッチングガスなどにより逆スパッタされ、それらがエッチングする膜の側壁に付着することなどにより、エッチングガスから派生するラジカル種を遮蔽する効果などが起きるため、自然とノコギリ歯状の溝が形成される。このように、可動部材の厚み方向に交差する方向へノコギリ歯形状を形成することに関しては、可動部材を形成するＳｉＮ膜は積層構造である必要はなく、図１０（ｈ）に示す可動部材の側面部の模式図に示すように単層構造であってもよい。
【０１１６】
（第３の実施形態）
図１１は、図３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。本実施形態は、素子基板１上の可動部材３１が固定される部分に台座２０４を設けたことを特徴としている。
【０１１７】
まず、素子基板１上の可動部材３１が固定される部分に、ＴｉやＴａを含む材料からなり、可動部材３１を構成する可動部材用基材部としてのＳｉＮ膜２０３の応力を緩和し、かつＳｉＮ膜２０３の密着性を高める効果がある台座２０４をパターニングする（図１１（ａ））。その後、素子基板１および台座２０４上に、間隙形成部材であるＡｌ膜２０２を成膜し、パターニングを行う（図１１（ｂ））。
【０１１８】
続いて、Ａｌ膜２０２および台座２０４の上に、可動部材３１となるＳｉＮ膜２０３をプラズマＣＶＤ法を用いて成膜し（図１１（ｃ））、ＳｉＮ膜２０３のパターニングを行った後、Ａｌ膜２０２をエッチングストップ層として用いてエッチングを行う（図１１（ｄ））。
【０１１９】
最後に、酢酸、りん酸および硝酸の混酸を用いてＡｌ膜２０２を加温エッチングしてＡｌ膜２０２を除去した後、過酸化水素を用いてパッド保護層であるＴｉＷ膜２０１の露出部分を除去すると、図１１（ｅ）に示すように、可動部材３１が台座２０４の上に形成される。
【０１２０】
上記のように、素子基板１上の可動部材３１が固定される部分に台座２０４を設けることにより、可動部材３１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３１の機械的な耐久性が一層向上する。
【０１２１】
図１２および図１３は、本実施形態の液体吐出ヘッドの一部を示す透視斜視図である。
【０１２２】
本発明の液体吐出ヘッドで採用した可動部材は、図１２および図１３に示すような状態において、発生した気泡に伴って可動部材３１が大きくたわむ際の、可動部材３１の強度向上を図ることができる。さらに、可動部材３１が大きくたわんだ時に、支点３３が支えなければならない強度に関しても、十分対応できるようになっている。
【０１２３】
そして、液体吐出ヘッド基体上に可動部材を形成した後は、図１３に示すインクの吐出のための吐出口１８等が形成されて、液体吐出ヘッドが構成される。
【０１２４】
（第４の実施形態）
前述の各実施形態では、可動部材を形成する層は例えばＳｉＮ膜とＳｉＯ2膜やＳｉＮ膜とその酸化膜など、材料が異なるものであったが、本発明の「層」はこのように互いに材料が異なるものにかぎられない。また、前述の各実施形態では、その製造工程も各成膜工程の終わりの時間と次の成膜工程の始まりの時間とが、間に移動工程を含むことなどによる不連続なものであったが、本発明の１回の成膜工程はこのように時間によって区切られるものにかぎられない。そこで、本実施形態では、同一の材料が積層されてなる可動部材の構造について、図１４及び図１５を用いて詳細に説明する。
【０１２５】
図１４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４の実施形態の、可動部材の製造工程における可動部材の要部を示す模式的断面図である。なお、本実施形態においては、記録ヘッド全体の構成については前述の各実施形態を適用可能であるので、その詳細については省略する。
【０１２６】
また、図１４（ｃ）は、本発明の第４の実施形態に用いられるＣＶＤ装置の概要を説明するための説明図である。図１４（ｃ）において、ＳｉＮ膜２０３を形成するためのプラズマＣＶＤ装置９００の反応室９４３ａ内には、所定の距離をおいて互いに対向するＲＦ電極９４２ａおよびステージ９４５ａが備えられている。ＲＦ電極９４２ａには、反応室９４３ａの外部のＲＦ電源９４１ａによって電圧が印加される。一方、ステージ９４５ａのＲＦ電極９４２ａ側の面上には素子基板１が取り付けられており、素子基板１の発熱体２側の面がＲＦ電極９４２ａと対向している。ここで、素子基板１が有する、発熱体２の面上に形成されたＴａからなる耐キャビテーション膜は、前述したように素子基板１のシリコン基板と電気的に接続されており、間隙形成部材２０２は、素子基板１のシリコン基板、およびステージ９４５ａを介して接地されている。このように構成されたプラズマＣＶＤ装置においては、前記耐キャビテーション膜が接地された状態で供給管９４４ａを通して反応室９４３ａ内にガスを供給し、素子基板１とＲＦ電極９４２ａとの間にプラズマ９４６を発生させる。反応室９４３ａ内でのプラズマ放電により分解されたイオン種やラジカルが素子基板１上に堆積することで、ＳｉＮ膜２０３が素子基板１上に形成される。その際、イオン種やラジカルにより素子基板１上に電荷が発生するが、上述したように耐キャビテーション膜が接地されていることにより、素子基板１内の発熱体２やラッチ回路などの機能素子がイオン種やラジカルの電荷によって損傷することが防止される。
【０１２７】
さて、本実施形態においては、図１４（ｃ）に示す反応室９４３ａ内で、まず、膜の積層開始、成長初期には約３００℃として、積層温度を徐々に上げていき、膜の積層温度が約４００℃になったところで、積層温度を一定に保持する（図１５（ｂ）参照）。この間、図１５（ａ）に示すように膜厚は、ほぼ一定して増加するが、積層温度が約３００℃付近の状態で形成した膜（図１５（ｂ）の期間ｔ１で形成される膜）は、積層温度が約４００℃付近の状態で形成した膜（図１５（ｂ）の期間ｔ２で形成される膜）と比較すると密度が低くなる。そのため、図１４（ａ）に示すように第１のＳｉＮ膜疎部２０３ｌの上に第１のＳｉＮ膜密部２０３ｍが形成される。
【０１２８】
その後、図１５（ｂ）に示すように再度積層温度を約３００℃まで徐々に下げていき、約３００℃になったところで一定に保持して、再度積層温度を約４００℃まで徐々に上げていく。すると、図１４（ｂ）に示すように第２のＳｉＮ膜疎部２０３ｎ （図１５（ｂ）の期間ｔ３で形成される）と、第２のＳｉＮ膜密部２０３ｏ （図１５（ｂ）の期間ｔ４で形成される）とが形成される。
【０１２９】
このような膜質の変化は、エッチングレートにも関連し、膜質が疎の状態の部分（２０３ｌ、２０３ｎ）の方が、密な部分（２０３ｍ，２０３ｏ）と比べてエッチングレートが早いために、形成される可動部材の断面は、前述の第1実施例などと同様、厚み方向にもノコギリ歯形状になる。
【０１３０】
また、膜質が疎の状態の部分（２０３ｌ、２０３ｎ）は密な部分（２０３ｍ，２０３ｏ）と比べてヤング率も異なるので、前述の各実施形態において説明したように、可動部材の変位に伴う可動部分のしなりに対する許容度が増し、可動部材の強度を向上させて、可動部材の耐久性を向上させることができる。このように、本発明における「層」とは、隣接する層との密度や組成が異なるものとして定義され、本実施形態では４層構造となる。
【０１３１】
なお、各層の間には隣接する層との間に明確な区切りがあってもよいが、特に本実施形態のように疎密が変化する形態などでは、実際には図１５（ｃ）に示すように隣接する層とは明確な区切りがない場合がある。図１５（ｃ）は、可動部材の断面の模式図であり、材料が密の部分を濃く示している。このように、境界領域がはっきりせず、徐々に材料の密度が密から疎を介して密へとなるような場合には、それぞれ隣接する部分に対して相対的に疎である領域、および密である領域をそれぞれ「層」として定義すればよい。従って、このような隣接する層と明確な区切りがなくても本発明の「層」に含まれるものとする。
【０１３２】
また、前述の実施形態では第１の成膜工程の終わりの時間と第２の成膜工程の始まりの時間とが連続している。しかしながら、本実施形態においても、第１の成膜工程で製造されたＳｉＮ膜（２０３ｌ、２０３ｍ）と、第２の成膜工程で製造されたＳｉＮ膜（２０３ｌ、２０３ｍ）との間では、前述の第１〜第３の実施形態と同様に、グレインの成長が遮断され、粒界の繋がりが断たれる。これにより、可動部材の支点部の強度が向上し可動部材の耐久性が向上することになる。また、可動部材の耐久性が向上することから、可動部材は長期の使用にわたっても安定して動作することができ、結果的に、長期にわたって吐出特性が安定し、信頼性が高い液体吐出ヘッドが得られる。
【０１３３】
このように、本発明における１回の成膜工程とは、各工程により成膜された膜の基板側とその反対側とで密度や組成等が異なるような成膜工程としても定義できるものである。
【０１３４】
（第５の実施形態）
図１６は、本発明の第５の実施形態を説明するための説明図である。本実施形態では前述の第１〜第４の実施形態とは異なり、隣接する層とヤング率が互いに異なる３層以上の積層構造をなす可動部材や、少なくとも２回以上の成膜工程により製造される可動部材を開示するものではない。しかしながら、本実施形態単独で気泡の発生に基づく圧力による可動部材の自由端の変位を利用して液体を吐出する際に、吐出特性が安定した信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することが出来る他、前述の各実施形態に適用可能することで、相乗的により吐出特性が安定した信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することが出来るものである。
【０１３５】
図１６（ａ）は、本発明の第５の実施形態の、可動部材の製造工程における可動部材の要部を示す模式的断面図である。なお、本実施形態においては、記録ヘッド全体の構成については前述の各実施形態を適用可能であるので、その詳細については省略する。なお、第３実施形態と組み合わせる場合には、可動部材を形成する膜は、基板上ではなく台座上に形成される。
【０１３６】
図１６（ａ）に示す可動部材は、前述の図１４（ｃ）に示すようなＣＶＤ装置により成膜される。ここで、前述の第４実施例と同様、膜の積層開始、成長初期には約３００℃として、積層温度を徐々に上げていき、膜の積層温度が約４００℃になったところで、積層温度を一定に保持し、そのまま所望の膜厚が形成できるまで積層していく（図１６（ｂ）参照）。この時、膜厚は、ほぼ一定して増加する（図１６（ｃ）参照）が、積層初期の膜２０３ｐ（図１６（ｂ）の期間ｔ１で形成された膜）の膜質は、積層温度が高い状態で形成した膜２０３ｑ（図１６（ｂ）の期間ｔ２で形成された膜）の膜質と比較すると密度が低く、その密度は、積層方向に沿って高くなっている。
【０１３７】
このように、可動部材と素子基板表面１との密着部に疎な部分を形成することで、可動部材を形成する膜の急激な応力変化を抑制し、密着部の結合力を強固にし、且つ、Ａｌ犠牲層上のヒロックやウィスカーなどの発生を抑制することができる。従って、本実施形態単独で気泡の発生に基づく圧力による可動部材の自由端の変位を利用して液体を吐出する際に、吐出特性が安定した信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することが出来る。
【０１３８】
なお、前述の第４実施例及び本実施例において、成膜される材料の密度を変化させる一例として、反応室内の温度を例にとり説明したが、成膜される材料の密度を変化は温度変化だけではなく、例えば反応室内へ供給管から供給されるガスの流量（図１６（ｄ）参照）や、反応室の真空度（図１６（ｅ）参照）によっても変化させることが可能である。それぞれ、他の要因を一定とした場合、ガス流量が多く反応室内のガス濃度が高い場合、及び真空度が高い場合に材料は密になる。そこで、図１６（ｄ）及び図１７（ｅ）のそれぞれにおいて、期間ｔ１での成膜においてＳｉＮ膜２０３ｐを、期間ｔ２での成膜においてＳｉＮ膜２０３ｑを形成することが出来る。
【０１３９】
なお、このような成膜時の材料の疎密はＳｉを含むものに限られることなく、可動部材を形成する材料が他の金属の場合でも本実施例は適用可能である。
【０１４０】
（その他の実施形態）
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。
【０１４１】
図１７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１７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３３０と液体容器３３１とから概略構成されている。
【０１４２】
液体吐出ヘッド部３３０は、可動部材３１（図３参照）が設けられた素子基板１、天板５０およびオリフィスプレート５１（共に図３参照）を有する溝付き部材３３２、押さえばね３３３、液体供給部材３３４、支持体（アルミベースプレート）３３５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３参照）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３１との間には、前述したように気泡発生領域１１（図３参照）が形成されている。この素子基板１と溝付き部材３３２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１０および共通液室１３（共に図３参照）が形成される。
【０１４３】
押さえばね３３３は、溝付き部材３３２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３３２および後述する支持体３３５を良好に一体化させている。
【０１４４】
支持体３３５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３３５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３３６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３３７がさらに配置されている。
【０１４５】
液体容器３３１は、液体吐出ヘッド部３３０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３３１の外側には、液体吐出ヘッド部３３０と液体容器３３１との接続を行う接続部材を配置するための位置決め部３３８と、接続部材を固定するための固定軸３３９とが設けられている。吐出液体の供給は、液体容器３３１の吐出液体供給路３４０から液体供給部材３３４の供給路３４２を介して、各部材の供給路３４１，３４３，３４４を介して共通液室１３（図３参照）に供給される。
【０１４６】
なお、この液体容器３３１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３３１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３３０と液体容器３３１とは一体であってもよく、分離可能としてもよい。
【０１４７】
図１８は、本実施形態の液体吐出ヘッドを装着して適用することのできるインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。
【０１４８】
図１８において、符号６０１は本実施形態のインクジェット記録ヘッドである。このヘッド６０１は、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達６０３および６０４を介して回転するリードスクリュー５０５の螺旋溝６０６に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されており、駆動モータ６０２の動力によってキャリッジ６０７とともにガイド６０８に沿って矢印ａおよびｂ方向に往復移動される。図示しない被記録媒体搬送装置によってプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐ（被記録媒体）の紙押さえ板６１０は、キャリッジ移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。
【０１４９】
上記のリードスクリュー６０５の一端の近傍には、フォトカプラ６１１および６１２が配設されている。これらはキャリッジ６０７のレバー６０７ａのこの域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向切り替え等を行うためのホームポジション検知手段である。図において、符号６１３は上述のインクジェット記録ヘッド６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ部材６１４を支持する支持部材である。また、符号６１５はキャップ部材６１４の内部にヘッド６０１から空吐出等されて溜まったインクを吸引するインク吸引手段である。この吸引手段６１５によりキャップ内開口部６１６を介してヘッド６０１の吸引回復が行われる。符号６１７はクリーニングブレードであり、符号６１８はブレード６１７を前後方向（上記のキャリッジ６０７の移動方向に対して直交する方向）に移動可能にする移動部材であり、ブレード６１７および移動部材６１８は本体支持体６１９に支持されている。上記のブレード６１７はこの形態に限らず、他の周知のクリーニングブレードであってもよい。符号６２０は吸引回復操作にあたって、吸引を開始するためのレバーであり、キャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り替え等の公知の伝達手段で移動制御される。上記ヘッド６０１に設けられた発熱体２に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジェット記録制御部は装置本体側に設けられており、ここには図示しない。
【０１５０】
上述の構成を有するインクジェット記録装置６００は、図示しない被記録媒体搬送装置によりプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐ（被記録媒体）に対し、ヘッド６０１はプリント用紙Ｐの全幅にわたって往復移動しながら記録を行う。
【０１５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、気泡の発生に基づく圧力による可動部材の自由端の変位を利用して液体を吐出する際に、吐出特性が安定した、信頼性の高い液体吐出ヘッド、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ができ、また、液体吐出ヘッドの可動部材などを高い精度で、かつ、高密度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体吐出ヘッド用基体のインク路に相当する部分の断面図である。
【図２】液体吐出ヘッド用基体の主要素子を縦断するように切断した時の模式的断面図である。
【図３】本発明の液体吐出ヘッドの第１の実施の形態を液流路方向で切断した状態で示す断面図である。
【図４】素子基板等を複数の可動部材の配列方向に切断した状態で示す断面図である。
【図５】素子基板等を可動部材の長さ方向に切断した状態で示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程を説明するための、プラズマＣＶＤ装置の模式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程および、成膜工程の後に形成された可動部材を示す図である。
【図８】本発明の液体吐出ヘッドの第２の実施の形態を液流路方向で切断した状態で示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程を説明するための、プラズマＣＶＤ装置の模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程および、成膜工程の後に形成された可動部材を示す図である。
【図１１】図３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。
【図１２】本発明の第３の実施形態の液体吐出ヘッドの一部を示す透視斜視図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態の液体吐出ヘッドの一部を示す透視斜視図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程を説明するための模式図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程を説明するための図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程を説明するための図である。
【図１７】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１８】本実施形態の液体吐出ヘッドを装着して適用することのできるインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。
【図１９】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。
【図２０】従来の液体吐出ヘッドの例を示す断面図である。
【図２１】従来の他の液体吐出ヘッドの例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 素子基板
２ 発熱体
３，５０ 天板
４，５１ オリフィスプレート
５，１８ 吐出口
６，３１ 可動部材
７，１０ 液流路
８，１３ 共通液室
１１ 気泡発生領域
３２ 自由端
３３ 支点
６４ ストッパ
６５ 低流路抵抗領域
６６ 吐出滴
１０１ シリコン基板
１０２ 熱酸化膜
１０３ 層間膜
１０４ 抵抗層
１０５ 配線
１０６ 保護膜
１０７ 耐キャビテーション膜
１０８ 熱作用部
２０１ ＴｉＷ膜
２０２ Ａｌ膜（間隙形成部材）
２０３，２０３ｐ，２０３ｑ ＳｉＮ膜
２０３ａ，２０３ｆ 第１のｐ−ＳｉＮ膜
２０３ｂ 第１のｐ−ＳｉＯ2膜
２０３ｃ，２０３ｈ 第２のｐ−ＳｉＮ膜
２０３ｄ 第２のｐ−ＳｉＯ2膜
２０３ｅ，２０３ｊ 第３のｐ−ＳｉＮ膜
２０３ｇ 第１の酸化膜
２０３ｉ 第２の酸化膜
２０３ｋ 第３の酸化膜
２０３ｌ 第１のＳｉＮ膜疎部
２０３ｍ 第１のＳｉＮ膜密部
２０３ｎ 第２のＳｉＮ膜疎部
２０３ｏ 第２のＳｉＮ膜密部
２０４ 台座
３３０ 液体吐出ヘッド部
３３１ 液体容器
３３２ 溝付き部材
３３３ 押さえばね
３３４ 液体供給部材
３３５ 支持体
３３６ プリント配線基板
３３７ コンタクトパッド
３３８ 位置決め部
３３９ 固定軸
３４０，３４２ 吐出液体供給路
３４１，３４３，３４４，３４５ 供給路
４０１ Ｓｉ基板
４０２ Ｎ型ウェル領域
４０３ ｐ型ウェル領域
４０５，４１２ ソース領域
４０６，４１１ ドレイン領域
４０８ ゲート絶縁膜
４１３，４１５ ゲート配線
４１４ 蓄熱層
４１６，４１８ 層間絶縁膜
４１７ Ａｌ電極
４５０ Ｐ−Ｍｏｓ
４５１ Ｎ−Ｍｏｓ
４５３ 酸化膜分離領域
６００ インクジェット記録装置
６０１ インクジェット記録ヘッド
６０２ 駆動モータ
６０３，６０４ 駆動力伝達
６０５ リードスクリュー
６０６ 螺旋溝
６０７ キャリッジ
６０７ａ レバー
６０８ ガイド
６０９ プラテン
６１０ 紙押さえ板
６１１，６１２ フォトカプラ
６１３ 支持部材
６１４ キャップ部材
６１５ インク吸引手段
６１６ キャップ内開口
６１７ クリーニングブレード
６１８ 移動部材
６１９ 本体支持体
６２０ レバー
６２１ カム
７００，８００，９００ ＣＶＤ装置
７０５，７１０，８０５ 反応室
７２０，８２０ 移動装置
７３０，８３０ カセット挿入口
７５０ ウエハ
９４１ａ ＲＦ電源
９４２ａ ＲＦ電極
９４４ａ 供給管
９４５ａ ステージ
９４６ プラズマ
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機・ファクシミリ・ワープロ・ホストコンピュータ等の出力用端末としてのプリンタ、ビデオプリンタ等に用いられる液体吐出ヘッド、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、記録のためのエネルギーとして利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子を形成した基体を有し、記録用の液体（インク等）を飛翔液滴として吐出口（オリフィス）から吐出させて、記録媒体に付着させることによって記録を行う液体吐出ヘッド、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、インクに急激な体積変化を伴う状態変化を生じさせ、このインク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、米国特許第４，７２３，１２９号明細書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】
こ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という多くの優れた利点を有している。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、ファクシミリなどの多くのオフィス機器に利用されており、さらに、捺染装置など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】
このようなバブルジェット技術が多方面の製品に利用されるに従って、次のような様々な要求が近年さらに高まっている。
【０００６】
例えば、エネルギー効率の向上の要求に対する検討としては、発熱体の保護膜の厚さを調整するといった発熱体の最適化が挙げられる。この手法は、発生した熱の液体への伝搬効率を向上させる点で効果がある。
【０００７】
また、高画質な画像を得るために、インクの吐出スピードが速く、安定した気泡発生に基づく良好なインク吐出を行える液体吐出方法などを与えるための駆動条件が提案されたり、また、高速記録の観点から、吐出された液体の液流路内への充填速度の速い液体吐出ヘッドを得るために液流路の形状を改良したものも提案されたりしている。
【０００８】
また、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９−２０１９６６号等が提案されている。
【０００９】
ここで、特開平９−２０１９６６号公報等に開示されている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１９等を参照して説明する。図１９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２０は図１９に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。図１９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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
図１９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１１０２が素子基板１１０１に設けられており、この素子基板１１０１上に発熱体１１０２に対応して液流路１１０３が配されている。液流路１１０３は吐出口１１０４に連通していると共に、複数の液流路１１０３に液体を供給するための共通液室１１０５に連通しており、吐出口１１０４から吐出された液体に見合う量の液体をこの共通液室１１０５から受け取る。
【００１４】
この液流路１１０３の素子基板１１０１上には、前述の発熱体１１０２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１１０６が片持梁状に設けられている。この可動部材１１０６の一端は液流路１１０３の壁や素子基板１１０１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）１１０７等に固定されている。これにより、可動部材１１０６は台座１１０７に保持され、支点（支点部分）１１０８が構成されている。
【００１５】
また、可動部材１１０６を櫛歯状にすることにより、簡易にかつ安価に可動部材１１０６を作製することができ、台座１１０７に対するアライメントも容易にできる。
【００１６】
この可動部材１１０６は、液体の吐出動作によって共通液室１１０５から可動部材１１０６の上方を経て吐出口１１０４側へ流れる大きな流れの上流側に支点（支点部分：固定端）１１０８を持ち、この支点１１０８に対して下流側に自由端１１０９を持つように、発熱体１１０２に面した位置に発熱体１１０２を覆うような状態で発熱体１１０２から１５μｍ程度の距離を隔てて配されている。この発熱体１１０２と可動部材１１０６との間が気泡発生領域１１１０となる。
【００１７】
発熱体１１０２を発熱させることで可動部材１１０６と発熱体１１０２との間の気泡発生領域１１１０の液体に熱を作用し、その液体に米国特許４，７２３，１２９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１１１１を発生させる（図１９（ｂ）参照）。気泡１１１１の発生に基づく圧力と気泡１１１１とは可動部材１１０６に優先的に作用し、可動部材１１０６は図１９（ｂ），（ｃ）もしくは図２０で示されるように支点１１０８を中心に吐出口１１０４側に大きく開くように変位する。可動部材１１０６の変位もしくは変位した状態によって気泡１１１１の発生に基づく圧力の伝搬や気泡１１１１自身の成長が吐出口１１０４側に導かれる。また、このとき、自由端１１０９の先端部が幅を有しているため、気泡１１１１の発泡パワーを吐出口１１０４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。
【００１８】
上記説明したように、特開平９−２０１９６６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。
【００１９】
また、図２１に従来の液体吐出ヘッドの他の例を示す。図２１に示す液体吐出ヘッドの素子基板１２０１、発熱体１２０２、液流路１２０３、吐出口１２０４、共通液室１２０５および気泡発生領域１２０９の各構成は、図２０に示した液体吐出ヘッドと同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００２０】
本例の液体吐出ヘッドでは、片持梁状に形成された可動部材１２０６の一端に段差部１２０６ａが設けられており、素子基板１２０１上に可動部材１２０６が直接固定されている。これにより、可動部材１２０６は素子基板１２０１上に保持され、支点（支点部分）１２０７が構成されるとともに、この支点１２０７に対して下流側に自由端（自由端部分）１２０８が構成される。
【００２１】
上記説明したように、可動部材の固定部分に台座を設けたり、あるいは可動部材の固定部分に段差部を設けたりすることにより、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よく吐出できる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、基本的に従来の気泡、特に膜沸騰に伴う気泡を液流路中に形成して液体を吐出する方式の、根本的な吐出特性を、従来では予想できない水準に高めることを主たる課題とする。
【００２３】
発明者たちは、従来では得られなかった気泡を利用した新規な液滴吐出方法、およびその方法を用いたヘッドなどを提供すべく鋭意研究を行った。このとき、液流路中の可動部材の機構の原理を解析するといった液流路中の可動部材の動作を起点とする第１技術解析、および気泡による液滴吐出原理を起点とする第２技術解析、さらには、気泡形成用の発熱体の気泡形成領域を起点とする第３技術解析を行い、これらの解析によって、可動部材の支点と自由端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することで積極的に気泡を制御する全く新規な技術を確立するに至った。
【００２４】
次に、気泡自体が吐出量に与えるエネルギーを考慮すると、気泡の下流側の成長成分を考慮することが吐出特性を格段に向上できる要因として最大であるとの知見に至った。つまり、気泡の下流側の成長成分を吐出方向へ効率よく変換させることこそ吐出効率、吐出速度の向上をもたらすことも判明した。
【００２５】
さらに、気泡を形成するための発熱領域、例えば電気熱変換体の液体の流れ方向の面積中心を通る中心線から下流側、あるいは、発熱を司る面における面積中心などの気泡下流側の成長にかかわる可動部材や液流路などに構造的要素を勘案することも好ましいということがわかった。
【００２６】
また、一方、可動部材の配置と液供給路の構造を考慮することで、リフィル速度を大幅に向上することができることがわかった。
【００２７】
本発明の目的は、気泡の発生に基づく圧力による可動部材の自由端の変位を利用して液体を吐出する際に、吐出特性が安定した、信頼性の高い液体吐出ヘッド、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にある。また、本発明の他の目的は、前記の液体吐出ヘッドの可動部材などを高い精度で、かつ、高密度に形成することができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することにある。
【００２８】
【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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、前記可動部材は、隣接する領域でヤング率が互いに異なる層が３層以上に積層された構造に形成されており、前記可動部材は、ヤング率が比較的に低い層が、ヤング率が比較的に高い層の間に挟まれた構造を有していることを特徴とする。
【００３２】
なお、本発明における１回の成膜工程とは、後述する実施例中にて詳細に説明するが、各工程により成膜された膜の基板側とその反対側とで密度や組成等が異なるような成膜工程のことであり、例えばＣＶＤ装置内で成膜中に温度変化が連続して数サイクル繰り返される場合にはその１サイクル分を１回の成膜工程、とみなすものとする。
【００３４】
ここで、本発明における「層」とは、前述の１回の成膜工程により形成される「膜」とは異なり、隣接する層との密度や組成が異なるものを示す。なお、隣接する層とは明確な区切りがあってもよいが、隣接する層と明確な区切りがなくても本発明の「層」に含まれるものとする。
【００３５】
上述の構成によれば、隣接する領域でヤング率が互いに異なる層が３層以上に積層された構造に形成されていることにより、可動部材内部でのグレインの成長が遮断されて、粒界の繋がりが絶たれるので、可動部材の変位に伴う可動部分（特に支点部）のしなりに対する許容度が増し、可動部材の強度を向上させて、可動部材の耐久性を向上させることが可能となる。
【００３７】
さらには、前記ヤング率が比較的に低い材料は酸化シリコンである構成としてもよく、前記ヤング率が比較的に高い材料は窒化シリコンまたは炭化シリコンである構成としてもよい。また、前記アルミニウムを含む合金は、Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｎｉ，Ａｌ−Ｃｒ，Ａｌ−ＣｏまたはＡｌ−Ｆｅである構成としてもよい。また、前記可動部材の支持固定部と前記基板との間に台座部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続強度が増し、可動部材の機械的な耐久性が一層向上する。
【００３８】
さらに、前記台座部の材料にはＴｉが含まれている構成としてもよく、前記台座部の材料にはタンタルが含まれている構成としてもよい。
また、前記可動部材の外周端面は前記可動部材の厚み方向にノコギリ歯状である構成としてもよく、さらに、前記可動部材の外周端面は前記可動部材の厚み方向に交差する方向にノコギリ歯状である構成としてもよい。
【００３９】
また、本発明のさらに他の形態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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、前記可動部材の外周端面は、前記可動部材の厚み方向にノコギリ歯状であることを特徴とする。
【００４０】
ここで、本発明における、「厚み方向にノコギリ歯状である」とは、可動部材の厚み方向に直交する断面の面積及び外周長さが、それぞれ例えば大→小→大と変化することを意味するものである。
【００４１】
発熱体により発生する気泡の発生及び消滅によりノズル内のインクに流れが生じ、可動部材が変位する際には、このようなノコギリ歯状の外周端面により乱流が発生する。その結果、微小気泡が流路中および共通液室内にあったとしても、それを吐出口を介して吐出させ、共通液室側に移動することを抑制する作用がある。
【００４２】
また、本発明のさらに他の形態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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、前記可動部材の外周端面は、前記可動部材の厚み方向に交差する方向にノコギリ歯状であることを特徴とする。
【００４３】
ここで、本発明における、「厚み方向に交差する方向にノコギリ歯状である」とは、可動部材の厚み方向に直交する任意の断面の外周部が、微小な凹凸部を有していることを意味するものである。
【００４４】
上述の構造によれば、ノズル側壁と可動部材との微小な隙間にはインク層が存在する。発熱体により発生する気泡の発生及び消滅により発生するノズル内のインク流れにより可動部材が上下に変位する際に、可動部材には摺り応力が働く。可動部材の応答性を向上させるためには、この摺り応力を低下させる必要があるが、上述の構造によりノズル側壁と可動部材との微小な隙間にはインク層が存在することで、インクの流れを公報側に抑制する可動部材の機能を損ねることなく摺り応力を低下させ、可動部材の応答性を向上させることが出来る。
【００４５】
また、本発明のさらに他の形態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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、前記基板との接合領域における前記可動部材を形成する材料の密度が、他の領域における前記可動部材を形成する材料の密度に比べて小さいことを特徴とする。
【００４６】
また、さらに他の形態による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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、前記可動部材の支持固定部と前記基板との間には台座部が設けられているとともに、前記台座部との接合領域における前記可動部材を形成する材料の密度が、他の領域における前記可動部材を形成する材料の密度に比べて小さいことを特徴とする。
【００４７】
上述の構成によれば、可動部材の基板表面（あるいは台座）との接合領域に疎の領域を形成することで、可動部材形成時の急激な応力変化を抑制しすることができる。その結果、接合領域での可動部材と基板表面（あるいは台座）との結合力を強固にすることが出来るので、気泡の発生に基づく圧力による可動部材の自由端の変位を利用して液体を吐出する際に、吐出特性が安定した信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することが出来る。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、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、前記吐出口側を自由端として前記基板部に支持固定された可動部材とを備え、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可動部材用基材部を成膜する第１の可動部材用基材部成膜工程と、該第１の可動部材用基材部成膜工程の後に、さらに前記可動部材をなす可動部材用基材部を成膜する第２の可動部材用基材部成膜工程と、前記可動部材用基材部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することを特徴とする。
【００５１】
上述の製造方法によれば、可動部材用基材部を形成する工程を複数回設けることで、耐久性に優れた可動部材が作製される。可動部材用基材部の材料としてはシリコンを含むものが望ましく、具体的には、窒化シリコン、酸化シリコンまたは炭化シリコンであることが好ましい。
【００５２】
また、シリコンを含む材料を積層する際、シリコンを含む材料からなる層の表面に酸化薄膜を形成し、この酸化薄膜の上に次の層を形成することで、各層の間でのグレイン成長が酸化薄膜で遮断されるので、可動部材の耐久性がより効果的に向上する。このような酸化薄膜は、シリコンを含む材料の層を真空中で形成した後、基板を大気中に放置することで形成することができ、特に、シリコンを含む材料の層はプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００５３】
さらに、間隙形成部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金をスパッタリングすることにより形成してもよいし、間隙形成部材の除去は、酢酸、硝酸及び塩酸の混合液による加温エッチングにより行ってもよい。これにより、可動部材の外周端面がノコギリ歯状となる。
【００５４】
本発明のさらに他の形態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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された可動部材とを備え、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、前記基板上に電気接続用のパッドを保護するパッド保護層を形成する工程と、前記基板および前記パッド保護層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、前記パッド保護層および前記間隙形成部材上に、隣接する領域でヤング率が互いに異なる層を３層以上に積層し、前記可動部材をなす可動部材用基材部を形成する工程と、前記可動部材用基材部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、前記パッド保護層の露出されている部分を除去する工程とを有することを特徴とする。
【００５５】
これにより、可動部材の変位に伴う可動部分（特に支点部）のしなりに対する許容度が増し、可動部材の強度を向上させて、可動部材の耐久性を向上させることが可能となる液体吐出ヘッドが製造される。
【００５７】
また、さらに他の形態による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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された可動部材とを備え、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、前記基板上に電気接続用のパッドを保護するパッド保護層を形成する工程と、前記基板および前記パッド保護層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、前記パッド保護層および前記間隙形成部材上に、前記可動部材をなす可動部材用基材部を、前記基板との接合領域における前記可動部材を形成する材料の密度が、他の領域における前記可動部材を形成する材料の密度に比べて小さくなるように形成する工程と、前記可動部材用基材部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、前記パッド保護層の露出されている部分を除去する工程とを有することを特徴とする。
【００５８】
さらに他の形態の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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された可動部材とを備え、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、前記基板上に電気接続用のパッドを保護するパッド保護層を形成する工程と、前記可動部材の支持固定部と前記基板との間に設けられる台座部を形成する工程と、前記基板および前記パッド保護層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、前記台座、前記パッド保護層および前記間隙形成部材上に、前記可動部材をなす可動部材用基材部を、前記台座との接合領域における前記可動部材を形成する材料の密度が、他の領域における前記可動部材を形成する材料の密度に比べて小さくなるように形成する工程と、前記可動部材用基材部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、前記パッド保護層の露出されている部分を除去する工程とを有することを特徴とする。
【００５９】
【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。
【００６０】
図１は、本発明の液体吐出ヘッド用基体のインク路に相当する部分の断面図を示すものである。図１において、符号１０１はシリコン基板、符号１０２は蓄熱層であるところの熱酸化膜を示す。符号１０３は蓄熱層を兼ねる層間膜であるところのＳｉＯ2膜またはＳｉ3Ｎ4膜、符号１０４は抵抗層、符号１０５はＡｌまたはＡｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ等のＡｌ合金配線、符号１０６は保護膜であるところのＳｉＯ2膜またはＳｉ3Ｎ4膜を示す。符号１０７は抵抗層１０４の発熱に伴う化学的・物理的衝撃から保護膜１０６を守るための耐キャビテーション膜を示す。また、符号１０８は、電極配線１０５が形成されていない領域の抵抗層１０４の熱作用部を示す。これらの駆動素子は、半導体技術によりＳｉ基板に形成され、熱作用部が同一基板に更に形成される。
【００６１】
図２に、液体吐出ヘッド用基体の主要素子を縦断するように切断した時の模式的断面図を示す。
【００６２】
Ｐ導電体のＳｉ基板４０１に、一般的なＭｏｓプロセスを用いイオンプラテーション等の不純物導入および拡散によりＮ型ウェル領域４０２にＰ−Ｍｏｓ４５０、ｐ型ウェル領域４０３にＮ−Ｍｏｓ４５１が構成される。Ｐ−Ｍｏｓ４５０およびＮ−Ｍｏｓ４５１は、それぞれ厚さ数百Åのゲート絶縁膜４０８を介して４０００Å以上５０００Å以下の厚さにＣＶＤ法で堆積したｐｏｌｙ−Ｓｉによるゲート配線４１５およびＮ型あるいはＰ型の不純物導入をしたソース領域４０５、ドレイン領域４０６等で構成され、それらＰ−ＭｏｓとＮ−ＭｏｓによりＣ−Ｍｏｓロジックが構成される。
【００６３】
また、素子駆動用Ｎ−Ｍｏｓトランジスタは、やはり不純物導入および拡散等の工程によりＰ−ウェル基板中にドレイン領域４１１、ソース領域４１２およびゲート配線４１３等で構成される。
【００６４】
なお、本実施例では、Ｎ−Ｍｏｓトランジスタを使った構成で説明しているが、複数の発熱素子を個別に駆動できる能力を持ち、かつ、上述したような微細構造を達成できる機能を持つトランジスタであれば、これに限らない。
【００６５】
また、各素子間は、５００Å以上１００００Å以下の厚さのフィールド酸化により、酸化膜分離領域４５３を形成し、素子分離されている。このフィールド酸化膜は、熱作用部１０８下においては一層目の蓄熱層４１４として作用する。
【００６６】
各素子が形成された後、層間絶縁膜４１６が約７０００Åの厚さにＣＶＤ法によるＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−ｄｏｐｅｄ Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜等で堆積され、熱処理により平坦化処理等をされてからコンタクトホールを介し、第１の配線層となるＡｌ電極４１７により配線が行われている。その後、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ2膜等の層間絶縁膜４１８を１００００Å以上１５０００以下の厚さに堆積し、更にスルーホールを介して、抵抗層１０４として約１０００Åの厚さのＴａＮ0.8,hex膜をＤＣスパッタ法により形成した。その後、各発熱体への配線となる第２の配線層Ａｌ電極を形成した。
【００６７】
次に、保護膜１０６は、プラズマＣＶＤによるＳｉ3Ｎ4膜が、約１００００Åの厚さに成膜される。最上層には、耐キャビテーション膜１０７がＴａ等で約２５００Åの厚さに堆積される。
【００６８】
次に、本発明の液体吐出記録ヘッドおよびその製造方法に関する各実施形態について、図３〜図１１を用いて説明する。
【００６９】
（第１の実施形態）
図３は、本発明の液体吐出ヘッドの１つの実施の形態を液流路方向で切断した状態で示す断面図である。
【００７０】
本形態の液体吐出ヘッドでは、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２が平滑な素子基板１に設けられており、素子基板１上に発熱体２に対応して液流路１０が配されている。液流路１０はオリフィスプレート５１に形成された吐出口１８に連通していると共に、複数の液流路１０に液体を供給するための共通液室１３に連通しており、吐出口１８から吐出された液体に見合う量の液体をこの共通液室１３から受け取る。符号Ｍは吐出液が形成するメニスカスを表し、メニスカスＭは、吐出口１８及びそれに連通する液流路１０の内壁によって発生する毛細管力によって通常負圧である共通液室１３の内圧に対して、吐出口１８近傍でつり合っている。
【００７１】
液流路１０は、発熱体２を備えた素子基板１と天板５０とが接合されることで構成されており、発熱体２と吐出液との接する面の近傍領域には、発熱体２が急速に加熱されて吐出液に発泡を生じさせる気泡発生領域１１が存在する。この気泡発生領域１１を有する液流路１０に可動部材３１の少なくとも一部が発熱体２と対面するように、間隙をおいて配されている。この可動部材３１は素子基板１上に支持固定され、吐出口１８に向かう下流側に自由端３２を有すると共に、上流側に支点３３が構成されている。特に本形態では、上流側へのバック波及び液体の慣性力に影響する、気泡の上流側半分の成長を抑制するため、自由端３２が気泡発生領域１１の中央付近に配されている。そして可動部材３１の自由端は、気泡発生領域１１で発生する気泡の成長に伴い、支点３３を中心として吐出口１８側に変位可能である。
【００７２】
気泡発生領域１１の中央上方にはストッパ（規制部）６４が位置していて、気泡の上流側半分の成長を抑制するために可動部材３１の変位をある範囲で規制している。ストッパ６４は、液流路１０の可動部材３１からの距離を部分的に小さくすることにより形成されている。共通液室１３から吐出口１８への流れにおいて、ストッパ６４を境に上流側に、液流路１０と比較して相対的に流路抵抗の低い低流路抵抗領域６５が設けられている。この領域６５における流路構造は上壁がなかったり流路断面積が大きいことなどで、液の移動に対し流路から受ける抵抗を小さくしている。
【００７３】
次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの可動部材の製造方法について、図４および図５を参照して説明する。図４および図５は、図３に示した液体吐出ヘッドにおける可動部材の製造工程を示す図であり、図４は素子基板等を複数の可動部材の配列方向に切断した状態で示す断面図、図５は素子基板等を可動部材の長さ方向に切断した状態で示す断面図である。なお、図４の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ図５の（ａ）〜（ｅ）に対応する。
【００７４】
まず、図４（ａ）および図５（ａ）に示すように、素子基板１上に、電気的な接続用パッド部分を保護するためのパッド保護層として、ＴｉＷ膜２０１を、スパッタリング法を用いて素子基板１上の全面に約２０００Åの厚さで成膜する。
【００７５】
次に、図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、発熱体２と可動部材３１との間の間隙形成部材となるＡｌ膜２０２を、スパッタリング法を用いてＴｉＷ膜２０１の上に約５μｍの厚さで成膜し、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いて、パターニングを行う。なお、間隙形成部材の構成材料には、上記に説明したＡｌの他にも、Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｎｉ，Ａｌ−Ｃｒ，Ａｌ−ＣｏまたはＡｌ−Ｆｅ等のアルミニウム合金を用いることができる。
【００７６】
その後、図４（ｃ）および図５（ｃ）に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、可動部材３１となる厚さが約５μｍの可動部材用基材部としてのＳｉＮ膜２０３をＡｌ膜２０２およびＴｉＷ膜２０１の上に成膜する。
【００７７】
次に、ＳｉＮ膜２０３から櫛歯形状の可動部分と支持固定部分とを形成するために、図４（ｄ）および図５（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィプロセスを用いてＳｉＮ膜２０３をパターニングした後、Ａｌ膜２０２をエッチングストップ層として用いてエッチングを行う。これにより、素子基板１はエッチングされずに上記ＳｉＮ膜２０３のみがエッチングされ、その櫛歯の部分が可動部材３１となる。
【００７８】
最後に、酢酸、りん酸および硝酸の混酸を用いてＡｌ膜２０２を加温エッチングしてＡｌ膜２０２を除去した後、過酸化水素を用いてパッド保護層であるＴｉＷ膜２０１の露出部分を除去すると、図４（ｅ）および図５（ｅ）に示すように、素子基板１との固定部として段差部を有し、可動部においては発熱体２との間にギャップを有する液体吐出ヘッドの可動部材３１が形成される。
【００７９】
ここで、本実施形態においては、詳細は後述するように可動部材３１を形成する各層の材料に同一の元素が含まれていることで、上述の可動部材３１の製造工程において、犠牲層（間隙形成部材）としてのＡｌ膜２０２を除去する際に、剥離液（本実施形態では酢酸、りん酸および硝酸の混酸）との選択比をきわめて大きく（ほぼ無限大に）とることが出来る。従って、量産性が向上するとともに、歩留まりも高くなり、製造ばらつきの少ない液体吐出記録ヘッドを容易に提供することが出来る。
【００８０】
そして、上述のようにして素子基板１上に可動部材３１を形成した後は、図３に示したように、その素子基板１上に、液流路１０及び共通液室１３を形成した天板５０を接合するとともに、吐出口１８を形成したオリフィスプレート５１を接合し、液体吐出ヘッドとなる。
【００８１】
ここで、可動部材３１となるＳｉＮ膜２０３の成膜工程について、図６及び図７を参照してさらに詳細に説明する。図６は、可動部材を構成する可動部材用基材部としてのＳｉＮ膜の成膜工程を模式的に説明する説明図であり、図７は図６に示す製造工程における可動部材の要部を示す模式的断面図である。なお、図６（ａ）〜（ｃ）は、図７（ａ）〜（ｃ）に、それぞれ対応している。
【００８２】
本実施形態では、プラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜２０３の成膜積層を５回に分けて行う。
【００８３】
まず、図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように、表面にＡｌ膜２０２が形成された素子基板１（ウエハ７５０上に多数形成されている）をプラズマＣＶＤ装置７００のカセット挿入口７３０から挿入する（図６（ａ）の矢印(1)参照）。そして、素子基板１を移動装置７２０などを用いてプラズマＣＶＤ装置７００の第１の反応室７０５に移動させ（図６（ａ）の矢印(2)参照）、この反応室７０５内で素子基板１の上に厚さが約１．０μｍの第１のｐ−ＳｉＮ膜２０３ａを成膜する（図６（ａ）の矢印(3)参照）。その後、素子基板１を装置内の移動装置７２０などを用いて大気に触れさせることなく第１の反応室から第２の反応室７１０に移動させ（図６（ａ）の矢印(3)参照）、この反応室７１０内で図７（ａ）に示すように第１のｐ−ＳｉＮ膜２０３ａの上に厚さが約０．５μｍの第１のｐ−ＳｉＯ2膜２０３ｂを成膜する。
【００８４】
次に、移動手段７２０などを用いてウエハ７５０を大気に触れさせることなく再び第２の反応室７１０から第１の反応室７０５に移動させ（図６（ｂ）の矢印(4)参照）、厚さが約１．０μｍの第２のｐ−ＳｉＮ膜２０３ｃを成膜する。その後、図７（ａ）に示した工程と同様、再度移動手段７２０などを用いてウエハ７５０を大気に触れさせることなく第１の反応室７０５から第２の反応室７１０に移動させ（図６（ｂ）の矢印(5)参照）、同様の成膜工程を繰り返し行い、図７（ｂ）に示すように、第２のｐ−ＳｉＮ膜２０３ｃの上に第２のｐ−ＳｉＯ2膜２０３ｄを成膜する。
【００８５】
最後に、再度移動手段７２０などを用いてウエハ７５０を触れさせることなく再び第２の反応室７１０から第１の反応室７０５に移動させ（図６（ｃ）の矢印(6)参照）、第２のｐ−ＳｉＯ2膜２０３ｄの上に第３のｐ−ＳｉＮ膜２０３ｅを成膜すると、図７（ｃ）に示すような５層構造のＳｉＮ膜２０３が構成される。その後、移動手段７２０を用いて第１の反応室７０５から素子基板１を有するウエハ７５０を取り出し（図６（ｃ）の矢印(7)参照）、さらにプラズマＣＶＤ装置７００のカセット挿入口７３０から取り出す（図６（ａ）の矢印(1)参照）。
【００８６】
上記のようにヤング率が比較的に高いＳｉＮ膜を積層し、ＳｉＮ膜の間にヤング率が比較的に低いＳｉＯ2膜を形成することにより、 ＳｉＮ膜内のグレインの成長を遮断し、粒界の繋がりを絶つとともに、可動部材の変位に伴う可動部分のしなりに対する許容度が増し、可動部材の強度を向上させて、可動部材の耐久性を向上させることができる。なお、ヤング率が比較的に高い材料には、上記のＳｉＮの他、炭化シリコンを用いてもよい。
【００８７】
図７（ｄ）は、図７（ａ）〜（ｃ）に示した成膜工程の後に、ＳｉＮ膜２０３のエッチングと、素子基板１上のＡｌ膜２０２の除去を行うことで形成された可動部材を示す模式的断面図である。ここで、ＳｉＮ膜２０３のエッチング及び素子基板１上のＡｌ膜２０２の除去を行う際に、エッチングガスおよびエッチング液によるＳｉＮ膜とＳｉＯ2膜との選択比（エッチングレート）により、図７（ｄ）に示すように、可動部材３１の外周部３１ａがノコギリ歯状に形成される。なお、図７（ｄ）は可動部材の断面図であるため、ノコギリ歯状の部分は可動部材の自由端側にのみ図示されている。本実施形態では、エッチングガスに対するＳｉＮ膜とＳｉＯ2膜との選択比が約１：２となっているので、図７（ｄ）に示すようにＳｉＯ2膜がＳｉＮ膜に対して凹部を形成する。この凹部の深さΔｔは、本実施形態ではΔｔ＝１．０μｍ程度となっている。
【００８８】
このように、本実施形態の可動部材では、可動部材の厚み方向に直交する断面の面積及び外周長さが、大(第１のｐ−ＳｉＮ膜)→小（第１のｐ−ＳｉＯ2膜）→大(第２のｐ−ＳｉＮ膜)→小（第２のｐ−ＳｉＯ2膜）→大(第３のｐ−ＳｉＮ膜)と変化する。以下、本明細書中では、このような可動部材の厚み方向に直交する断面の面積及び外周長さが変化する形状を、「厚み方向にノコギリ歯状である」と称することにする。
【００８９】
可動部材３１にこのようなノコギリ歯を形成することで、発熱体２により発生する気泡の発生及び消滅により可動部材３１が変位する際に、ノコギリ歯状の外周端面により乱流が発生する。その結果、微小気泡が液流路１０中および共通液室１３内にあったとしても、それを吐出口１８を介して吐出させ、共通液室１３側に移動することを抑制する作用がある。
【００９０】
さらに、本実施形態のように可動部材３１の外周部をノコギリ歯状に形成することで、同じ厚さを有する平板からなる可動部材３１に対して、自由端３２方向の曲げ剛性とねじり剛性がそれぞれ増加する。その結果、同じ剛性を有する平板からなる可動部材と比べると、外周部がノコギリ歯状に形成される可動部材３１の方が薄くてすむため、水力特性に優れる、という利点がある。すなわち、このようなノコギリ歯を形成することで、発熱体２により発生する気泡の発生及び消滅により液流路１０内のインクに流れが生じる際に、可動部材３１の先端部が他の部分に比べてよりしなりやすくなる。これにより、可動部材３１が上下に変位する応答性が早くなり、結果として、ノズル先端の吐出口１８や発熱体２の上へインクをリフィルする速度などが速くなる。
【００９１】
可動部材３１にこのようなノコギリ歯状の外周部を形成するためには、可動部材３１の各層の材料が、例えばフッ素系ガスなどによるドライエッチングプロセスにおいてフッ素ガスとの選択比の差が生じる組み合わせであればよく、ＳｉＮに対する組み合わせとしては、例えばＳｉＣやアモルファスシリコン、ＳｉＧｅ、ＳｉＯなどを用いることが出来る。
【００９２】
本実施形態では、可動部材３１の変位に伴う可動部分（特に支点３３の部分）のしなりに対する許容度が増し、可動部材３１の強度を向上させて、可動部材３１の耐久性を向上させることが可能となっている。
【００９３】
本実施形態ではＳｉＮ膜２０３を５層構造に構成する例を挙げて説明したが、この効果を得るためには、ＳｉＮ膜２０３は必ずしも５層構造である必要はない。例えば２層のＳｉＮ膜層の間に、それらのＳｉＮ膜とはヤング率が異なるＳｉＯ2膜層が挟まれてなる３層構造を少なくとも有するなど、隣接する領域とヤング率の異なる層が３層以上に積層された構造に形成されている構造であればよい。この場合、ＳｉＮ膜２０３は約５μｍの厚さに形成される。
【００９４】
なお、上述の効果は、可動部材３１の材料としては本実施形態のようにシリコンを含む材料だけでなく、他の金属を用いてもよい。しかしながら、本実施形態のように各層に同一の元素を有することは、各層同士の密着性を向上させ、可動部材の使用中に各層が互いに剥離するおぞれをなくすので、より望ましい。また、より望ましい形態としては、本実施形態及び上述の変形例のように、可動部材３１が、ヤング率が比較的に低い材料からなる層がヤング率が比較的に高い材料からなる層の間に挟まれた構造を有している構成とすることが好ましい。
【００９５】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の液体吐出ヘッドの第２の実施形態の液流路方向に沿った断面図である。
【００９６】
図８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８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。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。より詳細には、図１に示した構造を有し、図１における熱作用部１０８が発熱体２に相当する。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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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ち梁状の可動部材６が設けられている。可動部材６は、窒化シリコン、酸化シリコンまたは炭化シリコン等のシリコン系の材料で形成された薄膜である。
【０１００】
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、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に面した位置に自由端６ａを発熱体２の中央付近に位置させて発熱体２から所定の距離を隔てて配されている。本実施形態の可動部材６は、支点６ａ部分に曲面部を有している。また、この発熱体２と可動部材６との間が気泡発生領域１１となる。
【０１０１】
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１１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。
【０１０２】
つまり、気泡発生領域１１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。
【０１０３】
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７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１１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。
【０１０４】
上述した液体吐出ヘッドの可動部材は、基本的には前述の第１の実施形態と同様、図４及び図５に示す製造工程により製造される。
【０１０５】
そこで、前述の第１の実施形態と異なる製造方法により製造される、可動部材６となるＳｉＮ膜２０３の成膜工程について、図９及び図１０を参照して詳細に説明する。
【０１０６】
本実施形態では、プラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜２０３の成膜積層を３回に分けて行う。
【０１０７】
まずはじめに、図９（ａ）に示すように、素子基板１を多数有するウエハ７５０をプラズマＣＶＤ装置８００のカセット挿入口８３０から挿入する（図９（ａ）の矢印(1)参照）。そして、ウエハ７５０を移動装置８２０等を用いてＣＶＤ装置８００の反応室８０５に入れて（図９（ａ）の矢印(2)参照）、第１のｐ−ＳｉＮ膜２０３ｆを約１．６μｍの膜厚で成膜する。その後、ウエハ７５０を移動装置８２０などを用いてＣＶＤ装置の反応室８０５から出して（図９（ａ）の矢印(3)参照）、カセット取り出し口から取り出すことで大気中に放置し（図９（ａ）の矢印(4)参照）、表面に第１の酸化膜２０３ｇを形成させる。すると、図１０（ａ）に示すように２層の膜２０３ｆ，２０３ｇが形成される。
【０１０８】
次に、図９（ｂ）に示すように、ウエハ７５０を、カセット挿入口８３０からプラズマＣＶＤ装置８００内に再度挿入する（図９（ｂ）の矢印(5)参照）。そして、移動手段８２０などを用いてＣＶＤ装置８００の反応室８０５に入れて（図９（ｂ）の矢印(6)参照）、図１０（ｂ）に示すように第２のｐ−ＳｉＮ膜２０３ｈを約１．６μｍの膜厚で形成する。その後、図９（ａ）の場合と同様に、ウエハ７５０を移動装置８２０などを用いてＣＶＤ装置の反応室８０５から出して（図９（ｂ）の矢印(7)参照）、カセット取り出し口から取り出すことで大気中に放置し（図９（ｂ）の矢印(8)参照）、表面に第２の酸化膜２０３ｉを形成させる。
【０１０９】
さらにその上に、同様の工程（図９（ｃ）の矢印(9)〜矢印(12)を参照）を繰り返し、図１０（ｃ）に示すように、約１．６μｍ厚の第３のｐ−ＳｉＮ膜２０３ｊ及び第３の酸化膜２０３ｋを形成する。これにより、全体として約５μｍのＳｉＮ膜２０３が形成される。
【０１１０】
このようにＳｉＮ膜２０３を複数回に分けて積層し、間に酸化膜の層を形成することで、前述の第１の実施形態と同様に、グレインの成長が遮断され、粒界の繋がりが断たれる。これにより、可動部材６の支点部の強度が向上し可動部材６の耐久性が向上することになる。また、可動部材６の耐久性が向上することから、可動部材６は長期の使用にわたっても安定して動作することができ、結果的に、長期にわたって吐出特性が安定し、信頼性が高い液体吐出ヘッドが得られる。
【０１１１】
また、図９及び図１０に示したようにＳｉＮ膜２０３を複数回に分けて積層した場合、その後のＳｉＮ膜２０３のエッチング工程（図４（ｄ）及び図５（ｄ）参照）、及びＡｌ膜２０２の除去工程（図４（ｅ）及び図５（ｅ）参照）の際、エッチングガス及びエッチング液によるＳｉＮ膜２０３ｆ，２０３ｈ，２０３ｊと酸化膜２０３ｇ，２０３ｉ，２０３ｋとの選択比が発生し、図８（ｄ）に示すように、可動部材６の外周端面が、可動部材６の厚み方向にノコギリ歯状になる。本実施例の場合、図８（ｅ）に示す図８（ｄ）の可動部材の自由端部の拡大図より明らかなように、ＳｉＮ膜に対してその酸化膜のほうがΔｔ’だけ窪んだ凹部となる形状になっている。この形状による効果も、第１の実施形態の場合と同様である。
【０１１２】
また、上述のＳｉＮ膜２０３のエッチング工程等において、可動部材が、その厚み方向にノコギリ歯状となることを説明したが、実際には厚み方向に交差する方向についても、ＳＥＭなどで観測される程度の大きさの、厚み方向のノコギリ歯形状よりは小さいノコギリ歯状となる。すなわち、図１０（ｄ）の矢印Ａ方向の部分拡大模式図である図１０（ｆ）に示すように、可動部材６の厚み方向に直交する任意の断面の外周部が、微小な凹凸部を有している。
【０１１３】
このような構造を有することで、流路側壁９と可動部材６との微小な隙間にはインク層が存在する。このインク層は、発熱体２により発生する気泡の発生及び消滅により発生する液流路７内のインク流れにより可動部材６が上下に変位するのを大きく抑制しないようにする効果がある。
【０１１４】
なお、前述の第１の実施形態及び本実施形態のように、可動部材６が複数の「層」を積層してなる場合には、図１０（ｇ）に示す可動部材６の側面部の模式図に示すように、可動部材６にはその厚み方向及びそれに交差する方向の双方にノコギリ歯が形成されることになる。このことにより、可動部材６のインクに対する流体力学的特性を相乗的にすぐれたものとしている。
【０１１５】
なお、可動部材６の厚み方向に交差する方向へのノコギリ歯形状の形成は、可動部材を構成する膜をパターニングする際のマスクを利用することで積極的に形成してもよい。しかしながら、１〜１０μｍ程度の厚みの膜をエッチングする場合には、マスク材料がエッチングガスなどにより逆スパッタされ、それらがエッチングする膜の側壁に付着することなどにより、エッチングガスから派生するラジカル種を遮蔽する効果などが起きるため、自然とノコギリ歯状の溝が形成される。このように、可動部材の厚み方向に交差する方向へノコギリ歯形状を形成することに関しては、可動部材を形成するＳｉＮ膜は積層構造である必要はなく、図１０（ｈ）に示す可動部材の側面部の模式図に示すように単層構造であってもよい。
【０１１６】
（第３の実施形態）
図１１は、図３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。本実施形態は、素子基板１上の可動部材３１が固定される部分に台座２０４を設けたことを特徴としている。
【０１１７】
まず、素子基板１上の可動部材３１が固定される部分に、ＴｉやＴａを含む材料からなり、可動部材３１を構成する可動部材用基材部としてのＳｉＮ膜２０３の応力を緩和し、かつＳｉＮ膜２０３の密着性を高める効果がある台座２０４をパターニングする（図１１（ａ））。その後、素子基板１および台座２０４上に、間隙形成部材であるＡｌ膜２０２を成膜し、パターニングを行う（図１１（ｂ））。
【０１１８】
続いて、Ａｌ膜２０２および台座２０４の上に、可動部材３１となるＳｉＮ膜２０３をプラズマＣＶＤ法を用いて成膜し（図１１（ｃ））、ＳｉＮ膜２０３のパターニングを行った後、Ａｌ膜２０２をエッチングストップ層として用いてエッチングを行う（図１１（ｄ））。
【０１１９】
最後に、酢酸、りん酸および硝酸の混酸を用いてＡｌ膜２０２を加温エッチングしてＡｌ膜２０２を除去した後、過酸化水素を用いてパッド保護層であるＴｉＷ膜２０１の露出部分を除去すると、図１１（ｅ）に示すように、可動部材３１が台座２０４の上に形成される。
【０１２０】
上記のように、素子基板１上の可動部材３１が固定される部分に台座２０４を設けることにより、可動部材３１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３１の機械的な耐久性が一層向上する。
【０１２１】
図１２および図１３は、本実施形態の液体吐出ヘッドの一部を示す透視斜視図である。
【０１２２】
本発明の液体吐出ヘッドで採用した可動部材は、図１２および図１３に示すような状態において、発生した気泡に伴って可動部材３１が大きくたわむ際の、可動部材３１の強度向上を図ることができる。さらに、可動部材３１が大きくたわんだ時に、支点３３が支えなければならない強度に関しても、十分対応できるようになっている。
【０１２３】
そして、液体吐出ヘッド基体上に可動部材を形成した後は、図１３に示すインクの吐出のための吐出口１８等が形成されて、液体吐出ヘッドが構成される。
【０１２４】
（第４の実施形態）
前述の各実施形態では、可動部材を形成する層は例えばＳｉＮ膜とＳｉＯ2膜やＳｉＮ膜とその酸化膜など、材料が異なるものであったが、本発明の「層」はこのように互いに材料が異なるものにかぎられない。また、前述の各実施形態では、その製造工程も各成膜工程の終わりの時間と次の成膜工程の始まりの時間とが、間に移動工程を含むことなどによる不連続なものであったが、本発明の１回の成膜工程はこのように時間によって区切られるものにかぎられない。そこで、本実施形態では、同一の材料が積層されてなる可動部材の構造について、図１４及び図１５を用いて詳細に説明する。
【０１２５】
図１４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４の実施形態の、可動部材の製造工程における可動部材の要部を示す模式的断面図である。なお、本実施形態においては、記録ヘッド全体の構成については前述の各実施形態を適用可能であるので、その詳細については省略する。
【０１２６】
また、図１４（ｃ）は、本発明の第４の実施形態に用いられるＣＶＤ装置の概要を説明するための説明図である。図１４（ｃ）において、ＳｉＮ膜２０３を形成するためのプラズマＣＶＤ装置９００の反応室９４３ａ内には、所定の距離をおいて互いに対向するＲＦ電極９４２ａおよびステージ９４５ａが備えられている。ＲＦ電極９４２ａには、反応室９４３ａの外部のＲＦ電源９４１ａによって電圧が印加される。一方、ステージ９４５ａのＲＦ電極９４２ａ側の面上には素子基板１が取り付けられており、素子基板１の発熱体２側の面がＲＦ電極９４２ａと対向している。ここで、素子基板１が有する、発熱体２の面上に形成されたＴａからなる耐キャビテーション膜は、前述したように素子基板１のシリコン基板と電気的に接続されており、間隙形成部材２０２は、素子基板１のシリコン基板、およびステージ９４５ａを介して接地されている。このように構成されたプラズマＣＶＤ装置においては、前記耐キャビテーション膜が接地された状態で供給管９４４ａを通して反応室９４３ａ内にガスを供給し、素子基板１とＲＦ電極９４２ａとの間にプラズマ９４６を発生させる。反応室９４３ａ内でのプラズマ放電により分解されたイオン種やラジカルが素子基板１上に堆積することで、ＳｉＮ膜２０３が素子基板１上に形成される。その際、イオン種やラジカルにより素子基板１上に電荷が発生するが、上述したように耐キャビテーション膜が接地されていることにより、素子基板１内の発熱体２やラッチ回路などの機能素子がイオン種やラジカルの電荷によって損傷することが防止される。
【０１２７】
さて、本実施形態においては、図１４（ｃ）に示す反応室９４３ａ内で、まず、膜の積層開始、成長初期には約３００℃として、積層温度を徐々に上げていき、膜の積層温度が約４００℃になったところで、積層温度を一定に保持する（図１５（ｂ）参照）。この間、図１５（ａ）に示すように膜厚は、ほぼ一定して増加するが、積層温度が約３００℃付近の状態で形成した膜（図１５（ｂ）の期間ｔ１で形成される膜）は、積層温度が約４００℃付近の状態で形成した膜（図１５（ｂ）の期間ｔ２で形成される膜）と比較すると密度が低くなる。そのため、図１４（ａ）に示すように第１のＳｉＮ膜疎部２０３ｌの上に第１のＳｉＮ膜密部２０３ｍが形成される。
【０１２８】
その後、図１５（ｂ）に示すように再度積層温度を約３００℃まで徐々に下げていき、約３００℃になったところで一定に保持して、再度積層温度を約４００℃まで徐々に上げていく。すると、図１４（ｂ）に示すように第２のＳｉＮ膜疎部２０３ｎ （図１５（ｂ）の期間ｔ３で形成される）と、第２のＳｉＮ膜密部２０３ｏ （図１５（ｂ）の期間ｔ４で形成される）とが形成される。
【０１２９】
このような膜質の変化は、エッチングレートにも関連し、膜質が疎の状態の部分（２０３ｌ、２０３ｎ）の方が、密な部分（２０３ｍ，２０３ｏ）と比べてエッチングレートが早いために、形成される可動部材の断面は、前述の第1実施例などと同様、厚み方向にもノコギリ歯形状になる。
【０１３０】
また、膜質が疎の状態の部分（２０３ｌ、２０３ｎ）は密な部分（２０３ｍ，２０３ｏ）と比べてヤング率も異なるので、前述の各実施形態において説明したように、可動部材の変位に伴う可動部分のしなりに対する許容度が増し、可動部材の強度を向上させて、可動部材の耐久性を向上させることができる。このように、本発明における「層」とは、隣接する層との密度や組成が異なるものとして定義され、本実施形態では４層構造となる。
【０１３１】
なお、各層の間には隣接する層との間に明確な区切りがあってもよいが、特に本実施形態のように疎密が変化する形態などでは、実際には図１５（ｃ）に示すように隣接する層とは明確な区切りがない場合がある。図１５（ｃ）は、可動部材の断面の模式図であり、材料が密の部分を濃く示している。このように、境界領域がはっきりせず、徐々に材料の密度が密から疎を介して密へとなるような場合には、それぞれ隣接する部分に対して相対的に疎である領域、および密である領域をそれぞれ「層」として定義すればよい。従って、このような隣接する層と明確な区切りがなくても本発明の「層」に含まれるものとする。
【０１３２】
また、前述の実施形態では第１の成膜工程の終わりの時間と第２の成膜工程の始まりの時間とが連続している。しかしながら、本実施形態においても、第１の成膜工程で製造されたＳｉＮ膜（２０３ｌ、２０３ｍ）と、第２の成膜工程で製造されたＳｉＮ膜（２０３ｌ、２０３ｍ）との間では、前述の第１〜第３の実施形態と同様に、グレインの成長が遮断され、粒界の繋がりが断たれる。これにより、可動部材の支点部の強度が向上し可動部材の耐久性が向上することになる。また、可動部材の耐久性が向上することから、可動部材は長期の使用にわたっても安定して動作することができ、結果的に、長期にわたって吐出特性が安定し、信頼性が高い液体吐出ヘッドが得られる。
【０１３３】
このように、本発明における１回の成膜工程とは、各工程により成膜された膜の基板側とその反対側とで密度や組成等が異なるような成膜工程としても定義できるものである。
【０１３４】
（第５の実施形態）
図１６は、本発明の第５の実施形態を説明するための説明図である。本実施形態では前述の第１〜第４の実施形態とは異なり、隣接する層とヤング率が互いに異なる３層以上の積層構造をなす可動部材や、少なくとも２回以上の成膜工程により製造される可動部材を開示するものではない。しかしながら、本実施形態単独で気泡の発生に基づく圧力による可動部材の自由端の変位を利用して液体を吐出する際に、吐出特性が安定した信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することが出来る他、前述の各実施形態に適用可能することで、相乗的により吐出特性が安定した信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することが出来るものである。
【０１３５】
図１６（ａ）は、本発明の第５の実施形態の、可動部材の製造工程における可動部材の要部を示す模式的断面図である。なお、本実施形態においては、記録ヘッド全体の構成については前述の各実施形態を適用可能であるので、その詳細については省略する。なお、第３実施形態と組み合わせる場合には、可動部材を形成する膜は、基板上ではなく台座上に形成される。
【０１３６】
図１６（ａ）に示す可動部材は、前述の図１４（ｃ）に示すようなＣＶＤ装置により成膜される。ここで、前述の第４実施例と同様、膜の積層開始、成長初期には約３００℃として、積層温度を徐々に上げていき、膜の積層温度が約４００℃になったところで、積層温度を一定に保持し、そのまま所望の膜厚が形成できるまで積層していく（図１６（ｂ）参照）。この時、膜厚は、ほぼ一定して増加する（図１６（ｃ）参照）が、積層初期の膜２０３ｐ（図１６（ｂ）の期間ｔ１で形成された膜）の膜質は、積層温度が高い状態で形成した膜２０３ｑ（図１６（ｂ）の期間ｔ２で形成された膜）の膜質と比較すると密度が低く、その密度は、積層方向に沿って高くなっている。
【０１３７】
このように、可動部材と素子基板表面１との密着部に疎な部分を形成することで、可動部材を形成する膜の急激な応力変化を抑制し、密着部の結合力を強固にし、且つ、Ａｌ犠牲層上のヒロックやウィスカーなどの発生を抑制することができる。従って、本実施形態単独で気泡の発生に基づく圧力による可動部材の自由端の変位を利用して液体を吐出する際に、吐出特性が安定した信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することが出来る。
【０１３８】
なお、前述の第４実施例及び本実施例において、成膜される材料の密度を変化させる一例として、反応室内の温度を例にとり説明したが、成膜される材料の密度を変化は温度変化だけではなく、例えば反応室内へ供給管から供給されるガスの流量（図１６（ｄ）参照）や、反応室の真空度（図１６（ｅ）参照）によっても変化させることが可能である。それぞれ、他の要因を一定とした場合、ガス流量が多く反応室内のガス濃度が高い場合、及び真空度が高い場合に材料は密になる。そこで、図１６（ｄ）及び図１７（ｅ）のそれぞれにおいて、期間ｔ１での成膜においてＳｉＮ膜２０３ｐを、期間ｔ２での成膜においてＳｉＮ膜２０３ｑを形成することが出来る。
【０１３９】
なお、このような成膜時の材料の疎密はＳｉを含むものに限られることなく、可動部材を形成する材料が他の金属の場合でも本実施例は適用可能である。
【０１４０】
（その他の実施形態）
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。
【０１４１】
図１７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１７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３３０と液体容器３３１とから概略構成されている。
【０１４２】
液体吐出ヘッド部３３０は、可動部材３１（図３参照）が設けられた素子基板１、天板５０およびオリフィスプレート５１（共に図３参照）を有する溝付き部材３３２、押さえばね３３３、液体供給部材３３４、支持体（アルミベースプレート）３３５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３参照）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３１との間には、前述したように気泡発生領域１１（図３参照）が形成されている。この素子基板１と溝付き部材３３２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１０および共通液室１３（共に図３参照）が形成される。
【０１４３】
押さえばね３３３は、溝付き部材３３２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３３２および後述する支持体３３５を良好に一体化させている。
【０１４４】
支持体３３５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３３５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３３６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３３７がさらに配置されている。
【０１４５】
液体容器３３１は、液体吐出ヘッド部３３０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３３１の外側には、液体吐出ヘッド部３３０と液体容器３３１との接続を行う接続部材を配置するための位置決め部３３８と、接続部材を固定するための固定軸３３９とが設けられている。吐出液体の供給は、液体容器３３１の吐出液体供給路３４０から液体供給部材３３４の供給路３４２を介して、各部材の供給路３４１，３４３，３４４を介して共通液室１３（図３参照）に供給される。
【０１４６】
なお、この液体容器３３１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３３１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３３０と液体容器３３１とは一体であってもよく、分離可能としてもよい。
【０１４７】
図１８は、本実施形態の液体吐出ヘッドを装着して適用することのできるインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。
【０１４８】
図１８において、符号６０１は本実施形態のインクジェット記録ヘッドである。このヘッド６０１は、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達６０３および６０４を介して回転するリードスクリュー５０５の螺旋溝６０６に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されており、駆動モータ６０２の動力によってキャリッジ６０７とともにガイド６０８に沿って矢印ａおよびｂ方向に往復移動される。図示しない被記録媒体搬送装置によってプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐ（被記録媒体）の紙押さえ板６１０は、キャリッジ移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。
【０１４９】
上記のリードスクリュー６０５の一端の近傍には、フォトカプラ６１１および６１２が配設されている。これらはキャリッジ６０７のレバー６０７ａのこの域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向切り替え等を行うためのホームポジション検知手段である。図において、符号６１３は上述のインクジェット記録ヘッド６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ部材６１４を支持する支持部材である。また、符号６１５はキャップ部材６１４の内部にヘッド６０１から空吐出等されて溜まったインクを吸引するインク吸引手段である。この吸引手段６１５によりキャップ内開口部６１６を介してヘッド６０１の吸引回復が行われる。符号６１７はクリーニングブレードであり、符号６１８はブレード６１７を前後方向（上記のキャリッジ６０７の移動方向に対して直交する方向）に移動可能にする移動部材であり、ブレード６１７および移動部材６１８は本体支持体６１９に支持されている。上記のブレード６１７はこの形態に限らず、他の周知のクリーニングブレードであってもよい。符号６２０は吸引回復操作にあたって、吸引を開始するためのレバーであり、キャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り替え等の公知の伝達手段で移動制御される。上記ヘッド６０１に設けられた発熱体２に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジェット記録制御部は装置本体側に設けられており、ここには図示しない。
【０１５０】
上述の構成を有するインクジェット記録装置６００は、図示しない被記録媒体搬送装置によりプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐ（被記録媒体）に対し、ヘッド６０１はプリント用紙Ｐの全幅にわたって往復移動しながら記録を行う。
【０１５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、気泡の発生に基づく圧力による可動部材の自由端の変位を利用して液体を吐出する際に、吐出特性が安定した、信頼性の高い液体吐出ヘッド、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ができ、また、液体吐出ヘッドの可動部材などを高い精度で、かつ、高密度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体吐出ヘッド用基体のインク路に相当する部分の断面図である。
【図２】液体吐出ヘッド用基体の主要素子を縦断するように切断した時の模式的断面図である。
【図３】本発明の液体吐出ヘッドの第１の実施の形態を液流路方向で切断した状態で示す断面図である。
【図４】素子基板等を複数の可動部材の配列方向に切断した状態で示す断面図である。
【図５】素子基板等を可動部材の長さ方向に切断した状態で示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程を説明するための、プラズマＣＶＤ装置の模式図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程および、成膜工程の後に形成された可動部材を示す図である。
【図８】本発明の液体吐出ヘッドの第２の実施の形態を液流路方向で切断した状態で示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程を説明するための、プラズマＣＶＤ装置の模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程および、成膜工程の後に形成された可動部材を示す図である。
【図１１】図３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。
【図１２】本発明の第３の実施形態の液体吐出ヘッドの一部を示す透視斜視図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態の液体吐出ヘッドの一部を示す透視斜視図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程を説明するための模式図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程を説明するための図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態における、可動部材を構成するＳｉＮ膜の成膜工程を説明するための図である。
【図１７】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１８】本実施形態の液体吐出ヘッドを装着して適用することのできるインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。
【図１９】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。
【図２０】従来の液体吐出ヘッドの例を示す断面図である。
【図２１】従来の他の液体吐出ヘッドの例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 素子基板
２ 発熱体
３，５０ 天板
４，５１ オリフィスプレート
５，１８ 吐出口
６，３１ 可動部材
７，１０ 液流路
８，１３ 共通液室
１１ 気泡発生領域
３２ 自由端
３３ 支点
６４ ストッパ
６５ 低流路抵抗領域
６６ 吐出滴
１０１ シリコン基板
１０２ 熱酸化膜
１０３ 層間膜
１０４ 抵抗層
１０５ 配線
１０６ 保護膜
１０７ 耐キャビテーション膜
１０８ 熱作用部
２０１ ＴｉＷ膜
２０２ Ａｌ膜（間隙形成部材）
２０３，２０３ｐ，２０３ｑ ＳｉＮ膜
２０３ａ，２０３ｆ 第１のｐ−ＳｉＮ膜
２０３ｂ 第１のｐ−ＳｉＯ2膜
２０３ｃ，２０３ｈ 第２のｐ−ＳｉＮ膜
２０３ｄ 第２のｐ−ＳｉＯ2膜
２０３ｅ，２０３ｊ 第３のｐ−ＳｉＮ膜
２０３ｇ 第１の酸化膜
２０３ｉ 第２の酸化膜
２０３ｋ 第３の酸化膜
２０３ｌ 第１のＳｉＮ膜疎部
２０３ｍ 第１のＳｉＮ膜密部
２０３ｎ 第２のＳｉＮ膜疎部
２０３ｏ 第２のＳｉＮ膜密部
２０４ 台座
３３０ 液体吐出ヘッド部
３３１ 液体容器
３３２ 溝付き部材
３３３ 押さえばね
３３４ 液体供給部材
３３５ 支持体
３３６ プリント配線基板
３３７ コンタクトパッド
３３８ 位置決め部
３３９ 固定軸
３４０，３４２ 吐出液体供給路
３４１，３４３，３４４，３４５ 供給路
４０１ Ｓｉ基板
４０２ Ｎ型ウェル領域
４０３ ｐ型ウェル領域
４０５，４１２ ソース領域
４０６，４１１ ドレイン領域
４０８ ゲート絶縁膜
４１３，４１５ ゲート配線
４１４ 蓄熱層
４１６，４１８ 層間絶縁膜
４１７ Ａｌ電極
４５０ Ｐ−Ｍｏｓ
４５１ Ｎ−Ｍｏｓ
４５３ 酸化膜分離領域
６００ インクジェット記録装置
６０１ インクジェット記録ヘッド
６０２ 駆動モータ
６０３，６０４ 駆動力伝達
６０５ リードスクリュー
６０６ 螺旋溝
６０７ キャリッジ
６０７ａ レバー
６０８ ガイド
６０９ プラテン
６１０ 紙押さえ板
６１１，６１２ フォトカプラ
６１３ 支持部材
６１４ キャップ部材
６１５ インク吸引手段
６１６ キャップ内開口
６１７ クリーニングブレード
６１８ 移動部材
６１９ 本体支持体
６２０ レバー
６２１ カム
７００，８００，９００ ＣＶＤ装置
７０５，７１０，８０５ 反応室
７２０，８２０ 移動装置
７３０，８３０ カセット挿入口
７５０ ウエハ
９４１ａ ＲＦ電源
９４２ａ ＲＦ電極
９４４ａ 供給管
９４５ａ ステージ
９４６ プラズマ
Claims (35)
- 液体を吐出するための吐出口と、
該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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、
前記可動部材は、隣接する領域でヤング率が互いに異なる層が３層以上に積層された構造に形成されており、
前記可動部材は、ヤング率が比較的に低い層が、ヤング率が比較的に高い層の間に挟まれた構造を有していることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記ヤング率が比較的に低い層を形成する材料は酸化シリコンである請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記ヤング率が比較的に高い層を形成する材料は窒化シリコンまたは炭化シリコンである請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記可動部材は同一の材料で形成されるとともに、前記ヤング率が比較的に低い層は、前記ヤング率が比較的に高い層に比べて材料の密度が疎である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記可動部材の支持固定部と前記基板との間に台座部が設けられている請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記台座部の材料にはＴｉが含まれている請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記台座部の材料にはタンタルが含まれている請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記可動部材の外周端面は、前記可動部材の厚み方向にノコギリ歯状である請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記可動部材の外周端面は、前記可動部材の厚み方向に交差する方向にノコギリ歯状である請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 液体を吐出するための吐出口と、
該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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、
前記可動部材の外周端面は、前記可動部材の厚み方向にノコギリ歯状であることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 液体を吐出するための吐出口と、
該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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、
前記可動部材の外周端面は、前記可動部材の厚み方向に交差する方向にノコギリ歯状であることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記可動部材は１回の成膜工程により形成される請求項１０または１１に記載の液体吐出ヘッド。
- 液体を吐出するための吐出口と、
該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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、
前記基板との接合領域における前記可動部材を形成する材料の密度が、他の領域における前記可動部材を形成する材料の密度に比べて小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 液体を吐出するための吐出口と、
該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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された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において、
前記可動部材の支持固定部と前記基板との間には台座部が設けられているとともに、前記台座部との接合領域における前記可動部材を形成する材料の密度が、他の領域における前記可動部材を形成する材料の密度に比べて小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項１から１４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１から１４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し、
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液体吐出装置。 - 液体を吐出するための吐出口と、
該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、前記吐出口側を自由端として前記基板部に支持固定された可動部材とを備え、
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可動部材用基材部を成膜する第１の可動部材用基材部成膜工程と、
該第１の可動部材用基材部成膜工程の後に、さらに前記可動部材をなす可動部材用基材部を成膜する第２の可動部材用基材部成膜工程と、
前記可動部材用基材部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することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第１の可動部材用基材部成膜工程と、前記第２の可動部材用基材部成膜工程との間に、前記第１の可動部材用基材部成膜工程により成膜された膜の表面に酸化薄膜を形成する工程を有する請求項１７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記第１の可動部材用基材部成膜工程においてシリコンを含む材料の膜を真空中で形成した後、前記基板を大気中に放置することで前記膜の表面に前記酸化薄膜を形成する請求項１８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記第１および第２の可動部材用基材部成膜工程において、前記可動部材用基材部を、プラズマＣＶＤ法により形成する請求項１７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記第１の可動部材用基材部成膜工程として、シリコンを含む材料からなる第１の層をプラズマＣＶＤ法により真空中で形成した後、真空状態を保ちながら、前記第２の可動部材用基材部成膜工程として、シリコンを含む材料からなる第２の層をプラズマＣＶＤ法により真空中で形成する請求項１７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 液体を吐出するための吐出口と、
該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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された可動部材とを備え、
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、
前記基板上に電気接続用のパッドを保護するパッド保護層を形成する工程と、
前記基板および前記パッド保護層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、前記パッド保護層および前記間隙形成部材上に、隣接する領域でヤング率が互いに異なる層を３層以上に積層し、前記可動部材をなす可動部材用基材部を形成する工程と、
前記可動部材用基材部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、
前記パッド保護層の露出されている部分を除去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。 - 前記可動部材用基材部はヤング率が比較的に低い層がヤング率が比較的に高い層の間に挟まれた構造を有するものであり、前記可動部材用基材部を形成する工程は、該可動部材用基材部をＣＶＤ法により形成する工程であり、前記ヤング率が比較的に低い層を形成する際のＣＶＤ反応室内の温度が、前記ヤング率が比較的に高い層を形成する際のＣＶＤ反応室内の温度に比べて低い、請求項２２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記パッド保護層の材料としてＴｉＷを用い、スパッタリング法により前記パッド保護層を形成する請求項２２または２３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記基板および前記パッド保護層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、前記可動部材の支持固定部と前記基板との間に設けられる台座部を形成する工程を有する請求項２２から２４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記パッド保護層の露出されている部分を除去する工程は、過酸化水素を用いて前記パッド保護層のエッチングを行う工程である請求項２２から２５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記可動部材用基材部をパターニングして前記可動部材を形成する工程は、前記可動部材の外周面をノコギリ歯状に形成する工程を有する請求項１７から２６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記間隙形成部材の材料としてアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金を用い、スパッタリング法により前記間隙形成部材を形成する請求項１７から２７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記アルミニウムを含む合金として、Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｎｉ，Ａｌ−Ｃｒ，Ａｌ−ＣｏまたはＡｌ−Ｆｅを用いる請求項２８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記間隙形成部材を除去する工程は、酢酸、りん酸および硝酸の混合液を用いて前記間隙形成部材の加温エッチングを行う工程である請求項１７から２９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 液体を吐出するための吐出口と、
該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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された可動部材とを備え、
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、
前記基板上に電気接続用のパッドを保護するパッド保護層を形成する工程と、前記基板および前記パッド保護層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、前記パッド保護層および前記間隙形成部材上に、前記可動部材をなす可動部材用基材部を、前記基板との接合領域における前記可動部材を形成する材料の密度が、他の領域における前記可動部材を形成する材料の密度に比べて小さくなるように形成する工程と、
前記可動部材用基材部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、
前記パッド保護層の露出されている部分を除去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。 - 前記可動部材用基材部を形成する工程は、該可動部材用基材部をＣＶＤ法により形成する工程であり、前記可動部材の前記基板との接合領域を形成する際のＣＶＤ反応室内の温度が、前記可動部材の他の領域を形成する際のＣＶＤ反応室内の温度に比べて低い、請求項３１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記可動部材用基材部を形成する工程は、該可動部材用基材部をＣＶＤ法により形成する工程であり、前記可動部材の前記基板との接合領域を形成する際のＣＶＤ反応室内のガス濃度が、前記可動部材の他の領域を形成する際のＣＶＤ反応室内のガス濃度に比べて低い、請求項３１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記可動部材用基材部を形成する工程は、該可動部材用基材部をＣＶＤ法により形成する工程であり、前記可動部材の前記基板との接合領域を形成する際のＣＶＤ反応室内の真空度が、前記可動部材の他の領域を形成する際のＣＶＤ反応室内の真空度に比べて低い、請求項３１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 液体を吐出するための吐出口と、
該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、前記吐出口側を自由端として前記基板に支持固定された可動部材とを備え、
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、
前記基板上に電気接続用のパッドを保護するパッド保護層を形成する工程と、前記可動部材の支持固定部と前記基板との間に設けられる台座部を形成する工程と、
前記基板および前記パッド保護層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、
前記台座、前記パッド保護層および前記間隙形成部材上に、前記可動部材をなす可動部材用基材部を、前記台座との接合領域における前記可動部材を形成する材料の密度が、他の領域における前記可動部材を形成する材料の密度に比べて小さくなるように形成する工程と、
前記可動部材用基材部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、
前記パッド保護層の露出されている部分を除去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。
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