JP2007260943A

JP2007260943A - インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JP2007260943A
Application number: JP2006085589A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Ogawa; 正彦小川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】液体流路と吐出口を半導体プロセス工程で製造し、高密度なヘッドに対応し、シンプルな構成でできるように、次世代ヘッドとして、歩留りアップとコスト低減を目指す。
【解決手段】ヒータを搭載した基板上に、ＳｉＮ膜で、流路７と吐出口４を形成する。切断時のチッピングやクラック防止に、上記膜は切断端面から離して形成し、さらに補強として、同じ工程で柱状の壁６を形成し、ゴミ対策としても使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、紙、プラスチックシート、布、物品等を包含する記録保持体に対して、例えば、インク等の機能性液体等を吐出させることにより、文宇、記号、画像等の記録、印刷等を行うインクジェット記録ヘッド(以下、単に“インクジェット記録ヘッド”と略称する)を構成するための基体、この基体を用いて構成されるインクジェット記録ヘッド、このインクジェット記録ヘッドに対して供給されるインクを貯留するためのインク貯留部を含むインクジェット記録ヘッドが装着されるインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記錬ヘッドとしては、例えば、発熱体からの熱エネルギーを利用してインクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドを用いて、画像を記録するインクジェット記録ヘッドがある。

従来、このようなインクジェット記録ヘッドは、例えば、図9のように、それぞれ液滴を吐出するための複数の吐出エネルギー発生部8と、これら吐出エネルギー発生部にそれぞれ対応する吐出口4と、これら吐出ロ4にそれぞれ連通する液体流路7と、液体流路に液体を供給する共通液室9とを具え、これら液体流路7から吐出口4を介して液滴を吐出するようにしたインクジェットヘッドであって吐出エネルギー発生部の周りに溝壁3を作りその上に図10のような接着剤層15を塗布した吐出口4の空いた薄膜2を張りつけて液体流路を構成していた。

このようなインクジェット記録ヘッドにおいては、今後、ますます高画質、高解像度、高速度等のさまざまな印字性能が求められ、これらのために、多ノズル化、小液滴化が必要となってきている。

又、別の従来例としては、特許文献１をあげることが出来る。
特開2000-225708号公報

しかしながら、従来の構成では、以下のような問題点が有った。

今までのインクジェット記録ヘッドでは、解像度が低かったために、吐出エネルギー発生部間の距離に余裕が取れた。そのために、溝壁と吐出口の空いた薄膜との接着は、あまり問題にならなかった。しかし、高解像度化のために、吐出エネルギー発生部問の距離が狭くなり、溝壁と吐出口の空いた薄膜との接着部分の面積があまり取れないために、接着がうまくできず、その結果、接着剤が多いと液体流路内にはみ出し、汚染の問題や物理的な流路の問題で、液滴吐出に悪影響を及ぼした。また、反対に接着剤が少ないと接着がうまくいかず、隣の流路に発泡のエネルギーが逃げてしまい、同様に、液滴吐出に悪影響を及ぼし、印字画質を損なうと言う問題があった。

本発明の目的は、インクジェット記録ヘッドが、ますます、多ノズル化、高解像度化が進むなか、溝壁と吐出口の空いた薄膜を半導体プロセス工程の中で積み重ねる事で精度よく形成し、吐出口の空いた薄膜の不安定な接着工程を無くし、吐出エネルギー発生部と吐出口の位置関係も精度良くし、簡単な工程で安定してできる事が可能なインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置を提供する事にある。

本発明の第一の形態によるインクジェット記録ヘッドにおいて、それぞれ液滴を吐出するための複数の吐出エネルギー発生部と、前記複数の吐出エネルギー発生部を搭載した基板と、これら吐出エネルギー発生部にそれぞれ対応する吐出口と、これら吐出口にそれぞれ連通する液体流路と、前記液体流路に液体を供給する共通液室とを具え、これら前記液体流路から前記吐出口を介して液滴を吐出するようにしたインクジェットヘッドであって、前記液体流路を囲む壁と、前記吐出口及び流路を形成する薄膜は、前記吐出エネルギー発生部を搭載している基板と同じ基板上に半導体プロセス工程の延長上で形成することを特徴とする。

本発明の第二の形態によるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記基板の切断側近辺に、前記吐出口及び流路を形成する薄膜の下部に前記液体流路を囲む壁と同時に柱状の壁を形成することを特徴とする。

本発明の第三の形態によるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記液体流路を囲む壁、あるいは、前記吐出ロ及び流路を形成する薄膜、あるいは、前記柱状の壁は、前記基板の切断時に切断されないように切断場所から逃げて形成することを特徴とする。

本発明の第四の形態によるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記液体流路を囲む壁、あるいは、前記吐出口及び流路を形成する薄膜、あるいは、前記柱状の壁は、切断端面から０〜20μm離して形成することを特微とする。

本発明の第五の形態によるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記柱状の壁の位置は、前記吐出口から前記液体流路のほぼ延長線上の共通液室の位置に形成することを特徴とする。

本発明の第六の形態によるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記液体流路を囲む壁、あるいは、前記柱状の壁は、窒化シリコンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンであることを特徴とする。

本発明の第七の形態によるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記吐出口及び流路を形成する薄膜は、窒化シリコンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンであることを特微とする。

本発明の第八の形態によるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記液体流路を囲む壁、あるいは、前記柱状の壁は、感光性の樹脂であることを特徴とする。

本発明の第九の形態によるインクジェット記録ヘッドにおいて、第八の形態の感光性の樹脂は、前記吐出エネルギー発生部を搭載している基板上にスピンコートして薄膜を形成することを特微とする。

本発明の第十の形態によるインクジェット記録ヘッドにおいて、感光性の樹脂は、前記液体流路を囲む壁、あるいは、前記柱状の壁の上に、フィルム状の薄膜を貼り合わせて、前記吐出口及び流路を形成することを特徴とする。

以上説明したように、今後、ますます高解像度化、多ノズル化をするために、隣接ノズル間の流路壁が狭くなるために吐出口の空いた薄膜を液体流路壁に接着することが困難になっているが、本発明によれば、吐出エネルギー発生部の搭載された基板上に、液体流路壁、さらに、その上に吐出口及び流路形成膜を半導体プロセス工程の延長線上で形成することにより、非常に正確な流路形状、吐出形状、吐出エネルギー発生部と吐出口の位置が形成され、所望の安定した液滴の吐出ができるようになった。さらに、切断端面から、液体流路壁、吐出口及び流路形成膜を逃がし、柱状の壁を設けることで、ウエハ切断時のチッピング、クラックを、液体流路壁、あるいは、吐出口及び流路形成膜での発生を抑え、また、特に、柱状の壁を、吐出口と液体流路の延長線上の共通液室に設置する事で、吐出口側の液体流路にはゴミの進入を防ぎ、インクジェット記録ヘッドの製造工程も大変安定し、歩留まりも上がりコスト低減ができ、さらに、吐出口のあるフェイス表面は、硬度が増し、インクジェットヘッドの耐久性も上がった。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図1は、本発明のインクジェット記録ヘッドの一部で、液滴の飛出し側から見た平面図の一部である。

4が吐出口で、点線5で囲まれた液体流路7と共通液室9を囲む流路壁3が形成されている。この図1のY-Y'方向に切断した断面図で、吐出口と流路壁が室化シリコン膜(SiN膜)の実施例が図2−(イ)と吐出口形状の異なる図3−(イ)で、吐出口と流路壁が感光性樹脂嘆の実施例が図6−(イ)と吐出口形状の異なる図7−(イ)である。また、図1のX-X'方向に切断した断面図で、吐出口と流路壁が窒化シリコン膜(SiN膜)の実施例が図2−(ロ)と吐出口形状の異なる図3−(ロ)で、吐出口と流路壁が感光性樹脂膜の実施例が図6−(ロ)と吐出口形状の異なる図7−(ロ)である。

吐出エネルギー発生部8を形成した甚板1の上に所望の形の液体流路壁3と切断端面付近に柱状の壁6を作り、さらに、その上に薄膜を付け、吐出口4を作ることにより、液体流路7と共通液室9を形成することができる。ここで、柱状の壁6は、吐出口及び流路形成膜2の共通液室9での強度を増すための補強の役目と吐出口4の間隔で延びている液体流路7の延長線上に形成することで、不図示の液体タンクからのゴミ等を吐出口側に通過させないためのフィルタの役目を果たしている。さらに、基板の切断端部10から、吐出口及び流路形成膜端部11あるいは、柱状の壁6の切断側端部12を、0〜20um離すことにより、基板切断時に生じるチッピングやクラックから形成した薄膜の破壊を防止できる。更に、形成した薄膜の影響を受けずに基板の切断が通常通りできる。また、吐出ロ及び流路形成膜2をエッチングして吐出口4を形成する時に、エッチングマスクを変えるだけで、例えば、図2の(イ)、あるいは、図6の(イ)のような円形のストレートな吐出口4、流路側からみると、図4の(イ)のようにでき、あるいは、図3のような円形のテーパの付いた吐出ロ4、流路側からみると、図4の(ロ)のようにでき、さらには、流路側からみると、図4の(ハ)のような花びら型の吐出口4も簡単に正確にできるので、所望の吐出特性に合わせて吐出口の形状を設計できる利点がある。

次に、図1、図2、図3に示す液体流路壁3、柱状の壁6と吐出口及び流路形成膜2の製法を、窒化シリコン膜の揚合の実施例を、Y-Y'方向に切断した断面図でみた図5に従って説明する。

図5の(a)は、吐出エネルギー発生部8が搭報されている基板1の上部断面の一部を示している。この基板1の上に、アルミニウムをスパッターして、それをエッチングして、これから載せる窒化シリコン膜(SiN膜)をエッチングするときに基板1にダメージを与えないようにするエッチングストップ層17を図5 (b)のように形成する。それからその上に、プラズマCVD等で図5 (c)のようにSiN膜18を高速成膜して液体流路壁3及び柱状の壁6の材料とする。そして、その上にアルミニウムをスパッターして、それをエッチングして、液体流路用の空間を空けるためのエッチングマスク層19を図5 (d)のように形成する。そして、SiN膜18をエッチングストップ層17まで高速ドライエッチングして図5 (e)のように形成する。そこで、さらに、アルミニウムをスパッターしてアルミニウム層20を図5 (f)のように形成する。そして、エッチングマスク層19とその上部のアルミニウム層20をマスクしてエッチングして除去し、あるいは、CMP(ケミカルメカニカルポリッシング)により除去し、図5 (g)のように処理する。ここで、さらに、吐出口及び流路形成膜2の材料となるSiN膜21を高速成膜して図11(ａ)のように形成する。そして、その上にアルミニウムをスパッターして吐出口4の形状と流路形成端部11までをエッチングするためのSiN膜エッチングマスク層22を図11 (ｂ)のように形成する。ここで、吐出口4の所望の形状にマスク層を設定できる。この状態から、ストレートに、SiN膜をアルミニウム層20まで高速ドライエッチングすると、図11 (ｃ)のように吐出口4が形成できる。

一方、SｉN膜をアルミニウム層20まで等方性エッチングすると図11 (ｅ)のような吐出口4が形成できる。

最後に、エッチングストップ層17、アルミニウム層20とSiN膜エッチングマスク層２2のアルミニウムを除去して図11 (ａ)、あるいは、図11 (ｆ)のように、液体流路壁3あるいは、柱状の壁6を形成する。このように、半導体プロセス工程の延長線上で、液体流路と吐出ロが形成できる。

次に、他の実施例として、図1、図6、図7に示す液体流路壁3、柱状の壁6と吐出口及び流路形成膜2の製法を、感光性樹脂の場合の実施例を、Y-Y'方向に切断した断面図でみた図8に従って説明する。

図8の(a)は、吐出エネルギー発生部8が搭載されている基板1の上部断面の一部を示している。この碁板1の上に、液状のネガレジストタイプの第一の感光性樹脂をスピンコートして、図8の(b)の23のように形成する。この状態で、フォトマスクをかけて図8 (c)の第一の感光性樹脂膜の露光部分24を残すように露光する。これを、現像処理して未露光部分の25を取去リベークすれば、図8(ｄ)のように液体流路壁3を形成できる。更に、その上に、フィルム状のネガレジストタイプの第二の感光性樹脂膜を貼付け、図8(e)の26のように形成する。この状態で、フォトマスクをかけて図12(ａ)の第二の感光性樹脂膜の露光部分27を残すように露光する。これを、現像処理して未露光部分の28を取去りベークすれば、図12(ｂ)のように吐出口4を形成できる。一方、図8(e)の第二の感光性樹脂26を貼付けた状態から、フォトマスクをかけて露光するときに、フォーカスをずらし逆テーパが付くように露光すると、図12(ｃ)のように露光部分29と未露光部分30の境界に逆テーパが付くようにできる。これを、現像処理して未露光部分の30を取去りベークすれば、図12(ｄ)のように逆テーパの付いた吐出口4を形成できる。

本発明の実施形態によるヘッドの液体流路部分における平面図である。本発明の実施形態による図1のY-Y'及び、図1のX-X'で切断した断面図である。本発明の他の実施形態による図1のY-Y'及び、図1のX-X'で切断した時の断面図である。本発明の実施形態による吐出口の空いた薄膜の一部を示す平面図である。本発明の実施形態における製造方法を示す図である。従来の実施形態による断面図である。従来の実施形態による接着剤の付いた吐出口付き薄膜の一部の平面図である。本発明の実施形態によるヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。従来技術によるヘッドの一例を示す模式的断面図である。従来技術によるヘッドの一面を示す平面図である。本発明の実施形態における製造方法を示す図である。本発明の実施形態によるヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。

符号の説明

1 基板
2 吐出口及び流路形成膜
3 液体流路壁
4 吐出口
5 液体流路壁端
6 柱状の壁
7 液体流路
8 吐出エネルギー発生部
9 共通液室
10 基板の切断端部
11 吐出口及び流路形成膜端部
12 柱状の壁の切断側端部
15 接着剤層
17 SiN膜エッチング用ストップ層
18 SiN膜
19 SiN膜エッチ:/グ用マスク層
20 アルミニウム層
21 SiN膜
22 SiN膜エッチング用マスク層
23 第一の感光性樹脂膜
24 第一の感光性樹脂膜の露光部分
25 第一の感光性樹脂膜の未露光部分
26 第二の感光性樹脂膜
27 第二の感光性樹脂膜の露光部分
28 第二の感光性樹脂膜の未露光部分
29 第二の感光性樹脂膜の露光部分
30 第二の感光性樹脂膜の未露光部分

Claims

それぞれ液滴を吐出するための複数の吐出エネルギー発生部と、前記複数の吐出エネルギー発生部を搭載した基板と、これら吐出エネルギー発生部にそれぞれ対応する吐出ロと、これら吐出口にそれぞれ連通する液体流路と、前記液体流路に液体を供給する共通液室とを具え、これら前記液体流路から前記吐出口を介して液滴を吐出するようにしたインクジェットヘッドであって、
前記液体流路を囲む壁と、前記吐出口及び流路を形成する薄膜は、前記吐出エネルギー発生部を搭載している基板と同じ基板上に半導体プロセス工程の延長上で形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
前記基板の切断側近辺に、前記吐出口及び流路を形成する薄膜の下部に前記液体流路を囲む壁と同時に柱状の壁を形成することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記液体流路を囲む壁、あるいは、前記吐出口及び流路を形成する薄膜、あるいは、前記柱状の壁は、前記基板の切断時に切断されないように切断場所から逃げて形成することを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記液体流路を囲む壁、あるいは、前記吐出口及び流路を形成する薄膜、あるいは、前記柱状の壁は、切断端面から20μm以内の距離を離して形成することを特徴とする請求項２、又は請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記柱状の壁の位置は、前記吐出口から前記液体流路のほぼ延長線上の共通液室の位置に形成することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
前記液体流路を囲む壁、あるいは、前記柱状の壁は、窒化シリコンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンであることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
前記吐出口及び流路を形成する薄膜は、室化シリコンまたは酸化シリコンまたは炭化シリコンであることを特微とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
前記液体流路を囲む壁、あるいは.前記柱状の壁は、感光性の樹脂であることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか、又は請求項7に記載のインクジェット記録ヘッド。
請求項8に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、感光性の樹脂は、前記吐出エネルギー発生部を搭載している基板上にスピンコートして薄膜を形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
請求項8に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、感光性の樹脂は、前記液体流路を囲む壁、あるいは、前記柱状の壁の上に、フィルム状の膜を貼り合わせて、前記吐出口及び流路を形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。