JP2014028471A - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インク供給口の開口縁部における窒化シリコン膜の残材部の破損を抑制し、感光性樹脂膜の破損を防止する。
【解決手段】インクを供給するためのインク供給口１０６及びインク供給口１０６から供給されたインクにエネルギーを与える液体吐出エネルギー発生素子を有するシリコン基板１０４と、シリコン基板１０４に接合され、インクを吐出する複数の吐出口を有する感光性樹脂膜１０２と、シリコン基板１０４に、液体吐出エネルギー発生素子を覆うように形成される窒化シリコン膜１０３と、窒化シリコン膜１０３と感光性樹脂膜１０２との間に設けられて窒化シリコン膜１０３と感光性樹脂膜１０２とを接合する樹脂膜と、を備える。樹脂膜１０５は、インク供給口１０６の開口面において、インク供給口１０６の、複数の吐出口の配列方向に平行な開口縁から、インク供給口１０６の内側に向かって延ばされて形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インク等の液体を被記録材へ吐出して記録を行う液体吐出ヘッド及びその製造方法に関する。

従来、紙等の被記録材に対して画像を記録する記録ヘッドが搭載された種々の記録方式が提案されており、例えば熱転写方式、ワイヤードット方式、感熱方式、インクジェット方式などが実用化されている。

これらの中でも、インクジェット方式は、ランニングコストが安く、記録動作時の騒音が抑えられる記録方式として注目され、幅広い分野で使用されている。インクジェット方式のプリンタでは、表面に液体吐出エネルギー発生素子が設けられたシリコン基板を有するインクジェットヘッドに、インクタンクからインクが供給され、インク吐出動作を行うことによって画像を記録する。

インクジェットヘッドのインク吐出構造部は、小型化、高密度化することを目的として、半導体製造技術を用いて形成されている。

以下、図面を参照して、従来のインクジェットヘッドの構造について説明する。図３に、従来のインクジェットヘッドの一例の分解斜視図を示す。図４に、従来のインクジェットヘッドの製造工程の一例を説明するための断面図を示す。

図５（ａ）に、従来のインクジェットヘッドの吐出口形成面の平面図を示す。図５（ｂ）〜（ｄ）に、従来のインクジェットヘッドの、図５（ａ）におけるＣ−Ｃ’線に沿った断面図を示し、内部構造を明らかにする。

図３に示すように、インクジェットヘッドカートリッジ３００は、インクタンク保持ユニット３０２と、インク供給ユニット３０３と、インクジェットヘッド３０１と、を備えて構成されている。

インクタンク（図示せず）から供給されたインクは、インクタンク保持ユニット３０２を介してインク供給ユニット３０３へ供給され、インク供給ユニット３０３に接合されるインクジェットヘッド３０１から吐出され、記録動作が行われる。

インクジェットヘッド３０１は、シリコン基板１０４と、シリコン基板１０４上に配置されて複数の吐出口７１３を有する感光性樹脂膜１０２と、を有している。

上述の通り、シリコン基板１０４上には、インクを吐出するためにエネルギーを発生する複数の液体吐出エネルギー発生素子７１１が設けられている（図４参照）。各液体吐出エネルギー発生素子７１１は、各吐出口７１３に対応する位置にそれぞれ配置されている。

インクジェットヘッド３０１の基本構成及びその製造工程の一例について、図４を参照して説明する。

シリコン基板１０４と感光性樹脂膜１０２との間には、酸化シリコン膜７０８、窒化シリコン膜１０３、樹脂膜１０５が、この順に積層されて形成される。酸化シリコン膜７０８は、シリコン基板１０４の表面を絶縁することを目的として形成される。窒化シリコン膜１０３は、酸化シリコン膜７０８の上層として形成され、液体吐出エネルギー発生素子７１１の保護膜として機能する。樹脂膜１０５は、感光性樹脂膜１０２と窒化シリコン膜１０３との間に設けられ、シリコン基板１０４と感光性樹脂膜１０２とを接合するための接合膜となって密着力を向上させる機能を有している。

そして、インクカートリッジから供給されるインクは、インク供給口１０６からインク流路７１５を介して吐出口７１３へと供給される。吐出口７１３近傍に供給されたインクは、液体吐出エネルギー発生素子７１１が電気信号に応じて駆動されることで、インク吐出動作が行われ、吐出口７１３から吐出される。

次に、インクジェットヘッドの製造工程について説明する。図４（ａ）に示すように、シリコン基板１０４の上面側には、酸化シリコン膜７０８、窒化シリコン膜１０３、樹脂膜１０５が、この順にそれぞれ成膜される。シリコン基板１０４の下面（裏面）側には、熱酸化膜７０９、ポリシリコン膜７１０が、この順にそれぞれ成膜される。

続いて、図４（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜７１０を除去し、図４（ｃ）に示すように、インク供給口１０６の下側開口部に対応する領域に存在する、熱酸化膜７０９の一部を除去する。これにより、シリコン基板１０４の下面の一部分が露出される。

次に、図４（ｄ）に示すように、熱酸化膜７０９の一部が除去された部分を起点として、シリコン基板１０４の下面側からエッチングを行う。エッチングによって、シリコン基板１０４内にインク供給口１０６が形成される。

続いて、図４（ｅ）に示すように、インク流路７１５を形成するための、溶解可能な樹脂材料からなる流路パターン部材７１２を、樹脂膜１０５の上に形成する。続いて、図４（ｆ）に示すように、流路パターン部材７１２及び樹脂膜１０５の全面を覆うように感光性樹脂膜１０２を形成し、さらに、感光性樹脂膜１０２の上面に、撥水膜７１４を形成して、吐出口７１３が形成される。

発砲室側から見て、インク供給路側には、インク中に混在するゴミ等の異物を捕集する丸型ノズルフィルター１０１が、感光性樹脂膜１０２によって形成されて設けられている。ノズル内のゴミ詰まりが生じることでインク不吐出が発生することが、丸型ノズルフィルター１０１によって防止されている。

このような構成のインクジェットヘッド３０１は、例えば特許文献１に開示されている。そして、上述したインクジェットヘッドの構成は、これまで一般的に実用化されてきた。

特開２００５−１６１７６３号公報

図５（ｂ）〜（ｄ）に示すように、従来から、樹脂膜１０５は、シリコン基板１０４内のインク供給口１０６の上側開口縁から、インク供給口１０６の内側へはみ出して形成しない構成が採用されてきた。この理由は、樹脂膜１０５が形成されている領域が、樹脂膜１０５の厚み（２μｍ程度）分だけ、感光性樹脂膜１０２の厚みを減少させることになり、ノズル形成の自由度の低下を避けるために、不要な樹脂膜１０５の形成領域を可能な限り減らすためである。

しかしながら、上述の構成では、ノズルフィルター１０１の近傍において、感光性樹脂膜１０２と窒化シリコン膜１０３とが直接接合されてしまう。そのため、製造工程の過程で加わる振動（例えば、流路を構成する流路パターン及び発砲室を形成するための流路パターン部材７１２（型材）の除去時に使用される超音波振動）が窒化シリコン膜１０３へ直接伝わってしまうことになる。したがって、インク供給口１０６のエッチング形成時に、上側開口縁で露出して発生する窒化シリコン膜１０３の端部（残材部）１０７が破損して欠けるおそれがある。このように破損した残材部１０７は、インク流路７１５内に残留する可能性があり、吐出口７１３においてノズル詰まりを引き起こすおそれがある。

ノズル詰まりが生じた場合には、吐出不良や不吐出を引き起こし、結果として記録画質の劣化を生じさせる可能性がある。

そこで、本発明は、上記関連する技術の課題を解決することができる液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。本発明の目的の一例は、超音波洗浄によって型材をシリコン基板から除去する際に、液体供給口の開口縁から液体供給口の内側に向かって突出する窒化シリコン膜の残材部の破損を抑制し、ノズルの詰まりを防止することにある。

上述した目的を達成するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を供給するための液体供給口及び液体供給口から供給された液体にエネルギーを与える液体吐出エネルギー発生素子を有するシリコン基板と、シリコン基板に接合され、液体を吐出する複数の吐出口を有する感光性樹脂膜と、シリコン基板に、液体吐出エネルギー発生素子を覆うように形成される窒化シリコン膜と、窒化シリコン膜と感光性樹脂膜との間に設けられて窒化シリコン膜と感光性樹脂膜とを接合する樹脂膜と、を備える。樹脂膜は、液体供給口の開口面において、液体供給口の、複数の吐出口の配列方向に平行な開口縁から、液体供給口の内側に向かって延ばされて形成されている。

なお、本発明において、液体供給口の開口面とは、液体供給口の開口縁の全周を含む面を指している。

本発明によれば、吐出口を含むノズルを形成する型材の除去時に用いられる超音波によって感光性樹脂膜が振動されたときに、窒化シリコン膜に接合された樹脂膜が、窒化シリコン膜に作用する応力を緩和し、窒化シリコン膜の残材部の破損を抑制できる。その結果、本発明は、窒化シリコン膜の残材部によるノズル詰まりを防止することができる。

第１の実施形態のインクジェットヘッドが備える窒化シリコン膜、残材部、樹脂膜の構成を示す図であって、（ａ）が、吐出口形成面を示す平面図、（ｂ）〜（ｄ）が、Ａ−Ａ’線に沿った断面図である。 第２の実施形態のインクジェットヘッドが備える窒化シリコン膜、残材部、樹脂膜の構成を示す図であって、（ａ）が、吐出口形成面の平面図、（ｂ）〜（ｄ）が、Ｂ−Ｂ’線に沿った断面図である。 従来のインクジェットヘッドカートリッジを示す分解斜視図である。 従来のインクジェットヘッドの製造工程を説明するための断面図である。 丸型フィルターを備える従来のインクジェットヘッドの構成を示す図であって、（ａ）が、吐出口形成面の平面図、（ｂ）〜（ｄ）が、Ｃ−Ｃ’線に沿った断面図である。 リブ型フィルターを備える従来のインクジェットヘッドの構成を示す図であって、（ａ）が、吐出口形成面の平面図、（ｂ）〜（ｄ）が、Ｄ−Ｄ’線に沿った断面図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）に、第１の実施形態のインクジェットヘッドの吐出口形成面の平面図を示し、図１（ｂ）〜（ｄ）に、図１（ａ）におけるＡ−Ａ’線に沿った断面図を示す。

そして、液体吐出ヘッドとしての、第１の実施形態のインクジェットヘッド３０１は、シリコン基板１０４を備えている。シリコン基板１０４は、液体としてのインクを供給するためのインク供給口１０６（液体供給口）及びインク供給口１０６から供給されたインクにエネルギーを与える液体吐出エネルギー発生素子を有している。また、インクジェットヘッド３０１は、シリコン基板１０４に接合され、インクを吐出する複数の吐出口を有する感光性樹脂膜１０２と、シリコン基板１０４に、液体吐出エネルギー発生素子を覆うように形成される窒化シリコン膜１０３と、を備えている。また、インクジェットヘッド３０１は、窒化シリコン膜１０３と感光性樹脂膜１０２との間に設けられ、窒化シリコン膜１０３と感光性樹脂膜１０２とを接合する樹脂膜１０５を備えている。

インクジェットヘッド３０１は、図１（ａ）に示すように、感光性樹脂膜１０２によって形成された丸型ノズルフィルター１０１を備えている。

図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド３０１は、図５（ａ）〜（ｄ）に示した従来の構成と比較して、樹脂膜１０５が形成される領域が異なっている。本実施形態における他の構成については、図５に示した従来のインクジェットヘッドと同様であるので、従来と同一の機能を有する構成部材については、その詳細な説明を省略する。

以下、本実施形態において、窒化シリコン膜１０３の残材部（端部）の破損が防止される作用について説明する。

図５に示した従来のインクジェットヘッドの構成では、樹脂膜１０５が、シリコン基板１０４内のインク供給口１０６の、複数の吐出口の配列方向に平行な上側開口縁から、インク供給口１０６の内側に突出させない構成であった。このため、ノズルフィルター１０１の近傍においては、感光性樹脂膜１０２と窒化シリコン膜１０３とが直接接する領域が生じている。

この構成の場合には、製造工程の過程で加わる振動（例えば、流路を構成する流路パターン及び発砲室を形成する型材の除去時に使用される超音波振動）が、窒化シリコン膜１０３へ直接伝わってしまう。このため、インク供給口１０６のエッチング形成時に、上側開口縁部で露出して発生する窒化シリコン膜１０３の残材部１０７が破損して欠けるおそれがある。その結果、残材部１０７の破損片は、感光性樹脂膜１０２の破壊を誘発する可能性がある。

この対策として、本実施形態では、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、樹脂膜１０５が、感光性樹脂膜１０２に沿って、インク供給口１０６の開口面において、インク供給口１０６の開口縁から、インク供給口１０６の内側に向かって延ばされて形成されている。

また、樹脂膜１０５は、感光性樹脂膜１０２及びシリコン基板１０４の硬度よりも硬度が低い材料であることが好ましく、残材部１０７の破損を防止する効果をより一層高めることができる。

加えて、本実施形態では、インク供給口１０６の開口縁から、インク供給口１０６の内側に向かって延ばされた樹脂膜１０５の端部は、窒化シリコン膜１０３の残材部１０７よりも、インク供給口１０６の開口縁側に位置している。これによって、樹脂膜１０５によって窒化シリコン膜１０３の残材部１０７の破損を防ぐと共に、樹脂膜１０５の破損も防ぐことができる。

本実施形態の構成によれば、インク供給口１０６の内側の上方において、窒化シリコン膜１０３の残材部１０７の上面側が、樹脂膜１０５によって被覆される形態になる。これにより、型材の除去時に感光性樹脂膜１０２に加わる振動が、窒化シリコン膜１０３へ直接伝わらずに、樹脂膜１０５が応力を緩和する効果を果たすので、残材部１０７の破損を抑制し、ノズル詰まりが発生することを防止することができる。

（第２の実施形態）
図２（ａ）に、第２の実施形態のインクジェットヘッドの吐出口形成面の平面図を示し、図２（ｂ）〜（ｄ）に、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図を示す。図６（ａ）に、従来のインクジェットヘッドの吐出口形成面の平面図を示す。図６（ｂ）〜（ｄ）に、従来のインクジェットヘッドの、図６（ａ）におけるＤ−Ｄ’線に沿った断面図を示し、内部構造を明らかにする。

上述した第１の実施形態では、丸型ノズルフィルター１０１を採用したインクジェットヘッドに適用されたが、リブ型ノズルフィルター２０１を採用したインクジェットヘッドにおいても、同様に効果を発揮する。

インクの種類によっては、感光性樹脂膜１０２が膨潤を引き起こす可能性があり、その場合に、シリコン基板１０４から感光性樹脂膜１０２が剥離することが懸念される。その対策として、図６（ａ）に示すように、ノズルフィルターとしてリブ型ノズルフィルター２０１を採用して、感光性樹脂膜１０２とシリコン基板１０４とが接する面積を増やす場合がある。リブ型ノズルフィルター２０１は、丸型ノズルフィルター１０１と同様に、感光性樹脂膜１０２によって形成されている。

ところで、上述のようにリブ型ノズルフィルター２０１を用いる構成の場合には、図６（ｂ）〜（ｄ）に示すように、感光性樹脂膜１０２と窒化シリコン膜１０３とが直接接する面積が増える。このため、製造工程の過程で生じる感光性樹脂膜１０２の振動によって、窒化シリコン膜１０３の残材部１０７の破損の発生率が増加してしまう。

図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド３０１は、図６（ａ）〜（ｄ）に示した従来の構成と比較して、樹脂膜１０５が形成される領域が異なっている。その他の構成については、図６に示した従来のインクジェットヘッドと同様であるので、従来と同一の機能を有する構成部材については、その詳細な説明を省略する。

第２の実施形態においても、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、インク供給口１０６の、複数の吐出口の配列方向に平行な上側開口縁の直上に、感光性樹脂膜１０２が形成されている。この構成においても、樹脂膜１０５は、窒化シリコン膜１０３を被覆することによって応力を緩和する効果を有している。したがって、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様に、樹脂膜１０５によって、窒化シリコン膜１０３の残材部１０７の破損を防止することが可能になる。

１０１ 丸型フィルター
１０２ 感光性樹脂膜
１０３ 窒化シリコン膜
１０４ シリコン基板
１０５ 樹脂膜
１０６ インク供給口
１０７ 残材部
３０１ インクジェットヘッド
７１１ 液体吐出エネルギー発生素子
７１３ 吐出口

Claims (6)

1. 液体を供給するための液体供給口及び前記液体供給口から供給された液体にエネルギーを与える液体吐出エネルギー発生素子を有するシリコン基板と、
   前記シリコン基板に接合され、液体を吐出する複数の吐出口を有する感光性樹脂膜と、
   前記シリコン基板に、前記液体吐出エネルギー発生素子を覆うように形成される窒化シリコン膜と、
   前記窒化シリコン膜と前記感光性樹脂膜との間に設けられ、前記窒化シリコン膜と前記感光性樹脂膜とを接合する樹脂膜と、を備える液体吐出ヘッドであって、
   前記樹脂膜は、前記液体供給口の開口面において、前記液体供給口の、前記複数の吐出口の配列方向に平行な開口縁から、前記液体供給口の内側に向かって延ばされて形成されている、ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記樹脂膜は、前記感光性樹脂膜及び前記シリコン基板の硬度よりも硬度が低い材料である、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記液体供給口の前記開口縁から、前記液体供給口の内側に向かって延ばされた前記樹脂膜の端部は、前記液体供給口の前記開口縁から、前記液体供給口の内側に向かって延ばされた前記窒化シリコン膜の端部よりも、前記開口縁側に位置している、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 液体を供給するための液体供給口及び前記液体供給口から供給された液体にエネルギーを与える液体吐出エネルギー発生素子を有するシリコン基板と、前記シリコン基板に接合され、液体を吐出する複数の吐出口を有する感光性樹脂膜と、前記シリコン基板に、前記液体吐出エネルギー発生素子を覆うように形成される窒化シリコン膜と、前記窒化シリコン膜と前記感光性樹脂膜との間に設けられ、前記窒化シリコン膜と前記感光性樹脂膜とを接合する樹脂膜と、を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記液体供給口の開口面において、前記液体供給口の、前記複数の吐出口の配列方向に平行な開口縁から、前記液体供給口の内側に向かって前記樹脂膜を延ばして形成する工程を有する、液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記工程では、前記感光性樹脂膜及び前記シリコン基板の硬度よりも硬度が低い前記樹脂膜を用いる、請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 液体の流路を形成するための型材を前記樹脂膜に形成する工程と、
   前記型材に前記感光性樹脂膜を形成する工程と、
   前記型材を、超音波を用いて除去する工程と、を有する、請求項４または５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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