JP2932808B2

JP2932808B2 - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2932808B2
Application number: JP33612491A
Authority: JP
Inventors: 直志小竹; 豊森; 美彦弥勒; 宏池田; 伸司田端; 治郎三鍋; 耕三細貝; 誠三澤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1991-11-26
Filing date: 1991-11-26
Publication date: 1999-08-09
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JPH05147220A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録ヘ
ッド、特に、ノズル形状に特徴を有するインクジェット
記録ヘッドの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェット記録ヘッドとし
て、特開平１−１４８５６０号公報に記載されているよ
うに、発熱抵抗体を加熱してインクを気化させてバブル
を発生させ、バブルの圧力を利用してインクを吐出す
る、いわゆるサーマルインクジェット記録ヘッドが知ら
れている。図５は、その説明図であり、（Ａ）図はノズ
ル面より見た正面図、（Ｂ）図はチャネル軸に沿う垂直
面で切った断面図、（Ｃ）図は製作工程におけるチャネ
ル基板の平面図、（Ｄ）図は製作工程におけるヒーター
基板の平面図である。図中、１はヒーター基板、２はチ
ャネル基板、３は厚膜絶縁層、４はノズル、５はインク
リザーバ、６はバイパスピット、７は発熱抵抗体、８は
ピット、９はチャネル部、１０はインクドロップであ
る。厚膜絶縁層３は、感光性ポリイミド等を用いてヒー
ター基板１上に形成された後、フォトリソ等によりバイ
パスピット６とピット８が設けられる。ピット８は、発
熱抵抗体７の位置で開口するようにパターニングされ、
バイパスピット６は、チャネル部９とインクリザーバ５
の間のエッチングされていない領域に対応した位置にパ
ターニングされている。ピット８は、バブルの発生時に
おける成長過程において、成長領域を制限して、バブル
が横に拡がることなく、上方に集中させやすくして、イ
ンクを効果的に噴射させると同時に、インク吐出口から
の空気の流入防止に効果がある。バイパスピット６は、
インクリザーバ５とチャネル部９とを連結する流路を形
成するためのものである。

【０００３】チャネル基板２は、Ｓｉのウェハに断面が
三角形のチャネル部９が形成されたものである。このチ
ャネル基板２の製造工程は、Ｓｉウェハ上に異方性エッ
チングを行なって、インク流路となるチャネル部９が形
成される。このようにして作製されたチャネル基板２
が、厚膜絶縁層３を形成したヒーター基板１上に接着さ
れて、ダイシングによって各ヘッドに用いられる大きさ
に分離され、ヘッド部が構成される。ダイシングによる
切断分離は、（Ｃ）図および（Ｄ）図に破線で図示した
位置で行なわれる。（Ｃ）図からわかるように、チャネ
ル基板の切断位置が、溝の底部までエッチングされた位
置であるから、ノズル面は、（Ａ）図に見られるように
三角形をしている。

【０００４】このノズル面の開口は、上述した説明から
明らかなように、三角形の斜辺を構成する材料は、シリ
コンであり、底辺を構成する材料は樹脂層である。した
がって、従来のヘッド構造では、三角形の１辺が異なる
物質でできているため、インク吐出時に濡れ性の違いに
より、インク滴の吐出の際に、インクが濡れやすい厚膜
絶縁層側に引き寄せられ、インク滴の吐出方向が安定し
ないという問題があった。

【０００５】また、（Ｃ）図において破線で示したよう
に、ダイシングによる切断位置がチャネル部９の三角形
断面の位置であるから、ダイシングの際に、図４に示す
ように、ノズルの開口の底辺部の角部１３で欠けが発生
しやすく、歩留まりを低下させる原因となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を解決するためになされたもので、シリコンの異方
性エッチングによりチャネル部を形成したチャネル基板
と、厚膜絶縁層を有するヒーター基板とを接合したイン
クジェット記録ヘッドの製造方法において、ノズル面に
欠けの発生しにくい製造方法を提供することを目的とす
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、発熱抵抗体を
有するシリコン基板上に厚膜絶縁層が形成された第１の
基板と、シリコン基板に異方性エッチングによってチャ
ネル部が形成された第２の基板とを接合した後、切断し
て個々のヘッドに分離するインクジェット記録ヘッドの
製造方法において、前記第１の基板は、発熱抵抗体の領
域、インクリザーバ部とチャネル部を連結する領域、お
よびインク吐出部を形成するノズル領域を開口するよう
に前記厚膜絶縁層がパターニングされ、前記第２の基板
は、シリコンの異方性エッチングを利用してチャネル部
およびインクリザーバ部が形成され、かつ、前記チャネ
ル部は両端を閉じて形成され、これら両基板を接合した
後、チャネル部の先端の未エッチング領域で切断して個
々のヘッドに分離されることを特徴とするものである。

【０００８】前記ヘッドにおいて、そのノズル面の断面
積は異方性エッチングで形成されたチャネル部の三角形
の断面積より小さいようにすることができる。また、前
記第１の基板上に形成されたインク吐出口近傍の厚膜絶
縁層の開口パターンは、ノズル先端にいくに従い、狭く
なるようにパターニングすることができる。

【０００９】

【作用】本発明によれば、パターニングされた厚膜絶縁
層と異方性エッチングで作製されたチャネル基板により
ノズル部を形成できる。しかも、厚膜絶縁層により形成
されたピット部の効果を保有して、ノズル面を矩形の開
口とすることができ、また、対向する辺の材質が同一に
できるため、インク吐出方向の安定化が図れるインクジ
ェット記録ヘッドを製造できる。また、ノズル面にチャ
ネル部が出ない位置で切断することができるため、ダイ
シングの際にノズル面に欠けが発生することを防止でき
る。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明のインクジェット記録ヘッド
の製造方法の一実施例を説明するためのインクジェット
記録ヘッドの説明図であり、（Ａ）図は、チャネル軸に
沿う垂直面で切った断面図、（Ｂ）図は、ヘッドを構成
する一方の基板で、シリコンの異方性エッチングにより
作製したチャネル基板の平面図、（Ｃ）図は、ヘッドを
構成するもう一方の基板で、発熱抵抗体７を有し、厚膜
絶縁層が形成されたヒーター基板の平面図である。図
中、図４と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略
する。１１はインク吐出口である。実際には、この２種
の基板は、シリコンウェハ上に多数のチップとして形成
され、両者を貼り合わせた後、ダイシングソーで個々の
ヘッドに切断分離されるものである。

【００１１】まず、（Ｂ）図に示すチャネル基板２の作
製方法を説明する。（１００）結晶面を表面に持つＳｉ
ウェハ上に、Ｓｉ₃Ｎ₄膜を着膜して、フォトリソ工程
およびエッチング工程を経てエッチングマスクを形成す
る。マスクパターンは、インクリザーバ５およびチャネ
ル部９を形成する領域が開口したものである。裏面は、
全面をＳｉ₃Ｎ₄膜で覆う。このようにして、Ｓｉウェ
ハ上にエッチングマスクをパターニングした後、加熱し
たＫＯＨ水溶液でエッチングすると、エッチング速度の
非常に遅い｛１１１｝面で囲まれた断面三角形のチャネ
ル部９、および、ウェハを貫通したインクリザーバ５を
形成することができる。

【００１２】このエッチング方法は、結晶の方位によっ
てエッチング速度が異なることを利用したもので、異方
性エッチングと呼ばれる方法であり、Ｓｉウェハの結晶
面の方位合わせを精度良く行なうことにより、出来上が
り寸法の精度が非常に高いものを作ることができる。

【００１３】一方、（Ｃ）図に示すヒーター基板１は、
発熱抵抗体７を有しており、また、発熱抵抗体７に通電
する電極や保護層などが設けられている。このヒーター
基板上に、例えば、感光性ポリイミド樹脂を用いて厚膜
絶縁層３を形成する。厚膜絶縁層３の材料としては、ポ
リイミド樹脂に限らず、パターニングができ、インクに
腐食されない材質であれば、他の材料を用いることがで
きる。厚膜絶縁層の厚さはパターニングの際の解像度や
インクのドロップ径に影響するが、この実施例では、３
００ｓｐｉの記録ヘッドを構成し、厚膜絶縁層３の厚さ
を３０μｍとした。パターニングして厚膜絶縁層を除く
領域は、（Ａ）図および（Ｃ）図に示すように、発熱抵
抗体７の領域のピット８と、インクリザーバ部５とチャ
ネル部９を連結するバイパスピット６、および、インク
吐出口１１である。

【００１４】（Ａ）図に見られるように、インクの流路
は、インクリザーバ部５から入り、バイパスピット６を
通り、さらに、チャネル部９を通り、最後に、インク吐
出口１１に通ずる。発熱抵抗体７で加熱されたインクは
気化して、その圧力によりインク吐出口１１よりインク
ドロップ１０が噴射される。なお、インク吐出口１１
は、チャネル部９が閉じられており、パターニングされ
た厚膜絶縁層３のインク吐出口１１の領域からインクが
吐出されるため、インク流路が一旦曲がることになる。
さらに、インク流路の断面は形状が位置により異なるこ
とがわかる。図２は、インク流路の各部の断面形状を図
示したものである。（Ａ）図は、チャネル軸に沿う垂直
面で切った断面図であり、図中のＢ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−
Ｄ線における断面図が、それぞれ（Ｂ）図，（Ｃ）図，
（Ｄ）図である。

【００１５】（Ｂ）図は、ノズル面における位置での断
面形状である。図からわかるようにノズル断面形状は矩
形となり、２枚のシリコン基板の間に挟まれた厚膜絶縁
層によりノズルが構成される。すなわち、上下の材料は
シリコン、左右の材料は樹脂である。

【００１６】（Ｃ）図は、インク流路に相当する位置で
の断面形状である。この位置では、厚膜絶縁層３は、パ
ターニングされておらず、インク流路は、エッチングで
形成されたチャネル部であるため、断面形状は三角形で
ある。

【００１７】（Ｄ）図は、発熱抵抗体とピット部に相当
する位置での断面形状である。この位置では発熱抵抗体
７の領域を除くように、ピット部として厚膜絶縁層３が
パターニングされているため、断面形状は五角形をして
いる。

【００１８】このように、インク流路の構造は、一見複
雑な構成に見えるが、次のような利点を兼ね備えてい
る。

【００１９】第１に、ノズル面において、形状は図２
（Ｂ）に見られるように矩形であり、その相対する辺が
同一材料であるため、インクの濡れ性の差により、ある
辺のみにインクが引かれてインク滴の吐出方向が安定し
ないという現象が生じにくくなる。しかも、インクが気
化したバブルの形状を規定すると同時に、インク吐出口
からの空気流入防止に効果のあるピット部を残しつつ、
同時にノズル部を形成できるため、作製上の工程を増加
させることなく新規のヘッド構造を実現できる。

【００２０】第２に、異方性エッチングで作製されるチ
ャネル部は、結晶方位にしたがってエッチングされ、形
状が決まるため、インク流路の断面積を変えることがで
きないという問題がある。しかし、本発明によれば、ノ
ズル面はチャネル部と異なるため、ノズルの断面積を変
えることが可能となる。例えば、上述した実施例では、
チャネル部については、チャネル幅が６０μｍであり、
その断面積は、約１２７０μｍ²である。一方、ポリイ
ミド樹脂でパターニングしたインク吐出口については、
樹脂層の厚さ３０μｍに対して、幅３０μｍの矩形であ
り、その断面積は、９００μｍ²である。その結果、チ
ャネル部の断面積よりも、インク吐出口の断面積を小さ
くして、流速を上げ、インク滴の吐出速度を上げること
が可能となった。したがって、この点からもインクの吐
出方向の改善が図ることができる。

【００２１】また、作製の面からも次の利点がある。ノ
ズル面は、ダイシングソーで切断することにより形成さ
れるが、従来のように、チャネル部９を開口させてノズ
ル面として使用すると、図４で説明したように、三角形
の角のところで欠け１３が発生しやすい。しかし、本発
明では、切断される位置のシリコン基板は、エッチング
されていない部分であるため平らであり、切断時に生じ
るシリコンの欠けやチッピングが極めて減少し、結果と
して歩留まりの向上につながる。

【００２２】図３は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法の他の実施例を説明するためのインクジェ
ット記録ヘッドのヒーター基板の平面図である。この実
施例では、インク流路におけるインク吐出口１２の形状
を、先端に行くほど断面積を小さくするようにした。図
１で説明した実施例に比較して、より流速を上げること
ができる。

【００２３】このように、パターニングできる樹脂層で
ノズルを形成できるため、カラー印字などのように、異
なる特性の複数のインクを用いる場合に、そのインクの
特性に合わせたヘッド構造を実現するのが容易である。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ノズル面を矩形にすることができ、しかも、
対向する辺の材質が同じであることから、インクの濡れ
性の差によるインク吐出方向の不安定さが解消できるイ
ンクジェット記録ヘッドを製造できる。また、ダイシン
グソーで切断するときに発生するチッピングや欠けの防
止ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方
法の一実施例を説明するためのインクジェット記録ヘッ
ドの説明図である。

【図２】図１のインクジェット記録ヘッドのインク流
路の説明図である。

【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方
法の他の実施例を説明するためのインクジェット記録ヘ
ッドのヒーター基板の平面図である。

【図４】従来のインクジェット記録ヘッドのノズル面
の説明図である。

【図５】従来のインクジェット記録ヘッドの説明図で
ある。

【符号の説明】

１ヒーター基板、２チャネル基板、３厚膜絶縁
層、４ノズル、５インクリザーバ、６バイパスピ
ット、７発熱抵抗体、８ピット、９チャネル、１
０インクドロップ、１１，１２インク吐出口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田宏神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者田端伸司神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者三鍋治郎神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者細貝耕三神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者三澤誠神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社海老名事業所内 (56)参考文献特開平４−211949（ＪＰ，Ａ) 特開平４−118246（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/16 B41J 2/05

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱抵抗体を有するシリコン基板上に厚
膜絶縁層が形成された第１の基板と、シリコン基板に異
方性エッチングによってチャネル部が形成された第２の
基板とを接合した後、切断して個々のヘッドに分離する
インクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記第
１の基板は、発熱抵抗体の領域、インクリザーバ部とチ
ャネル部を連結する領域、およびインク吐出部を形成す
るノズル領域を開口するように前記厚膜絶縁層がパター
ニングされ、前記第２の基板は、シリコンの異方性エッ
チングを利用してチャネル部およびインクリザーバ部が
形成され、かつ、前記チャネル部は両端を閉じて形成さ
れ、これら両基板を接合した後、チャネル部の先端の未
エッチング領域で切断して個々のヘッドに分離されるこ
とを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。