JP3147446B2 - インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法

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耕三 細貝
美彦 弥勒
豊 森
伸司 田端
直志 小竹
宏 池田
治郎 三鍋
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

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4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】しかしながら、従来のヘッド構造では、三
角形の底辺の相当する厚膜絶縁層の辺に対向する側は、
三角形の斜辺となっており、2つの斜辺により頂点が形
成されているため、厚膜絶縁層側にインクが引き寄せら
れ、インク滴の吐出方向が安定しないという問題点があ
った。
【0005】
【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、ノズルの開口形
状を台形とすることにより、インク滴の吐出方向が安定
したインクジェット記録ヘッドを提供することを目的と
するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、圧力発生手段を有する第1の基板と、シリコンの異
方性エッチングによりチャネル部およびインクリザーバ
が形成された第2の基板とを接合して構成されるインク
ジェット記録ヘッドの製造方法において、前記チャネル
部は、第2の基板となる基板の外周より内側にチャネル
部となる断面形状が三角形の溝を異方性エッチングによ
り形成した後、前記第2の基板が前記三角形の溝の終端
傾斜部において切断して台形のノズル開口が形成される
ことにより作製されることを特徴とするものであり、請
求項2に記載の発明は、圧力発生手段を有する第1の基
板と、シリコンの異方性エッチングによりチャネル部お
よびインクリザーバが形成された第2の基板とが接合さ
れたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記チャネル
部は、第2の基板となる基板の外周より内側にチャネル
部となる断面形状が三角形の溝が異方性エッチングによ
り形成された後、前記第2の基板が前記三角形の溝の終
端傾斜部において切断されて台形のノズル開口が形成さ
れたものであることを特徴とするものである。また、請
求項3に記載の発明は、圧力発生手段を有する第1の基
板と、シリコンの異方性エッチングによりチャネル部お
よびインクリザーバが形成された第2の基板とが接合さ
れたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記チャネル
部は断面形状が三角形の溝であり、かつ、インク吐出口
の形状が台形であるとともに、前記台形の断面積は、前
記三角形の断面積より小さいことを特徴とするものであ
る。
【0007】
【0008】
【作用】本発明によれば、異方性エッチングで作られた
チャネル部となる溝の終端傾斜部を切断することにより
台形のノズル開口を形成することができる。そして、製
造されたインクジェット記録ヘッドは、ノズル面におけ
る開口の形状が台形であるから、厚膜絶縁層等の辺と平
行に対辺が設けられているため、インク保持性が均一化
され、インク吐出方向の安定化を図ることができる。ま
た、インク吐出口の台形の断面積を、チャネル部の三角
形の溝の断面積より小さいようにすることにより、ノズ
ルの開口断面積が小さくなり、流速を上げることがで
き、吐出方向がより一層改善される。
【0009】
【実施例】図1は、本発明の第1の実施例のインクジェ
ット記録ヘッドおよびその製造方法の説明図であり、
(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、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。
【0010】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が形成されて
いる。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。この実施例では、300
spiの記録ヘッドを構成し、厚膜絶縁層3の厚さを3
0μmとした。パターニングして厚膜絶縁層を除く領域
は、(B)図および(D)図に示したように、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である。
【0011】次に、(C)図に示されるチャネル基板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、Si3 4 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Si3 4 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】これら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、2枚の基板を貼り合わせ
た後に、ヒータ基板の位置合わせ基準点(図示しない)
により、ダイシングソーで切断する。基準点における切
断位置は、(C)図に破線で示したように、チャネル部
9のパターン端部の傾斜部であるから、(A)図に示す
ように、開口形状が台形のノズルを作製できる。
【0014】この実施例のノズルの利点は、ノズル開口
に厚膜絶縁層の辺と平行な対辺が設けられるので、イン
ク保持性が上がり、厚膜絶縁層側に引かれて吐出方向が
安定しないという問題が生じにくくなる。また、ノズル
の開口断面積を小さくできるので、流速を上げることが
でき、吐出方向がより一層改善される。
【0015】さらに、作製の面からは、チャネル部の端
部の傾斜部をダイシングソーで切断してノズル面が形成
できるので、製作工程を増やすことなく、新規なヘッド
を製造できるという利点がある。
【0016】図2は、参考例のインクジェット記録ヘッ
ドの説明図であり、(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、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。
【0017】(D)図は、ヒーター基板であるが、その
製作工程は、第1の実施例と同様であるので、説明を省
略する。(C)図は、シリコンの異方性エッチングによ
りチャネル部9を形成したチャネル基板2である。チャ
ネル部9は、その断面形状が台形である。
【0018】次に、図3により参考例におけるチャネル
基板2の作製方法を説明する。図中、5はインクリザー
バ、9はチャネル部、11はシリコン基板、12はSi
2膜、13はその開口パターン、14はSi3
4 膜、15はその開口パターンである。(100)結晶
面を表面にもつシリコン基板11上に熱酸化により、S
iO2 膜12を形成した後、(A)図のように、フォト
リソプロセスでチャネル部13およびインクリザーバ部
15を除くパターニングを行ない、ドライエッチング法
により第1エッチングマスクを形成する。次に、CVD
法を用いてSi3 4 膜14を着膜し、フォトリソプロ
セスでインクリザーバ部15を除くようにパターニング
を行ない、ドライエッチング法により第2のエッチング
マスクを形成する。エッチングマスクが形成された平面
図が(A)図であり、SiO2 膜12の開口13は、S
3 4 膜14により覆われている。
【0019】このように、SiO2 膜12、Si3 4
膜14の2層で形成されたエッチングマスクのうち、ま
ずSi3 4 膜14を用いて、第1回の異方性エッチン
グを加熱したKOH水溶液で行ない、インクリザーバ5
を形成した状態が(B)図である。次に、加熱したリン
酸でSi3 4 膜14を除去した後、SiO2 膜12を
エッチングマスクとして用いて、第2回の異方性エッチ
ングを加熱したKOH水溶液で行ない、チャネル部9を
形成する。この第2回の異方性エッチングにおいては、
(D)図に示すように、チャネル部9のエッチングが左
から右へ進む。すなわち、エッチング時間につれて、台
形形状が徐々に変化し、{111}面でエッチングが止
まると、第1の実施例で説明したように、ノズル部9の
形状は三角形になる。この実施例では、三角形になる手
前でエッチングを止めて、断面が台形のノズル部9を作
製する。この台形形状は、エッチング時間で管理するこ
とにより、所望の大きさの台形ノズルを容易に得ること
ができる。最後に、残ったSiO2 膜12をフッ酸で全
面除去する。
【0020】図2に戻って説明する。図3で得られたチ
ャネル基板は、シリコンウェハ上に多数のチップとして
形成され、これに対応して作製されたヒーター基板とを
接合した後、ヒータ基板の位置合わせ基準点により、ダ
イシングソーで切断する。基準点における切断位置は、
(C)図に破線で示したように、チャネル部9のパター
ン端部より内部に位置した断面が台形部分であるから、
(A)図に示すように、開口形状が台形のノズルを作製
できる。
【0021】この参考例のノズルの利点は、厚膜絶縁層
の辺と平行に対辺が設けられるので、インクの保持性が
上がり、厚膜絶縁層に引かれて吐出方向が安定しないと
いう問題が生じにくくなり、かつ、同じ大きさの底辺の
場合、従来の三角形ノズルよりノズル断面積を小さくで
きるので、流速を上げることができ、吐出方向がより一
層改善される。
【0022】さらに、作製の面からは、エッチング時間
の管理だけで、台形のチャネル部が作製でき、この台形
部分をダイシングソーで切断してノズル面が形成できる
ので、製作工程を増やすことなく、新規なヘッドを製造
できるという利点がある。
【0023】
【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、異方性エッチングで作られたチャネル部の終
端傾斜部を切断することにより台形のノズル開口を形成
することができる。また、本発明のインクジェット記録
ヘッドは、ノズル面における開口が台形となり、厚膜絶
縁層等の辺に平行に対辺が設けられ、保持性が上がり、
吐出方向性が安定しないという現象が生じにくくなる。
さらに、ノズルの開口断面積を小さくできるので、流速
を上げることができ、吐出方向がより一層改善できると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例のインクジェット記録
ヘッドおよびその製造方法の説明図である。
【図2】 参考例のインクジェット記録ヘッドの説明図
である。
【図3】 参考例におけるチャネル基板2の作製方法の
説明図である。
【図4】 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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 豊 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 小竹 直志 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 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 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 (56)参考文献 特開 平1−148560(JP,A) 特開 平2−8057(JP,A) 特開 平3−101951(JP,A) 特開 平3−101954(JP,A) 特開 平4−185345(JP,A) 実開 平1−132727(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/16 B41J 2/05

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧力発生手段を有する第1の基板と、シ
    リコンの異方性エッチングによりチャネル部およびイン
    クリザーバが形成された第2の基板とを接合して構成さ
    れるインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前
    記チャネル部は、第2の基板となる基板の外周より内側
    にチャネル部となる断面形状が三角形の溝を異方性エッ
    チングにより形成した後、前記第2の基板が前記三角形
    の溝の終端傾斜部において切断して台形のノズル開口が
    形成されることにより作製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。
  2. 【請求項2】 圧力発生手段を有する第1の基板と、シ
    リコンの異方性エッチングによりチャネル部およびイン
    クリザーバが形成された第2の基板とが接合されたイン
    クジェット記録ヘッドにおいて、前記チャネル部は、第
    2の基板となる基板の外周より内側にチャネル部となる
    断面形状が三角形の溝が異方性エッチングにより形成さ
    れた後、前記第2の基板が前記三角形の溝の終端傾斜部
    において切断されて台形のノズル開口が形成されたもの
    であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
  3. 【請求項3】 圧力発生手段を有する第1の基板と、シ
    リコンの異方性エッチングによりチャネル部およびイン
    クリザーバが形成された第2の基板とが接合されたイン
    クジェット記録ヘッドにおいて、前記チャネル部は断面
    形状が三角形の溝であり、かつ、インク吐出口の形状が
    台形であるとともに、前記台形の断面積は、前記三角形
    の断面積より小さいことを特徴とするインクジェット記
    録ヘッド。
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