JP3537071B2 - インクジェットプリントヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リントヘッドの製造方法に係り、特にインク吐出圧力発
生素子を備えた基板と基板上のインクジェットヘッド構
成部材との接合方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリントヘッドは通常イ
ンクを吐出するために用いられるエネルギーを発生する
ためのインク吐出圧力発生素子を備えており、このイン
ク吐出圧力発生素子によって大きく2 種類に分類され
る。１つはインク吐出圧力発生素子が電気熱変換素子で
あるものと、もう１つはインク吐出圧力発生素子が電気
機械変換素子であるものである。

【０００３】このようなインクジェットプリントヘッド
の一般的な構成についてインク吐出圧力発生素子として
電気熱変換素子を用いた例を図８に基づいて説明する。
図８において、１００はＳｉからなる基板上に複数の列
状に配された電気熱変換素子（吐出ヒータ−）と，該ヒ
ーターに電力を供給するＡｌ等の電気配線（電極）とが
薄膜形成技術により形成されてなるヒーターボード（基
板）である。２００はヒーターボード１００に対する配
線基板であり、ヒーターボード１００の電気配線に対応
する配線（例えば、ワイヤボンディングにより接続され
る）と、この配線の端部に位置し本体装置からの電気信
号を受けるためのパッド２０１とを有している。１３０
０は吐出口に連通する複数のインク流路をそれぞれ区分
するための隔壁と各インク流路へ供給するためのインク
を保持する部分である共通液室等を設けた溝付き天板で
あり、該溝付き天板はインクタンクから供給されるイン
クを受けて共通液室へ導入するインク受け口１５００お
よび吐出口を有するオリフィスプレートを一体に成形し
たものとなっている。

【０００４】３００は配線基板２００の裏面を平面で支
持する例えば金属製の支持体で、インクジェットプリン
トヘッドの底板となるものである。５００はヒーターボ
ードと溝付き天板とを押圧固定するための押えばねであ
り、流路配列方向断面がＭ字形状を有するとともに吐出
口近傍部分には前垂れ部５０１が設けられている。そし
て、押えばねに設けられた足部が支持体３００の穴３１
２１を通って支持体３００の裏面側に係合することでヒ
ーターボードおよび溝付き天板を挟み込んで押圧力を発
生している。この時、前垂れ部５０１は流路の一部、好
ましくは吐出口近傍の領域を線圧にて集中押圧するとと
もにＭ字部分の中央で共通液室を軽圧している。更にヒ
ーターボードと溝付き天板との接合部の周りには封止剤
が設けられておりインク流路からのインク漏れを防止し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように溝付き天板とヒーターボードとを押えばねの集中
付勢力のみによって圧着固定する従来の方法では溝付き
天板の反りが大きい場合に溝付き天板とヒーターボード
との接合部に生じる隙間を完全に無くすことはできな
い。そしてこの隙間がインク流路の隔壁の接合部に生じ
た場合には、インク流路におけるインクを吐出するため
の圧力が隣接するインク流路に漏れることによるインク
吐出力の減衰や漏れた圧力によって吐出口におけるイン
クのメニスカスの変動を引き起こすいわゆるクロストー
クが生じ、結果として吐出速度や吐出量の変化によるム
ラの発生、ヨレの悪化といった画像品位の低下をもたら
していた。また、このようなインクジェットプリントヘ
ッド内に複数のインクを独立に内包するようにしたカラ
ータイプのインクジェットプリントヘッドにおいては、
前述の隙間からインクが混色を起こす虞があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の問題点に
鑑みなされたものであって、クロストークの発生が防止
され画像品位および信頼性のすぐれたインクジェットプ
リントヘッドを提供することを目的とする。本発明の別
の目的は流路間での混色のないカラータイプのインクジ
ェットプリントヘッドを提供することにある。上記目的
を達成する本発明の構成は、インク吐出圧力発生素子を
有し複数のインク流路の底部を形成するシリコン基板
と、該複数のインク流路の天井部を形成する樹脂製の天
板と、接合することにより前記複数のインク流路を形成
するインクジェットプリントへッドの製造方法におい
て、前記樹脂製の天板の少なくともインク流路壁底の基
板との接合部に金属薄膜を形成する工程と、前記シリコ
ン基板の上に発熱抵抗素子と電極と保護層膜を形成する
際に、該シリコン基板のインク流路壁底との接合部に、
シリコン露出面を形成する工程と、 前記天板に形成さ
れた前記金属薄膜と、前記シリコン基板のシリコン露出
面とにエネルギー粒子を照射した後に接合する工程と、
を有し、前記シリコン基板と前記天板とを常温接合によ
り接合することを特徴とするものである。本発明によれ
ば基板と天板とは表面活性化による常温接合により確実
に接合されるため、基板と天板との接合部において隙間
を生じることを防止できる。したがって、クロストーク
の発生が防止され画像品位および信頼性のすぐれたイン
クジェットプリントヘッドを提供できるものである。ま
た、押えばねを用いる必要もなくなるため安価で歩留ま
りの高いインクジェットプリントヘッドを提供できるも
のである。更に複数色のインクを独立に内包するカラー
タイプのインクジェットプリントヘッドにおいては流路
間での混色のないインクジェットプリントヘッドを提供
できるものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においてヒーターボード（基板）と天板の接合に
用いる、表面活性化による常温接合の原理を説明する。
まず、金属およびＳｉ表面に付着する不純物や機能層を
高速電子ビームなどのエネルギー粒子の照射等により物
理的に除去し清浄な金属およびＳｉ面を露出させる。こ
のようにして清浄化された金属およびＳｉの露出面は活
性状態にあるので、この露出面同士を接合させることに
より露出面の金属およびＳｉが結合し、金属とＳｉとの
強固な接合状態を得ることができるものである。ここ
で、上記接合方法に用いられる金属としては、Ａｌ、Ｃ
ｕ、Ａｇといった金属を挙げることができるが、表面活
性化によってＳｉと良好な接合状態を示すものであれば
これに限るものではない。

【０００８】本発明に係る上述の接合方法は常温での接
合が可能なため、従来の接合方法での金属の直接接合の
ように加熱を必要とせず、よって、この常温接合は熱に
よる応力発生や接合界面での組織変化がなく、また接着
剤を用いない金属表面同士のダイレクトな接合方法であ
る。したがって、インクジェットヘッドの基板と天板と
の接合に上記方法を用いることによって、熱による基板
へのダメージがなく、クロストークの影響の少ないイン
クジェットヘッドを提供できるものである。また、接着
剤によって基板と天板とを接合する際に生じる流路の接
着剤のはみ出しや接着剤厚変動による流路高さのばらつ
きもないため、信頼性に優れたインクジェットヘッドを
歩留まり高く製造することができる。

【０００９】本発明においてはＳｉで形成される部材と
してはヒーターボードでも天板でも構わない。また、接
合部における金属部分はヒーターボード、天板等自体を
金属で作成することによっても行えるが、各部材の接合
部に金属薄膜を形成することによって行ってもよい。こ
のように接合部の金属部分を金属薄膜によって形成する
ことにより、部材の選択度が向上し、特に樹脂等で部材
を形成することで安価で作成が容易なインクジェットヘ
ッドを提供することができる。

【００１０】本発明においては、ヒーターボードおよび
天板の構成は周知の構成を用いることができ、この時イ
ンク流路の側壁となる凸部は基板側に設けられるもので
も天板側に設けられるものでもよい。尚、本発明におけ
る基板および天板の作成は周知の方法で作成することが
できる。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。 ［実施例１]図１に本発明の実施例１における天板とヒ
ーターボードの断面図を示す。図２は図１におけるヒー
ターボードの詳細断面図である。図において、ヒーター
ボード１００は、まずシリコン基板１上に発熱抵抗層と
してのＨｆＢ2を１０００Å厚でスパッタし、その上に
電極層としてのＡｌを５０００Å厚でスパッタした。こ
の後、天板１３００との接合部にＳｉ面が露出している
必要があるために、この層をフォトリソグラフィー技
術、エッチング技術を用いて図２に示すようなパターン
にしてＨｆＢ2からなる発熱抵抗素子２とＡｌからなる
電極３とを形成した。この上にＳｉＯ2を１μm 厚でス
パッタして耐酸化性保護膜４とし、更にその上にＴａを
０．２μm 厚でスパッタして耐キャビテーション膜５と
した。続いて図１に示すように成形等によって形成され
た樹脂性の天板にスパッタ等の薄膜形成手段を用いてＡ
ｌ薄膜を１μm 厚で設け接合を形成した。尚、薄膜形成
される材料は、表面活性化による接合が可能であればよ
く、Ａｌに限定されるものではない。

【００１２】次にヒーターボードと天板の接合をするた
めに、それぞれを接合装置に設置する。接合装置は、予
備室と圧接室の二つの真空チャンバーからなり、真空度
は１０−５Ｐａとしてある。そして、圧接室において、
サドルフィールド型の高速原子ビーム源（通常は不活性
なＡｒガスを用いる）によって、ヒーターボードのＳｉ
面およびＡｌの薄膜が形成された天板の接合部にエネル
ギー粒子が照射される。この照射により表面を活性化さ
せた後、ヒーターボードのＳｉが露出した部分６と天板
の接合部１３０６を接合させる。

【００１３】以上のように天板とヒーターボードの接合
を行った後に、従来より公知のヘッド作成工程を経た
後、インク供給部材の取り付けを行って液体噴射記録ヘ
ッドを得た。このインク供給部材の取り付けでは、従来
はノズル部とヒーターボード間に隙間が存在していたた
めに、ノズル部をも封止剤で覆うことにより完全な連通
状態を得ていた。しかし、本実施例では、ノズル部はす
でに常温接合により接合されているために、ノズル部を
封止剤で覆う必要がなくなり、供給部のみに封止剤が使
用されているためノズル部への封止剤の回り込みがな
く、また封止剤の選択性も広がり歩留まりの向上が可能
となった。更に天板とヒーターボードの接合に表面活性
化による常温接合を用いることにより、天板とヒーター
ボード間の接合強度は強く、隙間が完全になくなり、ク
ロストーク現象の発生を防止して画像品位の劣化が防止
された。

【００１４】［実施例２]図３に本発明の実施例２にお
ける天板とヒータボードの断面図を示す。図４は図３に
おけるヒーターボードの詳細断面図である。図におい
て、基板上の保護膜等の４層からなる層１０にフォトリ
ソグラフィー技術、エッチング技術を用いて図４に示す
ようにテーパ７−１をつけたものである。また、図３に
示すように天板のインク流路部にも基板上のテーパ７−
１とかみ合うようにテーパ７−２を設けている。このよ
うに基板側の接合部に天板の接合部に設けたテーパ７−
２に係合する係合部７−１を設けることにより、天板と
ヒーターボードの接合時のかみ合わせ時間を短縮するこ
とが可能となると共に接合部の面積を広げることができ
強固な接合が可能となる。更にはヒーターボードに対す
るビーム照射角度の要求精度が下がり、生産性が向上す
る。

【００１５】［実施例３］図７に本発明の実施例３に係
るカラータイプのインクジェットヘッドの斜視図を示
す。図７に示すようなカラータイプのインクジェットヘ
ッドにおいては、天板とヒーターボードの接合強度が十
分でそれらの間に隙間がない場合であっても、インクジ
ェットヘッドが図５に示すようなオリフィスプレートを
有する場合には、オリフィスプレートとヒーターボード
との間に生じる隙間によってインクの混色が生じること
があった。

【００１６】そこで図６に示すように異なった色のイン
クが隣り合わせになるノズルとノズルの間には、接合部
を設け、更にはオリフィスプレートの基板との接合部に
Ａｌ等の薄膜による接合部１３０６’を形成することに
より、接合部とヒーターボードのＳｉ面を表面活性化に
よる常温接合を用いて、接合強度とシール性を向上させ
た。従来はオリフィスプレートの基板との接合部分は、
紙間距離が遠くなってしまうためバネ等で押圧すること
ができなかったり、接着剤を用いるとインク流路の目詰
まりが生じたりするので、この部分はあまり良好な接合
状態を得ることができなかったが、本実施例によればオ
リフィスプレートの基板との接合部分を良好に接合する
ことができる。そして、紙間距離を必要以上に採ること
もなく、接着剤によるインク流路の目詰まりも生じない
ため、着弾精度に優れた信頼性の高いインクジェットヘ
ッドを提供できるものである。これによりカラータイプ
のインクジェットヘッドにおいても、インクの色間分離
が可能になり、インクの混色によるカラー画像品位の劣
化を防ぐことが可能となった。

【００１７】以上の実施例においては、インク吐出圧力
発生素子である電気熱変換素子に対してほぼ垂直方向に
インクを吐出するいわゆるエッジシュータータイプのイ
ンクジェットヘッドを用いたが、本発明はこれに限られ
るものではなく、電気熱変換素子の上方にインクを吐出
する所謂サイドシュータータイプのインクジェットヘッ
ドにおいても優れた性能を示すものである。また、イン
ク吐出圧力発生素子として電気熱変換素子の代わりに電
気機械変換素子を用いた構成も本願発明は包含するもの
である。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、クロストークの影響が
少なく、接着剤によって基板と天板とを接合する際に生
じる流路の接着剤のはみ出しや接着剤厚変動による流路
高さのばらつきもない、信頼性に優れたインクジェット
ヘッドを歩留まり高く製造することができる。天板とヒ
ーターボードの接合に表面活性化による常温接合を用い
ることにより、天板とヒーターボード間の接合強度は強
く、隙間が完全になくなり、クロストーク現象の発生を
防止して画像品位の劣化が防止することができる。更に
カラータイプのインクジェットヘッドにおいても、イン
クの色間分離が可能になり、インクの混色によるカラー
画像品位の劣化を防ぐことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る、天板とヒーターボー
ドの断面図である。

【図２】図１におけるヒーターボードの詳細断面図であ
る。

【図３】本発明の実施例2 に係る天板とヒーターボード
の断面図である。

【図４】図３におけるヒーターボードの詳細断面図であ
る。

【図５】カラータイプのインクジェットヘッドの従来例
の断面図である。

【図６】本発明の実施例３に係る天板とヒーターボード
の断面図である。

【図７】カラータイプのインクジェットヘッドの斜視図
である。

【図８】インクジェットヘッドの従来例の図である。

【符号の説明】

１：シリコン基板 ２：発熱素子 ３：電極 ４：耐酸化性保護膜 ５：耐キャビテーション層 ６：Ｓｉが露出した部分 ７−１：基板上の保護層等の４層のテーパー ７−２：天板に設けられた基板上のテーパーとかみ合う
テーパ １０：保護層等の４層からなる層 １００：ヒータボード ２００：配線基板 ２０１：パッド ３００：支持体 ４００：オリフィスプレート ５００：押えばね ５０１：前だれ部 １３００：溝付き天板 １３０６：Ａｌ等の薄膜による接合部 １３０６’：Ａｌ等の薄膜による接合部 １５００：インク受け口 ３１２１：支持体穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小室 博和 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 横井 英人 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 藤川 孝 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−231856（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−81077（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−214344（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−124853（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−101085（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/16 B41J 2/05 B41J 2/135 B23K 20/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク吐出圧力発生素子を有し複数のイ
   ンク流路の底部を形成するシリコン基板と、該複数のイ
   ンク流路の天井部を形成する樹脂製の天板と、接合する
   ことにより前記複数のインク流路を形成するインクジェ
   ットプリントへッドの製造方法において、 前記樹脂製の天板の少なくともインク流路壁底の基板と
   の接合部に金属薄膜を形成する工程と、 前記シリコン基板の上に発熱抵抗素子と電極と保護層膜
   を形成する際に、該シリコン基板のインク流路壁底との
   接合部に、シリコン露出面を形成する工程と、 前記天
   板に形成された前記金属薄膜と、前記シリコン基板のシ
   リコン露出面とにエネルギー粒子を照射した後に接合す
   る工程と、 を有し、 前記シリコン基板と前記天板とを常温接合によ
   り接合することを特徴とするインクジェットプリントへ
   ッドの製造方法。
2. 【請求項２】 前記天板の金属薄膜は、スパッタリング
   によるＡｌ薄膜で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プリントへッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記シリコン基板のシリコン露出面は、
   当該シリコン基板の上に発熱抵抗層と電極層とを形成し
   た後にシリコン面を露出させて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プリントへッドの製
   造方法。