JP4364929B2 - インクジェットプリントヘッド - Google Patents
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Description
本発明はインクジェットプリントヘッドに係り、さらに詳しくはＵＶ及び／または熱硬化時に、ノズルプレートまたはチャンバ／ノズルプレートの変形を防止するモノリシックのインクジェットプリントヘッドに関する。
一般に、インクジェットプリンタは低騒音で解像度に優れるだけではなく、低価格でカラー表示が可能なので消費者の需要が急速に伸びつつある。また、半導体技術の発展に伴って、インクジェットプリンタの核心部品であるプリントヘッドの製造技術もこの１０年間に飛躍的に発展してきた。その結果、現在約３００本の噴射ノズルを備え１２００ｄｐｉの解像度を提供できるプリントヘッドが、使用後に廃棄可能なインクカートリッジに装着されて使われている。
図１Ａ及び図１Ｂを参照すれば、従来のインクジェットプリンタ用プリントヘッド１０が概略的に例示されている。通常、インクはプリントヘッド１０の基板１の下面からインク供給路２を介して基板１の上面に供給される。
インク供給路２を通して供給されるインクは、チャンバ壁またはチャンバプレート９ａとノズルプレート９ｂによって形成されたリストリクタ３に沿ってインクチャンバ４に到達する。インクチャンバ４に一時的に留まったインクは外部回路から電気的信号を受けるよう外部回路のリード端子と接続された接続パッド８と連結されるよう保護層５の下部に配置されたヒータ６から発生された熱によって瞬間的に加熱される。
この際、インクは爆発性バブルを発生し、よってインクチャンバ４内のインク中の一部から発生したバブルによってインクチャンバ４上に形成されたインクノズル７を介してプリントヘッド１０の外部に吐き出される。
このようなプリントヘッド１０において、一体または別に形成されたチャンバプレート９ａとノズルプレート９ｂを備えるチャンバ／ノズルプレート９はインクの流れ、インクの噴射形態、及び噴射周波数特性に影響を与える大事な要素である。従って、チャンバ／ノズルプレート９の材質、形状及び製造方法などに対する多くの研究がなされつつある。
今、チャンバプレート及びノズルプレートと関連したプリントヘッドの製造方式は、基板とチャンバ及び／またはノズルプレートを別に製造した後これらを整列させ感光性を有する高分子薄膜で貼り付ける接合方式と、チャンバプレートとノズルプレートを基板上に一体または別に直接に形成するモノリシック方式が多用されている。
また、接合方式はノズルプレートだけを別に製造した後、重合体（ｐｏｌｙｍｅｒ）で作られたチャンバプレートをある基板上に整列させ、接着剤で貼り付ける方式、及びノズルプレートとチャンバプレートを共に製造した後基板に整列させ接着剤で貼り付ける方式とに分けられる。
一般に、モノリシック方式によるプリントヘッドの製造方法は接合方式に比べて次のような長所がある。第１に、モノリシック方式は難しい条件を満足すべき接着剤、すなわち感光性高分子薄膜が不要であり、ノズルプレートを基板と整列させ接着剤で貼り付ける作業とこれを行なうための装備とが不要である。第２に、モノリシック方式は接合方式に比べてさらに精巧に基板、チャンバプレート及びノズルプレートを整列させることができる。従って、製造工程を削減でき、コスト節減と生産性を向上させることができるのみならず、高精度の整列が必要な高解像度用プリントヘッドの製造に適している。
このようなモノリシック方式、特にチャンバプレートとノズルプレートを基板上に一体に直接に形成するモノリシック方式による従来のプリントヘッド１０の製造過程の一例を説明すれば次の通りである。
まず、図２Ａに示した通り、ヒータ６と保護層５が形成されたシリコン基板１の下面にインク供給口を構成するインク供給路を形成するための予備インク供給路２'が形成される。この際、基板１は予備インク供給路２'で完全に貫通されず一定厚さが残される。
その後、基板１の保護層５の上側にポジ型フォトレジストが形成され、ポジ型フォトレジストはフォトマスク(図示せず)を使うフォトリソグラフィ工程によってパターニングされ、よって図２Ｂに示した通り、保護層５上に犠牲層であるポジ型フォトレジストモールド３'が形成される。ポジ型フォトレジストモールド３'は追ってエッチングで除去され、リストリクタ３、インクチャンバ４などの流路構造を形成する。ポジ型フォトレジストモールド３'の厚さは後工程で形成されるリストリクタ３とインクチャンバ４の高さになる。
保護層５上にポジ型フォトレジストモールド３'が形成された後、基板１の全面にはネガ型フォトレジストとして感光性エポキシ樹脂がコーティングにより形成される。その後、ネガ型フォトレジストはノズルのパターンが形成されたフォトマスク(図示せず)によってＵＶ露光された後ＵＶに露出され、硬化された部分を除いた部分が現像液で溶解されて除去され、よって図２Ｃに示した通り、ノズル７が形成されたチャンバ／ノズルプレート９が形成される。
チャンバ／ノズルプレート９が形成された後、図２Ｄに示した通り、基板１の下面で予備インク供給路２'を形成する基板の部分はエッチングによって等方性に除去され、よってインク供給路２が形成される。その後、図２Ｅに示した通り、フォトレジストモールド３'が溶媒によって溶解されて除去されれば、チャンバ／ノズルプレート９にはインクチャンバ４及びリストリクタ３が形成される。
チャンバ／ノズルプレート９が形成された後、チャンバ／ノズルプレート９の耐化学性及び機械的強度を向上させ基板１とチャンバ／ノズルプレート９の接着力を増大させ流路構造の耐久性を高めるため、基板１についてＵＶ及び／または熱を加えてチャンバ／ノズルプレート９の分子量、すなわち架橋度（ｃｒｏｓｓ ｌｉｎｋｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ）を増加させる硬化（Ｃｕｒｉｎｇ）工程が行なわれ、その結果、１秒当り数千回のインク吐出時発生する圧力に耐えられるプリントヘッド１０の製造が完了される。
しかし、このような従来のモノリシック方式によるプリントヘッド１０の製造方法は、ノズルプレートとチャンバプレートを別に形成せずに一体に形成できる利点があるが、硬化工程時の硬化条件によってチャンバ／ノズルプレート９が変形する問題点があった。
さらに詳述すれば、硬化工程が相対的に高い温度で行なわれると、チャンバ／ノズルプレート９の感光性エポキシ樹脂が短時間内に架橋度に到達できるが、チャンバ／ノズルプレート９に加わる圧縮ストレスが増加するので、チャンバ／ノズルプレート９はひどい変形を発生するようになる。
逆に、硬化工程が相対的に低い温度で行なわれると、感光性エポキシ樹脂が架橋度に至れる時間が延びて工程消耗時間が延び、またチャンバ／ノズルプレート９に加わる圧縮ストレスが減少するものの、チャンバ／ノズルプレート９の変形が全く無くなることはない。
このような硬化工程時発生する変形は、図３Ａに示した通り、チャンバ／ノズルプレート９に加わる圧縮ストレスがノズルプレート９ｂの上端部に比べて下端部が大きく働く場合、図３Ｂに示した通り、チャンバ／ノズルプレート９は凸部１１を有する形になり、図４Ａに示した通り、チャンバ／ノズルプレート９に加わるストレスがノズルプレート９ｂの上端部に比べて下端部が小さく働く場合、図４Ｂに示した通り、チャンバ／ノズルプレート９は凹部１１'を有する形になる。
また、一般に変形の程度はチャンバ／ノズルプレート９の中央部分（図１Ａの縦または長手方向の中央）に位置した奇数及び偶数ノズル列のノズル７ａ、７ｂの領域が縁部分に位置したノズル７ａ、７ｂの領域より大きく発生する。このような変形は印刷用紙に印字される印刷画質に悪影響を及ぼす。
例えば、垂直線を印刷する場合、チャンバ／ノズルプレート９の奇数ノズル列のノズル７ａと偶数ノズル列のノズル７ｂは互いに交代にインク滴を噴射して印刷を進む。この際、チャンバ／ノズルプレート９の奇数ノズル列のノズル７ａと偶数ノズル列のノズル７ｂ間の整列（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が許容誤差内にある時、プリントヘッド１０は一本の垂直線を印字するようになる。
すなわち、図５Ｂに示した通り、チャンバ／ノズルプレート９の部分が何れの変形を発生しない場合、またはチャンバ／ノズルプレート９の部分が硬化中変形を発生しても基板１と接着されている部分が多い縁部分であって変形が許容誤差内にある場合、チャンバ／ノズルプレート９の前記当部分の奇数ノズル列のノズル７ａと偶数ノズル列のノズル７ｂは図５Ｃに示したように、一本の垂直線を印字する。
しかし、図３ｂに示した通り、チャンバ／ノズルプレート９の部分が凸部１１形態に変形された場合、チャンバ／ノズルプレート９の前記当部分の奇数ノズル列のノズル７ａと偶数ノズル列のノズル７ｂは図３Ｃに示した通り、奇数及び偶数ノズル列のノズル７ａ、７ｂ間の整列が合わなくて、垂直線の上端と下端は１ラインにプリントされるが、垂直線の中央部は２ラインにプリントされる。
また、図４Ｂに示した通り、チャンバ／ノズルプレート９の部分が凹部１１'を有する形に変形された場合、チャンバ／ノズルプレート９の前記当部分の奇数ノズル列のノズル７ａと偶数ノズル列のノズル７ｂは図４Ｃに示した通り、奇数及び偶数ノズル列のノズル７ａ、７ｂの間は整合されず、垂直線の上端と下端は２ラインに印字される。
図６はチャンバ／ノズルプレート９の部分のうち中央部分が図３Ｂに示した通り、凸部１１を有する形に変形された場合、垂直線と水平線を実際に印字した結果である。垂直線の場合、チャンバ／ノズルプレート９の縁部分で奇数ノズル列のノズル７ａと偶数ノズル列のノズル７ｂによって形成されたラインはほぼ１ラインに形成される一方、チャンバ／ノズルプレート９の中央部分で奇数ノズル列のノズル７ａと偶数ノズル列のノズル７ｂによって形成されたラインは２ラインにプリントされている。一方、水平線の場合チャンバ／ノズルプレート９の中央部分と縁部分モードで１ラインにプリントされている。
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＵＶ及び／または熱硬化時にノズルプレートまたはチャンバ／ノズルプレートの変形、及びそれによる印字品質の低下を防止することができ、製造コストの節減可能な、インクジェットプリントヘッドを提供するところにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、インクを加熱する複数の抵抗発熱体、及びインクカートリッジからインクを供給するインク供給口を形成した基板と、前記基板上に形成され、前記インク供給口と連結されたリストリクタ及び前記リストリクタと連結されたインクチャンバからなる流路構造を形成するチャンバプレートと、前記チャンバプレートの流路構造を覆って形成され、複数のノズルを形成するノズルプレートと、前記ノズルプレートに貫通せずに一部の深さまで形成され、前記チャンバプレート及び前記ノズルプレートの双方又は一方が、ＵＶ及び熱の双方又は一方による硬化（ｃｕｒｉｎｇ）形成工程時に変形しないように設けられている、少なくとも１つの溝と、を備えることを特徴とする、インクジェットプリントヘッドが提供される。
ここで、複数のノズルは複数のノズル列を形成し、少なくとも１つの溝は、ノズル列方向に配置することができる。また、少なくとも１つの溝は、ノズルプレートのインクチャンバに対応する下面、またはプリントヘッドの外面となる上面の少なくとも一方の面において、ノズルプレート自体に形成することができる。
こうして、ノズルプレートに一部の深さまで形成された少なくとも１つの溝が形成されたことにより、ＵＶ及び／または熱硬化時にノズルプレートまたはチャンバ／ノズルプレートの変形、及びそれによる印字品質の低下を防止することができる。
ここで、少なくとも１つの溝は、ノズルプレートの長手方向の中央部分では幅が広く、縁部分では幅が狭い形態、または中央部分と縁部分とで全て同じ幅であることができる。
または、ノズルプレートの中央部分では幅が広く、縁部分では幅が狭い複数の溝を一列に配置した形態、中央部分と縁部分とで全て同じ幅である複数の溝を一列に配置した形態、中央部分では幅が広く、縁部分では幅が狭い複数の溝を互いに平行に複数列に配置した形態、中央部分と縁部分とで全て同じ幅である複数の溝を互いに平行に複数列に配置した形態、中央部分では幅が広く、縁部分では幅が狭い複数の溝を互いに交差して複数列に配置した形態、または中央部分と縁部分とで全て同じ幅である複数の溝を互いに交差して複数列に配置した形態、のいずれか１つの形態であることもできる。
また、少なくとも１つの溝は、ノズルプレート上にネガ型フォトレジストが塗布された後、少なくとも１つの溝及びノズルのパターンを有するフォトマスクで露光及び現像されることにより形成することができる。
さらに、ノズルプレート上に塗布されたネガ型フォトレジストは、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリアクリレート系樹脂からなる群のいずれかの１つの、液状感光性ネガ型フォトレジストまたはドライフィルムレジストのような固状感光性ネガ型フォトレジストであることが望ましい。
ノズルプレートは、ネガ型フォトレジストで形成することができ、その場合、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリアクリレート系樹脂からなる群のいずれか１つの感光性ポリマを含むことが好ましい。また、ノズルプレートは、熱硬化性ポリマで形成することもでき、その場合は、エポキシ系ポリマ、ポリイミド系ポリマ、またはポリアクリレート系ポリマからなる群のいずれか１つを含むことが好ましい。
チャンバプレート及びノズルプレートは、同一な材料で互いに一体に形成されることが望ましい。
抵抗発熱体に外部回路の電気的信号を印加するための接続パッドをさらに備えてもよく、抵抗発熱体の駆動効率を向上させるためのスイッチング素子を有する論理回路をさらに備えてもよい。
以上詳述したように本発明によれば、簡単な追加フォトリソグラフィ工程で形成された少なくとも１つの溝によって、ノズルプレートまたはチャンバ／ノズルプレートの硬化変形及びそれによる印字品質の低下を防止できることが分かる。また、溝の形態、配置及び分布の適当な組合または変更を通して硬化条件、ヘッドサイズ、ノズル配列、チャンバ／ノズルプレートの材質などに関わらず、ノズルプレートまたはチャンバ／ノズルプレートの硬化変形を防止させる効果がある。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（第１の実施の形態）
図７Ａ及び図７Ｃを参照すれば、第１の実施の形態による硬化変形防止部を有するモノリシックバブルインクジェットプリントヘッド１００が例示されている。本実施の形態のモノリシックバブルインクジェットプリントヘッド１００は、インクを加熱するための抵抗発熱体である複数のヒータ１０６とインクカートリッジ(図示せず)からインクを供給するインク供給口を構成するインク供給路１０２を形成した基板１０１と、インク供給路１０２と連結された複数のリストリクタ１０３、リストリクタ１０３と連結された複数のインクチャンバ１０４などの流路構造を形成するよう基板１０１上に形成されたチャンバ壁またはチャンバプレート１０９ａと複数のノズル１０７を形成するようチャンバプレート１０９ａ上に形成されたノズルプレート１０９ｂを備えるチャンバ／ノズルプレート１０９、及びＵＶ及び／または熱硬化時チャンバ／ノズルプレート１０９の変形を防止するようチャンバ／ノズルプレート１０９の上面に形成された、例えば溝である硬化変形防止部１２０を含む。
図７Ａ及び図７Ｃを参照すれば、第１の実施の形態による硬化変形防止部を有するモノリシックバブルインクジェットプリントヘッド１００が例示されている。本実施の形態のモノリシックバブルインクジェットプリントヘッド１００は、インクを加熱するための抵抗発熱体である複数のヒータ１０６とインクカートリッジ(図示せず)からインクを供給するインク供給口を構成するインク供給路１０２を形成した基板１０１と、インク供給路１０２と連結された複数のリストリクタ１０３、リストリクタ１０３と連結された複数のインクチャンバ１０４などの流路構造を形成するよう基板１０１上に形成されたチャンバ壁またはチャンバプレート１０９ａと複数のノズル１０７を形成するようチャンバプレート１０９ａ上に形成されたノズルプレート１０９ｂを備えるチャンバ／ノズルプレート１０９、及びＵＶ及び／または熱硬化時チャンバ／ノズルプレート１０９の変形を防止するようチャンバ／ノズルプレート１０９の上面に形成された、例えば溝である硬化変形防止部１２０を含む。
ヒータ１０６は環状または四角形の抵抗発熱体よりなる。ヒータ１０６上には保護層１０５が形成される。保護層１０５はシリコン窒化膜、シリコン炭素膜などで構成されたパッシベーション膜（図示せず）と、パッシベーション膜上にインクを隔離する役割を果たすＴａ、ＴａＮ、ＴｉＮなどの金属膜で蒸着されたキャビテーション防止層（図示せず）で構成される。
インク供給路１０２は、インクカートリッジと連結されるよう基板１０１を貫通して形成され、奇数及び偶数ノズル列のノズル１０７ａ、１０７ｂの間に配置される一つの長方形孔で構成される。長方形孔は最小でも１５０〜２００μｍ以上の幅を有するよう異方性ドライエッチング法で基板１０１の下面をエッチングすることによって形成され、よって長方形孔の側壁は基板に対して垂直に形成される。
チャンバ／ノズルプレート１０９のチャンバプレート１０９ａとノズルプレート１０９ｂはネガ型フォトレジスト、例えばエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、またはポリアクリレート樹脂の感光性ポリマで形成された一つの層で一体に形成される。ここで注目すべきことは、本実施の形態では、チャンバプレート１０９ａとノズルプレート１０９ｂとは一つの層で一体に形成するものとして例示及び説明するが、別の層で形成されてもよい。
また、チャンバプレート１０９ａとノズルプレート１０９ｂは熱硬化性ポリマ、例えばエポキシ系ポリマ、ポリイミド系ポリマ、及びポリアクリレート系ポリマ中の一つで構成できる。硬化変形防止部１２０は、プリントヘッド１００の外面を形成するチャンバ／ノズルプレート１０９の上面で奇数ノズル列のノズル１０７ａと偶数ノズル列のノズル１０７ｂの間に長手方向に形成された少なくとも一つの溝で構成される。このような溝はノズルプレートを貫通しないように形成される。
溝１２０ａは、高温及び高熱環境下で行なう硬化工程時チャンバ／ノズルプレート１０９が圧縮ストレスを受けてもインク吐出方向を変化させて印字品質を低下させる変形を引き起こさないような役割を果たす。例えば、硬化工程前の部分１２０'（図７Ｂ）は硬化工程を行なった後、図７Ｃに示したように変形され、よってチャンバ／ノズルプレート１０９のノズル１０７はインク吐出方向が変らず正常にインクを吐出せるようになる。
また、溝１２０ａは印字時チャンバ／ノズルプレート１０９の外面に吐出されたインクを除去するための排出通路としても使用できる。溝１２０ａはノズルプレート１０９ｂ上にネガ型フォトレジストをさらに塗布した後、溝１２０ａ及びノズル１０７のパターンを有するフォトマスクで露光及び現像する工程で形成される。この際使用されるネガ型フォトレジストは感光性エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、またはポリアクリレート樹脂で構成された液状感光性ネガ型フォトレジストや、ドライフィルムレジストのような固状感光性ネガ型フォトレジストが使用できる。
図７Ａ、図８Ａ及び図８Ｂに示した通り、溝はチャンバ／ノズルプレート１０９の長さまたは縦方向の中央部分では広く縁部分では狭幅を有する形態の溝１２０ａ、溝１２０ｂ、及び中央部と縁部分で全て同じ幅を有する形態の溝１２０ｃのうちの一つで構成することができ、また、図８Ｃ〜図８Ｇに示した通り、中央部分と縁部分で全て同じ幅を有する二つ以上の溝を互いに平行に二列以上の列に配置した溝１２０ｄ、中央部分では広く縁部分では狭幅を有する二つ以上の溝を交差するよう二列以上の列に配置した溝１２０ｅ、中央部分と縁部分で全て同じ幅を有する二つ以上の溝を互いに交差して二列以上の列に配置した溝１２０ｆ、１２０ｇのうちの一つで構成することもできる。
その他、溝はチャンバ／ノズルプレート１０９の中央部分と縁部分で全て同じ幅を有する二つ以上の溝を一列に配置した形態、中央部分では広く縁部分では狭幅を有する二つ以上の溝を一列に配置した形態、中央部分では広く縁部分では狭幅を有する二つ以上の溝を互いに平行に２列以上の列に配置した形態で構成できる。
また、図７Ｃに示した通り、プリントヘッド１００はヒータ１０６に外部回路(図示せず)の電気的信号を印加するようチャンバ／ノズルプレート１０９の外側に位置した接続パッド１０８、及びヒータ１０６の駆動効率を向上させるためのトランジスタのゲート、ソース、及びドレインのようなスイッチング素子(図示せず)を含む論理回路(図示せず)をさらに含む。
以上のように構成された本発明の望ましい第１の実施の形態による硬化変形防止部を有するモノリシックバブルインクジェットプリントヘッド１００の製造方法を図９Ａ〜図９Ｇを参照して詳述する。まず、上面に素子分離膜(図示せず)、層間絶縁膜(図示せず)、ヒータ１０６、保護層１０５などが順番に形成されたシリコン基板１０１が用意される。
この際、ヒータ１０６は比抵抗の高い金属と低い金属が積層されている金属薄膜のうち部分的に低抵抗金属を選択的にエッチングしたり、シリコン基板１０１の上面全面に不純物がドーピングされたポリシリコンを蒸着させた後、これをパターニングしたりすることによって形成できる。また、基板１０１にはヒータ１０６を形成する前、図示していないがトランジスタのような論理回路を構成するスイッチング素子、スイッチング素子と連結される配線、配線と外部回路部のリード端部と連結する接続パッド１０８などが形成される。
ヒータ１０６上に形成された保護層１０５はシリコン窒化膜、シリコン炭素膜などで構成されたパッシベーション膜と、パッシベーション膜上にＴａ、ＴａＮ、ＴｉＮなどの金属膜で蒸着されたキャビテーション防止層として形成される。基板１０１が用意された後、図９Ａに示したように、シリコン基板１０１の下面にインク供給口を構成するインク供給路１０２を形成するための予備インク供給路１０２'が形成される。この際、基板１０１は予備インク供給路１０２'で完全に貫通されず、約２０μｍほどの厚さに残される。
その後、基板１０１の保護層１０５の上側にポジ型フォトレジストが形成され、ポジ型フォトレジストはリストリクタ１０３、インクチャンバ１０４などの流路構造のパターンを有するフォトマスク(図示せず)を使用するフォトリソグラフィ工程によって露光及び現像され、その結果保護層１０５上に犠牲層である犠牲フォトレジストモールド１０３'が形成される。
この際、ポジ型フォトレジストはノボラック系樹脂で構成された感光性ポリマで形成され、フォトリソグラフィ工程の露光は２〜４０００ｍＪ／ｃｍ３範囲のＵＶ露光量のドーズを使用して行なわれる。
犠牲フォトレジストモールド１０３'は後工程でエッチング除去され、リストリクタ１０３、インクチャンバ１０４などの流路構造を提供する。また、犠牲フォトレジストモールド１０３'の厚さは追って形成されるリストリクタ１０３とインクチャンバ１０４の高さになるため、解像度に影響を与える一回吐出時の液滴量によって決定される。この液滴量はインクチャンバ１０４の高さ、リストリクタ１０３のサイズ、ノズル１０７の直径、ヒータ１０６のサイズなど製品別に多様な寸法の流路構造に影響される。したがって、多様な寸法の流路構造を満たすためには犠牲フォトレジストモールド１０３'の厚さを約５〜５０μｍ範囲内で形成することが望ましい。
保護層１０５上に犠牲フォトレジストモールド１０３'が形成された後、シリコン基板１０１の全面には図９Ｂに示したように、第１ネガ型フォトレジスト１０９'が形成される。第１ネガ型フォトレジスト１０９'は感光性エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリアクリレート系樹脂中の一つで構成された感光性ポリマをコーティングで形成する。
次いで、図９Ｃに示したように、第１ネガ型フォトレジスト１０９'はノズルのパターンが形成されたフォトマスク１１１によってＵＶ露光され、よってノズル１０７を形成する部分１０７''を除いた部分が硬化される。この際、露光は２〜２０００ｍＪ／ｃｍ３範囲のＵＶ露光量のドーズを使用して行なわれる。
その後、図９Ｄに示した通り、露光された第１ネガ型フォトレジスト１０９'上には第２ネガ型フォトレジスト１１０が形成される。第２ネガ型フォトレジスト１１０は第１ネガ型フォトレジスト１０９'のように同じエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリアクリレート系樹脂中の一つで構成された液状感光性ポリマをコーティングで形成したり、ドライフィルムレジストのような固相の感光性ネガ型フォトレジストを高熱及び高圧でラミネートしたりして形成することができる。
この際、第１ネガ型フォトレジスト１０９'と第２ネガ型フォトレジスト１１０は相異なる物質を使用できるが、現像時現像液に対する溶解度が同じければさらに精密な硬化変形防止部１２０とノズル１０７が得られるので、同一な物質を使用することが望ましい。
第１ネガ型フォトレジスト１０９'上に第２ネガティブフォトレジスト１１０を形成した後、図９Ｅに示した通り、第２ネガ型フォトレジスト１１０は硬化変形防止部１２０及びノズル１０７のパターンを有するフォトマスク１１２を使用して露光され、よって硬化変形防止部１２０の形成予定の部分１２０'とノズル１０７を形成する部分１０７'を除いた部分が硬化される。第２ネガ型フォトレジスト１１０の露光は２〜２０００ｍＪ／ｃｍ３範囲のＵＶ露光量のドーズを使用して行なわれる。
その後、露光された第２ネガ型フォトレジスト１１０と第１ネガ型フォトレジスト１０９'は第２ネガ型フォトレジスト１１０と第１ネガ型フォトレジスト１０９'に関してエッチング選択性を有する現像液によって順次に現像され、その結果、図９Ｆに示した通り、チャンバ／ノズルプレート１０９のノズルプレート１０９ｂを構成する第２ネガ型フォトレジスト１１０と第１ネガ型フォトレジスト１０９'にはＵＶに露出されない部分１２０'、１０７'、１０７''が現像液によって溶解され除去され、硬化変形防止部１２０及びノズル１０７が形成される。
この際、硬化変形防止部１２０は、図７Ａ及び図８Ａ〜図８Ｆに示した通り、プリントヘッド１００の外面を形成するチャンバ／ノズルプレート１０９のノズルプレート１０９ｂの上面で奇数及び偶数ノズル列のノズル１０７間に長手方向に配置された少なくとも一つの溝で構成される。その後、基板１０１の下面で予備インク供給路１０２'を形成する基板１０１の部分は乾式異方性エッチングで除去され、その結果インク供給路１０２が形成される。
エッチング時、シリコン基板１０１の表面に流入された有機物をクリーニングした後、犠牲フォトレジストモールド１０３'は犠牲フォトレジストモールド１０３'を構成するポジ型フォトレジストについて食刻選択性を有する溶媒によって溶解され除去される。その結果インクチャンバ１０４及びリストリクタ１０３が形成されたチャンバ／ノズルプレート１０９が形成される。
チャンバ／ノズルプレート１０９が形成された後、チャンバ／ノズルプレート１０９の耐化学性及び機械的強度を向上させ基板１０１とチャンバ／ノズルプレート１０９の接着力を増大させ流路構造の耐久性を高めるため、結果基板１０１についてＵＶ及び熱を加えてチャンバ／ノズルプレート１０９の分子量、すなわち架橋度を増加させる硬化工程が行なわれて、プリントヘッド１００の製造が完了される。この際、硬化工程は、結果基板１０１について数百から数千ｍＪ／ｃｍ３のドーズでＵＶ露光するフラッド露光を行った後、数十から数百℃で数分から数時間の間、例えば１３０〜１５０℃の温度で３０分間、硬く焼成して行う。
こうして、簡単な工程で形成された硬化変形防止部により、ノズルプレートまたはチャンバ／ノズルプレートの硬化変形及びそれによる印字品質の低下を防止できることが分かる。また、ノズルプレート上面に形成された溝は、印字時チャンバ／ノズルプレートの外面に吐出されたインクを除去するための排出通路としても使用できる。
（第２の実施の形態）
図１０Ａ〜図１０Ｃを参照すれば、本発明の望ましい第２の実施の形態による硬化変形防止部を有するモノリシックバブルインクジェットプリントヘッド２００が例示されている。本実施の形態のモノリシックバブルインクジェットプリントヘッド１００は硬化変形防止部２２０がインクチャンバ２０４を構成するチャンバ／ノズルプレート２０９の下面に配置されることを除けば、第１の実施の形態のプリントヘッド１００の構成と実質的に同一である。従って、これに対する詳細な説明は省略する。
図１０Ａ〜図１０Ｃを参照すれば、本発明の望ましい第２の実施の形態による硬化変形防止部を有するモノリシックバブルインクジェットプリントヘッド２００が例示されている。本実施の形態のモノリシックバブルインクジェットプリントヘッド１００は硬化変形防止部２２０がインクチャンバ２０４を構成するチャンバ／ノズルプレート２０９の下面に配置されることを除けば、第１の実施の形態のプリントヘッド１００の構成と実質的に同一である。従って、これに対する詳細な説明は省略する。
このような本実施の形態の硬化変形防止部２２０を有するモノリシックバブルインクジェットプリントヘッド２００の製造方法を図１１Ａ〜図１１Ｇについて説明すれば次の通りである。まず、ヒータ２０６及び保護層２０５が形成されたシリコン基板２０１が用意された後、基板２０１には第１実施例と同様な方法で、図１１Ａに示した通り、予備インク供給路２０２'と犠牲フォトレジストモールド２０３'が形成される。
犠牲フォトレジストモールド２０３'が形成された後、図１１Ｂに示した通り、犠牲フォトレジストモールド２０３'は硬化変形防止部２２０のパターンを有するフォトマスク２１１を使用して露光される。この際、露光は２〜２０００ｍＪ／ｃｍ３範囲のＵＶ露光量のドーズを使用して行なわれる。
露光後、犠牲フォトレジストモールド２０３'は現像され、その結果、犠牲フォトレジストモールド２０３'の上部には図１１Ｃに示した通り、ＵＶに露出され硬化された部分を除いた部分が除去され犠牲硬化変形防止部パターン２２０'が形成される。その後、犠牲フォトレジストモールド２０３'と犠牲硬化変形防止部パターン２２０'が形成されたシリコン基板２０１の全面には図１１Ｄに示した通り、ネガ型フォトレジスト２０９'が形成される。この際、ネガ型フォトレジスト２０９'は感光性エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリアクリレート系樹脂中の一つで構成された感光性ポリマをコーティングして形成する。
次いで、図１１Ｅに示した通り、ネガ型フォトレジスト２０９'はノズル２０７のパターンが形成されたフォトマスク２１２によってＵＶ露光され、よってノズル２０７を形成する部分２０７'を除いた部分が硬化される。この際、露光は２〜２０００ｍＪ／ｃｍ３範囲のＵＶ露光量のドーズを使用して行なわれる。
その後、露光されたネガ型フォトレジスト２０９'はネガ型フォトレジスト２０９'を構成する感光性ポリマについて食刻選択性を有する現像液によって現像され、よって図１１Ｆに示した通り、チャンバ／ノズルプレート２０９を構成するネガ型フォトレジスト２０９'にはＵＶに露出されない部分２０７'が現像液によって溶解され除去されノズル２０７が形成される。
その後、基板２０１の下面で予備インク供給路２０２'を形成する基板２０１の部分は乾式異方性エッチングで除去され、よってインク供給路２０２が形成される。エッチング時シリコン基板２０１の表面に流入された有機物をクリーニングした後、犠牲フォトレジストモールド２０３'と犠牲硬化変形防止部パターン２２０'は犠牲フォトレジストモールド１０３'を構成するポジ型フォトレジストについてエッチング選択性を有する溶媒によって溶解されて除去され、その結果、硬化変形防止部２２０、インクチャンバ２０４及びリストリクタ２０３が形成されたチャンバ／ノズルプレート２０９が形成される。
この際、硬化変形防止部２２０は、図１０Ａ及び図８Ａ〜図８Ｆに示した通り、インクチャンバ２０４を構成するチャンバ／ノズルプレート２０９の下面で奇数及び偶数ノズル列のノズル２０７ａ、２０７ｂの間に長手方向に配された少なくとも一つの溝で構成される。
チャンバ／ノズルプレート２０９が形成された後、チャンバ／ノズルプレート２０９の耐化学性及び機械的強度を向上させ基板２０１とチャンバ／ノズルプレート２０９の接着力を増大させ流路構造の耐久性を高めるため、第１の実施の形態と同様な方法で硬化工程が行なわれ、第２の実施の形態のプリントヘッド２００の製造が完了される。
こうして第１の実施の形態と同様に、簡単な工程で形成された硬化変形防止部により、ノズルプレートまたはチャンバ／ノズルプレートの硬化変形及びそれによる印字品質の低下を防止できることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、本発明の実施の形態において、硬化変形防止部はチャンバ／ノズルプレートの上面及び下面のうち一カ所にだけ設けられるものとして説明及び例示したが、硬化変形防止部はチャンバ／ノズルプレートの上面及び下面の両方に適当な形態及び配列に形成されてもよい。
本発明は、モノリシックバブルインクジェットプリンタのインクジェットプリントヘッドに適用可能であり、特にチャンバ／ノズルプレートの硬化変形及びそれによる印字品質の低下を防止することのできるインクジェットプリントヘッドに適用可能である。
１００ プリントヘッド
１０１ 基板
１０２ インク供給路
１０３ リストリクタ
１０３’ フォトレジストモールド
１０４ インクチャンバ
１０５ 保護層
１０６ ヒータ
１０７ ノズル
１０８ 接続パッド
１０９ チャンバ／ノズルプレート
１０９’ フォトレジスト
１１０ フォトレジスト
１１１ フォトマスク
１１２ フォトマスク
１２０ 硬化変形防止部
１０１ 基板
１０２ インク供給路
１０３ リストリクタ
１０３’ フォトレジストモールド
１０４ インクチャンバ
１０５ 保護層
１０６ ヒータ
１０７ ノズル
１０８ 接続パッド
１０９ チャンバ／ノズルプレート
１０９’ フォトレジスト
１１０ フォトレジスト
１１１ フォトマスク
１１２ フォトマスク
１２０ 硬化変形防止部
Claims (14)
- インクを加熱する複数の抵抗発熱体、及びインクカートリッジからインクを供給するインク供給口を形成した基板と、
前記基板上に形成され、前記インク供給口と連結されたリストリクタ及び前記リストリクタと連結されたインクチャンバからなる流路構造を形成するチャンバプレートと、
前記チャンバプレートの流路構造を覆って形成され、複数のノズルを形成するノズルプレートと、
前記ノズルプレートに貫通せずに一部の深さまで形成され、前記チャンバプレート及び前記ノズルプレートの双方又は一方が、ＵＶ及び熱の双方又は一方による硬化（ｃｕｒｉｎｇ）形成工程時に変形しないように設けられている、少なくとも１つの溝と、
を備えることを特徴とする、インクジェットプリントヘッド。 - 前記複数のノズルは複数のノズル列を形成し、前記少なくとも１つの溝は、前記ノズル列方向に配置されたことを特徴とする、請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記少なくとも１つの溝は、前記ノズルプレートの前記インクチャンバに対応する下面、またはプリントヘッドの外面となる上面の少なくとも一方の面において、前記ノズルプレート自体に形成されたことを特徴とする、請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記少なくとも１つの溝は、前記ノズルプレートの長手方向の中央部分では幅が広く、縁部分では幅が狭い形態、または中央部分と縁部分とで全て同じ幅であ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ヘッド。
- 前記少なくとも１つの溝は、前記ノズルプレートの中央部分では幅が広く、縁部分では幅が狭い複数の溝を一列に配置した形態、中央部分と縁部分とで全て同じ幅である複数の溝を一列に配置した形態、中央部分では幅が広く、縁部分では幅が狭い複数の溝を互いに平行に複数列に配置した形態、中央部分と縁部分とで全て同じ幅である複数の溝を互いに平行に複数列に配置した形態、中央部分では幅が広く、縁部分では幅が狭い複数の溝を互いに交差して複数列に配置した形態、または中央部分と縁部分とで全て同じ幅である複数の溝を互いに交差して複数列に配置した形態、のいずれか１つの形態であ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ヘッド。
- 前記少なくとも１つの溝は、前記ノズルプレート上にネガ型フォトレジストが塗布された後、前記少なくとも１つの溝及び前記ノズルのパターンを有するフォトマスクで露光及び現像されることにより形成されたことを特徴とする、請求項１記載のインクジェットプリントヘッド。
- さらに塗布された前記ネガ型フォトレジストは、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリアクリレート系樹脂からなる群のいずれかの１つの、液状感光性ネガ型フォトレジストまたはドライフィルムレジストのような固状感光性ネガ型フォトレジストであることを特徴とする、請求項６に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記ノズルプレートは、ネガ型フォトレジストで形成されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記ネガ型フォトレジストは、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、及びポリアクリレート系樹脂からなる群のいずれか１つの感光性ポリマを含むことを特徴とする、請求項８に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記ノズルプレートは、熱硬化性ポリマで形成されることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記熱硬化性ポリマは、エポキシ系ポリマ、ポリイミド系ポリマ、またはポリアクリレート系ポリマからなる群のいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項１０に記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記チャンバプレート及び前記ノズルプレートは、同一な材料で互いに一体に形成されることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記抵抗発熱体に外部回路の電気的信号を印加するための接続パッドをさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
- 前記抵抗発熱体の駆動効率を向上させるためのスイッチング素子を有する論理回路をさらに備えることを特徴とする、請求項１３に記載のインクジェットプリントヘッド。
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