JP4769367B2 - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク等の液体を吐出口から飛翔液滴として吐出させて記録媒体に印字記録や画像の形成等を行う液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な液体吐出ヘッドは、インク等の液体を吐出する複数の微細な吐出口と各吐出口に連通する液流路、および各液流路に配置された吐出エネルギー発生素子を有し、記録情報や画像情報に対応した駆動信号を吐出エネルギー発生素子に印加し、該吐出エネルギー発生素子に対応する液流路内の液体に吐出エネルギーを付与することによって、吐出口から液体を飛翔液滴として吐出させ、印字記録や画像形成を行うように構成されている。
【０００３】
この種の液体吐出ヘッドにおいて、吐出エネルギー発生素子が形成された面に対して垂直方向に液滴を吐出させる所謂サイドシューター型液体吐出ヘッドでは、吐出エネルギー発生素子が形成された基板に貫通した液供給口を設ける必要がある。この液供給口は、一般に、スリット状の長穴の貫通口として形成されている。このため、基板の剛性が弱くなり、このような基板を液体吐出ヘッドに組み込む際に基板の変形等のために種々の弊害が生じてしまう。これを回避する方法としては、特開平１０−１３８４７８号公報に記載された方法がある。
【０００４】
この方法について図５を用いて説明すると、結晶方位〈１１０〉面に吐出エネルギー発生素子（不図示）を形成したシリコン基板１０１の表面側に溝状の第１の液供給口１２０を異方性エッチングにより形成し、そして、第１の液供給口１２０に連通する複数の液流路１２２となる型剤樹脂および液流路溝壁や吐出口（不図示）を形成する被覆樹脂１０５を形成した後に、シリコン基板１０１の裏面から異方性エッチングにより隔壁１２５、１２６をもって複数に分割された第２の液供給口１２１を形成している。このように基板そのものを隔壁構造とすることで、基板の剛性を高めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載された方法においては、基板そのものを隔壁構造とすることで、その製造方法が限られたものとなる。また、異方性エッチングを用いて隔壁構造を作製しているが、これでは、特定方位のシリコン基板しか使用することができず、さらに、異方性エッチングによっても、前述した隔壁構造をとるには、〈１１０〉基板を使用するだけでは不必要な方位面が出現するため、これを抑制することも必要となる。
【０００６】
このように、前記公報に記載された方法においては、基板そのものを隔壁構造として基板の剛性を高めることができるとしても、その隔壁構造を作製するための基板材料が限定され、さらにその製造方法も限られしかも工程が複雑になるという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、前述した従来技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、どのような基板材料にも適用でき、剛性の高い構造の液体吐出ヘッドが得られ、かつ簡単で平易な工程で作製することができる液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、基板上に形成された複数の吐出エネルギー発生素子と、該吐出エネルギー発生素子にそれぞれ対応するように形成された複数の吐出口と、該吐出口にそれぞれ連通する液流路と、前記基板を貫通して形成され前記液流路に液体を供給する液供給口とを有する液体吐出ヘッドにおいて、前記液供給口は、前記基板を貫通して形成されたスリット状長穴の、前記基板の前記吐出エネルギー発生素子が設けられる面である基板表面側の第１の液供給口と、前記スリット状長穴の、前記基板の前記吐出エネルギー発生素子が設けられる面の裏の面である基板裏面側に充填された樹脂に形成した複数の穴からなる第２の液供給口とで構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の液体吐出ヘッドにおいては、前記スリット状長穴は切削によりあるいはエッチングにより形成することができ、また、前記複数の穴はレーザー光の照射によりあるいは機械的に穿設することができる。
【００１０】
さらに、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、基板上に形成された複数の吐出エネルギー発生素子と、該吐出エネルギー発生素子にそれぞれ対応するように形成された複数の吐出口と、該吐出口にそれぞれ連通する液流路と、前記基板を貫通して形成され前記液流路に液体を供給する液供給口とを有する液体吐出ヘッドの製造方法において、前記基板にスリット状長穴を形成し、前記基板の吐出エネルギー発生素子が設けられる面の裏の面である前記基板裏面側から前記スリット状長穴に除去可能な樹脂を充填するとともにさらに前記基板裏面側から耐インク性樹脂を前記除去可能な樹脂に重ねて充填し、前記基板裏面側から前記耐インク性樹脂を貫通して前記除去可能な樹脂に至る第２の液供給口となる複数の穴を穿設し、その後に、前記除去可能な樹脂を除去して第１の液供給口を形成することを特徴とする。
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法においては、前記スリット状長穴の形成は前記基板裏面側から切削によりあるいはエッチングにより行われることが好ましく、また、前記複数の穴の穿設はレーザー光の照射によりあるいは機械的に行われることが好ましい。
【００１２】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法においては、前記吐出エネルギー発生素子の形成、前記液流路となる除去可能な型剤樹脂層の形成、および液流路溝壁や吐出口を形成する被覆樹脂層の形成は、前記基板にスリット状長穴を形成する前に行われることが好ましい。
【００１３】
【作用】
本発明によれば、基板を貫通するスリット状の長穴を切削加工あるいはエッチングにより形成し、基板裏面側から該長穴の基板表面側に除去可能な樹脂を充填するとともにさらに基板裏面側に耐インク性樹脂を充填し、該耐インク性樹脂を貫通するように基板裏面側から複数の穴をレーザー光の照射によりあるいは機械的に開け、その後に、除去可能な樹脂を除去することにより、第１の液供給口と複数の穴からなる第２の液供給口で液供給口を構成する。これにより、基板の剛性を強くすることができ、さらに、基板はどのような材料のものであってもよく、基板材料を自由に選定することが可能であり、製作工程を簡単にかつ平易にでき、設備投資が少ない液体吐出ヘッドの作製を可能する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一実施例について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一実施例による製作手順を示す工程図であり、図２の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本実施例による製作手順の工程における液体吐出ヘッドの長手方向の断面を示す図である。
【００１６】
本実施例においては、基板１としてＳｉＣ基板１ａを用いる。このＳｉＣ基板は、Ｓｉ基板と異なり、耐インク性があるため、液供給口等の内壁に特に耐食処理をする必要がない。先ず、図１の（ａ）に示すように、板厚０．８ｍｍのＳｉＣ基板１ａの前記吐出エネルギー発生素子が設けられる面である基板表面側に、蓄熱層（不図示）、発熱素子等の吐出エネルギー発生素子２、および吐出エネルギー発生素子２の保護層（不図示）を形成する。
【００１７】
次いで、図１の（ｂ）に示すように、基板表面に後に液流路２２となる型剤樹脂４をスピンナーで基板表面に塗布しパターニングする。型剤樹脂４としては、東京応化製フォトレジストＯＤＵＲ１０１０Ａを用い、乾燥後の膜厚は、２０μｍとする。
【００１８】
そして、図１の（ｃ）に示すように、液流路の溝壁や吐出口を構成する構造材料となる被覆樹脂５を型剤樹脂４の上に塗布しパターニングする。被覆樹脂５としては、旭電化製アデカオプトマーＣＲ−１．０を用いて、乾燥後の膜厚は２５μｍとする。この被覆樹脂５に対して吐出エネルギー発生素子２に対向する部位に吐出口６を形成する。
【００１９】
次に、図１の（ｄ）に示すように、ＳｉＣ基板１ａの前記吐出エネルギー発生素子が設けられる面の裏の面である基板裏面側から型剤樹脂４に至るまでブレードで後に液供給口部となるスリット状の長穴８を穿設する。このときの長手方向の断面を図２の（ａ）に示す。長穴８を穿設するブレードとして、幅１５０μｍの３０００番のダイヤモンドブレードを用いた。なお、図１は、図２の（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面を示している。
【００２０】
次いで、ＳｉＣ基板１ａの裏面にスリット状の長穴８を閉鎖するようにテープ１１を貼る。用いたテープ１１はリンテック社製表面保護テープＰ−５７８０である。そして、図２の（ｂ）に示すように、テープ１１における長穴８の両端部に対応する部位にそれぞれ穴１１ａを開け、その一方の穴１１ａから後に除去可能な樹脂（充填剤）１２を垂らす。すると、樹脂１２は毛管現象により長穴８の他端部にまで充填される（図１の（ｅ））。このとき長穴８を閉鎖するテープ１１の他方側の穴１１ａが大気に連通しているので、垂らした樹脂１２はスムーズに長穴８内を進入し長穴８を充填することができる。なお、除去可能な樹脂１２としては、東京応化製フォトレジストＯＦＰＲ８００を用いた。
【００２１】
その後、テープ１１を剥がして、樹脂１２を６５℃５時間の硬化を行う。樹脂１２は、樹脂分濃度が４０％程度であるので、硬化により基板厚さの４割程度に減少する（図１の（ｆ））。
【００２２】
次いで、図１の（ｇ）に示すように、長穴８内の硬化した樹脂１２上に耐インク性の樹脂１３を充填する。この樹脂（充填剤）１３の充填は、前述した除去可能な樹脂１２の充填（図１の（ｅ）および図２の（ｂ）参照）と同様に行う。なお、樹脂１３は、柔軟性に富み、硬化収縮の少ない樹脂が好ましく、東芝シリコーン社製ＴＳＥ３９９を用いた。この樹脂１３は、硬化収縮が少ないので、硬化後も基板裏面の近傍まで埋まっている。
【００２３】
次に、図１の（ｈ）に示すように、穴開け加工により、基板裏面から樹脂１３を貫通して除去可能な樹脂１２に至るまでの穴１４を複数開ける。このときの長手方向の断面を図２の（ｃ）に示す。この穴開け加工はレーザー光の照射によりあるいはドリル等を用いて機械的に行うことができ、この穴開け加工に際しては、樹脂１２の厚さが３００μｍ程度あるため、穴の深さ方向の加工精度は低くてよい。また、セラミックに比べ樹脂は容易に貫通穴を開けることが可能であり、チッピング等も生じることがない。
【００２４】
次いで、液流路２２となる型剤樹脂４および樹脂１２を除去液エチルセロソルブを用いて除去する。これにより、図１の（ｉ）に示すように、第１の液供給口２０と第２の液供給口２１をもった液体吐出ヘッドが完成する。このときの長手方向の断面を図２の（ｄ）に示す。
【００２５】
本実施例では、基板材料として、耐インク性のあるＳｉＣを用いたが、ＳｉＣに代えて耐インク性を有するＡｌＮを用いることも可能であり、この場合も液供給口に保護膜を形成する必要はない。
【００２６】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の第２の実施例について、図３および図４を用いて説明する。図３は、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の第２の実施例による製作手順を示す工程図であり、図４の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本実施例による製作手順の工程における液体吐出ヘッドの長手方向の断面を示す図である。
【００２７】
本実施例においては、基板１として表面結晶方位〈１１０〉のＳｉ基板１ｂを用い、先ず、図３の（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１ｂの表面上に、発熱素子等の吐出エネルギー発生素子２および吐出エネルギー発生素子２の保護膜（不図示）を形成する。そして、Ｓｉ基板１ｂの裏面には、後述する異方性エッチング工程で必要とするエッチングマスク剤３を形成する。
【００２８】
次いで、図３の（ｂ）に示すように、前述した実施例と同様に、基板表面に後に液流路２２となる型剤樹脂４をスピンナーで基板表面に塗布しパターニングする。型剤樹脂４としては、東京応化製フォトレジストＯＤＵＲ１０１０Ａを用い、乾燥後の膜厚は、２０μｍとする。
【００２９】
そして、図３の（ｃ）に示すように、液流路の溝壁や吐出口を構成する構造材料となる被覆樹脂５を型剤樹脂４の上に塗布しパターニングする。被覆樹脂５としては、旭電化製アデカオプトマーＣＲ−１．０を用いた。乾燥後の膜厚は２５μｍとする。この被覆樹脂５に対して吐出エネルギー発生素子２に対向する部位に吐出口６を形成する。
【００３０】
次に、図３の（ｄ）に示すように、Ｓｉ基板１ｂの裏面に形成されているエッチングマスク剤３にパターン３ａをエッチングにより形成する。
【００３１】
次いで、図３の（ｅ）に示すように、Ｓｉ異方性エッチング液を用いて異方性エッチングを行い、後に液供給口部となるスリット状の長穴８を形成する。このときの長手方向の断面を図４の（ａ）に示す。Ｓｉ異方性エッチング液としてＴＭＡＨ２２ｗ％溶液を用いてエッチング温度８０℃にて所定の時間をかけて異方性エッチングを行った。この時に、液体吐出ヘッドの機能素子が形成された面は東京応化製ＯＢＣ被膜で保護する（不図示）。このように異方性エッチングによってＳｉ基板１ｂを貫通したスリット状の長穴８を開けることは、前述した従来技術における隔壁構造を形成する場合に比べて簡単である。
【００３２】
次に、図３の（ｆ）に示すように、エッチングマスク剤３をドライエッチングで除去し、さらにＯＢＣ被膜をキシレンで除去する。
【００３３】
続いて、図３の（ｇ）〜（ｋ）に示すように、スリット状の長穴８への除去可能な樹脂１２の充填（図３の（ｇ）、図４の（ｂ））、除去可能な樹脂１２の硬化後における耐インク性の樹脂１３の充填（図３の（ｈ）〜（ｉ））、基板裏面から樹脂１３を貫通して除去可能な樹脂１２に至る複数の穴１４の穴開け加工（図３の（ｊ）、図４の（ｃ））、および、液流路２２となる型剤樹脂４および除去可能な樹脂１２の除去（図３の（ｋ））を、前述した実施例における図１の（ｅ）〜（ｉ）の処理と同様に行い、図３の（ｋ）および図４の（ｄ）に示すように、第１の液供給口２０と第２の液供給口２１をもった液体吐出ヘッドが完成する。
【００３４】
以上のように、本発明においては、ＳｉＣ基板やＳｉ基板等の基板を貫通する液供給口を、基板を貫通して形成されたスリット状の長穴の基板表面側の第１の液供給口と、長穴の基板裏面側に充填された樹脂に形成した複数の穴からなる第２の液供給口とで構成することにより、基板の剛性を強くすることができ、剛性の高い構造の液体吐出ヘッドが得られる。
【００３５】
さらに、基板を貫通するスリット状の長穴を切削加工あるいはエッチングにより形成し、基板裏面側から長穴の基板表面側に除去可能な樹脂を充填するとともにさらに基板裏面側に耐インク性樹脂を充填し、該耐インク性樹脂を貫通するように基板裏面側から複数の穴をレーザー光の照射によりあるいは機械的に開け、その後に、除去可能な樹脂を除去することにより、第１の液供給口および複数の穴からなる第２の液供給口で液供給口を構成することができ、基板はどのような材料のものであっても良く、基板材料を自由に選定することが可能となり、製作工程を簡単にかつ平易にでき、設備投資が少ない液体吐出ヘッドの作製を可能にする。さらに、液供給口をスリット状の長穴のみで構成しないことで基板の剛性を強くすることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、剛性の高い液体吐出ヘッドの作製が可能となり、そして、どのような基板材料にも適用でき、製造工程が簡単でかつ平易であって、設備投資が少ない液体吐出ヘッドの作製を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一実施例による液体吐出ヘッドの製作手順を示す工程図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一実施例による製作手順の工程における液体吐出ヘッドの長手方向の断面を示す図である。
【図３】本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の第２の実施例による液体吐出ヘッドの製作手順を示す工程図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の第２の実施例による製作手順の工程における液体吐出ヘッドの長手方向の断面を示す図である。
【図５】従来の液体吐出ヘッドの製造方法により作製された液体吐出ヘッドの長手方向の断面を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 基板
１ａ ＳｉＣ基板
１ｂ Ｓｉ基板
２ 吐出エネルギー発生素子
３ エッチングマスク剤
４ （液流路となる）型剤樹脂
５ 被覆樹脂
６ 吐出口
８ （スリット状）長穴
１１ テープ
１２ （除去可能な）樹脂
１３ （耐インク性）樹脂
１４ 穴
２０ 第１の液供給口
２１ 第２の液供給口
２２ 液流路

Claims (7)

1. 基板上に形成された複数の吐出エネルギー発生素子と、該吐出エネルギー発生素子にそれぞれ対応するように形成された複数の吐出口と、該吐出口にそれぞれ連通する液流路と、前記基板を貫通して形成され前記液流路に液体を供給する液供給口とを有する液体吐出ヘッドにおいて、
   前記液供給口は、前記基板を貫通して形成されたスリット状長穴の、前記基板の前記吐出エネルギー発生素子が設けられる面である基板表面側の第１の液供給口と、前記スリット状長穴の、前記基板の前記吐出エネルギー発生素子が設けられる面の裏の面である基板裏面側に充填された樹脂に形成した複数の穴からなる第２の液供給口とで構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記スリット状長穴は切削によりあるいはエッチングにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記複数の穴はレーザー光の照射によりあるいは機械的に穿設されていることを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッド。
4. 基板上に形成された複数の吐出エネルギー発生素子と、該吐出エネルギー発生素子にそれぞれ対応するように形成された複数の吐出口と、該吐出口にそれぞれ連通する液流路と、前記基板を貫通して形成され前記液流路に液体を供給する液供給口とを有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記基板にスリット状長穴を形成し、前記基板の吐出エネルギー発生素子が設けられる面の裏の面である前記基板裏面側から前記スリット状長穴に除去可能な樹脂を充填するとともにさらに前記基板裏面側から耐インク性樹脂を前記除去可能な樹脂に重ねて充填し、前記基板裏面側から前記耐インク性樹脂を貫通して前記除去可能な樹脂に至る第２の液供給口となる複数の穴を穿設し、その後に、前記除去可能な樹脂を除去して第１の液供給口を形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記スリット状長穴の形成は前記基板裏面側から切削によりあるいはエッチングにより行われることを特徴とする請求項４記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記複数の穴の穿設はレーザー光の照射によりあるいは機械的に行われることを特徴とする請求項４または５記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記吐出エネルギー発生素子の形成、前記液流路となる除去可能な型剤樹脂層の形成、および液流路溝壁や吐出口を形成する被覆樹脂層の形成は、前記基板にスリット状長穴を形成する前に行われることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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