JP5118245B2 - 液滴吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出ヘッドの製造方法に関し、さらに詳しくは、長尺インクジェット記録ヘッドを量産する際に、複数の流路ユニットを結合することによって液滴流路を形成する基板を長尺とし、製造時の歩留り向上を図り、また各流路ユニットのパターン形状を同一とすることによって組み立て時の選別工数を削減し、コスト低減を図る液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。

本発明の液滴吐出ヘッドに関連した従来技術として次のようなものが知られている。
特許文献１には、インクを吐出するために利用するインク吐出エネルギー発生素子を形成した第１基板と、第１基板と接合することにより吐出エネルギー発生素子の配置部位に対応したインク流路を形成するための凹部を有する第２基板と、インク流路と連通してインクを吐出するための吐出口が形成された吐出口形成部材とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、第１基板は、インクを吐出するために利用する吐出エネルギー発生素子を形成した短尺基板であるサブユニットをベースプレート上に複数個配列し、かつサブユニット間のすき間は流動性硬化部材で埋められて形成されていること、第１基板を保持するベースプレート上にサブユニット間のすき間に対応する溝が形成されていること、第２基板の凹部の凸部位と流動性硬化部材で埋められたサブユニットのすき間が対応するように第１基板と第２基板とが接合されていること、及び流動性硬化部材が常温硬化性樹脂であることが開示されている。

特許文献２には、接合する各要素ヘッドを平面外形が平行四辺形をなすように形成し、接合の際にはノズル列の略１間隔分だけ主走査方向にずらして接合するだけで長尺化されたノズル列の間隔及び対応するノズル間の間隙を均等に維持することができ、これにより、有効印字領域に対するインクジェットプリンタヘッドの走査領域の増加比率が小さくなり、したがって、プリンタの小型化を阻害することなく、すなわち、小型で高速な印字を行うインクジェットプリンタヘッドが開示されている。

特許文献３には、インクを吐出するためのエネルギーを発生する複数の吐出エネルギー発生手段を有する基板と、インクを吐出するための複数のオリフィスを備える複数のオリフィスプレートとを有し、複数の吐出エネルギー発生手段の上方に複数のオリフィスがそれぞれ配置されるように基板に対して複数のオリフィスプレートのそれぞれが接合されるとともに、複数のオリフィスプレート間にスリットが設けられていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドが開示されている。

特許文献４には、単独でノズルアクチュエータを構成する複数のヘッドチップの側面に接着剤の溜まり場となる切り欠き部を設け、側面同士を接着剤で接合してライン状に形成したインクジェットヘッドが開示され、このように単独でノズルアクチュエータを構成する複数のチップの側面同士を接合することで、ベースプレート等の基体を不要とし、構造のシンプル化、ヘッドの小型化、軽量化が可能となることが開示されている。

特許文献５には、記録装置の使用温度領域の温度変化に伴う記録ヘッドの両端のエネルギー発生素子間の長さの変化量が、エネルギー発生素子の間隔の１／２以下であるインクジェット記録装置が開示されている。
特開平７−２４１９９１号公報（特許第３２５５７８８号） 特開２０００−１２７４０１号公報 特開平８−５８１０１号公報 特開２００３−２６６７１１号公報 特開２００４−９８４７３号公報

従来、インクジェット記録ヘッドの量産技術として、特許文献１に記載されているように数多くの方法が提示されている（例えば、特開昭５５−９０３７５号公報、特開昭５６−７２９６７号公報、特開昭６０−１９６３４５号公報、特開昭６１−１５４９４７号公報）。これらは、基本的には基板上に、吐出エネルギー発生素子をパターニングし、次いでこの基板上にインク流路、液室及び吐出口を形成する部材を設け、インクジェット記録ヘッドとするものである。これらの技術は、シリアルプリンタのインクジェット記録ヘッドのような小型のインクジェット記録ヘッドを作成するのに適している。

また、ラインプリンタに用いる長尺インクジェット記録ヘッドを量産する技術としては、（１）前記従来技術の方法を長尺の基板に適用する方法、（２）短尺のインクジェット記録ヘッド（ユニット）を多数個アレイして、１個の長尺インクジェット記録ヘッドとする方法がある。

（１）の方法は、現在主流となっている３６０ｄｐｉで約３０００ｂｉｔに対応する吐出エネルギー発生素子を、完全無欠で基板上にパターニングしようとすると、歩留りが悪くなるという欠点がある。

（２）の方法については、ユニットを千鳥に配列する方法（特開昭５５−１３２２５３号公報）と、ユニットの端面を突き当てて一列に配列する方法（特開平２−２００９号公報、特開平３−１６７９５７号公報、特開平４−２２９２７８号公報）とが提案されている。これら方法は、（１）の方法の欠点を補うものとして有用である。短尺ユニットの良品のみを選別して組上げれば、（１）の方法よりも歩留りが向上するからである。

ユニットを千鳥に配列する方法は、最も実現可能性の高い方法であり、商品として市場に出ているものもある。しかしながら、個々のユニットへのインク供給系が複雑になる、あるいは高速印刷時にユニットへのインク供給が追いつかなくなる等の欠点がある。
一方、ユニットの端面を突き当てて一列に配列する場合に、ユニット間にすき間を開けることにより問題を解消することが提案された（特開平４−２２９２７８号公報）。

さらに、すき間を開けることによりユニット両端部に対応する液流路の下部からインクが漏れやすくなり、吐出の際にそのインクがすき間に入り込んで隣接するユニット端部の液流路がクロストークを起こす。ユニット端部で切断等により生じた保護膜等のすき間よりインクが侵入することにより電蝕を起こす等の問題に対して、すき間を流動性効果部材で埋めて改善しているが、各々のユニットの突き当て部で、ノズルを定められた間隔で配置するのは困難である。

本発明は、長尺インクジェット記録ヘッドを量産する際に、短尺のユニットの良品のみを選別して組上げることによる歩留り向上を図り、また各ユニット形状を同一とすることによる組み立て時の選別工数を削減することにより、低コスト化を図るものである。
加えて、各々のユニットの突き当て部でノズルを定められた間隔で配置するのが困難であることに鑑み、ノズルに対応する流路を形成している流路形成部材をシリコンで形成し、さらにはシリコンの異方性エッチングを用いて加工し、突き当て部での寸法精度の向上を図り、流路形成部材を組み立て精度の向上を図ることを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、吐出エネルギー発生素子を形成した第１基板と、前記吐出エネルギー発生素子の配置部位に対応した液体流路を形成する第２基板と、前記液体流路に連通して液滴を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、を備え、前記第２基板は、シリコンで形成された同一パターンの流路ユニットを含む複数の流路ユニットを結合して構成され、各流路ユニットには、前記流路ユニット同士を結合させる方向に対し、その長手方向が直交するように前記液体流路が形成され、該液体流路を前記結合させる方向に配列した液体流路列が形成され、該液体流路列が前記液体流路の長手方向に複数形成された液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記各流路ユニットは、シリコンウェハを用いたリソグラフィーによるマスク形成あるいはマスク膜のエッチングによりマスクパターンを形成した後、異方性のウェットエッチングあるいはドライエッチングと異方性ウェットエッチングの両方により、前記シリコンウェハをエッチングして得た貫通溝により他の流路ユニットとの結合面を形成するとともに、前記結合面の一部は、前記液体流路内の長手方向を通過して形成するようにしている。

本発明によれば、流路基板をシリコンで形成された複数の流路ユニットで構成することにより、各々の流路ユニットが小さくなり、シリコンウェハの無駄（余剰）を少なくでき、コストダウンを図ることができる。また、流路ユニットをシリコンで形成することにより、複数のユニットを並べる際の精度が向上し、短尺の基材からでも精度よく長尺の流路基板を形成することが可能となる。

また、各流路ユニットのパターンを同一にすることにより、異なるパターンの複数ユニットの場合に比べ、並べる際の配列順序に配慮する必要がなく、作業が簡略化される。また、不良ユニット発生時の補填を行う際には、ユニット種選定作業の必要がなく、各種ユニット数合わせによる無駄（余剰）ユニットの発生がなくなり、さらなるコストダウンを図ることが可能となる。

また、流路ユニットの流路及びユニット分割部は、ドライエッチングと異方性ウェットエッチングを併用することで形成される。ドライエッチングのみによって形成する場合には、エッチング形状のばらつき、再現性等のエッチング特性がユニット分割部形状に顕著に影響するところであるが、異方性ウェットエッチングを併用することによって、＜１１１＞面で貫通分離面が形成されることになり、寸法制御、再現性、平面性にすぐれた分割部の形成が可能となる。また、ウェットエッチングだけで貫通させるには、パターンの制約を受けるが、ドライエッチングを併用することで、生産性に優れた流路ユニットの製造が実現できる。さらに、＜１１１＞面以外の部分をダイシングによる分離とすることにより、突き当て部が＜１１１＞面で揃った平面となり、接合時の寸法制度が向上する。

本発明は、長尺インクジェット記録ヘッドを量産する際に、短尺のユニットの良品のみを選別して組上げることによる歩留り向上を図り、また各ユニット形状を同一とすることによる組み立て時の選別工数を削減することにより、低コスト化を図り、またノズルに対応する流路を形成している流路形成部材をシリコンで形成し、シリコンの異方性エッチングを用いて加工し、突き当て部での寸法精度の向上を図り、流路形成部材を組み立て精度の向上を図ることを目的とするもので、そのための構成は、吐出エネルギー発生素子を形成した第１基板と、前記吐出エネルギー発生素子の配置部位に対応した液体流路を形成する第２基板と、前記液体流路に連通して液滴を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、を備え、前記第２基板は、シリコンで形成された同一パターンの流路ユニットを含む複数の流路ユニットを結合して構成され、各流路ユニットには、前記流路ユニット同士を結合させる方向に対し、その長手方向が直交するように前記液体流路が形成され、該液体流路を前記結合させる方向に配列した液体流路列が形成され、該液体流路列が前記液体流路の長手方向に複数形成された液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記各流路ユニットは、シリコンウェハを用いたリソグラフィーによるマスク形成あるいはマスク膜のエッチングによりマスクパターンを形成した後、異方性のウェットエッチングあるいはドライエッチングと異方性ウェットエッチングの両方により、前記シリコンウェハをエッチングして得た貫通溝により他の流路ユニットとの結合面を形成するとともに、前記結合面の一部は、前記液体流路内の長手方向を通過して形成するものである。
以下、本発明の液滴吐出ヘッドを実施例に基づいて説明する。

図１は、本発明が適用されるインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。
図１に示すインクジェットヘッドは、ノズル板１０、液室形成部材２０、振動板３０、アクチュエータ部材４０の各部材から構成されている。
ノズル板１０は、インク滴を飛翔させるための微細孔である多数のノズル１１が各液室の先端部分に対応して形成されており、ノズル１１の径は２０−３５μｍである。このノズル板１０は、例えば電鋳工法によって製造したＮｉの金属プレートを用いているが、シリコンやその他の金属、あるいはポリイミド等の樹脂フィルムを用いることができる。なお、ノズル板１０には撥水性の表面処理膜を成膜している。

液室形成部材２０は、シリコンで形成されており、シリコン基板の面方位は＜１１０＞を使用している。＜１１０＞基板を使用することにより、ノズルのピッチ方向に対して垂直に液室を形成することができるため微細化、狭ピッチ化に有利となる。また、異方性ウェットエッチングする際のマスク寸法により各ユニットの分割部が形成されるため、精度の良い接続部の形成が可能となる。液室形成部材２０には各ノズル１１に連通する連通管２１と液室２２が形成されている。
各ノズル１１へ連通する連通管２１は、例えばドライエッチングによる深堀と異方性エッチングにより形成されている。異方性エッチングを行うエッチング液としては、ＫＯＨ水溶液、ＴＭＡＨ液等が使用できる。液室２２は、Ｓｉの異方性エッチング法により形成されている。また液室形成部材２０の表面には酸化膜が形成されている。酸化膜が形成されていることで、インクに対して溶出しにくく、また濡れ性も向上するため気泡の滞留が生じにくい構造となるが、酸化膜に限らず窒化チタン（ＴｉＮ）膜、またはポリイミド膜でもかまわない。

振動板３０は、Ｎｉ電鋳工法で形成した金属プレートからなり、この振動板３０の振動機能部は、圧電素子内の非駆動部に接合する梁部３１と、圧電素子内の駆動部と接合する島状凸部３２と、この凸部の周囲に形成した厚み２−１０μｍ程度の最薄膜部分３３（ダイヤフラム領域）とからなる。

アクチュエータ部材４０は、セラミックス基板、例えばチタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライト等の絶縁性の基板上に電気機械変換素子である複数の積層型圧電素子を列状に２列配列して接合し、これら２列の各圧電素子をダイシングにより切断を行っている。なお、各列の複数の圧電素子はチャンネル方向で駆動波形を印加する駆動部４１を構成している。ここで、圧電素子は厚さ１０−５０μｍ／層のチタン酸ジルコン酸（ＰＺＴ）と厚さ数μｍ／層の銀パラジゥム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極とを交互に積層したものである。圧電素子を厚さ１０−５０μｍ／層の積層型とすることによって低電圧駆動を可能としている。なお、電気機械変換素子はＰＺＴに限られるものではない。そして、この圧電素子の内部電極を交互に端面に取り出して端面電極として一方基板上に共通電極パターン及び個別電極パターンを駆動部となる圧電素子の端面電極に導電性接着剤等を介して電気的に接続し、共通電極パターン及び共通電極パターンに接続したＦＰＣケーブルを介してＰＣＢ基板と接続して駆動部４１に駆動波形を印加することによって積層方向の伸びの変位を発生させる。

図２は、本発明の実施例１によるインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。
実施例１のインクジェットヘッドは、図１に示すインクジェットヘッドにおいて、液室形成部材２０が２列の連通管列を横断するように分割された例であって、液室形成部材２０ａ，２０ｂは各々シリコンからなる流路ユニットであって、各々側面を突き当てて接合される。なお、図２では２分割の例を示すが、分割数は２に限るものではない。

図３は、液室形成部材の第１の分割例を液室面側から見た平面図である。
第１の分割例は、液室形成部材２０両端部２０ｃ，２０ｆ、及び内部を２０ｄ，２０ｅという４種の流路ユニットからなる例である。この場合、端部１部材に対し、内部は分割数により必要数を考慮して母材に配置し製作する必要がある。さらに、内部の分割数自体も考慮の必要がある。不良発生数を考慮すると、さらに１母材での必要数、配置の考慮は複雑となる。

図４は、液室形成部材の第２の分割例を液室面側から見た平面図である。
第２の分割例は、液室形成部材２０が両端部２０ｇ，２０ｉ、及び内部を２０ｈ，２０ｈという３種（内部は１種）の流路ユニットからなる例である。このように内部を１種にすることにより、分割数の自由度が増し、端部に対し内部の必要数の考慮も簡便となり、不良発生時の余剰流路ユニット製作数も少なくなる。

図５は、液室形成部材の第３の分割例を液室面側から見た平面図である。
第３の分割例では、液室形成部材が両端部２０ｊ，２０ｊ（図５中の点線部の液室は不使用）、及び内部を２０ｊ，２０ｊという１種の流路ユニットとした例である。このように１種の流路ユニットにすることにより、分割数は自由に選択可能となり、不良発生時の余剰流路ユニットはなくなる。さらには、接合数を変更することにより設計変更することなく、同一母材から、ヘッド長さの異なるヘッド組み立てが可能となる。

第１〜３の分割例では、液室部，非液室部の区別なく分割している例を示したが、さらなる精度向上のため、シリコンの異方性エッチング法の適用をすると、各種補正パターンを適用して補正可能ではあるが、液室部で分割が行われる際の液室分割界面のパターンが非液室部の液室とは異なる形状となる。

図６は、液室形成部材の第４の分割例を液室面側から見た平面図である。
第１〜３の分割例に対して第４の分割例では、液室部で分割することを避け、非液室部のみの分割を液室（ノズル）千鳥配置のパターンで行う。これにより、図５に示す第３の分割例と同様に、１種類の流路ユニットとした例である。高次面相当部２３の掘り込み部が現れるが、このエリアは補正パターンを適用することにより、液室に干渉しない設計が可能となる。

図７は、シリコンウェハにおいて流路形成部材を分割する際の各部材のレイアウト例を示す図で、図７（Ａ）は１００ｍｍ長の流路形成部材を９分割する例を示し、図７（Ｂ）は１００ｍｍ長の流路形成部材を１６分割する際の流路ユニットが得られるように１６３分割する例を示す。
図７（Ａ），図７（Ｂ）の場合の取れ数比較は、図７（Ａ）のように１００ｍｍ長の流路形成部材に分割がない場合の取れ数９個に対し、図７（Ｂ）のように１６分割の場合は、取れ数１０．２個（１６３／１６）となる。ウェハ内のビットが良品の場合は、分割することにより取れ数の増率は１．１３倍であるが、ウェハ内に１ビット不良が存在する場合、取れ数の増率は１．２７倍となる。欠陥数が増加するとさらに増率は増加する。
図７（Ｂ）の太線部が分割（接合）面のスリットエリアを示し、細線部をダイシング等により切断して各部材を分割する。このように、スリット断面が突き当て部となるように加工する。

図８は、図７（Ｂ）の太線部近傍を示す拡大図で、図８（Ａ）は液室部、非液室部の区別なくスリットを設けて分割する例を示し、図８（Ｂ）は非液室部にスリットを設けて分割する例を示す。
スリット断面を異方性エッチングで実施する際には、図８（Ａ），図８（Ｂ）に示す太線部の形が崩れるため、補正パターンによる改善は実施されるが、液室部で断面した際の形が非液室部で断面した際の形とは異なるため、液室を同一の形にしようとすると、図８（Ｂ）に示すように非液室部（液室以外部）に太線部２０ｓを設ける。

以下、本発明の実施例２による液滴吐出ヘッドの製造方法について説明する。
図９〜図１１は、実施例２の流路ユニットの製造方法における一連の工程を示す図で、図１０は図９の工程から続く工程を示し、図１１は図１０の工程から続く工程を示す。なお、それぞれの図の左図は図８（Ｂ）に示すＣ１−Ｃ２断面の片側ビットを示し、右図は図８（Ｂ）に示すＢ１−Ｂ２断面の一部を示す。
まず、図９（Ａ）に示すように、厚さ４００μｍのシリコン基板＜１１０＞１０１を用意し、厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜１０２、及び０．２μｍのＬＰ−ＣＶＤ窒化膜１０３を形成した。

次に、図９（Ｂ）に示すように、ノズル接合面に連通管形成パターン１０５と余剰接着剤を流れ込ませる肉抜きパターン１０６及びスリットパターン１０４を加えた形状にレジストのパターニングを行う。その後、窒化膜１０３にドライエッチングにてパターニングを行った。

次に、図９（Ｃ）に示すように、レジストのパターニングを行い、その後シリコン酸化膜１０２を連通管形成パターン１０７及びスリットパターン１０８の形状にドライエッチングにてパターニングを行った。

その後、図１０（Ｄ）に示すように、液室のパターン１０９及びスリットパターン１１０を加えた形状にレジストのパターニングを行い、その後、窒化膜１０３のパターニングをノズル面と同様にドライエッチングにて行った。

次に、図１０（Ｅ）に示すように、レジストのパターニングを行い、その後シリコン酸化膜１０２を連通管形成パターン１１１及びスリットパターン１１２の形状にドライエッチングにてパターニングを行った。

その後、図１０（Ｆ）に示すように、ＩＣＰドライエッチャーを使用して連通管１１３及びスリット１１４のエッチングを行った。この際、ＩＣＰエッチャーを使用してのドライエッチングは３００μｍの深さまで行った。

その後、図１１（Ｇ）に示すように、レジストを除去して水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い、連通管１１５及びスリット１１６を貫通させた。水酸化カリウム水溶液による連通管１１５の貫通工程では、ノズル面側、振動板側両面よりエッチングを行った。連通管貫通直後は異方性エッチングによる傾斜部が発生するが、本実施例では該傾斜部をこの連通管貫通工程にて後退させて傾斜部全てのエッチングを行った。

その後、図１１（Ｈ）に示すように、窒化膜１０３をマスクとして希ふっ酸により酸化膜１０２のウェットエッチングを行った。

その後、図１１（Ｉ）に示すように、再度水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い、液室部１１８、肉抜き部１１９及びスリット１２０の形成を行った。液室部形成時のシリコンの異方性エッチングは水酸化カリウム水溶液濃度３０％、処理温度８５℃で行った。

最後に、図１１（Ｊ）に示すように、窒化膜１０３及び酸化膜１０２の除去を行い、その後、耐インク接液膜としてシリコン酸化膜１２１を１μｍの厚さで形成してインクジェット用液室形成部材の形成を行った。
以上の実施例では連通管形成工程で、本発明の突き当て面を形成するため、連通管と同じ精度で接合時の突き当て面形成が可能となる。

以下、本発明の実施例３による液滴吐出ヘッドの製造方法について説明する。
図１２〜図１４は、実施例３の流路ユニットの製造方法における一連の工程を示す図で、図１３は図１２の工程から続く工程を示し、図１４は図１３の工程から続く工程を示す。なお、それぞれの図の左図は図８（Ｂ）に示すＣ１−Ｃ２断面の片側ビットを示し、右図は図８（Ｂ）に示すＢ１−Ｂ２断面の一部を示す。
まず、図１２（Ａ）に示すように、厚さ４００μｍのシリコン基板＜１１０＞２０１を用意し、１５０μｍのＬＰ−ＣＶＤ窒化膜２０２を形成した。

次に、図１２（Ｂ）に示すように、ノズル接合面にノズル面側連通管パターン２０４と接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜きパターン２０５及びスリットパターン２０３を加えた形状にレジストのパターニングを行い、その後、窒化膜２０２をドライエッチングにてパターニングを行った。

次に、図１２（Ｃ）に示すように、液室のパターン２０９及びスリットパターン２０８を加えた形状にレジストのパターニング及び窒化膜のパターニングを行った。

次に、図１３（Ｄ）に示すように、高温酸化膜２１０を２５０μｍの厚さで窒化膜２０２及びシリコン２０１を覆うように形成し、さらに高温酸化膜２１０の上に１５０μｍのＬＰ−ＣＶＤ窒化膜２１１の形成を行った。

次に、図１３（Ｅ）に示すように、ノズル面及び振動板面の窒化膜２１１及び酸化膜２１０を連通管の形状及びスリットパターンをドライエッチングにより形成した。

その後、図１３（Ｆ）に示すように、ＩＣＰドライエッチャーを使用して連通管形状２１３及びスリットパターン２１２のパターニングを行った。この際のレジスト膜厚は８μｍにて行った。

その後、図１４（Ｇ）に示すように、レジストを除去して水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い連通管２１５及び本発明のパターン２１４を貫通させた。

その後、図１４（Ｈ）に示すように、上層の窒化膜２１１を熱燐酸により除去を行った。高温酸化膜２１０は上層の窒化膜２１１を除去する際のストップ層として使用している。続いて高温酸化膜２１０を希ふっ酸により除去を行った。

その後、図１４（Ｉ）に示すように、再度水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い、液室部２１６、ノズル接合面肉抜き部２１７及びスリットパターン２１８を形成した。加圧液室部形成時のシリコンの異方性エッチングは水酸化カリウム水溶液濃度３０％、処理温度８５℃で行った。

最後に、図１４（Ｊ）に示すように、窒化膜２０２の除去を行い、その後耐インク接液膜としてシリコン酸化膜２１９を１μｍの厚さで形成してインクジェット用加圧液室形成部材の形成を行った。
以上の実施例３の製造方法では、本発明の突き当て面を連通管形成工程と同工程で作製することにより、連通管と同じ精度で接合時の突き当て面形成が可能となる。

以下、本発明の実施例４による液滴吐出ヘッドの製造方法について説明する。
図１５、図１６は、実施例４の流路ユニットの製造方法における一連の工程を示す図で、図１６は図１５の工程から続く工程を示す。なお、それぞれの図の左図は図８（Ｂ）に示すＣ１−Ｃ２断面の片側ビットを示し、右図は図８（Ｂ）に示すＢ１−Ｂ２断面の一部を示す。
まず、図１５（Ａ）に示すように、厚さ４００μｍのシリコン基板＜１１０＞３０１を用意し、１５０μｍのＬＰ−ＣＶＤ窒化膜３０２を形成した。

次に、図１５（Ｂ）に示すように、ノズル接合面にノズル面側連通管パターン３０４と接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜きパターン３０５及びスリットパターン３０３を加えた形状にレジストのパターニングを用い、窒化膜３０２をドライエッチングにてパターニングを行った。

次に、図１５（Ｃ）に示すように、液室のパターン３０７及びスリットパターン３０６形状にレジストのパターニングおよび窒化膜のパターニングを行った。

次に、図１６（Ｄ）に示すように、ＩＣＰドライエッチャーによるシリコンエッチングのためのマスク形成を行った。この際のレジスト膜厚は８μｍにて行った。本実施例ではＩＣＰエッチングを振動板接合面側より行っているが、ノズル接合面側より行ってもかまわない。

次に、図１６（Ｅ）に示すように、ＩＣＰドライエッチャーを使用して連通管形状３１１及びスリットパターン３１０のパターニングを行った。

その後、図１６（Ｆ）に示すように、レジストを除去して水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い、連通管３１３及びスリットパターン３１２の貫通、及び液室部３１４、ノズル接合肉抜き部３１５を形成した。液室部形成時のシリコンの異方性エッチングは水酸化カリウム水溶液濃度３０％、処理温度８５℃で行った。

最後に、図１６（Ｇ）に示すように、窒化膜３０２の除去を行い、その後、耐インク接液膜としてシリコン酸化膜を１μｍの厚さで形成してインクジェット用加圧液室形成部材の形成を行った。

実施例４の製造方法では、本発明の突き当て面を連通管形成工程と同工程で作製することにより、連通管と同じ精度で接合時の突き当て面形成が可能となる。
また、窒化膜のみを液室形成時のマスクとしているため、より高精度の寸法制御が可能となった。さらには短工程のプロセスであり、低コストの液室形成部材を形成することが可能となった。
以上、製造方法に関し３通りの実施例２〜４について説明したが、いずれの場合にも連通管と同時形成することにより、同じ精度で接合時の突き当て面形成が可能となる。

次に、本発明の実施例５のインクカートリッジについて説明する。
図１７は、実施例５のインクカートリッジを示す全体斜視図である。
実施例５のインクカートリッジ５１は、インク吐出口５３等を有する実施例１のインクジェットヘッド５２と、このインクジェットヘッド５２に対してインクを供給するインクタンク５４とを一体化したものである。

このようなインクタンク一体型のインクジェットヘッドの場合、ヘッドの歩留まり不良は直ちにインクカートリッジ全体の不良につながるので、前記したようにヘッドの高熱による吐出不良を低減することで、インクカートリッジの歩留まりが向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの低コスト化を図ることができる。

次に、本発明の液滴吐出ヘッドを搭載した実施例６のインクジェット記録装置について説明する。
図１８は、実施例６のインクジェット記録装置の要部を示す斜視図、図１９は、同インクジェット記録装置の機構部を示す側面図である。
実施例６のインクジェット記録装置は、記録装置本体６１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ７３、キャリッジ７３に搭載され本発明の液滴吐出ヘッドからなるインクジェットヘッド７４、インクジェットヘッドへインクを供給するインクカートリッジ７５等で構成される印字機構部６２等を収納し、装置本体６１の下方部には前方側から多数枚の用紙６３を積載可能な給紙カセット（あるいは、給紙トレイ）６４を抜き差し自在に装着することができ、また用紙６３を手差しで給紙するための手差しトレイ６５を開倒することができ、給紙カセット６４あるいは手差しトレイ６５から給送される用紙６３を取り込み、印字機構部６２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６６に排紙する。

印字機構部６２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド７１と従ガイドロッド７２とでキャリッジ７３を主走査方向（図１９で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ７３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッド７４を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ７３にはインクジェットヘッド７４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ７５を交換可能に装着している。

インクカートリッジ７５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド７４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとして、ここでは各色のインクジェットヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。

ここで、キャリッジ７３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド７１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド７２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ７３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ７７で回転駆動される駆動プーリ７８と従動プーリ７９との間にタイミングベルト８０を張装し、このタイミングベルト８０をキャリッジ７３に固定しており、主走査モータ７７の正逆回転によりキャリッジ７３が往復駆動される。

一方、給紙カセット６４にセットした用紙６３をインクジェットヘッド７４の下方側に搬送するために、給紙カセット６４から用紙６３を分離給装する給紙ローラ８１及びフリクションパッド８２と、用紙６３を案内するガイド部材８３と、給紙された用紙６３を反転させて搬送する搬送ローラ８４と、この搬送ローラ８４の周面に押し付けられる搬送コロ８５及び搬送ローラ８４からの用紙６３の送り出し角度を規定する先端コロ８６とを設けている。搬送ローラ８４は副走査モータ８７によってギヤ列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ７３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ８４から送り出された用紙６３をインクジェットヘッド７４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材８９を設けている。この印写受け部材８９の用紙搬送方向下流側には、用紙６３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ９１、拍車９２を設け、さらに用紙６３を排紙トレイ６６に送り出す排紙ローラ９３及び拍車９４と、排紙経路を形成するガイド部材９５，９６とを配設している。

記録時には、キャリッジ７３を移動させながら画像信号に応じてインクジェットヘッド７４を駆動することにより、停止している用紙６３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙６３を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号、または用紙６３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙６３を排紙する。

また、キャリッジ７３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド７４の吐出不良を回復するための回復装置９７を配置している。回復装置９７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ７３は印字待機中にはこの回復装置９７側に移動されて、キャッピング手段でインクジェットヘッド７４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中等に記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェットヘッド７４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、高熱によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。

また、本発明は長尺のインクジェットへッドを低コストで製造することができることから、用紙幅に対応するような長尺に形成したインクジェットへッドを記録装置本体に用紙搬送方向に交差するように固定して設置するライン型インクジェット記録装置とすることができる。このライン型インクジェット記録装置においては、用紙がインクジェットへッド下方に搬送されてきたときにインクジェットヘッドを駆動して、停止している用紙にインクを吐出して１行分を記録し、用紙を所定量搬送後、次の行の記録を行うことにより低騒音で高速の画像形成を行うことができるラインプリンタ等の画像形成装置が低コストで容易に製造することが可能となる。

本発明が適用されるインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。 実施例１のインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。 液室形成部材の第１の分割例を液室面側から見た平面図である。 液室形成部材の第２の分割例を液室面側から見た平面図である。 液室形成部材の第３の分割例を液室面側から見た平面図である。 液室形成部材の第４の分割例を液室面側から見た示平面である。 シリコンウェハにおいて流路形成部材を分割する際の各部材のレイアウト例を示す図で、図７（Ａ）は１００ｍｍ長の流路形成部材を９分割する例を示し、図７（Ｂ）は１００ｍｍ長の流路形成部材を１６分割する際の流路ユニットが得られるように１６３分割する例を示す。 図７（Ｂ）の太線部近傍を示す拡大図で、図８（Ａ）は液室部、非液室部の区別なくスリットを設けて分割する例を示し、図８（Ｂ）は非液室部にスリットを設けて分割する例を示す。 実施例２の流路ユニットの製造方法における一連の工程を示す図である。 図９の工程から続く工程を示す図である。 図１０の工程から続く工程を示す図である。 実施例３の流路ユニットの製造方法における一連の工程を示す図である。 図１２の工程から続く工程を示す図である。 図１３の工程から続く工程を示す図である。 実施例４の流路ユニットの製造方法における一連の工程を示す図である。 図１５の工程から続く工程を示す図である。 実施例５のインクカートリッジを示す全体斜視図である。 実施例６のインクジェット記録装置の要部を示す斜視図である。 インクジェット記録装置の機構部を示す側面図である。

１０…ノズル板、１１…ノズル、２０…液室形成部材、２０ａ〜２０ｋ…流路ユニット、２０ｓ…太線部、２１…連通管、２２…液室、３０…振動板、３１…梁部、３２…島状凸部、３３…最薄膜部分、４０…アクチュエータ部材、４１…駆動部、５１…インクカートリッジ、５２…インクジェットヘッド、５３…インク吐出口、５４…インクタンク、６１…記録装置本体、６２…印字機構部、６３…用紙、６４…給紙カセット、６６…排紙カセット、７１…主ガイドロッド、７２…従ガイドロッド、７３…キャリッジ、７４…インクジェットヘッド、７５…インクカートリッジ、８０…タイミングベルト、８１…給紙ローラ、８２…フリクションパッド、８４…搬送ローラ、８５…搬送コロ、８６…先端コロ、８９…印写受け部材、９３…排紙ローラ、９４…拍車、１０１…シリコン基板、１０２…シリコン酸化膜、１０３…窒化膜、１０４，１０８，１１０，１１２…スリットパターン、１０５，１０７，１１１…連通管形成パターン、１０６…肉抜きパターン、１０９…液室パターン、１１３，１１５…連通管、１１４，１１６，１２０…スリット、１１８…液室部、１１９…肉抜き部、１２１…接液膜。

Claims (1)

1. 吐出エネルギー発生素子を形成した第１基板と、
   前記吐出エネルギー発生素子の配置部位に対応した液体流路を形成する第２基板と、
   前記液体流路に連通して液滴を吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、を備え、
   前記第２基板は、シリコンで形成された同一パターンの流路ユニットを含む複数の流路ユニットを結合して構成され、
   各流路ユニットには、前記流路ユニット同士を結合させる方向に対し、その長手方向が直交するように前記液体流路が形成され、該液体流路を前記結合させる方向に配列した液体流路列が形成され、該液体流路列が前記液体流路の長手方向に複数形成された液滴吐出ヘッドの製造方法において、
   前記各流路ユニットは、シリコンウェハを用いたリソグラフィーによるマスク形成あるいはマスク膜のエッチングによりマスクパターンを形成した後、異方性のウェットエッチングあるいはドライエッチングと異方性ウェットエッチングの両方により、前記シリコンウェハをエッチングして得た貫通溝により他の流路ユニットとの結合面を形成するとともに、
   前記結合面の一部は、前記液体流路内の長手方向を通過して形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。

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