JP5404331B2 - インクジェット記録ヘッド、記録素子基板、インクジェット記録ヘッドの製造方法、および記録素子基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッド、記録素子基板、インクジェット記録ヘッドの製造方法、および記録素子基板の製造方法に関する。

従来のフルラインタイプのインクジェット記録ヘッドは、シリコンやガラスなどからなる複数の記録素子基板同士の端面を直線状に突き当てて配列し製造される（特許文献１参照）。しかしながら、この方式でのフルラインタイプのインクジェット記録ヘッドの製造方法では、突き当て製法を用いて記録素子基板同士の配列を行うため、記録素子基板の切断精度バラツキが、そのまま吐出口の配列精度になるという問題を生ずる。

そこで、この問題の対策として特許文献２では、記録素子基板の支持部材上に複数の記録素子基板を互いに離間して設けるとともに、この間隔の値を記録素子基板の切断精度バラツキに応じて変更することで対応している。ただし、記録素子基板を切断するダイサーの精度は±１５μｍ程度であるため、インク吐出ノズル壁の幅、吐出口径等を考慮すると、実際に対応可能な吐出口密度は３６０ｄｐｉ程度となる。

特開平２―２１２１６２号公報（欧州特許第０３７６５１４号明細書） 特開平８―１２７１２７号公報

しかしながら、近年の市場からの高速記録化および高画質化の要求に伴い、吐出口は６４個から１２８個、さらには２５６個等に増え、吐出口密度も３００ｄｐｉから６００ｄｐｉ等のように高密度化している。すなわち、吐出口間の間隔がますます狭くなってきていることで、各記録素子基板の切断精度のバラツキに応じて各基板間の距離を変えるという従来の方法では対応できなくなりつつある。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものである。本発明は、高吐出口密度を有する記録素子基板の接着固定に必要な精度を容易に満足できるインクジェット記録ヘッド、記録素子基板、インクジェット記録ヘッドの製造方法、および記録素子基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様のインクジェット記録ヘッドは、インクが内部を通るとともに互いに離間して配された複数の流路を有する記録素子基板を複数備えたインクジェット記録ヘッドであって、各記録素子基板は、インクを吐出するインク吐出口を備える部材と、吐出口にインクを供給するための供給口を備える基板と、を含み、部材は複数の流路と連通しインクを吐出する複数のインク吐出口が配された面を有し、該面と略直交する基板の側面はドライエッチングによって形成された面であり、前記記録素子基板間の位置決め基準面として機能する。

本発明の一態様の記録素子基板は、インクが内部を通るとともに互いに離間して配された複数の流路を有する記録素子基板であって、各記録素子基板は、インクを吐出するインク吐出口を備える部材と、前記吐出口にインクを供給するための供給口を備える基板と、を含み、部材は複数の流路と連通しインクを吐出する複数のインク吐出口が配された面を有し、該面と略直交する基板の側面はドライエッチングによって形成された面であり、複数の記録素子基板間の位置決め基準面として機能する。

本発明の一態様のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、支持部材上に記録素子基板が形成されたインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、主面にインクを吐出するための圧力を発生する吐出圧力発生素子を備え、主面と略直交する側面がドライエッチングにより形成された基板を含む記録素子基板を用意するステップと、記録素子基板のエッチングされた側面を記録素子基板の位置決めのための位置決め部に当接させるステップと、記録素子基板と位置決め部との当接状態を維持した状態で記録素子基板と支持部材とを固定するステップと、を有する。本発明の別のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、インクを吐出するための圧力を発生する素子を備える第１の面と、該第１の面と略直交しドライエッチングにより形成された第２の面と、を備える第１記録素子基板及び第２の記録素子基板を用意する工程と、第２の面同士が対向するように第１及び第２の記録素子基板を支持基板上に固定する工程と、を有する。本発明のさらに別のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、第１の面と第２の面とを貫通する、インクを供給するための供給口を備え、第１の面と略直交する側面がドライエッチングにより形成された面である基板を備える第１の記録素子基板及び第２の記録素子基板を用意する工程と、エッチングされた側面同士が略平行に対向するように第１及び第２の記録素子基板を支持基板上に固定する工程と、を有する。

本発明の一態様の記録素子基板の製造方法は、インクが内部を通るとともに互いに離間して配された複数の流路と連通しインクを吐出する複数のインク吐出口が配された面を備える部材と、該面と略直交する側面を備える基板と、を有する、記録素子基板の製造方法であって、複数の前記記録素子基板間の位置決め基準面として機能する側面をドライエッチングにより形成するステップを有する。

本発明では、複数のインク吐出口が配された第１の面と交差して記録素子基板の側面を形成する第２の面の少なくとも一部がエッチング処理されている。これにより、エッチング処理された第２の面は、防食加工されることで表面精度を保証することができる。このように表面精度が保証された各記録素子基板の第２の面同士を互いに当接させることで、各記録素子基板間の接着固定位置の精度を保証することができる。そのため、各記録素子基板に配された各インク吐出口間の距離の精度についても同様に保証できることで、高吐出口密度の記録素子基板を接着固定する際に必要な精度に対応可能となる。

本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの概略斜視図である。 図１に示すインクジェット記録ヘッドのＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの記録素子基板の概略を示す斜視図である。 図３に示す記録素子基板の製造方法を示す断面図である。 図４に示す方法により製造された記録素子基板が形成されたシリコン基板の概略を示す平面図である。 図５に示すシリコン基板の拡大図である。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを組み立てる装置の概略を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの記録素子基板を位置決めする方法の概略を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの組立方法の変形例を示す平面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１に本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１の斜視図を示す。図２に図１に示すインクジェット記録ヘッド１のＡ−Ａ断面図を示す。インクジェット記録ヘッド１は記録素子基板３を複数備えており、各記録素子基板３は、支持部材５に設けられた凹部内に配されている（図１参照）。さらに、記録素子基板３はインクが流れる流路とインク吐出口７とを備えている（図２参照）。支持部材５に設けられたインク供給口９からインクが供給され、インクは、記録素子基板３の流路を通ってインク吐出口７から被印刷物へ向かって吐出される。また、記録素子基板３と支持部材５との間には両部材を固定するための熱硬化接着剤１１が配されている。

次に、記録素子基板３の構成を図３を用いて説明する。記録素子基板３は、第１の面１３、第２の面１５および複数の流路を有する。複数の流路は互いに離間して配されているとともに、その内部をインクが通って吐出口７から吐出される。第１の面１３には各流路が開口する複数のインク吐出口７が配されている。第２の面１５は、第１の面１３と交差して記録素子基板の側面を形成するとともに、少なくとも一部がエッチング処理によって形成されている。このように構成された記録素子基板３は、図３に示すように側面部に切り欠きを有する略直方体状に形成される。

この記録素子基板３の製造方法は、図４に示すように行われる。先ず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板３（結晶方位〈１００〉、厚さ６２５μｍ）からなる基板材料１７の表面（主面）に吐出圧力発生素子１９を配置し、保護膜として窒化シリコン層２１とタンタル層２３を形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、基板３材料上にインク流路３５を形成するため、レジスト２５で流路パターンを形成したあと、感光性エポキシ樹脂層からなる流路形成部材２７および感光性撥水層２９を形成し、パターンニングにより吐出口７を形成する。
続いて、図４（ｃ）に示すように、記録素子基板３の両面にレジスト３１を塗布する。その後、裏面のレジスト３１はインク供給口９および突き当て部であるエッチング形成面１５を形成する位置に開口部３３を形成することで、ドライエッチング用のマスクとした。そして、図４（ｄ）に示すように、ドライエッチングにてインク供給口９とエッチング形成面１５である第２の面１５とを同時に形成する。エッチングにはＩＣＰ（Inductively-coupled Plasma） 型ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用い、エッチングガスにはＳＦ₆とＣ₂Ｆ₈を用いることが好適である。

最後に、図４（ｅ）に示すように、インク供給口９および突き当て部上の窒化シリコン層２１と、基板３材料上にインク流路３５を形成しているレジスト２５とを除去してインク流路３５を形成する。結果的には、図５およびその拡大図である図６に示すように、ダイシングにより記録素子基板３はシリコン基板３から切り出されて形成される。上記方法にて、記録素子基板３のエッチング形成面（第２の面）１５は、数μｍの精度で形成することができる。なお、吐出圧力発生素子１９には、各素子を駆動するための不図示のトランジスタ回路および配線が接続されている。なお、結晶方位〈１１０〉のシリコン基板３を用いる場合は、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムといった強アルカリの水溶液を用いる結晶異方性エッチングにて、インク供給口９とエッチング形成面１５を形成することも可能である。

以上のように製造された記録素子基板３を用いたインクジェット記録ヘッド１は、以下の方法により製造される。

先ず、図７に示す組み立て装置４１上の位置決め用の治具４３に記録素子基板３をセットする。位置決め用の治具４３は、記録素子基板３の位置精度を出すためのＸ，Ｙ基準をもつ。記録素子基板３の位置精度出しは、記録素子基板３のエッチング形成面１５と位置決め用の治具４３のＸ，Ｙ基準を突き当てピンで突き当てることにより行われる。

次に、図８に示すように、位置精度出しが終了した記録素子基板３を用意しオートハンド４５によって支持部材側に移動させて、記録素子基板３を支持部材５の上に熱硬化接着剤１１を介して配置する。なお、オートハンド４５の移動距離は絶えず所定距離を移動する。この際、各記録素子基板３は、第２の面同士が当接するように記録素子基板３を支持する支持部材５上に配置されている。これらの第２の面１５は、各記録素子基板３間の位置決め基準面として機能する。そして、この当接状態を維持した状態で接着剤に熱を加えることにより熱硬化接着剤１１を硬化させ、記録素子基板３を支持部材５に固定する。

また、位置決め方法の別形態として、支持部材５上に設けられた位置決め基準に記録素子基板３のエッチング形成面１５を当接させて所定の位置に配置する方法も採用できる。さらに、複数の記録素子基板３を支持部材５上に配置する際は、互いの記録素子基板３のエッチング形成面１５を当接させることにより、所定の位置に配置する方法でもよい。残りの記録素子基板３は、上記手順を繰り返すことにより支持部材５上に接着固定することで、インクジェット記録ヘッド１を製造する。

このように製造されたインクジェット記録ヘッド１によれば、複数のインク吐出口７が配された第１の面１３と交差して記録素子基板３の側面を形成する第２の面１５の少なくとも一部がエッチング処理されている。これにより、エッチング処理された第２の面１５は、防食加工されることで表面精度を保証することができる。このように表面精度が保証された各記録素子基板３の第２の面同士を互いに当接させることで、各記録素子基板間の接着固定位置の精度を保証することができる。そのため、各記録素子基板に配された各インク吐出口間の距離の精度についても同様に保証できることで、高吐出口密度の記録素子基板を接着固定する際に必要な精度に対応可能となる。したがって、記録素子基板の固定位置精度のバラツキは、従来と比較して格段に向上させることができる。また、各記録素子基板３の接着固定位置精度が画像処理システムを使用せずに満足するため、インクジェット記録ヘッドを容易に作成できる。さらに、図５および図６に示すように、隣接する記録素子基板３のエッチング形成面１５間にはエッチング開口部３３が形成されることで、各記録素子基板３の分離の際にはダイサーによる切断が不要となる。これにより、切断ステップのタクト短縮やダイサーなどの切断手段の寿命向上を図ることができる。

上記実施形態における記録素子基板３を支持部材５に固定する方法の変形例として次のような形態を採ることができる。すなわち、支持部材５上に位置決め部を設け、各記録素子基板３の第２の面１５を位置決め部に当接するように配置してもよい。これにより、支持部材を基準に複数の記録素子基板を位置決めできるので、各々の記録素子基板同士を当接させることなく記録素子基板の支持部材上における固定位置を保証することができる。また上記実施形態においては、複数の記録素子基板を備えるフルラインタイプ用の記録ヘッドについて説明したが、これに限られるものではない。例えば支持部材に対して単一の記録素子基板を支持部材の位置決め部に当接させて位置決めを行う記録ヘッドについても適用可能である。

さらに、記録素子基板３の位置精度を出す方法として次のような形態を採用できる。すなわち、図９に示すように、支持部材５に接着固定された記録素子基板３のエッチング形成面１５に次の記録素子基板３のエッチング形成面１５を突き当てピンを用いて互いに突き当て、記録素子基板３の位置精度を出す。そして、記録素子基板３は熱硬化接着剤１１を介して支持部材５に配置され、熱を加えることにより熱硬化接着剤１１を硬化させて、記録素子基板３を固定する。このように形成したインクジェット記録ヘッド１の記録素子基板３の固定位置精度は従来と比較し良好となり、記録素子基板３同士を突き当てながら配置するため、インクジェット記録ヘッドのサイズを小さくすることが可能になる。

１ インクジェット記録ヘッド
３ 記録素子基板
５ 支持部材
７ インク吐出口
９ インク供給口
１３ 第１の面
１５ 第２の面
３５ インク流路
４３ 位置決め用の治具

Claims (12)

1. インクが内部を通るとともに互いに離間して配された複数の流路を有する記録素子基板を複数備えたインクジェット記録ヘッドであって、
   各記録素子基板は、インクを吐出するインク吐出口を備える部材と、前記吐出口にインクを供給するための供給口を備える基板と、を含み、
   前記部材は複数の前記流路と連通しインクを吐出する複数の前記インク吐出口が配された面を有し、該面と略直交する前記基板の側面はドライエッチングによって形成された面であり、前記記録素子基板間の位置決め基準面として機能する、
   インクジェット記録ヘッド。
2. 前記記録素子基板は、前記側面同士が互いに当接するように配置されている、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記記録素子基板を支持する支持部材を有し、
   各記録素子基板は、前記側面同士が当接するように前記支持部材上に配置されている、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記支持部材は位置決め部を有し、
   前記記録素子基板は、前記位置決め部に前記側面が当接するように配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. インクが内部を通るとともに互いに離間して配された複数の流路を有する記録素子基板であって、
   各記録素子基板は、インクを吐出するインク吐出口を備える部材と、前記吐出口にインクを供給するための供給口を備える基板と、を含み、
   前記部材は前記複数の流路と連通しインクを吐出する複数の前記インク吐出口が配された面を有し、該面と略直交する前記基板の側面はドライエッチングによって形成された面であり、複数の記録素子基板間の位置決め基準面として機能する、
   記録素子基板。
6. 支持部材上に記録素子基板が形成されたインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
   主面にインクを吐出するための圧力を発生する吐出圧力発生素子を備え、前記主面と略直交する側面がドライエッチングにより形成された基板を含む前記記録素子基板を用意するステップと、
   前記記録素子基板の前記エッチングされた側面を前記記録素子基板の位置決めのための位置決め部に当接させるステップと、
   前記記録素子基板と前記位置決め部との当接状態を維持した状態で前記記録素子基板と前記支持部材とを固定するステップと、を有する、
   インクジェット記録ヘッドの製造方法。
7. 前記主面と交差する前記側面の少なくとも一部をエッチングするとともに、前記吐出圧力発生素子にインクを供給するためのインク供給口をエッチングにより形成する、請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
8. 前記位置決め部は前記支持部材に形成され、該位置決め部に前記記録素子基板の前記エッチングされた側面の一部を突き当てる、請求項６または７に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
9. 前記記録素子基板の前記エッチングされた側面の一部を位置決め用の治具の位置決め基準に突き当て、該記録素子基板を位置決めするステップと、
   位置決めされた前記記録素子基板を前記支持部材側へ移動するステップと、
   前記記録素子基板を前記支持部材上に配置するステップと、を有する、
   請求項８に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
10. インクが内部を通るとともに互いに離間して配された複数の流路と連通しインクを吐出する複数のインク吐出口が配された面を備える部材と、該面と略直交する側面を備える基板と、を有する、記録素子基板の製造方法であって、
    複数の前記記録素子基板間の位置決め基準面として機能する前記側面をドライエッチングにより形成するステップを有する、記録素子基板の製造方法。
11. インクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
    インクを吐出するための圧力を発生する素子を備える第１の面と、該第１の面と略直交しドライエッチングにより形成された第２の面と、を備える第１記録素子基板及び第２の記録素子基板を用意する工程と、
    前記第２の面同士が対向するように前記第１及び前記第２の記録素子基板を支持基板上に固定する工程と、を有する、
    インクジェット記録ヘッドの製造方法。
12. インクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
    第１の面と第２の面とを貫通する、インクを供給するための供給口を備え、前記第１の面と略直交する側面がドライエッチングにより形成された面である基板を備える第１の記録素子基板及び第２の記録素子基板を用意する工程と、
    前記エッチングされた側面同士が略平行に対向するように前記第１及び前記第２の記録素子基板を支持基板上に固定する工程と、を有する、
    インクジェット記録ヘッドの製造方法。

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