JP7166851B2 - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出して記録を行う液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

近年、各種シリコンデバイスはインクジェット記録ヘッドなどのデバイスに応用されている。このようなシリコンデバイスの製造に当たっては、マイクロマシニング技術である微細加工技術が用いられている。

特許文献１には、シリコン基板上に複数の吐出エネルギ発生部材が形成された流路と、液体を吐出する吐出口と、吐出口にインクを供給する供給口とを形成した基板を、インク供給系を備えた支持部材と接着して保持するインクジェット記録ヘッドが記載されている。

特開２００４－１４８８２４号公報

特許文献１のような構成において、安価で高精細な液体吐出ヘッドを提供するために、基板をシュリンクするにあたり供給口のピッチを狭くすることがある。その場合、基板と接着され、基板へ液体を供給する流路を備えた流路部材の流路のピッチも、基板の供給口のピッチに合わせて狭くする必要がある。このような流路部材は一般的に射出成形によって製造され、射出成形では流路間の壁となる樹脂の厚みを薄くしても一般的に０．５ｍｍ程度の肉厚が限界であり、流路部材の流路のピッチを狭くするには限界がある。そのため流路部材は小型化することが難しい。

このように、小型化した基板に合わせて流路部材を成形することが難しい為、基板の取り数（ウェハから得られる基板の数）を増やしてコストダウンした安価な液体吐出ヘッドを提供することが困難となる。

よって本発明は、安価な液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

そのため本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出可能に設けられた吐出口と、前記吐出口と連通する圧力室とを有する吐出口形成部材と、前記圧力室に液体を供給可能に設けられた複数の供給口を有するシリコン基板と、前記供給口と接続される複数の流路を備え、樹脂で形成され、前記シリコン基板と接合された流路部材と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記供給口のピッチは、前記流路のピッチよりも小さく、前記シリコン基板は、前記供給口と前記流路とを接続する拡張部を有しており、前記拡張部の開口は、前記供給口の開口よりも大きく、前記拡張部は、前記供給口が延在する方向に窪んでおり、前記拡張部の開口の中心軸は、前記供給口の開口の中心軸よりも前記シリコン基板の周囲外方に位置していることを特徴とする。

液体吐出ヘッドの基板を示した図である。 （ａ）から（ｆ）は、基板の製造工程を示した図である。 （ｇ）から（ｌ）は、基板の製造工程を示した図である。 その他の実施形態の基板を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、同一の機能を有する構成には図面中同一の番号を付与し、その説明を省略する場合がある。

図１は、本発明を適用可能な液体吐出ヘッドの基板２２を示した図である。図１（ａ）は基板２２における吐出口基板２０の全体斜視図であり、図１（ｂ）は、流路部材１８と吐出口基板２０とが接合された基板２２であり、図１（ａ）の吐出口基板２０のＩｂ－Ｉｂにおける断面図である。吐出口基板２０は、複数の吐出口１５が形成された吐出口形成部材１４と、吐出エネルギ発生部材である発熱ヒータ１６および不図示の電気配線が形成され、供給口９が形成されたシリコン基板１と、を備えている。吐出口形成部材１４には、吐出口１５と、吐出口１５と連通する圧力室１９とが形成されている。シリコン基板１上に吐出口形成部材１４を形成することで、発熱ヒータ１６で発生する圧力を圧力室１９で受けることができる。また、シリコン基板１上に吐出口形成部材１４を形成することで、発熱ヒータ１６と吐出口１５とが対向した位置になる。これによって、発熱ヒータ１６で加熱された液体が吐出口１５から吐出可能になる。更に、シリコン基板１上に吐出口形成部材１４を形成することで、圧力室１９はシリコン基板１の供給口９と連通し、供給口９から供給された液体が圧力室１９に流入する。

吐出口基板２０は、流路部材１８と接着剤で接合されており、吐出口基板２０の供給口９と、流路部材１８の流路１７とが連通するように接合されている。供給口９は圧力室１９及び吐出口１５へ液体を供給可能であり、流路１７を流れた液体は、供給口９を介して圧力室１９に入り、発熱ヒータ１６の作用によって吐出口１５から吐出される。流路部材１８は、射出成形で形成される樹脂部材であり、金型に樹脂を流し込むことで成形される。

シリコン基板１の供給口９の、流路部材１８側の開口端部には、拡張部１０が形成されている。拡張部１０は、供給口９の流路１７が接続される開口部が、周囲外方（の少なくとも一方）に拡張されたものであり、拡張部１０の開口端部は、供給口９の開口よりも大きな開口を備えている。拡張部１０は、開口部から供給口９が延在する方向（図１（ｂ）では上下方向）に窪む部分である。即ち、拡張部１０は、拡張部１０の開口端部から供給口９へ向かう方向（供給口が延在する方向）に所定量の奥行きを備えている。拡張部１０の供給口９の延在方向の高さをＡ、供給口９の幅をＢとしたとき、０．９Ｂ≦Ａ≦１．１Ｂが満たされることが好ましい。また、拡張部１０は、シリコン基板１の流路部材１８との接合面に沿って延在する面を備えていることが好ましい。この面は、より好ましくは接合面と略平行の面である。

このように拡張部１０が設けられていることで、供給口９のピッチが流路１７のピッチより狭くても、吐出口基板２０のシリコン基板１と流路部材１８との接合部における流路を確保することができる。さらに、拡張部１０が設けられていることで、流路をなるべく狭めることなく、供給口９と流路１７とを連通させることができる。

なお、ここで示したシリコン基板１は、３つの供給口９を備えており、中央に位置する供給口９にも拡張部１０が設けられている。このような構成にすると、吐出口基板２０のシリコン基板１と流路部材１８との接合にずれが生じた場合には、そのずれを吸収することができる。。

以下、工程順に吐出口基板２０の製造工程を、具体例を交えながら説明する。

図２（ａ）から（ｆ）は、吐出口基板２０の製造工程を示した図である。先ず、図２（ａ）のように、シリコン基板１上に、基板表側の供給口寸法を決める。例えば、表面側の供給口を形成する部分にアルミ犠牲層２を形成し、裏面側には裏面側の供給口用パターニングマスクとなる熱酸化膜などの保護膜３を形成する。その後、図２（ｂ）のように。供給口形成工程で用いられる強アルカリエッチング液に浸漬した際に、予めパターニングしてあるＳｉＮ等の絶縁膜４や密着向上層５等を含む表面にダメージを与えない為の、マスク材６を塗布する。

次に、図２（ｃ）のように、マスク材６とシリコン基板１とを貫通するように、例えばＹＡＧレーザーなどで貫通孔７を加工する。本工程では１穴の貫通孔７を加工する為に、例えば２２０Ｐｕｌｓｅのレーザーを照射する。また、基板裏面に成膜されている熱酸化膜等の保護膜３に、裏面側の供給口の位置を決める開口を、レーザーで削り取る様にパターニングして加工する。なお、レーザー以外のパターニング方法で加工してもよい。

そして、図２（ｄ）のように、貫通孔７が加工されたシリコン基板１を、８３℃のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）水溶液（濃度２２％）中に２時間から３時間浸漬して、ウェットの異方性エッチングを施す。これによってシリコン基板１を貫通した供給口９を形成する。この際、裏面の供給口９の開口を任意の寸法で、予め表面側の開口中心よりもずらしてパターニングしておく。このようにすることで、供給口９の裏面側に、拡張部１０を、異方性エッチングで供給口９と一括して（同時に）形成することができる。このような工程（拡張部形成工程）で拡張部１０を設けることで、流路部材と接続した際に、供給口９のピッチよりも広いピッチで形成される流路でも、接続部における流路を狭くすることなく連通することができる。

その後、図２（ｅ）のように、不要となったマスク材６を、専用の除去液に所定の時間浸漬して除去する。マスク材６を除去後、図２（ｆ）のように、スピンコート法を用いて、吐出口１５を形成する樹脂であるテープ２１を貼りつける。

図３（ｇ）から（ｌ）は、図２（ｆ）以降の基板の製造工程を示した図である。図３（ｇ）のように、シリコン基板１の裏面の供給口９に穴埋め材１１を充填して熱硬化させる。穴埋め材１１は、後に有機溶媒が主溶剤である吐出口形成材料を塗布する為に、耐溶剤性がありつつ、水で簡単に除去可能な例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液を選択する。熱硬化させたＰＶＡ水溶液は固形分のみ、約２０μｍの厚みで供給口９内に残したいとすると、固形分濃度２５％から３０％のＰＶＡ水溶液を高精細なディスペンス技術を用いて充填する。

穴埋め材１１を充填後、図３（ｈ）のように、２００ｍＪ以上の紫外線をテープ２１上から照射することで、穴埋め材１１を剥離する。この時、表面の供給口９からは穴埋め材１１を確認することができる。その後、図３（ｉ）のように、圧力室１９を形成するための型材１２を、フォトリソ技術により所望のパターンで形成する。その際、穴埋め材１１により供給口９が塞がれていることから、供給口９に型材１２が漏れ出すことなく形成することができる。そして、図３（ｊ）のように、型材１２上に吐出口１５を形成する吐出口形成部材１４を任意の厚みで塗布し、露光現像を行い、吐出口１５を形成する。この時、吐出口１５をパターニング形成する為に用いたアルカリ性現像液を用いても、ＰＶＡの耐溶剤性によって安定した形状で吐出口を形成することができる。

図３（ｋ）のように、不要となったＰＶＡからなる穴埋め材１１を所定の時間、水に浸漬させて除去、その後乾燥する。最後に、図３（ｌ）のように、専用の除去液に所定の時間浸漬し、不要となった型材１２を除去して裏面側から吐出口１５までの流路がつながり吐出口基板２０が完成する。

なお、本実施形態では、シリコン基板１（吐出口基板２０）の端部に形成された供給口９の開口部に基板の端部側に広がるように拡張部１０を設けたが、これに限定するものではない。供給口９の開口部において、供給口９と同心円で、単に供給口９の開口面積を大きくするように拡張部１０を設けてもよい。

また、シリコン基板１（吐出口基板２０）の側面に近い供給口９ほど、開口面積が大きな拡張部１０を備える構成でもよい。シリコン基板１の側面とは、図１（ｂ）のシリコン基板１の左右の側面である。供給口９の開口面積とは、図１（ｂ）の供給口９を下方からみたときの、シリコン基板１の裏面における供給口９の開口の面積である。

このように、吐出口基板の供給口の開口部に拡張部を設けことで、安価な液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法を実現することができる。

（その他の実施形態）
図４は、その他の実施形態の基板を示した図である。上記実施形態では、３つの供給口は、線対称に配置されていたが、図４のように、吐出口の列方向のシリコン基板１の中心線に対して、供給口９が非対称に設けられていてもよい。このように、供給口９をずれて配置しても、拡張部１０を設けることで、流路１７と供給口９とを連通させることができる。

１ シリコン基板
９ 供給口
１０ 拡張部
１４ 吐出口形成部材
１５ 吐出口
１７ 流路
１９ 圧力室
２０ 吐出口基板

Claims (9)

1. 液体を吐出可能に設けられた吐出口と、前記吐出口と連通する圧力室とを有する吐出口形成部材と、前記圧力室に液体を供給可能に設けられた複数の供給口を有するシリコン基板と、前記供給口と接続される複数の流路を備え、樹脂で形成され、前記シリコン基板と接合された流路部材と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、
   前記供給口のピッチは、前記流路のピッチよりも小さく、
   前記シリコン基板は、前記供給口と前記流路とを接続する拡張部を有しており、
   前記拡張部の開口は、前記供給口の開口よりも大きく、
   前記拡張部は、前記供給口が延在する方向に窪んでおり、
   前記拡張部の開口の中心軸は、前記供給口の開口の中心軸よりも前記シリコン基板の周囲外方に位置していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記拡張部は、前記基板の前記流路部材との接合面に沿って延在する面を備えている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記拡張部の前記供給口の延在方向の高さをＡ、前記供給口の幅をＢとしたとき、
   ０．９Ｂ≦Ａ≦１．１Ｂ
   が満たされる請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 複数の前記供給口と、複数の前記流路と、を備え、
   前記拡張部は、前記基板の側面に近い前記供給口ほど、開口面積の大きな前記拡張部を備えている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 複数の前記吐出口が列を成して設けられており、
   前記供給口は、前記吐出口の列に沿って設けられている請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記吐出口の列の方向の前記基板の中心線に対して、前記供給口は非対称に設けられている請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 液体を吐出可能に設けられた吐出口と、前記吐出口と連通する圧力室とを有する吐出口形成部材と、前記圧力室に液体を供給可能に設けられた複数の供給口を有するシリコン基板と、前記供給口と接続される複数の流路を備え、樹脂で形成され、前記シリコン基板と接合された流路部材と、を備えた液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記供給口のピッチは、前記流路のピッチよりも小さく、
   前記シリコン基板に、前記供給口と前記流路とを接続する拡張部を形成する拡張部形成工程を有し、
   前記拡張部の開口は、前記供給口の開口よりも大きく、
   前記拡張部は、前記供給口が延在する方向に窪んでおり、
   前記拡張部の開口の中心軸は、前記供給口の開口の中心軸よりも前記シリコン基板の周囲外方に位置していることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記拡張部はウェットの異方性エッチングで形成する請求項７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記拡張部は前記供給口と一括して形成される請求項７または請求項８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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