JPH09169113A - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク供給口を高精度に形成でき、小型化と
高速印字に適したインクジェットヘッドを提供する。 【解決手段】 基板（２）と、複数の吐出エネルギー発
生素子が配列されてなる少なくとも二列の素子列と、イ
ンク流路（４）と、インク吐出口（５）と、基板（２）
を貫通するインク供給口（３）とを有し、インク供給口
の側面を形成し且つ前記素子列の間の位置にある前記基
板の一部が除去されていることにより、例えば基板
（２）がＵ字形状であり、または複数に分割されている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッドに関し、特にインク供給口の形成における精度等の
問題を解決したサイド型のインクジェットヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットヘッドは、印字の静粛
性、ランニングコストの低さから広く使用されている。
このインクジェットヘッドは、インク吐出方向からエッ
ジ型とサイド型に分類され、それぞれの特徴を持つ。

【０００３】エッジ型ヘッドは、基板端からインクを吐
出するので、インク流路を形成してから吐出口を形成す
るために基板を切断する。このため切断面にチッピング
（かけ）や剥離があるとインクの吐出方向が狂い、印字
不良の原因となる。これを防ぐ方法として、高精度の印
字を要求するプリンタのヘッドに対しては、吐出口の研
磨を行い、これら不良原因の除去を行っている。また最
近は、インク流路を形成し吐出口をレーザーによって開
ける方法によるプラスチック溝付き天板を用いる方法も
提案されている。しかし、レーザーで穴を開けるために
吐出口周辺部にプラスチックの溶融物（炭化物）が付着
し、その除去や加工精度に問題があり、流路を基板に接
着することが難しい。したがって、多色一体型ヘッドの
構築や、大型の長いライン型ヘッドの形成が難しい等の
問題がある。更には、これらの問題を解決するための工
程を追加すると、吐出口形成のためのコストが上昇し、
また、研磨屑が吐出口に入ってしまうなどの２次的な不
良原因も引き起こす。

【０００４】一方、サイド型ヘッドは、基板の中央に穴
を開け、そこにインクを通して穴の両側に配置された吐
出口からインクを吐出するものである。これは先に説明
したエッジ型のヘッドとは異なり、吐出口はフォトリソ
グラフィーにより形成できるので、高精度の印刷を行う
のに向いている。基板中央に穴を開ける工程において
は、パターンを傷付けないように基板の裏面から穴を開
けている。穴の開け方は、機械的または化学的に行われ
る。しかし、化学的加工では、基板溶解液のマスクに無
機物を使用するために、真空工程を必要としコスト上昇
を招く。一方、機械的加工では、基板の割れの発生頻度
を考えると、インク供給口（基板穴）からヒーターまで
の距離を正確に取ることは難しく、インク供給口とヒー
ターの距離が長くなり印字後のインク供給スピードが遅
くなる。

【０００５】なお、これを防ぐために、基板に穴を開け
ずに基板の両端からインクを供給する方法が提案されて
いる（ＵＳＰ８６２０８６）。これによれば、基板の強
度やインク供給口とヒーターの距離の問題は解決する
が、新たに電気配線を基板中央に配置するためにその部
分の面積を必要とし、基板両端のヒーター列の距離が広
くなり、千鳥配置をして縦列の線を書くときの制御が難
しくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記種々の
従来技術の問題に鑑みなされたものであり、インク供給
口を高精度に形成でき、インク供給口とインク吐出エネ
ルギー発生素子の距離を短くすることを可能とし、ヘッ
ドの小型化と高速印字におけるインク供給の高速化を可
能とするインクジェット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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、該基
板上に複数の吐出エネルギー発生素子が配列されてなる
少なくとも二列の素子列と、該吐出エネルギー発生素子
にインクを導くためのインク流路と、該吐出エネルギー
発生素子から付与される吐出エネルギーによりインクを
吐出するインク吐出口と、該素子列の間に位置し該基板
を貫通するインク供給口とを有するインクジェットヘッ
ドであって、前記インク供給口の側面を形成し且つ前記
素子列の間の位置にある前記基板の一部が除去されてな
ることを特徴とするインクジェットヘッド、およびその
様な除去工程を含むことを特徴とするインクジェットヘ
ッドの製造方法である。

【０００８】本発明において、基板の一部を除去すると
は、従来技術では単に基板の中央に単純に穴を開けてイ
ンク供給口にしていたのとは異なり、一端に溝を入れて
（基板の一部に連続していない部分を形成し）Ｕ字形状
の基板にしたり、両端に溝を入れて２枚の基板に分離し
たりする等をいう。この除去した部分を他の部材で封止
することにより、結果として従来と同形状のインク供給
口を形成でき、同時に上述の本発明の目的も達成できる
ことになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な態様につい
て説明する。

【００１０】図１は、本発明の一態様を示す図であり、
（ａ）は基板形状を説明するための模式的部分斜視図、
（ｂ）は完成したヘッドの平面図である。図１に示すイ
ンクジェットヘッドにおいては、中央にインク供給用の
穴が開けられた支え板１上に、Ｕ字形状の基板２が設け
られている。この支え板１の穴と基板２のＵ字内の空間
部分は同位置にあり、これがインク供給口３を形成して
いる。この基板２のＵ字の並列する２つの面上には、吐
出エネルギー発生素子としての発熱抵抗体が各々配列さ
れている（不図示）。更に、この基板２上には、インク
流路形成材１１が設けられている。

【００１１】図３は、この支え板１、基板２、インク流
路４の構成を示すための図であり、（ａ）は模式的斜視
図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’線の模式的断面図である。図
３に示す様に、インク流路形成材１１中に、各発熱抵抗
体上の位置にインクを導くための空間であるインク流路
４がパターン形成されている。なお、図３においては、
インク流路４のパターンが表わされる様に、便宜上、イ
ンク流路４が面する部分でインク流路形成材１１を切断
した場合の模式図としてある。図１（ａ）も同様であ
る。

【００１２】すなわち、インクジェットヘッドの外観は
図１（ｂ）に示す通りであり、インク供給口３やインク
流路４はインク流路形成材１１で覆われている。それら
は、インク流路４に対応する位置に設けられた貫通口で
あるインク吐出口５に連通している。図１（ｂ）のＡ−
Ａ’線の模式的断面図を図２に示す。この図２に示す様
に、基板２上に、蓄熱層７、抵抗層８、配線層９、保護
膜１０等所望の各層が積層形成され、更にその上に、イ
ンク流路形成材１１が、インク流路４およびインク吐出
口５の壁部を構成している。また、図１に示す様に、発
熱抵抗体と電気的に接続する複数の外部接続端子６が基
板の露出部分に設けられている。この外部接続端子６に
電圧を印加することにより発熱抵抗体が発熱し、これに
応じてインク吐出口５からインク滴が吐出する。

【００１３】図１〜図３に示したインクジェットヘッド
は、例えば、以下の様にして作製できる。

【００１４】まず、図５（ａ）に示す様に、Ｓｉウェハ
ー２１を用意する。次いで、図２に示す構成で、抵抗層
８、配線層９をスパッタ法等により成膜し、次いで、図
２および図５（ｂ）に示す様に、フォトリソグラフィー
によって発熱抵抗体１３と所望のパターンの配線層９を
形成する。次いで、配線層９と発熱抵抗体１３の第一の
保護膜として、各々を陽極酸化等によって絶縁化処理す
る（不図示）。次いで、樹脂からなる保護膜１０を形成
し、フォトリソグラフィーによって発熱抵抗体１３と外
部接続端子６の部分の樹脂を取り除く。

【００１５】次いで、図６に示す様なＳｉウェハー等の
切断に用いられるダイシングソー１７を用いて、図７に
示す様に、二つのヘッドをペアにして基板のインク供給
口１６を形成する。次いで、図８に示す様に、ヘッド境
界線で２ヘッドを分離すると、インク供給口１６の片側
には基板が残り他方には残らず、これにより、一端に溝
を入れてＵ字形状にした基板２が得られる。この状態
で、Ｓｉウェハー２１を支え板１に接着または圧着等に
より接続する。貼り方は、Ｓｉウェハー２１とアルミニ
ウム支え板１の接合でもよいし、接着剤を印刷して硬化
してもよい。また支え板１の形状を工夫すれば接着剤無
しに押さえ付けることも可能である。

【００１６】図９に示す様に、インク流路を形成するた
めのインク流路形成レジスト１８を、フォトリソグラフ
ィーで所望パターンに形成する。このインク流路形成レ
ジスト１８は、基板のインク供給口１６において基板が
除去された部分を封止するためのパターンも形成する。

【００１７】次いで、図１０に示す様に、インク流路の
壁部を構成するためのインク流路形成材１１をスピンコ
ーティングして高さを合わせ、その後硬化し、次に吐出
口形成レジスト１２を塗布する。フォトリソグラフィー
でレジスト１２に穴を開けた後、ドライエッチングでイ
ンク流路形成材１１に穴を開ける。この状態で支え板１
のインク供給口にある薄い蓋を除去する。

【００１８】その後、図１１に示す様に、インク流路、
基板のインク供給口にあるレジスト１８、１２を除去
し、インク吐出口５からインク滴２０を吐出するインク
ジェットヘッドを完成できる。この後、ヘッドを駆動す
る為の駆動部等に接続する。なお、前述のＳｉウェハー
２１は、ヘッド駆動用の能動素子を内蔵してもよい。

【００１９】図４は、本発明の他の一態様であって、支
え板１、基板２、インク流路４の構成を示すための図で
あり、（ａ）は模式的斜視図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’線
の模式的断面図である。図４に示す態様においては、図
１〜図３に示した態様におけるＵ字形状の基板２の代わ
りに、２枚に分離された基板１４、１５が設けられたこ
と以外は、同様の構成を有する。この基板１４、１５
は、支え板１の穴が開放される様な位置に間隔をおいて
配される。すなわち、この２枚に分離された基板１４、
１５の間の空間がインク供給口となり、ここを通ってイ
ンクが供給される。

【００２０】図４に示したインクジェットヘッドは、例
えば以下の様にして作製できる。

【００２１】まず、図１〜図３に示した態様と同様に、
Ｓｉウェハー２１上に、抵抗層８、配線層９、発熱抵抗
体１３、配線９、保護膜１０等を形成し、発熱抵抗体１
３と外部接続端子６の部分の樹脂を取り除く。

【００２２】次いで、図６に示した様なダイシングソー
１７を用いて、図１２に示す様に、各々のヘッドを連続
的に切断し、インク供給口１６を形成する。この状態
で、図１３に示す様に、支え板１にＳｉウェハーを接続
する。Ｓｉウェハー２１上にレジストを塗る工程がある
ので、基板１４の裏面に回らない様に支え板１には、イ
ンク供給口部分のＳｉウェハー２１側に薄い層部分を残
す。この状態で、図１４に示す様に、流路形成レジスト
１８をフォトリソグラフィーで形成する。

【００２３】次いで、図１〜図３に示した態様と同様
に、インク流路形成材１１を硬化形成し、吐出口形成レ
ジスト１２を塗布し、レジスト１２とインク流路形成材
１１に穴を開け、支え板１のインク供給口にある薄い蓋
を除去し、レジストを除去し、インクジェットヘッドを
完成する。次いで、このヘッドを駆動する為の駆動部等
に接続する。なお、前述のＳｉウェハー２１は、ヘッド
駆動用の能動素子を内蔵してもよい。

【００２４】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。

【００２５】＜実施例１＞図４に示した本発明のインク
ジェットヘッドを、以下の様にして作製した。

【００２６】まず、図５（ａ）に示した様に、Ｓｉウェ
ハー２１を用意した。次いで、図２に示した様な構成
で、抵抗層８としてＴａＡｌを１００ｎｍ、配線層９と
してＡｌを１μｍスパッタ法により成膜した。次いで、
フォトリソグラフィーによって発熱抵抗体１３と配線９
を形成した。次に配線と発熱抵抗体の第一の保護膜とし
て抵抗層と配線を各々を陽極酸化によって約１０ｎｍ絶
縁化処理した。次いで、樹脂からなる保護膜１０（第二
の保護膜）としてポリイミド膜を形成し、フォトリソグ
ラフィーによって発熱抵抗体１３と外部接続端子６の部
分の樹脂を取り除いて、３５０〜４００℃でキュアし
た。

【００２７】次いで、図６に示した様なダイシングソー
１７を用いて、図１２（ａ）に示した様に各々のヘッド
を連続的に切断し、インク供給口１６を形成した。この
状態で、図１３に示した様に、支え板１にＳｉウェハー
２１を接続した。この支え板１としては、アルミニウム
板を用いた。また、レジストが基板の裏面に回らないよ
うに支え板１にはインク供給口部分のＳｉウェハー側に
薄い（約０．１ｍｍ）のアルミニウム膜を残した。

【００２８】この状態で、図９に示した様に、インク流
路形成と基板のインク供給口を塞ぐために流路形成レジ
スト１８をフォトリソグラフィーで形成した。次いで、
図１０に示した様に、実際のインク流路となるインク流
路形成材１１をスピンコーティングして高さを合わせ、
その後硬化し、次に吐出口形成レジスト１２を塗布し
た。フォトリソグラフィーでレジストに穴を開けたの
ち、ドライエッチングでインク流路形成材に穴を開け
た。この状態で支えのインク供給口にある薄い蓋を除去
した。

【００２９】その後、図１１に示した様に、インク流
路、基板のインク供給口にあるレジストを除去してた。
次いで、このヘッドを駆動する為の駆動部等に接続し
た。

【００３０】以上の様にして作製したインクジェットヘ
ッドは、インク供給口と発熱抵抗体までの距離が精度良
くかつ短縮化したヘッドなので、小型化と高速印字に適
していた。

【００３１】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、そのイン
ク供給口の形成に比較的位置精度の高いダイシングを使
用できるので、インク供給口とインク吐出エネルギー発
生素子の距離が正確になり、インク供給口とその素子の
距離を短くすることを可能とし、これにより、ヘッドの
小型化と高速印字におけるインク供給が追いつかないと
いう問題を解消できる。

【００３２】また、従来のエッジ型ヘッドに有るような
切断による吐出口の形成ではなく、フォトリソグラフィ
ーによって容易に形成できるので、バリかけ等は発生し
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一態様を示す図であり、（ａ）は基板
形状を説明するための模式的部分斜視図、（ｂ）は完成
したヘッドの平面図である。

【図２】図１（ｂ）のＡ−Ａ’線の模式的断面図であ
る。

【図３】本発明の一態様における、支え板、基板、イン
ク流路の構成を示すための図であり、（ａ）は模式的斜
視図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ’線の模式的断面図で
ある。

【図４】本発明の他の一態様における、支え板、基板、
インク流路の構成を示すための図であり、（ａ）は模式
的斜視図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ’線の模式的断面
図である。

【図５】本発明の製造方法の一態様における工程を説明
する図であり、（ａ）はシリコンウェハーの模式的平面
図、（ｂ）はその模式的部分拡大図である。

【図６】本発明の製造方法の一態様において用いるダイ
シングソーを示す模式図である。

【図７】本発明の製造方法の一態様におけるインク供給
口形成工程を説明する模式的平面図である。

【図８】本発明の製造方法の一態様における基板切断工
程を説明する図であり、（ａ）は模式的平面図、（ｂ）
はそのＢ−Ｂ’線の模式的断面図である。

【図９】本発明の製造方法の一態様における流路形成レ
ジスト塗布工程を説明する図であり、（ａ）は模式的平
面図、（ｂ）はそのＣ−Ｃ’線の模式的断面図である。

【図１０】本発明の製造方法の一態様における吐出口形
成レジスト塗布工程を説明する模式的断面図である。

【図１１】本発明の製造方法の一態様において完成した
インクジェットヘッドを示す模式的断面図である。

【図１２】本発明の製造方法の一態様におけるインク供
給口形成工程を説明する模式的平面図である。

【図１３】本発明の製造方法の他の一態様における基板
切断工程を説明する図であり、（ａ）は模式的平面図、
（ｂ）はそのＢ−Ｂ’線の模式的断面図である。

【図１４】本発明の製造方法の他の一態様における流路
形成レジスト塗布工程を説明する図であり、（ａ）は模
式的平面図、（ｂ）はそのＣ−Ｃ’線の模式的断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 支え板 ２ 基板 ３ インク供給口 ４ インク流路 ５ インク吐出口 ６ 外部接続端子 ７ 蓄熱層 ８ 抵抗層 ９ 配線層 １０ 保護膜 １１ インク流路形成材 １２ インク吐出口形成レジスト １３ 発熱抵抗体 １４ 基板 １５ 基板 １６ 基板のインク供給口 １７ ダイシングソー １８ インク流路形成レジスト ２０ インク滴 ２１ Ｓｉウェハー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板上に複数の吐出エネルギ
   ー発生素子が配列されてなる少なくとも二列の素子列
   と、該吐出エネルギー発生素子にインクを導くためのイ
   ンク流路と、該吐出エネルギー発生素子から付与される
   吐出エネルギーによりインクを吐出するインク吐出口
   と、該素子列の間に位置し該基板を貫通するインク供給
   口とを有するインクジェットヘッドであって、 前記インク供給口の側面を形成し且つ前記素子列の間の
   位置にある前記基板の一部が除去されてなることを特徴
   とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記基板は、Ｕ字形状を有する一体部材
   である請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記基板は、一列の前記素子列ごとに分
   割され配列されてなる複数の部材である請求項１記載の
   インクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 前記基板の除去された部分が、他の部材
   により封止されている請求項１〜３の何れか一項記載の
   インクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 前記他の部材は、前記インク流路の壁部
   を構成する材料と同一の材料からなる請求項４記載のイ
   ンクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 請求項１記載のインクジェットヘッドを
   製造するための方法において、前記インク供給口の側面
   を形成し且つ前記素子列の間の位置にある前記基板の一
   部を除去する工程を含むことを特徴とするインクジェッ
   トヘッドの製造方法。