JPH10138478A - インクジェット記録ヘッドとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板の剛性を強くして、インク供給部材のイ
ンク供給口への接着に使用する接着剤の選択の幅を広げ
る。 【解決手段】 複数のインク吐出口６と、各インク吐出
口６にそれぞれ連通する複数のインク流路９と、これら
のインク流路９の少なくとも１つずつにそれぞれ連通す
る複数のインク供給口８とを有し、かつ前記インク吐出
口６とインク流路９は、基板１に形成されたインク吐出
発生素子２に対応する位置に基板１とは別の部材で基板
１との間に形成され、前記インク供給口８は、基板１に
厚さ方向の貫通穴として形成されていることを特徴とす
るインクジェット記録ヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録ヘッドとその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通称サイドシューター型のインクジェッ
ト記録ヘッドは、インク吐出発生素子が形成された基板
に貫通口（インク供給口）を設け、基板裏面よりインク
を供給する方式が取られている。この型のインクジェッ
ト記録ヘッドの製造方法は、例えば、特開昭６２−２６
４９５７及びＵＳＰ４７８９４２５の各公報において提
案されている。この製造方法は、まず、インク吐出発生
素子の形成された基板に、サンドブラスト加工、あるい
は超音波研削加工といった機械加工方法で、複数配列さ
れたインク吐出発生素子のすべてに対応する共通のイン
ク供給口となる一穴の貫通口を形成した後、インク流路
となるノズルを形成し（この工程は貫通口を形成する以
前に実施することも可能。）、ついで、インク吐出口を
形成した電鋳プレートを前記基板のインク流路，インク
吐出発生素子と相対する位置に接着する方法である。

【０００３】また、最近では、インクジェット記録ヘッ
ドの小型化，高密度化に対応して、基板内に、半導体製
造技術を用いて、インク吐出発生素子を駆動するための
電気的制御回路（ダイオードマトリックス回路やシフト
レジスタ回路）を内蔵させる方法が提案されている。こ
のような方法で造られる高機能なインクジェット記録ヘ
ッドは、静電気や振動に非常に敏感であるため、これに
サンドブラスト，超音波研削加工のような機械加工によ
ってインク供給口を形成すれば、そのときの静電気や振
動で回路特性に悪影響を受けることになる。

【０００４】そこで、こうした問題を改善する方法とし
て、Ｓｉ基板を用い、これにインク供給口を基板裏面よ
り化学的にエッチングして形成する方法で提案されてい
る。この方法では、貫通口（インク供給口）を化学的な
エッチング処理で形成するので、その形成工程をインク
ジェット記録ヘッドの製造工程中のどの時点で行うか
は、任意に決定できる。つまり、インク供給口の形成工
程を、インクジェット記録ヘッドの主たる機能部分が形
成された後の最終工程で実施することができる。

【０００５】機械加工によるインク供給口の形成は、通
常インクジェット記録ヘッドの製造工程の比較的最初の
工程で実施される。この点を考えれば、最終工程でイン
ク供給口を形成できることは、エッチング処理による製
造方法の利点と言える。なぜなら、比較的最初の工程で
インク供給口を形成した基板は、強度が低下し、後工程
での取り扱いで破損し易くなるからである。また、この
エッチング処理による製造方法は、製造装置での取り扱
いが複雑であると言った従来の問題も解決できる。

【０００６】しかし、エッチングによりインク供給口を
形成する方法には、以下の問題点がある。

【０００７】図１４〜図１６に示すように、従来のイン
クジェット記録ヘッドにおいては、オリフィスプレート
材５には、その長手方向に２列に配置した複数のインク
吐出口６と、これらに通ずるインク流路９が設けられて
いる。そして、上記インク吐出口６にインク流路９を介
してインクを供給するためのインク供給口８は、Ｓｉ基
板１に１つのスリット状の長穴として形成され、２列に
配置されたインク吐出口６の列と列の間に位置する。

【０００８】このような構成のインクジェット記録ヘッ
ドを動作させる場合には、インク供給口８にインク供給
部材を接続して、インクを供給するのが一般的である。
そして、その接続に際しては、インク供給部材の接続部
からインクが外部に漏れ出さないようにしなければなら
ず、また接続が容易でなければならない。このため、イ
ンク供給部材の接続は、接着剤による接着で行ってい
る。

【０００９】ところが、インク供給口８とインク供給部
材を接着する場合には、以下のような問題を考慮する必
要があった。

【００１０】 接着剤の硬化収縮により、Ｓｉ基板が
長穴の長手方向に弓なりに変形し、結果的にインクジェ
ット記録ヘッドのインクの着弾位置が所定の位置になら
ない。このため、使用できる接着剤が限定される。

【００１１】 インク供給部材とＳｉ基板の材質が同
じ線膨張係数を持つ材質でないと、熱によってＳＩ基板
が変形するので、熱硬化性の接着剤は使えない。このた
め、常温硬化型の接着剤を用いることになるが、これで
は硬化までに時間がかかり実用的でない。

【００１２】 上記，の条件を考慮して選定した
接着剤であっても、インクとの接触により変質するもの
であってはならない。すなわち、耐インク性を満足する
接着剤でなければならない。このため、使用可能な接着
剤がさらに限定される。

【００１３】これらの問題点は、Ｓｉ基板にスリット状
の長穴が形成され基板としての剛性が弱いことに起因す
る。

【００１４】本発明は、インク供給機能を損ねることな
く基板の剛性を強くすることによって、上記問題点を解
決することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るインクジェ
ット記録ヘッドは、次の（１）及び（２）に記載のもの
である。

【００１６】（１）複数のインク吐出口と、各インク吐
出口にそれぞれ連通する複数のインク流路と、これらの
インク流路の少なくとも１つずつにそれぞれ連通する複
数のインク供給口とを有し、かつ前記インク吐出口とイ
ンク流路は、基板に形成されたインク吐出発生素子に対
応する位置に基板とは別の部材で基板との間に形成さ
れ、前記インク供給口は、基板に厚さ方向の貫通口とし
て形成されていることを特徴とするインクジェット記録
ヘッド。

【００１７】上記インク流路と、これに連通するインク
供給口との間には、狭窄部が形成されないようにする必
要がある。

【００１８】（２）複数のインク吐出口と、各インク吐
出口にそれぞれ連通する複数のインク流路と、これらの
インク流路のすべてに連通する１つの第１インク供給口
と、この第１インク供給口に連通する複数の第２インク
供給口とを有し、かつ前記インク吐出口とインク流路
は、基板に形成されたインク吐出発生素子に対応する位
置に基板とは別の部材で基板との間に形成され、前記第
１インク供給口は、基板に１つの溝として形成され、前
記第２インク供給口は、基板の前記溝部分に厚さ方向の
貫通口として形成されていることを特徴とするインクジ
ェット記録ヘッド。

【００１９】上記（１），（２）に記載の基板として
は、面方位が＜１１０＞面のＳｉ基板を使用することが
できる。

【００２０】また、本発明に係るインクジェット記録ヘ
ッドの製造方法は、上記（１）または（２）に記載のイ
ンクジェット記録ヘッドの製造方法であって、同ヘッド
におけるインク供給口を、Ｓｉ異方性エッチングにより
形成することを特徴とするものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例によって説明する。

【００２２】（実施例１）本実施例では、インク吐出発
生素子２として発熱抵抗素子を使用したインクジェット
記録ヘッド、すなわち、所謂バブルジェット記録方式の
インクジェット記録ヘッドを例にして説明する。

【００２３】一般の半導体製造技術においては、Ｓｉ基
板に素子を複数個配列した多数個処理により多数個取り
が行われているが、本実施例のインクジェット記録ヘッ
ドも同様に多数個取りが可能である。図では、多数個取
りをしたうちの１つのインクジェット記録ヘッドを示し
た。

【００２４】まず、実施例１のインクジェット記録ヘッ
ドの構成を図１〜図３によって説明する。

【００２５】図において、１はＳｉ基板、５はＳｉ基板
１に形成したオリフィスプレート材、６はオリフィスプ
レート材５に設けたインク吐出口である。インク吐出口
６はオリフィスプレート材５の長さ方向に２列に配置さ
れている。９は、同じくオリフィスプレート材に設け
た、各インク吐出口６に通ずるインク流路である。１０
は長さ方向に隣り合うインク流路９を仕切るインク流路
壁である。

【００２６】８はＳｉ基板１に形成した８個のインク供
給口である。これらのインク供給口８はＳｉ基板１の厚
さ方向の貫通口で、前記２列に配置したインク吐出口６
の間に位置するように設けられている。１つのインク供
給口８は２つのインク流路９に連通している。

【００２７】次に、上記構成のインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法の一例を、図４〜図９を引用しながら工程
順に説明する。

【００２８】（１）図４に示すように、＜１１０＞面の
結晶方位を持つＳｉ基板１を用いて、半導体製造技術に
より、インク吐出発生素子２と、これを駆動されるため
の駆動素子を形成した。ついで、インク吐出発生素子２
と外部制御機器との電気的取り出し電極を形成した。さ
らに、Ｓｉ基板裏面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材３を形成した。エッチン
グマスク材３としては、半導体製造工程における酸化工
程で形成される熱酸化膜やプラズマＣＶＤ等によるＳｉ
Ｎ膜が望ましい。本実施例では、熱酸化膜を用いたが、
異方性エッチング液に耐える材料であれば、特に限定す
るものではない。製造方法も特に限定するものではな
い。

【００２９】上記工程は、発明と直接関係がないので詳
細は省略する。

【００３０】（２）図５に示すように、インク流路９と
なる除去可能な型材４を、Ｓｉ基板１のインク吐出発生
素子２側の面に、フォトリソグラフィー技術により形成
した。本実施例では、ポジ型フォトレジストＰＭＥＲ−
ＡＲ９００（東京応化工業（株））を用い、所望の膜厚
でパターンで形成した。このパターンによってインク流
路９が形成される。

【００３１】（３）図６に示すように、上記（２）の工
程で形成されたインク流路９となる除去可能な型材４の
上に、これを被覆するようにオリフィスプレート材５を
フォトリソグラフィー技術により形成し、これにインク
吐出口６を形成した。オリフィスプレート材５として
は、感光性エポキシ樹脂，感光性アクリル樹脂等があげ
られる。

【００３２】このオリフィスプレート材５は、常にイン
クと接触するため、以下の点を考慮して、選択する必要
がある。

【００３３】 オリフィスプレート材５がインクと接
触したとき、その材５より不純物がインクに溶出しない
こと。

【００３４】 オリフィスプレート材５とＳｉ基板と
の密着性がよく、経時変化により剥がれが起こらないこ
と。

【００３５】これらの点を考慮すると、オリフィスプレ
ート材５としては、光反応によるカオチン重合化合物が
適している。

【００３６】また、オリフィスプレート材５の選択は、
使用するインクによっても、大きく左右されることか
ら、必ずしも本発明者の推奨する材料に限らなくてもよ
い。それ以外の材料でも、目的にあった材料であれば、
その種類を問わない。

【００３７】（４）図７に示すように、Ｓｉ基板１の裏
面（インクジェット記録ヘッドとしての機能素子が形成
された面の反対側）に形成されたエッチングマスク材３
にパターン７をエッチングにより形成した。パターン７
の形成は、エッチングマスク材３をフォトレジストによ
るフォトリソグラフィー技術により行った。このパター
ン７がＳｉ基板１に形成するインク供給口８の平面形状
となる。インク供給口８の役割は、インクをインク流路
９に速やかに供給することである。仮りに、インク流路
９に隔壁１１がきた場合には、１回目のインク吐出後の
次の吐出のためのインク供給が遅くなり、結果的に吐出
周波数の遅いインクジェット記録ヘッドになる。このた
め各インク流路９ごとにインク供給口８を仕切る隔壁１
１が各インク流路９と重ならないように設計されてい
る。すなわち、各インク流路９を仕切るインク流路壁１
０に対応する位置にインク供給口８を仕切る隔壁１１が
配置された構造になっている。このような構造によれ
ば、インク流路９とインク供給口８の間に狭窄部（ボト
ルネック部）が生じないからである。

【００３８】上述したインク供給口８からインク流路９
を経てインク吐出口６に至るインクの流路は、必ずし
も、本実施例の通りにする必要はない。目的のインクジ
ェット記録ヘッドのスペックにより早い吐出周波数が求
められない場合やインク流路９の高さが十分であり、隔
壁１１のない部分の隣り合うインク供給口８よりインク
供給が十分行われる場合には、任意のパターン設計をす
ることが可能である。インク供給口８の分割数、すなわ
ち隔壁１１の数に関してもインクジェット記録ヘッドの
大きさに応じて、使用する基板の剛性が変わることか
ら、予め検討することで、必要な強度を保つ分割数で設
計が可能である。

【００３９】（５）図８に示すように、異方性エッチン
グにより８個のインク供給口８を形成した。これらのイ
ンク供給口８は、Ｓｉ基板１の厚さ方向の貫通口で、１
つのインク供給口８が２つのインク流路９に連通してい
る。Ｓｉ異方性エッチング液としては、アルカリ系のエ
ッチング液として、例えば、ＫＯＨ，ＮａＯＨ，ＴＭＡ
Ｈといった溶液を用いるのが一般的である。各エッチン
グ液とも、濃度，処理温度の条件によりエッチング速
度，エッチング面の平滑性が異なることから、実験によ
り選択する。本実施例では、ＴＭＡＨ２２ｗｔ％溶液を
用いて、エッチング液温度８０℃にて所定の時間、異方
性エッチングを行った。このとき、インクジェット記録
ヘッドの機能素子が形成された面は、エッチング液が触
れないような治具、あるいは保護手段を用いて保護し
た。

【００４０】（６）図９に示すように、上記（２）の工
程で形成したインク流路用の型材４を溶解除去した。以
上の（１）〜（６）の工程が、インクジェット記録ヘッ
ドの主たる製造工程である。

【００４１】（実施例２）実施例２のインクジェット記
録ヘッドは、実施例１（図３）におけるインク供給口８
を、図１２に示すように、すべてのインク流路９に連通
する１つの第１インク供給口２０と、第１インク供給口
２０に連通する複数の第２インク供給口２１の２つの供
給口で構成した例である。第２インク供給口２１は、隔
壁２２と隔壁２３で分割された供給口で、全部で１６個
設けられている。その他の構成は、実施例１と同じであ
る。

【００４２】次に、上記構成のインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法の一例を、図１０〜図１２を引用しながら
説明する。

【００４３】図１０に示すように、結晶方位＜１１０＞
面にインク吐出発生素子やそのインク吐出発生素子を駆
動するための駆動素子を形成したＳｉ基板に、複数ある
インク流路全部に共通する溝、すなわち第１インク供給
路２０を、Ｓｉ異方性エッチングにより形成した。この
とき、インク吐出発生素子やそのインク吐出発生素子を
駆動するための駆動素子の信頼性を向上させるために保
護膜（不図示）を形成するのが一般的であることから、
本実施例では保護膜として、プラズマＣＶＤによるＳｉ
Ｎ膜を用い、この膜で異方性エッチングマスクをも兼ね
ることとした。したがって、異方性エッチングマスクを
形成するための特別な工程は付加しなかった。溝２０の
深さは、インク流路９の高さ以上にすれば、インク流抵
抗をほとんどなくすることが可能となるので、本実施例
では、０．１ｍｍに設定した。

【００４４】あとは、図１１，図１２に示すように、実
施例１と同様、インク流路２１，インク吐出口６等を形
成した後、Ｓｉ基板１の裏面より、図１４に示す分割
（仕切）構造、すなわち、隔壁２２，２３を持ったイン
ク供給口２１をＳｉ異方性エッチングにより形成した。

【００４５】ただし、インク流路用の型材に用いる材料
としては、前述した液状のフォトレジストでは、溝２０
を形成したＳｉ基板に平坦で均一な塗膜を形成するのは
困難であるので、ここでは、インク流路用の型材とし
て、ドライフィルムレジストを用いた。

【００４６】（実施例３）実施例２の構造を用いれば、
溝２０の部分に形成するインク供給口８は、各様のパタ
ーンで設けることができる。したがって、異方性エッチ
ングで可能な最小の径でインク供給口８を無数に形成す
ることも可能となる。無数のインク供給口８を設けた場
合には、これをインクジェット記録ヘッドとしての機能
を阻害するインク流路内へのゴミ詰まりを防止するフィ
ルターとすることができる。

【００４７】例えば、インク供給口８の径を２０〜５０
μｍ角、隔壁もこの径に合わせたサイズになるようなパ
ターン設計で格子状の構造にすることで、粗いゴミの進
入を防止できる。このようにして無数のインク供給口８
を設ければ、別途外部にフィルターを設けなくても、ヘ
ッド基板内でゴミの進入を防止でき、しかもインク流路
の直前に近い位置でフィルター構造がとれることから、
フィルターとしての効果は顕著である。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板に複数のインク供給口を設けるようにしたので、基
板の剛性が強くなり、インク供給部材のインク供給口へ
の接着に使用する接着剤の選択に従来ほど制約を受けな
くなる。

【００４９】また、本発明によれば、インク流路とイン
ク供給口の間に狭窄部が形成されないので、インク流路
に流抵抗なくインクを供給することが可能となる。

【００５０】さらに、本発明によれば、基板に第１イン
ク供給口と第２インク供給口を設けた場合には、第２イ
ンク供給口を無数の小さい径の貫通口で形成することに
より、これにフィルターとしての機能をもたせることが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１のインクジェット記録ヘッドの平面
図である。

【図２】 図１の背面図である。

【図３】 図１のＡ−Ａ断面図である。

【図４】 図１のインク吐出発生素子とその駆動素子，
エッチングマスク材の形成されたＳｉ基板を示す断面図
である。

【図５】 図４のＳｉ基板にノズル型材をパターン形成
したところを示す断面図である。

【図６】 図５にオリフィスプレート材を積層して、吐
出口をパターン形成したところを示す断面図である。

【図７】 図１で形成されたエッチングマスク材を所望
のインク供給口のパターンに形成したところを示す断面
図である。

【図８】 異方性エッチングを行いインク供給口を形成
したところを示す断面図である。

【図９】 図７で形成した型材を溶解除去して、主たる
インクジェット記録ヘッドの製造工程が完了したところ
を示す断面図である。

【図１０】 実施例２のインクジェット記録ヘッドの製
造工程を示す断面図である。

【図１１】 実施例２のインクジェット記録ヘッドの製
造工程を示す断面図である。

【図１２】 実施例２のインクジェット記録ヘッドの製
造工程を示す断面図である。

【図１３】 実施例２のインクジェット記録ヘッドの製
造工程を示す断面図である。

【図１４】 従来のインクジェット記録ヘッドの平面図
である。

【図１５】 図１４の背面図である。

【図１６】 図１４のＢ−Ｂ断面図である。

【符号の説明】

１ Ｓｉ基板 ２ インク吐出発生素子 ３ エッチングマスク材 ４ インク流路用の型材 ５ オリフィスプレート材 ６ インク吐出口 ７ インク供給口となるパターン ８ インク供給口 ９ インク流路 １０ インク流路壁 １１，２２，２３ 隔壁 ２０ 第１インク供給口（溝） ２１ 第２インク供給口

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のインク吐出口と、各インク吐出口
   にそれぞれ連通する複数のインク流路と、これらのイン
   ク流路の少なくとも１つずつにそれぞれ連通する複数の
   インク供給口とを有し、かつ前記インク吐出口とインク
   流路は、基板に形成されたインク吐出発生素子に対応す
   る位置に基板とは別の部材で基板との間に形成され、前
   記インク供給口は、基板に厚さ方向の貫通口として形成
   されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 複数のインク吐出口と、各インク吐出口
   にそれぞれ連通する複数のインク流路と、これらのイン
   ク流路のすべてに連通する１つの第１インク供給口と、
   この第１インク供給口に連通する複数の第２インク供給
   口とを有し、かつ前記インク吐出口とインク流路は、基
   板に形成されたインク吐出発生素子に対応する位置に基
   板とは別の部材で基板との間に形成され、前記第１イン
   ク供給口は、基板に１つの溝として形成され、前記第２
   インク供給口は、基板の前記溝部分に厚さ方向の貫通口
   として形成されていることを特徴とするインクジェット
   記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記インク流路と、これに連通するイン
   ク供給口との間に狭窄部が形成されていない請求項１記
   載のインクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記基板は、面方位が＜１１０＞面のＳ
   ｉ基板である請求項１，２または３記載のインクジェッ
   ト記録ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載のインクジェット
   記録ヘッドにおけるインク供給口を、Ｓｉ異方性エッチ
   ングにより形成することを特徴とするインクジェット記
   録ヘッドの製造方法。