(57)【要約】【課題】吐出素子基板と支持体との接合を強化し、かつ、接着剤の流れ出し等を防ぐ。【解決手段】発熱抵抗体３を有する吐出素子基板１上に、吐出口４や流路５を有するノズル層２を形成し、吐出素子基板１の裏面側を図示しない支持体に接着する。吐出素子基板１の裏面に、接着剤を収容するための四角錐形状のピット形状部７を高密度で点在させ、くさび効果によって接着を強化するとともに、吐出素子基板１のインク供給口６や支持体の連通部へ接着剤が流れ出るのを防ぐ。【選択図】図１
2006281715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体供給口および吐出素子を有する吐出素子基板と、前記吐出素子基板上に吐出口および流路を有する流路形成層と、前記吐出素子基板の裏面に接着された支持体とを備え、前記吐出口から液滴を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、
前記吐出素子基板の前記裏面に、前記支持体に対向して所定の密度で点在するピット形状の微小穴が形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
ピット形状の微小穴が、液体供給口に近づくほど高密度に配置されていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
ピット形状の微小穴が、多角錐形状を有することを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
ピット形状の微小穴が、多角錐台形状を有することを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
吐出素子を有する吐出素子基板上に、液体を吐出する吐出口および流路を有する流路形成層を形成する工程と、
吐出素子基板に異方性エッチングにより液体供給口を形成する工程と、
吐出素子基板に所定の密度で点在するピット形状の微小穴を形成する工程と、
ピット形状の微小穴に充填された接着剤によって吐出素子基板を支持体に接着する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
ピット形状の微小穴と液体供給口とを同時に異方性エッチングにより形成することを特徴とする請求項５記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を噴射し飛翔液滴を形成して記録を行う記録装置に搭載される液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
また本発明は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対し記録を行う、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用できる。
【０００３】
なお、本発明における[記録]とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を付与することも意味する。
【背景技術】
【０００４】
従来からの液体吐出ヘッドは、例えば図８に示すように、インクを吐出するための吐出口１０４および各吐出口１０４に連通した流路１０５を有するノズル層１０２と、流路１０５の一部を構成し、かつ吐出素子である発熱抵抗体１０３および各流路１０５にインクを供給するインク供給口１０６を有する吐出素子基板１０１と、インク供給口１０６に連通している連通部１０９を有し、吐出素子基板１０１を支持する支持体１０８とによって構成されている。
【０００５】
図９は、液体吐出ヘッドの製造方法を示すもので、吐出素子として発熱抵抗体１０３を用いる液体吐出ヘッドは、半導体製造技術として一般的に行われている、一枚のＳｉ基板から多数個の液体吐出ヘッドを形成する方法で製造される。例えば＜１００＞面の結晶方位を持つＳｉ基板を用いて、半導体製造技術により発熱抵抗体１０３とこれを駆動するための駆動素子(不図示)を形成し、次いで、発熱抵抗体１０３と外部制御機器との電気的取り出し電極(不図示)を形成した吐出素子基板１０１を用いる。
【０００６】
まず、図９の（ａ）に示すようにインク供給口１０６を形成するための異方性エッチングに用いるマスクＭを、以下のように形成する。吐出素子基板１０１の裏面にマスク材を所望の膜厚で塗布する。マスク材として、異方性エッチング液で劣化しない樹脂を用いる。マスク材上に、ポジ型フォトレジストを塗布し、露光現像工程を経てインク供給口１０６に対応する部分のレジストを除去する。そして、インク供給口１０６に対応する部分のマスク材をドライエッチングにて除去した後、レジストを除去することにより、開口Ｍ1 を有するマスクＭを形成する。なお、マスクＭは、マスク材自身がパターニングできる材料で形成されていても構わない。
【０００７】
液体吐出ヘッドのノズル層１０２の形成方法としては、流路１０５となる除去可能なノズル型材Ｒをフォトリソグラフィー技術により形成する。ノズル型材Ｒとして、ポジ型フォトレジストを用い所望の膜厚で塗布する(この膜厚が流路１０５の高さに相当する)。その後、露光、現像工程を経て流路１０５のパターンを形成する。
【０００８】
次いで、図９の（ｂ）に示すように、流路１０５となる除去可能なノズル型材Ｒを被覆するように、光反応によるカチオン重合ネガ型レジストからなるノズル層１０２をスピンコートにて塗布する。そして、ノズル層１０２に、フォトリソグラフィー技術により吐出口１０４などを形成する。
【０００９】
次に、図９の（ｃ）に示すように、インク供給口１０６に対応する部分の酸化膜１０１ａを、ケミカルドライエッチングにより除去し、その後異方性エッチングを行うことでインク供給口１０６の形成を行う。例えば、異方性エッチング液としてＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）２２％水溶液を８３℃に加熱したものを用いてエッチングを行い、異方性エッチングが完了した後、マスクＭを除去する。
【００１０】
図９の（ｄ）に示すように、ノズル層１０２の表面より露光を行い、流路１０５となるノズル型材Ｒを、型材除去液を用いて除去する。ノズル型材Ｒにポジ型フォトレジストを用いていることから、ノズル型材Ｒの除去としては一般的なポジ型フォトレジスト用の剥離剤を使用することで除去可能である。上記の工程を経ることで、液体吐出ヘッドの吐出素子チップを製作し、チップの裏面を図８の（ｂ）に示す支持体１０８に接着する。すなわち、支持体１０８に接着剤１１０を塗布して、吐出素子基板１０１の裏面を接着し、発熱抵抗体１０３を駆動するための電気的接合(不図示)を行って、液体吐出ヘッドが完成する。
【００１１】
吐出素子基板と支持体を接着させる際、その接着力が十分でないと、吐出動作中に剥がれが発生し、吐出不良となる懸念がある。特に１個の吐出素子基板に複数個のインク供給口が形成されている場合は、吐出素子基板と支持体のすきまで複数のインクが混色して不良が発生することがある。
【００１２】
また、吐出素子基板と支持体とを接着する接着剤量のばらつきにより、接着剤がインク供給口や支持体の連通部にまではみ出し、さらにはノズル層の流路にまで達することもあり、その結果、流路形状が変形して吐出に対して悪影響を及ぼすことがあった。
【００１３】
これらの課題を解決するための方法として、特許文献１には、吐出素子基板の裏面のインク供給口周辺に溝を形成し、支持板に設けた突起を嵌合させることにより、位置合わせを容易にするとともに、接着剤の塗布領域を制御する構成が開示されている。
【特許文献１】特開平９−３１４８４１号公報
【特許文献２】特開２００２−３２６３６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１に開示された構成では、液体吐出ヘッドの小型化に伴い基板サイズが小さくなり、さらには、多色化に伴い供給口間の幅が狭くなってきているため、支持体に形成する突起も細くする必要がある。そのため、セラミックなどからなる支持体に寸法精度の高い突起を一体形成するには特殊工程を要し、支持体にコストがかかってしまう。
【００１５】
また、特許文献１、２に開示された構成では、基板裏側に形成している溝幅も細く形成する必要があり、吐出素子基板と支持体を接着するために必要量の接着剤を塗布すると、溝の空間で収まらない接着剤がインク供給口と連通部にまではみ出して、塗布領域の制御が困難になることがあった。
【００１６】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、低コストな支持体を用いて吐出素子基板と支持体の接着剤塗布領域を制御し、かつ接着力を向上させることのできる液体吐出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ものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、液体供給口および吐出素子を有する吐出素子基板と、前記吐出素子基板上に吐出口および流路を有する流路形成層と、前記吐出素子基板の裏面に接着された支持体とを備え、前記吐出口から液滴を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出素子基板の前記裏面に、前記支持体に対向して所定の密度で点在するピット形状の微小穴が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、吐出素子を有する吐出素子基板上に、液体を吐出する吐出口および流路を有する流路形成層を形成する工程と、吐出素子基板に異方性エッチングにより液体供給口を形成する工程と、吐出素子基板に所定の密度で点在するピット形状の微小穴を形成する工程と、ピット形状の微小穴に充填された接着剤によって吐出素子基板を支持体に接着する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
支持体と吐出素子基板との接着部に貫通しないピット形状の微小穴を点在させることにより、液体供給口に接着剤が回り込まず微小穴に流れ込むことにより、接着剤の塗布領域を制御することができる。
【００２０】
また、支持体に突起を形成する特殊工程を省略することで、支持体のコストを削減することができる。
【００２１】
さらに、ピット形状の微小穴を高密度で微細なパターンに形成することで、ピット形状の微小穴への接着剤流入によるくさび効果を増大させ、吐出素子基板と支持体の接着強度をより一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１に示すように、Ｓｉ基板等からなる吐出素子基板１と、吐出素子基板１上に設けられた流路形成層であるノズル層２とを備えた液体吐出ヘッドにおいて、吐出素子基板１は、基板面に対して垂直方向に液体であるインクを吐出するための吐出圧を発生させる吐出素子である発熱抵抗体３を有する。ノズル層２は、吐出素子基板１上に形成された吐出口４および流路５を備え、流路５は、異方性エッチングによって吐出素子基板１に形成された液体供給口であるインク供給口６に連通している。
【００２３】
吐出素子基板１の裏面には、図１の（ｂ）に示すように高密度で微小穴であるピット形状部７が点在し、図５に示すように、接着剤１０がピット形状部７に充填されることで、吐出素子基板１と支持体８との接着剤１０による接合が強化される。
【００２４】
ピット形状部の密度は均一でもよいし、インク供給口に近づくほど高密度に配置されていてもよい。
【００２５】
各ピット形状部は、四角錐、四角錐台もしくはこれらを組み合わせた形状の微小穴であるとよい。
【００２６】
ノズル層は、例えば、ネガ型レジストからなるノズル材にて吐出口および流路をフォトリソにて形成し、吐出素子基板の裏面のインク供給口形成部上の酸化膜を除去して、異方性エッチングによりインク供給口を形成する。吐出素子基板の裏面のピット形状部も異方性エッチングによって形成する。
【００２７】
ピット形状部とインク供給口とを同時に異方性エッチングしてもよい。
【実施例１】
【００２８】
図１に示すように、Ｓｉ基板の厚みが０．６２５ｍｍのものを用いて、発熱抵抗体３などを、従来技術と同様の方法で吐出素子基板１上に作成した。図２に示すように、異方性エッチングためのマスク材Ｍ0 を、吐出素子基板１の裏面の酸化膜１ａ上にスピンナーを用いて塗布した後、ポジ型フォトレジストを塗布し、インク供給口６およびピット形成部７に対応する透過パターンを有するマスクを用いて露光し、現像によりパターン形成した。なお、ピット形状部７は、吐出素子基板１と支持体８との接着部分にのみ形成される。
【００２９】
インク供給口６を形成するための異方性エッチングによって、Ｓｉ基板である吐出素子基板１は５４．７°の傾斜でエッチングされる。そのため、ピット形状部７は、吐出素子基板１を貫通しない寸法以下になるように、マスクの透過パターンを形成しておく。なお、本実施例においては、マスク上のピット形状部に対応する透過パターンを１０μｍ角で形成した。
【００３０】
その後、ドライエッチングにてインク供給口６およびピット形成部７に対応する部位のマスク材Ｍ0 を除去したのち、レジストを除去した。続いて、従来の製法に従いノズル層２を形成した。次に、インク供給口６等に対応する部位の酸化膜１ａを、ケミカルドライエッチングにより除去し、異方性エッチングを行うことで、インク供給口６およびピット形状部７の形成を行った。
【００３１】
図２は、ピット形状部７における上記の異方性エッチング工程を示す。図２の（ａ）に示すように、マスク材Ｍ0 を吐出素子基板１に塗布し、（ｂ）に示すように、マスク材Ｍ0 をエッチングして開口Ｍ1 を有するマスクＭを形成し、（ｃ）に示すように開口Ｍ1 内の酸化膜１ａを除去し、（ｄ）に示すように、異方性エッチング処理を行うことで、ピット形状部７等が形成される。
【００３２】
その後、公知の方法でマスクＭおよび図示しないノズル型材を除去することで、液体吐出ヘッドの吐出素子チップを完成させた。
【００３３】
本実施例のピット形状部は、図１に示すような四角錐形状であり、２４０μｍ角、９０μｍ深さで形成した。
【実施例２】
【００３４】
本実施例は、図３に示すように、ピット形状部７の密度をインク供給口６に近づくにつれて高密度にしたものであり、図４の（ａ）に示すように、異方性エッチングのマスク材Ｍ0 を塗布する工程までは、実施例１と同様の工程を採用した。
【００３５】
その後、ポジ型フォトレジストを塗布し、インク供給口６に対応する部位に透過パターンを有するマスクを用いて露光し、現像によりパターン形成を行った。その後、ケミカルドライエッチングによりインク供給口６に対応する部位のマスク材Ｍ0 を除去し、酸化膜１ａの除去も行った。
【００３６】
次に、ピット形状部７に対応する部位に透過パターンを有するマスクを用いて、レジストの露光、現像を行った。なお、ピット形状部７に対応する透過パターンは、吐出素子基板１と図５に示す支持体８との接着部分において、インク供給口６に近いほど密度が高くなるように形成した。その後、ドライエッチングにてピット形状部７に対応する部位のマスク材Ｍ0 を除去して開口Ｍ1 を形成し、レジストを除去したのち、従来の製法に従いノズル層２を形成した。
【００３７】
次に、ピット形状部７に対応する部分の酸化膜１ａを、ケミカルドライエッチングにより薄層が残る程度に除去し、その後、異方性エッチングを行うことで、インク供給口６およびピット形状部７を同時に形成した。
【００３８】
異方性エッチング剤として水酸化カリウム溶液を用いた。ＴＭＡＨと違い、ＫＯＨは酸化膜も除去することができる。ただし、酸化膜のエッチングレートは、Ｓｉのレートに比べ遅いため、酸化膜を薄層だけ残したピット形状部はエッチング量を少なくすることができる。
【００３９】
そのため、実施例１よりも微小なピット形状部を、より高密度に配置することができるのである。
【００４０】
図４は、ピット形状部７における上記の異方性エッチング工程を示す。まず、図４の（ａ）に示すように、マスク材Ｍ0 を吐出素子基板１上に塗布し、（ｂ）に示すようにマスク材Ｍ0 をエッチングして開口Ｍ1 を形成したのち、（ｃ）に示すように、酸化膜１ａが残るようにエッチング処理を行い、異方性エッチング処理を行うことで、（ｄ）に示すように、ピット形状部７が形成される。
【００４１】
その後、公知の方法でマスクＭおよび図示しないノズル型材を除去することで、液体吐出ヘッドの吐出素子チップを完成させた。
【００４２】
本実施例のピット形状部は、図３に示すような四角錐形状であり、１００μｍ角、７０μｍ深さで形成した。
【００４３】
実施例２の素子チップを用いて、図５に示すように支持体８との接着を行った。接着剤１０として、熱またはＵＶ照射により硬化する接着剤を用いた。まず、支持体８の表面に接着剤１０を１５μｍ厚となるように転写する。次に、吐出素子基板１と支持体８をアライメントし、３μｍ厚さのギャップとなるまで圧着接合する。この際、チップ裏面の外周部分はピット形状部７がほとんど形成されていないため、接着剤１０がチップ外側にまではみ出している。その状態で、チップ外周にＵＶ光を照射し、チップ外周にはみ出した接着剤１０を硬化させる。これにより、吐出素子基板１と支持体８は仮接合される。また、吐出素子基板１の裏面のインク供給口６に近い部分では余分な接着剤１０はピット形状部７内に誘導されるため、インク供給口６や支持体８の連通部９へのはみ出しを防ぐことができる。つまり、ピット形状部７を設けることにより、接着剤塗布部からインク供給口６までの距離を伸ばすことと同等の効果が得られる。
【００４４】
その後、ＵＶが照射されない領域の接着剤１０を硬化させるために加熱を行い、吐出素子基板１と支持体８の接合を完了する。
【００４５】
このようにして製作した液体吐出ヘッドは、吐出素子基板１と支持体８を接合する接着剤１０のインク供給口６や連通部９への流れ込みも見られず、流路５の形状変化による吐出不良も見られなかった。また、接着強度もピット形状部７がないものに比べて向上していることを確認した。
【００４６】
また、本実施例においては、ピット形状部７はインク供給口６の長手方向に同列に配置されるように形成したが、インク供給口６の長手方向に対して千鳥状に配列した場合の方が、接着剤１０の誘導に対しては効果が大きかった。
【実施例３】
【００４７】
本実施例は、図６に示すように、インク供給口６の近傍には寸法の小さい四角錐形状のピット形状部７ａを設け、吐出素子基板１の外周部には寸法の大きい四角錐台形状のピット形状部７ｂをほぼ一定の深さで設けたものである。
【００４８】
図７に示すように、インク供給口６に対応するように酸化膜１ａを除去する工程までは、実施例２と同様である。次に、ピット形状部７ａ、７ｂに対応する部位に透過パターンを有するマスクを用いて、レジストの露光、現像を行った。なお、レジストの露光の際に使用したマスクは、吐出素子基板１のインク供給口６に近いほどパターンが小さくなるように形成した。その後、ドライエッチングにてピット形状部７ａ、７ｂに対応するようにマスク材Ｍ0 を除去したのち、レジストを除去した。
【００４９】
図７は、四角錐台形状のピット形状部７ｂにおける異方性エッチング工程を示す。図７の（ａ）に示すように、マスク材Ｍ0 を吐出素子基板１に塗布し、（ｂ）に示すように、マスク材Ｍ0 をドライエッチングして開口Ｍ2 を形成した後、（ｃ）に示すように、酸化膜１ａが残るようにエッチング処理を行い、（ｄ）に示すように、吐出素子基板１の異方性エッチング処理を行うことで、ピット形状部７ｂが形成される。
【００５０】
ピット形状部７ｂに対応するマスクＭの開口寸法が大きいため、エッチングしている大半の時間は酸化膜１ａのエッチングに費やされる。そして、酸化膜１ａがエッチングされた後に吐出素子基板１のエッチングが開始される。そのため、ピット形状部７ｂのエッチング時間は実質的に非常に短く、エッチングした形状が四角錐となる前にエッチングが終了してしまうため、四角錐台形状となるのである。
【００５１】
ピット形状部を四角錐形状で形成すると、接着剤をピット先端まで供給できずに気泡が残り、加熱接着で気泡膨張による接着不良を起こす可能性がある。しかし、四角錐台形状にすることにより、これらの不良をなくすことができ、さらにはくさび効果による接着力向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例１による液体吐出ヘッドの主要部を示すもので、（ａ）はその断面図、（ｂ）はチップ裏面を示す平面図である。
【図２】実施例１の製造工程を示す工程図である。
【図３】実施例２による液体吐出ヘッドの主要部を示すもので、（ａ）はその断面図、（ｂ）はチップ裏面を示す平面図である。
【図４】実施例２の製造工程を示す工程図である。
【図５】図３の素子チップを支持体に接着した状態を示す断面図である。
【図６】実施例３による液体吐出ヘッドの主要部を示すもので、（ａ）はその断面図、（ｂ）はチップ裏面を示す平面図である。
【図７】実施例３の製造工程を示す工程図である。
【図８】一従来例による液体吐出ヘッドの主要部を示すもので、（ａ）は吐出素子基板の内部構成を説明する説明図、（ｂ）は断面図である。
【図９】図８の液体吐出ヘッドの製造工程を示す工程図である。
【符号の説明】
【００５３】
１    吐出素子基板
２    ノズル層
３    発熱抵抗体
４    吐出口
５    流路
６    インク供給口
７、７ａ、７ｂ    ピット形状部
８    支持体
１０    接着剤
【図１】
2006281715.tif 000003
【図２】
2006281715.tif 000004
【図３】
2006281715.tif 000005
【図４】
2006281715.tif 000006
【図５】
2006281715.tif 000007
【図６】
2006281715.tif 000008
【図７】
2006281715.tif 000009
【図８】
2006281715.tif 000010
【図９】
2006281715.tif 000011