(57)【要約】【課題】  供給口に貫通部分と非貫通部分とを形成する場合であっても、インクジェットヘッド用基板を効率よく製造することができる、インクジェットヘッド用基板の製造方法を提供すること。【解決手段】  エネルギー発生素子と、貫通部分と非貫通部分とを有し非貫通部分が前記貫通部分よりも前記エネルギー発生素子の側に配置されたインク供給口と、を有するインクジェットヘッド用基板の製造方法であって、所定の方向の開口幅が相対的に長い部分と相対的に短い部分とがある開口を有するマスクを設ける工程と、前記マスクの開口から前記基板に反応性イオンエッチングを行い、前記開口幅が相対的に長い部分に前記貫通部分と、前記開口幅が相対的に短い部分に対応する部分に前記非貫通部分とを、一括して形成する工程と、を有する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、供給口であって、前記エネルギー発生素子が設けられた面である第１面から前記第１面と反対側の第２面まで貫通する貫通部分と前記第１面から前記第２面まで貫通しない非貫通部分とを有し、前記第１面の側において前記非貫通部分が前記貫通部分よりも前記エネルギー発生素子の側に配置されたインク供給口と、を有するインクジェットヘッド用基板の製造方法であって、
基板を用意する工程と、
前記基板の前記第１面の側に、所定の方向の開口幅が相対的に長い部分と相対的に短い部分とがある開口を有するマスクを設ける工程と、
前記マスクの開口から前記基板に反応性イオンエッチングを行い、前記開口幅が相対的に長い部分に対応する部分に形成する前記貫通部分と、前記開口幅が相対的に短い部分に対応する部分に形成する前記非貫通部分とを、一括して形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッド用基板の製造方法。
【請求項２】
前記所定の方向は前記エネルギー発生素子の配列方向に沿う方向である請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
【請求項３】
前記所定の方向は前記エネルギー発生素子の配列方向と交差する沿う方向である請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
【請求項４】
前記マスクの開口は、１つの開口において所定の方向の開口幅が相対的に長い部分と相対的に短い部分とがある請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
【請求項５】
前記マスクの開口は、複数の開口間で所定の方向の開口幅が相対的に長い部分と相対的に短い部分とがある請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
【請求項６】
前記反応性イオンエッチングを行った後に、前記非貫通部分の間の基板を除去する工程を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
【請求項７】
前記基板の除去はエッチングによって行う請求項６に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
【請求項８】
前記非貫通部分の下方に基板の傾斜面が形成されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
【請求項９】
前記非貫通部分の下方に基板の階段形状の面が形成されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
【請求項１０】
前記基板はシリコンで形成された基板である請求項１乃至９のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドに用いられる基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクを吐出して記録等を行うインクジェットプリンタは、インクを吐出する部分としてインクジェットヘッドを有する。特許文献１に記載されているように、インクジェットヘッドは、インクを吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有し、インクを供給するインク供給口が貫通したインクジェットヘッド用基板を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２５５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エネルギー発生素子が発生させたエネルギーを用いてインクを吐出するインクジェットヘッドでは、インクの吐出周波数を上げることで、高速に記録を行うことができる。このようなインクジェットヘッドにおいて、エネルギー発生素子とインク供給口との距離を近づけると、エネルギー発生素子へのインクの供給速度を向上させることができる為、インクの吐出周波数を上げることができる。
【０００５】
しかしながら、貫通穴であるインク供給口を単にそのままエネルギー発生素子側に寄せると、エネルギー発生素子の下方の基板の厚みが薄くなる。この結果、基板の強度が低下したり、基板裏面側での他の部材との接着面積を確保できず、接着性が低下したりするといった課題がある。この為、エネルギー発生素子の近くで基板を掘り込み、基板を掘り込んだ部分をインク供給口の一部とすることが考えられる。即ち、インク供給口に基板を貫通する貫通部分と基板を貫通しない非貫通部分とを設け、基板表面側において非貫通部分を貫通部分よりもエネルギー発生素子側に配置する構成とすることが考えられる。
【０００６】
インクジェットヘッド用基板の供給口に貫通部分と非貫通部分とを形成する場合、両者は深さが異なることから、別工程で形成することが自然である。しかしながら、貫通部分と非貫通部分とを別工程で形成すると、その分、加工工程が増加し、生産性が低下してしまう。
【０００７】
即ち本発明は、インクジェットヘッド用基板の供給口に貫通部分と非貫通部分とを形成する場合であっても、インクジェットヘッド用基板を効率よく製造することができる、インクジェットヘッド用基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、インクを吐出するエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、供給口であって、前記エネルギー発生素子が設けられた面である第１面から前記第１面と反対側の第２面まで貫通する貫通部分と前記第１面から前記第２面まで貫通しない非貫通部分とを有し、前記第１面の側において前記非貫通部分が前記貫通部分よりも前記エネルギー発生素子の側に配置されたインク供給口と、を有するインクジェットヘッド用基板の製造方法であって、基板を用意する工程と、前記基板の前記第１面の側に、所定の方向の開口幅が相対的に長い部分と相対的に短い部分とがある開口を有するマスクを設ける工程と、前記マスクの開口から前記基板に反応性イオンエッチングを行い、前記開口幅が相対的に長い部分に対応する部分に形成する前記貫通部分と、前記開口幅が相対的に短い部分に対応する部分に形成する前記非貫通部分とを、一括して形成する工程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッド用基板の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インクジェットヘッド用基板の供給口に貫通部分と非貫通部分とを形成する場合であっても、インクジェットヘッド用基板を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】インクジェットヘッド用基板を示す図。
【図２】インクジェットヘッド用基板を示す図。
【図３】インクジェットヘッド用基板の製造方法を示す図。
【図４】インクジェットヘッド用基板を示す図。
【図５】インクジェットヘッド用基板を示す図。
【図６】インクジェットヘッド用基板の製造方法を示す図。
【図７】インクジェットヘッド用基板の製造方法を示す図。
【図８】マスクの開口の形状を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板について説明する。
【００１２】
図１に、インクジェットヘッド用基板の一部を示す。図１（ａ）はインクジェットヘッド用基板を上方（吐出口４と対向する側）から見た図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のインクジェットヘッド用基板のａ−ａ´における断面図である。インクジェットヘッド用基板は、シリコン等で形成された基板１を有する。基板１の第１面１ａ側には、エネルギー発生素子３が形成されている。エネルギー発生素子３としては圧電素子や電気熱変換素子が挙げられる。基板１の第１面１ａの反対側の面は、第２面１ｂである。基板１には、基板１を第１面１ａから第２面１ｂまで貫通する、インク供給口２が形成されている。インク供給口２は、基板１の第２面側から第１面側にインクを供給する貫通穴である。第１面側に供給されたインクは、流路部材１５が形成する流路へと流れ、エネルギー発生素子３が発生させたエネルギーが与えられる。このエネルギーによって、インクは、流路部材１５に形成された吐出口４から紙等の記録媒体に吐出される。
【００１３】
ここで、上述したように、インクジェットヘッド用基板においてインクの吐出周波数を上げる場合、エネルギー発生素子３とインク供給口２との距離（Ａで示す部分の長さ）を近づけることが有効である。
【００１４】
図２は、インクジェットヘッド用基板を示す図であり、流路部材や吐出口を省略して示した図である。図２（ａ）はインクジェットヘッド用基板を上方から見た図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のインクジェットヘッド用基板のａ−ａ´における断面図である。図２では、インク供給口を、貫通部分２ａと非貫通部分２ｂとを有する構成としている。貫通部分２ａは、インク供給口のうち、基板１の第１面１ａから第２面１ｂまで貫通する部分である。非貫通部分２ｂは、インク供給口のうち、基板１の第１面１ａから第２面１ｂまで貫通しない部分である。非貫通部分２ｂの下方には、基板１の傾斜面５がある。図２に示すように、基板１の第１面１ａの側において、非貫通部分２ｂは貫通部分２ａよりもエネルギー発生素子３の側に配置されている。図１（ｂ）と図２（ｂ）とを比較すると、非貫通部分２ｂを設けた分、エネルギー発生素子とインク供給口との距離（Ａで示す部分の長さ）が短くなっている。即ち、エネルギー発生素子とインク供給口との距離を近づけることができている。また、単にインク供給口をエネルギー発生素子に近づけるだけでなく、非貫通部分２ｂによってインク供給口をエネルギー発生素子に近づけることで、基板１の第２面１ｂ側の長さ（Ｂで示す部分）をかせぎやすい。Ｂで示す部分は、基板１を、例えば別の支持部材と接着する場合に、支持部材と接着する接着部となる。接着部の長さが短いと十分に接着させることが難しくなり、１つの基板で複数色のインクを吐出することが可能な基板においては、異なる色のインクが混ざって混色してしまうことがある。また、基板１にインク供給口を形成する方法は、ドリルやレーザー、サンドブラストや結晶異方性エッチング、反応性イオンエッチングといった方法が知られている。特に反応性イオンエッチングによれば、ほぼ垂直なインク供給口を形成することができ、エネルギー発生素子とインク供給口との距離を近づけやすい。しかし、インク供給口が垂直であると、接着部の長さが短くなりやすい。このような点から、非貫通部分２ｂを設けることによって、接着部となる基板１の第２面１ｂ側の長さ（Ｂで示す部分）を長くすることができる。非貫通部分２ｂを設けずに単にインク供給口２をエネルギー発生素子３に近づけると、Ｂで示す部分の長さが短くなり、上述したような接着の課題が発生する。また、Ｂで示す部分の長さが短いと、基板１自体の強度も低下し、基板１の変形や破損につながる可能性もある。
【００１５】
インクジェットヘッド用基板の形状は、図２（ｂ）に示す形状に限られない。例えば図２（ｃ）に示すように、インク供給口（貫通部分２ａ及び非貫通部分２ｂを有するインク供給口、第１のインク供給口）の下方に、このインク供給口とは幅の異なる第２のインク供給口１４を設けてもよい。第１のインク供給口を形成する基板と、第２のインク供給口１４を形成する基板とは、別の基板であってもよい。
【００１６】
図２（ｄ）に、流路部材１５を含めたインクジェットヘッド用基板を示す。図２（ｂ）及び（ｃ）では、非貫通部分２ｂ（及び貫通部分２ａ）は、エネルギー発生素子３の両側に設けている。これに対し、図２（ｄ）に示すように、非貫通部分２ｂ（及び貫通部分２ａ）は、エネルギー発生素子３の片側のみに設け、その反対側には流路部材１５を設けてもよい。
【００１７】
図２（ｂ）及び（ｃ）では、非貫通部分２ｂ及び傾斜面５は、エネルギー発生素子３の両側で対称な形状となっている。これに対し、図２（ｅ）に示すように、非貫通部分２ｂ及び傾斜面５を、エネルギー発生素子３の両側で非対称な形状としてもよい。例えば、図２（ｅ）に示すように、エネルギー発生素子３の両側で傾斜面５の傾斜角度を変えることができる。他にも、例えばエネルギー発生素子３の両側で非貫通部分２ｂの幅を異ならせることもできる。
【００１８】
次に、貫通部分と非貫通部分とを有するインク供給口を有するインクジェットヘッド用基板の製造方法を説明する。
【００１９】
まず、図３（ａ）に示すような基板１を用意する。基板１は、第１の面１ａ側にエネルギー発生素子３を有する。
【００２０】
次に、基板１の第１面１ａ側に、開口を有するマスクを配置する。配置するマスクを上方から見た図が図３（ｂ）、マスク及びマスクを配置した基板の、図３（ｂ）のａ−ａ´における断面図が図３（ｃ）である。マスク１０は、所定の方向（Ｃ方向）の開口幅が相対的に長い部分１０ａと、所定の方向（Ｃ方向）の開口幅が相対的に短い部分１０ｂとがある開口を有している。マスク１０は、この後で行う基板１への反応性イオンエッチングに対する耐性がある材料で形成することが好ましい。例えばポリエーテルアミド等の樹脂やアルミニウム等の金属が挙げられる。図３（ｃ）に示すように、マスク１０はエネルギー発生素子３を覆うように配置する。尚、図３においては、所定の方向（Ｃ方向）はエネルギー発生素子３の配列方向に沿う方向である。図３では複数のエネルギー発生素子は省略しているが、図３（ａ）では図の奥行方向、図３（ｂ）では図の上下方向に、エネルギー発生素子が並んで配列している。従って、これらの方向が、エネルギー発生素子の配列方向である。
【００２１】
マスク１０を配置した後、マスク１０の開口から基板１に対して反応性イオンエッチングを行う。反応性イオンエッチングを行うと、マイクロローディング効果によって、基板１のうち、所定の方向の開口幅が相対的に長い部分に対応する部分では、所定の方向の開口幅が相対的に短い部分に対応する部分よりも、エッチングレートが高くなる。即ち、所定の方向の開口幅が相対的に長い部分１０ａに対応する基板１の方が、エッチングが先に進む。所定の方向の開口幅が相対的に長い部分１０ａに対応する基板１において、エッチングが進んで基板１を貫通した後で、反応性イオンエッチングによるエッチングを停止する。このとき、所定の方向の開口幅が相対的に短い部分１０ｂに対応する基板１では、基板１が貫通していない状態とする。エッチングを停止した後は、マスク１０は不要になるので除去する。
【００２２】
図３（ｄ）〜（ｆ）は、マスク１０を除去した後の基板１を示す図である。図３（ｄ）は、基板１を上方から見た図である。図３（ｅ）は、図３（ｄ）のｂ−ｂ´における基板１の断面図である。図３（ｆ）は、図３（ｄ）のｃ−ｃ´における基板１の断面図である。このように、基板１のうち、所定の方向の開口幅が相対的に長い部分に対応する部分には貫通部分２ａが形成されており、所定の方向の開口幅が相対的に短い部分に対応する部分には非貫通部分２ｂが形成されている。これらは、マスクの開口の開口幅の違いによるマイクロローディング効果を利用して形成されたものであり、一度のエッチングによって一括して形成することができる。
【００２３】
ところで、マスクの開口の形状の都合上、図３（ｄ）に示すように、非貫通部分２ｂの間に、基板１の一部（残し部分６）が残ることがある。この残し部分６は、ウエットエッチングやドライエッチング等で除去してもよい。基板の残し部分６を除去した後の基板１を、図４に示す。残し部分６をエッチングによって除去する場合、残し部分６は基板１の第１面側からエッチングされることに加え、非貫通部分２ｂからもエッチングが進行する為、基板１の他の部分よりも消失しやすい。図４（ａ）は、図３（ｄ）に示す基板１から残し部分６を除去した様子を示す図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）のａ−ａ´における基板１の断面図であり、図３（ｅ）に対応している。図４（ｃ）は、図４（ａ）のｂ−ｂ´における基板１の断面図であり、図３（ｆ）に対応している。残し部分を除去した後でも、非貫通部分２ｂは基板１を貫通していない。
【００２４】
図２で説明した液体吐出ヘッド用基板は、非貫通部分２ｂの下方に傾斜面５を有している。本発明の液体吐出ヘッド用基板はこれに限られない。図５（ａ）に示すように、インク供給口の非貫通部分２ｂの下方が、階段形状の面となっている形状であってもよい。尚、ここでの下方とは、インクが吐出される方向と反対方向である。エネルギー発生素子からみて基板がある側が、下方である。
【００２５】
また、図５（ａ）に示す液体吐出ヘッド用基板は、図５（ｂ）に示すように、インク供給口（貫通部分２ａ及び非貫通部分２ｂを有するインク供給口、第１のインク供給口）の下方に、幅の異なる第２のインク供給口１４を設けてもよい。第１のインク供給口を形成する基板と、第２のインク供給口１４を形成する基板とは、別の基板であってもよい。
【００２６】
さらに、図５（ｃ）に示すように、非貫通部分２ｂは、エネルギー発生素子３の片側のみに設けてもよい。また、図５（ｄ）に示すように、非貫通部分２ｂ及び階段形状は、エネルギー発生素子３の両側で非対称（例えば傾きや長さが異なる）な形状であってもよい。
【００２７】
インクジェットヘッド用基板の製造方法は、図３で説明した方法に限られない。別の製造方法を、図６を用いて説明する。
【００２８】
まず、図６（ａ）に示すような基板１を用意する。基板１は、第１の面１ａ側にエネルギー発生素子３を有する。エネルギー発生素子の配列方向は、図３で説明した方向と同様である。
【００２９】
次に、基板１の第１面１ａ側に、開口を有するマスクを配置する。配置するマスクを上方から見た図が図６（ｂ）、マスク及びマスクを配置した基板の断面図が図６（ｃ）である。図３では、エネルギー発生素子３の配列方向に沿う方向を、所定の方向とした。一方、図６では、エネルギー発生素子３の配列方向と交差する方向を、所定の方向（Ｄ方向）とする。また、図３では、１つの開口において開口幅が相対的に長い部分と開口幅が相対的に短い部分とがあるが、図６では、複数の開口間で、開口幅が相対的に長い部分と、開口幅が相対的に短い部分とを有している。図６では、１つ１つの開口の所定の方向の開口幅は一定であるが、１つ１つの開口においても、所定の方向の開口幅を部分によって変えてもよい。マスク１０は、この後で行う基板１への反応性イオンエッチングに対する耐性がある材料で形成することが好ましい。例えばポリエーテルアミド等の樹脂やアルミニウム等の金属が挙げられる。図６（ｃ）に示すように、マスク１０は、エネルギー発生素子３を覆うように配置する。
【００３０】
マスク１０を配置した後、マスク１０の開口から基板１に対して反応性イオンエッチングを行う。反応性イオンエッチングを行うと、マイクロローディング効果によって、基板１のうち、所定の方向の開口幅が相対的に長い部分に対応する部分では、所定の方向の開口幅が相対的に短い部分に対応する部分よりも、エッチングレートが高くなる。即ち、所定の方向の開口幅が相対的に長い部分１０ａに対応する基板１の方が、エッチングが先に進む。所定の方向の開口幅が相対的に長い部分１０ａに対応する基板１において、エッチングが進んで基板１を貫通した後で、反応性イオンエッチングによるエッチングを停止する。このとき、所定の方向の開口幅が相対的に短い部分１０ｂに対応する基板１では、基板１が貫通していない状態とする。エッチングを停止した後は、マスク１０は不要になるので除去する。
【００３１】
図６（ｄ）は、マスク１０を除去した後の基板１の断面を示す図である。このように、基板１のうち、所定の方向の開口幅が相対的に長い部分に対応する部分には貫通部分２ａが形成されており、所定の方向の開口幅が相対的に短い部分に対応する部分には非貫通部分２ｂが形成されている。これらは、マスクの開口の開口幅の違いによるマイクロローディング効果を利用して形成されたものであり、一度のエッチングによって一括して形成することができる。
【００３２】
図６で説明したインクジェットヘッド用基板の製造方法においても、図６（ｄ）に示すように、非貫通部分２ｂの間に、基板１の一部（残し部分６）が残ることがある。この残し部分６は、ウエットエッチングやドライエッチング等で除去してもよい。基板の残し部分６を除去した後の基板１を、図６（ｅ）に示す。残し部分を除去した後でも、非貫通部分２ｂは基板１を貫通していない。
【００３３】
図６（ｂ）に示すマスク１０に対して、開口の数を増やした様子を図７（ａ）に示す。開口の数を増やすことで、図６と同様に反応性イオンエッチングを行い、残し部分６を除去すると、最終的に階段形状がなだらかになる（図７（ｃ））。この点から、所定の方向をエネルギー発生素子の配列方向と交差する方向とする場合、１つのエネルギー発生素子３に対応する開口の数は、エネルギー発生素子３の片側で５つ以上とすることが好ましい。
【００３４】
図８に、マスクの形状の変形例を示す。これらのマスクは、図３や図６で説明したマスク及び基板と同じ配置（方向）から見た図である。
【００３５】
例えば、図８（ａ）に示すように、エネルギー発生素子の配列方向に沿う方向と、エネルギー発生素子の配列方向と交差する方向の両方について、開口幅が相対的に短い部分１０ｂを形成してもよい。この場合、図８（ａ）に示すように、開口幅が相対的に短い部分１０ｂはエネルギー発生素子の配列方向に沿って複数並べることができる。
【００３６】
他にも、図８（ｂ）に示すように、所定の方向の開口幅が相対的に短い部分１０ｂを、エネルギー発生素子に近づくに連れて幅が狭くなる形状（例えば三角形）にすることができる。また、図８（ｃ）に示すように、所定の方向の開口幅が相対的に短い部分１０ｂを、エネルギー発生素子に近づくに連れて幅が広くなる形状としてもよい。他にも、図８（ｄ）に示すように、所定の方向の開口幅が相対的に短い部分１０ｂの間に、マスク１０が島状に残るようにしてもよい。
【実施例】
【００３７】
本発明を、実施例を用いてより具体的に説明する。
【００３８】
まず、図３（ａ）に示す基板１を用意した。基板１はシリコンの単結晶で形成された基板であり、第１面１ａ側にＴａＳｉＮからなるエネルギー発生素子３を有している。
【００３９】
次に、基板１の第１面１ａ上にポジ型感光性樹脂組成物を塗布し、露光及び現像することによって、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すポジ型感光性樹脂からなるマスク１０を形成した。マスク１０は、所定の方向（Ｃ方向）の開口幅が相対的に長い部分１０ａと、所定の方向（Ｃ方向）の開口幅が相対的に短い部分１０ｂとがある開口を有している。所定の方向（Ｃ方向）は、エネルギー発生素子３の配列方向に沿う方向である。幅Ｃは５．０μｍ、幅Ｄは２０．０μｍ、幅Ｅは１８．５μｍとした。幅Ｃについては全ての部分１０ｂ（図３では６つ）において揃えた。また、幅Ｄと幅Ｅについても全ての部分１０ｂ及び部分１０ａで揃えた。
【００４０】
マスク１０の開口から基板１に対して反応性イオンエッチングを行った。これによって図３（ｄ）〜（ｆ）に示す液体吐出ヘッド用基板を製造した。製造された液体吐出ヘッドは、供給口が貫通部分２ａと非貫通部分２ｂとを有しており、図３（ｅ）に示す深さＦが２０６．８μｍ、深さＧ（＝基板１の厚み）が２５５．８μｍであった。
【符号の説明】
【００４１】
１  基板
２  インク供給口
２ａ  貫通部分
２ｂ  非貫通部分
３  エネルギー発生素子
１０  マスク
１０ａ  開口のうち開口幅が相対的に長い部分
１０ｂ  開口のうち開口幅が相対的に短い部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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