(57)【要約】【課題】  ＣＲヘッドのノズル剥がれ防止。【解決手段】  インク供給口の寸法を切断前の寸法に矯正してからチッププレートにマウント固定する。矯正方法：吐出口を形成する樹脂を加湿膨潤する。【選択図】  図１１
2008149664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を有する基板面に対して垂直方向にインク液滴が吐出される液体噴射記録ヘッドにおいて、液滴が吐出される吐出口と、この吐出口から液滴を吐出するための吐出エネルギーを発生する吐出エネルギー発生部と、この吐出エネルギー発生部にインクを供給するための開口部を持つヘッド基板が、ウエハで一括して基体を作った後に切断して個々のヘッド基板に分割されるものであって、前記ヘッド基板をベース板に接合する際に、前記開口部の寸法を切断前の寸法に矯正して接合されていることを特徴とする液体吐出ヘッドとその製造方法。
【請求項２】
前記矯正方法が、吐出口を形成する樹脂層を予め加湿膨潤してからヘッド基板をベース板に接合することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記加湿膨潤を切断前におこなうことを特徴とする請求項２記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記加湿膨潤を切断後におこなうことを特徴とする請求項２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、液体噴射（以下、「インクジェット」という）記録方式に用いる記録液（インク）小滴を発生するためのインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録方式は、記録時における騒音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点、また高速記録が可能であり、しかもいわゆる普通紙に定着可能で、特別な処理を必要とせずに記録が行えるという点で、ここ数年急速に普及しつつある。
【０００３】
インクジェット記録ヘッドの中で、インク吐出エネルギー発生素子が形成された基体に対して、垂直方向にインク液滴が吐出するものを「サイドシュータ型記録ヘッド」と称し、本発明は、この種のサイドシュータ型記録ヘッドの構造に関するものである。
【０００４】
特許文献１〜３に記載のインクジェット記録ヘッドは、発熱抵抗体を加熱することにより生成した気泡を外気と連通させることにより、インク液滴を吐出させることを特徴とする。これらの記録ヘッドにおいては、従来のサイドシュータ型ヘッドの製造方法（特許文献４参照）では困難であったインク吐出エネルギー発生素子とオリフィス間の距離を短くすることおよび小液滴記録を容易に達成することができ、近年の高精細記録への要求に答えることが可能である。図１を用いて説明する。インクジェット記録ヘッドでは、まず、インク吐出エネルギー発生素子が所望の個数配置された基板（以下ヒータボード基板と称す）に溶解可能な樹脂層３をインク流路となるパターンに形成する。次に、オリフィスプレートとなる被覆樹脂層５をスピンコートなどにより塗布し、被覆樹脂層５にインク吐出口６を形成する。
【０００５】
インク吐出口６および貫通口７の形成は、例えば紫外線、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光などの露光により、形成可能である。より具体的には、ネガ型レジストをスピンコートにより塗布、乾燥後、紫外線によりパターン露光、現像することで形成する。
【０００６】
次に基板２にインク供給口８を設ける。このインク供給口８は、基板を化学的にエッチングすることにより形成する。例えば基板２としてＳｉ基板を用い、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨなどの強アルカリ溶液による異方性エッチングにより形成する（図１の（ｄ））。より具体的な例としては、結晶方位が＜１１０＞のＳｉ基板上に形成した熱酸化膜をパターニングし、このＳｉ基板を８０℃に加熱温調したＴＭＡＨ２２％溶液で十数時間エッチングすることにより、インク供給口８を形成する。
【０００７】
続いて図１の（ｄ）に示すように、溶解可能な樹脂層３および４を、インク吐出口６、インク供給口８および樹脂層除去のための貫通口７から溶出させることにより、インク流路および発泡室が形成される。溶解可能な樹脂層３および４の除去の方法は、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行った後、現像、乾燥を行う。
【０００８】
これらのヘッド基板は複数個が基体上に形成されており、基体上の基板が一括して製造工程を経た後、切断して個々独立したヘッド基板となる。インク吐出口や流路は樹脂で形成されており、インク吐出エネルギー発生素子はSi基板上に形成されている。前記露光、現像、乾燥を行うと乾燥時に樹脂の硬化収縮が起こって樹脂層には圧縮の内部応力が発生する。
【０００９】
図２に基体上に複数個のヘッド基板が形成された状態を示す。
【００１０】
基体１０を切断して個々独立したヘッド基板９に切り出すと、この内部応力によってヘッド基板を変形させる力が働く。
【００１１】
従来は樹脂層の内部応力によってヘッド基板に働く力よりもヘッド基板の剛性が充分高かったために、ヘッド基板の変形は実用上、無視出来る程度であった。
【特許文献１】特開平４−１０９４０号公報
【特許文献２】特開平４−１０９４１号公報
【特許文献３】特開平４−１０９４２号公報
【特許文献４】特開昭６２−２３４９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが近年さらなる印字速度の向上が求められるようになり、ノズル数を多くして印字速度の増加を計る必要が生じた。
【００１３】
ウエハで一括して製作する場合は、ウエハ一枚からなるだけ多くのヘッド基板を取れるようにしないと、製造コストがアップする。そのためノズル数を多くする場合のヘッド基板サイズの大型化は必要最小限にする必要がある。そうするとノズル数を多くする場合はノズル列方向のみを長くするので矩形の基板の長辺短辺の比が大きくなって、より細長い形状になる。矩形基板には矩形のインク供給口が形成されているので長辺短辺の比が大きくなるとヘッド基板の剛性は指数関数的に低下する。そうすると従来は無視出来るほどであったヘッド基板の変形が明らかに生じるようになった。
【００１４】
図３-(a)は従来のヘッド基板形状、図3-(b)はノズル数を多くした場合のヘッド基板の形状を示す。
【００１５】
ヘッド基板の変形は高さ方向（吐出方向）、幅方向（吐出直角方向）共に発生し、特に矩形のインク供給口の短辺側の幅が長辺の中央付近でもっとも狭くなるように収縮する。いわゆる糸巻き（スプール）状に変形する。ノズル列はインク供給口の長辺から数十μmの位置に長辺と平行して配置されている。
【００１６】
図３-(ｃ)は図３-(b)のノズル数を多くしたヘッド基板のインク供給口の変形を模式的に示した図である。
【００１７】
変形が発生したヘッド基板をそのままベース板に接着材などで固定すると、その後の製造工程の加熱工程や、インク吐出ヘッドが完成して印字耐久中にヘッド温度が上昇すると樹脂で出来たノズルがヒータボード基板上から剥離するという不具合が発生した。
ノズル剥離の発生状況はヘッド基板のインク供給口の変形と対応しており、インク供給口の短辺幅が最も狭くなっている長辺の中央付近が最も剥離していた。
【００１８】
本発明は上記の諸点に鑑み成されたものであって、長尺のヘッドであってもノズル剥離が生じることの無い、信頼性の高いサイドシュータ型インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成する本発明は次のようである。
【００２０】
ヘッド基板をベース板に固定する際にインク供給口の寸法を、切断分離する前の寸法に戻してから固定することにある。
【００２１】
変形する前の状態に戻してから固定すると、ノズルに対する力のかかり方が均等になるため、その後の製造工程や印字中に加熱されてもノズル剥離が生じることがない。
【００２２】
具体的な手段としては、ノズル製造工程の終了した切断前の基体、または切断後のヘッド基板を加湿雰囲気中に保持して樹脂層を膨潤させる。
【００２３】
そうすると、樹脂の硬化収縮により発生した内部応力がなくなるため、ヘッド基板に切断した後でも、インク供給口の寸法は切断分離する前の寸法になる。
【００２４】
その状態でベース板に接着材で固定する。
【００２５】
樹脂を膨潤させる物質は水分を用いるが、樹脂が劣化せず、再加熱や真空吸引やその他の方法で膨潤状態を膨潤する前の状態に戻すことが出来れば水以外の物質やアルコールその他溶剤または、それらの混合物や、水との混合物、インク等を用いてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
以上、本発明により、長尺のヘッドであってもノズル剥離が生じることを抑え、耐久性が向上し、信頼性が向上したサイドシュータ型インクジェット記録ヘッドを製造する製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に本発明を実施例によってさらに説明する。
【実施例１】
【００２８】
ここでは印字幅が広く、高速印字が可能なノズル列の幅が１inchのヘッドを製作した。
【００２９】
その破断構造を表す図４を参照して説明する。すなわち、本実施例におけるヘッド基板Ｈ１１００は、シリコン基板の上に成膜技術を用いて吐出エネルギー発生部，インク室，吐出口１６などを形成したものである。そして、ヒータボード基板１１には、これを貫通する長孔状のインク供給口１２がその結晶方位を利用した異方性エッチングなどにより形成されている。このインク供給口１２の両側には、インク通路１２の長手方向に沿って所定間隔で２列に並ぶ複数（本実施例では片側６４０個）の電気熱変換体１３が相互に半ピッチずらした状態で形成され、吐出エネルギー発生部を構成している。ヒータボード基板１１には、これら電気熱変換体１３の他、電気熱変換体１３とプリンタ本体側との電気的接続を行うための金などで形成されるバンプ状の接続端子１４およびアルミニウムなどで形成される図示しない電気配線ならびに基準指標１９などが成膜技術によって形成されており、これら接続端子１４を介して図示しない駆動ＩＣから電気熱変換体１３に対する駆動信号が与えられ、同時に駆動電力がこの電気熱変換体１３に供給される。
【００３０】
以上の工程はシリコン基板上に一括して成膜技術により吐出エネルギー発生部を持つヒータボード基体を作成した。
【００３１】
切断前のヘッド基板の外形は長辺３０mm、短辺３mm、でSi基板厚さは０．６２５mmであり、インク供給口はインク吐出口が設けられている側の開口寸法で、長辺２６mm、短辺０．１２mmであった。
【００３２】
次にフォトリソ技術により、樹脂で形成されたノズル部が作製された基体を、ダイシングソーなどにより切断分離、チップ化してヘッド基板とする。
【００３３】
その状態でヘッド基板のインク供給口寸法を精密測定したところ、切断前の寸法に比べて短手開口幅が最大で4μm小さくなっていた。
【００３４】
次に切断分離したヘッド基板を湿度90%の加湿器中に一昼夜保管して樹脂層を充分膨潤させた。
【００３５】
その状態でヘッド基板のインク供給口寸法を精密測定したところ、切断前の寸法に比べて短手開口幅は±0.5μm以下の精度で等しい寸法であった。
【００３６】
上述したヘッド基板Ｈ１１００をベース板Ｈ１２００に接合する。その作業概念を図５に示し、その接合完了状態を図６に示す。
【００３７】
このようなベース板Ｈ１２００に対するヘッド基板Ｈ１１００の接合手順について図７〜図１１を参照して説明する。まず、下端面に紫外線硬化型の接着剤２２が塗布された転写ピン２３をベース板Ｈ１２００の所定位置に移動する（図７参照）。次に、図示しない作業台の所定位置に固定されたベース板Ｈ１２００の表面に転写ピン２３の下端面を押し当てる（図８参照）。そして、この転写ピン２３の下端面に塗布された接着剤２２をベース板Ｈ１２００の表面に転写した後、転写ピン２３を退避させる（図９参照）。これによって、ベース板Ｈ１２００に転写された接着剤２２は、ここに接合されるヘッド基板Ｈ１１００の周縁部にのみ付着し、その一部が周縁部から外側にはみ出すように、転写位置が設定されており、ヘッド基板Ｈ１１００のインク通路１２およびベース板Ｈ１２００のインク供給路Ｈ１２０１側へ接着剤２２がはみ出さないようにすることが好ましい。
【００３８】
次いで、３次元方向に移動可能な真空吸着フィンガ２４を用いてヘッド基板Ｈ１１００を吸着保持した状態で、基準指標１９を用いてヘッド基板Ｈ１１００の位置を認識するための一対のＣＣＤカメラ２５を用い、ベース板Ｈ１２００の表面に沿ったヘッド基板Ｈ１１００の位置決めを行う（図１０参照）。続いて、ヘッド基板Ｈ１１００を接着剤２２が塗布されたベース板Ｈ１２００の表面に押し付ける（図１１参照）。
【００３９】
この状態にて紫外線照射ノズル２６からベース板Ｈ１２００の表面に塗布された接着剤２２に向けて紫外線を照射し、ベース板Ｈ１２００とヘッド基板Ｈ１１００とを接着剤２２を介して一体的に接合する。なお、熱硬化型の接着剤２２を使用した場合には、紫外線照射ノズル２６に代えて赤外線照射ノズルから赤外線を同様に照射すればよい。また、これらの接着剤２２は、転写ピン２３からベース板Ｈ１２００に対する転写性が良好であることが好ましく、インクなどに対して化学的に安定であることが必要である。
【００４０】
以上の工程は数十秒以下の短時間で処理されるため、樹脂層の加湿膨潤状態はヘッド基板がベース板に固定されるまで保持された。
【００４１】
次にヘッド基板を乾燥炉中に投入し、樹脂層の水分を除去した。
【００４２】
次にヘッド基板が室温に戻ってから、インク供給口寸法を精密測定したところ、切断前の寸法に比べて短手開口幅は±0.5μm以下の精度で等しい寸法であった。
【００４３】
そして発熱抵抗体１３を駆動するための電気的接合（図示せず）を行った後、インク供給のためのチップタンク部材を接続して、インクジェット記録ヘッドを完成させた。
【００４４】
次にその状態でインク供給口寸法を精密測定したところ、切断前の寸法に比べて短手開口幅は±0.5μm以下の精度で等しい寸法であった。
【００４５】
次にノズル樹脂層がヒータボード基板から剥離しているかどうかを金属顕微鏡を用いて観察した結果、剥離はまったく認められなかった。
【００４６】
作製したインクジェット記録ヘッドを、純水／ジエチレングリコール／イソプロピルアルコール酢酸リチウム／黒色染料フードブラック２＝７９．４／１５／３／０．１／２．５からなるインク液を用いて、吐出周波数ｆ＝１５ｋＨｚで印字記録を行ったところ、非常に高品位な印字が得られた。
【００４７】
さらにこの記録ヘッドを長期間にわたって使用した場合を想定して、ｆ＝１５ｋＨｚで連続印字耐久試験を行った。
【００４８】
実用条件の１０倍以上の印字を行った後も、吐出特性に対する悪影響は全く見られず、良好な印字記録を得ることができた。
【００４９】
また従来例としてインクジェット記録ヘッドを本実施例と同様にノズル列の幅が１inchのヘッドを製作した。
【００５０】
ここで従来例では切断分離後のヘッド基板の加湿処理を行わなかった。
【００５１】
切断分離後のヘッド基板のインク供給口寸法を精密測定したところ、切断前の寸法に比べて短手開口幅が最大で4μm小さくなっていた。
【００５２】
次にヘッドが完成した状態でインク供給口寸法を精密測定したところ、切断前の寸法に比べて短手開口幅が最大で4μm小さくなっていた。
【００５３】
次にノズル樹脂層がヒータボード基板から剥離しているかどうかを金属顕微鏡を用いて観察した結果、インク供給口の開口幅の変化が最も大きい長手中央部付近にノズル剥がれが認められた。
【００５４】
従来例に示したインクジェット記録ヘッドで実施例１と同様のインク液を用いてｆ＝１５ｋＨｚで連続印字耐久試験を行ったところ、実用条件の数倍以上の印字枚数が経過した後、記録媒体に対してインク液がまっすぐ飛ばず  スジや、設計値通りのインク吐出量が飛翔しないことによるカスレが一部のノズルで発生し、低品位な印字記録となった。
【００５５】
さらに、このヘッドを分解観察したところ、インク供給口の開口幅の変化が最も大きい長手中央部付近を中心としてノズル剥がれが認められ、その範囲はヘッドが完成した状態よりも広範囲に広がっていた。
【実施例２】
【００５６】
ここでも印字幅が広く、高速印字が可能なノズル列の幅が１inchのヘッドを加湿処理を切断分離する前のウエハ基体状態で行うこと以外は実施例１と同様に製作した。
【００５７】
次にヘッドが完成した状態でインク供給口寸法を精密測定したところ、切断前の寸法に比べて短手開口幅は±0.5μm以下の精度で等しい寸法であった。
【００５８】
次にノズル樹脂層がヒータボード基板から剥離しているかどうかを金属顕微鏡を用いて観察した結果、剥離はまったく認められなかった。
【００５９】
作製したインクジェット記録ヘッドを、純水／ジエチレングリコール／イソプロピルアルコール酢酸リチウム／黒色染料フードブラック２＝７９．４／１５／３／０．１／２．５からなるインク液を用いて、吐出周波数ｆ＝１５ｋＨｚで印字記録を行ったところ、非常に高品位な印字が得られた。
【００６０】
さらにこの記録ヘッドを長期間にわたって使用した場合を想定して、ｆ＝１５ｋＨｚで連続印字耐久試験を行った。
【００６１】
実用条件の１０倍以上の印字を行った後も、吐出特性に対する悪影響は全く見られず、良好な印字記録を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の液体噴射記録ヘッドの基本的な製造工程の一例を示す模式的断面図である。
【図２】基体にヘッド基板が一括して作られている状態を示す説明図である。
【図３】ヘッド基板形状とインク供給口の変形状態を示す説明図である。
【図４】ヘッド基板を抽出拡大した破断斜視図である。
【図５】ベース板に対してヘッド基板の取り付け状態を示す作業概念図である。
【図６】ベース板に対するヘッド基板の取り付け状態を表す幾何概念図である。
【図７】ベース板とヘッド基板との接合手順を表す作業工程図であり、ベース板に接着剤を塗布する直前の状態を示す。
【図８】ベース板とヘッド基板との接合手順を表す作業工程図であり、ベース板に接着剤を塗布中の状態を示す。
【図９】べース板とヘッド基板との接合手順を表す作業工程図であり、ベース板に接着剤を塗布した直後の状態を示す。
【図１０】ベース板とヘッド基板との接合手順を表す作業工程図であり、ベース板にヘッド基板を接合する直前の状態を示す。
【図１１】ベース板とヘッド基板との接合手順を表す作業工程図であり、ベース板にヘッド基板を位置決めした状態を示す。
【符号の説明】
【００６３】
１  インク吐出エネルギー発生素子
２  基板
３  溶解可能な樹脂層（インク流路部）
４  溶解可能な樹脂層（土台部）
５  被覆樹脂層（オリフィスプレート）
６  インク吐出口
７  溶解可能な樹脂層除去のための貫通口
８  インク供給口
９  ヘッド基板
１０  基体
１１  シリコン基板
１２  インク通路
１３  電気熱変換体
１４  接続端子
１５  インク室
１６  吐出口
１７  上板部材
１８  インク路
１９  基準指標
２２  接着剤
２３  転写ピン
２４  真空吸着フィンガ
２５  ＣＣＤカメラ
２６  紫外線照射ノズル
Ｈ１１００  ヘッド基板
Ｈ１２００  ベース板
Ｈ１２０１  インク供給路
【図１】
2008149664.tif 000003
【図２】
2008149664.tif 000004
【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】
2008149664.tif 000009
【図８】
2008149664.tif 000010
【図９】
2008149664.tif 000011
【図１０】
2008149664.tif 000012
【図１１】
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