(57)【要約】【課題】ノズル配列密度を高密度化し、インク吐出の繰り返し周波数の大幅な向上が可能な大規模高集積密度の構成を有するインクジェットプリントヘッドを提供する。【解決手段】インクを加熱する薄膜発熱抵抗体３と、オリフィスであるインク吐出ノズル１２と、インク吐出ノズル１２の各々に対応してＳｉ基板1の一方の面に設けられた個別インク通路９と、個別インク通路９の各々に接続される共通インク通路１０と、薄膜発熱抵抗体３の列に沿って形成され、薄膜発熱抵抗体の各々と配線接続された駆動用集積回路と、Ｓｉ基板１の他方の面側に装着され、インク供給路を有するフレーム１７と、Ｓｉ基板１に形成された共通インク通路１０に間歇的にあけられた複数の連結用インク穴１５と、を有する。駆動用集積回路の制御信号はＳｉ基板１の長手方向の端から供給される。インク吐出ノズル１２の数１００〜３００に対して１個の割合で連結用インク穴１５が設けられる。【選択図】図２
2004009744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　長尺のＳｉ基板の一方の面に、このＳｉ基板の長手方向に沿って形成された薄膜発熱抵抗体列と、
　この薄膜発熱抵抗体列の複数の薄膜発熱抵抗体の各々と１対１に対応して、前記Ｓｉ基板の前記一方の面の上方に設けられた複数のオリフィスと、
　前記複数のオリフィスの各々に対応して前記Ｓｉ基板の前記一方の面上に設けられ、その各々が前記薄膜発熱抵抗体およびこれと１対１に対応する前記オリフィスに連通する複数の個別インク通路と、
　前記Ｓｉ基板の前記一方の面から他方の面に向けて溝深さを持つように、前記Ｓｉ基板の前記一方の面に連続的に形成された溝であって、前記複数の個別インク通路の各々に接続される共通インク溝と、
　前記薄膜発熱抵抗体列に沿って形成され、前記複数の薄膜発熱抵抗体の各々と配線接続された駆動用集積回路と、
　前記Ｓｉ基板の他方の面側に装着され、インク供給路を有する実装フレームと、
　前記Ｓｉ基板の前記一方の面側の前記共通インク溝と前記Ｓｉ基板の前記他方の面側に装着される前記実装フレーム上の前記インク供給路とを連通するために、前記Ｓｉ基板に形成された１つの共通インク溝に間歇的にあけられた複数の連結用インク穴と、を有することを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
　長尺のＳｉ基板の一方の面に、このＳｉ基板の長手方向に沿って形成された薄膜発熱抵抗体列と、
　この薄膜発熱抵抗体列の複数の薄膜発熱抵抗体の各々と１対１に対応して、前記Ｓｉ基板の前記一方の面の上方に設けられた複数のオリフィスと、
　前記複数のオリフィスの各々に対応して前記Ｓｉ基板の前記一方の面上に設けられ、その各々が前記薄膜発熱抵抗体およびこれと１対１に対応する前記オリフィスに連通する複数の個別インク通路と、
　前記Ｓｉ基板の前記一方の面から他方の面に向けて溝深さを持つように、前記Ｓｉ基板の前記一方の面に連続的に形成された溝であって、前記複数の個別インク通路の各々と接続される共通インク溝と、
　前記薄膜発熱抵抗体列に沿って形成され、前記複数の薄膜発熱抵抗体の各々と配線接続された回路であって、この回路を駆動する制御信号が前記Ｓｉ基板の長手方向の端から供給される駆動用集積回路と、
　前記Ｓｉ基板の他方の面側に装着され、インク供給路を有する実装フレームと、
　前記Ｓｉ基板の前記一方の面側の前記共通インク溝と前記Ｓｉ基板の前記他方の面側に装着される前記実装フレーム上の前記インク供給路とを連通するために、前記Ｓｉ基板に形成された１つの共通インク溝に間歇的にあけられた複数の連結用インク穴と、を有することを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
　長尺のＳｉ基板の一方の面に、このＳｉ基板の長手方向に沿って形成された薄膜発熱抵抗体列と、
　この薄膜発熱抵抗体列の複数の薄膜発熱抵抗体の各々と１対１に対応して、前記Ｓｉ基板の前記一方の面の上方に設けられた複数のオリフィスと、
　前記複数のオリフィスの各々に対応して前記Ｓｉ基板の前記一方の面上に設けられ、その各々が前記薄膜発熱抵抗体およびこれと１対１に対応する前記オリフィスに連通する複数の個別インク通路と、
　前記Ｓｉ基板の前記一方の面から他方の面に向けて溝深さを持つように、前記Ｓｉ基板の前記一方の面に連続的に形成された溝であって、前記複数の個別インク通路の各々に接続される共通インク溝と、
　前記Ｓｉ基板の他方の面側に装着され、インク供給路を有する実装フレームと、
　前記Ｓｉ基板の前記一方の面側の前記共通インク溝と前記Ｓｉ基板の前記他方の面側に装着される前記実装フレーム上の前記インク供給路とを連通するために、前記Ｓｉ基板に形成された１つの共通インク溝に間歇的にあけられた複数の連結用インク穴と、を有し、
　前記複数のオリフィスは、互いに平行な２列のオリフィス列を成し、この２列のオリフィス列の間に、１つの共通インク溝が形成され、この共通インク溝が、前記２列のオリフィス列に対応する複数の個別インク通路に接続されていることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
　長尺のＳｉ基板の一方の面に、このＳｉ基板の長手方向に沿って形成された薄膜発熱抵抗体列と、
　この薄膜発熱抵抗体列の複数の薄膜発熱抵抗体の各々と１対１に対応して、前記Ｓｉ基板の前記一方の面の上方に設けられた複数のオリフィスと、
　前記複数のオリフィスの各々に対応して前記Ｓｉ基板の前記一方の面上に設けられ、その各々が前記薄膜発熱抵抗体およびこれと１対１に対応する前記オリフィスに連通する複数の個別インク通路と、
　前記Ｓｉ基板の前記一方の面から他方の面に向けて溝深さを持つように、前記Ｓｉ基板の前記一方の面に連続的に形成された溝であって、前記複数の個別インク通路の各々に接続される共通インク溝と、
　前記Ｓｉ基板の他方の面側に装着され、インク供給路を有する実装フレームと、
　前記Ｓｉ基板の前記一方の面側の前記共通インク溝と前記Ｓｉ基板の前記他方の面側に装着される前記実装フレーム上の前記インク供給路とを連通するために、前記Ｓｉ基板に形成された１つの共通インク溝に、前記オリフィスの数が１００〜３００個に対して１個の割合で、間歇的にあけられた複数の連結用インク穴と、を有することを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
　前記連結用インク穴は、前記オリフィスの数が３００個以下に対して１個の割合で間歇的に穿たれている請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
　前記Ｓｉ基板には、前記複数の薄膜発熱抵抗体の各々と配線接続された駆動用集積回路が前記薄膜発熱抵抗体列に沿って形成されている請求項３または４に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
　前記駆動用集積回路が、外部からの信号に応じて順次連続して前記各発熱抵抗体にパルス通電することによってインク吐出を連続的に行う請求項１、２および６のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
　前記オリフィスを複数個配列したオリフィス列が、前記Ｓｉ基板上に少なくとも２列形成されている請求項１、２および４のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
　前記オリフィスを複数個配列したオリフィス列が、少なくとも被記録媒体上の記録幅と同じ長さ分、形成される請求項１〜８のいずれか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
　請求項１〜９のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッドを用いて、被記録媒体に記録するに際し、前記記録媒体を等速搬送させることを特徴とする記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、熱エネルギを利用してインク液滴を記録媒体に向けて飛翔させる形式のインクジェットプリントヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　パルス加熱によってインクの一部を急速に気化させ、その膨張力によってインク液滴をオリフィスから吐出させる方式のインクジェット記録装置は下記特許文献１および２によって開示されている。
【０００３】
　このパルス加熱の最も簡便な方法は発熱抵抗体にパルス通電することであり、その具体的な方法が下記非特許文献１および２で発表されている。これら従来の発熱抵抗体の共通する基本的構成は、薄膜抵抗体と薄膜導体を酸化防止層で被覆し、この上に該酸化防止層のキャビテーション破壊を防ぐ目的で、耐キャビテーション層を１〜２層被覆するというものであった。
【０００４】
　この複雑な多層構造を抜本的に簡略化するものとして、下記特許文献３に記載のように、前記酸化防止層と耐キャビテーション層を不要とする発熱抵抗体を用いて印字する方法がある。この場合は、薄膜抵抗体がインクと直接接触しているため、パルス加熱によるインクの急激な気化とそれによるインクの吐出特性が大幅に改善され、熱効率の大幅な改善と吐出周波数の向上を図ることができた。このような画期的な性能を実現できた最大の理由は、耐パルス性、耐酸化性、耐電食性に優れたＣｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体とＮｉ薄膜導体から構成される発熱抵抗体を用いたことにあり、如何なる保護層も必要としないことによる。
【０００５】
　更に、保護層の不要な薄膜発熱抵抗体は、優れた発泡消滅特性（特願平０５−２７２４５１号）を持つことが考えられ、この特性を利用すれば、この発熱抵抗体面と垂直又はほぼ垂直方向にインク滴を吐出させる方式のサーマル型のインク噴射記録ヘッドにおいては、新しい駆動方法によってクロストークを大幅に低減できることが予想される（特願平０６−４９２０２号参照）。これにより、個別インク通路の長さを短くしてインクの流路抵抗を小さくできることを示しており、吐出インクの補充時間の短縮、すなわち印字速度の大幅な向上も達成できると考えられる。
【０００６】
【特許文献１】特開昭４８−９６２２号公報
【特許文献２】特開昭５４−５１８３７号公報等
【特許文献３】特開平０６−７１８８８号公報
【非特許文献１】日経メカニカル１９９２年１２月２８日号，第５８ページ
【非特許文献２】Hewlett-Packard-Journal,Aug.1988
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
　このような状況下、本発明は、ノズル配列密度を従来技術より高密度化し、インク吐出の繰り返し周波数の大幅な向上が可能な大規模高集積密度の構成を有するインクジェットプリントヘッド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】
　本発明は、長尺のＳｉ基板の一方の面に、このＳｉ基板の長手方向に沿って形成された薄膜発熱抵抗体列と、この薄膜発熱抵抗体列の複数の薄膜発熱抵抗体の各々と１対１に対応して、前記Ｓｉ基板の前記一方の面の上方に設けられた複数のオリフィスと、前記複数のオリフィスの各々に対応して前記Ｓｉ基板の前記一方の面上に設けられ、その各々が前記薄膜発熱抵抗体およびこれと１対１に対応する前記オリフィスに連通する複数の個別インク通路と、前記Ｓｉ基板の前記一方の面から他方の面に向けて溝深さを持つように、前記Ｓｉ基板の前記一方の面に連続的に形成された溝であって、前記複数の個別インク通路の各々に接続される共通インク溝と、前記薄膜発熱抵抗体列に沿って形成され、前記複数の薄膜発熱抵抗体の各々と配線接続された駆動用集積回路と、前記Ｓｉ基板の他方の面側に装着され、インク供給路を有する実装フレームと、前記Ｓｉ基板の前記一方の面側の前記共通インク溝と前記Ｓｉ基板の前記他方の面側に装着される前記実装フレーム上の前記インク供給路とを連通するために、前記Ｓｉ基板に形成された１つの共通インク溝に間歇的にあけられた複数の連結用インク穴と、を有することを特徴とするインクジェットプリントヘッドを提供する。
【０００９】
　また、本発明は、長尺のＳｉ基板の一方の面に、このＳｉ基板の長手方向に沿って形成された薄膜発熱抵抗体列と、この薄膜発熱抵抗体列の複数の薄膜発熱抵抗体の各々と１対１に対応して、前記Ｓｉ基板の前記一方の面の上方に設けられた複数のオリフィスと、前記複数のオリフィスの各々に対応して前記Ｓｉ基板の前記一方の面上に設けられ、その各々が前記薄膜発熱抵抗体およびこれと１対１に対応する前記オリフィスに連通する複数の個別インク通路と、前記Ｓｉ基板の前記一方の面から他方の面に向けて溝深さを持つように、前記Ｓｉ基板の前記一方の面に連続的に形成された溝であって、前記複数の個別インク通路の各々と接続される共通インク溝と、前記薄膜発熱抵抗体列に沿って形成され、前記複数の薄膜発熱抵抗体の各々と配線接続された回路であって、この回路を駆動する制御信号が前記Ｓｉ基板の長手方向の端から供給される駆動用集積回路と、前記Ｓｉ基板の他方の面側に装着され、インク供給路を有する実装フレームと、前記Ｓｉ基板の前記一方の面側の前記共通インク溝と前記Ｓｉ基板の前記他方の面側に装着される前記実装フレーム上の前記インク供給路とを連通するために、前記Ｓｉ基板に形成された１つの共通インク溝に間歇的にあけられた複数の連結用インク穴と、を有することを特徴とするインクジェットプリントヘッドを提供する。
【００１０】
　さらに、本発明は、長尺のＳｉ基板の一方の面に、このＳｉ基板の長手方向に沿って形成された薄膜発熱抵抗体列と、この薄膜発熱抵抗体列の複数の薄膜発熱抵抗体の各々と１対１に対応して、前記Ｓｉ基板の前記一方の面の上方に設けられた複数のオリフィスと、前記複数のオリフィスの各々に対応して前記Ｓｉ基板の前記一方の面上に設けられ、その各々が前記薄膜発熱抵抗体およびこれと１対１に対応する前記オリフィスに連通する複数の個別インク通路と、前記Ｓｉ基板の前記一方の面から他方の面に向けて溝深さを持つように、前記Ｓｉ基板の前記一方の面に連続的に形成された溝であって、前記複数の個別インク通路の各々に接続される共通インク溝と、前記Ｓｉ基板の他方の面側に装着され、インク供給路を有する実装フレームと、前記Ｓｉ基板の前記一方の面側の前記共通インク溝と前記Ｓｉ基板の前記他方の面側に装着される前記実装フレーム上の前記インク供給路とを連通するために、前記Ｓｉ基板に形成された１つの共通インク溝に間歇的にあけられた複数の連結用インク穴と、を有し、前記複数のオリフィスは、互いに平行な２列のオリフィス列を成し、この２列のオリフィス列の間に、１つの共通インク溝が形成され、この共通インク溝が、前記２列のオリフィス列に対応する複数の個別インク通路に接続されていることを特徴とするインクジェットプリントヘッドを提供する。
【００１１】
　これらのインクジェットプリントヘッドにおいて、前記連結用インク穴は、前記オリフィスの数が３００個以下に対して１個の割合で間歇的に穿たれているのが好ましい。
【００１２】
　さらに、本発明は、長尺のＳｉ基板の一方の面に、このＳｉ基板の長手方向に沿って形成された薄膜発熱抵抗体列と、この薄膜発熱抵抗体列の複数の薄膜発熱抵抗体の各々と１対１に対応して、前記Ｓｉ基板の前記一方の面の上方に設けられた複数のオリフィスと、前記複数のオリフィスの各々に対応して前記Ｓｉ基板の前記一方の面上に設けられ、その各々が前記薄膜発熱抵抗体およびこれと１対１に対応する前記オリフィスに連通する複数の個別インク通路と、前記Ｓｉ基板の前記一方の面から他方の面に向けて溝深さを持つように、前記Ｓｉ基板の前記一方の面に連続的に形成された溝であって、前記複数の個別インク通路の各々に接続される共通インク溝と、前記Ｓｉ基板の他方の面側に装着され、インク供給路を有する実装フレームと、前記Ｓｉ基板の前記一方の面側の前記共通インク溝と前記Ｓｉ基板の前記他方の面側に装着される前記実装フレーム上の前記インク供給路とを連通するために、前記Ｓｉ基板に形成された１つの共通インク溝に、前記オリフィスの数が１００〜３００個に対して１個の割合で、間歇的にあけられた複数の連結用インク穴と、を有することを特徴とするインクジェットプリントヘッドを提供する。
【００１３】
　また、前記Ｓｉ基板には、前記複数の薄膜発熱抵抗体の各々と配線接続された駆動用集積回路が前記薄膜発熱抵抗体列に沿って形成されているのが好ましい。また、前記駆動用集積回路が、外部からの信号に応じて順次連続して前記各発熱抵抗体にパルス通電することによってインク吐出を連続的に行うのが好ましい。また、前記オリフィスを複数個配列したオリフィス列が、前記Ｓｉ基板上に少なくとも２列形成されているのが好ましい。
　さらに、前記オリフィスを複数個配列したオリフィス列が、少なくとも被記録媒体上の記録幅と同じ長さ分、形成されるものであってもよい。
【００１４】
　また、本発明は、前記インクジェットプリントヘッドを用いて、被記録媒体に記録するに際し、前記記録媒体を等速搬送させることを特徴とする記録方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
　本発明によれば、ノズル配列密度を従来技術より高密度化し、インク吐出の繰り返し周波数の大幅な向上が可能な大規模高集積密度の構成を有するインクジェットプリントヘッドを提供することができる。
【００１６】
　従来技術に比較して、大幅に小さな投入エネルギでインク噴射が可能となる薄膜発熱抵抗体を用いることで、本願発明のように、発熱抵抗体を駆動用ＬＳＩチップ上のデバイス領域に近接して形成しても、もはやＬＳＩデバイスを加熱して温度上昇をもたらすこともなく、非常に簡単な構成のモノリシックＬＳＩヘッドを実現することができる。この新しい技術によって、多くのインク噴射ノズルを持つオンデマンド型のインク噴射記録ヘッドが高密度に、しかも２次元的に集積化して製造することができるようになり、しかもその駆動を制御する配線本数が大幅に削減できるので実装方法も非常に簡略化することができる。
【００１７】
　さらに、このようなインクジェットプリントヘッドを効率よく製造でき、例えば、駆動用ＬＳＩを形成する時のＳｉＯ２の層を、共通インク溝と連結用インク穴を同時に異方性エッチングによって形成する時のレジスト膜とすることができ、工程数を削減させることができる。
　また、オリフィスプレートの吐出口を該プレート接着後のフォトエッチングによって形成することにより、発熱抵抗体と吐出口の位置合わせが容易となり、従来に比べて２倍以上の集積密度で大規模なヘッドの製造が可能となる。そして、このフォトエッチングを反応性ドライエッチングとすることによって、ほぼ垂直に立った穴形状の吐出口とすることができ、温度によって印字濃度が変化せず、サテライトドロップも発生しないヘッドを製造することができる。
　更に、狭い共通インク溝とこれに沿って設けられる比較的少ない数の連結用インク穴は、ヘッドの製造工程におけるＳｉ基板の割れを防ぎ、しかも大規模高集積密度のノズルを持つヘッドチップを上記構造の実装フレームに実装することにより、小型で使い勝手の良いヘッドとすることができる。
【００１８】
このようなインクジェットプリントヘッドは、
（１）Ｓｉウエハの第１面及び第２面に、ＳｉＯ２熱酸化膜を形成し、かつ、共通インク溝の配置される部分のＳｉＯ２ 熱酸化膜を除去し、Ｓｉウエハの第１面に駆動用ＬＳＩを形成する工程と、
（２）該Ｓｉウエハの第１面に薄膜抵抗体及び配線用の薄膜導体を形成する工程と、
（３）該Ｓｉウエハの第１面に前記インク通路を構成する隔壁層を形成する工程と、
（４）該Ｓｉウエハの両面からＳｉ異方性エッチングによって共通インク溝及び連結用インク穴を形成する工程と、
（５）該Ｓｉウエハの第１面にオリフィスプレートを接着する工程と、
（６）該オリフィスプレートにフォトエッチングによってオリフィスを形成する工程と、
（７）該Ｓｉウエハを切断してヘッドチップに分割する工程と、
（８）前記フレームに前記ヘッドチップをダイボンディングし、配線実装して組み立てる工程、を含む製造方法によって作製される。
　同一Ｓｉ基板上に前記ヘッドチップの複数個分を並列に形成し、該ヘッドチップと同数のインク供給路を有するフレームにダイボンディングして配線実装することによって、作製される。
【００１９】
　熱酸化膜であるＳｉＯ２の層を発熱抵抗体の断熱層として利用できると共に、共通インク溝の形成時におけるフォトマスクとしても利用でき、工程数を削除できる。
　共通インク溝と連結用インク穴が同時に形成でき、工程数を削減できる。
　オリフィスプレートの吐出口を該プレート接着後のフォトエッチングによって形成することにより、発熱抵抗体とオリフィス（吐出口）の位置合わせが容易となり、高集積密度のヘッドも製造可能となる。
【００２０】
　オリフィスプレートのフォトエッチングを反応性ドライエッチングとすることによって、温度によって印字濃度が変化せず、また、サテライトドロップも発生しないヘッドとすることができる（本発明者の特許出願、特願平０６−２１０６０号、特願平０６−１５６９４９号参照）。
　また、３〜６°傾斜させた吐出口とすることも可能で、これはラインヘッドのような長尺ヘッドを製造する上で不可欠な方法を提供できる（本発明者の特許出願、特願平０５−３１８２７２号参照）。
　さらに、狭い共通インク溝とこれに沿って設けられる比較的少ない連結用インク穴は、ヘッド製造時におけるＳｉウエハの割れによる歩留低下を防ぐことができる。
　こうして、Ｓｉウエハ上に薄膜プロセスを用いて、大規模高集積密度のヘッドを安価に提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を用いて実施例を説明する。
【００２２】
　〔実施例１〕
　図１は本発明になるインクジェットプリントヘッドの１ノズル列分の断面図であり、この断面図に示されているＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’断面図の各々を図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。インク吐出ノズル１２の配列密度が４００ｄｐｉ（ドット／インチ）のヘッドを例に示す。
【００２３】
　（１）の工程
　Ｓｉ基板に駆動用ＬＳＩデバイス２を形成する。これには（１１０）Ｓｉ基板用に若干の変更が加えられた標準的なバイポーラＬＳＩ製造プロセスが適用される。なお、ここに言う標準的なバイポーラＬＳＩ製造プロセスとは、（１００）Ｓｉ基板に対して確立されているバイポーラＬＳＩ製造プロセスのことである。
　駆動用ＬＳＩデバイス２の形成中、シリコン（Ｓｉ）基板１の第１面および第２面に、例えば厚さが約２μｍのＳｉＯ２の熱酸化膜が形成されるので、インク溝（共通インク溝）が配置される部分のＳｉＯ２の熱酸化膜をフォトエッチングによって除去する。これはＳｉ異方性エッチングの時のフォトレジストとして用いるための準備である。
【００２４】
　図１、２に示される駆動用配線導体７は次の（２）工程で形成される薄膜発熱抵抗体３を駆動するための配線であり、電源、駆動信号を伝える信号線の配線である。外部からはこの基板の片側から各配線導体に信号などが入力されるように構成されている。
【００２５】
　（２）の工程
　Ｓｉ基板１にＣｒ−Ｓｉ−ＳｉＯ合金薄膜抵抗体とＮｉ金属薄膜をスパッタ法で形成し、フォトエッチングで薄膜発熱抵抗体３、個別薄膜導体４、共通薄膜導体５を形成する。これらの形成方法については、本発明者の特許出願、特開平０６−７１８８８号、特願平０５−９０１２３号、特願平０５−２７２４５２号等に詳しく記載したので省略する。なお、ヒータとなる合金薄膜抵抗体とＳｉ基板の間には約２μｍのＳｉＯ２の熱酸化膜が形成されており、ヒータの断熱層として用いられる。
【００２６】
　（３）の工程
　Ｓｉ基板１の第１面に厚さが約２０μｍの耐熱性樹脂であるポリイミドを積層させ、有機ケイ素系レジストを用いたフォトドライエッチングによって隔壁８を形成する。電子サイクロトロン共鳴によって励起させた酸素プラズマによって行う反応性ドライエッチングは、垂直にきれいな形状で隔壁を形成することができ、個別インク通路９と共通インク通路１０が形成される。
【００２７】
　ポリイミド材料による隔壁８の形成方法としては、感光性ポリイミドの塗布、露光、現像、硬化という方法を用いる方が簡単であるが、現時点ではその膜厚は１０μｍ程度が限界であり、その厚膜化が待たれている。しかし、インク吐出ノズル１２の配列密度が８００ｄｐｉと超高密度の場合は隔壁８の厚さは１０μｍ程度でも良く、現時点でも利用可能である。このように隔壁８の構成材料に耐熱性樹脂を用いる。
　従来は、耐熱性の低い感光性レジスト材料を用いるのが通例であったため、発熱抵抗体の表面温度のパルス発熱（３００℃以上）に耐え得るように、これから充分に離れた位置（約１０μｍ）に隔壁を形成しなければならず、ノズルの配列密度は４００ｄｐｉが従来技術の最大値となっていた。
【００２８】
　これに対して本願発明では、図４に例示するように、発熱抵抗体３の温度が３００℃以上に上昇しても、隔壁材料として熱分解開始温度が４００℃を超えるポリイミドのような耐熱性樹脂を用いる限り、信頼性の高い隔壁として使用できるのである。すなわち、８００ｄｐｉ（Ｗ＝２２μｍ、Ｔ＝９μｍ、Ｈ＝１７μｍ）のヘッドに対し、フォトエッチングによる製造誤差を考えても充分に信頼性の高い隔壁が形成できるのである。そして、図５に示すように、一本のインク溝（共通インク溝）の両側に８００ｄｐｉのノズル列を形成することによって、１６００ｄｐｉの配列密度を持つフルカラー用ラインヘッドも製作可能となるのである。このためには次に述べる（５）と（６）の工程のノズル形成プロセスが必須となることは言うまでもない。
【００２９】
　（４）の工程
　Ｓｉ基板１の両面からＳｉ異方性エッチングによってインク溝（共通インク溝）１４と連結穴（連結用インク穴）１５を同時に形成する。
　異方性エッチング液としてはＫＯＨ水溶液、エチレンジアミン水溶液等が利用でき、（１１０）Ｓｉ基板の場合は図１に示すように垂直にエッチングされるのが特徴である。一方、（１００）Ｓｉ基板の場合は、図６に示すように約５５°（５４．７°）の傾斜を持ってエッチングされるので、Ｓｉ基板の開口面は若干広くしておく必要がある。異方性エッチングは、このようにＳｉ単結晶の（１１０）又は（１００）面と（１１１）面とのエッチング速さが極端に違う性質を利用したもので、通常の等方性エッチングでは不可能な加工も出来るという特徴を持っている。本願発明は、発熱抵抗体３とＳｉ基板１の間に設けなければならない断熱層としてのＳｉＯ２の熱酸化被膜を利用し、しかもそれをそのまま異方性エッチング用レジストとしても用い、しかも共通インク溝と連結用インク穴を一回のエッチングで同時に形成するところに大きな特徴がある。
【００３０】
　さて、インク溝（共通インク溝）１４の幅はＳｉ基板１の強度低下、オリフィスプレート１１のたわみ及びチップサイズなどの観点から狭い方がよいが、連結穴（連結用インク穴）１５の個数を少なくし、しかもインク溝（共通インク溝）１４との組合せによるインクの円滑な供給のためには広い方がよい。そして、共通インク通路１０を円滑に供給することも考慮すると、インク溝（共通インク溝）１４の幅は１００〜２００μｍが適当である。そして、このインク溝（共通インク溝）（共通インク溝）１４の断面積と同等の断面積を連結穴１５の最小断面積とすると、連結穴１５の基板面での穴径は（３００〜６００）μｍ×（６００〜１０００）μｍの範囲とするのが適当である。これらに対する実際のインク吐出のデータについては後に述べる。
【００３１】
　（５）の工程
　オリフィスプレート１１として、前記Ｓｉ基板１の第１面に厚さ約６０μｍのポリイミドフィルム（厚さ約１０μｍのエポキシ接着層を含む）を接着硬化させる。
【００３２】
　（６）の工程
　このポリイミドフィルムに前記（３）の工程で説明したのと同じフォトドライエッチングで４０μｍφのインク吐出口１２を４００ｄｐｉの配列密度で発熱抵抗体３の真上に形成する。この反応性ドライエッチングは２０μｍφのインク吐出口を８００ｄｐｉの密度できれいな形状であけることができる。
【００３３】
　なお、前記（５）と（６）の工程は、多くのノズル列を形成した薄いオリフィスプレートをインク通路の形成されている基板に位置合わせしながら接着する従来方法に比較し、格段の位置合わせ精度と製造歩留まりの向上が達成できることは更めて説明するまでもないことであろう。そして、８００ｄｐｉあるいは１６００ｄｐｉという大規模高集積密度のヘッド（図５参照）においては、この方法以外で製造することは不可能である。なお、長尺のラインヘッドを製造する場合、本発明者による特許出願、特願平０５−３１８２７２号記載の傾斜ノズル技術を利用することができる。即ち、ドライエッチング装置内に設置する基板の傾きを３〜６゜傾斜させることで、インク吐出口を垂直方向から３〜６゜傾けてきれいに形成できる方法があり、これが利用できる。
【００３４】
　（７）の工程
　Ｓｉ基板１を規定の寸法に切断してヘッドチップに分割する。
　（８）の工程
　ヘッドチップを所定のインク供給路を有するフレーム１７にダイボンディングし、配線実装することによってプリントヘッドとして完成する。
【００３５】
　このヘッドがＡ４フルカラー用ラインヘッドの場合の実装例を図３、図７、図８、図９に示す。なお、図３は図７に示すＤ−Ｄ’断面図であり、図１に示すモノクロ用のヘッド基板（１、８、１１）が、４色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）一体のヘッドチップ（１、８、１１）としてフレーム１７上にダイボンディングされている。
　図３におけるヘッドチップ（１、８、１１）の幅は約６．８ｍｍであり、この中に約１．６ｍｍ間隔で４色のノズル列（図７参照）が配置されている。各色のインクはフレーム１７に設けられたインク供給パイプ１９のインク供給穴１８を通してフレーム１７側のインク溝１６に供給され、このインク溝１６と平行して形成されているＳｉ基板１内のインク溝（共通インク溝）１４へは、これらと平行して間歇的にあけられているＳｉ基板内の連結穴１５を通して供給される。この連結穴１５は１００〜３００個のインク吐出ノズルに対して１個の割合で形成されているが、そのサイズ等、詳細は後で説明する。
【００３６】
　図３に示すＡ４フルカラーラインヘッドをオリフィスプレート１１側から見た外観図を図７に、この側面図を図８に、図７のＥ−Ｅ’断面の拡大図を図９に示す。図７に示すように、Ａ４フルカラーラインヘッドの４列に並ぶインク吐出ノズル列１２が４００ｄｐｉの密度で約２１０mmの長さで配置されている。これを半導体分野で現在実用されている５インチ又は６インチＳｉ基板から製造するため、１／２サイズのラインヘッドチップ（１、８、１１）を作り、対称に作られた２チップを中央部で突き合わせて１個のフレーム１７上にダイボンディングして組み立てる。右側のヘッドを駆動する電源と信号線は、Ｓｉ基板１の右端部からテープキャリア２０によってフレーム１７の裏側に固定されているコネクタ２１に接続される。押え金具２２はテープキャリア２０の固定に利用される。Ｓｉ基板１の右端部で配線とテープキャリア２０とが一括ボンディングされている部分は樹脂モールドによって保護されているが、詳細な構造は省略した。また、コネクタ２１の内部構造についても省略した。なお、左側のヘッドについては左端部で上記と同一の接続実装が行われていることは説明するまでもないことである。
【００３７】
　この右半分と左半分のヘッドは、お互いにインクの供給と駆動を完全に独立して行うことも可能となっている。そして、中央部での突合せ位置における印字ドット位置の配列を乱すことなく、２個のヘッドチップを容易に加工、組み立てる方法として、前にも述べた本発明者の特許出願（特願平０５−３１８２７２号）になる技術を適用することは言うまでもない。なお、テープキャリア２０によって接続しなければならない電源、信号線の本数は５〜６本／各色なので、ヘッドチップ端面でギャングボンディングしなければならない端子密度は約４本／mmであり、接続実装技術としては容易なレベルである。
【００３８】
　このようにして製作したラインヘッド３１を用いたＡ４フルカラープリンタの一実施例の断面図を図１０に示す。図１０の詳細については本発明者の特許出願、特開平０６−２９７７１４号（特願平０５−９０１２３号）、特願平０６−６５００５号、特願平０６−１００１４３号、特願平０６−１３７１９８号に記載したので省略するが、プリヒーティングと真空吸着搬送によって、普通紙、再生紙に対しても滲みのない高品質のフルカラー印刷が従来技術の約１００倍の超高速で印刷乾燥することが可能となったのである。
【００３９】
　以下、図１０に示す構成のプリンタに種々の条件で製作したラインヘッドを実装し、印字評価した結果について説明する。なお、ヘッドの駆動条件は、ヒータへの投入エネルギ密度が２．５Ｗ／５０μｍ□×１μＳであり、本発明者の特許出願、特願平０５−２７２４５１号記載のゆらぎ核沸騰を利用している。また、奇数列のノズルを０．２μＳの時間差で順次駆動させ、その後で偶数列のノズルを同じく０．２μＳの時間差で順次駆動、左半分と右半分のヘッドは同時に駆動させる方法を採用しており、約０．３４ｍｓで１ライン分（３３４０ドット×４色）の印字が完了する。この駆動方法も、本発明者の特許出願、特願平０５−２３１９１３号記載の吐出インク液滴が飛翔中に合体して印字品質を低下させることのないヘッド駆動方法、並びに特願平０６−４９２０２号記載のクロストークのないヘッド駆動方法であり、高品質印字の可能な方法である。なお、記録紙の搬送速度は１ライン／０．７ｍｓ（インク吐出繰り返し周波数≒１．５ＫＨｚ）としており、Ａ４用紙で約１５ｐｐｍの印刷速度に相当している。
【００４０】
　試作評価した４００ｄｐｉのＡ４フルカラーラインヘッドは、Ｓｉ基板の厚さを４００μｍ、（１１０）Ｓｉ基板の場合のインク溝（共通インク溝）１４の幅を１００μｍ、連結穴１５の幅を３００μｍ、長さを６００μｍとし、いずれも深さは２００μｍ強とした。（１００）Ｓｉ基板の場合は、インク溝（共通インク溝）１４の開口幅を２００μｍ、連結穴の開口幅を６００μｍ、長さを１０００μｍとし、インク溝（共通インク溝）１４と連結穴１５の実質的な断面積を（１１０）Ｓｉ基板の場合とほぼ同等としてインク液路としての流路抵抗をそろえて評価した。また、フレーム側インク溝１６の幅は５００μｍ、深さは２０００μｍとし、インク供給穴１８は２５００μｍφとした。
【００４１】
　この試作評価の主眼点は、本発明のヘッド構造でインクが円滑に供給できるかどうかを印字結果から評価することであり、特にこの実施例では、インク吐出繰り返し周波数が約１．５ＫＨｚと遅い場合の上記連結穴の最少値（１個の連結穴でカバーできる最大ノズル数）を明らかにするのが目的である。そこで、１個の連結穴でカバーできるノズル数を２００個、３００個、４００個、となるように連結穴を均等にあけ、印字デューティを２５％、５０％、１００％として印字させ、インク供給不良によってもたらされる印画濃度の低下を調べたところ表１に示す結果を得た。
【００４２】
【表１】
2004009744.tif 000003
【００４３】
　この結果とほとんど同じ結果を（１１０）Ｓｉ基板のヘッドの場合も得ている。すなわち、この程度の断面積を持つインク溝（共通インク溝）１４と連結穴（連結用インク穴）１５においては、３００ノズルに対して１個の割合で連結穴を設ければ充分であること、この値はインク吐出周波数を低くすれば余裕ができるが、高くすれば２００〜２５０ノズル／連結穴程度にする必要があることを示している。
【００４４】
　一方、図５に示す１６００ｄｐｉのヘッドで上記と同じインク溝（共通インク溝）１４と連結穴（連結用インク穴）１５とした場合、ノズル径を２０μｍφにして片側のノズル配列密度を８００ｄｐｉとして評価したところ、インク吐出周波数が同じ１．５ＫＨｚ（Ａ４用紙で約４ｐｐｍの印刷速度）ではその印字結果は表１と同じ結果となった。これはノズルから吐出する単位時間当たりのインク量が、上記の４００ｄｐｉヘッドと１６００ｄｐｉヘッドで同じなので、当然の結果とも言えよう。また、この１６００ｄｐｉヘッドを長期連続印字させた場合の印字品質を評価したところ、何らの品質劣化も認められなかった。このことは、隔壁材料にポリイミドという優れた耐熱性樹脂を用いたことと、保護層不要の発熱抵抗体を用いて隔壁を過加熱しないヘッドとしたことによることは明らかである。そして、このような１６００ｄｐｉという超高密度で高集積ノズルのヘッドの製造についても、フォトドライエッチングを含むヘッド製造方法によって初めて可能となったのである。
【００４５】
　なお、このラインヘッドを１．５ＫＨｚで印字する時は問題がないが、例えば５ＫＨｚで高速印字する時には、フレームへのインク供給口１８（１９）の数は２個程度、１０ＫＨｚでは３個程度に増やす方がインク供給が円滑となる。
【００４６】
　〔実施例２〕
　インク吐出周波数が高くなると、１個の連結穴（連結用インク穴）でカバーできるノズルの数が少なくなる。これを調べるために、前記実施例と全く同一構造のヘッドであるが、ノズル数が５１２×４列のシリアルスキャンタイプのヘッドを作り、インク吐出周波数を１０ＫＨｚとして印字させた場合の印字品質を評価した。前記実施例１が２個のヘッドチップを１個のフレーム上に実装したのに対し、この実施例のヘッドは１個のヘッドチップを１個のフレーム上に実装してあり、奇数列のノズルからの吐出を０．２μＳおきに順次行い、引き続き偶数列のノズルからの吐出を０．２μＳおきに行って、１０２μＳで５１２ノズルの吐出が完了する。このヘッドについても１個の連結穴１５でカバーできるノズル数を１００個、１５０個、２００個となるように連結穴をあけ、同じく印字デューティを２５％、５０％、１００％として評価した。その結果を表２に示すが、連結穴を１００ノズルに対し１個の割合で設ければ充分であることが分かる。
【００４７】
【表２】
2004009744.tif 000004
【００４８】
　ヘッドチップの製造、並びに組み立て中における破損を防ぐためには、チップの折り曲げ強度を極力低下させてはならない。このためには、チップに設けるインク溝は極力狭く、連結穴も小さくて少ないことが良いことは明らかである。上に述べた実施例はいくつか行った試作の中で最もバランスのとれたインク溝と連結穴のサイズであり、これを基にして連結穴の配置数の最適化を行った結果を示している。したがって、インク溝と連結穴をこれより大きくすると連結穴の配置数は若干少なくはなる。しかし、Ｓｉ基板の強度低下などをもたらし、総合的には劣ることになる。
【００４９】
　このように、本発明のインクジェットプリントヘッドは、ヘッドチップの製造、並びに組み立て中における破損を防ぎ、かつ、ノズル配列を高密度化し、インク吐出の繰り返し周波数の大幅な向上が可能な大規模高集積密度の構成を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明になるインクジェットプリントヘッドの一実施例の１ノズル列分の断面図である。
【図２】それぞれ図１のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’断面図である。
【図３】本発明になるＡ４フルカラー用ラインヘッドの一実施例の断面図である。
【図４】本発明になるインクジェットプリントヘッドの細部拡大断面図である。
【図５】本発明になる１６００ｄｐｉフルカラーヘッドの一実施例の１色分のノズル列を示す断面図である。
【図６】本発明になる他の実施例の１ノズル列分の断面図である。
【図７】本発明になるＡ４フルカラーラインヘッドの正面図である。
【図８】図７に示すラインヘッドの側面図である。
【図９】図７のＥ−Ｅ’拡大断面図である。
【図１０】本発明のインクジェットプリントヘッドの印字評価に用いた高速フルカラープリンタの断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
　１　シリコン基板
　２　駆動用ＬＳＩデバイス領域
　３　薄膜発熱抵抗体
　４　個別薄膜導体
　５　共通薄膜導体（グランド）
　６　スルーホール接続部
　７　駆動用配線導体
　８　隔壁
　９　個別インク通路
　１０　共通インク通路
　１１　オリフィスプレート
　１２　インク吐出ノズル
　１３　吐出インク
　１４　インク溝（共通インク溝）
　１５　連結穴
　１６　フレーム側インク溝（又は穴）
　１７　フレーム
　１８　インク供給口
　１９　インク供給パイプ
　２０　テープキャリア
　２１　コネクタ
　２２　押え金具
　２３　ＳｉＯ２層
　３１　Ａ４フルカラーラインヘッド
　３２　プレヒータ
　３３　真空吸着搬送器
　３４　記録媒体
　３５，３５’　第１排気スリット
　３６　第２排気スリット
　３７　ヘッドクリーナ
　３８　ヘッドキャップ
　
【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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【図９】
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【図１０】
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