(57)【要約】【課題】  近年のインクジェット記録ヘッドは、高画質化、高速化に伴なうノズル数の増加により、インクジェット記録ヘッド形状は縦長形状になりつつある。その為、Ｓｉ基板の機械的強度が低下し、ノズル形成材料である熱可塑性樹脂及び被膜感光性樹脂との界面張力差によって、界面剥離が発生したりする等の課題があった。【解決手段】  インク吐出時に発生するキャビテーションからインク吐出エネルギー発生素子の損傷を防止する目的で形成されている耐インクキャビテーション防止膜をインク供給口及び電気接続部以外のインクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板表層に配置することにより、インクジェット記録ヘッドノズル形成時の応力を緩和させることを特徴とする。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク吐出圧力発生素子を有するＳｉ基板上に、樹脂で形成された個別インク流路とインク吐出口を有するオリフィスプレートと、Ｓｉ基板上に形成される共通インク供給口を有するインクジェット記録ヘッドに於いて、前記インクジェット記録ヘッド用基板上にインクジェット記録ヘッド構成材料である有機樹脂材料の応力を緩和させる為の応力緩和層がインクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板保護膜上に積層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。
【請求項２】
前記応力緩和層が少なくともインク供給口及び電気接続部以外に積層されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記応力緩和層がインク吐出口の列方向に対し、垂直方向に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記応力緩和層の構成膜がインクジェット記録ヘッド用基板構成膜であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記応力緩和層の構成膜が耐インクキャビテーション防止の性質を持っていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記応力緩和層の構成膜が圧縮応力の性質を有する膜であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
前記応力緩和層の構成膜がタンタルからなることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記応力緩和層が、少なくとも前記樹脂層で形成されているオリフィスプレートの四隅以外の部分に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記応力緩和層が、少なくとも前記樹脂層で形成されているオリフィスプレートの四隅以外の部分に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
前記応力緩和層が、少なくとも前記樹脂層で形成されているオリフィスプレートの四隅以外の部分に形成されていることを特徴とする請求項１乃至９いずれか記載のインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、インクジェット記録ヘッドの吐出方式は熱源を利用してインクを満たした細い金属製の管の一部に熱を加えるとインクにバブルが生じ、この力によりインクを吐出させる電気−熱変換方式（バブルジェット（登録商標）方式）と圧電体を利用して圧電体の変形により生じるインクの体積変化によりインクを吐き出す電気−機械変換方式がある。前述したバブルジェット（登録商標）方式の近年のインクジェット記録ヘッドは、小型化、高密度化に対し、インクを吐出するための吐出圧エネルギー発生素子面に対してインク吐出が垂直方向に吐出する。製造方法としては、半導体製造技術を用いて、インク吐出エネルギー発生素子を駆動するための電気制御回路を内蔵した方法が提案されている。前記する高機能なインクジェット記録ヘッドは複数のインク吐出口（ノズル）にインクを供給する方法として基板裏面より基板を貫通させて各ノズルに対し、共通のインク供給口より各々のノズルにインクを供給する構造になっている（特許文献１参照）。
【０００３】
その中でも、インクジェット記録ヘッドのインク吐出ノズルにインクを供給する構造を有するノズル形成材料に関しては、現在、有機樹脂材料を用いる場合が主流になっている。なぜならば、５μｍから８０μｍもの厚い膜を安価に大量生産可能であるからである。従って、インクジェット記録ヘッドの機能が必然的に有機樹脂材料特有の特性に依存せざるを得ない。たとえば、機械的強度が低いこと、ガラス転移点が低いことによって加熱限界があること、熱膨張率、吸湿膨張率が大きいため、環境温度あるいは湿度等によって内部応力が発生し、変形しやすいこと等の樹脂材料のもつ固有の問題が発生する場合がある。
【特許文献１】特開平９−１１４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年のインクジェット記録ヘッドは、高画質化、高速化に伴うノズル数の増加により、インクジェット記録ヘッド形状は縦長形状になりつつある。その為、Ｓｉ基板の機械的強度が低下し、ノズル形成材料である熱可塑性樹脂及び被覆感光性樹脂との界面張力差によって、界面剥離が発生したり、Ｓｉ基板異方性エッチングにより割れが生じ、いずれの場合にも不良となってしまう。背景技術を用いてもインクジェット記録ヘッドの形成は可能であるが、インクジェット記録ヘッドの形状によっては、上記不良により、安定的に歩留り良く生産することは困難である。そこで、本発明は、上記従来に於ける課題を解決し、安価でかつ、安定的な歩留りを得られるインクジェット記録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】
【０００５】
従来技術に於いては、図６、図７に示すように、インクジェット記録ヘッド用基板完成時に低応力（反り低減）となる様に形成しているが、本発明では、図８、図９に示すように、インクジェット記録ヘッドノズル形成材料である熱可塑性樹脂及び被覆感光性樹脂（共に引張応力膜）を考慮し、従来、インク吐出時に発生するキャビテーションからインク吐出エネルギー発生素子の損傷を防止する目的で形成されている耐インクキャビテーション防止膜５（圧縮応力膜）をインク供給口及び電気接続部以外のインクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板表層に配置することにより、インクジェット記録ヘッドノズル形成時の応力を緩和させることを特徴とする。すなわち、本発明は以下の構成に集約できる。
【０００６】
インク吐出圧力発生素子を有するＳｉ基板上に、樹脂で形成された個別インク流路とインク吐出口を有するオリフィスプレートと、Ｓｉ基板上に形成される共通インク供給口を有するインクジェット記録ヘッドに於いて、前記インクジェット記録ヘッド用基板上にインクジェット記録ヘッド構成材料である有機樹脂材料の応力を緩和させる為の応力緩和層がインクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板保護膜上に積層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。
【発明の効果】
【０００７】
現在のインクジェット記録ヘッド構成材料の主流である有機樹脂材料の特性として、
・機械的強度が低い。
・ガラス転移点が低いことによって加熱限界がある。
・熱膨張率、吸湿膨張率が大きいため環境温度、あるいは湿度等によって内部応力が発生し、変形し易い。
等の樹脂材料固有の問題が挙げられる。本発明によれば、前記要因によって発生する界面張力差による界面剥離、基板割れを抑えることができる。更に、インクジェット記録ヘッド用基板形成に於いて必須である構成膜を利用することにより、追加工程を要せず、安価でかつ安定的な歩留りを得られるインクジェット記録ヘッド生産が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の最良形態について図面を参照して説明する。図１４に本実施形態に於いて形成されるインクジェット記録ヘッドの模式図を示す。このインクジェット記録ヘッドは、インク吐出圧力発生素子２が所定のピッチで２列並んで形成されたインクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板１を有している（実際のインクジェット記録ヘッド用基板には、インク吐出圧力発生素子２だけではなく、不図示の配線やインク吐出圧力発生素子２を駆動する駆動素子等が形成されている）。インクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板１の裏面にある熱酸化膜をマスクとし、ＴＭＡＨやＫＯＨ等の耐強アルカリ性溶液によって異方性エッチングが施され、前期インク吐出圧力発生素子２の２列の間にインク供給口１５が形成される。インクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板１上には、オリフィスプレートと呼ばれる被覆感光性樹脂層９、撥水層１０によって覆われており、各インク圧力発生素子２上方に開口するインク吐出口１１と、インク供給口１５から各インク吐出口１１に連通するインク流路１６が形成されている。
【０００９】
このインクジェット記録ヘッドは、インク供給口１５が形成された面が被記録媒体の記録面に対面するように配置される。そしてこのインクジェット記録ヘッドは、インク供給口１５を介してインク流路内に充填されたインク（液体）にインク吐出圧力発生素子２によって発生する圧力を加えることによって、インク吐出口１１からインク液滴を吐出させ、被記録媒体に付着させることによって記録を行う。
【００１０】
このインクジェット記録ヘッドは、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などの装置、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搭載可能である。そして、このインクジェット記録ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。なお、本発明において、『記録』とは、文字や図形など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、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。
【００１１】
本発明では、応力緩和層として、インクジェット記録ヘッド用基板の構成膜（吐出圧力発生素子だけではなく、不図示の配線や吐出圧力発生素子を駆動する駆動素子を含む）を利用することにより、安価に形成することが可能である。
【実施例１】
【００１２】
以下に、インクジェット記録ヘッドの実施例１を示す。
【００１３】
図５（ａ）〜（ｊ）は、本発明インクジェット記録ヘッドの製造工程の模式的断面図であり、本発明のインクジェット記録ヘッドの基本的な製造工程を示す断面図である。
【００１４】
図５（ａ）に示すインクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板１は結晶方位１００であるが、この図によって結晶面方位を制限するものではない。前記図５（ａ）インクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板１上に、インク吐出圧力発生素子２を形成する。実際のインクジェット記録ヘッド用基板には、インク吐出圧力発生素子２だけではなく、不図示の配線やインク吐出圧力発生素子２を駆動する駆動素子等が形成されている。
【００１５】
次に、図５（ｂ）に示すように、前記インク吐出圧力発生素子２を含むインクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板１に密着する絶縁膜である保護膜４を積層させる。
【００１６】
次に、図５（ｃ）に示すように、前記保護膜４に密着する耐インクキャビテーション防止膜５であるタンタルを積層させ、フォトレジスト塗布、露光、現像、ドライエッチング、フォトレジスト除去工程を経て、耐インクキャビテーション防止膜５のパターンを形成する。従来技術ではでインク吐出圧力発生素子２上層及び図１、図２に示すノズル平坦化パターン１２下層の保護膜４上のみに本工程でパターニングを行うが、本発明に於いては、図３、図４に示すように、耐インクキャビテーション防止膜５をインクジェット記録ヘッドノズル応力緩和膜として用いることから、図５（ｉ）に示すインク供給口１５の上層以外に前記耐インクキャビテーション防止膜５を配置する。ここまでがインクジェット記録ヘッド用基板形成工程である。
【００１７】
次に、図５（ｄ）に示すように、前記保護膜４に密着する熱可塑性樹脂層６及び前記インクジェット記録ヘッド用基板１の裏面に、熱可塑性樹脂層７を成膜する。本図に於いては熱可塑性ポリエーテルアミドを用いるが、図５（ｉ）に示すように、インク供給口１５を形成する際に異方性エッチング液として用いられるＴＭＡＨやＫＯＨ等の強アルカリ溶液に溶解する材質であれば制限は無い。熱可塑性樹脂層６及び熱可塑性樹脂層７を成膜後、フォトレジスト塗布、露光、現像、エッチング、フォトレジスト除去工程を経て、熱可塑性樹脂層６及び７を形成する。
【００１８】
次に、図５（ｅ）に示すように、前記保護膜４、耐インクキャビテーション防止膜５、前記熱可塑性樹脂層６に密着する溶解性樹脂層８をスピンコートし、その後、図５（ｊ）に示すインク流路１６を露光、現像で形成する。
【００１９】
次に、図５（ｆ）に示すように、耐インクキャビテーション防止膜５、前記熱可塑性樹脂層６、溶解性樹脂層８上に被覆感光性樹脂層９をスピンコートし、更に前記上面に撥水層１０のコーティングを行う。
【００２０】
次に、図５（ｇ）に示すように、インク吐出部となるインク吐出口１１、ノズル平坦化パターン１２上層をパターニングする。
【００２１】
次に、図５（ｈ）に示すように、前記溶解性樹脂層８、前記撥水層１０、及びインクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板１の側面をスピンコート等により、保護材１３で覆う。保護材はＴＭＡＨやＫＯＨ等の耐強アルカリ性の性質を持ち、かつ、前記撥水層１０の劣化を防ぐ材質であれば制限は無い。保護材１３被覆後、熱可塑性樹脂層７をエッチングマスクとして熱酸化膜層３をエッチングし、異方性エッチング開始面となるインクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板１のシリコン面１４を露出させる。
【００２２】
次に、図５（ｉ）に示すように、インクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板１にインク供給口１５を形成する。このインク供給口は、ＴＭＡＨやＫＯＨ等の強アルカリ溶液により、異方性エッチングされる。その後、前記インク供給口１５、前記溶解性樹脂層８の間にある前記保護膜４をドライエッチング等で除去する。
【００２３】
次に、図５（ｊ）に示すように、前記保護材１３を完全除去した後、前記溶解性樹脂８を除去する為、前記撥水層１０側から全面にＤｅｅｐ  ＵＶを照射し、ウエット処理で前記溶解性樹脂８を完全に除去する。
【００２４】
以上の工程により形成されたインクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板１をダイシングソー等により分離切断、チップ化し、インク吐出圧力発生素子２を駆動させる為の電気的接合を行った後、インク供給用のチップタンク部材を接続し、インクジェット記録ヘッドの主たる製造工程が完成する。実施例１のインクジェット記録ヘッド製造方法に於いては、前記の製造方法及び材料に限定されること無く、他の製造方法及び材料を用いても差し支えない。
【実施例２】
【００２５】
以下に、インクジェット記録ヘッドの実施例２を示す。製造方法は、実施例１と同じであるが、図１０、図１１に示すように、インク吐出圧力発生素子２上層とノズル平坦化パターン１２下層の保護膜４上に配置されている耐インクキャビテーション防止膜５は繋がっても、耐インクキャビテーション防止膜５下層に絶縁膜である保護膜４が配置されていれば、差し支え無い。
【実施例３】
【００２６】
以下に、インクジェット記録ヘッドの実施例３を示す。応力緩和の効果としては、実施例１，２に示す形態が、最も好ましい形態であるが、応力緩和層である耐インクキャビテーション防止膜５と、その上層に積層されている熱可塑性樹脂層６の密着性が良好でない場合は、図１２に示すようにインクジェット記録ヘッドノズル構成材料の応力が最も集中するコーナ部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び外周部の耐インクキャビテーション防止膜５をパターニングで除去することにより、応力集中による耐インクキャビテーション防止膜５と熱可塑性樹脂層６の界面剥離防止が可能となる。本実施例に於いても、製造方法は、実施例１、２と同じである。
【実施例４】
【００２７】
以下に、インクジェット記録ヘッドの実施例４を示す。インクジェット記録ヘッドの応力は主にインク吐出口の列方向に対し、垂直方向に集中する為、図１３に示すように、応力緩和層である耐インクキャビテーション防止膜５をインク吐出口の列方向に対し、垂直方向に配置することにより応力を緩和する。本実施例に於いても、製造方法は、実施例１から３と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】背景技術で形成されたインクジェット記録ヘッドの模式的断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】本発明で形成された実施例１インクジェット記録ヘッドの模式的断面図である。
【図４】図３のＢ部拡大図である。
【図５】本発明インクジェット記録ヘッド実施例１の基本的な製造工程を示す模式的断面図である。
【図６】背景技術で形成されたインクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板の模式的断面図である。
【図７】図６のＣ部拡大図である。
【図８】本発明で形成された実施例１インクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板の模式的断面図である。
【図９】図８のＤ部拡大図である。
【図１０】本発明で形成された実施例２インクジェット記録ヘッドの模式的断面図である。
【図１１】図１０のＥ部拡大図である。
【図１２】本発明で形成された実施例３インクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板の模式的断面図である。
【図１３】本発明で形成された実施例４インクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板の模式的断面図である。
【図１４】本発明を実施するための最良形態インクジェット記録ヘッドの一部を破断して示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  インクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板
２  インク吐出圧力発生素子
３  熱酸化膜
４  保護膜
５  耐インクキャビテーション防止膜
６  熱可塑性樹脂層
７  熱可塑性樹脂層
８  溶解性樹脂層
９  被覆感光性樹脂層
１０  撥水層
１１  インク吐出口
１２  ノズル平坦化パターン
１３  保護材
１４  インクジェット記録ヘッド用Ｓｉ基板１のシリコン面
１５  インク供給口
１６  インク流路
１７  電気接続部
【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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【図１１】
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【図１２】
2007030194.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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