(57)【要約】      （修正有）【課題】多ノズル化に伴うノズル材の剥離を防止し、信頼性の高いインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】インク供給口６上のオリフィスプレートの基板１と接する面とは反対面に、オリフィスプレートの厚みと同等のスリット３、へこみをオリフィスプレートに設け、深さを変えることによって基板１の変形をコントロールし、基板中央に引っ張る力を減らす。また前記オリフィスプレートと基板１が接する部分に第二のオリフィスプレートを設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と当該基板上にインクを流すための複数の流路が形成され、前記インク流路に連通し前記インクを供給するためのインク供給口が、前記基板に開けられており、前記基板上に設けられた、前記インク流路に対応した複数のインク吐出手段によりインクを吐出するためのインク吐出口が設けられたインクジェットヘッドに於いて、前記複数のインク吐出口が設けられている、オリフィスプレートの表面からオリフィスプレートの厚みより浅い深さの溝が、少なくとも１本以上、前記オリフィスプレート表面に設けられていることを特徴とする、インクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１において、前記溝が前記インク供給口と平行して居ることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１に於いて、前記溝が前記インク供給口と平行であり、かつ長手方向に少なくとも１カ所以上の結合部を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
基板と当該基板上にインクを流すための複数の流路が形成され、前記インク流路に連通し前記インクを供給するためのインク供給口が、前記基板に開けられており、前記基板上に設けられた、前記インク流路に対応した複数のインク吐出手段によりインクを吐出するためのインク吐出口が設けられたインクジェットヘッドに於いて、前記基板上にインクを前記インク吐出口に導くためのインク流路を形成するための型材を塗布する工程と当該型材をしかるべき処理方法によってインク流路の形状に成形する工程と、当該インク流路を含む、前記基板上に前記型材を内包し、インク吐出を可能とするインク吐出口を形成できる、ノズル材を形成する工程と、当該ノズル形成材にインク吐出口を形成する工程および、当該ノズル形成材に前記インク吐出口を形成すると同時、又は別工程にて基板と接する面とは反対の面側から基板方向に、基板とは接しない程度の深さに溝を形成する工程を含む、インクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録方式のインク吐出装置特にインクジェットプリンタヘッドの構造および製造方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
従来インクジェットプリンタに用いられるインクジェットプリンタヘッドは、年々高速化のために吐出ノズルを増やす方向で開発が進められている。このような状況の中、インク吐出口を形成するノズルを形成する材料は前記吐出ノズルの数に比例して体積（長さ）が増え、全体の発生する応力は増大する一方である。
【０００３】
従来例としては、例えば特許文献１と特許文献２をあげることが出来る。
【特許文献１】特開平６−１５８２８号公報
【特許文献２】特開平９−２９９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように増大する応力が集中するノズル材の端部、さらには、インク供給口など基板によって支持されていない部分では、基板の強度にくらべノズル材の応力が勝り、前記インク供給口の変形を発生する要因となり、ひいてはノズル材と基板との界面で剥離を起こすなどの弊害が生じている。この現象は、基板にインク供給口という穴を開けることによる基板の強度低下と、基板上に形成されるノズル材が、液体状から固体に変化するときの体積収縮と基板とノズル材の界面における接着、非接着部分の状況がお互いに影響して発生していると考えられている。図２（B）は、従来のノズルを上方から見た図であり、図２（Ａ）はＡ−ＡおよびＢ−Ｂ断面を模式的に表した図である。
【０００５】
図２（Ｃ）において、従来のノズル構造では、（特に）基板がエッチングによって除去され、インクが通過できるように穴の空いた部分上のノズル材は自由に動くことができ、収縮により発生した応力によって矢印のようにインク供給口を引っ張り変形させ、自らも上方に変形することによってインク供給口を変形させ、さらには、図２（Ｄ）に示す図２（Ｃ）の拡大図に見られるように、ノズル材が上方に変形することによって前記インク流路を形成しているノズル材を上方に持ち上げ、基板との界面から剥離させるのである。これを緩和するには、
ノズル材の厚みを小さくすることが重要である。従来厚みを減らす方法としてはインク流路を形成する型材をインク供給口に相当する基板上にも形成し、ノズル材を塗布する時、全体の厚みが少なくなるようにしていた。しかしながら、この方法では、図４（Ａ）にあるようにインク供給口を間に挟む対向した部分にあるノズルが吐出する際の後方圧力によって、インク吐出口の面（メニスカス）が上下し、実際に吐出するときの吐出体積が変化してしまうなどの問題と図４（B）の様に連続吐出する際に発生する泡が対向する吐出口の中間に取り込まれてしまい（留まってとることができない）、発泡エネルギーを減じてしまうなどの問題があり、実現できないでいた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑み、連続するノズル材に内包する応力をノズル材の表面の一部に少なくとも１本以上のスリット、溝、へこみを設けることにより、応力を緩和することによって、今後の高速印字に必要な多ノズルなインクジェットプリンタヘッドに於いても、ノズル材と基板との界面で剥離を生じさせない信頼性の高い、ヘッドを提供する物である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によるチップの変形具合を図６は従来構造でのチップ長手方向に対してインク供給口の幅を縦軸に示し、図７は、本発明によるノズルにスリットを１０μｍ入れたときのインク供給口の幅を示す。スリットを入れない場合にはインク供給口の標準的な幅に対して、２−５μｍ程度ノズル材の応力によって長手方向で中央が小さくなっているのに対し、スリットを入れることにより、逆に長手方向で中央の幅が広がっているのがわかる。これは、基板上に形成されているノズル材の硬化収縮によって発生する応力が、従来構成であると基板中央に引っ張る力が強く成っているのに対して、本発明によるノズル材表面にスリット（溝）をもうけることによって、図３（Ａ）に示すように応力は、従来と同じようにノズル材の硬化収縮により発生するが、基板中の引っ張る力を弱め、逆に外に引っ張る力を強くしている結果を示している。また、図８にはスリットの幅を５μｍにしたときのインク供給口の変形量を示す。図７と図８を比較するとスリットの幅が大きくなると、外に広がる力が強くなっている（縦軸の値が大きくなる）事から、スリットの幅、または深さを変えることで基板の変形量をコントロールできることをも示している。今回試作したヘッドを用い、印字による耐久性を従来ヘッドと比較したが、従来ヘッドでは３万枚程度のいん時で若干のノズル材の剥離が見られたが、本発明によるヘッドを用いた場合は、１０万枚を経てもノズル材の剥離は見られない。このようにインク供給口上のノズル材の基板と接する面とは反対面にスリット（溝）、へこみを設け、深さを変えることによって、基板の変形をコントロールし、基板中央に引っ張る力を減らすことによって、従来発生していたノズル材の剥離を防止することができる効果は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（実施例１）
図１（Ａ）は、本発明の一実施例を示す。インク吐出手段として、薄膜抵抗を設け、前記薄膜抵抗にインクを吐出させる信号に対応して、加熱エネルギーを投入する配線が接続されている基板上に、インクから電気回路を保護し、ノズル材の密着性を改善させるために、日立化成ハイマルを数μｍ両面に塗布、１００℃程度の温度でプリベークを行った後、１５０℃以上の温度でベークする。裏面に後からシリコンに開口するための開口部を開けるために、前記塗布、ベークしたハイマルにフォトレジストを塗布、プリベークを行い、フォトリソ法によりパターニングを行う。このレジストマスクを元に、ドライエッチングによって、シリコン開口部に相当する部分のハイマルを除去する。これは、ハイマルが感光性が無いために用いる方法であって、感光性のあるポリイミド、エポキシ樹脂などを用いる場合は、不要である）。ハイマルのエッチングが終了した後、エッチングに使用したレジストを除去、ついで表側の電極配線部、発熱抵抗体部のハイマルを除去するために、前記裏面エッチングと同様の手法によりパターニングを行う。前回と同様にエッチングに用いたレジストを剥離する（図５（Ａ））。この後、インク流路を形成するための型材レジスト（今回は東京応化工業製ＯＤＵＲ１０１０）を１５μｍ塗布しプリベークを行う。ＯＤＵＲの感光波長であるＤＥＥＰ  ＵＶランプを用いた露光機によって、必要なパターンを露光、形成し、不要部分は現像により除去する（図５（B））。この上に、型レジストを後から除去することでインク流路が形成されるための、ノズル材を塗布、プリベークする。今回は、エポキシ樹脂ベースの化学増幅型樹脂を用いた。これを基板からの厚みで２５μｍとした。このノズル材に撥水性があれば、そのままオリフィス面は撥水性を有するが、樹脂自体に撥水性が無い場合は、撥水性を持つ別樹脂を塗布、ラミネート、メッキなどによって形成しておく（図５（Ｃ））。その後、前記化学増幅型樹脂の感度を有する紫外線露光装置によって、インクが吐出されるインク吐出口をオリフィス面から開口する。今回の樹脂はネガ型であるため、開口したい部分はマスクでは光を遮蔽するように設計されている。これを現像を行い、不要部分の樹脂を除去し、１００℃程度の温度で仮硬化を行う。この温度は、高すぎると内部にある型レジストが再溶解し、インク流路の形状を悪くするし、温度が低い場合には、後から行うシリコンのエッチングによって剥離してしまうため、１００℃程度を中心に適当な温度を選定する必要がある。吐出口形成に用いた、紫外線露光の際、本発明によるスリット（溝）を同時に形成することができる。具体的には、インク吐出口を形成するマスクに、先に述べたようにネガ型樹脂であるから、スリットを設けたい部分の光を遮蔽すれば良い。このとき、遮蔽する部分の幅が大きいと、今回塗布した樹脂厚２５μｍが貫通してしまい、インクが流れ出てしまうおそれがある。従って、このスリットの幅は、塗布する樹脂の厚みと幅の相関により決定される。今回の試作では、インク供給口に平行に、５μｍのスリット（溝）と１０μｍのスリット（溝）を設け、さらにスリットを、チップ長さ全体にしたものと１００μｍ長さ毎に２０μｍの接続部（ミシン目の��うに）を設けたものを作成した（図示せず）。今回は、５μｍと１０μｍのスリットを入れたが、これを、平行な複数本のスリットを入れることにしてもよく（図１（B））、幅についてもオリフィスプレートが貫通しない程度であれば、どのような物でも良い。経験的には、２５μｍの厚みの樹脂の場合、１２−１５μｍで貫通すると考えている。さらには、ミシン目のようにスリットの途中に接続部を設けたが、その間隔、幅も適宜決めることができる（図５（Ｄ））。ついで、基板裏面にインク供給口を設けるため、表の樹脂にシリコンエッチング液が接触しないよう表面保護を行う、今回は、ゴム系レジストである東京応化工業製ＯＢＣを約８０μｍ塗布し、１００℃でベークしておく。基板裏面の酸化シリコンをバッファードフッ酸（ＢＨＦ）で除去し、有機アルカリ（ＴＭＡＨ）を加熱してある槽に入れ１０−２０時間でシリコンの異方性エッチングを行うことでインク供給口を形成する（図５（Ｅ））。その後、基板裏面から表面にある無機薄膜をドライエッチングにて除去し、表面保護膜として形成したゴム系レジストを除去。ノズル材と共に残っていた型レジストに再度ＤＥＥＰ  ＵＶ光を当ててから除去液に浸して先に形成してあったインク供給口とインク吐出口双方から除去することで、インク流路が貫通する。その後仮硬化してあったエポキシ系ノズル材を２００℃以上の温度で硬化することによって本発明のヘッドは完成する（図５（Ｆ））。その後、通常の半導体工程のようにチップ毎に切り離しを行い、プリンタに搭載できるよう実装する。
【０００９】
（実施例２）
図１（Ｃ）は、本発明の他の実施例を示す。インク吐出手段として、薄膜抵抗を設け、前記薄膜抵抗にインクを吐出させる信号に対応して、加熱エネルギーを投入する配線が接続されている基板上に、インクから電気回路を保護し、ノズル材の密着性を改善させるために、日立化成ハイマルを数μｍ両面に塗布、１００℃程度の温度でプリベークを行った後、１５０℃以上の温度でベークする。裏面に後からシリコンに開口するための開口部を開けるために、前記塗布、ベークしたハイマルにフォトレジストを塗布、プリベークを行い、フォトリソ法によりパターニングを行う。このレジストマスクを元に、ドライエッチングによって、シリコン開口部に相当する部分のハイマルを除去する。これは、ハイマルが感光性が無いために用いる方法であって、感光性のあるポリイミド、エポキシ樹脂などを用いる場合は、不要である。ハイマルのエッチングが終了した後、エッチングに使用したレジストを除去、ついで表側の電極配線部、発熱抵抗体部のハイマルを除去するために、前記裏面エッチングと同様の手法によりパターニングを行う。前回と同様にエッチングに用いたレジストを剥離する。この後、インク流路を形成するための型材レジスト（今回は東京応化工業製ＯＤＵＲ１０１０）を１５μｍ塗布しプリベークを行う。ＯＤＵＲの感光波長であるＤＥＥＰ  ＵＶランプを用いた露光機によって、必要なパターンを露光、形成し、不要部分は現像により除去する。この上に、型レジストを後から除去することでインク流路が形成されるための、ノズル材を塗布、プリベークする。今回は、エポキシ樹脂ベースの化学増幅型樹脂を用いた。これを基板からの厚みで２５μｍとした。このノズル材に撥水性があれば、そのままオリフィス面は撥水性を有するが、樹脂自体に撥水性が無い場合は、撥水性を持つ別樹脂を塗布、ラミネート、メッキなどによって形成しておく。その後、前記化学増幅型樹脂の感度を有する紫外線露光装置によって、インクが吐出されるインク吐出口をオリフィス面から開口する。今回の樹脂はネガ型であるため、開口したい部分はマスクでは光を遮蔽するように設計されている。これを現像を行い、不要部分の樹脂を除去し、１００℃程度の温度で仮硬化を行う。この温度は、高すぎると内部にある型レジストが再溶解し、インク流路の形状を悪くするし、温度が低い場合には、後から行うシリコンのエッチングによって剥離してしまうため、１００℃程度を中心に適当な温度を選定する必要がある。先の発明では、応力緩和のためのスリット形成を当該インク吐出口形成と同時に行ったためスリットの幅によって深さが決まってしまった。これは、インク吐出口の形成時に必要な露光エネルギーが規定されているためである。従って、スリットの形成とインク吐出口形成を別の工程で行うことでさらに広いスリットを深さを変えて形成できる。すなわち、前述のようにインク吐出口を形成するときのマスクでは、インク吐出口近傍のノズル材を吐出口およびその周辺の露光だけ行えるような部分的に開口しているマスクを用い、それ以外は全く光を当てない様にしておく。インク吐出口露光が終了した後、スリット用のマスクを用いて、スリット部分と、先に露光しなかった部分の露光を行い、一括し���現像を行うのである。このスリット形成用マスクは、光の透過幅が照射量に対してノズル材厚みを貫通してしまうまでには開いていない大きさとし（完全解像度以下）その幅と同じまたは少し小さい間隔を持って、複数本開口部を並べることによって、光の回り込みを利用し、深さは浅いが、幅の広いスリットを形成できるようにした物を用いるのである（図１（Ｄ））。こうすることによって、インク供給口上にあるノズル材厚みが薄くなるため応力が緩和される。ついで、基板裏面にインク供給口を設けるため、表の樹脂にシリコンエッチング液が接触しないよう表面保護を行う、今回は、ゴム系レジストである東京応化工業製ＯＢＣを約８０μｍ塗布し、１００℃でベークしておく。基板裏面の酸化シリコンをバッファードフッ酸（ＢＨＦ）で除去し、有機アルカリ（ＴＭＡＨ）を加熱してある槽に入れ１０−２０時間でシリコンの異方性エッチングを行うことでインク供給口を形成する。その後、基板裏面から表面にある無機薄膜をドライエッチングにて除去し、表面保護膜として形成したゴム系レジストを除去。ノズル材と共に残っていた型レジストに再度ＤＥＥＰ  ＵＶ光を当ててから除去液に浸して先に形成してあったインク供給口とインク吐出口双方から除去することで、インク流路が貫通する。その後仮硬化してあったエポキシ系ノズル材を２００℃以上の温度で硬化することによって本発明のヘッドは完成する。その後、通常の半導体工程のようにチップ毎に切り離しを行い、プリンタに搭載できるよう実装する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例、（Ａ）スリットが１本の場合、（B）スリットが２本の場合、（Ｃ）スリットが幅広の場合、（Ｄ）スリットが幅広の場合の露光状況説明図。
【図２】従来構造による応力発生説明図、（Ａ）Ａ−Ａ‘、Ｂ−Ｂ’断面図、（B）上から見た図、（Ｃ）応力の発生状況説明図、（Ｄ）従来構造の応力を示す図。
【図３】応力を説明する図、（Ａ）本発明による応力発生図、（B）スリットを入れたときの応力方向を示す図。
【図４】従来構造説明図（応力緩和方法）、（Ａ）ノズル材を薄くした時のメニスカスへの影響、（B）ノズル材を薄くした時の泡発生状況。
【図５】本発明の工程説明図、（Ａ）両面ハイマルパターニング、（B）  型材パターニング、（Ｃ）ノズル材塗布、（Ｄ）インク吐出口  スリット露光、（Ｄ１）インク吐出口露光、（Ｄ２）スリット露光、（Ｅ）インク供給口形成、（Ｆ）型材除去  本硬化
【図６】従来構成のインク供給口幅の長手方向変形量。
【図７】本発明のインク供給口幅の長手方向変形量（スリット１０μｍ）。
【図８】本発明のインク供給口幅の長手方向変形量（スリット５μｍ）。
【符号の説明】
【００１１】
１  基板
２  ノズル材
３  スリット
４  インク吐出口
５  型材
６  インク供給口
７  ガラスマスク
８  クロム
９  光の回り込み（模式図）
１０  回り込みによってできた幅広いスリット
１１  応力の方向（模式図）
１２  応力によって変形するノズル材
１３  ノズル材の剥がれ（模式図）
１４  上方向の力
１５  後方圧力
１６  対岸の発泡によって盛り上がるメニスカス
１７  泡
１８  ハイマル
【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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