(57)【要約】【課題】  インク供給口を千鳥配列する場合、吐出口列間の距離を小さくしてインク打ち込み時間差による印字品位低下を低減する。【解決手段】  １．複数のインク供給口列が千鳥状に配設された、インクジェットヘッドに於いて、異なるインク供給口列の内側の壁面が互いに平行になるようインク供給口を構成する。２．上記のインク供給口が垂直異方性エッチングにより形成されるインクジェットヘッド。【選択図】  図１
2007283549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力される電気的信号に従って、印加された電気的エネルギーを熱エネルギーに変換する複数個の電気熱変換素子と、
該電気熱変換素子に対応して列状に配設され、前記熱エネルギーでインクを発泡吐出させる複数個のノズルと、
前記複数個の電気熱変換素子および前記複数個のノズルとを配設する基板と、
前記基板の厚さ方向の貫通口として形成され、該複数個のノズルにインクを供給する、複数個のインク供給口とを有し、
該複数個のインク供給口が、千鳥状に複数列配設されているインクジェット記録ヘッドにおいて、
少なくとも前記インク供給口列の隣接するインク供給口の壁面が並行であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記基板がＳｉ製であって、
前記電気熱変換素子が、前記Ｓｉ製基板の（１１０）面上に形成されており、
前記基板の厚さ方向の貫通口として形成されるインク供給口が前記電気熱変換素子の配設面に対して垂直であり、前記インク供給口の壁面が前記Ｓｉ製基板の（１１１）面で形成されていることを特徴とする、第１の請求項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
第２の請求項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記Ｓｉ製基板を、異方性エッチングすることによって、前記インク供給口を形成することを特徴とする、インクジェット記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体に外部からエネルギーを加えることによって、所望の液体を吐出するインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドの製造方法、特に、熱エネルギーで液体を加熱発泡させて発生する運動エネルギーを利用して液体を吐出するインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のインクジェット記録ヘッドに開し、例えば特開昭５４−５１８３７に記載されているインクジェット記録法は、熱エネルギーを液体に作用させて、波滴吐出の原動力を得るという点において、他のインクジェット記録方法とは異なる特徴を有している。即ち、上述の公報に開示されている記録法は、熱エネルギーの作用を受けた液体が加熱されて気泡を発生し、この気泡発生に基づく作用力によって、記録ヘッド部先端のオリフィスから液滴が形成され、この液滴が被記録部材に付着して情報の記録が行われるということを特徴としている。この記録法に適用される記録ヘッドは、一般に液体を吐出するために設けられたオリフィスと、このオリフィスに連通して液滴を吐出するための熱エネルギーが液体に作用する部分である熱作用部を構成の一部とする液流路とを有する液吐出部及び熱エネルギーを発生する手段である熱変換体としての発熱抵抗層とそれをインクから保護する上部保護層と蓄熱するための下部層を具備している。
【０００３】
近年では、より高速に高精細の画像の記録を実現するため、より印字幅が広く、よりオリフィスの配置密度の高いものが要求されており、その要求に対応したインクジェット記録ヘッドの従来例を図８〜１０を用いて説明する。
【０００４】
図８は従来のインクジェット記録ヘッドの一例を示す外観斜視図で、図９は、その主要部の断面を模式的に示した模式的斜視図、図１０は、その上面を模式的に示した模式的断面図である。
【０００５】
このインクジェット記録ヘッドは、シリコン基板１０１上にヒーター１１１を設け、ノズル材１１３でノズルを形成する。インクは、シリコン基板１０１を貫通する穴として形成されたインク供給口１１０を通じてシリコン基板１０１の裏面から供給される。ヒータ−１１１に電気エネルギーを印加してインクを加熱、発泡させることで、インクを吐出口１０２から吐出させ、記録を行う。ヒーター１１１への電気エネルギーの印加は、外部から電気コネクタ１０８を通じて入力される信号に応じて、電気回路基板１０７、フレキシブル回路基板１０５を通じてシリコン基板１０１上に設けられた、駆動素子１０３内のトランジスタ回路によって行われる。駆動素子１０３にはその実装部にインクが進入するのを防止するため、封止材１１２が盛られている。このようなインクジェット記録ヘッドに、高密度、高精度のノズル及び吐出口を形成する方法として特開平５−３３００６６，及び特開平６−２８６１４９に示されている方法が提案されている。
【０００６】
また、インク供給口１１０の形成については、特開平１０−１３８４７８に開示されているような、Ｓｉ（１１０）基板に垂直エッチした供給口形成する方法が知られている。
【０００７】
このような構成のインクジェット記録ヘッドを長尺化する場合は、上記の手法にて形成されたインク供給口を、模式的平面図をあらわす図１１に示すように、１列のノズル列に対し、複数個のインク供給口１１０を設け、シリコン基板３０１の機械的強度を保つための梁１１５が設けられている。また、サイズの小さいインクジェット記録ヘッドに比べ、シリコン基板３０１の厚さを厚くすることでシリコン基板３０１の機械的強度を保つ方法が従来知られている。
【０００８】
しかしながら、上記説明したような従来の構成のインクジェット記録ヘッドには以下のような問題点があった。
【０００９】
上記の梁１１５を設けることで、梁にかかるノズル１１６が発生してしまい、このノズルでは、特にインク吐出口１０２までの流抵抗が大きくなり、インクのリフィル周波数が特に低くなってしまっていた。
【００１０】
さらに、ヘッドの長尺化にともない、インク供給口１１０の小さなインクジェット記録ヘッドに比べ、どうしても梁１１５部分の機械的強度が低くなってしまい、インクジェット記録ヘッドの製造工程中での破損が多く、歩留まりの低下を招いてしまっていた。
【００１１】
第二の従来例として、上記の課題を解決する手段として、図１２（ａ），（ｂ）（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示す様に断面がテーパー形状を有するインク供給口を千鳥上に配設する方法が提案されている。
【特許文献１】特開平５−３３０６６号公報
【特許文献２】特開平６−２８６１４９号公報
【特許文献３】特開平１０−１３８４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記の様に断面がテーパー状のインク供給口を千鳥状に配置する場合、前記電気熱変換素子が設けられた前記基板表面より裏面の方が前記インク供給口が大きくなるため、基板裏面に於いて各インク供給口列同志がつながらないようにするには、図１２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）図示の如く裏面に於ける各インク供給口列の隣接する（各列の内側）インク供給口壁面間の距離（Ｌ１）を充分とる必要があり、結果的に千鳥状に配列された吐出口列間の距離（Ｌ２）が大きくなってしまっていた。
【００１３】
上記の様に吐出口列間の距離（Ｌ２）が大きくなると各々違う吐出口列間に属する吐出口によって隣り合った画素が記録される場合に各吐出口列間の距離（Ｌ２）と図のＸ方向への走査速度に対応したインクの打ち込み時間差が生じることになる。隣り合った画素に時間差をもってインクが打ち込まれた場合、後から打ち込まれたインクが先に打ち込まれた隣のインクの影響を受けその一部が、隣の画素に移動してしまう場合がある。その場合、画素当たり同種同量のインクが打ち込まれながら、隣り合った画素で記録物の光学濃度が異なるということとなり、画像としていわゆる白スジ、黒スジといった欠陥となる。このインク打ち込み時間差の影響は、画素密度、インクの特性や打ち込み量、被記録材によって異なるが、一般的に光沢紙など、より高画質な記録に適した被記録材に於いて顕著であるとともに、いずれの場合においてもインクの打ち込み時間差が大きいほど特に顕著に現れる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、まずインク供給口を複数列千鳥状に配設し、少なくとも前記インク供給口列の互いに隣接する（各列内側）インク供給口の壁面が並行になるよう構成することを特徴とする。上記のような構成をとることにより、上記従来例の吐出口列間の距離（Ｌ２）を充分小さくすることができ、結果として前述の各異なる吐出口列間に属する隣り合った画素にインクが打ち込まれる時間差が小さくなり、より高品質な記録に適したインクジェットヘッドを安価に提供するものである。
【００１５】
また、上記インク供給口をいわゆる垂直異方性エッチングにより形成することにより、製造歩留まりが良い高性能なインクジェットヘッドを提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、まずインク供給口を複数列千鳥状に配設しインク供給口列の互いに隣接する（各列の内側）インク供給口の壁面が、平行になる様に構成し、各吐出口列間の距離を短くすることにより、インク打ち込み時間差の短い高品質な記録に適したインクジェットヘッドを提供できる。
【００１７】
また、上記のインク供給口をいわゆる垂直異方性エッチングにより形成することにより高精度で製造歩留まりが良い高性能なインクジェットヘッドを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施例１）
図１〜図５は本発明の第１の実施例を説明するための図であり、図１は、本発明の第１の実施例の模式的外観斜視図、図２は、その主要部の断面を模式的に示した模式的斜視図、図３は、模式的断面図、図４（ａ）は、本実施例のインクジェット記録ヘッドの上面を模式的に示した模式的平面図、図４（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面における断面図、図５は、本発明のインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置の構造を模式的に示した斜視図である。
【００１９】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、シリコン基板１０１上にヒーター１１１を設け、ノズル材１１３でノズルを形成する。インクは、支持部材１０６中に形成されたインク共通液室１１７から、ベースプレート１０４を通り、シリコン基板１０１を貫通する穴として形成されたインク供給口１１０を通じてシリコン基板１０１の裏面からヒーター１１１上に供給される。
【００２０】
インク供給口１１０の形成法は、前記インク供給口列の隣接するインク供給口壁面が互いに並行に形成できれば、いかなる方法でも良いが、例えば、シリコンの異方性エッチング法を用いて形成しても良いし、シリコン基板１０１に機械加工を施して形成しても良い。本実施例では、面方位が（１１０）のシリコン基板１０１を用いて、いわゆる異方性エッチングにより垂直なインク供給口（各列とも垂直であるため隣接する壁面は、並行になる）を形成した。
【００２１】
印字は、ヒーター１１１に電気エネルギーを印加してインクを加熱、発泡させることで、インクを吐出口１０２から吐出させ、記録を行う。ヒーター１１１への電気エネルギーの印加は、外部から電気コネクタ１０８を通じて入力される信号に応じて、電気回路基板１０７、フレキシブル回路基板１０５を通じてシリコン基板１０１上に設けられた、駆動素子１０３内のトランジスタ回路によって行われる。駆動素子１０３にはその実装部にインクが進入するのを防止するため、封止材１１２が盛られている。
【００２２】
本発明においては、ノズル１１４列は２列設け、インク供給口１１０は、そのノズル１１４列それぞれに対応して図４（ａ）に示すように千鳥に配列されている。インク供給口が千鳥状に配置されているため、図４（ａ）中Ａ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面は図４（ｂ）および（ｃ）のような形状になっている。このため、シリコン基板１０１の機械的強度も向上している。また、ノズル１１４は全てインク供給口１１０の縁に配置されているため、各々のノズル１１４のインクリフィイル特性も均一に高められている。
【００２３】
図５に本発明のインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置を模式的に示す。図５には、本発明のインクジェット記録ヘッド１２０が４本用いられており、その各々にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色が充填されている。これらのインクジェット記録ヘッドは、上記の構造にすることで、長尺化を実現しており、図５に示すように、記録用紙２０１の幅いっぱいの印字幅をもっている。そのため、印字の際は、インクジェット記録ヘッド１２０を動かすことなく、記録用紙２０１を紙搬送ベルト２０２に吸着してインクジェット記録ヘッド１２０の下を１度くぐらせ、印字を行うことで印字を完了するものである。
【００２４】
本発明は、上記のようにインク供給口を複数列千鳥状に配設し、前記インク供給口列の互いに隣接する（各列内側）インク供給口の壁面が並行になるよう構成することを特徴とする。上記のような構成をとることにより、上記従来例の吐出口列間の距離（Ｌ２）を充分小さくすることができ、結果として前述の各異なる吐出口列間に属する隣り合った画素にインクが打ち込まれる時間差が小さくなり、より高品質な記録に適したインクジェットヘッドを安価に提供するものである。
【００２５】
以下により具体的な本発明のインク供給口形成方法を工程順に従って図６（模式的断面図）を用いて説明する。
【００２６】
（１）基板面方位（１１０）のシリコン基板３０１に、熱酸化法でＳｉＯ2 ３０２を１４０００Å形成し、フォトリソ技術によって図６（ａ）のようにインク供給口を設けるための所望のパターンを形成した。
【００２７】
（２）Ａ１99.5 Ｃｕ0.5を２０００Å堆積、パターニングして、下層配線３０５と犠牲層３０４を形成した。エッチング犠牲層は、裏面からエッチングが進行してエッチャントが犠牲層に到達するとＳｉウエハよりエッチングレートが格段に速いので短時間にエッチングされ、犠牲層パターンに対応した開口部を開けることができるものである。
【００２８】
犠牲層の長辺は３ｍｍ、幅は１６０μｍとした。
【００２９】
（３）基板表面上にプラズマＣＶＤでＳｉＮ膜を６０００Å堆積、パターニングしてエッチングストップ層３０６とした。
【００３０】
（４）プラズマＣＶＤを使って、ＳｉＮ膜を７０００Å堆積して層間絶縁膜３０７とした。
【００３１】
さらに、ドライエッチンッグを使って層間絶縁膜にコンタクトホール３０８を形成する。
【００３２】
（５）インク供給口に合わせてＴａＳｉＮを６００Å堆積、パターニングしてインク吐出圧力発生用ヒーター部３０９形成した。さらに電力供給用の電極３１０としてＡｌＣｕ膜を形成した。
【００３３】
（６）次にヒーター保護膜３１１として、プラズマＣＶＤのＳＩＮを３０００Å堆積、パターニングした。
【００３４】
（７）インクの発泡によるキャビテーションからヒーターを保護するため、Ｔａを３０００Å堆積パターニングして、耐キャビテーション膜３１２を形成した。
【００３５】
（８）樹脂製のノズルの密着性を上げるためと、裏面をアルカリエッチャントから保護するために、耐食性の高い樹脂膜（日立化成製  ＨＩＭＡＬ）３１３を２μｍ塗布焼成して形成し、ヒーター部とインク供給口部をパターニングで露出させた。
【００３６】
（９）インク流路確保のために、強アルカリや有機溶剤等で溶解可能なノズル型材３１４として樹脂ポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化ＯＤＵＲ−１０１０）をリソグラフイーを使ってパターンニングした。
【００３７】
（１０）インク流路のパターンの上に、表１に示した感光性樹脂３１５を使ってインク流路層を形成した。
【００３８】
（１１）次に流路の被覆樹脂層をパターニングして、ヒーター部に対応したインク吐出口３１６と電極の外部接続部を形成する。この後、被覆樹脂層を熱によって硬化した。
【００３９】
（１２）この基板のノズル形成面側を保護するため耐食性レジストで耐食性樹脂保護膜（ＯＢＣ  東京応化）３１７を形成する。
【００４０】
（１３）裏面の樹脂製保護膜と絶縁膜をフォトリソ技術を使ってインク供給口のパターン部分３１８を除去しウエハ面を露出させる。このパターンの形状は、図２０のように犠牲層とは鏡像関係になるように形成する。
【００４１】
（１４）裏面のへ平行四辺形の狭角の近傍部分（図４（ａ）図示）にエッチング先導穴３１９を明ける。
【００４２】
（１５）この基板の上面を耐食性樹脂保護膜３１７で覆った。
【００４３】
（１６）この基板をＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドライド）に９時間浸け、（１１１）面が出るように異方性エッチングした。
【００４４】
断面形状がテーパー形状の貫通穴３２０が形成される。
【００４５】
（１７）エッチングストップ層３０６のＳｉＮ膜をＣＤＥ（ケミカルドライエッチ）で部分的に除去してインク供給口３２１を開口した。
【００４６】
（１８）保護膜３１７を除去し、最後にインク流路形成材を除去し、インク流路３２２を確保する。（１８）シリコン基板上面を覆っていた耐食性樹脂保護膜３１７を除去する。
【００４７】
上記実施例に於いては、前記インク供給口列を二列設けたが、特に制限はなく、配線が可能であれば三列以上設けることも有効な手段である。
【００４８】
（第二の実施例）
本発明に係わる第二の実施例を図７（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。
【００４９】
本発明の第一の実施例との相違点は、前記インク供給口が互いに隣接するインク供給口の壁面のみが平行に形成され、他の壁面はテーパー状に形成されている。
【００５０】
上記のようなインク供給口の具体的形成手段としては、先端の片側がテーパーの付いたダイヤモンドブレード等の機械加工により形成される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの第１の実施例を示す模式的斜視図。
【図２】本発明のインクジェット記録ヘッドの主要部分の模式的断面斜視図。
【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドの主要部分の模式的断面図。
【図４】（ａ）は本発明のインクジェット記録ヘッドの主要部分の模式的上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面における断面図。
【図５】本発明のインクジェット記録ヘッドを使用した記録装置の模式的斜視図。
【図６】本発明のインクジェット記録ヘッドのインク供給口形成のプロセスフローを示す複式的断面図。
【図７】（ａ）は本発明のインクジェット記録ヘッドの第二の実施例を示す模式的上面図、（ｂ）は本発明のインクジェット記録ヘッドの第二の実施例を示す断面にＡ−Ａおける複式的断面図、（ｃ）は本発明のインクジェット記録ヘッドの第二の実施例を示すＢ−Ｂ断面における複式的断面図。
【図８】従来のインクジェット記録ヘッドの模式的斜視図。
【図９】従来のインクジェット記録ヘッドの主要部分の模式的断面斜視図。
【図１０】従来のインクジェット記録ヘッドの主要部分の模式的断面図。
【図１１】従来のインクジェット記録ヘッドの主要部分の模式的上面回。
【図１２】（ａ）〜（ｅ）は第二の従来例を示す模式的斜視図及び断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１０１  シリコン基板
１０２  インク吐出口
１０３  駆動素子
１０４  ベースプレート
１０５  フレキシブル回路基板
１０６  支持部材
１０７  電気回路基板
１０８  電気コネクタ
１０９  キャップ受け
１１０  インク供給口
１１１  ヒーター
１１２  封止材
１１３  ノズル材
１１４  ノズル
１１５  梁
１１７  インク共通液室
１２０  インクジェット記録ヘッド
２０１  記録用紙
２０２  紙搬送ベルト
３０１  シリコン基板
３０２  ＳｉＯ２
３０４  犠牲層
３０５  下層配線
３０６  エッチングストップ層
３０７  層間絶縁膜
３０８  コンタクトホール
３０９  ヒーター部
３１０  電力供給用電極
３１１  ヒーター保護膜
３１２  耐キャビテーション膜
３１３  樹脂膜
３１４  ノズル型材
３１５  感光性樹脂（ＣＲ）
３１６  インク吐出口
３１７  耐食性樹脂保護膜
３１８  インク供給口のパターン部分
３１９  エッチング先導穴
３２０  貫通穴
３２１  インク供給口
３２２  インク流路
【図１】
2007283549.tif 000003
【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】
2007283549.tif 000011
【図１０】
2007283549.tif 000012
【図１１】
2007283549.tif 000013
【図１２】
2007283549.tif 000014