(57)【要約】      （修正有）【課題】ヘッドが大きくなることなく基板の剛性が上がるような、供給口とノズル列の組が複数に分かれて存在する構造のヘッドにおいて、供給口端部のノズルのリフィルが低下することがないようにする。【解決手段】基板表面の、供給口から、少なくとも供給口の端周辺に配置された個別流路の手前に至る領域、もしくは供給口から、少なくとも供給口の端周辺に配置された個別流路の内部に至る領域が他面よりも掘り込まれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スルーホールである複数の供給口と該供給口の周辺に配置された複数の吐出圧力発生素子とを有する基板の基板上に、
前記吐出圧力発生素子のそれぞれに対して存在し、インクを吐出するための複数のオリフィスと、
各々の該オリフィスのそれぞれに対して存在し、連通する個別流路と、
前記供給口のそれぞれに対して存在して連通し、かつ前記一供給口の周辺に存在する複数の前記個別流路に連通する共通流路
か゛構成されており、
前記基板表面の、前記供給口から、少なくとも前記供給口の端周辺に配置された個別流路の手前に至る領域、
もしくは前記供給口から、少なくとも前記供給口の端周辺に配置された個別流路の内部に至る領域
が他面よりも彫り込まれていること
を特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記基板表面の前記供給口から前記供給口の周辺に配置されたすべての個別流路の手前、もしくは内部に至る領域が他面より彫り込まれており、
かつ、少なくとも前記供給口の端周辺に配置された個別流路の内部に至る領域の彫り込みは他の彫り込みよりも深く形成されていること
を特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記基板表面の前記供給口から前記供給口の周辺に配置されたすべての個別流路の手前、もしくは内部に至る領域が他面より彫り込まれており、
かつ、少なくとも前記供給口の端周辺に配置された個別流路の内部に至る領域の彫り込みは他の彫り込みよりも基板表面上の面積が広いこと
を特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの作成方法において
１．汎用の半導体工程により表面に吐出圧力発生素子が形成された基板を作成する工程
２．基板表面に彫り込みを形成する工程
３．基板表面に個別流路および共通流路の型材となる樹脂をソルベントコートし、パターニングする工程
４．個別流路および共通流路の型材の上から流路の壁およびオリフィスプレートとなる樹脂をソルベントコートし、オリフィスをパターニングする工程
５．基板裏面からエッチングを行い、供給口を形成する工程
６．個別流路および共通流路の型材を除去する工程
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの作成方法。
【請求項５】
前記工程２の彫り込みの形成方法が機械加工法、又は物理的加工法であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドの作成方法。
【請求項６】
前記工程５の供給口形成方法が機械加工法、又は物理的加工法であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドの作成方法。
【請求項７】
前記工程２の後に、前記工程５の供給口形成においてエッチングストップ層となる層を、少なくとも彫込みが形成されている領域を含めて成膜し、前記工程５の後に、該エッチングストップ層を除去する工程
を有することを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドの作成方法。
【請求項８】
機械加工法はドライエッチング、ウエットエッチング、ドリル、サンドブラストのいずれかであり、物理的加工法はレーザー加工、もしくはイオンミーリングであることを特徴とする請求項５又は、請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドの作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出するインクジェット記録ヘッドとそ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、しかも所謂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。また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。
【０００３】
このようなサイドシュータ型記録ヘッドとして、特開平４−１０９４０号公報、特開平４−１０９４１号公報、特開平４−１０９４２号公報には、発熱抵抗体を加熱することで生成した気泡が外気と連通することで、インク液滴を吐出させる構成が開示されている。該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（例えば特開昭６２−２３４９４１号公報）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ができ、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。
【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】
【０００４】
このようなインクジェットプリンタのヘッドは近年のさらなる高画質化の要求に応えるため、各オリフィスから吐出されるインクの方向がより揃っていることが求められてきている。この要求に応えるためにはヘッドの基板とオリフィスプレートの剛性を高くし、作製工程中、あるいは使用中に変形しないようにすることが重要である。
【０００５】
まず、ヘッドの基板の剛性を上げるためには単純に基板自体を大きくすることが考えられる。しかし、基板の平面積、即ち吐出圧力発生素子が形成される面の面積を大きくすることは、１ウエハからのヘッドの取り個数を減らすことになり、コスト増加となってしまう。また、基板の厚さを大きくすることは、スルーホールである供給口を形成する際に効率を悪化させてコスト増となってしまうことや、同工程における加工精度の低下などに繋がってしまうといった課題が生じる。
【０００６】
またオリフィスプレートは、供給口上部の領域は基板と接する部分が存在せず、広範囲で宙に浮くような構造となっている。オリフィス数が増え、供給口が大きくなってくると、この宙に浮いた領域はさらに拡大し、剛性は著しく低下する。この領域でオリフィスプレートが大きく変形すると、各オリフィス周辺のオリフィスプレートにその変形が及んでインクの吐出方向にばらついてしまうという課題が生じる。
【０００７】
ところで、前記発明によって製造されたインクジェット記録ヘッドの多くはインクが貫通口として設けられる供給口を通って、基板裏面から、共通流路、個別流路を介して吐出圧力発生素子上に送られる構成となっている。
【０００８】
基板の剛性はこの供給口の配置に大きな影響を受けるため、配置を変更することにより剛性を高めることができる。例えば１つの大きな供給口を形成するよりも、図８のように小さな供給口を複数形成し、それぞれの位置に共通流路、個別流路、吐出圧力発生素子、オリフィオスを配置することが考えられる。この場合は、供給口および吐出圧力発生素子の位置と、吐出圧力発生素子の駆動回路および配線の位置を交換することで実現できるため、基板の面積を大きくすることなく剛性を上げることができる。
【０００９】
またこの場合、ひとつひとつの供給口は小さくなるため、オリフィスプレートが広範囲で宙に浮くことがなくなり、オリフィスプレートが大きな変形を起こし難くなる。
【００１０】
このように、供給口の分割配置は基体を大きくすることなく、基体とオリフィスプレートの剛性を共に高くするという点で大きな利点を有している。しかしその反面、供給口の数が増えることにより、供給口端部付近に位置する個別流路を増やしてしまうという難点を有している。
【００１１】
供給口の端部付近に配置された個別流路へのインク流量は、供給口の側壁による粘性抵抗を受けるため他の個別流路への流量より少なくなってしまう。
【００１２】
供給口の数が少ない場合は、供給口端部を個別流路から遠ざけるために、供給口をノズルの列方向に長くすることで対応ができた。
【００１３】
しかし、基板とオリフィスプレートの剛性をより高くするため、供給口を小さくかつ多数に分割して配置した場合に、このような対応をとると、多数の供給口がそれぞれ必要分長くなるために、吐出圧力発生素子の駆動回路およびその配線が配置されている領域が確保できなくなるという課題が生じてしまう。
【００１４】
したがって、基板の大きさ変えることなく、供給口の配置を換えることにより基板とオリフィスプレートの剛性を高めながら、すべての個別流路においてインクのリフィルが均一かつ十分であるようなヘッドを作製することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は以上のような課題を解決するために、図1および図２で表されるような基板を大きくすることなく剛性が高い構造を持つインクジェット記録ヘッド、即ち、スルーホールである複数の供給口と該供給口の周辺に配置された複数の吐出圧力発生素子を有する基板の基板上に、前記吐出圧力発生素子のそれぞれに対して存在し、インクを吐出するための複数のオリフィスと、各々の該オリフィスのそれぞれに対して存在し、連通する個別流路と、前記供給口のそれぞれに対して存在して連通し、かつ前記一供給口の周辺に存在する複数の前記個別流路に連通する共通流路から構成されているインクジェット記録ヘッドであって、
前記基板表面の前記供給口から、少なくとも前記供給口の端周辺に配置された個別流路の手前に至る領域、もしくは前記供給口から、少なくとも前記供給口の端周辺に配置された個別流路の内部に至る領域が他面よりも彫り込まれていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド
を提案する。
【００１６】
このような構成では従来、他と比べてインクのリフィルが不足する供給口の端近傍に位置する個別流路について、供給口からその手前まで、もしくはその内部に及ぶ領域が、他よりも基体に垂直な方向に広くなっている。また、供給口自体が彫込みの分、短くなることになる。インクが流れてくる経路が広くなること、短くなることは流抵抗を低減させることと同義であり、この効果により、供給口端部の側壁による流抵抗増加分を相殺することができる。
【００１７】
また、基板の剛性が必要とする強度より低下しない範囲内であれば、
基板表面の前記供給口から前記供給口の周辺に配置されたすべての個別流路の手前、もしくは内部に至る領域が基板表面より彫り込まれており、かつ、少なくとも前記供給口の端周辺に配置された個別流路の内部に至る領域の彫り込みは他の彫り込みよりも深く形成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
でもよい。
【００１８】
また同じく、基板の剛性が必要とする強度より低下しない範囲内であれば、
前記基板表面の前記供給口から前記供給口の周辺に配置されたすべての個別流路の手前、もしくは内部に至る領域が他面より彫り込まれており、かつ、少なくとも前記供給口の端周辺に配置された個別流路の内部に至る領域の彫り込みは他の彫り込みよりも基板表面上の面積が広いことを特徴とするインクジェット記録ヘッド
も考えられる。
【００１９】
以上のようなインクジェット記録ヘッドの作成方法も提案する。即ち、
１．汎用の半導体工程により表面に吐出圧力発生素子が形成された基板を作成する工程
２．基板表面に彫り込みを形成する工程
３．基板表面に個別流路および共通流路の型材となる樹脂をソルベントコートし、パターニングする工程
４．個別流路および共通流路の型材の上から流路の壁およびオリフィスプレートとなる樹脂をソルベントコートし、オリフィスをパターニングする工程
５．基板裏面からエッチングを行い、供給口を形成する工程
６．個別流路および共通流路の型材を除去する工程
以上の少なくとも１から６の工程を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの作成方法である。
【００２０】
また、前記工程２の彫り込みの形成方法がドライエッチング、ウエットエッチング、ドリル、サンドブラストなどの機械加工法、レーザー加工、イオンミーリングなどの物理的加工法であることが考えられる。
【００２１】
また、前記工程５の供給口形成方法がドライエッチング、ウエットエッチング、ドリル、サンドブラストなどの機械加工法、レーザー加工、イオンミーリングなどの物理的加工法であることが考えられる。
【００２２】
さらに、前記工程２の後に、前記工程５の供給口形成においてエッチングストップ層となる層を、少なくとも彫込みが形成されている領域を含めて成膜し、前記工程５の後に、該エッチングストップ層を除去する工程を有することが考えられる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のインクジェット記録ヘッドは基板とオリフィスプレートの剛性が十分であり、吐出されるインクの方向が安定しているため高画質のプリンタが可能であった。また、各供給口の端近傍に形成されたオリフィスからインクが連続して吐出される場合においても、他のオリフィスと同じ周波数で吐出が可能であった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【実施例１】
【００２５】
シリコン基板上に汎用の半導体工程により吐出圧力発生素子である発熱抵抗体とその駆動回路を形成する（図３-a）。このとき発熱抵抗体のある面を表とし、反対側の面を裏とする。
【００２６】
この基板表面にレジストを塗布する。
【００２７】
フォトリソ技術により、供給口端となる部分について、供給口が形成される予定の位置から個別流路が形成される手前まで、もしくはその内部まで至る領域までのレジストを露光、現像して除去する。
【００２８】
レジストの除去された領域をエッチングし、彫込みを形成する。このとき、エッチングにはICP-RIEエッチャーを用い、ガスにはSF6とC2F8を用いることが考えられる（図３-b）。
【００２９】
この上に、プラズマCVD法により酸化シリコンを成膜し、エッチングストップ層とした。
【００３０】
次に、後工程で溶出除去が可能なUVレジストであるポリメチルイソプロペニルケトンをソルベントコートする。このレジストをＵＶ光によって露光し、現像して流路型材を形成する（図３-c）。
【００３１】
さらにこの上にネガレジストであるカチオン重合型エポキシ樹脂を塗布して、インクの流路の天井と各流路間を仕切る流路壁を形成する。このネガレジストに対して、所定のパターンのフォトマスクを用いて露光、現像を行い、吐出口と電極パットの部分のネガレジストを除去し、オリフィスプレートを形成する（図３-d）。
【００３２】
基板の両面にレジストを塗布し、裏面のレジストについてフォトリソ技術により、供給口を形成する位置に開口を有するような所定のパターンにパターニングする。そしてこのレジストをマスクとして、ドライエッチングにより基板にスルーホールである供給口を形成する（図４-ａ）。このときドライエッチングには彫り込み形成工程と同じくICP-RIEエッチャーを用いることが考えられる。
【００３３】
基板両面のレジストを剥離液により除去した後、液流路の型材をオリフィスプレートを通して露光する。
【００３４】
乳酸メチルに浸漬することにより液流路の型材を除去する。またこのとき超音波を付与しても良い（図４-ｂ）。
【００３５】
ダイシングにより基板から切り出して本発明のインクジェット記録ヘッドを得る。
【実施例２】
【００３６】
図５は、本発明の第２実施例を表す図である。
【００３７】
本実施例では、すべての個別流路について、供給口からその手前、もしくはその内部に至る領域が彫り込まれており、特に、供給口の端部に存在する個別流路については他より吐出圧力発生素子の近くまで彫り込みが及んでいるものである。
【００３８】
このような構成とすることで、ほぼ第一実施例と同じ基板の剛性を維持しながら、すべての個別流路についてリフィル速度が向上し、かつ、均一にすることができる。
【実施例３】
【００３９】
図６は、本発明の第３実施例を表す図である。
【００４０】
本実施例では、すべての個別流路について、供給口からその手前、もしくはその内部に至る領域が彫り込まれており、特に、供給口の端部に存在する個別流路については他より彫り込みの幅が大きくなっているものである。
このような構成とすることで、第２実施例と同じ効果を得ることができる。
【実施例４】
【００４１】
図７は、本発明の第４実施例を表す図である。
【００４２】
本実施例では、すべての個別流路について、供給口からその手前、もしくはその内部に至る領域が彫り込まれており、特に、供給口の端部に存在する個別流路については他より彫り込みが深くなっているものである。
【００４３】
このような深さの異なる彫り込みを形成するためには、彫り込みを形成する際に行うレジストのパターニングとエッチングの工程を複数回繰り返し、それぞれ任意の深さの彫り込みを形成するという方法が考えられる。あるいは、所謂デュアルマスク法を用い、予めパターニングされ、重ねて形成された複数種類のマスクを用い、それぞれで任意の深さのエッチングを行うことにより形成することができる。
【００４４】
このような構成とすることで、第２実施例と同じ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】剛性が高い構造を持つインクジェット記録ヘッドを示す斜視図。
【図２】剛性が高い構造を持つインクジェット記録ヘッドを示す図。
【図３】実施例１におけるインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図。
【図４】実施例１におけるインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図。
【図５】実施例２におけるインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図。
【図６】実施例３におけるインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図。
【図７】実施例４におけるインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す図。
【図８】小さな供給口を複数形成し、それぞれの位置に共通流路、個別流路、吐出圧力発生素子、オリフィオスを配置するインクジェット記録ヘッドを示す図。
【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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