(57)【要約】【課題】  インクジェットヘッドの吐出信頼性向上を目的とする。【解決手段】  流路形成部材と基板との間において、基板には凹凸が設けてあり、凸部がフィルターのとして機能し、また凹部がインク流路として機能する構成となっていることによりゴミフィルターとしての機能に影響を与えない構成が可能となる。これにより信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のインク吐出用発熱抵抗体を有する基板と、
基板上に前記インク吐出用発熱抵抗体に対応する流路および該流路に連通するインク吐出口が設けられた発泡室が流路構成材から形成されており、該発泡室からのインク液滴の吐出が該インク吐出用発熱抵抗体を有する基板面に対して垂直方向に行われるインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記基板の表面は凹凸を有し、前記流路形成材と結合する凸部と、前記流路領域に対応する位置に凹部を有す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】
前記基板の凹部は前記流路形成材が形成するインク流路に対応する位置に形成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】
前記基板の凹部は、該基板上に形成された少なくとも１層からなる凹部形成層のうち、前記流路形成材の突出部に対応する前記凹部形成層の部分を除去することにより形成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４】
前記凹部形成層は複数の層から構成されており、前記基板に近い層ほど広く除去され、かつ、前記基板から遠い層ほど狭く除去されることにより前記凹部が形成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５】
前記凹部形成層は金属材料または絶縁性材料から形成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６】
前記流路形成部材は感光性樹脂から形成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７】
前記凹部形成層を構成する金属材料はタンタル、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル合金からなる群より選択されたものであることを特徴とする請求項１及び５に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記凹部形成層を構成する絶縁性材料は窒化シリコン、アルミナ、シリカ、酸化シリコンからなる群より選択されたものであることを特徴とする請求項１及び５に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記基板の凹部の深さは１μｍ以上であ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１０】
インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数の前記インク吐出用発熱抵抗体を有する前記基板と、
前記基板上に前記インク吐出用発熱抵抗体に対応する前記流路および前記流路に連通するインク吐出口が設けられた前記流路形成材からなるインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記流路に対応する位置に凹部を形成する工程と、前記基板の凸部分と前記流路形成材と接合して前記流路を完成する工程と、を含む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。
【請求項１１】
前記凹部形成工程は、前記基板上に少なくとも１層からなる凹部形成層を形成した後、前記凹部形成層の部分を除去することにより前記流路形成部材との接合部分が形成されることを特徴とする請求項１もしくは１０のいずれかの項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記凹部形成工程における層の除去はエッチングにより行われることを特徴とする請求項１０記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記凹部形成工程における層の形成は、前記基板に近いほどエッチング速度の速い層を形成した後、前記基板から遠いほどエッチング速度の遅い層を形成することにより行われることを特徴とする請求項１０記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクを吐出して画像を形成するインクジェットヘッドに関する。詳しくはインク吐出用発熱抵抗体が形成された基板と、該基板と接合してインク液路を形成する流路形成部材の間に流路およびゴミ対策のフィルターを形成する際に、流路形成部材の製造状態や寸法により流路およびフィルターの効果に対する影響を受けにくい該基板の構成及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より吐出圧力発生素子が形成された基板上にインクの流路を形成する流路構成部材を接合してインクジェットヘッドを製造する方法については、様々な提案が成されている。例えば、特開昭６１−１５４９４７号明細書には、インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、溶解可能な樹脂によって流路パターンを形成し、さらにその上に、流路パターンを被覆するようにエポキシ樹脂などの樹脂層を形成、硬化し、基板切断後に溶解可能な樹脂を溶出してインクジェットヘッドを作成する方法が開示されている。さらに、特開平３−１８４８６８号明細書には、流路構成部材となる、流路パターンの被覆樹脂として、芳香族エポキシ化合物のカチオン重合硬化物を用いるのが有効であることが開示されている。
【０００３】
そしてインクジェットヘッドは、前記流路に安定してインクを供給することを前提に、所望のインク吐出性能を満たしている。そのため、外部からのゴミやインク中の不純物などの流路内部の侵入は安定なインク供給の妨げになるばかりか、完全に流路をふさいでしまうこともある。そのため、前記基板に設けられたインク供給口から各流路へ向かう入口付近で、かつ流路壁が形成された平面領域から離れた位置に、流路構成部材からなる柱が形成されている。このような柱は流路内に異物が侵入することを防止するフィルターの機能を有する。
【０００４】
上述の製造方法では、いずれの場合も、インク吐出圧力発生素子が形成された基板と流路構成部材との接合は、流路構成部材となる樹脂の密着力に依存して行われている。
【０００５】
インクジェットヘッドでは、通常使用されている間は流路内にインクが常時満たされており、インク吐出圧力発生素子が形成された基板と流路構成部材との接合部の周りにもインクが接触した状態となっている。そこで、前述のように接合を流路構成部材となる樹脂の密着力によってのみ行った場合には、インクの影響によって経時的に接合部の密着性が損なわれてしまう危惧がある。
【０００６】
また近年では、インクジェット記録装置に対しては、種々の素材からなる被記録媒体に記録を行えるようにすること、形成画像に耐水性を持たせることなどが求められており、これらの要望に対応するためにインクとして弱アルカリ性のものが用いられる場合がある。特に、この弱アルカリ性のインクを用いた場合には、インク吐出圧力発生素子が形成された基板と流路構成部材との密着力を長期にわたって維持することが困難な場合がある。
【０００７】
また、いわゆるバブルジェット（登録商標）ヘッドの場合、インクによる電蝕やバブル消泡の際のキャビテーションによって発熱抵抗体などにダメージが生じるのを抑えるために、特に発熱抵抗体上にはＳｉＮやＳｉＯ2などからなる無機絶縁層とＴａなどからなる耐キャビテーション層とが設けられることが一般的である。このＴａ層は、流路構成部材となる樹脂との密着力がＳｉＮ層と比べて低い。このため、厳しい状況においては、流路構成部材がＴａ層から剥離してしまう場合があった。
【０００８】
ここで、Ｔａ層部分で流路構成部材の剥離が生じるのを防ぐために、流路構成部材が設けられる部分にはＴａ層を配置しないことも考えられる。この場合、基板上の電気熱変換体付近で、流路構成部材を構成する樹脂が前述の無機絶縁層のみを介して積層されることになる。この無機絶縁層は樹脂中に含まれるイオンを透過させてしまう性質を有しており、このために、流路構成部材が設けられる部分にＴａ層を設けない構成では、無機絶縁層を透過したイオンによって電気熱変換体が腐食されてしまう場合があった。このため、基板上にＴａ層を介して流路構成部材を接合することは避けられない。
【０００９】
このように流路構成部材が基板から剥離してしまうと、前記フィルターが基板面から剥離してしまい本来の機能を果たさなくなるばかりか、前記流路の形状が変化し、インクの吐出特性が変化して画像形成に悪影響が生じるなどの問題がある。
【００１０】
このため、流路構成部材が基板から剥離してしまうような場合でも、フィルターとしての機能を損なわない構成が必要である。例えば、特開平０９−２７７５３９号明細書には、基板に流路を形成する目的で凹部を形成している。
【特許文献１】特開昭６１−１５４９４７号公報
【特許文献２】特開平３−１８４８６８号公報
【特許文献３】特開平９−２７７５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はヒータボード基板上に樹脂被膜により構成されるオリフィスプレートにて前記流路および前記流路へのゴミの流入を防ぐフィルターを形成する場合において、流路形成部材の出来あがり状態や変形等の影響をうけにくい前記流路構成部材と前記基板間の構成を提供するものである。
【００１２】
従来のインクジェットヘッドは、インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、溶解可能な樹脂によって流路パターンを形成し、さらにその上に、流路パターンを被覆するようにエポキシ樹脂などの樹脂層を形成、硬化し、基板切断後に溶解可能な樹脂を溶出してインクジェットヘッドを作成する場合、流路構成部材の製造時の状態や製造後の変形等により基板と流路構成部材間の接合が保てなくなり、特にフィルターについては基板との接合面積が他部分よりも小さい場合、基板から剥離してしまいフィルターとしての性能を発揮することが困難な場合がある。
【００１３】
本発明におけるインクジェットヘッドのインク吐出圧力発生素子が形成された基板は、基板自体に設けられた凹凸を利用して流路およびフィルターを形成しているために樹脂により構成される流路構成部材状態の影響がうけにくい、流路構成及びフィルターの形成が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成する為に本発明は、基板に凹量の異なる掘り込みを形成することにより、その結果形成される凸部がノズルフィルターを形成することによりオリフィス部材の状態に影響されずにノズルフィルターを形成できる。
【００１５】
詳細には、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のインク吐出用発熱抵抗体を有する基板と、基板上に前記インク吐出用発熱抵抗体に対応する流路および該流路に連通するインク吐出口が設けられた流路形成材からなるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記基板は、その表面に凹凸を形成し、前記流路形成材と結合する凸部と、前記流路領域に対応する位置に凹部を有し、
前記基板の凹部は前記流路形成材が形成するインク流路に対応する位置に形成されており、
前記基板の凹部は、該基板上に形成された少なくとも１層からなる凹部形成層のうち、前記流路形成材の突出部に対応する前記凹部形成層の所定部分を除去することにより形成されている。
【００１６】
前記凹部形成層は複数の層から構成されており、前記基板に近い層ほど広く除去され、かつ、前記基板から遠い層ほど狭く除去されることにより前記凹部が形成されている。
【００１７】
前記凹部形成層は金属材料または絶縁性材料から形成されており、
前記流路形成部材は感光性樹脂から形成されており、
前記凹部形成層を構成する金属材料はタンタル、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル合金からなる群より選択されたものである。
【００１８】
前記凹部形成層を構成する絶縁性材料は窒化シリコン、アルミナ、シリカ、酸化シリコンからなる群より選択されたものである。
【００１９】
前記基板の凹部の深さは１μｍ以上であり、さらに、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数の前記インク吐出用発熱抵抗体を有する前記基板と、
前記基板上に前記インク吐出用発熱抵抗体に対応する前記流路および前記流路に連通するインク吐出口が設けられた前記流路形成材からなるインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記流路に対応する位置に凹部を形成する工程と、前記基板の凸部分と前記流路形成材と接合して前記流路を完成する工程と、を含むインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【００２０】
前記凹部形成工程は、前記基板上に少なくとも１層からなる凹部形成層を形成した後、前記凹部形成層の所定部分を除去することにより前記流路形成部材との接合部分が形成されるインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【００２１】
前記凹部形成工程における層の除去はエッチングにより行われるインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【００２２】
前記凹部形成工程における層の形成は、前記基板に近いほどエッチング速度の速い層を形成した後、前記基板から遠いほどエッチング速度の遅い層を形成することにより行われるインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【００２３】
以上の構成によれば、ヒータボード基板上に樹脂被膜により構成されるオリフィスプレートにて前記流路および前記流路へのゴミの流入を防ぐフィルターを形成する場合において、流路形成部材の出来あがり状態や変形等の影響をうけにくい前記流路構成部材と前記基板間の構成を提供するものである。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、流路形成部材８と基板１との間において流路形成領域内には凹凸が設けてあり、凸部がフィルターのとして機能し、また凹部がインク流路として機能する構成となっている。これにより流路形成部材８が基板１から剥離してしまう場合においてもフィルターとしての機能に影響を与えない構成が可能となる。また、凹部がインク流路として機能する構成となっていることからこれにより流路形成部材８の変形等によるインク吐出性能への影響を抑えられる。以上のようにして安定した印字性能を実現とする信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２６】
本発明の第１の実施形態について、図１〜５を参照して説明する。
【００２７】
本実施例においては以下に示す方法でインクジェットヘッドを作成した。
【００２８】
図２に示すように、結晶軸＜１００＞のＳｉウエハーからなる基板１上にＰＳＧまたはＳｉＯ2 からなる層間絶縁膜３２を設け、この上にインク吐出用発熱抵抗体（ＴａSiＮ）２を配置し、この上にインク吐出用発熱抵抗体２を保護するためのＳｉＮ層４、Ｔａ層５を形成した。
【００２９】
以上のようにして作製した基板上に蒸着によりアルミニウム２μｍを図８に示すように成膜し、このアルミ層３上にタンタル被膜を成膜した。次いで、タンタル被膜をフッ酸と硝酸の１：３混合液を５倍に脱イオン水で希釈したエッチャントを用いて９０秒間、エッチングし、その後アルミニウム被膜を酸化第二鉄の１０ｗｔ％水溶液を用いて３分間、エッチングした。アルミエッチャントでタンタルは全くエッチングされない為、タンタル被膜下のアルミニウムがアンダーカットされた形状のオーバーハング構造を形成できる。
【００３０】
以上により図３に示すようにインク吐出発生素子を含む基板を作製した。
【００３１】
次いで前記基板１上にポリエーテルアミドからなる密着層６を以下の方法により厚み２．０μｍで形成した。ポリエーテルアミド層には、日立化成工業（株）社製ＨＩＭＡＬ１２００を用い、スピナーで前記基板１上に塗布し、１００℃／３０分＋２５０℃／１時間ベークを行った。
【００３２】
次いで前記ＨＩＭＡＬ上に東京応化工業（株）社製ポジレジストＯＦＰＲ８００を用いてパターニングを行い、更にＯＦＰＲパターンをマスクとしてＯ2プラズマアッシングによりＨＩＭＡＬ層のパターニングを行い、最後にマスクとして使用したＯＦＰＲパターンを剥離することで図４(a)に示すように密着層６を形成した。
【００３３】
次いで図４(b)に示すがごとく、基板１上に東京応化工業（株）ポジレジストＯＤＵＲからなる流路パターン７を形成した。
【００３４】
さらにエポキシ樹脂からなる流路構成部材８を基板１上に形成し、パターニングによって図４(ｃ)に示すように吐出口９を形成した。
【００３５】
次いで図４(ｄ)に示すように前記基板１をＳｉ異方性エッチングによりエッチングしインク供給口１０を形成した。
【００３６】
次いでインク供給口上のＳｉＮ膜４、及びＯＤＵＲからインク流路パターン７を除去し、更に流路構成部材８である前記エポキシ樹脂８を完全に硬化させるために１８０℃／１時間ベークを行いインクジェットヘッドを得た。
【００３７】
ここで、前記インクジェットヘッドでは、流路構成部材８は、密着層６を介して基板凸部１表面（Ｔａ面／ＳｉＮ面）に接着されており、基板凹部がインク流路として機能している。
【００３８】
ここで、基板１と流路構成部材８および密着層６の模式断面図を図５に示す。この時、流路構成部材８と基板１の間には密着層１１が必ず存在する状態である。ここで、流路構成部材８がインクとの接触により膨張するなどにより、基板１から剥離しようとする応力が作用するときに、流路構成部材８と密着層６との密着度よりも密着層６とＴａ膜５との密着力が低いことから、流路形成部材８が密着層６と密着したままＴａ膜５から剥離してしまう場合がある。この時、周囲の密着層６は連鎖して全体が剥がれてしまう場合もある。これでは、流路構成部材８からなるフィルター１１はゴミフィルターとしての機能を果たさないばかりか、インクジェット記録ヘッドとして所望の吐出性能も望ず、信頼性も低下してしまう。
【００３９】
これに対して、本実施例では図１に示すように流路形成部材８と基板１との間において流路形成領域内には凹凸が設けてあり、凸部がフィルターのとして機能し、また凹部がインク流路として機能する構成となっている。これにより流路形成部材８が基板１から剥離してしまう場合においてもフィルターとしての機能に影響を与えない構成が可能となる。また、凹部がインク流路として機能する構成となっていることからこれにより流路形成部材８の変形等によるインク吐出性能への影響を抑えられる。以上のようにして安定した印字性能を実現とするインクジェット記録ヘッドを提供することが可能となる。
【００４０】
これらインクジェットヘッドを試作し、インクを充填し、６０℃／１か月の保存試験後に印字試験を行ったところ、本実施例のインクジェットヘッドにおいては、ゴミつまりによるインク不吐出は見られず、インク吐出の性能も従来と比較しても非常に安定していた。
【実施例２】
【００４１】
本実施例２においては、基板は実施例１に示した方法にて図３に示すようにインク吐出発生素子を含む基板１を作製した。
【００４２】
そして図６に示すように、この基板１上に流路パターンを形成する際に、基板１の凹をはさんでインク吐出用発熱抵抗体２側の方がインク供給口１０側よりも流路高さが高い形状を形成することによりインク流路面積を保った上で流路構成材５によるフィルター１１を設けなくとも流路構成材８の変形、剥がれ等によりフィルターの機能を失うことなく、基板１と流路構成材１１の間に生じる隙間がゴミフィルターの役割果たす構成を有する。
【００４３】
これらインクジェットヘッドを試作し、インクを充填し、６０℃／１か月の保存試験後に印字試験を行ったところ、本実施例のインクジェットヘッドにおいては、ゴミつまりによるインク不吐出は見られず、インク吐出の性能も従来と比較しても非常に安定していた。
【実施例３】
【００４４】
本実施例３においては、実施例１と同様にして結晶軸＜１００＞のＳｉウエハーからなる基板１上にＰＳＧまたはＳｉＯ2 からなる層間絶縁膜３２を設け、この上にインク吐出用発熱抵抗体（ＴａSiＮ）２を配置し、この上にインク吐出用発熱抵抗体２を保護するためのＳｉＮ層４、Ｔａ層５を形成した。
【００４５】
以上のようにして作製した基板上に蒸着によりアルミニウム２μｍを図９に示すように成膜し、このアルミ層３上にタンタル被膜を成膜した。
【００４６】
この時、アルミニウムのパターンは流路構成部材８により形成される２つあるフィルター１１のうち片方のフィルター１１下部を覆う位置に形成する。
【００４７】
以上により作製した基板１上に実施例１に示した方法によって、流路構成材による流路及びフィルターを形成した。
【００４８】
この結果、図７(a)に示すように２つあるフィルター１１のうち片方のフィルター１１は基板１の凹部に接地しており、もう片方は図７(ｂ)に示すように基板１の凸部に接地している。
【００４９】
本実施例の構成によると１つのノズル中の流路パターン７に深さ異なるインク流路が形成されており、一方のフィルターにゴミが詰まっても他方の流路によりインクが供給され、インクの不吐出は避けられる。
【００５０】
これらインクジェットヘッドを試作し、インクを充填し、６０℃／１か月の保存試験後に印字試験を行ったところ、実施例のインクジェットヘッドにおいては、ゴミつまりによるインク不吐出は見られず、インク吐出の性能も従来と比較しても非常に安定していた。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例１における流路形成部材と基板部分の模式断面図。
【図２】本発明の基板内層構成を示す模式断面図。
【図３】本発明の代表的な基板部分の模式断面図。
【図４】(a)本発明の代表的な基板及びその表面に密着層を形成した模式断面図。  (ｂ)本発明の代表的な基板及びその表面に流路パターンを形成した模式断面図。  (ｃ)本発明の代表的な基板及びその表面に流路構成材及び吐出口を形成した模式断面図。  (ｄ)本発明の代表的な基板に異方性エッチングを施した後の模式断面図。
【図５】従来のインクジェットヘッドにおける流路形成部材と基板部分の模式断面図。
【図６】実施例２における流路形成部材と基板部分の模式断面図。
【図７】(a)実施例３における流路形成部材と基板部分の模式断面図。  (b)実施例３における流路形成部材と基板部分の模式断面図。
【図８】実施例１および実施例２インクジェットヘッドの流路形成部材と基板部分を示す模式図。
【図９】実施例３におけるインク供給口端部保護部の流路形成部材と密着層の模式図
【符号の説明】
【００５２】
１  基板
２  インク吐出圧力発生素子
３  アルミ層
４  ＳｉＮ膜
５  Ｔａ膜
６  密着層
７  流路パターン
８  流路構成部材
９  吐出口
１０  インク供給口
１１  フィルター
１２  層間絶縁膜
【図１】
2007245404.tif 000003
【図２】
2007245404.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007245404.tif 000006
【図５】
2007245404.tif 000007
【図６】
2007245404.tif 000008
【図７】
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【図８】
2007245404.tif 000010
【図９】
2007245404.tif 000011