(57)【要約】      （修正有）【課題】高品位な画質を達成出来、かつ高効率なインクジェットヘッドおよびその製造方法を提供する。【解決手段】ノズルの配置に自由度があり、高品位な画質の達成に適しているサイドシューター型インクジェットヘッドに、流路を形成する工程で、流路を構成する材料と同一の高分子材料で、ホトリソグラフィー技術により弁構造１９を作製する。従って、弁の形状は自由に設計でき、また弁の物性値も高分子の組成および重合度を変えることで変化させることができるため、インクジェットヘッドの特性の最適化が容易に行なえる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録液を吐出するための吐出口に連通する流路を基板上に備えたインクジェットヘッドにおいて、
該流路に、弁構造を有し、
該弁構造が、インク流路を形成する材料の少なくとも１つの材料と同一の材料で作製させることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記弁構造が高分子材料によって作製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ヘッド。
【請求項３】
前記弁構造がエポキシ樹脂によって作製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ヘッド。
【請求項４】
記録液を吐出するための吐出口に連通する流路を基板上に備えたインクジェットヘッドにおいて、
該流路に弁構造および弁の可動範囲を制限するストッパーを有し、
該弁構造およびストッパーが、インク流路を形成する材料の少なくとも１つの材料と同一の材料で作製されることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
記録液を吐出するための吐出口に連通する流路を基板上に備えたインクジェットヘッドにおいて、
該流路に弁構造を有し、
該弁構造が、ホトリソグラフィー技術によって作製されることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
記録液を吐出するための吐出口に連通する流路を基板上に備えたインクジェットヘッドにおいて、
該流路に弁構造を有し、
該弁構造の変位する方向がインクの吐出方向と垂直になることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】
記録液を吐出するための吐出口に連通する流路を基板上に備えたインクジェットヘッドにおいて、
該流路に弁構造を有し、
該弁構造が、インク流路を形成する材料の少なくとも１つの材料と同一の材料で作製されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記弁構造が高分子材料によって作製されていることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記弁構造がエポキシ樹脂によって作製されていることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
記録液を吐出するための吐出口に連通する流路を基板上に備えたインクジェットヘッドにおいて、
該流路に弁構造および弁の可動範囲を制限するストッパーを有し、
該弁構造およびストッパーが、インク流路を形成する材料の少なくとも１つの材料と同一の材料で作製されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記弁構造が前記流路の流路壁を作製する工程で作製されることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記弁構造および前記ストッパーが前記流路の流路壁を作製する工程で作製されることを特徴とする請求項１０に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１３】
記録液を吐出するための吐出口に連通する流路を基板上に備えたインクジェットヘッドにおいて、
該流路に弁構造を有し、
該弁構造が、ホトリソグラフィー技術によって作製されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１４】
記録液を吐出するための吐出口に連通する流路を基板上に備えたインクジェットヘッドにおいて、
該流路に弁構造を有し、
該弁構造の変位する方向が、インクの吐出方向と垂直になることを特徴とする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に用いるためのインクジェットヘッドの構造およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
特に本発明は、気泡の発生を利用して変位する可動部材を用いるインクジェットヘッドおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
インク滴を吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行なうインクジェット記録方法は、高速記録が可能であり、また記録品位も高く、低騒音であるという利点を有している。さらに、この方法はカラー画像記録が容易であって、普通紙等にも記録でき、さらに装置を小型化し易いといった多くの優れた利点を有している。
【０００４】
このようなインクジェット記録方法を用いる記録装置には、一般にインクを飛翔インク滴として吐出させるための吐出口と、この吐出口に連通するインク路と、このインク路の一部に設けられ、インク路内のインクに吐出のための吐出エネルギーを与えるエネルギー発生手段とを有する記録ヘッドが備えられる。例えば、特公昭６１−５９９１１号、特公昭６１−５９９１２号、特公昭６１−５９９１３号、特公昭６１−５９９１４号の各公報には。エネルギー発生手段として電気熱変換体を用い、電気パルス印加によってこれが発生する熱エネルギーをインクに作用させてインクを吐出させる方法が開示されている。
【０００５】
上記各公報に開示されている記録方法は、熱エネルギーの作用を受けたインクに気泡が発生し、この気泡の急激な膨張に基づく作用力によって、記録ヘッド部先端の吐出口よりインクを吐出し、この吐出インク滴が被記録媒体に付着して画像形成を行なうものである。この方法によれば記録ヘッドにおける吐出口を高密度に配設することができるので、高解像度、高品質の画像を高速で記録することができ、この方法を用いた記録装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどにおける情報出力手段として用いることができる。
【０００６】
このようにインクジェット技術が多方面に利用されるに従ってさらに液体の吐出効率が高く、吐出力が高い液体の吐出方法やインクジェットヘッドが望まれた。
【０００７】
この要求を実現する手段の１つとして、インク流路中で吐出エネルギー発生素子によって発生する気泡形成等による圧力波が吐出方向と異なる方向へ伝わる圧力波によって生じる吐出エネルギーの損失を防止するために、液体抵抗素子として弁機構を利用する発明が、特開昭６３−１９７６５２号公報あるいは特開昭６３−１９９９７２号公報に記載されている。
【０００８】
特開昭６３−１９９９７２に開示されている流路構造は、図４（ａ）（ｂ）に示されるものであり、弁機構４０５は発泡時に吐出方向と反対方向への圧力波の伝搬を防止するように動作することで、吐出エネルギーの損失防止を図るものである。
【０００９】
図４（ａ）は、発泡前、図４（ｂ）は発泡時の様子を示した図であり、４０１は基板、４０２は天板、４０３はヒータ、４０４は流路、４０５は弁機構である。
【００１０】
ところで、現在インクジェットヘッドの形態として、吐出圧力発生素子が形成された面に対して平行にインク滴を吐出するいわゆるエッジシューター型と吐出圧力発生素子が形成された面に対して垂直にインク滴を吐出するいわゆるサイドシューター型が知られている。
【００１１】
これらのうち、サイドシューター型のインクジェットヘッドは、ノズルの配列に自由度があり、高品位な画質の達成に適していると考えられている。
【特許文献１】特公平６１−５９９１１号公報
【特許文献２】特公平６１−５９９１２号公報
【特許文献３】特公平６１−５９９１３号公報
【特許文献４】特公平６１−５９９１４号公報
【特許文献５】特開昭６３−１９７６５２号公報
【特許文献６】特開昭６３−１９９９７２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、前記した弁機構を有する発明では、エッジシューター型のインクジェットヘッドに関しての発明であり、サイドシューター型に適した構造および作成方向とは言えない。
【００１３】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、サイドシューター型に適した弁構造を有したインクジェットヘッドおよびその製造方法を提供することである。
【００１４】
高品位な画質の達成に適しているサイドシューター型のインクジェットヘッドに弁構造を作成することにより、高品位な画質の達成と高効率な吐出を両立させる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するため本発明では、インクジェットヘッドの流路を、ホトリソグラフィ技術を用いて作成し、前記弁は、流路を形成する工程で流路を構成する材料と同一の材料で形成することを特徴とする。
【００１６】
流路を構成する材料としては、エポキシ樹脂等の高分子材料であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、ノズル配列に自由度があり、高品位な画質の達成に適しているサイドシューター型のインクジェットヘッドにおいて、弁機構を有する形態を実現できるため、高品位でかつ高効率のインクジェットヘッドを作製できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１の実施例）
図１、図５を用いて本発明であるインクジェットヘッドの構成およびその製造方法について説明する。
【００１９】
図１は製造工程の前半を示し、図５は製造工程の後半を示す。
【００２０】
但し、この図面中には論点を明確にするためにインクジェットヘッドに於ける、ヒータ部、インク供給口部、インク流路、弁構造、ノズル部についてのみ示し、通常インクジェットヘッド中に形成される半導体素子等の、他の部分の構成およびその製造方法は省略している。
【００２１】
Ｐ型、結晶方位＜１００＞厚さ６２５μｍのシリコン基板１に熱酸化を行ない１００〜５００Åの酸化シリコン膜２を形成した。（図１−（１））
更にその上に１０００〜３０００Åのシリコン窒化膜３を減圧ＣＶＤにより堆積させた。
【００２２】
次に上記シリコン窒化膜３を所望のパターンにパターニングした。この時、裏面に堆積したシリコン窒化膜は除去される。（図１−（２））
次に熱酸化により６０００〜１２０００Å酸化シリコン膜４を形成した。この時、パターニングされたシリコン窒化膜の下の酸化膜は酸化されず、窒化膜のない領域のみが選択的に酸化される。（図１−（３））
次にシリコン窒化膜３の下に当たる部分（以後アクティブ領域と記す）の一部をパターニング、エッチングし、さらに犠牲層となるＰｏｌｙ−Ｓｉ膜５を減圧ＣＶＤにより堆積しパターニング、エッチングする。
【００２３】
この犠牲層は後のプロセスにおいてインク供給口幅をより精度よく開口するためのものである。
【００２４】
Ｐｏｌｙ−Ｓｉ犠牲層のエッチングの後最表面を再びシリコン熱酸化によってシリコン酸化膜（２００〜１０００Å）にする。（図１−（４））
次に減圧ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜６を５００〜４０００Å堆積し、所望のパターンに加工した。（図１−（５））
次に配線電極との層間膜となるＰＳＧ膜７を５０００〜１００００Å堆積し、これを所望のパターンに加工した。更に配線電極となるＡｌ−Ｃｕ膜（図示せず）を堆積し所望のパターンに加工した。（図１−（６））
この段階でインクの吐出を駆動する能動素子が完成できている（本実施例では論点を明確にするために、能動素子部は図示していない。）。
【００２５】
次にプラズマＣＶＤ法により８０００〜１８０００Åの膜厚のプラズマ酸化膜７を堆積し、所望のパターンに加工した。
【００２６】
次に発熱抵抗体９となるＴａＮを２００〜１０００Å程度、反応性スパッタ法により堆積し、それを所望のパターンに加工した。
【００２７】
また、発熱抵抗体の配線電極たるＡｌ−Ｃｕ膜１０をその上部に堆積し所望のパターンに加工した。（図１−（７））
次に保護膜となるシリコン窒化膜１１をプラズマＣＶＤ法により４０００〜１２０００Å程度堆積し、その上部に耐キャビテーション用に用いるＴａ膜１２を５００〜６０００Å程度スパッタ法により堆積し、所望のパターンに加工した。（図１−（８））
次にＡｌ膜１３を５００〜６０００Å程度スパッタ法により堆積し、所望のパターンに加工した、その後保護膜１１を電極取り出しのパターンに加工した（不図示）。（図１−（９））
次にインク流路の形成を行なった。
【００２８】
始めに表面を保護材で覆い、基板裏面に存在するポリシリコン膜５をＣＦ４を用いたドライエッチングによって除去した。
【００２９】
この時裏面に存在する膜は、酸化膜４のみになる。続いて、表面保護材を除去した。
【００３０】
次に、Ｓｉ異方性エッチングのためのポリエーテルアミドから成るマスク剤１４を塗布した後、パターニングを行ない、インク供給口形成部のマスク剤１４を除去した。
【００３１】
続いてポジ型レジストから成る流路型剤１５の塗布およびパターニングを行った。（図１−（１０））
図１−（１１）に本工程まで進んだ時のインクジェットヘッドの平面図を示す。図１−（１０）のＡ−Ａ′と図１−（１１）のＡ−Ａ′は一致している。
【００３２】
図１−（１１）では流路型剤の他に発熱抵抗体９、配線電極たるＡｌ−Ｃｕ膜１０、およびＡｌ膜１３を示してある。
【００３３】
次にエポキシ樹脂等の高分子材料からなる流路剤１６の塗布を行った。
【００３４】
続いてウエハ表面に保護材１７を塗布した後、バッファードフッ酸により裏面開口部の酸化膜４を除去し、引き続いて温度８０〜９０℃のＴＭＡＨ水溶液でシリコンの異方性エッチングを行ないインク供給口１８の形成を行なった。
【００３５】
この時、インク供給口の幅は前記したＰｏｌｙ−Ｓｉ膜５の領域に対して片側１ないし５μｍ広がった大きさとなる。（図５−（１））
異方性エッチング終了後異方性エッチングのマスク剤１４、裏面の酸化膜４を除去し、さらにインク供給口内に存在する酸化膜および窒化膜をフッ素、酸素系のガスを用いてドライエッチングにより除去した。
【００３６】
続いて表面の保護材１７を除去した。（図５−（２））
次に流路剤１６を流路型剤１５の表面が露出するまでエッチングを行なった。（図５−（３））
インクの流路となるべき所にある流路型剤１５を乳酸メチルを用いて除去し、続いてＡｌ １３をリン酸、酢酸、硝酸等から成る溶液を用いエッチングした。（図５−（４））
図５−（５）には本工程まで進んだ時のインクジェットヘッドの平面図を示した。
【００３７】
図５−（４）のＡ−Ａ′と図５−（５）のＡ−Ａ′は一致している。
【００３８】
図５−（５）において１９は弁、２０は弁の手動範囲を制限するストッパーである。
【００３９】
弁１９と保護膜１１の間にはＡｌ １３を除去することによって得られた空壁２１が存在する。
【００４０】
次にノズル２３を有するポリイミド、ポリエステル等の高分子から形成されてオリフィスプレート２２を張り合わせた。（図５−（６））
図５−（７）には本工程まで進んだ時のインクジェットヘッドの平面図を示した。
【００４１】
図５−（６）のＡ−Ａ′と図５−（７）のＡ−Ａ′は一致している。
【００４２】
この時オリフィスプレートには、流路型と張り合わせる部分とオリフィスプレートの内壁との間に５００〜６０００Åの段差２４を持った構造であり、これにより、弁とオリフィスプレートの内壁には空壁２５が形成される。
【００４３】
従って、弁１９は２６で示された部分を支点に可動することができる。
【００４４】
図２−（１）ないし図２−（３）を用いて本発明によるインクジェットヘッドの動作を説明する。
【００４５】
図２−（１）ないし図２−（３）には、発熱抵抗体９、Ａｌ−Ｃｕ膜の配線電極１０、弁１９およびストッパー２０を含む流路剤１６、およびノズル２３を示してある。
【００４６】
図２−（１）は発泡前すなわち初期状態での弁の形態を示したものである。
【００４７】
発泡が開始すると、発泡による圧力により弁１９は変形し、最終的には弁の変形を制限するストッパー２０に接触し、これ以上は変形しなくなる。（図２−（２））
従って発泡によって生じる圧力波が、インク供給口側へ伝搬することを防止でき、インク吐出口の効率を上げることができる。
【００４８】
図２−（３）は消泡時の弁の形態を示したものである。消泡時には、消泡による圧力低下、表面張力による毛細管現象、変形した弁の復元力等によってリフィルが行われる。
【００４９】
これまで示したように本発明では、弁構造はホトリソグラフィー技術により高分子材料で形成される。
【００５０】
従って、弁の形状は自由に設計できまた、弁の物性値も高分子の組成および重合度を変えることで変化させることができる。
【００５１】
よって、弁構造および弁の特性さらにはインクジェットヘッドの特性を最適に設計することができる。
【００５２】
また、本実施例は弁のストッパー２０を有する場合について示したが、必ずしも本ストッパーが必要なわけではない。
【００５３】
（第２の実施例）
第１の実施例では、流路を形成した後ノズルを有するノズルプレートを張り合わせて、インクジェットヘッドを作成した。
【００５４】
第２の実施例では、ノズルを含むノズルプレートもホトリソグラフィー技術を用いて作成する。
【００５５】
本実施例では、第１の実施例における図５−（３）に示した工程まで第１の実施例と同一である。
【００５６】
図５−（３）の構造を作製した後厚さ５００〜６００Åのポジレジストから成る流路型剤３０１を塗布およびパターニングを行った。（図３−（１））
続いてエポキシ樹脂からなる流路剤３０２の塗布およびパターニングを行ない、ノズル３０３の形成を行なった。（図３−（２））
次に流路型剤１５を乳酸メチルを用いて除去し、続いてＡｌ １３をリン酸、酢酸、硝酸等から成る溶液を用いエッチングし、インクジェットヘッドを作成した。
【００５７】
第１の実施例と同様の弁１９を有するインクジェットヘッドを得た。（図３−（３））
本実施例の場合、弁１９が可動するための空壁３０５は、前記した流路型剤３０１を除去することによって得られる段差３０４により作られる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施例を説明する図である。
【図２】本発明のインクジェットヘッドの動作を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施例を説明する図である。
【図４】従来例を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施例を説明する図である。
【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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