(57)【要約】【課題】安定した性能のインク吐出ヘッドを製造する方法を提供する。【解決手段】犠牲層形成工程の後に、犠牲層５４の上面が平坦になるように、流路壁５３の上端面から離間する位置まで犠牲層５４を削除し、基板５１を犠牲層溶解液に浸漬させて、流路壁５３の上端面が露出するまで、犠牲層５４を溶解させて、流路壁５３の上端面及び犠牲層５４上面を平坦面にする。【選択図】図１
2012030457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、インクを加熱するインク加熱要素を形成するインク加熱要素形成工程と、
前記基板上の前記インク加熱要素の周囲位置に流路壁を形成する流路壁形成工程と、
前記流路壁により形成され、前記インク加熱要素を含む空間に、樹脂を注入し、当該樹脂で前記流路壁を覆い犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
前記犠牲層の上面が平坦になるように、前記流路壁の上端面から離間する位置まで前記犠牲層を削除する犠牲層削除工程と、
前記犠牲層削除工程の後に、基板を犠牲層溶解液に浸漬させて、前記流路壁の上端面が露出するまで、前記犠牲層を溶解させる犠牲層溶解工程と、
前記犠牲層溶解工程の後に、前記流路壁上端面及び前記犠牲層上面に、ノズル形成層を形成するノズル形成層形成工程と、
前記ノズル形成層形成工程の後に、基板を溶解液に浸漬させて、前記犠牲層を除去する犠牲層除去工程を含むことを特徴とするインク吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
犠牲層削除工程は、切削により行われることを特徴とする請求項１に記載のインク吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
犠牲層溶解工程では、流路壁の上端面と犠牲層上面とが同一平面となるまで、犠牲層を溶解させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインク吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
犠牲層削除工程では、流路壁上面の近傍位置まで犠牲層を削除することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインク吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
犠牲層は紫外線を吸収する特性を有し、
ノズル形成層に形成されるノズル孔は、フオトリソグラフィー工程により形成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のインク吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンター等に用いられるインク吐出ヘッドを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンター等に用いられる熱源駆動方式のインク吐出ヘッドは、熱源を用いてインクにバブルを発生させ、そのバブルの膨張力によりインク液滴を吐出させるものである。このような熱源駆動方式のインク吐出ヘッドの製造方法は、特許文献１に示されている。以下に図２を用いて、従来のインク吐出ヘッドの製造方法を説明する。
【０００３】
まず、シリコン製等の基板５１上に、抵抗発熱体からなるインク加熱要素５２を形成するインク加熱要素形成工程を行う（図２の（１））。基板５１上のインク加熱要素５２の周囲位置に、流路壁５３を形成する流路壁形成工程を行う（図２の（２））。流路壁５３により形成され、インク加熱要素５２を含む空間に、流路壁５３上端を覆うように、半硬化樹脂を注入し乾燥させ犠牲層５４を形成する犠牲層形成工程を行う（図２の（３））。なお、半硬化樹脂には、アルカリ溶解液に溶解する半硬化ポリイミドが含まれる。研磨による機械加工により、犠牲層５４上部及び流路壁５３の上部を除去して、流路壁５３の上端面及び犠牲層５４上面を同一平坦面にする犠牲層削除工程を行う（図２の（４））。
【０００４】
流路壁５３の上端面及び犠牲層５４上面上に、溶媒に溶解させた紫外線硬化型樹脂を塗布・乾燥させてノズル形成層５５を形成するノズル形成層形成工程を行う。ノズル形成層５５には、フォトリソグラフィー工程によりノズル孔５５ａが形成される（図２の（５））。基板５１ごとアルカリ溶解液に浸漬させて、犠牲層５４を除去する犠牲層除去工程を行い、インク吐出ヘッドの製造が完了する（図２の（６））。犠牲層５４が除去された後の、基板５１、流路壁５３、ノズル形成層５５で囲まれる空間は、インクが流入するインク流入部５６となっている。
【０００５】
熱源駆動方式のインク吐出ヘッドには、インク流入部５６が多数形成されている。このインク流入部５６に流入したインクが、インク加熱要素５２により加熱されてバブルが発生し、そのバブルの膨張力によりインク液滴が、ノズル孔５５ａから吐出される。なお、犠牲層形成工程及び犠牲層削除工程を行うのは、ノズル形成層形成工程において、犠牲層５４でノズル形成層５５を支持させて、平面なノズル形成層５５を形成するためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−５５２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に示されるような従来のインク吐出ヘッドの製造方法では、研磨による機械加工により、流路壁５３の上端面及び犠牲層５４上面を平坦面にしていたため、工具が流路壁５３の上端面に達した際に、流路壁５３の上部の変形により、図２の（４）に示されるように、流路壁５３上端近傍の犠牲層５４の一部が欠損し、欠損部５８が形成されてしまうという問題があった。また、流路壁５３の切り屑が、犠牲層５４に混入してしまうという問題もあった。犠牲層５４に欠損部５８が形成されると、ノズル形成層５５を形成した際に、欠損部５８にまで樹脂が充填されてしまい、ノズル形成層５５の下面が平面とならない。また、流路壁５３の加工屑が、犠牲層５４に混入した場合にも、ノズル形成層５５の下面が平面とならない。このため、各インク流入部５６の容積が一定とならないことから、各ノズル孔５５ａから吐出されるインクの吐出量が一定とならず、インク吐出ヘッドの性能が安定しないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決し、流路壁の上端面及び犠牲層上面を平坦面にする際に、犠牲層に欠損部が形成されることや、流路壁の切り屑が犠牲層に混入することを防止し、各インク流入部の容積を一定とし、安定した性能のインク吐出ヘッドを製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、
基板上に、インクを加熱するインク加熱要素を形成するインク加熱要素形成工程と、
前記基板上の前記インク加熱要素の周囲位置に流路壁を形成する流路壁形成工程と、
前記流路壁により形成され、前記インク加熱要素を含む空間に、樹脂を注入し、当該樹脂で前記流路壁を覆い犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
前記犠牲層の上面が平坦になるように、前記流路壁の上端面から離間する位置まで前記犠牲層を削除する犠牲層削除工程と、
前記犠牲層削除工程の後に、基板を犠牲層溶解液に浸漬させて、前記流路壁の上端面が露出するまで、前記犠牲層を溶解させる犠牲層溶解工程と、
前記犠牲層溶解工程の後に、前記流路壁上端面及び前記犠牲層上面に、ノズル形成層を形成するノズル形成層形成工程と、
前記ノズル形成層形成工程の後に、基板を溶解液に浸漬させて、前記犠牲層を除去する犠牲層除去工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
犠牲層削除工程は、切削により行われることを特徴とする。
これにより、研磨・研削により犠牲層削除工程を行う場合と比較して、工具の砥粒粉が犠牲層に混入すること無く、また、削除された犠牲層が工具の砥粒間に入り込み犠牲層を削除できなくなってしまうという問題を回避することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、
犠牲層溶解工程では、流路壁の上端面と犠牲層上面とが同一平面となるまで、犠牲層を溶解させることを特徴とする。
これにより、ノズル形成層が平面に形成されるので、各インク流入部の容積を精度高く一定とすることが可能となる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３に記載の発明において、
犠牲層削除工程では、流路壁上面の近傍位置まで犠牲層を削除することを特徴とする。
これにより、犠牲層溶解工程の時間を短縮することが可能となる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４に記載の発明において、
犠牲層は紫外線を吸収する特性を有し、
ノズル形成層に形成されるノズル孔は、フオトリソグラフィー工程により形成されることを特徴とする。
これにより、ノズル孔が形成されたノズル形成層を形成することにしたので、予めノズル孔が形成されたフィルム状のノズル形成層を、流路壁上に貼設する方法と比較して、水平方向に関して、ノズル孔位置の位置合わせが容易となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、犠牲層形成工程の後に、犠牲層の上面が平坦になるように、流路壁の上端面から離間する位置まで前記犠牲層を削除し、基板を犠牲層溶解液に浸漬させて、前記流路壁の上端面が露出するまで、前記犠牲層を溶解させて、流路壁の上端面及び犠牲層上面を平坦面にすることにした。このため、従来のように、機械加工により、流路壁の上端面及び犠牲層上面を平坦面にする方法と異なり、犠牲層の一部が欠損することが無く、流路壁の切り屑が犠牲層に混入することが無い。このため、ノズル形成層の下面が平面に形成され、各インク流入部の容積が一定となり、安定した性能のインク吐出ヘッドを製造する方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態を示すインク吐出ヘッドの製造方法の説明図である。
【図２】従来のインク吐出ヘッドの製造方法を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態を示す。
図２の（１）に示されるように、まず、シリコン製等の基板５１上に、抵抗発熱体からなるインク加熱要素５２を形成するインク加熱要素形成工程を行う。
次に、図２の（２）に示されるように、基板５１上のインク加熱要素５２の周囲位置に、流路壁５３を形成する流路壁形成工程を行う。本実施例では流路壁５３は完全に硬化したエポキシ樹脂で形成されている。
図１の（１）に示されるように、流路壁５３により形成され、インク加熱要素５２を含む空間に、流路壁５３上端を覆うように、半硬化樹脂を注入し乾燥させ犠牲層５４を形成する犠牲層形成工程を行う。本実施形態では、前記半硬化樹脂には東レ(株)のポリイミド材、フォトニースを半硬化状態で使用している。フォトニースはアルカリ溶液には溶解するが、キシレン、ペグミア（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）などの有機溶剤には溶解しない。このため後述のノズル形成層５５が有機溶剤に可溶なエポキシ樹脂などで形成することが可能となる。
図１の（１）に示されるように、犠牲層形成工程後の犠牲層５４の上面は、凸凹している。具体的には、流路壁５３上の半硬化樹脂は、流路壁５３に囲まれた部屋の部分よりも凸になる。
【００１７】
図１の（１）に示されるように、本発明では、犠牲層形成工程後の犠牲層削除工程において、機械加工により、犠牲層５４の上面が平坦になるように、流路壁５３の上端面から離間する近傍位置まで犠牲層５４を削除する（図１の（２）の状態）。なお、本実施形態では、犠牲層削除工程は、切削により行う。もし、研削工具を用いて研削により犠牲層削除工程を行った場合には、研削工具の砥粒粉が犠牲層５４に混入してしまい、また、削除された犠牲層５４が研削工具の砥粒間に入り込み、犠牲層５４が削除できなくなってしまう。
【００１８】
犠牲層削除工程の後には、図１の（３）に示されるように、基板５１ごとアルカリ溶液、有機溶剤等の犠牲層溶解液に浸漬させて、犠牲層５４を溶解させる犠牲層溶解工程を行う。犠牲層溶解工程では、犠牲層５４上面は、徐々に且つ均一に犠牲層溶解液に溶解する。そして、流路壁５３の上端面が露出した際に（図１の（４）の状態）、基板５１を犠牲層溶解液から引き上げる（図１の（５）の状態）。本実施形態では、流路壁５３の上端面と犠牲層５４上面とが同一平面となるまで、犠牲層５４を溶解させることにしている。本発明では、犠牲層５４を犠牲層溶解液で溶解させて削除することにしたので、従来のように、機械加工で犠牲層５４を削除する方法と異なり、加工工具が流路壁５３に接触することが無いので、犠牲層５４が欠損することが無く、犠牲層５４に流路壁５３の切り屑が混入することが防止される。
【００１９】
なお、本実施形態では、流路壁５３上面の近傍位置まで犠牲層を削除してから、犠牲層溶解工程を行うことにしたので、犠牲層溶解工程の時間を短縮することが可能となる。
なお、本明細書において、近傍位置とは、以下に定義する距離である。
犠牲層５４を形成した際には、犠牲層５４の上面は凹凸しているが、犠牲層５４のうち基板５１から犠牲層５４の上面までの距離が最も近い、即ち犠牲層５４の最も薄い部分の厚さをｔとすると、犠牲層５４の上面を平坦化するためには、最低でも基板５１からｔμｍよりも上方部分を切削しなければならない。また、流路壁５３上端を切削してしまうと、犠牲層５４の欠損や犠牲層５４への流路壁５３の切り屑の混入が発生してしまう恐れがある。
流路壁５３の高さをｈとすると、切削で平坦化できる最低条件は流路壁５３上面から0μm以上、ｔ−ｈμｍ以下を満たす範囲である。
たとえば、流路壁５３の高さｈが１２μｍ、犠牲層５４の一番薄い部分の厚さｔが４０μｍとすると、切削の下限は流路壁５３上面から見て、０μｍ、上限は２８μｍとなる。
しかし、ここで均一に制御よく犠牲層５４を溶解するためには、溶解速度をあまり大きくできない。ここでは溶解速度を１μｍ/１min程度とする。そのため切削した平坦面が流路壁５３上面と距離があると、溶解時間が長くなってしまい、均一性も悪くなる上、犠牲層溶解工程の時間が過大になってしまい、生産効率が低下してしまう。
よって、犠牲層５４が流路壁５３の上面から１５μｍ以上ある場合は、１５μｍを切削位置の上限とする。
よって、流路壁５３高さｈが１２μｍ、犠牲層５４の厚さｔが４０μｍの場合は、近傍位置とは基板から１２μｍ以上２７μｍ以下となる。流路壁５３の上面からみると、0μｍ以上１５μｍ以下である。
犠牲層５４の最も薄い部分が流路壁５３の上面から１５μｍ以下の位置にある場合は、近傍位置とは流路壁５３の上面から0μｍ以上（ｔ-ｈ）μｍ以下となる。たとえば犠牲層５４の一番薄い部分の厚さｔ＝２５μｍの場合、０μｍ以上、１３μｍ以下となる。
ただし、ここで基板や加工冶具のばらつきがそれぞれ最大で２μｍある。そのため最大誤差は４μｍとなる。よって近傍位置は流路壁５３まで切削しないように下限に４μｍを足す、また平坦化しきれないことがないように上限から４μｍを引かなければならない。
よって、近傍位置は以下のように定義される。
流路壁５３の高さをｈ、犠牲層５４の一番薄い部分の厚さをｔとしたとき、流路壁５３上面からの近傍位置ｘは、以下のように定義される。
（１）ｔ−ｈ＜15のとき
４＜ｘ＜(ｔ−ｈ)−４
（２）ｔ−ｈ＞＝15のとき
４＜ｘ＜1１
【００２０】
犠牲層溶解工程の後に、図１の（６）に示されるように、流路壁５３の上端面及び犠牲層５４上面上に、キシレン等に溶媒に溶解させた樹脂を塗布・乾燥させてノズル形成層５５を形成させるノズル形成層形成工程を行う。本実施形態では、溶媒に溶解させる樹脂は、紫外線を吸収し紫外線で硬化する紫外線硬化性イミド、紫外線硬化性シリコーン樹脂、紫外線硬化性エポキシ等の紫外線硬化性樹脂である。本実施例では、ノズル形成層５５として日本化薬（株）の光硬化エポキシ樹脂SU-8を使用した。この樹脂の溶剤はシクロヘキサンなどの有機溶剤であるが、犠牲層５４は有機溶剤に可溶しないため、犠牲層５４の上に塗布しても材料同士で溶け合うクロスミキシングは生じない。
本発明では、犠牲層５４上面が欠損しておらず、また、犠牲層５４に流路壁５３の切り屑が混入していないので、ノズル形成層５５の下面が平面に形成される。
【００２１】
次に、図１の（７）に示されるように、ノズル形成層５５上にフォトマスク５６を載置し、図１の（８）に示されるように、紫外線を照射するフォトリソグラフィー工程を行う。フォトマスク５６には、紫外線を遮断するマスク部５６ａが形成されているので、マスク部５６ａで紫外線が遮断される位置以外のノズル形成層５５は、紫外線により硬化する。一方で、マスク部５６ａで紫外線が遮断される位置のノズル形成層５５は、硬化することが無く、ノズル孔５５ａが形成される。なお、紫外線により硬化したノズル形成層５５は、後述するノズル孔溶解液に溶解しないが、硬化していないノズル孔５５ａ部分は、ノズル孔溶解液に溶解する。また、犠牲層はノズル孔溶解液には溶解しない。本実施形態では、スピンコートによりノズル形成層５５を作製した後、フォトリソグラフィーを行いノズル孔５５ａを開口させることにしたので、予めノズルが形成されたフィルム状のノズル形成層を、流路壁５３上に貼設する方法と比較して、水平方向に関して、ノズル位置の位置合わせが容易となる。
【００２２】
ノズル形成層形成工程の後に、基板５１ごと溶解液に浸漬させて、ノズル孔５５ａが形成された位置のノズル形成層５５及び犠牲層５４を除去する犠牲層除去工程を行い、インク吐出ヘッドの製造が完了する。
なお、本実施形態では、ノズル孔を溶解する溶解液は有機溶剤のペグミア、犠牲層５４を除去する溶解液はポジ型フォトレジストを現像する際に一般的に利用されるＴＭＡＨ2.38％のアルカリ水溶液である。材料の選択はここに上げたものに限らないのはもちろんである。ノズル形成層５５を作製する際に使用する溶剤が犠牲層５４に対して溶解性を持たないような組み合わせであれば、使用可能である。
【００２３】
本発明では、犠牲層形成工程の後に、犠牲層５４の上面が平坦になるように、流路壁５３の上端面から離間する位置まで犠牲層５４を削除し、基板５１を犠牲層溶解液に浸漬させて、流路壁５３の上端面が露出するまで、犠牲層５４を溶解させて、流路壁５３の上端面及び犠牲層５４上面を平坦面にすることにした。これにより、従来のように、切削や研削による機械加工により、流路壁５３の上端面及び犠牲層５４上面を平坦面にする方法と異なり、犠牲層５４の一部が欠損することが無い。このため、ノズル形成層５５の下面が平面に形成され、各インク流入部の容積が一定となり、安定した性能のインク吐出ヘッドを製造する方法を提供することが可能となる。
本実施形態では、犠牲層溶解工程において、流路壁５３の上端面と犠牲層５４上面とが同一平面となるように、犠牲層５４を溶解させることにしたので、ノズル形成層５５が平面に形成され、各インク流入部の容積を精度高く一定とすることが可能となる。
なお、、犠牲層５４が流路壁５３の上に少しでも残っていると、隣接するインク室の間が連通してしまうので、流路壁５３上端よりも犠牲層５４の上面が下にくるように、やや多く犠牲層を溶解させることにしても差し支えない。この場合、流路壁５３の高さより、犠牲層５４の上面があまり大きく離れないようにする。なぜならば、あまり大きく流路壁５３上面と犠牲層５４の上面との間に段差があると、その上にノズル形成層５５を形成した際に、大きな段差ができてしまうからである。ノズル形成層５５の厚みの１／１０程度なら、流路壁５３上面と犠牲層５４の上面との間の段差は平坦化され、ノズル形成層５５の上面を平坦にできる。
【００２４】
なお、犠牲層溶解工程の後、ノズル形成層形成工程の前に、犠牲層５４を加熱して平坦にしてもよく、この場合には、犠牲層溶解液に曝された後の、犠牲層５４の表面粗さを更に平らにならすことが可能であるため、好ましい。。
なお、以上の説明では、ノズル形成層形成工程では、流路壁５３の上端面及び犠牲層５４上面上に、溶媒に溶解させた樹脂を塗布・乾燥させてノズル形成層５５を形成しているが、流路壁５３の上端面及び犠牲層５４上面上に、フィルム状の光硬化性樹脂やノズル孔が形成されたフィルム状の樹脂を載置して、ノズル形成層５５をすることにしても差し支えない。
【００２５】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うインク吐出ヘッドの製造方法もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。 
【符号の説明】
【００２６】
５１      基板
５２      インク加熱要素
５３      流路壁
５４      犠牲層
５５      ノズル形成層
５５ａ    ノズル孔
５６      フォトマスク
５６ａ    マスク部
５８      欠損部
【図１】
2012030457.tif 000003
【図２】
2012030457.tif 000004