(57)【要約】【課題】シリコン単結晶基板からなるノズルプレート表面のアライメントマークが画像認識時に容易に識別可能なインクジェットヘッドを提供すること。【解決手段】インク滴を吐出する多数のノズル１１が配列されたノズル列を有するシリコン単結晶基板からなるノズルプレート１の表面に、位置決め用のアライメントマーク５を凹設したインクジェットヘッドであって、アライメントマーク５の底面５１を粗面に形成したことを特徴とする。アライメントマーク５外のノズルプレート表面の反射光量に対するアライメントマーク５の底面５１の反射光量の比は５０％以下であることが好ましく、また、アライメントマーク５１の底面５１に、周期１００〜４００ｎｍ、高さ１００〜１０００ｎｍの多数の柱状の構造体を形成することが好ましい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク滴を吐出する多数のノズルが配列されたノズル列を有するシリコン単結晶基板からなるノズルプレートの表面に、位置決め用のアライメントマークを凹設したインクジェットヘッドであって、
前記アライメントマークの底面を粗面に形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記アライメントマーク外の前記ノズルプレート表面の反射光量に対する前記アライメントマークの底面の反射光量の比が５０％以下であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記アライメントマークの底面に、周期１００〜４００ｎｍ、高さ１００〜１０００ｎｍの多数の柱状の構造体を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記アライメントマークの底面に、周期１〜２０μｍ、高さ１〜５μｍの連続する断面鋸刃状の構造体を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記アライメントマークは、その幾何重心位置が前記ノズル列の延長線上に配置されると共に、前記ノズル列を間に挟むように２つ設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記ノズルプレートに前記ノズル列が複数列形成されており、前記ノズル列毎に前記アライメントマークを２つずつ配置したことを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
インクジェットヘッドに関し、詳しくは、インク滴を吐出する多数のノズルが配列されたノズル列がシリコン単結晶基板に形成されたノズルプレートの表面に、前記ノズルとは別にヘッド位置決め用の基準となるアライメントマークを凹設したインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドは記録の高密度化を図るため、インクを吐出する多数のノズルからなるノズル列をノズルプレートに複数列設けたものが一般的であり、このノズル列の幅がインクジェットヘッドの記録幅となる。このため、ノズル列の幅を越える長尺幅の記録を行う場合、ベースプレート等に同一構造のヘッドを多数配列して、長尺な記録幅を持つフルライン型のインクジェットヘッドを構成するようにしている。
【０００３】
このようにフルライン型のインクジェットヘッドを構成する場合、記録幅一杯に亘って高精度の記録を行うため、各ヘッド間でのノズルピッチが記録幅全体に亘って等ピッチとなるように、各ヘッドのＸＹ方向の位置及び角度を微調整し、各ヘッド相互間の組み付け位置の関係を厳密に決める必要がある。
【０００４】
従来、このようなヘッドの組み付け位置の微調整を行うため、ノズルプレート表面に位置決めの基準となるアライメントマークを凹設したインクジェットヘッドが知られている（特許文献１）。
【０００５】
このインクジェットヘッドは、ノズルプレート表面に開口する最外端の２つのノズルの近傍に、レーザーエッチング等によってアライメントマークを凹設したものである。各アライメントマークはノズルに対して位置保障されているため、このアライメントマークを画像認識することにより、ヘッド組み付け位置の微調整を行う際の基準とすることができる。
【特許文献１】特開２００３−１２７３４４号公報（段落００６７〜００６８、図６）
【特許文献２】特開２００７−１１１８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、インクジェットヘッドに対する高精細化の要求は高く、吐出されるインク滴の大きさがますます小さくなり、従来では直径２０μｍ程度のノズル径が、今では５μｍ程度にまで微細化してきている。このような極めて微細なノズルを高密度に形成するには、ノズルプレートにシリコン単結晶基板を使用し、これに半導体集積回路の製造技術を利用して加工形成する方法が一般に用いられている。
【０００７】
なお、シリコン単結晶基板を用いてノズルを加工形成したインクジェットヘッドには、シリコン単結晶基板にノズルのみならず、ノズルに連通するインク室等を一体に加工形成して流路基板を構成したものもあるが、本明細書においては、基板に少なくともインク滴を吐出するためのノズルが形成されていれば、その基板を全てノズルプレートと定義することにする。
【０００８】
ここで、このようなノズルプレートを有するインクジェットヘッドにおいて、ノズルプレートにアライメントマークを形成し、これを画像認識することで組み付け位置の微調整を行うようにすると、シリコン単結晶基板は高い光反射率を有しているためにアライメントマークの識別が困難となる問題が生じる。
【０００９】
この場合、アライメントマークの大きさを極端に大きくしたり、凹設深さを深くして反射光の距離減衰を大きくしたりすることで識別し易くすることも考えられるが、前者のようにアライメントマークを大きくしすぎると、画像認識時の誤差が大きくなってしまい、精密な位置調整を行うことができなくなる問題がある。また、後者のようにアライメントマークの凹設深さを深くすることは、ノズルプレートの厚みに限界があるために難しい問題がある。特に、高精細な記録のためにインク滴の微小化を図るには、ノズル径の小径化に加えてノズルの吐出方向の長さを短く形成する必要があり、このためにノズルプレートの厚みは極めて薄くなっている。従って、ノズルプレートに反射光の大きな距離減衰を生じさせる程に深い凹部を形成することは現実的には極めて困難な問題である。
【００１０】
本発明は、このような従来事情に鑑みてなされたものであり、シリコン単結晶基板からなるノズルプレート表面のアライメントマークが画像認識時に容易に識別可能なインクジェットヘッドを提供することを課題とする。
【００１１】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１３】
請求項１記載の発明は、インク滴を吐出する多数のノズルが配列されたノズル列を有するシリコン単結晶基板からなるノズルプレートの表面に、位置決め用のアライメントマークを凹設したインクジェットヘッドであって、前記アライメントマークの底面を粗面に形成したことを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記アライメントマーク外の前記ノズルプレート表面の反射光量に対する前記アライメントマークの底面の反射光量の比が５０％以下であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドである。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記アライメントマークの底面に、周期１００〜４００ｎｍ、高さ１００〜１０００ｎｍの多数の柱状の構造体を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドである。
【００１６】
請求項４記載の発明は、前記アライメントマークの底面に、周期１〜２０μｍ、高さ１〜５μｍの連続する断面鋸刃状の構造体を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドである。
【００１７】
請求項５記載の発明は、前記アライメントマークは、その幾何重心位置が前記ノズル列の延長線上に配置されると共に、前記ノズル列を間に挟むように２つ設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。
【００１８】
請求項６記載の発明は、前記ノズルプレートに前記ノズル列が複数列形成されており、前記ノズル列毎に前記アライメントマークを２つずつ配置したことを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッドである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、シリコン単結晶基板からなるノズルプレート表面のアライメントマークが画像認識時に容易に識別可能なインクジェットヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２１】
図１は本発明に係るインクジェットヘッドをノズルプレートの表面側から見た平面図、図２は本発明に係るインクジェットヘッドの部分断面図である。
【００２２】
このインクジェットヘッド１０は、ノズルプレート１、ガラスプレート２及びボディープレート３が接合された積層体によって構成されている。
【００２３】
ノズルプレート１は、厚みが２００〜５００μｍのシリコン単結晶基板からなり、インクジェットヘッド１０のインク吐出側の面に設けられている。その表面には、ドライエッチングによって貫通形成されたノズル１１が開口しており、多数のノズル１１が図１中の左右方向に配列されてノズル列を構成している。ここでは上下に２列のノズル列が平行に設けられているが、ノズル列の数は何ら限定されない。
【００２４】
ノズルプレート１の上面には、厚みが１００〜３００μｍのガラスプレート２が接合されている。ガラスプレート２には、ノズルプレート１の各ノズル１１に対応する位置に、ノズル１１よりも大径のインク流路孔２１が貫通形成されている。また、ガラスプレート２の更に上面にはボディープレート３が接合されている。ボディープレート３は、厚みが２００〜５００μｍのシリコン単結晶基板からなり、多数のインク室３１がガラスプレート２との接合面側から凹設されることによって形成されている。各インク室３１はガラスプレート２に形成されたインク流路孔２１の各々に対応するように設けられており、その背面側に圧力発生手段としての電気機械変換素子であるピエゾ素子４がそれぞれ接着されている。
【００２５】
このインクジェットヘッド１０では、ピエゾ素子４に所定の電圧を印加することにより電気機械変換作用によってインク室３１の底面（振動板）を変形変位させ、インク室３１内の容積を変化させることで、インク室３１内のインクに吐出エネルギーを付与する。インク室３１内のインクは、この吐出エネルギーによってインク流路孔２１を介してノズル１１からインク滴ａとして吐出される。しかし、本発明においてインク滴ａを吐出する機構は、何らこのようなものに限定されず、例えばインク室内に配設した発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用い、インクの沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるもの等でもよい。
【００２６】
アライメントマーク５は、ノズルプレート１の表面（インク吐出側の面）に凹設されている。アライメントマーク５は、同一構成のインクジェットヘッド１０を多数個用いて長尺なフルライン型のインクジェットヘッドを構成する場合に、各ヘッド間でのノズルピッチが記録幅全体に亘って等ピッチとなるように、画像認識装置を用いることによって各ヘッドのＸＹ方向の位置及び角度を微調整する際の基準とするためのマークであり、例えばノズル列の最外端のノズル１１との位置関係が厳密に規定されている。
【００２７】
このアライメントマーク５は平面視で円形に形成されており、ノズルプレート１の表面における一方のノズル列の列方向両端に、該ノズル列を間に挟むように、それぞれ１つずつ配置されている。アライメントマーク５の幾何重心位置は、ノズル列の延長線Ａ上に位置している。
【００２８】
このようにアライメントマーク５を配置することで、アライメントマーク５によってノズル列位置を識別し易くなり、フルライン型ヘッドを構成する際に、隣接するヘッド間でノズル列が同一直線状に配列するように位置調整することが容易となる。
【００２９】
また、２つのアライメントマーク５、５間の幅Ｗ１は、ノズルプレート１に形成されている全てのノズル１１の存在幅Ｗ２よりも大きくなるため、フルライン型ヘッドを構成する際のヘッドの角度調整もとり易くなる。
【００３０】
アライメントマーク５の直径は１０〜５０μｍであることが好ましい。直径が１０μｍよりも小さいと、アライメントマーク５を画像認識する際にレンズ倍率を上げなくてはならなくなり、アライメントマーク５を探索するのに手間がかかって作業性が悪くなる。また、５０μｍを越えると、画像認識時の分解能が得られにくくなり、微調整する際の基準位置を取りにくくなる。より好ましくは２０〜４０μｍとすることである。特に、ノズル１１の吐出側開口端の径が５μｍ程度の極めて微細なものである場合、ノズル１１そのものを画像認識してヘッドの位置決めを行うことが極めて困難であるため、このようなアライメントマーク５を設けることの効果が顕著に得られる。
【００３１】
アライメントマーク５の凹設深さは、０．１〜５μｍとすることが好ましい。０．１μｍよりも浅いと、その底面を後述するように粗面に形成する際の粗面付与加工が難しくなる。また、５μｍよりも深くなると、深さ方向への加工誤差によるエッジぼけが目立つようなる。
【００３２】
アライメントマーク５の底面５１は粗面に形成されている。このノズルプレート１はシリコン単結晶基板からなるため、アライメントマーク５以外のノズルプレート１の表面は平滑な鏡面に仕上げられているので、アライメントマーク５の底面５１が粗面であることにより、ノズルプレート１を平面視した場合の光反射率が、アライメントマーク５の底面とそれ以外のノズルプレート１の表面とで異なることになる。これにより、ノズルプレート１の表面を画像認識した場合にアライメントマーク５を容易に識別することができる。
【００３３】
アライメントマーク５の識別をより容易とするためには、アライメントマーク５の外のノズルプレート１の表面の反射光量に対するアライメントマーク５の底面５１の反射光量の比が５０％以下であることが好ましい。
【００３４】
かかるアライメントマーク５の形成方法の一例について図３を用いて説明する。
【００３５】
まず、ノズルプレート１となるシリコン単結晶基板の表面に、エッチング時のマスクとなるフォトレジスト６を被覆形成する（図３（Ａ））。このフォトレジスト６の厚みは、ノズルプレート１となるシリコン単結晶基板と同等の厚みとされる。
【００３６】
このフォトレジスト６に、ノズル１１を形成するためのノズル開口パターン６１とアライメントマーク５を形成するためのマーク形成パターン６２とを露光、現像により形成する（図３（Ｂ））。
【００３７】
ノズル開口パターン６１は、ドライエッチングによってシリコン単結晶基板からなるノズルプレート１を貫通する孔を形成するものであり、形成すべきノズル１１と同一の開口径でノズルプレート１が露出するように開口形成する。また、マーク形成パターン６２は、ドライエッチングによってノズルプレート１の表面から所定深さの凹部を形成するものであり、フォトレジスト６の表面から、形成すべきアライメントマーク５と同一の開口径及び深さで凹設する。
【００３８】
このとき、マーク形成パターン６２の底面６３には、アライメントマーク５の底面５１を粗面とするための工夫を講じておく。具体的には、アライメントマーク５の底面５１に、周期１００〜４００ｎｍ、高さ１００〜１０００ｎｍの多数の柱状の構造体を形成することが好ましい。周期及び高さがこれらの値より下回っても上回っても反射防止効果は得られにくくなる。また、高さが１０００ｎｍよりも高くなると加工が困難となる。
【００３９】
図４（Ａ）は、底面５１に形成した多数の柱状の構造体５１ａの断面図である。柱状の構造体としては、円柱や角柱が挙げられるが、中でも反射率低減効果が良好である点で周期１００〜４００ｎｍの円柱構造が好ましい。
【００４０】
また、この他に、アライメントマーク５の底面５１に、周期１〜２０μｍ、高さ１〜５μｍの連続する断面鋸刃状の構造体を形成することも好ましい。図４（Ｂ）は、底面５１に形成した連続する断面鋸刃状の構造体５１ｂの断面図を示している。
【００４１】
更に、図示しないが多数の円錐、角錐等からなる錐状の構造体とすることもできる。
【００４２】
アライメントマーク５の底面５１を粗面とするためのこれらの構造体をマーク形成パターン６２の底面６３に形成するには、一般的な半導体パターニング技術を用いることができ、フォトレジスト６のマーク形成パターン６２の底面６３に対して、露光もしくは電子線直接描画によるパターニングを行い、パターン潜像を現像することによって形成することができる。
【００４３】
フォトレジスト６にこのようなノズル開口パターン６１及び粗面のための工夫を施したマーク形成パターン６２を形成した後、このフォトレジスト６の側から異方性ドライエッチングを行い、ノズル開口パターン６１の部位のノズルプレート１にノズル１１を貫通形成する。このとき、マーク形成パターン６２の部位のノズルプレート１１は、マーク形成パターン６２が凹設形成されている程度であるため、ノズルプレート１１を貫通せずにノズルプレート１１の表面にアライメントマーク５を凹設する。凹設されたアライメントマーク５の底面５１には、マーク形成パターン６２の底面６３に形成されていた粗面形状がそのまま転写される。
【００４４】
このように本発明においては、アライメントマーク５をシリコン単結晶基板からなるノズルプレート１に対して、半導体集積回路の製造技術を利用して、ノズル１１を形成する工程と同一工程で形成することができるため、これらを別工程で形成する場合に比べて、アライメントマーク５とノズル１１との位置関係を確実に保障することができる。
【００４５】
かかるインクジェットヘッド１０は、図５に示すように、ベースプレート７の長さ方向に例えば千鳥状となるように多数個組み付けられ、これによってフルライン型のインクジェットヘッド１００が構成される。この組み付けの際、各インクジェットヘッド１０のノズルプレート１の表面に形成されたアライメントマーク５を画像認識により識別し、このアライメントマーク５を基準にして、Ｘ方向位置、Ｙ方向位置及び傾斜角度θをそれぞれ微調整することで、各ヘッド１０間でのノズルピッチが記録幅全体に亘って等ピッチとなるように、各ヘッド１０相互間の組み付け位置が決定される。
【００４６】
なお、図１では、ノズルプレート１の表面に複数列形成されたノズル列のうちの一つのノズル列のみにアライメントマーク５を配置したが、図６に示すように、アライメントマーク５は、複数のノズル列のそれぞれに配置してもよい。すなわち、ここでは２列のノズル列の各々の列方向両端に、それぞれノズル列を間に挟むように１つずつのアライメントマーク５Ａ、５Ａと５Ｂ、５Ｂとを配置している。アライメントマーク５Ａの幾何重心位置は、図示上側のノズル列の延長線Ａ上に位置し、アライメントマーク５Ｂの幾何重心位置は、図示下側のノズル列の延長線Ｂ上に位置している。
【００４７】
このように複数の各ノズル列にそれぞれ２つのアライメントマーク５を配置すると、アライメントマーク５Ａと５Ｂとの位置関係は、そのままノズル列間の位置関係となるため、画像認識によって各アライメントマーク５Ａ、５Ｂの距離を認識することで、ノズル列間の距離を簡単に識別することができる。これにより、ノズル列間のインク吐出タイミングを、実際にインクを吐出することなく調整することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドをノズルプレートの表面側から見た平面図
【図２】本発明に係るインクジェットヘッドの部分断面図
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）はノズルプレートにノズル及びアライメントマークを形成する方法を説明する図
【図４】（Ａ）は、アライメントマークの底面に形成した多数の柱状の構造体の断面図、（Ｂ）は、アライメントマークの底面に形成した多数の錐状の構造体の断面図、（Ｃ）は、アライメントマークの底面に形成した連続する断面鋸刃状の構造体の断面図
【図５】フルライン型インクジェットヘッドの平面図
【図６】アライメントマークの他の形成例を示す平面図
【符号の説明】
【００４９】
１：ノズルプレート
１１：ノズル
２：ガラスプレート
２１：インク流路孔
３：ボディープレート
３１：インク室
４：ピエゾ素子
５、５Ａ、５Ｂ：アライメントマーク
５１：底面
５１ａ：柱状の構造体
５１ｂ：連続する断面鋸刃状の構造体
６：フォトレジスト
６１：ノズル開口パターン
６２：マーク形成パターン
６３：底面
７：ベースプレート
１０：インクジェットヘッド
１００：フルライン型インクジェットヘッド
ａ：インク滴
【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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