(57)【要約】【課題】個別インク流路、ノズルフィルタといったノズル構造部材の寸法を変更することなく小型化され、かつコストダウンされたインクジェット記録ヘッドを提供する。【解決手段】インクを吐出する吐出口１１と、吐出口１１からインクを吐出するためのエネルギーを発生する、シリコン基板上に設けられたインク吐出圧エネルギー発生素子２を有する。また、該インク吐出圧エネルギー発生素子２に対応して設けられた吐出口１１に連通する個別インク流路１８と、シリコン基板１を貫通するシリコン基板貫通孔１３とを有する。さらに、シリコン基板貫通孔１３内に供給されたインクをインク流路に供給する共通インク供給口１７を有する。共通インク供給口１７は、シリコン基板貫通孔１３の開口部内に延出した延出部材により形成されている。延出部材に、個別インク流路１８を形成する個別インク流路壁１６の底面が当接している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する吐出口と、該吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生する、シリコン基板上に設けられたインク吐出圧エネルギー発生素子と、該インク吐出圧エネルギー発生素子に対応して設けられた前記吐出口に連通する個別インク流路と、前記シリコン基板を貫通するシリコン基板貫通孔と、前記シリコン基板貫通孔内に供給されたインクを前記個別インク流路に供給するインク供給口とを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記インク供給口は、前記シリコン基板貫通孔の開口部内に延出した延出部材により形成されており、前記延出部材に、前記インク流路を形成する流路壁の底面が当接し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】
前記延出部材に、前記個別インク流路内への異物の進入を防止するノズルフィルタの底面が当接している請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記延出部材は、有機樹脂からなる、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記有機樹脂はエポキシ樹脂である、請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記延出部材は、熱可塑性樹脂からなる、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記延出部材は、前記シリコン基板上に形成された密着向上層からなる、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
前記延出部材は、前記シリコン基板上に形成されたシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜からなる、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記延出部材は、前記シリコン基板上に形成されたノズル層と同一材料からなる、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の被記録媒体に記録するためのインクジェット記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録ヘッドは基板裏面より基板を貫通させて共通インク供給口を形成して、その基板の開口部の左右両側にノズルを多数配置することによって小型化、かつ高画質化を実現している。
【０００３】
例えば、特許文献１には、詳細なノズル構造が開示されている。一般的なノズル構造としては、シリコン基板貫通孔を共通インク供給口とし、その両側にインク吐出圧エネルギー発生素子、個別インク流路、吐出口、ノズルフィルタ等が所定の寸法で配置されている。特に、個別インク流路壁に関しては、クロストークを防止するため、シリコン基板表面上に所定の長さを必要とする。また、ノズルフィルタに関しても同様に、吐出口部に混入するゴミを防止するため、シリコン基板表面上に柱を所定のサイズ及び間隔で配置する必要がある。これをノズルフィルタとすることにより、ゴミの進入を防止していた。
【０００４】
図７に本発明に関連する技術のインクジェット記録ヘッドの一部上面図を示す。また、図８に図７のａ−ａ’線における側断面図を示す。
【０００５】
このインクジェット記録ヘッドは、インク吐出圧エネルギー発生素子１０２が所定のピッチで２列並んで形成されたシリコン基板１０１を有している。シリコン基板１０１には、シリコン基板貫通孔１１３が、インク吐出圧エネルギー発生素子１０２の２つの列の間に開口されている。シリコン基板貫通孔１１３は共通インク供給口１１７として機能する。シリコン基板１０１上には、第２のノズル層１０９によって、各インク吐出圧エネルギー発生素子１０２の上方に開口する吐出口１１１と、シリコン基板貫通孔１１３から各吐出口１１１に連通する個別インク流路１１８が形成されている。また、個別インク流路１１８と共通インク供給口１１７との間にはフィルタ１１５が設けられている。
【０００６】
このインクジェット記録ヘッドは、共通インク供給口１１７であるシリコン基板貫通孔１１３が形成された面が被記録媒体の記録面に対面するように配置される。そして共通インク供給口１１７を介してインク流路内に充填されたインク（液体）に、インク吐出圧エネルギー発生素子１０２によって発生する圧力を加えることによって、吐出口１１１からインク液滴を吐出させ、被記録媒体に付着させることによって記録を行う。
【特許文献１】特開２００４−５０７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のインクジェット記録ヘッドにおいて、共通インク供給口１１７の開口幅は、シリコン基板の開口幅、すなわち、シリコン基板貫通孔１１３の開口幅によって決まってしまう。このため、共通インク供給口１１７の反対側のノズル列から離れる方向のシリコン基板１０１上に、個別インク流路１１６及びノズルフィルタ１１５を配置する必要がある。これらの構造物は設計的にも予めコストダウンのため、最小寸法になるように設計されている。
【０００８】
従って、シリコン基板上のノズル構造部の領域（シリコン基板貫通孔１１３を挟んだ左右の個別インク流路１１６の端部から端部まで）を狭めることができないという課題が存在していた。それにより、特に、１チップ内に複数の共通インク供給口を設けるチップに対しては、その影響度が大きく、コストダウンの障害の一つとなっていた。また、ウエハ全体としても、１チップあたりの面積が大きいとシリコン基板内のチップ取り個数が減少してしまい、コストダウンの実現を困難なものにしてしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、個別インク流路、ノズルフィルタといったノズル構造部材の寸法を変更することなく小型化され、かつコストダウンされたインクジェット記録ヘッド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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する吐出口と、該吐出口から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、シリコン基板上に設けられたインク吐出圧エネルギー発生素子とを有する。また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、該インク吐出圧エネルギー発生素子に対応して設けられた吐出口に連通する個別インク流路を有する。さらに、本発明のインクジェット記録ヘッドは、シリコン基板を貫通するシリコン基板貫通孔と、シリコン基板貫通孔内に供給されたインクを個別インク流路に供給するインク供給口とを有する。インク供給口は、シリコン基板貫通孔の開口部内に延出した延出部材により形成されており、延出部材に、インク流路を形成する流路壁の底面が当接していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、個別インク流路、ノズルフィルタといったノズル構造部材の寸法を変更することなく、インクジェット記録ヘッドを小型化でき、かつコストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
なお、本発明において、『記録』とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味する。
【００１４】
図１に、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの一例の模式的な一部破断斜視図を示す。
【００１５】
本実施形態のインクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）は、インク吐出圧エネルギー発生素子２が所定のピッチで２列並んで形成されたシリコン基板１を有している。シリコン基板１には、シリコン基板貫通孔１３が、インク吐出圧エネルギー発生素子２の２つの列の間に開口されている。シリコン基板１上には、第２のノズル層９によって、各インク吐出圧エネルギー発生素子２の上方に開口する吐出口１１と、シリコン基板貫通孔１３から各吐出口１１に連通する個別インク流路１８（インク流路）が形成されている。個別インク流路壁１６によって仕切られて形成された個別インク流路１８は、各吐出口１１に対応して個別に設けられている（図２参照）。
【００１６】
このインクジェット記録ヘッドは、シリコン基板貫通孔１３が形成された面が被記録媒体の記録面に対面するように配置される。そしてシリコン基板貫通孔１３を介してインク流路内に充填されたインク（液体）に、インク吐出圧エネルギー発生素子２によって発生する圧力を加えることによって、吐出口１１からインク液滴を吐出させ、被記録媒体に付着させることによって記録を行う。
（実施例１）
以下に、インクジェット記録ヘッドの実施例１を示す。
【００１７】
図２は図１の模式的上面透視図である。図３は図１及び図２のＡ−Ａ’部を切断した模式的断面図である。
【００１８】
本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、各流路に対して１つの発熱素子を形成し、記録を行っている。
【００１９】
シリコン基板１は、絶縁層となる熱酸化膜５、シリコン酸化膜３、インク吐出圧エネルギー発生素子２、シリコン窒化膜４、耐キャビテーション膜１４を有し、シリコン基板貫通孔１３が形成されている。なお、電力配線等についての図示は省略した。熱酸化膜５、シリコン酸化膜３、シリコン窒化膜４、耐キャビテーション膜１４の各薄膜に関しては、全てフォトリソグラフィ技術を用いて予め所定の形状にパターニングされている。また、シリコン基板貫通孔１３に関しては、各種レーザやシリコン異方性エッチング技術を用いて形成可能である。
【００２０】
次に、ノズル構造に関して図３を例に述べる。
【００２１】
シリコン窒化膜４上には、ノズル密着向上層７が所定の形状にパターニングされている。ノズル密着向上層７は、ノズル密着向上層７がシリコン基板貫通孔１３の開口部内にまで延出した形状となるようにパターニングされている。ノズル密着向上層７が延出部材としてシリコン基板貫通孔１３の開口部内にまで延出することにより、シリコン基板貫通孔１３のシリコン基板表面側の開口幅Ｗ1は、ノズル密着向上層７によって開口幅Ｗ2にまで狭められている。すなわち、共通インク供給口の開口幅は、ノズル密着向上層７によって、開口幅Ｗ1よりも狭い開口幅Ｗ2に構成されている。共通インク供給口１７は、シリコン基板貫通孔１３側にまで延出したノズル密着向上層７により形成されている。
【００２２】
本実施例では、ノズル密着向上層７としては、有機樹脂であるポリエーテルアミド樹脂を使用した。具体的には日立化成（株）の製品名：ＨＩＭＡＬ−１２００という材料を使用した。ノズル密着向上層７の膜厚については、インクの吐出等により破壊されない膜厚が最低限必要である一方、厚すぎるとリフィル特性を低下させる。このため、ノズル密着向上層７の膜厚は、材料強度とリフィル特性とのバランスを考慮し設定するべきであり、ノズル密着向上層７の膜厚はこれらを考慮してその膜厚は２μｍとした。
【００２３】
シリコン基板貫通孔１３の開口部内にまで延出部材であるノズル密着向上層７に個別インク流路壁１６の底面を当接させている。すなわち、ノズル密着向上層７が配置されているシリコン基板１上には、型材を用いて、個別インク流路を有する第２のノズル層９が所定の形状にパターニングされている。これにより、個別インク流路壁１６は、シリコン基板貫通孔１３上にノズル密着向上層７が存在するので、インク吐出圧エネルギー発生素子２を含めてノズル構造全体をシリコン基板貫通孔１３に近づけることが可能となる。
【００２４】
具体的な寸法としては、シリコン基板貫通孔１３上にノズル密着向上層７が存在しない構成の場合、共通インク供給口１７の開口幅の中心からインク吐出圧エネルギー発生素子２の端部までの距離が１２７μｍであった。これに対して、本実施例のように、シリコン基板貫通孔１３上にノズル密着向上層７が存在する構成としたことで、この距離を８５μｍにまで小型化することが可能となった。
【００２５】
本実施例の構成とすることで、良好な吐出特性を得られるノズル構造をほぼ維持したまま、シリコン基板１上のノズル構造部の領域を狭めることが可能となる。
【００２６】
さらには、シリコン基板貫通孔１３の開口部内にまで延出部材であるノズル密着向上層７にノズルフィルタ１５の底面を当接させて設けることも可能である。すなわち、本実施例のインクジェット記録ヘッドは、個別インク流路１８への異物の進入を防止するためのノズルフィルタ１５をシリコン基板貫通孔１３側にまで延出したノズル密着向上層７上に設けることも可能である。
【００２７】
本実施例においては、シリコン基板貫通孔１３の開口幅Ｗ1から共通インク供給口１７の開口幅Ｗ2までの間のノズル密着向上層７に個別インク流路壁１６の底面およびノズルフィルタ１５の底面が当接する構成を例示した。しかし、本発明はこの構成に限定されるものではなく、本発明のインクジェット記録ヘッドは、ノズルフィルタ１５のみ、あるいはノズルフィルタ１５がなく個別インク流路壁１６の底面のみが当接する構成であってもよい。なお、ノズル密着向上層７に個別インク流路壁１６およびノズルフィルタ１５の双方が当接する構成は、ノズル構造を強固にし、且つ、異物を吐出口へ到達させない機能を有するので最も望ましい構成といえる。
【００２８】
以上、本実施例によれば、個別インク流路１８、ノズルフィルタ１５といったノズル構造部材の寸法を変更することなく、共通インク供給口１７の両側に存在するインク吐出圧エネルギー発生素子２間の距離を大幅に狭めることが可能となる。それにより、多数の共通インク供給口１７が存在するチップに対しては、共通インク供給口１７の本数×２倍分（共通インク供給口の両側）のチップサイズを小さくすることが可能となった。また、ウエハ全体としても、１チップあたりの面積が小さくなったことから、シリコン基板内のチップ取り個数を増加させることができるようになった。また、シリコン基板貫通孔１３の開口幅Ｗ1は従来どおりの幅を維持しているので、製造工程の歩留まり低下も抑制することができる。このように、本実施例によれば１チップ当りの製造コストを低減させることが可能となる。
【００２９】
なお、上述した膜厚は、実施例を説明するための参考値であり、本発明はこの数値に限定されるものではない。
（実施例２）
図４に本実施例のインクジェット記録ヘッドの模式的な側断面図を示す。なお、本実施例は、以下に説明するように、シリコン基板貫通孔１３の開口部内にまで延出させる延出部材をノズル密着向上層７に代えて、第１のノズル層１２とした以外は基本的に実施例１と同様の構成である。よって、同様の構成についての説明は省略する。また、実施例１と同じ構成要素については同一の符号を付して説明する。
【００３０】
本実施例のインクジェット記録ヘッドは、シリコン窒化膜４上に、ノズル密着向上層７及び第１のノズル層１２が所定の形状にパターニングされている。第１のノズル層１２は、シリコン基板貫通孔１３のシリコン基板１の表面側の開口幅Ｗ1を開口幅Ｗ2へと狭くする形状にパターニングされている。すなわち、実施例１では、ノズル密着向上層７がシリコン基板貫通孔１３上にまで延出して形成されることで開口幅を狭めたのに対し、本実施例では、第１のノズル層１２により開口幅を狭めた。
【００３１】
本実施例では、第１のノズル層１２としては、第２のノズル層９と同一の感光性エポキシ樹脂材料を使用した。第１のノズル層１２と第２のノズル層９とを同一材料とすることで新規の設備投資を考える必要がないので、第１のノズル層１２コストが高くなるのを防止することができる。
【００３２】
なお、第１のノズル層１２としては、このほか、耐インク性のある材料であれば機能を満足させられるため、ノズル層材料である感光性エポキシ樹脂だけでなく、金メッキ、タンタル窒化シリコン等の無機材料でも同様の機能を有することができる。ただし、信頼性の観点から一般的に引っ張り強度の高い有機材料の方が無機材料より望ましいと言える。第１のノズル層１２の膜厚は、材料強度とリフィル特性とのバランスを考慮して２μｍとした。
【００３３】
本実施例も実施例１と同様に、共通インク供給口１７の開口幅の中心からインク吐出圧エネルギー発生素子２の端部までの距離を短くすることが可能であり、ヘッドを小型化することが可能である。
（実施例３）
図５および図６に本実施例のインクジェット記録ヘッドの模式的な側断面図を示す。なお、本実施例は、以下に説明するように、シリコン基板貫通孔１３の開口部内にまで延出させる延出部材をノズル密着向上層７に代えて、シリコン酸化膜３、あるいはシリコン窒化膜４とした以外は基本的に実施例１と同様の構成である。よって、同様の構成についての説明は省略する。また、実施例１と同じ構成要素については同一の符号を付して説明する。
【００３４】
本実施例は、シリコン基板１の構成に特徴があり、予めシリコン酸化膜３、あるいはシリコン窒化膜４を所定の形状にパターニングしておくことで、このような構成を形成することができる。また、シリコン基板貫通孔１３上にまで延出させる部材の材質としては炭化シリコン等の電気配線の絶縁層に用いられる材料を含むものであってもよい。
【００３５】
上述した各実施例の他、延出部材としては熱可塑性樹脂を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの一例の模式的な一部破断斜視図である。
【図２】本発明の実施例１におけるインクジェット記録ヘッドの模式的上面透視図である。
【図３】図１及び図２のＡ−Ａ’部を切断したインクジェット記録ヘッドの模式的断面図である。
【図４】本発明の実施例２におけるインクジェット記録ヘッドの模式的断面図である。
【図５】本発明の実施例３におけるインクジェット記録ヘッドの一例の模式的断面図である。
【図６】本発明の実施例３におけるインクジェット記録ヘッドの他の例の模式的断面図である。
【図７】従来のインクジェット記録ヘッドの一例の模式的上面透視図である。
【図８】従来のインクジェット記録ヘッドの一例の模式的側断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    シリコン基板
２    インク吐出圧エネルギー発生素子
１１    吐出口
１３    シリコン基板貫通孔
１６    個別インク流路壁
１７    共通インク供給口
１８    個別インク流路
【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】
2009208393.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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