(57)【要約】【課題】弁部材の位置決めが容易であり、かつ弁部材の実装に工数を要することのない製造方法で製造された、安価で信頼性の高い記録ヘッドを提供すること。【解決手段】シリコンウェハ１ｗに配列された切断する前のヒータボード１の配列に合わせて、弁部材１１が連結した状態の弁部材集合体１１Ｓを形成して、その弁部材集合体１１Ｓをヒータボード１に実装後、固定してから切断する。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のヒータボードが形成される基板に、前記複数のヒータボードのそれぞれに対応するヒータと弁部材を設けた後に、前記基板から切り出された前記ヒータボードを有するヘッドの製造方法において、
前記複数のヒータボードの少なくとも２つに対応する前記弁部材を一体的に形成した弁部材集合体を前記基板に固定する工程と、
前記基板から前記ヒータボードを切り出す以前に前記弁部材集合体を切断する工程と、
を備えた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２】
前記基板から前記ヒータボードを切り出す切断と、前記弁部材集合体の切断とは同時に行われ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の製造方法。
【請求項３】
前記基板上に形成されるヒータボードの数と、前記弁部材集合体が備える前記弁部材の数とは等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記複数のヒータボードが形成される前記基板の外周形状と、前記弁部材集合体と該弁部材集合体の周辺部とが形成する外周形状と、は合同であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかの方法によって製造されたことを特徴とする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、熱などのエネルギを液体に与えることで、液体に体積変化を伴う状態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用によって吐出口から液体を吐出するインクジェット記録ヘッドとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられてきたインクジェット記録装置の記録ヘッドには、一般に吐出口と液路とが設けられており、液路はインク供給方向上流側から吐出口に向かって設けられている。また、液路にはそこを通る液体（以下、インクともいう）に熱を加えることが可能な発熱素子（以下、電気熱変換素子ともいう）が設けられている。そして、その発熱素子の駆動に伴い、液路の熱作用部にあるインクに状態変化（膜沸騰による発泡）を生じさせることで、熱作用部より吐出口側に存在するインクを吐出口から吐出させるものである。しかし、発泡現象自体には指向性がない。従って発泡による圧力は、液路においてインクを吐出させる方向だけでなく、インク供給の上流方向にも作用する。この結果、インク供給の上流方向へのエネルギ損失を生じてインク吐出に寄与できるはずのエネルギ量が減殺され、インクの吐出速度が減少し、記録品位の低下を招く原因となることがある。また、インク供給の上流方向に向かう圧力が、吐出によって失われた分のインクを補充（リフィル）する動作を遅らせ、記録速度の高速化を阻害する要因ともなり得る。
【０００３】
近年では記録品位が安定した画像を高速に記録する要求が高まっている。そこで従来から、液路に弁を設けて、その弁でインクを吐出する際の気泡による圧力を、吐出口方向へと導くことで、エネルギの効率化およびリフィル動作の円滑化を図る方法が用いられている。
【０００４】
このような可動弁を用いた一般的な構成では、微細な弁の形成が困難であり、大きくなってしまうことから、それに伴って液路も大きくなってしまうため、微細なインクを吐出することで高精細な記録が可能な記録ヘッドを形成することが難しい場合がある。また、可動弁の取り付けを接着によって行うため、組立て工数が増加してコストの上昇を招くほか、取り付け精度の良否による信頼性の低下や吐出が不安定になることがある。
【０００５】
そこで、これらの点に鑑みて特許文献１には、液路を形成する基板の一部を利用して弁を形成する構成を開示している。基板を積層する過程で液路と弁とを組み合わせることから、組立て工数の増加によるコストアップの低減や取り付け精度の向上を期待するものである。
【０００６】
また、従来の構成の記録ヘッドでは、接着によって弁を取り付けるために、接着剤の硬化時に発生する接着剤の硬化収縮によって弁の位置精度が不安定になることもあった。
【０００７】
そこで特許文献２には、基板と弁部材との２体構造を有する記録ヘッドの製造方法が開示されている。この製造方法は発熱素子を備えた基板上に金属製の支持部材を形成し、この支持部材を介して、弁部を備えた弁部材を固定するものである。この製造方法によれば、基板の２箇所にＡｕ等のスタッドバンプ形態の支持部材を形成し、Ｎｉ等からなる、弁部材を支持部材に対して位置決めして、弁部材の上から支持部材に対して加熱することで弁部材が固定される。
【０００８】
特許文献２の製造方法では、弁部材の取り付けに接着剤を用いていないことから、取り付け時に硬化収縮等がなく、弁部材を位置精度よく取り付けることができる。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６３−１９７６５２号公報
【特許文献２】特開平１０−１６２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１、２に挙げられているようなインクジェット記録ヘッドは、弁を有していない従来の記録ヘッドと部品構成が略同一であることから、従来の記録ヘッドの製造ラインを流用することが可能であり、吐出効率の良い記録ヘッドを多量に低コストで供給できる。
【００１１】
このようなインクジェット記録ヘッドの従来の製造方法は、シリコンウェハ（以下、単にウェハともいう）からなる、電気熱変換素子を備えたチップ基板（以下、ヒータボードともいう）を用いて行われ、そのヒータボードに、弁部材を実装していた。
【００１２】
図１７（ａ）、（ｂ）は、ヒータボード１７０ｔに弁部材１７１を実装する従来の工程を説明した図である。図１７（ａ）は、複数のヒータボードになる部分１７０ｔが所定の間隔で設けられたウェハ１７０ｗの正面図であり、図１７（ｂ）は、ウェハ１７０ｗに設けられたヒータボードになる部分１７０ｔに弁部材１７１を取り付ける様子を示した図である。
【００１３】
１枚のシリコンウェハからは、多い場合で１００個以上のヒータボードになる部分１７０ｔが形成されるため、その全てのヒータボードになる部分１７０ｔに対して弁部材１７１をそれぞれ位置決めして実装する作業は工数がかかる。また、工数をかけて作業を行なっても弁部材１７１が位置ズレを起こしている可能性があり、その場合、完成後の記録ヘッドにおいて所望の吐出状態が得られないおそれがある。
【００１４】
よって本発明は、弁部材の位置決めが容易であり、かつ弁部材の実装に工数を要することのない製造方法で製造された、安価で信頼性の高い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】
【００１５】
そのため本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、複数のヒータボードが形成される基板に、前記複数のヒータボードのそれぞれに対応するヒータと弁部材を設けた後に、前記基板から切り出された前記ヒータボードを有するヘッドの製造方法において、前記複数のヒータボードの少なくとも２つに対応する前記弁部材を一体的に形成した弁部材集合体を前記基板に固定する工程と、前記基板から前記ヒータボードを切り出す以前に前記弁部材集合体を切断する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、上記インクジェット記録ヘッドの製造方法によって製造されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、インクジェット記録ヘッドの製造方法は、複数のヒータボードの少なくとも２つに対応する弁部材を一体的に形成した弁部材集合体を基板に固定する工程と、その基板からヒータボードを切り出す以前に弁部材集合体を切断する工程とを備える。これによって、弁部材の位置決めが容易であり、かつ弁部材の実装に工数を要することのない製造方法で製造された、安価で信頼性の高い記録ヘッドを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。  
図１は、本発明の記録ヘッドを適用可能なインクジェット記録装置（以下、単に記録装置ともいう）の内部構造がわかるように示した正面図である。記録装置１１１は複数の記録ヘッド１１０、各記録ヘッド１１０の回復ユニット１１２、インクを収納するカートリッジ形式のインクタンク１１３、搬送部１１４、オペレーションパネル１１５、記録媒体１０３を記録装置本体に供給する給紙部１１６を備えている。
【００１９】
図２は、記録ヘッド１１０を分解した状態を示した斜視図である。吐出エレメント１０１は記録ヘッド１１０の主要部をなしており、一方の面でセラミック製のベースプレート１００によって支持されている。また、吐出エレメント１０１の他方の面には、配線基板１０２が配され、吐出エレメント１０１に設けられている電極部（不図示）と配線基板１０２とはワイヤボンディングにより接続されている。インク流路形成部材１２０は、吐出エレメント１０１に対してインクを授受するために設けられており、配線基板１０２に設けられた開口を通して、吐出エレメント１０１内に設けられる共通液室に接続される。
【００２０】
本実施形態の記録ヘッド１１０では、記録ヘッド１１０とインクタンク１１３との間でインクを循環させている。すなわち、インクはインクタンク１１３からインク流路形成部材１２０を介して、吐出エレメント１０１内の共通液室に移送され、その移送されたインクが共通液室から各ノズルに分配される。一方、共通液室からはインク流路形成部材１２０および吐出エレメント１０１を介して、インクタンク１１３にインクが還流する。
【００２１】
図３は、本実施形態の記録ヘッド１１０の吐出口エレメント１０１のノズル近傍を示す部分断面図である。シリコン等で作られたヒータボード１には、インクを加熱して発泡させるための複数の発熱部（以下、ヒータともいう）２がノズル１４に対応して設けられている。ヒータ２にはチッ化タンタル等の抵抗体が用いられ、その厚さは０．０１〜０．０５μｍであり、抵抗は１０〜３００Ωのものが用いられる。なおヒータ２はチッ化タンタル以外の材料、例えばホウ化ハフニウムなどで形成されたものでもよく、厚さや抵抗値も特に限定するものではない。
【００２２】
ヒータ２の両端部には、ヒータ２に通電を行うためのアルミニウム等でなる一対の電極配線（不図示）が接続されており、一方の電極配線には通電のオン／オフを切り替えるスイッチングトランジスタ（不図示）が設けられている。そのスイッチングトランジスタは、記録ヘッド１１０の外部から入力される記録信号に応じて、ゲート素子等を含む回路からなる制御用ＩＣによって駆動が制御される。ヒータボード１上で隣接するヒータ２の間には、ノズル側壁５が形成され、さらにノズル側壁５の上面には、厚さ２μｍ程度の天板接着層７を介して、Ｓｉ等で形成された天板８が設けられている。この様な構成により、ヒータボード１、ノズル側壁５、および天板接着層７によって囲まれた管状ノズル１４が形成される。また、ヒータボード１、ノズル１４の吐出口１５近傍には、厚さ５〜１０μｍのノズル補強壁３が形成されている。天板８には、異方性エッチング等で形成された開口（不図示）を備え、この開口に上述したインク流路形成部材が接続されることで、共通液室１６へのインク導入が可能になる。
【００２３】
基板となるヒータボード１には、弁台座１２を介して弁部材１１が配置される。その弁部材１１は、１各ノズル１４に対応した複数の弁部６とその複数の弁部６を結合する支持部３０とを備えており、弁部６を片持ち支持する状態で、自由端９を吐出口１５側に向けて、弁支点１０が共通液室１６内に位置するように設置される。本実施形態では、１つの記録ヘッド１１０に対して弁部材１１を４つ使用する形態を示すが、これに限定するものではなく、１つの記録ヘッドに対して１つの弁部材で対応できるように、弁部の数を多くした弁部材を用いてもよい。
【００２４】
弁部材１１の設置においては、弁部材１１には適切に分布させた複数の穴１８が設けられており、接着柱１３をこの穴１８に通すことで弁部材１１の位置決めを行いつつ、支持部３０によって弁台座１２に固定させる。
【００２５】
以上の構成において、記録ヘッド１１０外部から入力される記録信号に応じて制御用ＩＣによってスイッチングトランジスタの駆動が制御され、これによってヒータ２の通電のオン／オフを切り替える。
【００２６】
共通液室１６から各ノズル１４に供給されたインクは、通電されたヒータ２によって加熱され発泡する。インクが発泡を開始すると、その発泡による圧力によって可動弁６も、発泡の圧力が吐出口１５方向へと向かうように変位する。その後、発生した気泡内の圧力が減少することによって気泡は収縮し、吐出口１５から液柱状に突出したインクが切り離されて吐出する。
【００２７】
図４から図１２は、記録ヘッド１１０の、製造方法を工程毎に模式的に示した断面図である。ここで、図４から図１３を参照し、記録ヘッド１１０の製造方法を説明する。なお、図４から図１２における（ａ）は、（ｂ）に示した一点鎖線の位置での断面図を示している。そして、本実施形態では２つの記録ヘッド１１０を吐出口面でつき合わせた状態で複数同時に組み立てを行い、後工程において吐出口面の形成位置で切断することで、吐出口が現れて記録ヘッド１１０になるという製造方法を用いている。以下の説明では、同時に組み立てを行う複数の記録ヘッド１１０のうちの２つ（１組）の記録ヘッド１１０について説明を行う。
【００２８】
図４（ａ）、（ｂ）のように、本実施形態においては、ヒータボードになる部分Ｂ上に半導体製造工程で用いるものと同様の製造装置を用いて、ハフニュウムボライドやチッ化タンタル等からなるヒータ２を形成する。その後、次工程における感光性樹脂フィルムＤＦとの密着性の向上を目的としてヒータボードになる部分Ｂの表面に洗浄を施す。
【００２９】
さらに密着性の向上を目的としてヒータボードになる部分Ｂの表面に紫外線−オゾン等による表面改質を行なう。例えばその表面改質はシランカップリング剤をエチルアルコールで１重量％に希釈した液を上記改質表面上にスピンコートすることで達成される。
【００３０】
次に表面洗浄を行い、密着性を向上したヒータボードになる部分Ｂの上に図５（ａ）、（ｂ）に示すように紫外線感光樹脂フィルムＤＦをラミネートする。
【００３１】
次に図６（ａ）、（ｂ）に示すように、感光性樹脂フィルムＤＦ上にフォトマスクを介して、紫外線感光性樹脂フィルムの補強壁３また弁部６を接着するための弁台座１２として残す部分に紫外線を照射する。
【００３２】
そして、次の工程では図７（ａ）、（ｂ）に示すように、紫外線を照射して残った補強壁３上に紫外線感光性樹脂フィルムＤＦをラミネートする。このラミネートした紫外線感光性樹脂フィルムＤＦにフォトマスクを配し、図８（ａ）、（ｂ）のようにノズル壁５として残す部分に紫外線を照射する。
【００３３】
次に図９（ａ）、（ｂ）に示すように、紫外線感光樹脂フィルムＤＦをキシレンとブチルセルソルブアセテートとの混合液からなる現像液で現像し、未露光部分を融解させ、露光して硬化した部分をノズル壁５として形成する。上記ノズル壁５を形成した後、図１０（ａ）、（ｂ）のように弁台座１２に弁部材１１を接着剤等で固定する。
【００３４】
ここで従来の製造方法では、１つの記録ヘッド単位で弁部材１１を取り付けていたが、本実施形態では複数の記録ヘッド、つまり複数のヒータボードになる部分Ｂに対して、同時に複数の弁部材１１を搭載することができるような構成にしている。
【００３５】
その後、図１１（ａ）、（ｂ）のように予め、感光性樹脂フィルムを材料とする、天板ノズル７をラミネートした天板８をノズル壁５に溶着する。
【００３６】
このように製造されたものは、次の工程で吐出口１５の突き合わせ面で切断することによって、吐出口１５が現れる。以下にこの切断する工程を説明する。
【００３７】
図１２（ａ）は、切断して現れた切断面を模式的に示す断面図である。  
図１１（ａ）、（ｂ）の状態のものを、厚さ０．０５ｍｍのダイヤモンドブレードを取り付けたダイシングマシンで図１２（ａ）、（ｂ）に示すような状態に切り離す。図１１のヒータボードになる部分Ｂは、切断されることでヒータボード１になる。
【００３８】
そして、切断面の平滑化と、吐出口１５周囲の樹脂材料部を隆起させるため、分離した際にできた切断面に一定の圧力をかけながら研磨を行なう。この際、ヒータボード１と比べて、吐出口１５周囲を形成している樹脂材料は弾力性が高いため、研磨加工後に加工時の圧力を解除することで、その吐出口１５周囲の材料は、図１３に示すように、切断面より隆起する。本実施形態では０．２μｍ〜２μｍ程度吐出口１５周囲を隆起させた。
【００３９】
ここで、弁部材１１を実装する方法について詳細に説明する。  
図１４（ａ）から（ｃ）は、本実施形態の弁部材１１の実装を説明するための図である。（ａ）はヒータボードになる部分Ｂが複数形成されたウェハ１ｗを示した図であり、（ｂ）はヒータボードになる部分Ｂが配列された状態に合わせて作られた弁部材集合体１１Ｓを示した図であり、（ｃ）はウェハ１ｗに弁部材集合体１１Ｓを実装した図である。
【００４０】
本実施形態では、図１４（ｂ）のように弁部材１１を製造する段階で、シリコンウェハ（以下、単にウェハともいう）１ｗ上の複数のヒータボードになる部分Ｂが配列された状態に合うように、複数の弁部材１１が配列された状態で形成される。そして、弁部材１１が配列された弁部材集合体１１Ｓをウェハ１ｗ上の複数のヒータボードになる部分Ｂに実装する。
【００４１】
このような方法で弁部材１１をヒータボードになる部分Ｂに実装することで、実装工程の工数低減を図ることが可能になり、かつ、弁部材１１を個別に位置決めする必要がなく、弁部材集合体１１Ｓの状態で１度位置合わせをするだけでよい。従って、完成後の記録ヘッドにおいて所望の吐出状態を得ることができる。
【００４２】
図１５（ａ）は、図１４（ｃ）の弁部材集合体１１Ｓをヒータボードになる部分Ｂに実装した状態を拡大して示した概略図である。弁部材１１同士は、ヒータボードになる部分Ｂの配置に合わせた間隔で連結部材２１によって連結されている。
【００４３】
図１５（ｂ）は、弁部材集合体１１Ｓの一部を拡大して詳細に示した図である。前述したように、記録ヘッドは吐出口１５をつき合わせた状態で組立てられるため、弁部材１１は図のように弁部６を向かい合わせた状態で、連結部材２１によって繋がれて形成されている。弁部材集合体１１Ｓの製造方法は、従来の方法と同様に電鋳によって形成する。弁部材１１と連結部材２１との切り離しは、弁部材集合体１１Ｓの実装、固定後にエキシマレーザ等によって連結部材２１を切断するか、もしくはダイシング時にシリコンウェハ１ｗと同時に切断してもよい。
【００４４】
このように、シリコンウェハ１ｗに配列された切断する前のヒータボードになる部分Ｂの配列に合わせて、弁部材１１が連結した状態の弁部材集合体１１Ｓを形成して、その弁部材集合体１１Ｓをヒータボードになる部分Ｂに実装後、固定してから切断する。これによって、弁部材１１の位置決めが容易になり、実装工数が削減され、安価で信頼性の高い記録ヘッドを提供することができた。
【００４５】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略し、特徴的な部分についてのみ説明する。
【００４６】
図１６は、本実施形態の弁部材集合体１１Ｔを示した図である。本実施形態の弁部材集合体１１Ｔも、第１の実施形態と同様に、シリコンウェハ１ｗに配列されたヒータボードになる部分Ｂの配列に合わせて、複数の弁部材１１を配列させて形成されている。しかし、複数の弁部材１１の外周に周辺部１１Ｄを備えている点で第１の実施形態とは異なる。
【００４７】
複数の弁部材１１と周辺部１１Ｄによって形成される弁部材集合体１１Ｔの外周形状は、シリコンウェハ１ｗの外周形状と合同になっている。そして、周辺部１１Ｄの外周とシリコンウェハの外周とを合わせることで、ヒータボードになる部分Ｂと弁部材１１との位置が合うようになっている。これによって、ヒータボードになる部分Ｂと弁部材１１との位置決めが容易になるだけでなく、この周辺部１１Ｄがあることで、部材としての強度が上がり、弁部材集合体１１Ｔの取り扱いが容易になる。
【００４８】
このように、シリコンウェハ１ｗに配列されたヒータボードになる部分Ｂの配列に合わせて、複数の弁部材１１を配列させて、外周に周辺部１１Ｄを備えた弁部材集合体１１Ｔを形成する。これによって、弁部材１１の位置決めが容易になり、実装工数が削減され、安価で信頼性の高い記録ヘッドを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の記録ヘッドを適用可能なインクジェット記録装置の内部構造がわかるように示した正面図である。
【図２】図１のインクジェット記録装置の記録ヘッドを分解して示した斜視図である。
【図３】第１の実施形態の記録ヘッドの吐出口エレメントのノズル近傍を示す部分断面図である。
【図４】記録ヘッドの正面図と側面図を用いて、製造方法を工程毎に模式的に示した断面図である。
【図５】記録ヘッドの正面図と側面図を用いて、製造方法を工程毎に模式的に示した断面図である。
【図６】記録ヘッドの正面図と側面図を用いて、製造方法を工程毎に模式的に示した断面図である。
【図７】記録ヘッドの正面図と側面図を用いて、製造方法を工程毎に模式的に示した断面図である。
【図８】記録ヘッドの正面図と側面図を用いて、製造方法を工程毎に模式的に示した断面図である。
【図９】記録ヘッドの正面図と側面図を用いて、製造方法を工程毎に模式的に示した断面図である。
【図１０】記録ヘッドの正面図と側面図を用いて、製造方法を工程毎に模式的に示した断面図である。
【図１１】記録ヘッドの正面図と側面図を用いて、製造方法を工程毎に模式的に示した断面図である。
【図１２】記録ヘッドの正面図と側面図を用いて、製造方法を工程毎に模式的に示した断面図である。
【図１３】記録ヘッドの側面図を用いて、製造方法を工程毎に模式的に示した断面図である。
【図１４】（ａ）から（ｃ）は、本実施形態の弁部材の実装を説明するための図である。
【図１５】（ａ）は図１４（ｃ）の弁部材集合体をヒータボードに実装した状態を拡大して示した概略図であり、（ｂ）は弁部材集合体の一部を拡大して詳細に示した図である。
【図１６】第２の実施形態の弁部材集合体を示した図である。
【図１７】（ａ）および（ｂ）は、ヒータボードに弁部材を実装する従来の工程を説明した図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ヒータボード
１ｗ  シリコンウェハ（ウェハ）
２  ヒータ
３  補強壁
６  弁部
１１  弁部材
１１Ｓ  弁部材集合体
１１Ｔ  弁部材集合体
１１Ｄ  周辺部
１２  弁台座
１４  ノズル
１５  吐出口
２１  連結部材
１０１  吐出エレメント
１１０  記録ヘッド
１７０ｔ  ヒータボード
１７０ｗ  シリコンウェハ（ウェハ）
１７１  弁部材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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