JP3799871B2 - インクジェットプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギー効率が良くインクを長期にわたり安定して吐出できる信頼性の高いインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェット方式のプリンタが広く用いられている。このインクジェット方式によるプリンタは、インクを加圧して吐出するための加圧部を備えている。この加圧部の構成には、気泡の発生する力でインク滴を飛ばすサーマルジェット方式や、ピエゾ抵抗素子（圧電素子）の変形によってインク滴を飛ばすピエゾ方式等がある。
【０００３】
これらの構成による印字方式は、色材たるインクをインク滴にして直接記録紙に向かって吐出するという工程により、粉末状の印材であるトナーを用いる電子写真方式と比較した場合、印字エネルギーが低くて済み、インクの混合によってカラー化が容易であり、印字ドットを小さくできるので高画質であり、印字に使用されるインクの量に無駄が無くコストパフォーマンスに優れており、このため特にパーソナル用プリンタとして広く用いられている印字方式である。
【０００４】
そして、上記のサーマルジェット方式には、インク滴の吐出方向により二通りの構成がある。すなわち、加圧部としての発熱部の発熱面に平行な方向へインクを吐出する構成のものと、発熱部の発熱面に垂直な方向にインクを吐出する構成のものとがある。中でも発熱部の発熱面に垂直な方向にインク滴を吐出する構成のものは、ルーフシュータ型サーマルインクジェットヘッドと呼称されており、発熱部の発熱面に平行な方向へインクを吐出する構成のものに比較して、消費電力が極めて小さくて済むことが知られている。
【０００５】
このルーフシュータ型のサーマルインクジェットヘッドの製法としては、シリコンウエハ上に区画された多数（例えば６インチ以上の直径のウエハで９０個以上）のチップ基板の上に、シリコンＬＳＩ形成技術と薄膜形成技術を利用して、複数の発熱部、これらを個々に駆動する駆動回路、及びこれに対応するインク吐出ノズルを一括してモノリシックに形成する方法がある。
【０００６】
図８(a) は、そのようにして作成されるルーフシュータ型サーマルインクジェットヘッドの概略の構成を模式的に示す平面図であり、同図(b) は、同図(a) のＡ−Ａ′断面矢視図である。尚、同図(a) はオリフィス板８を透視的に示している。このサーマルインクジェットヘッド１は、同図(a),(b) に示すように、チップ基板２上に形成された薄膜からなる発熱抵抗体３と、その発熱抵抗体３の発熱部４の両端に接続された個別配線電極５及び給電共通電極６と、これらの上に積層された隔壁７と、更にこれらの上に積層されたオリフィス板８を備え、このオリフィス板８にはインク吐出ノズル９が形成されている。
【０００７】
上記の発熱部４は、例えば４０μｍ程度の微細な間隔で配置されており、個別配線電極５上に形成された櫛状の隔壁７の櫛の胴部に当る隔壁７ａから伸び出す櫛の歯部に当る隔壁７ｂと７ｂの間に配置され、隣接する他の発熱部４とは個別に区画されている。そして、発熱部４の並設方向に平行し、上記櫛の歯の開口部側に、隔壁７の厚さに相当する高さのインク通路１０が形成されている。
【０００８】
図９(a) 〜(d) は、上記のサーマルインクジェットヘッドが発熱駆動されるときの動作状態を示す図であり、同図(a) は図８(b) に示した構成を再掲している。ただしインク流路１０にはインク１１が常時供給されている。また、印字動作に先立って目詰まり等を復元するときには洗浄液が供給されることもある。
【０００９】
先ず、同図(b) に示すように、画像情報に応じた通電により、発熱部４を発熱させてこの発熱部４上に核気泡を発生させると、この核気泡が合体して膜気泡１２が発生する。そして、同図(c) に示すように、上記の膜気泡１２が断熱膨脹して更に大きな膜気泡１２ａに成長し周囲のインクを押し遣り、これによりインク吐出ノズル９からインク１１ａが押し出される。この押し出されたインク１１ａは、同図(d) に示すように、膜気泡１２ａの更なる膨張した膜気泡１２ｂに押し出されてインク滴１１ｂとなってインク吐出ノズル９から不図示の紙面に向けて吐出される。この後、通電がオフされ上記の成長した膜気泡１２ｂが収縮し、ついには気泡が消滅し、次の発熱部４の加熱が待機される。この一連の工程は瞬時に行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、４０μｍ程度の間隔で配置されている発熱部４を個別に区画している隔壁７ｂは、高さ幅ともに約１０μｍ程度の寸法であって極めて微細なものである。このような微細構造の隔壁はマスクを用いてパターン化されるが、そのために隔壁の材料として感光性樹脂を用いるのが一般的である。中でも耐熱性に特に優れた感光性ポリイミドを用いることが多い。
【００１１】
この感光性ポリイミドが基板上に積層されて隔壁が形成される場合、基板と感光性ポリイミドの密着強度は、感光性ポリイミドの骨格をになうカルボニル基の酸素と積層化の下地になる基板表面に存在する酸素との酸素同志の分子間力に依存することが判明しているが、他方の基板の下地層の大部分を構成している上記の個別配線電極５や給電共通電極６には、これらに接して流れるインクからの腐食を防ぐために、例えばＡｕのような不活性で安定且つ低抵抗の金属材料をＡｌやＮｉの電極の上から被覆して又は最初から電極として用いなければならない。そして、このような不活性金属には酸化膜が生成し難く上述した分子間力が働かないため感光性ポリイミドの密着強度が弱くなるという問題が発生する。
【００１２】
この問題を解決すべく、つまり隔壁の密着強度を上げるために隔壁の幅を大きくすることも考えられているが、これであると近年益々市場の要望が強くなっている高解像度化の流れに逆行するという問題が発生する。
【００１３】
また、このような問題ばかりでなく、上記の図８(a),(b) に示すサーマルインクジェットヘッドの構造は、図９(d) の動作状態図に示すように、膜気泡１２ｂの膨張エネルギーは、櫛の歯状の隔壁７ｂによる区画の開口（インク流入口）側へ広がって散逸し、インク吐出ノズル９へ集中すべき加圧エネルギーの効率が低下してしまうという問題も有していた。
【００１４】
図１０は、その加圧エネルギー効率の低下の問題を解決すべく提案されているサーマルインクジェットヘッドの改良型の構成を模式的に示す平面図であり、同図(b) は(a) のＢ−Ｂ′断面矢視図である。同図(a),(b) に示すように、この構成は、櫛の歯状の隔壁７ｂによる区画の開口部であるインク流入口に孤立した形状の隔壁１３を立設してこれを圧力溜めとする構造である。そして、この圧力溜めの隔壁１３により、吐出時の加圧エネルギーがインク流入口方向に逃げるのを抑止されるのでインクの吐出性能が良好になるとしている。
【００１５】
しかしながら、上記の圧力溜めの隔壁１３は、周囲のいずれの構成からも孤立した状態で、キュア（乾燥硬化、焼成）の処理工程ではオリフィス板８も未だ積層されていないから隔壁１３は孤島のようになっている。その上更に不活性金属の共通電極６上に設置されていることも重なって下地層との密着性も弱く、このため現像やキュアの際には容易に崩壊し易いという問題を有していた。また、この崩壊の問題は、圧力溜めの隔壁１３に限らず、区画用の隔壁７ｂにおいてもその幅が約１０μｍと極めて狭いことに加えて上記の下地層との密着性の弱さが重なって同様に発生していた。
【００１６】
本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、加圧エネルギー効率が良く且つ基板への隔壁の密着性が良くインクを長期にわたり安定して吐出できる信頼性の高いインクジェットプリンタヘッドの製造方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明のインクジェットプリンタヘッドの製造方法は、液体を加圧し所定方向に吐出させて記録媒体上に記録を行うインクジェットプリンタヘッドの製造方法であって、絶縁性基板上に発熱抵抗体と電極層を積層した後に夫々を所定形状にパターニングし、上記発熱抵抗体の発熱部となるべき部位の両端に配線電極が接続された複数の発熱素子を形成する工程と、少なくとも上記発熱素子を含む所定の領域に下地層を形成する工程と、少なくとも個々の上記発熱部を夫々囲繞し液体に圧力を加える複数の加圧室を区画形成する隔壁を上記下地層上に直接形成する工程と、上記絶縁性基板上に上記隔壁を介してオリフィス板を設置する工程と、上記オリフィス板の上記発熱部に対向する位置に上記液体を吐出させる吐出ノズルを穿設すると共に、上記下地層の上記吐出ノズルとの対向領域を除去して上記発熱部を露出させるドライエッチングによるノズル形成工程と、前記発熱部の露出後前記ドライエッチングを所定時間継続し、前記発熱部に凹部を形成する行程と、を有する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１(a),(b),(c) は、一実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの製造方法を工程順に示す図であり、それぞれ一連の工程においてシリコンチップの基板上に形成されていく状態の概略の平面図と断面図を模式的に示している。尚、これらの図には、説明の便宜上、いずれもフルカラー用のインクジェットプリンタヘッドの１個の印字ヘッド（モノクロ用インクジェットヘッドの構成と同じ）のみを示しているが、実際には後述するように、このような印字ヘッドが複数個（通常は４個）連なった形状のものが、１個の基板（シリコンチップ）上に形成される。また、同図(c) には３６個のオリフィスとしてのインク吐出ノズル４４を示しているが、実際には６４個、１２８個、２５６個等、設計上の方針によって多数形成されるものである。
【００２２】
図２(a),(b),(c) は、上段に図１(a),(b),(c) の平面図をそれぞれ拡大して詳細に示しており、この図２(a),(b),(c) の中段には上段のＣ−Ｃ′断面矢視図（同図(a) 参照）を示し、下段には上段のＤ−Ｄ′断面矢視図（同図(a) 参照）示している。また、同図(a),(b),(c) の中段に示す断面図は、それぞれ図１(a),(b),(c) の下に示す断面図と同一のものである。尚、図２(a),(b),(c) には、図示する上での便宜上、６４個、１２８個又は２５６個のインク吐出ノズルを、５個のインク吐出ノズルで代表させて示している。
【００２３】
最初に、基本的な製造方法について説明する。先ず、工程１として、４インチ以上のシリコン基板にＬＳＩ形成処理により駆動回路とその端子を形成すると共に、厚さ１〜２μｍの酸化膜（Ｓi Ｏ2 ）を形成し、次に、工程２として、薄膜形成技術を用いて、Ｔａ（タンタル）−Ｓｉ（シリコン）−Ｏ（酸素）からなる発熱抵抗体膜と、Ｔｉ−Ｗ等のバリア層を介在させてＡｕなどによる電極膜を順次積層形成する。そして、電極膜と発熱抵抗体をホトリソ技術によって夫々パターニングし、ストライプ状の発熱抵抗体膜上の発熱部とする領域の両側に配線電極が積層されたなる複数条の発熱素子が所定の間隔で平行に並設形成される。この工程で発熱部の位置が決められる。
【００２４】
図１(a) 及び図２(a) は、上記の工程１及び工程２が終了した直後の状態を示している。すなわち、チップ基板２０上には共通電極２１、共通電極給電端子２２（図１(a) 参照）、個別配線電極２３、発熱抵抗体膜２４（後述する図４(g)参照）をパターン化したことにより形成された多数の加圧エネルギー発生素子としての発熱部２５、駆動回路２６及び駆動回路端子２７（図１(a) 参照）が形成されている。
【００２５】
続いて、工程３として、個々の発熱部２５に対応するインク供給路を形成すべく感光性ポリイミドなどの有機材料からなる隔壁部材をコーティングにより高さ２０μｍ程度に形成し、これをフォトリソ技術によりパターン化した後に、３００℃〜４００℃の熱を３０分〜６０分加えるキュア（乾燥硬化、焼成）を行い、高さ１０μｍ程度の上記感光性ポリイミドによる隔壁をチップ基板上に形成・固着させる。更に、工程４として、ウェットエッチングまたはサンドブラスト法などにより上記チップ基板の面に溝状の共通インク供給路を形成し、更にこの共通インク供給路に連通し基板下面に開口するインク給送孔を形成する。
【００２６】
図１(b) 及び図２(b) は、上述の工程３及び工程４が終了した直後の状態を示している。すなわち、溝状の共通インク供給路２８及びインク給送孔２９が形成され、共通インク供給路２８の左側に位置する共通電極２１部分と、右方の個別配線電極２３が配設されている部分、及び各発熱部２５と発熱部２５の間に、隔壁３１（３１、３１−１、３１−２）が形成されている。上記の隔壁３１は、個別配線電極２３上のインクシール隔壁３１−１を櫛の胴とすれば、各発熱部２５と発熱部２５との間に伸び出す区画隔壁３１−２は櫛の歯に相当する形状をなしている。これにより、この櫛の歯状の区画隔壁３１−２を仕切り壁として、その歯と歯の間の付け根部分に発熱部２５が位置する微細な区画部３２が、発熱部２５の数だけ形成される。
【００２７】
この後、工程５として、ポリイミドからなる厚さ１０〜３０μｍのフィルムのオリフィス板を、その片面に接着剤としての熱可塑性ポリイミドを極薄に例えば厚さ２〜５μｍにコーテングし上記積層構造の最上層つまり隔壁の上に張り付けて２９０〜３００℃で加熱しながら加圧してそのオリフィス板を固着させる。続いてＮｉ、Ｃｕ又はＡｌなどの厚さ０．５〜１μｍ程度の金属膜を形成する。
【００２８】
更に、工程６として、オリフィス板の上の金属膜をパターン化して、ポリイミドを選択的にエッチングするマスクを形成し、続いて、オリフィス板をヘリコン波などによるドライエッチングにより上記の金属膜マスクに従って３１μｍφ〜２９μｍφの孔明けをして多数のインク吐出ノズルを一括形成する。
【００２９】
図１(c) 及び図２(c) は、上述した工程５と工程６が終了した直後の状態を示している。すなわち、オリフィス板３３が共通給電端子２２及び駆動回路端子２７の部分を除く全領域を覆っており、区画隔壁３１−２によって形成されている区画部３２も上を覆われて隔壁３１の厚さ（高さ）１０μｍに対応する高さの微細な坑房となって共通インク供給路２８方向に開口を向けている。そして、これら区画部３２の開口と共通インク供給路２８とを連通させる高さ１０μｍのインク流路３４が形成されている。
【００３０】
そして、オリフィス板３３には、発熱部２５に対向する部分にオリフィス、つまりインク吐出ノズル３５がドライエッチングによって形成されている。これにより、６４個、１２８個又は２５６個のインク吐出ノズル３５を１列に備えたモノカラーインクジェットヘッド、つまり単一印字ヘッド３６が完成する。
【００３１】
このようにオリフィス板３３を張り付けて、その後で、下地のパターンつまり発熱部２５の位置に合わせてインク吐出ノズル３５を加工することは、予めインク吐出ノズル３５を加工したオリフィス板３３を張り合わせるよりも、遥かに生産性の高い実用性のある方法である。また、ドライエッチングによる場合は、マスクはＮｉ、Ｃｕ、又はＡｌなどの金属膜を使うことで樹脂と金属膜との選択比が概略１００程度得られる。したがって、２９〜３１μｍのポリイミドフィルム及び後述する１０μｍ程度の厚さの下地層をエッチングするには１μｍ以下の金属膜でマスクを形成することで十分である。
【００３２】
ここまでが、シリコンウエハの状態で処理される。そして、最後に、工程７として、ダイシングソーなどを用いてシリコンウエハをスクライブラインに沿ってカッテングして、チップ基板単位毎に個別に分割し、実装基板にダイスボンデングし、端子接続して、実用単位のインクジェットプリンタヘッドが完成する。
【００３３】
上記のように１列のインク吐出ノズル３５を備えた単一印字ヘッド３６はモノクロ用インクジェットヘッドの構成であるが、通常フルカラー印字においては、減法混色の三原色であるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の３色に、文字や画像の黒部分に専用されるブラック（Ｂｋ）を加えて合計４色のインクを必要とする。したがって最低でも４列のノズル列が必要である。そして上述した製造方法によれば４列の単一印字ヘッド３６をモノリシックに構成することは可能であり、各列の位置関係も今日の半導体の製造技術により正確に配置することが可能である。
【００３４】
図３(a) は、上述の図１及び図２に示したチップ基板２０、共通電極２１、共通電極給電端子２２、個別配線電極２３、発熱部２５、駆動回路２６、駆動回路端子２７、共通インク供給路２８、インク供給孔２９、隔壁３１、区画部３２、オリフィス板３３、インク流路３４、インク吐出ノズル３５の各部を１組としてなる印字素子つまり単一印字ヘッド３６を４列並べてフルカラーインクジェットプリンタヘッド３８を構成した状態を示す図である。また、図３(b) は、同図(a) の単一印字ヘッド３６が４列並んだ構成を分かり易く示すため、図１(a) に示した工程１〜工程２まで終了した状態のものを示している。
【００３５】
この図３(a),(b) に示すように、フルカラーインクジェットプリンタヘッド３８は、４個の単一印字ヘッド３６（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ）が並んで配置され、例えば共通インク供給路２８ａからＹインクが単一印字ヘッド３６ａの個々の区画部３２に供給され、共通インク供給路２８ｂからＭインクが単一印字ヘッド３６ｂの個々の区画部３２に供給され、共通インク供給路２８ｃからＣインクが単一印字ヘッド３６ｃの個々の区画部３２に供給され、そして、共通インク供給路２８ｄからはＢｋインクが単一印字ヘッド３６ｄの個々の区画部３２に供給される。
【００３６】
ところで、本発明においては上述した基本的な製造方法における工程３、工程５及び工程６において、発熱部近傍の構成並びにインク吐出ノズルの形成工程に特別の工夫が施され、特殊な製法が採用されている。以下、これについて説明する。
【００３７】
図４(a) 〜(e) は、工程３における隔壁の特別の製法を示す図であり、同図(f) は、同図(e) の平面図、同図(g) は、同図(e) のＥ−Ｅ′断面矢視図であると共に同図(e) は同図(f) のＦ−Ｆ′断面矢視図である。尚、同図(f) にはオリフィス板３３を透視的に示している。
【００３８】
同図(a) に示すように、工程３では、先ず前工程で複数条の発熱素子が形成されているチップ基板２０上全面に下地層４１として感光性ポリイミドをコーティングする。感光性ポリイミドがチップ基板２０上の不活性金属電極膜との密着性が弱いことは前述したが、このようにチップ基板２０上全面にコーティングした場合には、発熱素子が形成されていない領域でシリコン基板に形成されているＳi Ｏ2 膜と感光性ポリイミド膜とが強く密着していることもあって、前述したような不活性金属に対する密着性の弱さは全く問題にならない。
【００３９】
次に、同図(b) に示すように、上記の下地層４１の上に、隔壁３１（図２(b) のインクシール隔壁３１−１及び区画隔壁３１−２参照）をフォトリソ技術によりパターン化する。
【００４０】
続いて、サンドブラストによるインク供給路等の形成工程４を経た後、工程５において、同図(c) に示すように、上記隔壁３１の上にオリフィス板３３を積層して固着させた後、その上に金属膜を形成して、続く工程６において、同図(d) に示すように、上記オリフィス板３３の上の金属膜をパターン化してオリフィス板３３をエッチングする金属膜マスク４２を形成する。
【００４１】
この後、同図(e) に示すように、オリフィス板３３をヘリコン波などのドライエッチング法により金属膜マスク４２に従って孔明けして多数のインク吐出ノズル３５を一括形成すると共に、引き続きそのままドライエッチングを行って、上記インク吐出ノズル３５直下の下地層４１にも孔明けして、同図(f) 及び同図(g) に示すように、発熱部２５に対応する領域を除去して発熱部２５を露出させる。
【００４２】
本例では、ここで、インク吐出ノズル３５の貫通と発熱部２５の配置領域上の下地層４１の除去後たとえば３分程の余裕をみてオーバエッチングを行う。本例で用いられるヘリコン波ドライエッチングによる場合、オリフィス板３３や下地層４１の如くポリイミド材に対しては、毎分１．５μｍ以上のエッチング速度が得られるが、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏからなる発熱抵抗体層２３に対しては、その１／７５の毎分２００Å程度のエッチング速度となる。従って、３分程度のエッチングにより、インク吐出ノズル３５の直下に配置される発熱部２５の中央部には６００Åほどの凹みが形成される。つまり発熱抵抗体膜２４の発熱部２５の位置が部分的に薄くなってその抵抗値が増大する。
【００４３】
この発熱部２５を初期の厚さに対して１割又は２割薄く加工（オーバーエッチング）したときの抵抗値は、発熱部２５とインク吐出ノズル３５の大きさの関係に依存して変化する。例えば発熱部２５の大きさが４０μｍ口であり、これに対向するインク吐出ノズル３５の径が３０μｍφである場合に、発熱部２５を１０％薄くする（つまり本例では４００Å薄くする）と抵抗値が５％上昇し、２０％薄く（８００Å薄く）すると抵抗値が１１％上昇することが判明している。
【００４４】
また、発熱部２５の大きさが同じ４０μｍ口であっても、インク吐出ノズル３５の径が３５μｍφである場合は、発熱部２５を１０％薄く（４００Å薄く）すると抵抗値が８％上昇し、２０％薄く（８００Å薄く）すると抵抗値が１５％上昇することも判明している。これによれば、初期値を２００Ωに設定し、上記の発熱部２５とインク吐出ノズル３５の大きさの組み合わせを適宜に設定すれば２４１Ωから２５５Ωまで調整することができる。
【００４５】
すなわち、このオーバーエッチングしたときの発熱部２５の抵抗値の変化を測定・監視しながらエッチングを実行する制御装置を用い、共通電極２１と１つの個別配線電極２３間の発熱部２５の抵抗値を制御装置によって監視（モニター）しながらエッチングを行うことによって、このドライエッチングが終了したときインク吐出ノズル３５の形成及び発熱部２５の配置領域上の下地層４１の除去が完了し且つ露出した発熱部２５の抵抗値を所望の値に合わせて一定に形成することができる。この場合、通常、複数の発熱部２５間のエッチングバラツキは発生しないことが既に判明しているので、これを前提にして、抵抗値をモニターする発熱部２５は１つで良い。
【００４６】
上記のように、オリフィス板３３のエッチングに連続して発熱部２５を露出させるために下地層４１にも続けてエッチングすることにより、下地層４１に対するフォトリソによるパターニングの工程を省略することができ、したがって、このように基本構成に加えて下地層４１を形成することによる工程数の増加は、図４(a) に示す下地層４１を形成するために感光性ポリイミドをコーティングする作業だけである。
【００４７】
上述した製造工程により得られる本実施形態例のインクジェットプリンタヘッドは、図４(e),(f),(g) に示されるように、隔壁３１の全ての部分が下地層４１上に直接立設された構成となっている。そして、発熱部２５はその全周囲を下地層４１に囲繞されている。従って、発熱部２５が設けられている加圧室４５へ通じるインク流路３４は下地層４１上に形成されており、インク流路３４と発熱部２５の間には下地層４１の厚さに相当する段差が形成されている。ここで、隔壁３１と下地層４１の夫々の厚さの比は、略３：１程度が好適である。
【００４８】
尚、発熱部２５に近接する下地層４１には耐熱性が高く解像度には多少劣る感光性樹脂もしくは非感光性の樹脂を用いるようにし、隔壁３１にはフォトリソの解像度が良く耐熱温度の比較的低い感光性樹脂を用いるなど、材料の使い分けをすることができる。従来、隔壁を形成する樹脂材料には解像度と耐熱性及び基板への密着力など厳しい性能が要求され、設計に多様な制約を受けていたが、本発明を用いることにより、そのような制約が低減し設計の自由度が向上する。
【００４９】
いずれにしても、上述のインクジェットプリンタヘッドの構造は、多数の各発熱部２５の配設領域を除いてそれらの周囲には下地層４１が敷設された形状となって、その下地層１４の上に隔壁３１が直接立設されている。
【００５０】
このように、隔壁３１は、自己の素材と同質のポリイミドからなる下地層４１上に形成されるため、下地層４１との密着性が極めて強く、したがって、キュアの工程で容易に崩壊することがなく、これにより、信頼性の高い隔壁を有するインクジェットプリンタヘッドを構成することができる。
【００５１】
また、発熱部２５は四方を下地層４１によって囲繞され、竪穴坑房状に形成された加圧室４５の底に配置されるように構成されている。これによって、この発熱部２５は効率よく動作する。同図(f) のＱ部拡大図である同図(h) に示されているように、本例では、発熱部２５より一回り大きい面積に亙って下地層４１が除去されており、従って、発熱部２５の周囲の個別配線電極２３及び共通電極２１及びチップ基板２０上の酸化膜が露出されている。これは、下地層４１が発熱部２５の熱により変形等の影響を受けることを防止するためである。従って、下地層４１を耐熱性の高い材料で形成する場合は、発熱部２５と下地層４１間の上述した間隙は設けなくてもよい。
【００５２】
なお、下地層４１と隔壁３１の材料の組合せとしては、上述したように同一種類の樹脂膜同士に限らず、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、無機物のシラノール等の組合せ或はこれらとポリイミド樹脂との組合せ等、種々の材料の組合せが可能である。また、下地層４１の材料は、樹脂材料に限らず、無機絶縁膜や金属酸化膜等でもよい。即ち、下地層４１の材料としては、隔壁３１と密着性の良い種々の材料を適用可能である。
【００５３】
図５(a) 〜(d) は、上記構成のフルカラーインクジェットプリンタヘッド３８が発熱駆動されるときの動作状態を示す図であり、同図(a) は図４(g) に示した構成を再掲している。ただし図５(a) に示す実働時には、インク流路３４にはインク４３が常時供給されている。また、印字動作に先立つ目詰まり等の復元、或は単一印字ヘッドごとに供給するインクの色を変更するときなどには洗浄液が供給されることもある。
【００５４】
先ず、ここで、画像情報に応じた通電により、発熱部２５を発熱駆動すると、発熱部２５上に極微の核気泡が発生しこの核気泡が合体して、同図(b) に示すように、膜気泡４４が発生する。そして、同図(c) に示すように、上記の膜気泡４４が断熱膨脹により更に大きな膜気泡４４ａに成長してその圧力によりインク吐出ノズル３５からインク４３ａが押し出され、この押し出されたインク４３ａは、同図(d) に示すように、膜気泡４４ａの更に膨張した膜気泡４４ｂの圧力によってインク滴４３ｂとなってインク吐出ノズル３５から不図示の紙面に向けて吐出される。
【００５５】
このとき、同図(d) に示すように、加圧室４５内で成長してきた膜気泡４４ｂの膨張方向は、加圧室４５の四方を囲繞する下地層４１によって水平方向への膨張をはばまれ、垂直方向のインク吐出ノズル３５方向へ集約される。これにより、発熱部２５の発熱による加圧エンルギーは効率よくインク吐出ノズル３５からのインク滴４３ｂの吐出に集中して使用される。
【００５６】
尚、本実施の形態においては、上述したように、オリフィス板３３のエッチングに連続して下地層４１もエッチングしているが、これに限ることなく、下地層４１をフォトリソによりパターニングするようにしてもよい。
【００５７】
図６(a) 〜(f) は、そのように下地層４１をフォトリソによりパターニングして全体を形成する場合の工程を示す図である。同図(a),(b) は、チップ基板２０上全面に下地層４１をコーティングした後、発熱部２５の配設領域のみを除去するようにフォトリソでパターニングした状態を示す図であり、同図(b) は同図(a) のＧ−Ｇ′矢視図を示している。
【００５８】
この後、同図(c) に示すように、下地層４１の上に隔壁３１をパターニングし、その隔壁３１の上に、同図(d) に示すように、オリフィス板３３を積層し、そのオリフィス板３３の上に金属膜マスク４２を形成し、そして、その金属膜マスク４２に従ってオリフィス板３３をエッチングしてインク吐出ノズル３５のみを形成する。
【００５９】
このようにしても、図４(e),(f),(g) に示したと全く同様のインクジェットプリンタヘッド（図３(a) に示すフルカラーインクジェットプリンタヘッド３８）を製造することがで、また、同様に、このフルカラーインクジェットヘッドは図５(a) 〜(d) に示したように動作する。
【００６０】
尚、図４又は図６に示すいずれの製法においても、図１０に示した圧力溜めの隔壁１３と同様の圧力溜め隔壁を区画隔壁３１−２と区画隔壁３１−２の間の区画開口部の前に設けるようにしてもよい。
【００６１】
図７は、そのように圧力溜め隔壁を区画隔壁３１−２と区画隔壁３１−２の間の区画開口部の前に設けた例を示す図である。同図に示すように圧力溜め隔壁３１−３は、図１０の場合と同様に孤立した島状の配置で形成されているが、この圧力溜め隔壁３１−３が配置される部分の下は下地層４１であり、共通電極２１を形成している不活性金属は下地層４１の下方に隠れている。
【００６２】
したがって、従来問題となっていた基板表面への圧力溜め隔壁３１−３の密着性の弱さについては解消されており、したがって、キュア時における崩壊の虞も解消さている。この構造を用いることにより、図５(d) に示した発熱部２５の四方を取り巻く加圧室４５の囲繞構造と、隔壁３１のインクシール隔壁３１−１及び区画隔壁３１−２による区画部とそのインク流入口に立設する圧力溜め隔壁３１−３の囲繞性により、図５(d) に示した膜気泡４４ｂの加圧エネルギーはより一層垂直方向に集約されて、さらに良好な吐出性能が得られるようになる。
【００６３】
尚、上記の例ではいずれも発熱部による発熱でインク滴を吐出するサーマルインクジェットプリンタヘッドについて説明したが、ピエゾ圧電抗素子の変形を利用してインクを加圧してインク滴を吐出する構成のインクジェットプリンタヘッドに適用することも可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、発熱部を除いて少なくともその周囲に隔壁との密着性の良い下地層を設けるので、従来問題となっていた配線電極材料の不活性金属と隔壁材料の感光性ポリイミドとの低い密着性に伴う隔壁の欠落・崩壊の問題が解消され、これにより、インクジェットプリンタヘッドの隔壁構造における信頼性が高められる。
【００６５】
また、同様に隔壁の欠落・崩壊の虞が無いので、隔壁を小さくして高解像度化を促進することが可能となり、市場の高解像度の要請に対応したインクジェットプリンタヘッドの提供が可能となる。
【００６６】
さらに、発熱部の配設領域が下地層によって四方を囲繞されるので、吐出エネルギーを垂直方向のインク吐出ノズルに集約させることができ、これにより、吐出エネルギーを有効に利用することができて経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a),(b),(c) は一実施の形態におけるインクジェットプリンタヘッドの製造方法を工程順に示す図である。
【図２】 (a),(b),(c) は上段は図１(a),(b),(c) の平面図をそれぞれ拡大して詳細に示す図、中段は上段のＣ−Ｃ′断面矢視図、下段は上段のＤ−Ｄ′断面矢視図である。
【図３】 (a) は単一印字ヘッドを４列並べて構成したフルカラーインクジェットプリンタヘッドを示す図、(b) は(a) の構成を分かり易く示すため工程１〜工程２まで終了した状態のものを示す図である。
【図４】 (a) 〜(e) は本発明の隔壁の製法を示す図、(e) は(f) のＦ−Ｆ′断面矢視図、(f) は(e) の平面図、(g) は(e) のＥ−Ｅ′断面矢視図、(h) はＱ部の拡大詳細図である。
【図５】 (a) 〜(d) はフルカラーインクジェットプリンタヘッドが発熱駆動されるときの発熱部の動作状態を示す図である。
【図６】 (a) 〜(f) は下地層をフォトリソによりパターニングして全体を形成する場合の工程を示す図である。
【図７】圧力溜め隔壁を区画隔壁と区画隔壁の間の区画開口部の前に設けた例を示す図である。
【図８】 (a) は従来のサーマルインクジェットヘッドの概略の構成を模式的に示す平面図、(b) は(a) のＡ−Ａ′断面矢視図である。
【図９】 (a) 〜(d) は従来のサーマルインクジェットヘッドが発熱駆動されるときの動作状態を示す図である。
【図１０】 (a) は従来のサーマルインクジェットヘッドの改良型の構成を模式的に示す平面図、(b) は(a) のＢ−Ｂ′断面矢視図である。
【符号の説明】
１ サーマルインクジェットヘッド
２ チップ基板
３ 発熱抵抗体
４ 発熱部
５ 個別配線電極
６ 給電共通電極
７、７ａ、７ｂ 隔壁
８ オリフィス板
９ インク吐出ノズル（オリフィス）
１０ インク通路
１１、１１ａ インク
１１ｂ インク滴
１２、１２ａ、、１２ｂ 膜気泡
１３ 圧力溜めの隔壁
２０ チップ基板
２１ 共通電極
２２ 共通電極給電端子
２３ 個別配線電極
２４ 発熱抵抗体膜
２５ 発熱部
２６ 駆動回路
２７ 駆動回路端子
２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ） 共通インク供給路
２９ インク給送孔
３１ 隔壁
３１−１ インクシール隔壁
３１−２ 区画隔壁
３１−３ 圧力溜め隔壁
３２ 区画部
３３ オリフィス板
３４ インク流路
３５ インク吐出ノズル
３６（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ） 単一印字ヘッド
３８ フルカラーインクジェットプリンタヘッド
４１ 下地層
４２ 金属膜マスク
４３、４３ａ インク
４３ｂ インク滴
４４、４４ａ、４４ｂ 膜気泡
４５ 竪穴坑房

Claims (1)

1. 液体を加圧し所定方向に吐出させて記録媒体上に記録を行うインクジェットプリンタヘッドの製造方法であって、
   絶縁性基板上に発熱抵抗体と電極層を積層した後に夫々を所定形状にパターニングし、前記発熱抵抗体の発熱部となるべき部位の両端に配線電極が接続された複数の発熱素子を形成する工程と、
   少なくとも前記発熱素子を含む所定の領域に下地層を形成する工程と、
   少なくとも個々の前記発熱部を夫々囲繞し液体に圧力を加える複数の加圧室を区画形成する隔壁を前記下地層上に直接形成する工程と、
   前記絶縁性基板上に前記隔壁を介してオリフィス板を設置する工程と、
   前記オリフィス板の前記発熱部に対向する位置に前記液体を吐出させる吐出ノズルを穿設すると共に、前記下地層の前記吐出ノズルとの対向領域を除去して前記発熱部を露出させるドライエッチングによるノズル形成工程と、
   前記発熱部の露出後前記ドライエッチングを所定時間継続し、前記発熱部に凹部を形成する行程と、
   を有することを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。

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