JP2009143228A - インクジェット印刷ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を簡易化し、接着層をインクと接触しないように形成することが可能な、新規かつ改良されたインクジェット印刷ヘッド及びその製造方法を提供する
【解決手段】基板と、前記基板上部にインクチャンバを形成するチャンバと、前記基板とチャンバとを付着させるための接着部と、を備え、前記接着部は、フェノール系感光性樹脂であるインクジェット印刷ヘッドが提供される。
【選択図】図９

Description

本発明は、インクジェット印刷ヘッドに係り、さらに詳細には、電気−熱変換方式のインクジェット印刷ヘッド及びその製造方法に関する。

一般的に、インクジェット画像形成装置のインク吐出方式としては、熱源を利用してインクに気泡（バブル）を発生させて、この力でインクを吐出させる電気−熱変換方式（バブルジェット（登録商標）方式）と、圧電体を利用して圧電体の変形によって生じるインクの体積変化によりインクを吐出させる電気−機械変換方式とがある。

電気−熱変換方式は、熱がヒータと接触しているインクに伝えられて、水溶性インクが沸点以上に温度が急上昇する。インクの温度が沸点以上に上昇すれば、気泡が形成され、形成された気泡は、周辺のインクに圧力を加える。圧力を受けたインクは、大気圧との圧力差によって、ノズルを通じて吐出される。このとき、吐出されるインクは、インク固有の表面エネルギーを最小化するためにインク滴を形成しつつ、紙面に吐出される。このような過程を、コンピュータを利用して必要に応じて作動させる方式をドロップ−オン−デマンド方式という。

このような電気−熱変換方式は、熱エネルギーによって発生するインク滴の圧力による連続的な衝撃のため、耐久性に問題があり、インク滴のサイズを調節し難く、かつ速度の向上にも限界がある。

近年においては、高速化及び高集積化傾向の開発が進められるにつれて、用紙の幅に該当するインクジェットヘッドを備えるアレイ印刷ヘッドまたはラインヘッド方式などが開発されている。

電気−機械変換方式は、ヘッドのチャンバに圧力を加えるようにダイアフラムに圧電物質を付着して、電圧が印加されれば力を発生させる圧電特性を利用して、チャンバに圧力を提供してインクを押し出す方式である。電気−機械変換方式は、印加される電圧によって力を発生させてチャンバ内に圧力を伝達する方式であるため、速度面の性能に優れている。

電気−熱変換方式のインクジェットヘッドは、熱を発生させるヒータとインクを供給するマニホルドとが設けられている基板と、ヒータを取り囲んで吐出されるインクを一時的に保存するインクチャンバを形成するチャンバと、チャンバの上側に設けられ、インクが吐出されるノズルが設けられたノズル板とが結合されて構成される。このとき、チャンバは、接着層を利用して基板に付着される。

このような接着層は、レジン系の物質であり、非感光性である場合、ドライまたはウェットエッチングでパターニングして形成される。接着層は、その一部がインクチャンバ内に保存されたインクと接触する場合に、長期間インクと接触しても反応が起きないように、耐化学性が高くなければならない。

特開２００５−００１３４７号公報 特開２００１−２７７２１７号公報

しかしながら、このような非感光性接着層は、フォトリソグラフィ工程を利用する場合に、フォトレジストを利用してパターニングしなければならない。したがって、基板上に接着層を蒸着し、その上にフォトレジストを積層した後、その上に所望の形態がパターニングされたフォトマスクを上げて光（紫外線）を照射し、フォトレジストをフォトマスクのパターンの通りに潜在的にパターニングする。次に、エッチング溶液でフォトレジストを現像した後、接着層をエッチングして接着層を所望の形態にパターニングする。したがって、非感光性接着層を利用する場合に、フォトレジストを使用する工程がさらに必要である。

また、接着層の一部がインクチャンバ内でインクと接触している場合に、インクと反応しない化学的特性を有する接着層を使用しなければならないので、接着層の材料が限定されてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、製造工程を簡易化し、接着層をインクと接触しないように形成することが可能な、新規かつ改良されたインクジェット印刷ヘッド及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基板と、前記基板上部にインクチャンバを形成するチャンバと、前記基板とチャンバとを付着させるための接着部と、を備え、前記接着部は、フェノール系感光性樹脂であるインクジェット印刷ヘッドが提供される。

また、前記フェノール系感光樹脂は、ネガティブ感光性樹脂であってもよい。

また、前記接着部の接着力は、４０ｇｆ以上であってもよい。

また、前記接着部は、前記インクチャンバ内に収容されたインクと接触しないこともできる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、（ａ）基板上に少なくとも一つの熱源と電極とを形成する工程と、（ｂ）前記基板上にフェノール系感光性樹脂からなる接着部を形成する工程と、（ｃ）前記接着部がインクと接触しないように前記接着部上に吐出されるインクを一時的に収容するインクチャンバを形成するチャンバを形成する工程と、（ｄ）前記チャンバ上に少なくとも一つのノズルが形成されたノズル板を形成する工程と、を含むインクジェット印刷ヘッドの製造方法が提供される。

また、前記接着部は、フォトレジスト工程によって形成されることもできる。

また、前記接着部の接着力は、４０Ｋｇｆ以上であってもよい。

また、前記チャンバを形成する工程は、前記接着部が前記インクチャンバ内に収容されたインクと接触しないように形成されることもできる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、基板と、前記基板の上側にインクチャンバを区画するチャンバと、前記基板とチャンバとを結合させる接着部と、を備え、前記チャンバの少なくとも一部分は、前記インクチャンバと接着部との間に位置するインクジェット印刷ヘッドが提供される。

また、前記チャンバは、凹状に形成されて前記接着部が設けられる凹部と、前記凹部の両側に前記凹部を覆い包むように設けられた複数の隔離部と、を備えてもよい。

また、前記接着部は、前記チャンバの隔離部の厚さに対応する距離だけ、前記インクチャンバと離隔されることもできる。

また、前記チャンバは、前記インクチャンバを区画する面を備え、前記面は、前記チャンバの少なくとも一つの前記隔離部上に形成されることもできる。

また、前記基板は、前記インクチャンバに保存されたインクに熱を加えるためにその上に形成された電極及び熱源と、前記チャンバの隔離部の厚さに対応する距離だけ前記インクから離隔されて設けられた接着部と、を備えてもよい。

また、前記接着部は、前記インクチャンバに露出されないこともできる。

以上説明したように本発明によれば、製造工程を簡易化し、接着層をインクと接触しないように形成することが可能である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１ないし図９は、本発明の一実施形態によるインクジェット印刷ヘッドを製造する方法を示す図面である。

まず、本発明の一実施形態によるインクジェット印刷ヘッドの構成を、図面を参照して説明する。

図９を参照すれば、基板１００には、チャンバ４３０にインク７００を供給できるようにマニホルド１７０とトレンチ１６０とが貫通形成されており、前記基板１００上には、酸化膜１１０が形成されており、前記酸化膜１１０上には、インクに熱を加えてバブルを形成するための熱源１２０が形成されており、前記熱源１２０の上側には、前記熱源１２０に電流を供給するための電極１３０が設けられている。前記電極１３０は、前記インクチャンバ４４０に保存されたインクと接触されて腐蝕されることを防止するために、保護層によってインクと接触されないように隔離されている。１４０は、パッシベーション層であり、１５０は、アンチキャビテーション層である。

前記基板１００の上側には、前記インクチャンバ４４０を形成するチャンバ４３０が設けられており、前記チャンバ４３０は、接着部２３０によって前記基板１００の上側、正確には、前記パッシベーション層１４０に付着される。前記接着部２３０は、前記チャンバ４３０に取り囲まれており、外部に露出されないように構成されている。したがって、前記接着部２３０は、前記インクチャンバ４４０に保存されるインクと接触されない。したがって、前記接着部２３０と前記インクチャンバ４４０に保存されたインクとの間で化学的反応が起きることを防止することができる。

前記チャンバ４３０の上側には、インクを外部に吐出する複数のノズル６１０，６２０が設けられたノズル板６００が、前記インクチャンバ４４０の上側を覆うように設けられている。前記複数のノズル６１０，６２０は、前記熱源１２０にそれぞれ同一軸線上に置かれるように形成されることが望ましい。

次に、本発明の一実施形態によるインクジェット印刷ヘッドを製造するための方法を、図１〜図９を参照して製造順に説明する。

図１を参照すれば、Ｓｉからなる基板１００上に所定厚さにＳｉＯ_２からなる酸化膜１１０を形成する。前記酸化膜１１０上には、インクに熱を加えるようにＴａＮからなる少なくとも一つの熱源１２０を所定間隔離隔させて設置する。前記熱源１２０の上側には、電源を提供するようにＡｌからなる少なくとも一つの電極１３０を設置する。前記酸化膜１１０、熱源１２０及び電極１３０上には、所定厚さにＳｉＮからなるパッシベーション層１４０を積層する。前記パッシベーション層１４０のうち、前記熱源１２０に直接対面する部分の上側には、所定厚さにＴａからなるアンチキャビテーション層１５０を積層する。

前記熱源１２０、電極１３０、パッシベーション層１４０及びアンチキャビテーション層１５０は、フォトリソグラフィ工程を利用して形成される。フォトリソグラフィ工程は、公知の技術であって当業者が容易に実施可能であるので、これについての詳細な説明は省略する。

図２を参照すれば、図１に示された前記パッシベーション層１４０及びアンチキャビテーション層１５０を覆うように、２〜３μｍの厚さに接着層２００を積層する。次に、前記接着層２００上に接着部２３０（図３を参照）を形成するための遮断部３１０がパターニングされたフォトマスク３００をかぶせた後、その上側で光（紫外線）を照射する。

光は、前記遮断部３１０を通過できないが、前記遮断部３１０以外の残りの部分を通過する。このとき、前記接着層２００は、前記遮断部３１０によって光が通過できない部分２１０と光が通過した部分２２０とに区画される。

次に、前記基板１００を所定溶液に入れれば、前記接着層２００は、ネガティブ感光性物質からなっているため、前記光が通過した部分２２０はエッチングされるが、前記光が通過できない部分２１０はエッチングされずに残って、接着部２３０（図３を参照）となる。

前記接着層２００は、フェノール系物質からなることが望ましい。望ましくは、日本ＪＳＲ社のＷＰＲ−１２０１が適用される。この物質は、フェノール系感光性樹脂であって、フォトリソグラフィ工程に直接利用でき、そうでない他の物質と比較して、フォトレジストを使用する工程が不要であるので、製作工程を簡易にすることができる。

図３及び図４を参照すれば、前記少なくとも一つの接着部２３０が形成された基板１００上に１０〜１５μｍの厚さにチャンバ層４００を積層する。次に、前記チャンバ層４００上にチャンバ４３０を形成するための遮断部３３０がパターニングされたフォトマスク３２０をかぶせた後、その上側で光（紫外線）を照射する。

光は、前記遮断部３３０を通過できないが、前記遮断部３３０以外の残りの部分を通過する。このとき、前記チャンバ層４００は、前記遮断部３３０によって光が通過できない部分４１０と光が通過した部分４２０とに区画される。

次に、前記基板１００を所定溶液に入れれば、前記チャンバ層４００は、ネガティブ感光性物質からなっているため、前記光が通過した部分４２０はエッチングされるが、前記光が通過できない部分４１０はエッチングされずに残って、チャンバ４３０となる。

前記チャンバ４３０は、図９に示したように、接着部２３０が設けられる凹部４３０ａと、前記凹部４３０ａの両側に位置する複数の隔離部４３０ｂ，４３０ｃとを備える。前記凹部４３０ａは、前記基板１００側から所定深さに埋め込まれるように形成されており、前記接着部２３０が位置する。前記接着部２３０は、前記隔離部４３０ｂ，４３０ｃに挟まれるため、前記隔離部４３０ｂ，４３０ｃの厚さに該当する分だけ、前記インクチャンバ４４０内に保存されたインク７００と離隔される。

このとき、前記接着部２３０は、前記チャンバ４３０によって取り囲まれているため、外部に露出されない。したがって、前記接着部２３０は、インクと接触されることがなく、腐蝕の影響を受けない。

前記接着部２３０の接着力を調べるために、次のようなサンプルを利用して実験をした。

図１０は、接着部２３０の接着力を実験するための実験方法を説明する図面である。

図１０に示すように、基板１０上に横、縦及び厚さがそれぞれ１００μｍ×４μｍ×１５μｍの接着サンプル２０を付着させる。前記接着サンプル２０の傍に、これに力を加えるための加圧道具３０を位置させる。なお、前記接着サンプル２０は、上述した前記接着部２３０の形成方法と同様の方法・条件により基板１０に付着した。

矢印方向に前記加圧道具３０を押して前記接着サンプル２０に力を加えて、前記接着サンプル２０が前記ベース１０から離隔される時の前記加圧道具３０に加えられる力を測定した。

その結果が、次の表１に整理されている。

前記接着サンプル２０の接着力は、４０ｋｇｆ以上であるということがわかる。

図５を参照すれば、前記パッシベーション層１４０、酸化膜１１０及び基板１００の一部を除去してトレンチ１６０を形成する。前記トレンチ１６０は、チャンバ内にインクを供給するためのインク流路の一部分に利用される。

図６を参照すれば、前記基板１００上にＯｄｕｒのような犠牲層５００を前記チャンバ４３０と同じ高さで積層する。

図７を参照すれば、前記犠牲層５００上にインクを吐出するための通路である少なくとも一つのノズル６１０が形成されたノズル板６００を積層する。

図８を参照すれば、前記基板１００には、その下側から前記犠牲層５００まで連通されるようにマニホルド１７０を形成する。

図９を参照すれば、前記犠牲層５００を除去する。前記犠牲層５００が除去された部分は、吐出されるインクが一時的に保存されるインクチャンバ４４０となる。したがって、インクは、前記マニホルド１７０及びトレンチ１６０を通じて前記インクチャンバ４４０に流入される。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の一実施形態によるインクジェット印刷ヘッドを製造する方法を示す図面である。 本発明の一実施形態によるインクジェット印刷ヘッドを製造する方法を示す図面である。 本発明の一実施形態によるインクジェット印刷ヘッドを製造する方法を示す図面である。 本発明の一実施形態によるインクジェット印刷ヘッドを製造する方法を示す図面である。 本発明の一実施形態によるインクジェット印刷ヘッドを製造する方法を示す図面である。 本発明の一実施形態によるインクジェット印刷ヘッドを製造する方法を示す図面である。 本発明の一実施形態によるインクジェット印刷ヘッドを製造する方法を示す図面である。 本発明の一実施形態によるインクジェット印刷ヘッドを製造する方法を示す図面である。 本発明の一実施形態によるインクジェット印刷ヘッドを製造する方法を示す図面である。 接着部の接着力を実験するための実験方法を説明する図面である。

符号の説明

１００ 基板
１１０ 酸化膜
１２０ 熱源
１３０ 電極
１４０ パッシベーション層
１５０ アンチキャビテーション層
１６０ トレンチ
１７０ マニホルド
２００ 接着層
２１０，４１０ 光が通過できない部分
２２０，４２０ 光が通過した部分
２３０ 接着部
３００，３２０ フォトマスク
３１０，３３０ 遮断部
４００ チャンバ層
４３０ チャンバ
４４０ インクチャンバ
５００ 犠牲層
６００ ノズル板
６１０，６２０ ノズル
７００ インク

Claims (14)

1. 基板と、
   前記基板上部にインクチャンバを形成するチャンバと、
   前記基板とチャンバとを付着させるための接着部と、を備え、前記接着部は、フェノール系感光性樹脂であるインクジェット印刷ヘッド。
2. 前記フェノール系感光樹脂は、ネガティブ感光性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッド。
3. 前記接着部の接着力は、４０Ｋｇｆ以上であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット印刷ヘッド。
4. 前記接着部は、前記インクチャンバ内に収容されたインクと接触しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット印刷ヘッド。
5. （ａ）基板上に少なくとも一つの熱源及び電極を形成する工程と、
   （ｂ）前記基板上にフェノール系感光性樹脂からなる接着部を形成する工程と、
   （ｃ）前記接着部がインクと接触しないように、前記接着部上に吐出されるインクを一時的に収容するインクチャンバを形成するチャンバを形成する工程と、
   （ｄ）前記チャンバ上に少なくとも一つのノズルが形成されたノズル板を形成する工程と、を含むインクジェット印刷ヘッドの製造方法。
6. 前記接着部は、フォトレジスト工程によって形成されることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット印刷ヘッドの製造方法。
7. 前記接着部の接着力は、４０Ｋｇｆ以上であることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット印刷ヘッドの製造方法。
8. 前記チャンバを形成する工程は、
   前記接着部が前記インクチャンバ内に収容されたインクと接触しないように形成されることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット印刷ヘッドの製造方法。
9. 基板と、
   前記基板の上側にインクチャンバを区画するチャンバと、
   前記基板とチャンバとを結合させる接着部と、を備え、
   前記チャンバの少なくとも一部分は、前記インクチャンバと接着部との間に位置するインクジェット印刷ヘッド。
10. 前記チャンバは、
    凹状に形成されて前記接着部が設けられる凹部と、
    前記凹部の両側に前記凹部を覆い包むように設けられた複数の隔離部と、を備えることを特徴とする請求項９に記載のインクジェット印刷ヘッド。
11. 前記接着部は、前記チャンバの隔離部の厚さに対応する距離だけ、前記インクチャンバと離隔されていることを特徴とする請求項１０に記載のインクジェット印刷ヘッド。
12. 前記チャンバは、前記インクチャンバを区画する面を備え、前記面は、前記チャンバの少なくとも一つの前記隔離部上に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のインクジェット印刷ヘッド。
13. 前記基板は、前記インクチャンバに保存されたインクに熱を加えるためにその上に形成された電極及び熱源と、
    前記チャンバの隔離部の厚さに対応する距離だけ前記インクから離隔されて設けられた接着部と、を備えることを特徴とする請求項９に記載のインクジェット印刷ヘッド。
14. 前記接着部は、前記インクチャンバに露出されないことを特徴とする請求項９に記載のインクジェット印刷ヘッド。

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