インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドの製造方法
【課題】より高い放熱性を有するインクジェット記録ヘッド、および該インクジェット記録ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】インクジェット記録ヘッド１は、は、インクに熱を加えて該インクが吐出するための圧力をインクに付与するインク吐出部２と、インク吐出部２を第一面３ａに備え、第一面３ａとは反対側の第二面３ｂに少なくとも一つの凹部９を有する基板３と、インク吐出部２から基板３へ伝えられた熱を外部へ放出する放熱部材８であって、凹部９の形状に合わせて形成された凸部１０を有し、凸部１０が凹部９に埋め込まれた状態で第二面３ｂに接合された放熱部材８と、を備えている。
【解決手段】インクジェット記録ヘッド１は、は、インクに熱を加えて該インクが吐出するための圧力をインクに付与するインク吐出部２と、インク吐出部２を第一面３ａに備え、第一面３ａとは反対側の第二面３ｂに少なくとも一つの凹部９を有する基板３と、インク吐出部２から基板３へ伝えられた熱を外部へ放出する放熱部材８であって、凹部９の形状に合わせて形成された凸部１０を有し、凸部１０が凹部９に埋め込まれた状態で第二面３ｂに接合された放熱部材８と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギを利用してインクを吐出するインクジェット記録ヘッド、および該インクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクを吐出して被記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置には、インクを吐出するためのインクジェット記録ヘッドが搭載されている。
【０００３】
インクジェット記録ヘッドとして、熱エネルギを利用してインク滴を吐出するインク吐出部を基板上に備えたものがある。インク吐出部は、供給されたインクに熱を加えることにより該インクに吐出圧力を付与する発熱抵抗素子と、インクを吐出するためのノズルが形成されたノズルプレートと、を含んでいる。ノズルプレートの片側面には溝が形成されており、該片側面が基板に当接するようにノズルプレートが基板に設けられ、該溝と基板とでインク流路が形成されている。
【０００４】
発熱抵抗素子は、インク流路に貯留されているインクに熱を加えることができる基板上の位置に配置されている。所望のタイミングで発熱抵抗素子が熱を発生することでインク流路に貯留されているインクが加熱される。加熱されたインクが沸騰することで生じる発泡圧によってインク流路のインクが、インク流路と連通されているノズルから吐出される。
【０００５】
このようなインクジェット記録ヘッドでは、発熱抵抗素子から発生する熱が基板にも伝わり、該基板の温度が上昇することがある。
【０００６】
基板の温度が上昇すると、インク流路中のインクが基板の熱により加熱される。すなわち、発熱抵抗素子が熱を発生していない状態であってもインクが加熱され、インクがより沸騰しやすい状態になる。したがって、発熱抵抗素子が熱を発生したときに、基板により加熱されていないインクに比べてより短い時間で吐出される。その結果、所望のタイミングとは異なったタイミングでインクが吐出され、記録画像の品位の低下を招いていた。
【０００７】
また、基板の熱がノズルプレートに伝わり、ノズルの形状が変形することがある。ノズルの形状が変形することにより、インク滴の大きさや吐出方向が変わり、インク滴の着弾点が所望の位置からずれ、記録画像の品位の低下を招くことがあった。
【０００８】
そこで、特許文献１では、基板の熱を放出する放熱部材を基板に備えた構造が開示されている。放熱部材から基板の熱を放出することによって、基板の温度上昇を抑えることができ、基板によるインクの加熱や、ノズルの形状の変形を抑制することができる。その結果、記録画像の品位の低下を抑制することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−１４４１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、近年では、より高い画像品位でより速く記録を行うことができるインクジェット記録ヘッドが求められている。
【００１１】
画像品位を高めるためにはノズルの高密度化が有効であり、それに伴って、発熱抵抗素子をより高い密度で基板に配置することが提案されている。そのため、このようなインクジェット記録ヘッドでは、より多くの熱が基板に伝わりやすい。
【００１２】
また、より速く記録を行うために、発熱抵抗素子が熱を発生するタイミングの間隔を短縮することが提案されている。この場合、発熱抵抗素子が単位時間当たりに発生する熱量がより大きくなる。
【００１３】
発熱抵抗素子の配置の高密度化や、発熱抵抗素子を発熱させるタイミングの間隔の短縮化により、特許文献１で開示されている構造では、基板から放熱部材へ伝わる熱量よりも、発熱抵抗素子から基板へ伝わる熱量が大きくなることがあった。その結果、基板の熱が十分に放出されずに、基板の温度が上昇し、記録品位の低下を招く虞があった。
【００１４】
そこで、本発明は、より高い放熱性を有するインクジェット記録ヘッド、および該インクジェット記録ヘッドの製造方法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】
上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係るインクジェット記録ヘッドは、内部に供給されたインクに熱を加えることにより該インクを外部へ吐出するための圧力を該インクに付与するインク吐出部と、インク吐出部を第一面に備え、該第一面とは反対側の第二面に少なくとも一つの凹部を有する基板と、インク吐出部から基板へ伝えられた熱を外部へ放出する放熱部材であって、凹部の形状に合わせて形成された凸部を有し、該凸部が凹部に埋め込まれた状態で第二面に接合された放熱部材と、を備えている。
【００１６】
また、本発明の一つの態様は、内部に供給されたインクに熱を加えることにより該インクを外部へ吐出するための圧力を該インクに付与するインク吐出部と、該インク吐出部を第一面に備え、該第一面とは反対側の第二面に少なくとも一つの凹部を有する基板と、インク吐出部から該基板へ伝えられた熱を外部へ放出する放熱部材であって、凹部の形状に合わせて形成された凸部を有し、該凸部が凹部に埋め込まれた状態で第二面に接合された放熱部材と、を備えたインクジェット記録ヘッドの製造方法に係る。この態様において、基板の第二面に少なくとも一つの凹部を形成する凹部形成工程と、凹部に放熱部材の材料を充填した状態で第二面を覆うようにして放熱部材を形成する放熱部材形成工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、より高い放熱性を有するインクジェット記録ヘッド、および該インクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図。
【図２】第一の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図３】本発明の第二の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図。
【図４】第二の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図５】本発明の第三の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るインクジェット吐出ヘッドおよび該インクジェット吐出ヘッドの製造方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の第一の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図である。図１（ａ）に示すように、インクジェット記録ヘッド１は、内部に供給されたインクに熱を加えることにより該インクを外部へ吐出するための圧力を該インクに付与するインク吐出部２と、インク吐出部２を第一面３ａに備えた基板３とを備えている。
【００２１】
なお、図１（ａ）は、基板３の第一面３ａと垂直に交わる面（図１（ｂ）に示すＡ−Ａ面）で切断したときの断面図である。また、図１（ｂ）は、基板３の第一面３ａと平行な面（図１（ａ）に示すＢ−Ｂ面）で切断したときの断面図である。
【００２２】
インク吐出部２は、インクに熱を加えて吐出圧力を付与する発熱抵抗素子４と、インクを吐出するためのノズル５が形成されたノズルプレート６と、を含んでいる。ノズルプレート６は基板３の第一面３ａに設けられている。ノズルプレート６の、基板３側の面には溝が形成されており、基板３の第一面３ａと当該溝とで、インク流路７が形成されている。
【００２３】
発熱抵抗素子４は、インク流路７内またはその近傍に、基板３に設けられている。発熱抵抗素子４が熱エネルギを発生することによって、インク流路７中のインクが加熱される。加熱されたインクが沸騰してインクに発泡圧が生じ、該発泡圧がインクの吐出力となる。インク流路７およびノズル５は連通しており、インク流路７において発熱抵抗素子４から吐出力を付与されたインクはノズル５から吐出される。
【００２４】
また、インクジェット記録ヘッド１には、基板３よりも熱伝導率が高く熱を放出しやすい材料からなる放熱部材８が、基板３の第二面３ｂに設けられている。発熱抵抗素子４が熱を発生した場合、該熱はインク流路７中のインクだけでなく、基板３へも伝わる。基板３へ伝わった熱は、放熱部材８へ伝わり、放熱部材８からインクジェット記録ヘッド１の外部（例えばインクジェット記録ヘッド１の周囲の雰囲気や放熱部材８に当接して設けられた不図示の部品）へ放熱される。
【００２５】
放熱部材８の熱伝導率は基板３よりも高いため、放熱部材８がないインクジェット記録ヘッドに比べ、基板３からインクジェット記録ヘッドの外部へ熱が放出されやすくなっている。すなわち、基板３の、発熱抵抗素子４による昇温をより抑制することができ、基板３によるインクの昇温を防ぐことが可能となる。
【００２６】
また、放熱部材８を第二面３ｂに設けることにより、発熱抵抗素子４から発せられた熱が第二面３ｂへ向かって移動しやすくなる。したがって、基板３から、第一面３ａに設けられたノズルプレート６への熱移動が抑制され、ノズルプレート６の昇温によるノズル５の変形を防ぐことが可能となる。
【００２７】
さらに、基板３の第二面３ｂの、放熱部材８が設けられている領域には、少なくとも一つの凹部９が形成されている。また、放熱部材８は、凹部９の形状に合わせて形成された凸部１０を有しており、凸部１０が凹部９に埋め込まれた状態で、放熱部材８が第二面３ｂに接合されている。
【００２８】
したがって、基板３と放熱部材８との接触面積は、凹凸のない平面で接触している場合に比べて大きくなっており、基板３から放熱部材８へ熱がより伝わりやすくなっている。すなわち、基板３およびノズルプレート６の昇温をより抑制することができ、基板３によるインクの昇温およびノズルプレート６の昇温によるノズル５の変形をより防ぐことが可能となる。
【００２９】
なお、本実施形態では、凹部９は穴形状を有し、凸部１０は該穴形状に一致する柱形状を有している。もちろん、他の形状、例えば凹部９が溝形状を有し、凸部１０が該溝形状に一致する突起形状を有するものであってもよい。
【００３０】
また、インクジェット記録ヘッド１に、インクジェット記録ヘッド１の外部（例えば不図示のインクタンク）からインク流路７へインクを供給するためのインク供給路１１が、基板３および放熱部材８を貫通するように形成されていてもよい。第二面３ｂに形成された、インク供給路１１の開口部と不図示のインクタンクとが接続されて、該インクタンクからインク流路７へインクが供給される。
【００３１】
基板３および放熱部材８を貫通する貫通穴をインク供給路１１とすることにより、より容易に、かつより少ない部品でインク供給路１１を有するインクジェット記録ヘッド１を製造することが可能となる。
【００３２】
次に、図１に示すインクジェット記録ヘッド１の製造方法について、図２を用いて説明する。図２（ａ）〜（ｆ）は、インクジェット記録ヘッド１の製造方法を説明するための断面図である。
【００３３】
ここでは、基板３に単結晶シリコンウェハを用い、六フッ化硫黄および酸素の混合ガスを使用したドライエッチングにより単結晶シリコンウェハを加工して基板３を形成する製造方法について説明する。なお、基板３の形状によっては、反応性イオンを用いたドライエッチングや等方性ウェットエッチング、異方性ウェットエッチングで単結晶シリコンウェハを加工してもよい。
【００３４】
まず、図２（ａ）に示すように、発熱抵抗素子４、インク流路７およびノズル５（図１）となる範囲形成された型材１２、およびノズルプレート６を第一面３ａに備えた基板３を用意する。
【００３５】
発熱抵抗素子４、型材１２およびノズルプレート６の形成には、プラズマを用いた化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やスパッタ蒸着法などの成膜手法を用いることができる。また、発熱抵抗素子４の形成にはフォトレジストマスクを用いたエッチングを適用することができる。
【００３６】
発熱抵抗素子４や型材１２を形成するときに、耐エッチング性を有するエッチングストップ層（不図示）や、発熱抵抗素子４へ電気信号を伝える導体（不図示）を基板３の第一面３ａに形成してもよい。
【００３７】
エッチングストップ層は、基板３をドライエッチングにより加工する際には基板３に対して十分に遅く除去されるものが望ましい。このようなエッチングストップ層の材料として、アルミニウムやシリコン酸化物等が挙げられる。また、エッチングストップ層の除去剤には基板３に対して速く除去されるものが望ましく、フッ化水素酸や、リン酸および硝酸混合物が挙げられる。
【００３８】
エッチングストップ層や導体のパターニングには、フォトレジストマスクを用いたエッチングを適用することができる。
【００３９】
次に、基板３の第二面３ｂに凹部９を形成する凹部形成工程に移る（図２（ｂ））。凹部９の形成は、開口部を有するレジストパターン（不図示）を第二面３ｂに形成し、第二面３ｂをエッチングすることにより行う。レジストパターンの開口部は凹部９が形成される位置に設けられており、エッチングにより該開口部における単結晶シリコンウェハが除去されて凹部９が形成される。凹部９を形成した後、レジストパターンを基板３から剥離する。
【００４０】
続いて、基板３の第二面３ｂに放熱部材８を形成する放熱部材形成工程に移る（図２（ｃ））。このとき、凹部９に放熱部材８を充填した状態で第二面３ｂを覆うように放熱部材８を形成する。このように放熱部材８を形成することによって、凹部９の形状に合わせて形成された凸部１０を有する放熱部材８を比較的容易に得ることができる。
【００４１】
放熱部材８の、基板３とは反対側の面８ａは、基板３の第二面３ｂの形状、すなわち凹部９の影響を受けて、凹凸形状を有することがある。放熱部材８の面８ａに研磨処理を施し、面８ａを平坦化することがより好ましい。
【００４２】
放熱部材８の材料には、単結晶シリコンよりも熱伝導率が高く、耐インク性が比較的高いＡｕ，Ｔａ，Ｐｔ，Ｉｒなどの金属、あるいはこれらの金属の少なくとも２つ以上よりなる合金が望ましい。また、Ａｕなどの金属を用いる場合、凹部９の内部にまで十分に充填されるように、電気めっき法により放熱部材８を形成するとよい。めっき厚さは４０μｍ〜７０μｍ程度がよい。
【００４３】
電気めっき法を用いて放熱部材８を形成する場合には、基板３に比較的強固に放熱部材８が固着されるように、凹部９の内側面を含む第二面３ｂにめっきシード層（不図示）を成膜してもよい。めっきシード層としては、Ｔｉ／Ａｕ，ＴｉＷ，Ｔｉ／Ｐｄなどを用いることができる。Ｔｉ／Ａｕの場合、膜厚は、Ｔｉ：２０００Å，Ａｕ：４０００Åが望ましい。もちろんこの膜厚に限定されるものではない。
【００４４】
めっきシード層の成膜方法としては、蒸着法が挙げられる。蒸着法を用いる場合、蒸着方向に対する第二面３ｂの角度を変化させることによって、凹部９の底面および側面にめっきシード層を形成することができる。
【００４５】
図２（ｄ）および（ｅ）は、図１に示すインク供給路１１を形成する工程を示す断面図である。図２（ｄ）に示すように、インク供給路１１となる領域の放熱部材８を除去してインク供給路１１の一部を形成するとともに、インク供給路１１が形成される位置の第二面３ｂを露出させる。放熱部材８にＡｕを用いた場合には、ヨウ素ヨウ化カリウム溶液を用いたエッチングによりＡｕを除去することで、放熱部材８にインク供給路１１の一部を形成することができる。
【００４６】
基板３の第二面３ｂにめっきシード層（不図示）を形成している場合には、インク供給路１１に対応する領域のめっきシード層を除去する。めっきシード層にＴｉ／Ａｕを用いた場合、めっきシード層を除去するには過酸化水素を用いたエッチングにより除去すればよい。
【００４７】
次に、図２（ｅ）に示すように、インク供給路１１となる領域の基板３を除去し、インク供給路１１を形成する。インク供給路１１の形成は、ＣＦ系の反応性イオンを用いたドライエッチングにより行うことができる。
【００４８】
Ａｕなどの金属は、ドライエッチングにおいて単結晶シリコンウェハに比べて除去される速度が十分に遅い。したがって、放熱部材８をＡｕなどの金属で形成した場合には、放熱部材８の残存部をエッチングマスクとしてドライエッチングにより基板３を加工することができる。放熱部材８をエッチングマスクとして用いることにより、ドライエッチングのためのエッチングマスクを別途形成する工程を省略することができる。
【００４９】
続いて、図２（ｆ）に示すように、型材１２（図２（ａ））を除去し、インク流路７およびノズル５を形成する。
【００５０】
発熱抵抗素子４や型材１２を形成する工程（図２（ａ））において、基板３の第二面３ａにエッチングストップ層（不図示）を形成している場合には、型材１２を除去する前にエッチングストップ層を除去する。エッチングストップ層にアルミニウムやシリコン酸化物を用いた場合には、フッ化水素酸や、リン酸および硝酸混合物を用いたエッチングでインク供給路１１側から除去することにより、エッチングストップ層を除去することができる。
【００５１】
エッチングストップ層を基板３の第一面３ａに設けることによって、インク供給路１１を形成する際のドライエッチングによるノズルプレート６の加工を防止することができる。すなわち、インク流路７やノズル５を比較的高い寸法精度で形成することができる。
【００５２】
必要に応じて、単結晶シリコンウェハからダイサーを用いて分離することによって、インクジェット記録ヘッド１が完成する。
【００５３】
以上の製造方法を用いて、従来よりも高い密度で配置された発熱抵抗素子４を有するインクジェット記録ヘッド１を製造し、被記録媒体により早い速度で記録をするテストを行ったところ、より高い画像品位で記録を行うことができた。これは、記録の際におけるインクジェット記録ヘッド１の放熱性が向上したためである。
【００５４】
なお、テストに用いたインクジェット記録ヘッド１は、次のように製造した。
【００５５】
基板３の第一面３ａに、アルミニウムを用いてエッチングストップ層（不図示）を形成し、エッチングストップ層のエッチングにはリン酸および硝酸混合物を用いた。基板３のエッチングは、六フッ化硫黄と酸素の混合ガスを用いたドライエッチングにより行った。また、凹部９の内側面を含む第二面３ｂにＴｉＷを蒸着してめっきシード層（不図示）を形成した。
【００５６】
放熱部材８を形成するために、Ａｕからなる厚さ４０μｍの金属層を電気めっきにより第二面３ｂに形成し、該金属層に表面研磨処理を施して平坦化し、放熱部材８とした。平坦化により、放熱部材８の、第二面３ｂからの厚さは５μｍとした。
【００５７】
インク供給路１１を形成するために、ヨウ素ヨウ化カリウム溶液を用いたエッチングにより放熱部材８を除去し、過酸化水素を用いたエッチングによりめっきシード層を除去した。
【００５８】
（実施例２）
次に、本発明の第二の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドについて、図３を用いて説明する。図３（ａ）および（ｂ）は、第二の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図である。なお、第一の実施形態と同じ構成要素についての説明は省略する。
【００５９】
図３（ａ）に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１は、インク供給路１１の経路に沿った方向の寸法（以下、該寸法を厚さという）が、一のインクジェット記録ヘッド１内で異なっている基板１３を備えている。具体的には、基板１３の、インク供給路１１が形成されている付近の領域（供給路形成領域１４と称す）は、基板１３の、供給路形成領域１４以外の領域、すなわちインク供給路１１が形成されていない領域（供給路非形成領域１５と称す）よりも薄くなっている。
【００６０】
また本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１には、第一の実施形態と同様に、基板１３にインク吐出部２および放熱部材８が設けられており、放熱部材８および基板１３を貫通するようにインク供給路１１が形成されている。
【００６１】
なお、図３（ａ）は、基板１３の、インク吐出部２が設けられた第一面１３ａと垂直に交わる面（図３（ｂ）に示すＣ−Ｃ面）で切断したときの断面図である。また、図３（ｂ）は、基板１３の第一面１３ａと平行な面（図１（ａ）に示すＤ−Ｄ面）で切断したときの断面図である。
【００６２】
基板１３の、供給路形成領域１４の厚さをより薄くすることによって、インク供給路１１の経路を短くすることができる。したがって、インク供給路１１における流体抵抗を小さくできる。
【００６３】
また、基板１３の、供給路非形成領域１５の厚さをより厚くすることによって、インクジェット記録ヘッド１の強度を高めることができる。すなわち、供給路形成領域１４の厚さの薄肉化による、インクジェット記録ヘッド１の強度低下を抑制することができる。
【００６４】
供給路形成領域１４の厚さをより薄くすることにより、供給路形成領域１４の熱容量はより小さくなる。そのため、供給路形成領域１４は、インク吐出部２からの熱により温度が上昇しやすくなっている。
【００６５】
そこで、本実施形態では、供給路形成領域１４における第二面１３ｂに少なくとも一つの凹部９が形成されており、放熱部材８の凸部１０が凹部９に埋められた状態で、放熱部材８が第二面１３ｂに接合されている。
【００６６】
したがって、供給路形成領域１４と放熱部材８との接触面積は、凹凸のない平面で接触している場合に比べて大きくなっており、供給路形成領域１４から放熱部材８へ熱がより伝わりやすくなっている。その結果、供給路形成領域１４の、インク吐出部２からの熱による温度の上昇が抑制される。基板１３によるインクの昇温や、ノズルプレート６の昇温によるノズル５の変形を抑制することができ、より速い速度でより高い品位の画像を記録することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、インク供給路１１の経路が第一の実施形態に比べて短く、流体抵抗が小さいため、インク吐出部２へのインクの供給をより速く行うことができる。したがって、より速い速度で記録することが可能となる。
【００６８】
基板１３の、供給路形成領域１４における厚さを１００μｍ、供給路非形成領域１５における厚さを７２５μｍとしてインクジェット記録ヘッド１を製造し、被記録媒体に画像の記録を行った。記録画像の品位を低下させることなく従来よりも高速で記録をすることができた。
【００６９】
次に、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１の製造方法の一例を、図４を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｆ）は、インクジェット記録ヘッド１の製造方法を説明するための断面図である。
【００７０】
まず、図４（ａ）に示すように、第一面１３ａに発熱抵抗素子４、型材１２およびノズルプレート６が積層された基板１３を用意する。基板１３に単結晶シリコンウェハを用いた場合、基板１３は、略直方体形状の単結晶シリコンウェハの、インク供給路１１（図３）が形成される付近の領域をエッチングで部分的に除去することによって得られる。なお、基板１３の形成と、発熱抵抗素子４等の積層は、どちらを先に行ってもよい。
【００７１】
続いて、図４（ｂ）に示すように、供給路形成領域１４における第二面３ｂに、凹部９を形成し、図４（ｃ）に示すように、凹部９に放熱部材８の材料を充填した状態で、第二面３ｂを放熱部材８の材料で覆う。このように放熱部材８を形成することによって、凹部９の形状に合わせて形成された凸部１０を有する放熱部材８を比較的容易に得ることができる。
【００７２】
次に、図４（ｄ）および（ｅ）に示すように、インク供給路１１を形成する。まず、インク供給路１１が形成される領域の放熱部材８および基板１３を除去し、インク供給路１１を形成する。
【００７３】
インク供給路１１の形状によっては、インクがインク供給路１１を流れるときにインクが受ける流体抵抗がより大きな影響を与えることがある。そのため、比較的高い精度でインク供給路１１を形成することが望ましく、インク供給路１１の形成には比較的長い時間を必要とする場合が多い。
【００７４】
一方、基板１３の供給路形成領域１４を薄くするために行われる単結晶シリコンウェハの除去は、インクに与える影響が小さいため、高い精度を必要としない。すなわち、インク供給路１１を形成する時間よりも短い時間で基板１３の供給路形成領域１４を薄くすることができる。
【００７５】
したがって、基板１３の供給路形成領域１４を薄くしておくことによって、供給路形成領域１４を薄くすることなくインク供給路１１を形成する場合よりも、短い時間でインク供給路１１を形成することができる。
【００７６】
続いて、図４（ｆ）に示すように、型材１２（図４（ａ））を除去し、インク流路７およびノズル５を形成する。必要に応じて、単結晶シリコンウェハから各々のチップ形態にダイサーを用いて分離することによってインクジェット記録ヘッド１が完成する。
【００７７】
（実施例３）
次に、本発明の第三の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドについて、図５を用いて説明する。図５（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図である。なお、第一の実施形態と同じ構成要素についての説明は省略する。
【００７８】
図５（ａ）に示すように、インクジェット記録ヘッド１は、インク吐出部２、基板３、放熱部材８を備えている。また、インクジェット記録ヘッド１には、基板３を貫通して、放熱部材８および凸部１０に囲まれるように形成されたインク供給路１１が形成されている。
【００７９】
なお、図５（ａ）は、基板３の、インク吐出部２が設けられた第一面３ａと垂直に交わる面（図５（ｂ）に示すＥ−Ｅ面）で切断したときの断面図である。図５（ｂ）は、基板３の、第一面３ａと平行な面（図５（ａ）に示すＦ−Ｆ面）で切断したときの断面図である。
【００８０】
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１では、インク供給路１１が凸部１０に囲まれるように形成されている。このようにインク供給路１１が形成されていることによって、インク供給路１１の全経路に対する、放熱部材８に囲まれたインク供給路１１の経路の割合が高められる。
【００８１】
基板３には単結晶シリコンウェハが用いられることが多く、放熱部材８にはＡｕなどの金属が用いられることが多い。Ａｕなどの金属は、ドライエッチングにおいて単結晶シリコンウェハに比べて除去される速度が十分に遅い。そのため、放熱部材８および凸部１０をＡｕなどの金属で形成した場合には、放熱部材８および凸部１０をエッチングマスクとしてドライエッチングにより基板３を加工することができる。したがって、放熱部材８だけをエッチングマスクとしてドライエッチングにより基板３を加工する場合に比べて、インク供給路１１の寸法安定性が向上する。
【００８２】
また、イオンを用いたドライエッチングの際には、放熱部材８および凸部１０をエッチングマスクとして用いることにより、インク供給路１１の経路に沿った方向に平行に入射しないイオンを放熱部材８および凸部１０が遮蔽する。そのため、インク供給路１１を高精度で形成できる。このとき、インク供給路１１の開口部が狭いほど、放熱部材８および凸部１０が効果的にイオンを遮蔽するため、インク供給路１１をより高い精度で形成することができる。
【００８３】
したがって、放熱部材８および凸部１０に囲まれたインク供給路１１の経路の割合を高めることによって、より高い精度で形成されたインク供給路１１を備えたインクジェット記録ヘッド１を得ることができる。その結果、インク吐出部２へインクを安定して供給することができ、より速い速度でより品位の高い画像を記録することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ インクジェット記録ヘッド
２ インク吐出部
３ 基板
８ 放熱部材
９ 凹部
１０ 凸部
１１ インク供給路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギを利用してインクを吐出するインクジェット記録ヘッド、および該インクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクを吐出して被記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置には、インクを吐出するためのインクジェット記録ヘッドが搭載されている。
【０００３】
インクジェット記録ヘッドとして、熱エネルギを利用してインク滴を吐出するインク吐出部を基板上に備えたものがある。インク吐出部は、供給されたインクに熱を加えることにより該インクに吐出圧力を付与する発熱抵抗素子と、インクを吐出するためのノズルが形成されたノズルプレートと、を含んでいる。ノズルプレートの片側面には溝が形成されており、該片側面が基板に当接するようにノズルプレートが基板に設けられ、該溝と基板とでインク流路が形成されている。
【０００４】
発熱抵抗素子は、インク流路に貯留されているインクに熱を加えることができる基板上の位置に配置されている。所望のタイミングで発熱抵抗素子が熱を発生することでインク流路に貯留されているインクが加熱される。加熱されたインクが沸騰することで生じる発泡圧によってインク流路のインクが、インク流路と連通されているノズルから吐出される。
【０００５】
このようなインクジェット記録ヘッドでは、発熱抵抗素子から発生する熱が基板にも伝わり、該基板の温度が上昇することがある。
【０００６】
基板の温度が上昇すると、インク流路中のインクが基板の熱により加熱される。すなわち、発熱抵抗素子が熱を発生していない状態であってもインクが加熱され、インクがより沸騰しやすい状態になる。したがって、発熱抵抗素子が熱を発生したときに、基板により加熱されていないインクに比べてより短い時間で吐出される。その結果、所望のタイミングとは異なったタイミングでインクが吐出され、記録画像の品位の低下を招いていた。
【０００７】
また、基板の熱がノズルプレートに伝わり、ノズルの形状が変形することがある。ノズルの形状が変形することにより、インク滴の大きさや吐出方向が変わり、インク滴の着弾点が所望の位置からずれ、記録画像の品位の低下を招くことがあった。
【０００８】
そこで、特許文献１では、基板の熱を放出する放熱部材を基板に備えた構造が開示されている。放熱部材から基板の熱を放出することによって、基板の温度上昇を抑えることができ、基板によるインクの加熱や、ノズルの形状の変形を抑制することができる。その結果、記録画像の品位の低下を抑制することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−１４４１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、近年では、より高い画像品位でより速く記録を行うことができるインクジェット記録ヘッドが求められている。
【００１１】
画像品位を高めるためにはノズルの高密度化が有効であり、それに伴って、発熱抵抗素子をより高い密度で基板に配置することが提案されている。そのため、このようなインクジェット記録ヘッドでは、より多くの熱が基板に伝わりやすい。
【００１２】
また、より速く記録を行うために、発熱抵抗素子が熱を発生するタイミングの間隔を短縮することが提案されている。この場合、発熱抵抗素子が単位時間当たりに発生する熱量がより大きくなる。
【００１３】
発熱抵抗素子の配置の高密度化や、発熱抵抗素子を発熱させるタイミングの間隔の短縮化により、特許文献１で開示されている構造では、基板から放熱部材へ伝わる熱量よりも、発熱抵抗素子から基板へ伝わる熱量が大きくなることがあった。その結果、基板の熱が十分に放出されずに、基板の温度が上昇し、記録品位の低下を招く虞があった。
【００１４】
そこで、本発明は、より高い放熱性を有するインクジェット記録ヘッド、および該インクジェット記録ヘッドの製造方法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】
上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係るインクジェット記録ヘッドは、内部に供給されたインクに熱を加えることにより該インクを外部へ吐出するための圧力を該インクに付与するインク吐出部と、インク吐出部を第一面に備え、該第一面とは反対側の第二面に少なくとも一つの凹部を有する基板と、インク吐出部から基板へ伝えられた熱を外部へ放出する放熱部材であって、凹部の形状に合わせて形成された凸部を有し、該凸部が凹部に埋め込まれた状態で第二面に接合された放熱部材と、を備えている。
【００１６】
また、本発明の一つの態様は、内部に供給されたインクに熱を加えることにより該インクを外部へ吐出するための圧力を該インクに付与するインク吐出部と、該インク吐出部を第一面に備え、該第一面とは反対側の第二面に少なくとも一つの凹部を有する基板と、インク吐出部から該基板へ伝えられた熱を外部へ放出する放熱部材であって、凹部の形状に合わせて形成された凸部を有し、該凸部が凹部に埋め込まれた状態で第二面に接合された放熱部材と、を備えたインクジェット記録ヘッドの製造方法に係る。この態様において、基板の第二面に少なくとも一つの凹部を形成する凹部形成工程と、凹部に放熱部材の材料を充填した状態で第二面を覆うようにして放熱部材を形成する放熱部材形成工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、より高い放熱性を有するインクジェット記録ヘッド、および該インクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図。
【図２】第一の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図３】本発明の第二の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図。
【図４】第二の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図５】本発明の第三の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るインクジェット吐出ヘッドおよび該インクジェット吐出ヘッドの製造方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の第一の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図である。図１（ａ）に示すように、インクジェット記録ヘッド１は、内部に供給されたインクに熱を加えることにより該インクを外部へ吐出するための圧力を該インクに付与するインク吐出部２と、インク吐出部２を第一面３ａに備えた基板３とを備えている。
【００２１】
なお、図１（ａ）は、基板３の第一面３ａと垂直に交わる面（図１（ｂ）に示すＡ−Ａ面）で切断したときの断面図である。また、図１（ｂ）は、基板３の第一面３ａと平行な面（図１（ａ）に示すＢ−Ｂ面）で切断したときの断面図である。
【００２２】
インク吐出部２は、インクに熱を加えて吐出圧力を付与する発熱抵抗素子４と、インクを吐出するためのノズル５が形成されたノズルプレート６と、を含んでいる。ノズルプレート６は基板３の第一面３ａに設けられている。ノズルプレート６の、基板３側の面には溝が形成されており、基板３の第一面３ａと当該溝とで、インク流路７が形成されている。
【００２３】
発熱抵抗素子４は、インク流路７内またはその近傍に、基板３に設けられている。発熱抵抗素子４が熱エネルギを発生することによって、インク流路７中のインクが加熱される。加熱されたインクが沸騰してインクに発泡圧が生じ、該発泡圧がインクの吐出力となる。インク流路７およびノズル５は連通しており、インク流路７において発熱抵抗素子４から吐出力を付与されたインクはノズル５から吐出される。
【００２４】
また、インクジェット記録ヘッド１には、基板３よりも熱伝導率が高く熱を放出しやすい材料からなる放熱部材８が、基板３の第二面３ｂに設けられている。発熱抵抗素子４が熱を発生した場合、該熱はインク流路７中のインクだけでなく、基板３へも伝わる。基板３へ伝わった熱は、放熱部材８へ伝わり、放熱部材８からインクジェット記録ヘッド１の外部（例えばインクジェット記録ヘッド１の周囲の雰囲気や放熱部材８に当接して設けられた不図示の部品）へ放熱される。
【００２５】
放熱部材８の熱伝導率は基板３よりも高いため、放熱部材８がないインクジェット記録ヘッドに比べ、基板３からインクジェット記録ヘッドの外部へ熱が放出されやすくなっている。すなわち、基板３の、発熱抵抗素子４による昇温をより抑制することができ、基板３によるインクの昇温を防ぐことが可能となる。
【００２６】
また、放熱部材８を第二面３ｂに設けることにより、発熱抵抗素子４から発せられた熱が第二面３ｂへ向かって移動しやすくなる。したがって、基板３から、第一面３ａに設けられたノズルプレート６への熱移動が抑制され、ノズルプレート６の昇温によるノズル５の変形を防ぐことが可能となる。
【００２７】
さらに、基板３の第二面３ｂの、放熱部材８が設けられている領域には、少なくとも一つの凹部９が形成されている。また、放熱部材８は、凹部９の形状に合わせて形成された凸部１０を有しており、凸部１０が凹部９に埋め込まれた状態で、放熱部材８が第二面３ｂに接合されている。
【００２８】
したがって、基板３と放熱部材８との接触面積は、凹凸のない平面で接触している場合に比べて大きくなっており、基板３から放熱部材８へ熱がより伝わりやすくなっている。すなわち、基板３およびノズルプレート６の昇温をより抑制することができ、基板３によるインクの昇温およびノズルプレート６の昇温によるノズル５の変形をより防ぐことが可能となる。
【００２９】
なお、本実施形態では、凹部９は穴形状を有し、凸部１０は該穴形状に一致する柱形状を有している。もちろん、他の形状、例えば凹部９が溝形状を有し、凸部１０が該溝形状に一致する突起形状を有するものであってもよい。
【００３０】
また、インクジェット記録ヘッド１に、インクジェット記録ヘッド１の外部（例えば不図示のインクタンク）からインク流路７へインクを供給するためのインク供給路１１が、基板３および放熱部材８を貫通するように形成されていてもよい。第二面３ｂに形成された、インク供給路１１の開口部と不図示のインクタンクとが接続されて、該インクタンクからインク流路７へインクが供給される。
【００３１】
基板３および放熱部材８を貫通する貫通穴をインク供給路１１とすることにより、より容易に、かつより少ない部品でインク供給路１１を有するインクジェット記録ヘッド１を製造することが可能となる。
【００３２】
次に、図１に示すインクジェット記録ヘッド１の製造方法について、図２を用いて説明する。図２（ａ）〜（ｆ）は、インクジェット記録ヘッド１の製造方法を説明するための断面図である。
【００３３】
ここでは、基板３に単結晶シリコンウェハを用い、六フッ化硫黄および酸素の混合ガスを使用したドライエッチングにより単結晶シリコンウェハを加工して基板３を形成する製造方法について説明する。なお、基板３の形状によっては、反応性イオンを用いたドライエッチングや等方性ウェットエッチング、異方性ウェットエッチングで単結晶シリコンウェハを加工してもよい。
【００３４】
まず、図２（ａ）に示すように、発熱抵抗素子４、インク流路７およびノズル５（図１）となる範囲形成された型材１２、およびノズルプレート６を第一面３ａに備えた基板３を用意する。
【００３５】
発熱抵抗素子４、型材１２およびノズルプレート６の形成には、プラズマを用いた化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やスパッタ蒸着法などの成膜手法を用いることができる。また、発熱抵抗素子４の形成にはフォトレジストマスクを用いたエッチングを適用することができる。
【００３６】
発熱抵抗素子４や型材１２を形成するときに、耐エッチング性を有するエッチングストップ層（不図示）や、発熱抵抗素子４へ電気信号を伝える導体（不図示）を基板３の第一面３ａに形成してもよい。
【００３７】
エッチングストップ層は、基板３をドライエッチングにより加工する際には基板３に対して十分に遅く除去されるものが望ましい。このようなエッチングストップ層の材料として、アルミニウムやシリコン酸化物等が挙げられる。また、エッチングストップ層の除去剤には基板３に対して速く除去されるものが望ましく、フッ化水素酸や、リン酸および硝酸混合物が挙げられる。
【００３８】
エッチングストップ層や導体のパターニングには、フォトレジストマスクを用いたエッチングを適用することができる。
【００３９】
次に、基板３の第二面３ｂに凹部９を形成する凹部形成工程に移る（図２（ｂ））。凹部９の形成は、開口部を有するレジストパターン（不図示）を第二面３ｂに形成し、第二面３ｂをエッチングすることにより行う。レジストパターンの開口部は凹部９が形成される位置に設けられており、エッチングにより該開口部における単結晶シリコンウェハが除去されて凹部９が形成される。凹部９を形成した後、レジストパターンを基板３から剥離する。
【００４０】
続いて、基板３の第二面３ｂに放熱部材８を形成する放熱部材形成工程に移る（図２（ｃ））。このとき、凹部９に放熱部材８を充填した状態で第二面３ｂを覆うように放熱部材８を形成する。このように放熱部材８を形成することによって、凹部９の形状に合わせて形成された凸部１０を有する放熱部材８を比較的容易に得ることができる。
【００４１】
放熱部材８の、基板３とは反対側の面８ａは、基板３の第二面３ｂの形状、すなわち凹部９の影響を受けて、凹凸形状を有することがある。放熱部材８の面８ａに研磨処理を施し、面８ａを平坦化することがより好ましい。
【００４２】
放熱部材８の材料には、単結晶シリコンよりも熱伝導率が高く、耐インク性が比較的高いＡｕ，Ｔａ，Ｐｔ，Ｉｒなどの金属、あるいはこれらの金属の少なくとも２つ以上よりなる合金が望ましい。また、Ａｕなどの金属を用いる場合、凹部９の内部にまで十分に充填されるように、電気めっき法により放熱部材８を形成するとよい。めっき厚さは４０μｍ〜７０μｍ程度がよい。
【００４３】
電気めっき法を用いて放熱部材８を形成する場合には、基板３に比較的強固に放熱部材８が固着されるように、凹部９の内側面を含む第二面３ｂにめっきシード層（不図示）を成膜してもよい。めっきシード層としては、Ｔｉ／Ａｕ，ＴｉＷ，Ｔｉ／Ｐｄなどを用いることができる。Ｔｉ／Ａｕの場合、膜厚は、Ｔｉ：２０００Å，Ａｕ：４０００Åが望ましい。もちろんこの膜厚に限定されるものではない。
【００４４】
めっきシード層の成膜方法としては、蒸着法が挙げられる。蒸着法を用いる場合、蒸着方向に対する第二面３ｂの角度を変化させることによって、凹部９の底面および側面にめっきシード層を形成することができる。
【００４５】
図２（ｄ）および（ｅ）は、図１に示すインク供給路１１を形成する工程を示す断面図である。図２（ｄ）に示すように、インク供給路１１となる領域の放熱部材８を除去してインク供給路１１の一部を形成するとともに、インク供給路１１が形成される位置の第二面３ｂを露出させる。放熱部材８にＡｕを用いた場合には、ヨウ素ヨウ化カリウム溶液を用いたエッチングによりＡｕを除去することで、放熱部材８にインク供給路１１の一部を形成することができる。
【００４６】
基板３の第二面３ｂにめっきシード層（不図示）を形成している場合には、インク供給路１１に対応する領域のめっきシード層を除去する。めっきシード層にＴｉ／Ａｕを用いた場合、めっきシード層を除去するには過酸化水素を用いたエッチングにより除去すればよい。
【００４７】
次に、図２（ｅ）に示すように、インク供給路１１となる領域の基板３を除去し、インク供給路１１を形成する。インク供給路１１の形成は、ＣＦ系の反応性イオンを用いたドライエッチングにより行うことができる。
【００４８】
Ａｕなどの金属は、ドライエッチングにおいて単結晶シリコンウェハに比べて除去される速度が十分に遅い。したがって、放熱部材８をＡｕなどの金属で形成した場合には、放熱部材８の残存部をエッチングマスクとしてドライエッチングにより基板３を加工することができる。放熱部材８をエッチングマスクとして用いることにより、ドライエッチングのためのエッチングマスクを別途形成する工程を省略することができる。
【００４９】
続いて、図２（ｆ）に示すように、型材１２（図２（ａ））を除去し、インク流路７およびノズル５を形成する。
【００５０】
発熱抵抗素子４や型材１２を形成する工程（図２（ａ））において、基板３の第二面３ａにエッチングストップ層（不図示）を形成している場合には、型材１２を除去する前にエッチングストップ層を除去する。エッチングストップ層にアルミニウムやシリコン酸化物を用いた場合には、フッ化水素酸や、リン酸および硝酸混合物を用いたエッチングでインク供給路１１側から除去することにより、エッチングストップ層を除去することができる。
【００５１】
エッチングストップ層を基板３の第一面３ａに設けることによって、インク供給路１１を形成する際のドライエッチングによるノズルプレート６の加工を防止することができる。すなわち、インク流路７やノズル５を比較的高い寸法精度で形成することができる。
【００５２】
必要に応じて、単結晶シリコンウェハからダイサーを用いて分離することによって、インクジェット記録ヘッド１が完成する。
【００５３】
以上の製造方法を用いて、従来よりも高い密度で配置された発熱抵抗素子４を有するインクジェット記録ヘッド１を製造し、被記録媒体により早い速度で記録をするテストを行ったところ、より高い画像品位で記録を行うことができた。これは、記録の際におけるインクジェット記録ヘッド１の放熱性が向上したためである。
【００５４】
なお、テストに用いたインクジェット記録ヘッド１は、次のように製造した。
【００５５】
基板３の第一面３ａに、アルミニウムを用いてエッチングストップ層（不図示）を形成し、エッチングストップ層のエッチングにはリン酸および硝酸混合物を用いた。基板３のエッチングは、六フッ化硫黄と酸素の混合ガスを用いたドライエッチングにより行った。また、凹部９の内側面を含む第二面３ｂにＴｉＷを蒸着してめっきシード層（不図示）を形成した。
【００５６】
放熱部材８を形成するために、Ａｕからなる厚さ４０μｍの金属層を電気めっきにより第二面３ｂに形成し、該金属層に表面研磨処理を施して平坦化し、放熱部材８とした。平坦化により、放熱部材８の、第二面３ｂからの厚さは５μｍとした。
【００５７】
インク供給路１１を形成するために、ヨウ素ヨウ化カリウム溶液を用いたエッチングにより放熱部材８を除去し、過酸化水素を用いたエッチングによりめっきシード層を除去した。
【００５８】
（実施例２）
次に、本発明の第二の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドについて、図３を用いて説明する。図３（ａ）および（ｂ）は、第二の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図である。なお、第一の実施形態と同じ構成要素についての説明は省略する。
【００５９】
図３（ａ）に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１は、インク供給路１１の経路に沿った方向の寸法（以下、該寸法を厚さという）が、一のインクジェット記録ヘッド１内で異なっている基板１３を備えている。具体的には、基板１３の、インク供給路１１が形成されている付近の領域（供給路形成領域１４と称す）は、基板１３の、供給路形成領域１４以外の領域、すなわちインク供給路１１が形成されていない領域（供給路非形成領域１５と称す）よりも薄くなっている。
【００６０】
また本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１には、第一の実施形態と同様に、基板１３にインク吐出部２および放熱部材８が設けられており、放熱部材８および基板１３を貫通するようにインク供給路１１が形成されている。
【００６１】
なお、図３（ａ）は、基板１３の、インク吐出部２が設けられた第一面１３ａと垂直に交わる面（図３（ｂ）に示すＣ−Ｃ面）で切断したときの断面図である。また、図３（ｂ）は、基板１３の第一面１３ａと平行な面（図１（ａ）に示すＤ−Ｄ面）で切断したときの断面図である。
【００６２】
基板１３の、供給路形成領域１４の厚さをより薄くすることによって、インク供給路１１の経路を短くすることができる。したがって、インク供給路１１における流体抵抗を小さくできる。
【００６３】
また、基板１３の、供給路非形成領域１５の厚さをより厚くすることによって、インクジェット記録ヘッド１の強度を高めることができる。すなわち、供給路形成領域１４の厚さの薄肉化による、インクジェット記録ヘッド１の強度低下を抑制することができる。
【００６４】
供給路形成領域１４の厚さをより薄くすることにより、供給路形成領域１４の熱容量はより小さくなる。そのため、供給路形成領域１４は、インク吐出部２からの熱により温度が上昇しやすくなっている。
【００６５】
そこで、本実施形態では、供給路形成領域１４における第二面１３ｂに少なくとも一つの凹部９が形成されており、放熱部材８の凸部１０が凹部９に埋められた状態で、放熱部材８が第二面１３ｂに接合されている。
【００６６】
したがって、供給路形成領域１４と放熱部材８との接触面積は、凹凸のない平面で接触している場合に比べて大きくなっており、供給路形成領域１４から放熱部材８へ熱がより伝わりやすくなっている。その結果、供給路形成領域１４の、インク吐出部２からの熱による温度の上昇が抑制される。基板１３によるインクの昇温や、ノズルプレート６の昇温によるノズル５の変形を抑制することができ、より速い速度でより高い品位の画像を記録することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、インク供給路１１の経路が第一の実施形態に比べて短く、流体抵抗が小さいため、インク吐出部２へのインクの供給をより速く行うことができる。したがって、より速い速度で記録することが可能となる。
【００６８】
基板１３の、供給路形成領域１４における厚さを１００μｍ、供給路非形成領域１５における厚さを７２５μｍとしてインクジェット記録ヘッド１を製造し、被記録媒体に画像の記録を行った。記録画像の品位を低下させることなく従来よりも高速で記録をすることができた。
【００６９】
次に、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１の製造方法の一例を、図４を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｆ）は、インクジェット記録ヘッド１の製造方法を説明するための断面図である。
【００７０】
まず、図４（ａ）に示すように、第一面１３ａに発熱抵抗素子４、型材１２およびノズルプレート６が積層された基板１３を用意する。基板１３に単結晶シリコンウェハを用いた場合、基板１３は、略直方体形状の単結晶シリコンウェハの、インク供給路１１（図３）が形成される付近の領域をエッチングで部分的に除去することによって得られる。なお、基板１３の形成と、発熱抵抗素子４等の積層は、どちらを先に行ってもよい。
【００７１】
続いて、図４（ｂ）に示すように、供給路形成領域１４における第二面３ｂに、凹部９を形成し、図４（ｃ）に示すように、凹部９に放熱部材８の材料を充填した状態で、第二面３ｂを放熱部材８の材料で覆う。このように放熱部材８を形成することによって、凹部９の形状に合わせて形成された凸部１０を有する放熱部材８を比較的容易に得ることができる。
【００７２】
次に、図４（ｄ）および（ｅ）に示すように、インク供給路１１を形成する。まず、インク供給路１１が形成される領域の放熱部材８および基板１３を除去し、インク供給路１１を形成する。
【００７３】
インク供給路１１の形状によっては、インクがインク供給路１１を流れるときにインクが受ける流体抵抗がより大きな影響を与えることがある。そのため、比較的高い精度でインク供給路１１を形成することが望ましく、インク供給路１１の形成には比較的長い時間を必要とする場合が多い。
【００７４】
一方、基板１３の供給路形成領域１４を薄くするために行われる単結晶シリコンウェハの除去は、インクに与える影響が小さいため、高い精度を必要としない。すなわち、インク供給路１１を形成する時間よりも短い時間で基板１３の供給路形成領域１４を薄くすることができる。
【００７５】
したがって、基板１３の供給路形成領域１４を薄くしておくことによって、供給路形成領域１４を薄くすることなくインク供給路１１を形成する場合よりも、短い時間でインク供給路１１を形成することができる。
【００７６】
続いて、図４（ｆ）に示すように、型材１２（図４（ａ））を除去し、インク流路７およびノズル５を形成する。必要に応じて、単結晶シリコンウェハから各々のチップ形態にダイサーを用いて分離することによってインクジェット記録ヘッド１が完成する。
【００７７】
（実施例３）
次に、本発明の第三の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドについて、図５を用いて説明する。図５（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図である。なお、第一の実施形態と同じ構成要素についての説明は省略する。
【００７８】
図５（ａ）に示すように、インクジェット記録ヘッド１は、インク吐出部２、基板３、放熱部材８を備えている。また、インクジェット記録ヘッド１には、基板３を貫通して、放熱部材８および凸部１０に囲まれるように形成されたインク供給路１１が形成されている。
【００７９】
なお、図５（ａ）は、基板３の、インク吐出部２が設けられた第一面３ａと垂直に交わる面（図５（ｂ）に示すＥ−Ｅ面）で切断したときの断面図である。図５（ｂ）は、基板３の、第一面３ａと平行な面（図５（ａ）に示すＦ−Ｆ面）で切断したときの断面図である。
【００８０】
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１では、インク供給路１１が凸部１０に囲まれるように形成されている。このようにインク供給路１１が形成されていることによって、インク供給路１１の全経路に対する、放熱部材８に囲まれたインク供給路１１の経路の割合が高められる。
【００８１】
基板３には単結晶シリコンウェハが用いられることが多く、放熱部材８にはＡｕなどの金属が用いられることが多い。Ａｕなどの金属は、ドライエッチングにおいて単結晶シリコンウェハに比べて除去される速度が十分に遅い。そのため、放熱部材８および凸部１０をＡｕなどの金属で形成した場合には、放熱部材８および凸部１０をエッチングマスクとしてドライエッチングにより基板３を加工することができる。したがって、放熱部材８だけをエッチングマスクとしてドライエッチングにより基板３を加工する場合に比べて、インク供給路１１の寸法安定性が向上する。
【００８２】
また、イオンを用いたドライエッチングの際には、放熱部材８および凸部１０をエッチングマスクとして用いることにより、インク供給路１１の経路に沿った方向に平行に入射しないイオンを放熱部材８および凸部１０が遮蔽する。そのため、インク供給路１１を高精度で形成できる。このとき、インク供給路１１の開口部が狭いほど、放熱部材８および凸部１０が効果的にイオンを遮蔽するため、インク供給路１１をより高い精度で形成することができる。
【００８３】
したがって、放熱部材８および凸部１０に囲まれたインク供給路１１の経路の割合を高めることによって、より高い精度で形成されたインク供給路１１を備えたインクジェット記録ヘッド１を得ることができる。その結果、インク吐出部２へインクを安定して供給することができ、より速い速度でより品位の高い画像を記録することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ インクジェット記録ヘッド
２ インク吐出部
３ 基板
８ 放熱部材
９ 凹部
１０ 凸部
１１ インク供給路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に供給されたインクに熱を加えることにより該インクを外部へ吐出するための圧力を該インクに付与するインク吐出部と、
前記インク吐出部を第一面に備え、該第一面とは反対側の第二面に少なくとも一つの凹部を有する基板と、
前記インク吐出部から前記基板へ伝えられた熱を外部へ放出する放熱部材であって、前記凹部の形状に合わせて形成された凸部を有し、該凸部が前記凹部に埋め込まれた状態で前記第二面に接合された放熱部材と、を備えた、インクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
外部からのインクを前記インク吐出部へ供給するためのインク供給路であって、前記基板および前記放熱部材を貫通した貫通穴からなるインク供給路をさらに備えた、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記基板の、前記インク供給路が形成されている供給路形成領域における、前記インク供給路に沿った方向の寸法は、前記基板の、前記供給路形成領域の以外の供給路非形成領域における該方向の寸法よりも小さく、
前記凹部が少なくとも前記供給路形成領域の前記第二面に形成されている、請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記放熱部材は、前記基板よりも高い精度で貫通穴を形成することができる材料からなり、
前記インク供給路は、前記放熱部材の凸部に囲まれるように形成されている、請求項２または３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記放熱部材が、Ａｕ，Ｔａ，Ｐｔ，Ｉｒのいずれか一つの金属、又はこれらの金属のうちの少なくとも２つからなる合金である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
内部に供給されたインクに熱を加えることにより該インクを外部へ吐出するための圧力を該インクに付与するインク吐出部と、該インク吐出部を第一面に備え、該第一面とは反対側の第二面に少なくとも一つの凹部を有する基板と、前記インク吐出部から該基板へ伝えられた熱を外部へ放出する放熱部材であって、前記凹部の形状に合わせて形成された凸部を有し、該凸部が前記凹部に埋め込まれた状態で前記第二面に接合された放熱部材と、を備えたインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
基板の前記第二面に前記少なくとも一つの凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部に前記放熱部材の材料を充填した状態で前記第二面を覆うようにして前記放熱部材を形成する放熱部材形成工程と、
を含む、インクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項７】
外部からのインクを前記インク吐出部へ供給するためのインク供給路であって、前記基板および前記放熱部材を貫通した貫通穴からなるインク供給路をさらに備えたインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記放熱部材形成工程において形成された前記放熱部材の、前記インク供給路に対応する部分を除去して前記第二面を露出させる工程と、
前記放熱部材の残存部をエッチングマスクとして、エッチングにより、前記露出されている第二面から前記インク供給路に対応する部分の前記基板を除去して前記インク供給路を形成する工程と、
を含む、請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記基板の、前記インク供給路が形成されている供給路形成領域における、前記インク供給路に沿った方向の寸法が、前記基板の、前記供給路形成領域の以外の供給路非形成領域における該方向の寸法よりも小さく、前記凹部が少なくとも前記供給路形成領域の前記第二面に形成されている、インクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記凹部形成工程の前に、前記基板の、前記供給路形成領域を部分的に除去して、該供給路形成領域を前記供給路非形成領域よりも薄くする工程をさらに含み、
前記凹部形成工程において、少なくとも前記供給路形成領域の前記第二面に前記凹部を形成する、請求項７に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項１】
内部に供給されたインクに熱を加えることにより該インクを外部へ吐出するための圧力を該インクに付与するインク吐出部と、
前記インク吐出部を第一面に備え、該第一面とは反対側の第二面に少なくとも一つの凹部を有する基板と、
前記インク吐出部から前記基板へ伝えられた熱を外部へ放出する放熱部材であって、前記凹部の形状に合わせて形成された凸部を有し、該凸部が前記凹部に埋め込まれた状態で前記第二面に接合された放熱部材と、を備えた、インクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
外部からのインクを前記インク吐出部へ供給するためのインク供給路であって、前記基板および前記放熱部材を貫通した貫通穴からなるインク供給路をさらに備えた、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記基板の、前記インク供給路が形成されている供給路形成領域における、前記インク供給路に沿った方向の寸法は、前記基板の、前記供給路形成領域の以外の供給路非形成領域における該方向の寸法よりも小さく、
前記凹部が少なくとも前記供給路形成領域の前記第二面に形成されている、請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記放熱部材は、前記基板よりも高い精度で貫通穴を形成することができる材料からなり、
前記インク供給路は、前記放熱部材の凸部に囲まれるように形成されている、請求項２または３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記放熱部材が、Ａｕ，Ｔａ，Ｐｔ，Ｉｒのいずれか一つの金属、又はこれらの金属のうちの少なくとも２つからなる合金である、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
内部に供給されたインクに熱を加えることにより該インクを外部へ吐出するための圧力を該インクに付与するインク吐出部と、該インク吐出部を第一面に備え、該第一面とは反対側の第二面に少なくとも一つの凹部を有する基板と、前記インク吐出部から該基板へ伝えられた熱を外部へ放出する放熱部材であって、前記凹部の形状に合わせて形成された凸部を有し、該凸部が前記凹部に埋め込まれた状態で前記第二面に接合された放熱部材と、を備えたインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
基板の前記第二面に前記少なくとも一つの凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部に前記放熱部材の材料を充填した状態で前記第二面を覆うようにして前記放熱部材を形成する放熱部材形成工程と、
を含む、インクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項７】
外部からのインクを前記インク吐出部へ供給するためのインク供給路であって、前記基板および前記放熱部材を貫通した貫通穴からなるインク供給路をさらに備えたインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記放熱部材形成工程において形成された前記放熱部材の、前記インク供給路に対応する部分を除去して前記第二面を露出させる工程と、
前記放熱部材の残存部をエッチングマスクとして、エッチングにより、前記露出されている第二面から前記インク供給路に対応する部分の前記基板を除去して前記インク供給路を形成する工程と、
を含む、請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記基板の、前記インク供給路が形成されている供給路形成領域における、前記インク供給路に沿った方向の寸法が、前記基板の、前記供給路形成領域の以外の供給路非形成領域における該方向の寸法よりも小さく、前記凹部が少なくとも前記供給路形成領域の前記第二面に形成されている、インクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記凹部形成工程の前に、前記基板の、前記供給路形成領域を部分的に除去して、該供給路形成領域を前記供給路非形成領域よりも薄くする工程をさらに含み、
前記凹部形成工程において、少なくとも前記供給路形成領域の前記第二面に前記凹部を形成する、請求項７に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５８１４６（Ｐ２０１２−１５８１４６Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７８５（Ｐ２０１１−２０７８５）
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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