JP2002154211A

JP2002154211A - インクジェット記録ヘッドの製造方法、インクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2002154211A
Application number: JP2000353399A
Authority: JP
Inventors: Masataka Sakaeda; 正孝榮田; Akihiko Shimomura; 明彦下村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2002-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】非常に小さなインク滴の吐出が可能で、か
つ、インク滴の着弾精度を向上させる。【解決手段】まず、金属基板９上に、エポキシ系の感
光性樹脂をスピンコートし、プリベークすることで第１
の層１０を形成する。次に、第１の層１０上に、再度エ
ポキシ系のポジ型の感光性樹脂をスピンコートし、プリ
ベークすることで第２の層１１を形成する。次に、吐出
口３の直径の領域内のみ露光光を透過するマスク２２に
て紫外線露光を行う。次に、露光光の透過率が序々に変
わるグラデーション部２５をもったグラデーションマス
ク２３にてさらに紫外線露光を行う。次に、露光部を周
知の手法で除去した後、この状態のオリフィスプレート
１を硬化処理を行う。最後に、金属基板９を希塩酸、希
硫酸、あるいはこれらの有機酸との混合物により溶解す
ることで、直線部１２と曲線部１４とが形成された吐出
口３を有するオリフィスプレート１が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】インクを紙などの被記録媒体
に吐出することで画像を記録するインクジェット記録ヘ
ッドの製造方法、インクジェット記録ヘッド、およびイ
ンクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリント方式は、その原
理の一つが米国特許第４７２３１２９号に開示されてい
るが、プリンタ製品として１９８５年くらいからオンデ
マンド方式で、広く普及しはじめてきた。

【０００３】インクを吐出するインクジェット記録ヘッ
ドは、特開平３−１０１９４４号公報や特開平６−８４
４７号公報、あるいは、特開平９−１８３２２８号公報
に開示されているように、ポリイミド、ポリサルフォ
ン、ニッケル、ステンレスなどで構成されるオリフィス
プレートが使用されている。これらの材料を用いるイン
クジェット記録ヘッドは、レーザ加工やメッキ、打ち抜
きなどの手法により吐出口が形成されている。

【０００４】ポリイミドは、フィルム状態にしか形成で
きないことから、フィルムやプレートとして使用されて
きたが、その熱膨張係数がシリコン板の熱膨張係数に対
して、両者を接合して使用可能レベルな程度の差である
ため、エキシマレーザで加工されることで、オリフィス
プレートとしてインクジェット記録ヘッドでは使用され
ている。

【０００５】ポリサルフォンは、強靭でかなり高い温度
までの耐熱性があり、成形樹脂として使用可能であり、
さらに、エキシマレーザ加工が可能であることでインク
ジェット記録ヘッドのオリフィスプレートやオリフィス
プレートの構成体として使用されてきた。

【０００６】一方、ニッケルやステンレスは金属である
ため、その耐摩耗性は良好である。しかしながら、その
性質上微細加工が困難なために、比較的簡単な形状の吐
出口程度の形成しかできず、主に、オリフィスプレート
として使用されてきた。さらに、熱膨張係数がシリコン
やセラミックスなどより高いため、長さが短いインクジ
ェット記録ヘッドは形成できるが長いインクジェット記
録ヘッドでは、熱膨張による変形の影響が無視できなく
なり、使用が困難であるという欠点を有している。従来
技術の一例としては、ニッケル製のオリフィスプレート
をメッキで形成し、インクに腐食されないように金メッ
キしたオリフィスプレートを用いたインクジェット記録
ヘッドが特開平８−５８０９４号公報に開示されてい
る。

【０００７】これらのオリフィスプレートは、１０ｐｌ
程度のインクジェットの液滴を吐出するレベルの画像で
あれば問題は特に発生しなかった。このレベルの画像品
位としては若干、粗い写真調の画像品位であり、肉眼で
は３０ｃｍ程度プリント画像から目を離せばほとんどイ
ンクジェットの液滴の粒子（プリントされた１ドット）
は確認できないレベルのものであった。

【０００８】しかしながら、さらに、高品位の写真調の
画像をプリントしようとすると、そのインクジェットの
液滴の大きさを３ｐｌ、もしくは、２ｐｌ以下の液滴の
体積とせざるをえない状況となってきた。

【０００９】これは、液滴の体積はその液滴の半径の３
乗に比例するために、インクジェットでのプリント粒子
（プリントドット）の大きさを半分にするためには、体
積を１／３乗にする必要があるためである。

【００１０】人間の肉眼では、直径約４５〜４８μｍの
大きさ以下のドットは認織できないものである。一方、
インクジェットの液滴で８〜１０ｐｌ程度で、インクジ
ェットのプリント粒子の大きさは直径５０〜６０μｍ程
度となる。従って、４ｐｌ程度にすれば、人間の目の認
識範囲以下となる。

【００１１】しかし、色調は一般にＹ（黄色）、Ｍ（マ
ゼンタ）、Ｃ（シアン）の組み合わせで形成されるため
に、これらのインクジェットのプリント粒子の組み合わ
せにより、１ドットが形成される。そこで、この色のド
ットの組み合わせで、直径約４５〜４８μｍの大きさ以
下のドットの大きさとする必要が生じてくるのである。
基本的には、ドットは３０％以上程度重ね合わせるよう
に配置しているために、１ドットの大きさを直径３０μ
ｍ以下にすれば、ほぼ、人間の肉眼認識範囲未満とな
り、滑らかな、粒状感のない高品位の写真調画像とな
る。一般に銀塩写真の粒子は３０００ｄｐｉといわれ、
直径１０μｍ程度である。したがってこのレベルまでは
達せずとも、おおよそ１ドットの大きさを直径３０μｍ
程度以下にすればよい。

【００１２】ところが、１ドットの大きさを直径３０μ
ｍ程度にするには、インクジェットの液滴の体積は２〜
３ｐｌとなってしまう。このように、超微少な液滴をイ
ンクジェット吐出することは大変困難である。その理由
は、液滴の体積が非常に小さいために、インクジェット
のオリフィスプレートの吐出口の直径を１０μｍ以下と
し、曲線と直線がなだらかに連続した形状の吐出口を形
成するのが困難なことと、インクジェットの吐出におけ
る着弾精度を向上させることが困難なためである。

【００１３】着弾精度を向上させるために、特開平１１
−９９７号公報では、図９に示すように、インクジェッ
トの吐出口２０３の直線部２１４を記録媒体と垂直に
し、かつ、その直線部２１４の長さの比率を吐出口２０
３の直径の２０〜８０％として、インクの吐出飛翔方向
の変化をもたせている例が開示されている。この公報に
よると、直線部２１４が形成されることで、インクの吐
出方向の流抵抗が減少し、直線部２１４を流れるインク
の吐出速度が向上し、曲線部分２１３を流れるインクよ
り速いために、出口でインクの飛出し方向のベクトルが
曲がり、吐出方向の制御が可能な旨が記載されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−９９７号公報では、インクジェットの加熱時間を
制御することで、インク液滴を大小に可変させることが
できることにより、３０ｐｌ程度の液滴や８ｐｌの液滴
を吐出制御できる旨の記載があるが、吐出口２０３の形
状の形成方法についての記載は一切見られない。また、
この事例では直線部２１２と曲線部２１４はある角度を
持った屈曲点２１３を形成して接続している。この屈曲
点２１３があるとインクジェットの吐出の際に流れのよ
どみや乱流を発生し、良好な吐出が形成されないことが
確認されている。ましてや、曲線部２１４と直線部２１
３とが円滑に連続している３ｐｌや２ｐｌ程度の吐出量
に対応する吐出口２０３や、その形成方法の技術に関す
る記載は全く見られない。

【００１５】つまり、従来技術の問題点としては、イン
クジェットの液滴が２〜３ｐｌとなると、吐出口の直径
が１０μｍ以下に形状の各吐出口におけるバラツキを少
なくして形成する必要が生じるが、このような微細な加
工を行うことがかなり困難であるという点が挙げられ
る。

【００１６】さらに、インクジェットの液滴の大きさが
２〜３ｐｌとなると、液滴の飛翔速度が低くなり、ま
た、飛翔中の空間の空気の抵抗や流れの影響を受けてイ
ンクジェット液滴の飛翔方向がゆらぎ、紙などの媒体へ
の着弾精度がズレて、画像品位を低下させることがあ
る。また、吐出口の大きさが小さくなると、インクジェ
ット吐出機能部の中心と吐出口の中心の位置精度がずれ
易く、インクジェット吐出の方向のズレを生じてしまう
場合もある。

【００１７】インクジェット吐出の方向のズレをなくす
ために、オリフィスプレートに形成される吐出口の形状
は、特開平８−５８０９４号公報に開示されるように、
なだらかな曲線の断面を持つように形成されているもの
もある。これは、インクジェット吐出での液滴の飛翔方
向を安定させる一つの手法であり、ノーダルホーン構造
として、縦波振動伝播を利用する機構には広く採用され
ているものである。ノーダルホーン構造は、とくに、超
音波溶着機のホーンやスピーカーのコーンなどに採用さ
れている。

【００１８】しかしながら、厚さ１０〜３０μｍ程度の
オリフィスプレートにおいて、吐出口の出口から１０μ
ｍ程度が円筒形でその先は、２次曲線を引くように断面
が広くなるよう形状のオリフィスを形成することはほと
んど不可能である。つまり、従来のメッキや打ち抜き加
工では、直線的な断面を有する円筒形の吐出口の部分
は、オリフィスプレートの厚さの１／１０程度しか形成
できず、ましてや、打ち抜き加工により、直径１０μｍ
以下の吐出口を形成することはまず不可能である。ま
た、レーザ加工では、直線的になり過ぎて、ノーダルの
部分が形成できない。

【００１９】そこで本発明は、非常に小さなインク滴の
吐出が可能で、かつ、その吐出方向が安定することでイ
ンク滴の着弾精度を向上させることが可能なインクジェ
ット記録ヘッドの製造方法、インクジェット記録ヘッ
ド、およびインクジェット記録装置を提供することを目
的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】そこで、発明者らは、こ
のような従来技術の問題点を解決するために、以下のよ
うな手段を見出した。

【００２１】吐出口の形成は、ポリイミド系やエポキシ
系などの樹脂のフイルムを溶媒樹脂と一緒に塗工後プリ
ベークと感光露光などのフォトリソグラフィ工程で形成
する手段を用いて円筒形のオリフィスを形成することと
した。また、感光露光に際して、露光光の透過率が均一
でなく、徐々に透過率が変化する、いわゆるグラデーシ
ョンの形成されたマスクを用いて露光感光し、インクの
入口側をなだらかなノーダル形状に加工する方法を採用
することとした。このようにグラデーションの形成され
たマスクを用いて加工すれば、直径１０μｍ程度以下の
吐出口においてもインクジェットのインクの入口側をノ
ーダル形状に形成することは可能である。さらに、イン
クジェット吐出オリフィスが直径１μｍ程度までも形成
可能である。

【００２２】その後、金属などの保持基板を酸などの溶
液でエッチングすれば、ノーダルホーン形状をした吐出
口を持つオリフィスプレートを形成できる。

【００２３】この方法で形成された吐出口の特徴は、グ
ラデーションのパターンの形状により、その断面は任意
の曲線にほぼ形成可能である。この曲線部を、インクジ
ェット吐出オリフィスの深さの１／１０〜１／３程度の
ほぼ真っ直ぐな円筒形の部分に連続させて形成すること
も可能である。

【００２４】このような方法にて形成した吐出口は、ノ
ーダル形状の曲線部分と直線形状の部分が連続的に形成
できるので、インクの吐出時のインクジェット吐出の塑
性波の進行方向が連続的であり、直線部分を持つこと
で、塑性波の進行方向が確実に一定化される特徴を有す
る。

【００２５】特に、インクジェット吐出を引き起こすイ
ンクジェット塑性波の中心と、吐出口の中心が位置的な
ズレを生じている場合、以下のようなメカニズムにおい
て、吐出方向の一定化が実現される。

【００２６】すなわち、インクジェット吐出を誘引する
泡の発泡現象は、発泡の中心がズレた場合、このズレた
位置を中心に泡の拡大が起こり、この瞬間的な拡大によ
りインクが加速されてインクジェットとなってインクを
吐出するのであるが、インクジェットの吐出方向に壁も
しくは障害物がある場合には、その障害物の距離に反比
例して抵抗を受ける。この抵抗が大きければ、その方向
への泡の拡大は阻害され、別方向への泡の拡大となる。
次に、泡の拡大により動き出したインクは、今度はその
障害物からの粘性抵抗を受ける。この粘性抵抗の大きさ
は壁や障害物との距離に反比例する。

【００２７】したがって、泡とインクの界面付近にある
インクは、壁や障害物から、距離の２乗に反比例した力
を受け続けることとなる。壁の面が曲線を描いている場
合、壁からの拒離はある特定点からは、２乗以上の高次
の関数に反比例する抵抗を受ける。よって、インクの運
動は、発泡における瞬間的な爆発発泡力と、壁からの抗
力の位置的時間的な変化とによって規定されることとな
る。

【００２８】したがって、泡の拡大方向は、吐出液室の
最も抵抗の低い吐出口の中心部分へ向って、時間の関数
でいえば、４次曲線的に収束されることとなり、インク
ジェットの塑性波が吐出口の中心へと向うわけである。
この吐出口の中心へと向ったインクジェットの塑性波
が、吐出口の出口付近で壁面の直線部分が長いと直線方
向へとベクトルを収斂され、インクの吐出方向と一致す
ることとなる。このようにして、たとえ発泡の泡の中心
がなんらかの理由により、液室の中心よりもズレたとし
ても、出口付近では完全な１方向へ収斂されたインクジ
ェットの流れとなるのである。

【００２９】よって、例えば２ｐｌのインク液滴であれ
ば、吐出口の直径が８μｍの場合、約４０μｍの長さの
液柱となって、ベクトルをそろえることが可能となる。
しかしながら、直径が２０μｍの吐出口であれば、その
長さは６．５μｍ程度となり、ほとんど平板柱状態であ
り、ベクトルはそろえられない。このように、インクジ
ェットの吐出方向を安定させるには、吐出された液柱の
長さを液柱の底面の長さの２倍以上にすることが望まれ
る。

【００３０】ところで、上述のオリフィスプレート形成
方法を行うにあたり、新たな問題点が確認された。それ
は、以下に掲げる６つの問題点である。オリフィスのエッチングで直線部分を形成しにくい点オリフィスプレートの基板プレートをエッチングで除
去すると、オリフィスプレートが残留応力によりカール
状に反り、正確な接合が困難な点オリフィスプレートの基板をエッチング除去するのに
シリコン基板を基板として用いると、エッチングに時間
がかかり工数が増加し、かつ、基板が高価であり経済的
に効率が悪い点オリフィスプレートが極端に薄いために、取り扱いが
非常に不便で、簡単に破れたり、亀裂が入って取り扱い
しにくい点インクジェット吐出手段と接合した時点の接合強度が
弱く、剥離しやすい点インクジェット吐出手段の外部電気接点が取り難い点
の以上６つの問題点である。

【００３１】これらの問題点の解決手段や方法につい
て、順次説明していく。

【００３２】：直線部分を形成するには、グラデーシ
ョンの形成されていないマスクで露光を行い、次に、グ
ラデーションの形成されたマスクで露光を行うこと、お
よび、その露光時間や露光照度を変えることで、直線部
分と曲線部分を形成することが可能である。

【００３３】グラデーションマスクは、露光光線の波長
以下のドットを形成することで、なだらかな露光減衰曲
線を得て、オリフィスの断面の曲線状態を得ることが可
態である。

【００３４】：オリフィスプレートの反りの原因は、
塗工した感光性樹脂の厚さが１０μｍ以上と厚いため
に、溶媒の飛散、除去の度合いが基板面近傍と表層面と
では異なること、および、基板と感光性樹脂の熱膨張係
数が大きくことなることが主因であることが確認され
た。そこで、感光性樹脂の塗工を１回で１０μｍ以上行
うのでは無く、厚さ５μｍ程度に複数回分けて行うこと
とした。

【００３５】塗工を５μｍ程度行い、プリベークを実施
し、次に、塗工とプリべークを行うというように、複数
回に分けて溶媒を飛散させることとした。さらに、シリ
コン基板の上に感光性樹脂を塗工、プリべーク露光、現
像、キュアーなどを行いオリフィスプレートを形成した
のちに、基板を溶解除去するとそれでも僅かながらの反
りが発生した。これは、キュアー温度が１８０℃以上と
高く、この段階で最終的に感光性樹脂の分子結合が形成
されるわけであるが、室温に戻る段階で表層部はほぼ自
由に熱収縮可能であるのに対し、基板近傍部はシリコン
基板とほぼ仮接合しているために自由に収縮不可能であ
る。そこで、感光性樹脂とほぼ熱膨張係数が同じ金属類
で塗工基板を形成する手段を採用した。その結果、鉄や
ニッケル、銅などではそのオリフィスプレートの反りは
かなり低減されほとんど平坦状態となった。

【００３６】：シリコン基板は、酸には不働体膜を形
成し良好に溶解しない。また、シリコン基板は、ＨＦ
（フッ酸）には溶けるが、感光樹脂膜まで損傷をうけて
しまう。さらに、アルカリには溶解するが、かなりの溶
解時間を必要とし、６０℃、５〜１０質量％程度のＮａ
ＯＨの強アルカリ液でも、４０時間程度必要である。そ
こで、鉄や銅ニッケル、錫などの酸に溶解しやすい金属
を基板として用い、この金属基板を溶解することとし
た。その結果、希塩酸、希硫酸、あるいは、これらの有
機酸との混合酸により、室温付近でわずか４時間程度で
基板を溶解除去することが可能であった。また、シリコ
ン基板は高価であるが、これらの一般金属板は廉価であ
り、経済的にも有利である。

【００３７】：オリフィスプレートは厚さが１０μｍ
程度、厚くても３０μｍ程度の厚さしかないので、撓み
やすく、かつ、破れやすいため、取り扱いが困難であ
り、インクジェット吐出手段との接合時においても、良
好に位置合わせを行う必要があるが、この位置合わせも
困難である。

【００３８】そこで、基板の溶解除去において、部分的
に溶解阻止膜を形成し、格子状に基板を残すことで、残
留基板をオリフィスプレートの取り扱いのための保持基
板とすることとした。その結果、この剛性の高い基板を
吸着や吸引で保持して取り扱うこととなり、インクジェ
ット吐出手段と良好な接合を行うことが可能となった。
特に、ニッケルや鉄板は磁気に反応するために、磁気吸
着搬送が可能で、取り扱いが非常に簡便となった。

【００３９】：オリフィスプレートは、スピンコート
にて形成されるためにオリフィスを除く部分は平坦で平
面で極端にいえば鏡面である。この状態のものを、厚さ
１〜２μｍ程度の接着剤を介して、インクジット吐出手
段に接合しても、ある程度の接合強度は得られるが、部
分的に剥離する場合がある。こうなると、インクジェッ
ト吐出の瞬間に剥離部分が僅かに盛り上がり、インクジ
ェット吐出に支障をきたす。そこで、スピンコートの面
に０．３〜０．５μｍ以下の僅かな凹凸を形成すること
とした。このようにした結果、接着剤がこの凹凸の部分
に侵入し、接合面を増やすことと、掛かり分を形成する
アンカー効果により、接合強度を向上させることが可能
となった。

【００４０】この方法には、プリべークした後、もしく
は、露光後、あるいは、現像後でまだ感光樹脂が完全に
結合硬化していない段階で０．３〜０．５μｍ以下程度
の凹凸のある金属ロールを軽く押し当て、凹凸を微妙に
形成することとした。もっとも、形成容易であったの
は、プリベークと露光後であった。また、別の方法とし
ては、マスクに、２〜３μｍ程度の円、あるいは、多角
形を無数に形成し、露光を制限することで、凹凸を形成
することも可能である。あるいは、感光性樹脂と同等な
材質の粒径０．３μｍ以下程度の粉末を溶媒に１％程度
溶かし、これを、プリベーク膜の上にスプレーコート、
もしくは、スピンコート乾操することでも可能である。
この処理は露光後、行ってもよい。ただし、現像後行う
のは好ましいものではない。

【００４１】：インクジェット吐出手段を駆動させる
には、駆動信号や電力を供給する手段をインクジェット
吐出手段に電気的に接合する必要がある。しかしなが
ら、その接合領域は、インクジェット吐出手段のある規
定された面に固定される。というのは、吐出手段はシリ
コン基板の上に形成された電気回路と発熱抵抗体やその
保護膜で形成されているので、これを使用するには大き
な一枚のシリコンウェハから４面を切断して切り出すこ
とで使用されることとなる。そうなると、シリコンウェ
ハの内部を縦方向へ貫通して電気接点が形成されている
わけではないので、電気接合領域はインクジェット吐出
手段の形成された面に形成せざるを得ない。そこで、電
気信号接点を形成するために、オリフィスプレートに開
口部を設けて、電気信号接点を形成するようにした。

【００４２】以上の点を考慮した本発明のインクジェッ
ト記録ヘッドの製造方法、前記インクジェット記録ヘッ
ド、およびインクジェット記録装置を以下に記す。

【００４３】すなわち、本発明のインクジェット記録ヘ
ッドの製造方法は、インクを吐出させるために利用され
るエネルギを発生するエネルギ発生素子を備えた液流路
が形成されたインクジェット記録素子と、前記インクジ
ェット記録素子に接合され、前記各液流路に対応する部
位にそれぞれ、前記各液流路と連通する複数のオリフィ
スが形成されたオリフィスプレートとを有するインクジ
ェット記録ヘッドの製造方法において、前記各オリフィ
スの最小径に対応する部分と前記各オリフィスの最大径
に対応する部分との間での露光光の透過率が序々に変化
しているような透過率分布をもつグラデーションマスク
を用いて、前記オリフィスプレートとなるべき感光性樹
脂からなる少なくとも１層の感光性樹脂層を露光処理
し、前記オリフィスの側断面の一部が曲線となるように
前記各オリフィスを形成する工程を含むことを特徴とす
る。

【００４４】上記のとおりの本発明のインクジェット記
録ヘッドの製造方法は、透過率分布をもつグラデーショ
ンマスクを用いて、オリフィスの側断面の一部が曲線と
なるようにオリフィスを形成する工程を含む。つまり、
例えば、ポジ型のグラデーションマスクの場合、オリフ
ィスの最小径に対応する部分からオリフィスの最大径に
対応する部分に向かって露光光の透過率が序々に低くな
るようにすることで、感光性樹脂の厚さ方向の露光量が
オリフィスの最小径の部分からオリフィスの最大径の部
分に向かって小さくなるため、オリフィスの側断面の一
部が曲線形状に形成される。そして、このような露光処
理を用いた加工により、オリフィスの、インクの出口側
の直径が１０μｍ程度以下のものにおいても、入口側
を、インクの吐出時のインクジェット吐出の塑性波の進
行方向を連続的とすることができるなだらかな曲線のノ
ーダル形状に加工することが可能となる。

【００４５】また、透過率分布をもたないマスクを用い
て、側断面の一部が直線となるように感光性樹脂層を露
光し、各オリフィスを形成する工程を含むものであって
もよい。この場合、吐出口の中心へと向ったインクジェ
ットの塑性波のベクトルと、インクの吐出方向とを一致
させるための直線部分を形成できるため、インクの着弾
精度をさらに向上させることができる。

【００４６】また、金属基板上に、感光性樹脂からなる
第１の感光性樹脂層を形成する工程と、第１の感光性樹
脂層上に、少なくとも１層の感光性樹脂層を積層して形
成する工程とを有する層形成工程を含むものであっても
よい。この場合、最終的に感光性樹脂の分子結合を形成
させるために行われるキュアーの際のキュアー温度から
室温に戻る段階での、金属基板に接触していない感光性
樹脂層の解放面側と、金属基板に仮接合されている第１
の感光性樹脂層の仮接合面側との熱収縮の度合いを略等
しくすることができるため、形成されたオリフィスプレ
ートのカール状の反りを低減させて略平坦なオリフィス
プレートを形成することができる。

【００４７】また、撥インク性を呈する材料を含有させ
て、第１の感光性樹脂層を撥インク層とする工程と、撥
インク層上に、少なくとも２層の感光性樹脂層を積層し
て形成する工程とを含むものであってもよい。この場
合、撥インク性の第１の感光性樹脂層をインクジェット
吐出側の面とすることで、連続してインクジェット吐出
を行う場合において、インクのミストの付着によるイン
クジェット吐出方向の変動やバラツキを回避することが
可能となる。

【００４８】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
の製造方法は、金属基板として、磁性を有する金属を用
いるものであってもよく、鉄、あるいはニッケルからな
る金属基板を用いるものであってもよい。この場合、保
持基板としてとして用いられる金属基板に銅やニッケル
などの一般金属を用いるため、保持基板の除去の高速化
や、基板自体のコストの面からも経済的に非常に有利
で、生産性も高くなる。

【００４９】また、金属基板として、シリコンの溶解除
去に要する時間よりも短時間で溶解除去可能な金属を用
いるものであってもよいし、亜鉛、あるいは錫からなる
前記金属基板を用いるものであってもよい。

【００５０】また、第１の感光性樹脂層を、金属基板の
鏡面加工された面上に形成する工程を含むものであって
もよい。

【００５１】また、第１の感光性樹脂層を、金属基板
の、最大高さＲｍａｘが０．５μｍ以下の表面粗さの面
上に形成する工程を含むものであってもよい。

【００５２】また、金属基板を部分的に溶解除去するこ
とでオリフィスプレートの保持部を形成する工程を含む
ものであってもよい。この場合、例えば、格子状に金属
基板を残すことで、剛性の高い基板を吸着や吸引で保持
して取り扱うこととなり、インクジェット記録素子と良
好な接合を行うことが可能となった。特に、ニッケルや
鉄板は磁気に反応するために、磁気吸着搬送が可能で、
取り扱いが非常に簡便となる。鉄やニッケルの合金であ
って、強磁性を有しており、磁気的に吸着、搬送移動で
きるものであれば、前記基板は何でも良い。

【００５３】また、層形成工程で感光性樹脂層を順次積
層する際、感光性樹脂層をプリベークする工程と、感光
性樹脂層を乾燥する工程とが終了してから次の感光性樹
脂層を積層する工程を含むものであってもよい。

【００５４】また、各感光性樹脂層のうちの、最後に形
成される第２の感光性樹脂層の、インクジェット記録素
子に接合される面に最大高さＲｍａｘが１μｍ以下の複
数の凹凸を形成する工程を含むものであってもよい。こ
の場合、接着剤がこの凹凸の部分に侵入し、接合面を増
やすことと、掛かり分を形成するアンカー効果により、
接合強度を向上させることが可能となった。

【００５５】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
の製造方法は、インクジェット記録素子に接合する前
に、一括して製造された複数のオリフィスプレートを個
々のオリフィスプレートとして切り離す切断工程を含む
ものであってもよいし、あるいは、インクジェット記録
素子に接合した後に、一括して製造された複数のオリフ
ィスプレートを個々のオリフィスプレートとして切り離
す切断工程を含むものであってもよく、この切断工程に
おける切り離しにレーザを用いるものであってもよい。

【００５６】本発明のインクジェット記録ヘッドは、イ
ンクを吐出させるために利用されるエネルギを発生する
エネルギ発生素子を備えた液流路が形成されたインクジ
ェット記録素子と、前記インクジェット記録素子に接合
され、前記各液流路に対応する部位にそれぞれ、前記各
液流路と連通する複数のオリフィスが形成されたオリフ
ィスプレートとを有するインクジェット記録ヘッドであ
って、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法に
より製造されたものであることを特徴とする。

【００５７】上記の通り、本発明のインクジェット記録
ヘッドは本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法
により製造されているため、オリフィスのインクの入口
側がなだらかな曲線のノーダル形状で、出口側の直径が
１０μｍ程度以下、さらには直径１μｍ程度のオリフィ
スを有する。このため、インクの吐出時のインクジェッ
ト吐出の塑性波の進行方向が連続的となる。また、オリ
フィスが曲線部に加えて直線部を有する場合、塑性波の
進行方向が確実に一定化され、液滴の飛翔方向を安定さ
せることができる。

【００５８】また、オリフィスの、インクが流入する入
口側の直径が、インクが吐出される出口側の直径の１．
５倍以上であってもよいし、オリフィスの、インクが流
入する入口側の開口面積が、インクが吐出される出口側
の開口面積の２．２５倍以上であってもよいし、さらに
は、出口側の直径が１０μｍ以下であってもよいし、ま
た、入口側の曲率半径が１０μｍ以下であってもよい
し、オリフィスプレートの厚さが２０μｍ以下であって
もよい。

【００５９】また、感光性樹脂はエポキシ系樹脂であっ
てもよいし、ポリイミド系樹脂であってもよい。

【００６０】また、オリフィスプレートは、エネルギ発
生素子に電気信号を供給するための開口が形成されてい
るものであってもよい。

【００６１】また、側断面が直線である直線部の長さ
は、オリフィスプレートの厚さの１／１０〜１／２であ
ってもよい。

【００６２】また、撥インク層の撥インク面がオリフィ
スプレートの、インクが吐出される出口側の面であって
もよい。

【００６３】また、エネルギ発生素子は、インク吐出用
の熱エネルギを発生する電気熱変換体であってもよく、
電気熱変換体によって印加される熱エネルギにより、イ
ンクに生ずる膜沸騰を利用してオリフィスからなる吐出
口よりインクを吐出させるものであってもよい。

【００６４】本発明のインクジェット記録装置は、被記
録媒体を搬送する搬送手段と、インクを吐出し、前記被
記録媒体に記録を行う本発明のインクジェット記録ヘッ
ドを保持し、かつ、前記被記録媒体の搬送方向に対して
略直角方向に往復移動する保持手段とを有することを特
徴とする。

【００６５】上記の通り、本発明のインクジェット記録
装置は、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法
により製造されたインクジェット記録ヘッドにより記録
を行う。このため、非常に小さなインク滴が安定して吐
出されることとなり、記録画像の画質を向上させること
ができる。

【００６６】

【発明の実施の形態】図１（ａ）に本発明の一実施形態
であるインクジェット記録ヘッドの斜視図、図１（ｂ）
に分解斜視図を、また、図２に、インクジェット記録素
子の平面図をそれぞれ示す。

【００６７】インクジェット記録ヘッド３００は、電気
熱変換素子１００が設けられた記録素子基板７０、およ
びインク流路８１が形成されたインク流路形成部材８０
からなるインクジェット記録素子２００と、吐出口３が
形成されたオリフィスプレート１とを有する。

【００６８】記録素子基板７０の電気熱変換素子１００
は、各インク流路８１に対応し、各吐出口３に対面する
ように設けられている。記録素子基板７０に形成されて
いる、電気熱変換素子１００と、電気熱変換素子１００
に電力を供給するＡｌ等の不図示の電気配線とは、成膜
技術により形成されている。

【００６９】インク流路８１は、記録素子基板７０上
に、シランカップリング剤などで接合強度補助処理を行
った後に、エポキシ感光剤をスピンコートし、次に、エ
ポキシ系の感光性接着剤をスピンコートし、その後、プ
リベークし、所定のインク流路パターンを持ったマスク
で紫外線露光を行い、さらにメチルイソブチルケトンで
現像処理し、さらに、硬化処理することで形成した。

【００７０】オリフィスプレート１に形成された、吐出
口３に連通する流路２５の断面形状は、インクが流入す
る入口側１８が開き、後述の直線部１２に向かって窄ま
った曲線のノーダル形状で形成される曲線部１４と、曲
線部１４と滑らかに繋がり、インクの吐出される出口側
１８に向かって窄まった直線のテーパ形状からなる直線
部１２とからなる。

【００７１】また、本実施形態のオリフィスプレート１
には、吐出口３以外に電気信号接続用の開口孔２０を有
する。これは、以下の問題に対応するためである。

【００７２】インクジェット記録ヘッド３００を駆動さ
せるには、外部からの駆動信号や電力を供給する手段を
インクジェット記録ヘッド３００に電気的に接合する必
要がある。しかしながら、その接合領域は、インクジェ
ット記録ヘッド３００を構成する記録素子基板７０のあ
る規定された面に固定される。というのは、記録素子基
板７０はシリコン基板の上に形成された電気回路と電気
熱変換素子１００やその保護膜で形成されているので、
これを使用するには大きな一枚のシリコンウェハから４
面を切断して切り出すことで使用されることとなる。そ
うなると、シリコンウェハの内部を縦方向へ貫通して電
気接点が形成されているわけではないので、電気接合領
域は記録素子基板７０の面上に形成せざるを得ない。そ
こで、電極２０を形成するために、オリフィスプレート
１に開口孔２０を設けて、電極２１を形成するようにし
た。

【００７３】なお、オリフィスプレート１の形成方法に
関しては後述する。

【００７４】上述したようにして形成されたインクジェ
ット記録素子２００に対してオリフィスプレート１を位
置決めし、そして、オリフィスプレート１をインクジェ
ット記録素子２００に熱プレス接合した。この際、接着
剤はエポキシ系ポリマを用いた。

【００７５】なお、インクジェット記録素子２００とオ
リフィスプレート１との接合は、一括して製造された複
数のオリフィスプレート１を個々のオリフィスプレート
１として切り離す前に行うものであってもよいし、切り
離した後に行うものであってもよい。

【００７６】以上のような構成のインクジェット記録ヘ
ッド３００は、インク流路８１を介して供給されたイン
クを電気熱変換素子１００に、電気配線を介して電力を
供給することで発熱させ、この発熱によりインクに気泡
を発生させてインクを吐出口３から吐出させ、記録用紙
等の被記録媒体に記録を行うものである。なお、インク
を吐出させる際、電気熱変換素子１００上に形成された
気泡が吐出口３を介して大気に連通されるような構成で
あってもよい。

【００７７】次に、オリフィスプレートの形成手順を示
す図である図３およびフローチャートである図４を用い
てオリフィスプレートの形成方法に関して説明する。

【００７８】なお、図３において、第１の層１０および
第２の層１１の厚さをｔ₁、ｔ₂、これら第１の層１０お
よび第２の層１１の合計の厚さをｔ₃、形成されたオリ
フィスプレート１の厚さをｔ₄、吐出口３の出口側１９
の直径をφ₁、入口側１８の直径をφ₂、直線部１２の長
さをＬとする。

【００７９】まず、図３（ａ）に示すように、鉄、銅、
ニッケル、あるいは錫等の金属基板９上に、エポキシ系
の、露光光が照射された領域が除去されるポジ型の感光
性樹脂をスピンコートし（ステップ５１）、プリベーク
することで第１の層１０を形成する（ステップ５２）。

【００８０】次に、図３（ｂ）に示すように、第１の層
１０上に、再度エポキシ系のポジ型の感光性樹脂をスピ
ンコートし（ステップ５３）、プリベークすることで第
２の層１１を形成する（ステップ５４）。なお、第１の
層１０および第２の層１１の熱膨張係数と、金属基板９
の熱膨張係数とはほぼ同じである。

【００８１】次に、図３（ｃ）に示すように、吐出口３
の直径の領域内のみ露光光を透過するマスク２２にて紫
外線露光を行う（ステップ５５）。

【００８２】次に、図３（ｄ）に示すように、吐出口３
の直径のマスクで周りに所定のグラデーション部２５を
もったグラデーションマスク２３にてさらに紫外線露光
を行う（ステップ５６）。

【００８３】ポジ型の感光性樹脂の場合、図５（ａ）に
示すように、グラデーションマスク２３のグラデーショ
ン部２５は、オリフィスの最小径に対応するオリフィス
出口径対応部２６で露光光の透過率が最も高く、オリフ
ィスの最大径に対応する部分に向かって序々に透過率が
低くなる、つまり、感光性樹脂の厚さ方向の露光量がオ
リフィスの最小径の部分からオリフィスの最大径の部分
に向かって小さくなるようなグラデーションをもつグラ
デーションマスク２３が用いられ、ネガ型の感光性樹脂
の場合、これとは逆に、図５（ｂ）に示すように、グラ
デーション部２５は、オリフィスの最小径に対応するオ
リフィス出口径対応部２６では露光光を透過せず、オリ
フィスの最大径に対応する部分に向かって序々に透過率
が高くなるようなグラデーションをもつグラデーション
マスク２３が用いられる。

【００８４】このグラデーションマスク２３の模式的な
平面図である図６に示すように、オリフィス出口径対応
部２６の周辺のグラデーション部２５に直径１μｍφ以
下の微小透過部２７が複数形成されている。微小透過部
２７はオリフィス出口径対応部２６に近づくほど密集し
ているため、例えば、ポジ型の場合、グラデーション部
２５は、オリフィス出口径対応部２６に近づくほど露光
光の透過率が高くなるような透過率分布をもつこととな
る。

【００８５】このグラデーションマスク２６は、露光光
線の波長以下のドットを形成することで、なだらかな露
光減衰曲線を得て、オリフィスの断面をなだらかな曲線
のノーダル形状に加工することができる。

【００８６】このように、グラデーションの形成されて
いないマスク２２で露光を行うことで直線部１２を形成
し、グラデーションの形成されたグラデーションマスク
２３で露光を行うこと、および、その露光時間や露光照
度を変えることで曲線部１４を形成する。

【００８７】なお、上述した工程は、ステップ５１〜ス
テップ５４で、まず、第１の層１０および第２の層１１
を形成しておき、その後、ステップ５５でマスク２２に
よる露光、続いて、ステップ５６でグラデーションマス
ク２３で露光を行うものとした。しかし、開口すべき吐
出口３の直径によっては、ステップ５２で、図７（ａ）
に示すように、第１の層１０をプリベークした後に、図
７（ｂ）に示すように、ステップ５５の吐出口３の直径
の領域内のみ露光光を透過するマスク２２による露光を
行うことで第１の露光部１５を形成し、アフターベーク
を行った後、図７（ｃ）に示すように、ステップ５３、
５４で第２の層１１を形成し、ステップ５６で、図７
（ｄ）に示すように、グラデーションマスク２３で露光
を行うことで第２の露光部１６を形成するものであって
もよい。

【００８８】次に、露光部を周知の手法で除去する（ス
テップ５７）ことで、図３（ｅ）あるいは図７（ｅ）に
示すような、金属基板９上に吐出口３の開いた状態のオ
リフィスプレート１が形成され、この状態のオリフィス
プレート１をポストベーク装置に入れ、硬化処理を行う
（ステップ５８）。

【００８９】次に、金属基板９を希塩酸、希硫酸、ある
いはこれらの有機酸との混合物により溶解する（ステッ
プ５９）ことで、図３（ｆ）あるいは図７（ｆ）に示す
ようなオリフィスプレート１を得る。なお、金属基板９
の溶解除去において、部分的に溶解阻止膜を形成し、格
子状に金属基板９を残すことで、金属基板９をオリフィ
スプレート１の取り扱いのための保持基板とするもので
あってもよい。

【００９０】また、第１の層１０および第２の層１１
は、ポリイミドの感光性樹脂を用いて形成するものであ
ってもよい。

【００９１】また、第１の層１０の表面５に撥インク性
を持たせるため、金属基板９上に撥インク層を形成して
から、その後に第１の層１０を形成するものであっても
よい。この撥インク層は、感光性樹脂に、例えば、ポリ
テトラフルオロエチレンの粉を懸濁混合して形成するも
のであってもよい。

【００９２】さらに、第１の層１０あるいは撥インク層
の耐摩耗性を向上させるために、例えば、０．１μｍ以
下の粒径の酸化チタン超微粒子をｎ−メチルピロリドン
に懸濁させ、この溶液に、テフロン（登録商標）粒子を
脂肪酸系界面活性剤とともに懸濁させ、感光性樹脂の溶
液と混合させて、第１の層１０あるいは撥インク層を形
成するものであってもよい。

【００９３】また、インクジェット記録素子２００に対
して接着剤により接合される面である第２の層１１の接
合面７には、接合面積を増加させるために僅かな凹凸を
形成するものであってもよい。

【００９４】また、これらの混合複合形態でもよい。た
だし、インクジェットのインクに悪影響を及ぼすものは
回避することが望ましい。

【００９５】なお、本実施形態では、感光性樹脂とし
て、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂を用いるとした
が、これに限定されるものではなく、オリフィスプレー
ト１に適した感光性樹脂であれば何でもよい。特に、高
強度、強靭性、柔軟性、耐摩耗性、薬品安定性、耐熱
性、加工容易性、寸法安定性などが満足されて、本発明
の方法でオリフィスプレートが形成できるものであれば
何でもよいものである。

【００９６】また、本実施形態では、露光に際して紫外
線を用いたが、フォトリソグラフィを行うことが可能な
ものであれば、可視光線、軟Ｘ線、電子線、レーザビー
ム光線であっても構わない。

【００９７】また、吐出口３の入口側１８の直径φ₂が
出口側１９の直径φ₁より１．５倍以上であってもよい
し、吐出口３の入口側１８の断面積が出口側１９の断面
積より２．２５倍以上であってもよい。

【００９８】さらに、出口側１９の直径が１０μｍ以下
であってもよいし、また、入口側１８の曲率半径が１０
μｍ以下であってもよいし、オリフィスプレート１の厚
さｔ ₄が２０μｍ以下であってもよい。

【００９９】また、直線部１２の長さＬがオリフィスプ
レート１の深さ、すなわち、厚さｔ ₄に対して１／１０
〜１／２の範囲内であってもよい。

【０１００】以上説明したように、本実施形態のインク
ジェット記録ヘッドの製造方法によれば、以下の点で有
利である。

【０１０１】すなわち、出口側１９の直径φ₁が１０μ
ｍ以下であっても、グラデーションの形成されたマスク
で露光を行うことで曲線部１４を形成できるとともに、
グラデーションの形成されていないマスクで露光を併用
することで直線部１２を形成することができる。

【０１０２】また、吐出口３が形成される層を、熱膨張
係数がほぼ同じである金属基板９上に、第１の層１０お
よび第２の層１１と複数層で形成した。これにより、最
終的に感光性樹脂の分子結合を形成させるために行われ
るキュアーの際のキュアー温度から室温に戻る段階で
の、基板に接触していない解放面６ａ側と、基板に仮接
合されている仮接合面６ｂ側（図３（ｃ）参照）との熱
収縮の度合いを略等しくすることができるため、形成さ
れたオリフィスプレート１のカール状の反りを低減させ
て略平坦なオリフィスプレート１を形成することができ
る。

【０１０３】また、吐出口３が形成される層を、シリコ
ン基板ではなく、金属基板９上に形成したことで、基板
の除去に要する時間を短縮することができる。すなわ
ち、シリコン基板は、酸には不働体膜を形成し良好に溶
解しない。また、シリコン基板は、ＨＦ（フッ酸）には
溶けるが感光樹脂膜まで損傷をうけ、さらに、アルカリ
には溶解するがかなりの溶解時間を必要とし、６０℃、
５〜１０質量％程度のＮａＯＨの強アルカリ液でも、４
０時間程度必要となる。これに対し、本実施形態の場
合、鉄や銅ニッケル、錫などの酸に溶解しやすい金属基
板９は、希塩酸、希硫酸、あるいは、これらの有機酸と
の混合酸により、室温付近でわずか４時間程度で基板を
溶解除去することが可能となる。また、シリコン基板は
高価であるが、これらの一般金属板は廉価であり、経済
的にも有利である。

【０１０４】さらに、本実施形態の場合、格子状に金属
基板９を残すように金属基板９を溶解除去することで、
この格子状の金属基板９をオリフィスプレート１の取り
扱いのための保持基板とすることができ、よって、取り
扱い時のオリフィスプレート１の剛性を高めることがで
きる。すなわち、格子状の金属基板９によって剛性の高
められた基板は、吸着や吸引で保持して取り扱うことが
でき、インクジェット記録素子２００と良好な接合を行
うことができる。特に、ニッケルや鉄板の金属基板９は
磁気に反応するため磁気吸着搬送が可能であり、取り扱
いを非常に簡便にすることができる。

【０１０５】また、第２の層１１の接合面７に僅かな凹
凸を形成することで、インクジェット記録素子２００に
対する接合特性を向上させることができる。この凹凸
は、深さが１μｍ以下であってもよい。

【０１０６】また、オリフィスプレート１に開口孔２０
を設けて、電極２１を形成するようにすることで、イン
クジェット記録ヘッド３００を駆動させるための駆動信
号や電力を供給する手段をインクジェット記録ヘッド３
００に電気的に接合することができる。

【０１０７】さらに、テトラエトキシチタンをｎ−メチ
ルピロリドンに溶解し、この溶液に、テフロン粒子を脂
肪酸系界面活性剤とともに懸濁させ、感光性樹脂の溶液
と混合させて、第１の層１０あるいは撥インク層を形成
することで紙粉などに対する耐摩耗性を向上させること
ができる。

【０１０８】次に、上述のようにして形成されたオリフ
ィスプレート１と、インクジェット記録素子２００とを
接合することで形成されたインクジェット記録ヘッド３
００を複数個用いて製作された、カラーインクジェット
記録ヘッドを搭載可能なインクジェット記録装置の一例
の斜視図を図８に示す。

【０１０９】本体シャーシ１０１２にはガイドシャフト
１００９が取付けられ、キャリッジ１００８は、矢印
Ｂ”方向に摺動自在にガイドシャフト１００９に支持さ
れている。このキャリッジ１００８は、キャリッジモー
タ１０１１にベルトを介して結合された駆動プーリ１０
１３と、アイドラプーリ１０１４との間に張設されたタ
イミングベルト１０１０にキャリッジ１００８の一部が
固定されており、キャリッジモータ１０１１の回転に応
じガイドシャフト１００９に沿って矢印Ｂ”方向に往復
移動可能である。

【０１１０】キャリッジ１００８に着脱可能に搭載され
た記録ヘッドカートリッジ１０１７は、ＢＫ（ブラッ
ク）、Ｙ（黄色）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）を吐
出する４つのインクジェット記録ヘッド３００からなる
カラーインクジェット記録ヘッド３０１を有している。
また、記録ヘッドカートリッジ１０１７は、各インクジ
ェット記録ヘッドに供給するための、ＢＫ、Ｙ、Ｍ、Ｃ
の各インクを内部に収納するインクタンク１０１５を着
脱可能に保持する。なお、各インクジェット記録ヘッド
３００の吐出口３は図示下向きに形成されている。

【０１１１】記録ヘッドカートリッジ１０１７は、この
記録ヘッドカートリッジ１０１７を駆動するための電流
や信号を送受信するフレキシブルケーブル１００２を介
して、本体シャーシ１０１２の背面に取り付けられてい
る、記録装置本体を制御する基板である不図示のコント
ロール基板に電気的に接続されている。

【０１１２】不図示の記録用紙搬送モータによって駆動
される不図示の搬送ローラは、矢印Ａ”で示す副走査方
向に記録用紙１００４を搬送する。

【０１１３】記録領域まで搬送された記録用紙１００４
に対して、インクタンク１０１５から供給されたインク
が各インクジェット記録ヘッドの吐出口３より吐出され
ることで記録が行われる。

【０１１４】以上、本実施形態で説明に用いた数値、あ
るいは材料等は、一例であり、これらに限定されるもの
ではない。

【０１１５】

【実施例】以下に、本発明の実施形態の実施例を示す
が、本発明はこれらによって何ら限定されるものでもな
い。

【０１１６】なお、説明に用いる図面および符号は、上
述の実施形態で用いた図面および符号を用いる。（第１の実施例）本実施例では、吐出口３の出口側１９
の直径φ₁が、８μｍおよび４μｍのオリフィスプレー
ト１を作製した。

【０１１７】まず、吐出口３の出口側１９の直径φ₁が
８μｍの場合のオリフィスプレート１の製造方法に関し
て説明する。

【０１１８】アモルファス鉄板からなる金属基板９上
に、エポキシ系のポジ型の感光性樹脂を３５０ｒｐｍ、
４０秒間、厚さｔ₁≒１１μｍでスピンコートし、８０
℃で５分間プリベークし、図３（ａ）に示すように第１
の層１０を形成した後に、図３（ｂ）に示すように、再
度エポキシ系のポジ型の感光性樹脂を３００ｒｐｍ、３
０秒間、厚さｔ₂≒１２μｍでスピンコートし、８０℃
で５分間プリベークすることで第２の層１１を形成し
た。

【０１１９】次に、図３（ｃ）に示すように、直径８μ
ｍの領域内のみ露光光を透過するマスク２２にて２Ｊ／
ｃｍ²で紫外線露光を行い、その後、図３（ｄ）に示す
ように、直径が８μｍのオリフィス出口径対応部２６の
周りに直径１μｍφ以下の複数の微小透過部２７が形成
されたグラデーション部２５をもつグラデーションマス
ク２３にて３Ｊ／ｃｍ²で紫外線露光を行った。

【０１２０】その後、メチルイソブチルケトンにて、露
光部を除去した。このようにすることで、図３（ｅ）に
示すように、金属基板９上に吐出口３の開いた状態の基
板が形成された。

【０１２１】次に、この基板をポストベーク装置に入
れ、１８０℃で３０分の硬化処理を行った。

【０１２２】この結果、吐出口３の入口側１８の直径φ
₂が約２０μｍで、断面形状において入口付近がなだら
かなノーダル形状の曲線部１４を形成することができ、
かつ、出口側１９の直径φ₁が８μｍで、出口付近が直
線形状の、曲線部１４に滑らかに繋がる直線部１２を形
成することができた。

【０１２３】その後、この基板を１５％塩酸溶液にて５
０℃で金属基板９の除去を行った。

【０１２４】ところで、鉄板は表面の鏡面度合いが最大
高さＲｍａｘで０．３μｍ以下のものは厚さ０．１５ｍ
ｍのものが一般的に市販されているものの中で、最も薄
いものである。

【０１２５】しかしながら、これでは、湿式エッチング
などにより保持基板を除去するのに時間がかかる。そこ
で本実施例では、エッチングに用いる基板をアモルファ
ス鉄板にして検討を行った。このアモルファス鉄板は厚
さが約４０μｍであり、磁界に反応するものである。上
述の紫外線硬化型の樹脂スピンコートは、電磁吸着板に
このアモルファス鉄板の円盤基板を吸着固定して行っ
た。

【０１２６】この薄く可撓性に富むアモルファス鉄板か
らなる金属基板９を、電磁吸着保持台の切り替えによ
り、吸着と脱離を電気的に繰り返しながら、スピンコー
トとプリベーク、露光、現像、ポストベーク、エッチン
グの工程を経由して、良好にインクの入口側１８が曲線
状で出口側１９が直線を成す吐出口３を持つオリフィス
プレート１を製作することが可能となった。なお、ポス
トベークにおいては、磁気的に吸着力を無くす領域にあ
るために、部分的に開口部のある固定台に挟み込み式で
固定し、１８０℃の温度でポストベークを行った。

【０１２７】金属基板９の厚さが約４０μｍと薄いため
に、そのエッチングによる除去速度は速く、約１時間
で、良好に部分エッチングを行うことが可能となった。

【０１２８】このように、磁気的に固定できる基板を用
いたことで、４０μｍという薄いアモルファス鉄板を用
いても、良好にオフィスプレート１の担持と移動取り扱
いを行うことができた。

【０１２９】以上のようにして、図３（ｆ）に示すよう
に、所定の約１４μｍの厚さのオリフィスプレート１を
作製した。

【０１３０】金属基板９上に２回のスピンコートで形成
した本実施例のオリフィスプレート１は、反りはほとん
ど無く、良好な状態であった。

【０１３１】次に、吐出口３の出口側１９の直径φ₁が
４μｍの場合のオリフィスプレート１の製造方法に関し
て説明する。

【０１３２】まず、図７（ａ）に示すように金属基板９
上にエポキシ系の光感光性樹脂を８μｍの厚さでスピン
コートし、８０℃で３分間プリベークした後に、図７
（ｂ）に示すように、露光面で直径４μｍの領域内のみ
露光光を透過するマスク２２にて、第１の露光部１５を
形成すべく５Ｊ／ｃｍ²で紫外線露光を行った。その
後、８０℃で２分間のアフターベークを行った。

【０１３３】次に、図７（ｃ）に示すように、再度上記
のエポキシ系の感光性樹脂１０を８μｍの厚さでスピン
コートし同様に、８０℃で３分間プリベークした。その
後、位置合わせを十分に行い、図７（ｄ）に示すよう
に、直径が４．５μｍのオリフィス出口径対応部２６の
周りにグラデーション部２５が形成されるように構成さ
れたグラデーションマスク２３にて５Ｊ／ｃｍ²で紫外
線露光を行った。

【０１３４】次に、メチルブチルイソケトンにて、第１
の露光部１５および第２の露光部１６を除去した。この
ようにすることで、図７（ｅ）に示すように、金属基板
９上に、吐出口３の開いた状態の基板が形成された。

【０１３５】次に、この基板を熱処置ポストベーク装置
に入れ、１８０℃、３０分間の条件で硬化処理を行っ
た。その後これを２０％塩酸溶液で３０℃の温度にてエ
ッチング除去処理を行った。

【０１３６】以上により、図７（ｆ）に示すように、吐
出口３の入口側１８の直径φ₂が約１６μｍ程度、断面
形状において入口付近がなだらかな曲線部１４と、出口
側１９の直径φ₁が４μｍで、出口付近が直線の形状の
直線部１２とが形成された吐出口３を有するオリフィス
プレート１を作製することができた。

【０１３７】なお、ここで用いたエポキシ感光樹脂は、
旭電化社のアデカオプトマ−ＫＳ−８２０である。この
アデカオプトマーＫＳ−８２０は、主剤と感光触媒剤と
から形成されているので、これを所定の配合比で混合す
ることで一定の硬化速度、感光速度の紫外線感光樹脂が
得られるものである。

【０１３８】このような硬化速度、感光速度を調整可能
な光感光性樹脂を用い、ポリアミドイミドやポリサルフ
ォン、ポリフェニレンサルファイドなどの材料を用いる
ことで、本実施例のような、曲線部１４と直線部１２を
有する出口側１９の直径φ₁が８μｍ以下の吐出口３を
形成することができる。

【０１３９】次に、インクジェット記録ヘッド３００の
製造方法に関して説明する。

【０１４０】インクジェット記録ヘッド３００は、電気
熱変換素子１００が設けられた記録素子基板７０、およ
びインク流路８１が形成されたインク流路形成部材８０
からなるインクジェット記録素子２００と、吐出口３が
形成されたオリフィスプレート１とを有する。

【０１４１】記録素子基板７０の電気熱変換素子１００
は、各インク流路８１に対応し、各吐出口３に対面する
ように設けられている。記録素子基板７０に形成されて
いる、電気熱変換素子１００と、電気熱変換素子１００
に電力を供給するＡｌ等の不図示の電気配線とは、成膜
技術により形成されている。

【０１４２】インク流路８１は、記録素子基板７０上
に、シランカップリング剤などで接合強度補助処理を行
った後に、エポキシ感光剤を１６μｍスピンコートし、
次に、厚さ１．５μｍでエポキシ系の感光性接着剤をス
ピンコートし、その後、プリベークし、所定のインク流
路パターンを持ったマスクで紫外線露光を行い、さらに
メチルイソブチルケトンで現像処理を行い、１８０℃に
て３０分間硬化処理することで形成した。

【０１４３】次に、オリフィスプレート１を、このパタ
ーンの形成されたインクジェット記録素子２００に対し
て位置決めした後、オリフィスプレート１をインクジェ
ット記録素子２００に熱プレス接合した。熱プレス接合
の条件は、２００℃、１９６ｋＰａ、３０秒で行った。
接着剤は総研化学製のエポキシ系ポリマを用いた。

【０１４４】このようにして作製したインクジェット記
録ヘッド３００を図８に示すインクジェット記録装置に
搭載し、インクジェット吐出を行った。

【０１４５】その結果、１５ＫＨｚの吐出周波数にて、
φ₁＝８μｍの吐出口３を持つインクジェット記録ヘッ
ド３００は１００万回での平均インクジェット吐出量が
約３．５ｐｌであった。また、φ₁＝４μｍの吐出口３
を持つインクジェット記録ヘッド３００は同様な条件で
平均インクジェット吐出量が約１ｐｌであった。ただ
し、インクジェット記録素子２００に設けられた電気熱
変換素子１００の形状は、吐出口３の入口側１８の直径
φ₂の大きさに合わせて変更している。

【０１４６】なお、φ₁＝４μｍのものにφ₁＝８μｍ用
の電気熱変換素子１００を用いれば、吐出口３の大きさ
による流抵抗で吐出インクの量はかなり減少するもの
の、安定したインクジェット吐出は可能であった。

【０１４７】一方、φ₁＝４μｍ用の電気熱変換素子１
００は、φ₁＝８μｍ用としては発泡体積が小さく、イ
ンクジェット吐出を行うことは不可能であった。

【０１４８】以上、従来のインクジェット吐出ヘッドで
は、３ｐｌや１ｐｌなどのインクジェット液滴を良好に
吐出することは困難であったが、本実施例のインクジェ
ット記録ヘッド３００を搭載するインクジェット記録装
置では、良好なカラー画像の形成が可能であることが確
認された。（第２の実施例）オリフィスプレート１の表面５は通常
フェイス面と呼ばれているが、その面は撥インク性の面
であることが望ましい。この厚さは特に寸法的には重要
ではないが、この撥インク性の面が消耗しないことが望
まれ、約１μｍ以下程度の厚さに形成されている。

【０１４９】ただし、この撥インク性の部分が、不均一
に吐出口３の内部にだれ込むことは、インクの吐出方向
のバラツキとなり好ましいものではない。従って、層状
に堆積形成したり、塗布形成するのが一般的である。

【０１５０】そこで、本実施例では、銅からなる金属基
板９上に、エポキシ感光樹脂の主剤の内部に粒径０．１
μｍのポリテトラフルオロエチレンの粉を８重量％懸濁
混合し、これをスピンコートで厚さ０．８μｍ程度形成
した。次に、この上に、エポキシ感光樹脂をスピンコー
トして、ｔ₃＝２３μｍの厚さの第１の層１０および第
２の層１１を形成し、オリフィスプレート１を形成し
た。

【０１５１】このオリフィスプレート１のフェイス面で
ある表面５側にインクを垂らすとインクは液滴となり、
オリフィスプレート１を１５度以上傾けると、完全に落
下し、オリフィスプレート１の面５に付着することはな
かった。このようにして、オリフィスプレート１のフェ
イス面５が撥インク性であることが確認された。

【０１５２】また、この撥インク層を有するオリフィス
プレート１の直線部１２の長さＬは約５μｍであり、曲
線部１４の入口側１８の直径φ₂は約２０μｍであり、
オリフィスプレート１の厚さは約１４．３μｍであっ
た。

【０１５３】吐出口３の出口側１９の直径φ₁は、ほと
んど変化が無く約８μｍであった。

【０１５４】従って、吐出口３の出口側１９の直径φ₁
の大きさに対して入口側１８の直径φ₂は、約２５０％
であり、また、オリフィスプレート１の厚さｔ₄に対す
る直線部１２の長さＬの比Ｌ／ｔ₄は約０．３〜０．４
の範囲内であった。

【０１５５】グラデーションマスク２３のパターンと露
光の条件を変えて行った結果、０．２≦Ｌ／ｔ₄≦０．
８の場合に良好なインクジェット液滴の着弾精度を得ら
れることが明らかとなった。（第３の実施例）第１の実施例では、第１の層１０およ
び第２の層１１をエポキシ系の感光性樹脂により作製し
たが、本実施例では、これら各層をポリイミドの感光性
樹脂を用いて作製した。

【０１５６】以下に、本実施例における各層の形成工程
を説明する。

【０１５７】まず、図３（ａ）に示すように、金属基板
９上に、ポリイミドのポジ型の感光性樹脂を５００ｒｐ
ｍ、６０秒間、厚さｔ₁≒１５μｍでスピンコートし、
８５℃で１５分間プリベークし、第１の層１０を形成し
た後に、図３（ｂ）に示すように、再度ポリイミドのポ
ジ型の感光性樹脂を５００ｒｐｍ、６０秒間、厚さｔ ₂
≒で約１５μｍでスピンコートし、８０℃で２０分間プ
リベークすることで第２の層１１を形成した。

【０１５８】次に、図３（ｃ）に示すように、直径８μ
ｍの領域内のみ露光光を透過するマスク２２にて２Ｊ／
ｃｍ²で紫外線露光を行い、その後、図３（ｄ）に示す
ように、直径が８μｍのオリフィス出口径対応部２６の
周りに直径１μｍφ以下の複数の微小透過部２７が形成
されたグラデーション部２５をもつグラデーションマス
ク２３にて３Ｊ／ｃｍ²で紫外線露光を行った。

【０１５９】その後、水酸化テトラメチルアンモニウム
溶液にて、露光部を２５℃で１分間浸漬し、現像除去し
た。

【０１６０】次に、リンス処理として酢酸１％水溶液に
３０秒間浸漬し、次に純水水溶液で洗浄し、その後、６
５℃の温度で６０分間水分を乾操除去することで、図３
（ｅ）に示すように、金属基板９上に吐出口３の開いた
状態の基板を形成した。

【０１６１】次に、この基板をポストベーク装置に入
れ、１７０℃、２６０℃、３３０℃で各３０分の硬化処
理を行った。

【０１６２】この結果、吐出口３の入口側１８の直径φ
₂が約２０μｍで、断面形状において入口付近がなだら
かな曲線部１４を形成することができ、かつ、出口側１
９の直径φ₁が８μｍで、出口付近が直線の形状の直線
部１２を形成することができた。

【０１６３】その後、この基板を１５％塩酸溶液にて５
０℃で金属基板９の除去を行った。

【０１６４】このようにして、図３（ｆ）に示すよう
に、所定の約１５μｍの厚さのオリフィスプレート１を
作製した。

【０１６５】金属基板９上に２回のスピンコートで形成
した本実施例のオリフィスプレート１は、反りはほとん
ど無く、良好な状態であった。

【０１６６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、グラデ
ーションマスクを用いて感光性樹脂によりオリフィスプ
レートを製造するため、出口側の直径が１０μｍ以下に
おいても、インクの入口側が曲線のオリフィスを形成す
ることができる。そのために、インクジェットの吐出が
非常に小さな小液滴においても、その吐出方向が安定し
ており、バラツキが少なく、インクジェット液滴の着弾
精度を向上させることが可能である。このことにより、
インクジェットの液滴が微少な液滴においても、高品位
のカラー画像を形成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるインクジェット記録
ヘッドの斜視図および分解斜視図である。

【図２】図１に示したインクジェット記録素子の平面図
である。

【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドのオリフィ
スプレートを形成する手順を説明する図である。

【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドのオリフィ
スプレートを形成する手順を説明するフローチャートで
ある。

【図５】グラデーションマスクのグラデーション部にお
ける露光光の透過率を模式的に説明する図である。

【図６】グラデーションマスクの模式的な平面図であ
る。

【図７】本発明のインクジェット記録ヘッドのオリフィ
スプレートを形成する別の手順を説明する図である。

【図８】本発明のインクジェット記録ヘッドを複数個用
いることで製作されたカラーインクジェット記録ヘッド
を搭載可能なインクジェット記録装置の一例の斜視図で
ある。

【図９】吐出口の壁面に直線部と曲線部を有する、従来
のインクジェット記録ヘッドの一例の模式的な一部断面
図である。

【符号の説明】

１オリフィスプレート３吐出口５表面６ａ解放面６ｂ仮接合面９金属基板１０、１１０第１の層１１、１１１第２の層１２直線部１４曲線部１５第１の露光部１６第２の露光部１８入口側１９出口側２０開口孔２１電極２２第１のマスク２３第２のマスク２４露光光２５グラデーション部２６オリフィス出口径対応部２７微小透過部７０記録素子基板８０インク流路形成部材８１インク流路１００電気熱変換素子２００インクジェット記録素子３００インクジェット記録ヘッド３０１カラーインクジェット記録ヘッド１００２フレキシブルケーブル１００４記録用紙１００８キャリッジ１００９ガイドシャフト１０１０タイミングベルト１０１１キャリッジモータ１０１２本体シャーシ１０１３駆動プーリ１０１４アイドラプーリ１０１５インクタンク１０１７記録ヘッドカートリッジ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出させるために利用されるエ
ネルギを発生するエネルギ発生素子を備えた液流路が形
成されたインクジェット記録素子と、前記インクジェッ
ト記録素子に接合され、前記各液流路に対応する部位に
それぞれ、前記各液流路と連通する複数のオリフィスが
形成されたオリフィスプレートとを有するインクジェッ
ト記録ヘッドの製造方法において、前記各オリフィスの最小径に対応する部分と前記各オリ
フィスの最大径に対応する部分との間での露光光の透過
率が序々に変化しているような透過率分布をもつグラデ
ーションマスクを用いて、前記オリフィスプレートとな
るべき感光性樹脂からなる少なくとも１層の感光性樹脂
層を露光処理し、前記オリフィスの側断面の一部が曲線
となるように前記各オリフィスを形成する工程を含むこ
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】前記透過率分布をもたないマスクを用い
て、前記側断面の一部が直線となるように前記感光性樹
脂層を露光処理し、前記各オリフィスを形成する工程を
含む請求項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】金属基板上に、前記感光性樹脂からなる
第１の感光性樹脂層を形成する工程と、前記第１の感光
性樹脂層上に、少なくとも１層の前記感光性樹脂層を積
層して形成する工程とを有する層形成工程を含む請求項
１または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】撥インク性を呈する材料を含有させて、
前記第１の感光性樹脂層を撥インク層とする工程と、前
記撥インク層上に、少なくとも２層の前記感光性樹脂層
を積層して形成する工程とを含む請求項３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】前記金属基板として、磁性を有する金属
を用いる請求項３または４に記載のインクジェット記録
ヘッドの製造方法。
【請求項６】鉄、あるいはニッケルからなる前記金属
基板を用いる請求項５に記載のインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法。
【請求項７】前記金属基板として、シリコンの溶解除
去に要する時間よりも短時間で溶解除去可能な金属を用
いる請求項３ないし６のいずれか１項に記載のインクジ
ェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項８】亜鉛、あるいは錫からなる前記金属基板
を用いる請求項３ないし７のいずれか１項に記載のイン
クジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項９】前記第１の感光性樹脂層を、前記金属基
板の鏡面加工された面上に形成する工程を含む請求項３
ないし８のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘ
ッドの製造方法。
【請求項１０】前記第１の感光性樹脂層を、前記金属
基板の、最大高さＲｍａｘが０．５μｍ以下の表面粗さ
の面上に形成する工程を含む請求項３ないし８のいずれ
か１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項１１】前記金属基板を部分的に溶解除去する
ことで前記オリフィスプレートの保持部を形成する工程
を含む請求項３ないし１０のいずれか１項に記載のイン
クジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項１２】前記層形成工程で前記感光性樹脂層を
順次積層する際、前記感光性樹脂層をプリベークする工
程と、前記感光性樹脂層を乾燥する工程とが終了してか
ら次の前記感光性樹脂層を積層する工程を含む請求項３
ないし１１のいずれか１項に記載のインクジェット記録
ヘッドの製造方法。
【請求項１３】前記各感光性樹脂層のうちの、最後に
形成される第２の感光性樹脂層の、前記インクジェット
記録素子に接合される面に最大高さＲｍａｘが１μｍ以
下の複数の凹凸を形成する工程を含む請求項３ないし１
２のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの
製造方法。
【請求項１４】前記インクジェット記録素子に接合す
る前に、一括して製造された複数の前記オリフィスプレ
ートを個々の前記オリフィスプレートとして切り離す切
断工程を含む請求項１ないし１３のいずれか１項に記載
のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項１５】前記インクジェット記録素子に接合し
た後に、一括して製造された複数の前記オリフィスプレ
ートを個々の前記オリフィスプレートとして切り離す切
断工程を含む請求項１ないし１３のいずれか１項に記載
のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項１６】前記切断工程における切り離しにレー
ザを用いる請求項１４または１５に記載のインクジェッ
ト記録ヘッドの製造方法。
【請求項１７】インクを吐出させるために利用される
エネルギを発生するエネルギ発生素子を備えた液流路が
形成されたインクジェット記録素子と、前記インクジェ
ット記録素子に接合され、前記各液流路に対応する部位
にそれぞれ、前記各液流路と連通する複数のオリフィス
が形成されたオリフィスプレートとを有するインクジェ
ット記録ヘッドであって、請求項１ないし１６のいずれか１項のインクジェット記
録ヘッドの製造方法により製造されたものであることを
特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項１８】前記オリフィスの、インクが流入する
入口側の直径が、インクが吐出される出口側の直径の
１．５倍以上である請求項１７に記載のインクジェット
記録ヘッド。
【請求項１９】前記オリフィスの、インクが流入する
入口側の開口面積が、インクが吐出される出口側の開口
面積の２．２５倍以上である請求項１７に記載のインク
ジェット記録ヘッド。
【請求項２０】前記出口側の直径が１０μｍ以下であ
る請求項１７ないし１９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２１】前記入口側の曲率半径が１０μｍ以下
である請求項１７ないし１９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２２】前記オリフィスプレートの厚さが２０
μｍ以下である請求項１７ないし２１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２３】前記感光性樹脂はエポキシ系樹脂であ
る請求項１７ないし２２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２４】前記感光性樹脂はポリイミド系樹脂で
ある請求項１７ないし２２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２５】前記オリフィスプレートは、前記エネ
ルギ発生素子に電気信号を供給するための開口が形成さ
れている請求項１７ないし２４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２６】インクを吐出させるために利用される
エネルギを発生するエネルギ発生素子を備えた液流路が
形成されたインクジェット記録素子と、前記インクジェ
ット記録素子に接合され、前記各液流路に対応する部位
にそれぞれ、前記各液流路と連通する複数のオリフィス
が形成されたオリフィスプレートとを有するインクジェ
ット記録ヘッドであって、請求項２ないし１６のいずれか１項のインクジェット記
録ヘッドの製造方法により製造されたものであることを
特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２７】前記側断面が直線である直線部の長さ
は、前記オリフィスプレートの厚さの１／１０〜１／２
である請求項２６に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項２８】インクを吐出させるために利用される
エネルギを発生するエネルギ発生素子を備えた液流路が
形成されたインクジェット記録素子と、前記インクジェ
ット記録素子に接合され、前記各液流路に対応する部位
にそれぞれ、前記各液流路と連通する複数のオリフィス
が形成されたオリフィスプレートとを有するインクジェ
ット記録ヘッドであって、請求項４ないし１６のいずれか１項のインクジェット記
録ヘッドの製造方法により製造されたものであることを
特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２９】前記撥インク層の撥インク面が前記オ
リフィスプレートの、インクが吐出される出口側の面で
ある請求項２８に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３０】前記エネルギ発生素子は、インク吐出
用の熱エネルギを発生する電気熱変換体である請求項１
７ないし２９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３１】前記電気熱変換体によって印加される
熱エネルギにより、インクに生ずる膜沸騰を利用して前
記オリフィスからなる吐出口よりインクを吐出させる請
求項３０に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３２】被記録媒体を搬送する搬送手段と、イ
ンクを吐出し、前記被記録媒体に記録を行う請求項１７
ないし３１のいずれか１項に記載のインクジェット記録
ヘッドを保持し、かつ、前記被記録媒体の搬送方向に対
して略直角方向に往復移動する保持手段とを有すること
を特徴とするインクジェット記録装置。