JP2002219805A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット記録ヘッドのオリフィス面に
おいて、ワイパーにより吐出口周辺の撥水性が劣化して
も吐出口周囲にインク滴が付着したまま残ることがない
ことを特徴とする、高品位記録が可能なインクジェット
記録ヘッド、及びその容易な製造方法を提供する。 【解決手段】 オリフィスプレートにインク滴及びイン
ク固着物を逃がす溝を形成する。溝を深く形成するた
め、吐出口間のインク流路外壁を形成している部位にも
うける。上記溝は、吐出口形成の工程においてフォトリ
ソグラフィーを用いて、一括して形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録方式に用いられる記録液滴を発生するためのインクジ
ェット記録ヘッドおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録方式（液体噴射記録
装置）に適用されるインクジェット記録ヘッドは、一般
に微細な記録液吐出口、液流路および該液流路の一部に
設けられる液体吐出圧力発生素子を複数備えている。そ
して、このようなインクジェット記録ヘッドで高品位の
画像を得るためには、前記吐出口から吐出される記録液
小滴がそれぞれの吐出口より常に同じ体積、吐出速度で
吐出されることが望ましい。これを達成するために、特
開平４−１０９４０〜特開平４−１０９４２号公報にお
いて、インク吐出圧力発生素子（電気熱変換素子）に記
録情報に対応して駆動信号を印加し、電気熱変換素子に
インクの核沸騰を超える急激な駆動信号を与える熱エネ
ルギーを発生させ、インク内に気泡を形成させ、この気
泡を外気と連通させる方法が開示されている。この記録
方法を用いることにより、吐出インク滴の体積及び速度
の安定性が向上し、より高品位な画像を得ることができ
る。

【０００３】このような方法を実現するためのインクジ
ェット記録ヘッドとしては、電気熱変換素子（ヒータ
ー）と吐出口（オリフィス）との距離（以下、「ＯＨ距
離」と称す。）が短いほうが好ましい。望ましいＯＨ距
離の値としては、３０μｍ以下程度である。また、上記
方法においては、ＯＨ距離がその吐出体積をほぼ決定す
るため、ＯＨ距離を正確に、また再現良く設定できるこ
とが必要である。

【０００４】このようなインクジェット記録ヘッド製造
方法としては、特開平６−２８６１４９で、インク吐出
圧力発生素子が形成された基体上に、溶解可能な樹脂に
てインク流路パターンを形成し、溶解可能な樹脂層上に
インク流路壁となる被覆樹脂層を形成し、電気熱変換素
子上方の被覆樹脂層にインク吐出口を形成し、溶解可能
な樹脂層を溶出するというものが提案されている。

【０００５】しかしこれらのインクジェット記録ヘッド
により高画質化が実現された現在でもインク滴の吐出を
不安定化させるいくつかの問題がある。その一つとして
あげられるのがオリフィス面の濡れである。

【０００６】インクジェット記録装置においては、イン
ク滴の吐出方向に対しオリフィス面の濡れが大きな影響
を及ぼす。インク吐出の際に主となるインク滴に付随し
て発生するミストと呼ばれる微小インク滴などが吐出口
周辺に付着し、インクだまりを形成する。このインクだ
まりが、吐出口にかかってしまうとメニスカスに影響を
及ぼし、液滴の吐出方向によれを生じさせる。

【０００７】従来よりインクジェット記録装置において
は、吐出口面に付着したインク滴をゴムなどの弾性素材
により形成されたワイパーによって拭き取っている。通
常、吐出口面には撥水処理が施されており、このような
ワイパー操作により吐出口周辺のインク滴を取り除くこ
とができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ワイパー
操作を繰り返すことにより、吐出口面に施された撥水性
皮膜に撥水特性の劣化、削れ、はがれ等が生じてしま
う。この状態でワイパー操作を繰り返すことにより吐出
口間には、上記ミストのみならずワイパーによって吐出
口から引き出されたインク滴までも液だまりを形成し、
ついには吐出口内のインクとつながってしまい、メニス
カス面に変化を及ぼし、インク滴の吐出方向がよれるの
である。この状態では、隣り合う吐出口間のインク滴
は、ワイパー操作では、取り除くことはできず、ひどい
場合は隣り合った吐出口間は、インクでつながってしま
う。

【０００９】上記の問題に対する対策として、いくつか
の方法が考えられる。第一の方法として、ワイパーの方
向を吐出口配列に対し直行方向とする方法がある。この
方法によれば、隣り合った吐出口間には、インクは引き
出されない。

【００１０】しかし、これにより、吐出口間のごく近傍
からは、インク滴を拭き取ることができ、吐出口間のイ
ンク引き出しには効果があるが横方向への引き出しが起
こる。また、インクジェット記録においては、記録速度
の向上が要求されているが、これに対し、現状では吐出
口数を増やし同時印刷幅を広げ、各色チップを横方向に
並べる構成をとるのが一般的であるが、このような構成
においては、ワイパーの方向を吐出口配列に対し直行方
向とすることによりワイパー装置が巨大化してしまうと
いう問題がある。

【００１１】第二の方法として、吐出口面に施す撥水膜
の膜厚を厚くする方法がある。この方法により撥水耐久
性は向上するが、更なるワイパー操作の繰り返しにより
劣化が起こることは同様である。また、撥水膜の形成方
法によっては、厚くすることで吐出口から撥水性材料が
入り込みインク流路内の濡れ性が悪化する。電気熱変換
素子を用いた方式の場合、インク流路内に入り込んだ撥
水性材料は、電気熱変換素子の発泡に影響を及ぼす。さ
らに、オリフィス面上でインク滴が固着してしまった場
合などは、効果がない。

【００１２】第三の方法として、吐出口周囲以外を親イ
ンク性にしてしまうことで、吐出口近傍のインク滴を逃
がしてやる方法がある。このように部分的な撥水処理、
親水処理は、工程が複雑になり、容易には行うことがで
きない。また、これもワイパーを繰り返した場合には吐
出口間の劣化や削れや、はがれがおきるしインク滴がオ
リフィス面上で固着してしまった場合などは効果がな
い。

【００１３】オリフィス面上でインク滴が固着してしま
った場合にも効果がある方法として吐出口周囲以外をへ
こませてしまいインク滴やインク固着物を周囲に逃がす
第四の方法がある。この方法であれば吐出口面に付着し
たインク滴だけでなく固着してしまったインク滴も吐出
口周囲の凸部から下の凹部へ逃がすことができる。

【００１４】しかし現状では上記のように、インクジェ
ット記録の高品位化に伴い、ＯＨ距離を短く、オリフィ
スプレートを薄くしている。ＯＨ距離は、３０μｍ以下
が望ましいため、オリフィスプレートの厚さは１０数μ
ｍ、凹凸の深さはせいぜい数μｍ程度しか作ることがで
きず大きな効果は期待できない。さらにこの方法では、
オリフィスプレート全体が薄くなり強度が低下するとい
った問題も生じる。

【００１５】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、インクジェット記録ヘッドのオリフィス面
において、ワイパーにより吐出口周辺の撥水性が劣化し
ても吐出口周囲にインク滴が付着したまま残ることがな
いことを特徴とする、高品位記録が可能なインクジェッ
ト記録ヘッドおよびその容易な製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、オリフィスプレートにインク滴及びイン
ク固着物等を逃がす溝を形成する。本発明によれば、ワ
イパーの作用により吐出口から引き出されたインク滴が
溝部に逃げ、吐出口周囲に付着したまま残ることがない
ためオリフィス面の濡れに伴うインク吐出方向のよれが
防止できる。この溝は、上記オリフィスプレートの薄さ
により溝を深く形成できない問題と強度が低下してしま
う問題を解決するため、吐出口間のインク流路外壁を形
成している部位にもうける。これによればオリフィスプ
レートの厚さ以上程度の深さの溝を形成する事ができる
ため、強度低下の心配はなく、十分な効果を得られると
ともに、オリフィス面でインクが固着した場合にも有効
である。

【００１７】さらに、溝をワイパーの作用方向に対し鋭
角をなす方向に傾けることで、ワイパーが動作すること
によりインク滴や固着物は、ワイパー操作方向に移動す
ると同時に吐出口から離れるため、常に吐出口近傍は、
清浄に保たれることになる。

【００１８】本形態であれば、ワイパーは、従来と同じ
形体で良く、小型にできる。また溝の形成にフォトリソ
グラフィーを用いるので任意の形状、任意の深さにでき
る上、吐出口形成工程と同時に溝を形成するので、製造
工程を複雑にすることがない。

【００１９】

【発明の実施の形態】まず、本構成による作用を図面等
を用いて、以下に述べる。図１に示すように各液室とイ
ンク流路を形成している外壁部に溝を形成する。図２は
その断面図であるが、溝を吐出口間のインク流路外壁部
に形成することにより、オリフィスプレートの厚さ以上
の溝をも容易に形成することが出来る。この溝の形成に
は、フォトリソグラフィーを用いる。

【００２０】従来例では、繰り返しのワイパー操作によ
り、撥水性の劣化したオリフィス面において、図３のよ
うにオリフィス面についたインク滴をワイパーでふき取
る際に、ワイパー操作により、吐出口から引き出された
インク滴が吐出口内のインクとつながったまま吐出口間
でインクだまりを形成し、メニスカスに影響を及ぼす
（図４）。このメニスカスの変化によりインクの吐出方
向によれを生じる。

【００２１】本発明の形態においては、同様に撥水性の
劣化した吐出口面において、図５のようにオリフィス面
についたインク滴をワイパーでふき取る際に、ワイパー
操作により、吐出口から引き出されたインク滴は、溝部
に逃げることによりインクだまりを形成せず、メニスカ
スは正常に保たれる（図６）。

【００２２】図７のような溝を吐出口列方向に対し鋭角
をなす方向に傾けた場合、溝に溜まったインク滴は、ワ
イパー操作によりワイパーの操作方向（吐出口列方向）
に移動すると同時に、吐出口から離れる方向（吐出口列
外方向）に移動するため、吐出口周辺は常に清浄に保つ
ことが出来る。

【００２３】以下、本発明の実施例を説明する。第一の
実施例のインクジェット記録ヘッドをオリフィス面側よ
りみた拡大図が図１である。吐出口列に対し直角をなす
方向に溝を持つ。溝は、吐出口列周囲を取り囲む外堀構
造部へと導かれている。外壁部の厚みが一定になるた
め、オリフィス面の変形等が少ない形態である。

【００２４】第二の実施例のインクジェット記録ヘッド
をオリフィス面側よりみた拡大図が図７である。吐出口
列に対し鋭角をなす方向に溝を持つことを特徴とする。
溝は、第一の実施例と同様に、吐出口列を取り囲む外堀
構造に導かれている。本形態においては、上記の通り、
吐出口近傍のインク滴、固着物は、溝に落ちた後、ワイ
パー操作により吐出口列から外側に移動し、上記外堀構
造部にたまることが確認された。

【００２５】第三の実施例のインクジェット記録ヘッド
をオリフィス面側からみた拡大図が図８である。この形
態では、吐出口近傍は、吐出口列に対し直角をなす方向
の溝を持つが、そこから外側は、吐出口列に対し鋭角を
なす方向に溝を持つことを特徴とする。溝は、第一の実
施例と同様に、吐出口列を取り囲む外堀構造に導かれて
いる。本形態においても、吐出口近傍のインク滴、固着
物は、溝に落ちた後、ワイパー操作により吐出口列から
外側に移動し、上記外堀構造部にたまることが確認され
た。

【００２６】以上第一、第二、第三の実施例のインクジ
ェット記録ヘッドのオリフィス面濡れの状態を、実際の
印字耐久試験を行うことで評価した。従来品では、印字
３０００枚程度ですでに吐出口からインクが引き出され
吐出口とつながってしまっていたが、溝を形成したヘッ
ドでは、第一、第二、第三のどの形態でも、引き出され
たインクは溝に逃げ、吐出口周辺からのインク滴はなく
なっていた。実際の印字も従来品では、濡れによる着弾
精度の悪化からすじが目立つものであったが、溝を形成
したものでは、すじも目立たず良好であった。

【００２７】また、どの形態でもオリフィスプレートの
割れ等の破損は起こらず、強度的にも問題はないことも
わかった。

【００２８】以下に本発明のインクジェット記録ヘッド
の製造方法について説明する。シリコン基板上に酸化シ
リコンの蓄熱層を熱酸化で形成し、ヒーター層、電極層
を形成し、パターニングで電気熱変換素子（発熱抵抗
部）を形成する。この上にインクから保護するためにス
パッタ等により酸化シリコンを形成する。これにより発
熱抵抗部が基板に完成する。上記基板にドライフィルム
のラミネート等により、溶解可能な型材を形成する。こ
の型材をパターニングしインク流路の型を形成する。そ
の上に吐出口剤をスピンコート等で塗布し、吐出口をフ
ォトリソグラフィー法で形成する。この時に、吐出口と
同時に溝部も形成する。次にサンドブラスト、化学エッ
チング等により基板の背面より穴を明け、インク供給口
を形成する。最後に型剤を除去し吐出口基板が完成す
る。吐出口形成の前または後に適当な撥水性皮膜を塗布
してもよい。このチップをシリコン基板から切りだしイ
ンク流路付き部材に接着、電気実装してヘッドが完成す
る。

【００２９】本実施例では、インクの吐出に電気熱変換
素子を用いる熱インクジェット方式を掲げたが、本発明
は、これに限らず、インクの吐出に圧電素子を用いるピ
エゾ方式などでも効果があることは明らかである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によっても
たらされる効果としては、ワイパーの作用により吐出口
から引き出されたインク滴を溝部に逃がしてやることに
より、インクだまりができず、吐出口周囲の撥水性が劣
化した状態でも、インク着弾精度の良い、印字耐久性の
高い、インクジェット記録ヘッドが簡単な手法にて製造
できることが挙げられる

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る第一の実施例のインクジェット
記録ヘッドをオリフィス面側よりみた拡大図

【図２】 本発明に係る第一の実施例の断面図

【図３】 本発明に係る第一の実施例の断面図

【図４】 本発明に係る第一の実施例の断面図

【図５】 本発明に係る第一の実施例の断面図

【図６】 本発明に係る第一の実施例の断面図

【図７】 本発明に係る第二の実施例のインクジェット
記録ヘッドをオリフィス面側よりみた拡大図

【図８】 本発明に係る第三の実施例のインクジェット
記録ヘッドをオリフィス面側からみた拡大図

【符号の説明】

１ 溝 ２ 吐出口 ３ インク流路外壁 ４ インク吐出圧力発生素子 ５ シリコンウェハー ６ インク滴 ７ メニスカス ８ インク溜り

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出させるための吐出口と、該
   吐出口に連通するインク流路と、該インク流路の内部に
   インク吐出圧力発生素子と、を複数有し、前記吐出圧力
   発生素子が発生するエネルギーによってインクを吐出す
   る記録ヘッドと、弾性素材により形成されたオリフィス
   面に付着したインク滴を拭き取るワイパーと、を有する
   インクジェット記録装置において、オリフィスプレート
   に溝を持つことを特徴とするインクジェット記録ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 前記溝をオリフィスプレートの隣り合っ
   た吐出口間のインク流路外壁を形成している部位にもつ
   ことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘ
   ッド。
3. 【請求項３】 前記溝の深さがオリフィスプレートの厚
   さ以上であることを特徴とする請求項２記載のインクジ
   ェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記複数の吐出口の配列方向と前記ワイ
   パーの作用方向とが一致するインクジェット記録装置に
   おいて、その全てまたは一部分が、前記ワイパーの作用
   方向に対し鋭角をなす方向に傾いた溝を持つことを特徴
   とする請求項１〜３の何れか１項に記載のインクジェッ
   ト記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記溝を前記吐出口形成工程において一
   括して作成することを特徴とする請求項１〜４の何れか
   １項に記載のインクジェット記録ヘッド製造方法。