JP2003276203A - インクジェット記録ヘッド、インクカセット、記録装置、及びインクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、1P以下という超微細インク滴をも
吐出できるインクジェット記録ヘッドと、記録装置と、
インクカセットと、インクジェット記録ヘッドの製造方
法とを提供することを目的とする。 【解決手段】 インク吐出用ヒータとインク供給口が形
成された基板と、該ヒータとインク供給口に連通するイ
ンク液路を前記基板上に形成した隔壁層と、該液路に連
通すると共に前記ヒータと対向する位置にインク吐出口
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、前記隔壁層をネガ型感光性
樹脂とし、前記オリフィスプレートを厚さ0.1〜2.0μm
の範囲にある金属性薄膜とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギを利用
してインク液滴を記録媒体に向けて飛翔させるトップシ
ュータタイプのサーマルインクジェット記録ヘッドと、
その記録ヘッドを利用する記録装置と、その記録ヘッド
を実装したインクカセット、及びその記録ヘッドを製造
する方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】トップシュータタイプのサーマルインク
ジェット記録ヘッドの製造方法として、(１)インク吐出
用ヒータが形成された基板上に感光性樹脂にてインク液
路を形成し、この上に予めインク吐出口が形成されたオ
リフィスプレートを位置合わせしながら張り合わせる方
法 (例えば、Hew11ett Packard Journa1 36,5(1985)な
ど)、(２)インク吐出用ヒータが形成された基板上に溶
解可能なNiや樹脂にてインク液路パターンを形成し、こ
のパターンをエポキシ樹脂などで被覆して硬化した後,
インク吐出口をフォトドライエッチングで形成し、この
後、前記溶解可能なNiや樹脂を溶出してインク液路を形
成する方法 (例えば、特開昭61-154947号公報など)、
(３)インク吐出用ヒータが形成された基板上に樹脂にて
インク液路を形成し、この上に樹脂フィルムを張り合わ
せた後にインク吐出口をフォトドライエッチングによっ
て形成する方法 (例えば、特開平8-207291号公報な
ど)、などが開示されている。

【０００３】これらの方法はいずれもインク吐出口を二
次元的に形成することが出来る優れた製造方法である
が、特にフォトエッチングプロセスのみで製造する(２)
と(３)の方法は、インク吐出口を大規模で且,高密度に
形成することが可能であり、高精細カラー画像を高速印
刷するための必須技術であることが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、(２)、(３)の
従来技術はオリフィスプレートに樹脂薄膜を用いるが、
このフィルムの膜厚を10μm以下とすることが生産技術
的に極めて困難であり、これを解決しない限り3pl(ピコ
リットル)以下の超微細インク滴を吐出できるヘッドを
製造することが不可能である。即ち、(２)の方法は、凹
凸の激しいインク液路パターンの上に液状樹脂をスピン
コートしてオリフィスプレートを形成するが、インク吐
出口近傍の膜厚(オリフィスプレート膜厚)を基板全体で
薄く均一に形成することが困難である。また、(３)の方
法は、凹凸の激しいインク液路壁（隔壁層）の上に樹脂
フィルムを張り合わせるが、10μm以下の膜厚のフィル
ムを張り合わせることが製造技術的に困難である。

【０００５】ここで、吐出できるインク滴の大きさがオ
リフィスプレートの膜厚によって制限されている理由に
ついて説明しておく。図６はインク供給溝７がある場合
のトップシュータタイプヘッドの構造を示すA-A断面図
であり、図７はそのB-B断面図である。基板１の裏面か
らインク供給口６、インク供給溝７、共通インク液路
８、及び個別インク液路９を経由してインク吐出口１０
にインクを供給し、インク吐出用ヒータ２にパルス通電
してヒータに接するインクに核沸騰を起こさせ、その膨
張力によってインク液滴をインク吐出口１０から吐出さ
せるものである。

【０００６】このタイプのヘッドは垂直に開けられたイ
ンク吐出口１０を持ち、隔壁層３とオリフィスプレート
１６の合計厚さが30μm程度よりも薄い場合、インクの
吐出量が変動せず、ヒータ２に対するキャビテーション
破壊も起こさないという優れた特性を持っている。ま
た、インクの吐出量がヒータ２上にあるインク体積に比
例する事も分かっている(特開平7-227967、8-20110号公
報参照、比例係数は0.5〜0.7程度で、ヘッド構造によっ
て決定される）。従って、吐出インク滴を例えば1pl程
度(15×15×5μm³)にするには、隔壁層３とオリフィス
プレート１６の合計厚さを少なくとも10μm以下にしな
ければならない。しかし、上記した(２)、(３)の製造方
法では樹脂製オリフィスプレート１６を10μm以下の厚
さにすることが生産技術的にも難しく、吐出インク滴を
3pl以下とすることが困難であった。

【０００７】本発明は、上記諸点に鑑みてなされたもの
で、3pl以下という超微細ドットの印字が可能なインク
ジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。それ
と同時に、オリフィスプレートに超撥水性を付与するこ
とが製造技術的にも容易となり、インクタンクの常圧化
とヘッドクリーニングの大幅削減をもたらし、これらに
よって高精細フルカラー印刷のコスト削減と印刷速度の
向上を図ることが可能となる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、インク吐出
用ヒータとインク供給口が形成された基板と、該ヒータ
とインク供給口に連通するインク液路を前記基板上に形
成した隔壁層と、該インク液路に連通すると共に前記ヒ
ータと対向する位置にインク吐出口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、前記隔壁層をネガ型感光性樹脂とし、前記オリ
フィスプレートを厚さ0.1〜2μmの範囲にある金属性薄
膜とすることによって達成される。

【０００９】また、前記オリフィスプレートを遮光性樹
脂薄膜と金属性薄膜の厚さ2〜5μmの多層膜、或いは厚
さ3〜10μmの範囲にある遮光性樹脂薄膜、とすることに
よって、更に、前記オリフィスプレートの表面を撥水性
皮膜によって被覆すること、更に、前記オリフィスプレ
ートを前記インク液路とその周辺領域に限定して形成す
ることによって達成される。

【００１０】また、前記基板にインク吐出用ヒータとイ
ンク供給溝とインク供給口を設けることによって達成さ
れる。

【００１１】また、前記インクジェット記録ヘッドをイ
ンクカセットに実装し、記録装置に応用することによっ
て好適に達成される。

【００１２】更に、本発明のインクジェット記録ヘッド
の製造方法は、基板にインク吐出用ヒータとインク供給
口とを形成する工程と、前記基板上に形成した隔壁層に
該ヒータとインク供給口に連通するインク液路を形成す
る工程と、オリフィスプレートに該インク液路に連通す
ると共に前記ヒータと対向する位置にインク吐出口を形
成する工程と、を有するインクジェット記録ヘッドの製
造方法であって、前記隔壁層はネガ型感光性樹脂からな
り、前記オリフィスプレートは厚さ0.1〜2μmの範囲に
ある金属性薄膜からなることを特徴とする。

【００１３】従って、オリフィスプレートの厚みを薄く
形成でき、記録媒体に印刷される１回のインク吐出量を
可視限界以下にすることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図1に示す本発明の第一の構成の
ヘッドチップ１７は、長尺ヘッドの製造にも適するイン
ク供給溝７を有し、オリフィスプレートが金属性薄膜４
と撥水性皮膜５とからなるヘッドチップを示している。
また、図２はオリフィスプレートが遮光性樹脂薄膜１２
と金属性薄膜４と撥水性皮膜５とからなる第二の構成の
ヘッドチップを示している。オリフィスプレートが遮光
性樹脂薄膜１２と撥水性皮膜５とからなる第三の構成の
ヘッドチップの構造は図２から金属性薄膜４を除去した
ものであるのでここには示していない。インク供給溝７
や撥水性皮膜５を持たない構成のヘッドチップも本発明
の他の例として含まれており、単純に製造工程が削減さ
れる分だけ製造コストを下げることが可能である。

【００１５】先ず、図1に示すヘッドチップに関し、図
３を用いてその製造工程を説明する。図面を簡略化する
ため、ここではインク吐出口(ノズル)列を一列としたヘ
ッドチップで表示している。しかし、実際の製造ではイ
ンク供給溝７の両側にノズル列を形成し、これを複数列
配置したものをヘッドチップとし、このヘッドチップ群
をドライバ回路が形成されているSiウエハ基板上に形成
する。

【００１６】図３（１）に示すように、インク吐出用ヒ
一タ２とドライバLSI(不図示)が予め形成されているSi
ウエハ基板１を準備し、以下の工程に従ってヘッドチッ
プを製造する。ここで用いるヒータ２は、保護層が積層
された従来技術のものでも良いし、本発明者の発明にな
る絶縁性自己酸化皮膜のみの発熱抵抗体でも良い(特開
平6-71888号公報など)が、ここでは本発明と直接的な関
係がないので詳細な説明は省略する。

【００１７】(b)この上にゴム系フォトレジストを塗
布、露光、現像してサンドブラスト加工を行い、インク
供給溝７を形成する(図３（２）参照)。無論、サンドブ
ラスト加工の代わりにSi異方性エッチング法を採用して
も良い。このインク供給溝７の深さは後で形成する隔壁
層３の厚さの1〜5倍程度の深さが好適である。その理由
は、次工程においでポジ型フォトレジスト１３が滑らか
に充填される程度に浅く、インク液路８、９へのインク
供給がインク供給口６から円滑に行なわれる程度に深く
する必要から決定されるからである。

【００１８】(c)この上にポジ型フォトレジスト１３を
塗布(図３（３）参照)してインク供給溝パターンを露光
し、現像してインク供給溝７内に残ったフォトレジスト
１４を露光する(図３（４）参照)。この場合、フォトレ
ジストの一回の塗布厚さを隔壁層の厚さ程度とし、イン
ク供給溝７がほぼ埋まる程度までこれを複数回繰り返す
とインク供給溝７を露光済みポジ型フォトレジスト１４
で均一に埋めることが可能である。ここでポジ型フォト
レジストを用いる理由は、後の工程でこのフォトレジス
トを溶出(現像)し易くしておくためである。

【００１９】(d)この上にネガ型フォトレジスト３(１
５)を塗布し、隔壁パターン３を露光する(図３（５）参
照)。尚、ここでネガ型フォトレジストに限定したの
は、このフォトレジストをインクにも膨潤しない隔壁層
として利用するためである。

【００２０】(e)この上に金属性薄膜４と撥水性皮膜５
を形成し(図３（６）参照)、更にフォトレジストを塗布
した後、インク吐出口(ノズル)パターンを露光、現像
し、撥水性皮膜５と金属性薄膜４を順次エッチングして
インク吐出口１０と開削領域１１を形成する(図３
（７）参照)。ここでオリフィスプレートに金属性薄膜
４を採用する理由は、このフォトエッチング工程で使用
する露光光が下層にある未露光フォトレジスト１５に影
響を与えないための遮光性を有し、更に、薄くても十分
な機械的強度を有する材料としなければならないためで
ある。この材料としては、耐インク性を有するAu、Pt、
Ni、或はTaなどの金属、又は合金薄膜、或はこれらの多
層膜を利用できる。その厚さは、遮光性の点から0.05μ
m程度以上必要であるが、薄膜形成時の内部応力による
剥がれなどの不具合を発生させないためには3μm程度の
厚さが上限であり、実用的には0.1〜2μmの範囲が好適
である。

【００２１】尚、上記の金属性薄膜を形成する場合、ス
パッタ法や蒸着法は可視及び紫外光を発生するため、未
露光部のフォトレジスト１５を露光してしまうので利用
できない。このため、ここでは発生光を遮断できるイオ
ンプレーティング法などを利用したが、この場合でも金
属蒸気がフォトレジスト上に付着する時に熱エネルギを
放出するので、耐熱性のあるレジスト材料を採用するこ
とが望ましい。ただし、イオンプレーティング法よりも
低温度で金属性薄膜を形成出来るクラスタイオンビーム
法などを適用することもできる。この場合はレジスト材
料に耐熱性が必要でなくなる反面、装置コストの高いク
ラスタイオンビーム装置を使う必要があり、最終的には
製造コストの安い方法を採用すれば良い。また、0.05μ
m程度以上の厚さの金属性薄膜であれば遮光性は十分な
ので、この厚さまでをイオンプレーティングやクラスタ
イオンビーム法で金属性薄膜を形成し、それ以上はスパ
ッタ法などを用いて望みの厚さまで積層する方法を用い
ることもできる。例えば、材料歩留の悪いイオンプレー
ティング法で0.1μm程度までAu薄膜を形成し、それ以上
をスパッタ法で積み上げればAuの消費量を大幅に削減す
ることができる。

【００２２】また、この隔壁用ネガ型フォトレジスト３
を最終工程で加熱乾燥させる場合、一般的にはこのフォ
トレジストに含まれる溶剤が蒸発し、それに伴ってフォ
トレジストが収縮する。従って、この溶剤が大気中に蒸
発できると共に、フォトレジストの収縮にも耐える構成
としておくことが必要である。そのためには、溶剤の含
有率が少なく、収縮率も小さいフォトレジストを選ぶこ
とが重要であるが、それと同時に、この上に形成する金
属性薄膜の形成領域を出来るだけ狭くしておくことも必
要である。このため、フォトレジストとしては、Dow Ch
emical社製CYCLOTENE4000シリーズなどを利用すると好
都合である。またオリフィスプレートの形成領域につい
ては図１、２、及び３に示すように、インク液路とその
周辺に限定するという方法で解決することが出来る（開
削領域１１の形成）。また、撥水性皮膜５は弗素樹脂を
スパッタ法で形成する一般的な方法が利用できるが、こ
の上に塗布するフォトレジストとの接着性が不十分な場
合は、弗素樹脂皮膜を酸素プラズマアッシングして親水
性化することによって解決できる。

【００２３】(f)次いで基板１の裏面から、サンドブラ
スト法かSi異方性エッチング法を用いてインク供給口６
を形成する(図３（８）参照)。勿論、ここでも(a)と同
じフォトレジストを利用する。

【００２４】(g)基板１の両面から露光済みポジ型フォ
トレジスト１４と未露光ネガ型フォトレジスト１５を現
像、溶出させてインク供給溝７とインク液路８,９を形
成する(図３（９）参照)。この後、撥水性皮膜５の表面
にArイオンインプランテーションを行ってその表面を超
撥水性化し、設計された単位で切断すればヘッドチップ
が完成する。尚、Arイオンインプランテーションについ
ては、本発明者らによる発明である特願2001-016738号
に詳しく記載した通りであるので省略する。この処理に
よって弗素樹脂である例えばPTFE皮膜は水に対する接触
角が170度にも達し、表面張力が水より小さいインクに
対しても接触角が100度を超える撥水性を示すのであ
る。尚、このArイオンインプランテーションとインク液
路等の形成工程の処理順序を逆転させても良いが、超撥
水性皮膜によって現像液がノズル中に進入し難くなるの
で注意が必要である。

【００２５】本プロセスにおいて利用しなければならな
いドライエッチングは、1μm程度の厚さのフッ素樹脂膜
をエッチングする工程だけである。これに対し、従来技
術の項で述べたヘッドチップの製造方法では10μm以上
の厚さの樹脂膜１６をドライエッチングしなければなら
ない。即ち、本発明によって、製造コストの高いドライ
エッチング工程の作業時問は約1/10と大幅に短縮され、
しかも付加価値の高い撥水性皮膜を有するヘッドが安価
に製造できるのである。

【００２６】尚、撥水性皮膜５を被覆しないヘッドを製
造する場合、撥水性皮膜に関する工程が全て削除できる
ので工程は大幅に簡略化できる。また、ノズル列が比較
的短く、インク供給溝７を必要としない小規模ヘッドの
場合は、インク供給口６をノズル列の全長にわたって形
成してもヘッドの製造歩留が低下する恐れは少ない。こ
の場合はインク供給溝を形成する必要がないので、当然
のことながら上に述べたポジ型フォトレジスト工程を全
て削除することができる。

【００２７】以上述べた方法で隔壁層３の厚さを5〜10
μm、超撥水性皮膜を含むオリフィスプレートの厚さを1
〜2μm程度とすることが出来るので、約11μm角ヒータ
を持つノズル列（ノズル径10μmφ）を1440npi(nozz1e/
inch)の配列密度で作ったヘッドから0.8pl程度の超微小
インク滴を吐出できるようになった。この数値は可視限
界である1pl(インク滴換算)を越えており、低濃度イン
クを使う疑似高精細化手法を使うことなく、超高精細フ
ルカラープリンタの高速化と低コスト化を同時に達成す
ることができる技術となっている。しかもオリフィスプ
レートの表面層のみを超撥水性化したヘッドはその表面
にインクが溢れ出ることがなく、インクタンクの常圧化
も可能となった(特開平10-151744号公報参照)。また、
これによってヘッドクリーニング回数を大幅に削減する
ことができ、プリンタの印刷速度の向上を図ることが出
来るようになる。

【００２８】ここで、超微小インク滴を吐出できるヘッ
ドを製造する場合のもう一つの重要な要素を説明してお
く。即ち、従来技術のようにオリフィスプレートの厚さ
を薄くすることができない場合でも,ヒータ上のインク
量を少なくする方法としてノズル径を小さくするヘッド
構造が考えられる。しかしこの方法ではノズル径がオリ
フィスプレート厚さの数分の一となり、その大きな流路
抵抗によってインク吐出速度が著しく低下する。その
上、従来技術である（２）の製造方法では、この小さく
て長いノズル穴を通してインク液路パターンを形成して
いるNiや樹脂を溶出させることが非常に困難となり、実
用化することができない。これに対し本発明では、逆に
ノズル径がオリフィスプレート厚さの数倍と大きく、上
に述べた従来技術の欠点はすべて解消されている。この
事情はオリフィスプレート厚さが若干増える第２、第３
の構造のヘッドチップについても同様である。

【００２９】次に本発明の第２の構造である図２に示す
ヘッドチップの製造方法について説明する。このヘッド
チップは、金属性薄膜４の形成にスパッタ法が利用でき
る利点を持つ。即ち、第１のヘッドチップの製造に必要
であった装置コストの高いイオンインプレーティン法や
クラスタイオンビーム法を使う必要がないヘッドチップ
構造となっている。隔壁層３を形成するまでの工程は図
１のヘッドチップの工程と同一である。この上に遮光性
を有する樹脂１２を1〜3μm程度の厚さで被覆し、この
上に金属性薄膜４とフッ素樹脂薄膜５をスパッタ法によ
って順次積層させる。遮光性樹脂１２は黒色染料又は顔
料を配合すれば比較的容易に得られる。このように遮光
性樹脂層１２を介在させることによって金属性薄膜４を
スパッタ法によって形成することが可能となり、製造コ
ストを低減させることが可能となる。この後の工程は図
１のヘッドチップの製造方法と同一である。この第２の
構造のヘッドチップから吐出させることの出来るインク
液滴の最少吐出量は第１の構造のヘッドチップより若干
増加するが、従来技術のヘッドチップに比べて1/3程度
にまで少なくすることが可能である。

【００３０】本発明の第３の構造は、上記遮光性樹脂層
１２の機械的強度をインクの吐出圧力に耐えられる程度
に高くし,金属性薄膜４を不要化したヘッドチップであ
る。このためには遮光性樹脂層１２の厚さを3〜10μm程
度の厚さにする必要がある。この製造プロセスは上記第
２の製造プロセスから金属性薄膜形成工程をすべて削除
したものであり、本発明の中で最も簡略化されたプロセ
スである。このヘッドチップから吐出できる最少インク
液滴量は第２のものより増加するが、従来技術のヘッド
チップに比べると1/2程度にまで少なくすることが可能
である。

【００３１】以下、具体的な実施例を説明する。実施例1 Siウエハ基板上に一般的な半導体形成プロセスを用いて
ドライバ回路とヒータを形成した。ヒータのサイズは11
μm角とし、片側のノズル列の配列密度を1440npiとし
た。この基板上に東京応化工業株式会社製ドライフィル
ムレジストのオーディルをラミネータで貼り付け、イン
ク供給溝パターンを露光して現像し、サンドブラスト加
工で15μmの深さに加工した。インク供給溝幅は150μm
とし、加工後に洗浄してレジストを剥離した。

【００３２】この上に東京応化工業株式会社製ポジ型フ
ォトレジストであるODURを7μmの厚さで塗布し、インク
供給溝パターンを露光して現像し、インク供給溝内に残
るフォトレジストを露光した。これを２回繰り返し、イ
ンク供給溝を露光済みポジ型フォトレジストで充填し
た。この基板上にDow Chemica1社製CYCLOTENE4000シリ
ーズのネガ型フォトレジストを6μmの厚さで塗布し、イ
ンク液路パターンを露光した。次いでこの上にイオンプ
レーティング法で1μm厚さのNi薄膜を形成し、更に弗素
樹脂（PTFE）をスパッタ法で0.7μmの厚さに形成し、酸
素プラズマアッシャーで親水化処理を行なった。

【００３３】この上に上記CYCLOTENE4000シリーズのネ
ガ型フォトレジストを3μmの厚さで塗布し、5μmφのイ
ンク吐出口(ノズル)パターンを露光して現像し、弗素樹
脂をドライエッチングによって加工した後、Ni薄膜をウ
ェツトエッチングしてインク吐出口を形成した。この
時、図１に示すようにインク液路から100μm程度離れた
外側をも同時に除去した。この開削領域１１は適用する
隔壁材料にも依存するが、インク液路領域から50〜200
μm程度離れていれば十分であることを確認している。

【００３４】次いで上記オリフィスプレートを粘着性保
護膜で保護した後、基板裏面にゴム系フォトレジストの
オーディルをラミネータで貼り付け、インク供給口パタ
ーンを露光、現像してサンドブラスト加工を行い、イン
ク供給口を形成した。尚、サンドブラスト法によってSi
を加工する場合、加工深さを5％程度の精度で制御する
ことが可能であり、更に、インク供給溝を埋めているポ
ジ型フォトレジストODURの加工速度がSiの加工速度に比
べて一桁程度低いために、ほぼSiだけを精確に加工でき
る。また、サンドブラスト法の代わりにSi異方性エッチ
ング法を利用しても良い。

【００３５】次いで上記粘着性保護膜を剥離した後、基
板裏面から露光済みODURを現像して除去し、基板の両面
からインク液路を埋めている未露光フォトレジストCYCL
OTENE4000を現像して除去し、加熱乾燥してインク液路
を形成した。次いで弗素樹脂であるPTFE面にArイオンイ
ンプランテーションを行なってこの皮膜を超撥水性化
し、Si基板を設計通りに切断してヘッドチップを完成さ
せた。

【００３６】次いで図４に示すようにこのヘッドチップ
１７をインクカートリッジ１８に実装し、これを図５に
示すプリンタのキャリッジ２１に装着し、インクタンク
２０をセットした。このインクタンクの内圧は大気圧と
同じであり、従来技術のインクタンクが減圧にしなけれ
ばならなかったことに比べてインク充填量がほぼ２倍に
なり、負圧発生部品も不要になった分だけコストも削減
できた。

【００３７】図５に示すプリンタにおいて、印刷直前の
記録紙２２の印刷面はヒートローラ２３と加圧ローラ２
４によって100℃程度に予備加熱されるので、印刷され
たインクは急速に乾燥し、滲むこともなく鮮明に印刷さ
れる。そのため、吐出されるインク滴は0.8plである
が、印刷されるドット径は約12μmφとなり、予備加熱
なしの場合に15μmφ程度であったのに比べ、小さなド
ット径となっている。また、ヘッド表面の汚染が少な
く、従来技術では頻繁なヘッドクリーニングによる印刷
の中断がない分だけ印刷速度の向上を図ることが可能と
なった。これらの実施例を通し、長尺ヘッドを製造する
場合でも、ウエハ基板の切断時やヘッドチップの実装時
のチツプ破損が大幅に少ないことも確認した。

【００３８】この実施例から分かるように、本発明の最
も重要な点は、吐出インク滴の大きさを可視限界以下に
まで小さくできたことであり、その理由がオリフィスプ
レートの厚さを極限にまで薄く出来たことにある。そし
てこれを可能にしたのがオリフィスプレートとして採用
することのできたこれ迄にない薄さの金属性薄膜であ
り、同時にこの金属性薄膜の遮光性によって隔壁層にネ
ガ型フォトレジストを採用することもできるようになっ
た。即ち、この遮光機能がない場合、未露光部の隔壁用
フォトレジストを露光するので、望みのインク液路を形
成することができなかったのである。

【００３９】上に述べたように、構造材として半永久的
に残し、しかも耐インク性を満たす隔壁用フォトレジス
トとしては光架橋反応型のネガ型フォトレジストでなけ
ればならない。更に、本発明者の発明になる絶縁性自己
酸化皮膜のみの発熱抵抗体(特開平6-71888号公報など)
を利用して大幅な低電力化を図る場合、このネガ型フォ
トレジストが耐熱性を有する材料であることが望まし
い。上記実施例で利用したCYCLOTENE4000はこの観点か
らも最適材料であるが、住友ベークライト株式会社製Po
1y Benz Oxazo1、日立化成ジュポンマイクロシステムズ
株式会社製PL-H708, HD-6000シリーズなど、他のフォト
レジスト材料も利用可能である。

【００４０】上記実施例は従来技術で製造が不可能であ
った超微細なインク液滴を吐出できるヘッドの例を示し
たが、隔壁層の厚さやヒータサイズを大きくしてインク
液滴を大きくするのは容易であり、しかもこの方法が従
来技術以上に簡単な工程で、且つ、製造歩留良くヘッド
を製造できる方法であることも確認できた。更に、オリ
フィスプレート表面のみを超撥水性化することが製造技
術的に容易となり、ヘッドクリーニング回数の削減だけ
でなく、従来技術では必要不可欠であった負庄タンクを
常圧化することができ、カートリッジ価格を低減させる
ことが可能となった。

【００４１】実施例２ 図２に示す第２の構成のヘッドチップの実施例について
説明する。隔壁層となるネガ型フォトレジストの形成
（図３（５））までは実施例１と同一である。この上に
遮光性を持つ樹脂を塗布し、金属性薄膜とフッ素樹脂を
スパッタ法で順次積層する。この遮光性樹脂層を介在さ
せることによって金属性薄膜を一般的なスパッタ法で形
成することができるようになる。この後、フォトエッチ
ングによってインク吐出口と開削領域を形成する工程以
降は実施例1と同一である。尚、遮光性樹脂には0.2μm
程度の粒径のカーボンフィラーを混入させたポリイミド
樹脂を利用し、その膜厚を2μmとした。この膜厚は、金
属性薄膜のスパッタ時に発生するグロー放電光が未露光
部のネガ型フォトレジストを露光しない程度でよく、1
〜5μmの範囲で選択できる。この実施例では金属性薄膜
の厚さを0.5μmとした。これらの膜厚はこの上に形成す
るフッ素樹脂層を含めた３層構造膜の機械的強度がイン
ク吐出圧力やヘッドクリーニングに耐えられれば良く、
３層構造膜の膜厚は1〜5μmの範囲で選択するのが適当
である。即ち、これ以上の膜厚にすることに何の制約も
ないが、その場合は次の実施例で述べる第３の構成のヘ
ッドチップのほうがコスト面で優れているからである。

【００４２】この構造のヘッドチップは実施例1よりオ
リフィスプレートの厚さが厚くなる分だけインク吐出量
は増加するが、ヘッド製造コストが安くなるというメリ
ットがある。実施例３で説明するヘッドチップはこれよ
りインク吐出量が更に増えるが、ヘッド製造コストを更
に低減できるものであり、この実施例２で述べたヘッド
チップは丁度これらの中間に位置するものである。

【００４３】実施例３ 第３の構成のヘッドチップの製造プロセスは、実施例２
で採用したプロセスから金属性薄膜形成工程を削除した
ものである。このため、遮光性樹脂膜とフッ素樹脂層の
２層構造オリフィスプレートの機械的強度がインク吐出
圧力とヘッドクリーニングに耐えられれば良く、遮光性
樹脂膜厚は3〜10μmの範囲で選択することが出来る。こ
のため、インク吐出量は実施例１，２のヘッドに比べて
最も多くなるが、それでも最少インク吐出量は従来技術
のヘッドに比べて1/2程度にまで少なく出来る。この構
成のヘッドの場合、遮光性樹脂基材に上記と同じポリイ
ミドを利用すると膜厚を最も薄く、３〜４μmとするこ
とが可能であった。これはその優れた耐熱性と共に、材
料強度が高いためである。この場合、ドライエッチング
によるノズル加工がフッ素樹脂の加工と同時に行うこと
が出来るので、製造プロセスが簡略化でき、製造コスト
は最も低いものとなる。

【００４４】上記第２、第３の構成のヘッドで吐出でき
る最少インク滴はそれぞれ1.2、1.4plであり、第1の構
成のヘッドチップを含めて実用的なヘッド寿命に何の問
題もないことを確認している。既に述べたように、上記
実施例のヘッドチップのオリフィスプレートには超撥水
性皮膜が被覆されており、ヘッドクリーニングが大幅に
簡略化出来る構造となっている。即ち、クリーニング回
数の削減だけでなく、クリーニングブレードの押圧をも
低減できるので、オリフィスプレートの機械的強度を従
来技術のヘッドより低下させることが可能である。オリ
フィスプレートの厚さを上記のように比較的薄くするこ
とが出来る理由の一つともなっている。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェット記録ヘッド、インクカセット、及び記録装置によ
って、従来技術では不可能であった１pl以下の超微細な
インク滴でも吐出できるインクジェット記録ヘッドを実
現できただけでなく、超撥水性皮膜を備える長尺ヘッド
を従来技術よりも簡単な工程で歩留り良く製造できる方
法を提供できるようになった。これによって高精細カラ
ー画像を高速、低コストで印刷できるようになった。ま
た、インクタンクの常圧化とタンク容量の増加を同時に
達成でき、ヘッドクリーニングの大幅削減も達成するこ
とができた。また、本発明のインクジェット記録ヘッド
の製造方法によって、高精細カラー画像を高速で印刷で
きるインクジェット記録ヘッドを低価格で製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の例のインクジェットヘッドを示
す断面図である。

【図２】本発明の第二の例のインクジェットヘッドを示
す断面図である。

【図３】本発明の第一の例のインクジェットヘッドの製
造工程を示す説明図である。

【図４】本発明のインクカートリッジとインクタンクを
示す断面図である。

【図５】本発明のプリンタの概念を示す説明図である。

【図６】従来技術のトップシュータタイプのインクジェ
ットヘッドを示すA-A断面図である。

【図７】図６のB-B断面図である。

【符号の説明】

１はSi基板、２はヒータ、３は隔壁層又は露光済みのネ
ガ型フォトレジスト、４は金属性薄膜、５は撥水性皮
膜、６はインク供給口、７はインク供給溝、８は共通イ
ンク通路、９は個別インク通路、１０はインク吐出口
(ノズル)、１１は金属性薄膜及び撥水性皮膜の除去領城
（開削領域）、１２は遮光性樹脂薄膜、１３は未露光の
ポジ型フォトレジスト、１４は露光済みのポジ型フォト
レジスト、１５は未露光のネガ型フォトレジスト、１６
はオリフィスプレート、１７はヘッドチップ、１８はイ
ンクカートリッジ、１９はインク、２０はインクタン
ク、２１はキャリッジ、２２は記録紙、２３はヒートロ
ーラ、２４は加圧ローラ、である。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク吐出用ヒータとインク供給口が形
   成された基板と、該ヒータとインク供給口に連通するイ
   ンク液路を前記基板上に形成した隔壁層と、該インク液
   路に連通すると共に前記ヒータと対向する位置にインク
   吐出口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、前記隔壁層がネガ型
   感光性樹脂からなり、前記オリフィスプレートが厚さ
   ０．１〜２μｍの範囲にある金属性薄膜からなることを
   特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記オリフィスプレートが遮光性樹脂薄
   膜と金属性薄膜とからなる厚さ２〜５μｍの範囲にある
   多層薄膜である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】 前記オリフィスプレートが厚さ３〜１０
   μｍの範囲にある遮光性樹脂薄膜からなることを特徴と
   する請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記オリフィスプレートの表面が撥水性
   皮膜によって被覆されていることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれか一に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記オリフィスプレートが前記インク液
   路とその周辺領域に限定して形成されていることを特徴
   とする請求項１〜３のいずれか一に記載のインクジェッ
   ト記録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記基板がインク吐出用ヒータとインク
   供給溝とインク供給口とからなる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。
7. 【請求項７】 請求項１〜３のいずれか一に記載のイン
   クジェット記録ヘッドを実装したことを特徴とするイン
   クカセット。
8. 【請求項８】 請求項１〜３のいずれか一に記載のイン
   クジェット記録ヘッドを利用したことを特徴とする記録
   装置。
9. 【請求項９】 基板にインク吐出用ヒータとインク供給
   口とを形成する工程と、 前記基板上に形成した隔壁層に該ヒータとインク供給口
   に連通するインク液路を形成する工程と、 オリフィスプレートに該インク液路に連通すると共に前
   記ヒータと対向する位置にインク吐出口を形成する工程
   と、を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法であ
   って、 前記隔壁層はネガ型感光性樹脂からなり、前記オリフィ
   スプレートは厚さ０．１〜２μｍの範囲にある金属性薄
   膜からなる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。
10. 【請求項１０】 前記オリフィスプレートは厚さ３〜１
    ０μｍの範囲にある遮光性樹脂薄膜からなることを特徴
    とする請求項９記載のインクジェット記録ヘッドの製造
    方法。
11. 【請求項１１】 前記オリフィスプレートの表面を撥水
    性皮膜によって被覆する工程を更に含むことを特徴とす
    る請求項９記載のインクジェット記録ヘッドの製造方
    法。