JP2004284063A

JP2004284063A - インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JP2004284063A
Application number: JP2003076016A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Fujimoto; 康徳藤元; Retsu Shibata; 烈柴田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】従来のインクジェット記録ヘッドはワイピング回復動作後のオリフィスプレート表面にインク残りが発生することが多かった。
【解決手段】液体吐出エネルギー発生素子が配置された基板の一面に被覆樹脂層が形成され、その被覆樹脂層内に液体流路が形成され、被覆樹脂層表面に前記液体流路に連通する液体吐出口が開口され、前記基板の他面に前記液体流路に連通する液体供給口が開口されたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記被覆樹脂層に少なくとも一つ以上の溝を形成し、その溝の長手方向一端または両端を被覆樹脂層の側面に連通させ、該溝をインク排出路として機能させる。
【選択図】図１

Description

【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る記録液滴（インク液滴）を発生するためのインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録方式は、記録時における騒音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点、また高速記録が可能である点、いわゆる普通紙に特別な処理を施すことなく記録が行えるという点などが評価され、ここ数年急速に普及しつつある。このようなインクジェット記録方式を実現するためのインクジェット記録ヘッドの中で、液体（インク）吐出エネルギー発生素子が形成された基体に対して垂直方向にインク液滴が吐出されるものは「サイドシュータ型記録ヘッド」と称されている。
【０００３】
また、特開平０４−１０９４０号公報、特開平０４−１０９４１号公報、特開平０４−１０９４２号公報には、インク吐出エネルギー発生素子（例えば、発熱抵抗体）を加熱することでインク中に気泡を発生させ、この気泡を外気と接触させることでインク液滴を吐出させることを特徴とするインクジェット記録ヘッドが開示されている。これらの公報に開示されているインクジェット記録ヘッドでは、従来のサイドシュータ型ヘッドの製造方法（例えば、特開昭６２−２３４９４１号公報参照）では困難であったインク吐出エネルギー発生素子とオリフィスプレートの表面との間の距離を短縮することができるため、小液滴記録を容易に達成し、近年の高精細記録への要求に答えることが可能である。ここで、オリフィスプレートとは、インク吐出エネルギー発生素子が配置される面に、インク流路と当該流路中のインクを大気に接触させるインク吐出口とが形成される樹脂層を意味する。
【０００４】
また、オリフィスプレートの膜厚の薄い部分での信頼性が悪くなり記録ヘッドの寿命を低下させてしまうという問題を解決し、かつ小液滴記録を安定的に行うために、インク吐出エネルギー発生素子とオリフィスプレートの表面との間の距離を一定とすることを可能したインクジェット記録ヘッドの製造方法が特開平１０−１５７１５０号公報に開示されている。この製造方法は、インク吐出エネルギー発生素子が配置された基板の上に溶解可能な樹脂によりインク流路となるパターンと、土台となるパターンとを形成し、この土台によって、オリフィスプレートとなる被覆樹脂層を平坦に形成することを特徴とする。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０４−１０９４０号公報
【特許文献２】
特開平０４−１０９４１号公報
【特許文献３】
特開平０４−１０９４２号公報
【特許文献４】
特開昭６２−２３４９４１号公報
【特許文献５】
特開平１０−１５７１５０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１０−１５７１５０号公報に開示されているインクジェット記録ヘッドの製造方法は上記の通りの利点を有する。しかしながら、この製造方法によって製造された記録ヘッドには次のような課題があった。すなわち、前記土台を形成している溶解可能な樹脂を溶解除去した跡および前記溶解可能な樹脂を溶解除去するための貫通穴によって形成される溝に印字やワイピング回復動作などによってインクが溜まり、溜まったインクが次回のワイピング回復動作の際にオリフィスプレートの表面に引き出される。この原因は、ワイピング回復動作によってワイピング方向に寄せられた溝内のインクが逃げ場を失ってオリフィスプレートの表面に溢れ出すためと考えられる。そして、オリフィスプレートの表面に引き出されたインクはインク吐出口の近傍に残存したり、インク吐出口を覆ったりして、適正なインク液滴の形成を阻害し、引いては印字品位の悪化を招く。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決することを目的とし、この目的達成のために次のような構成を具備したことを特徴とする。すなわち、本発明のインクジェット記録ヘッドは、液体吐出エネルギー発生素子が配置された基板の一面に被覆樹脂層が形成され、その被覆樹脂層内に液体流路が形成され、被覆樹脂層表面に前記液体流路に連通する液体吐出口が開口され、前記基板の他面に前記液体流路に連通する液体供給口が開口されたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記被覆樹脂層に少なくとも一つ以上の溝が形成され、その溝の長手方向一端または両端は被覆樹脂層の側面に連通していることを特徴とする。かかる構成により、ワイピング回復動作の際に前記溝が液体排出路として機能し、溝内の液体がオリフィスプレート外に排出される。従って、オリフィスプレート表面に液体残りが発生し難く、ワイピング特性が向上する。尚、液体吐出エネルギー発生素子とオリフィスプレートの表面との間の距離が均一となり、安定した小液滴記録が可能であるといった従来の利点は何ら損なわれることはない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態の一つを図１および図２に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの基本的態様を示す一部省略の斜視図であり、図２は同平面図である。図１に示すように、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドは、液体（インク）を吐出させるインク吐出エネルギー発生素子としての発熱抵抗体１が配置された基板２の上面３にオリフィスプレートとして被覆樹脂層４が形成され、そのオリフィスプレート４内に液体流路としてのインク流路５が形成され、オリフィスプレート４の表面６にインク流路５に連通する液体吐出口としてのインク吐出口（φ２５μｍ）７が開口され、基板２の下面８にインク流路５に連通する液体供給口としてのインク供給口９が開口された全長１ｉｎｃｈ（約２．５４ｃｍ）のインクジェット記録ヘッドである。より具体的には、図２に示すように、複数のインク吐出口７からなる吐出口列７ａが基板２の短手方向中心を通るＸ−Ｘ線を挟んで二列平行に形成されている。また、インク供給口９の内面１０は、供給口９が基板２の下面８側から上面３側に向けて先細りとなるテーパ面としてある（図１参照）。
【０００９】
さらに、それぞれの吐出口列７ａの側方（基板２の短手方向側方）に幅２５μｍの溝１１が吐出口列７ａと平行に形成され、それら溝１１の長手方向両端がオリフィスプレート４の長手方向両側面１２において開口している。より具体的には、それぞれの溝１１は吐出口列７ａを形成するインク吐出口７の配列方向に沿って直線的に形成されており、また、その断面形状は、オリフィスプレート４の膜厚方向途中より上部がそれより下部に比べて細い凸形状としてある。この溝１１は、オリフィスプレート４の表面６をワイピングする（拭き取る）際にインクを外部に排出する液体排出路（インク排出路）として機能し、オリフィスプレート４の表面６におけるインク残りを可及的に抑止する効果を奏する。
【００１０】
次に、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造工程の一例を図３（ａ）〜（ｄ）に基づいて概説する。まず図３（ａ）に示すように、基板（Ｓｉ基板）２の上面３にインク吐出エネルギー発生素子としての発熱抵抗体（電気熱変換素子）１を所望個数配置する。次いで発熱抵抗体１が配置された基板２の上面３に、溶解可能な樹脂を用いてインク流路５（図１）を形成するためのパターン１３および土台としてパターン（幅３０μｍ）１４を設けた。これらパターン１３、１４は、例えばドライフィルムのラミネート、レジストのスピンコート等により溶解可能な樹脂を基板２の上面３に塗布した後、紫外線、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光などによる露光などを行うことによって形成可能である。今回は、ポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化工業株式会社製ＯＤＵＲ−１０１０）をスピンコート法により塗布後、１２０℃で乾燥し、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光を３Ｊ／ｍ^２パターン照射し、メチルイソブチルケトン／キシレン＝２／１によって現像した後にキシレンで洗浄した。なお、形成されたパターン１３、１４の厚み（図３ｂのＸ）は１２μｍであった。
【００１１】
その後、図３（ｂ）に示すように、パターン１３および１４の上にオリフィスプレートとなる被覆樹脂層４をスピンコート方等により形成する。今回は、被覆樹脂をスピンコート方によって基板２の表面３に塗布した後、乾燥、紫外線露光を行い、さらにベーク、現像、洗浄してオリフィスプレート（被覆樹脂層）４を形成した。なお、形成されたオリフィスプレート４の厚み（図３（ｂ）にＹで示す）は８μｍであり、標準偏差は０．２μｍであった。このように標準偏差が小さくなったのは、基板２の上面３にパターン（土台）１４が形成されていることにより、被覆樹脂が平坦に塗布された結果である。
【００１２】
次に、図３（ｃ）に示すように、オリフィスプレート４にインク吐出口７を複数形成し、図２に示すような吐出口列７ａを二列平行に形成する。この際、後に土台１４を形成している樹脂を除去するための細長貫通穴１５を土台１４の上方に同手法により同時形成する。これらインク吐出口７および細長貫通穴１５は従来から用いられている手法で形成可能あり、一例としてＯ２プラズマによるエッチング、エキシマレーザー穴明け、あるいは紫外線、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光などによる露光などの手法が考えられる。もっとも、これら以外の従来手法または新規手法によって形成することも可能である。
【００１３】
その後、図３（ｄ）に示すように、基板２を化学的にエッチングして基板２にインク供給口９を形成する。より具体的には、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨなどの強アルカリ溶液による異方性エッチングによりインク供給口９を形成する。もっとも、インク流路５となるパターン１３、土台としてのパターン１４及びインク吐出口７の全部または一部の形成に先立ってインク供給口９を形成しても良い。
【００１４】
次いで、図３（ｃ）に示すパターン１３、１４を形成している溶解可能な樹脂をインク吐出口７及びインク供給口９から溶出させることによって、オリフィスプレート４内にインク流路５および発泡室を形成する。また、パターン（土台）１４を形成している溶解可能な樹脂を細長貫通穴１５（図３ｃ）から溶出させることによってオリフィスプレート４に溝１１を形成する。すなわち、平坦なオリフィスプレート２を得るために基板２の表面３に形成されていた土台４を除去した跡、およびその土台４を除去するために形成されていた細長貫通穴１５の跡が溝１１となる。なお、前記溶解可能な樹脂の除去に際しては、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行った後、現象、乾燥を行えばよく、必要があれば現象の際、超音波浸漬すれば十分である。今回は、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光を５Ｊ／ｍ^２照射した後、メチルイソブチルケトン／キシレン＝２／１によって１００ｋＨｚの超音波槽に侵漬し、キシレンで洗浄した。
【００１５】
さらに、基板２をダイシングソーなどにより分離切断してチップ化する。そして発熱抵抗体１を駆動するための電気的接合（図示せず）を行った後、インク供給のためのチップタンク部材（図示しない）を接続して、長さ１ｉｎｃｈ（約２．５４ｃｍ）のインクジェット記録ヘッドを完成させた。
【００１６】
本発明はインクジェット記録ヘッドの中でもバブルジェット方式の記録ヘッドとして優れた効果を奏し、特に特開平４−１０９４０号公報、特開平４−１０９４１号公報、特開平４−１０９４２号公報に記載された方式の記録ヘッドとして最適である。これらの公報に記載された方式は、インク吐出エネルギー発生素子（例えば、発熱抵抗体等の電気熱変換素子）に記録情報に対応した駆動信号を印加して該素子にインクの核沸騰を越える急激な温度上昇を与える熱エネルギーを発生させ、これによってインク内に形成された気泡を外気と接触させてインク液滴を吐出させる方式である。前記方式では、小インク液滴（５０ｐｌ（ピコリットル）以下）の吐出が可能であり、且つヒータ前方のインク液を吐出させるため、インク液滴の体積や速度が温度の影響を受けず安定化し、高品位な画像を得ることができる。また本発明は、記録紙の全幅に渡り同時に記録ができる所謂フルラインタイプの記録ヘッドとして、更には記録ヘッドを一体的に、あるいは複数個組み合わせたカラー記録ヘッドにも好適である。
【００１７】
（実施形態２）
以下、本発明のインクジェット記録ヘッドの他の実施形態を図４に基づいて説明する。本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの基本構成は前記実施形態１に示す記録ヘッドのそれと同様である。異なるのは、図４に示すように、溝１１の長手方向両外側にこれら溝１１と直交する短溝２０がそれぞれ形成されている点である。それぞれの短溝２０の両端は、オリフィスプレート４の短手方向両側面２１において開口され外部に連通している。本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドでは、オリフィスプレート４の長手方向および短手方向の両方向に溝が形成されている。従って、オリフィスプレート４の長手方向に沿ってワイピング回復動作を実施した場合は、溝１１が主なインク排出路として機能し、短手方向に沿ってワイピング回復動作を実施した場合は、短溝２０が主なインク排出路として機能する。この結果、ワイピング回復動作を何れの方向に沿って実施した場合もインクを効率的に外部に排出することが可能である。尚、本実施形態に示すインクジェット記録ヘッドは、前記実施形態１に示す記録ヘッドの製造方法と実質的に同一の方法によって製造することができる。
【００１８】
（実施形態３）
以下、本発明のインクジェット記録ヘッドの他の実施形態を図５に基づいて説明する。本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの基本構成は前記実施形態１に示す記録ヘッドのそれと同様である。異なるのは、図５に示すように、二列一組の吐出口列７ａがオリフィスプレート４の長手方向に沿って複数組千鳥配列されている点である。尚、図５に示す記録ヘッドの全長は１２ｉｎｃｈ（約３０．４８ｃｍ）である。また、本実施形態に示すインクジェット記録ヘッドも前記実施形態１に示す記録ヘッドの製造方法と実質的に同一の方法によって製造することができる。
【００１９】
（実験例）
上記実施形態１〜実施形態３に示した本発明のインクジェット記録ヘッドの効果を確認するために行った実験について以下に説明する。本実験では、実施形態１〜３に示す本発明のインクジェット記録ヘッド（以下、試料１〜３）を用意すると共に、これらの比較対象として図６および図７に示すインクジェット記録ヘッド（以下、試料４及び５）を用意した。ここで、図６に示す試料４の基本構成は、試料１及び試料２のそれと同様であり、図７に示す試料５の基本構成は試料３のそれと同様である。試料４及び５が試料１〜３と異なるのは、オリフィスプレート４に形成された溝１１がオリフィスプレート４の側面に連通しておらず、インク吐出口７（吐出口列７ａ）を取り囲むように環状に形成されている点である。
【００２０】
本実験では、試料１〜５を用いて、同一条件下で印字記録およびワイピング回復動作を実施した。具体的には、顔料分散液／グリセリン／ジエチレングリコール／アセチレノールＥＨ（川研ファインケミカル製）／水＝５０／６／５／０．２／３８．８からなるインク液を用い、吐出周波数ｆ＝１５ｋＨｚで印字記録を行った。さらに、オリフィスプレート４の表面６に付着したインク液を拭き取るためにブレード３０によるワイピング回復動作を繰り返し行った。ここで、ワイピング回復動作に際しては、オリフィスプレート４の表面６に密着させたブレード３０をインク吐出口７の配列方向に移動させてインク液を拭き取った。図８（ａ）に試料１に対するワイピング回復動作の様子を示し、同図（ｂ）にワイピング後のオリフィスプレート４の表面６の様子を示す。以下同様に、図９（ａ）に試料２に対するワイピング回復動作の様子を、同図（ｂ）にワイピング後のオリフィスプレート４の表面６の様子を示す。また、図１０（ａ）に試料３に対するワイピング回復動作の様子を、同図（ｂ）にワイピング後のオリフィスプレート４の表面６の様子を示す。さらに、図１１（ａ）に試料４に対するワイピング回復動作の様子を、同図（ｂ）にワイピング後のオリフィスプレート４の表面６の様子を示し、図１２（ａ）に試料５に対するワイピング回復動作の様子を、同図（ｂ）にワイピング後のオリフィスプレート４の表面６の様子を示す。
【００２１】
各図（ｂ）に示すように、試料１〜３に関してはワイピング回復動作後のオリフィスプレート４の表面６にインク残りは存在しないか、存在しても微々たるものであった。一方、試料４及び５に関しては明らかにインク残りが見られた。以上の実験結果をまとめた表１を次に示す。この表１では、インク残りは存在するが印字に与える影響がほとんど見られない状態を「可」、インク残りがほとんど存在せず印字に与える影響が全くない状態を「優」、両者の中間を「良」と表示した。また、インク残りがひどく印字への悪影響が出たものを「不可」と表示した。
【００２２】
【表１】

【００２３】
なお、上記実験に使用した顔料分散液は次の製法によって作った。表面積が２３０ｍ^２／ｇでＤＢＰ吸油量が７０ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック１０ｇとｐ−アミノ安息香酸３．４１ｇとを水７２ｇによく混合した後、これに硝酸１．６２ｇを滴下して７０℃で攪拌した。数分後５ｇの水に１．０７ｇの亜硝酸ナトリウムを溶かした溶液を加え、更に１時間攪拌した。得られたスラリーを東洋濾紙Ｎｏ．２（アドバンティス社製）でろ過し、顔料粒子を十分に水洗し、９０℃のオーブンで乾燥させた後、この顔料に水を足して顔料濃度１０重量％の顔料水溶液を作成した。以上の方法により、表面にフェニル基を介して親水基が結合したアニオン性に帯電した自己分散型カーボンブラックが分散した顔料分散液を得た。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のインクジェット記録ヘッドでは、オリフィスプレートとなる被覆樹脂層を平坦に形成するために必要である土台を除去するための穴の跡と、その穴から土台を除去した跡とによって被覆樹脂層に形成される溝を該樹脂層の側面に連通させてある。これによって、ワイピング回復動作の際にオリフィスプレートの表面におけるインク残りが可及的に低減され、高品位な記録を長期間に亙って維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの実施形態の一例を示す一部省略の斜視図。
【図２】図１に示すインクジェット記録ヘッドの平面図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示すインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドの実施形態の他例を示す平面図。
【図５】本発明のインクジェット記録ヘッドの実施形態のさらに他例を示す平面図。
【図６】従来のインクジェット記録ヘッドの一例を示す平面図。
【図７】従来のインクジェット記録ヘッドの他例を示す平面図。
【図８】（ａ）は図１の記録ヘッドに対するワイピングの基本動作を示す説明図、（ｂ）はワイピング後のオリフィスプレート表面を示す説明図。
【図９】（ａ）は図４の記録ヘッドに対するワイピングの基本動作を示す説明図、（ｂ）はワイピング後のオリフィスプレート表面を示す説明図。
【図１０】（ａ）は図５の記録ヘッドに対するワイピングの基本動作を示す説明図、（ｂ）はワイピング後のオリフィスプレート表面を示す説明図。
【図１１】（ａ）は図６の記録ヘッドに対するワイピングの基本動作を示す説明図、（ｂ）はワイピング後のオリフィスプレート表面を示す説明図。
【図１２】（ａ）は図７の記録ヘッドに対するワイピングの基本動作を示す説明図、（ｂ）はワイピング後のオリフィスプレート表面を示す説明図。
【符号の説明】
１インク吐出エネルギー発生素子
２基板
３基板上面
４樹脂被覆層（オリフィスプレート）
５インク流露
６オリフィスプレート表面
７インク吐出口
８基板下面
９インク供給口
１０インク供給口の内面
１１溝
１２オリフィスプレートの長手方向側面
１３パターン
１４パターン（土台）
１５細長貫通穴
２０短溝
２１オリフィスプレートの短手方向側面
３０ブレード

Claims

液体吐出エネルギー発生素子が配置された基板の一面に被覆樹脂層が形成され、その被覆樹脂層内に液体流路が形成され、被覆樹脂層表面に前記液体流路に連通する液体吐出口が開口され、前記基板の他面に前記液体流路に連通する液体供給口が開口されたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記被覆樹脂層に少なくとも一つ以上の溝が形成され、その溝の長手方向一端または両端は被覆樹脂層の側面に連通していることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。