JP2007216415A - 液体噴射記録ヘッド、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチドロップレット印字が可能な記録ヘッドを、１チップ構成にて提供し、高精度印字を可能にする。
【解決手段】ＣＲ製法によるサイドシュータ型インクジェットヘッドにおいて、ノズル構成材料を塗布、露光、ポストベークにて硬化後、現像を行う前に、再度ノズル構成材料を塗布する。次に未硬化部のみ露光、ポストベークを行い一括現像することで、同一チップ内に、異なる発熱抵抗体とインク吐出口面との距離（ＯＨ距離）を持つノズルを作成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット記録方式に用いる記録液小滴を発生するための液体噴射記録ヘッド、およびその製造方法に関する。

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り、しかも所謂普通紙に定着可能で、特別な処理を必要とせずに記録が行えるという点で、ここ数年急速に普及しつつある。

またインクジェット記録ヘッドの中で、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するものを「サイドシュータ型記録ヘッド」と称し、本発明は、この種のサイドシュータ型記録ヘッドに関するものである。

特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載の液体噴射記録ヘッドは、発熱抵抗体を加熱することで生成した気泡が外気と連通することで、インク液滴を吐出させることを特徴とする。

これらの明細書に記載の技術は、インク液滴の吐出量を常に一定量に保つことが可能であることから、小液滴にて高精細記録を行っても印字ムラなどの非常に少ない良好な印字結果を得ることができる。

一方近年、更に高速印字且つ写真画質調の記録結果を得るために、インク液滴の吐出量を変調しながら記録する手段が有力であることが知られている。

具体的な例としては、ブラックインクにて黒文字を印字する場合には、より高速記録であることが要求されることから、大きめの吐出量の液滴を吐出するためのノズルが必要とされる。一方、カラーインクにて高画質の印字を行う場合には、より小さな吐出量の液滴を吐出するためのノズルが必要とされる。これらの要求を満たすためには、図2に示すように同一記録ヘッド内に大液滴ブラック用チップ13と小液滴カラー用チップ14をレイアウトすればよいことになる。しかしこの場合、それぞれのチップ13、14を記録ヘッド内で正確な位置にレイアウトするために各チップ間のアライメントが必要となり、印字の高画質化が進むほど、アライメント精度も厳しいものとなる。

別の具体例としては、カラー印字において、より写真画質調の出力を得ようとした場合、同じ色のインク液滴であっても吐出量を変調することで、より粒状感の少ない、なめらかな記録結果を得ることが可能となる。この要求を満たすためには、図3に示すように同色でありながら異なる吐出量のインク液滴を吐出するためのチップを複数個、図5の例で言うと15〜20の計6個、同一記録ヘッド内に用意することになる。これは前述した各チップ間のアライメント精度の問題とともに、記録ヘッドのコストアップ、大型化を避けることが困難となる。
特開平4-10940号公報 特開平4-10941号公報 特開平4-10942号公報

本発明は上記の諸点に鑑み成されたものであって、高速且つ高精細な印字記録を行うための、液体噴射記録ヘッドを提供することを目的とする。

上記の諸問題を解決するために、本発明は、
発熱抵抗体を有する基板面に対して垂直にインク液滴が吐出される液体噴射記録ヘッドにおいて、インク吐出のための発熱抵抗体が形成された基板面とインク吐出口面との距離に関して、該距離が同一チップ内に異なる二種類存在することを特徴とする、液体噴射記録ヘッドである。

また前記の液体噴射記録ヘッドにおいて、そのノズル構成部材が感光性樹脂材料にて構成されていることを特徴とする、液体噴射記録ヘッドである。

また液体噴射記録ヘッドの製造方法であって、
(1)基板上に溶解可能な樹脂で前記発熱抵抗体がその底部に位置するようにインク流路形成を形成する工程と、
(2)前記溶解可能な樹脂の層上に感光性被覆樹脂層をソルベントコートにて1回乃至複数回塗布する工程と、
(3)前記感光性被覆樹脂層の中で、選択された一部分であって、前記発熱抵抗体垂直上方の対応する部分に、インク吐出口となる硬化部分を形成する工程と、
(4)前記感光性被覆樹脂層の、硬化部と未硬化部を含めた全ての上層に、更に感光性被覆樹脂層をソルベントコートにて1回乃至複数回塗布する工程と、
(5)前記感光性被覆樹脂層の中で、前記(3)にて選択されていない部分であって、前記発熱抵抗体垂直上方の対応する部分に、インク吐出口となる硬化部分を形成する工程と、
(6)前記感光性被服樹脂層の未硬化部を、現像液にて溶出し、インク吐出口を形成する工程と、
(7)前記溶解可能な樹脂の層を溶出する工程とを少なくとも含む、液体噴射記録ヘッドの製造方法である。

また、液体噴射記録ヘッドの製造方法であって、
(1)基板上に溶解可能な樹脂で発熱抵抗体がその底部に位置するようにインク流路を形成する工程と、
(2)前記溶解可能な樹脂層上に感光性被覆樹脂層をソルベントコートにて1回乃至複数回塗布する工程と、
(3)前記感光性被覆樹脂層の中で、前記発熱抵抗体垂直上方の対応する部分であって、且つ選択された一部分に、インク吐出口となる硬化部を形成する工程と、
(4)前記感光性被覆樹脂層の、硬化部と未硬化部を含めた全ての上層に、更に感光性被覆樹脂層をソルベントコートにて1回乃至複数回塗布する工程と、
(5)前記感光性被覆樹脂層の中で、前記(3)にて選択されていない部分であって、前記発熱抵抗体垂直上方の対応する部分で、且つ選択された一部分に、インク吐出口となる硬化部を形成する工程と、
(6)前記感光性被覆樹脂層の、硬化部と未硬化部を含めた全ての上層に、更に感光性被覆樹脂層をソルベントコートにて1回乃至複数回塗布する工程と、
(7)前記感光性被覆樹脂層の中で、前記(3)および(5)にて選択されていない部分であって、前記発熱抵抗体垂直上方の対応する部分に、インク吐出口となる硬化部を形成する工程と、
(8)前記被服樹脂層の未硬化部を、現像液にて溶出し、インク吐出口を形成する工程と、
(9)前記溶解可能な樹脂の層を溶出する工程と
を少なくとも含む、液体噴射記録ヘッドの製造方法である。

本発明によれば、以下のような効果を挙げることができる。

即ち、同一チップ内に高精度アライメントにてレイアウトされたノズルより、数種類の吐出量のインク液滴を吐出可能であり、その上、インク液滴の体積や速度の安定化を達成可能となる。よって、マルチドロップレットにより高速印字記録と同時に、写真画質調の高品位な印字記録をも得ることができる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

以下図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。

図1は本発明の代表的な例を吐出口上方から見た模式図であり、そのA-A‘断面の模式的斜視図を図6に示す。また図6の1部分を示す模式的斜視図が図5であり、図5のB-B'断面図を図4gに示す。

図1において、インクタンク(不図示)から各色インク導入するためのチップタンク12に、チップ11がレイアウトされている。チップ11は、ブラック、シアン、マゼンダ、イエローの4色が一体となった1チップ構成となっている。またチップ11に形成されているインク吐出口8、9は、8が大液滴用、9が小液滴用である。即ち図4gに示すように、インク吐出口8部分のノズルは、発熱抵抗体とインク吐出口面との距離(以下OH距離と称する)が大きいため、吐出量の大きなインク液滴を吐出可能である。また一方、吐出口9部分のノズルはOH距離が小さいため、吐出量の小さなインク液滴を吐出可能である。

次に本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法について簡単に説明する。

図4gは図5のB-B‘断面図であり、本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法の一例を図4a〜図4gに示す。

(1)まず図4aに示すように、インク吐出のための発熱抵抗体1を備えた基板2に、溶解可能な樹脂層3を、公知の方法で断面が長方形のインク流路パターンに形成する。

(2)次に前記溶解可能な樹脂層からなるインク流路パターン3上に図4bに示すように被覆樹脂層4をソルベントコートにて形成する(図4b)。ここに、被覆樹脂層4に用いる樹脂は感光性を有するとともに、前記溶解可能な樹脂層3とは相溶しない性質を有するものである。

(3)この被覆樹脂層4の、前記発熱抵抗体1の垂直上方の対応する部分に紫外線、あるいはDeep-UVなどにより、インク吐出口となるパターンにて硬化部分5を形成する(図4c)。この時硬化部分5はチップ内において選択された部分にのみ形成され、より具体的には、OH距離を小さくすることにより、小液滴インクを吐出するノズル部分のみに形成する。

(4)更に図4dに示すように、前記被覆樹脂層4およびその硬化部分5上に、被覆樹脂層4と同構成の被覆樹脂層6をソルベントコートにて形成する。

(5)ついで前記被覆樹脂層6およびその下層である前記被覆樹脂層4であって、前記発熱抵抗体1の垂直上方の対応する部分に、再び紫外線、あるいはDeep-UVなどによりインク吐出口となるパターンにて硬化部分7を形成する(図4e)。この硬化部分7は、チップ内において上記(3)において選択されていない部分にのみに形成され、より具体的には、OH距離を大きくすることにより、大液滴インクを吐出するノズル部分にのみ形成する。

(6)続いて、図4fのように、前記被覆樹脂層4および6の未硬化部分を現像液にて溶解除去し、インク吐出口8および9を形成する。

(7)次に、インク供給のための開口部であるインク供給口を基板に穴を開けることに形成し、更に溶解可能な樹脂層3を溶出することにより、インク流路を形成する(図4g)。

(8)そして最後に発熱抵抗体1を駆動するための電気的接合(図示せず)、およびインクタンク(不図示)よりインクを導入し、チップ(図1の11)をレイアウトするためのチップタンク(図1の12)との接合を行って、液体噴射記録ヘッドが完成する。
このようにして作製した液体噴射記録ヘッドにおいて、同一チップ内に形成されたインク吐出口は、フォトリソグラフィーのアライメント精度にて形成されているため、相対位置精度は優れたものとなっている。

またこの液体噴射記録ヘッドを用いてインク液滴を吐出させた場合には、同一チップ内に異なる吐出量のインク液滴を吐出することが可能なインク吐出口が配置されることから、テキストやDTPの類の印字は高速にて記録可能で、更にグラフィックスや写真等の印字は超高精細にて記録可能となる。

本発明は特に、特開平4-10940号公報および特開平4-10941号公報に記載の液体(滴)噴射方法を適用した記録ヘッドに最適である。前記公報には、発熱抵抗体(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、電気熱変換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、インク内に気泡を形成させ、この気泡を外気と連通させてインク液滴を吐出させる方法が記載され、この方法にさらに本法を適用すれば、数種類の吐出量のインク液滴を吐出可能であり、その上、インク液滴の体積や速度を安定化し、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フルラインタイプの記録ヘッドにも有効である。

以下実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明する。

本実施例においては下記(1)〜(8)に記載のように図4a〜図4gに示す手順に従って、液体噴射記録ヘッドを作製した。

(1)基板2の材料にシリコンを用い、発熱抵抗体1には窒化タンタルを、樹脂層3Aにはポリメチルイソプロペニルケトン(東京応化工業(株)製、ODUR-1010A)を用い、Deep-UV露光を用いて、流路パターン3を形成した。この時、流路パターン3の高さは13μmである。

(2)ついでこの樹脂層3の上に、図７の組成からなる被覆樹脂層4をスピンコートにより被覆した。

(4)被覆樹脂層4の、前記発熱抵抗体1の垂直上方に相当する部分であって、各色ノズル2列のうちの1列に相当する部分に、紫外線による露光の方法で円形のパターンを設けた。露光にはキヤノン(株)製MPA-600SupeTを用いた。（MPAは登録商標。）またPEB(Post Exposure Bake)にはキヤノン(株)製CDS-630を用いた。（CDSは登録商標。）ここで露光、PEBまで行うことで、被覆樹脂層4のうち紫外線の照射された部分のみが、硬化部分5となる。

(5)続いて前記被覆樹脂層4の硬化部分5および未硬化部分上に、図７の組成からなる被覆樹脂層6をスピンコートにより被覆した。

(6)ここで更に、前記発熱抵抗体1の垂直上方に相当する部分であって、上記(4)で選択されていない部分に、紫外線による露光の方法で円形のパターンを設けた。このとき図4eに示すように被覆樹脂層6およびその下層の4のうち7が硬化部として形成される。露光には同じくキヤノン(株)製MPA-600Superを用いた。

(7)続いて図4fに示すように、キヤノン(株)製CDS-630を用いて、PEB、現像を行い、インク吐出口8および9を形成した。現像液にはメチルイソブチルケトンとキシレンの混合液を用いた。この時のOHは、インク吐出口8側が25μmで、インク吐出口9側が45μmである。

(8)次にインク供給のための開口部であるインク供給口を、TMAHによるシリコンの異方性エッチングにより形成する。

(8)更に、上記基板にDeep-UV光を全面照射後、乳酸メチルに浸積し、超音波洗浄槽中で約2時間処理して樹脂層3を除去し、その後純水で約10分間洗浄し乾燥することで、インク流路が形成される(図4g)。

このようにして得られたチップ内には、異なる2種類のOHを持つノズルが形成され、異なる2種類の吐出量からなるインク液滴を、選択的に吐出、印字記録を行うことが可能となる。

更には、テキスト印字の高速化を目的として、ブラックノズルのみ更にOHを大きく形成することも可能である。

即ち、ブラックノズルにおいては、図4eにて行うべき露光による硬化部分の形成を行わずにおく。そしてこの上に更に図７の組成からなる被覆樹脂層をスピンコートにて形成し、ブラックノズルの所望の部分にのみ露光により硬化部分を形成する。その上で図4f以降と同様の、現像、除去処理を行うことで、よりOHの大きいノズルを形成することができる。具体的には70μmのOHを形成できた。

このようにして作製した液体噴射記録ヘッドでは、同一チップ内に3種類のOHを持つインク吐出口が形成され、更にブラックテキスト印字の高速化が可能となる。

本発明の液体噴射記録ヘッドの基本的な態様を示す模式的断面図である。 従来の液体噴射記録ヘッドの基本的な態様を示す模式的断面図である。 従来の液体噴射記録ヘッドの基本的な態様を示す模式的断面図である。 本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明の液体噴射記録ヘッドの基本的な態様を示す模式的斜視図である。 本発明の液体噴射記録ヘッドの基本的な態様を示す模式的斜視図である。 被覆樹脂層の組成を示す表である。

符号の説明

1 発熱抵抗体
2 基板
3 溶解可能な樹脂層
4、5、6、7 被覆樹脂層
8、9 インク吐出口
10 インク供給口
11、13、14、15、16、17、18、19、20 チツプ
12 チップタンク

Claims (4)

1. 発熱抵抗体を有する基板面に対して垂直にインク液滴が吐出される液体噴射記録ヘッドにおいて、インク吐出のための発熱抵抗体が形成された基板面とインク吐出口面との距離に関して、該距離が同一チップ内に異なる二種類存在することを特徴とする、液体噴射記録ヘッド。
2. 請求項1に記載の液体噴射記録ヘッドにおいて、そのノズル構成部材が感光性樹脂材料にて構成されていることを特徴とする液体噴射記録ヘッド。
3. 液体噴射記録ヘッドの製造方法であって、
   (1)基板上に溶解可能な樹脂で発熱抵抗体がその底部に位置するようにインク流路を形成する工程と、
   (2)前記溶解可能な樹脂の層上に感光性被覆樹脂層をソルベントコートにて1回乃至複数回塗布する工程と、
   (3)前記感光性被覆樹脂層の中で、前記発熱抵抗体垂直上方の対応する部分であって、且つ選択された一部分に、インク吐出口となる硬化部を形成する工程と、
   (4)前記感光性被覆樹脂層の、硬化部と未硬化部を含めた全ての上層に、更に感光性被覆樹脂層をソルベントコートにて1回乃至複数回塗布する工程と、
   (5)前記感光性被覆樹脂層の中で、前記(3)にて選択されていない部分であって、前記発熱抵抗体垂直上方の対応する部分に、インク吐出口となる硬化部を形成する工程と、
   (6)前記感光性被服樹脂層の未硬化部を、現像液にて溶出し、インク吐出口を形成する工程と、
   (7)前記溶解可能な樹脂の層を溶出する工程と
   を少なくとも含むことを特徴とする液体噴射記録ヘッドの製造方法。
4. 液体噴射記録ヘッドの製造方法であって、
   (1)基板上に溶解可能な樹脂で発熱抵抗体がその底部に位置するようにインク流路を形成する工程と、
   (2)前記溶解可能な樹脂の層上に感光性被覆樹脂層をソルベントコートにて1回乃至複数回塗布する工程と、
   (3)前記感光性被覆樹脂層の中で、前記発熱抵抗体垂直上方の対応する部分であって、且つ選択された一部分に、インク吐出口となる硬化部を形成する工程と、
   (4)前記感光性被覆樹脂層の、硬化部と未硬化部を含めた全ての上層に、更に感光性被覆樹脂層をソルベントコートにて1回乃至複数回塗布する工程と、
   (5)前記感光性被覆樹脂層の中で、前記(3〉にて選択されていない部分であって、前記発熱抵抗体垂直上方の対応する部分で、且つ選択された一部分に、インク吐出口となる硬化部を形成する工程と、
   (6)前記感光性被覆樹脂層の、硬化部と未硬化部を含めた全ての上層に、更に感光性被覆樹脂層をソルベントコートにて1回乃至複数回塗布する工程と、
   (7)前記感光性被覆樹脂層の中で、前記(3)および(5)にて選択されていない部分であって、前記発熱抵抗体垂直上方の対応する部分に、インク吐出口となる硬化部を形成する工程と、
   (8)前記被服樹脂層の未硬化部を、現像液にて溶出し、インク吐出口を形成する工程と、
   (9)前記溶解可能な樹脂の層を溶出する工程と
   を少なくとも含む液体噴射記録ヘッドの製造方法。

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