JP2007301935A - 記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は空気流を補助手段として用いた高密度でかつ長尺のフルマル
チヘッドに対応可能な、精度の良い空気吐出孔とインク吐出孔の製造方法を提供
しようとするものである。
【解決手段】 インク流路を形成する型部材の上にインク吐出孔部材となるべき
感光性部材を形成し、さらにその上に空気流路となるべき型部材を形成し、その
上に空気吐出孔部材を形成後それぞれの型部材を除去して記録ヘッドを製造する。
【選択図】図１

Description

本発明はインクジェット記録装置において、記録ヘッドの製造方法に関する。

インクジェット記録で空気流を補助的に用い、インク滴速度や階調性を上げる提案は、例えば圧電インクジェットとの組み合わせで特開昭52-82426や特開昭57-115354、サーマルインクジェットとの組み合わせで特開平5-201031、静電インクジェットとの組み合わせで特開平5-104716などがあり公知である。

しかしながらこれらの提案は単独ノズルか、たかだかのマルチノズル化にしか対応できなかった。今後のインクジェットプリンタの高速化に必須な高密度(例えば600ｄpi以上)で紙幅分(例えば８インチないし１２インチ)のフルマルチヘッドにはとても対応できるものでは無かった。

たとえば空気吐出孔をインク吐出孔とは別部材のカバーにもうけたり（特開平０５-２０１０３１）、空気吐出孔とインク吐出孔それぞれを形成した板を積層したり(特開平５-１０４７１６)しており６００ｄｐｉで紙幅分のフルマルチヘッドに使える精度は得られなかった。

また特開平６-９１８８５には空気吐出孔とインク吐出孔を精度良く形成するために空気吐出孔とインク吐出孔を同時に加工し、その後空気吐出孔とインク吐出孔間にスリットを入れる方法が提案されている。しかしこの方法では空気吐出孔とインク吐出孔の間隔は、スリットを入れるダイサーの強度から狭くすることができず、６００ｄｐｉ以上の高密度で必要とされる微小間隔を得ることはできなかった。
特開昭５２−８２４２６号公報 特開昭５７−１１５３５４号公報 特開平５−２０１０３１号公報 特開平５−１０４７１６号公報 特開平６−９１８８５号公報

したがって本発明は空気流を用いた高密度でかつ長尺のフルマルチヘッドに対応可能な精度の良い空気吐出孔とインク吐出孔の製造方法を提供しようとするものである。

液体インクを記録媒体に向かって吐出し記録を行なう記録ヘッドにおいて、基板上にインク分配流路をつくるための型材を構成する工程と、前記型材上にインク吐出孔部材となるべき感光性部材を配置する工程と、該インク吐出孔部材となるべき感光性部材に多数のインク吐出孔パターンを露光、現像する工程と、前記インク吐出孔部材となるべき感光性部材上に、空気分配流路をつくるための型材となるべき感光性部材を配置する工程と、前記空気分配流路をつくるための型材となるべき感光性部材に前記空気分配流路のパターンを露光、現像しエッチングする工程と、前記空気分配流路をつくるための型材上に、空気吐出孔部材となるべき感光性部材を配置する工程と、前記空気吐出孔部材となるべき感光性部材に、前記多数のインク吐出孔パターンに対向した空気吐出孔パターンを露光、現像する工程と、前記空気吐出孔部材となるべき感光性部材をエッチングする工程と、前記インク吐出孔部材となるべき感光性部材をエッチングする工程と、前記インク分配流路をつくるための型材と前記空気分配流路をつくるための型材を除去する工程からなることを特徴とする。

以上の説明でわかるように本発明により、空気流を用いた高密度な、長尺フルマルチヘッドを提供する事が出来る。

フルマルチを使ったラインプリンタは１パスで画像形成しなければならず、シリアルプリンタのようにマルチパスで高画質を得る手法が使えない。したがって各ノズルの濃度むらや着弾精度に厳しい要求があるが、本発明による高精度の記録ヘッドを用い、空気流を使うことで十分な品質を得ることが出来る。

図１は本発明の製造方法により製造されるヘッドを示す平面図で、図２はそのＡ−Ａ断面拡大図、図３は図２のＢ−Ｂ断面図、図４は図２のＣ−Ｃ断面図である。

図１に示すように、ヘッドにはインク吐出孔５がピッチｐ＝４２．３μm（６００ｄpi）で一列に配置され、ヘッドの有効長Ｌは約３００ｍｍ（１２インチ）で総計７２００個のインク吐出孔５が並んでいる。ヘッドの幅Ｗは約２０ｍｍである。図２でさらに詳しく構成を説明すると、１はプラスチックの射出成形またはセラミックで作られたヘッド基体、２はシリコンのヒータ基板、３はヒータ基板２の表面に作られた発熱体、４−１、４−２、４−３は２の表面に作られたバンプ、５は前述したインク吐出孔、６はインク吐出孔部材、７は空気吐出孔、８は空気吐出孔部材、９は駆動ＩＣチップ、１０はＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）である。ヘッド基体１には液室１１、インク流入口１２、空気室１３、空気流入口１４、ヒータ基板2にはインク流入孔１５、空気流入孔１６、インク吐出孔部材6にはインク分配流路１７、空気吐出孔部材8には空気分配流路１８が設けられている。インク流入口１２、液室１１、インク流入孔１５、インク分配流路１７、インク吐出孔5はインク１９で満たされており、空気流入口１４、空気室１３、空気流入孔１６、空気分配流路１８、空気吐出孔7には空気流２０が流れている。

図２の構成で、図示されていない本体からの駆動信号がＦＰＣ１０を介してバンプ４−３に与えられ、バンプ４−２から駆動ＩＣチップ9に信号が流れる。駆動ＩＣチップ9からの出力はバンプ４−１を介して発熱体3に負荷され、発熱体3は所定温度に発熱しそれによりインク分配流路１７中のインクインク１９は沸騰しその圧力でインク１９はインク吐出孔5から吐出され、空気吐出孔7を通して流出する空気流２０にのって図示していない記録媒体に向かって飛翔し、記録が行われる。

図５でさらに詳しくその動作を説明する。図５（ａ）は非吐出状態を示し、インク１９はインク吐出孔5の表面でメニスカスを形成し、空気流２０は空気吐出孔7を通って一定の速度で流れている。図５（ｂ）において、所定の駆動パルスが発熱体3に印加され、発熱体3が発熱するとインク１９は沸騰しバブル２１が発生する。２１の圧力でインク１９はインク滴２２となってインク吐出孔5から吐出を始め、空気流２０に押されながら加速される。駆動された後発熱体3は冷却し、２１も収縮を始めるが、２２は慣性と空気流２０により加速されインク吐出孔5から飛出していく（図５（ｃ）参照）。ここで注目すべきなのは、本実施例では発熱体3とインク吐出孔5の間が極めて狭く、その容積が小さいため、発熱体3に対向するインク１９は殆どすべて２２となって飛んでいくことである。その結果発熱体3の表面はインク吐出孔5を介して大気と連通する。

つぎに本発明の空気吐出孔について述べる。図１ないし図３で述べた実施例のヘッドで空気吐出孔7の等価直径（正方形など各種形状を面積の等しい等価円として代替して考えた時の直径）を振ったものと、対象例として従来から提案されている空気吐出孔をスリットを含め調べたところ図８のような結果となった。したがって高密度、長尺のフルマルチに適した空気吐出孔等価直径ｄaは従来提案されていたよりもはるかに小さい ｄa ≦ 50μｍ、さらに望ましくは ｄa ≦ 30μｍ 、特にインク滴が4ｐｌ以下の場合には ｄa ≦ 20μｍ であることがわかった。またインク吐出孔5と空気吐出孔7の距離（空気層厚さ）ｈaも ｈa ＜ 20μｍ、さらに望ましくはｈa ＜ 15μｍ、インク滴が4ｐｌ以下の場合には ｈa ＜ 10μｍ が望ましいことがわかった。図８でインク滴速度が低速とは空気流でほとんど加速されなかったことを示し、必要空気量膨大とは７０００ノズルもあるフルマルチプリンタで消費空気量が無視できないほど多く、大型で騒音の高いポンプが必要なことを示している。

図９に本発明の空気吐出孔の等価直径ｄaと発熱体の等価直径ｄhとの関係を示す。この結果から空気吐出孔の等価直径ｄaと発熱体の等価直径ｄhが 0.5 * ｄh ≦ ｄa ≦ 2 * ｄhであればインク滴が安定して加速され空気流の効果があることが判る。さらに 0.8 * ｄh ≦ ｄa ≦ 1.5 * ｄhであればより安定した吐出が可能である。空気吐出孔の等価直径ｄaが小さすぎるとインク滴が空気吐出孔を通過する時に空気流で粉砕されスプラッシュとして飛び散り、 空気吐出孔の等価直径ｄaが大きすぎると空気流の効果が出ず、インク滴の加速が行われない。前述したように本発明のヘッドは発熱体3前面のほとんどのインクがインク吐出孔5から吐出されるから、インク吐出孔5の大きさに関わらず、吐出インク滴２２の量は決まるから、 発熱体の等価直径ｄhと空気吐出孔の等価直径ｄaの密接な最適関係を持つことが理解されよう。

図６に本発明の記録ヘッドの製造方法を示す。

ステップ(ａ)
シリコンからなるヒータ基板2の表面に所定の絶縁膜などを構成し、発熱体3、バンプ４−１、バンプ４−２、バンプ４−３等を作る。必要に応じ発熱体3表面に保護膜を構成する。

ステップ(ｂ)
インク分配流路１７などの流路を構成すべき部分の型材となるべき感光性部材としてポジ型感光樹脂３１をコーターにより所定の厚さに塗布し、その後露光、現像し、感光部をエッチングし流路を構成すべき部分を型として残す。

ステップ（ｃ）
インク吐出孔部材6となるべき感光性部材としてネガ型感光性樹脂３２を前工程で型を形成した基板上にコーターで塗布、露光、現像する。

ステップ（ｄ）
その上に空気分配流路１８などの流路を構成すべき部分の型材となるべき感光性部材としてポジ型感光樹脂３３を塗布し、その後露光、現像、エッチングし流路を構成すべき部分を型として残す。

ステップ（ｅ）
その上に空気吐出孔部材8となるべき感光性部材としてネガ型感光性樹脂３４を塗布、露光、現像する。

ステップ（ｆ）
ネガ型感光性樹脂３２、ネガ型感光性樹脂３４をエッチングする。この時空気吐出孔7も形成される。

ステップ（ｇ）
ヒータ基板2に異方性エッチングによりインク流入孔１５、空気流入孔１６を形成する。

ステップ（ｈ）
ポジ型感光樹脂３３、ポジ型感光樹脂３１をエッチング液で除去しインク分配流路１７、空気分配流路１８を形成する。このときのエッチング液はステップ（ｂ）で使用したエッチング液とは異なり、硬化した非感光部を除去できるエッチング液を用いる。

ステップ（ｉ）
ネガ型感光性樹脂３２をエッチングしインク吐出孔5および空気流路３５を形成する。

ステップ（ｊ）
駆動ＩＣチップ9およびＦＰＣ１０をＡＣＦ（異方性導電接着剤）によって電気的接続する。さらにアルミナ、またはノリル製のヘッド基体１を接着しヘッド体が完成する。

なお本実施例で示したポジ型感光樹脂３１とポジ型感光樹脂３３に同一の感光性樹脂を用いれば塗布、露光、現像、エッチングが同一装置によりほぼ同じ条件で製造でき、量産上有利である。同様にネガ型感光樹脂３２とネガ型感光樹脂３４も同一材料であることが望ましい。

なお本実施例ではそれぞれの感光性樹脂の塗布にコーターを使用したが、基板が小さい場合はスピンナーを用いてもよい。
以上の実施例で判るように、本発明ではフォトプロセスでヘッドの重要部分を製造するから空気吐出孔７の等価直径ｄa、インク吐出孔５の等価直径ｄi、発熱体の等価直径ｄhやインク吐出孔高さｈiが極めて精度よく作られ、また空気吐出孔７とインク吐出孔５との心ずれもほとんど無い。またコーターを使うことで空気層厚さｈaも充分な精度で形成できる。

以上の実施例では発熱体の加熱によるインクの沸騰を利用してインク吐出を行う記録ヘッドを示したが、本発明は図７に示すように圧電素子を用いた記録ヘッドにも適用できる。この実施例ではシリコン基板の背面に振動板と圧電素子を積層し、圧電素子に荷電することでたわませインク吐出を行う。なお一般的に圧電素子を用いた記録ヘッドは圧電素子の出力エネルギーが小さいため、発熱体を用いたインクジェットよりも高密度化は難しい。

本発明により製造される記録ヘッドを示す平面図である。 そのＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。 本発明により製造される記録ヘッドの動作を示す摸式断面図である。 本発明の記録ヘッドの製造プロセスを示す模式図である。 本発明の記録ヘッドの構造の他の実施例を示す摸式図である。 空気吐出孔の等価直径を振った特性を示す表である。 空気吐出孔の等価直径ｄaと発熱体の等価直径ｄhとの関係を示す表である。

符号の説明

１ ヘッド基体
１１ 液室
１２ インク流入口

Claims (5)

1. 液体インクを記録媒体に向かって吐出し記録を行なう記録ヘッドにおいて、基板上にインク分配流路をつくるための型材を構成する工程と、前記型材上にインク吐出孔部材となるべき感光性部材を配置する工程と、該インク吐出孔部材となるべき感光性部材に多数のインク吐出孔パターンを露光、現像する工程と、前記インク吐出孔部材となるべき感光性部材上に、空気分配流路をつくるための型材となるべき感光性部材を配置する工程と、前記空気分配流路をつくるための型材となるべき感光性部材に前記空気分配流路のパターンを露光、現像しエッチングする工程と、前記空気分配流路をつくるための型材上に、空気吐出孔部材となるべき感光性部材を配置する工程と、前記空気吐出孔部材となるべき感光性部材に、前記多数のインク吐出孔パターンに対向した空気吐出孔パターンを露光、現像する工程と、前記空気吐出孔部材となるべき感光性部材をエッチングする工程と、前記インク吐出孔部材となるべき感光性部材をエッチングする工程と、前記インク分配流路をつくるための型材と前記空気分配流路をつくるための型材を除去する工程からなる事を特徴とする記録ヘッドの製造方法。
2. 前記基板上に前記インク分配流路をつくるための型材となるべき感光性部材を配置する工程と、前記インク分配流路をつくるための型材となるべき感光性部材に前記インク分配流路のパターンを露光、現像しエッチングする工程とを有する事を特徴とする請求項１に記載の記録ヘッドの製造方法。
3. 前記多数のインク吐出孔と対向して前記基板表面に多数の発熱体を形成する工程を有する事を特徴とする請求項１乃至２に記載の記録ヘッドの製造方法。
4. 前記基板はシリコンであり、前記インク分配流路と連通すべきインク流入孔と、前期空気分配流路と連通すべき空気流入孔を異方性エッチングで形成する事を特徴とする請求項１乃至３に記載の記録ヘッドの製造方法。
5. 液体インクを記録媒体に向かって吐出し記録を行なう記録ヘッドにおいて、多数のインク吐出孔を形成するインク吐出孔部材上に、空気分配流路をつくるための型材となるべき感光性部材を配置する工程と、前記空気分配流路をつくるための型材となるべき感光性部材に、前記空気分配流路のパターンを露光、現像、エッチングする工程と、前記空気分配流路をつくるための型材上に、空気吐出孔部材となるべき感光性部材を配置する工程と、前記空気吐出孔部材となるべき感光性部材に、前記多数のインク吐出孔パターンに対向した空気吐出孔パターンを露光、現像する工程と、前記空気吐出孔部材となるべき感光性部材をエッチングする工程と、前記空気分配流路をつくるための型材を除去する工程からなる事を特徴とする記録ヘッドの製造方法。

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