JP2010076396A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 主に物流環境等における、シリコンもしくはシリコン化合物からなるインクジェット記録ヘッドの構成部材のインクによる溶解を防止し、信頼性の高いインクジェットプリントヘッドを提供する。
【解決手段】 インクを吐出して記録を行う記録ヘッド部と、前記ヘッド部へ供給されるインクを収納し、前記ヘッド部と自在に着脱可能なインクタンク部と、が一体化されて使用されるインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記ヘッド部に保存用液体として、シリコンの腐食を防止する添加剤を含む液体が封入されている。
【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インクジェット記録ヘッド及び、インクジェット記録ヘッドの保存用液体に関する。

インクジェット記録ヘッドには、交換可能なインクカートリッジによりインク供給を行い半永久的に使用可能なヘッド（以下、ＰＨと称する。）と、インクタンクとヘッドを一体化し所定のインク量ごとに定期的に交換するヘッド（以下、ＤＨと称する。）と、に大別される。また、記録ヘッド部と記録ヘッドに対して供給されるインクタンク部とを着脱自在にできる構成とし、使用時には両者を接続して一体化し、それぞれが独立に交換可能な様にした形式のヘッド（以下、ＳＰＨと称する。）も提案されている。この構成のカートリッジにおいては、長期保存や物流時に好適な保存方法が（特許文献１、特許文献２）等に開示されている。

一方、インクジェット記録ヘッドのチップ部は、インク圧力発生素子及びその駆動回路と、流路、吐出口、インク供給口等からなるインク吐出構造体と、を同一基板上に作り込む事が容易である事から、単結晶シリコン基板が用いられることが多い。単結晶シリコン基板を用いたインクジェット記録ヘッドチップの製造方法の例として、インク供給口の形成にシリコンの結晶異方性エッチングを用いる方法が多数開示されている（特許文献３他）
特許文献４によれば、レーザー、サンドブラスト等の加工技術と結晶異方性エッチングの組み合わせにより（１１０）面や他の高次の面からなる貫通口を形成する手法が開示されている。また、インク流路や吐出圧力発生素子の振動板等にシリコンをエッチングした部材を用いる例も多数開示されている。

これらのシリコン部材は、インクに対して極微量の溶出が起こることが知られている。特にアルカリ溶液による異方性エッチングでエッチング速度が速い（１１０）面や高次の面は、少なからずシリコンの溶解がおこり、とりわけ、日中の高温での環境にさらされる物流環境などでは、ヘッドに不都合を起こす可能性があり、製品開発に当たって、入念な環境試験、評価が必要とされていた。この懸念は、不都合が生じた場合に簡単にヘッドを交換することができるＤＨよりも、半永久的にヘッドを使用するＰＨや、交換は可能であってもある程度長期間使用することを前提に設計されたＳＰＨの場合に強くもたれていた。
特開平５−１６９６７６号公報 特開２０００−１２７４４２号公報 特開平９−１１４７９号公報 特開２００４−１４８８２４号公報

本発明は、上記に鑑みなされた物である。すなわち、主に物流環境等における、シリコンもしくはシリコン化合物からなるインクジェット記録ヘッドの構成部材のインクによる溶解を防止し、信頼性の高いインクジェットプリントヘッドを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出して記録を行う記録ヘッド部と、前記ヘッド部へ供給されるインクを収納し、前記ヘッド部と自在に着脱可能なインクタンク部と、が一体化されて使用されるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ヘッド部に保存用液体として、シリコンの腐食を防止する添加剤を含む液体を封入することを特徴とする。

なお、本発明は、記録ヘッド部とインクタンク部が着脱自在であるヘッドで有効であって、ヘッド部自体もインクジェットプリンタ本体と独立して交換可能であるか否かは問わない。すなわち、ＰＨ、ＳＰＨのいずれにおいても効果的である。

本発明によれば、シリコンもしくはシリコン化合物からなるインクジェット記録ヘッドの構成部材のインクによる溶解を防止することが可能となる。特に日中の高温下にさらされる可能性がある物流環境等における、構成部材のインクによる溶解を防止することが可能となる。その結果、インクジェット記録ヘッドの信頼性が向上するのみならず、個々のヘッド、プリンタの物流環境や、在庫としての保管期間等々の違いによるヘッドの変化が極小に押さえられることで、ヘッド使用開始時のヘッド特性が安定する。また、ヘッド特性が安定することから、設計自由度が高まり、より高性能、高信頼性のインクジェット記録ヘッドを提供することが可能になる。

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、本発明に係る実施態様例を詳細に説明する。

保存用液体としては、インクジェット記録に用いるインクそのものや、インクから着色成分を除去した成分の液体、アルカリ性液体などが用いられる。これにＲ_１−ＳＯ_２−Ｒ_２で表される化合物を添加することで、シリコンまたはシリコン化合物からなるヘッド構成部材の溶解を押さえることが可能となる。上式で表される化合物としては、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジ（２−ヒドロキシエチル）スルホン、ジｎ−プロピルスルホン、ジイソプロピルスルホン、エチルメチルスルホン、イソプロピルメチルスルホン、イソプロピルエチルスルホンからなる群より選択することが可能である。

シリコンまたはシリコン化合物からなるヘッド構成部材としては、例えばシリコン基板に貫通口を形成することでなされるインク供給口があげられる。インク供給口は、サンドブラスト、レーザー加工、ドライエッチングの他結晶異方性ウェットエッチング、もしくはこれらの組み合わせによる加工が可能である。また、同様にインク流路やオリフィスプレートをシリコンで形成する場合、吐出圧力発生素子として振動板を用いるような場合にも適用可能である。これらの部材にシリコン以外に、シリコン化合物として窒化シリコン膜や酸化シリコン膜による形成にも適用可能である。更に、基板上に形成された素子を保護するための保護膜として、シリコンや前述のシリコン化合物を形成している場合にも効果的である。

以下に実施例を挙げ、本発明を更に具体的に説明する。

図１は、本発明を適用可能なインクジェット記録ヘッドの斜視図である。

本実施例では、シリコンの溶解を抑制する化合物を添加した保存用液体によるシリコンの溶解特性について述べる。

まず、サンプルチップとして、あらかじめ熱酸化シリコン膜１０２（約７０００Å）を形成した（１００）、（１１０）、（１１１）各方位のシリコンウェハ１０１（図２ａ）にフォトレジスト１０３（東京応化工業製ＯＦＰＲ−ＰＲ８ ＰＭ（ＯＦＰＲは登録商標））により約１ｍｍ幅の矩形のパターン１０４を形成する。（図２ｂ）前記フォトレジストパターンをマスクに酸化シリコン膜を緩衝フッ酸水溶液（ダイキン工業（株）社製 バッファードフッ酸１１０Ｕ）によりエッチングした後、マスクとして使用したフォトレジストをレジスト剥離液（東京応化工業社製剥離液１０４）を用いて剥離する。（図２ｃ）次いで、ウェハを適当なサイズに切断し、シリコン表面に酸化シリコン膜による矩形パターンが形成されたサンプルチップが完成した。

次いで、保存用液体として、マゼンダ染料＋グリセリン＋エチレン尿素＋水を混合した物と、この混合液体にシリコンの溶解を抑制する添加物の一例として、ジエチルスルホンを３重量％の濃度で添加した物の２サンプルを準備した。密閉容器にこれらの保存用液体を充填し、先に作成したシリコンのサンプルチップを浸漬し、６０℃で７日間保存した後、サンプルチップを引き上げ、純水で洗浄し、矩形パターン部の段差を測定した。測定値は、あらかじめは測定しておいた、酸化シリコン膜の段差を差し引き、シリコンの溶解による段差量を得た。（図３）以下、表１にシリコン溶解段差の測定結果を示す。なお、段差の測定には接触式段差計（ケーエルエーテンコール社製 アルファステップ２００）を用いた。

表１に示す様に、ジエチルスルホンの添加によってシリコンの溶解が抑制されることが確認された。

なお、本実施例では、サンプルチップのパターンを熱酸化シリコンを用いて形成した。熱酸化シリコンは、非常に緻密な膜構造であるために、今回用いた保存用液体では、ほとんど溶解しない。しかし、組成の異なる保存用液体では、この限りではない。

本実施例ではインク供給口として、シリコン基板を貫通するスルーホールを形成した場合について述べる。

吐出圧力発生素子として、電機熱変換素子２０２及び素子駆動回路（図示せず）、保護膜２０３を形成した（１００）方位のシリコン基板裏面２０１に、あらかじめ、フォトレジスト２０４（東京応化社製ＯＦＰＲ−ＰＲ８ ＰＭ）を用いて、インク供給口パターン２０５を形成しておく。次いで、基板表面側に後に溶解可能な樹脂層としてインク流路型材２０７となるパターンを形成する。ここでは、東京応化工業社製ＯＤＵＲ−１０１０（ＯＤＵＲは登録商標）をＵＳＨＩＯ社製ＵＸ−３０００を用いてＤＥＥＰＵＶ光で約２００００ｍＪ／ｃｍ^２の照射を行いパターニングした（図４ｂ）。次いで、インク流路型材となるパターン上に下記表１の組成からなるネガ型感光性樹脂をスピンコートした。次いで、この樹脂層２０６をキヤノン社製ミラープロジェクションアライナー（ＭＰＡ−６００Ｓｕｐｅｒ（ＭＰＡは登録商標））のＵＶ光にて露光、現像し、インク吐出口２０９を形成した（図４ｃ）。

次いで、基板表面側に形成したインク吐出口を保護するための保護材２１０として東京応化工業製ＯＢＣを塗布する（図４ｄ）。この後、基板裏面側に形成したインク供給口パターンのフォトレジストをマスクにあらかじめ形成してあった酸化シリコン膜２０６をエッチングする。（ダイキン工業（株）社製バッファードフッ酸１１０Ｕを使用）（図４ｅ）次いで、ＹＡＧレーザーを用いて、インク供給口パターン内側に止まり穴２１１を形成した（図４ｆ）後、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（８３℃、２２％）による結晶異方性エッチングによりインク供給口２１２を形成した（図４ｇ）。レーザー加工と異方性エッチングを組み合わせることにより幅が狭いスルーホールを形成することができる。更に、保護材のＯＢＣをキシレンを用いて除去し、基板表面よりＵＳＨＩＯ製ＣＥ−９０００により２７Ｊ／ｃｍ^２の全面照射を行い、乳酸メチル中に超音波を付与しつつ浸漬し、溶解可能な樹脂を溶出した。

次いで、２００℃／１時間加熱し、被覆樹脂層を完全に硬化させインクジェット記録ヘッドチップが完成した。（以上、図４ｈ）
次いで保存用液体として、マゼンダ染料＋グリセリン＋エチレン尿素＋水を混合した物と、この混合液体にシリコンの溶解を抑制する添加物の一例として、ジ（２−ヒドロキシエチル）スルホンを５重量％の濃度で添加した物の２サンプルを準備した。痕保存用液体を密閉容器に充填し、前記のインクジェット記録ヘッドチップを浸漬し、６０℃で、３０日間保存した。浸漬終了後、チップを切断し、図５に示したようにインク供給口の断面を詳細に観察したところ、ジ（２−ヒドロキシエチル）スルホンを添加しない液体でのサンプルでは、スルーホール側面部の幅が、約５μｍ広がったのに対し、ジ（２−ヒドロキシエチル）スルホンを添加した液体に浸漬したサンプルでは、ほとんど寸法変化が見られなかった。

本発明を適用可能なインクジェット記録ヘッドの斜視図である。 実施例１における、インクによるシリコンの溶解特性を調べるためのサンプル作成のフロー図である。 実施例１における、シリコンの溶解量測定の概念図である。 実施例２における、インクジェット記録ヘッドの製造プロセスを示したフロー図である。図１のＡ−Ａ‘断面図として示す。 実施例２における、インク供給口の寸法変化の測定を示した概念図である。図１のＡ−Ａ‘断面図として示す。

符号の説明

１０１ （１００）、（１１０）、（１１１）各方位のシリコン基板
１０２ 熱酸化シリコン膜
１０３ レジスト
１０４ 矩形パターン
２０１ シリコン基板
２０２ 電機熱変換素子
２０３ 保護膜
２０４ レジスト
２０５ インク供給口パターン
２０６ 酸化シリコン膜
２０７ インク流路型材
２０８ ネガ型感光性樹脂からなる樹脂層
２０９ インク吐出口
２１０ インク吐出口を保護するための保護材
２１１ 止まり穴
２１２ インク供給口

Claims (7)

1. インクを吐出して記録を行う記録ヘッド部と、前記ヘッド部へ供給されるインクを収納し前記ヘッド部と自在に着脱可能なインクタンク部とが一体化されて使用されるインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記ヘッド部に保存用液体として、シリコンの腐食を防止する添加剤を含む液体が封入されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記記録ヘッド部は、インクを吐出するためのインク吐出圧力発生素子と、インクを吐出する吐出口と、前記吐出口に連通し吐出口から吐出するインクを供給するためのインク流路及びインク供給口とを有し、インクが接触する部材の少なくとも一部にシリコンまたはシリコン化合物が用いられている事を特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記インク供給口の形成が、シリコン基板に貫通口を形成することで行われることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記インク吐出口、インク流路、インク吐出圧力発生素子を形成する部材の少なくとも一部がシリコンもしくはシリコン化合物である事を特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記シリコン化合物は、酸化シリコン、窒化シリコンのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記シリコンの腐食を防止する添加剤は、下記式１で示される化合物を含む事を特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
   式１ Ｒ_１−ＳＯ_２−Ｒ_２
   （式１においてＲ_１、Ｒ_２は炭素数１〜３のアルキル基、ヒドロキシル基を表す。）
7. 上記式１に示される化合物がジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジ（２−ヒドロキシエチル）スルホン、ジｎ−プロピルスルホン、ジイソプロピルスルホン、エチルメチルスルホン、イソプロピルメチルスルホン、イソプロピルエチルスルホンからなる群より選択される請求項６に記載のインクジェット記録ヘッド。

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