JP2708593B2 - インクジェット記録ヘッド及び該記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インク液滴を飛翔させ被記録媒体に記録を
行なうためのインクジェット記録ヘッド及び該ヘッドの
製造方法に関する。

〔従来の技術〕 この種のインクジェット記録ヘッドは、一般に微細な
吐出口（以下、オリフィスともいう）、インク液路、及
びインク液路の一部に設けられる吐出エネルギー発生素
子を備えている。

従来、この様な記録ヘッドを製造する方法としては、
例えば、シリコン基板の上にSiO₂皮膜を積層し、これに
吐出エネルギー発生素子およびインク液路壁を形成する
感光性樹脂をパターニングおよび現像・硬化により形成
する。この後にガラス等よりなる天板を積層し、インク
液路およびオリフィスが形成される。

さらに、必要に応じて、ダイアモンドブレード等によ
って記録ヘッドの前端部を切断，分離することによりオ
リフィスおよび吐出口面の位置等が調整され、所望の大
きさの記録ヘッドが製造される。

第12図は、記録ヘッドの一従来例を示す斜視図であ
り、第13図は、その平面図である。

また、オリフィスやインク液路の位置を調整する等の
ための切断，分離は第15図に示す様な方法により行なわ
れる。

第12図および第13図に示す記録ヘッドは、シリコン基
板２上にインク液路壁３および吐出エネルギー発生素子
としての例えば電気熱変換素子７が設けられ、これにガ
ラスよりなる天板５が接合されている。これにオリフィ
スの位置を調整するなどのために、第15図に示すように
ダイアモンドブレードの回転によって記録ヘッド前端部
を切断し、最終的なオリフィスおよび吐出口面を形成す
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来例では、オリフィスの形成を
最終的にヘッド先端を切断することによって行なう方法
をとっているため、切断中にダイアモンドブレードの目
詰り等により、切削能力が低下しオリフィス形成部材又
はその周囲の部材に欠けやひび等を発生させることが、
しばしばあった。

第14図は、切断によって形成されたオリフィスおよび
その周囲の拡大図である。図中の符号21はシリコン基板
表面上のSiO₂膜の欠けであり、符号22はインク液路を形
成する樹脂層の欠けである。

これらの欠けは、吐出性能を著しく低下させるもので
ある。例えばオリフィスからインク液滴を吐出する時
に、異常なインク濡れを発生させて、インク液滴の吐出
方向を曲げてしまうことがある。この結果、インク液滴
の被記録媒体に対する本来の着弾位置にずれを生じさ
せ、被記録媒体に記録された画像の品位が低下すること
がある。

また、第16図および第17図は、記録ヘッドの他の従来
例を示し、オリフィスを配設したオリフィスプレートを
貼りつけることにより吐出口面を構成するタイプの記録
ヘッドである。

このような記録ヘッドの場合、ヘッド１の正面には、
インク液路に連通する開口がオリフィスプレート11を貼
る前の仮オリフィスとして形成されているものである。
オリフィスプレート11は、オリフィス６を予め開けたも
のを接着剤やネジ等の手段を用いて記録ヘッド先端に貼
りつける。

また、別の方法としては、オリフィス６を予め設けて
いないオリフィスプレート11を貼りつけた後に、レーザ
ー等の加工手段によりオリフィス６を形成することもあ
る。

しかし、この種の記録ヘッドにおけるオリフィスプレ
ート11を貼る前の記録ヘッド形成では、インク液路を加
工する際、切断等により液路長さを設定していたため、
その切断時にはインク液路の中に切削粉や、ゴミ等が混
入することがあり、これらによる吐出不良を発生するこ
ともあった。

また、オリフィスプレート11を接着剤を用いて貼りつ
ける場合にはインク液路内に接着剤が入りこみ、インク
液路をつまらせてしまう等の問題点もあった。

さらには、上述した記録ヘッド製造方法は、組立工程
や、検査工程が多いため、結果として装置のコストが高
くつくといった問題点も有していた。

本発明は、記録ヘッドの製造方法において上述した従
来の各問題点が生じないようにするためになされたもの
であり、インク液路に連通する吐出口を配設する吐出口
面を、吐出口が形成される前に切断によって形成し、そ
の後吐出口が形成されるようにすることにより、特に、
切断によって吐出口およびその周囲に生じる欠け等の不
良の発生を防止し、これにより良好な記録を行なうこと
のできるインクジェット記録ヘッドおよび該ヘッドの製
造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明では、インク液滴を吐出する吐出口
と、前記インク液滴吐出のために利用されるエネルギー
を発生するエネルギー発生素子と、該エネルギー発生素
子を内包し前記吐出口に連通するインク液路と、前記吐
出口が配される吐出口面と、を有するとともに、前記イ
ンク液滴を吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法において、前記インク液路を前記吐出口が
形成される側の端部を閉塞した状態で形成する工程と、
前記インク液路の端部が閉塞された状態を保つように該
端部を切断して前記吐出口面を形成する工程と、前記吐
出口面にレーザー光を照射して吐出口面に吐出口を形成
することにより吐出口を前記インク液路に連通させる工
程と、を有することを特徴とする。

〔作 用〕

以上の構成によれば、インク液路の端部の閉塞状態を
保ったまま切断により吐出口面を形成した後、その吐出
口面にレーザー光を照射して、吐出口を形成しインク液
路と連通させるので、吐出口が形成された状態で切断が
行われる工程を排除でき、これにより、吐出口周辺の欠
けやひびの発生を防止できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例を示すインクジェット記
録ヘッドの斜視図であり、図中、１はインクジェット記
録ヘッド、２は記録ヘッド１を構成するシリコン基板で
あり、電気熱変換素子を配設している。３はシリコン基
板２上に積層された感光性樹脂にパターン露光および現
像・硬化を行なって形成されたインク液路壁、４は感光
性樹脂を露光および現像・硬化させた板、５はガラスよ
りなる天板である。また、６はインク液滴を形成するた
めのオリフィスであり、後述のように後加工により形成
されたものである。

第２図は第１図に示した記録ヘッドの平面図であり、
図中、７は発熱素子としての電気熱変換素子であり、イ
ンクを加熱することにより瞬時に発泡させ、インク液滴
をオリフィス６より吐出させる。８は上記基板1,インク
液路壁3,板4,天板５の各々が層をなして形成される吐出
面、９は電気熱変換素子７を配設し該素子の熱作用部と
なるインク液路である。

第３図は、上述した記録ヘッドを製造する際の一次加
工上りの状態の記録ヘッドを示す平面図である。同図に
示すように、インク液路９は感光性樹脂をパターン露光
および現像・硬化して形成された液路壁３によって構成
されている。この一次加工上りの状態ではインク液路９
の吐出口となる先端側はオリフィス加工がなされていな
い。

記録ヘッド製造工程の第一次加工としては、インク液
路９の先端のオリフィス加工が施される部分の厚みを一
定（l₀）とする。この厚みは、ダイアモンドブレード等
による切断により吐出口面８を形成する際に定められ
る。インク液路先端部の厚みl₀は５〜50μｍ程度が望ま
しいが、インク液路９の幅や、形状に応じて、l₀はこの
範囲には限定されない。

次に、二次加工として吐出口面８のインク液路９に対
応した位置にオリフィス６を開け、第２図に示す構成と
する。オリフィスの穴あけ手段としては、例えばレーザ
ー光の照射を利用し、オリフィス形状，寸法を規制する
マスクを介して行なう。

第４図は、レーザー光によるオリフィス加工を示す平
面図である。同図中１は記録ヘッドであり、上述したよ
うに一次加工上りの状態でオリフィスがないものであ
る。31はオリフィスの形状等を定めるためのマスクでオ
リフィス６と相似形の穴が開いている。32はレーザー光
線発生装置である。レーザー発生装置32から出たレーザ
ー光線33はマスク31によってその照射範囲が規制され、
オリフィス形状に倣らったレーザー光線34が１組のレン
ズ35を介して記録ヘッド１に照射される。これにより、
記録ヘッド１のインク液路の先端部にオリフィスが形成
される。

レーザー光を用いたオリフィス加工について更に詳細
に説明する。

レーザー発生装置32はエキシマレーザー光を発生させ
るものである。すなわち、レーザー光33は、ハイパワー
の紫外光,KrFエキシマレーザー光であり、その利点とし
ては、高強度であること，単色性が良いこと，指向性が
あること，短パルス発振ができること，レンズで集光す
ることで、エネルギー密度を非常に大きくできることな
どをあげることができ、これによりオリフィスの形状精
度や加工面精度を良好なものとすることができる。エキ
シマレーザー発生装置32は希ガスとハロゲンガスの混合
気体を放電励起することで、短パルス（15〜35ns）の紫
外光を発振する装置であり、KrFレーザー,ArFレーザー
がよく用いられる。

本実施例では、KrFを使用し、発振エネルギーは数100
mJ/パルス，パルス繰返し周波数は30〜1000Hzで行なっ
た。

エキシマレーザー発生装置32から射出されたレーザー
光33はAl製のマスク31を通過後、レンズ35によって集光
される。集光された、エキシマレーザー光34は記録ヘッ
ド１の表面に照射されオリフィスを加工する。

オリフィス口径をφ25μｍ〜φ40μｍと変化させた
が、いずれも、精度良く加工でき、オリフィスの周囲の
欠けやひび等の不良はなかった。

また、レーザー光33を規制するマスク31を集光レンズ
35の後方であって、記録ヘッド１の前方に置いても、同
様な加工ができた（ただし、マスクは、出来上り寸法と
同寸法の穴径が必要）。以上のようにして加工された記
録ヘッドを用いて記録を行なった結果、従来の記録ヘッ
ドに比べ、インク液滴の着弾精度が向上した。

第５図，第６図は、それぞれ本発明の他の実施例に関
する平面図であり、インク液路先端部の形状を種々変え
ることができることを示すものである。

また、第7,8,9図は、それぞれオリフィスの形状の他
の実施例であり、記録される画像等記録装置の使用目的
に合わせ種々変えることもできるものである。

第10図は、上述の各実施例により得られた記録ヘッド
を用いて構成可能なインクタンク一体型の記録ヘッドカ
ートリッジを示す。

図中600は上述の記録ヘッド本体１に隣接して配設さ
れるサブインクタンクであり、このサブインクタンク60
0および上記本体は蓋300および800によって支持され
る。さらに、1000はカートリッジ本体、1100はカートリ
ッジ本体の蓋部材である。カートリッジ本体内部にはイ
ンクタンクが内臓され、サブインクタンク600に適宜イ
ンクを供給する。

さらにこのカートリッジを用いて第11図のようなイン
クジェットプリンタ、すなわち、ディスポーザブルのカ
ートリッジを用いるインクジェットプリンタを構成する
ことができる。

なお、第11図において80は第10図に示したカートリッ
ジであり、このカートリッジ80は、押え部材81によりキ
ャリッジ15の上に固定されており、これらはシャフト31
に沿って長手方向に往復動可能となっている。また、キ
ャリッジ15に対する位置決めは、例えば蓋300に設けた
穴と、キャリッジ15側に設けたダボ等により行うことが
できる。さらに、電気的接続は配線基板に設けた接続パ
ッドに、キャリッジ15上のコネクタを結合させればよ
い。

記録ヘッドより吐出されたインクは、記録ヘッドと微
少間隔をおいてプラテン19に記録面を規制された記録媒
体18に到達し、記録媒体18上に画像を形成する。

記録ヘッドには、ケーブル16およびこれに結合する端
子を介して適宜のデータ供給源より画像データに応じた
吐出信号が供給される。カートリッジ80は、用いるイン
ク色等に応じて、１ないし複数個（図では２個）を設け
ることができる。

また、第11図において、17はキャリッジ15をシャフト
31に沿って走査させるためのキャリッジモータ、32はモ
ータ17の駆動力をキャリッジ15に伝達するワイヤであ
る。また、30はプラテンローラ19に結合して記録媒体18
を搬送させるためのフィードモータである。

上述の実施例によれば、オリフィスの周囲は、インク
液路壁を構成する感光性樹脂であり、この周囲が同一素
材であるため、インク濡れ性が均一となる。これによ
り、インク液滴の吐出方向の偏向を少なくすることがで
きる。また、撥インク処理をする場合にも同一平面上で
同一素材であるために均一な塗布が可能となり、撥イン
ク処理剤がはがれにくくなる。なお、オリフィスを配す
る吐出口面に撥インク処理をする際には第１の加工の切
断による吐出口面形成後に行なえば、第２のオリフィス
加工時にオリフィスに塗布された撥インク処理剤もレー
ザー加工で同時に除去されるので、インク液路内への撥
インク処理剤の入りこみがなくなるといった利点もあ
る。

（その他） なお、本発明は、特にインクジェット記録方式の中で
もバブルジェット方式の記録ヘッド、記録装置において
優れた効果をもたらすものである。かかる方式によれば
記録の高密度化，高精細化が達成できるからである。

その代表的な構成や原理については、例えば、米国特
許第4723129号明細書，同第4740796号明細書に開示され
ている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この
方式は所謂オンデマンド型，コンティニュアス型のいず
れにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合
には、液体（インク）が保持されているシートや液路に
対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対
応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少な
くとも１つの駆動信号を印加することによって、電気熱
変換体に熱エネルギを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用
面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に一対
一で対応した液体（インク）内の気泡を形成できるので
有効である。この気泡の成長，収縮により吐出用開口を
介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの
滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即
時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に
優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好まし
い。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第44
63359号明細書，同第4345262号明細書に記載されている
ようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上
昇率に関する発明の米国特許第4313124号明細書に記載
されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行う
ことができる。

記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示さ
れているような吐出口，液路，電気熱変換体の組合せ構
成（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作用部が
屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許
第4558333号明細書，米国特許第4459600号明細書を用い
た構成も本発明に含まれるものである。加えて、複数の
電気熱変換体に対して、共通するスリットを電気熱変換
体の吐出部とする構成を開示する特開昭59−123670号公
報や熱エネルギの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応
させる構成を開示する特開昭59−138461号公報に基いた
構成としても本発明の効果は有効である。すなわち、記
録ヘッドの形態がどのようなものであっても、記録を確
実に効率よく行いうるからである。

さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対
応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対
しても本発明は有効に適用できる。そのような記録ヘッ
ドとしては、複数記録ヘッドの組合せによってその長さ
を満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッド
としての構成のいずれでもよい。加えて、上例のような
シリアルタイプのものでも装置本体に装着されること
で、装置本体との電気的な接続や装置本体からのインク
の供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッ
ド、あるいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカー
トリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は
有効である。

また、本発明に記録装置の構成として設けられる、記
録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助手段等を付
加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ま
しいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッ
ドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加
圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素
子或はこれらの組み合わせによる予備加熱手段、記録と
は別の吐出を行なう予備吐出モードを行なうことも安定
した記録を行なうために有効である。

また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数につい
ても、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けら
れたものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに
対応して複数個数設けられるものであってもよい。

さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態
としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端
末として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写
装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の
形態を採るものであってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、インク液路の端
部の閉塞状態を保ったまま切断により吐出口面を形成し
た後、その吐出口面にレーザー光を照射して、吐出口を
形成しインク液路を連通させるので、吐出口が形成され
た状態で切断が行われる工程を排除でき、これにより、
吐出口周辺の欠けやひびの発生を防止できる。

この結果、吐出口（オリフィス）は常に正しい寸法，
形状で形成されるために、吐出は安定し、インク液滴の
着弾精度が良くなるので、高い画像品位を得ることがで
きる。

また、吐出口面形成の切断時に吐出口が未加工なので
切断時の微粉等が入り込まず、従来の方法で製法した時
の様な吐出口やインク液路のゴミづまりがなくなりヘッ
ド製造上の検査工程を除くことができ、また、信頼性の
高いヘッドを作ることができる。

さらには、オリフィスプレートを貼りつけるタイプの
記録ヘッドと比較して接着工程がないため、別体のオリ
フィスプレートを用意しなくて良い等により製造上の不
良がなく、コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例に関するイン
クジェット記録ヘッドの要部を示すそれぞれ斜視図およ
び模式的断面図、 第３図は、本発明の一実施例に関するインクジェット記
録ヘッドの加工途中を示す模式的断面図、 第４図は、本発明の一実施例に関するインクジェット記
録ヘッドのオリフィスをレーザーによって加工する時の
模式的平面図、 第５図および第６図は、本発明の他の実施例に関するイ
ンクジェット記録ヘッドの加工途中の模式的断面図、 第７図〜第９図は、本発明に関するオリフィス形状の他
の実施例を示す模式的正面図、 第10図は、本発明を適用したインクジェット記録ヘッド
を用いて構成される記録ヘッドカートリッジの模式的斜
視図、 第11図は、第10図に示した記録ヘッドカートリッジを搭
載して構成されるインクジェット記録装置の模式的斜視
図、 第12図および第13図は、インクジェット記録ヘッド要部
の一従来例を示すそれぞれ模式的斜視図および模式的断
面図、 第14図は、従来の記録ヘッド加工による不良発生を示す
模式的正面図、 第15図は、記録ヘッド加工の一工程を示す模式的正面
図、 第16図および第17図は、インクジェット記録ヘッドの一
従来例を示すそれぞれ模式的斜視図および模式的断面図
である。 １……記録ヘッド、 ２……シリコン基板、 ３……インク液路壁、 ４……感光性樹脂板、 ５……天板、 ６……オリフィス（吐出口）、 ７……電気熱変換素子、 ８……吐出口面、 ９……インク液路、 31……マスク、 32……レーザー発生装置、 33……レーザー光線、 34……マスクによって規制されたレーザー光線、 35……レンズ。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インク液滴を吐出する吐出口と、前記イン
   ク液滴吐出のために利用されるエネルギーを発生するエ
   ネルギー発生素子と、該エネルギー発生素子を内包し前
   記吐出口に連通するインク液路と、前記吐出口が配され
   る吐出口面と、を有するとともに、前記インク液滴を吐
   出して記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法
   において、 前記インク液路を前記吐出口が形成される側の端部を閉
   塞した状態で形成する工程と、 前記インク液路の端部が閉塞された状態を保つように該
   端部を切断して前記吐出口面を形成する工程と、 前記吐出口面にレーザー光を照射して吐出口面に吐出口
   を形成することにより吐出口を前記インク液路に連通さ
   せる工程と、 を有す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。
2. 【請求項２】前記吐出口面は、感光性樹脂材料で形成さ
   れ、また、前記レーザー光は、エキシマレーザー光であ
   ることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記
   録ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の製造方法によっ
   て製造されたことを特徴とするインクジェット記録ヘッ
   ド。