JP4890962B2 - 液体噴射記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体噴射（以下、「インクジェット」ともいう）記録方式に用いる記録液（インク）小滴を発生するための液体噴射記録ヘッド及びその製造方法に関する。

インクジェット記録方式に適用されるインクジェット記録ヘッドは、一般に、微細なインク吐出口（オリフィス）、液流路及びこの液流路の一部に設けられる液体吐出エネルギー発生部を有する液滴吐出単位を複数備えている。液体吐出エネルギー発生部は、吐出エネルギー発生素子を配置することにより形成することができ、かかる素子としては、圧電素子や熱エネルギー発生素子（電気熱変換体）などが用いられている。

熱エネルギー発生素子を用いるインクジェット記録ヘッドとして、液体吐出エネルギー発生部へのインクの供給方向と交差する方向へインクを吐出させるタイプ（サイドシュータータイプ）のものが知られている。このサイドシュータータイプのヘッドの製造方法が本願発明と同一の出願人による特許文献１に開示されている。この公報に記載の方法では以下の手順によりインクジェット記録ヘッドが得られる。まず、インク吐出圧力発生素子が設けられた基板上に、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンが形成される。次に、常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶媒に溶解して、これを溶解可能な樹脂層上にソルベントコートし、インク流路壁となる被覆樹脂層を形成する。次に、この被覆樹脂層のインク吐出圧力発生素子上方の部分を開口してインク吐出口とし、更に溶解可能な樹脂層を溶出により基板上から除去してインク流路を形成する。この方法により得られる構造のインクジェット記録ヘッドによれば、インク吐出圧発生素子と吐出口間の距離（ＯＨ距離）を極めて高い精度で短くかつ再現よく設定でき、高品位記録に適した構造を得ることができる。

また、ヘッド端面の開口部周辺の切欠によるインク滴の飛翔方向の変動を押さえる目的で、ノズル先端部はヘッド端面から奥まった位置に設けられるとともに、ヘッド端面にノズルよりも口径が大である凹部が設けられた記録ヘッドが知られている（特許文献２）。
特開平６−２８６１４９号公報 特開平６−２８６１２９号公報

上述した特許文献２には、ヘッドの製造に際して、インク吐出手段をもった基板と流路基板とを貼り合せることの開示がある。しかしながら、貼り合せでは微小な液適を吐出する際に吐出口とインク吐出手段との位置精度に限界があり、特許文献１に記載されているような、貼り合せを用いずに高精度にこのような形状を形成することが求められていた。

一方、画像品位向上を図る上で記録媒体に付与する全液滴を小さくしていくと、インクの必要量を記録媒体に付与するためには、吐出回数を増加させる必要が生じ、そのために印字スピードが低下するという問題がある。この印字スピードの低下という問題を解決して、吐出液滴の小液滴化による画像品位向上と印字スピードを両立させる方法として、複数の吐出口から異なる吐出量での吐出を行う方法がある。すなわち、記録媒体に付与するインク滴の全弾を一律に小液滴とせずに、小液滴で印字する部分と大液滴で印字する部分を区分して印字を行う。そのために、インクジェット記録ヘッドに、画像品位の向上のための小液滴用の吐出口と、印字スピードを稼ぐための大液滴用の吐出口を設ける。この場合、各吐出口における吐出口径（オリフィス径）、それに対応する吐出エネルギー発生素子のサイズ、ＯＨ距離等を適宜変更することで、異なる吐出量での吐出が可能となる。なお、ＯＨ距離は、吐出エネルギー発生素子のインクへの作用面と吐出口の開口面までの距離である。

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、同一チップのノズルについて、ＯＨ距離やオリフィスプレートの厚さを異なる吐出量毎に変更することは困難である。そのため、上述のような異なる液滴量を用いるヘッドにおいて、小液滴用の吐出口での更なる小液滴化を図ると、これらの液滴容量の差が拡大し、各吐出口におけるＯＨ距離を一定とする従来のヘッド構造では各吐出口からの液滴量の制御が容易ではない場合が生じた。すなわち、効果的な吐出液滴の容量差を得ることができない場合があった。

本発明の目的は、貼り合せを用いることなく、吐出方向のヨレの少ないヘッドを容易に製造することのできるインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、各吐出口におけるＯＨ距離を一定とした場合でも、複数の吐出口からの液滴に大きな吐出量差を付与でき、かつ各吐出からのミストの発生も抑えることができる構造を有するインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法を提供することにある。

本発明にかかるインクジェット記録ヘッドは、複数の吐出エネルギー発生素子が設けられている基板上に、各吐出エネルギー発生素子に対応してインクを吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路とを有し、該吐出口が前記基板の前記吐出エネルギー発生素子が設けられた素子配置面に対して前記流路を介して対向した位置に設けられているインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記吐出口として、インク吐出側の径Ａと前記流路側の径ＢとがＡ＞Ｂの関係にある第１の吐出口と、径が一定である第２の吐出口とを有し、
前記第１の吐出口の１液滴当たりのインク吐出量が、前記第２の吐出口の１液滴当たりのインク吐出量よりも大きい
ことを特徴とするインクジェット記録ヘッドである。

本発明にかかるインクジェット記録ヘッドの製造方法の第１の態様は、
複数の吐出エネルギー発生素子が設けられている基板上に、各吐出エネルギー発生素子に対応してインクを吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路とを有し、該吐出口が前記基板の前記吐出エネルギー発生素子が設けられた素子配置面に対して前記流路を介して対向した位置に設けられており、前記吐出口として、インク吐出側の径Ａと前記流路側の径ＢとがＡ＞Ｂの関係にある第１の吐出口と、径が一定である第２の吐出口とを有し、前記第１の吐出口の１液滴当たりのインク吐出量が、前記第２の吐出口の１液滴当たりのインク吐出量よりも大きいインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
基板の複数の吐出エネルギー発生素子が設置された素子設置面上に流路となる型材を設ける工程と、
前記型材を第１の流路形成部材で被覆する工程と、
前記第１の流路形成部材の前記素子設置面の各吐出エネルギー素子に対向する位置に径Ｂを有する吐出口を形成する工程と、
前記第１の流路形成部材の前記径Ｂを有する吐出口の複数が開口する面に第２の流路形成部材を積層する工程と、
前記第２の流路形成部材に、前記径Ｂを有する吐出口に接続し、径Ｂよりも大きな径Ａを有する吐出口を形成し、径Ｂである部分と径Ａである部分（Ａ＞Ｂ）を有する第１の吐出口を得る工程と、
前記第２の流路形成部材に、前記径Ｂを有する吐出口を基礎として前記第１及び第２の流路形成部材を貫通する径が一定である第２の吐出口を得る工程と、
前記型材を前記基板上から溶解除去する工程と、
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である。

本発明にかかるインクジェット記録ヘッドの製造方法の第２の態様は、
複数の吐出エネルギー発生素子が設けられている基板上に、各吐出エネルギー発生素子に対応してインクを吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路とを有し、該吐出口が前記基板の前記吐出エネルギー発生素子が設けられた素子配置面に対して前記流路を介して対向した位置に設けられており、前記吐出口として、インク吐出側の径Ａと前記流路側の径ＢとがＡ＞Ｂの関係にある第１の吐出口と、径が一定である第２の吐出口とを有し、前記第１の吐出口の１液滴当たりのインク吐出量が、前記第２の吐出口の１液滴当たりのインク吐出量よりも大きいインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
基板の複数の吐出エネルギー発生素子が設置された素子設置面上に流路となる型材を設ける工程と、
前記型材を流路形成部材で被覆する工程と、
前記流路形成部材の前記素子設置面の複数の吐出エネルギー発生素子のそれぞれに対向する位置に径Ｂを有する複数の吐出口を形成する工程と、
前記複数の吐出口の一部について、径Ａの開口を有するマスクを介したエッチング処理によりインク吐出側の径を広げてＡとすることにより、径Ｂである部分と径Ａである部分（Ａ＞Ｂ）を有する第１の吐出口を形成し、該第１の吐出口以外を径Ｂを有する第２の吐出口として残す工程と、
前記型材を前記基板上から溶解除去する工程と、
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である。

本発明によれば、貼り合せを用いることなく、吐出方向のヨレの少ないヘッドを容易に製造することのできるインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することができる。また、吐出側径Ａと流路側径ＢがＡ＞Ｂの関係にある吐出口を、径が均一な吐出口とともに用いることで、同一ＯＨ距離の吐出口間での効果的な液滴量の差を生じさせることが可能な構造のインクジェット記録ヘッド及びその製造方法を提供することができる。

以下、インクジェット記録ヘッドの参考実施形態について説明する。
（１）Ａ＞Ｂの吐出口を有するインクジェット記録ヘッド
図１は、Ａ＞Ｂの吐出口を複数有するインクジェット記録ヘッドの並列された２つの吐出口を通る線（図２のＡ−Ａ’線）に沿った断面図であり、図２はかかる構造のインクジェット記録ヘッドの斜視図である。このインクジェット記録ヘッドは、吐出エネルギー発生素子（液体吐出圧発生素子）２が所定のピッチで２列並んで形成されたシリコン基板１を有している。シリコン基板１には、シリコンのエッチングによって形成された共通インク供給口（液体供給口）３が、インク吐出エネルギー発生素子２の２つの列の間に開口されている。シリコン基板１上には、流路形成部材１５が設けられており、流路形成部材１５の吐出エネルギー発生素子２に対応する上方の位置に吐出口が設けられている。吐出口は、それぞれの断面が円形の直管状の形状を有しており、直径Ａである部分９（以下Ａ部分という）と、直径がＢである部分８（以下Ｂ部分という）とからなる。なお、これらの部分は同一中心軸を有する。Ａ部分とＢ部分との直径の関係はＡ＞Ｂとなっており、Ａ部分の開口部がインクジェット記録ヘッドの外側に向けて開口した面が吐出面となっている。この吐出口面に対して紙などの記録媒体を配置し、吐出口からインクの液滴を付与することで記録が行われる。

基板はシリコン基板に限定されず、目的用途に応じた種々の材料からなるものを用いることができる。また、吐出エネルギー発生素子２としても、電気熱変換体などの発熱素子や圧電素子などを用いることができる。

共通インク供給口３はインクを貯留するインクタンク（不図示）と接続される。

以下にかかる構造のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一実施形態について、図１と同様の断面図としての図３を参照して説明する。

図３（Ａ）に示すように、吐出エネルギー発生素子２が所定のピッチで２列並んで形成されたシリコン基板１上に最終的にインク流路となる部分に型材４を形成する。次に、図３（Ｂ）に示すように、第１の流路形成部材（ノズル形成材）５を、少なくとも型材４を被覆する位置に設ける。次に、図３（Ｃ）に示すように、吐出口を形成するためのマスク７を用いて露光を行った後、現像をして、図３（Ｄ）に示すようにＢ部分８を形成する。型材４は、基板上に流路が形成された後に基板上から除去されるものであり、所定のパターンとする際のパターンの形成性やその機械的強度、基板上からの除去時の作業性などを考慮して選択される。型材４としてはポジ型のレジストを用いることが好ましい。また、流路形成部材５としては、流路形成部材としてのパターンの形成性や機械的強度などを考慮して適宜選択され、ネガ型レジストを用いることが好ましい。型材にポジ型レジストを流路形成部材にネガ型レジストを用いる場合は、上記の露光におけるマスクとしてネガ型マスクが用いられる。すなわち、吐出口となる部分以外が露光するマスクが用いられる。

ここで、従来であれば型材４を、基板１上から溶解除去して流路を形成して、インク吐出のための構造を完成させる（図９（Ａ）参照）。本参考実施形態では、図１で示されるような吐出口の表面側の径をＡとしたＡ部分と、液路側の径をＢとしたＢ部分からなり、その関係がＡ＞Ｂが成り立つインクジェット記録ヘッドを作成するために、図３（Ｅ）〜（Ｇ）に示す工程が付加される。まず、図３（Ｅ）に示すように、Ｂ部分８が設けられた第１の流路形成部材５上に第２の流路形成部材６を積層する。次に、図３（Ｆ）に示すように、マスク１０を用いて露光し、現像をして、図３（Ｇ）に示すようにＡ部分９を形成する。第２の流路形成部材６としてもネガ型レジストを好適に利用できる。第２の流路形成部材としてネガ型レジストを用いた場合は、マスク１０としてネガ型マスクを用い、Ｂ部分の中心軸と同軸であるＡ部分となる領域に露光を行う。なお、作業効率上は、第１の流路形成部材と第２の流路形成部材とに同一材料を利用することが好ましい。

以上の工程によりＡ部分９とＢ部分８とからなる吐出口を得ることができる。基板１上から型材４を溶解除去することで流路を形成し、図１に示す構造を得ることができる。なお、流路形成部材５及び６には更に層の強度を高めるための露光や熱処理を行ってもよい。また、上記の実施形態では、共通インク供給口３を予め設けた基板１を用いているが、型材４の形成工程以降の適当な段階で共通インク供給口を設ける工程を行うこともできる。型材４の溶解除去の処理効率を考慮する場合は、型材４の溶解除去を行う前に共通インク供給口の形成が完了していることが好ましい。

次に、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の他の実施形態について説明する。まず、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、基板１上に設けられた型材４上に第１の流路形成部材５を設ける。次に、図３（Ｃ）及び（Ｄ）で説明した工程を用いてＢ部分を流路形成部材５に設けてから、マスク材層１１をその上に被覆して図４（Ａ）に示す構造を得る。マスク材層１１は後述するエッチング処理におけるマスクとして利用される。マスク材としては、製造効率の観点からは、型材４と同じものを用いることが好ましい。また、第１の流路形成部材５としては、流路形成部材としての特性に加えて、後述のエッチング処理より加工可能であるものが選択される。

ここで、マスク材層１１にＡ部分形成用のホールを設けるための露光を行う。マスク材としてポジ型レジストを用いた場合は、図４（Ｂ）に示すようにポジ型マスク１２による露光を行う。露光後、現像を行い図４（Ｃ）に示すようにホール１７をマスク材層１１に設ける。なお、型材４と異なる材料からなるマスク材を用いた場合は、図４（Ｄ）のような構造を得ることができる。例えば、型材４とマスク材層１１に共にポジ型レジストを用いた場合にこれらの露光感度を可変させることにより、これらの材料からなる層のどの面までを露出させるかを選択可能である。型材４の感度がマスク層１１の感度より十分に高ければ、図４（Ｃ）のようになる。また逆に型材４の感度がマスク材層１１の感度より十分に低ければ図４（Ｄ）のように型材４の面で、現像をストップさせることが可能である。

次に、ホール１７を有するマスク材層１１をマスクとしてエッチングを所定の深さまで行い、Ｂ部分８の吐出側の部分の直径をＡまで広げてＡ部分を形成して、Ａ部分とＢ部分からなる吐出口を得る。図４（Ｄ）の構造の場合においてＡ部分が形成された状態を図４（Ｅ）に示す。エッチング方法は所望とするＡ部分の構造が得られる方法であればよく、型材４、流路形成部材５、マスク材層１１のそれぞれを形成している材料の特性に応じて選択する。製造効率を考慮した場合、枚葉処理の平行平板型のドライエッチング法が好適である。例えば、ＣＦ₄を主ガスにＯ₂を希釈ガスとして真空下でプラズマを励起させて行うエッチング処理を用い、かかるエッチング処理での加工が可能となるように、基板１、型材４、流路形成部材５及びマスク材層１１などの各部分の材料を選択することが好ましい。また、ダウンフロー型のバッチ式のケミカルドライエッチでも望みの形状に加工できる。

最後に、型材４及びマスク材層１１を基板１上から除去して流路を形成して、インク吐出のための構造（図１）を完成させる。流路形成部材５への露光及び熱処理の少なくとも一方を更に行ってもよいことは先に述べた実施形態と同様である。

以上の工程を経てＡ部分とＢ部分を有する吐出口の複数を基板上に配置した構造を得ることができ、吐出圧力発生素子２を駆動するための電気的接合（図示せず）を行って、インクジェット記録ヘッドが形成される。

以上のように、吐出口をＡ部分とＢ部分とからなる構造とすることでミストの少ないインクジェット記録ヘッドを製造することができる。なお、本参考実施形態にかかるインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法は、記録紙の全幅に亘り、同時に記録ができるフルラインタイプの記録ヘッド、さら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有効である。

（２）ストレート吐出口とＡ＞Ｂ吐出口を有するインクジェット記録ヘッド
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態にかかるインクジェット記録ヘッドは、Ａ＞Ｂの吐出口に、径に変化のない構造の吐出口を組み合わせた構造を有する。図５は、かかる構造における並列された２つの吐出口を通る線（図６のＡ−Ａ’線）に沿った断面図であり、図６はその斜視図である。このインクジェット記録ヘッドは、吐出エネルギー発生素子２が所定のピッチで２列並んで形成されたシリコン基板１を有している。シリコン基板１には、シリコンのエッチングによって形成された共通インク供給口（液体供給口）３が、インク吐出エネルギー発生素子２の２つの列の間に開口されている。シリコン基板１上には、流路形成部材１５が設けられており、流路形成部材１５の吐出エネルギー発生素子２に対応する上方の位置に２種の吐出口がそれぞれ設けられている。２種の吐出口の一方はが、直径Ａである部分９（以下Ａ部分という）と、直径がＢである部分８（以下Ｂ部分という）とからなる吐出口である。他方は直径Ｃのストレート状の吐出口１８である。なお、Ａ部分９とＢ部分８はそれぞれが直管状であり、同一中心軸を有する。Ａ部分とＢ部分との直径の関係はＡ＞Ｂとなっており、Ａ部分の開口部がインクジェット記録ヘッドの外側に向けて開口した面が吐出面となっている。また、図５の構成では、吐出させたい吐出量に応じて吐出エネルギー発生素子２の大きさを変えている。

２種の吐出口が外側に開口した吐出面に対して紙などの記録媒体を配置し、吐出口からインクの液滴を付与することで記録が行われる。

基板はシリコン基板に限定されず、目的用途に応じた種々の材料からなるものを用いることができる。また、吐出エネルギー発生素子２としても、電気熱変換体などの発熱素子や圧電素子などを用いることができる。

共通インク供給口３はインクを貯留するインクタンク（不図示）と接続される。

以下にかかる構造のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一実施形態について、図５と同様の断面図としての図７を参照して説明する。

図７（Ａ）に示すように、吐出エネルギー発生素子２が所定のピッチで２列並んで形成されたシリコン基板１上に最終的にインク流路となる部分に型材４を形成する。次に、図７（Ｂ）に示すように、第１の流路形成部材（ノズル形成材）５を、少なくとも型材４を被覆する位置に設ける。次に、図７（Ｃ）に示すように、吐出口を形成するためのマスク７を用いて露光を行った後、現像をして、図７（Ｄ）に示すようにＢ部分８を形成する。型材４は、基板上に流路が形成された後に基板上から除去されるものであり、所定のパターンとする際のパターンの形成性やその機械的強度、基板上からの除去時の作業性などを考慮して選択される。型材４としてはポジ型のレジストを用いることが好ましい。また、流路形成部材５としては、流路形成部材としてのパターンの形成性や機械的強度などを考慮して適宜選択され、ネガ型レジストを用いることが好ましい。型材にポジ型レジストを流路形成部材にネガ型レジストを用いる場合は、上記の露光におけるマスクとしてネガ型マスクが用いられる。すなわち、吐出口となる部分以外が露光するマスクが用いられる。ここで、従来であれば型材４を、基板１上から溶解除去して流路を形成して、インク吐出のための構造を完成させる（図９（Ｂ）参照）。本発明では、図５で示されるような２種の吐出口を有するインクジェット記録ヘッドを作成するために、図７（Ｅ）〜（Ｇ）に示す工程が付加される。まず、図７（Ｅ）に示すように、Ｂ部分８が設けられた第１の流路形成部材５上に第２の流路形成部材６を積層する。次に、図７（Ｆ）に示すように、マスク１０を用いて露光し、現像をして、図７（Ｇ）に示すように２種の吐出口を設ける。吐出エネルギー発生素子５側の吐出口は、断面が円形である直管状（直径がＣで変化しないストレート状）である。吐出エネルギー発生素子２−２側の吐出口は、Ａ部分とＢ部分（Ａ＞Ｂ）からなるものである。なお、第２の流路形成部材６としてもネガ型レジストを好適に利用できる。第２の流路形成部材としてネガ型レジストを用いた場合は、マスク１０としてネガ型マスクを用い、直径Ｃの吐出口となる領域とＢ部分の中心軸と同軸であるＡ部分となる領域のそれぞれに同時に露光を行う。なお、作業効率上は、第１の流路形成部材と第２の流路形成部材とに同一材料を利用することが好ましい。

以上の工程により２種の吐出口を得ることができる。基板１上から型材４を溶解除去することで流路を形成し、図５に示す構造を得ることができる。なお、流路形成部材５及び６には更に層の強度を高めるための露光や熱処理を行ってもよい。また、上記の実施形態では、共通インク供給口３を予め設けた基板１を用いているが、型材４の形成工程以降の適当な段階で共通インク供給口を設ける工程を行うこともできる。型材４の溶解除去の処理効率を考慮する場合は、型材４の溶解除去を行う前に共通インク供給口の形成が完了していることが好ましい。

次に、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の他の実施形態について説明する。まず、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、基板１上に設けられた型材４上に第１の流路形成部材５を設ける。次に図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、２つの吐出口８及び１８をマスク露光及び現像により形成する。更に、図８（Ｃ）に示すように、後述するエッチング処理におけるマスクとして利用されるマスク材層１１を被覆する。マスク材としては、製造効率の観点からは、型材４と同じものを用いることが好ましい。また、第１の流路形成部材５としては、流路形成部材としての特性に加えて、後述のエッチング処理より加工可能であるものが選択される。

ここで、マスク材層１１にＡ部分形成用のホールを設けるための露光を行う。マスク材としてポジ型レジストを用いた場合は、図８（Ｄ）に示すようにポジ型マスク１２による露光を行う。露光後、現像を行い図８（Ｅ）に示すようにホール１７をマスク材層１１に設ける。なお、型材４と異なる材料からなるマスク材を用いた場合は、図８（Ｆ）のような構造を得ることができる。例えば、型材４とマスク材層１１に共にポジ型レジストを用いた場合にこれらの露光感度を可変させることにより、これらの材料からなる層のどの面までを露出させるかを選択可能である。型材４の感度がマスク層１１の感度より十分に高ければ、図８（Ｅ）のようになる。また逆に型材４の感度がマスク材層１１の感度より十分に低ければ図８（Ｆ）のように型材４の面で、現像をストップさせることが可能である。

次に、ホール１７を有するマスク材層１１をマスクとしてエッチングを所定の深さまで行い、Ｂ部分８の吐出側の部分の直径をＡまで広げてＡ部分を形成して、Ａ部分とＢ部分からなる吐出口を得る。図８（Ｆ）の構造の場合においてＡ部分が形成された状態を図８（Ｇ）に示す。エッチング方法は所望とするＡ部分の構造が得られる方法であればよく、型材４、流路形成部材５、マスク材層１１のそれぞれを形成している材料の特性に応じて選択する。製造効率を考慮した場合、枚葉処理の平行平板型のドライエッチング法が好適である。例えば、ＣＦ₄を主ガスにＯ₂を希釈ガスとして真空下でプラズマを励起させて行うエッチング処理を用い、かかるエッチング処理での加工が可能となるように、基板１、型材４、流路形成部材５及びマスク材層１１などの各部分の材料を選択することが好ましい。また、ダウンフロー型のバッチ式のケミカルドライエッチでも望みの形状に加工できる。

最後に、型材４及びマスク材層１１を基板１上から除去して流路を形成して、図５に示すインク吐出のための構造を完成させる。流路形成部材５への露光及び熱処理の少なくとも一方を更に行ってもよいことは先に述べた実施形態と同様である。

以上の工程を経てＡ部分とＢ部分を有する吐出口と径Ｃのストレート吐出口を基板上に配置した構造を得ることができ、吐出圧力発生素子２を駆動するための電気的接合（図示せず）を行って、インクジェット記録ヘッドが形成される。

上記の２種の吐出口を用いる場合について、Ａ部分の径Ａ、Ｂ部分の径Ｂと、ストレート吐出口の径Ｃとの関係は、吐出口量差を大きくできるという点から径Ａ＞径Ｂ＞径Ｃであることが好ましい。また、Ａ部分とＢ部分を有する吐出口を大吐出量用とし、径Ｃのストレート吐出口を小吐出量用とすることが好ましい。

以上のように、Ａ部分とＢ部分とからなる吐出口とストレート吐出口の組合せを同一基板上に形成することで、同一ＯＨの吐出口間での液適量に十分な差を生じさせることができる。したがって、上記の構造は、吐出液適量に差を設けて記録を行うインクジェット記録ヘッドに特に好適に適用可能である。更に、Ａ部分とＢ部分とを有する吐出口ではミストの発生を効果的に低減させることができる。

以下、参考例、実施例および比較例を用いて本発明について更に詳細に説明する。

（参考例１）
まず、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子２（材質ＨｆＢ_２から成るヒータ）を形成したシリコン基板１上にブラストマスクを設置し、サンドブラスト加工によりインク供給のための貫通口３を形成した。一方、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上にポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化工業（株）社製ＯＤＵＲ−１０１０）を用い、スピンコートで塗布して膜厚１４．０μｍのドライフィルムを得た。なお、ＯＤＵＲ−１０１０は、低粘度であり厚膜形成できないため濃縮して用いた。このドライフィルムを上記のシリコン基板１の表面に転写した。次いで、基板１上のドライフィルムを１２０℃にて３０分間プリベークした後、キヤノン（株）製マスクアライナーＰＬＡ５２０（商品名コールドミラーＣＭ２９０）にて、流路１６のパターンでの露光を行った。露光は１．８分間、現像はメチルイソブチルケトン／キシレン＝２／１（容量比）、リンスはＩＰＡを用いた。こうして、流路１６の形状を有する型材４を溶解可能な樹脂により形成した（図３（Ａ））。なお、現像後の型材４の厚さは１４．０μｍであった。

次いで、下記樹脂組成物Ａをメチルイソブチルケトン／キシレン混合溶媒に５０ｗｔ％の濃度で溶解し、スピンコートにて型材４上にコートして、型材４を第１の流路形成部材５で被覆した構造を得た（型材４上における流路形成部材の厚さは５μｍであった。図３（Ｂ））。

次いで、マスクアライナーＰＬＡ５２０（ＣＭ２５０）にて、吐出口８形成のためのパターン露光を行った（図３（Ｃ））。なお、露光は１５秒、アフターベークは６０℃、３０分間行った。次いで、メチルイソブチルケトンで現像を行い、吐出口８を形成した（図３（Ｄ））。なお、本参考例では断面がφ8μｍの円形の吐出口パターンを形成した。

ここで、１００℃、６０分の熱処理を行い流路形成部材５の硬化を行った。その後、上記の樹脂組成物Ａを第２の流路形成部材６としてスピンコートにて塗布し（図３（Ｅ））、同様にマスクアライナーにて、吐出口９を形成のためのパターン露光を同様に行った(図３（Ｆ）)。その後、同様に現像を行い、吐出口９を得た（図３（Ｇ））。なお、本参考例では吐出口９の径（直径：以下同様）はφ12μｍとした。第２の流路形成部材６の厚さは５μｍであった。

次に、溶解可能な樹脂からなる型材４の除去性を高める為、再びＰＬＡ５２０（ＣＭ２９０）にて２分間露光した後、乳酸メチル中に超音波を付与しつつ浸積し、基板１上から型材４を溶出除去し、図１に示す構造のインクジェット記録ヘッドを得た。次いで、このインクジェット記録ヘッドを、１８０℃、１時間加熱し、流路形成部材５、６を完全に硬化させた。こうして、吐出口表面側の径をＡ、インク液側の径をＢとした時Ａ＞Ｂが成りたつインクジェット記録ヘッドが完成する。

（参考例２）
参考例１と同様にして、基板１上に型材４及び第１の流路形成部材５を形成し、更に吐出口８を流路形成部材５の所定位置に設けた。本参考例の場合、第１の流路形成部材の厚さは５μｍであった。また、吐出口８の径はφ８μｍであった。次に、型材４形成用のドライフィルムを、吐出口８を設けた流路形成部材５上に転写積層した（図４（Ａ））。次に、型材４の場合と同様にしてパターン露光及び現像を行い、吐出口９の形状のホールを有するマスク材層１１を得た（図４（Ｂ）乃至（Ｄ））。更に、ＣＦ_４を主ガスにＯ_２を希釈ガスとして真空下でプラズマを励起させて行うドライエッチング処理を２５０秒間行い、吐出口８の上部の径を広げて吐出口９とした。吐出口９の径はφ１２μｍであり、長さは５μｍであった。その後は、参考例１と同様な工程で、インクジェット記録ヘッドを完成させた。

（実施例１）
まず、吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子２（材質ＨｆＢ_２から成るヒータ）を形成したシリコン基板１上にブラストマスクを設置し、サンドブラスト加工によりインク供給のための貫通口３を形成した。なお、ストレート吐出口用の電気熱変換素子とＡ＞Ｂである吐出口用の電気熱変換素子とでは、後述する吐出量に応じて面積の異なるものを配置した。

一方、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上にポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化工業（株）社製ＯＤＵＲ−１０１０）を用い、スピンコートで塗布して膜厚１０．０μｍのドライフィルムを得た。なお、ＯＤＵＲ−１０１０は、低粘度であり厚膜形成できないため濃縮して用いた。このドライフィルムを上記のシリコン基板１の表面に転写した。次いで、基板１上のドライフィルムを１２０℃にて３０分間プリベークした後、キヤノン（株）製マスクアライナーＰＬＡ５２０（商品名コールドミラーＣＭ２９０）にて、流路１６のパターンでの露光を行った。露光は１．８分間、現像はメチルイソブチルケトン／キシレン＝２／１（容量比）、リンスはＩＰＡを用いた。こうして、流路１６の形状を有する型材４を溶解可能な樹脂により形成した（図７（Ａ））。なお、現像後の型材４の厚さは１０．０μｍであった。

次いで、参考例１で用いた樹脂組成物Ａをメチルイソブチルケトン／キシレン混合溶媒に５０ｗｔ％の濃度で溶解し、スピンコートにて型材４上にコートして、型材４を第１の流路形成部材５で被覆した構造を得た（型材４上における流路形成部材の厚さは２μｍであった。図７（Ｂ））。

次いで、マスクアライナーＰＬＡ５２０（ＣＭ２５０）にて、吐出口８形成のためのパターン露光を行った（図７（Ｃ））。なお、露光は１５秒、アフターベークは６０℃、３０分間行った。次いで、メチルイソブチルケトンで現像を行い、インク吐出口８を形成した（図７（Ｄ））。なお、本実施例では断面がφ8μｍの円形の吐出口パターンを形成した。

ここで、１００℃、６０分の熱処理を行い第１の流路形成部材５の硬化を行った。その後、上記の樹脂組成物Ａを第２の流路形成部材６としてスピンコートにて塗布し（図７（Ｅ））、同様にマスクアライナーにて、吐出口９及び１８を形成のためのパターン露光を同様に行った(図７（Ｆ）)。その後、同様に現像を行い、吐出口９及び１８を得た（図７（Ｇ））。なお、本実施例では吐出口９（大液滴量用）の径はφ２５μｍとした。また、ストレート吐出口１８（小液滴量用）の径はφ６μｍとした。また、第２の流路形成部材６の厚さは３μｍであった。

次に、溶解可能な樹脂からなる型材４の除去性を高める為、再びＰＬＡ５２０（ＣＭ２９０）にて２分間露光した後、乳酸メチル中に超音波を付与しつつ浸積し、基板１上から型材４を溶出除去し、図５に示す構造のインクジェット記録ヘッドを得た。次いで、このインクジェット記録ヘッドを、１８０℃、１時間加熱し、流路形成部材５、６を完全に硬化させた。こうして、吐出口表面側の径をＡ、インク液側の径をＢとした時Ａ＞Ｂが成りたつインクジェット記録ヘッドが完成する。

（実施例２）
実施例１と同様にして、基板１上に型材４及び第１の流路形成部材５を形成し、更に吐出口８及び１８を流路形成部材５の所定位置に設けた。本実施例の場合、第１の流路形成部材の厚さは２μｍであった。吐出口８の径はφ８μｍであり、吐出口１８（小液滴量用）の径は、φ６μｍであった。次に、型材４形成用のドライフィルムを、吐出口８及び１８を設けた流路形成部材５上に転写積層した（図８（Ｃ））。次に、型材４の場合と同様にしてパターン露光及び現像を行い、吐出口９の形状のホールを有するマスク材層１１を得た（図８（Ｄ）及び（Ｆ））。更に、ＣＦ_４を主ガスにＯ_２を希釈ガスとして真空下でプラズマを励起させて行うドライエッチング処理を２５０秒行い、吐出口８の上部の径を広げて吐出口９（大液滴量用）とした。吐出口９の直径はφ２５μｍであり、長さは３μｍであった。その後は、参考例１と同様な工程で、インクジェット記録ヘッドを完成させた。

比較例１
図８（Ｂ）の状態から型材４の溶解除去、流路形成部材の完全硬化などの処理を実施例１と同様に行ってインクジェット記録ヘッドを得た。このインクジェット記録ヘッドはφ８μｍのストレート吐出口とφ６μｍのストレート吐出口の２種の吐出口を有する。

試験例
このようにして作成した実施例１及び２、比較例１のインクジェット記録ヘッドを記録装置に装着してインクジェット記録を行った。インクとしては、純水／ジエチレングリコール／イソプロピルアルコール／酢酸リチウム／黒色染料フードブラック２＝７９．４／１５／３／０．１／２．５（重量部）からなるインクを用いた。種々の駆動条件を用い、比較例１のインクジェット記録ヘッドにおけるφ６μｍの吐出口からの液適（小液滴）とφ８μｍの吐出口からの液滴（大液滴）の容量比を求めたところ、小液滴：大液滴＝１：５を得ることができた。これに対して、実施例１及び２のインクジェット記録ヘッドでのこれらの容量比として小液滴：大液滴＝１：９を得ることができた。すなわち、本発明によれば吐出量差の大きな駆動も可能であるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

本発明にかかるインクジェット記録ヘッドの一例を示す図である。 本発明にかかるインクジェット記録ヘッドの一例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｇ）は、インクジェット記録ヘッドの製造工程の一例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、インクジェット記録ヘッドの製造工程の一例を示す図である。 本発明にかかるインクジェット記録ヘッドの一例を示す図である。 本発明にかかるインクジェット記録ヘッドの一例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｇ）は、本発明にかかるインクジェット記録ヘッドの製造工程の一例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｇ）は、本発明にかかるインクジェット記録ヘッドの製造工程の一例を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、従来のインクジェット記録ヘッドの製造工程の一例を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２、２−１、２−２ 電気熱変換素子（インク吐出圧発生素子）
３ インク供給口
４ 型材
５ 第１の流路形成部材
６ 第２の流路形成部材
７ ネガ型マスク
８ 吐出口(Ａ部分)
９ 吐出口(Ｂ部分)
１０ ネガ型マスク
１１ マスク材層
１２ ポジ型マスク
１４ 吐出口
１５ 流路形成部材
１６ 流路
１７ ホール
１８ 吐出口

Claims (7)

1. 複数の吐出エネルギー発生素子が設けられている基板上に、各吐出エネルギー発生素子に対応してインクを吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路とを有し、該吐出口が前記基板の前記吐出エネルギー発生素子が設けられた素子配置面に対して前記流路を介して対向した位置に設けられているインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記吐出口として、インク吐出側の径Ａと前記流路側の径ＢとがＡ＞Ｂの関係にある第１の吐出口と、径が一定である第２の吐出口とを有し、
   前記第１の吐出口の１液滴当たりのインク吐出量が、前記第２の吐出口の１液滴当たりのインク吐出量よりも大きい
   ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 複数の吐出エネルギー発生素子が設けられている基板上に、各吐出エネルギー発生素子に対応してインクを吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路とを有し、該吐出口が前記基板の前記吐出エネルギー発生素子が設けられた素子配置面に対して前記流路を介して対向した位置に設けられており、前記吐出口として、インク吐出側の径Ａと前記流路側の径ＢとがＡ＞Ｂの関係にある第１の吐出口と、径が一定である第２の吐出口とを有し、前記第１の吐出口の１液滴当たりのインク吐出量が、前記第２の吐出口の１液滴当たりのインク吐出量よりも大きいインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
   基板の複数の吐出エネルギー発生素子が設置された素子設置面上に流路となる型材を設ける工程と、
   前記型材を第１の流路形成部材で被覆する工程と、
   前記第１の流路形成部材の前記素子設置面の各吐出エネルギー素子に対向する位置に径Ｂを有する吐出口を形成する工程と、
   前記第１の流路形成部材の前記径Ｂを有する吐出口の複数が開口する面に第２の流路形成部材を積層する工程と、
   前記第２の流路形成部材に、前記径Ｂを有する吐出口に接続し、径Ｂよりも大きな径Ａを有する吐出口を形成し、径Ｂである部分と径Ａである部分（Ａ＞Ｂ）を有する第１の吐出口を得る工程と、
   前記第２の流路形成部材に、前記径Ｂを有する吐出口を基礎として前記第１及び第２の流路形成部材を貫通する径が一定である第２の吐出口を得る工程と、
   前記型材を前記基板上から溶解除去する工程と、
   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。
3. 前記第１及び第２の流路形成部材が同一のネガ型感光性樹脂組成物からなる請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
4. 前記第１の流路形成部材の前記型材への被覆を、スピンコート法により行う請求項２または３に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
5. 前記第２の流路形成部材の前記第１の流路形成部材の前記径Ｂを有する吐出口の複数が開口する面への積層を、スピンコート法により行う請求項２乃至４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
6. 複数の吐出エネルギー発生素子が設けられている基板上に、各吐出エネルギー発生素子に対応してインクを吐出する吐出口と該吐出口に連通する流路とを有し、該吐出口が前記基板の前記吐出エネルギー発生素子が設けられた素子配置面に対して前記流路を介して対向した位置に設けられており、前記吐出口として、インク吐出側の径Ａと前記流路側の径ＢとがＡ＞Ｂの関係にある第１の吐出口と、径が一定である第２の吐出口とを有し、前記第１の吐出口の１液滴当たりのインク吐出量が、前記第２の吐出口の１液滴当たりのインク吐出量よりも大きいインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
   基板の複数の吐出エネルギー発生素子が設置された素子設置面上に流路となる型材を設ける工程と、
   前記型材を流路形成部材で被覆する工程と、
   前記流路形成部材の前記素子設置面の複数の吐出エネルギー発生素子のそれぞれに対向する位置に径Ｂを有する複数の吐出口を形成する工程と、
   前記複数の吐出口の一部について、径Ａの開口を有するマスクを介したエッチング処理によりインク吐出側の径を広げてＡとすることにより、径Ｂである部分と径Ａである部分（Ａ＞Ｂ）を有する第１の吐出口を形成し、該第１の吐出口以外を径Ｂを有する第２の吐出口として残す工程と、
   前記型材を前記基板上から溶解除去する工程と、
   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。
7. 前記流路形成部材の前記型材への被覆を、スピンコート法により行う請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。

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