JP4958423B2

JP4958423B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP4958423B2
Application number: JP2005312393A
Authority: JP
Inventors: 祐紀藤原; 一幸坂本
Original assignee: Canon Finetech Inc
Current assignee: Canon Finetech Nisca Inc
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: JP2007118343A

Description

本発明はインクジェット記録装置に設けられる液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。

インクジェット記録装置は、種々の方式によりインクの吐出液滴を形成し、これを記録紙等の被記録部材に付着させて記録を行う。特に、吐出液滴形成のためのエネルギとして熱を利用するインクジェットプリンタは、複数の吐出口を高密度に配設することが用意であり、また、この高密度化により高解像度、高画質の画像が高速度に得られ、しかもカラー化が容易であるという優れた特徴を有している。

近年、特に産業用インクジェット記録装置において、より高画質化および高速度化が求められており、液体吐出ヘッドにおいてはそれらを達成するために、より高精度な吐出ノズルディメンジョンが求められている。その中において、吐出口面（ノズル面）からヒータまでの僅かな距離の違いは、発一や、インクのリフィル性能、インク吐出量など、液体吐出ヘッドの特性に大きな影響を与える要素であった。

その為吐出口面のダイシング後の寸法バラツキを確認する方法として、研磨するノズル面の垂直側面に１本はノズル面に垂直な線、もう1本は傾め線を設けて、ダイシング後（又はダイシング途中）にノズル面に接したこれら２本の線の距離を精密に測定することにより、吐出口面からヒータ迄の距離を求める提案が為されている。
（例えば特許文献１）

特開２００２−２４０２８８

しかし、吐出口面（ノズル面）からヒータまでの距離は１００[μm]以下程度でしかもバラツキは２０ [μm]以内程度と微小であり、上記文献による方法をとったにしても線間の距離を精密に測定するのは作業性の点で大いに問題であり、且つ読み取りミスの懸念もある。

本発明による液体吐出ヘッドの製造方法は、吐出口に連通したノズル内に設けられ、液体を吐出するための熱エネルギーを発生するヒータと、前記吐出口が設けられた吐出口面上に設けられ、前記吐出口から前記ヒータに向う所定方向に深さを有する複数の穴部とを備える液体吐出ヘッドを準備する準備工程と、前記液体吐出ヘッドの前記吐出口面を前記吐出口から前記ヒータに向かう前記所定方向に研磨する研磨工程と、を有し、前記複数の穴部の各々は、前記吐出口面上に形成され開口の形状が四角形状であり、更に前記穴部の底部に設けられた段により前記吐出口から前記ヒータに向う前記所定方向への深さが段階的に異なる内部形状であって、前記研磨工程において前記吐出口面を前記吐出口から前記ヒータに向う前記所定方向に研磨した際に、前記研磨により前記吐出口から前記ヒータ迄の距離が短くなると、前記吐出口面上での前記開口の面積が段階的に小さくなる形状で、前記段の位置まで研磨する迄は前記吐出口面上に形成される前記開口の面積が一定で、前記段を超えて研磨すると前記吐出口面上に形成される前記開口の面積がそれまでよりも狭い面積となる内部形状を有し、更にまた前記複数の穴部は、前記底部迄の深さが前記吐出口に近い方の穴部が他の穴部よりも浅く、前記吐出口面を所定量研磨した際に、前記吐出口に近い方の穴部が他の穴部よりも前記開口の面積が小さくなる関係を有することを特徴とする。

本発明によれば、深さの異なる複数の穴部を設け、且つ各々の穴形状をその深さが段階的に異なる階段状の内部形状としたので、研磨後に残された吐出口面上の穴部の開口面積を見て表面研磨した量が識別出来る。つまり、吐出口面（ノズル面）からヒータまでの距離を視覚的に識別出来る。

又、吐出口面からヒータまでの距離の狙い寸法に対し、補正加工を行うことが容易となる。

以上の発明によれば、吐出口面（ノズル面）からヒータまでの距離を視覚的に識別出来るので、液体吐出ヘッド製造時の作業工程を大幅に簡略できる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は本発明における液体吐出ヘッド１０１の断面上面図である。図１において、吐出口１０４に連通した吐出ノズル１０６各々の内部に液体を加熱するヒータ１０３を有し、ヒータ１０３で液体を加熱発泡させることで液体を吐出口１０４より吐出させる。

複数の吐出ノズル１０６は共通液室１０９に連通しており、共通液室１０９は液室枠１１０により形成されている。

そして、配列された吐出ノズル１０４の列端部には、吐出口面１０５からヒータ１０３迄の距離を示すための複数種の穴１０８（以降、ＥＨ（Ｅｄｇｅ−Ｈｅａｔｅｒ）間距離判定穴と表記する）が設けられている。

次にＥＨ間距離判定穴１０８周辺部（図１におけるＡの部位）を拡大した図２を用いて説明する。複数のＥＨ間距離判定穴１０８は各々の断面が階段状に形成され、吐出口面１０５からの深さは全て異なり、等間隔で深くなっていく形状である。

吐出口面研磨後のＥＨ間距離が図示Ｌ１である場合は、吐出口面１０５正面から見て、図２上部の正面図の通り、４つの断面積大のＥＨ間距離判定穴１０８が見える。

図２に比較し、より研磨量が大きい場合の例を図８にて説明する。

この例では図示のＥＨ間距離Ｌ２は前述Ｌ１より小さくなっており、この時に吐出口面１０５正面から見て、ＥＨ間距離判定穴１０８は、２つの広い穴と1つの狭い穴が残る。

このように、ＥＨ間距離判定穴１０８の残された状態により、液体吐出ヘッド１０１を分解することなく識別出来る。

例えば、ＥＨ間距離を図２：Ｌ１から、図８：Ｌ２に補正加工したい場合には、図８の状態、つまり２つの広い穴と1つの狭い穴が残る迄研磨を進めれば良いので、その補正は容易に行うことが可能である。

又、ＥＨ間距離判定穴１０８によって吐出口面１０５からヒータ１０３迄の仕上がり寸法が外見で識別できるため、ＥＨ間距離に合わせた適切な駆動条件を選択、補正できる。

また、補正加工を進めるに従いＥＨ間距離判定穴１０８は内側から順に消えていくので視認性に優れ、且つ残されるＥＨ間距離判定穴１０８は吐出口１０４から徐々に離れる方向になるので、吐出口面のインク残滴を引っ張りにくく、吐出口１０４周囲の濡れ性の影響も軽減できる傾向になる。

更に、ＥＨ間距離判定穴１０８を吐出ノズル１０４と同様、感光性エポキシ樹脂で形成すれば、ＥＨ間距離判定穴１０８の周囲部は同一材料で構成されることになり、例えば前記補正加工を行う際に穴周囲部のカケ等の破損を防止することが可能となる。

図３は本発明による液体吐出ヘッド１０１を備えた記録装置３０１の一実施形態の内部構造を示す概略正面図である。複数の液体吐出ヘッド１０１Ｋ〜１０１Ｙ夫々に個別の回復ユニット３０５、インクカートリッジ３０３、及びサブタンク３０４を具え、記録装置３０１共通部として搬送部３０８、オペレーションパネル３１０、給紙部３０６などから構成される。尚、Ｋ：ブラック、Ｃ：シアン、ＬＣ：淡シアン、Ｍ：マゼンタ、ＬＭ：淡マゼンタ、そしてＹ：イエローの各々のインク色を示す。液体吐出ヘッド１０１Ｋ〜１０１Ｙは記録分解能は６００ [dot/inch] 、各々２,５６０の吐出ノズルをもつ、最大記録幅：４.３ [inch]のラインヘッドである。

待機中液体吐出ヘッド１０１Ｋ〜１０１Ｙは回復ユニット３０５により密閉キャップされているが、画像記録時にはキャップ状態から外れて図の下方向に移動、搬送部３０８近傍にて静止し、記録に備える。

搬送部３０８では搬送ベルトによって図の左方向に用紙を定速度で搬送するように動作する。

給紙部３０６に積載された用紙Ｐは一枚毎にピックアップされ、記録装置３０１の本体側矢印方向に繰り出され、搬送部３０８に受け渡される。

そして各々の液体吐出ヘッド１０１Ｋ〜１０１Ｙの下部を通過すると同時に高速に画像記録され、排紙部３０９に積載される。

図４には記録動作中におけるインク経路のイメージを示す。

先ず記録動作中のインクの流れについて図４ａを用いて説明する。

液体吐出ヘッド１０１はキャップ機構３０５を外れ用紙Ｐに吐出口面１０５が近接した位置でインクを吐出し記録動作する。内部の負圧が助長され、記録に使用した量に相当するインクがサブタンク３０４からフィルタ４０２、４０３を介して液体吐出ヘッド１０１の共通液室１０９へ補充される。サブタンク３０４内の大気連通口２０６はこの間開いており、液体吐出ヘッド１０１にインクを加圧供給する加圧ポンプ４０７は動作しない。

次に図４ｂは液体吐出ヘッド１０１の各吐出ノズルを健全な状態に維持、回復させる回復動作時の状態を示す。

液体吐出ヘッド１０１は回復動作時、回復機構３０５でキャップされている状態を維持する。

予めリサイクル弁４０６を開きポンプ４０４を作動しておき、回復機構３０５内部のインク溜り部４１０に滞留するインクを排出口〜フィルタ４０５〜リサイクル弁４０６〜ポンプ４０４の経路でサブタンク３０４に戻すべくインクリサイクル動作を開始しておく。

その後回復弁４０１を閉じ、そして加圧ポンプ４０７を作動するとサブタンク３０４内部のインクがフィルタ４０２を介して液体吐出ヘッド１０１の共通液室１０９に送られるが、回復弁４０１が閉じているので、内部は急速に加圧されて各ノズルから比較的多量のインクが強制的に押し出され、ノズルは健全な状態に回復する。

強制的に押し出されたインクはインク溜り部４１０に一時的に溜まろうとするが、ポンプ４０４によるリサイクル動作が既に開始しているので、すぐさまサブタンクに回収される。

尚図示しないが着脱可能なインクカートリッジ３０３からサブタンク３０４へのインク供給する場合には、リサイクル弁４０６を閉じ、供給弁４０８を開いた状態にしてからポンプ４０４を駆動する。するとインクカートリッジ内のインクは供給弁４０８〜ポンプ４０４を介してサブタンク３０４に供給される。もし所定時間供給動作を継続してもインクレベルセンサ４０９が満タン検知しなければインクカートリッジ３０３内インクが空になったと判定する。

図５は、インクを吐出するノズル近傍の断面斜視図である。ヒータボード５０２には液体を加熱発泡するためのヒータ１０３が各ノズル毎に配置されている。ヒータ１０３はシート状抵抗体が用いられ、厚さは0.01〜0.5 [μｍ]、シート抵抗は単位正方形あたり10〜300 [Ω]のものが用いられる。ヒータ１０３には通電のためのアルミニウム等の電極（図示せず）が接続されており、その一方はヒータ１０３に通電を制御するためのスイッチングトランジスタ（図示せず）が接続されている。

各々の吐出ノズル１０６毎にヒータ１０３が形成されており、吐出ノズル１０６はヒータボード５０２とノズル壁１０７、厚さ5〜10 [μｍ]程度のノズル土手５１６、厚さ2 [μｍ]程度のノズル天板５１７とから囲まれた管状をなしている。可動弁５１２が自由端５１８を吐出口方向に向け弁支持部材５１３を共通液室内に位置させ設けられており、弁支持部材５１３は弁台座（不図示）によってヒータボード５０２に取り付けられる。ノズル天板５１７は、Ｓｉ等で構成される天板５１１に貼り付けられており、天板５１１は異方性エッチング等で形成されたインク供給開口５１９を備え、外部からの液体を共通液室１０９に導入可能としている。

共通液室１０９から吐出ノズル１０６に供給された液体は吐出ノズル１０６内の所定の位置に配置されたヒータ１０３で加熱し発泡させる。発泡に伴って吐出ノズル１０６内の液体の動作が始まると同時に可動弁５１２も変位し、液体の流れを制御する。そして、吐出口１０４からは液体が吐出する。
次に図６、図７を用いて、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明する。図６〜７において（a-1）〜（i-1）は、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明するためのノズル側から見た正面図、（a-2）〜（i-2）はノズル近傍の上記側面断面図である。

図６（ａ-1）、（ａ-2）に示すように、素子基板（シリコンウエハ）Ｂ上に半導体製造工程で用いるものと同様の製造装置を用いて、ホウ化ハフニウム，ホウ化ニオブ、又はチッ化タンタル等からなるヒータ１０３を形成した後、次工程における感光性樹脂フィルムＤＦとの密着性の向上を目的として素子基板Ｂの表面に洗浄を施した。さらに密着性の向上を目的として素子基板Ｂ表面に紫外線-オゾン等による表面改質を行った後、例えばシランカップリング剤をエチルアルコールで１重量％に希釈した液を上記改質表面上にスピンコートすることで達成される。

次に表面洗浄を行い、密着性を向上した素子基板Ｂ上に図６（ｂ-1）、（ｂ-2）に示すように紫外線感光樹脂フィルムＤＦ１をラミネートした。次に図６（ｃ-1）、（ｃ-2）に示すように、紫外線感光性樹脂フィルムＤＦ１上にフォトマスクＭ１を配し、ノズル土手５１６および可動弁５１２を接着するための弁台座６０１として残す部分に紫外線を照射した。そして、次の工程では図６（ｄ-1）、（ｄ-2）に示すように紫外線を照射した紫外線感光樹脂フィルムＤＦ１上に紫外線感光性樹脂フィルムＤＦ２をラミネートした。このラミネートした紫外線感光性樹脂フィルムＤＦ２上にフォトマスクＭ２を配し、図６（ｅ-1）、（ｅ-2）のようにノズル壁５０７および液室枠（図示せず）として残す部分に紫外線を照射する。続いて図７（ｆ-1）、（ｆ-2）に示すように、紫外線感光樹脂フィルムＤＦ１およびＤＦ２をキシレンとブチルセルソルブアセテートとの混合液からなる現像液で現像し、未露光部分を融解させ、露光して硬化した部分をノズル土手５１６、弁台座６０１、ノズル壁５０７および液室枠（図示せず）として形成した。上記ノズル土手５１６、弁台座６０１、ノズル壁５０７および液室枠（図示せず）を形成した後、図７（ｇ-1）、（ｇ-2）のように弁台座６０１に可動弁５１２を接着剤等で固定する。その後、図７（ｈ-1）、（ｈ-2）のように予め感光性樹脂フィルムを材料としたノズル天板５１７をラミネートしておいた天板５１１をノズル天板５１７および液室枠（図示せず）に溶着する。

以上の方法により、上記素子基板Ｂから分割、作製される複数のヒータボードに対し、一様に吐出口周囲部を精度良く、かつ同一樹脂材料によって形成することができる。そして、素子基板Ｂを厚さ0.05 [mm] のダイヤモンドブレードを取り付けたダイシングマシンで図７（ｉ-1）,(ｉ-2)に示すように各々のヒータボードに切断、分離した。次に、この分離されたヒータボードの液体吐出口面１０５を一定の圧力をかけながら研磨し、吐出口面１０５を平滑化する。

このようにして得られたヒータボード５０２は、図１２に示すようにセラミック製のベースプレート１２００によって支持されている。このベースプレート１２００上のヒータボード５０２後方には実装済みのＰＣＢ（配線基板）１２０２が両面テープにより支持されており、ヒータボード５０２上のヒータ１０３とＰＣＢ１２０２とは各々の配線に対応してワイヤボンディング１２０１により電気的に接続されている。
（実施例２）
図９は本発明における液体吐出ヘッド９０１の断面上面図である。図９において、吐出口９０４に連通した吐出ノズル９０６各々の内部に液体を加熱するヒータ９０３を有し、ヒータ９０３で液体を加熱発泡させることで液体を吐出口９０４より吐出させる。

複数の吐出ノズル９０６は共通液室１０９に連通しており、共通液室１０９は液室枠９１０により形成されている。

そして、配列された吐出ノズル１０４の列端部には、吐出口面９０５からヒータ９０３迄の距離を示すための複数種の穴９０８（以降、ＥＨ（Ｅｄｇｅ−Ｈｅａｔｅｒ）間距離判定穴と表記する）が設けられている。

加えて、ノズル列中央部には、ＥＨ間距離判定穴９０８とは別に、補助として吐出口面９０５からヒータ９０３迄の距離を判定するための穴９２０（以降、消滅ＥＨ間距離判定穴と表記する）が設けられている。

図１０および図１１はＥＨ間距離判定穴９０８周辺部（図９におけるＡ’の部位）と消滅ＥＨ間距離判定穴９２０周辺部（図９におけるＡ”の部位）を拡大した上面図および正面図である。ＥＨ間距離が狙いとするＬ１である場合（図１０）は、吐出口面５正面から見て、上部の正面図のようにノズル列側部には幅の広い４つのＥＨ間距離判定穴９０８が見え、また、ノズル列中央部では、消滅ＥＨ間距離判定穴９２０は研磨され見えなくなっている。

一方、ＥＨ間距離がＬ３（Ｌ３＞Ｌ１）である場合は、図１１正面図のように、吐出口面９０５正面から見て、ノズル列中央部では、消滅ＥＨ間距離判定穴９２０が見える状態になっている。そのため、狙いとするＥＨ間距離Ｌ１としてやるために、図１０正面図の状態、すなわち、吐出口面５正面から見て、ノズル列の側部には幅の広い４つのＥＨ間距離判定穴９０８が見え、且つ、ノズル列中央部では、消滅ＥＨ間距離判定穴９２０が見えなくなるまで研磨等で吐出口面９０５を補正加工してやればよく、その補正加工は非常に容易に行うことが可能となる。

本実施例では、消滅ＥＨ間距離判定穴９２０はノズル列中央部に一つとしているが、配置する位置および数はその限りではない。

本発明の液体吐出ヘッドは高速で且つ高画質のカラープリンタ等への利用が可能である。

本発明における液体吐出ヘッドの断面上面図である。本発明第１実施例による液体吐出ヘッドの吐出ノズル列の端部に設けられた穴近傍の上面図および正面図である。本発明における液体吐出ヘッドを使用した記録装置の正面図である。上記記録装置のインク流路を示す概略図である。本発明における液体吐出ヘッド近傍の断面斜視図である。本発明における液体吐出ヘッドの製造工程図である。図６に引き続くヘッドの製造工程図である。本発明第１実施例による液体吐出ヘッドの吐出ノズル列の端部に設けられた穴近傍の上面図である。本発明第２実施例による吐出ノズル列端部と中央部に設けられた穴近傍の上面図および正面図である。本発明第２実施例による吐出ノズル列端部と中央部に設けられた穴近傍の上面図および正面図である。本発明第２実施例による吐出ノズル列中央部に設けられた穴近傍の上面図および正面図である。本発明による液体吐出ヘッドの側断面図である。

符号の説明

１０１液体吐出ヘッド
１０３ヒータ
１０４吐出口
１０５吐出口面
１０６ノズル
１０７ノズル壁
１０８ＥＨ間距離判定穴
１０９共通液室
１１０液室枠

３０１記録装置
３０３インクカートリッジ
３０４サブタンク
３０５回復機構（キャップ機構）

４０１回復弁
４０４ポンプ
４０６リサイクル弁
４０７加圧ポンプ
４０８供給弁

５０２ヒータボード
５１６ノズル土手
５１７ノズル天板

９０８ＥＨ間距離判定穴
９２０消滅ＥＨ間距離判定穴

Claims

吐出口に連通したノズル内に設けられ、液体を吐出するための熱エネルギーを発生するヒータと、前記吐出口が設けられた吐出口面上に設けられ、前記吐出口から前記ヒータに向う所定方向に深さを有する複数の穴部とを備える液体吐出ヘッドを準備する準備工程と、
前記液体吐出ヘッドの前記吐出口面を前記吐出口から前記ヒータに向かう前記所定方向に研磨する研磨工程と、を有し、
前記複数の穴部の各々は、前記吐出口面上に形成され開口の形状が四角形状であり、更に前記穴部の底部に設けられた段により前記吐出口から前記ヒータに向う前記所定方向への深さが段階的に異なる内部形状であって、前記研磨工程において前記吐出口面を前記吐出口から前記ヒータに向う前記所定方向に研磨した際に、前記研磨により前記吐出口から前記ヒータ迄の距離が短くなると、前記吐出口面上での前記開口の面積が段階的に小さくなる形状で、前記段の位置まで研磨する迄は前記吐出口面上に形成される前記開口の面積が一定で、前記段を超えて研磨すると前記吐出口面上に形成される前記開口の面積がそれまでよりも狭い面積となる内部形状を有し、
更にまた前記複数の穴部は、前記底部迄の深さが前記吐出口に近い方の穴部が他の穴部よりも浅く、前記吐出口面を所定量研磨した際に、前記吐出口に近い方の穴部が他の穴部よりも前記開口の面積が小さくなる関係を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。