JPH02121842A - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は吐出口プレートを有したインクジェット記録ヘ
ッドおよびインクジェット記録ヘッドの製造方法に関す
る。

６）請求項１ないし５のいずれかの項に記載の製造方法
によって製造されたインクジェット記録ヘッド。

（以下余白） ［従来の技術］ 上述したインクジェット記録装置としては、圧電素子の
変形により液流路内に圧力変化を発生させて微小液滴を
吐出させるもの、あるいは更に一対の電極を設けて、こ
れにより液滴を偏向して吐出させるものが知られている
。また液路内に配設した発熱素子を急激に発熱させるこ
とによって気泡を生ぜしめ、その気泡の発生によって吐
出口から液滴を吐出させるもの等が種々提案されてきた
。

これらの中でも、熱エネルギーを利用して記録液を吐出
する方式に係るインクジェット記録ヘッドは、記録用の
液滴を吐出して飛翔用液滴を形成するためのオリフィス
等の液体吐出口（以下、オリフィスともいう）を高密度
に配列することができるために高解像力の記録をするこ
とが可能であること、記録ヘッドとして全体的コンパク
ト化も容易であること、最近の半導体分野における技術
の進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術やマイクロ加工
技術の長所を十二分に活用でき、長尺化および面状化（
２次元化）が容易であること等により、マルチノズル化
および高密度実装化が容易で、しかも大量生産時の生産
性が良く製造費用も廉価にできるものとして特に注目さ
れている。

上述のインクジェット記録ヘッドは、第１０図に示すよ
うにインクの吐出口としてのオリフィス４１を有するオ
リフィスプレート４０と、各オリフィスに連通したイン
ク路溝４０１を有した天板４００と、インク路の一部を
構成し、かつ吐出のためのエネルギー発生素子１０１を
有するヒータボード＋００とにより構成されている。

一般に、オリフィスプレートはヒータボードと天板との
濡れ性の違いに起因する吐出インク滴の吐出方向のずれ
を防止するため、吐出口面を同一部材で構成することを
目的として設けられたものであり、またオリフィスはそ
の形状等がインクジェット記録ヘッドの吐出性能を左右
する重要な要素である。とりわけ、インクが吐出される
オリフィスは最も重要な部分となるが、前述したように
近年の画像記録技術および記録ヘッド製造技術の高度化
に伴い、オリフィスのサイズ（オリフィス径）は微小化
され、また、複数のオリフィスが高密度に設けられるよ
うになった。

一方、従来からオリフィスの加工には様々な工夫がなさ
れてきた。そのいくつかの例を挙げると、 １）ドリルによる機械加工。

２）放電加工による微細加工。

３）Ｓｉの異方性エツチングによる微細加工。

４）フォトリソによりパターン化し、メツキにより得る
方法。

５）炭酸ガス、　ＹＡＧレーザーによる微細加工。

などがある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したように、現在の記録技術は高精
細高速化が当然の要求であり、この要求に従ってインク
ジェット記録ヘッドのオリフィスはその寸法が微小にな
り、かつオリフィス密度が高く、しかも複数のオリフィ
スを有するようになった。

このような観点において、前記従来例１）および２）の
方法によっては、オフイリス寸法の微小化が困難である
とともに、高密度な複数のオリフィスを加工する上で効
率が良くないなどの問題点があった。

また、３）の方法では、オリフィスプレートとなるＳｉ
材のコストが高く、加工時間が長いという問題点があっ
た。

さらに、４）の方法では、フォトリソからメツキまでの
製造工程が長く、基板やレジストなどの補助材料を使用
しなければならない。

加えて、５）の方法は以下に説明する理由により上記要
求にかなう十分なオリフィスを製造できないものであフ
な。

炭酸ガスレーザーおよびＹＡＧレーザーによる加工はそ
のレーザー出力が十分でなく、形成されるオリフィスの
形状、精度とも十分でなかった。例えば、ＹＡＧレーザ
ーによるオリフィスは形状が円形でなく、また、レーザ
ーにより十分に除去されない異物がオリフィス周辺に付
着する。また、オリフィスプレートの材質および厚さに
よっては、オリフィスすなわち開口部が形成されないこ
ともあった。

また、炭酸ガスレーザーおよびＹＡＧレーザーによる加
工は１個所ずつオリフィスを加工していくため、複数の
オリフィスを加工するには時間がかかり、量産性に通し
ていなかった。

さらに、複数のオリフィスは、それぞれの位置精度が正
確でなければならないが、従来の炭酸ガスレーザーおよ
びＹＡＧレーザーによる加工では、位置合わせも精密に
行い得る可動部が必要となるためより加工が困難となっ
ていた。

以上説明したように、従来の方法では上記要求において
それぞれに問題点があり、オリフィスの加工方法として
は十分に満足できるものではなかった。

一方、インクジェット記録ヘッドによる記録は上述した
ように高精細、高速化に対応するとともに、その信頼性
を向上することも重要となフている。そのためにインク
にも改良がなされてきた。

この結果、インクに接する材料は耐インク性能が要求さ
れるためオリフィスプレートとなる材料もその要求を満
たす必要がある。従フて、オリフィス加工はその材質に
よっては困難なものになる場合があった。

また、インクジェット記録ヘッドは前述したようにオリ
フィスプレート、天板および基板により構成されている
。とりわけ、オリフィスとそれに連通ずるインク路はそ
の位置が正確に合わされていない場合は、吐出性能に悪
影響を与え、最悪の場合、不吐出などの原因となる。

しかし、オリフィスおよびインク路とも、その大きさが
微小であり、かつ高密度に構成されるため正確に位置合
わせをして組立てることは困難であり、インクジェット
記録ヘッドの製造上の大きな問題点となっていた。

本発明は以上説明したようなオリフィス加工およびオリ
フィスプレートと天板およびヒータボードとの接合にお
ける問題点に鑑み、なされたものであり、その目的とす
るところは高密度かつ高精度なオリフィスを有したオリ
フィスプレートおよびオリフィスとインク路等との位置
関係が正確な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。

［課題を解決するための手段］ そのために本発明では吐出口に連通するインク路と、イ
ンク路に配設された吐出エネルギー発生素子と、吐出口
が形成されインク路の端面に接合された吐出口プレート
とを有し、吐出口から飛翔液滴を吐出するインクジェッ
ト記録ヘッドの製造方法において、吐出口が形成される
以前に吐出口プレートをインク路の端面に接合し、接合
された吐出口プレートにエキシマレーザ−光を照射する
ことによって吐出口を形成することを特徴とする。

より好適には、エキシマレーザ−光の照射は、吐出口プ
レートにおける吐出口のパターンを有したマスクを介し
て行われることを特徴とする。

［作　用］ 以上の構成によれば、オリフィスプレートには高密度か
つ高精細なオリフィスが形成され、さらにインク路等と
の位置関係が正確なオリフィスが形成されることが可能
となる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図（＾）および（Ｂ）は、本発明の一実施例に係る
インクジェット記録ヘッドを示し、インク供給源たるイ
ンク収容部を一体としたディスポーザブルタイプのもの
としである。

同図（Ａ）　において、１００はＳｉ基板上に電気熱変
換体く吐出ヒータ）と、これに電力を供給するＡ１等の
配線とが成膜技術により形成されて成るヒータボードで
ある。２００はヒータボード１００に対する配線基板で
あり、対応する配線は例えばワイヤボンディングにより
接続される。

４００はインク流路を限界するための隔壁や共通液室等
を設けた天板であり、ポリエーテルサルフすン等の樹脂
材料で成る。

３００は例えば金属製の支持体、５００は押えばねであ
り、両者間にヒータボード１００および天板４００を挟
み込んだ状態で両者を係合させることにより、押えばね
５００の付勢力によってヒータボード１００と天板４Ｑ
Ｇとを圧着固定する。なお、支持体３００は、配線基板
２００も貼着等により設けられるとともに、ヘッドの走
査を行うためのキャリッジへの取付は基準を有する。ま
た、支持体３００は駆動に伴って生じるヒータボードｌ
ＯＯの熱を放熱冷却する部材としても機能する。

６００は供給タンクであり、インク供給源をなすインク
貯留部からインク供給を受け、ヒータボード１００と天
板４００との接合により形成される共通液室にインクを
導くサブタンクとして機能する。

７００は共通液室へのインク供給口付近の供給タンク６
００内の部位に配置されるフィルタ、８００は供給タン
ク６００の蓋部材である。

９００はインクを含浸させるための吸収体であり、カー
トリッジ本体１０００内に配置される。１２００は上記
各部１００〜８００からなるユニットに対してインクを
供給するための供給口であり、当該ユニットをカートリ
ッジ本体１０００の部分１０１０に配置する前の工程で
供給口１２００よりインクを注入することにより吸収体
９００のインク含浸を行わせることができる。

１１００はカートリッジ本体の蓋部材、１４００はカー
トリッジ内部を大気に連通するために蓋部材に設けた大
気連通口である。１３００は大気連通口１４００の内方
に配置される撥液材であり、これにより大気連通口１４
００からのインク漏洩が防止される。

供給口１２００を介してのインク充填が終了すると、各
部１００〜８００よりなるユニットを部分１０１０に位
置付けて配設する。このときの位置決めないし固定は、
例えばカートリッジ本体１０００に設けた突起１０１２
と、これに対応して支持体３００に設けた穴３１２とを
嵌合させることにより行うことができ、これによって第
１図（Ｂ）のカートリッジが完成する。

そして、インクはカートリッジ内部より供給口１２００
、支持体３００に設けた穴３２０および供給タンク６０
０の第１図（＾）中実面側に設けた導入口を介して供給
タンク６００内に供給され、その内部を通った後、導出
口より適宜の供給管および天板４００のインク導入口４
２０を介して共通液室内へと流入する。以上におけるイ
ンク連通用の接続部には、例えばシリコンゴムやブチル
ゴム等のパツキンが配設され、これによって封止が行わ
れてインク供給路が確保される。

第１図（Ａ）および（Ｂ）　に示した記録ヘッドにおい
て、オリフィスプレートは、その厚さが約１０〜５０μ
ｍであることが望ましく、また、材料のコストおよび耐
インク性を考慮すると、オリフィスプレートの素材とし
ては熱可塑性樹脂などのフィルム材、例えばポリエーテ
ルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルサルフオ
ンなどが挙げられる。本実施例ではポリエーテルエーテ
ルケトン（ＰＥＥに）の厚さ２５μｍのフィルムを使用
した。

オリフィスプレートを形成する場合、まずオリフィスプ
レートとして必要な大きさに上記フィルム材をカットす
る０次に、波長２４８ｎｍの紫外光を射出するに「Ｆの
エキシマレーザ−を使用し、第２図に示す装置によって
オリフィスの加工を行う。

このエキシマレーザ−は紫外光を発振可能なレーザーで
あり、高強度である、単色性が良い、指向性がある、短
パルス発振できる、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などの利点を有する。

エキシマレーザ−は希ガスとへロケ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
外光を発振できる装置であり、にｒＦ。

ＸｅｃＪ２　、ＡｒＦレーザーがよく用いられる。これ
らの発振エネルギーは数１００ｍＪ／パルス、パルス繰
返し周波数は３０〜１００ＯＨ２である。

このエキシマレーザ−光のような高輝度の短パルス紫外
光をポリマー樹脂表面に照射すると、照射部分が瞬間的
にプラズマ発光とａＩＩｍ音を伴って分解、飛散するＡ
ｂｌａｔｉｖｅ　Ｐｈｏｔｏｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ（ＡＰＤ）過程が生じ、この過程によってポリマー樹
脂の加工が可能となる。

このようにエキシマレーザ−による加工精度と他のレー
ザーによるそれとを比較した場合、例えばポリイミド（
ＰＩ）フィルムにエキシマレーザ−としてのにｒＦレー
ザーと、他のＹＡＧレーザーおよびＣＯ，レーザーを照
射すると、　ＰＩの光を吸収する波長がＵｖ領領域ある
ためＫｒＦレーザーによってきれいな穴が開くが、ｕｖ
領領域ないＹＡＧレーザーでは穴が開くもののエツジ面
が荒れ、赤外線であるＣ０２　レーザーでは穴の周囲に
クレータ−を生じてしまう。

また、ＳＯ５等の金属、不透明なセラミックス。

５１等は大気の雰囲気において、エキシマレーザ−光の
照射によって影響を受けないため、エキシマレーザ−に
よる加工におけるマスク材として用いることができる。

第２図は本発明の一実施例におけるオリフィス加工方法
を示す装置の模式図であり、図において、１０はエキシ
マレーザ−１１１はエキシマレーザ−１Ｏから射出され
たレーザービーム１２を集光するためのレンズ、９はエ
キシマレーザ−１０とオリフィスプレートの間に配置さ
れるマスク、４０はオリフィスが形成されるオリフィス
プレートである。

第３図はマスク９およびオリフィスプレート４０の詳細
を示す斜視図である。マスク９にはオリフィスプレート
４０のオリフィスが加工される部位に対応して透明な部
分９１が設けられており、レーザービーム１２が透過す
るようになっている。すなわち、このマスク９にオリフ
ィスとして必要なパターンを設ければ、このパターンが
オリフィスプレートのフィルムに加工されることが可能
となる。

第３図に示すようにオリフィスの数は複数であるがこれ
は模式的に示すものであり一実際には本実施例では３６
ＧＤＰＩ、φ３３μｍのオリフィスを直線的に並べたマ
スクを使用した。こ９構成において、プレート４０に、
マスク９を介してレーザービーム１２を照射しオリフィ
スを形成した。なお、マスク材としては、レーザー照射
による熱の影響を受けないことが好ましく、例えば熱膨
張率の小さい材料、例えばＢｅ−Ｃｕなとの金属材料を
用いることができる。

以上説明したような方法で製造したオリフィスプレート
のオリフィスは、炭酸ガスレーザーおよびＹＡＧレーザ
ーによる加工のように、オリフィスの周辺部に異常な変
形がなく、マスクと同様な円形が、フィルムの表裏まで
きれいに加工される。

設計値と上述の方法による製造後のオリフィスプレート
における寸法を比較した結果を表１に示す。

表 この表１の比較からも明らかなように、エキシマレーザ
−によるオリフィス加工はインクジェット記録ヘッドの
性能をより向上させるのに十分な精度を有しており、ま
た、簡易に製造できる特徴を有している。

次に、本発明のより効果的な実施例を説明する。

第４図および第５図はこの実施例に示すそれぞれオリフ
ィス加工の装置およびマスクとオリフィスプレートの詳
細を表わす模式図および斜視図である。

本実施例では、まず始めに天板４００としてガラス材に
溝加工したものと、Ｓｔウェハにエネルギー発生素子お
よびその配線等を設けたヒータボード１００を接合し、
次に、オリフィスプレート４０と天板４００およびヒー
タボード１００とを接合するために接合面をオゾン洗浄
し、シランカップリング剤を塗布した。その塗布方法は
、φ１００．　ｔ　＝　０．６のＳｉゴムにシランカッ
プリング剤＾−１８７（日本ユニカー味による）をスピ
ンコードしたものから転写することによって行った。

次に、オリフィスプレート４０の材料としてのドライフ
ィルム（東京応化■５Ｅ−３２０）を、片側の保護フィ
ルム、ポリエーテルを剥離した後、約４０〜８０℃に加
熱した。このとき、天板４００とヒータボード１００の
一体となったものも同時に加熱する。

この加熱は、本実施例ではホットプレートまたはクリー
ンオーブンを用いて行った。

ドライフィルムが十分加熱された後、フィルムのドライ
フィルム面と天板・ヒータボードとを１〜１０秒間、２
〜１０ｋｇ／ｃｍ’の圧力で押しつけて接合する。次に
、室温（約２５℃）まで徐冷し、その後フィルムと天板
・ヒータボードとを分離する。このとき、オリフィスプ
レートとなるドライフィルムはもう一方の保護フィルム
であるマイラーフィルムから分離されて天板ヒータボー
ドに接合され、第６図に示す状態となる。次に、接合し
たドライフィルム面に紫外光を当てることにより、硬化
させ、第４図に示す構成からなる装置の所定の位置に記
録ヘッド（天板・ヒータボード・オリフィスプレート）
を固定し、この記録ヘッドとエキシマレーザ−およびマ
スクとの位置合わせを行う、この位置合わせは、本実施
例では記録ヘッドを固定する台７を可動式にして対応し
た。

位置合わせ終了後、エキシマレーザ−光をマスク９を介
してオリフィスプレート４０に照射し、オリフィス４１
の加工を行った。この加工後の記録ヘッドの状態を第７
図に示す。

以上説明した方法によれば、微小なオリフィスを有する
オリフィスプレートと、天板・ヒータボードとを精度の
高い位置合わせをして接合する必要がなく、インクジェ
ット記録ヘッドの製造工程が簡易になる。

次に、エキシマレーザ−による加工でオリフィス形状を
より好ましい形状にする実施例を示す。

第８図に示すように、本例におけるインクジェット記録
ヘッドのオリフィス形状は、インク路４０２からオリフ
ィス４１に近づくほど先が細くなる形状が望ましいとさ
れていた。しかし、従来の製造方法ではそれを実現する
のは困難であったため、その形状は第９図のような円柱
状のものが多かった。

ところが、エキシマレーザ−を用い、オリフィスプレー
トのみの加工においてその照射中途々に集光レンズを移
動させ、焦点の位置を変えることにより穴の形状が変化
する特徴を生かして第８図のようなオリフィス形状も製
造することができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように本発明によればオリフィ
スプレートには高密度かつ高精細なオリフィスが形成さ
れ、さらにインク路等との位置関係が正確なオリフィス
が形成されることが可能となる。

この結果、例えばマスクを適切に用いることにより微小
な複数のオリフィスを一括して製造することもできるた
め、簡易かつ廉価にインクジェット記録ヘッドを製造で
きる。

また、精度の高いインクジェット記録が実現できること
により、ひいては記録される画像の品位が向上するとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（＾）および（Ｂ）は本発明の実施例にかかるイ
ンクジェット記録ヘッドのそれぞれ分解斜視図および外
観斜視図、 第２図は本発明の一実施例における装置の模式第３図は
第２図に示したマスクとオリフィスプレートとの関係を
示す斜視図、 第４図は本発明の他の実施例における装置の模式図、 第５図は第４図に示したマスクとインクジェット記録ヘ
ッドの関係を示す斜視図、 第６図は第４図の実施例に基く製造過程の、オリフィス
のないフィルムを接合した状態を示す斜視図、 第７図は第４図の実施例に基く製造過程の、エキシマレ
ーザ−でオリフィス製造後の状態を示す斜視図、 第８図は本発明の第３実施例によるオリフィスの断面図
、 第９図は従来の加工方法によるオリフィスの断面図、 第１θ図はインクジェット記録ヘッドの構成を示す分解
斜視図である。 ７・・・可動式ステージ、 ９・・・マスク、 ４１・・・オリフィス、 ９１・・・マスクの透明部、 ・・・ヒータボード、 ・・・吐出エネルギー発生素子、 ・・・天板、 ・・・インク路、 ・・・オリフィスプレート。 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）吐出口に連通するインク路と、該インク路に配設さ
   れた吐出エネルギー発生素子と、前記吐出口が形成され
   前記インク路の端面に接合された吐出口プレートとを有
   し、前記吐出口から飛翔液滴を吐出するインクジェット
   記録ヘッドの製造方法において、 前記吐出口は前記吐出口プレートにエキシマレーザー光
   を照射することによって形成され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）吐出口に連通するインク路と、該インク路に配設さ
   れた吐出エネルギー発生素子と、前記吐出口が形成され
   前記インク路の端面に接合された吐出口プレートとを有
   し、前記吐出口から飛翔液滴を吐出するインクジェット
   記録ヘッドの製造方法において、 吐出口が形成される以前に吐出口プレートを前記インク
   路の端面に接合し、当該接合された吐出口プレートにエ
   キシマレーザー光を照射することによって前記吐出口を
   形成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）前記エキシマレーザー光の照射は、前記吐出口プレ
   ートにおける前記吐出口のパターンを有したマスクを介
   して行われることを特徴とする請求項１または２に記載
   のインクジェット記録ヘッドの製造方法。 ４）前記吐出エネルギー発生素子はインクを吐出するた
   めの熱エネルギーを発生する電気熱変換素子であること
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項に記載の
   インクジェット記録ヘッドの製造方法。 ５）前記吐出口プレートは樹脂よりなることを特徴とす
   る請求項１ないし４のいずれかの項に記載のインクジェ
   ット記録ヘッドの製造方法。 ６）請求項１ないし５のいずれかの項に記載の製造方法
   によって製造されたインクジェット記録ヘッド。