JPH04163051A - インクジェット記録ヘッド - 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】 技監分立 本発明は、液体噴射記録装置、より詳細には、インクジ
ェットプリンタのヘッド製造方法に関する。中でも、高
密度に配列された圧電素子で用いるピエゾ型オンデマン
ト式インクジェットや、シリコンウェハ、カラス、アル
ミナ基板等の上に発熱体を形成し、該発熱体に通電する
ことによってインク中に気泡を発生させ、その気泡の作
用力によってインクを噴射するいわゆるバブルジェット
型インクジェットのヘッド製造方法に関する。

ｋ末伎生 ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生が
無視し得る程度に極めて小さいという点において、最近
関心を集めている。その中で、高速記録が可能であり、
而も所謂普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記録の
行える所謂インクジェット記録法は極めて有力な記録法
であって、これまでにも様々な方式が提案され、改良が
加えられて商品化されたものもあれば、現在もなお実用
化への努力が続けられているものもある。

この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称され
る記録液体の小’ａ　（ｄｒｏｐｌｅｔ）を飛翔させ、
記録部材に付着させて記録を行うものであって、この記
録液体の小滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔
方向を制御する為の制御方法によって幾つかの方式に大
別される。

先ず第１の方式は例えばＵ　Ｓ　Ｐ　３０６０４２９に
開示されているもの（Ｔｅｌｅ　ｔｙｐｅ方式）であっ
て、記録液体の小滴の発生を静電吸引的に行い、発生し
た記録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録部
材上に記録液体小滴を選択的に付着させて記録を行うも
のである。

これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速電極間に
電界を掛けて、−様に帯電した記録液体の小満をノズル
より吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録信号に
応じて電気制御可能な様に構成されたｘｙ偏向電極間を
飛翔させ、電界の強度変化によって選択的にか滴を記録
部材上に付着させて苫己録を行うものである。

第２の方式は、例えばＵ　Ｓ　Ｐ３５９６２７５．　Ｕ
　ＳＰ　３２９８０３０等に開示されている方式（Ｓｗ
ｅｅｔ方式）であって、連続振動発生法によって帯電量
の制御された記録液体の小滴を発生させ、この発生され
た帯電量の制御された小満を、−様の電界が掛けられて
いる偏向電極間を飛翔させることで、記録部材上に記録
を行うものである。

具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘッ
ドを構成する一部であるノズルのオリフィス（吐出口）
の前に記録信号が印加されている様に構成した帯電電極
を所定距離だけ離して配置し、前記ピエゾ振動素子に一
定周波数の電気信号を印加することてピエゾ振動素子を
機械的に振動させ、前記吐出口より記録液体の小滴を吐
出させる。この時前記帯電電極によって吐出する記録液
体小滴には電荷が静電誘導され、小滴は記録信号に応し
た電荷量で帯電される。帯電量の制御された記録液体の
小満は、一定の電界が一様に掛けられている偏向電極間
を飛翔する時、付加された帯電量に応じて偏向を受け、
記録信号を担う小滴のみが記録部材上に付着し得る様に
されている。

第３の方式は例えばＵ　Ｓ　Ｐ３４１６１５３に開示さ
れている方式（Ｈｅｒｔｚ方式）であって、ノズルとリ
ング状の帯電電極間に電界を掛け、連続振動発生法によ
って、記録液体の小滴を発生霧化させて記録する方式で
ある。即ちこの方式ではノズルと帯電電極間に掛ける電
界強度を記録信号に応じて変調することによって小滴の
霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出して記録する
。

第４の方式は、例えばＵ　Ｓ　Ｐ３７４１１２０に開示
されている方式（Ｓｔｅ＋ｕ＋ｅ方式）で、この方式は
前記３つの方式とは根本的に原理が異なるものである。

即ち、前記３つの方式は、何れもノズルより吐出された
記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制御し
、記録信号を担った小滴を選択的に記録部材上に付着さ
せて記録を行うのに対して、このｓｔｅｍｍｅ方式は、
記録信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔
させて記録するものである。

つまり、　Ｓｔｅｍｍｅ方式は、記録液体を吐出する吐
出口を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素
子に、電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号
をピエゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に
従って前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて
記録部材に付着させることで記録を行うものである。

これ等、従来の４つの方式は各々に特長を有するもので
あるが、又、他方において解決され得る町き点が存在す
る。

即ち、前記第１から第３の方式は記録液体の小滴の発生
の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、小
滴の偏向制御も電界制御である。

その為、第１の方式は、構成上はシンプルであるが、小
滴の発生に高電圧を要し、又、記録ヘッドのマルチノズ
ル化が困難であるので高速記録には不向きである。

第２の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で高
速記録に向くが、構成上複雑であり、又記録液体小滴の
電気的制御が高度で困難であること、記録部材上にサテ
ライトドツトが生じ易いこと等の問題点がある。

第３の方式は、記録液体小滴を霧化することによって階
調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが、他方
霧化状態の制御が困難であること、記録画像にカブリが
生ずること及び記録ヘッドのマルチノズル化が困難で、
高速記録には不向きであること等の諸問題点が存する。

第４の方式は、第１乃至第３の方式に比へ利点を比較的
多く有する。即ち、構成上シンプルであること、オンデ
マンｌ−’　（（Ｈｌ−ｄｅｍａｎｄ）で記録液体をノ
ズルの吐出口より吐出して記録を行う為に、第１乃至第
３の方式の様に吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に要
さなかった小滴を回収することか不要であること及び第
１乃至第２の方式の様に。

導電性の記録液体を使用する必要性がなく記録液体の物
質上の自由度か大であること等の大きな利点を有する。

丙午ら、一方において、記録ヘッドの加工上に問題があ
ること、所望の共振数を有するピエゾ振動素子の小型化
が極めて困難であること等の理由から記録ヘッドのマル
チノズル化が難しく、又、ピエゾ振動素子の機械的振動
という機械的エネルギーによって記録液体小滴の吐出飛
翔を行うので高速記録には向かないこと、等の欠点を有
する。

このように従来の液体噴射記録方法には、構成上、高速
記録化Ｌ、記録ヘッドのマルチノズル化上、サテライト
ドツトの発生及び記録画像のカブリ発生等の点において
、一長一短があって、その長所を利する用途にしか適用
し得ないという制約が存在していた。

しかし５この不都合も本出願人が先に提案したインクシ
ェツト記録方式を採用することによってほぼ解消するこ
とができる。かかるインクジェット記録方式は、特公昭
５６−９４２９号公報にその詳細が説明されているか、
ここにそれを要約すれば、液室内のインクを加熱して気
泡を発生させてインクに圧力上昇を生しさせ、微細な毛
細管ノズルからインクを飛び出させて、記録するもので
ある。その後、この原理を利用して多くの発明がなされ
た。その中の１つとして、例えば特開昭６２−９０２５
４号公報がある。これは、発熱素子を有するインク通路
が並列に配置され、該インク通路に液室からインク液を
供給し、前記発熱素子を選択的に加熱して前記インク通
路からインク滴を吐出させて記録を行う記録ヘッドにお
いて、並列に配置された前記インク通路のうち両端部分
に配置されたインク通路と前記液室との間にしゃ断壁を
設けたものであるが、これは、記録ヘッドの端部では空
気中に熱が放射されるか、あるいは記録ヘッドに接する
部材に熱が伝わるために、端部の温度が中央部にくらべ
て低くなってしまい、画像の濃度や色相にむらができて
しまうので、並列に配置されたインク通路のうち両端部
分に配置されたインク通路と液室との間にしゃ断壁を設
けるというものであり、そうすることにより、ダミ一部
が形成され、インク通路と同様の形状のダミー通路が形
成されるが、実際に記録に使用されるノズル部をいかに
精密に作るかの記載はなされていない。又、ダミ一部の
デイメンジョンについても、製造工程上の理由により、
他のインク通路と同様に形成される旨の記載があるのみ
で詳細にはわからない。

また、特開昭６２−１９１１５６号公報には。

液体を吐出して飛翔液滴を形成するために設けられた複
数の吐出口と、該複数の吐出口のそれぞれに対応して設
けられ、前記飛翔液滴を形成するために利用される熱エ
ネルギを発生するための複数の電気熱変換素子と、該複
数の電気熱変換素子の両側に設けられた複数の疑似電気
熱変換素子を備えた液体噴射記録ヘッドが開示されてい
る。而して、この発明は、記録ヘッドの発熱抵抗層（電
気熱変換素子）は、パターンをレジストで形成した後、
エツチングして形成されるが、エツチング時に発熱抵抗
層群の両端では中央部に比へエソチン　　。

グ液の循環が良いため、特に幅方向に抵抗層が細く形成
され、発熱抵抗層の配列方向に記録濃度むらが生じてし
まうので、複数の電気熱変換素子の両側に複数の疑似電
気熱変換素子を具えるというものであるが、ノズル部を
いかに精密に作るかの記載はない。

更に、特開昭６３−４９５５号公報には、液体を吐出し
て飛翔液滴を形成するために設けられた複数の吐出口と
、該複数の吐出口のそれぞれに対応して設けられ、前記
飛翔液滴を形成するために利用される熱エネルギを発生
するための発熱抵抗層を有し、エツチング工程で形成さ
れた複数の電気熱変換素子と、該複数の電気熱変換素子
の両側に設けられ、前記発熱抵抗層と同一の層もしくは
前記発熱抵抗層と同等のエツチング割合を有する層を具
えた液体噴射記録ヘッドが開示されている。

而して、この発明も、前記特開昭６２−１９１１５６号
公報に記載の発明と同様の理由で、複数の電気熱変換素
子の両側に発熱抵抗層と同一の層もしくは発熱抵抗層と
同等のエツチング割合を有する層を具えるというもので
あるが、ノズル部をいかに精密に作るかの記載はない。

上述のように、上記３例は、いずれもヘッド先端部分に
のみ、ダミーヒータ等を設けたものであり、温度分布の
問題、あるいは、ヒータ一部の発熱量のバラツキの問題
を解決してはいるものの、ヘッドのノズル部形成に重要
な役割を果たす接合の問題については言及されておらず
、未だ解決すべき点がある。

且−一五 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
特に、精密で信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを
製造し、吐出インク量や速度方向にばらつきがないイン
クジェット記録ヘッドを提供することを目的としてなさ
れたものである。

隻−一双 本発明は、上記目的を達成するために、エネルギー作用
部を設けた第１の基板と、該基板の面にインク通路を形
成する感光性樹脂膜と、前記通路を覆う第２の基板とを
積層して形成するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記インク通路とインク供給室の外周部に疑似インク通
路を形成する感光性樹脂膜を有し、該感光性樹脂膜の幅
が、前記インク通路を形成する感光性樹脂膜の幅とほぼ
等しいもしくはやや小さめであり、疑似インク通路の幅
が、前記インク通路の幅の２倍以下であることを特徴と
したものである。以下、本発明の実施例に基いて説明す
る。

第１図乃至第８図は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの製作手順を説明するための模式図である。

第１図の工程では、シリコン、ガラス、セラミックスの
材料よりなる基板１の上に発熱素子やピエゾ素子等のイ
ンク吐出圧発電素子２を所望の個数配置し、更に必要に
応じて耐インク性、電気絶縁性を付与する目的で、５１
０２、Ｔａ２０９、ガラス等の薄膜３を被覆する。なお
、インク吐出圧発生素子２には、図示されていないが、
信号大刀用電極が接続しである。

続く、第２図に示す工程では、第１図示の工程を経て得
られた基板１の薄膜層３の表面を清浄化すると共に乾燥
させた後、薄膜層３に重ねて、８０℃〜１０５℃程度に
加温されたドライフィルムフォトレジスト４（膜厚、約
２５μｍ〜１００μｍ）を０．５〜４ｆ／分の速度、１
〜３ｋｇ／ｃ＋ｄの加圧条件下でラミネートする。この
とき、ドライフィルムフォトレジスト４は、薄膜層３に
融着する。続いて、第２図に示すように、基板面に設け
たドライフィルムフォトレジスト４上に所定のパターン
を有するフォトマスク５を重ね合せた後、このフォトマ
スク５の上部がら露光を行う。このとき、インク吐出圧
発生素子２の設置位置と上記パターンの位置合せを周知
の手法で行っておく必要がある。また、本発明では、イ
ンク通路及びインク供給室の外周にも、ダミーパターン
１１を有するフォトマスクを使用する。パターンの形状
については後述する。

第３図は、上記露光済みのドライフィルムフォトレジス
ト４の未露光部分をトリクロルエタン等の所定の有機溶
剤から成る現像液にて溶解除去した工程を示す説明図で
ある。次に、基板１に残されたドライフィルムフォトレ
ジストの露光された部分４ｐの耐インク性向上のため、
熱酸化処理（例えば１５０〜２５０℃で３０分〜６時間
加熱）又は、紫外線照射（例えば５ｏ〜２００ｍＷ／ｃ
ｊ又はそれ以上の紫外線強度）を行い、充分に重合硬化
反応を進める。なお上記熱硬化と紫外線による酸化の両
方を兼用するのも効果的である。

第４図は、インク通過８の覆いを構成する電磁波を通過
する材料、例えば、透紫外光材料よりなる平板状部材６
の表面に感光性樹脂膜７、例えば、紫外線硬化型樹脂膜
を積層した場合の説明図である。この感光性組成物膜７
を構成する感光性組成物の積層方法は、前記ドライフィ
ルムと同じ物を同様の方法でラミネートするのがよい。

ドライフィルムフォトレジストを使用するほかに、液状
のフォトレジストを使用してもよい。その際、その組成
は、インク通路８を形成したドライフィルムフォトレジ
スト４と同等もしくは類似のものが、接合を行ううえで
望ましい。液状のフォトレジストを使用する場合、通常
スピンコード、ロールコート、デイツプコート、スクリ
ーンスプレー、印刷等の方法が用いられる。

第５図は、第４図について説明した方法により作成した
前記インク通路８の覆いを構成する平板状部材６および
紫外線硬化型樹脂膜７を押圧貼付した場合の説明図であ
る。

次に、透紫外光材料からなる平板状部材６にラミネート
ラされたドライフィルム７に、非酸素雰囲気下で紫外線
照射（例えば５ｏ〜２００ｍＷ／ｄ又はそれ以上の紫外
線強度）を行ないトライフィルム７を充分に硬化させる
。更に熱硬化処理（例えば１３０−２５０℃で３０分〜
６時間）するのも有効である。

ここで、第５図の工程終了後のヘッド外観を第６図に模
式的斜視図で示す。第６図中、８−１はインク供給室、
８−２はインク細流路、９はインク供給室８−１に不図
示のインク供給管を連通させるための貫通孔を示してい
る。

以上のとおり、溝を形成した基板とインク通路の覆いと
の接合が完了した後、第６図のｃ−ｃ’線に沿って切断
する。これは、インク細流路８−２に於て、インク吐出
圧発生素子２とインク吐出口８−３との間隔を最適化す
るために行うものであり、ここで切断する領域は適宜決
定される。この切断に際しては、半導体工業で通常採用
されているダイシング法が採用される。

第７図は、第６図のｚ−ｚ’線切断面図である。

次いで、切断面を研磨して平滑化し、貫通孔９にインク
供給管１０を取り付けて第８図に示したインクジェット
記録ヘッドが完成する。

本発明に使用する感光性樹脂は、紫外線硬化型に限定さ
れる訳ではなく、可視光、Ｘ線、電子線。

レザー等の電磁波に感応する組成物であれば、し）かな
るものでも使用できる。

本発明の方法に使用できるドライフィルムタイプのフォ
トレジストとしては、例えば、デュポン社製パーマネン
トフォトポリマーコーティングＲＩＳＴＯＮ、ソルダー
マスク７３０５、同７４０Ｓ、同７３０ＦＲ１同７４０
ＦＲ１同ＳＭ１．　日立化成工業製Ｐｈｏｔｅｃ　５Ｒ
−１０００゜同５Ｒ−２０００，同５Ｒ−３０００，東
京応化工業（株）製オーディル５Ｅ−２５０．同５Ｅ−
２３８，同５Ｅ−２２５，同５Ｐ−７５０，同５Ｐ−７
４０、同５Ｐ−７２５，同５Ｘ−３５０，同５Ｙ−３２
５等の商品名で市販されているものが挙げられる。この
他、本発明において使用される感光性樹脂としては、通
常のフォトリソグラフィーの分野において使用されてい
る感光性樹脂組成物の多くのものが挙げられる。

これ等の感光性樹脂組成物としては、例えば、ジアゾレ
ジン、Ｐ−ジアゾキノン、更には例えばビニル七ツマ−
と重合開始剤を使用する光重合型フォトポリマー、ポリ
ビニルシンナメート等と増感剤を使用する二量化型フォ
トポリマー、オリソナフトキノジアジトとノボラックタ
イプのフェノール樹脂との混合物、ポリビニルアルコー
ルとジアゾ樹脂の混合物、４−グリシジルエチレンオキ
シドとベンゾフェノンやグリシジルカルコンとを共重合
させたポリエーテル型フォトポリマー、ジーＮ、Ｎ−ジ
メチルメタクリルアミドと例えばアクリルアミドベンゾ
フェノンとの共重合体、不飽和ポリエステル系感光性樹
脂（例えばＡＰＲ（ｍ化成）、テビスタ（今人）、ゾン
ネ（関西ペイント）等）、不飽和ウレタンオリゴマー系
感光性樹脂。

二官能アクリルモノマーに光重合開始剤とを混合した感
光性樹脂組成物、重クロム酸系フォトレジスト、非クロ
ム系水溶性フォトレジスト、ポリケイ皮酸ビニル系フォ
トレジスト、酸化ゴム−アジド系フォトレジスト、等が
挙げられる。

また、上記実施例のように、インク通路を形成する材料
としても感光性ドライフィルムレジストを用いた場合、
インク通路の濡れ性を均一にするために、前記インク通
路の覆いを構成する平板状部材に積層される感光性組成
物として、前記トライフィルムレジストを溶媒に溶かし
たものを積層するものも良い方法である。

また、感光性樹脂膜を平板状部材上に積層する方法も加
圧圧着に限定される訳ではなく、感光性樹脂の膜を均一
に積層できればいかなる方法でも良く、例えば、スピン
コード、デイツプコート、スプレー、印刷、ローラコー
ト等の方法を用いることができる。更に前記実施例に於
いては、感光性樹脂膜の表面のみに軟い層を残すため、
酸素減感を利用したが、透紫外光材料からなる平板状部
材を介して、感光性樹脂膜の裏面より露光し、その露光
量を制御することより表面にのみ軟かい層を残すのも良
い方法である。更にインク流路の覆いの支持体となる平
板状部材の材質としては、覆いを形成する感光性樹脂を
光重合させるのに有効な波長の電磁波に対して透過性を
示し、かつ感光性樹脂の収縮応力によっては容易に変形
しないものであれば特に限定されないが、製造上の便宜
及び経済性から、ガラス、エポキシ樹脂、アクリル樹脂
、ビニル樹脂等が推奨される。

次に、本発明の特徴的な点である疑似インク通路（溝パ
ターン）を設けるためのダミーパターンを有するフォト
マスクについて述べる。ダミーノ（ターンを有しない通
常のフォトマスクを用いて露光し、現像液で溶解除去す
る、先に説明した第２図、第３図の工程を行うと、第９
図に示したように、外周のレジストに較べ内側のインク
通路を形成する障壁となっているレジストの高さがｄだ
け低くなってしまう。これは外周のレジストに較べ、内
側のレジストは、単位体積あたりの表面積が大きいため
、現像液に溶解されやすいためと考えられる。外周と内
側のレジストの高さが違うと、インク通路に平板状部材
６を接合する際に、内側のレジストに密着しないため５
．インク通路同志の分離が正しく行うことができない。

このため、インクの吐出量や吐出スピードが変化し、画
像の濃度や色相にむらができてしまう。

そこで、例えば、第１０図に示したような外周に疑似イ
ンク通路（溝パターン）を設けるダミーパターンを有す
るようなフォトマスクを用いて露光、現像すれば、先に
示した第３図に見られるように、外周と内側のレジスト
の高さが等しくなり、インク通路は正しく分離される。

ダミーパターン１１は、外周と内側のレジストの単位体
積あたりの表面積がほぼ等しくなるか、あるいは外周が
やや小さくなるように、外周のレジストは内側のレジス
トと同じ幅、あるいは、小さめの幅になるように形成す
る。さらに、疑似インク通路の幅が、インク通路幅の２
倍より小さくなるように形成する。疑似インク通路（溝
パターン）の幅をインク通路の幅の２倍以上にすると、
第９図の場合とは逆に外周部のレジストの方が、極度に
低くなって。

平板状部材６を接合することが困難となった。これは溝
の幅が広いために疑似インク通路（溝パターン）へ現像
液が循環しやすくなり、現像が進行しすぎたためと考え
られる。

第１１図に、他のパターン例を示したが、上記２条件を
満たせばどのような形にしてもよい。

また、外周部に形成する疑似インク通路（溝パターン）
は、通常のパターンにダミーパターンを付加するのみで
形成できるので、記録ヘッドの製造工程が複雑化するこ
とはない。

処−一米 以上の説明から明らかなように１本発明によると、イン
ク通路の液室の外周に疑似インク通路を設け、疑似イン
ク通路を形成する膜の幅をインク通路を形成する膜の幅
とほぼ同じかあるいは、やや小さめにすることにより、
さらに、疑似インク通路の幅をインク通路の幅の２倍以
下にすることにより、現像液のまわり込みの程度が同じ
になるため外周と内側の膜の高さが等しくなり、インク
通路を形成した発熱体基板に平板状部材を均一に接合で
きるため、インク通路を正確に分離することが可能にな
り、画像品質にばらつきのない高精度なインクジェット
記録ヘッドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの製造工程に従った説明図、第９図は。 従来技術の問題点を説明するための図、第１ｏ図及び第
１１図は１本発明の詳細な説明するための図である。 １・・・基板、２・・インク吐出圧発生素子、３　・薄
膜、４・・・ドライフィルムフォトレジスト、４Ｐ・・
・パターニングされたドライフィルムフォトレジスト、
５・・・フォトマスク、６・・・透紫外光材料からなる
平板状部材、７・・・感光性トライフィルム、８・溝ま
たはインク通路、８−１・・インク供給室、８−２・・
・インク細流路、８−３・・インク吐出口、８−４・・
・疑似インク通路、９・貫通孔、１０・・・インク供給
管、１１・・・ダミーパターン。 特許出願人　　株式会社　リ　コ　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エネルギー作用部を設けた第１の基板と、該基板の
   面にインク通路を形成する感光性樹脂膜と、前記通路を
   覆う第２の基板とを積層して形成するインクジェット記
   録ヘッドにおいて、前記インク通路とインク供給室の外
   周部に疑似インク通路を形成する感光性樹脂膜を有し、
   該感光性樹脂膜の幅が、前記インク通路を形成する感光
   性樹脂膜の幅とほぼ等しいかもしくはやや小さめであり
   、疑似インク通路の幅が前記インク通路の幅の２倍以下
   であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。