JPH06183015A - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 隣接インク路間でクロストークを引き起こす
ことなく、耐インク性に優れたインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法を提供する。 【構成】 ヒーターボード１上に非感光性樹脂層２を形
成し、液流路予定部位３にマスク４を介してエキシマレ
ーザー光を照射して、その部位３を除去し、エキシマレ
ーザー光が照射されていない非感光性樹脂層２上に天板
５を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法に関し、より詳細にはエキシマレーザー光
を利用するインクジェット記録ヘッドの製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置に用いられるイ
ンクジェット記録ヘッドは、一般に微細な記録用の液体
の吐出口、液路およびこの液路の一部に設けられる液体
吐出エネルギー発生素子とを備えている。従来、このよ
うなインクジェット記録ヘッドを作成する方法として、
例えば、ガラスや金属等の板を用い、この板に切削やエ
ッチング等の加工手段によって微細な溝を形成した後、
この溝を形成した板を他の適当な板と接合して液路の形
成を行う方法が知られている。

【０００３】しかしながら、このような従来法によって
作成されるインクジェット記録ヘッドでは、切削加工さ
れるインク路内壁面の荒れが大きすぎたり、エッチング
率の差からインク路に歪が生じたりして、流路抵抗の一
定したインク路が得難く、製作後のインクジェット記録
ヘッドの記録液吐出特性にばらつきが出易いといった問
題があった。また、切削加工の際に板の欠けや割れが生
じ易く、製造歩留りが悪いという問題点もあった。ま
た、エッチング加工を行う場合には、製造工程が多く、
製造コストの上昇を招くという不利もあった。さらに
は、このような従来法に共通する問題点として、インク
路を形成した溝付板を、記録液小滴を吐出させるための
吐出エネルギーを発生する圧電素子や電気熱変換体等の
駆動素子が設けられた蓋板とを貼り合わせる際に、これ
ら板の位置合わせが困難であり、量産性に欠けるといっ
た問題もあった。

【０００４】このような問題点を解決するために、最
近、エッチングや切削加工を用いずにエキシマレーザー
光によりオリフィスを形成する方法が提案されている
（特開平２−１２１８４５号公報、特開平１−１０８０
５６号公報および特開平１−２９４０４７号公報）。

【０００５】一方、特開平２−２６３６５３号公報およ
び特開平３−１８３５５９号公報等に開示されているイ
ンクジェット記録ヘッドの製造方法のように、紫外線硬
化、可視光線硬化、Ｘ線硬化、赤外線硬化、電子ビーム
硬化等の活性エネルギー線で硬化する材料を用いてオリ
フィスを形成する方法もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−１２１８４５号公報に開示されている方法において
は、吐出口に対応して設けられるインク路を構成するた
めの溝を有した天板にエキシマレーザー光を照射する
が、インク吐出時の吐出エネルギー発生素子の機械的衝
撃、熱的衝撃あるいはキャビテーション等により溝付天
板が基板より剥れるか、または浸食等により隣接インク
路間においてクロストークが生じる。このために吐出特
性がばらつく。

【０００７】また、インクジェット記録ヘッドを製造す
る際に、基板に形成された吐出エネルギー発生素子と溝
付天板に設けられたインク路との位置合わせがずれる
と、その結果としてインク液滴の飛翔方向の曲りやサテ
ライト液滴の増加によって被記録媒体に形成される画像
品位が著しく低下する場合もある。

【０００８】一方、インクジェット記録ヘッドを構成す
る材料は通常用いられる環境下において、インクと常時
接触している。それ故に、インクジェット記録ヘッドを
構成する材料は、インク液からの影響を受けて強度低下
を起こすことなく、またインク中に、インク適性を低下
させるような有害な成分を与えないものが望まれるが、
特開平１−１０８０５６号公報、特開平１−２９４０４
７号公報に例示されているインク路を形成する材料は必
ずしも上記のような要求を満足するものではなかった。

【０００９】また、特開平２−２６３６５３号公報およ
び特開平３−１８３５５９号公報に開示されている活性
エネルギー線によって硬化したドライフィルムは耐イン
ク性に問題があった。

【００１０】そこで、本発明の目的は上述した問題点を
解消し、隣接インク路間でクロストークを引き起こして
吐出特性がばらつくことなく、加工性が良好であり、か
つ耐インク性に優れた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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方
法は、基板上に非感光性樹脂層を形成する工程と、該非
感光性樹脂層の流路形成予定部位にエキシマレーザー光
を照射して、前記流路形成予定部位の前記非感光性樹脂
層を除去する工程と、前記エキシマレーザー光により照
射されていない部分の前記非感光性樹脂層上に天板を接
合する工程とを含むことを特徴とする。

【００１２】さらに、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法は、基板上およびオリフィス・プレートと
なるべき部位に非感光性樹脂層を形成する工程と、前記
非感光性樹脂層の流路形成予定部位にエキシマレーザー
光を照射して、前記流路形成予定部位の前記非感光性樹
脂層を除去する工程と、流路方向から前記オリフィス・
プレートとなるべき部位にエキシマレーザー光を照射し
てオリフィスを形成する工程と、前記エキシマレーザー
光により照射されていない部分の前記非感光性樹脂層上
に天板を接合する工程とを含むことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明によれば、溝付天板を用いていないため
に隣接インク流路間でクロストークを引き起こすことが
なくなる。従って、記録液滴が曲ったり、サテライト液
滴が発生することはなくなる。これにより、吐出エネル
ギー発生素子のエネルギーが有効に記録液に作用し、記
録品位の優れた画像が被記録媒体上に形成される。

【００１４】また、本発明によれば、活性エネルギー線
によって硬化する感光性材料を用いていないので、イエ
ロー・ルームのような特殊な環境を必要とすることは解
消される。

【００１５】さらにまた、本発明によれば、エキシマレ
ーザー光を用いるので回折広がりが小さく、高分解能で
あり、微細にオリフィスを形成することができ、最近必
要とされているオリフィスの高精度化に充分に対応する
ことができる。

【００１６】

【実施例】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。

【００１７】実施例１ まず、基板を用意して、この基板上に電気熱変換素子あ
るいは圧電素子等の吐出エネルギー発生素子（不図示）
を所望の個数配設することによりヒーターボード１を形
成する（図１（Ａ））。

【００１８】基板としては、ガラス、セラミックス、プ
ラスチックスあるいは金属等を用いる。上記の吐出エネ
ルギー発生素子によって記録液滴を吐出させるための吐
出エネルギーが記録液に与えられ、被記録媒体に記録が
行われる。なお、この吐出エネルギー発生素子には、こ
の素子を動作させるための制御信号入力用電極（不図
示）が接続されている。また、一般には、吐出エネルギ
ー発生素子の耐久性の向上等を目的として、保護層等の
各種の機能層が設けられるが、もちろん本発明において
もこのような保護層を設けることは一向に差しつかえな
い。また、本実施例には、吐出エネルギー発生素子を液
流路形成前に基板上に配設するような構成としたが、配
設時期は所望とし得る。

【００１９】次に、ヒーターボード１上に非感光性樹脂
層２を形成する（図２（Ｂ））。非感光性樹脂として
は、耐インク性に優れたポリスチレン、ポリアミド、ポ
リエステル、ポリアセタール、アクリル樹脂、塩化ビニ
ル、ポリイミド、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノ
ール樹脂、シリコーン樹脂、ユリア樹脂、ポリエーテル
エーテルケトン、ポリフェニレンオキサイド等を例示す
ることができる。

【００２０】なお、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リエチレンテレフタレートのようなポリオレフィン系の
非感光性樹脂材料は、エキシマレーザー光の吸収性が悪
く加工しにくいので、ポリオレフィン系の材料に、例え
ば、感光性レジストに用いられる染料、ポリイミド粉
末、カーボン粉末等のエキシマレーザー光に対して吸収
性のよい増感剤を分散させて加工性を良くする。

【００２１】次に、非感光性樹脂層２の液流路となるべ
き液流路予定部位３にマスク４を介してエキシマレーザ
ー光を照射して（図１（Ｃ））、その部位を除去する。
ここで、液流路は記録液を貯溜するための共通液室とこ
の共通液室から分岐してオリフィスより記録液滴を吐出
するための吐出エネルギー発生素子が形成されている記
録液流路とにより構成される。マスク４としては、メタ
ルマスク、銀塩のエマルジョンマスク、ジアゾマスク等
が挙げられるが、図１（Ｃ）の構成とは違って液流路予
定部位３以外の非感光性樹脂層２の表面に黒色のインク
の印刷またはシールを貼り付ける等の方法でも構わな
い。

【００２２】次に、超音波融着法または接着剤等を用い
て、エキシマレーザー光が照射されていない非感光性樹
脂層２上に天板５を接合する（図１（Ｄ））。この天板
５を接合後、吐出エネルギー発生素子とオリフィスとの
間隔を最適化するために、図１（Ｅ）のＡ−Ａ′線に沿
って切断する。この切断する領域は適宜に決定される。
また、必要に応じてオリフィス６の先端の研磨、平滑化
を行い、吐出の最適化を計ることが望ましい。

【００２３】実施例２ まず、吐出エネルギー発生素子が形成されたヒーターボ
ード１を用意する（図２（Ａ））。

【００２４】次に、ヒーターボード１上にオリフィスプ
レートとインク流路隔壁となるべき部分に非感光性樹脂
層２を形成する（図２（Ｂ））。さらに、非感光性樹脂
層２の液路となるべき液流路予定部位３にマスク４を介
してエキシマレーザー光を照射して（図２（Ｃ））、そ
の部位を除去する。なお、図２（Ｃ）は吐出口側から見
た側面図である。

【００２５】流路が形成されたならば、マイク４を介し
てエキシマレーザー光を、インク路側からオリフィスと
なるべきオリフィス予定部位７に照射する（図２
（Ｄ））。この照射によりオリフィス６が形成されたな
らば、エキシマレーザー光が照射されていない非感光性
樹脂層２上に天板５を接合して（図２（Ｅ））、インク
ジェット記録ヘッドを製造する。

【００２６】実施例１および２で用いたエキシマレーザ
ー光は従来の一般的なな加工用レーザー（ＹＡＧレーザ
ーやＣＯ₂ レーザーなど）と比較して次のような特徴を
有している。

【００２７】１）きわめて短波長である。光子エネルギ
ーが大きい（たとえば波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザー
光では６．４ｅＶ、波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザー光
で４．９ｅＶの量子エネルギーを有する）ので、電子遷
移を利用した光化学反応を効果的に誘起でき、これによ
り加工プロセスの低温化が図れる。

【００２８】２）高分解能である。発振波長が短いので
回折広がりが小さく、従って高分解能（＜１μｍ）の加
工も可能となる。

【００２９】３）大面積照射が可能である。通常のレー
ザー光と異なり、エキシマレーザー光はきわめて高次の
多重横モード（モード数〜１０⁵ ）で発振するため、エ
キシマレーザー光の干渉により生じるスペクトルのコン
トラストを低く抑えることができ、マスクを介してのパ
ターン転写などを行った場合において鮮明な像を得るこ
とができる。

【００３０】このエキシマレーザー光は紫外光を発振す
ることが可能なレーザー光であり、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。

【００３１】エキシマレーザー光発振器は希ガスとハロ
ゲン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、Ｋｒ−
Ｆ，Ｘｅ−Ｃｌ，Ａｒ−Ｆ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３０〜１０００Ｈｚである。

【００３２】このエキシマレーザー光のような高輝度の
短パルス紫外光を非感光性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衝撃音を伴って分解，飛
散するＡｂｌａｔｉｖｅ Ｐｈｏｔｏｄｅｃｏｍｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ（ＡＰＤ）過程が生じ、この過程によって非
感光性樹脂の加工が可能となる。

【００３３】（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、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
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。

【００３４】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４７４０
７９６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４４６３３５９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。

【００３５】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４４
５９６００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、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。

【００３６】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。

【００３７】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
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
体的にインクタンクが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。

【００３８】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、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を用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００３９】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。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００４０】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状
態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７
１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換体に対して対向するような形態としても
よい。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。

【００４１】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等であってもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、溝付天板を用いて
いないために隣接インク流路間でクロストークを引き起
こすことがなくなる。従って、記録液滴が曲ったり、サ
テライト液滴が発生することはなくなる。これにより、
吐出エネルギー発生素子のエネルギーが有効に記録液に
作用し、記録品位の優れた画像が被記録媒体上に形成さ
れる。また、本発明によれば、活性エネルギー線によっ
て硬化する感光性材料を用いていないので、イエロー・
ルームのような特殊な環境を必要とすることは解消され
る。さらにまた、本発明によれば、エキシマレーザー光
を用いるので回折広がりが小さく、高分解能であり、微
細にオリフィスを形成することができ、最近必要とされ
ているオリフィスの高精度化に充分に対応することがで
きる。

【００４３】従って、信頼性が高くスループットの向上
したインクジェット記録ヘッドを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の第１の態様を示す工程図であ
る。

【図２】本発明の実施例の第２の態様を示す工程図であ
る。

【符号の説明】

１ ヒーターボード ２ 非感光性樹脂層 ３ 液流路予定部位 ４ マスク ５ 天板 ６ オリフィス ７ オリフィス予定部位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 竜一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に非感光性樹脂層を形成する工程
   と、 該非感光性樹脂層の流路形成予定部位にエキシマレーザ
   ー光を照射して、前記流路形成予定部位の前記非感光性
   樹脂層を除去する工程と、 前記エキシマレーザー光により照射されていない部分の
   前記非感光性樹脂層上に天板を接合する工程とを含むこ
   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】 基板上およびオリフィス・プレートとな
   るべき部位に非感光性樹脂層を形成する工程と、 前記非感光性樹脂層の流路形成予定部位にエキシマレー
   ザー光を照射して、前記流路形成予定部位の前記非感光
   性樹脂層を除去する工程と、 流路方向から前記オリフィス・プレートとなるべき部位
   にエキシマレーザー光を照射してオリフィスを形成する
   工程と、 前記エキシマレーザー光により照射されていない部分の
   前記非感光性樹脂層上に天板を接合する工程とを含むこ
   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. 【請求項３】 前記非感光性樹脂層が増感剤を含むこと
   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。