JPH06255109A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大容量のインク圧力室を有するインク流路を
容易に形成し、気泡排出性が良好で、吐出安定性に優れ
たインクジェット記録ヘッドを提供する。 【構成】 ２層以上の積層された熱光硬化性樹脂より形
成され、複数の前記樹脂の中間層にインク供給口６ａを
形成し、ノズル開口側インク圧力室５ｂ全長が前記圧力
発生基板側のインク圧力室５ａ全長より大きく成るよう
構成した。また、リザーバー４とインク圧力室５の連通
部のインク圧力室５を構成する中間層に、連通部長より
短長でインク圧力室５に平行な隔壁７ａを少なくとも一
箇所上設け、インク供給口６ａを少なくとも二箇所以上
配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録媒体上にインク滴
を飛翔させて画像を形成するインクジェット記録ヘッド
及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】印字信号に応じてインク滴を飛翔させ
る、いわゆるオンデマンド型インクジェットプリンタの
記録ヘッドは、従来より各種提案されているが、いずれ
の構造のヘッドでもインク圧力室形状はインクの飛翔特
性を大きく左右するため、インク圧力室は精度よく加工
することが要求されている。この要求を満たす技術とし
て、特公平２−２４２２０号公報、特公平２−４２６７
０号公報ではインク圧力室及びインク供給口を感光性樹
脂で形成する構造及び製造方法が開示されている。

【０００３】特開平３−１８３５５９号公報に開示され
るように固体層及び未硬化の活性エネルギー材料で液室
となる部分をレリーフとして形成し、後で溶解除去する
ことによって、インク流路を形成する製造方法がある。
この方法によれば、レリーフパターンがテーパ型ないし
逆テーパ型の断面形状が容易に作れるという特徴を持
ち、インク流路を形づくる上では有効な手段ではある
が、微細な流路形成部位内の固体層は容易に溶解除去で
きないといった問題があり、設計上の制約を余儀なくさ
れる。

【０００４】また、感光性樹脂を多層積層してインク流
路を形成する方法が特公平４−１６０６６号公報に開示
されているが、ラミネート、露光、現像工程を複数回繰
り返すことによって形成する方法であることから、流路
形成後のラミネート工程によってインク流路となる空間
内に垂れ込みが発生し、そのためには流路内に支え部を
形成する必要があり、特にリザーバー部の形状に制約を
受け、インクの流動を阻害するといった問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題に鑑みてなされたものでその目的とするところは、
インク圧力室及びリザーバー部に対する設計上の制限を
なくし、より大容量のインク圧力室を有するインクジェ
ット記録ヘッドとその製造方法を提供することにある。

【０００６】また、インク流路が精度よく製造すること
ができ、さらにはインク充填、気泡排出の良好なインク
ジェット記録ヘッドを提供することも目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッドは、少なくとも２層以上の積層された熱光硬
化性樹脂より形成され、複数の前記樹脂の中間層にイン
ク供給口を形成し、ノズル開口側のインク圧力室全長が
圧力発生基板側のインク圧力室全長より大きく成るよう
構成することを特徴とする。また、リザーバーとインク
圧力室の連通部のインク圧力室を構成する中間層に、連
通部長より短長でインク圧力室に平行な隔壁を少なくと
も一箇所上設け、インク供給口を少なくとも二箇所以上
配設したことを特徴とする。さらに、その製造方法は、
ノズル基板側に前記樹脂を複数ラミネートした後、光エ
ネルギーにより露光し、一括現像処理によって所要のイ
ンク圧力室及びインク流路を硬化反応の中間状態として
形成する工程と、前記圧力発生基板側にも同様にして前
記樹脂による所要のインク圧力室及びインク流路を硬化
反応の中間状態として形成する工程と、ノズル基板側イ
ンク流路形成部と圧力発生基板側インク流路形成部を圧
着し、熱硬化反応によって硬化させ一体化する工程とを
有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明のインクジェット記録ヘッドは全長の異
なるインク圧力室を別々の工程によって硬化反応の中間
状態として形成した後、圧着し熱硬化反応によって一体
化されているので、大容量のインク圧力室であるにも関
わらず、インク充填性に優れたものである。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例をなすインクジェッ
ト記録ヘッドの全容を示したもので、固定板２４上で短
冊状に切断して多数の振動子２３となる板状の積層型圧
電素子と、これらの振動子２３の各先端部を抱持してキ
ャビティユニット１１の面方向に位置決め保持する保持
枠２２と、ノズル基板１と流路形成部材３と圧力発生基
板８から成るキャビティユニット１１とによって構成さ
れている。また振動子２３は固定板２４でリードフレー
ム２５に接続し、回路基板２６と電気的に導通してい
る。さらにインクカートリッジ（図示せず）から供給さ
れるインクは継手部２８、供給管２７を経由して圧力発
生基板８に設けられたインク導入口１０よりキャビティ
ユニット１１内のインク流路に導入される。

【００１０】図２は本発明を適用したキャビティユニッ
トの構成を示す一部斜視図である。また、図３は図２に
示すインク流路のＹ−Ｙ’断面図である。ここでノズル
基板１には複数のノズル開口２が設けてあり、圧力発生
基板８とで挟まれて複数層から成る熱光硬化性樹脂で形
成されてインク圧力室５、インク供給口６、リザーバー
４より成るインク流路が形成されている。

【００１１】インクが充填されるインク圧力室５及びリ
ザーバー４は流路形成部材３とノズル基板１と圧力発生
基板８とで形成される。流路形成部材３は熱光硬化性樹
脂を露光、現像して形成しているが、本実施例では厚み
５５μｍのフィルム状熱光硬化性樹脂を図２、図３に示
すように５層積層されている。流路形成部材３の下面を
覆うノズル基板１は、プレス加工によって、複数のイン
ク圧力室に対応する位置にノズル開口２が穿設された厚
み０．１mmのステンレス鋼板からなる。

【００１２】また、流路形成部材３の上面を覆う圧力発
生基板８はニッケル電鋳により、各インク圧力室５の内
縁に沿うリング状の薄肉部と、これらの薄肉部によって
囲まれた内部には振動子の先端が当接する厚肉部９が形
成されている。これらの薄肉部と厚肉部９は分けて形成
することも可能であり、他に、薄い金属箔にメッキや樹
脂層を施して厚肉部とすることも可能である。

【００１３】本実施例では図２に示すように、インク圧
力室５は両端部にインク圧力室幅ｗに相当した半径Ｒ
（＝ｗ／２）を有する長方円形状で、圧力発生基板側イ
ンク圧力室５ａ（以下、上キャビティと称す）全長がノ
ズル基板側インク圧力室５ｂ（以下、下キャビティと称
す）全長より大きくなるように設定されている。つま
り、上キャビティ５ａと下キャビティ５ｂを接合する際
に位置ズレが生じても、インク圧力室５内のインク流動
方向に凹部を形成することのない寸法に設定することに
よって、インク圧力室５内にインク流れの淀み点が形成
されることを回避することができる。したがって、イン
ク流動方向が変化する、特にインク圧力室角部に凹部が
なく、Ｒを有する壁面で構成されているため、インク流
動がスムーズで気泡の滞留がなく、インク充填性に優れ
たインク流路を形成することが可能となるわけである。
また、上キャビティ５ａは熱光硬化性樹脂を２層、下キ
ャビティ５ｂは１層より形成されるため、インク圧力室
５の深さは合計３層で構成することになり、インク圧力
室５の容量を容易に大きくすることができる。したがっ
て、本実施例に示すように、インク流路を形成する２つ
の基板側にそれぞれインク圧力室５を形成し、流路形成
部３で接合する構造であることから、インク圧力室５の
深さは樹脂層数で任意に設定することができ、インク圧
力室５の大容量化に容易に対応することが可能である。

【００１４】さらに、流路設計上、インク圧力室５幅及
び深さより、幅狭に設定されるインク供給口６ａは、イ
ンク圧力室５を構成する樹脂層の中間層で形成され、リ
ザーバー４とインク圧力室５に連通する位置に、隔壁７
ａで仕切られ、２つのインク供給口６ａを有している。
リザーバー４より各インク圧力室５に流入するインクは
インク供給口６ａで分流されインク圧力室５で合流した
後、ノズル開口２より流出する。このようなインク流れ
をつくることによりインク圧力室５壁に吸着する気泡を
剥離させ、気泡排出性の良好なインク流路ができる。隔
壁７ａ長は、リザーバー４とインク圧力室５の連通部長
から、前述した上キャビティ５ａと下キャビティ５ｂの
全長差と同一長を前後より差し引いた長さに設定されて
いる。よって、上キャビティ５ａと下キャビティ５ｂを
接合する際に位置ズレが生じても、隔壁がインク圧力室
５またはリザーバー４に突出することがなく、位置ズレ
に関わらずインク供給口７ａ長は一定に形成することが
できる。その結果、大容量のインク圧力室であるにも関
わらず、吐出安定性に優れたインクジェット記録ヘッド
を実現することができた。

【００１５】一方、リザーバー４のインク導入口１０か
らの最遠部にノズル開口２に連通するダミー流路１２を
設け、それに対応するインク供給口６ｂは各インク圧力
室５に配設されたインク供給口６ａよりノズル開口２に
近接した位置に配置し、その形状は流路抵抗がより小さ
く成るよう設定されている。つまり、インク充填時にノ
ズル開口２側より吸引ポンプを用いてインクを吸引する
場合、仮にリザーバー４内に気泡が存在することが生じ
ても、各インク圧力室５に流入するインク流量よりダミ
ー流路１２側へのインク流量が多くなり、インク圧力室
５内に気泡を取り込むことなく積極的に外部へ排出する
ことが可能となる。さらには、インクジェット記録ヘッ
ドの印字駆動時に発生するリザーバー４内の圧力変動を
も吸収し、クロストークの低減効果があることが実験に
より確認された。また、インク供給口６ｂを配設しない
場合は、前述のクロストーク低減効果はさらに増大する
ことも確認されているが、流路構成上、インクカートリ
ッジに対して、インク流路内は常に一定の負圧を保持す
るよう設計されているため、外圧によって一旦ノズル開
口２のメニスカスが破壊すると、リザーバー４内に大量
の空気を引き込む恐れがある。したがってノズル開口２
と同等の断面積を有し、各インク圧力室５に並設された
インク供給口６ａより流路抵抗が小なるよう、つまりイ
ンク供給口６ａ長さ≧インク供給口６ｂ長さに配設する
ことによって、外圧の影響も受けにくい信頼性の高いイ
ンクジェット記録ヘッドができる。

【００１６】次に本実施例の製造方法について説明す
る。図５は圧力発生基板側に上キャビティ５ａを形成す
る製造工程を説明する図であり、図６はノズル基板側に
下キャビティ５ｂを形成する製造工程及び上キャビティ
５ａと下キャビティ５ｂを圧着、硬化一体化する製造工
程を説明する図である。

【００１７】図５（ａ）に示す圧力発生基板８上に熱光
硬化性樹脂が厚み５５μｍのシート状に形成された流路
形成部３ａを成すドライフィルムを圧力ローラによりラ
ミネートする（図５（ｂ））。この時ドライフィルムは
流動性は有していないが、粘着性があるため圧力発生基
板８に多少の外力が加わったとしても剥離しない程度に
接着される。ここでは、熱光硬化性樹脂の中で、特にプ
レポリマーとしてエポキシアクリレートから成るネガ型
ドライフィルムを用いている。その材料特性としてはエ
ポキシ樹脂の性質をもっており、硬度、柔軟性を兼ね備
え、機械的特性、耐熱性、及び耐水性に優れた特徴があ
り、インクジェット記録ヘッドの流路形成材料としては
機能的に適している。

【００１８】続いて、図５（ｃ）に示すように圧力発生
基板８上に設けたドライフィルム上に所定の流路パター
ンを有するフォトマスク３１ａを配置し、ＵＶ照射装置
により矢印の方向から平行光による紫外線露光を行な
う。本実施例において最も最適な照射条件は９０ｍＪ／
ｃｍ２の波長３５０ｎｍ〜４３０ｎｍの光エネルギーを
ドライフィルムに平行光で照射することである。また、
所要の流路深さを確保するために図４に示す第２の実施
例のように、図５（ｂ）のラミネート工程を複数回行い
ドライフィルムを積層した後、図５（ｃ）に示す紫外線
露光を一括して行なうことも可能である。さらに繰り返
しラミネートを行い、下キャビティ５ｂを形成するため
の流路パターンを有するフォトマスク３１ｂを配置した
後、紫外線露光する（図５（ｄ））。

【００１９】以上のように露光操作を行なうと、ネガ型
ドライフィルムの特性上、露光部が重合反応を起こして
硬化し、溶剤不溶性になる。その後、露光されない未露
光部分を特定の溶剤を用い、一括現像によって除去すれ
ば、図５（ｅ）に示すような硬化反応が中間状態のイン
ク流路が形成できる。

【００２０】次に同様な方法で、図６（ａ）〜（ｅ）に
示す過程により形成されたノズル基板１側の硬化反応が
中間状態のインク流路を形成する。３ｂ１，３ｂ２，３
ｂ３はインク流路の一端を形成するドライフィルムを示
し、３１ｃ，３１ｄは、所要のインク流路を形成するた
めのフォトマスクを示している。これらの中間状態にお
ける、ドライフィルムはアクリル重合反応の中途段階に
あり、未反応のエポキシ基が存在していることから、接
着力を保持した状態にある。そこで最後に、図６（ｆ）
に示すように図５（ｅ）で示した圧力発生基板側の中間
状態にある流路形成部と図６（ｅ）に示したノズル基板
側流路形成部の面同士を圧着し、加熱することによっ
て、エポキシ基の熱硬化反応が促進され、強固な接合状
態と硬化が充分な流路形成部から成るインク流路が完成
する。この場合、圧着時の加圧によって変形する厚みは
予め考慮し、４１、４２のような度当りで潰しろが設定
できる圧着治具を用いて変形量を管理すれば、精度よく
安定した接合状態を確保することができる。また、加熱
条件として１２０℃〜１８０℃で２０分〜９０分程度高
温槽に放置させるか、ＥＢ硬化装置で電子線を１０〜５
０Ｍｒａｄ照射することによって硬化させることができ
る。

【００２１】以上、本実施例では圧力発生素子に積層型
圧電素子を用いたインクジェット記録ヘッドについて説
明したが、圧力発生基板にガラス、シリコン等を使用し
その基板上に発熱素子を配置して形成されるインクジェ
ット記録ヘッドにも同様にして適応が可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、全長の異なるイン
ク圧力室を別々の工程により、硬化反応の中間状態とし
て一旦形成した後、圧着し、熱硬化反応によって硬化一
体化することによって、インク圧力室の大容量化にも容
易に対応でき、インクの流動方向に凹部を形成すること
なく、気泡の滞留を防止し、インク充填を確実に行なう
ことが可能な吐出安定性に優れたインクジェット記録ヘ
ッドが実現できる。さらに予めキャビティ接合時の位置
ズレを考慮した構造及び製造方法であることから、位置
合わせ精度緩和による歩留まり向上、ひいては製造装
置、及び製造工程の合理化をも達成することが可能とな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例をなすインクジェット記録ヘ
ッドの全容を示す図である。

【図２】一実施例のキャビティユニットの構成を示した
部分拡大図である。

【図３】同上実施例の部分断面図である。

【図４】本発明の別の実施例を示す部分断面図である。

【図５】本発明の一実施例の製造工程を示す図である。

【図６】同上実施例の製造工程を示す図である。

【符号の説明】

１・・・ノズル基板 ２・・・ノズル開口 ３、３ａ，３ｂ・・・流路形成部 ４・・・リザーバー ５・・・インク圧力室 ５ａ・・・上キャビティ ５ｂ・・・下キャビティ ６、６ａ，６ｂ・・・インク供給口 ７、７ａ，７ｂ・・・隔壁 ８・・・圧力発生基板 １１・・・キャビティユニット ２２・・・保持枠 ２３・・・圧電素子 ２４・・・固定板 ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ、３１ｄ・・・フォトマスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ４１Ｍ 5/00 Ａ 8808−2Ｈ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のノズル開口を有するノズル基板
   と、圧力発生素子を接合して成る圧力発生基板と、イン
   クの吐出に必要な所要のインク圧力室が少なくとも２層
   以上の積層された熱光硬化性樹脂より形成され、前記圧
   力発生基板側インク圧力室とその全長より大なる前記ノ
   ズル開口側インク圧力室とが一体形成された前記インク
   圧力室を有することを特徴とするインクジェット記録ヘ
   ッド。
2. 【請求項２】 リザーバー部と前記インク圧力室の連通
   部に位置し、複数層で構成される前記インク圧力室の中
   間層に、前記連通部長より短長で前記インク圧力室に平
   行な隔壁を少なくとも一箇所以上設けることにより、前
   記インク圧力室より幅狭のインク供給口を少なくとも二
   箇所以上配設したことを特徴とする請求項１記載のイン
   クジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記インクジェット記録ヘッドの製造方
   法であって、(A) 前記ノズル基板側に前記熱光硬化性樹
   脂を複数ラミネートした後、光エネルギーを露光し、一
   括現像処理を施し所要のインク流路を形成して硬化反応
   の中間状態を形成する工程と、(B) 前記圧力発生基板側
   に前記樹脂をラミネートした後、光エネルギーを露光
   し、一括現像処理を施し所要のインク流路を形成して硬
   化反応の中間状態を形成する工程と、(C) 前記ノズル基
   板側中間状態形成部と前記圧力発生基板側中間状態形成
   部を圧着し、熱硬化反応によって硬化させ一体化する工
   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。