JPH08108537A

JPH08108537A - インクジェットヘッドおよびインクジェット装置

Info

Publication number: JPH08108537A
Application number: JP24516794A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Shimomura; 明彦下村; Shoji Shiba; 昭二芝
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-10-11
Filing date: 1994-10-11
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】異種材料層間での割れや剥離のない、さらに
低温または高温であっても、積層間の剥がれ等のない、
信頼性の高い、吐出精度に優れたインクジェットヘッ
ド、その製造方法およびそのようなインクジェットヘッ
ドを搭載した高信頼性で良好な記録を行うインクジェッ
ト装置を提供する。【構成】液体吐出エネルギー発生部を有する被処理基
板上にポジ型フォトレジストから成る感光層を形成し、
該感光層に対して所定の露光、現像処理を行ってポジ型
フォトレジストをパターニングした後、無機充填剤を含
有させた液状の液流路形成用材料で該基板を被覆し、該
液流路形成用材料を硬化させた後、パターニングで残っ
た前記ポジ型フォトレジストを溶解除去することによっ
て液流路および液室部分を形成してインクジェットヘッ
ドを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般にインクと呼ばれ
る記録液を微細口から小滴として吐出、飛翔させ、その
小滴の被記録面への付着をもって記録を行うインクジェ
ットヘッド、そのヘッドの製造方法およびインクジェッ
ト装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット方式に適用されるインク
ジェットヘッドは、一般に微細な記録液吐出口（オリフ
ィス）、液体流路および液体流路の一部に設けられる液
体吐出エネルギー発生部を備えている。従来このような
インクジェットヘッドを作製する方法としては、例え
ば、特開昭６１−１５４９４７、特開昭６２−２５３４
５７号公報に記載の次のような工程からなるものが知ら
れている（図１参照）。

【０００３】まず、被処理基板１に感光性樹脂層（ポジ
型フォトレジスト）２を形成し（図１（ａ））、これを
マスク３を介して露光（図１（ｂ））し、現像処理を施
して感光性樹脂層をパターニングし、被処理基板上に固
体層を形成する（図１（ｃ））。次に、パターニングさ
れた固体層を活性エネルギー線硬化型または熱硬化型の
液流路形成用材料５で被覆し（図１（ｄ））、活性エネ
ルギー線照射、あるいは加熱により上記活性エネルギー
線硬化型または熱硬化型の液流路形成用材料を硬化させ
る（図１（ｅ）；７は硬化した液流路形成用材料を指
す）。さらに、上記パターニングされた固体層を、ハロ
ゲン化炭化水素、ケトン、エステル、エーテル、アルコ
ール等の有機溶剤あるいは水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウム等のアルカリ水溶液を用いて溶解除去し、液流路
６を形成する（図１（ｆ））。

【０００４】上記の工程において実際のヘッドは、主に
ヘッド外形寸法を出す目的で、液流路形成用材料５で被
覆した後、ガラス等の基板をかぶせてから、液流路形成
用材料５を硬化させたり、液流路形成用材料５による被
覆およびその硬化後に熱硬化型の成形材料をトランスフ
ァーモールド法により成形して得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の工程において、
パターニングされた固体層を溶解除去して、記録液吐出
口を形成する前に、基板、固体層、液流路形成用材料、
トランスファー成形材料あるいはガラス基板の積層体を
切断する必要がある。この切断面はそのまま記録液吐出
口を形成する面となり、インクジェットヘッドの吐出安
定性を左右する重要な面である。しかしながら、通常、
上記のような異種材料を同時に切断するために、割れや
剥離が生じやすく、きれいな切断面が得られない等の問
題があった。また、液流路形成用材料は、その加工性の
制約から、いわゆる樹脂材料を使用し、その線膨張係数
が、一般的に使用する基板材料のシリコン、ガラス等の
無機材料と著しく異なるため、ヘッドが極高温あるいは
極低温に曝されると、積層間で剥離を生じるという問題
を有していた。

【０００６】そこで本発明の目的は、異種材料層間での
割れや剥離のない、さらに低温または高温であっても、
積層間の剥がれ等のない、信頼性の高い、吐出精度に優
れたインクジェットヘッド、その製造方法およびそのよ
うなインクジェットヘッドを搭載した高信頼性で良好な
記録を行うインクジェット装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、液体吐出エネ
ルギー発生部を有する被処理基板上にポジ型フォトレジ
ストから成る感光層を形成し、該感光層に対して所定の
露光、現像処理を行ってポジ型フォトレジストをパター
ニングした後、該基板を液状の液流路形成用材料で被覆
し、該液流路形成用材料を硬化させた後、パターニング
で残った前記ポジ型フォトレジストを溶解除去すること
によって液流路および液室部分を形成するインクジェッ
トヘッドの製造方法において、前記液流路形成用材料中
に無機充填剤を含有させることを特徴とするインクジェ
ットヘッドの製造方法、その方法によって製造されるイ
ンクジェットヘッドならびに該ヘッドを搭載したインク
ジェット装置を提供する。

【０００８】本発明においてインクジェットヘッドの液
流路となるレジストパターンを被覆する硬化可能な樹脂
材料としては、光硬化性材料あるいは熱硬化性材料が使
用可能である。ただし、熱硬化性材料を用いる場合に
は、熱によるレジストパターンの変形、熱硬化性材料と
の相溶を防止するために、低温硬化可能な材料であるこ
とが好ましい。また、レジスト材料としてナフトキノン
ジアジド誘導体含有のポジレジストを用い、光硬化性材
料で被覆する場合は、光硬化性材料の露光硬化時のレジ
ストからのＮ₂ガスの発泡による光硬化性材料中への気
泡の混入を防止するために、予めレジストの脱ガス処理
を行っておくことが望ましい。

【０００９】また、本発明において使用される光硬化性
材料あるいは熱硬化性材料は、操作性を考慮した場合、
常温において液状あるいはペースト状であることが好ま
しいが、低温で溶融する固形材料であってもよい。さら
に、無溶剤系であることが好ましいが、レジストパター
ンを溶解しないものであれば、溶剤を含有するものであ
ってもよい。

【００１０】本発明において液流路形成用材料中に含有
させる無機充填剤としては、結晶シリカ、溶融シリカ、
アルミナ、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、ガラス繊
維等が好適に用いられ、あるいはこれらのうちの２つ以
上の材料の組合せ等が挙げられるが、特にこれらに限定
されるものではない。さらに、これらの充填剤の形状に
も特に限定はなく、粒子状、球状、繊維状などが挙げら
れるが、好ましくは球状のものを使用する。

【００１１】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。

【００１２】（実施例１）以下の組成の低温硬化型のエ
ポキシ樹脂組成物を調製した（数値は重量部）。エポキシ樹脂エピコート８２８（油化シェル製）８５部ＤＹ０２２（チバガイギー製）１０部ＫＢＭ４０３（信越化学製エポキシ系シラン）５部硬化剤エポメートＢ００２Ｗ（油化シェル製）２０部無機充填剤Ｈ−２００１（新日鉄化学製微粒子球状シリカ）２５部液体吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換体を形
成したシリコン基板上にポジ型フォトレジストＡＺ−４
９０３（ヘキスト社製）を膜厚３０μｍとなるようにス
ピンコートし、オーブン中９０℃で４０分間のプリベー
クを行ってレジスト層を形成した。このレジスト層上に
ノズルおよび液室部分のマスクパターンを介してマスク
アライナーＰＬＡ−５０１（キヤノン製）により８００
ｍＪ／ｃｍ²の露光量でパターン露光した後、０．７５
ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液を用いて現像、次いで
イオン交換水でリンス処理を施し、７０℃で３０分間の
ポストベークを行ってレジストパターンを得た。

【００１３】次に、ノズル部分のレジストパターン上
に、先に調製した低温硬化型のエポキシ樹脂組成物をマ
イクロディスペンサーによって塗布し、真空チャンバー
中で５分間脱泡処理を行った後、５０℃で２４時間保持
して硬化させた。

【００１４】次に、成形温度１５０℃、プランジャー圧
力４０ｋｇ／ｃｍ²、保持時間８分間の条件でトランス
ファーモールド法により、熱硬化型のエポキシ樹脂ＥＭ
Ｅ−７００（住友ベークライト製）で被覆した。さら
に、被処理基板に１５０℃で５時間の熱処理を施し、エ
ポキシ樹脂を完全に硬化させた後、吐出口面を形成する
ために、ダイシングソウＵ−ＦＭ−５Ａ／Ｔ（東京精密
製）にレジノイドボンド＃２５００（ノリタケ製）のブ
レードで切断した。切断後、アセトン中に浸漬してレジ
ストを溶解除去した。

【００１５】このようにして作製したヘッドの吐出口面
を光学顕微鏡によって観察したところ、欠け、割れ、傷
などの障害がなく、また温度変化による剥がれ等のない
信頼性の高いヘッドが得られていることがわかった。さ
らに、このようにして作製されたインクジェットヘッド
は、安定な記録を提供できるものであった。

【００１６】（実施例２）以下の組成の低温硬化型のエ
ポキシ樹脂組成物を調製した（数値は重量部）。エポキシ樹脂エピコート８２８（油化シェル製）８５部ＤＹ０２２（チバガイギー製）１０部ＫＢＭ４０３（信越化学製エポキシ系シラン）５部硬化剤ＳＰ−１７０（旭電化製反応開始剤アデカオプトマー）２部無機充填剤ＦＢ−３５（電気化学工業製球状シリカ）２５部液体吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換体を形
成したシリコン基板上にポジ型フォトレジストＡＺ−４
９０３（ヘキスト社製）を膜厚３０μｍとなるようにス
ピンコートし、オーブン中９０℃で４０分間のプリベー
クを行ってレジスト層を形成した。このレジスト層上に
ノズルおよび液室部分のマスクパターンを介してマスク
アライナーＰＬＡ−５０１（キヤノン製）により８００
ｍＪ／ｃｍ²の露光量でパターン露光した後、０．７５
ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液を用いて現像、次いで
イオン交換水でリンス処理を施し、７０℃で３０分間の
ポストベークを行ってレジストパターンを得た。

【００１７】さらに、ＰＬＡ−５０１を用いてレジスト
パターン上に１Ｊ／ｃｍ²の露光量で全面露光を行った
後、真空チャンバー中に１時間放置してレジストの脱泡
処理を行った。

【００１８】次に、ノズル部分のレジストパターン上
に、先に調製した低温硬化型のエポキシ樹脂組成物をマ
イクロディスペンサーによって塗布し、真空チャンバー
中で５分間脱泡処理を行った後、供給口となるべく穴の
開いたガラス基板を張り合わせた後、マスクパターンを
介してＰＬＡ−５０１を用いて１Ｊ／ｃｍ²の露光量で
露光を行い、未露光部分を溶剤にて除去した。

【００１９】次に、吐出口面を形成するために、ダイシ
ングソウＵ−ＦＭ−５Ａ／Ｔ（東京精密製）にレジノイ
ドボンド＃２５００（ノリタケ製）のブレードで切断し
た。切断後、アセトン中に浸漬してレジストを溶解除去
した。

【００２０】このようにして作製したヘッドの吐出口面
を光学顕微鏡によって観察したところ、欠け、割れ、傷
などの障害がなく、また温度変化による剥がれ等のない
信頼性の高いヘッドが得られていることがわかった。さ
らに、このようにして作製されたインクジェットヘッド
は、安定な記録を提供できるものであった。

【００２１】本発明は、特にインクジェット方式の中で
も、熱エネルギーを利用して飛翔液滴を形成し、記録を
行なうインクジェット方式のヘッド、装置において、優
れた効果をもたらすものである。

【００２２】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おり、本発明はこれらの基
本的な原理を用いて行なうものが好ましい。この方式は
所謂オンデマンド型、コンティニュアンス型のいずれに
も適用可能である。

【００２３】この方式を簡単に説明すると、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液体（イン
ク）に核沸騰現象を越え、膜沸騰現象を生じるような急
速な温度上昇を与えるための少なくとも一つの駆動信号
を印加することによって、熱エネルギーを発生せしめ、
ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせる。このように液
体（インク）から電気熱変換体に付与する駆動信号に一
対一対応した気泡を形成できるため、特にオンデマンド
型の記録法には有効である。この気泡の成長、収縮によ
り吐出孔を介して液体（インク）を吐出させて、少なく
とも一つの滴を形成する。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なわれるので、
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４３４５２６２号
明細書に記載されているようなものをが適している。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なうことができる。

【００２４】インクジェット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孔、液流路、
電気熱変換体を組み合わせた構成（直線状液流路または
直角液流路）の他に、米国特許第４５５８３３３号明細
書、米国特許第４４５９６００号明細書に開示されてい
るように、熱作用部が屈曲する領域に配置された構成を
持つものも本発明に含まれる。

【００２５】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孔とする構成を開
示する特開昭５９年第１２３６７０号公報や熱エネルギ
ー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年第１３８４６１号公報に基づいた
構成においても本発明は有効である。

【００２６】さらに、本発明が有効に利用されるインク
ジェットヘッドとしては、インクジェット装置が記録で
きる記録媒体の最大幅に対応した長さのフルラインタイ
プのヘッドがある。このフルラインヘッドは、上述した
明細書に開示されているようなインクジェットヘッドを
複数組み合わせることによってフルライン構成にしたも
のや、一体的に形成された一個のフルラインヘッドであ
っても良い。

【００２７】加えて、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ヘッド、あるい
はヘッド自体に一体的に設けられたカートリッジタイプ
のヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００２８】また、本発明のインクジェット装置に、イ
ンクジェットヘッドに対する回復手段や、予備的な補助
手段などを付加することは、本発明の装置を一層安定に
することが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、インクジェットヘッドに対しての、キ
ャッピング手段、クリーニング手段、加圧あるいは吸引
手段、電気熱変換体あるいはこれとは別の加熱素子、あ
るいはこれらの組み合わせによる予備加熱手段、記録と
は別の予備吐出モードを行なう手段を付加することも安
定した記録を行なうために有効である。

【００２９】さらに、インクジェット装置の記録モード
としては黒色などの主流色のみを記録するモードだけで
はなく、ヘッドを一体的に構成したものか、複数個を組
み合わせて構成したものかのいずれでも良いが、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。

【００３０】以上では液体インクを用いて説明している
が、本発明では室温で固体状であるインクであっても、
室温で軟化状態となるインクであっても用いることがで
きる。上述のインクジェット装置ではインク自体を３０
℃以上７０℃以下の範囲内で温度調整を行なってインク
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
をなすものであれば良い。

【００３１】加えて、熱エネルギーによるヘッドやイン
クの過剰な昇温をインクの固形状態から液体状態への状
態変化のエネルギーとして使用せしめることで積極的に
防止するかまたは、インクの蒸発防止を目的として放置
状態で固化するインクを用いることもできる。いずれに
しても熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってイ
ンクが液化してインク液状として吐出するものや記録媒
体に到達する時点ではすでに固化し始めるものなどのよ
うな、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質
を持つインクの使用も本発明には適用可能である。

【００３２】このようなインクは、特開昭５４−５６８
４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記
載されるような、多孔質シートの凹部または貫通孔に液
状また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良い。

【００３３】本発明において、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。

【００３４】図２は、本発明により得られたインクジェ
ットヘッドをインクジェットヘッドカートリッジ（ＩＪ
Ｃ）として装着したインクジェット装置（ＩＪＲＡ）の
一例を示す外観斜視図である。

【００３５】図２において、２０はプラテン２４上に送
紙されてきた記録紙の記録面に対向してインク吐出を行
なうノズル群を具えたインクジェットヘッドカートリッ
ジ（ＩＪＣ）である。１６はＩＪＣ２０を保持するキャ
リッジＨＣであり、駆動モータ１７の駆動力を伝達する
駆動ベルト１８の一部と連結し、互いに平行に配設され
た２本のガイドシャフト１９Ａおよび１９Ｂと摺動可能
とすることにより、ＩＪＣ２０の記録紙の全幅にわたる
往復移動が可能となる。

【００３６】２６はヘッド回復装置であり、ＩＪＣ２０
の移動経路の一端、例えばホームポジションと対向する
位置に配設される。伝動機構２３を介したモータ２２の
駆動力によって、ヘッド回復装置２６を動作せしめ、Ｉ
ＪＣ２０のキャッピングを行なう。このヘッド回復装置
２６のキャップ部２６ＡによるＩＪＣ２０へのキャッピ
ングに関連させて、ヘッド回復装置２６内に設けた適宜
の吸引手段によるインク吸引もしくはＩＪＣ２０へのイ
ンク供給経路に設けた適宜の加圧手段によるインク圧送
を行ない、インクを吐出口より強制的に排出させること
によりノズル内の増粘インクを除去するなどの吐出回復
処理を行なう。また、記録終了時などにキャッピングを
施すことによりＩＪＣが保護される。

【００３７】３０はヘッド回復装置２６の側面に配設さ
れ、シリコンゴムで形成されるワイピング部材としての
ブレードである。ブレード３０はブレード保持部材３０
Ａにカンチレバー形態で保持され、ヘッド回復装置２６
と同様、モータ２２および伝動機構２３によって動作
し、ＩＪＣ２０の吐出面との係合が可能となる。これに
より、ＩＪＣ２０の記録動作における適切なタイミング
で、あるいはヘッド回復装置２６を用いた吐出回復処理
後に、ブレード３０をＩＪＣ２０の移動経路中に突出さ
せ、ＩＪＣ２０の移動動作に伴ってＩＪＣ２０の吐出面
における結露、濡れあるいは塵埃などを拭き取るもので
ある。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、吐
出精度に優れた記録を提供し、高温や低温下においても
剥がれ等のない信頼性の高いインクジェットヘッドなら
びにそのヘッドを搭載した優れたインクジェット装置を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェットヘッドの製造方法の１例の手順
を示す工程図である。

【図２】本発明に係わるインクジェットヘッドを備えた
インクジェット装置の１例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１被処理基板２ポジ型フォトレジスト３マスク４レジストパターン５液流路形成用材料６液流路７硬化した液流路形成用材料１６キャリッジ１７駆動モータ１８駆動ベルト１９Ａ，１９Ｂガイドシャフト２０インクジェットヘッドカートリッジ２２クリーニング用モータ２３伝動機構２４プラテン２６キャップ部材３０ブレード３０Ａブレード保持部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体吐出エネルギー発生部を有する被処
理基板上にポジ型フォトレジストから成る感光層を形成
し、該感光層に対して所定の露光、現像処理を行ってポ
ジ型フォトレジストをパターニングした後、該基板を液
状の液流路形成用材料で被覆し、該液流路形成用材料を
硬化させた後、パターニングで残った前記ポジ型フォト
レジストを溶解除去することによって液流路および液室
部分を形成するインクジェットヘッドの製造方法におい
て、前記液流路形成用材料中に無機充填剤を含有させる
ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】液流路形成用材料中に含有させる無機充
填剤を、結晶シリカ、溶融シリカ、アルミナ、炭酸カル
シウム、タルク、マイカおよびガラス繊維からなる群か
ら選ばれる少なくとも１つの材料とする請求項１記載の
インクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】前記液流路形成用材料を、トランスファ
ーモールド法により熱硬化型の液流路形成用材料で被覆
する請求項１または２記載のインクジェットヘッドの製
造方法。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の方
法によって製造されるインクジェットヘッド。
【請求項５】液体吐出エネルギー発生部が、熱エネル
ギーを発生する電気熱変換体である請求項４記載のイン
クジェットヘッド。
【請求項６】記録媒体の記録領域の全幅にわたって吐
出口が複数設けられたフルラインタイプのものである請
求項４または５記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】多色用の吐出口が一体成形されている請
求項４または５記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】記録媒体の被記録面に対向してインクを
吐出する吐出口が設けられている請求項４ないし７のい
ずれかに記載のインクジェットヘッドと、該ヘッドを載
置するための部材とを少なくとも具備するインクジェッ
ト装置。