JPH0848039A

JPH0848039A - インクジェット記録ヘッドの製造方法及びインクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH0848039A
Application number: JP18433994A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Mashio; 英明眞塩
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1994-08-05
Publication date: 1996-02-20

Abstract

(57)【要約】【目的】吐出口周辺部に吐出加工時の除去物が付着し
ないインクジェット記録ヘッドの製造方法およびインク
ジェット記録ヘッドを提供する。【構成】オリフィスプレートに粘着層を持つテープを
弾性体に用いて密着させ次にこれを剥離する操作を１回
以上繰り返すかオゾン水で超音波洗浄を行うことにより
レーザー光のアブレーションによる吐出口周辺部の副生
成物の除去を行うことを特徴とするインクジェット記録
ヘッドの製造方法およびそれ等で製造されるインクジェ
ット記録ヘッド。

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、飛翔させる記録
ヘッドの製造方法及びその製造方法で製造されたインク
ジェット記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェット記録装置、記録ヘ
ッド、インクタンク一体型の記録ユニットでは、微小液
滴を吐出させるもの、あるいは電気機械変換体、または
これらの複合体、さらには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。

【０００３】これらの中では、熱エネルギーを利用して
記録液を吐出す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液体吐出
部（吐出口）の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ほか、全体的に
コンパクト化も容易であるなどの利点があるので実用化
されている。

【０００４】図１はインクジェット記録ヘッドの構成を
示す図である。図４は、液室、流路、オリフィス面（以
下オリフィスプレート）を一体成形した天板の図であ
る。この記録ヘッドの天板のオリフィスプレート部に、
流路と連通するように穴加工をすることにより、吐出口
（以下オリフィス）としている。このオリフィスを加工
するのに、エキシマレーザーによる加工が一般的になっ
た。この様子を図３に示す。同図において、１はエキシ
マレーザー装置、２はエキシマレーザー装置から発振さ
れたレーザービーム、３はレーザービームを集光するた
めのレンズ、４はオリフィスのパターンのすべて、ある
いは一部を有したマスク、７は樹脂により一体成形され
た天板、１６は可動ステージである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
加工では、レーザー光のアブレーションにより、吐出口
周辺部に副生成物が付着する現象がみられた。このよう
に吐出口周辺部およびインク液路周辺部に副生成物が存
在する天板で記録ヘッドを組み立て、印字を行うと以下
のような問題点があった。

【０００６】オリフィスプレートの表面に、上記のよう
な副生成物が存在すると副生成物の有る部分と、無い部
分での物理的な性質、特にインクに対する濡れが変化す
る。一方オリフィスプレートの表面は、不要なインク溜
りが存在しないように均一であることが望ましいとされ
ている。そのため、従来の加工による記録ヘッドでは、
副生成物が存在する部分にインク溜まりが存在してい
た。このインク溜まりにより、液滴の飛翔方向が安定せ
ず、良好な記録が行えなくなる。またインク溜まりが大
きくなると、液滴の吐出が不能になり記録が行えなくな
る状態に陥ることがある。

【０００７】以上の通り、レーザー光のアブレーション
による副生成物が吐出口周辺部に存在することは好まし
くない。

【０００８】よって本発明は、レーザー光のアブレーシ
ョンによる副生成物を除去することを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決しようとするものであり、その要旨は、液路、オリフ
ィス面（以下オリフィスプレート）を一体成形した天板
のオリフィスプレート部に流路と連通するように穴加工
をすることにより得られるインクジェット記録ヘッドの
製造方法において、レーザーのアブレーションによる副
生成物を粘着層を持つテープを弾性体を用いて密着さ
せ、次にこれを剥離する操作を１回以上繰り返すことに
より除去することを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法およびレーザーのアブレーションによる副
生成物を、オゾンの酸化分解力と超音波のキャビテーシ
ョンを効果を利用して、オゾン水で超音波洗浄を行うこ
とにより除去することを特徴とするインクジェット記録
ヘッドの製造方法およびそれ等の方法で製造されるイン
クジェット記録ヘッドである。

【００１０】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でも、インク吐出を行なわせるために利用されるエネ
ルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば電気
熱変換体やレーザー光等）を備え、前記熱エネルギーに
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。

【００１１】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
える急激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ー
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、収縮により吐出口開口を介して液体（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
行なうことができる。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
気熱変換体の組み合わせ構成（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４４５９６００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５９−１３８４６１号公報に
基づ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なうことができ
るようになるからである。

【００１２】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み合わせに
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。

【００１３】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。

【００１４】また、本発明に記録装置の構成としても受
けられる、記録ヘッドに対しての回復手段、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、加圧或いは吸引手段、電気熱変換体或いはこ
れとは別の加熱素子或いはこれらの組み合わせによる予
備加熱手段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出モード
を行なうことも安定した記録を行なうために有効であ
る。

【００１５】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。

【００１６】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、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よい。加えて、積極
的に熱エネルギー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ーとして使用せしめるこ
とで防止するか、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かして、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、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、熱エネルギー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６０−７１２６０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。

【００１７】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
み合わせた複写装置、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。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例に基ずき、更に詳細に
説明する。

【００１９】図１は本発明の一実施例に係わるインクジ
ェット記録ヘッドを示し、インクタンクを一体とし、装
置に対して交換可能な構成である。

【００２０】図１に示すインクジェット記録ヘッドは、
インク流路および共通液室を構成するための凹部（以
下、溝）さらにはオリフィスプレート１０を一体に形成
した天板と、吐出エネルギーを発生するための電気熱変
換体（以下、吐出ヒーター）およびこれに電気信号を供
給するためのＡＩ配線とが成膜技術によってＳｉ基板上
に形成された基板（以下、ヒーターボード）とを接合す
ることによって構成される記録ヘッドは本体（図２）を
具える。

【００２１】また、図中６００は記録ヘッド本体に隣接
して配設されるサブインクタンクであり、このサブイン
クタンク６００および上記本体は蓋３００によって支持
される。さらに、１０００はカートリッジ本体、１１０
０はカートリッジ本体の蓋部材である。カートリッジ本
体内部にはインクタンクが内蔵され、サブインクタンク
６００に滴時インクを供給する。

【００２２】図３は、天板と一体に形成されたオリフィ
スプレートにインク液路側からエキシマレーザー光を照
射してオリフィス加工を行う様子を示したものであり、
図１に示した要素と同様な要素には同一の符号を付す。
同図において、１はＫｒＦエキシマレーザー光を発振す
るレーザー発振装置、２はレーザー発振装置１から発振
される波長２４８ｍｍ、パルス幅約１５ｎｓｅｃのパル
スレーザービーム、３はレーザービーム２を集光するた
めの合成石英レンズ、４はレーザービーム２に対して遮
蔽可能なアルミニウムを蒸着した投影マスクであり、直
径１３３ｕｍの穴が２１２ｕｍピッチで複数配設されて
オリフィスパターンを構成している。

【００２３】図８（Ａ）および（Ｂ）は本実施例に係わ
る基板（ヒーターボード）８の平面図およびその部分拡
大図である。

【００２４】同図（Ａ）において１０１は本例に係わる
ヒーターボード基板、１０３は吐出ヒーター部である。
１０４は端子であり、ワイヤボンディングにより外部と
接続される。１０２は温度センサであり、吐出ヒーター
部１０３等と同じ成膜プロセスにより吐出ヒーター部３
に形成して有る。同図（Ｂ）は同図（Ａ）におけるセン
サ１０２を含む部分Ｂの拡大図であり、１５および１０
６は、それぞれ、吐出ヒーターおよび配線である。ま
た、１０８はヘッド加熱するための保温ヒーターであ
る。

【００２５】センサ１０２は、他の部分と同様に、半導
体同様の成膜プロセスによって形成してあるため極めて
高精度であり、他の部分の構成材料であるアルミニウ
ム、チタン、タンタル、５酸化タンタル、ニオブ等、温
度に応じて導伝率が変化する材料で作成できる。例え
ば、これらのうち、チタンは電気熱変換素子を構成する
発熱抵抗層と電極との接着性を高めるために両者間に配
置可能な材料、タンタルは、発熱抵抗層上の保護層の耐
キャビテーション性を高めるためにその上部に配置可能
な材料である。また、プロセスのばらつきを小とするた
めに線幅を太くし、配線抵抗等の影響を少なくするため
に蛇行形状として高抵抗化を図っている。また、同様に
保温ヒーター１０８は、吐出ヒーター１５の発熱抵抗層
と同一材料（例えばＨｆＢ₂ ）を用いて形成できるが、
ヒーターボードを構成する他の材料、例えばアルミニウ
ム、タンタル、チタン等を用いて形成しても良い。

【００２６】図４は、本例に係わる天板７の構成例を示
す。

【００２７】本例に係わる天板７は、インク液路溝１４
と、これに対応してオリフィスプレート１０に形成した
インク吐出口（オリフィス）１１とを所望の個数（図に
おいては間略のために２個）有し、オリフィスプレート
１０を一体に設けた構成としてある。

【００２８】そして、図４に図示した構成例において
は、天板７は耐インク性に優れたポリサルフォン、ポリ
エーテルサルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリ
プロピレンなどの樹脂を用い、オリフィスプレート１０
と共に金型内で一体に同時成形してある。

【００２９】次に、インク液路溝１４やオリフィス１１
の形成方法を説明する。インク液路溝については、それ
と逆パターンの微細溝を切削等の手法により形成した方
法により樹脂を成形し、これによって天板７に液路溝１
４を形成することができる。また、オリフィスの形成に
ついては、金型内でオリフィス１１を有さない状態で成
形し、説明したようにオリフィスを形成すべき位置にオ
リフィスプレートのインク液路側からレーザー装置によ
りエキシマレーザー光を照射し、樹脂を除去蒸発せしめ
てオリフィス１１を形成する。

【００３０】この時レーザーのアブレーションにより吐
出口の周辺に副生成物１２が付着する。

【００３１】図５はレーザーのアブレーションによる副
生成物を粘着層を持つテープ４０を弾性体３０を用いて
密着させ、次にこれを剥離する操作により除去する様子
を示したものである。同図においては、天板７を加工ス
テージ６０にセッティングして行っているが、図２のよ
うに天板をＳｉ基板上に接合した後あるいは、図１のよ
うにインクジェット記録ヘッドカートリッジとして完成
した後でも、図５と同様にレーザーのアブレーションに
よる副生成物を除去することは可能である。

【００３２】粘着層を持つテープ４０としては、シリコ
ン系粘着材、アクリル系粘着材等、レーザーのアブレー
ションによる副生成物が除去可能でありかつ粘着層がオ
リフィスプレート１０に転写しないものであればよい。

【００３３】弾性体３０としては、フッ素ゴム、ネオブ
チレンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、等、テー
プをオリフィスプレート１０に押し付けた際、オリフィ
スプレートに対し自由に変形できるものであればよい。
押し付け荷重としては、３００ｇから７００ｇ程度が適
当である。弾性体によるテープのオリフィスプレートに
対する押し込み回数は、副生成物の除去に伴い数回繰り
返すことが可能である。本例においては、粘着層を持
つテープに、アクリル系粘着材層をもつテープ［商品名
Ｆ−１２９０Ｐ（綜研化学（株）製］を使用し、弾性体
として、シリコーンゴムおよびウレタンゴムを使用し
た。さらに、弾性体の押し付け荷重として、５００ｇに
て、テープの密着および剥離を１回，２回，３回と繰り
返し、レーザーのアブレーションによる副生成物を除去
し、この天板を用いて、インクジェット記録ヘッドを製
作し、その性能を調べた結果を表１に示す。

【００３４】

【表１】実施例２次に本発明の第２の実施例について、図７に基ずき説明
する。

【００３５】本実施例においても、ヘッドの構成、吐出
口の形成に使用する装置、および天板、インクジェット
記録ヘッドの性能評価については、実施例１と同様であ
る。図７からわかるように、本実施例では、オリフィス
プレート１０に、撥水層５０が形成されている。本実施
例においては、撥水剤にＣＴＸ−８０５Ａ［旭硝子
（株）製］を使用し、オリフィスプレート１０に塗布
後、１５０℃で１時間加熱処理をほどこし、撥水層５０
を形成した。その後、ＫｒＦエキシマレーザーにより吐
出口を形成し、実施例１と同様に、レーザーのアブレー
ションによる副生成物を除去した。本実施例の結果を表
２に示す。

【００３６】

【表２】実施例３次に本発明の第３の実施例について、図６に基ずき説明
する。

【００３７】本実施例においても、ヘッドの構成、吐出
口の形成に使用する装置および天板、インクジェット記
録ヘッドの性能評価については実施例１と同様である。

【００３８】図６（ａ），（ｂ）は本例に係わるレーザ
ーのアブレーションによる副生成物をオゾン水中で超音
波洗浄を行うことにより除去する様子を示したものであ
る。オゾン水濃度（水中オゾン濃度）としては、オゾン
臭あるいは、人体等への影響より０．０８ｐｐｍ以下が
適当であるが、０．０８ｐｐｍ以上で使用する場合に
は、洗浄槽にオーブン分解器を設置することが望まし
い。

【００３９】オゾン水製造装置としては、「ＢＯＷ−１
００Ｌ」（荏原実業（株）製）あるいはオゾン水洗浄装
置と超音波洗浄機とを組み合わせた「ＥＳＣ−１００」
（荏原実業（株）製）等がある（図６（ｂ）参照）。

【００４０】超音波洗浄機としては、単一周波型洗浄
機、スウィープ周波型洗浄機（周波数が連続的に変化す
るタイプ）あるいは、マルチ周波型洗浄機（多周波を交
互あるいは同時に発振するタイプ）等使用可能である。

【００４１】本例においては、洗浄時間３分で、オゾン
水濃度を０．０１ｐｐｍ〜０．０５ｐｐｍに調整し、レ
ーザーのアブレーションによる副生成物を超音波オゾン
洗浄にて、この天板を用いてインクジェット記録ヘッド
を作製しその性能を調べた結果を表３に示す。

【００４２】

【表３】実施例４次に本発明の第４の実施例について、図７に基ずき説明
する。

【００４３】本実施例においてもヘッドの構成、吐出口
の形成に使用する装置、超音波オゾン洗浄、および、天
板、インクジェット記録ヘッドの性能評価については同
様である。

【００４４】図７からわかるように、本実施例では、オ
リフィスプレート１０に撥水層５０が形成されている。
本実施例においては、撥水剤に「ＣＴＸ−８０５Ａ」
（旭硝子（株）製）を使用し、オリフィスプレート１０
に塗布後、１５０℃で１時間加熱処理をほどこし、撥水
層５０を形成した。その後、ＫｒＦエキシマレーザーに
より吐出口を形成し、超音波オゾン洗浄にて、レーザー
のアブレーションによる副生成物を除去した。本実施例
の結果を表４に示す。

【００４５】

【表４】

【００４６】

【発明の効果】本発明の方法によれば、吐出口周辺部に
吐出加工時の除去物が付着しないインクジェット記録ヘ
ッドを得ることができる。これによって、記録時に不要
なインクが吐出口周辺部に溜まらず、インク液滴の飛翔
方向が安定し良好な記録が行えるとともに、吐出不能な
状態に陥ることがない。この結果、信頼性の高いインク
ジェット記録ヘッドが簡易に得られるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わるインクジェット記録ヘ
ッドカートリッジの斜視図。

【図２】本発明の実施例に係わるインクジェット記録ヘ
ッドの構成図。

【図３】エキシマレーザー光によるオリフィス加工装置
の模式的構成図。

【図４】実施例１に係わる液室、液路、オリフィスプレ
ートを一体成形した天板の模式図。

【図５】本発明の実施例１に係わる副生成物の除去の状
態を示す模式図。

【図６】図６（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例３に係わ
る副生成物の除去の状態を示す模式図。

【図７】図７（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例４に係わ
る液室、液路、オリフィスプレートを一体成形した天板
の模式図。

【図８】図８（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例に係わ
るヒータボードの平面図およびその部分拡大図。

【符号の説明】

１レーザー発振装置２レーザービーム３収光レンズ４マスク７天板８基板（ヒータボード）１０オリフィスプレート１１オリフィス（吐出口）１２副生成物１４インク液路１５吐出ヒータ２０液室３０弾性体４０粘着層を持つテープ５０撥水層６０加工台７０可動ステージ８０支持棒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出するために利用されるエネ
ルギーを発生するエネルギー発生素子を有した基板と、
該基板と接合することにより前記エネルギー発生素子の
配設部位に対応してインク液路を形成するための凹部を
有し、かつ前記インク液路に連通してインクを吐出する
ための吐出口が形成されたオリフィスプレートを有する
天板とを具えたインクジェット記録ヘッドの製造方法に
おいて、前記オリフィス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吐出口を形成し、その後、前
記オリフィスプレートに、粘着層を持つテープを弾性的
に用いて密着させ次にこれを剥離する操作を１回以上繰
り返すことにより、前記レーザー光のアブレーションに
よる吐出口周辺部の副生成物の除去を行うことを特徴と
するインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】前記オリフィス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吐出口を形成し、その
後、オゾン水で超音波洗浄を行うことにより、前記レー
ザー光のアブレーションによる吐出口周辺部およびイン
ク流路周辺部の副生成物の除去を行うことを特徴とする
インクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】請求項１または請求項２においてエキシ
マレーザー光を照射することによって吐出口を形成する
前に前記オリフィスプレートの吐出面を予め撥水性材料
で処理することを特徴とする請求項１または２記載のイ
ンクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】請求項１乃至４のうちのいずれか１項に
記載の製造方法で製造したインクジェット記録ヘッド。