JPH0852880A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吐出口周辺部およびインク液路周辺部に吐出
加工時の副生成物の付着がなく記録時に不要なインクが
吐出口周辺部に溜まらず、かつインク流路内に副生成物
のつまりがなくインク液滴の飛翔方向が安定し、良好な
記録が行える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】 洗浄剤なかで超音波洗浄を行うことによりレ
ーザーのアブレーションによる吐出口周辺部およびイン
ク液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及びその方法で製
造した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）を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
周辺部およびインク液路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】また、インク液路周辺部に、上記のような
副生成物が存在すると、インクによりこの副生成物が剥
離される。そのため、インク流路でこの副生成物がつま
り、流路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。

【０００８】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およびインク液路周辺部
に存在することは好ましくない。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、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、有機溶剤、界面活性剤、さらには、有
機溶剤と界面活性剤の混合物中で、単一発振超音波、ス
ウィープ発振超音波さらには、マルチ発振超音波の洗浄
で除去することを特徴とする。

【００１０】以上のような手段によって得られた天板の
吐出口周辺部およびインク液路周辺部におけるレーザー
のアブレーションによる、副生成物は除去され、良好な
液滴の吐出が得られる。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】記録ヘッドの構成としては、上述の該明細
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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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
黒色当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。

【００１８】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
インクに対しても最も有効なものは、上述した膜沸騰方
式を実行するものである。

【００１９】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。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例に基ずいて詳細に説明
する。

【００２１】実施例１ 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。

【００２２】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。

【００２３】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に適時インクを供給する。

【００２４】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。

【００２５】図７（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。

【００２６】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モーター部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。

【００２７】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。

【００２８】図４は、本例に係わる天板７の構成例を示
す。

【００２９】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
おいては簡略のために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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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１
１を形成する。

【００３３】図５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超音波洗浄工程で除去する様子を
示したものである。洗浄液としては有機溶剤、界面活性
剤および有機溶剤と界面活性剤の混合物等副生成物を除
去可能なものであればよい。超音波洗浄機としては 単一周波数（たとえば、２８ＫＨｚ，４０ＫＨｚ等）
のみを発振する単一周波型洗浄機 周波数が連続的に変化（たとえば、３５．０〜３９．
５ＫＨｚ）することにより周波数をスイープさせるスイ
ープ周波型洗浄機 多周波（たとえば、２８／４０，２８／４０／１００
ＫＨｚ等）を交互発振あるいは同時発振するマルチ周波
型洗浄機 が使用できる。

【００３４】本例においては、洗浄時間１分で洗浄液と
洗浄機とを種々組み合せて、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。

【００３５】

【表１】 実施例２ 次に本発明の第２の実施例について図６に基ずいて説明
する。

【００３６】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同様である。

【００３７】図６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２に
示す。

【００３８】

【表２】

【００３９】

【発明の効果】本発明の方法によれば、吐出口周辺部お
よびインク液路周辺部に吐出加工時の副生成物の付着の
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
らずかつインク流路内に副生成物のつまりがなくなりイ
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】本発明の方法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】本発明の方法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】図４（Ａ），（Ｂ）は 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】本発明の実施例に係わる副生成物の除去の状態
を模式的に示した図。

【図６】図６（Ａ），（Ｂ）は実施例２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７】図７（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例に係わる
ヒーター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 ２０ 液室 ３０ 洗浄槽 ４０ 振動子 ５０ 撥水膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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、洗浄
   剤中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液路周
   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。
2. 【請求項２】 前記オリフィスプレートの吐出口面を撥
   水性材料で処理した後、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、さらに、洗浄剤中で超音
   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。
3. 【請求項３】 前記洗浄剤は、有機溶剤、界面活性剤、
   さらには、有機溶剤と界面活性剤の混合物であることを
   特徴とする請求項１または請求項２記載のインクジェッ
   ト記録ヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 前記超音波洗浄剤に使用する超音波洗浄
   機は、単一周波型洗浄、スイープ周波型洗浄機およびマ
   ルチ周波型洗浄機であることを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載のインクジェット記録ヘッドの製造方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のうちいずれか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。