JPH09234874A

JPH09234874A - インクジェット記録ヘッドの製造方法、該方法により製造されるインクジェット記録ヘッド及び該記録ヘッドを具備した記録装置

Info

Publication number: JPH09234874A
Application number: JP4488296A
Authority: JP
Inventors: Kiyomitsu Kudo; 清光工藤; Akira Goto; 顕後藤; Genji Inada; 源次稲田; Masahiko Hikuma; 昌彦日隈; Hiroshi Sugitani; 博志杉谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】インク路溝へのゴミや泡の侵入を防止でき、
かつ天板の強度及び耐熱性が向上し天板の熱膨脹率が低
下する高精度のインクジェット記録ヘッドの製造方法、
インクジェット記録ヘッド及び該記録ヘッドを具備した
記録装置を提供する。【解決手段】インクジェット記録ヘッドに用いる樹脂
成型天板にエキシマレーザ光を照射して溝の少なくとも
一部を加工するインクジェット記録ヘッドの製造方法に
おいて、ノズルの配列される方向と成型時にフィラー入
りの樹脂材料の流れる方向が同一方向になるように成型
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
ヘッドの製造方法、該方法により製造されたインクジェ
ット記録ヘッド及び該記録ヘッドを具備した記録装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクジェット記録ヘッドに用い
られる天板のインク流路溝は、成型やパターニング等で
形成するものや、特開平１−２９４０４７、特開平２−
１２１８４５、特開平５−１３８８８２等に記載されて
いるように、エキシマレーザ光を照射させることによっ
て加工されているものがある。エキシマレーザ光は、波
長が短く、強度も強いため、有機物を構成している分子
の結合エネルギーより高いエネルギーの光子が多量に照
射でき、有機物を構成している分子そのものを高速に効
率よく切断できる。そのため、微細な形状を有するイン
ク路溝を高い平滑性および精度で加工することができ
る。

【０００３】しかしながら、このようなインクジェット
記録ヘッドの天板においては、微小のインク路溝が多数
配置されるため、インク中に混在するゴミや泡等が、イ
ンク路溝に侵入して不吐を起こす原因となるという問題
があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の問題点
を解決した新規のインクジェット記録ヘッドの製造方
法、該方法によって製造されるインクジェット記録ヘッ
ド及び該インクジェット記録ヘッドを具備した記録装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記の目的は以下の手段
によって達成される。

【０００６】すなわち、本発明は微小ノズルからインク
滴を噴射させて記録を行うインクジェット記録ヘッドに
用いる樹脂成型天板にエキシマレーザ光を照射して溝の
少なくとも一部を加工するインクジェット記録ヘッドの
製造方法において、前記ノズルの配列される方向と成型
時にフィラー入りの樹脂材料の流れる方向が同一方向に
なるように成型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を提案するもので、前記フィラー入
りの樹脂材料が石英のフィラーまたはエキシマレーザ光
を透過する樹脂繊維のフィラーまたはガラス繊維のフィ
ラー入りの樹脂材料であること、前記フィラー入りの樹
脂材料のフィラー含有量が４０重量％以下であることを
含む。

【０００７】また本発明は前記の製造方法により製造さ
れたことを特徴とするインクジェット記録ヘッドを提案
するものであり、インク吐出エネルギー発生素子が電気
エネルギーを与えることによって発熱し、インクに状態
変化を生ぜしめて吐出を行わせるための電気熱変換体で
あること、記録媒体の記録領域の全幅にわたって吐出口
が複数設けられているフルラインタイプのものであるこ
とを含む。

【０００８】更に本発明は記録媒体の被記録面に対向し
てインクを吐出するインク吐出口が設けられている前記
記録ヘッドと該記録ヘッドを載置するための部材とを少
なくとも具備することを特徴とする記録装置を提案する
ものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明を実施例に基
づき更に詳細に説明する。実施例１図１は本発明の一実施例に係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たディスポーザブル
なものである。

【００１１】図に示すインクジェット記録ヘッドは、イ
ンク液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）およびこれに電気信号を供給する
ためのＡｌ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本体（不図示）を具える。

【００１２】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および８００
によって支持される。さらに、１０００はカートリッジ
本体、１１００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に適宜インクを供給する。

【００１３】図２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、同
様の方法で溝加工も行う。同図において、１はＫｒＦエ
キシマレーザ光を発振するレーザ発振装置、２はレーザ
発振装置１から発振される波長２４８ｍｍ、パルス幅約
１５ｎｓｅｃのパルスレーザビーム、３はレーザビーム
２を収光するための合成石英レンズ、４はレーザビーム
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１３３μｍの穴が２１２μｍ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。

【００１４】図３（Ａ）および（Ｂ）は本実施例に係る
基板（ヒータボード）８の平面図およびその部分拡大図
である。

【００１５】同図（Ａ）において１０１は本例に係るヒ
ータボード基体、１０３は吐出ヒータ部である。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、吐出ヒータ部１０３
等と同じ成膜プロセスにより吐出ヒータ部１０３に形成
してある。同図（Ｂ）は同図（Ａ）におけるセンサ１０
２を含む部分Ｂの拡大図であり、１５および１０６は、
それぞれ、吐出ヒータおよび配線である。また、１０８
はヘッドを加熱するための保温ヒータである。

【００１６】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
度に応じて導電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、プロセスのバラツキを小とするため
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。

【００１７】また、同様に保温ヒータ１０８は、吐出
ヒータ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。

【００１８】図４は本例に係る天板の構成例を示す。

【００１９】本例に係る天板７は、インク流路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。

【００２０】そして、図４に図示する構成例において
は、天板７は耐インク性に優れポリサルフォン、ポリエ
ーテルサルフォン、ポリフェニレンオキサイドなどの樹
脂を用い、その樹脂の中にフィラーより好ましくは、石
英、ガラス繊維、又はエキシマレーザ光を透過する樹脂
材料のフィラーを混入し、オリフィスプレート１０と共
に金型内で一体に同時成型する。

【００２１】この成型時には、ノズルの配列する方向す
なわちインク流路の配列される方向と樹脂の流れる方向
を同一になるようにする。具体例を図７（Ａ）および
（Ｂ）に示す。図７（Ａ）の場合は、ゲート位置をイン
ク流路部の後方にすることにより、樹脂の流れは、イン
ク流路の中心部より矢印Ａ、Ｂの方向に流れ、インク流
路の配列される方向と同一方向となる。図７（Ｂ）の場
合は、ゲート位置をインク流路部の側方にすることによ
り、樹脂の流れは、ゲートに近いインク流路側から矢印
Ｃの方向に流れ、インク流路の配列される方向と同一方
向となる。樹脂の流れをインク流路の配列される方向と
同一方向にすることにより、図４のように、フィラーを
インク流路に直交する方向に成型することができる。

【００２２】次に、インク流路１４、オリフィス１１の
形成方法を説明する。

【００２３】インク流路１４については、図２に示すよ
うに、インク流路を形成すべき位置に、レーザ装置によ
りエキシマレーザ光を照射し、樹脂を除去・蒸発せしめ
インク流路１４を形成する。

【００２４】また、オリフィス１１においても同様に、
オリフィスを形成すべき位置にオリフィスプレート１０
のインク流路側からエキシマレーザ光を照射し、オリフ
ィス１１を形成する。この時フィラーは、エキシマレー
ザ光を透過するため、除去されずに、残る。

【００２５】ここで、本例に用いられるエキシマレーザ
光について説明する。

【００２６】このエキシマレーザは紫外光を発振可能な
レーザであり、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
ネルギ密度を非常に大きくできるなどの利点を有する。

【００２７】エキシマレーザ発振器は希ガスとハロゲン
の混合基体を放電励起することで、短パルス（１５〜
５ｎｓ）の紫外光を発振できる装置であり、Ｋｒ−Ｆ，
Ｘｅ−Ｃｌ，Ａｒ−Ｆレーザがよく用いられる。これら
の発振エネルギは数１００ｍＪ／パルス、パルス繰返し
周波数は３０〜１０００Ｈｚである。

【００２８】このエキシマレーザ光のような高輝度の短
パルス紫外光をポリマー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ＡｂｌａｔｉｖｅＰｈｏｔｏｄｅｃｏｍｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ（ＡＰＤ）過程が生じ、この過程によってポリ
マー樹脂の細工が可能となる。

【００２９】このようにエキシマレーザによる加工精度
と他のレーザによるそれとを比較した場合、例えばポリ
イミド（ＰＩ）フィルムにエキシマレーザとしてのレー
ザと、他のＹＡＧレーザおよびＣＯ₂ レーザを照射する
と、ＰＩの光を吸収する波長がＵＶ領域であるためＫｒ
Ｆレーザによってきれいな穴が開くが、ＵＶ領域にない
ＹＡＧレーザでは穴が開くもののエッジ面が荒れ、赤外
線であるＣＯ₂ レーザでは穴の周囲にクレータを生じて
しまう。

【００３０】また、ＳＵＳ等の金属、不透明なセラミッ
クス、Ｓｉ等は大気の雰囲気において、エキシマレーザ
光の照射によって影響を受けないため、エキシマレーザ
による加工におけるマスク材として用いることができ
る。

【００３１】図５は上述したヒータボード８と天板７と
を接合して構成される記録ヘッド本体の斜視図である。

【００３２】同図に示すように、吐出ヒータ１５等を有
するヒータボード８をオリフィスプレート１０に突き当
てて接合し、記録ヘッド本体を得る。

【００３３】以上の如き構成では、従来のように天板と
オリフィスプレートとの位置合わせや接着が不要である
ので、位置合わせ誤差や接着時の位置ずれ等が全く無く
なり、不良品の低減および工程の短縮によって、記録ヘ
ッドの量産性ならびに低廉化に資することができた。ま
た、従来のような天板とオリフィスプレートとの接着工
程が存在しないので、接着剤が流れ込むことによるオリ
フィスやインク流路の閉塞の恐れがない。さらに、ヒー
タボード８とオリフィスプレート１０を一体とした天板
７との接合時に、オリフィスプレート１０の吐出側端面
と逆側の端面にヒータボード８を突き当てることにより
流路方向の位置決めができるので、全体的な位置決め工
程や組み立て工程が容易となる。加えて、従来のような
オリフィスプレートの剥離のおそれも全く生じない。

【００３４】ここで、以上のような方法で作られたイン
クジェット記録ヘッドの効果を説明する。

【００３５】前述したように、天板の樹脂材料にフィラ
ーより好ましくは、石英、エキシマレーザ光を透過する
樹脂繊維、ガラス繊維のフィラー（本実施例ではＭＦ０
６ＪＢＩ−２０（旭ファイバーガラス製）を使用）を混
合し、成形時には、インク流路の配列方向と同一方向に
樹脂を流し、インク流路、オリフィスはエキシマレーザ
光を照射することにより形成される。図４に示すよう
に、上記の方法で作られた天板を使用することによっ
て、ゴミ、泡等の侵入を防止することができ、不吐発生
率が低下することが確認できた。又、天板成型樹脂にフ
ィラーを混合させることにより、天板の強度が増し、耐
熱性に優れ、熱膨張率も低下することが確認できた。

【００３６】更に、天板の樹脂材料にガラス繊維のフィ
ラー（ＭＦ０６ＪＢＩ−２０）の含有量を変化させたと
きの、不吐発生率、印字品位を比較したものを下記の表
に示す。尚、フィラーにおいては、繊維長はインク流路
長より短く、繊維径はオリフィス径より小さければ使用
できると考える（本例では、繊維長３０〜１００μｍ、
繊維径１０μｍ）。

【００３７】

【表１】 ○：良好 ×：劣下表からわかるように、フィラーの含有量が４０％を越え
ると、印字品位が劣下するが、フィラーの含有量が４０
％以下（より好ましくは、２０〜４０％）であると、不
吐発生率は低下することが確認できた。

【００３８】以上説明した記録ヘッド本体は、図１に示
すようなカートリッジ形態で得ることができ、さらにこ
れを用いて図６のようなインクジェットプリンタ、すな
わち、ディスポーザブルのカートリッジを用いるインク
ジェットプリンタを構成することができる。

【００３９】なお、図６において８０は図１に示したカ
ートリッジであり、このカートリッジ８０は、押え部材
２５によりキャリッジ１７の上に固定されており、これ
らはシャフト２３に沿って長手方向に往復動可能となっ
ている。また、キャリッジ１７に対する位置決めは、例
えば蓋３００に設けた穴と、キャリッジ１７側に設けた
ダボ等により行うことができる。さらに、電気的接続は
配線基板に設けた接続パッドに、キャリッジ１７上のコ
ネクタを結合させればよい。

【００４０】記録ヘッドにより吐出されたインクは、記
録ヘッドと微少間隔をおいて、プラテン２１に記録面を
規制された記録媒体２０に到達し、記録媒体２０上に画
像を形成する。

【００４１】記録ヘッドには、ケーブル１８およびこれ
に結合する端子を介して適宜のデータ供給源より画像デ
ータに応じた吐出信号が供給される。カートリッジ８０
は、用いるインク色等に応じて、１ないし複数個（図で
は２個）を設けることができる。

【００４２】また、図６において、１９はキャリッジ１
７をシャフト２３に沿って走査させるためのキャリッジ
モータ、２４はモータ１９の駆動力をキャリッジ１７に
伝達するワイヤである。また、２２はプラテンローラ２
１に結合して記録媒体２０を搬送させるためのフィード
モータである。実施例２以下、図面を参照して、本発明の実施例２を説明する。

【００４３】図８は、本発明の実施例２における天板７
の断面図を示したものである。この天板７はポリサルフ
ォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンオキサ
イドなどの樹脂材料を用い、その樹脂材料の中にフィラ
ーより好ましくは、石英、ガラス繊維、エキシマレーザ
光を透過する樹脂繊維のフィラーを混入し、オリフィス
プレート１０と図８のＤ領域のインク流路１４を一体に
同時成型している。

【００４４】この成型時には、実施例１と同様にインク
流路１４の配置される方向と樹脂の流れる方向を同一に
なるようにする。

【００４５】また、インク流路１４の後端のＤ領域とオ
リフィスの形成については、図２に示すようなレーザ装
置を使用し、エキシマレーザ光を照射し、樹脂を除去、
蒸発せしめ形成する。

【００４６】この天板をインクジェット記録ヘッドに搭
載することにより、実施例１と同様に、不吐発生率を低
下させることが確認できた。又、天板成型樹脂にフィラ
ーを混合させることにより、天板の強度が増し、耐熱性
に優れ、熱膨張率も低下することが確認できた。

【００４７】

【他の実施例】以下に本発明を用いたインクジェット記
録ヘッド及びインクジェット記録装置について説明す
る。

【００４８】図９はこの様なインクジェット記録ヘッド
の概略構成図であり、エッチング・蒸着・スパッタリン
グ等の半導体製造プロセス工程を経て、基板１１０２上
に成膜形成された電気熱変換体１１０３、配線１１０
４、液路壁１１０５、天板１１０６から構成されている
インクジェット記録ヘッドが示されている。記録用液体
１１１２は図示していない液体貯蔵室から液体供給管１
１０７を通して記録ヘッド１１０１の共通液室１１０８
内に供給される。図中１１０９は液体供給管用コネクタ
である。共通液室１１０８内に供給された液体１１１２
は所謂毛管現象により液路１１１０内に供給され、液路
先端の吐出口面（オリフィス面）でメニスカスを形成す
ることにより安定に保持される。ここで電気熱変換体１
１０３に通電することにより、電気熱変換体面上の液体
が急峻に加熱され、液路中に気泡が生起され、その気泡
の膨張・収縮により吐出口１１１１から液体を吐出し液
滴が形成される。

【００４９】図１０は本発明が適用されるインクジェッ
ト記録装置の概観図で、駆動モータ５０１３の正逆回転
に連動して駆動力伝達ギア５０１１、５００９を介して
回転するリードスクリュー５００５のら線溝５００４に
対して係合するキャリッジＨＣはピン（不図示）を有
し、矢印ａ、ｂ方向に往復移動される。５００２は紙押
え板であり、キャリッジ移動方向にわたって紙をプラテ
ン５０００に対して押圧する。５００７、５００８はフ
ォトカプラでキャリッジのレバー５００６のこの域での
存在を確認してモータ５０１３の回転方向切換等を行う
ためのホームポジション検知手段である。５０１６は記
録ヘッドの前面をキャップするキャップ部材５０２２を
支持する部材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する
吸引手段でキャップ内開口５０２３を介して記録ヘッド
の吸引回復を行う。５０１７はクリーニングブレード
で、５０１９はこのブレードを前後方向に移動可能にす
る部材であり、本体支持板５０１８にこれらは支持され
ている。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニン
グブレードが本例に適用できることはいうまでもない。
又、５０１２は、吸引回復の吸引を開始するためのレバ
ーで、キャリッジと係合するカム５０２０の移動に伴っ
て移動し、駆動モータからの駆動力がクラッチ切換等の
公知の伝達手段で移動制御される。

【００５０】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復は、キャリッジがホームポジション側領域にきた
ときにリードスクリュー５００５の作用によってそれら
の対応位置で所望の処理が行えるように構成されている
が、周知のタイミングで所望の作動を行うようにすれ
ば、本例には何れも適用できる。上述における各構成は
単独でも複合的に見ても優れた発明であり、本発明にと
って好ましい構成例を示している。

【００５１】尚、本装置にはインク吐出圧発生素子を駆
動するための駆動信号供給手段を有している。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればイ
ンク路溝へのゴミや泡の侵入を防止でき、又、天板の強
度が上がり、更に、天板の熱膨張率が低下し、更にま
た、天板の耐熱性も向上する。これにより、高精度なイ
ンクジェット記録ヘッドが製作できるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

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

【図２】エキシマレーザ光によるオリフィス加工装置の
模式的構成図である。

【図３】図３（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例に係わる
ヒータボードのそれぞれ平面図及び部分拡大図である。

【図４】本発明の実施例１に示すインクジェット記録ヘ
ッドのオリフィスプレートを一体とした天板の上面図で
ある。

【図５】図３に示したヒータボードと図４に示した天板
とを接合して構成されるインクジェット記録ヘッド本体
の斜視図である。

【図６】本発明の実施例によるインクジェット記録ヘッ
ドが搭載されるインクジェットプリンタの一例を示す斜
視図である。

【図７】図７（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例の天板成
型時の樹脂の流れを示す上面図である。

【図８】本発明の実施例２を示すインクジェット記録ヘ
ッドのオリフィスプレートを一体とした天板の上面図で
ある。

【図９】本発明のインクジェット記録ヘッドの概略構成
図である。

【図１０】本発明のインクジェット記録装置の一例を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１レーザ発振装置２レーザビーム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１３光軸１４インク流路１５吐出ヒータ１６フィラー１７キャリッジ１８ケーブル１９キャリッジモータ２０記録媒体２１プラテン２２プラテンローラ２３シャフト２４ワイヤ２５押え部材８０カートリッジ１０１ヒータボード基体１０２温度センサ１０３吐出ヒータ部１０４端子１０６配線１０８保温ヒータ３００蓋６００サブインクタンク１０００カートリッジ本体１１００蓋部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者日隈昌彦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 (72)発明者杉谷博志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

【特許請求の範囲】

【請求項１】微小ノズルからインク滴を噴射させて記
録を行うインクジェット記録ヘッドに用いる樹脂成型天
板にエキシマレーザ光を照射して溝の少なくとも一部を
加工するインクジェット記録ヘッドの製造方法におい
て、前記ノズルの配列される方向と成型時にフィラー入
りの樹脂材料の流れる方向が同一方向になるように成型
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。
【請求項２】前記フィラー入りの樹脂材料が石英のフ
ィラーまたはエキシマレーザ光を透過する樹脂繊維のフ
ィラーまたはガラス繊維のフィラー入りの樹脂材料であ
る請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方
法。
【請求項３】前記フィラー入りの樹脂材料のフィラー
含有量が４０重量％以下である請求項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。
【請求項４】前記請求項１乃至４のうちいずれか１項
に記載の製造方法により製造されたことを特徴とするイ
ンクジェット記録ヘッド。
【請求項５】インク吐出エネルギー発生素子が電気エ
ネルギーを与えることによって発熱し、インクに状態変
化を生ぜしめて吐出を行わせるための電気熱変換体であ
る請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【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ているフルラインタイプのものであ
る請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】記録媒体の被記録面に対向してインクを
吐出するインク吐出口が設けられている請求項４に記載
の記録ヘッドと、該記録ヘッドを載置するための部材と
を少なくとも具備することを特徴とする記録装置。