JPH10226077A - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 寸法精度が高く、耐久性に優れたインクジェ
ットヘッドおよびこのインクジェットヘッドを簡易に精
度よく作製できる製造方法を提供する。 【解決手段】 インク１１を収容するためのインクチャ
ネル１３を感光性ポリイミドで形成し、この感光性ポリ
イミドで形成された部分にレーザ加工を施し、インクチ
ャネル１３に連通するノズル１２，インクインレット１
４を設けてインクジェットヘッドが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばプリンタに
使用するインクジェツトヘッドおよびその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インクチャネルに収容したイ
ンクを、圧電部材等の加圧手段により押圧し、インク吐
出口から吐出させて記録を行うインクジェットヘッドに
おいて、フォトレジスト材料を用いてインクチャネルを
形成する技術が知られている。フォトレジスト材料とし
ては、ＰＭＭＡ系或いはフェノール系のフォトレジスト
が一般的である。しかしながら、これらの材料では、耐
インク性、機械的強度、耐熱性等が十分ではなく、イン
クの飛翔の安定性やヘッド寿命の点で問題があった。そ
のため、感光性ポリイミドを用いる技術が提案されてい
る。感光性ポリイミドは、耐熱性および耐薬品性に優
れ、また硬く機械的な歪みを生じにくく、耐久性に優れ
たものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、階調画像の再現
を行うなどの理由から、インクチャネル、特にノズルや
インクインレットの寸法精度の向上が、近年、強く求め
られるようになった。また、その寸法精度を長期間維持
することも要望されている。しかしながら、これまで、
このような要求に十分応えるだけの寸法精度と、耐久性
とを兼ね備えたインクジェットヘッドはまだ得られてい
ないのが現状であった。本発明は前記問題点に鑑みてな
されたものであり、寸法精度が高く、耐久性に優れたイ
ンクジェットヘッドを提供することを目的としている。
また、本発明は前記インクジェットヘッドを簡易に精度
よく作製できる製造方法を提供することを目的としてい
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、第１発明は、インクを収容するためのインクチャネ
ルの少なくとも一部を感光性ポリイミドで形成し、この
感光性ポリイミドで形成された部分にレーザ加工を施
し、前記インクチャネルに連通するインク流通口を設け
た構成とした。

【０００５】また、第２発明は、感光性ポリイミドの層
を形成する工程と、この感光性ポリイミド層にパターン
露光を行って、インクを収容するためのインクチャネル
の少なくとも一部を形成する工程と、前記インクチャネ
ルを形成する感光性ポリイミド層に、レーザ加工により
前記インクチャネルに連通するインク流通口を形成する
工程とを備えた構成とした。

【０００６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の一形態を図
面にしたがって説明する。図１〜３は、第２発明に係る
製造方法が適用される第１発明に係るインクジェットヘ
ッドを示し、このインクジェットヘッドは、チャネルプ
レート１、隔壁２、圧電板３および基板４を一体的に重
ね合わせた構造となっている。チャネルプレート１は、
ノズルプレート５部とチャネル壁部６とからなってお
り、それぞれ感光性ポリイミドからなっている。ノズル
プレート部５には、インク１１を吐出する複数のテーパ
形状をしたノズル１２が形成されており、チャネル壁部
６にはこのノズル１２の各々に連通するインクチャネル
１３、インクチャネル１３に連通し、インクチャネル１
３にインクを取り込むためのインクインレット１４、お
よびインクインレット１４を介して各インクチャネル１
３にインク１１を供給するインク供給室１５が形成され
ている。なお、チャネルプレート１の製造方法について
の詳細は後述する。

【０００７】隔壁２は、導電材料、例えばステンレスや
ニッケルなどの金属からなるフィルムで、チャネル壁６
に接合されている。圧電板３は、周知の圧電材料からな
り、基板４上に例えば導電性接着剤で固定された後、ダ
イシング加工するなどの方法により形成された縦方向溝
２１、横方向溝２２により各インクチャネル１３毎に分
断されている。そして、圧電板３の内、インクチャネル
１３に対向する部分はインクの加圧手段である振動部と
なっており、その他の部分は非振動部となっている。即
ち、この振動部の圧電板３の基板４側の面に個別電極２
３を設ける一方、隔壁２を共通電極としてある。

【０００８】さらに、予め振動部のインクチャネル１３
に対向する部分は、加熱しながら上下方向に電場を印加
することにより分極処理が施されて活性化されており、
共通電極と個別電極２３との間にこの活性部（図１の符
号Ａ参照）が振動させられるようになっている。この振
動によりインク供給室１５からインクインレット１４を
経てインクチャネル１３内に導かれたインク１１がノズ
ル１２から噴射される。個別電極２３は縦方向溝２１に
より両側の圧電板３の部分と電気的に絶縁されている。
基板４は、非導電材料、例えばセラミックからなり、前
記振動部の各端部にて前記各電極に電気を導く図示しな
い導電リード部が形成されている。なお、圧電板３を振
動させるために設ける電極の位置やその引き出し方法
は、前述したものに限定するものではなく、種々変更可
能である。

【０００９】また、ここに示す例の場合、ノズル１２、
インクチャネル１３およびインク供給室１５および圧電
板４は、図１において、上下２種類のグループに分けて
形成されており、例えば上段が小径インク滴吐出部、下
段が大径インク滴吐出部になっている。但し、本発明は
斯るグループ分けに限定するものではなく、特にグルー
プ分けを行っていないものにも適用可能である。このイ
ンクジェットヘッドでは、ノズル１２の形成されたノズ
ルプレート部５、および、インクインレット１４を含む
チャネル壁部６からなるチャネルプレート１が感光性ポ
リイミドにより形成されているため、耐インク性、機械
的強度、および他の部品との組み立ての際の耐熱性が向
上し、ヘッド寿命が延び、かつインク飛翔性も安定する
ようになっている。

【００１０】次に、前記インクジェットヘッドに用いる
ことのできるチャネルプレート１の製造方法を図４を用
いて説明する。まず、図４（ａ）に示すように、板状の
仮受体２００上に塗布或いは型枠への流し込みなどの方
法により、所定の厚みの感光性ポリイミドの層１００を
形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、公知のフォ
トリソグラフィプロセスにより、感光性ポリイミド層１
００にパターン露光および現像を施し、それぞれインク
チャネル１３およびインク供給室１５となる溝１１３、
１１５を形成する。同時に、両者の間に位置する立ち壁
１０３が形成される。そして、図４（ｃ）に示すよう
に、それぞれインクインレット１４およびノズル１２と
なるインク流通口１１４、１１２をレーザ加工により形
成する。エキシマレーザを用いて加工を行うと、高い精
度で加工を施すことができ、また、テーパ形状のノズル
も容易に形成することができる。

【００１１】最後に、仮受体２００を除去し感光性ポリ
イミド層１００のキュアリングを行って、図２および図
３に示されたような、ノズルプレート部５およびチャネ
ル壁部６を備えたチャネルプレート１が形成される（図
４（ｄ））。チャネルプレート１は、インクチャネル１
３形成面が覆われるように、隔壁３などの対向部材３０
０に固定される。こうして、チャネルプレート１のイン
クチャネル１３およびインク供給室１５をフォトリソグ
ラフィプロセスにより形成し、ノズル１２やインクイン
レット１４などのさらに微細加工が必要な部分について
は、レーザを用いて２次加工するため簡易に精度よくチ
ャネルプレート１を作製することができる。なお、図２
および図３におけるノズルプレート部５とチャネル壁部
６とを前述した手順に準じて別々に作製した後、両者を
重ね合わせてチャネルプレート１を作製するようにして
もよい。

【００１２】次に、第２発明に係るインクジェットヘッ
ドの製造方法を用いて実際にテスト加工した結果につい
て説明する。まず、公知のスピンコート装置を使用し
て、鏡面タイプのシリコンウェハー上にスピンコーティ
ング法により８０μｍの厚さの感光性ポリイミドの層を
形成後、公知のフォトリソグラフィプロセスにより、こ
の感光性ポリイミド層にインクチャネル１３およびイン
ク供給室１５となる溝を形成した。そして、所望の形状
に形成したフォトマスクを介してエキシマレーザを使っ
てインクインレット１４およびノズル１２を加工した。
その後、シリコンウェハーを酸で溶解して除去し、イン
クチャネル１３を形成した。前記感光性ポリイミドの一
例を挙げると、PROBIMIDE7000シリーズ（7005,7010,702
0）、PROBIMIDE7500シリーズ（7505,7510,7520）（商品
名：いずれも富士ハントエレクトロニクステクノロジ
（株）製）がある。

【００１３】スピンコーティング法およびフォトリソグ
ラフィプロセスにおける各プロセスの条件の一例を示せ
ば、以下の通りである。 ※ スピンスプレッド ： ３００rpm／７sec ※ スピンコート ： ８５０rpm／３０sec ※ ソフトベイク ： １００℃／１８０sec エクスポージャエネルギ： １８０ｍＪ／ｃｍ² ディベロップ（スプレープロセス） ディベロップ ： １０００rpm／２５sec オーバーラップ ： １０００rpm／５sec リンス ： １０００rpm／１５sec Ｎ₂ドライ ： ２０００rpm／１０sec キュア ： ３５０℃／６０min なお、※印のプロセスは膜厚を増大させるために２回繰
り返し行ったことを意味している。

【００１４】前記エキシマレーザとしては、周波数２０
Ｈｚ、出力５０ｍＪ、電圧１９．４ｋｖの装置により波
長２４８nmのＫｒＦレーザを発振させたものを用い、エ
ネルギ密度２０００ｍＪ／cm²の条件で、発振パルス数
をそれぞれ、１２回／ノズル、１５回／インクインレッ
トとした。また、ノズル１２用、インクインレット１４
用として、それぞれSUS304のプレートに円形孔、長方形
孔を穿設したマスクを使用した。この結果、φ３５μ
ｍ、テーパー角度１０゜のノズル１２と３０×４０×２
００（μｍ）のインクインレット１４が形成された。こ
のように、エキシマレーザを用いることにより、加工
性、寸法精度を向上させることができる。

【００１５】なお、前述したスピンコーティング法にお
いてキュア前であると、感光性ポリイミド層がスタック
性を有しているため、隔壁３に接着することができる。
したがって、キュア前に前述したようにエキシマレーザ
でノズル１２、インクインレット１４を加工した後、隔
壁２を定位置に配設し、その後キュアすることにより接
着剤を用いることなく隔壁２がチャネル壁６に接着され
る。これにより、チャネルプレート１を隔壁３等の対向
部材に接着剤を用いて接着することによる問題、即ち、
インクチャネル１３への接着剤の回り込みによってイン
クチャネル１３が狭まったり、接着層の厚みのばらつき
に起因するインクインレットやインクチャネルの体積の
ばらつきにより、インク飛翔が不安定になるなどの問題
を防止することができる。さらに、チャネルプレートの
インク吐出面において、ノズル近傍に公知の方法で、例
えばＣ₂Ｆ₄（パーフルオロエチレン）ガスでプラズマ重
合膜処理を施すことにより表面撥インク性を付与しても
よい。

【００１６】なお、前述したプロセス等における各数値
は一例を示したものであって、本発明は、これらの数値
に限定するものではない。即ち、これらの数値は、形成
しようとするインクジェットヘッドの仕様に対応して定
められる。なお、前記実施形態においては、隔壁３を介
してインクを押圧するようにしているが、もちろん、圧
電アクチュエータを有した圧電板４でインクチャネル１
３を直接覆い、隔壁３を設けず圧電板４で直接インクを
押圧するようにしてもよい。また、隔壁３として前記実
施形態においては導電性のものを使用し、電極の引出し
にも利用しているが、これに限らず隔壁３として非導電
性のものを使用することも可能である。この場合、圧電
板４に電極の引出しのためのリードを直接接続するなど
して、電極への導通を確保してやればよい。さらに、イ
ンクの加圧手段は前述した圧電板４に限らず、従来公知
の種々のものを使用可能であり、例えば、気泡の発生に
よりインクを押圧する発熱体を加圧手段として用いても
よい。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、第１発
明によれば、インクを収容するためのインクチャネルの
少なくとも一部を感光性ポリイミドで形成し、この感光
性ポリイミドで形成された部分にレーザ加工を施し、前
記インクチャネルに連通するインク流通口を設けて形成
してある。このため、寸法精度が高く、耐久性に優れた
インクジェットヘッドを提供することができる。

【００１８】また、第２発明によれば、感光性ポリイミ
ドの層を形成する工程と、この感光性ポリイミド層にパ
ターン露光を行って、インクを収容するためのインクチ
ャネルの少なくとも一部を形成する工程と、前記インク
チャネルを形成する感光性ポリイミド層に、レーザ加工
により前記インクチャネルに連通するインク流通口を形
成する工程とを備えた構成としてある。このため、寸法
精度が高く、耐久性に優れたインクジェットヘッドを簡
易に精度よく作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第２発明に係る製造方法が適用される第１発
明に係るインクジェットヘッドの一部を示す正面図であ
る。

【図２】 図１のII−II線断面図である。

【図３】 図１のIII−III線断面図である。

【図４】 チャネルプレートの形成方法を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１ チャネルプレート ２ 隔壁 ３ 圧電板 ４ 基板 ５ ノズルプレート部 ６ チャネル壁部 １２ ノズル １４ インクインレ
ット １００ 感光性ポリイミド層 ３００ 対向部材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを収容するためのインクチャネル
   の少なくとも一部を感光性ポリイミドで形成し、この感
   光性ポリイミドで形成された部分にレーザ加工を施し、
   前記インクチャネルに連通するインク流通口を設けたこ
   とを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記インク流通口は前記インクチャネル
   内のインクを吐出するためのノズルである請求項１に記
   載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記インク流通口は前記インクチャネル
   内にインクを取り込むためのインクインレットである請
   求項１に記載のインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 前記インク流通口はエキシマレーザ加工
   により形成される請求項１ないし３のいずれかにに記載
   のインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 感光性ポリイミドの層を形成する工程
   と、この感光性ポリイミド層にパターン露光を行って、
   インクを収容するためのインクチャネルの少なくとも一
   部を形成する工程と、前記インクチャネルを形成する感
   光性ポリイミド層に、レーザ加工により前記インクチャ
   ネルに連通するインク流通口を形成する工程とを備えた
   ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 前記インクチャネルを覆う対向部材を前
   記インクチャネルを形成する感光性ポリイミド層に接触
   させて設ける工程と、この対向部材を設けた後に前記感
   光性ポリイミド層をキュアリングする工程とをさらに備
   えた請求項５に記載のインクジェットヘッドの製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記対向部材は、前記インクチャネル内
   のインクを押圧する加圧手段と前記インクチャネルとの
   間に設けられる隔壁である請求項６に記載のインクジェ
   ットヘッドの製造方法。