JPH10235858A

JPH10235858A - インクジェットヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10235858A
Application number: JP3958197A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Usui; 隆寛臼井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 1998-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】スパッタ法、あるいは真空蒸着法により、ノズ
ル面を形成するノズル部材上に金を成膜すると、微量な
がらノズル部材のノズル面の裏面にも金が付着する。こ
の基板を硫黄化合物を溶解した溶液を浸すと、硫黄化合
物が吸着する。接着材を弾き、接着されない。【解決手段】Ｓｉ基板５０１上に金膜５０２を形成す
る。（４）に於いてレジスト膜５０３を露光・現像しノ
ズルパターン５０４を形成する。（５）に於いて金膜５
０２をエッチングする。（７）に於いてＳｉ基板５０１
をエッチングし、ノズル５０５が形成される。に（８）
に於いて硫黄化合物の溶液に、このＳｉ基板５０１を浸
すことにより、金膜に硫黄化合物が吸着し、硫黄化合物
膜５０６が形成される。

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ヘッ
ドに関する。更に詳しくは、インク滴を選択的に記録媒
体に付着させるインクジェットヘッドのノズル部材に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年インクジェットプリンタは高速印
字、低騒音、高印字品位等の利点から、コンピュータ、
ネットワークの発達にあわせて、急速に発展している。
これに用いられるインクジェットヘッドは当然のことな
がら、より高性能なものが要求されている。

【０００３】高印字品位を確保する上で、インクジェッ
トヘッドのノズル面の状態が非常に重要である。すなわ
ちノズル面にインク、紙粉等が付着すると、ノズルから
インク滴を吐出する際に、インク滴がこれらに引かれ
て、本来の吐出方向でない方向に吐出される。甚だしく
なると、インク滴が形成されないということが判明して
きた。さらにこれらの除去は困難であった。

【０００４】そこでノズル面に撥インク性を付与するこ
とにより、インク、紙粉等の付着を少なくでき、付着し
ても容易に除去できる技術が開発された。この撥インク
性を付与する技術として、ノズル面にシリコン系の化合
物あるいは、フッ素系の化合物を形成する方法が提案さ
れている。しかしながら、シリコン系の化合物による方
法は、種々のインクにたいする耐性がないという課題が
ある。シリコン系化合物はシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）
を基本構造としている。この結合はアルカリにより、切
断されやすい。従ってアルカリ成分を含むインクに対し
て、耐性が乏しい。インクジェットプリンタに用いられ
るインクは水をベースとして、これに染料、溶剤、界面
活性剤等の多くの成分を加える。染料は酸とアルカリの
塩である。塩は水中で電離して、アルカリを生ずる。代
表的なアルカリにはアンモニウムイオン、ナトリウムイ
オン、カルシウムイオン等がある。また溶剤も紙への浸
透を良くする為に、紙の繊維を溶かすような化学的な活
性の高いものが用いられる。このような溶剤は当然のこ
とながらシリコン化合物をも分解する作用がある。フッ
素系の化合物はシリコン化合物よりも耐薬品性に優れる
が、基板との密着力が低い。そのため、ノズル面に付着
したインク、紙粉等を拭き取るプリンタの動作（以下、
ワイピングと略す）により、ノズル面から容易に剥がれ
るという課題がある。そこで本発明者はこれらの課題を
解決する方法として、金と硫黄化合物を利用する処理を
提案している。これはある種の硫黄化合物はその硫黄と
金とが共有結合をむすぶ性質を利用したものである。硫
黄化合物とは硫黄を含む有機物の中で硫黄官能基を１つ
以上含む化合物又はジスルフィド化合物を総称するもの
である。これら硫黄化合物は溶液中又は揮発条件下、金
基板表面上又は金微粒子表面に自発的に化学吸着し、２
次元の結晶構造に近い単分子膜を形成する。この自発的
化学吸着によって作られる分子膜を自己集合化膜、自己
組織化膜又はセルフアセンブリ膜と呼び、現在基礎研究
とともにその応用が注目されている。化学吸着する基板
表面は金だけでなく銀、銅、インジウム、ガリウム−砒
素などの金属表面にも同様に自己集合化分子膜を形成で
きる。この金属表面での硫黄原子の化学吸着の反応メカ
ニズムは完全には判明していないが、硫黄化合物が例え
ば金（０）表面にてＡｕ（１）チオラート（RS-）とな
って吸着する機構が考えられる。金原子と硫黄原子との
結合はほぼ共有結合に近く（４０―４５kcal/mol）、非
常に安定な分子膜が形成される。そこで本発明者はフッ
素等の表面エネルギーの低い物質を有する硫黄化合物を
用いることにより、撥インク性能を持たすことができる
ことを考案した。また硫黄と金の共有結合により、ノズ
ル部材との高い密着性能を持つことができる。これらに
より、高性能なインクジェットヘッドの撥インク処理と
して利用できる。

【０００５】ノズル部材にノズルを形成し、スパッタ
法、あるいは真空蒸着法により、金を成膜する。そして
硫黄化合物を溶解した溶液にこれを浸すことによりノズ
ル面に撥インク性を発現できる。ノズルを形成する方法
には、フォトリソエッングを利用した方法、レーザ光線
を利用した方法、プレスを利用した方法等がある。例と
してＳｉのノズル部材を、フォトリソエッチングを利用
した方法によるノズル形成を図４をもとに説明する。図
４はノズル部材の断面を示し、（１）〜（７）の順で工
程を示す模式図である。４０１はＳｉ基板、４０２はＳ
ｉＯ2膜、４０３はレジスト膜、４０４はノズルパター
ン、４０５はノズルを示す。（１）にノズル部材の母材
となるＳｉ基板４０１を示す。Ｓｉ基板４０１はインク
ジェットヘッドの性能により厚さが決められる。通常は
１００〜２００μｍ程度の厚さのものが用いられる。次
に（２）に於いてＳｉ基板４０１上にＳｉＯ2膜４０２
を形成する。ＳｉＯ2膜４０２の形成方法は熱酸化、Ｃ
ＶＤ、スパッタ法等が用いられる。次に（３）に於いて
ＳｉＯ2膜４０２上にレジスト膜４０３を形成する。レ
ジスト膜４０３の形成はスピンコート、ロールコート等
の方法でなされる。次に（４）に於いてレジスト膜４０
３を露光・現像しノズルパターン４０４を形成する。次
に（５）に於いてＳｉＯ2膜４０２をエッチングする。
エッチングの方法は、フッ酸を使用するウェットエッチ
ング、ＣＦ４等を使用するドライエッチングがある。次
に（６）に於いてレジスト膜４０３を除去する。つぎに
（７）に於いてＳｉ基板４０１をエッチングする。Ｓ
ｉＯ2膜４０２を損傷しないエッチャント（代表的なも
のとして水酸化カリウム水溶液）により、選択的にＳｉ
基板４０１がエッチングされ、ノズル４０５が形成さ
れ、ノズル部材４０６となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
スパッタ法、あるいは真空蒸着法により、ノズル面を形
成するノズル部材上に金を成膜すると、微量ながらノズ
ル部材のノズル面の裏面にも金が付着する。これはノズ
ル部材にはノズル孔、位置決め孔等の孔が多数形成され
ている。金の成膜時にこれらの孔を通過した金の微粒子
が基板の裏面に回りこみ、付着する。そしてこの基板を
硫黄化合物を溶解した溶液を浸すと、硫黄化合物が吸着
する。ノズル部材のノズル面の裏面とインクジェットヘ
ッドを構成する他の部材と接合し、インクジェットヘッ
ドを製造する。この接合には通常、接着によりおこなわ
れている。したがってノズル部材のノズル面の裏面に撥
インク性があると、接着材を弾き、接着されない。

【０００７】また多くの工程をへるため、結果として高
価なものとなる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドの製造方法は、キャビテイと、該キャビテイに体
積変化を及ぼす加圧装置と、ノズル部材に形成されたイ
ンク滴を吐出せしめるノズルを有するインクジェットヘ
ッドの製造方法において、前記ノズル面を形成するノズ
ル部材上に金膜を形成する工程、前記金膜上にレジスト
膜を形成する工程、該レジスト膜を所定のパターンで露
光・現像する工程、該レジストをマスクとして前記金膜
を所定の形状にエッチングする工程、前記レジスト膜を
除去する工程、前記金膜をマスクとしてノズル部材をエ
ッチングする工程、前記ノズル部材を、硫黄化合物を溶
解した溶液に浸漬し、該金膜上に硫黄化合物層を形成す
る工程とからなることを特徴とする。

【０００９】上記構成によれば、ノズル部材のノズル面
の裏面に金膜が回りこまないため、ノズル部材とインク
ジェットヘッドを構成する他の部材が容易に接合でき
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に図を用いて発明を説明す
る。

【００１１】まず図１にインクジェットヘッドの一例を
示し、その構造を説明する。図１はインクジェットヘッ
ドの斜視図で、部分断面により内部横造を示している。
図１において、１０１はノズル部材、１０２はノズル、
１０３は流路基板、１０４はキャビテイ、１０５はリザ
ーバ、１０６は供給口、１０７はキャビテイ隔壁、１０
８は振動板、１０９は圧電素子、１１０はインクタンク
口を示す。インクは図示されないインクタンクからイン
クタンク口１１０を介してリザーバ１０５に満たされ
る。リザーバ１０５は複数のキャビテイ１０４に供給口
１０６を介して接続され、インクをキャビテイ１０４に
満たす。複数のキャビテイ１０４はキャビテイ隔壁１０
７により分けられ、印字密度に対応する一定の間隔で配
列される。キャビテイ１０４は、流路基板１０３に刻ま
れた溝にノズル部材１０１と振動板１０８に挟まれた構
造となる。振動板１０５には個々のキャビテイ１０４に
対応して圧電素子１０９が配接される。ノズル部材１０
１には個々のキャビテイ１０４に対応して、ノズル１０
２が形成されている。

【００１２】次に図２を用いて図１のインクジェットヘ
ッドのインク滴の吐出動作を説明する。図２は図１の破
線Ａ−Ｂによるインクジェットヘッドのキャビテイ及び
リザーバ部分の断面図である。図２に於いて、２０１は
振動板、２０２は圧電素子、２０３は変形後の圧電素
子、２０４は変形後の振動板、２０５はリザーバ、２０
６はキャビテイ、２０７はノズル、２０８はインク滴、
２０９はインクの流れを示す。インクは図示されないイ
ンクタンクより、インクの流れ２０９の矢印の順にリザ
ーバ２０５、キャビテイ２０６に満たされる。振動板２
０１上に形成された圧電素子２０２に図示されない駆動
回路から、電気信号が送られると、圧電素子２０２は収
縮する。これにより、振動板２０１は変形後の振動板２
０４の形状に変形する、また圧電素子２０２も変形後の
圧電素子２０３の形状に変形する。この作用により、キ
ャビテイ２０６の体積が減少し、キャビテイ２０６に満
たされたインクは圧力を受け、ノズル２０７に押し出さ
れ、インク滴２０８となって吐出される。

【００１３】次に図３を用いて本発明を説明する。図３
は図2のノズル近傍の拡大の断面図である。図３に於い
て、３０１はノズル、３０２はノズル部材、３０３はキ
ャビテイ、３０４は金層、３０５は硫黄化合物膜、３０
６はインクのメニスカスを示す。ノズル部材３０２のキ
ャビテイ３０３の反対面に金層３０４、硫黄化合物膜３
０５が形成される。キャビテイ３０３に満たされたイン
クは硫黄化合物膜３０５の撥インク性能により、ノズル
部材３０２の表面に広がらず、ノズル３０１にインクの
メニスカス３０６を形成する。ノズル部材３０２上の金
層３０４の形成はスパッタ法、蒸着法、メッキ法等の公
知の技術が使用でき、特に限定されるものではない。硫
黄化合物膜３０５の形成方法は硫黄化合物を溶解する溶
液に溶解し、この中に金層３０４を形成したノズル部材
３０２を浸せきすることにより形成できる。硫黄化合物
とは硫黄を含む有機物を総称するものである。ある種の
硫黄化合物はその硫黄と金とが共有結合をむすぶ。フッ
素等の表面エネルギーの低い物質を有する硫黄化合物に
より、撥インク性能を持たすことができる。また硫黄と
金の共有結合により、ノズル部材との高い密着性能を持
つことができる。これらにより、高性能なインクジェッ
トヘッドの撥インク処理として利用できることを、発明
者は考案した。

【００１４】次に図５を用いて本発明を説明する。図５
はノズル部材の断面を示し、（１）〜（８）の順で工程
を示す模式図である。５０１はＳｉ基板、５０２はＳｉ
Ｏ2膜、５０３はレジスト膜、５０４はノズルパター
ン、５０５はノズル、５０６は硫黄化合物膜を示す。
（１）にノズル部材の母材となるＳｉ基板５０１を示
す。基板にはＳｉが好ましい。これは通常の材料のエッ
チングではストレートな孔の形成がこんなである。これ
はエッチングが等方性になされるため、奥が狭いすり鉢
状の形状になる。それにたいしてＳｉは異方性のエッチ
ングができる。そのためストレートな孔の形状を得るこ
とができる。次に（２）に於いてＳｉ基板５０１上に金
膜５０２を形成する。金膜５０２の形成方法は蒸着、ス
パッタ法等が用いられる。次に（３）に於いて金膜５０
２上にレジスト膜５０３を形成する。レジスト膜５０３
の形成はスピンコート、ロールコート等の方法でなされ
る。またレジストはネガレジスト、ポジレジストのいず
れも使用できる。次に（４）に於いてレジスト膜５０３
を露光・現像しノズルパターン５０４を形成する。次に
（５）に於いて金膜５０２をエッチングする。エッチン
グの方法は、ヨウ素＋ヨウ化カリウム水溶液を使用する
ウェットエッチングがある。次に（６）に於いてレジス
ト膜５０３を除去する。つぎに（７）に於いてＳｉ基板
５０１をエッチングする。金膜５０２を損傷しないエッ
チャント（代表的なものとして水酸化カリウム水溶液）
により、選択的にＳｉ基板５０１がエッチングされ、ノ
ズル５０５が形成される。つぎに（８）に於いて硫黄化
合物の溶液に、このＳｉ基板５０１を浸すことにより、
金膜に硫黄化合物が吸着し、硫黄化合物膜５０６が形成
される。

【００１５】次に図６を用いて本発明を説明する。図６
はノズル部材の断面を示し、（１）〜（５）の順で工程
を示す模式図である。６０１はプラスチック基板、６０
２は金膜、６０３はレーザ光線、６０４はノズルパター
ン、６０５はノズル、６０６は硫黄化合物膜を示す。基
板にはプラスチックが好ましい。これは通常の材料では
レーザ光線ではアブレーションにより加工されるためス
トレートな孔の形成がこんなである。これは金属材料は
レーザ光線よりアブレーションしても、再び孔の周囲に
再付着し、奥が狭いすり鉢状の形状になる。またセラミ
ック材料はアブレーションを起こすためのエネルギーが
非常にに高いため、十分な加工速度が得られない。それ
にたいしてプラスチックは比較的低いエネルギーでアブ
レーションし、再付着もおきにくい。次に（２）に於い
てプラスチック基板６０１上に金膜６０２を形成する。
金膜６０２の形成方法は蒸着、スパッタ法等が用いられ
る。次に（３）に於いて金膜６０２上にレーザ光線６０
３を所定のノズルパターン６０４の形状に照射する。レ
ーザ光線６０３はエキシマレーザ光線が好ましい。ＹＡ
Ｇレーザ、ＣＯ２レーザではアブレーションを熱エネル
ギーによる物質の状態変化でおこなうがためどうして
も、プラスチック基板６０１のノズルの端が熱によりだ
れた形状となる。それに対してエキシマレーザ光線は物
質の分子構造を切断することにより、アブレーションを
おこすため、だれない。つぎに（４）に於いてレーザ光
線６０３によりノズル６０５が形成される。つぎに
（５）に於いて硫黄化合物の溶液に、このプラスチック
基板６０１を浸すことにより、金膜６０２に硫黄化合物
が吸着し、硫黄化合物膜６０６が形成される。

【００１６】

【発明の効果】以上の述べてきたように本発明によれ
ば、インクジェットヘッドのノズル部材のノズル面に高
い撥インク性能を容易な処理で発現でき、かつノズル部
材のノズル面の裏面とインクジェットヘッドを構成する
他の部材との接着を容易にならしめるという優れた効果
がある。

【００１７】さらにノズル部材のノズル形成と撥インク
膜の形成を一連の工程でできるため、安価に製造でき、
かつ品質も高いもの得られるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェットヘッドの斜視図。

【図２】インク滴の吐出動作を説明するインクジェット
ヘッドの断面図。

【図３】インクジェットヘッドのノズル近傍の断面図。

【図４】Ｓｉ基板を、フォトリソエッチングによりノズ
ル形成する製造の工程の模式図。

【図５】インクジェットヘッドの第１の製造方法の模式
図。

【図６】インクジェットヘッドの第２の製造方法の模式
図。

【符号の説明】

１０１・・・ノズル部材１０２・・・ノズル１０３・・・流路基板１０４・・・キャビテイ１０５・・・リザーバ１０６・・・供給口１０７・・・キャビテイ隔壁１０８・・・振動板１０９・・・圧電素子１１０・・・インクタンク口２０１・・・振動板２０２・・・圧電素子２０３・・・変形後の圧電素子２０４・・・変形後の振動板２０５・・・リザーバ２０６・・・キャビテイ２０７・・・ノズル２０８・・・インク滴２０９・・・インクの流れ３０１・・・ノズル３０２・・・ノズル部材３０３・・・キャビテイ３０４・・・金層３０５・・・硫黄化合物層３０６・・・インクのメニスカス４０１・・・ノズル部材４０２・・・ノズル面側の金４０３・・・ノズル面の反対面側の金４０４・・・ノズル面側の硫黄化合物４０５・・・ノズル面の反対面側の硫黄化合物４０６・・・紫外線４０７・・・ノズル孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャビテイと、該キャビテイに体積変化を
及ぼす加圧装置と、ノズル部材に形成されたインク滴を
吐出せしめるノズルを有するインクジェットヘッドの製
造方法において、前記ノズル面を形成するノズル部材上
に金膜を形成する工程、前記金膜上にレジスト膜を形成
する工程、該レジスト膜を所定のパターンで露光・現像
する工程、該レジストをマスクとして前記金膜を所定の
形状にエッチングする工程、前記レジスト膜を除去する
工程、前記金膜をマスクとしてノズル部材をエッチング
する工程、前記ノズル部材を、硫黄化合物を溶解した溶
液に浸漬し、該金膜上に硫黄化合物層を形成する工程と
からな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】請求項１記載のレジストがポジレジストで
あ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３】請求項１記載のレジストがネガレジストで
あ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４】キャビテイと、該キャビテイに体積変化を
及ぼす加圧装置と、ノズル部材に形成されたインク滴を
吐出せしめるノズルを有するインクジェットヘッドの製
造方法において、該ノズル面を形成するノズル部材上に
金膜を形成する工程、該ノズル部材にレーザ光線を所定
のパターンで照射し、孔を形成する工程、該ノズル部材
を、硫黄化合物を溶解した溶液に浸漬し、該金膜上に硫
黄化合物層を形成する工程とからな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５】前記ノズル部材がＳｉであることを特徴と
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６】前記ノズル部材がプラスチックであること
を特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッドの製
造方法。
【請求項７】前記レーザ光線がエキシマレーザ光線であ
ることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッ
ドの製造方法。