JPH11138825A - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は撥水処理されているインクジェット
記録ヘッドの製造工程の合理化を課題とする。 【解決手段】 複数個のオリフィスが形成されているオ
リフィスプレートが、前記インク通路の形成する工程
と、その表面が撥水性被膜となっている２層構造の樹脂
フイルムを前記インク通路の上に貼りつける工程と、フ
ォトドライエッチングによって該樹脂フイルムに前記複
数個のオリフィスを形成加工する工程より形成されるよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギを利用
してインク液滴を記録媒体に向けて飛翔させる形式の記
録装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】パルス加熱によってインクの一部を急速
に気化させ、その膨張力によってインク液滴をオリフィ
スから吐出させる方式のインクジェット記録装置は、特
開昭４８−９６２２号公報、特開昭５４−５１８３７号
公報等によって開示されている。

【０００３】このパルス加熱の最も簡便な方法は薄膜ヒ
ータにパルス通電する方法であるが、パルス通電するた
めの駆動用ＬＳＩと薄膜ヒータを同一Ｓｉ基板上に形成
して、従来にない小型、高熱効率のインクジェット記録
ヘッドを実現できることは、本出願人が特開平０６−７
１８８８号、特開平０６−２９７７１４号、特開平０７
−２２７９６７号、特開平０８−２０１１０号、特開平
０８−２０７２９１号公報等に記載しているとおりであ
る。そして、この技術を適用すると、インク吐出用オリ
フィスを２次元的に大規模、且つ高密度に集積して形成
することが可能となり、例えば、３０〜６０ｐｐｍ（ぺ
一ジ／分）のＡ４版フルカラープリンタさえ実現するこ
とが可能となった（現状は１〜２ｐｐｍ）。

【０００４】さて、一般にこの種のヘッドに供給するイ
ンクは若干の負圧にしておくことが不可欠である。それ
は、数１０ミクロンという細かいオリフィス径の毛細管
現象によって、オリフィス内のインクがオリフィス表面
に流出しやすく、これを防止するためである。インクを
負圧にするための方法には、インク袋をスプリングで膨
らます方法とか、スポンジの毛細管現象を利用する方法
等が実用化されているが、どちらも常圧のインクタンク
を想定した場合に比べ、コスト高でインクタンクも大形
になるという問題を抱えている。また、負圧インクは常
圧インクに比べて吐出不能の原因となる気泡が発生しや
すく、更にインク吐出後の補充（リフィル）に時間を要
し、印字速度を遅くする原因ともなっている。

【０００５】これに対し本発明者は、オリフィスプレー
ト表面とその近傍を撥水処理することによってインクタ
ンクを常圧化できることを見いだし、それを特許出願し
た（特願平０８−３１１５６０号参照）。そして、この
撥水処理の具体的実施方法についても明らかにした。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の撥水処
理方法よりも簡便で効果的な方法が望まれている。そこ
で、本発明の課題は、オリフィスプレートの作成方法に
ついて、前述の撥水処理方法よりも簡便で効果的な方法
を提供し、インクタンクの常圧化と印字速度の向上、及
びヘツドのクリーニングの削減と高信頼化を図ることに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、Ｓｉ基板の第１面上に形成された複
数個のヒータと、該ヒータを駆動するべく同一Ｓｉ基板
上に形成された駆動用ＬＳＩと、該ヒータにパルス通電
することによって該ヒータと垂直の方向にインク滴を吐
出する複数個のオリフィスと、該ヒータとオリフィスの
それぞれに対応して該Ｓｉ基板上に設けられた複数個の
個別インク通路と、該個別インク通路の全てが連通する
べく前記Ｓｉ基板上に設けられた共通インク通路と、該
共通インク通路の全長にわたって連通するよう前記Ｓｉ
基板に設けられたインク溝と、該インク溝が前記Ｓｉ基
板の第１面の裏面である第２面と連通するべく該Ｓｉ基
板の第２面に穿たれた１個以上のインク供給穴とからな
るインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記
複数個のオリフィスが形成されているオリフィスプレー
トが、前記インク通路の形成する工程と、その表面が撥
水性被膜となっている２層構造の樹脂フイルムを前記イ
ンク通路の上に貼りつける工程と、フォトドライエッチ
ングによって該樹脂フイルムに前記複数個のオリフィス
を形成加工する工程より形成されることにある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いてオリフィスの
配列密度が３６０ｄｐｉ（ｄｏｔ／ｉｎｃｈ）のヘッド
についての実施例を説明する。

【０００９】図１は、約５０μｍ径のオリフィス１３が
図１の紙面の垂直の方向に約７０μｍピッチでで並んで
いるヘッドの断面図を示す。この断面図には、駆動用Ｌ
ＳＩ１４を含む１列分（１色分）のヘツドが示されてい
る。インクはインク供給穴９から供給され、インク溝１
０、共通インク通路１１、個別インク通路１２を経由し
てオリフィス１３から吐出される。

【００１０】オリフィス近傍の拡大図を図２に示す。イ
ンクの吐出は、駆動用ＬＳＩ１４によって選択された個
別薄膜導体４を通じて薄膜抵抗体３にパルス通電するこ
とによって行なわれる。

【００１１】さて、本発明のヘツドの特徴は、オリフィ
スプレート７の表面に撥水性被膜８が付着しており、そ
の製造方法が図３に示されているように合理化されてい
ることである。すなわち、本発明者によって開発された
従来技術による製造方法（特願平０８−３１１５６０号
参照）を図４に示すが、大幅に工程が合理化されている
ことが理解できよう。以下、これらの工程を詳しく説明
する。

【００１２】まず、駆動用ＬＳＩ１４が形成されている
Ｓｉウエハ１’上の上に（１）の工程で薄膜ヒータを形
成する。この薄膜ヒータにはＴａ−Ｓｉ−Ｏ三元合金薄
膜抵抗体３とＮｉ、またはＡｕめっきされたＮｉ金属薄
膜導体４および５の組合せを用いることができ、熱酸化
して薄膜抵抗体上に薄い自己酸化被膜を形成する（本発
明者による特願平０７−３４０４８６号、特願平０８−
１２２０９１号、特願平０８−１６９０７３号参照）。
但し、本発明においては、厚い保護膜をもつ通常の薄膜
ヒータを用いても有効である。

【００１３】次に、（２）の工程でインク溝１０とイン
ク供給穴９をフォトサンドブラスト法によって形成し、
更に（３）の工程で耐熱性ポリイミドによって、隔壁６
およびインク通路１１、１２を形成する（本発明者によ
る特願平０９−１１０２６号、特願平０９−３６８０８
号参照）。この後、（４）の工程で、撥水性被膜３とし
て、例えば３μｍ厚さのフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を被覆
した厚さ３５μｍの樹脂フィルム７を隔壁６上に貼りつ
け、フォトドライエッチングによってこの２層構造フィ
ルム８／７にオリフィス１３を形成する。このフォトド
ライエッチング用レジストとしてはＡｌ金属薄膜等が利
用できる。なお、（４）の工程完了後、撥水性被膜３の
表面をドライエッチング、または酸素ガスによる反応性
プラズマエッチングによって軽く加工し、この表面を微
細構造の超撥水性化することも可能である。

【００１４】このようにして製造された、例えば図５に
示すようなＳｉウエハ１‘をマスク通りに切断すれば、
オリフィス１３が５列並ぶフルカラー用ヘッドチップ１
６（黒インクのオリフィスは１２８個×２列としてい
る）が８．５×１０．０ｍｍ２サイズで得られる。この
チップは、図４に示す従来方法によって製造したものと
特性上は同一のもので、撥水処理の工程を持たない分だ
け製造工程が大幅に合理化されていることが理解できよ
う。

【００１５】このヘッドチップ１６を４色のインクが内
臓できるインクカ、一トリッジに貼りつけ、駆動用ＬＳ
Ｉ１４との接焼端子であるボンディングパッド１５に配
線接続して実装すれば、インクジェットプリント用フル
カラー記録ヘッド（４色）が完成する。

【００１６】この記録ヘッドにブラック、イエロー、シ
アン、マゼンタの４色のインクを充填し、フルカラープ
リンタに装着して印刷評価した。その際、インクカート
リッジのインク圧力を２０ｍｍＨｇの負圧、外気圧と同
じ常圧、５ｍｍＨｇの加圧、の３条件で印字テストし
た。その結果、吐出周波数については、負圧の場合の６
〜７ｋＨｚに対し、常圧と加圧カートリッジの場合は７
〜８ｋＨｚに向上することが分かった。そして、常圧、
加圧の場合においてもインク垂れはみられず、ヘツド面
のクリーニング回数を大幅に削減できることも確認でき
た。しかし、インクカートリッジの加圧力を１０ｍｍＨ
ｇに高くするとインク垂れが見られるようになった。こ
れらの結果は、オリフィスプレート表面を超撥水性化し
ても変わらず、オリフィスプレート表面のインク濡れが
ほとんど認められなくなるという良好な結果を得た。す
なわち、本発明の方法で製造したインクジェット記録ヘ
ッドは、カートリッジのインク圧力を外気圧と同じ常圧
としてもインク垂れがなく、吐出周波数は約１５％向上
し、ヘツド面のクリーニングを大幅に軽減できることが
分かった。そして、この製造方法が工程数を大幅に削減
できるものであり、しかもその製造が現在のＬＳＩ製造
の主流である５〜６インチのＳｉウエハを用いて多くの
ヘツドチップを一括して製造できるという特徴を持って
いる。もちろん、これより大きなＳｉウエハを用いて製
造できることは言うまでもない。

【００１７】なお、撥水性被膜８の厚さは１〜５μｍ、
樹脂フイルム７の厚さは２０〜５０μｍの範囲が適当で
あるが、これはオリフィスの配列密度によって変えられ
るものであり、また、この２層構造フィルムの製造のし
易さにも依存している。

【００１８】

【発明の効果】本発明により、オリフィスプレート表面
の撥水処理、または超撥水処理が容易となり、吐出周波
数の向上、構造が簡単でインク垂れのないインクカート
リッジの採用、ヘツドクリーニングの大幅な軽減、大口
径Ｓｉウエハによるヘツドの一括製造、等の効果が得ら
れ、小型、低コスト、高速印刷が可能なインクジェット
記録装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるインクジェット記録ヘッドの一例
を示す断面図である。

【図２】図１のオリフィス近傍の拡大断面図である。

【図３】本発明になるヘッドの製造方法を示す工程図で
ある。

【図４】従来技術によるヘッドの製造工程図である

【図５】本発明によって製造されたＳｉウエハとヘッド
チップの一例を示す。

【符号の説明】

１はＳｉ基板、１’はＳｉウエハ、２はＳｉ０２断熱
層、３は薄膜抵抗体、４は個別薄膜導体、５は共通薄膜
導体、６は隔壁、７は樹脂フィルム、８は饒水性被膜、
９はインク供給穴、１０はインク溝、１１は共通インク
通路、１２は個別インク通路、１３はオリフィス、１４
は駆動用ＬＳＩ、１５はボンディングパッド、１６はヘ
ッドチップである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｓｉ基板の第１面上に形成された複数個の
   ヒータと、該ヒータを駆動するべく同一Ｓｉ基板上に形
   成された駆動用ＬＳＩと、該ヒータにパルス通電するこ
   とによって該ヒータと垂直の方向にインク滴を吐出する
   複数個のオリフィスと、該ヒータとオリフィスのそれぞ
   れに対応して該Ｓｉ基板上に設けられた複数個の個別イ
   ンク通路と、該個別インク通路の全てが連通するべく前
   記Ｓｉ基板上に設けられた共通インク通路と、該共通イ
   ンク通路の全長にわたって連通するよう前記Ｓｉ基板に
   設けられたインク溝と、該インク溝が前記Ｓｉ基板の第
   １面の裏面である第２面と連通するべく該Ｓ１基板の第
   ２面に穿たれた１個以上のインク供給穴とからなるイン
   クジェット記録ヘッドの製造方法において、 前記複数個のオリフィスが形成されているオリフィスプ
   レートが、前記インク通路の形成する工程と、その表面
   が撥水性被膜となっている２層構造の樹脂フイルムを前
   記インク通路の上に貼りつける工程と、フォトドライエ
   ッチングによって該樹脂フイルムに前記複数個のオリフ
   ィスを形成加工する工程より形成されることをを特徴と
   するインクジェット記録ヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の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の表面を、更にドライエッチン
   グまたは酸素ガスによる反応性プラズマエッチングによ
   って軽く加工して超撥水性被膜とする工程を追加するこ
   とを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】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において、 前記製造方法の一連の工程が、５インチ径サイズ以上の
   Ｓｉ基板単位で行なわれ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。