JPH11157085A

JPH11157085A - インクジェットヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH11157085A
Application number: JP33163897A
Authority: JP
Inventors: Masami Yokota; 雅実横田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】吐出口部に露出した金属基板の切断面を保護
するための樹脂コート層の、吐出口面を構成する樹脂の
切断面上の密着力を、密着向上層を設けることにより向
上させて、樹脂コート層の剥離しない、安価で高寿命
な、信頼性の高い、優れたインクジェットヘッド、およ
びその製造方法を提供する。【解決手段】吐出圧発生素子が設けられた金属基板上
に、樹脂からなるインク流路が形成され、吐出口予定部
位を切断して吐出口が形成されてなるインクジェットヘ
ッドの、少なくとも前記吐出口を構成する樹脂の切断面
が、無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物、あるいは耐
食金属の少なくとも一種以上からなる密着向上層が気相
成長により形成され、さらに前記吐出口面全面に樹脂コ
ート層が形成されてなるインクジェットヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクを吐出口か
ら噴射してインク液滴を形成するインクジェットヘッド
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録法は、インクジェッ
ト記録ヘッドに配設された吐出口から記録液（インク）
を吐出させ、これを紙等の被記録材に付着させて記録を
行う記録法であり、騒音が少なく且つ高速記録が可能で
ある。

【０００３】このようなインクジェット記録ヘッドの代
表例を図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。１はシリコ
ン、ガラス、金属等からなる基板であり、２は例えばＳ
iＯ₂等の無機質膜あるいは、ポリイミド等の耐熱性の樹
脂膜が、後述する吐出圧発生素子３および供電電極（不
図示）等と基板１の電気絶縁層として、あるいは吐出圧
発生素子３がヒーターである場合、蓄熱層として形成さ
れた絶縁層である。

【０００４】この電気絶縁層２上に、吐出圧発生素子３
および不図示の供電電極等が設けられている。続いて、
該基板１上に例えば、特開昭６２-２５３４５７号等公
報に開示されている方法により、インク流路を構成する
ノズル壁５'および天板４がフォトリソグラフィー技術
等により形成される。次いで、吐出口予定部位を切断す
ることにより吐出口６が形成される。

【０００５】近年、加工性の良さ、熱伝導性の良さ、材
料の安価性等の利点から金属基板、特に、アルミニウム
あるいはアルミニウムを主成分とするアルミニウム合
金、マグネシウム、マグネシウム合金、銅、黄銅、銅合
金、鉄合金等の検討が種々なされている。しかしなが
ら、金属基板を用いた場合、吐出口の周辺部は、前述の
ような金属の断面が露出したままの状態になってしま
う。

【０００６】また、前述のような金属基板材料は、加工
特性は良好であるが、比較的耐食性が劣るため、露出し
ている金属部分がインクにより腐食され、インクの飛翔
方向が乱れたり、場合によっては前記腐食された金属の
水和物、酸化物等が吐出部分に析出し、吐出口を閉塞し
てしまうという問題があった。これらの問題に対して、
前記の露出した金属基板の断面部に耐食性のメッキや樹
脂をコートして腐食を防止する提案がなされている。

【０００７】しかしながら、前記吐出口６を含む吐出口
面は、前記金属基板１上に電気絶縁層２が形成されてい
るため、耐食性メッキを施しても前記絶縁層２の断面に
は、メッキが析出しないため、前記金属基板の断面から
メッキが等方的に成長して、一見前記電気絶縁層２の断
面を覆うようになるが、微視的には、前記絶縁層３の断
面と前記耐食メッキの界面には微小な隙間が生じ、該隙
間を介して、前記基板１の断面の最上部が露出した状態
になる。

【０００８】これらの露出部は、長期に亘るインクの吐
出や、保存により、前記隙間を介して侵入したインクに
より腐食を起こし、前述のようなインクの飛翔方向の乱
れ、吐出口の閉塞、あるいはさらなる腐食の進行によ
り、供電電極および吐出圧発生素子の断線の原因となっ
ていた。

【０００９】また、前記金属基板材料と前記耐食メッキ
材料の組み合わせによっては、前記露出部にインクが侵
入した場合、局部電池が形成され比較的短時間で前記金
属基板が大きく腐食され、吐出口近傍に配置された吐出
圧発生素子、あるいは供電電極が断線する原因となって
いた。

【００１０】また、吐出圧発生素子あるいは、供電電極
材料を耐食性金属で構成し、前記吐出圧発生素子あるい
は、供電電極上に絶縁層を形成しないインクジェットヘ
ッドにおいては、インクを吐出するために前記吐出圧発
生素子あるいは、供電電極に加えられる電位と前記基板
との電位差により、前記金属基板の露出部が電食作用を
起こし、前述と同様に基板が大きく腐食するという問題
があった。

【００１１】一方、図５（ａ）に示すように、樹脂層７
を前記吐出口面にコートする方法（以下、樹脂コートと
称する）によれば、前記のメッキを施す方法に比べて、
前記吐出口面に露出した金属基板１と絶縁層２の界面も
充分被覆することが可能である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、吐出口
面の全面に樹脂コートする場合には、前記吐出口面を構
成する樹脂部の切断面６'は、前記金属基板１の断面に
比べて前記樹脂コート材料に対してヌレ性が悪く、前記
樹脂コート材料が玉状となり、該吐出口部の平面性が失
われるとともに、密着力も充分ではなく、インク雰囲気
下やインク接液状態に長く曝されると、前記吐出口面の
樹脂部６'上の樹脂コート層７が剥離し、吐出口の一部
を閉塞し、インクの飛翔方向を変化させ、印字が乱れる
という問題があった。

【００１３】前記ヌレ性の改善策として、ＵＶオゾン処
理や酸素プラズマ処理により、前記吐出口樹脂部６'の
ヌレ性を改善することによって、前記樹脂コート材料が
玉状になる現象は回避されるものの、密着力は依然とし
て不充分であった。

【００１４】本発明は上記に鑑みなされたものであっ
て、上記のように吐出口部に露出した金属基板の切断面
を保護するために施す樹脂コート層の吐出口面を構成す
る樹脂の切断面上における密着力を向上させることによ
り、樹脂コート層の剥れが生じることなく、安価で高寿
命な、信頼性の高い、優れたインクジェットヘッド、お
よびその製造方法を提供することをその目的とするもの
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題・目的は以下
に示す本発明によって解決・達成される。すなわち本発
明は、吐出圧発生素子が設けられた金属基板上に、樹脂
からなるインク流路を形成した後、吐出口予定部位を切
断して吐出口を形成するインクジェットヘッドの製造方
法において、少なくとも前記吐出口を構成する樹脂の切
断面に無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物、あるいは
耐食金属の少なくとも一種以上からなる薄膜層を気相成
長により形成した後、前記吐出口面全面に樹脂層を形成
することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方
法、ならびに該製造方法により得られる特定のインクジ
ェットヘッドを開示するものである。

【００１６】そして本発明のインクジェットヘッドの製
造方法、ならびに該製造方法により得られるインクジェ
ットヘッドは、前記薄膜層が、ＳiＯ₂,ＳiＮ,ＳiＣ,Ｔ
a,Ｔa ₂Ｏ₅,ＴaＮ,ＴaＡl,Ｔi,Ｃr,Ｎiおよび前記金属の
酸化物の少なくとも一種以上からなることを特徴とする
ものであり、また前記薄膜層の厚さが、０.０３〜５μ
ｍの範囲であることを特徴とするものであり、さらに前
記金属基板が、Ａl,Ｍg,Ｃu,Ｆe金属材料あるいは該金
属材料を主成分とする合金材料、および前記金属材料あ
るいは合金材料にメッキを施した材料であることを特徴
とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施態様を具体的
に説明する。前記目的を達成する手段として、本出願に
係る第１および第２の発明は、吐出圧発生素子３が設け
られた金属基板７上に樹脂からなるインク流路を形成し
た後、吐出口予定部位を切断して吐出口６を形成するイ
ンクジェットヘッドの製造方法において、少なくとも前
記吐出口６を構成する樹脂の切断面６'に無機酸化物、
無機窒化物、無機炭化物、あるいは耐食金属の少なくと
も一種以上からなる薄膜（密着向上層８）を気相成長に
より形成した後、前記吐出口面全面に樹脂コート層７を
形成することにより、前記薄膜層が中間の密着向上層８
となり、吐出口６を構成する樹脂の切断面６'上に樹脂
コート層７の剥離を防止するよう図ったものである。

【００１８】また第３および第４の発明は、前記の密着
向上層８となる薄膜層を、ＳiＯ₂,ＳiＮ,ＳiＣ,Ｔa,Ｔa
Ｎ,Ｔa₂Ｏ₅,ＴaＡl,Ｔi,Ｃr,Ｎiおよび前記金属の酸化
物の少なくとも一種以上の材料により構成することによ
り、特に前記樹脂コート層７の密着向上効果を高めたも
のである。

【００１９】また、第５および第６の発明は、前記薄膜
層（密着向上層８）の厚さを、０.０３〜５μｍの範囲
で積層することにより、充分な密着力向上効果を得ると
ともに、ノズル内への前記薄膜層の侵入を最小限にとど
め、前記ノズル内に設置された吐出圧発生素子３上への
前記薄膜材料の付着を抑制することにより、インク吐出
への悪影響および吐出圧発生素子の寿命への悪影響を防
止したものである。

【００２０】また第７および第８の発明は、前記第１な
いし第６の発明の効果が特に高く、安価で加工性の高い
基板の材料群を特定するものである。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明の詳細を図面に基づいて実施
例により説明するが、本発明がこれらによってなんら限
定されるものではない。

【００２２】［実施例１］以下、図面を参照しながら本
発明の一実施例を説明する。図１〜図４は、従来例であ
る図５（ａ）と同様に、図５（ｂ）のＹ-Ｙ'方向の切断
面における断面の状況を表す摸式図である。

【００２３】図１は、本発明の特徴を最もよく表す図で
あり、１は金属基板、２は前記基板上に形成された絶縁
層、３は前記絶縁層２上に設けられたヒーター等の吐出
圧発生素子、４はインク流路の天板、５はインク流路
（不図示）、５'は前記インク流路を構成する樹脂、６
は吐出口（不図示）、６'は吐出口を構成する樹脂、８
は切断により形成された吐出口面上に形成された薄膜層
（密着向上層）、７は前記薄膜層８上に積層された樹脂
コート層である。

【００２４】以下、本発明の一実施例を工程順に説明す
る。まず、図２に示すように、アルミニウム等の金属か
らなる基板１上に例えば、ＳiＯ₂等の電気絶縁層２をス
パッタリング等により形成する。前記絶縁層２は、後述
する吐出圧発生素子３がヒーターである場合、蓄熱層を
兼ねてもよい。あるいは、別途蓄熱層を形成してもよ
い。さらに同図に示すように、フォトリソグラフィー技
術等の周知の技術により、吐出圧発生素子３および供電
電極（不図示）等が前記絶縁層２上に形成される。

【００２５】続いて、図３に示すように、例えば特開昭
６２-２５３４５７号公報等に開示されているインクジ
ェットヘッドの製造方法のように、前記吐出圧発生素子
３が設けられた金属基板１上に、ＰＭＥＲ-ＡＲ９００
等のポジ型感光性レジストを所望の厚さに塗布した後、
パターニングする。

【００２６】例えば、本実施例においては、前記レジス
トを２０μｍの厚さで塗布した後、４２μｍピッチ（６
００ＤＰＩ）で前記吐出口開口部（不図示）が１４μｍ
となるようなフォトマスクを用いて露光した後、現像し
て、前記インク流路部にポジ型感光レジストを形成す
る。

【００２７】続いて、後に固化してインク流路および吐
出口の壁５'および６'となる、例えばエポキシ樹脂等の
液状の樹脂を塗布した後、該樹脂上に支持体（天板）４
を貼り合わせて硬化させる。前記天板４の材質は特に限
定されないが、基板材料と同一の材料が、熱膨張率およ
び加工性の点から好ましい。前述のように、天板４に基
板材料と同一の材料を用いる場合、吐出口面には前記天
板４の断面も露出するため、基板１と同様に耐食処理が
必要なことは言うまでもない。

【００２８】次いで、図３のＸ-Ｘ'切断線で示される吐
出口予定部位を、例えばメタルソーや、ダイヤモンドチ
ップソー等のツールで所望の位置、例えば本実施例にお
いては、吐出圧発生素子３の先端から３０μｍの位置で
切断して、吐出口面６（不図示）および６'を形成す
る。続いて、前記インク流路予定部位に形成したポジ型
フォトレジストを、エチルセロソルブ、アセトン、酢酸
エチル等の有機溶剤で除去して、インク流路５（不図
示）および吐出口６（不図示）が完成する。

【００２９】しかしながら前述のように、形成された吐
出口面には、アルミニウム等の金属基板の断面が露出し
ているため、従来は、図５（ａ）に示すように、前記吐
出口面の全面に樹脂層７をフレキソ印刷等の手段により
０.１〜５μｍ程度積層していたが、従来技術の説明の
部分で述べたように、前記吐出口部を構成する樹脂部
６'上の前記樹脂コート層７が剥離してしまう問題があ
った。

【００３０】本実施例においては、（図１に示されるよ
うに）前記樹脂コート層７の密着向上層８として、例え
ば、ＳiＯ₂を０.１〜５.０μｍスパッタ法により前記吐
出口面全面に積層する。具体的スパッタリング条件を以
下に示す。

【００３１】以上の条件によりＳiＯ₂をスパッタリングすると、約
０.０２μｍ／分のレートで前記吐出口面にＳiＯ₂が積
層され密着向上層８が形成される。

【００３２】続いて、前記密着向上層８が積層された吐
出口面全面に耐食樹脂コート層７として、例えばエポキ
シ系ＵＶ硬化型樹脂をフレキソ印刷等により、前記イン
ク流路内部への前記樹脂コート材料の侵入を抑制しなが
ら０.５〜３μｍ程度コーティングした後、硬化する。
以上により本発明によるインクジェットヘッドが完成す
る。

【００３３】前記密着向上層８の膜厚としては、前記吐
出口部を構成する樹脂６'の表面が充分被覆されれば特
に制限されないが、本出願人の試験によれば、０.０３
μｍ未満では該部が充分被覆されておらず、前記樹脂コ
ート層７の密着力向上効果が不充分である。そして、前
記密着向上層８を０.０２μｍ積層した上に前記樹脂コ
ート層７を２μｍコーティングしたインクジェットヘッ
ドを、６０℃のインクに１ケ月間浸漬保存した結果、前
記吐出口を構成する樹脂部６'上の樹脂コート層７に剥
離を生じた。

【００３４】一方、前記密着向上層８を０.０３μｍ以
上積層したインクジェットヘッドは前記の保存試験後も
全く異常なかった。また、前記密着向上層８を６μｍ以
上（５μｍを越えて）積層したものは、前記吐出圧発生
素子３上にも前記密着向上層８であるＳiＯ₂が一部積層
され、吐出特性および吐出圧発生素子３であるヒーター
の寿命が著しく劣化した。

【００３５】一方、前記密着向上層８の厚さが５μｍ以
下で且つ０.０３μｍ以上の範囲のインクジェットヘッ
ドについては、前記の吐出特性の劣化およびヒーター寿
命の劣化は全く見られなかった。以上のように、前記密
着向上層８を０.０３〜５μｍの範囲に積層することに
より、樹脂コート層７の剥離がないインクジェットヘッ
ドが得られた。

【００３６】［実施例２］前述の実施例１においては、
前記密着向上層８としてＳiＯ₂を用いたが、本出願人の
試験によれば、ＳiＯ₂以外にも、窒化物、炭化物、酸化
物（ＳiＮ,ＳiＣ,Ｔa₂Ｏ₅,ＴaＮ,ＴaＡlＯＮ等）におい
ても、ＳiＯ₂と同等の効果が得られた。

【００３７】また、上記以外の耐食金属（Ｔa,ＴaＡl,
Ｔi,Ｃr,Ｎi等）および該金属の酸化物においても、Ｓi
Ｏ₂と同等の密着性向上効果が得られ、しかもノズル内
に一部侵入した前記耐食金属をインク中に溶出すること
はなかった。一方、以下に列挙する金属においては、前
記樹脂コート層７との密着向上効果が不充分であった。
すなわち、Ａu,Ｐt,Ｒh等の金属は、密着向上層８には
不適であることがわかった。

【００３８】［実施例３］実施例１においては、前記密
着向上層８の形成をスパッタリングによって形成した
が、蒸着もまた有効な手段である。例えば、Ｔiの場
合、以下に示す蒸着条件により所望の膜厚を積層するこ
とが可能であり、しかもインク流路への侵入もＳiＯ₂の
スパッタリングと同等で、５μｍ以下ならば吐出特性お
よび吐出圧発生素子への影響も全くない。

【００３９】また、密着性向上効果もＳiＯ₂のスパッタ
リングと同様の結果で、０.０３μｍ以上積層されてい
れば充分な密着向上効果が得られる。［実施例４］第１の実施例においては、金属基板として
アルミニム基板を用いたが、以下に列挙する材料におい
ても、前記第１の実施例と同様のプロセスによりインク
ジェットヘッドの製作が可能であり、且つ、前記密着向
上層７と基板材料の断面の密着も充分であった。

【００４０】アルミニム以外の基板材料の例としては、
ジュラルミン、マグネシウム合金、銅、黄銅、鉄、ステ
ンレス、亜鉛メッキ鋼板、Ｓnメッキ鋼板およびアルミ
基板上にＮiメッキを施した基板、およびアルミ基板上
にＣrメッキを施した基板等が挙げられる。

【００４１】

【発明の効果】上記のように、第１および第２の本発明
によれば、吐出口部に吐出した金属基板の腐食がなく且
つ前記樹脂コート層の剥離が生じない高信頼なヘッドを
提供することができる。

【００４２】第３および第４の発明によれば、ＳiＯ₂,
ＳiＮ,ＳiＣ,Ｔa,Ｔa₂Ｏ₅,ＴaＮ,ＴaＡl,Ｔi,Ｃr,Ｎiお
よび前記金属の酸化物の少なくとも一種以上の材料群を
前記密着向上層（薄膜層）として用いることにより、前
記樹脂コート層の充分な密着力が得られるとともに、ノ
ズル内に侵入した前記密着向上層の材料がインク中に溶
出することがないため、吐出圧発生素子であるヒーター
のコゲ等が発生しない高寿命で信頼性の高いヘッドを提
供することができる。

【００４３】第５および第６の発明によれば、ノズル内
に侵入した前記密着向上層の材料が前記吐出圧発生素子
上に堆積するのを抑制することができ、インクの吐出特
性や吐出圧発生素子の劣化しない高信頼なインクジェッ
トヘッドを高歩留まりで提供することができる。

【００４４】第７および第８の発明によれば、Ａl,Ｍg,
Ｃu,Ｆe金属材料あるいは該金属材料を主成分とする合
金材料、および前記金属材料あるいは合金材料にメッキ
を施した材料等の安価で加工性のよい材料群を基板に使
用することにより、高精度で安価なインクジェットヘッ
ドを高歩留まりで提供することができる。したがって、
本発明のインクジェットヘッドおよびその製造方法によ
り、上記のような顕著な効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】吐出口部に密着向上層および樹脂コート層を積
層した状況を示す摸式断面図。

【図２】金属基板上に絶縁層および吐出圧発生素子を形
成した状況を示す摸式断面図。

【図３】インク流路部および天板を形成した状況を示す
摸式断面図。

【図４】吐出口部に密着向上層を積層した状況を示す摸
式断面図。

【図５】吐出口部に樹脂コート層を積層した従来例を示
す図。（但し、（ａ）はその摸式断面図、（ｂ）は代表
的なインクジェットヘッドの構成を表す斜視図）

【符号の説明】

１金属基板２絶縁層３吐出圧発生素子４天板５インク流路５' インク流路を構成する樹脂６吐出口６' 吐出口を構成する樹脂７樹脂コート層８密着向上層（薄膜層）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吐出圧発生素子が設けられた金属基板上
に、樹脂からなるインク流路が形成され、吐出口予定部
位を切断して吐出口が形成されてなるインクジェットヘ
ッドにおいて、少なくとも前記吐出口を構成する樹脂の
切断面が、無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物、ある
いは耐食金属の少なくとも一種以上からなる薄膜層が気
相成長により形成され、前記吐出口面全面に樹脂層が形
成されてなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】吐出圧発生素子が設けられた金属基板上
に、樹脂からなるインク流路を形成した後、吐出口予定
部位を切断して吐出口を形成するインクジェットヘッド
の製造方法において、少なくとも前記吐出口を構成する
樹脂の切断面に無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物、
あるいは耐食金属の少なくとも一種以上からなる薄膜層
を気相成長により形成した後、前記吐出口面全面に樹脂
層を形成す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】前記薄膜層が、ＳiＯ₂,ＳiＮ,ＳiＣ,Ｔ
a,Ｔa₂Ｏ₅,ＴaＮ,ＴaＡl,Ｔi,Ｃr,Ｎiおよび前記金属の
酸化物の少なくとも一種以上からな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。
【請求項４】前記薄膜層が、ＳiＯ₂,ＳiＮ,ＳiＣ,Ｔ
a,Ｔa₂Ｏ₅,ＴaＮ,ＴaＡl,Ｔi,Ｃr,Ｎiおよび前記金属の
酸化物の少なくとも一種以上から構成することを特徴と
する請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】前記薄膜層の厚さが、０.０３〜５μｍ
の範囲であることを特徴とする請求項１または３記載の
インクジェットヘッド。
【請求項６】前記薄膜層の厚さが、０.０３〜５μｍ
の範囲であることを特徴とする請求項２または４記載の
インクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】前記金属基板が、Ａl,Ｍg,Ｃu,Ｆe金属
材料あるいは該金属材料を主成分とする合金材料、およ
び前記金属材料あるいは合金材料にメッキを施した材料
であることを特徴とする請求項１、３または５記載のイ
ンクジェットヘッド。
【請求項８】前記金属基板が、Ａl,Ｍg,Ｃu,Ｆe金属
材料あるいは該金属材料を主成分とする合金材料、およ
び前記金属材料あるいは合金材料にメッキを施した材料
であることを特徴とする請求項２、４または６記載のイ
ンクジェットヘッドの製造方法。