JPS581570A

JPS581570A - 液体噴射記録ヘツド

Info

Publication number: JPS581570A
Application number: JP10103081A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Matsumoto; 治行松本; Hiroshi Sugitani; 博志杉谷; Hiroto Matsuda; 弘人松田; Masakazu Ozawa; 小沢　雅一; Masami Ikeda; 雅実池田; Akira Miyagawa; 晃宮川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-06-29
Filing date: 1981-06-29
Publication date: 1983-01-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、所謂、インクジェット記録方式に於て用いる
記録用液体（以後、インクと呼ぶ）の小滴を発生する為
の液体噴射記録ヘッドに関する。

斯かるインクジェット記録方式に適用される記録ヘッド
は、一般に１微細なインク吐出口（オリフィスとも呼ぶ
）、インク通路及びこのインク通路の１部に設けられる
インク吐出圧発生部を具えている。

そして、このインク吐出圧発生部では、その領域にある
インクに機械的圧力や熱エネルギーを作用させてインク
を吐出させる原動力をイｄている。

一般に、インクジェット記録方式に於て、記録画像の品
質を上げ、高速記録が行える様にするには、適用する記
録ヘッドによって安定して、長時間、連続的に繰返し液
滴吐出が実行されること、又、記録ヘッドの液滴形成周
波数（単位時間当りに形成される液滴の個数一単位時間
当りの液滴形成頻度）の向上や液滴形成特性の安定化が
計られることが必要である。

しかも、この様な記録ヘッドｒｃ就いては、その設計製
造が容易であって、製造歩留りの良いことが、実用上で
は要望される。

百年ら従来に於いては、これ等の総てが充分に解決され
イまたとは云い雌かった。

本発明け、これ等の技術的課題に鑑み成されたものであ
って、長時間に匹り連続しだ液滴形成特性が安定化Ｌ７
、同時に液滴形成周波数も向上した液体噴射記録ヘッド
を提供することを目的とする。

そし、て、助かる本発明の液体噴射記録ヘッドは、液体
に吐出力を４＝Ｊ力するエネルギー作用領域、前記液体
の導入口から前記領域に至る液体導入領域及び、前記エ
ネルギー作用領域から液体吐出口に至る液体吐出領域か
ら成り、前記エネルギー作用領域に於ける平均孔断面積
を８１とし、前記液体導入領域に於けるモ均孔断１川積
をＳ２としたとき、Ｓ２／Ｓ、＞１と々る関係式を満足
する構造の液体吐出孔を毀え、この吐出孔を構成する溝
壁が基板面に設けた感光性樹脂硬化膜を以て形成しであ
ることを特徴にしている。

この様に記録ヘッドが設計製造さＪするときには、長時
間に０る連に＊Ｌ＊＃滴形成能が安定に維持さｔ１又、
液滴形成周波数も著り、　＜向りする。

又、後述する様に、製造前での利点も数多く得られるも
のである。

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図乃至第７図は、本発明液体噴射記録ヘッドの構成
とその製作手１１の１つの例を説明する為の模式図であ
る。

先ず、第１図に示す様に、ガラス、セラミックス、プラ
スチック或は金属等、適当な基板１−ヒに発熱素子或は
圧電素子等のインク吐１１ｊ圧発生素Ｆ２を所望の個数
、配設する。（図に於ては、２ＩＩＩＳ１）、因に、前
記インク吐出圧発生索子２として発熱素子が用いられる
ときには、この素子が、近傍のインクを加熱することに
より、インク吐出圧を発生させる。父、圧電素子か月１
いられるときは、この素子の機械的振動によってインク
吐出圧を発生させる。

尚、これ等の素子２には、図示されていない信号人力用
軍（枦が阪、攪しである。

次に、インク吐出バー先生素子２を設けた基板１表面を
７に浄化すると共に乾燥させた後、素子２を設けた基板
面ＩＡに、８（Ｉｃ〜１０５℃程度に加部されたドライ
フィルムフォトレジスト３（膜厚、約２５μ〜１００μ
）を０．５〜０．４１７分の速度、１〜３ｔの加圧条件
Ｆでラミネートする。〔第２図（ａ）、　（ｂ）１、尚
、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のｘ、　Ｘ′ｇ４切断面
図である。

このとき、ドライフィルムフォトレジスト３け基板面Ｉ
Ａに圧着して固定され、以後、多少の外圧が加わった場
合にも基板面ＩＡから剥離することはない。

続いて、第３図に示す様に、基板面ＩＡに設けたドライ
フィルムフォトレジスト３上ニ所定のを行う。面、ｌ−
記パターン４Ｐは、後に、インク供給室、インク吐出仕
及び吐出口を構成する領域に相当しており、このパター
ン４Ｐは光全透過しない。従って、パターン４Ｐで覆わ
れている領域のドライフィルムフォトレジスト３仁１露
光されない。又、このとき、インク吐出圧発生素子２の
設置位置と上記パターン４Ｐの位置合せを周知の手法で
行っておく必要がある。つまり、少なくとも、後に形成
されるインク吐出孔中に−Ｆ記素子２が位置すべく配慮
される。

以−トの如く露光りすると、パターン４Ｐ領域外のフォ
トレジスト３が重合反応を起して硬化し、溶剤不溶性に
なる。他方、露光されなかったフ　　　”オドレジスト
３は硬化せず、溶剤可溶性の捷−残こる。

従って、パターン４Ｐの形状如何で、フォトレジスト３
に於ける未硬化領域を自由に変更することができる。

露光操作を経た後、ドライフィルムフォトレジスト３を
揮発性有機溶剤、例えば、トリクロルエタン中に浸漬し
て、未重合（未硬化）のフォトレジストを溶解除去する
と、硬化フォトレジスト膜３Ｈ［はパターン４Ｐに従っ
て第４図（ａ）に示す凹部が形成される。その後、基板
１上に残された硬化フ第１・レジスト膜３Ｈの耐溶剤性
を向−ヒさせる目的でこれを更に硬化させる。その方法
としては、熱重合（１３０’Ｃ〜１６０℃で１０分〜６
０分程度、加熱）させるが、紫外線照射を行うか、これ
等両者を併用するのが良い。

この様にして硬化フォトレジスト膜３　Ｈに形成された
四部のうち、６１ｒ↓、イ／クジェッｉ・ヘッド完成品
に於けるインク供給室に、父、６−２はインク吐出孔に
相当するものである。尚、第４図（１））は、第４図（
ａ）のＹ、Ｙ’’切断面図である。

叙」二の工程を経て、インク供給室６−１、インク吐出
孔６−１ン等の溝壁が形成された基板１の上面に、・１
↓５図に図示する如く、天井を構成するモ板７を貼着す
る。この具体的方法としでは、１）ガラス、セラミック
ス、金属、プラスチック等の平板にエポキシ系接着剤を
厚さ３〜４μにスビ／ナーコートした後、予備加熱して
接着剤を所％ｌｊ、Ｔ３ステージ化させ、これを硬化フ
ォトレジスト膜３１１１−に貼り合せて前記接着剤を本
硬化させる。或は、２）アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン等の熱
可塑性樹脂の平板を便化フォトし／スト膜３　Ｈ上に、
直接、熱融着させるｈ法かある。

尚、平板７には、図示の如く、不図示のインク供給管を
連結させる為の貫通孔８が設けである。

以上のとおり、溝を形成した基板と平板との接合が完了
した後、第５図００．Ｃ′線に沿−）で切断する。これ
は、インク吐出孔６−２に於て、インク吐出圧発生素子
２とインク吐出［−１９との間隔を最適化する為に竹う
ものであり、ここで切断する領域は適宜、決定される。

この切断に除しては、半導体工業で通常、採用さねでい
るダイシング法が採用される。

第６図は第５図のＺ、Ｚ’純切切断面図ある。

そして、切断面を研磨して平滑化し、四通仕８にインク
供給管１０を堆り付けてインクジｒツトヘッドが完成す
る。（第７図）斜上の実施例に於ては、溝作成用の感光性組成物（フォ
トレジスト）としてドライフィルムタイプ、つまり固体
のものを利用しだが、本発明で（ｄｌこれのみに限るも
のではなく、液状の感光性組成物も勿論、利用すること
ができる。

そｌ〜て、基板−トへのこの感光性組成物塗膜の形成方
法として、液体のｊ烏合にはレリーフ画像の製作時に用
いられるスキージによる方法、すなわち所望の感光性組
成物膜厚と同じ高さの壁を基板の周囲におき、スキージ
によって余分の組成物を除去する方法である。この場合
感光性組成物の粘度は１００　ｃ　ｐ〜３００Ｃｐが適
当である。父、基、板の周囲におく塘の高さは感光性組
成物の溶剤分の蒸発の減喰を見込んで決定する必要があ
る。

他方、固体の場合は、感光性組成物シートを基板上に加
熱圧積して貼着する。

尚、本発明に於ては、その喉扱い上、１走び厚さのｆｆ
ｔ制御が容易目、つ精確にできる点で、固体のフィルム
タイプのものを利用する方が有利ではある。このような
固体のものとしては、例えば、デュポン社パーマネント
フォトボリマーコーティ７ｆＲＴ　５ＴＯＮ、　ツルｌ
−−マスク７３０　Ｓ。

同７４０　Ｓ、同７３０ＰＲ，１ｒｊ１７４０Ｆ’Ｔヤ
１、回８Ｍ１等の商品名で市販されている感光性樹脂が
ある。この他、本発明において（史用される感光性組成
物としては、感光性樹脂、フォトレジスト等の通常のフ
ォトリソグラフィーの分野において使用されている感光
物の多くのものが挙げられる。これ等の感光物としては
、例えば、ンアゾレンン、Ｐ−ジアゾキノン、史には例
えばビニルモノマーと重合開始剤を使用する光「「金型
フォトポリマー、ポリビニルンンナメーＩ・（７）ニア
ｍ／−ル樹脂との混合物、ポリビニルアルコ−／ｌ／　
トシ′アゾ側脂の混合物、４−グリンジルエチレンオキ
シドとベンゾフェノンやグリシツルカルコンとを共重合
させたポリエーテル型フオドポリマー、Ｎ、Ｎ−ジメチ
ルメタクリルアミドと例えばアクリルアミドベンゾフェ
ノンとの共重合体、不飽和ポリエステル系感光性樹脂〔
例えばＡＰＲ（旭化成）、テビスタ（帝人）、ゾンネ（
関西ペイント）等〕、不飽和ウレタンオリコマ−系感光
性樹脂、三官能アクリルモノマーに光重合開始剤とポリ
マーとを混合した感光性組成物、重クロム酸系フォトレ
ジスト、非クロム系水溶性フォトレジスト、ポリケイ皮
酸ビニル系フォトレジスト、環化ゴム−アジド系フォト
レジスト、等が挙げられる。

又、完成したヘッド（第７図）に於て、６−３はインク
吐出孔へのインク導入口を示し、６−２１はインク吐出
孔に於けるインク導入領域、６−２２はエネルギー作用
領域、又、６−２３はインク吐出領域を示したものであ
る。

本発明者らは前記実施例として述べた記録ヘッドについ
てエネルギー作用領域の平均孔断面について、多数のヘ
ッドを設計製作し、各ヘッドについて１０７ノ々ルス以
上安定してインク滴形成が可能な電圧マージンを測定し
たところ、Ｓ。

に比してＳ、の大きいものほど電圧マージンが広い結果
が得られだが、５ｌ＝８２となるものでは３ＸＩＯハル
スはどで吐出が停止した。

また、インク滴形成周波数限界も、ＳＩに比してＳ２が
大きいものほど高くなると言う結果が得られた。

下表は、８２／８１が、夫々、１．　１．３．　１．５
．　２゜３になる様な構造のヘッドに就いて、ＩＫＨｚ
にて１０　ハルス迄インク滴形成が安定な電圧マージン
中、及びインク滴形成周波数限界をまとめて示しだもの
である。

以上の様に本発明によれば電圧マージン中が増加するこ
とによるインク滴吐出の信頼性向上、エネルギ作用部ド
ラ４ブ回路設計の容易化および小型化などの大きな利点
があり、更に周波数限界が向上して高速記録が可能にな
るという利点がある。

尚、斜上の検討に於て、インクとしては以下に示す組成
物を混合溶解しフィルタで濾過したものを用いた。

まだ、インク吐出圧発生素子２として用いた抵抗発熱体
の抵抗値は１５０Ωであり、これに、５μｓｅｃ　（４
５Ｖ　）の矩形パルスを加えてインク滴を吐出させた。

また、本発明の他の実施例をｇ８図を用いて説明する。

第８図に示す実施例においては、エネルギ作用領域の平
均孔断面積Ｓ１とインク導入領域の平均孔断面積Ｓ、を
８２／８１　＞　１とする形態の一つとして基板１と略
直交方向にインク吐出孔６−２に於けるインク導入領域
６−２１の断面積を拡大したものであり、その方法とし
ては前記の実施例において、ドライフィルムフォトレジ
ストのラミネート工程からトリクロルエタン中への浸漬
による未重合（未硬化）フォトレジストの溶解除去工程
までをパターンを適宜変化させながら２度以上繰り返し
行なえば良い。この図示例のヘッド形態にすることによ
り１０本／閣程度にまで高密度にインク吐出孔を並べた
マルチ記録ヘッドを製作することが可能になるという大
きな利点がある。

以上に詳しく説明した本発明の製造面での効果としては
、次のとおり、種々、列挙することができる。

１、　ヘッド製作の主要工程が、所謂、印写技術に因る
為、所望のパターンでヘッド細密部の形成が極めて簡単
に行なえる。更に感光性組成物層を多層に形成すること
により、基板に略直交方向にインク吐出孔の断面積を変
化させたヘッドの製作も可能になる。しかも、同構成の
ヘッドを多数、同時加工することもできる。

２、製作工程数が比較的少ないので、生産性が良好であ
る。

３　主要構成部位の位置合せを容易にして確実に為すこ
とができ、寸法精度の高いヘッドが歩留り良く得られる
。

４、　高密度マルチアレイヘッドが簡略な方法で得られ
る。

５、　インク流路を構成する溝壁の厚さの調整が極めて
容易であり、感光性（樹脂）組成物層の厚さに応じて所
望の寸法（例えば、溝深さ）のインク流路を形成するこ
とができる。

６　連続、且つ大量生産が可能である。

７、　エツチング液（フッ化水素酸等の強酸類）を使用
する必要がないので、安全衛生の面でも優れている。

８　接着剤をほとんど使用する必要がないので、接着剤
が流動して溝が塞がれたり、インク吐出圧発生素子に付
着して、機能低下を引き起こすことがない。

【図面の簡単な説明】第１図乃至第７図は、何れも、本発明の一実施例の説明
図である。尚、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のｘ、ｘ’
線切断面図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）のＹ。Ｙ′線切断面図である。そして、第８図は、本発明の別の実施例を説明する模式
的斜視図である。図に於て、１は基板、２はインク吐出圧発生素子、３は
ドライフィルムフォトレジスト、３Ｈは硬化フォトレジ
スト膜、４はフォトマスク、４Ｐはパターン、５は露光
光源、６−１はインク供給室、６−２はインク吐出孔、
６−３はインク導入口、７は平板、８は貫通孔、９は吐
出口、１０はインク供給管、６−２１はインク導入領域
、６−２２はエネルギー作用領域、６−２３はインク吐
出領域である。

Claims

【特許請求の範囲】液体に吐出力を付与するエネルギー作用領域、前記液体
の導入口から前記領域に至る液体導入領域及び、前記エ
ネルギー作用領域から液体吐出口に至る液体吐出領域か
ら成り、前記エネル客ギー作用領域に於ける平均孔断面績Ｓ１とし、前ム記液体導入頃域に於ける平均孔断面績をＳ、としたとき
、Ｓｔ　／　ａｓ　＞　１となる関係式を満足する構造
の液体吐出孔を具え、この吐出孔を構成する横壁が基板
面に設けた感光性樹脂硬化膜を以て形成しであることを
特徴とする液体噴射記録へラド。