JP2002160369A - インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度、かつ、高速の印刷が可能なインクジ
ェット記録ヘッドを提供する。 【解決手段】 複数のインク吐出エネルギー発生素子
（発熱抵抗体）１２が形成された基板（ヒータボード）
１１に、被覆樹脂層１５をコーティングして、さらに、
露光、現像処理することにより、インク流路１４ａ及び
インク吐出口１６を形成するインクジェット記録ヘッド
において、前記被覆樹脂層１５の内部に前記インク吐出
口１６より大きな口径の孔１７ａを有するプレート１７
を挿入することにより、オリフィスプレート厚Ｈを、前
記インク流路１４ａの高さに比して、大とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吐出エネルギー発
生素子の働きでインク内に生ずるバブルの成長・収縮に
より、インクの吐出口よりインク滴を吐出させて記録を
行うインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種のインクジェット記録方式は、高
速高密度で高精度高画質の記録が可能であり、かつ、カ
ラー化、コンパクト化に適した記録方式である（例えば
米国特許第４７２３１２９号、米国特許第４７４０７９
６号など）。そのため、特にカラープリンタの分野にお
いては、近年急速な成長を遂げている。

【０００３】上記インクジェット記録装置に使用され
る、従来の、溝付き天板により流路壁を形成するインク
ジェット記録ヘッドの斜視説明図を、図１０に示す。２
１は、複数のインク吐出口（オリフィス）である。２２
は、発熱抵抗体（インク吐出エネルギー発生素子）であ
り、インク吐出口２１からインクを吐出するための熱エ
ネルギーを発生させる。２３は、インク流路（ノズ
ル）、２４は、ヒータボード（基板）、２５は、共通液
室、２６は、インク供給口、２７は溝付き天板である。

【０００４】インク流路２３及び共通液室２５は、複数
の流路壁が一体的に形成された溝付き天板２７を、ヒー
タボード２４上の発熱抵抗体２２等との相対位置をフォ
トリソグラフィー等の手段により位置合わせしながら接
合することで形成される。

【０００５】上記インクジェット記録ヘッドの実際の印
刷は、以下のようにインクが導かれ、吐出されて行われ
る。

【０００６】まず、不図示のインクタンク内のインク
が、インク供給口２６を介して共通液室２５に供給され
る。共通液室２５に供給されたインクは、各インク流路
２３に導かれ、吐出口２１近傍でメニスカスを形成して
保持される。

【０００７】この時、所要の発熱抵抗体２２を選択的に
駆動させることにより、その発生する熱エネルギーを利
用して熱作用面上のインクを急激に加熱沸騰させること
でバブルを発生させ、この時の刺激力によってインクが
吐出される。

【０００８】このようにインクが導かれるので、この種
のインクジェット記録ヘッドにおいては、溝付き天板２
７とヒータボード２４とを良好に密着させる必要があ
る。そのためばね掛け等により、溝付き天板２７に外圧
を加えて接合する。

【０００９】しかしながら、この圧力により、溝付き天
板２７の形状が微小変形し、各吐出口２１の向きが不揃
いになり易く、インク滴の着弾精度が悪化するなどの問
題点が発生する。

【００１０】そこで、上述のように溝付き天板２７に外
圧を加えるのではなく、接着やコーティングによりヒー
タボード上にインク流路及びインク吐出口を形成する構
成のインクジェット記録ヘッドが数多く提案されてい
る。

【００１１】例えば、特開昭５８−８６５８号公報で
は、インク吐出エネルギー発生素子が形成された基板
と、オリフィスプレートとなるドライフィルムとを、パ
ターニングされた別のドライフィルムを介して接合し、
フォトリソグラフィー技法によってオリフィスを形成す
る構成のインクジェット記録ヘッドが開示されている。

【００１２】また、特開昭６２−２６４９７５号公報で
は、インク吐出エネルギー発生素子が形成された基板
と、電鋳加工により製造されるオリフィスプレートと
を、パターニングされたドライフィルムを介して接合す
る構成のインクジェット記録ヘッドが開示されている。

【００１３】しかしながら、これらのインクジェット記
録ヘッドはいずれも、接着剤の耐インク性や、貼り合わ
せの精度に問題点があった。

【００１４】これらの問題点にとらわれない発明とし
て、本願と同一の出願人による、特開平６−２８６１４
９号公報では、インク吐出エネルギー発生素子が形成さ
れた基板上に、被覆樹脂層のコーティング、露光、現像
処理によりインク流路及びインク吐出口を形成するイン
クジェット記録ヘッドが開示されている。

【００１５】図１１に、従来の、被覆樹脂層のコーティ
ング、露光、現像処理により流路壁を形成するインクジ
ェット記録ヘッドの説明断面図を示す。

【００１６】１１は、ヒータボード、１２は、インク吐
出エネルギー発生素子（発熱抵抗体）、１３はインク供
給口、１４ａは、インク流路、１５は、被覆樹脂層、１
６は、インク吐出口である。

【００１７】図に示すとおり、被覆樹脂層１５により流
路壁を形成し、これによってインク吐出口１６及びイン
ク流路１４ａを形成している。

【００１８】このインクジェット記録ヘッドでは、発熱
抵抗体１２の駆動により発生するバブルが、インクを吐
出したあと外気と連通する。

【００１９】そして、インク液路１４ａの上方を覆って
いる被覆樹脂層１５の厚さ、すなわちオリフィスプレー
ト厚ｈを薄くすることによって、インク吐出口１６の容
積を小さくし、１回に吐出するインクの量が微小になる
よう制限している。

【００２０】これにより、このインクジェット記録ヘッ
ドは、高精度な印刷が可能になっている。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
インクジェット記録ヘッドでカラー印刷を行う際には、
インクの液滴が微小であることから、印刷が高精度化す
る反面、印刷速度の低下がやや目立ってしまう。

【００２２】この問題を解決する１つの手段として、カ
ラー印刷に用いるインクのうち、例えばシアン、マゼン
ダ、イエロー等のカラーインクに関しては液滴を微小の
まま高精度を保つようにして、ブラックインクに関して
のみ液滴を大きくして印刷速度を上げ、結果として高精
度をなるべく保ったまま印刷速度を向上させることが考
えられる。液滴を大きくするのにブラックインクを選ぶ
理由は、ブラックインクは一般的な印刷において枠線等
に使用されることが多く、液滴を大きくしても精度に対
する影響が比較的少ないと思われるからである。

【００２３】そこで、ブラックインクの大きな液滴を吐
出するために、インク吐出口１６の容積を大にする必要
があり、そのためにはオリフィスプレート厚ｈを厚く
し、１度に吐出するインクの量を大とすることが必要に
なる。

【００２４】しかしながら、このインクジェット記録ヘ
ッドでは、ヒータボード１１上に被覆樹脂層１５をコー
ティングすることで流路壁を形成し、これによってイン
ク流路１４ａ及びインク吐出口１６を形成するので、オ
リフィスプレート厚ｈをあまり厚くすると、硬化収縮や
線膨張係数の差に起因する応力によって、基板の反り、
基板と樹脂層の剥離、機能層のクラック等を生じてしま
う。

【００２５】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたもので、その目的とするところは、被覆樹脂層の
内部にプレートを挿入して、オリフィスプレート厚を厚
くすることにより、インク吐出口から大きな液滴を吐出
可能にして、なるべく高精度な印刷を保ったまま、従来
に比して印刷速度を向上させると共に、硬化収縮や線膨
張係数の差に起因する応力を抑え得る、インクジェット
記録ヘッドおよびその製造方法を提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、下記
（１）〜（２）項記載のインクジェット記録ヘッド、ま
たは、（３）〜（４）項記載のインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法を提供することにより、前記目的を達成し
ようとするものである。

【００２７】（１）複数のインク吐出エネルギー発生素
子が形成された基板上に、被覆樹脂層のコーティング、
露光、現像処理により、前記複数のインク吐出エネルギ
ー発生素子に対応してインク流路及びインク吐出口が形
成されたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記被覆
樹脂層の内部に、前記インク吐出口より大きな口径の孔
を有するプレートを積層状に挿入することにより、オリ
フィスプレート厚を、インク流路の高さに比し、大とし
たことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。

【００２８】（２）前記プレートが、光の透過性を有す
ることを特徴とする前記（１）項記載のインクジェット
記録ヘッド。

【００２９】（３）複数のインク吐出エネルギー発生素
子が形成された基板上に、溶解可能な樹脂によってイン
ク流路パターンを形成し、このインク流路パターンを覆
うように、インク流路壁となる第一被覆樹脂層を形成
し、この第一被覆樹脂層の上にインク吐出口より大きな
口径の孔を有するプレートを載置し、つぎに、このプレ
ートを覆うように第二被覆樹脂層を形成し、さらに、第
一、第二被覆樹脂層に一括して露光、現像処理を施すこ
とにより、前記第一、第二被覆樹脂層を硬化すると同時
に、前記インク吐出エネルギー発生素子に対応した位置
にインク吐出口を形成し、なおさらに、前記インク流路
パターンを溶解、除去することによってインク流路を形
成して成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。

【００３０】（４）オリフィスプレート厚が、前記イン
ク流路の高さに比し、大となるように形成することを特
徴とする、前記（３）項記載のインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を、実
施例に基づき、図面を参照して詳細に説明する。但し、
本発明は以下の実施例のみに限定されるものではなく、
本発明の目的が達成され得るものであれば良いことはも
ちろんである。

【００３２】

【実施例】まず、本発明に係るインクジェット記録ヘッ
ドについて説明する。

【００３３】図１は、実施例のインクジェット記録ヘッ
ドの説明断面図である。

【００３４】なお、本発明に係るインクジェット記録ヘ
ッドの基本的構成要素は、プレートを除いて前記従来
の、被覆樹脂層のコーティング、露光、現像処理により
流路壁を形成するインクジェット記録ヘッドの説明断面
図におけるものと実質的に同一であるので、同一の構成
部分については同一の符号を付し、説明の詳細を省略す
る。

【００３５】符号１７は、プレートを示し、被覆樹脂層
１５の内部に積層状（サンドイッチ状）に設けられ、イ
ンク流路１４ａの高さに比して、オリフィスプレート厚
Ｈが大となるようにしている。

【００３６】１７ａは、このプレート１７に設けた、イ
ンク吐出口１６より大きな口径の孔を示し、この孔１７
ａを貫通して、インク吐出口１６が形成される。

【００３７】なお、プレート１７は、被覆樹脂層１５の
硬化およびインク吐出口１６の形成を行うパターン露光
のために、紫外線の透過性に優れる材質である必要があ
る。

【００３８】例えば、サファイアガラスやコーニング７
０５９（商品名）などがあり、メーカとしては、（株）
コーニング、ＨＯＹＡ、日本板硝子等が挙げられる。厚
さは、数μｍ〜２，３十μｍあれば良く、プレート１７
の形状加工は、ブラストなどにより実施可能である。

【００３９】つぎに、本発明に係るインクジェット記録
ヘッドの製造方法について説明する。

【００４０】図２〜図９は実施例の製造工程説明断面図
であり、その各工程を示している。

【００４１】図２に示すように、シリコンより成るヒー
タボード１１上（基板）に、半導体プロセスを用いて形
成した発熱抵抗体１２を所望の個数配置する。このヒー
タボード１１は、インク流路構成部材の一部として機能
する。また、支持体として機能し得るものであれば、シ
リコンに限らず、その形状、材質など特に限定されるこ
となく使用できる。

【００４２】また、発熱抵抗体１２は、その材料として
一般的には、ＨｆＢ，ＴａＮ，ＴａＳｉＮ等が用いられ
る。また、一般にはこれら発熱抵抗体１２の耐用性の向
上を目的として、ＳｉＯ，ＳｉＮ，Ｔａ等の各種保護層
が設けられるが、もちろん本発明においてもこのような
保護層を設けることは一向に差し支えない。

【００４３】次に、図３に示すように、ヒータボード１
１にインク供給口１３を設けて、ヒータボード１１の後
方よりインクを供給する形態を形成した。このインク供
給口１３の形成においては、ヒータボード１１に穴を形
成できる手段であれば、いずれの方法も使用できる。例
えば、ドリル等の機械的手段によって形成しても差し支
えないし、レーザ等の光エネルギーを使用しても差し支
えない。また、ヒータボード１１にレジストパターン等
を形成して化学的にエッチングしても差し支えない。ま
た、インク供給口１３をヒータボード１１に形成せず、
別の工程において、他の面に設けても良い。

【００４４】次に、図４に示すように、ヒータボード１
１上に溶解可能な樹脂によってインク流路パターン１４
を形成する。材料としては、ポジ型レジスト、或いは、
溶解性変化型のネガ型レジストの使用が可能である。レ
ジスト層の形成方法としては、前記溶解可能な樹脂を適
当な溶媒に溶解し、ＰＥＴなどのフィルム上に塗布、乾
燥してドライフィルムを作成し、ラミネートによって形
成することが望ましい。

【００４５】上述のドライフィルムとしては、ポリメチ
ルイソプロピルケトン、ポリビニルケトン等のビニルケ
トン系光崩壊性高分子化合物を好適に用いることができ
る。

【００４６】その理由は、これらの化合物は、光照射前
は高分子化合物としての特性（皮膜性）を維持してお
り、インク供給口１３上にも容易にラミネート可能であ
るためである。また、インク供給口１３に後工程で除去
可能な充填物を配置し、通常のスピンコート法、ロール
コート法等で形成しても良い。

【００４７】次いで、図５に示すように、インク流路パ
ターン１４を覆うように、第一被覆樹脂層１５ａを通常
のスピンコート法、ロールコート法等で形成する。この
第一被覆樹脂層１５ａは、フォトリソグラフィーで容易
にかつ精度よく加工できることから、感光性のものが好
ましい。また、構造材料としての高い機械的強度、基板
１１との密着性、耐インク性と、同時に微細なパターニ
ングを施すための解像性も要求されることから、本実施
例では、エポキシ樹脂のカチオン重合硬化物を使用し
た。

【００４８】次に、図６に示すように、第一被覆樹脂層
の上にプレート１７を載置する。

【００４９】図１に示したように、プレート１７は、被
覆樹脂層１５に設けるインク吐出口１６よりも、大きな
口径の孔１７ａを有しており、この孔１７ａを貫通し
て、インク吐出口１６が形成される。

【００５０】なお、プレート１７は、インク吐出口１６
を設けるパターン露光のために、紫外線の透過性に優れ
る材質である必要がある。

【００５１】このプレート１７の載置は、空気を抱き込
まないように真空で行う方が好ましい。

【００５２】次に、図７に示すように、第二被覆樹脂層
１５ｂの塗布を行い、プレート１７を被覆樹脂層の内部
に挟み込んだ状態にして、ベークを行う。

【００５３】第二被覆樹脂層１５ｂには、第一被覆樹脂
層１５ａと同じエポキシ樹脂のカチオン重合硬化物を用
いている。従って、図７〜図９では各被覆樹脂層１５
ａ、１５ｂを分けて示しているが、実際には、図１のよ
うに一体となって被覆樹脂層１５を形成する。

【００５４】ここで、オリフィスプレート厚Ｈが、イン
ク流路パターン１４の高さに比して、大となるようにし
ておく。

【００５５】次に、図８に示すように、第一被覆樹脂層
１５ａと第二被覆樹脂層１５ｂに一括して、パターン露
光、現像処理を行い、これによって、図９に示すよう
に、インク吐出口１６を形成すると共に、両被覆樹脂層
１５ａ、１５ｂを硬化する。

【００５６】パターン露光に使用する光は、前記カチオ
ン重合硬化物の感光領域に合わせて紫外線、Ｄｅｅｐ−
ＵＶ光、電子線、Ｘ線などから適宜選択される。

【００５７】次に、前記インク流路パターン１４を溶
解、除去して、図１に示すように、そのスペースをイン
ク流路１４ａとすることで、インクジェット記録ヘッド
を製造することができた。

【００５８】前記被覆樹脂層１５は、単にコーティング
を重ねて厚くした場合、応力によって、基板の反り、基
板と樹脂層の剥離、機能層のクラック等を生じさせてし
まうが、前記プレート１７を介することにより、過度の
応力が加わらなくなる。

【００５９】また、プレート１７に設ける孔１７ａの口
径を、インク吐出口１６よりも大きくすることにより、
プレート載置時の整合において高精度が要求されず、か
つ、インク吐出口１６形成時の露光処理に悪影響を与え
ない利点が得られる。

【００６０】このようにして構成されたインクジェット
記録ヘッドにおいて、試験により吐出するインク滴の大
きさ、印刷速度を測定した結果、概ね良好であった。ま
た、インクの着弾点精度も良好であった。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェット記録ヘッドは、大きな液滴を吐出することが可能
となり、印刷速度を向上させることができる。

【００６２】本発明は、特にカラー印刷において、吐出
量を多くする必要の高いブラックインクへの利用に適し
ており、これによって、高精度、かつ、高速のカラー印
刷を行うことができる。

【００６３】また、被覆樹脂層にプレートを挿入するこ
とにより、硬化収縮や線膨張係数の差に起因する応力を
抑えることができる。

【００６４】さらに、前記プレートに、インク吐出口よ
りも大きな口径の孔を設けておくことで、プレート載置
時の整合において高精度が要求されず、かつ、インク吐
出口形成時の露光処理に支障を生じない。

【００６５】しかも、本発明によれば、高精度、かつ、
従来に比して高速の印刷が可能であり、硬化収縮や線膨
張係数の差に起因する応力を抑えることができる、イン
クジェット記録ヘッドを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のインクジェット記録ヘッドの説明断
面図

【図２】 実施例の製造工程説明断面図

【図３】 実施例の製造工程説明断面図

【図４】 実施例の製造工程説明断面図

【図５】 実施例の製造工程説明断面図

【図６】 実施例の製造工程説明断面図

【図７】 実施例の製造工程説明断面図

【図８】 実施例の製造工程説明断面図

【図９】 実施例の製造工程説明断面図

【図１０】 従来の、溝付き天板により流路壁を形成す
るインクジェット記録ヘッドの斜視説明図

【図１１】 従来の、被覆樹脂層のコーティング、露
光、現像処理により流路壁を形成するインクジェット記
録ヘッドの説明断面図

【符号の説明】

１１，２４ ヒータボード（基板） １２，２２ 発熱抵抗体（インク吐出エネルギー発生素
子） １３，２６ インク供給口 １４ インク流路パターン １４ａ，２３ インク流路 １５ 被覆樹脂層 １５ａ 第一被覆樹脂層 １５ｂ 第二被覆樹脂層 １６，２１ インク吐出口（オリフィス） １７ プレート １７ａ 孔 ２５ 共通液室 ２７ 溝付き天板 ｈ 従来のオリフィスプレート厚 Ｈ 実施例のオリフィスプレート厚

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のインク吐出エネルギー発生素子が
   形成された基板上に、被覆樹脂層のコーティング、露
   光、現像処理により、前記複数のインク吐出エネルギー
   発生素子に対応してインク流路及びインク吐出口が形成
   されたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記被覆樹
   脂層の内部に、前記インク吐出口より大きな口径の孔を
   有するプレートを積層状に挿入することにより、オリフ
   ィスプレート厚を、インク流路の高さに比し、大とした
   ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記プレートが、光の透過性を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 複数のインク吐出エネルギー発生素子が
   形成された基板上に、溶解可能な樹脂によってインク流
   路パターンを形成し、このインク流路パターンを覆うよ
   うに、インク流路壁となる第一被覆樹脂層を形成し、こ
   の第一被覆樹脂層の上にインク吐出口より大きな口径の
   孔を有するプレートを載置し、つぎに、このプレートを
   覆うように第二被覆樹脂層を形成し、さらに、第一、第
   二被覆樹脂層に一括して露光、現像処理を施すことによ
   り、前記第一、第二被覆樹脂層を硬化すると同時に、前
   記インク吐出エネルギー発生素子に対応した位置にイン
   ク吐出口を形成し、なおさらに、前記インク流路パター
   ンを溶解、除去することによってインク流路を形成して
   成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。
4. 【請求項４】 オリフィスプレート厚が、前記インク流
   路の高さに比し、大となるように形成することを特徴と
   する、請求項３記載のインクジェット記録ヘッドの製造
   方法。