JP2007001241A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】被覆樹脂層を平坦に形成し、且つ、ゴミやインクカスの発生が少なく、コスト、歩留まりを上げることなく信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供すること。
【解決手段】発熱抵抗体が形成された基板の基板面に対して、垂直方向にインク吐出口よりインク液滴が吐出されるインクジェット記録ヘッドの基板上に、溶解可能な樹脂層により前記吐出口に連通するインク流路を形成するための型材とともに前記型材の周辺の少なくとも一部と所定間隔を開けた前記基板上の位置に土台を形成し、前記型材と土台となるパターン上に平坦な樹脂層を形成した後に、前記型材と土台を構成した溶解可能な樹脂層を全て除去して成るインクジェット記録ヘッドとして、土台となった前記溶解可能な樹脂層を除去するための前記被覆樹脂層に設けられた開口部が、前記吐出口と異なる面に設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット記録方式に用いる記録液（インク）小滴を発生するためのインクジェット記録ヘッドに関する。

インクジェト記録方式は、記録時における騒音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点、又、高速記録が可能であり、しかも、普通紙に定着可能で、特別な処理を必要とせずに記録が行えるという点で普及している。又、インクジェット記録ヘッドの中で、インク吐出エネルギー発生素子が形成された基体に対して、垂直方向にインク液滴が吐出するものを「サイドシュータ型記録ヘッド」と称し、本発明は、この種のサイドシュータ型記録ヘッドの構造に関するものである。

特許文献１〜３に記載のインクジェット記録ヘッド（図２）は、発熱抵抗体を加熱することで生成した気泡が外気と連通することで、インク液滴を吐出させることを特徴とする。該記録ヘッドにおいては、従来のサイドシュータ型ヘッドの製造方法（例えば、特許文献４では困難であった発熱抵抗体と吐出口面間の距離を短くすることができ、小液滴記録を容易に達成することができ、高精細記録への要求に応えることが可能である。

又、特許文献５に記載のインクジェット記録ヘッド（図３）は、発熱抵抗体１を備えた基板２上に、インク吐出口６を有する被覆樹脂層５を備え、前記発熱抵抗体１とインク吐出口６との間にインク室８を形成し、前記インク室８の両側に前記被覆樹脂層５と同じ物質の樹脂土台１１を埋設した構成となっている。

この構成では、ノズル部の両側に埋設された樹脂土台１１が被覆樹脂層５と同じ物質のため、上記特許文献１〜３で示されているように最終的に樹脂土台１１を除去する必要がなく、被覆樹脂層５に開口部９を設けることなく、被覆樹脂層５の表面を平坦に形成し、且つ、インクジェット記録ヘッドの表面に樹脂で覆われていない領域を作らないようにでき、インク溜まりがなくなり、増粘インクによるインクカスやゴミの発生が抑えられ、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドとすることができる。
特開平４−０１０９４０号公報 特開平４−０１０９４１号公報 特開平４−０１０９４２号公報 特開昭６２−２３４９４１号公報 特開２００４−１８１９０２公報

しかしながら、特許文献１〜３記載の発明によって製造されたインクジェット記録ヘッドでは、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、溶解可能な樹脂層３をインク流路となる形状にパターニングした基板上に、ノズル流路壁１０やインク吐出口６を形成する被覆樹脂層５をスピンコート等により塗布するため、インク流路部６の溶解可能な樹脂層３の段差パターンに沿って形成されてしまい、図２（ｂ）５’のように平坦性がなく、被覆樹脂層５の膜厚に厚い部分と薄い部分とのばらつきが生じる。

このような構造から成る記録ヘッドを使用した場合には、被覆樹脂層５の膜厚の薄い部分での信頼性が悪くなり、印字品位を低下させるだけでなく、クラック等によるヘッドの破損を生じることがある。更に、インク吐出エネルギー発生のための発熱抵抗体１と吐出口面との距離によってインクの吐出量が決定されるので高精細記録の有力な手段の１つである小液滴記録を安定的に行うことは、非常に困難となる。

又、特許文献５記載の発明によって製造されたインクジェット記録ヘッドは、樹脂土台１１の形成を溶解可能な樹脂土台３（ノズル流路部）のとは別工程で形成するため、製造工程数が増え、コストアップや歩留まり低下の原因となる。

そこで、本発明は、被覆樹脂層を平坦に形成し、且つ、ゴミやインクカスの発生が少なく、コスト、歩留まりを上げることなく信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、発熱抵抗体が形成された基板の基板面に対して、垂直方向にインク吐出口よりインク液滴が吐出されるインクジェット記録ヘッドの基板上に、溶解可能な樹脂層により前記吐出口に連通するインク流路を形成するための型材とともに前記型材の周辺の少なくとも一部と所定間隔を開けた前記基板上の位置に土台を形成し、前記型材と土台となるパターン上に平坦な樹脂層を形成した後に、前記型材と土台を構成した溶解可能な樹脂層を全て除去して成るインクジェット記録ヘッドとして、土台となった前記溶解可能な樹脂層を除去するための前記被覆樹脂層に設けられた開口部が、前記吐出口と異なる面に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、インク吐出面となる被覆樹脂層を平坦に形成することにより吐出量を安定にすることができ、印字品位が向上する。又、ゴミやインクカスの発生が少なく、コスト、歩留まりを上げることなく信頼性の高いインクジェット記録ヘッドが実現する。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１（ａ）に本実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面斜視図を、図１（ｂ）に同インクジェット記録ヘッドの端部の斜視図を示す。又、図５にインクジェット記録ヘッドの平面図を示す。

基板２上には発熱抵抗体１と、インク吐出口６を備えた被覆樹脂層５が設けられており、発熱抵抗体１とインク吐出口６とインク流路壁で囲まれたインク室８が設けられている。被覆樹脂層５の内部にはインク室８の近傍に、樹脂土台を除去した後に形成される領域１２が設けられている。基板２にはインク供給口が設けられており、インク室８にインクを供給する。前記樹脂土台を除去した後に形成される領域１２は上記基板端部では図２（ｂ）のように開口部９と連通している。

図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の概略断面図である。

図４（ａ）に示される基板２上に発熱抵抗体（電気熱変換素子）１を所望の個数配置する（図示せず）。次いで発熱抵抗体１を含む基板２上に、溶解可能な樹脂層でインク流路となるパターン３及び土台となるパターン４を形成する。溶解可能な樹脂層は、例えばドライフィルムのラミネート、レジストのスピンコート等による塗布の後、例えば紫外線、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による露光・現像等によりパターン形成すれば良い。

具体的な例としては、ポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化工業（株）社製ＯＤＵＲ−１０１０）をスピンコートにより塗布、乾燥した後、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光により露光、現像することによりパターン形成する。

次に、前記溶解可能な樹脂層３及び４上に図４の（ｂ）に示すように被覆樹脂層５をスピンコート等により形成する。このとき、被覆樹脂層５は溶解可能な樹脂層から成る土台部４が形成されていることにより、インク流路部３の上面は平坦に形成することが可能となる。更に、この被覆樹脂層５にインク吐出口６を形成する（図４の（ｃ））。例えば、紫外線、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光等の露光により形成可能であり、より具体的にはネガ型レジストをスピンコートにより塗布、乾燥後、紫外線によりパターン露光、現像することで形成する。

次に、基板２にインク供給口７を設ける。このインク供給口７は、基板２を化学的にエッチングすることにより形成する。例えば、基板２としてＳｉ基板を用い、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨ等の強アルカリ溶液による異方性エッチングにより形成する（図４の（ｄ））。より具体的な例としては、結晶方位が＜１００＞のＳｉ基板上に形成した熱酸化膜をパターニングし、このＳｉ基板を８０℃に加熱温調したＴＭＡＨ２２％溶液で十数時間エッチングすることにより、インク供給口７を形成する。

続いて、図４の（ｄ）に示すように、溶解可能な樹脂層３をインク吐出口６、インク供給口７から溶出させ、又、溶解可能な樹脂層４を開口部９から溶出させることにより、インク流路、発泡室及び脂土台を除去した後に形成される領域１２が形成される。溶解可能な樹脂層３及び４の除去の方法は、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行った後、現像、乾燥を行えば良く、必要があれば現像の際、超音波浸漬すれば十分である。

本実施の形態では、上記の溶解可能な樹脂層４を除去するための開口部９が被覆樹脂層の吐出口面１３とは異なる面（吐出口面１３と直行している面：側面）に設けられているため、インク室８の周辺の被覆樹脂層５にはインク吐出口６と同一面内にインク吐出口６以外に開口部分又は凹部が存在しない。このため、インク吐出時やヘッド回復動作中に吐出口面１３に付着したインクがこれらの開口部分又は凹部にトラップされず、インク溜りとなることがない。

吐出口周辺に付着したインクは時間とともに蒸発が進み増粘し、ヘッド回復動作やヘッドクリーニング動作時に吐出口内部へ付着したり、ゴミの取り込みが発生し易くなり、インクの不安定吐出や不吐出の原因となる。

上記の通り、本発明では吐出口面１３と同一面に開口部を設けていないため、インク溜まりが発生することがなく、溶解可能な樹脂層４をインク吐出口６、即ちインク流路、インク室８を形成する溶解可能な樹脂層３に十分接近させることが可能となる。又、インク溜まりを少なくするために溶解可能な樹脂層４の幅（インク吐出口面１３と平行な方向）を狭くする必要がないためインク吐出口１３の平坦化が一層向上する。

以上のように、本実施の形態では吐出口面１３の平坦性に優れるだけでなく、安定吐出が可能な信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを実現することができる。

ここで、被覆樹脂層の側面に設けた開口部９は、上記インクジェット記録ヘッドの組み立て工程で接着剤や封止剤で塞ぐことで、インクジェット記録ヘッド組み立て後にインクやゴミの入り込みを防止することができる。

以上の工程によりノズル部が作製された基板２を、ダイシングソー等により分離切断、チップ化し、そして、発熱抵抗体１を駆動するための電気的接合（図示せず）を行った後、インク供給のためのチップタンク部材を接続して、インクジェット記録ヘッドが完成する。

図８は本発明に係るインクジェットプリンタを示す。

図８に示すように、インクジェットプリンタ１２０はインクジェット記録用ヘッド１２１が搭載されたキャリッジ１２２を備えている。キャリッジ１２２は、インクジェットプリンタ１２０に設けられたシャフト１２４に沿って主走査方向（矢印Ｍ方向）に移動する。

又、インクジェットプリンタ１２０には記録用紙１２６を搬送する搬送ローラ１２８が設けられている。記録用紙１２６は搬送ローラ１２８に挟持されて搬送され、副走査方向（矢印Ｓ方向）へ移動する。

インクジェット記録ヘッド１２１にはインクタンク１３０が設けられており、このインクタンク１３０の、記録用紙１２６に対面する側（図８では下側）が、インクジェット記録ヘッド１２１となっている。尚、本実施の形態のインクジェット記録ヘッド１２１では、長手方向が副操作方向と一致し、短手方向が主走査方向と一致しているため、図８においてインクジェット記録ヘッド１２１の長手方向が矢印Ｓで、短手方向が矢印Ｍでそれぞれ示されている。

＜実施の形態２＞
図６には本実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの上面図を示す。本実施の形態に係るインクジェットヘッドの基本的な構成材料や製造方法は前記実施の形態１と同様であるためここでは記述しない。

樹脂土台４（図６）は、パターニングされた溶解可能な樹脂層３の周りを囲むように配され、溶解可能な樹脂層４を除去するための開口部９が被覆樹脂層５のインク供給口７側（被覆樹脂層５とインク室８とが接する面のうち、吐出口が形成されていない面）に設けられている。

本実施の形態における開口部は、前記実施の形態１のように被覆樹脂層５の外周部に露出しているのではなく、内部であるインク供給口７側に設けられている。このため、ヘッド組み工程で接着剤や封止剤で塞ぐ必要がない。

但し、溶解可能な樹脂層４への樹脂除去液の入り込み易さ（除去残り）の観点から複雑な形状や極端に細い形状は好ましくない。仮に溶解可能な樹脂層４の除去残りが発生する場合であっても、図７に示すように開口部９’を前記実施の形態１と同様な位置に設ければ良い。開口部９’により樹脂除去液と溶解可能な樹脂層４の接触面積が大きくなり、除去時間が大幅に短縮される。このとき、開口部９’はヘッド組み工程において接着剤や封止材剤塞ぐ必要がある。

（ａ）は本発明に係るインクジェット記録ヘッドの断面斜視図、（ｂ）は本発明に係るインクジェット記録ヘッドの端部の斜視図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの製造工程の一例を示す模式的断面図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの製造工程の一例を示す模式的断面図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造工程の一例を示す模式的断面図である。 本発明の実施の形態１に係るインクジェット記録ヘッドの平面図である。 本発明の実施の形態２に係るインクジェット記録ヘッドの平面図である。 本発明の実施の形態２に係るインクジェット記録ヘッドの平面図である。 本発明に係るインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェットプリンタの斜視図である。

符号の説明

１ 発熱抵抗体
２ 基板
３ 溶解可能な樹脂層（インク流路部）
４ 溶解可能な樹脂層（土台部）
５ 被覆樹脂層
６ インク吐出口
７ インク供給口
８ インク室
９ 開口部
１０ ノズル流路壁
１１ 樹脂土台
１２ 溶解可能な樹脂層を除去した後の領域
１３ インク吐出口面
１２０ インクジェットプリンタ
１２１ インクジェット記録ヘッド
１２２ キャリッジ
１２４ シャフト
１２６ 記録用紙
１２８ 搬送ローラ
１３０ インクタンク

Claims (6)

1. 発熱抵抗体が形成された基板の基板面に対して、垂直方向にインク吐出口よりインク液滴が吐出されるインクジェット記録ヘッドの基板上に、溶解可能な樹脂層により前記吐出口に連通するインク流路を形成するための型材とともに前記型材の周辺の少なくとも一部と所定間隔を開けた前記基板上の位置に土台を形成し、前記型材と土台となるパターン上に平坦な樹脂層を形成した後に、前記型材と土台を構成した溶解可能な樹脂層を全て除去して成るインクジェット記録ヘッドであって、
   土台となった前記溶解可能な樹脂層を除去するための前記被覆樹脂層に設けられた開口部が、前記吐出口と異なる面に設けられていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記型材を囲むように前記土台を設け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. 前記土台を分割して設けることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記土台の厚みが前記型材の厚みとほぼ同じであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記部材と同一の材料を用いて前記土台を形成することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記樹脂材料の積層を塗布によって行うことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。

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