JPH0911478A - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクジェット記録装置のサイドシュータ型
インクジェット記録ヘッドにおいて、基板１へのインク
供給口４形成過程においても、切削屑などのゴミ等が発
生してノズル部が目詰まりを生じ、インクの吐出不良を
生ずる等の原因を解消するこの種の記録ヘッドの製造方
法を提供する。 【構成】 このため、インク吐出エネルギー発生素子が
形成された基板１上に、少なくとも、（１）インク供給
口４を形成する工程と、この供給口４の壁部に保護膜層
３を形成する工程とを含み、前記保護膜層が前記インク
吐出エネルギー発生素子上の保護膜層を兼ねるようにし
た製造方法を採用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体噴射（以下、“イ
ンクジェット”という）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の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のインクジェット記録方式は、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、また高速記録が可能であり、しかも、いわ
ゆる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、ここ数年、急速に普及しつつあ
る。

【０００３】また、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インク供給に関するものであ
る。

【０００４】このサイドシュータ型記録ヘッドにおいて
は、インク液滴吐出のためのインク供給は、インク吐出
エネルギー発生素子が形成された基体（基板）に貫通口
を設けることで行うことを特徴としている。この貫通口
は、サンドブラスト加工、超音波加工、ＹＡＧレーザ加
工などの手段により、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形成することが可能である。

【０００５】図３（ａ）〜（ｄ）に、従来のこの種のサ
イドシュータ型のインクジェット記録ヘッドのインク供
給形態の基本的な模式図を示す。インク供給のための開
口部４（以下、“インク供給口”と呼ぶ）を予め基板１
上に設けておき、基板１の後方（図の下方）よりインク
を供給する形態である。

【０００６】図３（ａ）において、インク吐出エネルギ
ー発生素子２が形成された基板１上に、吐出エネルギー
発生素子２の耐用性の向上を目的として、保護層等の各
種の機能層３（以下、“保護膜”と呼ぶ）を設ける（図
３（ｂ））。次にインク供給口４を、ドリル等の機械的
手段やレーザ等の光エネルギーなどにより設け（図３
（ｃ））、その後、感光性被膜樹脂層などのノズル形成
材料５によりインク吐出口６を形成する。更にこのイン
ク供給口４を通じて基板１の裏面に設けたインクあるい
はインク供給部材（図示せず）によって、インク吐出エ
ネルギー発生素子２上にインクを供給する手法が一般的
である。

【０００７】しかしながら、以上のような機械的加工方
法では、インク吐出エネルギー発生素子が形成された基
体面上、あるいは貫通口壁面に、貫通口加工時の残渣
（切削ゴミおよびマイクロクラック等）が発生すること
は避けられない。すなわち、前記手法においては、 （１）基板１上へのインク供給口４形成過程において、
切削屑などのゴミが発生する。

【０００８】（２）また、基板１としてシリコンを含ん
だ材料を用いた時、インクにアルカリ成分を含有したも
のを使用した場合に、インク供給口部４からアルカリに
よりシリコンの一部が溶出する。

【０００９】というような問題が発生する。この場合、
（１）により、ノズル部６が目詰まりを起こし、インク
が曲がって吐出したり、時に全く吐出しなくなるなど
の、吐出不良の原因となり得る。また（２）により、イ
ンク吐出のための電気熱変換体の焦げの一因となり、イ
ンク吐出が非常に不安定となる。

【００１０】ただし、前記貫通口形成後に超音波洗浄、
ハイプレッシャー洗浄等の手段を用いて、前記ゴミを除
去することは可能であるが、インクジェット記録ヘッド
として使用中に、マイクロクラックから発生するゴミま
でを、完全に除去することは実質的に困難である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な局面に鑑みてなされたもので、インク供給口壁部を保
護膜層で被膜することにより、この種のゴミの発生を回
避し、インク流路及び吐出口の目詰まりを最小限に抑制
して、信頼性が高く、かつ小液滴記録が可能なインクジ
ェット記録ヘッドの製造方法の提供を目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、インク吐出エネルギー発生素子が形成された基体
上に、少なくとも（１）インク供給のための貫通口を形
成する工程と、（２）前記貫通口壁部に保護膜層を形成
する工程とを含むことを特徴とするインクジェット記録
ヘッドの製造方法により、前記目的を達成しようとする
ものである。

【００１３】

【作用】以上のような本発明に係る製造方法により、前
記基体にインク供給口穴開けを行った後に、インク吐出
エネルギー発生素子の保護膜層を被覆することにより、
インク供給口穴開け時に発生する切削屑などのゴミによ
るノズル部の目詰まりをなくし、信頼性の極めて高いイ
ンクジェット記録ヘッドを製造することができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明に係る実施態
様例を詳細に説明する：図１（ａ）〜（ｄ）は、一実施
例の基本的な態様を示すための模式図である。

【００１５】まず本実施態様においては、例えば図１
（ａ）に示されるような基板（基体）１上には、電気熱
変換素子あるいは圧電素子等の液体吐出エネルギー発生
素子２が所望の個数配置される。

【００１６】次に図１（ｂ）に示すように、基板１にイ
ンク供給口４を設ける。このインク供給口４の形成にお
いては、基板１に穴を形成できる手段であれば何れの方
法も使用できる。例えばドリルや超音波加工等、機械的
手段にて形成してもよく、またレーザ等の光エネルギー
を使用しても差支えない。

【００１７】続いて図１（ｃ）に示すように、基板１上
にインク吐出エネルギー発生素子２の耐用性の向上を目
的として保護膜３を被覆させる。このとき前記従来例
（図３）とは異なり、基板１上には既にインク供給口４
を設けてあるため、保護膜３はインク供給口４の内壁、
あるいは被覆手段によっては、基板１のインク吐出エネ
ルギー発生素子２が形成されていない側の面（図１
（ｃ）の下側の面（以下、“基板の裏面”と呼ぶ）にま
で被覆させることが可能である。

【００１８】保護膜層３としては、ＳｉＯ₂ 等の無機酸
化物やＳｉ₃ Ｎ₄ 等の無機窒化物などの耐インク性の良
いもの、あるいはＴａ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｃｒなどのキャビ
テーション作用からのショックを吸収し得る金属材料な
ど、従来から使用されているもので良い。また保護膜層
３を被覆させる手法としては、従来から一般的に行われ
ている手法で充分であり、蒸着法、スパッタング法、Ｃ
ＶＤ法、ディッピング法等の手法により達成される。イ
ンク供給口４の内壁上、及び基板１の裏面上の保護膜
は、インク吐出エキネルギー発生素子２上のように厳密
な膜厚制御は必要とせず、インク供給口４の内壁を覆っ
ていれば充分である。

【００１９】このように保護膜３によりインク供給口４
の内壁も被覆することから、保護膜３はインク吐出エネ
ルギー発生素子２の耐用性の向上のみならず、インク供
給口４加工時の残渣及びマイクロクラックの発生を回避
できる。また保護膜３が基板１の裏面をも覆っていれ
ば、この面におけるアルカリ含有インクによるシリコン
の溶出も、回避可能となる。

【００２０】次に図１（ｄ）に示すように、吐出エネル
ギー発生素子２及び保護膜３が形成された基板１上に、
インク流路及びインク吐出口６を作製する。これらイン
ク流路及びインク吐出口６の作製は従来から行われてい
る手法で充分であり、例えば本出願人提出の特願平４−
１４４５０２号に示されているような手法でよい。その
内容を以下に簡潔に示す。

【００２１】まず、吐出エネルギー発生素子２及び保護
膜３が形成された基板１に、溶解可能な樹脂にてインク
流路パターンを形成する。次いでこのインク流路をパタ
ーニングした溶解可能な樹脂材料層５上に、更にノズル
形成材料を通常のスピンコート法、ロールコート法等で
形成する。次にこのノズル形成材料５上に耐プラズマ性
を有する金属や金属酸化膜にてインク吐出口のマスクパ
ターンを形成し、このマスクを介して、Ｏ₂ プラズマエ
ッチングを行いインク吐出口を形成する。

【００２２】続いて切断工程を経た後、インク流路を形
成する溶解可能な樹脂パターンを現像する。このような
切断工程時には液室内に樹脂パターンが残存しているた
め、切断時に発生するゴミが入り込まない。

【００２３】このようにして形成したインク流路及びイ
ンク吐出口６を形成した基板１（図１（ｄ））に対し
て、インク供給のための部材及びインク吐出エネルギー
発生素子２を駆動するための不図示の電気的接合を行っ
て、液体記録噴射記録ヘッドが完成する。

【００２４】本発明は、液体噴射記録の中でもバブルジ
ェット方式の記録ヘッドに於て優れた効果をもたらし、
特に特開平４−１０９４０号公報、特開平４−１０９４
１号公報、特開平４−１０９４２号公報等に記載の方法
の記録ヘッドに最適である。これら各公報は、インク吐
出エネルギー発生素子（電気熱変換素子）に、記録情報
に対応した駆動信号を印加し、電気熱変換素子にインク
の核沸騰を越える急激な温度上昇を与える熱エネルギー
を発生させ、インク内に気泡を形成させ、この気泡を外
気と連通させてインク液滴を吐出させるもので、インク
液滴の体積や速度を安定化し、高品位な画像を得ること
ができる。

【００２５】また本実施例は、記録紙の全幅の亘り同時
に記録ができるフルラインタイプの記録ヘッドとして、
さらには記録ヘッドを一体的に、あるいは複数個組み合
わせたカラー記録ヘッドにも有効である。

【００２６】また本実施例による記録ヘッドは、インク
が液体でなくとも、ある温度以上で液化する固体インク
にも好適に適用される。

【００２７】以下に、本発明を、さらに具体的な第１〜
第３の実施例についてそれぞれ説明する： （実施例１）第１の実施例１では、前述の図１（ａ）〜
（ｄ）に示した手順に従ってインクジェット記録ヘッド
を作製した。

【００２８】まず吐出エネルギー発生素子としての電気
熱変換素子２（材質ＨｆＢ₂ から成るヒータ）を形成し
た基板１（図１（ａ））上に超音波加工によりインク供
給のための貫通口４を形成した（図１（ｂ））。

【００２９】次にＳｉＯ₂ 系被覆形成用塗布膜であるＯ
ＣＤ（商品名、東京応化工業（株）社製）ディッピング
法より基板１上（表面、図の上方）に０．２μｍ厚に成
膜した。なお、この成膜条件は、ＳｉＯ₂ 濃度及び引き
上げ速度の設定により容易に制御可能である。またＯＣ
Ｄは、前述のようにＳｉＯ₂ 系材料であることから、耐
インク性も非常に良い。一方この時、インク供給口４の
貫通口壁部及び基板１の裏面にも充分に成膜されていた
（図１（ｃ））。

【００３０】次いでインク流路及びインク吐出口６の形
成工程に移る。まず基板１上にポジ型ドライフィルムを
ラミネートし、インク流路を形成した。さらにこのレジ
ストをベーク後、インク流路パターンのパターン露光を
行った。

【００３１】次に、このレジスト膜上にノズル形成材５
となる樹脂を被覆する。そしてこの被覆樹脂層５上に、
Ｏ₂ プラズマでのエッチングマスクとなるインク吐出口
パターンを耐プラズマ性を有する金属あるいは金属酸化
膜にて成膜し、Ｏ₂ ブラズマエッチングによりインク吐
出口を形成した。

【００３２】続いてインク流路パターンを形成するポジ
型レジストを溶出し、最後に、インク供給口４に不図示
のインク供給部材を接着して、このインクジェット記録
ヘッドが完成する。

【００３３】このようにして作製したインクジェット記
録ヘッドを記録装置に装着し、純水／ジエチレングリコ
ール／イソプロピルアルコール酢酸リチウム／黒色染料
フードブラック２＝７９．４／１５／３／０．１／２．
５から成るインクを用いて記録を行ったところ、得られ
た印字物（記録）は高品位なものであった。また、問題
点のゴミの発生は、全く認められなかった。

【００３４】（実施例２）次に第２の実施例２では、前
記実施例１と同様、図１（ａ）〜（ｄ）に示す手順に従
ってインクジェット記録ヘッドを作製した。

【００３５】まず吐出エネルギー発生素子としての電気
熱変換素子２（材質ＨｆＢ₂ からなるヒータ）を形成し
た基板１（図１（ａ））上に超音波加工によりインク供
給のための貫通口４を形成した（図１（ｂ））。

【００３６】次にＳｉＯ₂ 薄膜コーティング剤であるＳ
ＣＧ（商品名、東京応化工業（株）社製）をディッピン
グ法より基板１上（表面、図の上方）に０．２μｍ厚に
成膜した。なお、この成膜条件は、ＳｉＯ₂ 濃度及び引
き上げ速度の設定により容易に制御可能である。またＳ
ＣＧは耐インク性も非常に良い。一方この時、インク供
給口４の貫通口壁部及び基板１の裏面にも充分に成膜さ
れていた（図１（ｃ））。（ここまでの工程は前記実施
例１における手法と同様である。） 続いて、キャビテーション作用のショックを吸収する目
的で、Ｔａ（タンタル）の０．５μｍスパッタによりＴ
ａ層を基板１上に積層する。これは、電気熱変換体２の
寿命を格段に延ばす効果がある。また一方で、保護膜３
を上述のように２層とすることで、電気熱変換体２など
の角部のカバレッジを稼ぐことができる。

【００３７】次いでインク流路およびインク吐出口６
を、前記実施例１に記載の手法と同手法により作製す
る。

【００３８】このようにして作製したインクジェット記
録ヘッドを記録装置に装着し、純水／ジエチレングリコ
ール／イソプロピルアルコール酢酸リチウム／黒色染料
フードブラック２＝７９．４／１５／３／０．１／２．
５から成るインクを用いて記録を行ったところ、得られ
た印字物は高品位なものであった。

【００３９】なお、前記インクはインク吐出口６部のイ
ンク固着を防止する目的で、保湿剤として尿素を添加し
ている。尿素は経時的に分解し、インクは弱アルカリ性
を呈する。ここでこのインクジェット記録ヘッドのイン
ク供給口４後部は、全て保護膜３により覆われているた
めに、弱アルカリインク中へのシリコンの溶出は全く認
められず、溶出シリコンによる焦げも防止することがで
きた。

【００４０】さらに、問題点のゴミの発生は全く認めら
れなかった。

【００４１】（実施例３）第３の実施例３では、図２
（ａ）〜（ｄ）に示す手順に従ってインクジェット記録
ヘッドを作製した。

【００４２】まず吐出エネルギー発生素子としての電気
熱変換素子２（材質ＨｆＢ₂ から成るヒータ）を形成し
た基板１（図２（ａ））上にブラストマスクを設置し、
サンドブラスト加工によりインク供給のためのインク供
給口４を形成した（図２（ｂ））。

【００４３】ここでインク吐出口６とインク供給口４と
の間の距離は、インク吐出の際のリフィル周波数に大き
く影響するため、インク供給口４の形成は、可能な限り
インク吐出口６部（即ち電気熱変換素子２部）に近付
け、高精度に行う必要がある。このためサンドブラスト
加工は、基板１の表面（図の上方）側から行うことにな
る。この場合、サンドブラスト加工の特徴から貫通口内
にテーパが付き、穴明けを進めるにつれてその径が小さ
くなっていく（図２（ｂ））。

【００４４】次にＳｉＯ₂ のスパッタ層をハイレートス
パッタにより基板１上に２．２μｍ堆積させ、さらにＴ
ａの０．５μｍスパッタによりＴａ層を基板１上に積層
した（図２（ｃ））。このとき上述の貫通口内のテーパ
により、貫通口壁部にもＳｉＯ₂ 層およびＴａ層が充分
に成膜された。また前記実施例２と同様、保護膜３が２
層に成膜されることから、カバレッジも充分であった。

【００４５】次いでインク流路及びインク吐出口６を、
前記実施例１に記載の手法と同手法により作製する。

【００４６】このようにして作製したインクジェット記
録ヘッドを記録装置に装着し、純水／ジエチレングリコ
ール／イソプロピルアルコール酢酸リチウム／黒色染料
フードブラック２＝７９．４／１５／３／０．１／２．
５から成るインクを用いて記録を行ったところ、得られ
た印字物は高品位なものであった。また、問題点のゴミ
の発生は、全く認められなかった。

【００４７】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、以下のような効果を上げることができる： （１）サンドブラスト加工、超音波加工等の機械的手段
により形成したインク供給口においても、ゴミの発生は
全く認められない。

【００４８】（２）アルカリ成分含有のインクを用いた
場合でも、シリコン基板からのシリコンの溶出は全く認
められない。

【００４９】上記（１），（２）項により、信頼性の高
い、高品位な印字可能なインクジェット記録ヘッドを得
ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１及び２のインク供給形態の模式図

【図２】 実施例３のインク供給形態の模式図

【図３】 従来例のインク供給形態の模式図

【符号の説明】

１ 基板（基体） ２ インク吐出エネルギー発生素子 ３ 保護膜層 ４ インク供給口（貫口部、開口部） ５ 感光性被覆樹脂層（ノズル形成材料） ６ インク吐出口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク吐出エネルギー発生素子が形成さ
   れた基体上に、少なくとも（１）インク供給のための貫
   通口を形成する工程と、（２）前記貫通口壁部に保護膜
   層を形成する工程とを含む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。
2. 【請求項２】 インク吐出エネルギー発生素子が形成さ
   れた基体上に、少なくとも（１）インク供給のための貫
   通口を形成する工程と、（２）前記貫通口壁部に保護膜
   層を形成する工程とを含み、前記保護膜層が前記インク
   吐出エネルギー発生素子上の保護膜層を兼ねることを特
   徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製
   造方法。
3. 【請求項３】 インク吐出エネルギー発生素子が形成さ
   れた基体上に、少なくとも（１）インク供給のための貫
   通口を形成する工程と、（２）前記貫通口壁部に保護膜
   層を形成する工程とを含み、前記保護膜層がＴａ（タン
   タル）を含むことを特徴とする請求項１，２のいずれか
   に記載のインクジェットヘッドの製造方法。