JPH03207657A - インクジェット記録ヘッド及び該記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インク液滴を飛翔させ被記録媒体に記録を行
なうためのインクジェット記録ヘッド及び該ヘッドの製
造方法に関する。

〔従来の技術〕

この種のインクジェット記録ヘッドは、一般Ｃ微細な吐
出口（以下、オリフィスともいう）、インク液路、及び
インク液路の一部に設けられる吐出エネルギー発生素子
を備えている。

従来、この様な記録ヘッドを製造する方法としては、例
えば、シリコン基板の上にＳｉ０２皮膜を積層し、これ
に吐出エネルギー発生素子およびインク液路壁を形成す
る感光性樹脂をバターニングおよび現像・硬化により形
威する。この後にガラス等よりなる天板を積層し、イン
ク液路およびオリフィスが形成される。

さらに、必要に応じて、ダイアモンドブレード等によっ
て記録ヘッドの前端部を切断，分離することによりオリ
フィスおよび吐出口面の位置等が調整され、所望の大き
さの記録ヘッドが製造される。

第１２図は、記録ヘッドの一従来例を示す斜視図であり
、第１３図は、その平面図である。

また、オリフィスやインク液路の位置を調整する等のた
めの切断，分離は第１５図に示す様な方法により行なわ
れる。

第１２図および第１３図に示す記録ヘッドは、シリコン
基板２上にインク液路壁３および吐出エネルギー発生素
子としての例えば電気熱変換素子７が設けられ、これに
ガラスよりなる天板５が接合されている。これにオリフ
ィスの位置を調整するなどのために、第１５図に示すよ
うにダイアモンドブレードの回転によって記録ヘッド前
端部を切断し、最終的なオリフィスおよび吐出口面を形
成する。

〔発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来例では、オリフィスの形成を最
終的にヘッド先端を切断することによって行なう方法を
とっているため、切断中にダイアモンドブレードの目詰
り等により、切削能力が低下しオリフィス形成部材又は
その周囲の部材に欠けやひび等を発生させることが、し
ばしばあった。

第１４図は、切断によって形成されたオリフィスおよび
その周囲の拡大図である。図中の符号２１はシリコン基
板表面上のｓｉＬＩｌ！の欠けであり、符号２２はイン
ク液路を形成する樹脂層の欠けである。

これらの欠けは、吐出性能を著しく低下させるものであ
る。例えばオリフィスからインク液滴を吐出する時に、
異常なインク濡れを発生させて、インク液滴の吐出方向
を曲げてしまうことがある。この結果、インク液滴の被
記録媒体に対する本来の着弾位置にずれを生じさせ、被
記録媒体に記録された画像の品位が低下することがある
。

また、第１６図および第１７図は、記録ヘッドの他の従
来例を示し、オリフィスを配設したオリフィスプレート
を貼りつけることにより吐出口面を構成するタイプの記
録ヘッドである。

このような記録ヘッドの場合、ヘッド１の正面には、イ
ンク液路に連通ずる開口がオリフィスプレート１１を貼
る前の仮オリフィスとして形成されているものである。

オリフィスプレー｝１１は、オリフィス６を予め開けた
ものを接着剤やネジ等の手段を用いて記録ヘッド先端に
貼りつける。

また、別の方法としては、オリフィス６を予め設けてい
ないオリフィスプレートｌ１を貼りつけた後に、レーザ
ー等の加工手段によりオリフィス６を形成することもあ
る。

しかし、この種の記録ヘッドにおけるオリフィスプレー
ト１１を貼る前の記録ヘッド形威では、インク液路を加
工する際、切断等により液路長さを設定していたため、
その切断時にはインク液路の中に切削粉や、ゴミ等が混
入することがあり、これらによる吐出不良を発生するこ
ともあった。

また、オリフィスプレート１ｌを接着剤を用いて貼りつ
ける場合にはインク液路内に接着剤が入りこみ、インク
液路をつまらせてしまう等の問題点もあった。

さらには、上述した記録ヘッド製造方法は、組立工程や
、検査工程が多いため、結果として装置のコストが高く
つくといった問題点も有していた。

本発明は、記録ヘッドの製造方法において上述した従来
の各問題点が生じないようにするためになされたもので
あり、インク液路に連通ずる吐出口を配設する吐出口面
を、吐出口が形成される前に切断によって形成し、その
後吐出口が形成されるようにすることにより、特に、切
断によって吐出口およびその周囲に生じる欠け等の不良
の発生を防止し、これにより良好な記録を行なうことの
できるインクジェット記録ヘッドおよび該ヘッドの製造
方法を提供することを目的とする。

（ｉ！題を解決するための手段） そのために本発明ではインク液滴を吐出して記録を行な
うインクジェット記録ヘッドの製造方法いおいて前記吐
出のために利用される吐出エネルギーを発生する吐出エ
ネルギー発生素子を具えたインク液路を形成し、該イン
ク液路の先端部における吐出口が未加工の吐出口面を切
断によって形成し、当該形成後、前記吐出口面に吐出口
を形成することにより該吐出口を前記インク液路に連通
させることを特徴とする。

〔作　用〕

以上の構成によれば、インク液路等との距離関係を考慮
しながら、まず吐出口面が切断によって形成され、その
後吐出口が形成されて該吐出口をインク液路に連通させ
ることができ、特に吐出口周囲の欠け等の発生を防止す
ることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は、本発明の一実施例を示すインクジェット記録
ヘッドの斜視図であり、図中、１はインクジェット記録
ヘッド、２は記録ヘッド１を構成するシリコン基板であ
り、電気熱変換素子を配設している。３はシリコン基板
２上に積層された感光性樹脂にパターン露光および現像
・硬化を行なって形成されたインク液路壁、４は感光性
樹脂を露光および現像・硬化させた板、５はガラスより
なる天板である。また、６はインク液滴を形成するため
のオリフィスであり、後述のように後加工により形成さ
れたものである。

第２図は第１図に示した記録ヘッドの平面図であり、図
中、７は発熱素子としての電気熱変換素子であり、イン
クを加熱することにより瞬時に発泡させ、インク液滴を
オリフィス６より吐出させる。８は上記基板１，インク
液路壁３，板４．天板５の各々が層をなして形成される
吐出面、９は電気熱変換素子７を配設し該素子の熱作用
部となるインク液路である。

第３図は、上述した記録ヘッドを製造する際の一次加工
上りの状態の記録ヘッドを示す平面図である。同図に示
すように、インク液路９は感光性樹脂をパターン露光お
よび現像・硬化して形成された液路壁３によって構成さ
れている。この一次加工上りの状態ではインク液路９の
吐出口となる先端側はオリフィス加工がなされていない
．記録ヘッド製造工程の第一次加工としては、インク液
路９の先端のオリフィス加工が施される部分の厚みを一
定（角。）とする。この厚みは、ダイアモンドブレード
等による切断により吐出口面８を形成する際に定められ
る。インク液路先端部の厚みｊｌｏは５〜５０μｍ程度
が望ましいが、インク液路９の幅や、形状に応じて、ｌ
０はこの範囲には限定されない。

次に、二次加工として吐出口面８のインク液路９に対応
しｋ位置にオリフィス６を開け、第２図に示す構成とす
る。オリフィスの穴あけ手段としては、例えばレーザー
光の照射を利用し、オリフィス形状．寸法を規制するマ
スクを介して行なう。

第４図は、レーザー光によるオリフィス加工を示す平面
図である。同図中１は記録ヘッドであ１　０ り、上述したように一次加工上りの状態でオリフィスが
ないものである。３１はオリフィスの形状等を定めるた
めのマスクでオリフィス６と相似形の穴が開いている。

３２はレーザー光線発生装置である。レーザー発生装置
３２から出たレーザー光線３３はマスク３１によってそ
の照射範囲が規制され、オリフィス形状に倣らったレー
ザー光線３４が１組のレンズ３５を介して記録ヘッド１
に照射される。

これにより、記録ヘッド１のインク液路の先端部にオリ
フィスが形成される。

レーザー光を用いたオリフィス加工について更に詳細に
説明する。

レーザー発生装置３２はエキシマレーザー光を発生させ
るものである。すなわち、レーザー光３３は、ハイパワ
ーの紫外光．κｒＦエキシマレーザー光であり、その利
点としては、高強度であること，単色性が良いこと，指
向性があること．短パルス発振ができること，レンズで
集光することで、エネルギー密度を非常に大きくできる
ことなどをあげることができ、これによりオリフィスの
１１ 形状精度や加工面精度を良好なものとすることができる
。エキシマレーザ一発生装置３２は希ガスとハロゲンガ
スの混合気体を放電励起することで、短パルス（１５〜
３５ｎｓ）の紫外光を発振する装置であり、κｒＦレー
ザー，＾ｒＦレーザーがよく用いられる。

本実施例では、ＫｒＦを使用し、発振エネルギーは数１
００ｍＪ／パルス．パルス繰返し周波数は３０〜１００
０Ｈｚで行なった。

エキシマレーザー発生装置３２から射出されたレーザー
光３３はＡＩｔ製のマスク３ｌを通過後、レンズ３５に
よって集光される。集光された、エキシマレーザー光３
４は記録ヘッド１の表面に照射されオリフィスを加工す
る。

オリフィスロ径をφ２５μｍ〜φ４０μｍと変化させた
が、いずれも、精度良く加工でき、オリフイスの周囲の
欠けやひび等の不良はなかった。

また、レーザー光３３を規制するマスク３１を集光レン
ズ３５の後方であって、記録ヘッド１の前方に置いても
、同様な加工ができた（ただし、マスク１　２ は、出来上り寸法と同寸法の穴径が必要）。以上のよう
にして加工された記録ヘッドを用いて記録を行なった結
果、従来の記録ヘッドに比べ、インク液滴の着弾精度が
向上した。

第５図，第６図は、それぞれ本発明の他の実施例に関す
る平面図であり、インク液路先端部の形状を種々変える
ことができることを示すものである。

また、第７．８．９図は、それぞれオリフィスの形状の
他の実施例であり、記録される画像等記録装置の使用目
的に合わせ種々変えることもできるものである。

第ｌθ図は、上述の各実施例により得られた記録ヘッド
を用いて構成可能なインクタンク一体型の記録ヘッドカ
ートリッジを示す。

図中６００は上述の記録ヘッド本体１に隣接して配設さ
れるサブインクタンクであり、このサブインクタンク６
００および上記本体はＭ３００および８００によって支
持される。さらに、ｌ０００はカートリッジ本体、１１
００はカートリッジ本体の蓋部材で１３ ある。カートリッジ本体内部にはインクタンクが内臓さ
れ、サブインクタンク６００に適宜インクを供給する。

さらにこのカートリッジを用いて第１１図のようなイン
クジェットプリンタ、すなわち、ディスポーザブルのカ
ートリッジを用いるインクジェットプリンタを構成する
ことができる。

なお、第１１図において８０は第ｌＯ図に示したカート
リッジであり、このカートリッジ８０は、押え部材８ｌ
によりキャリッジ１５の上に固定されており、これらは
シャフト３ｌに沿って長手力向に往復動可能となってい
る。また、キャリッジｌ５に対する位置決めは、例えば
蓋３００に設けた穴と、キャリッジ１５側に設けたダボ
等により行うことができる。

さらに、電気的接続は配線基板に設けた接続パッドに、
キャリッジ１５上のコネクタを結合させればよい。

記録ヘッドより吐出されたインクは、記録ヘッドと微少
間隔をおいてプラテン１９に記録面を規制された記録媒
体１８に到達し、記録媒体１８上に画像１　４ を形成する。

記録ヘッドには、ケーブル１６およびこれに結合する端
子を介して適宜のデータ供給源より画像データに応じた
吐出信号が供給される。カートリッジ８０は、用いるイ
ンク色等に応じて、１ないし複数個（図では２個）を設
けることができる。

また、第１１図において、１７はキャリツジｌ５をシャ
フト３１に沿って走査させるためのキャリツジモータ、
３２はモータｌ７の駆動力をキャリツジｌ５に伝達する
ワイヤである。また、３０はプラテンローラｌ９に結合
して記録媒体ｌ８を搬送させるためのフィードモータで
ある。

上述の実施例によれば、オリフイスの周囲は、インク液
路壁を構成する感光性樹脂であり、この周囲が同一素材
であるため、インク濡れ性が均一となる。これにより、
インク液滴の吐出方向の偏向を少なくすることができる
。また、撥インク処理をする場合にも同一平面上で同一
素材であるために均一な塗布が可能となり、撥インク処
理剤が１　５ はがれにくくなる。なお、オリフイスを配する吐出口面
に撥インク処理をする際には第１の加工の切断による吐
出口面形成後に行なえば、第２のオリフィス加工時にオ
リフイスに塗布された撥インク処理剤もレーザー加工で
同時に除去されるので、インク液路内への撥インク処理
剤の入りこみがなくなるといった利点もある。

（その他） なお、本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも
バブルジェット方式の記録ヘッド、記録装置において優
れた効果をもたらすものである。

かかる方式によれば記録の高密度化．高精細化が達成で
きるからである。

その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許
第４７２３１２９号明細書，同第４７４０７９６号明細
書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好
ましい。この方式は所謂オンデマンド型．コンティニュ
アス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマ
ンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシ
ートや液路に対応１　６ して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応し
ていて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくと
も１つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換
体に熱エネルギを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に
膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に一対一で
対応した液体（インク）内の気泡を形成できるので有効
である。この気泡の成長．収縮により吐出用開口を介し
て液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの滴を
形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適
切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れ
た液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。こ
のパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３
３５９号明細書．同第４３４５２６２号明細書に記載さ
れているようなものが適している。なお、上記熱作用面
の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４
号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優
れた記録を行うことができる。

記録ヘッドの構戒としては、上述の各明細書に１７ 開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体の組
合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作
用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米
国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許！　４４５
９８００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるもの
である。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通す
るスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示す
る特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧力
波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示する
特開昭５９−　１３８４６１号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、記録を確実に効率よ
く行いつるからである。

さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対応
した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対し
ても本発明は有効に適用できる。

そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合
せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成され
た１個の記録ヘッドとしての構成の１　８ いずれでもよい。加えて、上例のようなシリアルタイプ
のものでも装置本体に装着されることで、装置本体との
電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能Ｃな
る交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あるいは記録
ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

また、本発明に記録装置の構成として設けられる、記録
ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助手段等を付加
することは本発明の効果を一層安定できるので、好まし
いものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッド
に対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧
或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子
或はこれらの組み合わせ（よる予備加熱手段、記録とは
別の吐出を行なう予備吐出モードを行なうことも安定し
た記録を行なうために有効である。

また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数について
も、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けられ
たものの他、記録色や濃度を異に１　９ する複数のインクに対応して複数個数設けられるもので
あってもよい。

さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態と
しては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末
として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写装
置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の形
態を採るものであってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によればインク液路等との距
離関係を考慮しながら、まず吐出口面が切断によって形
成され、その後吐出口が形成されて該吐出口をインク液
路に連通させることができ、特に吐出口周囲の欠け等の
発生を防止することができる。

この結果、吐出口（オリフィス）は常に正しい寸法．形
状で形成されるために、吐出は安定し、インク液滴の着
弾精度が良くなるので、高い画像品位を得ることができ
る。

２　０ また、吐出口面形成の切断時に吐出口が未加工なので切
断時の微粉等が入り込まず、従来の方法で製法した時の
様な吐出口やインク液路のゴミづまりがなくなりヘッド
製造上の検査工程を除くことができ、また、信頼性の高
いヘッドを作ることができる。

さらには、オリフィスプレートを貼りつけるタイプの記
録ヘッドと比較して接着工程がないため、別体のオリフ
ィスプレートを用意しなくて良い等により製造上の不良
がなく、コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例に関するイン
クジェット記録ヘッドの要部を示すそれぞれ斜視図およ
び模式的断面図、 第３図は、本発明の一実施例に関するインクジェット記
録ヘッドの加工途中を示す模式的断面図、 第４図は、本発明の一実施例に関するインク２１ ジェット記録ヘッドのオリフイスをレーザーによって加
工する時の模式的平面図、 第５図および第６図は、本発明の他の実施例に関するイ
ンクジェット記録ヘッドの加工途中の模式的断面図、 第７図〜第９図は、本発明に関するオリフイス形状の他
の実施例を示す模式的正面図、第１０図は、本発明を適
用したインクジェット記録ヘッドを用いて構成される記
録ヘッドカートリッジの模式的斜視図、 第１１図は、第１０図に示した記録ヘッドカートリッジ
を搭載して構成されるインクジェット記録装置の模式的
斜視図、 第１２図および第１３図は、インクジェット記録ヘッド
要部の一従来例を示すそれぞれ模式的斜視図および模式
的断面図、 第１４図は、従来の記録ヘッド加工による不良発生を示
す模式的正面図、 第１５図は、記録ヘッド加工の一工程を示す模式的正面
図、 ２２ 第１６図および第１７図は、インクジェット記録ヘッド
の一従来例を示すそれぞれ模式的斜視図および模式的断
面図である。 １・・・記録ヘッド、 ２・・・シリコン基板、 ３・・・インク液路壁、 ４・・・感光性樹脂板、 ５・・・天板、 ６・・・オリフィス（吐出口）、 ７・・・電気熱変換素子、 ８・・・吐出口面、 ９・・・インク液路、 ３１・・・マスク、 ３２・・・レーザー発生装置、 ３３・・・レーザー光線、 ３４・・・マスクによって規制されたレーザー光線、 ３５・・・レンズ。 ２　３ 第 １ 図 ８０ ｂ 第１０図 ５１ 第１１＠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）インク液滴を吐出して記録を行なうインクジェット
   記録ヘッドの製造方法において 前記吐出のために利用される吐出エネルギーを発生する
   吐出エネルギー発生素子を具えたインク液路を形成し、 該インク液路の先端部における吐出口が未加工の吐出口
   面を切断によって形成し、 当該形成後、前記吐出口面に吐出口を形成することによ
   り該吐出口を前記インク液路に連通させる ことを特徴としたインクジェット記録ヘッドの製造方法
   。 ２）前記吐出口の形成は、レーザー光線を使用して行な
   うことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記
   録ヘッドの製造方法。 ３）前記吐出口面は、感光性樹脂材料で形成され、また
   、前記レーザー光は、エキシマレーザー光であることを
   特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド
   の製造方法。 ４）請求項１ないし３に記載の製造方法によって製造さ
   れたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。