JPH04193544A - 液体噴射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】 第１図は、本発明によって製造されたラインプリンター
用液体噴射記録ヘッドの一態様を示す斜視図である。こ
の液体噴射記録ヘッドは、多数のオリフィス４を有し、
このオリフィス４から吐出されるインクによって記録を
行なうものである。

第２図〜第６図は、第１図に示した液体噴射記録ヘッド
を製造するための本発明の方法の一態様例における各工
程を示す図である。以下、これらの図面を参照しつつ本
発明の詳細な説明する。

第２図は、吐出エネルギー発生素子を備えた基板を示す
斜視図である。この吐出エネルギー発生素子６は、基板
１の液路形成予定部位に対応する部分に設けられている
。この基板１には、例えばガラス、シリコーンウェハ等
を用いることができ、また吐８エネルギー発生素子６に
は、例えば圧電素子、発熱素子などを用いることができ
る。

次に、第３図に示すように、基板１上に液路形成予定部
位およびその全ての液路と連接する共通の液室形成予定
部位に溶解除去可能な固体層７をパターン形成する（工
程（ａ））。この固体Ｎ７としては、例えばナフトキノ
ンシアシト誘導体とオルソクレゾールノボラック樹脂を
主成分とするポジ型レジスト材料、あるいはポジ型ドラ
イフィルムレジストなどを用いることができる。固体層
７のパターン形成は、例えばフォトリソグラフィーによ
って厚さ２０μｍ〜１００μｍ、液路中１５μｍ〜１０
０μｍの程度にパターン形成することにより行なう。ま
た、固体層７は、そのパターン形成後に任意の溶媒等に
よって溶解除去できるものであれば、それ以外の化学的
性質は特に限定されないので、ポジ型の化学反応形態は
５＞ずれであっても良い。なお、液室形成予定部位への
固体層７の形成は必ずしも必要というものではなく、例
えば作製しようとするヘッドの種類、引き続く加工工程
などに応じて、形成するかどうか選択すればよい。

次に、第４図に示すように、固体層７が形成された基板
１の面に活性エネルギー線硬化性材料を被覆する（工程
（ｂ））。この活性エネルギー線硬化性材料２は、液路
の構成材であるので、基板との接着性、機械的強度、耐
薬品性の優れた物質を選ぶことが望ましい。また、この
硬化性材料２は、固定層７上に被覆したときに固体層７
を容易に溶解するものであってはならない。以上の点を
考慮しつつ、活性エネルギー線に対する反応基および骨
格構造を選択し、活性エネルギー線硬化性材料２として
用いる材料を選定すればよい。具体的には、例えばラジ
カル重合型、カチオン重合型、付加重合型または架橋型
等の紫外線硬化可能な液状樹脂ならびに電子ビームによ
って重合または架橋可能な液状樹脂等を用いることがで
きる。また、その硬化性材料２の被覆方法としては、塗
布等の方法を用いることができる。

次に、第５図に示すように、活性エネルギー線硬化性材
料層２上に、液室形成予定部位に凹部を有しスペース部
材９を挿入した天板３を設け（工程（Ｃ））、その後活
性エネルギー線１０を天板３上方から液室形成予定部位
以外の部分に照射し該液室形成予定部位以外の活性エネ
ルギー線硬化性材料層２を硬化させる（工程（ｄ））。

ここでは活性エネルギー線の選択的照射を天板３に黒塗
りしたマスク８によって実現している。即ち図中に示し
たマスク８の黒塗りの部分が活性エネルギー線を透過し
ない部分であり、黒塗り部以外が活性エネルギー線を透
過する部分である。

ここで、天板３を積層するに際しては、活性エネルギー
線硬化性材料層を所要の厚さにするべく、例えば天板と
基板の間にスペーサーを設けたり、天板３の端部に凸部
を設ける等の工夫をしてもよい。この活性エネルギー線
ｌＯの照射により、該照射部分の活性エネルギー線硬化
性材料か硬化して硬化樹脂層が形成されるとともに、該
硬化によって基板１と天板３の接合も行なわれる。

上記スペース部材は天板と活性エネルギー線硬化性材料
層との間に間隙を確保し、該層の硬化処理後、非硬化部
分の溶剤等を用いた溶解除去の際、溶剤の侵入、溶解し
た硬化性材料の流出を促進し効率的に液室な形成させる
ものである。この機能を達成しえるものであれば形状、
材質等に制限はないが、例えば基板１を破損しないよう
な、テフロンチューブ、シリコンチューブ、多孔質チュ
ーブ等のチューブ類、又はテフロン球、シリコン球など
球面体等を用いえる。即ち、液室形成部位の未硬化樹脂
に空間を与えられ、かつ簡単に除却可能なものであれば
何れも用いえる。太きさとしては、液室の最も小さいデ
メンジョンの寸法よりも小さいものであり、例えば第５
図における液室の予定寸法がｔｌ、Ｏｘ１．Ｏｘ２５０
闘であれば直径が０．１〜０．９ｍｍ程度のチューブ、
又は球面体を用いるとよい。チューブの場合は天板を活
性エネルギー線硬化性材料層上に設ける際に該硬化性材
料層の液室予定部位上にのせてから天板を設けてもよい
し、天板を設けた後天板の液室予定部位に　。

挿入してもよい。球面体の場合は、天板を活性エネルギ
ー線硬化性材料層上に設ける際に該硬化性材料層の液室
予定部位上にのせてから天板を設ければよい。

このスペース部材を用いることによって、活性エネルギ
ー線硬化性材料の非硬化物を短時間で適当な溶媒を用い
て除去することができ、又該溶媒の使用量も比較的少量
ですむようになる。更に、液室予定部位に空間を確保で
きるので液室の形状を比較的自由に設定でき、又高粘度
の活性エネルギー線硬化性材料の使用も可能となる。高
粘度の活性エネルギー線硬化性材料としては、粘度５０
００〜２００００ｃｐｓ程度のエポキシ樹脂、アクリル
樹脂等を挙げることができ、これらを用いた記録ヘッド
では機械的強度、耐薬品性等の向上が図れる。

活性エネルギー線としては、紫外線、電子線、可視光線
等が利用できるが、基板を透過させての露光であるので
紫外線、可視光線が好ましく、また重合速度の面から紫
外線が最も適している。紫外線の線源としては、高圧水
銀灯、超高圧水銀灯、ハロゲンランプ、キセノンランプ
、メタルハライドランプ、カーボンアーク等のエネルギ
ー密度の高い光源が好ましく用いられる。光源からの光
線は、平行性が高く、熱の発生が少ないもの程精度の良
い加工が行なえるが、印刷製版ないしプリント配線板加
工あるいは光硬化型塗料の硬化に一般に用いられている
紫外線光源であれば概ね利用可能である。

活性エネルギー線の遮断層８としては、特に紫外線もし
くは可視光線を用いる場合、単に液室形成部位に黒イン
クの印刷もしくはシールを貼りつける等が挙げられ、そ
の他、メタルマスク、銀塩エマルジョンマスク、ジアゾ
マスク等を天板３上に積層して用いてもかまわない。

次いで、活性エネルギー線を照射した上記積層体から、
スペース部材９を除去することにより未硬化樹脂に空間
を設けることで、未硬化樹脂を溶解除去しやすくするこ
とにより除去液にて溶解除去する（工程（ｅ））。スペ
ース部材がチューブ状の場合は抜きとればよく、又球面
体の場合は流洗浄あるいは加圧等により除去すればよい
。

未硬化樹脂の除去液としては、例えば活性エネルギー線
硬化性材料２を溶解し得る有機溶剤あるいは水を主体と
する液体混合物などを用いることができる。また、共通
の液室形成予定部位の固定層７を上記除去と同時に溶解
除去することが工程上簡易であり、好ましい。本発明者
達の知見によれば、上述の除去処理、共通の液室形成予
定部位およびそこに接する部分の固体層７は溶解除去可
能であるが、微細な液路形成予定部位内の固体層７は溶
解除去し雛い。後述するように、このことは後工程で液
路の内壁に影響をあたえないという点で有利に作用する
。

第６図は、活性エネルギー線硬化性材料の非硬化部分お
よび共通の液室形成予定部位の面体層を除去液にて溶解
除去した状態を示す斜視図である。この時点では、液路
形成予定部位内には固体層７がまだ充填されている。

次に、上記接合体のオリフィス４を有する面を切断、研
摩し、吐出エネルギー発生素子６からオリフィス４まで
の距離を正確な所定の距離にし、かつ平滑なオリフィス
表面に仕上げる。次に撥インク処理、金属の蒸着等のメ
タライジング処理等を行なう。以上のような研摩および
他の処理工程を行なう際には、液路内は固体層７が充填
されており、その研摩および他の処理は液路の内壁に影
響を与えることがない。なお、必要ならば、他の部分の
切断を行なってもよいし、必要がなければ上記研摩およ
び他の処理を行なわなくともよい。

また、上記切断には、例えば半導体製造用の精密切断装
置などを用いることが好ましい。

液路内に充填されている固体層７を溶解除去し、その内
部を洗浄することによって、液路を完成する（工程（ｆ
））。固体層７の溶解除去および洗浄としては、例えば
有機溶剤やアルカリ水溶液に浸漬して超音波洗浄槽中で
処理することにより、短時間に完了させることができる
。

以上説明した本発明の方法により、第１図に示した液体
噴射記録ヘッドを得ることができる。

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ト、記録装置に於いて、優れた
効果をもたらすものである。

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なうものが
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一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ーを発生せしめ、記
録ヘッドの熱作用面に膜沸騰させて、結果的にこの駆動
信号に一対一対応し液体（インク）内の気泡を形成出来
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
一つの滴を形成する。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なわれるので、特に
応答性に優れた液体（インク）の吐８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４４６３３５９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。尚、上
記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３
１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると
、更に優れた記録を行なうことができる。

記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示され
ているような吐出口、液路、電気熱変換体の組み合わせ
構成（直線状液液路又は直角液液路）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、米国特許第４４５９６００
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年１２３６７０号公報や熱エネルギーの圧力波を吸
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年第１３８４６１号公報に基づいた構成としても本
発明は有効である。

更に、記録装置が記録できる最大記録媒体の幅に対応し
た長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドとしては
、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッ
ドの組み合わせによって、その長さを満たす構成や一体
的に形成された一個の記録ヘッドとしての構成のいずれ
でも良いが、本発明は、上述した効果を一層有効に発揮
することができる。

加えて、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になる
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
録ヘッドの製造においても本発明は有効である。

又、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
本発明により得られる記録ヘット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
、記録ヘットに対しての、キャビング手段、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による予備加熱手
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。

更に、記録装置のｇ己録モードとしては黒色等の主流色
のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に
構成するか複数個の組み合わせによってでもよいが、異
なる色の複色カラー又は、混色によるフルカラーの少な
くとも一つを備えた装置における記録ヘッドにおいても
本発明は極めて有効である。

以上の説明においては、インクを液体として説明してい
るが、室温やそれ以下で固化するインクであって、室温
で軟化もしくは液体となるもの、或いは、インクジェッ
トにおいて一般的に行なわれている温度調整の温度範囲
である３０℃以上７０℃以下の温度範囲で軟化もしくは
液体となるものでもよい。すなわち、使用記録信号付与
時にインクが液状をなすものであれば良い。加えて、積
極的に熱エネルギーによる昇温をインクの固形状態から
液体状態への態度化のエネルギーとして使用せしめるこ
とで防止するか又は、インクの蒸発防止を目的として放
置状態で固化するインクを用いるかして、いずれにして
も熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってインク
が液化してインク液状として吐出するものや記録媒体に
到達する時点ではすでに固化し始めるもの等のような、
熱エネルギーによって初めて液化する性質のインク使用
も本発明には適用可能である。このような場合インクは
、特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６［１
−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート
凹部又は貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換体に対して対向するような形態としても
良い。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。

第７図は上記処理のための機構を具えたインクジェット
記録装置ＩＪＲＡの一例を示す外観斜視図である。

図において、２０はプラテン２４上に送紙されてきた記
録紙の記録面に対向してインク吐出を行なうノズル群を
具えたインクジェットヘッドカートリッジ（ＩＪＣ）で
ある。１６はＩＪＣ２０を保持するキャリッジＨＣであ
り、駆動モータ１７の駆動力を伝達する駆動ベルト１８
の一部と連結し、互いに平行に配設された２本のガイド
シャフト１９Ａおよび１９Ｂと摺動可能とすることによ
り、Ｉ　ＪＣ２０の記録紙の全幅にわたる往復移動が可
能となる。

２６はヘッド回復装置であり、ＩＪＣ２０の移動経路の
一端、例えばホームポジションと対向する位置に配設さ
れる。伝動機構２３を介したモータ２２の駆動力によっ
て、ヘット回復装置２６を動作せしめ、ＩＪＣ２０のキ
ャッピングを行なう。このヘット回復装置２６のキャッ
プ部２６ＡによるＩＪＣ２０へのキャッピングに関連さ
せて、ヘッド回復装置２６内に設けた適宜の吸引手段に
よるインク吸引もしくはＩＪＣ２０へのインク供給経路
に設けた適宜の加圧手段によるインク圧送を行ない、イ
ンクを吐出口より強制的に排出させることによりノズル
内の増粘インクを除去する等の吐出回復処理を行なう。

また、記録終了時等にキャッピングを施すことによりＩ
ＪＣが保護される。

３０はヘッド回復装置２６の側面に配設され、シリコン
ゴムで形成されるワイピング部材としてのブレードであ
る。ブレード３０はプレート保持部材３０Ａにカンチレ
バー形態で保持され、ヘッド回復装置２６と同様、モー
タ２２および伝動機構２３によって動作し、ＩＪＣ２０
の吐出面との係合が可能となる。これにより、Ｉ　ＪＣ
２０の記録動作における適切なタイミングで、あるいは
ヘッド回復装置２６を用いた吐出回復処理後に、ブレー
ド３０をＩＪＣ２０の移動経路中に突出させ、ＩＪＣ２
０の移動動作に伴なってＩＪＣ２０の吐出面における結
露、濡れあるいは塵埃等をふきとる。

［実施例コ 以下、実施例を示し本発明を説明する。

第２図乃至第５図に示した製作手順に準じて第１図の構
成の液体噴射記録ヘットを作製した。

〔尚、これらの図では便宜上オリフィス面を形成したも
のを示している。） まず、硬土酸系ガラス７０５９　（コーニング■製）よ
り成る基板上面に吐出エネルギー発生素子６としてＨｆ
Ｂ２薄膜ヒータを成膜バターニングし、ＡＩを配線材料
として用いた発熱素子付基板を作成した（第２図）。こ
の基板上面にポジ型ドライフィルムｒＯＺＡＴＥｃ　Ｒ
２２５Ｊ　（ヘキスト社製）を用い、液路形成予定部位
および液室形成予定部位に固体層７を形成した（第３図
）。なお液路ピッチは１４０μｍ、液路幅は４０μｍ液
路高さは２５μｍ、液路数は１．５００とした。

上記同様の操作手順で、上記同様の固体層を積層した基
板を合計６個作製した後肢、固体層が形成されている基
板のそれぞれに、第１表に示す液状の活性エネルギー線
硬化性材料を塗布した。操作手順は以下のように行った
。

第１表のイ、口の活性エネルギー線硬化性材料のぞれぞ
れを触媒１．５部と混合し、真空ポンプを用いて脱泡し
た。その後、上記脱泡した２種の活性エネルギー線硬化
性材料のそれぞれを前記固体層７が積層されている基板
ｌのそれぞれにアプリケータを用いて該基板の上面から
７０μｍの厚さに塗布した（第４図）。

次に、これら２種の活性エネルギー線硬化性材料を塗布
した基板のそれぞれに、長さ２５０ｍｍ、厚さ３ｍｍで
、液室形成予定部位に深さ１ｍｍ、幅１ｍｍの凹部をも
つ天板としての７０５９ガラス（コーニング側製）に、
黒インクでマスキング８を行い、０．８部ｍｍのシリコ
ンチューブ９を装入して後、液室形成予定部位の位置を
合わせて積層した（第５図）。

次に、上記天板の上方から平行度の高い紫外線照射装置
であるｒＮＥＰ−３６０」（ウシオ・コーチツク■製）
によって、紫外線を６　Ｊ／ｃｍ２照射した。照射後直
ちにシリコンチューブを取り除き、１．１．１゜トリク
ロルエタン３００ｍ１（通常は１，５００　ｍｌを要す
）にて加圧による除去を９０秒行ない、非硬化部を除去
した。非硬化部の除去は天板の凹部にシリコンチューブ
を挿入していたため、容易であった。この時液室形成予
定部位および液路内の固体層は除去されなかった。

次に半導体用ウェハー切断装置を用いて発熱素子先端か
らオリフィスの方向に１００μｍの位置を切断した。切
断後、その基板をエタノール中に浸漬し、超音波洗浄処
理して固体層をすべて溶解除去し、かつ液路内を洗浄し
、液路およびオリフィスを完成した（第６図）。

このようにして作製された６個の液体噴射記録ヘッドの
液室中には、いずれの場合にも、非硬化の活性エネルギ
ー線硬化性材料の残渣は全く存在せず精度よく液室が形
成されていた。更に、これら液体噴射記録ヘットを記録
装置に装着し、純水／グリセリン／ダイレクトブラック
１５４（水溶性黒色染料）＝６５／３０１５　（重量部
）から成るインクジェットインクを用いて記録を行なっ
たところ、安定な印字が可能であった。

第１表 ［発明の効果］ 以上に説明した本発明によってもたらされる効果として
は、作業面では、活性エネルギー線硬化性材料の非硬化
物が、短時間に少量の除去液で容易に除去でき、さらに
、精度よく液室を形成でき、液室の形状については、比
較的自在に設計することが可能となり、又、活性エネル
ギー線硬化性材料の選択においては、高粘度材料等選択
の幅が広がり、結果として、記録液との相互影響が少な
く、機械的強度や耐薬品性に優れた液体噴射記録ヘッド
を容易に得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によって製造されたラインプリンター用
液体噴射記録ヘットの一態様を示す模式第２図〜第６図
は、第１図に示した液体噴射記録ヘッドを製造するため
の方法の一態様における各工程を示す模式図であり、第
２図及び第３図は本発明における工程（ａ）、第４図は
同工程（ｂ）、第５図は同工程（ｃ）　、　（ｄ）　、
第６図は同工程（ｅ）。 （ｆ）を示し、第７図は、本発明により得られた記録ヘ
ッドを組み込んだインクジェット記録装置（ＩＪＲＡ）
の概略図を示す。 １・・・基板、２・・・活性エネルギー線効果性材料・
３・・・天板、４・・・オリフィス、５・・・液室、６
・・・吐出エネルギー発生素子、７・・・固体層、８・
・・活性エネルギー遮断層、９・・・スペース部材、１
０・・・活性エネルギー線、２０・・・インクジェット
ヘッドカートリッジ（ＩＪＣＬ２４・・・プラテン、１
６・・・キャリッジＨＣ，１７・・・駆動モータ、１８
・・・駆動ベルト、１９Ａ、Ｂ・・・ガイドシャフト、
２６・・・ヘッド回復装置、２３・・・伝動機構、２２
・・・モータ、２６Ａ・・・チャツプ部、３０・・・ブ
レード、３０Ａ・・・ブレード保持材 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）液体噴射記録ヘッドの製造方法であって、下記（ａ
   ）〜（ｆ）工程を包含することを特徴とする前記製造方
   法。 （ａ）液体を吐出するために利用されるエネルギーを発
   生するエネルギー発生素子が設けられた基板上の少なく
   とも液路形成予定部位に、溶解除去可能な固体層を設け
   る工程、 （ｂ）前記固体層が設けられた基板上に、活性エネルギ
   ー線硬化性材料を被覆する工程、（ｃ）液室形成予定部
   位に凹部を有する天板の前記凹部にスペース部材を挿入
   した状態で、前記天板を前記活性エネルギー線硬化性材
   料上に設ける工程、 （ｄ）前記活性エネルギー線硬化性材料の液室形成予定
   部位以外の部分を、前記天板の上方から活性エネルギー
   線を照射することにより、硬化させる工程、 （ｅ）前記凹部に挿入したスペース部材を取り除き、前
   記活性エネルギー線硬化性材料の液室形成予定部位の非
   硬化部分を溶解除去して液室を形成する工程、 （ｆ）前記基板上に設けられた前記固体層を溶解除去す
   る工程、 ２）前記工程（ｃ）におけるスペース部材がチューブ状
   である請求項１に記載の液体噴射記録ヘッドの製造方法
   。 ３）前記エネルギー発生素子が前記エネルギーとして熱
   エネルギーを発生する電気熱変換体である請求項１に記
   載の液体噴射記録ヘッドの製造方法。