JP2007261169A - 液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 サイドシューター型液体噴射ヘッドにおいて、インク吐出口周囲に設けた被覆樹脂層（ＣＲ材）開口部からの剥がれ対策。
【解決手段】 オリフィスプレートを形成する被覆樹脂層１０２にインク吐出口１０４及びインク吐出口列にほぼ平行である開口部１０５を設けて応力集中による剥がれの発生を防止する。
【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インク小滴を発生するための液体噴射ヘッドに関する。

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。

液体噴射ヘッドの中で、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液体噴射ヘッドの構造に関する
ものである。特開平４−１０９４０号公報、特開平４−１０９４１号公報、特開平４−１０９４２号公報に記載の液体噴射ヘッドは、発熱抵抗体を加熱することにより生成した気泡を外気と連通させることにより、インク液滴を吐出させることを特徴とする。これらの液体噴射ヘッドにおいては、従来のサイドシュータ型ヘッドの製造方法（例えば特開昭６２−２３４９４１号明細書）では困難であったインク吐出エネルギー発生素子とオリフィス間の距離を短くすることおよび小液滴記録を容易に達成することができ、近年の高精細記録への要求に答えることが可能である。

近年、プリンターの出力速度の向上が益々要求されている。これは、コンピューターの処理速度が向上したことや、より高精彩の画像を出力する為インク滴を微小にし、より高密度のインク滴密度が要求される事にも関係している。また、大判プリンターやネットワークにつながれたプリンターでは、その要求はさらに顕著である。プリンターの出力速度を向上させる方法として、時間当りのインク滴発生数、すなわち、インク吐出周波数を向上することと、インク吐出口の数を増やす事の二つによって達成される。通常は、この両方を行う事でより高速出力を可能としている。インク吐出口の数を増やす事はノズル数が増えることであり、液体噴射ヘッドの長尺化につながる。

上記した発明の液体噴射ヘッドは、たとえば、本出願人より提示された特開平１１−１３８８１７号広報で示される方法により製造可能である。上記した発明には、従来の製造方法とともに、オリフィスプレートの膜厚均一性を保つ為、溶解可能な樹脂層でインク流路のパターンの外周部に土台となるパターンを形成する手法が開示されている。この場合、土台となる樹脂の熱変形温度が１１０℃であるため、土台形成以降の硬化工程中などでのこの温度を超える加熱により、オリフィスプレート部を変形、破損させる可能性がある。よって、この土台パターンを除去する為、インク流路外周に開口部が形成される。

この製造方法について、図４（ａ）〜（ｄ）及び図５（ａ）〜（ｄ）を用いて簡単に説明する。図４および図５の（ａ）に示される様に、発熱抵抗体（電気熱変換素子）等のインク吐出エネルギー発生素子４０２、５０２を所望の個数配置した基板４０１、５０１上に、溶解可能な樹脂層でインク流路となるパターン４０３、５０３を形成する。図５では、同時に後に形成される開口部の土台となるパターン５０３'を形成している。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・現像などによりパターン形成すればよい。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上に図４および図５の（ｂ）に示すように被覆樹脂層４０４、５０４をスピンコート等により形成する。図５においては、被覆樹脂層５０４は、溶解可能な樹脂層からなる土台部５０３'が形成されていることにより、インク流路部５０３の上面はより平坦に形成可能である。さらにこの被覆樹脂層にインク吐出口４０５、５０５を形成する（図４および図５の（ｃ））。

インク流路周囲の開口部４０６、５０６はこのインク吐出口を形成するのと同時に又は異時に形成される。図５のように溶解可能な樹脂層により土台部が形成されている場合には、この開口部は土台部と同じ位置に形成される。

インク吐出口および開口部の形成は、例えば紫外線、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光などの露光により、形成可能である。より具体的には、ネガ型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４０１、５０１にインク供給口４０７、５０７を形成する。このインク供給口は、基板を化学的にエッチングすることにより形成する。例えば基板としてＳｉ基板を用い、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨなど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、５の（ｄ））。より具体的な例としては、結晶方位が＜１１０＞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、インク供給口を形成する。インク供給口の形成はインク流路パターンおよび土台部となるパターンの形成（図４、５の（ａ））、またはインク吐出口の形成（図４、５の（ｃ））前に行うことも可能である。

続いて図４、５の（ｄ）に示すように、溶解可能な樹脂層４０３、５０３および５０３'を、インク吐出口、インク供給口および開口部から溶出させることにより、インク流路および発泡室が形成される。溶解可能な樹脂層４０３、５０３および５０３'の除去の方法は、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行った後、溶解、乾燥を行えばよく、必要があれば溶解の際、超音波処理すればより確実に短時間で行える。

以上の工程によりノズル部が作製された基板を、ダイシングソーなどにより分離切断、チップ化し、そしてインク吐出圧発生素子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等の部材を接続して、インクジェットヘッドが完成する。

インク供給口周囲に開口部を設ける理由は、以下のことを避ける為である。

一つに、インク吐出口や電気的接続以外の全てを被覆樹脂で覆ってしまうのでは、被覆樹脂層の硬化や、温度変化により生じる応力により、基板の変形が生じたり、応力が被覆樹脂の端部、すなわちインク流路壁に集中してしまい、基板との間で剥れが生じることを避ける為。（特に土台となった溶解可能な樹脂層を残したままだと、熱による変形が激しくなる。）また、インク吐出口周囲のみ被覆樹脂層を残し、その外側の被覆樹脂層を全て無くしてしまうのは、基板表面が剥き出しとなってしまう為、液体噴射ヘッドを実装する際、あるいはプリンターに装着して使用しているときに、基板表面に傷が付き不良が発生する可能性がある為。これらを回避する為、インク吐出口周囲に開口部を設け、土台となった溶解可能な樹脂層を除去し、被覆樹脂層のインク流路壁にかかる応力をできるだけ小さくすると共に基板表面を傷から守る事を両立させている。

図６は、従来の液体噴射ヘッドを上面から見た模式図である。６０１は基板、６０２は被覆樹脂層、６０４はインク吐出口列、６０５は開口部、６０３はインク供給口である。ここで示す液体噴射ヘッドは、インク吐出口列がインク供給口の両側に１列づつ配置されている。

このようにして製造された液体噴射ヘッドの、インク流路周囲に形成された開口部によってできる独立した被覆樹脂層のコーナー部６０６、６０７において、液体噴射ヘッドの長尺化に伴い、被覆樹脂層に剥れが生じる可能性があるという事が種々の加速試験により明らかになった。これは、液体噴射ヘッドの独立した被覆樹脂層の応力がコーナー部に集中するためであり、コーナー部を起点に剥がれが生じている。また、被覆樹脂層の厚さが厚いものほど応力が大きく、より発生しやすいということも明らかになった。
特開平４−１０９４０号公報 特開平４−１０９４１号公報 特開平４−１０９４２号公報 特開昭６２−２３４９４１号公報 特開平１１−１３８８１７号公報

本発明は上記の諸点に鑑み先願の改良のために成されたものであって、信頼性の高い、サイドシューター型液体噴射ヘッドを提供することを目的としている。

複数の発熱体を有する基板面に対して略垂直方向に複数のインク吐出口列よりインク液滴が吐出される液体噴射ヘッドであって、オリフィスプレートを形成する被覆樹脂層にインク吐出口及びインク吐出口列にほぼ平行である開口部を設けたことを特徴とする液体噴射ヘッドである。

実施例１〜３のヘッドに電気的接続を施し、インクタンクを接続し、インクジェットヘッドを作成した。これらに温湿度サイクル試験を行ったところ、被覆樹脂層の開口部の剥れは全く発生しないか、発生しても極わずかであり実質問題とならないレベルであった。印字も試験前後で何ら変化は認められず良好な印字を持続した。温湿度サイクル試験は以下の様に行った。相対湿度９５％を保ったまま、温度２５℃より６５℃まで２時間３０分かけて等速度で昇温、６５℃に３時間保持、２５℃まで２時間３０分かけて等速度で降温した後、再度、温度２５℃より６５℃まで２時間３０分かけて等速度で昇温、６５℃に３時間保持、２５℃まで２時間３０分かけて等速度で降温、２５℃で１時間３０分保持した後、相対湿度０％温度−１０℃で３時間３０分保持したのち、２５℃９５％で３時間保持することを１サイクルとし、これを１０サイクル行った。

比較として図６に示す従来の液体噴射ヘッドを同様に温湿度サイクル試験を行ったところ開口部の縁部より被覆樹脂層の剥れが発生、ノズル流路まで達するものもあり、これらは印字も薄いものしか得られなかった。

本発明は、記録紙の全幅にわたり同時に記録ができるフルラインタイプの液体噴射ヘッドとして、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液体噴射ヘッドにも有効である。

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挙げることができる。即ち、被服樹脂層の剥れが発生しない、もしくは発生しても実質的に問題とならないレベルに収まるので、信頼性の高い、安定的に吐出が維持できる液体噴射ヘッドを提供することが可能となる。

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。なお、本発明を実現する為の液体噴射ヘッドの製造方法については、前記した方法を適用可能であるが、製造方法により本発明が限定される事はない。

図１は、本発明の実施例の一つである。１０１は基板、１０２は被覆樹脂層、１０３は裏面より形成されたインク供給口、１０４はノズル列、１０５は被覆樹脂層の開口部を示す。従来、ノズル列の周囲を囲むように設けられた被覆樹脂層の開口部１０５について、ノズル列と垂直な部分の開口部をなくし、ノズル列とほぼ平行な部分にのみ開口部を形成した。被覆樹脂層の開口部をパターニングする際のマスクを変えれば容易に形成可能である。従来と比較すると、被覆樹脂層の独立部がなくなっている。つまり、被覆樹脂層のコーナー部がなくなることで、応力集中を防ぎ、剥がれにくいものとした。

図２は、本発明の他の実施例である。ノズル列と平行に被覆樹脂層の開口部を設けるとともに、開口部の縁部の形状を複数の山部、谷部を設けた、いわゆるギザギザ形状にした。被覆樹脂層の開口部をパターニングする際のマスクを変えれば容易に形成可能である。例えば、図２'に示すように、点Ｘに作用する応力Ｆ(２０６)は２０７と２０８に分解される。このうち、点Ｘにおいて、被覆樹脂層を剥がそうとする力ＰはＦsinθである。ここで、θ≠９０°なので、sinθ＜１である。よって、Ｐ＜Ｆとなり、縁部に働く応力を小さいものとしている。よって、被覆樹脂層開口部の縁部からの剥がれに対しても剥がれにくいものとした。

図３は、本発明の他の実施例を示すものである。ノズル列と平行に被覆樹脂層の開口部を設けるとともに、開口部の幅が基板面から被覆樹脂層表面に向け広がる階段形状にした。実施例１で完成させた被覆樹脂層開口部にダイシングソーでハーフカットすることで、形成可能である。被覆樹脂層開口部の縁部に働く応力を厚さを少なくすることで、応力を低下させている。こうすることで、被覆樹脂層開口部の縁部からの剥がれに対しても剥がれにくいものとした。

本発明の液体噴射ヘッドの模式的図である。 本発明の他の実施例を示す液体噴射ヘッドの模式的図である。 本発明の他の実施例を示す液体噴射ヘッドの模式的図である。 従来の液体噴射ヘッドの製造工程を示す模式的断面図である。 従来の液体噴射ヘッドの製造工程を示す模式的断面図である。 従来の液体噴射ヘッドの模式的図である。

符号の説明

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１ 基板
４０２、５０２ インク吐出エネルギー発生素子
４０３、５０３ 溶解可能な樹脂層（インク流路部）
５０３' 溶解可能な樹脂層（土台部）
１０２、２０２、３０２、４０４、５０４、６０２ 被覆樹脂層（オリフィスプレート）
１０４、２０４、３０４、４０５、５０５、６０４ インク吐出口もしくはインク吐出口列
１０５、２０５、３０５、４０６、５０６、６０５ 開口部
１０３、２０３、３０３、４０７、５０７、６０３ インク供給口
２０６ 応力
２０７ 開口部の縁部の接線方向に働く応力成分
２０８ 開口部の縁部の直角に働く応力成分（剥がそうとする力）
６０６、６０７ 被覆樹脂層コーナー部

Claims (3)

1. 複数の発熱体を有する基板面に対して略垂直方向に複数のインク吐出口列よりインク液滴が吐出される液体噴射ヘッドであって、オリフィスプレートを形成する被覆樹脂層にインク吐出口及びインク吐出口列にほぼ平行である開口部を設けたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. インク吐出口列にほぼ平行である開口部の縁部の形状が複数の山部、谷部を有する、いわゆるギザギザ形状であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. インク吐出口列にほぼ平行である開口部の縁部の形状が基板面から被覆樹脂層表面に向け、開口幅が広がる階段形状であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。

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