(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒中に色剤を分散させたインク中の、色剤成分を静電力により凝集させて記録媒体上に飛翔させることにより記録を行うインクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記記録媒体に対向して設けられるヘッド基板と、前記ヘッド基板上に設けられ、前記記録媒体に対向したその端面から突出した絶縁樹脂上に金属薄膜が形成された電極と、前記ヘッド基板上の前記電極に隣接して前記インクを供給するガイド部材とで構成されたインクジェット記録ヘッドを製造する方法であって、絶縁基板の第一面上に凹状の溝を設ける工程と、前記凹状の溝が形成された前記第一面上に第一の樹脂膜を形成する工程と、前記第一の樹脂膜上に前記溝の一端面から溝側へ突出するように電極となる金属薄膜を形成する工程と、前記金属薄膜上に第二の樹脂膜を形成する工程と、前記第二の樹脂膜上に前記ガイド部材形成用の金属薄膜を形成する工程と、前記第一の樹脂膜と、第二の樹脂膜を、ドライエッチングで加工する工程と、前記絶縁基板を前記凹状の溝を一端面として切断してヘッドチップに分割する工程と、前記ヘッドチップ上に第三の樹脂膜を形成する工程、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。
【請求項２】
前記第一の樹脂膜がポリイミドフィルムで、膜厚は５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記電極上の金属薄膜が、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｇ、その他の合金であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記電極上の金属薄膜が、高速スパッタ法、蒸着法及び電気めっき法によって形成されることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記電極となる金属薄膜の膜厚は、０.５〜１０μｍであることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記第二の樹脂膜の材質がポリイミドで、膜厚は０．５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記電極の端面からの突出量が１０〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記第三の樹脂膜の膜厚は、０．５〜５μｍであることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載された製造方法によって製造したインクジェットヘッドを搭載することを特徴としたインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶剤中に色剤を分散させたインク中の色剤成分を静電力により凝集させ、記録媒体上に飛翔させて記録を行うためのインクジェット記録ヘッドの製造方法及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータの普及に伴い、インクジェット記録方式を用いたインクジェットプリンタが幅広く利用されている。インクジェットプリンタの特徴としては、インクを飛翔させて印字を行うために記録媒体と非接触であり、騒音が少なく、電子写真プリンタのように現像、定着などの複雑な機構を必要とせずに比較的高品質のカラー記録が可能である等があげられる。
【０００３】
インクジェットプリンタの方式としては様々な方式があるが、代表的なものとして発熱抵抗素子により瞬間的に気泡を発生させ、この気泡の圧力でインクを飛ばすサーマルインクジェット方式や、圧電素子を用いて電気信号を機械振動に変換してインクを飛ばすピエゾ方式等があげられる。これらのインクジェットプリンタでは、いずれもインクはノズルを通して吐出されるためノズルの目詰まり等の問題からラインヘッド等の多ノズル化は難しいという欠点を有していた。
【０００４】
これに対し、特開昭６２−５２８２号では、絶縁性の溶媒中に帯電性の色剤成分（トナー）を分散したインクを電極を配した開口部に導くとともに、対向する記録媒体に近接させて記録媒体と開口部との間に電界を形成することにより、記録液中から色剤成分のみを分離吐出させることにより、画像を形成させる提案がなされている。
【０００５】
上述の飛翔原理に基づく画像形成装置では、従来のインクジェット記録のような飛翔インクを形成するノズルがないため、多ノズル化による高速化が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の帯電した色剤成分を含むインクを用いるインクジェット記録装置も次の様な問題点が存在する。
【０００７】
色剤成分を飛翔させるための電極先端は基板端部より張り出していることが電界強度を強くできるため望ましく、従来のインクジェット記録ヘッドはエッチング加工された金属板等を、ガラス等の剛性のある基板に、電極先端が基板端部より張り出すように貼り付けていた。このような製造方法では、解像度が高々数十ｄｐｉで、電極数が数百本までの小規模の記録ヘッドの製造に適用できるのみであった。これ以上性能の、例えば解像度が３００ｄｐｉ や６００ｄｐｉといった高密度で、ラインヘッドのような電極本数が２０００本以上の記録ヘッドを一括して製造するためには半導体加工プロセスを適用しなければならない。しかしながら電極を半導体加工プロセスで精度良く、高密度に形成するためには、プロセス上電極先端は基板端部より数十ミクロン以上内側に後退していなければならなかった。このような形状の記録ヘッドの場合、電極先端の電界強度は基板が持つ誘電率の為低下し、電極先端から凝集した色剤成分を、溶媒の表面張力に打ち勝ち、対向電極に飛翔させるためには、電極にかなりの高電圧を印加しなければならなかった。しかし電極に必要以上の高電圧を印加すると、印加した電極の外周の電極に向かって色剤成分が移動し、末端部で高濃度になり、その状態が維持されると、最悪には高濃度のインク液面が盛り上がり、盛り上がった部分と対抗電極間距離が近くなるため、ここから色剤成分が飛び出す異常吐出現象を生じる。また色剤成分が長時間このような強電界の下に置かれると、その色剤成分は電極との間で帯電電荷の移動を生じ、帯電が消滅することにより電気力では動かすことが不可能となるため、結果として電極に色剤成分が固着する現象を引き起こす。さらには、基板に供給するインクの供給圧力の変動で電極先端に存在するインクメニスカスが振動し、安定な吐出状態が得られにくいという問題点もあった。
【０００８】
本発明は、静電力でインク中の色剤成分を凝集し、飛翔させて記録するインクジェット記録装置において、色剤成分の飛翔電圧を低電圧化することにより、異常吐出防止とインク中の色剤成分が電極に固着することを防止し、あわせてインク圧力変動に対しても安定して記録を行える高解像度、高集積で、かつ生産性に富んだ、半導体加工プロセスを用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法およびインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤成分を静電力により凝集させて記録媒体上に飛翔させることにより記録を行うインクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記記録媒体に対向して設けられるヘッド基板と、前記ヘッド基板上に設けられ、前記記録媒体に対向したその端面から突出した樹脂上に金属薄膜が形成された電極と、前記ヘッド基板上の前記電極に隣接して前記インクを供給するガイド部材とで構成されたインクジェット記録ヘッドにおいて、 （１）絶縁基板の第一面上に凹状の溝を設ける工程と、（２）前記凹部を含む前記第一面上に第一の樹脂膜を形成する工程と、（３）前記樹脂膜上に前記溝の一端面から溝側へ突出するように電極となる金属薄膜を形成する工程と、（４）前記金属薄膜上に第二の樹脂膜を形成する工程と、（５）前記第二の樹脂膜上に前記ガイド部材形成用の金属薄膜を形成する工程と、（６）前記第一の樹脂膜と、第二の樹脂膜を、ドライエッチングで加工する工程と、（７）前記絶縁基板を前記凹状の溝を一端面として切断してヘッドチップに分割する工程と、（８）前記ヘッドチップ上に第三の樹脂膜を形成する工程、を含む製造工程により達成される。
【００１０】
前記第一の樹脂膜が膜厚５〜１００μｍのポリイミドフィルムであり、第二及び第三の樹脂膜が、前記第二の樹脂膜が膜厚０．５〜１００μｍのポリイミドであり、前記第三の樹脂膜が膜厚０．５〜５μｍのポリイミドであることにより効果的に達成される。
【００１１】
前記電極上の金属薄膜が、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｇ、その他の合金であること、さらに前記金属薄膜の膜厚は、０.５〜１０μｍであること、或いは前記金属薄膜が、高速スパッタ法、蒸着法及び電気めっき法によって形成されることによって効果的に達成される。前記電極の絶縁基板端面からの突出量が１０〜１０００μｍであることによって効果的に達成される。
【００１２】
このように本発明の製造方法では、端面より突出して電極を形成できることで、色剤成分を凝集させて記録媒体上に飛翔させるための駆動電圧の低電圧化が可能となる。また、電極に隣接してガイド部材が形成されるため、インクの供給の高速化が可能となる。
【００１３】
さらに、本発明によるインクジェットヘッドの製造方法によると、高精度の半導体加工プロセスを利用しているため、均一性が良好でばらつきが少なく、同一形状の凸状電極を多数形成したラインヘッドなどのマルチヘッドの実現が容易となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態を表す概略構成図である。図１において、絶縁基板１は例えばガラス基板などである。ガラス基板上には、ポリイミド等の樹脂膜の上に金属薄膜が形成された電極２と、やはりポリイミド膜等の樹脂膜で形成されたガイド部材３が形成されている。インク６は例えば上部のインク流入口７から導入され、外部に露出した電極２の先端部より、対向電極４上に設置された記録媒体５に向け、インク滴８が吐出される。吐出に関与しないインク６は、インク排出口９から排出され、循環機構等により再度インク流入口７に戻される。
【００１６】
図２は、ラインヘッドなどのマルチヘッドを構成した場合の図１の一部を拡大して示す図であり、絶縁基板１上に主走査方向Ｘに沿って複数の電極２が設けられている。また図２にも示されるように本実施形態では電極２の先端は尖鋭となっている。また両側には、ガイド部材３が設置されている。
【００１７】
本実施形態で使用されるインクは６、例えば１０8Ω・cm以上の絶縁性の溶媒中に例えばプラス帯電性の色剤を分散させたものであり、インク流入口７より供給されたインク６は絶縁基板１の端部より、副走査方向Ｙに沿って電極２とガイド部材３の間の隙間を毛管現象によって流れ、先端部へ到達する。
【００１８】
電極２には、駆動回路１０およびバイアス電源１１が接続されている。駆動回路１０は、記録すべき画像信号に応じてオン・オフする例えば５００Ｖのプラス極性の信号パルス電圧を発生し、これがバイアス電源１１から供給される例えばＤＣ１ｋＶのバイアス電圧に重畳され、供給される。すなわち、電極２にはインク６中の色剤の帯電極性と同一極性の電圧が印加される。従って、電極２の先端に達したインク６中の凝集した色剤成分が静電反発力によってインク滴８として射出される。この射出されたインク滴８は、対向して配置された記録媒体５に向けて、記録媒体５の背面に設置された設置電位の対向電極４に引っ張られて飛翔することにより記録媒体５上に画像が記録される。
【００１９】
このように本実施形態のインクジェット記録装置では、インクジェットヘッドにおいて記録媒体５に対向するヘッド先端が絶縁基板１より突出しているため低電圧での駆動が可能となる。
【００２０】
また電極２に隣接してガイド部材３が形成されているので、ヘッド先端部に毛管現象によりインク６が供給されるため、容易に安定してインク層が形成され高性能、高品質のインクジェット記録装置を実現することができる。
【００２１】
次に、本実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法について説明する。図３は、本実施形態の製造方法の工程を示したものである。
（１）の工程
洗浄された例えば厚さ１.１mmのガラス基板１２上に凹状の溝を形成する。溝の形成方法としてはダイシングソーを用い、溝の幅は最終的な電極２の突出量の１.５倍程度とし、溝の深さは２００μmとした。
【００２２】
（２）の工程
前記ガラス基板１２に前記第一の樹脂膜としてポリイミドフィルム１４をラミネートにより貼り付ける。ラミネート条件としては、２５０℃に加熱したガラス基板１２上に、２００℃、３kg／cm2のロールによってポリイミドフィルム１４をラミネートする。本実施例で用いたポリイミドフィルム１４は、１５μmのポリイミド層と接着剤としての２μmの熱可塑性ポリイミド層の２層からなるフィルムで、トータル厚さ１７μmのものである。ポリイミドフィルムは耐溶剤性が良好で、電気絶縁性に優れ、誘電率も低いので、インク中の色剤成分に静電力を作用させて色剤粒子を含むインク滴を記録媒体に向けて飛翔させることにより記録を行うインクジェット記録装置の記録ヘッドに最適な材料であり、またドライエッチング性も良好なため本考案の製造方法に最適である。
【００２３】
厚さが薄いポリイミドフィルム１４をガラス基板１２にラミネートすると溝が形成された部分で大きく変形し、後行程の電極形成に支障となるので、最低厚さは５μｍは必要であった。
【００２４】
逆に厚さが厚いポリイミドフィルム１４をガラス基板１２にラミネートすると、ポリイミドとガラスの線膨張係数の違いによりラミネート後、剥離が発生しやすく、ラインヘッドのような長尺ヘッドには適用できないことが分かった。従ってポリイミドフィルム１４の厚さは好ましくは５〜１００μｍであり、より好ましくは５〜５０μｍである。接着剤としてエポキシ系、フェノール系を用いたポリイミドフィルムを用いても良い。
【００２５】
（３）の工程
前記ガラス基板１２上に金属薄膜を高速スパッタ法により形成し、フォトエッチングにて電極２を形成する。本実施例では、アルミ薄膜１５を２μm形成し、パターニングを行った。アルミのエッチング液としては、燐酸：硝酸：酢酸：水＝１６：２：１：１の組成のエッチャントを使用した。また露光の際には、工程（１）で形成したガラス基板１２上の溝１３の一端面を基準として電極２の先端が２００μm突出するように位置合わせを行った。
【００２６】
金属膜を高速スパッタ法、蒸着法及び電気めっき法で形成することで、Cu, Cr, Ni, Al, Au, Ti, Ta, Ag, その他合金等の中から例えば耐食性、耐エレクトロマイグレーションの良好な性質を示すもの、安価なものといった目的に応じた材料を自由に選択することができ、かつ半導体加工プロセスを用いることができるため高解像度，高密度実装のラインヘッドを容易に形成することができた。
【００２７】
金属膜の膜厚はポリイミドフィルム１４との密着性確保のため最低０.５μｍは必要である。また、半導体加工プロセスによるパターニングの解像度を確保するためには５μｍ以下の膜厚が望ましい。従って金属膜の膜厚は好ましくは０．５〜１０μｍであり、より好ましくは０．５〜５μｍである。
【００２８】
（４）の工程
前記ガラス基板１２上に、前記第二の樹脂膜としてワニス状のポリイミドｂ１６をスピンコートにて塗布し、キュアを行う。本実施例では、５０cPのポリイミドを２０００回転／分の回転数でスピンコート後、最終キュア温度３５０℃で膜厚を１０μmとした。ポリイミドｂ１６をスピンコートにて塗布する場合、最低膜厚はピンホール防止のため０．５μｍは必要であり、最大膜厚は（２）の工程と同じ理由で１００μｍである。したがってポリイミドｂ１６の厚さは好ましくは０．５〜１００μｍであり、より好ましくは１〜５０μｍである。なお、工程（２）と同様任意の厚さのポリイミド及び樹脂フィルムを貼付しても良い。
【００２９】
（５）の工程
前記ガラス基板１２上に金属薄膜をスパッタ法にて形成し、フォトエッチングによってガイド部材形成用マスク１７を形成する。本実施例では、アルミを１μm形成したが、金属薄膜の代わりに耐ドライエッチ性を有するＳｉ系レジストをスピンコートによって塗布しても良い。また金属薄膜の形成には蒸着や電気めっき等の手法を用いても何等問題はない。
【００３０】
（６）の工程
前記（５）の工程を終了したガラス基板１２のポリイミド膜を酸素プラズマによるドライエッチングで加工を行う。電極２下部のポリイミドフィルム１４およびガイド部材３の側面を垂直に加工するためにはＥＣＲタイプの様に、イオン源等から酸素プラズマを引き出してガラス基板１２に対してプラズマを垂直に照射することの出来るドライエッチング装置が適している。ここで電極２の先端部は工程（１）の溝１３の一端面より２００μm突出した状態で形成される。
【００３１】
電極２の溝１３の一端面からの突出量は、位置合わせ精度から最低１０μｍ以上必要である。電極２の突出量が１０００μm以上になると、電極２を構成する金属薄膜とポリイミドフィルム１４の線膨張係数の違いにより製造工程途中で電極２のそり,曲がり等で不良が発生し易く、また電極２の構造的強度も低下するため加工後の取り扱いに非常な注意を有するといった不具合を生じる。従って電極２の端面からの突出量は好ましくは１０〜１０００μmであり、より好ましくは１００から５００μmである。
【００３２】
（７）の工程
前記ガラス基板１２の溝１３の中心に一致させて裏側に切断溝１８を形成する。さらに規定の寸法に切断溝を形成し、最終的にヘッドチップに分割する。
【００３３】
（８）の工程
前記分割されたヘッドチップ表面に、電極２表面のインク濡れ性改善のために前記第三の樹脂膜としてワニス状のポリイミドｃ１９をスピンコートによって約１μm全面塗布し、キュアを行い、ヘッドチップ基板が完成する。
【００３４】
ポリイミドｃ１９をスピンコートにて塗布する場合（４）の工程の理由と同様、最低膜厚はピンホール防止のため０．５μｍは必要である。ポリイミドｃ１９の膜厚が５μｍ以上であると電極２先端のポリイミドｃ１９の膜厚のばらつきも大きくなり、結果として電極２先端の電界強度がばらつくため、色剤成分を凝集させて記録媒体上に飛翔させるための駆動電圧が不安定な記録ヘッドとなった。従ってポリイミドｃ１９の膜厚は好ましくは０．５〜５μｍであり、より好ましくは１から３μmである。
【００３５】
このように実施形態に係るインクジェットヘッドはガラス基板１２上の溝１３を基準として半導体プロセスで用いられるフォトエッチングによって電極等のパターニングを行い、積層して形成されるため位置合わせが容易であり、かつ高解像度の電極配置が可能となり、高性能、高精細のラインヘッドを搭載したインクジェット記録装置を実現できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によればヘッド基板端面から、樹脂膜上に金属薄膜が形成された尖鋭な先端を有する電極と、隣接したガイド部材を突出させて形成することにより、低電圧での駆動が可能となり、かつ安定したインクの供給も可能となる。
【００３７】
また本発明によるインクジェット記録ヘッドの製造方法によれば、絶縁基板上に形成された溝を基準として半導体加工プロセスを用いて電極、ガイド部材の位置合わせおよびパターニングを行い、さらに積層したフィルムをドライエッチングで同時に加工することが可能である。従って、電極を多数個ならべた高密度、高解像度を有するラインヘッドを、容易にかつ安価で製作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置の概略構成図である。
【図２】  同実施形態に係るインクジェットヘッドの主要部の構成を示す斜視図である。
【図３】  同実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を説明するための図である。
【符号の説明】
１：絶縁基板、  ２：薄膜電極、  ３：ガイド部材、  ４：対向電極、  ５：記録媒体、  ６：インク、 ７：インク流入口、  ８：インク滴、  ９：インク排出口、  １０：駆動回路、   １１：バイアス電源、 １２：ガラス基板、  １３：溝、  １４：ポリイミドフィルム、  １５：アルミ薄膜、 １６：ポリイミド膜ｂ、  １７：ガイド部材形成用マスク、  １８：切断溝、  １９：ポリイミド膜ｃ。
【図１】
0003726995.tif 000002
【図２】
0003726995.tif 000003
【図３】
0003726995.tif 000004