(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にインク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を形成する工程、該基板上にインクを吐出する吐出口が配設される吐出口配設部材を配する工程、該吐出口配設部材に吐出口を形成する工程、前記吐出口配設部材の前記吐出口が配設された面の吐出口近傍に少なくとも一つの凹部を形成する工程、及び前記凹部を含めて前記面上に撥水性部材を配置する工程を有し、前記吐出口配設部材が、ネガ型感光性樹脂によって形成され、該ネガ型感光性樹脂の限界解像度以下のパターン転写によって前記基板の面までは貫通しない前記凹部を形成し、前記吐出口を形成する工程と前記凹部を形成する工程とが同一マスクを使用して行われることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記撥水性部材を、ソルベントコートによって前記吐出口配設部材上に形成す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】
前記撥水性部材を、フレキソ印刷によって前記吐出口配設部材上に形成す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】
前記撥水性部材が、感光性樹脂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５】
前記エネルギー発生素子が、電気エネルギーを与えることによって発熱し、インクに状態変化を生ぜしめて吐出を行わせるための電気熱変換体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録に用いるインク液滴を発生するためのインクジェットヘッドの製造方法に関する。特に、本発明は、長期の使用に対し印字品位の劣化が少ないインクジェットヘッドを歩留まり良く製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクジェットヘッドの吐出口表面の表面処理については様々な提案がなされている。その多くは、撥水処理に関するもので、即ち、吐出口表面に撥水処理を施して吐出口表面のインクに対する濡れ性を小さくすることによって、インク液滴の吐出方向を安定化させて、高品位な印字を行うことを目的とするものである。
【０００３】
しかしながら、撥水処理の効果の持続性／耐久性については十分なものではなかった。即ち、インクジェットヘッドのクリーニング時などにヘッド表面をブレード部材でワイピングするために、撥水性部材が磨耗することに起因する印字品位の劣化が認められた。
【０００４】
さらに、吐出口形成後に撥水処理を施す場合、吐出口内に一部でも撥水性部材が入り込むと、印字不良を起こし、従来技術の方法ではその生産性は高いものではなかった。
【０００５】
図１０は、従来のインクジェットヘッドのノズル部断面図であり、インク吐出圧力発生素子２が形成された基板１上に、吐出口配設部材３及び撥水性部材４が形成されている。このインクジェットヘッドを長期に使用すると、前述のごとくブレード部材によるワイピングで撥水性部材４が磨耗し、図１１に示す様に、非撥水面（ノズル面）が露出し、その部分がインクに対し濡れることにより吐出液滴の方向性が乱れ、結果的に印字品位が低下する場合があった。
【０００６】
無論、撥水性部材をあらかじめ厚めに設定すれば耐磨耗性は向上するが、撥水性部材は、表面張力の小さい物質で構成されており、厚膜化することは困難である。
【０００７】
また、テフロン粒子含有のＮｉ共析メッキ等の手法で撥水性部材を厚膜化することは可能であるが、メッキによる撥水性部材の形成のため吐出口配設部材が金属に限定されるなどの制約が大きい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記諸点に鑑みなされたものであって、吐出口配設部材のインク吐出口が形成される表面の一部に凹部を形成し、前記凹部に撥水性部材が配置されるように形成することで、耐久性の高いインクジェットヘッドを提供するに際して、吐出口形成後に撥水処理を施す場合に、吐出口内部への撥水性部材の入り込みが極めて少なく、生産性の高いインクジェットヘッドの製造方法を提供するものでもある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、基板上にインク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を形成する工程、該基板上にインクを吐出する吐出口が配設される吐出口配設部材を配する工程、該吐出口配設部材に吐出口を形成する工程、前記吐出口配設部材の前記吐出口が配設された面の吐出口近傍に少なくとも一つの凹部を形成する工程、及び前記凹部を含めて前記面上に撥水性部材を配置する工程を有し、前記吐出口配設部材が、ネガ型感光性樹脂によって形成され、該ネガ型感光性樹脂の限界解像度以下のパターン転写によって前記基板の面までは貫通しない前記凹部を形成し、前記吐出口を形成する工程と前記凹部を形成する工程とが同一マスクを使用して行われることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法によって達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１に、本発明の一実施形態になるインクジェットヘッドの概略断面図を示す。ここで吐出口配設部材３表面は、吐出口１０の周辺に凹部５を有し、撥水性部材４が埋め込まれるように配置されている。このヘッドを長期に使用した場合、撥水性部材４の磨耗は生じるが、凹部に埋め込まれた撥水性部材は残存し（図２参照）、少なくとも吐出口周辺部は撥水性を保っておりインクに濡れることがないため印字品位の劣化を抑えることができる。
【００１４】
更に、撥水性部材をフレキソ印刷等の手法で吐出口配設部材表面に転写する際に、図１のように吐出口周辺に凹部が形成されているノズルを用いると歩留まりが向上することが見出された。つまり、図１２に示すように、表面がフラットに形成さたノズルに対してフレキソ印刷のような撥水性部材を溶剤に溶かして転写する方法を用いた場合には、吐出口内部に撥水性部材が入り込み、不良が発生する場合がある。
【００１５】
一方、ノズル表面の吐出口周囲に凹部が形成されている場合、撥水性部材の印刷の際に凹部が液溜りとなり、吐出口内部への撥水性部材の入り込みを防ぎ、歩留まりよく安定的に生産できることが見出された。
【００１６】
次に、ノズル表面の吐出口周囲に凹部を形成する方法について述べる。
【００１７】
吐出口配設部材が樹脂で成形される場合、成形型に凸部形状を配置すれば可能である。また、吐出口配設部材形成後に、エキシマレーザー等で、彫り込み加工を施すことも可能である。
【００１８】
しかしながら、本発明に最も適した方法は、吐出口配設部材にネガ型感光性樹脂を用い、前記感光性樹脂の限界解像度以下の線幅のマスクでパターニングすることで凹部を形成することであり、以下の利点を有する。
・吐出口パターニング時に同一マスクにより形成可能なため、吐出口とのアライメント誤差が無く、工程数の増加も無い。
・凹部の深さ方向のバラツキが極めて少ない。
・樹脂成形の際のバリや、エキシマレーザー加工の際のアブレーションによる残渣の発生等、加工残渣の発生が無い。
【００１９】
通常、ネガ型感光性樹脂は、その限界解像度以下のマスクパターンに対して、基板面まで貫通しないパターンを形成する。凹部の深さ、幅等は、使用するノズル形態、及びパターニングの際の露光機により適宜決定される。
【００２０】
例えば、図５に示すようなパターンを有するマスクを使用して露光、現像を行い、所望の吐出口の形成と同時に凹部が形成される。なお、同図では、吐出口形状が矩形の場合について説明しているが、吐出口形状としては、矩形のほか、円形、楕円形、多角形等所望の形状に形成することが可能である。従って、凹部も吐出口形状に合わせて形成すればよい。又、凹部は連続した溝状パターンを用いて形成しているが、撥水性部材の保持効果が得られるのであれば、連続溝としなくてもよく、例えば、等間隔で円形、矩形などの複数の凹部を形成してもよい。また、吐出口周囲に二重、三重と複数取り囲むように形成してもよい。
【００２１】
このようにして形成される凹部は、吐出口端から外方に向かっての幅が１〜３０μｍ、より好ましくは２〜１０μｍの範囲を有することが望ましく、また、深さとしては１〜５μｍ程度であることが望ましい。また、凹部は、吐出口端から２０μｍ以内の近傍に少なくとも一つ形成されるのが望ましいが、あまり近付きすぎると撥水性部材の形成の際に撥水性部材が吐出口内に侵入したり、吐出口壁が薄くなりすぎて欠け易くなる場合もあるため、１〜５μｍ程度の間隔を設けることが好ましい。
【００２２】
図９は、上記のインクジェットヘッドを装着して適用することのできるインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。図９において６０１は上記の方法で作製したインクジェットヘッドである。このヘッド６０１は、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア６０３及び６０４を介して回転するリードスクリュ６０６の螺旋溝６０５に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されており、上記駆動モータ６０２の動力によってキャリッジ６０７とともにガイド６０８に沿って矢印ａ及びｂ方向に往復移動される。図示しない記録媒体供給装置によってプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押さえ板６１０は、キャリッジ移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。
【００２３】
上記リードスクリュ６０６の一端の近傍には、フォトカプラ６１１及び６１２が配設されている。これらはキャリッジ６０７のレバー６０７ａのこの域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向切り換え等を行うためのホームポジション検知手段である。図において６１３は上述のインクジェットヘッド６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ部材６１４を支持する支持部材である。又、６１５はキャップ部材６１４の内部にヘッド６０１から空吐出等されて溜まったインクを吸引するインク吸引手段である。この吸引手段６１５によりキャップ内開口部６１６を介してヘッド６０１の吸引回復が行われる。６１７はクリーニングブレードであり、６１８はブレード６１７を前後方向（上記キャリッジ６０７の移動方向に直交する方向）に移動可能にする移動部材であり、ブレード６１７及び移動部材６１８は本体支持体６１９に支持されている。上記ブレード６１７はこの形態に限らず、他の周知のクリーニングブレードであってもよい。６２０は吸引回復操作にあたって、吸引を開始するためのレバーであり、キャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移動し、駆動モータ６０２からの駆動カがクラッチ切り換え等の公知の伝達手段で移動制御される。上記ヘッド６０１に設けられたインク吐出圧力発生素子２に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジェット制御部は装置本体側に設けられており、ここには図示しない。
【００２４】
上述の構成を有するインクジェット記録装置６００は、図示しない被記録材給送装置によりプラテン６０９上を搬送される被記録材Ｐに対し、ヘッド６０１は用紙Ｐの全幅にわたって往復移動しながら記録を行う。
【００２５】
なお、本発明は、インクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば、電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させる方式の記録ヘッド、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。
【００２６】
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４，７２３，１２９号及び同第４，７４０，７９６号に開示されている基本的な原理を用いて行うものが望ましい。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１つの駆動信号を印加することによって、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４，４６３，３５９号、同第４，３４５，２６２号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４，３１３，１２４号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。
【００２７】
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４，５５８，３３３号、同第４，４４５９，６００号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５９−１３８４６１号公報に基づいた構成としても本発明の効果は有効である。即ち、記録ヘッドの形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録を確実に効率よく行うことができるようになるからである。
【００２８】
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１個の記録ヘッドとしての構成のいずれかでもよい。
【００２９】
又、本発明の記録装置の構成として、記録ヘッドの吐出回復手段、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、加圧或いは吸引手段、電気熱変換体或いはこれとは別の加熱素子或いはこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手段、記録とは別の吐出を行う予備吐出手段を挙げることができる。
【００３０】
又、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。即ち、例えば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るかいずれのでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備えた装置にも本発明が極めて有効である。
【００３１】
更に加えて、以上説明した本発明においては、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も、室温以上で軟化もしくは液化するものを用いてもよく、或いはインクジェット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよい。加えて、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状態変化のエネルギーとして使用せしめることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化するインクを用いてもよい。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、液状インクが吐出されるものや、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、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も本発明は適用可能である。このような場合のインクは、特開昭５４−５６８４７号公報或いは特開昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部また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よい。本発明において、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したものである。
【００３２】
更に加えて、本発明のインクジェット記録装置の形態としては、コンピューター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、リーダ等の組み合わせた複写装置、更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等であってもよい。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３４】
実施例１
まず、以下に示す方法でインクジェットヘッドを作成した。
【００３５】
図３に示すように、Ｓｉウェハー基板１上にインク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として電気熱変換素子（ＴａＮ）２を形成した。尚、電気熱変換素子２にはその素子を動作させるための制御信号入力電極が接続されている（図示せず）。この、このＡ−Ａ’断面が図４（ａ）である。
【００３６】
次いで図４（ｂ）に示すように、基板１上に東京応化工業（株）ポジレジスト「ＯＤＵＲ」からなるインク流路パターン６を形成した（厚みｔ１＝１２μｍ）。
【００３７】
更に下記第１表に記載のネガ型感光性樹脂層７を適宜塗布溶媒に溶解し、スピンコートにより基板１上に形成した。尚、樹脂層７の厚みは前記「ＯＤＵＲ」上でｔ２＝１０μｍに形成されている（図４（ｃ））。
【００３８】
【表１】
0003610215.tif 000002
【００３９】
ここで、吐出口及び凹部形成マスク８を介してキヤノン製マスクアライナー「ＭＰＡ６００  ｓｕｐｅｒ」を用いて、露光量１．０Ｊ／ｃｍ２で露光を行った（図４（ｄ））。尚、吐出口部はマスク寸法ａ＝２４μｍ角、凹部形成マスクは線幅ｂ＝３μｍ、吐出口と凹部との間隔ｃ＝１μｍの図５（吐出口部の上面図）に示すマスクを用いた。次いでホットプレートで９０℃で４分間加熱し、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）／キシレン＝２／３で現像してインク流路パターン６を除去し、キシレンでリンスを行い、吐出口及び凹部を形成した（図６）。吐出口は、２２．８μｍ角に、凹部は幅２μｍ（ノズル表面）、深さ２μｍに形成された（図６（ｂ））。吐出口端から凹部までの間隔は、１．２μｍであった。
【００４０】
次いで、下記第２表に記載のネガ型感光性撥水性部材４を適宜塗布溶媒に溶解し、吐出口配設部材７上にスピンコートで形成し（膜厚１μｍ）、吐出口配設部材と同様にパターニングを行った。
【００４１】
【表２】
0003610215.tif 000003
【００４２】
撥水性部材４は、吐出口周辺の凹部に埋め込まれるように配置される。なお、撥水性部材４は、吐出口角（Ｗ１）に対して周辺に２３μｍ角（Ｗ２）の領域を残すように形成される（図７参照）。
【００４３】
次いで、前記基板１をＳｉ異方性エッチングにより図８に示すようにエッチングしてインク供給口９を形成し、インク流路パターン６を除去し、更に吐出口配設部材、撥水性部材を完全に硬化させるために１８０℃で１時間加熱を行いインクジェットヘッドを得た。
【００４４】
又、比較のため、吐出口周囲に凹部５を形成していない吐出口配設部材上に同様の方法により撥水性部材を形成し、以下同様の工程で形成したインクジェットヘッドも試作した。
【００４５】
これらのインクジェットヘッドに、インクを充填し、長期の使用を想定してブレードによるワイピングを５０００回行った後に、印字試験を実施した。その結果、凹部５を形成した本発明のインクジェットヘッドでは、良好な印字品位が維持されていた。一方、凹部を形成せずに作製したインクジェットヘッドでは、インク液滴の吐出方向のヨレに起因すると思われる印字品位の劣化が認められるヘッドがあった。
【００４６】
そこで、印字品位の劣化したインクジェットヘッドのノズル表面を観察したところ、撥水性部材が一部欠落しており、その部分がインクに濡れた状態となっていた。同時に、凹部を有する本発明のインクジェットヘッドのノズル表面を観察したところ、吐出口周辺の凹部に埋め込まれるように配置された撥水性部材はすべて残存しており、十分な撥水性が維持できていることから、インクで濡れてはいなかった。
【００４７】
以上、本実施例からわかるように、ノズル吐出口周辺に凹部を設け、該凹部に撥水性部材を埋め込むように配置することで、ブレードによるワイピング耐性の高い、すなわち、長期の使用に際して印字品位の劣化の少ないインクジェットヘッドを提供することが可能となる。
【００４８】
実施例２
本実施例では、撥水性部材としてパーフルオロカーボンを主鎖に持つ高分子化合物（旭硝子社製、商品名「サイトップ」）を適宜溶媒に溶解し、フレキソ印刷でノズル表面に転写させる方法について説明する。
【００４９】
実施例１と同様にして凹部５を有するノズルを形成し、次いで、「サイトップ」／フッ素系シランカップリング材「ＫＰ８０２」（信越化学製）＝１００／５をＣＴｓｏｌｖｅ  １００溶媒に溶解し、フレキソ印刷機でノズル表面に撥水性部材を１μｍ厚となるように形成した。１５０℃で２時間加熱することで溶媒を乾燥させ、撥水性部材をノズル表面に固着した。また比較のため、凹部５を設けずにフレキソ印刷により撥水性部材を形成したインクジェットヘッドも試作した。
【００５０】
こうして得られたインクジェットヘッドに対して、実施例１と同様に印字し件を実施したところ、凹部を有する本発明のインクジェットヘッドでは、歩留まりが９２％であったのに対し、凹部を形成せずにフレキソ印刷を実施したヘッドの歩留まりは６３％であった。凹部のないヘッドの不良解析を行ったところ、ノズル内に撥水性部材が進入して印字不良を引き起こしていることが確認された。一方、凹部を有する本発明のヘッドの不良解析では、撥水性部材のノズル内への進入は見つからず、ごみ等の他の要因に起因することが判明した。
【００５１】
これは、撥水性部材の印刷の際に凹部が液溜りとなり、吐出口内部への撥水性部材の進入が防止されたためと考えられる。
【００５２】
又、凹部を有するヘッドの良品を実施例１と同様にブレードによるワイピングを５０００回行った後、印字試験を行ったところ、良好な印字品位が維持されていた。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、
・長期の使用に際しても撥水性部材が凹部に入って吐出口配設部材に確実に固定され残るので、印字品位の劣化の少ないヘッドを提供することが可能となる。
・吐出口内部への撥水性部材の進入が防止され、高歩留まりで高品位の印字が可能となるインクジェットヘッドを生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの吐出口周辺の部分断面図である。
【図２】本発明にかかるインクジェットヘッドを長期に使用した後の、磨耗した撥水性部材の状態を示す部分断面図である。
【図３】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説明するための図で、基板上にインク吐出圧発生素子が形成されている状態を示す概略斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図５】図４（ｄ）で使用するマスクの、吐出口及び凹部のパターンを説明する図である。
【図６】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説明するための図で、吐出口配設部材を露光、現像した後の概略断面図であり、（ｂ）はその部分拡大図である。
【図７】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説明するための図で、撥水性部材４を塗布した状態を示す図である。
【図８】完成した本発明のインクジェットヘッドの模式的断面図である。
【図９】本発明に係るインクジェットヘッドを装着して適用することのできるインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。
【図１０】従来技術によるインクジェットヘッドの模式的部分断面図である。
【図１１】従来技術による課題を説明するための概略断面図である。
【図１２】従来例のフレキソ印刷による課題を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  インク吐出エネルギー発生素子
３  吐出口配設部材
４  撥水性部材
５  凹部
１０  吐出口
【図１】
0003610215.tif 000004
【図２】
0003610215.tif 000005
【図３】
0003610215.tif 000006
【図４】
0003610215.tif 000007
【図５】
0003610215.tif 000008
【図６】
0003610215.tif 000009
【図７】
0003610215.tif 000010
【図８】
0003610215.tif 000011
【図９】
0003610215.tif 000012
【図１０】
0003610215.tif 000013
【図１１】
0003610215.tif 000014
【図１２】
0003610215.tif 000015