JP3610215B2

JP3610215B2 - Inkjet head manufacturing method

Info

Publication number: JP3610215B2
Application number: JP36104197A
Authority: JP
Inventors: 典夫大熊
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: JPH11188881A

Description

【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】

【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「ＭＰＡ６００ｓｕｐｅｒ」を用いて、露光量１．０Ｊ／ｃｍ^２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】

【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ＣＴｓｏｌｖｅ１００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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing an ink-jet heads for generating an ink droplet used in ink jet recording. In particular, the present invention relates to a method for high yield production of inkjet heads less deterioration of print quality with respect to long-term use.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various proposals have been made for the surface treatment of the ejection port surface of an inkjet head. Most of them are related to water repellent treatment, i.e., by applying water repellent treatment to the surface of the discharge port to reduce the wettability of the surface of the discharge port with respect to ink, The purpose is to perform high-quality printing.
[0003]
However, the durability / durability of the effect of the water repellent treatment is not sufficient. That is, since the surface of the head is wiped with a blade member at the time of cleaning the ink-jet head or the like, deterioration in print quality due to wear of the water-repellent member was recognized.
[0004]
Further, when the water repellent treatment is performed after the discharge port is formed, if even a part of the water-repellent member enters the discharge port, printing failure occurs, and the productivity of the conventional method is not high.
[0005]
FIG. 10 is a cross-sectional view of a nozzle portion of a conventional inkjet head, in which an ejection port arrangement member 3 and a water repellent member 4 are formed on a substrate 1 on which an ink ejection pressure generating element 2 is formed. When this ink jet head is used for a long time, the water-repellent member 4 is worn by wiping with the blade member as described above, and the non-water-repellent surface (nozzle surface) is exposed as shown in FIG. As a result, the directionality of the discharged droplets is disturbed, and as a result, the print quality may be deteriorated.
[0006]
Of course, if the water-repellent member is set thick in advance, the wear resistance is improved, but the water-repellent member is made of a material having a small surface tension, and it is difficult to increase the film thickness.
[0007]
Further, it is possible to thicken the water repellent member by a technique such as Ni eutectoid plating containing Teflon particles, but the discharge port arrangement member is limited to metal for forming the water repellent member by plating, etc. There are large restrictions.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described points, and a recess is formed in a part of the surface of the discharge port arrangement member where the ink discharge port is formed, and the water repellent member is disposed in the recess. When providing water-repellent treatment after forming the discharge port when providing a highly durable ink-jet head, it is possible to produce a highly productive ink-jet head with very little water repellent material entering the discharge port. It also provides a method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention that achieves the above object includes a step of forming an energy generating element that generates energy used for discharging ink on a substrate, and an outlet that is provided with an outlet for discharging ink on the substrate. A step of arranging the disposing member, a step of forming a discharge port in the discharge port disposing member, and forming at least one recess in the vicinity of the discharge port of the surface of the discharge port disposing member on which the discharge port is disposed. And a step of disposing a water-repellent member on the surface including the concave portion, wherein the discharge port disposing member is formed of a negative photosensitive resin and is less than a limit resolution of the negative photosensitive resin. An ink jet head comprising: a step of forming the recess not penetrating to the surface of the substrate by pattern transfer, and the step of forming the discharge port and the step of forming the recess using the same mask. It is achieved by the manufacturing method.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is described in detail below.
[0013]
FIG. 1 is a schematic sectional view of an ink jet head according to an embodiment of the present invention. Here, the surface of the discharge port arrangement member 3 has a recess 5 around the discharge port 10 and is disposed so that the water repellent member 4 is embedded. When this head is used for a long period of time, the water-repellent member 4 is worn, but the water-repellent member embedded in the recess remains (see FIG. 2), and at least the periphery of the discharge port keeps the water repellency. Since it does not get wet, it is possible to suppress deterioration in print quality.
[0014]
Furthermore, when transferring the water-repellent member to the surface of the discharge port arrangement member by a method such as flexographic printing, it is seen that the yield is improved by using a nozzle having a recess formed around the discharge port as shown in FIG. It was issued. That is, as shown in FIG. 12, when a method of transferring a water-repellent member such as flexographic printing in a solvent to a nozzle having a flat surface is used, the water-repellent member is placed inside the discharge port. May enter and cause defects.
[0015]
On the other hand, when a recess is formed around the discharge port on the nozzle surface, the recess becomes a liquid pool during printing of the water-repellent member, preventing entry of the water-repellent member into the discharge port, and stable production with high yield. It was found that it was possible.
[0016]
Next, a method for forming a recess around the discharge port on the nozzle surface will be described.
[0017]
When the discharge port arrangement member is molded from resin, it is possible if the convex shape is arranged in the mold. Further, engraving can be performed with an excimer laser or the like after the discharge port arrangement member is formed.
[0018]
However, the most suitable method for the present invention is to form a recess by using a negative photosensitive resin for the discharge port arrangement member and patterning with a mask having a line width equal to or lower than the limit resolution of the photosensitive resin. Has the following advantages.
-Since it can be formed with the same mask at the time of discharge port patterning, there is no alignment error with the discharge port, and there is no increase in the number of processes.
・ There is very little variation in the depth direction of the recess.
・ No generation of processing residues such as burrs during resin molding and generation of residues due to ablation during excimer laser processing.
[0019]
Usually, the negative photosensitive resin forms a pattern that does not penetrate to the substrate surface with respect to a mask pattern having a resolution lower than that. The depth, width, and the like of the recess are appropriately determined depending on the form of the nozzle used and the exposure machine used for patterning.
[0020]
For example, exposure and development are performed using a mask having a pattern as shown in FIG. 5, and a recess is formed simultaneously with the formation of a desired discharge port. In addition, although the figure demonstrates the case where the discharge port shape is a rectangle, as a discharge port shape, it is possible to form in desired shapes, such as circular, an ellipse, and a polygon other than a rectangle. Accordingly, the recess may be formed in accordance with the shape of the discharge port. In addition, the concave portion is formed using a continuous groove-shaped pattern. However, as long as the retention effect of the water-repellent member can be obtained, the concave portion may not be a continuous groove, for example, a plurality of circular, rectangular, etc. at equal intervals. A recess may be formed. Further, it may be formed so as to surround a plurality of double and triple around the discharge port.
[0021]
The recess formed in this manner desirably has a width from the discharge port end to the outside of 1 to 30 μm, more preferably 2 to 10 μm, and the depth is about 1 to 5 μm. It is desirable that In addition, it is desirable that at least one recess is formed in the vicinity of within 20 μm from the end of the discharge port. However, if it is too close, the water-repellent member may enter the discharge port when forming the water-repellent member, Since the wall may become too thin and easily chipped, it is preferable to provide an interval of about 1 to 5 μm.
[0022]
FIG. 9 is a schematic perspective view showing an example of an ink jet recording apparatus to which the above ink jet head can be attached and applied. In FIG. 9, reference numeral 601 denotes an inkjet head manufactured by the above method. The head 601 is mounted on a carriage 607 that engages with a spiral groove 605 of a lead screw 606 that rotates via driving force transmission gears 603 and 604 in conjunction with forward and reverse rotation of the drive motor 602. The power of the drive motor 602 is reciprocated in the directions of arrows a and b along the guide 608 together with the carriage 607. A paper pressing plate 610 of the print paper P conveyed on the platen 609 by a recording medium supply device (not shown) presses the print paper P against the platen 609 over the carriage movement direction.
[0023]

Photocouplers

611 and 612 are disposed near one end of the lead screw 606. These are home position detecting means for confirming the presence of the lever 607a of the carriage 607 in this region and switching the rotation direction of the drive motor 602. In the figure, reference numeral 613 denotes a support member that supports a cap member 614 that covers the front surface of the above-described inkjet head 601 where there is a discharge port. Reference numeral 615 denotes an ink suction means for sucking ink accumulated by idle ejection from the head 601 inside the cap member 614. The suction recovery of the head 601 is performed by the suction means 615 through the opening 616 in the cap. Reference numeral 617 denotes a cleaning blade. Reference numeral 618 denotes a moving member that allows the blade 617 to move in the front-rear direction (a direction orthogonal to the moving direction of the carriage 607). The blade 617 and the moving member 618 are supported by the main body support 619. ing. The blade 617 is not limited to this form, and may be another known cleaning blade. Reference numeral 620 denotes a lever for starting suction in the suction recovery operation. The lever 620 moves with the movement of the cam 621 engaged with the carriage 607, and the driving force from the drive motor 602 is a known transmission means such as clutch switching. Move controlled. An ink jet control unit that gives a signal to the ink discharge pressure generating element 2 provided in the head 601 and controls the driving of each mechanism described above is provided on the apparatus main body side, and is not shown here. .
[0024]
The ink jet recording apparatus 600 having the above-described configuration performs recording while the head 601 moves back and forth over the entire width of the paper P with respect to the recording material P conveyed on the platen 609 by a recording material feeding apparatus (not shown).
[0025]
The present invention includes means (for example, an electrothermal converter, a laser beam, etc.) that generates thermal energy as energy used for performing ink ejection among the ink jet recording methods, and the ink is generated by the thermal energy. In the recording head and the recording apparatus of the type that causes the state change, excellent effects are brought about. This is because such a system can achieve higher recording density and higher definition.
[0026]
As its typical configuration and principle, for example, it is desirable to use the basic principle disclosed in US Pat. Nos. 4,723,129 and 4,740,796. This method can be applied to both the so-called on-demand type and continuous type. In particular, in the case of the on-demand type, it is arranged corresponding to the sheet or liquid path holding the liquid (ink). By applying at least one drive signal corresponding to the recorded information and applying a rapid temperature rise exceeding the nucleate boiling to the electrothermal transducer, the liquid corresponding to this drive signal on a one-to-one basis. This is effective because air bubbles in (ink) can be formed. By the growth and contraction of the bubbles, liquid (ink) is ejected through the ejection opening to form at least one droplet. It is more preferable that the drive signal has a pulse shape, since the bubble growth and contraction is performed immediately and appropriately, and thus it is possible to achieve discharge of a liquid (ink) having particularly excellent responsiveness. As this pulse-shaped drive signal, those described in US Pat. Nos. 4,463,359 and 4,345,262 are suitable. Further excellent recording can be performed by using the conditions described in US Pat. No. 4,313,124 of the invention relating to the temperature rise rate of the heat acting surface.
[0027]
As the configuration of the recording head, in addition to the combination configuration (straight liquid channel or right-angle liquid channel) of the discharge port, the liquid channel, and the electrothermal transducer as disclosed in each of the above-mentioned specifications, the heat acting part A configuration using US Pat. Nos. 4,558,333 and 4,4459,600, which disclose a configuration in which the lens is disposed in the bent region, is also included in the present invention. In addition, for a plurality of electrothermal transducers, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-123670 that discloses a configuration in which a common slit is used as a discharge portion of the electrothermal transducer, or an aperture that absorbs pressure waves of thermal energy is provided. The effect of the present invention is also effective as a configuration based on Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-138461 which discloses a configuration corresponding to the discharge unit. That is, regardless of the form of the recording head, according to the present invention, recording can be performed reliably and efficiently.
[0028]
Furthermore, the present invention can be effectively applied to a full-line type recording head having a length corresponding to the maximum width of a recording medium that can be recorded by the recording apparatus. As such a recording head, either a configuration satisfying the length by a combination of a plurality of recording heads or a configuration as a single recording head formed integrally may be used.
[0029]
In addition, it is preferable to add a recording head ejection recovery means, a preliminary auxiliary means, etc. as the configuration of the recording apparatus of the present invention, since the effects of the present invention can be further stabilized. Specifically, preheating is performed by using a capping unit, a cleaning unit, a pressurizing or suction unit, an electrothermal converter, a heating element different from this, or a combination thereof. Examples thereof include preliminary discharge means for performing discharge different from the means and recording.
[0030]
Also, regarding the type or number of recording heads to be mounted, for example, a plurality of recording heads are provided corresponding to a plurality of inks having different recording colors and densities, in addition to those having only one corresponding to a single color ink. May be used. That is, for example, the recording head may be formed integrally or by a combination of a plurality of recording heads. However, the present invention is also applicable to an apparatus having at least one recording mode of multiple colors of different colors or mixed colors. The invention is extremely effective.
[0031]
In addition, in the present invention described above, the ink is described as a liquid. However, an ink that solidifies at room temperature or lower, a softened or liquefied ink at room temperature or higher, or may be used. In the ink jet method, the temperature of the ink itself is generally adjusted within a range of 30 ° C. or higher and 70 ° C. or lower to control the temperature of the ink so that it is in the stable discharge range. A liquid material may be used. In addition, it is solidified and heated in an untreated state in order to actively prevent the temperature rise caused by thermal energy from being used as energy for changing the state of the ink from the solid state to the liquid state, or to prevent ink evaporation. You may use the ink which liquefies by. In any case, application of thermal energy, such as ink that liquefies by application of thermal energy according to a recording signal and liquid ink is ejected, or that already starts to solidify when reaching the recording medium. The present invention can also be applied to the case where ink having the property of being liquefied for the first time is used. The ink in such a case is in a state of being held as a liquid or a solid in a porous sheet recess or through-hole as described in JP-A-54-56847 or JP-A-60-71260. Alternatively, the electrothermal converter may be opposed to the electrothermal converter. In the present invention, the most effective one for each of the inks described above is the one obtained by executing the film boiling method described above.
[0032]
In addition, the ink jet recording apparatus of the present invention may be used as an image output terminal of information processing equipment such as a computer, a copying apparatus combined with a reader, or a facsimile apparatus having a transmission / reception function. It may be one taken.
[0033]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited only to these Examples.
[0034]
Example 1
First, an ink jet head was prepared by the following method.
[0035]
As shown in FIG. 3, an electrothermal conversion element (TaN) 2 was formed on the Si wafer substrate 1 as an energy generating element that generates energy used for ejecting ink. The electrothermal conversion element 2 is connected to a control signal input electrode for operating the element (not shown). This AA ′ cross section is shown in FIG.
[0036]
Next, as shown in FIG. 4B, an ink flow path pattern 6 made of a positive resist “ODUR” from Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. was formed on the substrate 1 (thickness t1 = 12 μm).
[0037]
Furthermore, the negative photosensitive resin layer 7 described in Table 1 below was appropriately dissolved in a coating solvent and formed on the substrate 1 by spin coating. The resin layer 7 has a thickness of t2 = 10 μm on the “ODUR” (FIG. 4C).
[0038]
[Table 1]

[0039]
Here, exposure was performed at an exposure amount of 1.0 J / cm ² using a Canon mask aligner “MPA600 super” through the discharge port and the recess formation mask 8 (FIG. 4D). Note that the mask shown in FIG. 5 (top view of the discharge port portion) having a mask size a = 24 μm square for the discharge port portion, a line width b = 3 μm for the recess formation mask, and a distance c = 1 μm between the discharge port and the recess portion was used. . Next, it was heated at 90 ° C. for 4 minutes on a hot plate, developed with methyl isobutyl ketone (MIBK) / xylene = 2/3 to remove the ink flow path pattern 6, rinsed with xylene, and formed discharge ports and recesses. (FIG. 6). The discharge port was formed with a 22.8 μm square, and the recess was formed with a width of 2 μm (nozzle surface) and a depth of 2 μm (FIG. 6B). The distance from the discharge port end to the recess was 1.2 μm.
[0040]
Next, the negative photosensitive water-repellent member 4 listed in Table 2 below is appropriately dissolved in a coating solvent and formed on the discharge port arrangement member 7 by spin coating (film thickness: 1 μm). Patterning was performed in the same manner.
[0041]
[Table 2]

[0042]
The water repellent member 4 is disposed so as to be embedded in a recess around the discharge port. The water repellent member 4 is formed so as to leave a 23 μm square (W2) region around the discharge port angle (W1) (see FIG. 7).
[0043]
Next, the substrate 1 is etched by Si anisotropic etching as shown in FIG. 8 to form the ink supply port 9, the ink flow path pattern 6 is removed, and the discharge port arrangement member and the water repellent member are completely formed. In order to cure, an ink jet head was obtained by heating at 180 ° C. for 1 hour.
[0044]
For comparison, a water-repellent member was formed by a similar method on a discharge port arrangement member that does not have a recess 5 around the discharge port.
[0045]
These ink jet heads were filled with ink, and wiping with a blade was performed 5000 times assuming long-term use, and then a printing test was performed. As a result, in the ink jet head of the present invention in which the concave portion 5 was formed, good print quality was maintained. On the other hand, in an inkjet head manufactured without forming a concave portion, there was a head in which deterioration of print quality, which is considered to be caused by deviation in the ejection direction of ink droplets, was recognized.
[0046]
Accordingly, when the nozzle surface of the inkjet head having deteriorated print quality was observed, a part of the water-repellent member was missing and the part was wet with ink. At the same time, when the nozzle surface of the inkjet head of the present invention having a recess was observed, all the water-repellent members arranged so as to be embedded in the recess around the discharge port remained, and sufficient water repellency was maintained. Therefore, it was not wet with ink.
[0047]
As described above, as can be seen from this embodiment, by providing a recess around the nozzle discharge port and embedding the water-repellent member in the recess, the wiping resistance by the blade is high, that is, the print quality is improved when used for a long time. It is possible to provide an inkjet head with little deterioration.
[0048]
Example 2
In this example, a method of dissolving a polymer compound having a perfluorocarbon main chain as a water-repellent member (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., trade name “Cytop”) in a suitable solvent and transferring it to the nozzle surface by flexographic printing will be described. .
[0049]
A nozzle having a recess 5 was formed in the same manner as in Example 1, and then “CYTOP” / fluorine-based silane coupling material “KP802” (manufactured by Shin-Etsu Chemical) = 100/5 was dissolved in a CTsolve 100 solvent to obtain flexo. A water repellent member was formed to a thickness of 1 μm on the nozzle surface with a printing machine. The solvent was dried by heating at 150 ° C. for 2 hours, and the water repellent member was fixed to the nozzle surface. For comparison, an ink jet head in which a water-repellent member was formed by flexographic printing without providing the recess 5 was also made as a trial.
[0050]
The ink jet head thus obtained was printed in the same manner as in Example 1. As a result, the yield of the ink jet head according to the present invention having a concave portion was 92%, but no concave portion was formed. The yield of the head subjected to flexographic printing was 63%. When a defect analysis of a head without a concave portion was performed, it was confirmed that a water-repellent member entered the nozzle and caused a printing defect. On the other hand, in the failure analysis of the head of the present invention having the concave portion, it was found that the water repellent member did not enter the nozzle and was caused by other factors such as dust.
[0051]
This is presumably because the concave portion became a liquid pool during printing of the water repellent member, and the water repellent member was prevented from entering the inside of the discharge port.
[0052]
Further, when a good product having a concave portion was wiped 5000 times with a blade in the same manner as in Example 1 and then subjected to a print test, good print quality was maintained.
[0053]
【The invention's effect】
According to the present invention,
Since the water-repellent member enters the recess and remains securely fixed to the discharge port arrangement member even during long-term use, it is possible to provide a head with little deterioration in print quality.
-It is possible to produce an ink jet head that prevents the water-repellent member from entering the discharge port and enables high-quality printing with a high yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view around a discharge port of an ink jet head of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a state of a worn water-repellent member after the inkjet head according to the present invention has been used for a long period of time.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a state in which an ink discharge pressure generating element is formed on a substrate for explaining a method of manufacturing an ink jet head of the present invention.
FIGS. 4A to 4D are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing an ink jet head according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a pattern of ejection openings and recesses of a mask used in FIG.
FIG. 6 is a view for explaining the method of manufacturing an ink jet head of the present invention, and is a schematic cross-sectional view after exposing and developing a discharge port arrangement member, and (b) is a partially enlarged view thereof.
FIG. 7 is a view for explaining a method of manufacturing an ink jet head according to the present invention, and shows a state in which a water repellent member 4 is applied.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the completed inkjet head of the present invention.
FIG. 9 is a schematic perspective view showing an example of an ink jet recording apparatus to which the ink jet head according to the present invention can be attached and applied.
FIG. 10 is a schematic partial cross-sectional view of an inkjet head according to a conventional technique.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining a problem according to the prior art.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining a problem due to flexographic printing of a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Ink discharge energy generating element 3 Discharge port arrangement | positioning member 4 Water-repellent member 5 Recessed part 10 Discharge port

Claims

A step of forming an energy generating element for generating energy used for discharging ink on the substrate, a step of arranging a discharge port disposing member on which a discharge port for discharging ink is disposed on the substrate, Including a step of forming a discharge port in the discharge port arrangement member, a step of forming at least one recess in the vicinity of the discharge port of the surface of the discharge port arrangement member on which the discharge port is provided, and the recess A step of disposing a water-repellent member on the surface, wherein the discharge port disposing member is formed of a negative photosensitive resin, and is transferred to the surface of the substrate by pattern transfer below the limit resolution of the negative photosensitive resin. Forming the recess that does not penetrate, and the step of forming the discharge port and the step of forming the recess are performed using the same mask.

2. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 1, wherein the water repellent member is formed on the discharge port arranging member by a solvent coat.

The method for manufacturing an ink jet head according to claim 1, wherein the water repellent member is formed on the discharge port arranging member by flexographic printing.

The method for manufacturing an ink jet head according to claim 1, wherein the water repellent member is a photosensitive resin.

5. The electrothermal converter according to claim 1, wherein the energy generating element is an electrothermal converter for generating heat by applying electric energy and causing a change in state of the ink to be ejected. 6. The manufacturing method of the inkjet head of description.