【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク小滴を飛翔させて被記録媒体に記録等を行うインクジェットヘッド、そのヘッドの製造方法、及びそのヘッドを備えたインクジェット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録方式は、いわゆるノンインパクト記録方式の１つである。この記録方式の特徴としては、記録時における騒音の発生が無視しうる程度に小さく、高速記録と様々な記録蝶体に対する記録が可能であり、いわゆる普通紙に対しても特別な処理を必要とせずに定着し、しかも高精細な画像が廉価に得られることが挙げられる。このような利点から、コンピュータの周辺機器としてのプリンタばかりでなく、複写機、ファクシミリ、ワードプロセッサ等のプリンティングシステムでここ数年急速に普及している。
【０００３】
現在、インクジェト記録装置が普及に伴ない、その印字性能の向上、特に高解像度化および高速印字が求められている。そのためインクヘッドの微細化しマルチノズルヘッド構造を用いて高解像度および高速印字を実現する事が試みられている。
【０００４】
今日、広く一般的に用いられているインクジェット記録方式のインク吐出方法には、、圧電素子（ピエゾ素子）を利用する方法と電気熱変換素子を利用する方法がある。どちらの方法も、電気的な信号によってインク滴の吐出を制御可能である。
【０００５】
圧電素子（ピエゾ素子）を利用する方法の原理には、例えば、インク吐出口に連通したインク供給室と、そのインク供給室に連通した圧力室と、その圧力室に設けられ、圧電素子が接合された振動板等により構成されている。従来、インクの吐出方向と圧電素子の振動方向は同方向である。このような構成において、圧電素子に所定の電圧を印加すると、圧電素子が伸縮することによって、圧電素子と振動板が太鼓状の振動を起こして圧力室内のインクが圧縮され、それによりインク吐出口からインク液滴が吐出する。
【０００６】
したがって、圧電素子（ピエゾ素子）を利用する方法は、インクジェットヘッド内の蓄熱による飛翔インク滴の体積変動等の悪影響等はないが、インクジェットヘッドを精度良く製造することやノズルの集積化が困難である等の欠点がある。圧電素子を用いるインクジェットヘッドは、インクヘッドの微細加工により、そのヘッドの小型化が強く求められている。圧電素子の小型化のためには圧電体の厚みを薄くして、振動板を利用してたわみ振動を発生させインクを吐出させる方法が構成上可能である。しかし、電圧に対する圧電体自身の変位量は非常に小さく、そのため圧電素子を小型化すると圧電性の低下から十分な応力や振動が発生せずインクを吐出することができない。そこで、小型、マルチノズルヘッドを有した高解像度、高速プリンタを実現するためには薄い膜厚においても十分な圧電性を有する圧電薄膜材料を開発し、その製造方法を確立することが試みられている。
【０００７】
特に、従来から用いてきた焼結体の圧電材料では、素子を切削等の機械的な加工により小型化してきたが、機械的加工では小型化に限界がある上、圧電特性の劣化を招き、小型化と高解像度を両立させる事は困難であった。そこで、従来のような焼結体を用いた圧電素子の課題を解決するもので、圧電素子を構成する圧電体や振動板等を薄膜化することで半導体プロセスで一般に用いられている微細加工が可能な形状とし、更に膜厚が薄くても大きな圧電特性を有する薄膜材料を開発し、高密度なノズルの構造を実現する構成、かつその製造方法の提案がされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
一方、電気熱変換素子を利用する方法の原理は、電気信号を電気熱変換素子に与えることにより、その近傍のインクを瞬時にして沸騰させ、そのときのインクの相変化により生じる急激な気泡の成長によってインク滴を高速に吐出させるものである。したがって、電気熱変換素子を利用する方法は、インクジェットヘッドの構造が単純で、ノズルの集積化が容易である等の利点がある。
【特許文献１】
特開平１０−２８５９５３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に記述された製造工程によれば、インクジェット記録において小型、マルチノズルヘッドを有した高解像度、高速プリンタを実現するためには、吐出圧力源だけでなく、ノズル構造、圧力室、インク供給路などが最適設計され、精度の良い製造方法によりインク液滴を精度良く制御することが必要となっている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
基板上に形成されたインク滴を吐出させるための吐出圧力源となる電極部材を形成する工程と、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程と、常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶剤に溶解し、これを前記溶解可能な樹脂層上に塗工することにより、前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁と被覆樹脂層を形成する工程と、前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成する工程と、前記溶解可能な樹脂層を溶出する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法で精度良くインク供給路を形成し、多素子化を容易に実現できる構成としたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明によるインクジェットヘッドの一部破断斜視図であり、図２はインク噴射部の上面図であり、図３は本発明の製造行程図である。図１〜図３において、インクジェットヘッド１は、絶縁性の基板２を有し、基板２の表面上にはインク流路を形成する構造体３が積層されている。この構造体３は、ノズル孔４と圧力室５およびインク供給液室６が一体に形成されている。
【００１２】
図２に示すように、圧力室５は平面形状に形成されており、インク流路の一部であるインク供給共通液室６を介して圧力室５に連通している。インクは、不図示のインク供給タンクからインク導入口８を通りインク供給共通液室６へ流入される。
【００１３】
圧力室５内の基板２の表面上には一対の電極９，１０が所定の間隔をもって配置されている。一対の電極９，１０の対向する端面は円弧状に形成されている。一対の電極９，１０は電極９，１０間に電圧を印加するための不図示印字信号発生部に接続されている。また、圧力室５の中央上方のノズル孔４が形成されている。
【００１４】
上記構成を有するインクジェットヘッド１のインク噴射動作について説明する。
【００１５】
図１〜図３において、初期状態では圧力室５内に導電性インク１１が充填されている。この状態で、印字信号発生部から一対の電極９，１０間に電圧が印加されると、導電性インク１１を介して電極９，１０間に電気力線が発生する。そして、この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉは電流値、Ｒは導電性インク１１の抵抗値）で表される電流のジュール損失により、電気力線の電流集中部において導電性インク１１が自己発熱し、ついには沸騰する。これにより、導電性インク１１内に気泡が発生する。
【００１６】
発生した気泡が圧力室５内で膨張すると、圧力室５内の導電性インク１１の圧力が急激に高められ、この圧力によって導電性インク１１の一部がノズル孔４からインク滴となって外部に噴射される。噴射されたインク滴は記録紙表面に付着し、印字ドットを形成する。
【００１７】
印字信号発生部は、導電性インク１１が沸騰を開始した時点で一対の電極９，１０への電圧印加を停止する。これにより、気泡は一定量まで膨張した後、収縮して消滅する。
【００１８】
ノズル孔４から噴射されたインク滴によって消費された圧力室５内の導電性インク１１は、インク導入口８を通り圧力室５内に補給される。その後、印字信号発生部が次の印字のために電圧印加を開始する。
【００１９】
導電性インク１１としては、揮発性の高い水やアルコール等と、揮発性の低いグリセリン等との混合溶媒液に染料や顔料を分散したものを使用した。この導電性インク１１の抵抗率は１０〜５０Ω・ｃｍであった。
【００２０】
図３は、本発明における実施形態における圧電素子及び圧力室の製造方法を説明する図である。
【００２１】
図３において、基板２は、Ｓｉ基板に酸化膜１３を形成したものである（ａ）。基板２は、これに限定されるものでなく、ガラスや、ガラス等の金属酸化膜を積層堆積したものでもかまわない。基板２上に電極を形成するためにマスクを生成する。マスクを生成した後スパッタリングにより信号電極１０となるＴｉ層を膜厚３μｍで形成した（ｂ）。
【００２２】
次に図２に示した圧力室５とインク供給液室６を形成する為のインク流路パターンを形成する。最も一般的な手段としては感光性有機材料にて形成する手段が挙げられる。感光性有機材料を使用する場合においては、インク流路パターン１１が溶解可能であるため、ポジ型レジストか、あるいは溶解性変化型のネガ型レジストの使用が可能である。
【００２３】
レジスト層の形成の方法としては、感光性材料を適当な溶剤に溶解し、ＰＥＴなどのフィルム上に塗布、乾燥してドライフィルムを作成し、ラミネートによって形成することが好ましい。他の塗工方法としては、スピンコートやスクリーン印刷法等の手段にて形成が可能である。上述のドライフィルムとしては、ポリメチルイソプロピルケトン、ポリビニルケトン等のビニルケトン系光崩壊性高分子化合物を好適に用いることができる（ｂ）（ｃ）。
【００２４】
このように、インク流路パターン１１をパターニングした溶解可能な樹脂材料層１４上に、さらに被覆樹脂層１５を通常のスピンコート法、ロールコート法等で形成する。ここで、該樹脂層１５を形成する工程において、溶解可能な樹脂パターンを変形せしめない等の特性が必要となる。すなわち、被覆樹脂層１５を溶剤に溶解し、これをスピンコート、ロールコート等で溶解可能な樹脂パターン１４上に形成する場合、溶解可能な樹脂パターン１４を溶解しないように溶剤を選択する必要がある。被覆樹脂層１５としては、インク吐出口２をフォトリソグラフィーで容易にかつ精度よく形成できることから、感光性のものが好ましい。このような感光性被覆樹脂層１５は、構造材料としての高い機械的強度、振動板４との密着性、耐インク性と、同時にインク吐出口２の微細なパターンをパターニングするための解像性が要求される。その為には、エポキシ樹脂のカチオン重合硬化物が構造材料として優れた強度、密着性、対インク性を有し、かつ前記エポキシ樹脂が常温にて固体状であれば、優れたパターニング特性を有する。
【００２５】
まず、エポキシ樹脂のカチオン重合硬化物は、通常の酸無水物もしくはアミンによる硬化物に比較して高い架橋密度（高Ｔｇ）を有するため、構造材として優れた特性を示す。また、常温にて固体状のエポキシ樹脂を用いることで、光照射によりカチオン重合開始剤より発生した重合開始種のエポキシ樹脂中への拡散が抑えられ、優れたパターニング精度、形状を得ることができる。
【００２６】
溶解可能な樹脂層１４上に被覆樹脂層１５を形成する工程は、常温で固体状の被覆樹脂を溶剤に溶解し、スピンコート法で形成することが望ましい（ｅ）。
【００２７】
薄膜コーティング技術であるスピンコート法を用いることで、被覆樹脂層１５は均一にかつ精度良く形成することができる。本発明に用いる固体状のエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡとエビクロヒドリンとの反応物のうち分子量がおよそ９００以上のもの、含ブロモスフェノールＡとエビクロヒドリンとの反応物、フェノールノボラックあるいはｏ−クレゾールノボラックとエビクロヒドリンとの反応物、特開昭５０−１５１９６３号公報、特開昭５３−１１１１１１号公報、特開昭５４−９２１５号公報、特開平２−１４０２１９号公報に記載のオキシシクロヘキサン骨格を有する多感応エポキシ樹脂等があげられるが、もちろん本発明はこれら化合物に限定されるわけではない。
【００２８】
また、上述のエポキシ化合物においては、好ましくはエポキシ当量が２０００以下、さらに好ましくはエポキシ当量が１０００以下の化合物が好適に用いられる。これは、エポキシ当量が２０００を越えると、硬化反応の際に架橋密度が低下し、硬化物のＴｇもしくは熱変形温度が低下したり、密着性、耐インク性に問題が生じる場合があるからである。
【００２９】
上記エポキシ樹脂を硬化させるための光カチオン重合開始剤としては、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩［Ｊ．ＰＯＬＹＭＥＲ ＳＣＩ：Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｎｏ．５５ ３８３−３９５（１９６５）参照］や旭電化工業株式会社より上市されているＳＰ−１５０、ＳＰ−１６０等が挙げられる。
【００３０】
また、上述の光カチオン重合開始剤は、還元剤を併用し加熱することによって、カチオン重合を促進（単独の光カチオン重合に比較して架橋密度が向上する）。させることができる。ただし、光カチオン重合開始剤と還元剤を併用する場合、常温では反応せず一定温度以上（好ましくは５０℃以上）で反応するいわゆるレドックス型の開始剤系になるように、還元剤を選択する必要がある。このような還元剤としては、銅化合物、特に反応性とエポキシ樹脂への溶解性を考慮して銅トリフラート（トリフルオロメタンスルフォン酸銅（ＩＩ））が最適である。また、アスコルピン酸等の還元剤も有用である。また、ノズル数の増加（高速印刷性）、非中性インクの使用（着色剤の耐水性の改良）等、より高い架橋密度（高Ｔｇ）が必要な場合は、上述の還元剤を後述のように前記被覆樹脂層の現像工程後に溶液の形で用いて被覆樹脂層を浸潰および加熱する後工程によって、架橋密度をあげることができる。さらに上記組成物に対して必要に応じて添加剤など適宜添加することが可能である。例えば、エポキシ樹脂の弾性率を下げる目的で可撓性付与剤を添加したり、あるいは基板との更なる密着力を得るためにシランカップリング剤を添加することなどがあげられる。
【００３１】
次いで、上記化合物からなる感光性被覆樹脂層１５に対して、インク吐出口２を形成するためマスクを介してパターン露光を行う。本態様の感光性被覆樹脂層１５は、ネガ型であり、ノズル孔４を形成する部分をマスクで遮蔽する。パターン露光は、使用する光カチオン重合開始剤の感光領域に合わせて紫外線、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光、電子線、Ｘ線などから適宜選択することができる。
【００３２】
ここで、これまでの工程は、すべて従来のフォトリソグラフィー技術を用いて位置合わせが可能であり、オリフィスプレートを別途作成し基板と張り合せる方法に比べて、格段に精度をあげることができる。こうしてパターン露光された感光性被覆樹脂層１５は、必要に応じて反応を促進するために、加熱処理を行ってもよい。ここで、前述のごとく、感光性被覆樹脂層は常温で固体状のエポキシ樹脂で構成されているため、パターン露光で生じるカチオン重合開始種の拡散は制約を受け、優れたパターニング精度、形状を実現できる。
【００３３】
次いで、パターン露光された感光性被覆樹脂層１５は、適当な溶剤を用いて現像され、図３に示すように、ノズル孔４を形成する。（５）ここで、未露光の感光性被覆樹脂層１５の現像時に同時にインク流路を形成する溶解可能な樹脂パターン１４を現像することも可能である。ただし、一般的に、基板１０上には複数の同一または異なる形態のヘッドが配置され、切断工程を経てインクジェット記録ヘッドとして使用されるため、切断時のごみ対策として、感光性被覆樹脂層１５のみを選択的に現像することにより、インク流路を形成する樹脂パターン１４を残し（液室内に樹脂パターン１４が残存するため切断時に発生するゴミが入り込まない）、切断工程後に樹脂パターン１４を現像することも可能である。また、この際、感光性被覆樹脂層１５を現像する時に発生するスカム（現像残連）は、溶解可能な樹脂層１４と共に溶出されるためノズル内には残渣が残らない。
【００３４】
前述したように架橋密度を上げる必要がある場合には、この後、圧力室５とインク供給液室６およびノズル孔４が形成された感光性被覆樹脂層１５を還元剤が含有された溶液に浸漬および加熱することにより後硬化を行う。これにより、感光性被覆樹脂層１５の架橋密度はさらに高まり、基板２に対する密着性および耐インク性は非常に良好となる。もちろん、この銅イオン含有溶液に浸漬加熱する工程は、感光性被覆樹脂層１５をパターン露光し、現像してノズル孔４を形成した直後に行っても一向にさしつかえなく、その後で溶解可能な樹脂パターン１４を溶出しても構わない。また浸溝、加熱工程は、浸潰しつつ加熱しても構わないし、浸潰後に加熱処理を行っても構わない（ｇ）。
【００３５】
このような還元剤としては、還元作用を有する物質であれば有用であるが、特に銅トリフラート、酢酸銅、安息香酸銅など銅イオンを含有する化合物が有効である。前記化合物の中でも、特に銅トリフラートは非常に高い効果を示す。さらに前記以外にアスコルビン酸も有用である。
【００３６】
信号電極９、１０と信号線をＡｕワイヤにてボンディングする。インク導入口８の形成においては、基板２のインク供給口に穴を形成できる手段であれば、いずれの方法も使用できる。例えば、ドリル等機械的手段にて形成しても構わないし、レーザー等の光エネルギーを使用しても構わない。また、化学的にエッチングしても構わない（ｈ）。
【００３７】
このようにして形成した圧力室５とインク供給液室６およびノズル孔４が形成した基板に対して、インク供給口８にインク供給のための部材およびインク吐出圧力発生素子を駆動するための電気的接合を行ってインクジェット記録ヘッドが形成される。
【００３８】
本実施態様では、インク吐出口の形成をフォトリソグラフィーによって行ったが、本発明はこれに限ることなく、マスクを変えることによって、酸素プラズマによるドライエッチングやエキシマレーザーによってもインク吐出口を形成することができる。エキシマレーザーやドライエッチングによってインク吐出口を形成する場合には、基板が樹脂パターンで保護されてレーザーやプラズマによって傷つくことがないため、精度と信頼性の高いヘッドを提供することも可能となる。さらに、ドライエッチングやエキシマレーザー等でインク吐出口を形成する場合は、被覆樹脂層１５は感光性のもの以外にも熱硬化性のものも適用可能である。
【００３９】
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記録ヘッドとして、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記録ヘッドにも有効である。
【００４０】
また、本発明による記録ヘッドは、ある温度以上で液化する固体インクにも好適に適用される。
【００４１】
（実施例）
以下、本発明の実施例を示す。
【００４２】
（実施例１）
本実施例では、前述の図３に示す手順にしたがって、インクジェット記録ヘッドを作製した。
【００４３】
まず、Ｓｉ酸化基板２の上に電極１０、１１となるＴｉ層をスパッタリングにより形成した。
【００４４】
次に圧力室５とインク供給液室６を形成するため、溶解可能な樹脂層１４として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ＰＥＴ上に塗布、乾燥しドライフィルムとしたものをラミネートにより転写した。なお、ＯＤＵＲ−１０１０は、低粘度であり厚膜形成できないため濃縮して用いた。
【００４５】
次いで、１１０℃にて２０分間プリベークした後、キヤノン製マスクアライナーＰＬＡ５２０（コールドミラーＣＭ２９０）にてインク流路のパターン露光を行った。露光は１．５分間、現像はメチルイソプチルケトン／キシレン＝２／１、リンスはキシレンを用いた。該溶解可能な樹脂で形成されたパターンは、インク流路を確保するためのものである。なお、現像後のレジストの膜厚は１０μｍであった。
【００４６】
次いで、
エポキシ樹脂（ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂） １００部
光カチオン重合開始剤（４，４−ジ−ｔ−ブチルフェニルヨードニウムヘキサ
フルオ叩ンチモネート） １部
シランカップリング剤 日本ユニカー社製Ａ−１８６ １０部
上記に示す樹脂組成物をメチルイソプチルケトン／キシレン混合溶媒に５０ｗｔ％の濃度で溶解し、スピンコートにて感光性被覆樹脂層１５を形成した。（パターン１４上における膜厚１０μｍであった）。
【００４７】
次いで、ＰＬＡ５２０（ＣＭ２５０）にて、ノズル孔４形成のためのパターン露光を行った。なお、露光は１０秒、アフターベークは５０℃３０分間行った。
【００４８】
次いで、メチルイソプチルケトンで現像を行い、インク吐出口２を形成した。なお、本実施例ではφ３０μｍの吐出ロバターンを形成した。
【００４９】
また、前記条件ではインク流路パターンは完全に現像されず残存している。
【００５０】
通常、基板２上には複数の同一または異なる形状のヘッドが配置されているために、この段階でダイサー等により切断し、個々のインクジェット記録ヘッドを得るが、ここでは前述の通りにインク流路パターンが残存しているため、切断時に発生するゴミがヘッド内に侵入することを防止できる。こうして得られたインクジェット記録ヘッドは、再びＰＬＡ５２０（ＣＭ２９０）にて２分間露光し、メチルイソブチルケトン中に超音波を付与しつつ浸潰し、残存しているインク流路パターンを溶出した。
【００５１】
次いで、インクジェット記録ヘッドを、１５０℃１時間加熱し感光性被覆材料層１５を完全に硬化させる。インク供給口が形成されたベース基板６を貼り付け、信号電極５と信号線９をＡｕワイヤにてボンディングする。
【００５２】
最後に、インク導入口８に不図示のインク供給部材を接着して、インク吐出圧力発生素子を駆動するための電気的接合を行ってインクジェット記録ヘッドが完成した。
【００５３】
【発明の効果】
上記に記述された本発明の製造工程によれば、基板上に形成されたインク滴を吐出させるための吐出圧力源となる電極部材を形成する工程と、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程と、常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶剤に溶解し、これを前記溶解可能な樹脂層上に塗工することにより、前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁と被覆樹脂層を形成する工程と、前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成する工程と、前記溶解可能な樹脂層を溶出する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法で半導体プロセスを用いて微細加工を行い、小型、高解像度、高速プリンタを実現するだけでなく、ノズル構造、圧力室、インク供給路などが最適設計し、精度の良い製造方法によりインク液滴を精度良く制御かつ多素子化を容易に実現できる構成とすることが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットヘッドの一部破断斜視図。
【図２】インク噴射部の上面図。
【図３】本発明の製造行程図。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet head that performs recording on a recording medium by flying small ink droplets, a method of manufacturing the head, and an ink jet device including the head.
[0002]
[Prior art]
The ink jet recording method is one of the so-called non-impact recording methods. The feature of this recording method is that the generation of noise during recording is negligibly small, high-speed recording and recording on various recording butterfly bodies are possible, and special processing is required for so-called plain paper. And high-definition images can be obtained at low cost. Due to these advantages, printing systems such as copying machines, facsimile machines, word processors, etc., as well as printers as peripheral devices of computers, have been widely used in recent years.
[0003]
At present, with the spread of the ink jet recording apparatus, improvement of its printing performance, particularly high resolution and high speed printing are required. Therefore, attempts have been made to realize high resolution and high speed printing using a multi-nozzle head structure with a fine ink head.
[0004]
Ink jet recording methods widely used today include a method using a piezoelectric element (piezo element) and a method using an electrothermal conversion element. In either method, the ejection of ink droplets can be controlled by an electric signal.
[0005]
The principle of the method using a piezoelectric element (piezo element) includes, for example, an ink supply chamber communicating with an ink ejection port, a pressure chamber communicating with the ink supply chamber, and a pressure element provided in the pressure chamber, and the piezoelectric element is bonded. It is composed of a vibrating plate and the like. Conventionally, the direction of ink ejection and the direction of vibration of the piezoelectric element are the same. In such a configuration, when a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element expands and contracts, causing the piezoelectric element and the diaphragm to vibrate in a drum-like shape, compressing the ink in the pressure chamber, and thereby causing the ink ejection port , An ink droplet is ejected.
[0006]
Therefore, in the method using the piezoelectric element (piezo element), there is no adverse effect such as a change in the volume of the flying ink droplet due to heat storage in the ink jet head, but it is difficult to manufacture the ink jet head with high accuracy and to integrate the nozzles. There are drawbacks such as. For an ink jet head using a piezoelectric element, downsizing of the ink head is strongly demanded by fine processing of the ink head. In order to reduce the size of the piezoelectric element, a method is possible in which the thickness of the piezoelectric body is reduced, the flexural vibration is generated using a vibration plate, and the ink is ejected. However, the amount of displacement of the piezoelectric body itself with respect to the voltage is very small. Therefore, if the piezoelectric element is miniaturized, sufficient stress or vibration is not generated due to a decrease in piezoelectricity, and ink cannot be ejected. Therefore, in order to realize a high-resolution, high-speed printer having a small, multi-nozzle head, it has been attempted to develop a piezoelectric thin film material having sufficient piezoelectricity even at a thin film thickness and to establish a manufacturing method thereof. I have.
[0007]
In particular, in conventional sintered piezoelectric materials, elements have been miniaturized by mechanical processing such as cutting. However, mechanical processing has a limit to miniaturization and causes deterioration in piezoelectric characteristics. It was difficult to achieve both miniaturization and high resolution. In order to solve the problem of the conventional piezoelectric element using a sintered body, the fine processing generally used in a semiconductor process is performed by reducing the thickness of a piezoelectric body, a vibration plate, and the like constituting the piezoelectric element. A thin film material having a large shape and a large piezoelectric property even if the film thickness is further reduced has been developed, and a configuration for realizing a high-density nozzle structure and a manufacturing method thereof have been proposed (for example, Patent Document 1). reference).
[0008]
On the other hand, the principle of the method using an electrothermal conversion element is that an electric signal is applied to the electrothermal conversion element to instantaneously boil the ink in the vicinity of the electrothermal conversion element. The ink droplets are ejected at high speed by growth. Therefore, the method using the electrothermal transducer has advantages such as a simple structure of the ink jet head and easy integration of nozzles.
[Patent Document 1]
JP-A-10-2859593
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the manufacturing process described above, in order to realize a small-sized, high-resolution, high-speed printer having a multi-nozzle head in ink jet recording, not only a discharge pressure source but also a nozzle structure, a pressure chamber, and an ink The supply path and the like are optimally designed, and it is necessary to precisely control the ink droplets by a high-precision manufacturing method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A step of forming an electrode member serving as a discharge pressure source for discharging ink droplets formed on the substrate, a step of forming an ink flow path pattern with a dissolvable resin, and a solid epoxy resin at room temperature Dissolving a coating resin containing a solvent in a solvent and applying the solution on the dissolvable resin layer to form an ink flow path wall and a coating resin layer on the dissolvable resin layer; A method for manufacturing an ink jet head, comprising the steps of forming an ink discharge port in a resin layer and eluting the dissolvable resin layer, to form an ink supply path with high accuracy, and to facilitate multi-element printing. This is a configuration that can be realized.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an ink jet head according to the present invention, FIG. 2 is a top view of an ink ejecting unit, and FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the present invention. 1 to 3, an inkjet head 1 has an insulating substrate 2, and a structure 3 that forms an ink flow path is laminated on the surface of the substrate 2. In the structure 3, the nozzle hole 4, the pressure chamber 5, and the ink supply liquid chamber 6 are integrally formed.
[0012]
As shown in FIG. 2, the pressure chamber 5 is formed in a planar shape, and communicates with the pressure chamber 5 via an ink supply common liquid chamber 6, which is a part of the ink flow path. The ink flows from an ink supply tank (not shown) through the ink inlet 8 into the common ink supply liquid chamber 6.
[0013]
A pair of electrodes 9 and 10 are arranged at a predetermined interval on the surface of the substrate 2 in the pressure chamber 5. Opposite end faces of the pair of electrodes 9 and 10 are formed in an arc shape. The pair of electrodes 9 and 10 are connected to a print signal generator (not shown) for applying a voltage between the electrodes 9 and 10. Further, a nozzle hole 4 above the center of the pressure chamber 5 is formed.
[0014]
An ink jetting operation of the inkjet head 1 having the above configuration will be described.
[0015]
1 to 3, the pressure chamber 5 is filled with the conductive ink 11 in an initial state. In this state, when a voltage is applied between the pair of electrodes 9 and 10 from the print signal generation unit, lines of electric force are generated between the electrodes 9 and 10 via the conductive ink 11. Then, a current flows along the line of electric force, and due to Joule loss of the current represented by I2 × R (I is a current value, and R is a resistance value of the conductive ink 11), a current is concentrated in a current concentrated portion of the line of electric force. The conductive ink 11 self-heats and finally boils. As a result, bubbles are generated in the conductive ink 11.
[0016]
When the generated bubble expands in the pressure chamber 5, the pressure of the conductive ink 11 in the pressure chamber 5 is rapidly increased, and a part of the conductive ink 11 is formed as an ink droplet from the nozzle hole 4 by the pressure to the outside. Injected to. The ejected ink droplets adhere to the recording paper surface to form print dots.
[0017]
The print signal generation unit stops applying the voltage to the pair of electrodes 9 and 10 when the conductive ink 11 starts boiling. Thus, the bubbles expand to a certain amount, then contract and disappear.
[0018]
The conductive ink 11 in the pressure chamber 5 consumed by the ink droplet ejected from the nozzle hole 4 is supplied to the pressure chamber 5 through the ink inlet 8. Thereafter, the print signal generator starts applying a voltage for the next print.
[0019]
As the conductive ink 11, an ink in which a dye or a pigment was dispersed in a mixed solvent liquid of highly volatile water or alcohol and glycerin with low volatility was used. The resistivity of the conductive ink 11 was 10 to 50 Ω · cm.
[0020]
FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing a piezoelectric element and a pressure chamber according to an embodiment of the present invention.
[0021]
In FIG. 3, a substrate 2 is obtained by forming an oxide film 13 on a Si substrate (a). The substrate 2 is not limited to this, and may be glass or a substrate obtained by laminating and depositing a metal oxide film such as glass. A mask is formed for forming an electrode on the substrate 2. After forming the mask, a Ti layer serving as the signal electrode 10 was formed to a thickness of 3 μm by sputtering (b).
[0022]
Next, an ink flow path pattern for forming the pressure chamber 5 and the ink supply liquid chamber 6 shown in FIG. 2 is formed. The most common means is a means made of a photosensitive organic material. When a photosensitive organic material is used, the ink flow path pattern 11 can be dissolved, so that a positive resist or a soluble-change negative resist can be used.
[0023]
As a method for forming the resist layer, it is preferable to dissolve the photosensitive material in an appropriate solvent, apply it on a film such as PET, dry it, form a dry film, and form it by lamination. As another coating method, it can be formed by means such as spin coating or screen printing. As the above-mentioned dry film, vinylketone-based photodegradable polymer compounds such as polymethylisopropylketone and polyvinylketone can be suitably used (b) and (c).
[0024]
As described above, the coating resin layer 15 is further formed on the dissolvable resin material layer 14 on which the ink flow path pattern 11 is patterned by a usual spin coating method, roll coating method, or the like. Here, in the step of forming the resin layer 15, characteristics such as not deforming the dissolvable resin pattern are required. That is, when the coating resin layer 15 is dissolved in a solvent and formed on the dissolvable resin pattern 14 by spin coating, roll coating, or the like, it is necessary to select a solvent so as not to dissolve the dissolvable resin pattern 14. is there. The coating resin layer 15 is preferably photosensitive because the ink discharge ports 2 can be easily and accurately formed by photolithography. Such a photosensitive coating resin layer 15 has high mechanical strength as a structural material, adhesion to the vibration plate 4, ink resistance, and at the same time, resolution for patterning a fine pattern of the ink discharge ports 2. Is required. For that purpose, the cationically polymerized cured product of the epoxy resin has excellent strength, adhesion, and ink resistance as a structural material, and has excellent patterning characteristics if the epoxy resin is solid at room temperature. .
[0025]
First, a cationically polymerized cured product of an epoxy resin has a higher crosslink density (higher Tg) than a cured product of a usual acid anhydride or amine, and thus exhibits excellent properties as a structural material. Further, by using a solid epoxy resin at room temperature, diffusion of a polymerization initiation species generated from a cationic polymerization initiator by light irradiation into the epoxy resin can be suppressed, and excellent patterning accuracy and shape can be obtained. .
[0026]
In the step of forming the coating resin layer 15 on the dissolvable resin layer 14, it is desirable to dissolve the solid coating resin in a solvent at normal temperature and form the coating resin by a spin coating method (e).
[0027]
By using the spin coating method as a thin film coating technique, the coating resin layer 15 can be formed uniformly and accurately. Examples of the solid epoxy resin used in the present invention include a reaction product of bisphenol A and ebiclohydrin having a molecular weight of about 900 or more, a reaction product of bromosphenol A and ebiclohydrin, phenol novolak or o-cresol novolac. Reaction products with shrimp hydrohydrin, polysensitive compounds having an oxycyclohexane skeleton described in JP-A-50-151963, JP-A-53-111111, JP-A-54-9215, and JP-A-2-140219. Examples include epoxy resins, but of course, the present invention is not limited to these compounds.
[0028]
Further, in the above-mentioned epoxy compound, a compound having an epoxy equivalent of preferably 2000 or less, more preferably a compound having an epoxy equivalent of 1000 or less is suitably used. This is because, if the epoxy equivalent exceeds 2,000, the crosslinking density decreases during the curing reaction, and the Tg or heat distortion temperature of the cured product may decrease, or problems may occur in adhesion and ink resistance. is there.
[0029]
Examples of the cationic photopolymerization initiator for curing the epoxy resin include aromatic iodonium salts and aromatic sulfonium salts [J. POLYMER SCI: Symposium No. 55 383-395 (1965)] and SP-150 and SP-160 marketed by Asahi Denka Kogyo KK.
[0030]
Further, the above-mentioned cationic photopolymerization initiator promotes cationic polymerization by heating in combination with a reducing agent (the crosslink density is improved as compared with single photocationic polymerization). Can be done. However, when a photocationic polymerization initiator and a reducing agent are used in combination, the reducing agent is selected so as to form a so-called redox-type initiator system which does not react at room temperature but reacts at a certain temperature or higher (preferably 50 ° C or higher). There is a need. As such a reducing agent, a copper compound, particularly copper triflate (copper (II) trifluoromethanesulfonate) is most preferable in consideration of reactivity and solubility in an epoxy resin. Further, a reducing agent such as ascorbic acid is also useful. When a higher crosslinking density (high Tg) is required, for example, by increasing the number of nozzles (high-speed printability) or using a non-neutral ink (improving the water resistance of the colorant), the above-described reducing agent is used as described below. As described above, the cross-linking density can be increased by a post-process in which the coating resin layer is immersed and heated using a solution after the development process of the coating resin layer. Further, additives and the like can be appropriately added to the composition as needed. For example, addition of a flexibility-imparting agent for the purpose of lowering the elastic modulus of the epoxy resin, or addition of a silane coupling agent for obtaining further adhesion to the substrate can be mentioned.
[0031]
Next, the photosensitive coating resin layer 15 made of the above compound is subjected to pattern exposure through a mask in order to form the ink discharge ports 2. The photosensitive coating resin layer 15 of this embodiment is of a negative type, and a portion where the nozzle hole 4 is formed is shielded by a mask. The pattern exposure can be appropriately selected from ultraviolet light, Deep-UV light, electron beam, X-ray and the like in accordance with the photosensitive region of the cationic photopolymerization initiator to be used.
[0032]
Here, all the steps so far can be aligned using the conventional photolithography technology, and the accuracy can be remarkably improved as compared with a method in which an orifice plate is separately formed and bonded to a substrate. The photosensitive coating resin layer 15 thus pattern-exposed may be subjected to a heat treatment in order to accelerate the reaction, if necessary. Here, as described above, since the photosensitive coating resin layer is composed of epoxy resin that is solid at room temperature, diffusion of the cationic polymerization initiation species generated by pattern exposure is restricted, and excellent patterning accuracy and shape are realized. it can.
[0033]
Next, the photosensitive coating resin layer 15 that has been subjected to the pattern exposure is developed using an appropriate solvent to form the nozzle holes 4 as shown in FIG. (5) Here, it is also possible to develop the dissolvable resin pattern 14 that forms the ink flow path simultaneously with the development of the unexposed photosensitive coating resin layer 15. However, in general, a plurality of heads of the same or different forms are arranged on the substrate 10 and used as an ink jet recording head through a cutting step. Therefore, as a measure against dust during cutting, only the photosensitive coating resin layer 15 is used. Is selectively developed so that the resin pattern 14 forming the ink flow path is left (the resin pattern 14 remains in the liquid chamber so that dust generated during cutting does not enter), and the resin pattern 14 is developed after the cutting step. It is also possible. At this time, scum (development residue) generated when developing the photosensitive coating resin layer 15 is eluted together with the soluble resin layer 14, so that no residue remains in the nozzle.
[0034]
When it is necessary to increase the crosslink density as described above, the photosensitive coating resin layer 15 in which the pressure chamber 5, the ink supply liquid chamber 6, and the nozzle hole 4 are formed is thereafter converted to a solution containing a reducing agent. Post-curing is performed by dipping and heating. Thereby, the crosslinking density of the photosensitive coating resin layer 15 is further increased, and the adhesion to the substrate 2 and the ink resistance are extremely improved. Of course, the step of immersion and heating in the copper ion-containing solution can be performed immediately after the photosensitive coating resin layer 15 is subjected to pattern exposure and development to form the nozzle holes 4. 14 may be eluted. In the immersion groove and heating step, heating may be performed while immersion is performed, or heat treatment may be performed after immersion (g).
[0035]
As such a reducing agent, any substance having a reducing action is useful, and in particular, a compound containing a copper ion such as copper triflate, copper acetate, copper benzoate is effective. Among the above compounds, copper triflate in particular shows a very high effect. In addition to the above, ascorbic acid is also useful.
[0036]
The signal electrodes 9 and 10 and the signal lines are bonded with Au wires. In forming the ink inlet 8, any method can be used as long as it can form a hole in the ink supply port of the substrate 2. For example, it may be formed by mechanical means such as a drill, or light energy such as laser may be used. Further, it may be chemically etched (h).
[0037]
With respect to the substrate formed with the pressure chamber 5, the ink supply liquid chamber 6, and the nozzle hole 4 formed in this way, a member for supplying ink to the ink supply port 8 and an electric power for driving the ink discharge pressure generating element. The ink jet recording head is formed by performing the thermal bonding.
[0038]
In the present embodiment, the formation of the ink discharge ports is performed by photolithography. However, the present invention is not limited to this. By changing the mask, it is possible to form the ink discharge ports also by dry etching using oxygen plasma or excimer laser. Can be. In the case where the ink discharge ports are formed by excimer laser or dry etching, the substrate is protected by the resin pattern and is not damaged by laser or plasma, so that a highly accurate and reliable head can be provided. Further, in the case where the ink discharge ports are formed by dry etching, excimer laser, or the like, the coating resin layer 15 may be a thermosetting resin in addition to a photosensitive resin.
[0039]
The present invention is also effective as a full-line type recording head capable of simultaneously recording over the entire width of a recording sheet, and also a color recording head in which a plurality of recording heads are integrated or combined.
[0040]
Further, the recording head according to the present invention is suitably applied to a solid ink which liquefies at a certain temperature or higher.
[0041]
(Example)
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
[0042]
(Example 1)
In this embodiment, an ink jet recording head was manufactured according to the procedure shown in FIG.
[0043]
First, a Ti layer to be the electrodes 10 and 11 was formed on the Si oxide substrate 2 by sputtering.
[0044]
Next, in order to form the pressure chamber 5 and the ink supply liquid chamber 6, polymethylisopropenyl ketone (ODUR-1010 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied on the PET as a dissolvable resin layer 14, dried and dried. The film was transferred by lamination. ODUR-1010 was concentrated and used because it had low viscosity and could not form a thick film.
[0045]
Next, after prebaking at 110 ° C. for 20 minutes, pattern exposure of the ink flow path was performed using a mask aligner PLA520 (cold mirror CM290) manufactured by Canon. Exposure was performed for 1.5 minutes, development was performed using methyl isobutyl ketone / xylene = 2/1, and rinsing was performed using xylene. The pattern formed of the dissolvable resin is for securing an ink flow path. The thickness of the resist after development was 10 μm.
[0046]
Then
Epoxy resin (o-cresol novolac type epoxy resin) 100 parts Photo-cationic polymerization initiator (4,4-di-t-butylphenyliodonium hexafluoride timmonate) 1 part Silane coupling agent A-186 manufactured by Nippon Unicar 10 parts The resin composition shown above was dissolved in a mixed solvent of methyl isobutyl ketone / xylene at a concentration of 50 wt%, and a photosensitive coating resin layer 15 was formed by spin coating. (The film thickness on the pattern 14 was 10 μm).
[0047]
Next, pattern exposure for forming the nozzle holes 4 was performed by the PLA 520 (CM250). The exposure was performed for 10 seconds, and the after-baking was performed at 50 ° C. for 30 minutes.
[0048]
Subsequently, development was carried out with methyl isobutyl ketone to form an ink discharge port 2. In this example, a discharge rotaturn having a diameter of 30 μm was formed.
[0049]
Further, under the above conditions, the ink flow path pattern remains without being completely developed.
[0050]
Usually, since a plurality of heads having the same or different shapes are arranged on the substrate 2, cutting is performed by a dicer or the like at this stage to obtain individual ink jet recording heads. Since the pattern remains, dust generated during cutting can be prevented from entering the head. The thus-obtained ink jet recording head was again exposed to PLA520 (CM290) for 2 minutes, immersed in methyl isobutyl ketone while applying ultrasonic waves, and eluted the remaining ink flow path pattern.
[0051]
Next, the inkjet recording head is heated at 150 ° C. for 1 hour to completely cure the photosensitive coating material layer 15. The base substrate 6 on which the ink supply port is formed is attached, and the signal electrode 5 and the signal line 9 are bonded with an Au wire.
[0052]
Finally, an ink supply member (not shown) was bonded to the ink inlet 8, and electrical connection for driving the ink ejection pressure generating element was performed, thereby completing an ink jet recording head.
[0053]
【The invention's effect】
According to the manufacturing process of the present invention described above, a step of forming an electrode member serving as a discharge pressure source for discharging ink droplets formed on a substrate, and a step of forming an ink flow path pattern using a dissolvable resin. And dissolving a coating resin containing a solid epoxy resin in a solvent at room temperature, and applying this on the dissolvable resin layer to form an ink stream on the dissolvable resin layer. Forming a road wall and a coating resin layer; forming an ink discharge port in the coating resin layer; and eluting the soluble resin layer. In addition to realizing a compact, high-resolution, high-speed printer by performing fine processing using a process, the nozzle structure, pressure chamber, ink supply path, etc. are optimally designed, and ink droplets are manufactured by a precise manufacturing method. In which it becomes possible to time be controlled and a multi-element processing can be easily realized arrangement.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an inkjet head.
FIG. 2 is a top view of the ink ejecting unit.
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the present invention.
