JP2810050B2 - 液体噴射記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体噴射記録ヘッドの製造方法に関し、と
りわけ高速で高精細の記録が可能な高密度で特性の揃っ
た多数の記録液吐出口を有する記録ヘッドの製造方法に
関する。

〔従来の技術および課題〕

インクジェット記録方式（液体噴射記録方式）に用い
られる液体噴射記録ヘッドは、一般に複数の微細なオリ
フィス（記録液吐出口）、流路（記録液流路）、液室
（記録液室）、該流路に対応する部分に設けられる液体
吐出エネルギー発生部を備えている。

多数のオリフィスを精度良く配設形成する方法として
は、例えば、感光性樹脂を用いて基板上に流路形成用の
多数の溝を形成し、その溝が形成された面上に別の基板
（以下、天板と称す）を接着剤を用いて接合し、管路と
しての流路を形成して多数のオリフィスを精度良く配設
形成する方法がある。しかし、そのような方法において
は、流路の数が増加し、加えてそれらの寸法が小さくな
るに従って、基板と天板との接合を精度良く行なうこと
は技術的に困難であることが明らかになってきた。つま
り、基板と天板とを接合する際に、それらに、そり、ね
じれ等が生じていると、形成される管路としての流路の
各部に寸法のバラつきが生じる。この寸法のバラつき
は、記録液の液滴径、初速度、粒子化効率、応答周波数
等の記録ヘッドとしての吐出特性の不揃い等の原因とな
る。このような傾向は、流路の数が増加し、加えてそれ
らの寸法が小さくなるに従って顕著となる。

また、記録ヘッドの流路の数を増加し、かつ記録スピ
ードを速くするためには、その記録ヘッドの液室の容積
を大きくする必要があり、そのための方法としては、例
えば、基板だけではなく天板にも液室形成用の掘込みを
形成し、その互いに対応する掘込みの位置を合わせつつ
基板と天板を接合し、液室を形成する方法がある。この
方法では、基板と天板を接合することにより、流路と液
室を同時に形成することができる。しかし、基板および
天板に大きな容積の掘込みを形成するためには、それら
自体のサイズを大きくしなければならず、その結果先に
述べたような、そり、ねじれ等の発生がより顕著となっ
てしまう。したがってこの方法は、基板と天板を接合す
ることによって多数の微細な流路を形成する先に述べた
方法に応用するには適していなかった。

以上のような技術の欠点を改良した方法に、例えば、
基板上の流路形成予定部位に固体層をパターン形成し、
更に活性エネルギー線硬化樹脂から成る流路構成部材を
その固体層を覆うようにして積層し、次に天板をその流
路構成部材の上面に重ねながら活性エネルギー線を天板
側から樹脂に照射することによって、その樹脂の硬化お
よびその樹脂と天板との接着を行い、最終的に該固体層
を溶解等の手段にて除去することによって流路を形成す
るという工程を含む方法がある。

また更には、上記工程に加えて、前記天板にあらかじ
め液室形成用の掘り込み部を加工しておく工程、活性エ
ネルギー線照射の際にその掘り込み部をマスクしつつそ
の照射を行う工程、その照射の後、樹脂の非硬化部分を
除去することによって複数の流路に連接する共通の液室
を形成する工程とを含む方法もある。

これらの方法においては、流路の形状および寸法があ
らかじめ形成した固体層とほぼ同一になる。したがって
この方法は、天板のねじれ、そり等に影響されず所望の
形状および寸法の流路を得やすいという点において、お
よび大型の天板を使用して大きな液室を形成できるとい
う点においては、先に述べたような基板と天板とを単に
接着することによって流路を形成する方法よりも優れて
いる。

しかしながら、これらの方法においては、天板を介し
てエネルギー線硬化型樹脂に活性エネルギー線を照射す
るので、天板の材質としては、活性エネルギー線に対し
て透過性の高いものを用いる必要がある。したがって、
この方法に用いることのできる天板の材料としては、ガ
ラスまたは光透過性の高いプラスチックに限定される。
ガラスを用いる場合は、掘り込み部の加工コストが高
く、機械的強度が低いという問題があり、また透明プラ
スチックを用いる場合は、加工コストはガラスに比べ安
くなるが、耐熱性、耐薬品性、寸法安定性が低いという
機能上の問題がある。なお、天板に用いるに十分な耐熱
性、耐薬品性を有するプラスチックも存在するが、一般
にそれらは光透過性が低く、また、それらプラスチック
の寸法安定性を増すために添加される無機フィラーは、
その光透過性を更に低くしてしまう。したがって、耐熱
性および耐薬品性に優れた一般のプラスッチクを、光を
ほとんど透過しないので、この方法における天板に用い
るには不適当である。また、この方法においては、共通
の液室を形成すべき部分をマスクし、活性エネルギー線
が照射されないようにする必要があるが、天板が厚い場
合はマスクによるパターニングの精度が低くなり、活性
エネルギー線の硬化が不必要な部位に及んでしまう。

本発明は上記問題点に鑑み成されたものであり、その
目的は、高速で高精細の記録が可能な高密度で特性の揃
った多数のオリフィスを有し、かつ天板の材質として多
種多様の種類のものを用いることができる液体噴射記録
ヘッドの製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の上記目的は、 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生す
る素子を10²個以上設けた基体上の少なくとも流路形成
予定部位に、溶解除去可能な固体層を設ける工程と、 該固体層が設けられた基体上に、活性エネルギー線硬
化性材料を被覆する工程と、 該活性エネルギー線硬化性材料の液室形成予定部位以
外の部分に活性エネルギー線を照射し、硬化させる工程
と、 該活性エネルギー線硬化性材料の非硬化部分および固
体層の液室部分を溶解除去して液室の一部を形成する工
程と、 前記液室の一部が設けられた基板を前記流路形成予定
部位で切断し基板の端面に前記流路に連通する吐出口を
形成する工程と、 前記吐出口が形成された基板に液室の一部を形成する
ための凹部を有する天板を接着する工程と、 を有することを特徴とする液体噴射記録ヘッドの製造
方法により達成される。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

第１図は、本発明によって製造されたラインプリンタ
ー用液体噴射記録ヘッドの一態様を示す斜視図である。
この液体噴射記録ヘッドは、多数のオリフィス５を有
し、このオリフィス５から吐出されるインクによって記
録を行なうものである。

第２図〜第７図は、第１図に示した液体噴射記録ヘッ
ドを製造するための本発明の方法の一態様例における各
工程を示す図である。以下、これらの図面を参照しつつ
本発明を詳細に説明する。

第２図は、吐出エネルギー発生素子を備えた基体を示
す斜視図である。この吐出エネルギー発生素子７は、基
体１の流路形成予定部位に対応する部分に設けられてい
る。この基体１には、例えばガラス、シリコーンウエハ
等を用いることができ、また吐出エネルギー発生素子７
には、例えば圧電素子、発熱素子などを用いることがで
きる。

次に、第３図に示すように、基体１上の流路形成予定
部位およびそを全ての流路と連接する共通の液室形成予
定部位に溶解除去可能な固体層８をパターン形成する。
この固体層８としては、例えばナフトキノンジアジド誘
導体とオルソクレゾールノボラック樹脂を主成分とする
ポジ型レジスト材料、あるいはポジ型ドライフィルムレ
ジストなどを用いることができる。固体層８のパターン
形成は、例えばフォトリソグラフィーによって厚さ20μ
ｍ〜100μｍ、流路巾20μｍ〜100μｍの程度にパターン
形成することにより行なう。また、固体層８は、そのパ
ターン形成後に任意の溶媒等によって溶解除去できるも
のであれば、それ以外の化学的性質は特に限定されない
ので、ポジ型の化学反応形態はいずれであっても良い。
なお、液室形成予定部位への固体層８の形成は必ずしも
必要というものではなく、例えば作製しようとするヘッ
ドの種類、引き続く加工工程などに応じて、形成するか
どうか選択すればよい。

次に、第４図に示すように、固体層８が形成された基
体１の面に活性エネルギー線硬化性材料を被覆する。こ
の活性エネルギー線硬化性材料２は、流路の構成材であ
るので、基板との接着性、機械的強度、耐薬品性の優れ
た物質を選ぶことが望ましい。また、この硬化性材料２
は、固体層８上に被覆したときに固体層８を容易に溶解
するものであってはならない。以上の点を考慮しつつ、
活性エネルギー線に対する反応基および骨格構造を選択
し、活性エネルギー線硬化性材料２として用いる材料を
選定すればよい。具体的には、例えばラジカル重合型、
カチオン重合型、付加重合型または架橋型等の紫外線硬
化可能な液状樹脂ならびに電子ビームによって重合また
は架橋可能な液状樹脂等を用いることができる。また、
その硬化性材料２の被覆方法としては、塗布等の方法を
用いることができる。

次に、以上のようにして被覆した活性エネルギー線硬
化性材料２上の共通の液室形成予定部位をマスクし、像
様露光する。そのマスクとして、例えば電子ビーム透過
性が高いものを用いる場合、あるいは遮蔽部のみにマス
クを置くいわゆるメカマスク等を用いる場合は、電子ビ
ームを用いて露光すればよい。また、例えばガラス、石
英、ポリエステルフィルム等より成るマスクを用いる場
合は、紫外線を用いて露光すればよい。また、硬化性材
料２として液状のものを用いる場合は、その硬化性材料
２の硬化によってマスクが接着あるいは損傷を与えるこ
とのないように、例えば以下のような方法を用いること
ができる。

1.液状の硬化性材料の塗布膜厚を精密に制御して、マス
クと一定のギャップ（通常0.3mm〜1.0mm）を保ちなが
ら、平行度の高い紫外線光源を用いて露光する方法。

2.マスクに離型処理を施こし、硬化性材料に直接接触さ
せて露光する方法。

3.離型性を有する透明フィルムを液状の硬化性材料上に
被覆し、マスクをその透明フィルム上に密着させて露光
する方法。

以上のような像様露光を行なった後、現像液にて現像
処理する。その現像液としては、例えば活性エネルギー
線硬化性材料２を溶解し得る有機溶剤あるいは水を主体
とする液体混合物などを用いることができる。また、共
通の液室形成予定部位の固体層８をその現像処理と同時
に溶解除去することが工程上簡易であり、好ましい。本
発明者達の知見によれば、上述の現像処理により、共通
の液室形成予定部位およびそこに接する部分の固体層８
は溶解除去可能であるが、微細な流路形成予定部位内の
固体層８は溶解除去し難い。後述するように、このこと
は後工程に有利に作用する。

第５図は、像様露光後、活性エネルギー線硬化性材料
の非硬化部分および共通の液室形成予定部位の固体層を
現像液にて溶解除去した状態を示す斜視図である。この
時点では、流路形成予定部位内には固定層８がまだ充填
されている。

第６図は、共通の液室となるべき掘り込みが形成され
た天板を示す斜視図である。この天板４の上面側には記
録液供給口６が、下面側には接着層３が設けられてい
る。この天板４の材料には、例えば金属、ガラス、プラ
スチック、セラミックス等を用いることができ、またそ
の材質に適した加工法に従って掘り込み10および記録液
供給口６を形成すればよい。

次に、第７図に示すように、第５図に示した像様露光
後の基板の活性エネルギー線硬化性材料側と第６図に示
した天板４の接着層側とを接合する。このときの双方の
接合面はそり等が少ないことが必要であるが、表面は平
滑であることは必ずしも必要とされない。また、接着性
向上のための物理的、化学的処理がされたものであって
もよい。なお、本実施態様においては、天板４に接着層
３を設けたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、活性エネルギー線硬化性材料２側に接着層３を設け
てもよいし、その双方に設けてもよい。

その接着層３を構成する接着剤は、硬化した活性エネ
ルギー線硬化性材料９および天板４の材質に応じて適宜
選定すればよい。また、塗布時には溶液状であり、蒸発
乾燥後、粘着性または固体状になる接着剤を用いること
が好ましい。液状または溶液状の接着剤を用いる場合
は、例えばローラーあるいはローラーコーターなどを用
いて接着すべき面にのみ接着剤を塗布することが望まし
い。

また、その接着剤として、例えばフィルム状のもの、
すなわちＢステージ化されたエポキシ樹脂フィルム、ブ
ロックイソシアネート含有のウレタン系接着性フィル
ム、ホットメルト型の熱可塑性接着フィルム等を別途の
支持体フィルム上から、接着面に転写して用いることも
できる。その転写されたフィルムを加熱することにより
接着が可能であり、その加熱方法としては、全体を直接
加熱してもよいが、例えば接着剤に内部発熱を起こさせ
る超音波溶着法、マイクロ波加熱法、あるいは接着剤中
に磁性粉を分散した上での高周波誘導加熱法などを用い
ることが接合後のヘッドのたわみ発生防止などの点から
好ましい。天板４の材料として紫外線透過性のものを用
いた場合は、接着層３として例えばプリント基板加工用
感光性ドライフィルムなどの光接着用フィルムを用い、
天板４を介して光照射することによりその接着層３を硬
化させる方法を用いることもできる。

次に、上記接合体のオリフィス５を有する面を切断、
研摩し、吐出エネルギー発生素子７からオリフィス５ま
での距離を正確な所定の距離にし、かつ平滑なオリフィ
ス表面に仕上げる。次に撥インク処理、金属の蒸着等の
メタライジング処理等を行なう。以上のような研摩およ
び他の処理工程を行なう際には、流路内は固体層８が充
填されおり、その研摩および他の処理は流路の内壁に影
響を与えることがない。なお、必要ならば、他の部分の
切断を行なってもよいし、必要がなければ上記研摩およ
び他の処理を行なわなくともよい。また、上記切断に
は、例えば半導体製造用の精密切断装置などを用いるこ
とが好ましい。

次に、流路内に充填されている固体層８を溶解除去
し、その内部を洗浄することによって、流路を完成す
る。固体層８の溶解除去および洗浄としては、例えば有
機溶剤に浸漬して超音波洗浄槽中で処理することによ
り、短時間に完了させることができる。

なお、以上の研磨および他の処理工程ならびに固体層
８の溶解除去工程は、天板４を接合する工程の前に行な
ってもかまわない。

以上説明した本発明の方法により、第１図に示した液
体噴射記録ヘッドを得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、多数（10
²〜10³個程度）のオリフィスおよび液室を任意の形状、
高精度な寸法で容易にかつ低コストで形成でき、また基
板と天板との接合も容易である。更には、その天板の材
質の種類として、例えばガラス、プラスチック、セラミ
ックス、金属など様々なものを用いることができる。
又、液室の容積を十分に稼ぐため天板が非常に厚い場合
であっても活性エネルギー線硬化性材料のパターニング
を所望の位置で確実に行うことができる。又、天板と活
性エネルギー線硬化性材料との間では硬化収縮による応
力が蓄積し易いが、基板の切断は天板接合前に行われる
ため、仮に天板と活性エネルギー線硬化性材料との間に
応力が蓄積していたとしても天板が剥離することを防止
することができるため、液体噴射記録ヘッドの歩留まり
を向上させることができる。

本発明の製造方法液により得た体噴射記録ヘッドは、
例えばラインプリンター用ヘッドなどに用いるに特に有
用である。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。

実施例１ 硼圭酸系ガラス7059（コーニング（株）製）より成る
基体上面に吐出エネルギー発生素子としてHfB₂薄膜ヒー
ターを成膜パターニングし、Alを配線材料として用いた
発熱素子付基板を作成した。この基板上面に、ポジ型感
光性フィルムであるOZATEC Ｒ−225（商品名、Hechest
社製）を用い、流路形成予定部位および共通の液室形成
予定部位に固体層を形成した。なお、流路ピッチは140
μｍ、流路巾は50μｍ、流路高さは25μｍ、流路数は16
00とした。次に、活性エネルギー線硬化性材料としての
ポリエンとポリチオール型光重合樹脂「NORLAND81」
（商品名、ノーランド（株）製）をその基板の上面に、
約50μｍの厚さに塗布した。次いで、その上に表面がシ
リコン樹脂によって被覆されたポリエチレンテレフタレ
ートより成る離型性フィルム（東洋メタライジング
（株）製）を気泡が入らないように重ねた。次に、その
離型性フィルムの上部に共通の液室形成予定部位をマス
クするためのガラスマスクを置き、位置合わせした後、
平行度の高い紫外線照射装置である「タマラック」（TA
MARACK scientific co−,inc.製）によって、紫外線を3
00秒照射した。照射後直ちに、１、１、１、トリクロル
エタンにてスプレー現像を60秒行ない、非硬化部分およ
び液室形成予定部位の固定層を除去した。この時、流路
内の固体層材料は、除去されなかった。次に、半導体用
ウエハー切断装置を用いて、発熱素子先端からオリフィ
スの方向の100μｍの位置を切断した。切断後、その基
板をエチルセロソルブアセテート中に浸漬し、超音波洗
浄処理して固体層をすべて溶解除去し、かつ流路内を洗
浄し、流路ならびにオリフィスを完成した。

一方、厚さ2.5mmの7059ガラスに、深さ1.8mmの共通の
液室となるべき掘込みを加工した部材を天板とし、この
天板を接着すべき面にＢステージ化可能なエポキシ樹脂
混合物（グレースジャパン（株）製）を25μｍの厚さに
塗布し、100℃で１時間処理してＢステージ化した。次
に、この天板の接着層側を前記基板上の活性エネルギー
線硬化性材料と重ね合わせ、位置を合わせた後、150℃
にて30分加熱処理して接合した。

以上のようにして製造された記録ヘッドに、次の組成
の記録液を充填し、1600bitsに対してシフトレジスター
により10μm seeの間隔で64bitごとに吐出を行なった。

記録液 H₂O 70.0部 グリセリン 20.0部 エチレングリコール 10.0部 ダイレクトブラック19 3.0部 その結果、1600個のオリフィスの記録液吐出は、1KHz
の駆動周波数まで安定して行なうことが可能であった。
本実施例の記録ヘッドをオリフィス側から見たときに、
Ｂステージ化エポキシ接着剤のはみ出しは、実用上何ら
問題の無い程度の少なさであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によって製造されたラインプリンター
用液体噴射記録ヘッドの一態様を示す斜視図、 第２図〜第７図は、第１図に示した液体噴射記録ヘッド
を製造するための本発明の方法の一態様例における各工
程を示す図である。 １……基板 ２……活性エネルメギー線硬化性材料 ３……接着層、４……天板 ５……オリフィス、６……記録供給口 ７……吐出エネルギー発生素子 ８……固体層 ９……共通の液室 10……掘り込み

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真塩 英明 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 渡辺 隆 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−253457（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−145881（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−30355（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/05

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体を吐出するために利用されるエネルギ
   ーを発生する素子を10²個以上設けた基体上の少なくと
   も流路形成予定部位に、溶解除去可能な固体層を設ける
   工程と、 該固体層が設けられた基体上に、活性エネルギー線硬化
   性材料を被覆する工程と、 該活性エネルギー線硬化性材料の液室形成予定部位以外
   の部分に活性エネルギー線を照射し、硬化させる工程
   と、 該活性エネルギー線硬化性材料の非硬化部分および固体
   層の液室部分を溶解除去して液室の一部を形成する工程
   と、 前記液室の一部が設けられた基板を前記流路形成予定部
   位で切断し基板の端面に前記流路に連通する吐出口を形
   成する工程と、 前記吐出口が形成された基板に液室の一部を形成するた
   めの凹部を有する天板を接着する工程と、 を有することを特徴とする液体噴射記録ヘッドの製造方
   法。