JP2857473B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、インクジェット記録ヘッドに関し、より詳
細には、インクジェットプリンタのヘッドの製造方法に
基づく液体噴射記録装置に関する。特に、高密度に配列
された圧電素子を用いるピエゾ型オンデマンド式インク
ジェットや、シリコンウェハ、ガラス、アルミナ基板等
の上に発熱体を形成し、該発熱体に通電することによっ
てインク中に気泡を発生させ、その気泡の作用力によっ
てインクを噴射するいわゆるバブルジェット型インクジ
ェットのヘッド製造方法に基づくインクジェット記録ヘ
ッドに関する。

従来技術 ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生
が無視し得る程度に極めて小さいという点において、最
近関心を集めている。その中で、高速記録が可能であ
り、而も所謂普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記
録の行える所謂インクジェット記録法は極めて有力な記
録法であって、これまでにも様々な方式が提案され、改
良が加えられて商品化されたものもあれば、現在もなお
実用化への努力が続けられているものもある。

この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称さ
れる記録液体の小滴（droplet）を飛翔させ、記録部材
に付着させて記録を行うものであって、この記録液体の
小滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔方向を制
御する為の製造方法によって幾つかの方式に大別され
る。

先ず第１の方式は、例えば米国特許第3060429号明細
書に開示されているもの（Tele type方式）であって、
記録液体の小滴の発生を静電吸引的に行い、発生した記
録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録部材上
に記録液体小滴を選択的に付着させて記録を行うもので
ある。

これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速電極間
に電界を掛けて、一様に帯電した記録液体の小滴をノズ
ルより吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録信号
に応じて電気制御可能な様に構成されたxy偏向電極間を
飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小滴を記録
部材上に付着させて記録を行うものである。

第２の方式は、例えば米国特許第3596275号明細書、
米国特許第3298030号明細書等に開示されている方式（S
weet方式）であって、連続振動発生法によって帯電量の
制御された記録液体の小滴を発生させ、この発生された
帯電量の制御された小滴を、一様の電界が掛けられてい
る偏向電極間を飛翔させることで、記録部材上に記録を
行うものである。

具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘ
ッドを構成する一部であるノズルのオリフィス（吐出
口）の前に記録信号が印加されている様に構成した帯電
電極を所定距離だけ離して配置し、前記ピエゾ振動素子
に一定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動素
子を機械的に振動させ、前記吐出口より記録液体の小滴
を吐出させる。この時前記帯電電極によって吐出する記
録液体小滴には電荷が静電誘導され、小滴は記録信号に
応じた電荷量で帯電される。帯電量の制御された記録液
体の小滴は、一定の電界が一様に掛けられている偏向電
極間を飛翔する時、付加された帯電量に応じて偏向を受
け、記録信号を担う小滴のみが記録部材上に付着し得る
様にされている。

第３の方式は、例えば米国特許第3416153号明細書に
開示されている方式（Hertz方式）であって、ノズルと
リング状の帯電電極間に電界を掛け、連続振動発生法に
よって、記録液体の小滴を発生霧化させて記録する方式
である。即ちこの方式ではノズルと帯電電極間に掛ける
電界強度を記録信号に応じて変調することによって小滴
の霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出して記録す
る。

第４の方式は、例えば米国特許第3747120号明細書に
開示されている方式（Stemme方式）で、この方式は前記
３つの方式とは根本的に原理が異なるものである。

即ち、前記３つの方式は、何れもノズルより吐出され
た記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制御
し、記録信号を担った小滴を選択的に記録部材上に付着
させて記録を行うのに対して、このStemme方式は、記録
信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させ
て記録するものである。

つまり、Stemme方式は、記録液体を吐出する吐出口を
有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子に、
電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号をピエ
ゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に従って
前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録部
材に付着させることで記録を行うものである。

これ等、従来の４つの方式は各々に特長を有するもの
であるが、又、他方において解決され得る可き点が存在
する。

即ち、前記第１から第３の方式は記録液体の小滴の発
生の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、
小滴の偏向制御も電界制御である。その為、第１の方式
は、構成上はシンプルであるが、小滴の発生に高電圧を
要し、又、記録ヘッドのマルチノズル化が困難であるの
で高速記録には不向きである。

第２の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で
高速記録に向くが、構成上複雑であり、又記録液体小滴
の電気的制御が高度で困難であること、記録部材上にサ
テライトドットが生じ易いこと等の問題点がある。

第３の方式は、記録液体小滴を霧化することによって
階調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが、他
方霧化状態の制御が困難であること、記録画像にカブリ
が生ずること及び記録ヘッドのマルチノズル化が困難
で、高速記録には不向きであること等の諸問題点が存す
る。

第４の方式は、第１乃至第３の方式に比べ利点を比較
的多く有する。即ち、構成上シンプルであること、オン
デマンド（on−demand）で記録液体をノズルの吐出口よ
り吐出して記録を行う為に、第１乃至第３の方式の様に
吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に要さなかった小滴
を回収することが不要であること及び第１乃至第２の方
式の様に、導電性の記録液体を使用する必要性がなく記
録液体の物質上の自由度が大であること等の大きな利点
を有する。而乍ら、一方において、記録ヘッドの加工上
に問題があること、所望の共振数を有するピエゾ振動素
子の小型化が極めて困難であること等の理由から記録ヘ
ッドのマルチノズル化が難しく、又、ピエゾ振動素子の
機械的振動という機械的エネルギーによって記録液体小
滴の吐出飛翔を行うので高速記録には向かないこと、等
の欠点を有する。

このように従来の液体噴射記録方法には、構成上、高
速記録化上、記録ヘッドのマルチノズル化上、サテライ
トドットの発生及び記録画像のカブリ発生等の点におい
て、一長一短があって、その長所を利する用途にしか適
用し得ないという制約が存在していた。

しかし、この不都合も本出願人が先に提案したインク
ジェット記録方式を採用することによってほぼ解消する
ことができる。かかるインクジェット記録方式は、特公
昭56−9429号公報にその詳細が説明されているが、ここ
にそれを要約すれば、液室内のインクを加熱して気泡を
発生させてインクに圧力上昇を生じさせ、微細な毛細管
ノズルからインクを飛び出させて記録するものである。
その後、この原理を利用して多くの発明がなされた。そ
の中の１つとして、たとえば、特開昭56−123869号公報
に記載されている発明が知られている。これは、アルミ
ナ等のセラミックス、金属、プラスチックス等を形成し
て得られる基板にインクを噴射するためのエネルギー源
としての発熱素子や圧電素子等の駆動素子を設置し、そ
の基板上に、感光性組成物を塗布法やラミネート法等に
よって設けた後、通常行われているフォトリソグラフィ
ーの手段によってインク流路溝を形成し、その後インク
流路溝の設けられた基板に上蓋を接合して、インクジェ
ット記録ヘッドが製造されるというものであるが、この
発明はこのような感光性組成物を使用してフォトリソグ
ラフィーの手段によってインク流路溝を形成するという
概念を示しただけであり、具体的に、上蓋をどのように
接合するのか、あるいは、その後、どのようにインク吐
出口を形成するのかの記載が不充分であり、このままで
は実際の記録ヘッドを製作することは困難であった。
又、特開昭57−43876号公報に記載されている発明が知
られている。これは前述の特開昭57−123869号公報の発
明から一歩進んで、上蓋を接合した後、ダイシング法に
よって切断することによってインク吐出口を形成すると
いう点にまで言及している。しかし、上蓋の接合方法と
して開示されている具体的方法は、エポキシ系接着剤に
よる方法あるいは、上蓋となる平板を、アクリル系樹
脂、ABS樹脂、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂とし、フ
ォトレジスト流路に直接熱融着させる方法であり、この
方法によって実際に接合を行う場合、フォトレジスト材
料とエポキシ系接着剤のぬれ、フォトレジスト材料と上
記樹脂材料とのぬれ等に問題があり、必ずしも満足すべ
き接合状態が得られていない。これは１つには、異種材
料の接合という困難さがあるからである。一方、エポキ
シ系接着剤がフォトレジスト流路をつまらせるという問
題もある。又、上記発明は、ダイシング法によって切断
するという記載はあるものの、これらの接合体、いいか
えるならば、複合材料を精度良く切断する方法について
は言及しておらず、まだ充分な発明であるとはいいがた
い。

特開昭57−212067号公報、特開昭57−212068号公報、
特開昭57−212069号公報に開示されている発明では、感
光性樹脂組成物で基板上に流路を形成する際に、それら
の間に接着剤を介在させ感光性樹脂組成物と基板の密着
性を向上でき、さらに、インク通路内にある接着剤を除
去することにより接着剤によるインク通路をふさぐとい
う不具合をなくした旨の記載はあるものの、流路を形成
した基板と平板との接合方法、あるいはダイシング法に
関しても、前述の特開昭57−43876号公報に記載の発明
からは何ら進展していない。又、特開昭58−220756号公
報では、インク通路の感光性樹脂膜の重合が充分行われ
ていない状態の残留接着性を利用して平板を接合する技
術の開示がなされているが、その接合力は充分とはいい
がたい。

これらの発明に対して、特開昭58−220754公報に記載
の発明では、ドライフィルムフォトレジストのインク通
路に感光性樹脂膜（ドライフィルム）をラミネートした
平板を貼り付けた図が開示されている。この発明により
はじめて、従来のようにフォトレジスト材料とエポキ
シ、あるいはフォトレジスト材料と上記の樹脂材料とい
う異種材料間の接合でなく、フォトレジスト材料間の接
合が行われるようになり、接合が実施しやすくなったと
言える。しかしながら、特開昭58−220754号公報におい
ても、単に平板にドライフィルムをラミネートするとい
う記載がなされているだけで具体的にどの程度の厚さに
するのかという記載はなく最良の状態で実施するにはは
なはだ不十分である。又、接合後の切断に関する記載も
十分とはいいがたく、最良なインク吐出口を形成するこ
とは困難である。

特開昭60−183158号公報、特開昭61−98551号公報に
も、ドライフィルムフォトレジストのインク通路に感光
性樹脂膜（ドライフィルム）をラミネートした平板を接
合する技術の記載があるが、接合層としてのドライフィ
ルムの厚さや、あるいは、接合後の切断の条件等に関す
る詳細な記載はなく、技術的には特開昭58−220754号公
報の発明からはそれほど進展していない。特開昭60−19
0363号公報に記載の発明では、接合層となる感光性樹脂
膜の体積をインク通路の容積の1/10以下となるようにし
たものであるが、ドライフィルムを接合層として使用し
た場合、非常に薄いドライフィルムを使用することにな
り、ドライフィルム製造上のコスト高、又、非常に薄い
が故のドライフィルムラミネート時の作業の難しさ、ラ
ミネート時の歩留りの低下等解決すべき問題が多々あり
得策ではない。液状レジストを用いればその点は解決さ
れ得るが、インク通路内へのタレ込みが問題となる。特
開昭60−190363号公報ではタレ込む量は、高々インク通
路の容積の1/10以下であり、インクジェット記録ヘッド
の応答周波数、着弾点精度等の吐出特性に影響を与えな
いとしているが、インク通路内へタレ込みがあるという
ことは、インク吐出口サイズが変わるということであ
り、応答周波数、着弾点精度等にそれほど影響は与えな
いかもしれないが、飛翔インク質量にバラツキが出ると
いう不具合がある。

以上、感光性樹脂膜のフォトリソ技術によってインク
通路を形成するようにしたインクジェット記録ヘッドに
おいては種々の改良が試みられてはいるものの、未だ完
成された技術とはいいがたい。

目的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもの
で、精密で、しかも信頼性の高いインクジェット記録ヘ
ッドを提供すること、また、インク通路が精度良く、か
つ設計に忠実に微細加工された構成を有するインクジェ
ット記録ヘッドを提供すること、また、飛翔インク滴が
吐出されるインク吐出口が欠け、クラック、あるいは端
部のダレ等のない非常に精密に製造する方法に基づくイ
ンクジェット記録ヘッドを提供すること、更には、構成
部材の剥離や変形、位置ずれ等が生じにくく、耐久性に
優れたインクジェット記録ヘッドを提供すること、更に
は、インク吐出口サイズ、形状等が均一で吐出インク量
のバラツキがなくインク飛翔方向も精度が良く、しかも
安定している高品位のインクジェット記録ヘッドを精度
良く、安価に、しかも大量に製造する方法に基づくイン
クジェット記録ヘッドを提供することを目的としてなさ
れたものである。

構成 本発明は、上記目的を達成するために、 （１）請求項１の発明は、２枚の硬質材料基板を、間に
該基板より軟質な材料層を介して積層接合してなる異種
材料の複合体であるインクジェット記録ヘッドであっ
て、インク流路口を前記複合体の切断によって形成する
インクジェット記録ヘッドにおいて、前記２枚の硬質材
料基板の厚さの和が、前記軟質な材料層の厚さより20倍
以上であることを特徴としたものである。

（２）請求項２の発明は、請求項１の発明において、前
記複合体の切断面において、切断開始位置から印字に使
用するインク流路口までの距離は、前記軟質な材料層の
厚さ以上であることを特徴としたものである。

（３）請求項３の発明は、請求項１又は２の発明におい
て、前記複合体の硬質材料基板はSi基板であり、軟質な
材料層は感光性樹脂の硬化層であることを特徴としたも
のである。

（４）請求項４の発明は、エネルギー作用部を設けた第
１の基板と、該基板面にインク通路を形成する感光性樹
脂膜と、前記インク通路を前記感光性樹脂膜の接合層を
介して覆う第２の基板とを積層して積層体を形成した
後、前記第１の基板及び第２の基板の積層体を切断する
ことによりインク吐出口を形成するインクジェット記録
ヘッドにおいて、前記第１の基板がシリコン、ガラス、
セラミックスのうちから選ばれる材料であり、前記接合
層を形成する感光性樹脂膜の厚さが、前記インク通路の
感光性樹脂膜の厚さと同等もしくはそれ以下の厚さであ
り、前記第１の基板及び第２の基板の厚さの和が、前記
インク通路及び接合層の感光性樹脂膜の厚さの和の20倍
以上であることを特徴としたものである。

（５）請求項５の発明は、請求項４の発明において、前
記積層体の吐出口面の切断部において、切断開始位置か
ら印字に使用する吐出口までの距離が前記インク通路及
び接合層の感光性樹脂膜の厚さの和以上であることを特
徴としたものである。以下、本発明の実施例に基づいて
説明する。

第１図〜第８図は、本発明によるインクジェット記録
ヘッドの製作工程の一実施例を説明するための図で、図
中、１は基板、２はインク吐出圧発生素子、３は薄膜、
４はドライフィルムフォトレジスト、4Pは露出部分、５
はフォトマスク、６は平板状部材、７は感光性樹脂膜、
８はインク通路、8aはインク供給室、8bはインク細流
路、8cはインク吐出口、９は貫通孔、10はインク供給管
である。

第１図の工程では、シリコン、ガラス、セラミックス
の材料よりなる基板１上に発熱素子やピエゾ素子等のイ
ンク吐出圧発生素子２を所望の個数配置し、更に必要に
応じて耐インク性、電気絶縁性を付与する目的で、Si
O₂,Ta₂O₅,ガラス等の薄膜３を被覆する。なお、インク
吐出圧発生素子２には、図示されていないが、信号入力
用電極が接続してある。

続く第２図に示す工程では、第１図に示す工程を経て
得られた基板１の薄膜層３の表面を清浄化すると共に乾
燥させた後、薄膜層３に重ねて、80℃〜105℃程度に加
温されたドライフィルムフォトレジスト４（膜厚、約25
μｍ〜100μｍ）を0.5〜4f/分の速度、１〜3kg/cm²の加
圧条件下でラミネートする。このとき、ドライフィルム
フォトレジスト４は、薄膜層３に融着する。続いて、第
２図に示すように、基板面に設けたドライフィルムフォ
トレジスト４上に所定のパターンを有するフォトマスク
５を重ね合せた後、このフォトマスク５の上部からの露
光を行う。このとき、インク吐出圧発生素子２の設置位
置と上記パターンの位置合せを周知の手法で行っておく
必要がある。なお、ドライフィルムフォトレジストのか
わりに、後述の液状のフォトレジストも有効に使用され
る。

第３図は、上記露光済みのドライフィルムフォトレジ
スト４の未露光部分をトリクロルエタン等の所定の有機
溶剤から成る現像液にて溶解除去して工程を示す説明図
である。次に基板１に残されたドライフィルムフォトレ
ジストの露光された部分4Pの耐インク性向上のため、熱
硬化処理（例えば150〜250℃で30分〜60時間加熱）又
は、紫外線照射（例えば50〜200mW/cm²又はそれ以上の
紫外線強度）を行い、充分に重合硬化反応を進める。上
記熱硬化と紫外線による硬化の両方を兼用するのも効果
的である。

第４図は、インク通路８の覆いを構成する電磁波を透
過する材料、例えば透紫外光材料よりなる平板状部材６
の表面に感光性樹脂膜７、例えば紫外線硬化型樹脂膜を
前記インク通路８の高さ、つまり、前記ドライフィルム
フォトレジスト４の厚さと同等もしくはそれ以下となる
ように積層した場合の説明図である。該感光性組成物の
積層方法は、前記ドライフィルムと同じ物を同様の方法
でラミネートするのがよい。ただし、その厚さは後で詳
述するが、インク通路８を形成したドライフィルムフォ
トレジスト４と同等もしくはそれ以下になるように選定
する。ドライフィルムフォトレジストを使用するほか
に、液状のフォトレジストを使用してもよい。その際、
その組成は、インク通路８を形成したドライフィルムフ
ォトレジスト４と同等もしくは類似のものが接合を行う
うえで望ましい。液状のフォトレジストを使用する場
合、通常スピンコート、ロールコート、ディップコー
ト、スクリーンスプレー、印刷等の方法が用いられる。
第５図は、第４図について説明した方法により作成した
前記インク通路８の覆いを構成する平板状部材６および
紫外線硬化型樹脂７を押圧貼付した場合の説明図であ
る。

次に、透紫外光材料から成る平板状部材６にラミネー
トされたドライフィルム７に非酸素雰囲気下で紫外線照
射（例えば50〜200mW/cm²又はそれ以上の紫外線強度）
を行ない、ドライフィルム７を充分に硬化させる。更に
熱硬化処理（例えば130〜250℃で30分〜６時間加熱）す
るのも有効である。

ここで、第５図の工程終了後のヘッド外観斜視図を第
６図に示す。第６図中、8aはインク供給室、8bはインク
細流路、９はインク供給室8aに不図示のインク供給管を
連結させるための貫通孔を示している。

以上のとおり、溝を形成した基板とインク通路の用い
との接合が完了した後、第６図のＣ−Ｃ′線に沿って切
断する。これは、インク細流路8bに於て、インク吐出圧
発生素子２とインク吐出口8cとの間隔を最適下するため
に行うものであり、ここで切断する領域は適宜決定され
る。この切断に際しては、半導体工業で通常採用されて
いるダイシング法が採用される。

第７図は、第６図のＺ−Ｚ′線切断面図である。次い
で、切断面を研磨して平滑化し、貫通孔９にインク供給
管10を取り付けて第８図に示すインクジェット記録ヘッ
ドが完成する。

本発明に使用する感光体樹脂は、紫外線硬化型に限定
される訳ではなく、可視光、Ｘ線、電子線、レザー等の
電磁波に感応する組成物であれば、いかなるものでも使
用できる。

本発明の方法に使用できるドライフィルムタイプのフ
ォトレジストとしては、例えば、デュポン社製パーマネ
ントフォトポリマーコーティングRISTON、ソルダーマス
ク730S、同740S、同730FR、同740FR、同SMI、日立化成
工業（株）製Photec SR−1000、同SR−2000、同SR−300
0、東京応化工業（株）製、オーディルSE−250、同SE−
238、同SE−225、同SP−750、同SP−740、同SP−725、
同SX−350、同SY−325等の商品名で市販されているもの
が挙げられる。この他、使用される感光性組成物として
は感光性樹脂、フォトレジスト等の通常のフォトリソグ
ラフィーの分野において使用されている感光性組成物の
多くのものが挙げられる。これらの感光性組成物として
は、例えば、ジアゾレジン、Ｐ−ジアゾキノン、更には
例えばビニルモノマーと重合開始剤を使用する光重合型
フォトポリマー、ポリビニルシンナメート等と増感剤を
使用する二量化型フォトポリマー、オルソナフトキノン
ジアジドとノボラックタイプのフェノール樹脂との混合
物、ポリビニルアルコールとジアゾ樹脂の混合物４−グ
リシジルエチレンオキシドとベンゾフェノンやグリシジ
ルカルコンとを共重合させたポリエーテル型フォトポリ
マー、N,N−ジメチルメタクリルアミドと例えばアクリ
ルアミドベンゾフェノンとの共重合体、不飽和ポリエス
テル系感光性樹脂〔例えばAPR（旭化成）、テビスタ
（帝人）、ゾンネ（関西ペイント）等〕、不飽和ウレタ
ンオリゴマー系感光性樹脂、二官能アクリルモノマーに
光重合開始剤とポリマーとを混合した感光性組成物、重
クロム酸系フォトレジスト、非クロム系水溶性フォトレ
ジスト、ポリケイ度酸ビニル系フォトレジスト、環化ゴ
ム−アジド系フォトレジスト、等が挙げられる。

また、上記実施例のように、インク通路を形成する材
料としても感光性ドライフィルムレジストを用いた場
合、インク通路の漏れ性を均一にするために、前記イン
ク通路の覆いを構成する平板状部材に積層される感光性
組成物として、前記ドライフィルムレジストを溶媒に溶
かしたものを積層するのも良い方法である。

また、感光性樹脂膜を平板状部材上に積層する方法も
加圧圧者に限定される訳ではなく、感光性樹脂の膜を均
一に積層できればいかなる方法でも良く、例えば、スピ
ンコート、ディップコート、スプレー、印刷、ローラー
コート等の方法を用いることができる。更に前記実施例
に於いては、感光性樹脂膜の裏面のみに軟い層を残すた
め、酸素滅感を利用したが、透紫外光材料からなる平板
状部材を介して、感光性樹脂膜の裏面より露光し、その
露光量を制御することより裏面にのみ軟かい層を残すの
も良い方法である。更にインク流路の覆いの支持体とな
る平板状部材の材質としては、覆いを形成する感光性樹
脂を光重合させるのに有効な波長の電磁波に対して透過
性を示し、かつ感光性樹脂の収縮応力によっては容易に
変形しないものであれば特に限定されないが、製造上の
便宜及び経済性から、ガラス、エポキシ樹脂、アクリル
樹脂、ビニル樹脂等が推奨される。

次に本発明により特徴的な点について詳述する。前述
のように本発明では溝を形成した基板とインク通路の覆
いとの接合が完了した後、第６図のＣ−Ｃ′に沿って切
断する。この切断に関しては、半導体工業で通常使用さ
れているダイシング法が採用されるわけであるが、ICチ
ップの切断と本発明に適用される切断との大きな違い
は、前者は、シリコン単体の切断（シリコン上に各種薄
膜パターンが形成されているが、それは厚さにして、シ
リコンの0.5％以下であり、シリコン単体と考えてよ
い）であるのに対し、後者は、シリコン、ガラス、感光
体樹脂層等の積層物であるという点である。つまり、前
者のシリコン単体の切断に対して、後者、つまり本発明
の場合は、異種材料の積層物、いうならば、硬質な材料
（シリコン、ガラス等）と軟質な材料（感光性樹脂層）
の複合材料の切断であり、その条件の設定のしかたによ
っては、チッピング、クラック、積層物の分離等、難し
い問題が発生する。又、ICチップの切断の場合は、単純
な各チップに分離できれば良いが、本発明の場合は、切
断面が、インクジェット記録ヘッドの最も重要な部分の
１つであるインク吐出口を形成するので、その切断に
は、細心の注意を払う必要がある。以上の点に鑑み、本
発明者らは、入念な実験をくり返し、本発明のごとき異
種材料の積層物を精度良く切断し、チッピングやクラッ
クあるいは、端面でのダレのない良好な形状のインク吐
出口、又、吐出口を形成する条件を見い出した。以下、
具体的な例で説明する。

インクジェット記録ヘッドを構成する材料としては、
世の中には無数の材料があり、それらすべての材料に対
して、普遍的な条件を見い出して良好なインク吐出口を
切断、形成することは困難である。従って、本発明で
は、その発明が適用できる範囲を特定の材料に限定す
る。本発明が良好に適用される材料は、エネルギー作用
部を設けた第１の基板は、その一部が直接インク吐出口
の１辺を構成することからダイシング時の切断条件が特
に重要なので、切断特性が比較的類似しているシリコ
ン、ガラス、セミックスの材料に限定される。又、イン
ク通路の覆いを構成する平板状部材（蓋板）は、感光性
樹脂膜の接合層を介してインク通路をおおうため、直接
インク吐出口の辺を構成していない。従って、第１の基
板材料と同じシリコン、ガラス、セラミックスの材料で
構成することが最も好ましいが、金属材料、あるいは、
一部のプラスチック材料も利用可能である。

次に、接合層を形成する感光性樹脂膜についてである
が、これは、インク通路を形成する感光性樹脂膜ととも
に、本発明のインクジェット記録ヘッド、別の表現をす
るならば、本発明の積層物の中の軟質な部分であり、こ
れらの存在により、ダイシング時の切断条件が大きく左
右される。従って、これらの感光性樹脂膜材料は、前記
のシリコン、ガラス、セラミックスで形成される硬質な
材料よりなる第１の基板や蓋板に対して、できるだけ切
断部に占める割合が小さいことが望まれる。しかしなが
ら、前述の特開昭58−220756号公報に記載の発明のよう
に接合層を全く設けない構造では、接合信頼性が不充分
である。よって、適度な厚さの感光性樹脂膜の接合層が
必要である。基板の材料に対して軟質な材料であること
から、できるだけその占める領域を小さくする必要があ
る点、インク通路を形成するもう１つの感光性樹脂膜と
の接合時の熱応力や切断時の機械的応力のバランス面、
膜厚が厚いほど熱あるいは機械的ひずみの影響をうけや
すい点等を考慮すると、感光性樹脂膜の接合層の厚さ
を、インク通路を形成する感光性樹脂膜の厚さより厚く
することは、はなはだ不利である。従って、本発明では
接合層を形成する感光性樹脂膜の厚さは、インク通路の
感光性樹脂膜の厚さと同等、あるいはそれ以下としてい
る。一方、接合層の厚さが極度に薄い場合は、前述のよ
うにドライフィルム製造上のコスト高、ラミネート時の
作業の困難さ、歩留りの低下等の問題があるので、適度
な厚さが選ばれる。一般には、その厚さの下限は、ドラ
イフィルムの場合、10μｍ前後である。

次に、感光性樹脂膜が、切断面の領域に占める割合に
ついての検討結果について述べる。第９図は、第６図に
示したＣ−Ｃ′線に沿って切断して、インク吐出口部を
形成する方法について示したもので、インク吐出口面か
ら見た図である。ただし、第６図は、図を簡略にするた
めインク吐出口を３個の例で示したが、実際には、第９
図のように多数個ある。これは、インクジェットプリン
ターの仕様にもよるが、通常はインク吐出口は24個以上
ある。他に、第９図では簡略のために、インクジェット
記録ヘッドから切断分離された部材が省略されているこ
とに注意されたい。第１表は、第９図に示したような本
発明の積層物をダイシングソーで切断した時の各部材の
厚さを変えて、その切断後、インク吐出口の良否を評価
した結果の一例である。第９図中、６は平板状部材（蓋
板）であり、その厚さはtc、１はエネルギー作用部を設
けた基板であり、その厚さはts、4pはパターニングされ
たドライフィルムフォトレジストであり、インク通路壁
を形成しており、その厚さはtp、７は接合層を形成する
感光性樹脂膜であり、その厚さはtaである。8cは形成さ
れたインク吐出口である。

第１表のサンプルで実際に使用した材料は、平板状部
材６はパイレックスガラス、基板１は（100）面の単結
晶シリコン、4p及び７に関し、サンプルNo.6とNo.10の
接合層は高粘度の液状フォトレジストであり、それ以外
は、ドライフィルムフォトレジストである。これより、
硬質な材料つまり、基板及び蓋板材料の厚さの占める割
合が、軟質な材料、つまり接合層と通路の感光性樹脂膜
の厚さの占める割合の20倍以上あると、良好なインク吐
出口が得られることがわかる。

ダイシングソーの切断条件は、以下のとおりである。

ダイシングソー：ディスコ社製 DAD−2H/5 ブレード ：ディスコ社製 NBC−Z600 52mm（外径）×0.27mm（厚さ）×40mm（内径） ブレード回転数:30000rpm ブレード送り速度:0.5mm/s 冷却水 :0.2μｍ フィルターろ過された純水 第１表のサンプルNo.2,No.3のインク飛翔方向が劣化
したのは、吐出口部に目に見える（あるいは見えない）
クラックがあり、その部分がインク噴射中に脱落したた
めと考えられる。

第９図におけるｘは、吐出口面の切断部において、切
断開始位置から印写に使用する吐出口までの距離であ
り、ｘがあまりに小さいと切断開始時の不安定さにより
良好な吐出口が形成されない。本発明者らの実験結果に
よると、このｘの値は、インク通路壁の厚さtpとした時
には不充分であり、吐出口形状として微小な欠けが見ら
れた。この時のその他の条件は、第１表のサンプルNo.4
の条件のものを使用した。その後、ｘの値を2tp（≒ta
＋tp）としたところ、吐出口形状としてはクラック、あ
るいは欠けが見られない良好なものが得られた。次に、
第１表のサンプルNo.6の条件のもので、ｘの値を10,20,
30,40μｍと変えて、同様に吐出口形状を観察したとこ
ろ、30μｍと40μｍのものは良好な形状が得られ、10μ
ｍと20μｍのものは欠けが見られた。以上より、吐出口
面の切断部において、切断開始位置から印写に使用する
吐出口までの距離ｘは、ほぼ接合層と通常の厚さの和以
上にしておけば、良好な吐出口が得られることがわかっ
た。

効果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、以
下のような効果がある。

（１）感光性樹脂のフォトリソ技術によってインク通路
等を製作するので、精度が高く、かつ設計に忠実に微細
加工されたインクジェット記録ヘッドを得ることができ
る。又、同技術を駆使することにより安価に大量に製造
することが可能である。

（２）基板を構成する硬質材料として、シリコン、ガラ
ス、セラミックスに限定し、接合層あるいはインク通路
を構成する軟質材料として、感光性樹脂膜を用い、それ
らの厚さ等を明確にすることにより、良好なインク吐出
口を得ることができた。

（３）接合層とインク通路を同種もしくは類似の感光性
樹脂膜を用いることにより、両者の接合性が良く、従っ
て吐出口形状も良好なものを得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの製造工程の一実施例を説明するための図、第９図
は、インク吐出口部を形成する方法を示す図である。 １……基板、２……インク吐出圧発生素子、３……薄
膜、４……ドライフィルムフォトレジスト、4P……露出
部分、５……フォトレジストマスク、６……平板状部
材、７……感光性樹脂膜、８……インク通路、8a……イ
ンク供給室、8b……インク細流路、8c……インク吐出
口、９……貫通孔、10……インク供給管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 好夫 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 本村 修二 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 門永 雅史 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭60−196354（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/05,2/16

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２枚の硬質材料基板を、間に該基板より軟
   質な材料層を介して積層接合してなる異種材料の複合体
   であるインクジェット記録ヘッドであって、インク流路
   口を前記複合体の切断によって形成するインクジェット
   記録ヘッドにおいて、前記２枚の硬質材料基板の厚さの
   和が、前記軟質な材料層の厚さより20倍以上であること
   を特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】前記複合体の切断面において、切断開始位
   置から印字に使用するインク流路口までの距離は、前記
   軟質な材料層の厚さ以上であることを特徴とする請求項
   １に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】前記複合体の硬質材料基板はSi基板であ
   り、軟質な材料層は感光性樹脂の硬化層であることを特
   徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録ヘ
   ッド。
4. 【請求項４】エネルギー作用部を設けた第１の基板と、
   該基板面にインク通路を形成する感光性樹脂膜と、前記
   インク通路を前記感光性樹脂膜の接合層を介して覆う第
   ２の基板とを積層して積層体を形成した後、前記第１の
   基板及び第２の基板の積層体を切断することによりイン
   ク吐出口を形成するインクジェット記録ヘッドにおい
   て、前記第１の基板がシリコン、ガラス、セラミックス
   のうちから選ばれる材料であり、前記接合層を形成する
   感光性樹脂膜の厚さが、前記インク通路の感光性樹脂膜
   の厚さと同等もしくはそれ以下の厚さであり、前記第１
   の基板及び第２の基板の厚さの和が、前記インク通路及
   び接合層の感光性樹脂膜の厚さの和の20倍以上であるこ
   とを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】前記積層体の吐出口面の切断部において、
   切断開始位置から印写に使用する吐出口までの距離が前
   記インク通路及び接合層の感光性樹脂膜の厚さの和以上
   であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェッ
   ト記録ヘッド。