JPH023318A - 液体噴射記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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役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
れ等が生していると、形成される管路としての流路の各
部に寸法のハラつきが生じる。この寸法のハラつきは、
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、液室な形成する方法がある。この方
法では、基板と天板な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
体のサイズを太きくしなければならず、その結果光に述
へたような、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な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、前記天板にあらかしめ
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、先に述へ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、天板な介して
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。したかって、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。したかって、耐熱性およ
び耐薬品性に優れた一般のプラスチックは、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、活性エネルギー線か照射
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
ものを用いることか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、 （ａ）液体を吐出するのに利用されるエネルギを発生ず
る素子を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 （ｂ）該固体層か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 （ｃ）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 （ｄ）該活性エネルギー線硬化性材料の非硬化部分を溶
解除去して液室の一部を形成する工程（ｅ）該活性エネ
ルギー線硬化性材料の硬化部分上に天板を接着して液室
な形成する工程（ｆ）基体上に設けられた前記固体層を
溶解除去する工程 とを含む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の詳細な説明する。

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
発明の詳細な説明する。

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
ｌ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、シリコーンウェハ等
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
位およびその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、あるいはポジ型トライフィルムレジ
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２０Ｉ
Ｉｍ−１００ｐｍ、流路中２０ｐｍ〜ｌ　００μｍ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てあ
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
物質を選ぶことか望ましい。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かで
きる。

ｌ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体層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
を設けたか、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し八〜 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とを用いるこ
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
性トライフィルムなと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まて
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か充填
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て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
。

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■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、Δ℃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０ＺＡＴＥＣＲ−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１４０μｍ、流路中は５０μｍ、流路
高さは２５μｍ、流路数は１６００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ｒＮＯＲＬＡＮＤ８１Ｊ　　（商品名、
ノーラント側製）をその基板の上面に、約５０μｍの厚
さに塗布した。次いて、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■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Ｊ　　（ＴＡＭ　Ａ　ＲＡ　
ＣＫ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｃｏ　−、ｉｎｃ製）に
よって、紫外線を３００秒照射した。照射後直ちに、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体層を
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、半導体用ウェ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１１００１Ｊ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１８闘
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、この天板の接着すべき面にＢステージ化可能なエポ
キシ樹脂混合物（ブレースジャパン■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１０月ｍ　ｓｅｅの間隔で６４ｂｉｔごと
に吐出を行なった。

記録液　Ｈ２Ｏ７０，０部 グリセリン　　　　　　　２００部 エチレングリコール　　　１００部 ダイレクトブラック１９　３０部 その結果、１６００個のオリフィスの記録液吐出は、Ｉ
　ＫＨｚ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第リフイス側から見た
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・・・・・・記録供給ロア・・
・・・・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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）液体を吐出するのに利用されるエネルギーを発生
   する素子を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 （ｂ）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 （ｃ）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 （ｄ）該活性エネルギー線硬化性材料の非硬化部分を溶
   解除去して液室の一部を形成する工程 （ｅ）該活性エネルギー線硬化性材料の硬化部分上に天
   板を接着して液室を形成する工程（ｆ）基体上に設けら
   れた前記固体層を溶解除去する工程 とを含むことを特徴とする液体噴射記録ヘッドの製造方
   法。