JPH03184869A - 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、インクジェット記録方式に用いる記録液小滴
を発生するための液体噴射記録ヘッドの製造方法に関す
る。 ［従来の技術］ インクジーＴ７ツト記録方式（液体噴射記録方式）に適
用される液体噴射記録ヘッドは、一般に微細な記録液吐
出口（以下、オリフィスと呼ぶ）、液流路及び該液流路
の一部に設けられる液体吐出エネルギー発生部とを備え
ている。従来、このような液体噴射記録ヘッドを作製す
る方法として、例えば、ガラスや金属等の板を用い、鉄
板に切削やエツチング等の加工手段によって微細な溝を
形成した後、該溝を形成した板を他の適当な板と接合し
て液流路の形成を行なう方法が知られている。 しかしながら、斯かる従来法によって作製される液体噴
射記録ヘッドでは、切削加工される液流路内壁面の荒れ
が大きすぎたり、エツチング率の差から液流路に歪が生
じたりして、流路抵抗の一定した液流路が得難く、作製
後の液体噴射記録ヘッドの記録液吐出特性にバラツキが
出易いと言った問題があった。また、切削加工の際に板
の欠けや割れが生じ易く、製造歩留りが悪いと言う欠点
もあった。また、エツチング加工を行なう場合には、製
造工程が多く、製造コストの上昇を招くと言う不利もあ
った。更には、上記従来法に共通する欠点として、液流
路を形成した溝付板と、記録液小滴を吐出させるための
吐出エネルギーを発生する圧電素子や電気熱変換体等の
駆動素子が設けられた蓋板とを貼り合せる際に、これら
板の位置合わせが困難であり、量産性に欠けると言った
問題もあった。 また、液体噴射記録ヘットは、通常その使用環境下にあ
っては、記録液（一般には、水を主体とし多くの場合中
性ではないインク液、あるいは有機溶剤を主体とするイ
ンク液等）と常時接触している。それ故、液体噴射記録
ヘッドを構成するヘッド構造材料は、記録液からの影響
を受けて強度低下を起こすことがなく、また逆に記録液
中に、記録液適性を低下させるような有害な成分を与え
ることのないものであることが望まれるが、上記従来法
においては、加工方法等の制約もあって、必ずしもこれ
ら目的にかなった材料を選択することができなかった。 このような従来法の問題点を解消するための技術として
本出願人は先に、基板上に液流路のパターン状に固体層
を設け、該固体層が設けられた基板上に液流路構成部材
の少なくとも一部を設け、前記固体層を前記基板より除
去する液体噴射記録ヘッドの製造方法を出願した（特開
昭６］−１５４９４７号）。 該製造法は、該固体層が設けられた基板上に、該液流路
構成材料として液状の組成物をボッティングし、その後
固体化させる方法である。 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら前述の方法は、固体層が設けられた基板上
に液流路構成材料をボッティングする際に、該固体層の
パターンとパターンとの間に気泡が残留し、その後真空
中て脱泡等を行なっても気泡が除去できず、液流路と隣
接する液流路とを遮る壁（以下、液流路壁と称す）の欠
陥となるという問題があった。また、高密度、高速応答
等の吐出特性向上には、液流路の断面積を小さくする必
要があるが、該基板上には吐出圧発生素子が設けられて
おり、該固体層のパターン断面を基板に対して垂直に形
成すると、該吐出圧発生素子の中以下に液流路の巾を狭
くする事は不可能であった。 また、該吐出圧発生素子に該液流路壁を近づけすぎると
、インク吐出時の吐出圧発生素子の機械的衝撃、熱的衝
撃あるいはキャビ−チージョン等により、該インク流路
壁の基板よりの剥れあるいは浸食等の問題もあった。 本発明は上記の課題に鑑み成されたもので、無欠陥、高
信頼性で、且つ高密度の液体噴射記録ヘッドの安価な製
造方法を提供するものである。 〔課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成する本発明によれば、基板上に液流路
のパターン状に固体層を設ける工程と、該固体層が設け
られた前記基板上に液流路構成部材の少なくとも一部を
設ける工程と、前記固体層を前記基板上より除去する工
程とを含む液体噴射記録ヘッドの製造方法において、 前記液流路のパターン状の固体層の断面が、上底より基
板上に接する下底が大なる、実質的な台形となる様に形
成する事により、該液流路構成材料が充填される部分は
逆台形状になり残留気泡の抜けが極めて良好となり該液
流路壁に欠陥が生じない。 また、該液流路壁が逆台形状に形成されるため、液流路
壁の接着面の端部を該吐出圧発生素子に近づけることな
く、該液流路断面を小さくでき、高速応答で高信頼性の
ノズルを高密度で製造できる。 以下、図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。 第１図〜第６図は、本発明の基本的な態様を説明するた
めの模式図であり、第１図〜第６図のそれぞれには、本
発明の方法に係る液体噴射記録ヘッドの構成とその作製
手順の一例が示されている。尚、本例では、２つのオリ
フィスを有する液体噴射記録ヘッドが示されるが、もち
ろん、これ以上のオリフィスを有する高密度マルチアレ
イ液体噴射記録ヘッドの場合あるいは１つのオリフィス
を有する液体噴射記録ヘッドの場合でも同様であること
は言うまでもない。 まず、本態様においては、例えば第１図に示されるよう
な、ガラス、セラミックス、プラスチックあるいは金属
等から成る基板ｌが用いられる。 尚、第１図は固体層形成前の基板の模式的斜視図である
。 このような基板１は、液流路構成部材の一部として機能
し、また後述の固体層および液流路構成部材積層時の支
持体として機能し得るものであれば、その形状、材質等
、特に限定されることなく使用することができる。上記
基板ｌ上には、電気熱変換体あるいは圧電素子等の液体
吐出エネルギー発生素子２が所望の個数配設される（第
１図では２個）。このような液体吐出エネルギー発生素
子２によって記録液小滴を吐出させるための吐出エネル
ギーがインク液に与えられ、記録が行なわれる。因に、
例えば、上記液体吐出エネルギ発生素子２として電気熱
変換体が用いられるときには、この素子が、近傍の記録
液を加熱することにより、吐出エネルギーを発生する。 また、例えば、圧電素子が用いられるときは、この素子
の機械的振動によって、吐出エネルギーが発生される。 尚、これらの素子２には、これら素子を動作させるため
の制御信号入力用電極（不図示）が接続されている。ま
た、一般にはこれら吐出エネルギー発生素子の耐用性の
向上等を目的として、保護層等の各種の機能層が設けら
れるが、もちろん本発明においてもこのような機能層を
設けることは一部に差しつかえない。また、本例におい
ては、吐出エネルギー発生素子を液流路形成前に基板上
に配設したが、配設時期は所望とし得る。 次いで、上記液体吐出エネルギー発生素子２を含む基板
１上の液流路形成予定部分に、第２図（Ａ）および（Ｂ
）に示されるような上底より下底が大なる実質的な台形
形状を有する固体層３を積層する。尚、第２図（Ａ）は
、固体層積層後の基板の模式的平面図であり、第２図（
Ｂ）は第２図（Ａ）のＡ−Ａ　’線で切断した基板の模
式的断面図である。 上記固体層３は、後述するような液流路構成部材が積層
された後、基板ｌから除去され、該除去部分に液流路が
構成される。もちろん、液流路の平面形状は所望のもの
とすることが可能であり、該流路形成のために設けられ
る上記固体層３も該流路形状に応じたものとすることが
できる。因に、本例では、２つの吐出エネルギー発生素
子に対応して設けられる２つのオリフィスのそれぞれか
ら記録液小滴を吐出させるため、液流路は、２つに分散
された液相流路と該流路に記録液を供給するための共通
液室とで構成される。 このような固体層３を構成するに際して用いられる材料
および手段としては、例えば感光性ドライフィルムを用
い、所謂ドライフィルムの画像形成プロセスに従って固
体層を形成する方法がある。 ここで使用する感光性トライフィルムとしては、ポジ型
のものもネガ型のものも用いることができるが、例えば
ポジ型ドライフィルムであれば、活性光線照射によって
、現像液に可溶化するポジ型ドライフィルム、またネガ
型ドライフィルムであれば、光重合型で、塩化メチレン
あるいは強アルカリで溶解あるいは剥離除去し得るネガ
型ドライフィルムが適している。 ポジ型ドライフィルムとしては、具体的には、例えばｒ
ＯＺＡＴＥｃ　Ｒ２２５Ｊ　　［商品名、ヘキストジャ
パンＮ］等、またネガ型ドライフィルムとしては、ｒＯ
ＺＡＴＥｃ　Ｔシリーズ」　〔商品名、ヘキストジャパ
ン■］、ｒＰＨＯＴＥｃ　ＰＨＴシリーズ」　［商品名
、日立化成工業■］、ｒ　ＲＩＳＴＯＮＪ　　［商品名
、デュ・ボン・ド・ネモアース・ｃｏ］等が用いられる
。 以上に挙げた材料の中で、加工精度や除去の容易性ある
いは作業性等の面から見て、ポジ型ドライフィルムを用
いるのが特に好ましい。すなわち、ポジ型感光性材料は
、例えば解像度がネガ型の感光性材料よりも優れている
、レリーフパターンが平滑な側壁面を持つ、レリーフパ
ターンを現像液や有機溶剤で溶解除去できる等の特徴を
有しており、本発明における固体層形成材料として好ま
しいものである。その中でも、ドライフィルム状のもの
は、１０〜１００μｍの膜厚のものが得られる点て、最
も好ましい材料である。 以下に該ポジ型ドライフィルムｒＯＺＡＴＥｃ　Ｒ２２
５Ｊを用いた場合のヘッド製造法の一例を概説する。 通常、該ドライフィルムをパターニングする際は、その
レリーフパターンの断面が垂直となるように、露光・現
像条件等を設定するが、しかしながら、本発明に於いて
は後述の液流路構成部材４を積層する際の脱泡性の問題
および液流路構成部材４を吐出圧発生素子２に近づける
事なく液流路の断面積を小さくする為、該ポジ型ドライ
フィルムのレリーフパターンの断面形状を上底より下底
が大なる実質的台形形状を有する様パターニングする必
要がある。これを実現する方法としては、露光量を通常
より少なくし、現像時間を短くする。あるいは基板に反
射防止膜を設ける等があるが、最も安定的に且つ精度良
く台形状のレリーフパターンを得るには、例えば、投影
型のマスクアライナ−のような露光装置を用いて露光す
る方法が優れている。 即ち、投影型の露光装置は、被露光面である基板上で、
フォトマスクの像が結像する様な構造となっているが、
トライフィルムの様な１０〜１００μｍ程度の厚いレジ
ストを感光させる場合、レジスト上面とレジスト下面（
基板上面）との距離が大きい為、レジスト上面がデフォ
ーカス状態となり、レリーフパターンの上面と下面とで
寸法の異なる、即ち実質的台形のレリーフパターンが得
られる。 この様にして上記固体層３が形成された基板１には、例
えば第３図に示されるように、該固体層３を覆うように
液流路構成部材４が積層される。 尚、第３図は液流路構成部材積層後、第２図と同様の位
置で切断した基板の模式的断面図である。 このような液流路構成部材としては、上記固体層を覆設
し得るものであれば好適に使用することができるが、該
部材は、液流路を形成して液体噴射記録ヘッドとしての
構造材料と成るものであるので、基板との接着性、機械
的強度、寸法安定性、耐蝕性の面で優れたものを選択し
用いることが好ましい。そのような材料を具体的に示せ
ば、液状で熱硬化、紫外線硬化および電子ビーム硬化１ などの硬化性材料が好ましく、中でもエポキシ樹脂、ア
クリル樹脂、ジグリコールジアルキルカーボネート樹脂
、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイ
ミド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂等
が好ましく使用される。また、電解メツキ、蒸着、スパ
ッタリング等で積層できる金属も好適に用いられる。こ
れらの例としては、Ｃｕ、　Ａｇ、　Ａｕ、　Ｎｉ、　
Ｃｒ、Ｓｎ、　Ｐｂ、　Ｚｎ、Ａ１、Ｔｉ等である。ま
た蒸着やスパッタリングを用いれば、金属の酸化物、硫
化物等の化合物も使用することが可能である。 上記液状の硬化性材料が液流路構成部材として用いられ
る場合には、該材料は、例えばデイスペンサーによるボ
ッティング、カーテンコート、ロールコート、スプレー
コート等の公知の手段を用い、これを塗布する等の方法
によって、所望の厚さで基板上に積層される。塗布に際
しては、該材料の脱気を行なった後、気泡の混入を避け
ながら行なうのが好ましいが、該液状の硬化性材料の粘
度が高い場合、該硬化性材料を基板１に塗布後、脱泡等
を行なうのが望ましい。これらの塗布時の気泡混入ある
いは脱泡に対して、該液状の硬化性材料を塗布する部分
（液流路壁予定部位）の断面形状が逆台形（上底より下
底が小なる実質的台形形状）、すなわち該固体層が上底
より下底が大きな実質的台形形状である事が有効である
。このような形状にすることにより、塗布時には、気泡
が混入しにくく、脱泡時も容易に気泡が上方に抜は易い
。 ここで、例えば第３図のように液流路構成部材４を積層
する際、上記のような液状の硬化性材料が用いられる場
合には、該硬化性材料は、例えば液体の流出、流動を抑
制した状態で、必要ならば上部に抑え板を重ね、所定の
条件で硬化させられる（第４図参照）。硬化条件が常温
または加熱硬化であれば、３０分〜２時間放置すれば良
く、紫外線硬化などの場合は、通常１０分以内の短時間
の照射によって硬化が可能である。 次いで、固体層３および液流路構成部材４が積層された
上記のような基板から、固体層３を除去して液流路を形
成する。 固体層３の除去手段としては特に限定されるものではな
いが、具体的には例えば固体層３を溶解または膨潤ある
いる≠剥離する液体中に基板を浸漬して除去する等の方
法が好ましいものとして挙げられる。この際、必要に応
じて超音波処理、スプレー、加熱、攪拌、その他の除去
促進手段を用いることも可能である。 上記除去手段に対して用いられる液体としては、例えば
ケトン、エステル、エーテル、アルコール、Ｎ−メチル
ピロリドン、ジメチルホルムアミド、フェノール、強ア
ルカリを含む水、等が挙げられる。これら液体には、必
要に応じて界面活性剤を加えても良い。また、固体層と
してポジ型ドライフィルムを用いる場合には、除去を容
易にするために固体層にあらためて紫外線照射を施すの
が好ましく、その他の材料を用いた場合は、４０〜６０
℃に液体を加温するのが好ましい。 第６図には、上記のような固体層３の除去を、溶解によ
って行なった場合の例が示されている。 　５ 尚、第６図は、固体層の溶解除去に先立って液供給口６
を設け、その後に固体層を除去した後の液体噴射記録ヘ
ットの模式的斜視図が示されている。第５図は、固体層
３除去後、第２図と同様の位置で切断した液体噴射記録
ヘッドの模式的断面図である。 本例の場合、固体層３は、該固体を溶解する液体中に浸
漬され、ヘッドのオリフィスと液供給口６を通して溶解
除去される。溶解除去に先立ち、オリフィス先端が露出
していなければ、例えば第６図のｃ−ｃ　’の線に沿っ
て基板全体を切断し、オリフィス先端を露出させる。 しかし、このような基板のオリフィス先端部の切断の操
作は、本発明の実施のために必ずしも必要ではなく、例
えば液流路構成部材として液状の硬化性材料を用い、該
材料を積層する際に型を使用し、オリフィス先端部が閉
じて覆われることなく、且つオリフィス先端部が平滑に
成型されるようにした場合等には、切断は不要である。 以上のようにして、吐出エネルギー発生素子２が設けら
れた基板１上の所望の位置に、所望の液流路５が形成さ
れた液体噴射記録ヘッドが構成される。尚、場合によっ
ては、液流路形成後、第６図のｃ−ｃ　’の線に沿って
切断する。これは、液流路５に於いて、液体吐出エネル
ギー発生素子２とオリフィスとの間隔を最適化するため
に行なうものであり、ここで切断する領域は、適宜決定
される。また、必要に応じてオリフィス先端の研磨、平
滑化を行ない、吐出の最適化をはかってもよい。 更には、例えば第７図に示されるように、固体層形成後
、所望の厚さに液流路構成部材を積層し、上記同様の操
作によって固体層を除去して流路壁７のみをこれら液流
路構成部材で形成し、次いで所望の天板８を貼合わせる
ことによって液体噴射記録ヘッドを構成することも可能
である。 尚、第７図には貼合わせ前の液体噴射記録ヘッドの模式
的斜視図が示されている。 本例において、流路壁７と固体層の高さとを同一にした
場合には、固体層の除去は天板８を貼合わせた後に行な
ってもよいし、また、貼合わせ前に行なってもよい。 固体層除去後に天板８を貼合わせた場合、固体層の除去
が容易であり、一方天板８を貼合わせた後固体層を除去
する場合は、天板の貼合わせが容易である。 これらの方法はヘッドの寸法、固体層の種類等の条件に
より適宜選択される。 尚、本発明における液流路構成部材は、例えば第７図の
ように、流路壁７と天板８とが分離されたものであって
もよいし、また、例えば第６図のようにそれらが一体化
されたものであってもよい。 前述の例に於いては、ポジ型ドライフィルムを投影型マ
スクアライナ−により露光し、実質的台形状のパターン
を形成したが、ネガ型ドライフィルムの場合も投影型マ
スクアライナ−の結像点を操作する事により台形形状の
パターンが得られる。また、コンタクト露光式あるいは
、プロキシキティー露光方式にて露光する場合、基板と
マスりの間隔を大きく開ける事により実質的な台形形状
を得る事ができる。 また、ポジ型ドライフィルム、ネガ型ドライフィルムい
ずれの場合も露光不足（ネガ型の場合露光オーバー）、
あるいは現像不足（ネガ、ポジ共通）にする事により実
質的台形形状を得る事は可能であるが、その断面形状は
きれいな台形形状とはならず、いわゆる山なりの台形状
となる。しかしながら、インク吐出の性能上断面が山な
りの台形を有する液流路が許容される場合、上記の方法
は装置が安価で且つ、短時間で大量の基板をパターニン
グでき極めて有効な方法の一つである。 また、他の例として基板ｌ上に固体層３として所望の厚
さの溶剤可溶型ポリマー及びフォトレジスト層を順次積
層し、該フォトレジスト層のパターン形成後、溶剤可溶
性ポリマーを選択的に除去する。その後、前述の例と同
様の方法により液流路構成部材４の積層、脱泡、硬化、
吐出口切断を行なった後、該固体層３を除去しヘッドを
製造する。 上記の様な場合に於いても、該溶剤可溶性ポリマーを選
択的に除去後、適当な熱処理を行なう事により、パター
ン断面が上底より下底が大なる実質的台形形状にする事
ができる。 ［実施例］ 以下、実施例により具体的に本発明を説明する。 実施例１ 第６図の構成の液体噴射記録ヘッドを作製した。 まず、液体吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換
体（材質ＨｆＢ２）を形成したガラス基板上に、ポジ型
ドライフィルムｒＯＺＡＴＥｃ　Ｒ２２５Ｊ　　［ヘキ
ストジャバン■］からなる厚さ２５μｍの感光層を真空
ラミネーションによって形成した。その後、ポジ型ドラ
イフィルムの保護フィルム（マイラー）を剥離した後、
　１１０℃に加熱されたオーブンにポジ型ドライフィル
ムがラミネーションされた該ガラス基板を投入し、２０
分間熱処理を行なった。この熱処理は、ポジ型ドライフ
ィルムのし１　日 リーフパターンの断面形状を実質的な台形状にする為に
行なうものである。即ち、この熱処理を行なわないとポ
ジ型ドライフィルムのレリーフパターンの断面形状は中
央が凹状の両面凹レンズの様な形状となり下底が上底よ
り大きな実質的な台形形状を得る事ができない。 この加熱処理されたポジ型ドライフィルムに第６図に相
当するパターンのマスクを投影型マスクアライナ−（キ
ャノン製ＭＰＡ−１５００）により投影し露光を行なっ
た。この露光の際の条件としては、結像点をポジ型ドラ
イフィルムの下面（基板の上面）に設定し７５ｍｗ／ｃ
ｍ”の照度で巾６ｍｍの光束を６、０ｍｍ／ｓｅｃのス
キャンスピードにて投影露光した。 その後１％の苛性ソーダ水溶液にて９０秒スプレー現像
を行なった。 このような工程を経る事により、ポジ型ドライフィルム
のレリーフパターンの断面形状が、上底に対して下底が
５

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明では下記に示すような効
果が得られる。 １）液流路構成部材層に気泡による欠陥が発生しにくく
、ヘッドの歩留りが大きく向上する。 ２）吐出圧発生素子に液流路壁を近づける事なく液流路
及び吐出口の小面積化が可能になる為、高密度で高速応
答性のヘッドが製造できる。 ３）吐出性能を変える事なく、吐出圧発生素子から液流
路壁な遠ざける事ができる為、高耐久性且つ、高信頼性
のヘッドが製造できる。 　４

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は、本発明の基本的な態様を説明するた
めの模式図であり、それぞれ、第１図は固体層形成前の
基板の模式的斜視図、第２図（Ａ）は固体層形成後の基
板の模式的平面図、第２図（Ｂ）は固体層形成後の基板
の模式的断面図、第３図は液流路構成部材積層後の基板
の模式的断面図、第４図は液流路構成部材とした液状の
硬化性材料を用いた際の該材料硬化後の基板の模式的断
面図、第５図は固体層除去後の基板の模式的断面図、第
６図は完成された状態における液体噴射記録ヘッドの模
式的斜視図である。第７図は本発明の別の実施態様を説
明するための模式図であり、天板貼合わせ前の液体噴射
記録ヘットの模式的斜視図である。 ・・・基板 ・・・エネルギー発生素子 ・・・固体層 ・・・液流路構成材料 ・・・液体流路 ６・・・液供給口 ア・・・流路壁 ８・・・天板 ９・・・オリフィス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上に液流路のパターン状に固体層を設ける工程と、
   該固体層が設けられた前記基板上に液流路構成部材の少
   なくとも一部を設ける工程と、前記固体層を前記基板上
   より除去する工程とを含む液体噴射記録ヘッドの製造方
   法に於いて、 前記液流路のパターン状の固体層の断面が、上底より基
   板上に接する下底が大なる、実質的な台形形状を有する
   事を特徴とする液体噴射記録ヘッドの製造方法。