JPH03189160A - 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より記録液滴を発
生させて記録を行う液体噴射記録ヘッドの製造方法に関
する。

［従来の技術］ インクジェット記録方式（液体噴射記録方式）に通用さ
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）や液路および液路の一部に
設けられる液体吐出エネルギー発生部を備えている。従
来、このような液体噴射記録ヘッドを作成する方法とし
ては、例えば、ガラスや金属等の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、その板を他の
適当な板と接合して液路を形成する方法が知られている
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、斯かる従来の方法によって作成される液
体噴射記録ヘッドでは、切削加工された液路内壁面の流
れが大きすぎたり、エツチング率の差から液路に歪が生
じたりして、液路における流体抵抗が一定し難く、製作
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。更にまた
、エツチング加工を行なう場合には、製造工程が多く、
コストの上昇を招くと言う不利もあった。また、上記従
来法に共通する欠点として、液路が形成された溝付板と
、記録液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、液体噴射記録ヘッドは、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ために、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。

そこで、上述のような欠点に鑑みなされた液体噴射記録
ヘッドの製造方法の一つとして特開昭５８−１３６４７
８号公報に開示されている方法がある。

この方法は、上述の欠点がない優れた液体噴射記録ヘッ
ドの製造方法といえるが、この方法においても吐出口を
形成する際に、液路形成部材と基板とが同時に加工され
るため特に基板側に傷が入りやすく、製造の歩留りを低
下させるという問題があった。また吐出口が異種材料で
構成されるために、印字品位の点で必ずしも充分ではな
かフだ。

本発明の目的は、上述した従来の問題点に着目し、その
解決を図るべく、廉価、精密であり、また信頼性の高い
新規な液体噴射記録ヘッドの製造方法を提供することに
ある。

また、本発明の他の目的は精度良く正確に且つ歩留り良
く微細加工された構成の液路を有す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。

更にまた、本発明の他の目的は記録液との相互影テが少
なく、機械的強度や耐薬品性に優れた液体噴射記録ヘッ
ドが得られる新規な液体噴射記録ヘッドの製造方法を提
供することにある。

また、印字品位にも優れた液体噴射記録ヘッドの製造方
法を提供することも目的とする。

［課題を解決するための手段〕 かかる目的を達成するために、本発明は、記録液吐出エ
ネルギー発生素子が形成された基板上に第１の工程で液
路および液室のパターンに従って固体層を形成し、第２
の工程で記録液吐出エネルギー発生素子より記録液吐出
面形成位置側の部位に液路とは直角の方向に鉛直溝を形
成し、第３の工程で液路形成のための部材を鉛直溝およ
び固体層上に覆膜し、第４の工程で記録液吐出面形成位
置に沿って載断した後、当該記録液吐出面に固体層に向
けて記録液吐出口を穿設し、第５の工程で固体層を溶解
除去して液路および液室を形成することを特徴とするも
のである。

［作　用］ 本発明によれば、液路および液室のパターンに従って第
１の工程で基板上に固体層を形成しておき、次の第２工
程で鉛直溝を形成した上、第３の工程で鉛直溝および固
体層全体を被覆するように液路形成のための部材を覆膜
して、更に第４の工程で吐出面の位置で載断することに
より吐出面を形成した上、吐出口を穿設し、第５の工程
で固体層を溶解除去して液路および液室を形成するもの
で、吐出面を均一な材料で形成できる他、量産に通し、
しかも同時に複数単位のヘッドの生産が可能な液体噴射
記録ヘッドの製造方法を提案することができる。

［実施例］ 以下に、図面に基づいて、本発明を詳細かつ具体的に説
明する。

第１図乃至第８図は、本発明の基本的な過程の態様を説
明するための模式図であり、第１図乃至第８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
とその製作手順の一例が示されている。なお、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。

本態様においては、まず例えば第１図に示すような、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１０１が用いられる。なおここでの基板１０１
は固体層形成前の状態が示されている。

このような基板１０１は、液路形成部材の一部として機
能し、また後述の固体層および液路形成部材積層時に支
持体として機能し得るものであれば、その形状、材質等
は特に限定されるものではない。なお、本実施例ではシ
リコン基板を用いた。そして、かかる基板１０１上にま
ず電気熱変換体あるいは圧電素子等の液体吐出エネルギ
ー発生素子が所望の個数配設される。第１図の実施例で
は吐出口を互いに対向させた形態で、２ヘッド分を形成
するもので１ヘッド当り２個、計４個の発熱素子１０２
が配設しである。

しかしてこれらの発熱素子１０２によって記録液小滴を
吐出させるために熱エネルギーがインク液に与えられ、
記録が行なわれる。

すなわち、これらの発熱素子１０２は、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させること
ができるもので、例えば、圧電素子が用いられるときは
、圧電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。

また、発熱素子１０２には、これらの素子を動作させる
ための制御信号入力用電極（不図示）が接続されるが、
一般にはこれらのような吐出エネルギー発生素子の耐用
性の向上等をはかるために、保護層等の各種の機能層が
設けられる。そこで、本例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として発熱素子１０２
を液路形成前に基板１０１上に配設したが、その配設時
期は所望とし得る。

まず、第１の工程として、第１図に示したように発熱素
子１０２が形成された基板１０１に対してその液路形成
部分上に、第２Ａ図および第２Ｂ図に示すように固体層
１０３を積層する。なお本実施例におイテは、固体層１
０３としテｒＯＺＡＴＥｃ　Ｒ２２５Ｊ（商品名、ヘキ
ストジャバン特製）を用い、通常のプリント回路基板製
造工程で行なわれるフォトリソグラフィ法でバターニン
グを行ない形成した。また、露光にあたっては周知の方
法でマスクと基板との位置合せを行ない、発熱素子！０
２上に液路形成部分が重ね合されるようにした。

このような固体層１０３を形成する具体的な処理方法の
例を以下に示す。

（１）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１（１３を形成す
る。

（２）基板１０１上に所望の厚さの溶剤可溶性ポリマー
およびフォトレジスト層を順次積層し、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層を選択的に
除去する。

（３）硬化性、または非硬化性の樹脂を印刷する。

次に第２の工程として、第３Ａ図および第３Ｂ図に示す
ように溝１０４を形成する。ここで、Ｃ−ＣおよびＤ−
［１は吐出口を形成する位置であり、本実施例では２つ
のヘッドを対向させた形態で作成するもので、そのため
に基板１０１の中央部に図示のような溝１０４を形成し
た。第３Ｂ図は第３Ａ図のＢ−Ｂ線断面図である。なお
溝１０４を形成する方法としては、半導体製造のシリコ
ンウェハー分離に通常行なわれるダイシング法や、レー
ザ光による加工法、超音波加工法等を用いることができ
る。

本実施例ではレジノイドボンドのダイヤモンドブレード
を使用し、ダイシング法により溝入れを行った。

続いて第３の工程として、固体層１０３および溝１０４
の全体を覆うようにして液路形成部材１０５を積層する
。

このような液路形成部材１０５としては、上記同名 体層１０３を被潰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なので、基板１０１
との接着性３機械的強度１寸法安定性および耐蝕性の面
で優れたものを選択することが望ましい。そのような材
料を具体的に示すと、液状で熱硬化、紫外線硬化および
電子ビーム硬化などが可能な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
好適に用いることができ、これらの金属の例としては、
Ｃｕ、＾ｇ、　Ａｕ。

Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｓｎ、　Ｐｂ、　Ｚｎ、＾ｌ、　Ｔｉ
等をあげることができる。また蒸着スパッタリングによ
る場合は、金属の酸化物や硫化物等の化合物をも用いる
ことができる。本実施例では、リポキシｏ−ａｔｏ（商
品名、昭和高分子（株）製）にメチルエチルケトンパー
オキサイド２部を混合したものを用いた。

上述したような液状の硬化性材料を液路形成部材１０５
　として用いる場合には、例えばカーテンコート、ロー
ルコート、スプレーコート等の公知の手段によって上述
の材料を塗布すればよく、以て基板１０１上に所望の厚
さで上述の材料を積層することができる。なお、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。

またここで、例えば第４図のように液路形成部材１０５
を積層するのに、上記のような液状の硬化性材料を用い
る場合には、硬化性材料を、例えば液体の流出、流動を
抑制した状態に保ち、更に必要ならば上部に抑え板を重
ね、所定の条件で硬化させればよい。なお、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。

次に、第４の工程として吐出口を開口するために、まず
ダイシング法により吐出面に対応する線Ｃ−ＣおよびＤ
−Ｄで切断した。なお、このときの切断用ブレードの厚
さをＣ−Ｃ線からＤ−Ｄ線までの間隔に一致させるよう
にしたので、１回の切断で２つの部材に分離できた。そ
の後、打ち抜き法により吐出口１０８を開口させて、第
５図に示すようなヘッド構成部材１０９を得た。

次に第５の工程として固体層１０３を除去するために３
％苛性ソーダ溶液に浸漬し、５分間超音波をかけた。こ
れにより固体層１０３を完全に除去し、次いで、純水で
２０分間洗浄した後乾燥して、第６図に示すような記録
ヘッドの形態とすることができた。なお、ここで用いる
除去液および方法については用いる固体層１０３の材質
を配慮した上で選択されるべきである。

なお、第５の工程で固体層１０３の溶解、膨潤あるいは
剥離可能な液体中にヘッド構成部材１０９を浸漬して除
去する方法を好ましいものとして挙げたが、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。

また、上記除去手段に用いられる液体としては、例えば
含ハロゲン炭化水素、ケトン、エステル、芳香族炭化水
素、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、水１強アルカリを
含む水等が挙げられる。さらにこれら液体には、必要に
応じて界面活性剤を加えられてもよい。

第７図は本実施例により作成した液体噴射記録ヘッド１
１１を示し、ここでの液路１１０および液室１１２は第
５図で固体層１０３が設けられていた部分にあたる。ま
た、１１３はインク供給口である。

このようにして作成した液体噴射記録ヘッド１１１の液
路１１０中には、いずれの場合にも固体層の残渣が全く
存在しなかった。更に、これら液体噴射記録へラド１１
１を記録装置に装着し、純水／グリセリン／ダイレクト
ブラック１５４（水溶性黒色染料）−６５／３０１５か
ら成るインクジェットインクを用いて記録を行なった結
果、安定した良好な記録が得られた。

ついで、本発明の第２の実施例について第８図〜第１０
図を参照しながら説明する。

まず、ガラス基板２０１上に、アルカリ水溶液に可溶な
樹脂であるスチレン／マレイン酸共重合体（共重合比５
０１５０、重量平均分子量５ａｏｏｏ）のＭＥに溶液を
塗布し、乾燥後２５ミクロン厚さの層を形成させた。こ
の層の上に弱アルカリ水溶液で現像可能な感光性ドライ
フィルムｒ　ＲＩＳＴＯＮＪ　　（商品名、デュ・ボン
・ド・ネモアース・ＣＯ）をラミネートした後、マスク
を重ね、６０ａＪ／ｃ＋＊’の紫外線照射を行なった。

照射部分を重合させた後、２％の炭酸ナトリウム水溶液
を用いて、フォトレジストの現像およびスチレン／マレ
イン酸共重合体層のエツチングを行ない、合計５０ミク
ロンの膜厚で１２０ミクロンピッチのレリーフの固体層
２０２を形成した。

次に第８図に示すようにダイシング法により第１の溝２
０３を形成した。なお、ここで、Ｅ−Ｅ線およびＦ−Ｆ
　！！は吐出面形成位置を示す。次いで、振動板２０４
を貼り合せた圧電素子２０５を液路形成予定位置の上部
にあたる固体層２０２上に配設した後、第１の実施例で
用いたのと同じ材質の樹脂を被覆硬化させて第９図に示
すような液路形成部材２０６を得た。

かくして実施例１と同様に吐出面形成位置のＥ−Ｅ線お
よびＦ−Ｆ線に沿ってダイシング法により切断を行った
後、打ち抜き法で吐出０２０８を開口させ、さらに２％
苛性ソーダ水溶液中で超音波処理を５分間行い、固体層
２０２を完全に溶解除去した。溶解除去した後、さらに
全体を、純水で２０分間洗浄し乾燥させて、第１Ｏ図に
示すように、液路２１０および液室２１２、インク供給
口２１３を具えた液体噴射記録ヘッドを構成することが
できた。

この液体噴射記録ヘッドを記録装置に取り付けて３ケ月
間記録試験を行なったが、インク中への析出物の発生や
目詰りによる吐出不安定は起こらず、安定な印字が可能
であった。また、オリフィスの変形や剥離等も全く発生
していなかった。

第１１図は本発明の実施例によって得られた記録ヘッド
と比較するために示した従来の記録ヘッドの比較例であ
る。比較例では第１実施例においての第２の工程を行な
わず、他の工程、材料および方法については全く同様に
して液体噴射記録ヘッド３１１を作成した。なお第１１
図で、３０１はシリコン基板、３０２は発熱素子、３０
５は液路形成部材、３０８はインク吐出口、３１Ｏ６は
液路、３１３はインク供給口である。この比較例の実施
例との構成の相違は吐出口３０８が異種の材料、すなわ
ちシリコン基板３０１と液路形成部材３０５とによって
形成されている点で、比較例の記録ヘッドは本発明によ
って得られた記録ヘッドに比べて後述するように種々の
点で劣っている。

［発明の効果］ 以上に説明してきたように、本発明によれば、もたらさ
れる効果として、下記に列挙するようなものが挙げられ
る。

（１）吐出口が均一の材料で囲まれているため、吐出方
向が一定一様であり高品位の印字が得られる。

（２）吐出口形成時の加工対象が均一の材料なので、歩
留りよく加工ができ、廉価で液体噴射記録ヘッドを提供
することができる。

（３）ヘッド製作のための主要工程が、いわゆる印刷技
術、すなわちフォトレジストや感光性ドライフィルム等
を用いた微細加工技術に因るため、ヘッドの細密部を、
所望のパターンで、しかも極めて容易に形成することが
できるばかりか、同構成の多数のヘッドを同時に加工す
ることが可能である。

（４）中性でない水溶液、あるいは有機溶剤を媒体とす
る記録液に対して相互に影響し合うことがなく、且つ接
着性あるいは機械的強度等にも優れた材料を、ヘッド構
成材料として用いるので、記録装置としての耐久性ある
いは信頼性を高めることができる。

（５）主要構成部位の位置合わせを容易、かつ確実に為
すことができ、寸法精度の高いヘッドが歩留り良く得ら
れる。

（６）高密度マルチアレイ液体噴射記録ヘッドが簡易な
方法で得られる。

（７）液路を構成する溝壁の厚さの調整が極めて容易で
あり、固体層の厚さに応じて所望の寸法（例えば、溝深
さ）の液流路を構成することができる。

（８）連続、且つ大量生産が可能である。

（９）エツチング液（フッ化水素酸等の強酸類）を特に
使用する必要がないので、安全衛生の面でも優れている
。

（１０）接着剤を特に使用する必要がないので、接着剤
が流動して溝が塞がれたり、液体吐出エネルギー発生素
子に付着して、機能低下を引き起こすことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の各過程の構成を模式的に示す
説明図であり、第１図は基板の状態図、 第２Ａ図は第１の工程による構成図、 第２Ｂ図は第２Ａ図のＡ−Ａ線断面図、第３Ａ図は第２
の工程の前段による構成図、第３Ｂ図は第３Ａ図のＢ−
Ｂ線断面図、第４図は第３工程による構成の断面図、第
５図は第４の工程後の吐出口形成状態を示す断面図、 第６図は第５の工程による構成の断面図、第７図は本発
明によって得られた記録ヘッドの斜視図、 第８図〜第９図は本発明の第２の実施例による各過程の
構成を模式的に示す説明図、 第１０図は本発明の第２実施例によって得られた記録ヘ
ッドの斜視図、 第１１図は比較例として示す従来の記録ヘッドの斜視図
である。 １０１．２０１・・・基板、 １０２・・・発熱素子、 １０３．２０２・・・固体層、 １０４．２０３・・・溝、 １０５．２０６・・・液路形成部材、 １０８．２０８・・・インク吐出口、 １０９・・・ヘッド構成部材、 １１０．２１０・・・液路、 １１１　・・・記録ヘッド、 １１２．２１２・・・液室、 １１３．２１３・・・インク供給口。 第２Ｂ図 Ｃ 第４図 第３Ａ図 第３Ｂ図 Ｆ 第９図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）記録液吐出エネルギー発生素子が形成された基板上
   に第１の工程で液路および液室のパターンに従って固体
   層を形成し、 第２の工程で前記記録液吐出エネルギー発生素子より記
   録液吐出面形成位置側の部位に前記液路とは直角の方向
   に鉛直溝を形成し、第３の工程で前記液路形成のための
   部材を前記鉛直溝および前記固体層上に覆膜し、 第４の工程で前記記録液吐出面形成位置に沿って載断し
   た後、当該記録液吐出面に前記固体層に向けて記録液吐
   出口を穿設し、 第５の工程で前記固体層を溶解除去して前記液路および
   液室を形成することを特徴とする液体噴射記録ヘッドの
   製造方法。