JPH03189161A - 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１ 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）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
フては、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、記録液通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５８−１３８４７
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
かった。

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響が少
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フて固体層を形成し、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第１の鉛直
溝を形成して液路形成のための部材を第１の鉛直溝およ
び固体層上に覆設し、第３の工程で第１の鉛直溝に覆設
された液路形成のための部材の更に記録液吐出面形成位
置寄りの部位に第１の鉛直溝に平行に第２の鉛直溝を形
成し、第２の鉛直溝に撥水性を有する吐出面形成部材を
装填して記録液吐出面形成位置に沿って載断し、第３の
工程で形成された記録液吐出面に第４の工程で記録液吐
出口穿設した後筒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基
板上に固体層を形成しておき、次の第２工程で第１の鉛
直溝を形成した上、第１の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設して、第３の
工程で第１の鉛直溝に覆設された部材に第２の鉛直溝を
形成して、この第２の鉛直溝に吐出面形成のための撥水
性部材を装填し、更に吐出面の位置で載断することによ
り吐出面を形成し、第４の工程で吐出面に吐出口を穿設
した上、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、吐出面を均一な撥水性材料で形
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によフて記録液小滴を
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
ための制御信号人力用電極（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。なお本実施例においては、固体層１
０３としテｒＯＺＡＴＥｃ　Ｒ２２５Ｊ（商品名、ヘキ
ストジャパン■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１０
２上に波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１０３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−
Ｄ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第１の溝１０４を形成
した。第３Ｂ図は第３Ａ図のＢ−Ｂ線断面図である。な
お第１の溝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０本実施例ではレジノイドボンドのダイヤモ
ンドプレートを使用し、ダイシング法により溝入れを行
った。

続いて第４図に示すように、固体層１０３および第１の
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を被把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１機械的強度９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８４ｍ、　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、＾Ｕ。

Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｓｎ、　Ｐｂ、　”ｉｎ、　Ａ１．　
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Ｈ−６１０
（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部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３の工程として第５図に示すように第１の溝１
０４よりさらに内側の吐出口形成位置の線Ｃ−Ｃおよび
Ｄ−Ｅｌに近寄せた部分に第２の溝１（＋６を設けた。

この溝１０６を形成する方法は、第１の溝１０４を形成
した手法と同じであっても、別の方法であってもかまわ
ない。本実施例では、第１の溝１０４を形成したときと
同様にレジノイドボンドのダイヤモンドブレードを用い
、ダイシング法で行なった、かくしてそのあと、この第
２のｆｉ１０６を埋めるべく撥水性の吐出面形成部材１
０７を第６図に示すようにして充填した。

撥水性の吐出面形成部材１０７として本実施例ではＤＥ
ＦＥＮＳＡ７７０２　（商品名、大日本インキ化学工業
（株）製）を用いた。また硬化には超高圧水銀灯を用い
、その下でＩＯＪ／ｃ＋ａ２照射し硬化させた。なお、
ここで用いる部材１０７用の撥水性物質および硬化法に
は、上記したものの他に以下のものが好適例としてあげ
られる。

形成部材として用いられる樹脂材料に上記材料または以
下にあげる撥水性の物質を適当量添加するのも有効な方
法である。

第　　１　　表 なお、部材１０７に撥水性を付与するために液路第　　
２　　表 次に第４の工程として吐出口を開口するために、まず吐
出口位置Ｃ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線に沿ってダイシング法
で切断した。なおこの切断にあたりその切断用ブレード
厚さをＣ−Ｃ線とＤ−Ｄ線との間の距離と同じにしたた
め、切断は１回ですんだ。

その後、打ち抜き法により吐出口１０８を開口させ、第
７図に示すような２つのヘッド構成部材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
ヘッド構成部材１０９を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
に除去した上で純水で２０分間洗浄し更に乾燥を行った
。なお、ここで用いる除去液および方法については固体
層１０３の材質を配慮した上で選択されるべきであり、
かくして第８図に示すように液路１１０の形成された記
録ヘッド１１１を得た。なお、第５の工程で固体層１０
３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、撹拌、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９強アルカリを
含む水、等が挙げられる。更にまたこれら液体には、必
要に応じて界面活性剤が加えられても良い。

第９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
７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
存在しなかフた。更に、これら液体噴射記録ヘッド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１０図〜第１
４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５６０００）のＭＩＪ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ｒＲＩｓＴＯＮＪ　　（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、ＩｉＯｍＪ／ｃｍ”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１Ｏ図に示すようにダイシング法により第１の溝
２０３を形成した。なお、ここで、Ｅ−Ｅ線およびＦ−
Ｆ線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１１図に示
すような液路形成部材２０６を得た。

第３の工程では第１２図に示すように、第２の溝２０７
を第１の溝２０３よりさらに吐出口の線Ｅ−Ｅ。

Ｆ−Ｆ寄りの位置に穿設した。第２の満２０７を形成す
るに当たっては、第１の溝２０３を形成する方法と同じ
くレジノイドボンドのダイヤモンドブレードを用い、ダ
イシング法で行なった。

ついで、この第２の溝２０７に実施例１と同じ撥水性の
物質を充填、硬化させて第１３図に示すように吐出面形
成部材２０８を形成した後、更に実施例１と同様にして
吐出口の線Ｅ−ＥおよびＦ−Ｆに沿ってダイシング法に
より切断を行ない、更に打ち抜き法で吐出口を開口させ
た。また、このあと、第１実施例にならって固体層２０
２を溶解除去し、液体噴射記録ヘッド２１１を得た。第
１４図はこのようにして作成した液体噴射記録ヘッド２
１１を示す。

なおここで、２０９はインク吐出口、２１０は液路、２
１２は液室、２１３はインク供給口である。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
を行なった結果、インク中への析出物の発生や目詰りに
よる吐出不安定は発生せず、安定した記録の継続が可能
であった。またインク吐出口の変形や剥離も全く発生し
ていなかった。

第１５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および第３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１５図で、３０１はシ
リコン基板、３０２は発熱素子、３０５は液路形成部材
、３０８はインク吐出口、３１０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３０
１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）吐出口の周囲が上述してぎたように均一の材料で
あることに加え、撥水性の材料であるため、インク滴の
切れがよく、非常に高品位の記録が得られる。

（３）吐出口形成時の加工対象が均一な材料なので、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。

（４）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。

（５）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。

（６）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。

（７）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。

（８）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。

（９）連続、且つ大量生産が可能である。

（ｌＯ）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。

（１１）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８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＾−＾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２工程の後段による構成の断面
図、 第５図は第３の工程の前段による構成の断面図、 第６図は第３の工程の後段による構成の断面図、 第７図は第４の工程による構成の断面図、第８図は第５
の工程による構成の断面図、第９図は本発明によって得
られた記録ヘッドの斜視図、 第１０図〜第１３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１４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１５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 ０２ １０３．２０２ １０４．２０３ １０５．２０６ ＩＱＳ、２０７ １０７．２０８ １０８．２０９ ０９ １１０．２１０ １１１．２１１ １１２．２１２ １１３．２１３ ・・・基板、 ・・・発熱素子、 ・・・固体層、 ・・・第１の溝、 ・・・液路形成部材、 ・・・第２の溝、 ・・・吐出面形成部材、 ・・・インク吐出口、 ・・・ヘッド構成部材、 ・・・液路、 ・・・記録ヘッド、 ・・・液室、 ・・・インク供給口。 第１図 Ｃ 第３Ａ図 第３Ｂ図 第２Ｂ図 第４図 第５図 第６図 １１０茅Ｊト 第１１図 第１３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
   に第１の鉛直溝を形成して液路形成のための部材を前記
   第１の鉛直溝および前記固体層上に覆設し、 第３の工程で前記第１の鉛直溝に覆設された前記液路形
   成のための部材の更に記録液吐出面形成位置寄りの部位
   に前記第１の鉛直溝に平行に第２の鉛直溝を形成し、該
   第２の鉛直溝に撥水性を有する吐出面形成部材を装填し
   て前記記録液吐出面形成位置に沿って載断し、 第３の工程で形成された記録液吐出面に第４の工程で記
   録液吐出口穿設した後 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。