JPH0450188B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インクジエツト記録ヘツド、詳しく
は、所謂インクジエツト記録方式に用いる記録用
インク小滴を発生するためのインクジエツト記録
ヘツドに関する。

インクジエツト記録方式に適用されるインクジ
エツト記録ヘツドは、一般に、微細なインク吐出
口（オリフイス）、インク通路及びこのインク通
路の一部に設けられるインク吐出圧発生部を備え
ている。

従来、この様なインクジエツト記録ヘツドを作
成する方法として、例えば、ガラスや金属の板に
切削やエツチング等により微細な溝を形成した
後、この溝を形成した板を他の適当な板と接合し
てインク通路の形成を行う方法が知られている。

しかし、斯かる従来法によつて作成されるヘツ
ドでは、切削加工されるインク通路内壁面の荒れ
が大き過ぎたり、エツチング率の差からインク通
路に歪が生じたりして、通路抵抗の一定した通路
が得難く、製作後のインクジエツト記録ヘツドの
インク吐出特性にバラツキが出易い。また、切削
加工の際に、板の欠けや割れが生じ易く、製造歩
留りが悪いという問題点もある。そして、エツチ
ング加工を行う場合は、製造工程が多く、製造コ
ストの上昇を招くという問題点がある。更に、上
記した従来法に共通する問題点としては、インク
通路溝を形成した溝付板と、インクに作用するエ
ネルギーを発生するエネルギー発生素子としての
圧電素子、発熱素子等の駆動素子が設けられた蓋
板との貼合わせの際に、夫々の位置合わせが困難
であつて量産性に欠ける点が挙げられる。

これらの問題点が解決される構成を有するイン
クジエツト記録ヘツドとして、インク吐出圧発生
素子の配置してある基板に感光性樹脂硬化膜から
なるインク通路壁を形成し、その後前記通路に覆
いを付設するインクジエツト記録ヘツドの構成
が、例えば特開昭57−43876号に提案されている。

この感光性樹脂を利用して製作されるインクジ
エツト記録ヘツドは、従来のヘツドの問題点であ
つたインク通路の仕上り精度、製造工程の複雑
さ、製造歩留りが悪いという点を解決する面では
優れたものである。しかしながら、インク吐出圧
発生素子の配置してある基板とその上に形成した
感光性樹脂硬化膜の通路壁との接合力の点で問題
を残していた。いいかえれば、感光性樹脂の硬化
時の収縮ストレスが過大であるため基板に対する
通路壁の密着力が充分でなく、ヘツド作製後に基
板上に形成した通路壁が基板から剥離するヘツド
が多発するという問題点があつた。より詳しく
は、基板上にはインク吐出圧発生素子及びそれに
電気信号を与えるための配線があり、これらを保
護する目的で電気絶縁層、耐インク層がその上に
積層されているが、樹脂の硬化膜である感光性樹
脂硬化膜の通路壁が余りに大きな収縮ストレスを
有するため、通路壁自身を基板からの剥離以外に
電気絶縁層や耐インク層が剥離してしまうトラブ
ルも生じた。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもの
で、安価で、精密で、信頼性が高く、使用耐久性
に優れたインクジエツト記録ヘツドを提供するこ
とを目的としている。

このような目的を達成した本発明は、インクを
吐出するために利用されるエネルギーをインクに
作用させるエネルギー発生素子と、樹脂の硬化膜
で構成される壁部材と、該壁部材を支持する第１
支持体と、該壁部材に対して接合された第２支持
体と、を前記エネルギー発生素子位置にインクを
導くインク路を構成する壁として有しているイン
クジエツト記録ヘツドにおいて、前記第１支持体
と前記第２支持体との間であつて、前記インク路
の外の領域に、前記第１支持体と前記硬化膜との
接触面積を減ずる空間が設けされていることを特
徴とするインクジエツト記録ヘツドである。

また、本発明の好ましい態様は、前記空間が、
前記インク路を構成するインク細流路の列方向で
あつて、インク細流路列の両外部に配されている
インクジエツト記録ヘツドである。

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説
明する。第１図乃至第９図は、本発明インクジエ
ツト記録ヘツドの構成とその製作手順を説明する
為の模式図である。

先ず、第１図に示す様に、ガラス、セラミツ
ク、プラスチツク又は金属等、適当な樹脂を硬化
することによつて形成された壁部材を支持する第
１支持体１（以下、基板と称す。）上に発熱素子
あるいは圧電素子等のエネルギー発生素子として
のインク吐出圧発生素子２を所望の個数配設する
（図に於いては、２個）。因に、前記インク吐出圧
発生素子２として発熱素子が用いられるときに
は、この素子が近傍のインクを加熱することによ
り、インク吐出圧を発生させる。また、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
つてインク吐出圧を発生させる。尚、これ等の素
子２には、図示されていない信号入力用電極が接
続してある。

更に必要に応じて、電気絶縁性、耐インク性を
付与する目的で、SiO₂、Ta₂O₅、ガラス等の電気
絶縁層３及び金、Ｗ、Ni、Ta、Nb等の耐イン
ク層４を被覆する（第２図）。

次に、インク吐出圧発生素子２を設けた基板１
表面を清浄化すると共に乾燥させた後、素子２を
設けた基板面に、80℃〜105℃程度に加温された
膜厚100μｍの樹脂であるドライフイルムフオト
レジスト５を0.5〜4／分の速度、１〜３Kg／cm²
の加圧条件下でラミネートする（第３図）。

このとき、ドライフイルムフオトレジスト５は
基板面に圧着して固定され、以後、多少の外圧が
加わつた場合にも基板面から剥離することはな
い。

続いて、第４図に示す様に、基板面に設けたド
ライフイルムフオトレジスト５上に所定のパター
ン６Ｐを有するフオトマスク６を重ね合わせた
後、このフオトマスク６の上部から露光を行う。
尚、上記パターン６Ｐは、後にインクが流れるイ
ンク路の一部を構成する液室（以下、インク供給
室と称す。）、同様にインクが流れるインク路の一
部を構成するインク細流路、インク吐出口及び支
持体との接触面積を減ずるための空間を構成する
領域に相当しており、このパターン６Ｐは光を透
過しない。従つて、パターン６Ｐで覆われている
領域のドライフイルムフオトレジスト５は露光さ
れない。また、このとき、インク吐出圧発生素子
２の設定位置と上記パターン６Ｐの位置合わせを
公知の手法で行つておく必要がある。つまり、少
なくとも、後に形成されるインク細流路中に上記
素子２が位置すべく配慮される。

ここで、本発明において好ましくはインク細流
路は複数形成され、該インク細流路の夫々は、互
いに隣接して平行に配置されるようパターン６Ｐ
の領域を設定する（本例においては２本）。

このようにして露光すると、パターン６Ｐ領域
外のフオトレジスト５が重合反応を起こして硬化
し、溶剤不溶性になる。他方、露光されなかつた
フオトレジスト５は硬化せず、溶剤可溶性のまま
残る。

露光操作を経た後、ドライフイルムフオトレジ
スト５を揮発性有機溶剤、例えばトリクロルエタ
ン中に浸漬して、未重合（未硬化）のフオトレジ
ストを溶解除去すると、硬化フオトレジスト膜５
Ｈにはパターン６Ｐに従つて第５図に示す凹部が
形成される。その後、基板１上に残された硬化フ
オトレジスト膜５Ｈの耐溶剤性を向上させる目的
でこれを更に硬化させる。その方法としては、熱
重合（130℃〜160℃で10分〜60分程度、加熱）さ
せるか、紫外線照射を行うか、これ等両者を併用
するのが良い。

このようにして硬化フオトレジスト膜５Ｈに形
成された凹部のうち、７−１はインクジエツトヘ
ツド完成品に於けるインク供給室に、７−２はイ
ンク細流路に、７−３及び７−４は接触面積を減
ずるための空間（以降７−４の空間を特に溝と称
す。）に相当するものである。本発明のインクジ
エツト記録ヘツドは、感光性樹脂硬化膜が有する
収縮ストレスによりインク通路壁が基板や覆いか
ら剥離するのを防止するために、インク通路の壁
面を形成する感光性樹脂硬化膜の壁厚Ｌが、該感
光性樹脂硬化膜の膜厚Ｄの15倍以下とされる。

なお、本発明にいうインク通路とは、インク細
流路７−２だけではなくインク供給室７−１をも
指称するものであり、また第５図に示されるよう
に膜厚Ｄは感光性樹脂硬化膜の積層方向の厚みを
いい、壁厚ＬはＤに対する垂直方向の厚みをい
う。

この例では、感光性樹脂硬化膜の膜厚が約
100μｍであるのに対し、感光性樹脂硬化膜の壁
厚は一律に400μｍとしてある。すなわち、従来
は、インク吐出口の設置箇所に従つてインク細流
路とインク細流路あるいはインク細流路とインク
ジエツト記録ヘツド端面間の距離が定まり、その
間に感光性樹脂硬化膜が充填され壁厚Ｌが決めら
れていたが、ここでは空間７−３及び溝７−４を
設けて壁厚が所定の400μｍとなるよう調節して
いる。

感光性樹脂硬化膜の基板からの剥離しやすさ
は、後述する参考例の試験からも明らかなよう
に、上述した膜厚に対する壁厚の値が大きな影響
をもち、Ｌ／Ｄを15以下にすることが必要であ
り、剥離を完全に防止するには５以下の値とする
ことが好ましい。

以上の工程を経て、インク供給室７−１、イン
ク細流路７−２、空間７−３、溝７−４の壁面が
形成された基板１の上面に、第６図に図示するよ
うに覆いとなり、壁に対して接着する第２支持体
８（以下平板と称す。）を貼着する。この具体的
方法としては、 (1) ガラス、セラミツクス、金属、プラスチツク
等の平板にエポキシ系接着剤を厚さ３〜4μｍ
にスピンナーコートした後、予備加熱して接着
剤を所謂Ｂステージ化させ、これを硬化フオト
レジスト５Ｈ上に貼り合わせて前記接着剤を本
硬化させる。或は、 (2) アクリル系樹脂、ABS樹脂、ポリエチレン
等の熱可塑性樹脂の平板を硬化フオトレジスト
膜５Ｈ上に、直接、熱融着させる方法がある。
尚、平板８には、インク供給管（不図示）を連
結させるための貫通孔９が設けてある。

以上のとおり、、溝を形成した基板と平板との
接合が完了した後、第７図のＣ−C′線に沿つて切
断する。これは、インク細流路７−２に於いて、
インク吐出圧発生素子２とインク吐出口９との間
隔を最適化するために行うものであり、ここで切
断する領域には適宜決定される。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８図は第７図のＢ−B′線切断面図である。
そして、切断面を研磨して平滑化し、貫通孔９に
インク供給管１０を取り付けてインクジエツト記
録ヘツドが完成する（第９図）。

以上、図面に基づいて説明した実施例において
は、溝作成用の樹脂として感光性樹脂組成物（フ
オトレジスト）のドライフイルムタイプ、つまり
固体のものを利用したが、本発明ではこれのみに
限定されるものではなく、液状の感光性樹脂組成
物も勿論利用することができる。

そして、基板上へのこの感光性樹脂組成物塗膜
の形成方法として、液体の場合にはレリーフ画像
の製作時に用いられるスキージによる方法、すな
わち所望の感光性樹脂組成物膜厚に応じた高さの
壁を基板の周囲におき、ステージによつて余分の
組成物を除去する方法が適用できる。この場合感
光性樹脂組成物の粘度は100cp〜300cpが適当で
ある。また、基板の周囲におく壁の高さは感光性
樹脂組成物の溶剤分の蒸発の減量を見込んで決定
する必要がある。

他方、固体の場合は、感光性樹脂組成物シート
を基板上に加熱圧着して貼着する。尚、本発明に
於いては、その取扱い上、及び厚さの制御が容易
且つ精確にできる点で、固体のフイルムタイプの
ものを利用する方が有利ではある。

このような固体のものとしては、例えば、デユ
ポン社パーマネントフオトポリマーコーテイング
RISTON（ソルダーマスク）730S、同740S、同
730FR、同730FR、同SM1等の商品名で市販され
ている感光性樹脂がある。この他、本発明におい
て使用される感光性樹脂組成物としては、感光性
樹脂、フオトレジスト等の通常のフオトリソグラ
フイーの分野において使用されいる感光物の多く
のものが挙げられる。これ等の感光物としては、
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
る光重合型フオトポリマー、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オトポリマ
ー、オルソナフトキノジアジドと、ノボラツクタ
イプのフエ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エノンやグリシジル
カルコンとを共重合させたポリエーテル型フオト
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エノンとの共重合
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樹脂組成物、重
クロム酸系フオトレジスト、非クロム系水溶性フ
オトレジスト、ポリケイ皮酸ビニル系フオトレジ
スト、環化ゴム−アジド系フオトレジスト、等が
挙げられる。

なお、以上説明した本発明インクジエツト記録
ヘツドの構成をもつてもなお感光性樹脂の接着力
が不足する場合には、基板表面を清浄化したの
ち、接着向上剤、例えばγ−アミノプロピルトリ
エトキシシランの１％エチルアルコール溶液を
6000rpmでスピンコートし、80℃で10〜30分加熱
したのち、感光性樹脂膜ミラミネートするのもよ
り接着性を上げる効果がある。

以上に詳しく説明した本発明の効果としては、
次のとおり、種々、列挙することができる。

１ ヘツド製作の主要工程が、所謂印写技術に因
るため、所望のパターンでヘツド細密部の形成
が極めて簡単に行える。しかも、同構成かつ同
性能ヘツドを多数、同時加工することもでき
る。

２ 製作工程が比較的少ないので、生産性が良好
である。

３ 主要構成部位の位置合わせ及び接合を容易に
して確実に為すことができ、寸法精度の高いヘ
ツドが歩留り良く得られる。

４ 高密度マルチアレイインクジエツト記録ヘツ
ドが簡略な方法で得られる。

５ インク通路を構成する溝壁の厚さの調整が極
めて容易であり、感光性（樹脂）組成物層の厚
さに応じて所望の寸法（例えば、溝深さ）のイ
ンク通路を形成することができる。

６ 樹脂の硬化時の収縮ストレスの集中を空間や
溝等を設けることによつて排除することによ
り、結果的に支持体や覆いと樹脂との接着力が
増し、インク路壁の剥れやそれに伴うインク路
の変形等を無くすことができる。

７ インク吐出口の形状安定性が高いため、経時
的なインク着弾点精度が高い。

これらの本発明の効果は、以下に示す参考例、
実施例により、より具体的に説明される。

参考例 ガラス板の表面をγ−アミノプロピルトリエト
キシシランの１％エチルアルコール溶液にて
6000rpmでスピンナーコートした後、80℃で約20
分加熱し、この上に厚さ100μのドライフイルム
フオトレジストRISTON730S（デユポン社製）を
圧着した。次いでこのフオトレジスト上に所定の
パターンを有するフオトマスクを重ね紫外線露光
させた後、トリクロエタン溶液で洗浄し未重合の
フオトレジストを溶解除去し、ガラス面上に第１
０図に示されるような長さ５mm、幅50μｍ（壁厚
Ｌに相当）の矩形のフオトレジスト硬化膜を
100μｍの平行間隔で50個形成した試験片を得た。
この試験片を80℃の温水中に200時間浸漬する浸
漬試験を行つたが、50個の硬化膜は全てしつかり
とガラス板に固定されていた。

これと同様にして、硬化膜の幅（壁厚）を各々
100μｍ、200μｍ、500μｍ、1000μｍ、1500μｍ、
2000μｍ及び2500μｍとした試験片を作成し、同
様な浸漬試験を行つたところ、第１１図に示した
結果が得られた。硬化膜の幅が200μｍ以下の場
合には、ガラス板と硬化膜の剥離は全く認められ
ず、また硬化膜の幅が1500μｍを超えると剥離し
た硬化膜の割合が著しく増加した。

実施例１、２及び比較例 先に説明した実施例の工程（第１図乃至第９
図）に従つて、インク吐出口を５個有するインク
ジエツト記録ヘツドを各20個宛試作した。但し、
ここでは、第１２図に示したような形状、寸法の
感光性樹脂硬化膜が得られるような所定のフオト
マスクを使用し、比較例、実施例１、実施例２の
ヘツドをそれぞれ作成した。

これら試作ヘツドについて、エチレングリコー
ル80％、Ｎ−メチル−２−ピロリドン５％、水12
％及びダイレクトブラツク383％からなるインク
組成物中に50℃で200時間浸漬放置する耐久試験
を実施した。耐久試験後、各ヘツドにつき基板及
び覆いと感光性樹脂硬化膜の接合状態を観察した
結果、第１２図に示したように、インク路の列方
向であつてインク路列の両外側に図示のように空
間を有し、支持体との接触面積を減じた実施例２
のヘツドでは、全く剥離が認められなかつた。実
施例１のヘツドでは、図示した位置に剥離の生じ
たものが４ヘツドあつた。一方、比較例のヘツド
については、全てのものに剥離が生じていた。

これら試作ヘツド各20個につき前記のインクを
使用して印字試験実施したところ、インク滴の吐
出性能及び印字共に性能の低下が認められない良
品ヘツドの数は実施例１では17／20、実施例２で
は20／20、比較例では２／20であつた。

なお、これらヘツドの感光性樹脂硬化膜の厚さ
は約100μｍであつた。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第９図は、本発明のインクジエツト
記録ヘツドをその製造工程に従つて説明するため
の模式図である。第１０図は、参考例で作製した
試験片の模式図で、第１１図は感光性樹脂硬化膜
の幅（壁厚）と残パターン率（剥離しない硬化膜
の割合）の関係を示す図である。第１２図は、試
作インクジエツト記録ヘツドの感光性樹脂硬化膜
の形状と耐久試験後の剥離状態を示す模式図であ
る。 １：基板、２：インク吐出圧発生素子、３：電
気絶縁層、４：耐インク層、５：ドライフイルム
フオトレジスト、５Ｈ：硬化フオトレジスト、
６：フオトマスク、６Ｐ：パターン、７−１：イ
ンク供給室、７−２：インク細流路、７−３：接
触面積を減ずる空間、７−４：接触面積を減ずる
溝、８：覆い、９：貫通孔、１０：インク供給
管、１１：感光性樹脂硬化膜の剥離領域、Ｌ：感
光性樹脂硬化膜の壁厚、Ｄ：感光性樹脂硬化膜の
膜厚。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インクを吐出するために利用されるエネルギ
   ーをインクに作用させるエネルギー発生素子と、 樹脂の硬化膜で構成される壁部材と、該壁部材
   を支持する第１支持体と、該壁部材に対して接合
   された第２支持体と、を前記エネルギー発生素子
   位置にインクを導くインク路を構成する壁として
   有しているインクジエツト記録ヘツドにおいて、 前記第１支持体と前記第２支持体との間であつ
   て、前記インク路の外の領域に、前記第１支持体
   と前記硬化膜との接触面積を減ずる空間が設けら
   れていることを特徴とするインクジエツト記録ヘ
   ツド。 ２ 前記空間は、前記インク路を構成するインク
   細流路の列方向であつて、インク細流路列の両外
   部に配されている特許請求の範囲第１項記載のイ
   ンクジエツト記録ヘツド。 ３ 前記空間は閉ざされた空間である特許請求の
   範囲第１項もしくは第２項記載のインクジエツト
   記録ヘツド。 ４ 前記両外部のそれぞれに複数の空間が配され
   ている特許請求の範囲第２項に記載のインクジエ
   ツト記録ヘツド。 ５ 前記エネルギー発生素子は、発熱素子である
   特許請求の範囲第１項乃至第２項のいずれかに記
   載のインクジエツト記録ヘツド。