JPH05124200A - インクジエツトヘツドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 接着層界面を保護することにより、基板およ
び撥水処理膜の剥離を防止したインクジェットヘッドお
よびその製造方法を提供する。 【構成】 厚膜樹脂層３が形成されたヒーターウェハ２
に、チャンネルウェハが接着層５で接着されている。イ
ンク流路４の内面からノズル面５にかけて疎水性被覆膜
７が連続して被覆され、接着層５とチャンネルウェハ１
との接着界面がインクに接しないようにされている。ま
た、疎水性被覆膜７のインク流路４の内壁面の部分に
は、親水性被覆膜８が形成され、接着界面へのインクの
侵入防止とインクの迅速なリフィルを図っている。さら
に、ノズル面に形成された疎水性被覆膜によって、イン
ク滴の噴射方向性の安定化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッ
ド、特に、チャンネル基板とヒーター基板とを接合して
作製されるインクジェットヘッドおよびその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】サーマルインクジェット記録方式は、イ
ンク滴を形成するノズルの配列密度を高くとることがで
き、比較的高い周波数で印字ができる方法として注目さ
れている。この方式に用いられるサーマルインクジェッ
ト記録ヘッドは、インクを噴出させるための毛細管状に
形成されたノズルと、それぞれのノズルのインク流路に
配置されるインクを加熱するための発熱素子とから構成
されている。従来より、サーマルインクジェット記録ヘ
ッドの構成方法として種々の提案が行なわれている。

【０００３】特開平１−１４８５６０号公報には、ヒー
ター基板上に、ピットと呼ばれる凹部を形成するための
厚膜樹脂層を形成し、Ｓｉウェハ上に溝を形成したチャ
ンネル基板を、ヒーター基板上の厚膜樹脂層にエポキシ
樹脂接着剤で接着することによって、ノズルを形成した
インクジェットヘッドが記載されている。

【０００４】特開昭６２−３３６４８号公報には、発熱
素子上に形成されたピットに関して詳しく記載されてい
る。また、ピット層を有するヒーター基板にチャンネル
基板を接着する方法は、特開昭６３−３４１５２号公報
に記載されている。

【０００５】ノズル面に撥水処理を施して、インク滴の
噴射安定性を向上させることも行なわれている。特開昭
６３−２２６６０号公報に記載されたインクジェットヘ
ッドにおいては、ノズル口の口縁を親水性膜で被覆した
後、ノズル端面を撥水性膜で被覆することにより、撥水
処理膜の密着性の向上を図っている。特開昭６１−１４
１５６５号公報に記載されたインクジェットヘッドで
は、ノズル面とノズル内壁面に親水性処理を施した後、
ノズル面に撥水性処理が施されている。また、特開昭５
５−６５５６４号公報には、ノズル内壁面を親水性、ノ
ズル面を撥水性にする方法が記載されている。

【０００６】図４は、ヒーター基板に厚膜樹脂層が形成
された一般のインクジェットヘッドの断面図である。図
中、１はチャンネルウェハ、２はヒーターウェハ、３は
厚膜樹脂層、４はインク流路、５は接着層である。上述
した特開平１−１４８５６０号公報に記載されたインク
ジェットヘッドも図４に示す構造であるが、ヒーターウ
ェハ２上に形成された厚膜樹脂層３にチャンネルウェハ
１をエポキシ樹脂による接着層５で接着した構造では、
厚膜樹脂層３がインク流路４内のインクに触れる構造に
なっているので、界面剥離性が高いインクを使用した場
合には、チャンネルウェハの材料であるシリコンと接着
層であるエポキシ樹脂との界面で剥離が生じやすいとい
う欠点があった。

【０００７】さらに、ヘッドのノズル面に撥水処理を行
なった場合には、上述したように、界面剥離性が高いイ
ンクを使用すると、厚膜樹脂層との界面で撥水処理膜が
剥離しやすいという問題もある。

【０００８】このように、２枚以上の基板を接着するこ
とにより作製されるインクジェットヘッドにおいては、
接着界面がインクに露出していると、接着力の強いエポ
キシ樹脂とポリイミド樹脂とにより形成される接着層と
厚膜樹脂層との界面、ならびに、シリコンとシリコーン
系樹脂とにより形成されるシリコンウェハと撥水処理膜
との界面における剥離は生じにくいが、接着力の弱い接
着界面が剥離しやすくなるという問題がある。図４で説
明した構造のように、有機材である厚膜樹脂層と無機材
であるシリコンとを共に接着でき、耐インク性を有し、
しかも、特開昭６３−３４１５２号公報に記載されたよ
うな選択的な接着剤塗布・接合方法に適応できる接着材
料は見当たらない。

【０００９】無機材と有機材の接着力を高める処理とし
て、シランカップリング処理材による接着面の前処理方
法が知られているが、十分な効果を発揮させるために
は、単分子になるよう薄く塗布しなければならないとい
う問題がある。しかし、チャンネル溝、または、インク
供給用の貫通孔を有するシリコンウェハに、シランカッ
プリング処理材を薄く均一に塗布することは困難であ
る。処理溶液ディップ法で試みたが、チャンネル溝にカ
ップリング処理材が溜まり、これを取り除くためスピン
をかけたり、あるいは、エアーブローを行なったりする
と、溝に溜まったカップリング処理材が不均一に流れ、
塗布ムラとなってしまった。このような前処理をした接
着面に、接着剤を塗布して接合したヘッドは、カップリ
ング処理材の塗布ムラにより、耐インク性がなく十分な
ものではなかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を解決するためになされたもので、接着層界面を保
護することにより、基板および撥水処理膜の剥離を防止
したインクジェットヘッドの構造、ならびに、その製造
方法を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１の発
明においては、インク滴を噴出するためのノズルと、該
ノズルに連通するインク流路とを有するインクジェット
ヘッドにおいて、前記ノズルの開口されたノズル面から
前記インク流路の内面にかけて、疎水性材料または低吸
水率材料からなる疎水性被覆膜が設けられるとともに、
前記インク流路の内面の疎水性被覆膜上に親水性材料か
らなる親水性被覆膜が設けられていることを特徴とする
ものである。

【００１２】請求項２の発明においては、個々のヘッド
に対応して、一面から他面に貫通するインクリザーバ部
と他面に溝部とが設けられたチャンネル基板と、個々の
ヘッドに対応してヒーター部が設けられたヒーター基板
とを接合し、前記溝部に対応してインク流路を形成する
ようにしたインクジェットヘッドの製造方法において、
前記両基板を接合する工程と、前記インクリザーバ部か
ら疎水性材料または低吸水率材料を流し込んで前記イン
ク流路の内面に疎水性被覆膜を形成する工程と、前記イ
ンクリザーバ部から親水性材料を流し込んで前記疎水性
被覆膜の上に親水性被覆膜を形成する工程と、前記溝部
の一端を開放するとともに前記インク流路の内面に形成
された疎水性被覆膜の切断面が露出するように接合され
た両基板を切断する工程と、この切断された面を前記疎
水性材料または低吸水材料で被覆して疎水性被覆膜を形
成する工程を有することを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、疎水性材料または低吸水率材
料でインク流路の内面とノズル面とを連続被覆すること
により、シリコンと接着剤との界面がインクに露出する
ことがない。また、ノズル面における疎水性材料または
低吸水率材料が、インク流路の内面の疎水性材料または
低吸水率材料と連続することによって、ノズル面の疎水
性材料または低吸水率材料と下地層との界面もインクに
露出しない構造とすることができる。

【００１４】ここで、疎水性材料で被覆する理由を説明
する。疎水性材料と親水性材料の吸水率を比較した場
合、一般に、親水性材料の方が吸水しやすい。例えば、
吸水率について文献値によれば、疎水性材料であるフッ
素系樹脂は０．００〜０．０３％、シリコーン樹脂は
０．１２％、親水性材料であるフェノール樹脂は０．３
〜１．０％である。したがって、親水性材料より疎水性
材料の方が水分やインクを透過しにくい性質を有してお
り、疎水性材料で接着界面を被覆すれば、接着界面への
水分やインクの侵入が少ないものとなる。低吸水率材料
を用いる場合には、水分やインクが透過しにくいことは
当然である。また、疎水性材料または低吸水率材料によ
る膜の水分やインクの透過率は、膜厚に依存するが、被
覆厚が０．１〜数μｍ程度に薄くなると、ピンホールが
発生しやすくなり、溶剤に希釈して樹脂を被覆する場
合、溶剤乾燥後に溶剤が抜けた微小空隙が樹脂内部にで
きやすくなる。

【００１５】ピンホールが発生した場合に、親水性材料
であると、インクに濡れやすいため、このピンホールや
微小空隙にインクが侵入しやすい。しかし、疎水性材料
であると、インクを撥するので、ピンホールや微小空隙
にインクが侵入できない。したがって、溶剤に希釈して
薄膜被覆を行なう場合、親水性材料よりも疎水性材料ま
たは低吸水率材料の方が、はるかにインクを遮断する効
果があるということができる。

【００１６】しかし、インク流路の内面が撥水性である
と、毛管力によるインクの再供給性が悪くなる。そのた
め、インク流路の内部は、親水処理をする必要がある。
上述したように、従来のヘッド構造で、インク流路を親
水処理のみすることが知られているが、接着界面を保護
するという目的からみると、親水処理では不十分であ
る。本発明にいれば、ノズル内またはインク流路内が疎
水性材料または低吸水率材料と親水性材料との少なくと
も２層構造になっているので、接着界面にインクが接触
することはない。

【００１７】また、ノズル面における疎水性材料または
低吸水率材料による疎水性被覆膜の形成は、インク流路
の内面に形成された疎水性被覆膜の切断面が露出するよ
うに両基板を切断した後に、この切断された面を疎水性
材料または低吸水率材料で被覆することにより行なわれ
るので、疎水性被覆膜を連続して形成することができ、
接着界面へのインクの侵入を防止することができるもの
である。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明のインクジェットヘッドの一
実施例を説明するためのものであり、（Ａ）図はインク
流路の軸方向に平行な断面図、（Ｂ）図はインク流路の
軸方向に直角な断面図である。図中、１はチャンネルウ
ェハ、２はヒーターウェハ、３は厚膜樹脂層、４はイン
ク流路、５は接着層、６はノズル面、７は疎水性被覆
膜、８は親水性被覆膜である。ヒーターウェハ２には、
ヒーターや電極、それらの保護層等が形成されている
が、図示は省略した。また、厚膜樹脂層３により形成さ
れたピットの図示も省略した。疎水性被覆膜７は、イン
ク流路４の内面からノズル面６にかけて連続して被覆さ
れ、接着層５とチャンネルウェハ１との接着界面がイン
クに接しないようにされている。また、疎水性被覆膜７
のインク流路４の内壁面の部分には、親水性被覆膜８が
形成されている。したがって、インク流路４の内壁面に
は、疎水性被覆膜と親水性被覆膜との２層の被覆がさ
れ、接着界面へのインクの侵入防止とインクの迅速なリ
フィルを図っている。ノズル面６に形成された疎水性被
覆膜は、ノズル面６へのインク滴の付着を防止して、噴
射方向性の安定化を図ることができる。

【００１９】図３は、図１で説明したインクジェットヘ
ッドの作製方法を説明するための工程図である。図中、
図１と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略す
る。９はインクリザーバ、１０は連結部である。

【００２０】シリコンの異方性エッチングによりインク
流路４を形成するための溝とインクリザーバ９を作製し
てチャンネルウェハ１が作製される。インク流路４とイ
ンクリザーバ９の連結は、点線で示した連結部１０をダ
イシングによって切削削除する方法や、あるいは、連結
部１０を残しておいて、特開平１−１４８５６０号公報
に記載されているように、厚膜樹脂層の連結部１０に対
応する部分の厚膜樹脂層３に連結用の凹部を設ける方法
によって、行なうことができる。

【００２１】また、シリコンウェハ上にバブルを発生さ
せるためのヒーター、保護層、ヒーターを駆動させるた
めの駆動回路等をＬＳＩ技術を用いてヒーターウェハ２
が作製される。さらに厚膜樹脂層３を形成し、駆動回路
の保護層として、また、インク流路と、ヒーター部を囲
むピット部の形成に使用する。

【００２２】ついで、チャンネルウェハ１の接着面にエ
ポキシ接着剤を塗布して乾燥した後、ヒーターウェハ２
とアライメントマークを赤外線で照合する赤外線アライ
メント法によってアライメントして加熱、加圧して接合
する。接着剤を１００℃で２時間、さらに、１８０℃で
４時間硬化させる。この状態の断面図が（Ａ）図に示し
たものである。

【００２３】この状態で、（Ｂ）図に示すように、疎水
性材料であるフッ素系シリコーン樹脂（東レ・ダウ・コ
ーニング・シリコーン社製；商品名ＳＲ２４１０）のト
ルエン溶液を矢印１２で示したように、インクリザーバ
９のインク供給口より流入させた後、同じインク供給口
よりエアーを流入させ、インク流路４内を薄く被覆す
る。疎水性材料を流入しやすくするため、インク流路の
先端部の図示１１の部分において、厚膜樹脂層は、連続
するチップを貫通して除去してあり、この部分１１から
疎水性材料やエアーを流出させることができる。このよ
うに除去部分１１が接合した２枚のシリコンウェハの外
周までトンネルのように連通させたことにより、疎水性
材料やエアーを、ウェハの外周から流出できる構造とし
た。この構造によって、疎水性材料やエアーの溜まりを
生じないため、均一な疎水性被覆膜を形成することがで
きる。乾燥硬化後、表面を親水化するための処理を行な
う。

【００２４】親水性被覆膜の形成は、この実施例では、
クロム酸カリウムと濃硫酸と蒸留水を混合したクロム酸
溶液を、インクリザーバ９のインク供給口より流入させ
て、疎水性被覆膜の表面を親水化した。その後洗浄す
る。この工程で、実質的に薄い親水層が疎水性被覆膜の
表面に形成されたことになるが、さらに、十分な親水化
を行なうためには、親水性材料、例えば、フェノール樹
脂を、その上に塗布するようにしてもよい。上述した親
水化の処理を施さずに親水性材料を塗布するようにして
もよい。疎水性材料としては、例えば、テフロン系、フ
ッ素系シリコーンなどを用いることができる。

【００２５】親水性被覆膜８の形成後に、ダイシングブ
レードによってノズル面を露出させる。（Ｃ）図に示す
ように、一点鎖線１３で図示した位置で、個々のヘッド
に切断分離する。（Ｄ）図に示すように、厚膜樹脂層３
の前面が切断されるから、厚膜樹脂層３の表面に形成さ
れた疎水性被覆膜７の断面があらわれる。チャンネルウ
ェハ１の切断面にも、疎水性被覆膜７の断面があらわれ
る。その後、（Ｅ）図に示すように、ノズル面６に撥水
処理を施し、疎水性被覆膜を形成する。ノズル面に形成
された疎水性被覆膜は、インク流路４の内面の疎水性被
覆膜と連続して一体化された層構造になる。ノズル面６
の疎水性処理の際に、多少インク流路内に処理膜が入り
込むので、実際には、ノズル口の周辺では図２に示すよ
うに、親水性被覆膜８上に、疎水性被覆膜７が覆う構造
となり、疎水性被覆膜７が、インク流路４内に多少入り
込むことがあるが、特に問題となるものではない。

【００２６】なお、上述した実施例では、疎水性被覆膜
の上に親水性被覆膜を形成した２層構造であるが、その
下に親水性被覆膜を施して、親水性被覆膜−疎水性被覆
膜−親水性被覆膜の３層構造としてもよい。この場合で
も、疎水性被覆膜の上に親水性被覆膜が形成された構造
であり、上述した作用を奏することは明らかである。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、剥離しやすい接着界面がインクに露出しなく
なり、剥離性の高いインクを使用してもヘッドの耐イン
ク性が向上する。また、インク流路の内面に親水処理を
施したことにより、インクの再供給性が良く、駆動周波
数を劣化させることはない。さらに、ノズル面が疎水処
理面になっているから、インク滴の噴射方向性の安定化
が達成されるとともに、ノズル面の疎水性被覆膜と下地
層との界面がインクに露出しない構造となり、耐インク
性が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のインクジェットヘッドの一実施例の
説明図である。

【図２】 図１のノズル口の詳細構造の説明図である。

【図３】 本発明のインクジェットヘッドの製造方法の
説明図である。

【図４】 従来のインクジェットヘッドの断面図であ
る。

【符号の説明】

１ チャンネルウェハ、２ ヒーターウェハ、３ 厚膜
樹脂層、４ インク流路、５ 接着層、６ ノズル面、
７ 疎水性被覆膜、８ 親水性被覆膜、９ インクリザ
ーバ、１０ 連結部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を噴出するためのノズルと、該
   ノズルに連通するインク流路とを有するインクジェット
   ヘッドにおいて、前記ノズルの開口されたノズル面から
   前記インク流路の内面にかけて、疎水性材料または低吸
   水率材料からなる疎水性被覆膜が設けられるとともに、
   前記インク流路の内面の疎水性被覆膜上に親水性材料か
   らなる親水性被覆膜が設けられていることを特徴とする
   インクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 個々のヘッドに対応して、一面から他面
   に貫通するインクリザーバ部と他面に溝部とが設けられ
   たチャンネル基板と、ヒーター部が設けられたヒーター
   基板とを接合し、前記溝部に対応してインク流路を形成
   するようにしたインクジェットヘッドの製造方法におい
   て、前記両基板を接合する工程と、前記インクリザーバ
   部から疎水性材料または低吸水率材料を流し込んで前記
   インク流路の内面に疎水性被覆膜を形成する工程と、前
   記インクリザーバ部から親水性材料を流し込んで前記疎
   水性被覆膜の上に親水性被覆膜を形成する工程と、前記
   溝部の一端を開放するとともに前記インク流路の内面に
   形成された疎水性被覆膜の切断面が露出するように接合
   された両基板を切断する工程と、この切断された面を前
   記疎水性材料または低吸水率材料で被覆して疎水性被覆
   膜を形成する工程を有することを特徴とするインクジェ
   ットヘッドの製造方法。