JPH06297704A

JPH06297704A - インクジェットヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06297704A
Application number: JP8752493A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Usui; 隆博臼井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-04-14
Filing date: 1993-04-14
Publication date: 1994-10-25

Abstract

(57)【要約】【目的】基板と前記基板上に形成された感光性樹脂層
よりなる流路を有するインクジェットヘッドの感光性樹
脂を精度良く流路に形成し、インク吐出性能のばらつき
の無いインクジェットヘッドを提供することを目的とす
る。【構成】基板７上に形成された多官能アクリレートを
含む感光性樹脂層１２と、ノズル部材１４上に形成され
た多官能アクリレートを含む感光性樹脂層１５を重ね合
わせて流路を形成するインクジェットヘッドであって、
感光性樹脂層１２と感光性樹脂層１５の多官能アクリレ
ートの効果率が異なっている。

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に
関する。更に詳しくは、感光性樹脂を用いたインクジェ
ットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年インクジェットプリンタは高速印
字、低騒音、高印字品位等の利点から、急速に発展して
いる。そのインクジェットプリンタに用いられるインク
ジェットヘッドの流路としていくつかの方式が提案され
ている。なかでも感光性樹脂を利用しフォトリソグラフ
ィ法により流路を形成する方法が、高密度化・小型化に
有利な為、広く採用されている。

【０００３】基板上に感光性樹脂層を形成し、感光性樹
脂の必要部分を露光後、未露光の感光性樹脂層を除去し
て流路を形成する、いわゆるフォトリソグラフィ法によ
るインクジェットヘッドは、特公昭６２−５９６７２号
公報等に開示されている。その構造を図８を用いて説明
する。図８に於いて第一の基板２０はガラス、プラスチ
ック、セラミック、金属等からなり、インク流路の底面
として機能する。第一の基板２０上にはノズルからイン
クを吐出するために利用される圧力を発生する圧力発生
素子２１が設けられる。圧力発生素子２１が設けられた
基板２０上に感光性樹脂層よる隔壁２２が設けられる。
隔壁２２は感光性樹脂を公知のフォトリソグラフィ法に
より形成される。また第二の基板２３上にも同様の方法
で感光性樹脂層を形成し、隔壁２４を形成する。次に隔
壁２２と隔壁２４を熱融着法により接合してインクジェ
ットヘッドを得る。熱融着法を以下に説明する。感光性
樹脂を加熱することにより、感光性樹脂は軟化する。す
ると接着力が発現し、感光性樹脂どうしはりあわせ、加
圧することによ接合できる。熱融着法は接着剤を用いた
接着法と比べると、接着剤が流路にはみだすとういう不
具合がなく、優れた方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来技術
では軟化した感光性樹脂を加圧する為に、感光性樹脂は
変形する。変形した状態ではりあわせると流路の寸法精
度が悪くなり、インク吐出性能がばらつくという課題が
ある。

【０００５】そこで本発明の目的とするところは感光性
樹脂を精度良く流路に形成し、インク吐出性能のばらつ
きの無いインクジェットヘッドを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、基板と前記基板上に形成された感光性樹脂層
の流路からなるインクジェットヘッドに於て、前記感光
性樹脂層はアクリル基の硬化率が異なる少なくとも２種
類以上の感光性樹脂よりなることを特徴とする。

【０００７】

【実施例】以下、図を用いて本発明を説明する。

【０００８】図１は、本発明のインクジェットヘッドの
分解斜視図である。図１に於いてインクジェットヘッド
は基板４上に感光性樹脂よりなる隔壁６が形成され、さ
らに隔壁６上に複数のノズル開口２を有するノズル部材
３が配設されている。これにより流路１が形成される。
流路１は共通インク室１８と接続され、共通インク室１
８はインクタンク（図示されない）にインク管（図示さ
れない）を介して接続される。また圧力発生素子５は駆
動回路（図示されない）に接続される。圧力発生素子５
は駆動回路より電気パルスが送られると矢印Ｅ方向に伸
び、基板４をＥ方向に変形する。それにより流路１に満
たされたインクは圧力を受け、ノズル開口２より吐出す
る。

【０００９】圧力発生素子５は電気パルスにより伸縮す
るいわゆる圧電材料であればよく、なかでも圧電定数の
高いＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が好ましい。本発
明者はＰＺＴのなかでも、低電圧で大きな変形が得られ
ることで注目を浴びている積層ＰＺＴを利用している。

【００１０】基板４は圧力発生素子５の伸縮により容易
に変形し、且つインクに対して耐性を有することを要求
される為、０．０１ｍｍ以下の厚さの金属泊、プラスチ
ックフィルムが好ましい。

【００１１】感光性樹脂は多官能アクリレートを含み感
光樹脂であればよく、液状またはフィルム状、ネガ型ま
たはポジ型をとわず使用できる。基板上に感光性樹脂層
を形成する方法は液状の感光樹脂であればロールコータ
ー、スピンコーター、スプレーコーター等を用いる方法
で形成できる。またフィルム状の感光性樹脂であれば、
熱圧力ローラーラミネーターを用いる方法で形成でき
る。

【００１２】また圧力発生素子に電気熱変換素子を利用
したいわゆるバブルジェットタイプのインクジェットヘ
ッドでも本発明は利用できる。

【００１３】次に本発明のインクジェットヘッドの製造
方法を図を基に説明をするが、特にこれに限定されるも
のではない。

【００１４】まず、図２に示すように厚さ３μｍのニッ
ケルの基板７の表面を洗浄、乾燥したのち、感光性樹脂
層８を形成する。本発明者は感光性樹脂としてフィルム
状のネガ型感光性樹脂（東京応化（株）製、商品名オー
デイル）を用いた。基板上に感光性樹脂層を形成する方
法は熱圧力ラミネータを用いた。熱圧力ラミネータは基
板上にフィルム状の感光性樹脂を位置し、加熱し、圧力
ロールを介して基板とフィルム状の感光性樹脂に圧力を
加えることにより、基板にフィルム状の感光性樹脂を密
着させる。加熱温度は６０℃〜１００℃が好ましい。加
熱温度が低いと基板と感光性樹脂の密着力が低くなり、
基板と感光性樹脂は容易に剥がれる。また加熱温度が高
いと感光性樹脂は軟化し、基板上で不均一な厚さにな
る。圧力は１．５ｋｇ／ｃｍ²〜２．５ｋｇ／ｃｍ²が好
ましい。圧力が低いと、温度が低いときと同様に基板と
感光性樹脂の密着力が低くなり、基板と感光性樹脂は容
易に剥がれる。また圧力が高いと、温度が高いときと同
様に、感光性樹脂は基板上で不均一な厚さになる。

【００１５】次に、図３に示すように、感光性樹脂８上
に所定のパターン９を有するパターンマスク１０を重ね
合わせたのち、紫外線光を露光する。紫外線光は矢印Ａ
方向に露光される。基板７とパターンマスク９は公知の
手法によって位置合わせを行う。紫外線光が照射された
感光性樹脂８は硬化し不溶化する。これにより感光性樹
脂８は不溶化部１２と可溶化部１１とに分かれる。紫外
線光の露光は、平行光を感光性樹脂に照射しなければな
らない。また紫外線光の照射光量は６０ｍＪ／ｃｍ²〜
１２０ｍＪ／ｃｍ²が好ましい。照射光量が少ないと、
感光性樹脂８の硬化が不十分となり、所定の硬化部のパ
ターンが得られない。また照射光量が多いと、パターン
マスクからの紫外線の漏れが多くなり、可溶化したい部
分も硬化し、不溶化される。

【００１６】次に、図４に示すように感光性樹脂８の可
溶化部１１を現像液を用いて溶解除去する。除去されな
い感光性樹脂は隔壁１３となり流路１９が形成される。
現像液は感光性樹脂の種類に対応した現像液が使用され
る。本発明者はフィルム状のネガ型感光性樹脂（東京応
化（株）製、商品名オーデイル）に対応する現像液とし
てトリエタンを用いた。現像は感光性樹脂の可溶化部
に、スプレーノズル等により現像液の液滴があてられ、
感光性樹脂の可溶化部は現像液に溶解する。現像液の溶
解能力は一定である為、現像液の液滴で溶解できる感光
性樹脂量は液滴の量により決まる。したがって多くの感
光性樹脂を溶解するには、次々と現像液の液滴を感光性
樹脂にあて、感光性樹脂を溶解した古い現像液を速やか
に除去し、新しい現像液に交換しなければならない。現
像液の噴霧圧、温度により現像状態は大きく変わる。現
像液の噴霧圧は１ｋｇ／ｃｍ²〜３ｋｇ／ｃｍ²が好まし
い。噴霧圧が低いと、古い現像液と新しい現像液の交換
が不十分となる。また噴霧圧が高いと、感光性樹脂の可
溶化部が除去された後にも、現像液が噴霧されると、厚
さが３μｍと薄い基板を変形あるいは破壊したりする。

【００１７】次に図５に示すようにガラス、プラスチッ
ク、セラミック、金属等のうちの適切な材質からなるノ
ズル部材１４の表面を洗浄、乾燥したのち、前述の方法
と同様の方法により感光性樹脂の隔壁１５を形成し、流
路１６を形成する。ノズル部材１４には所定の径のノズ
ル１７が所定の数形成されている。本発明者はノズル部
材１４として厚さ８０μｍのＳＵＳ材を用い、プレス法
により、径４０μｍのノズル１７を作成した。

【００１８】次に図５に示すようにノズル部材１４上に
形成された感光性樹脂の隔壁１５にエネルギー線を照射
する。エネルギー線は矢印Ｂ方向に照射する。エネルギ
ー線は感光性樹脂を硬化させる機能を持っていればよく
特に限定されるものではない。本発明者は紫外線光を用
いた。紫外線光の照射光量は１００００ｍＪ／ｃｍ^２で
ある。紫外線を照射することにより、感光性樹脂は更に
硬化反応が進み、加熱されても変形する度合いが小さく
なる。本発明者は現像前の紫外線の照射量とここでの紫
外線の照射量に大きな差があることを見いだし、ここで
の紫外線の照射量と同等の照射量を現像前に照射する
と、前述で説明したように所定の流路を得られないこと
がわかった。

【００１９】次に図６に示すようニッケルの基板７上に
形成された感光性樹脂の隔壁１２と、ノズル部材１４上
に形成された流路と感光性樹脂の隔壁１５と熱融着法に
より接合し、流路の完成品１８を作成した。融着温度は
１１０℃〜１３０℃、圧力はｇ／ｃｍ^２が好ましい。

【００２０】次に圧力発生素子、インク供給管等の部品
をと流路の完成品とを組立し、また駆動回路と接続する
ことによりインクジェットヘッドを作成した。

【００２１】感光性樹脂の材料構成と多官能アクリレー
トの硬化反応を以下に説明する。

【００２２】まず感光性樹脂の材料構成をを説明する。
通常感光性樹脂はバインダーポリマー、光重合性の多官
能モノマー、光重合開始剤よりなる。バインダーポリマ
ーはベースポリマーとも呼ばれ、感光性樹脂に固形物形
成機能を与える。アルカリ現像型感光性樹脂ではポリマ
ー中にカルボキシル基を含有して、現像液に溶解でき
る。例えば各種の（メタ）アクリレート、スチレン、ア
クリロニトリルなどと（メタ）アクリル酸などの共重合
体である。光重合性の多官能モノマーは光開始剤によっ
てラジカル重合し、バインダーポリマーに絡み合って架
橋硬化し、現像液に不溶化する。例えばトリメチロール
プロパントリアクリレート（ＴＭＰ−ＴＡ）、ポリエチ
レングリコールジ（メタ）アクリレート（ＰＥＧ−Ｄ
（Ｍ）Ａ）、ポリアルキレングリコールジ（メタ）アク
リレート、（ジ）ペンタエリスリトール（トリ〜ヘキ
サ）アクリレート、その他エポキシ系、ウレタン系、エ
ステル系、エーテル系、ビスフェノール系、スピラン系
などの多官能アクリレートがある。光重合開始剤は紫外
線照射により開始剤の活性ラジカルが発生する。この活
性ラジカルにより多感能モノマーのラジカル重合反応が
引き起こされる。

【００２３】次に多官能アクリレートの硬化反応を図７
をもとに説明する。図７は感光性樹脂の状態を示すモデ
ル図である。左側が硬化前の状態を示し、右側が硬化後
の状態を示す。硬化前ではバインダーポリマー、光重合
性の多官能モノマー、光重合開始剤がそれぞれ独立して
存在する。紫外線光が照射されると光重合開始剤が活性
ラジカルとなり多官能モノマーがラジカル重合し、バイ
ンダーポリマーに絡みつき、架橋硬化する。

【００２４】次に感光性樹脂の多官能アクリレートの硬
化率の測定方法を説明する。

【００２５】本発明者は感光性樹脂の多官能アクリレー
トの硬化率の測定方法として赤外吸収法を用いた。物質
を構成する分子は振動し、その振動の周波数は赤外から
遠赤外にある。物質に赤外線を照射すると、分子の振動
周波数と等しい周波数を持つ光の成分吸収される。分子
が振動する周波数は各分子でほぼ一義的に決まるので、
物質に含まれる分子を同定できる。これを利用したのが
赤外吸収法である。

【００２６】多官能アクリレートの硬化反応は炭素の二
重結合をアクリレートがラジカルとなり、重合し、炭素
の二重結合を含まないポリマーとなる。従って重合（硬
化）が進むと炭素の二重結合は少なくなることが判る。
炭素の二重結合の吸収波長は８１２カイザーにある。本
発明者はこの波長を着目し、赤外吸収を測定した。

【００２７】本発明者は前述のインクジェットヘッドの
製造方法の説明の中の基板上に形成された感光性樹脂の
流路とノズル部材上に形成された感光性樹脂のそれぞれ
について、炭素の二重結合の赤外吸収の波長強度を測定
している。基板上の感光性樹脂の波長強度は１．０４で
ある。ノズル部材上の感光性樹脂の波長強度は４．２５
である。

【００２８】以下に詳しい実施例、比較例を挙げ、本発
明を更に詳しく説明する。

【００２９】（実施例）（１）基板Ａ上に厚さ０．１００ｍｍのドライフィルム
フォトレジストＡを熱圧力ラミネータで積層する。加熱
温度は８０℃、圧力は２．０ｋｇ／ｃｍ²である。

【００３０】（２）ドライフィルムフォトレジストＡ上
にパターンマスクを位置し、露光器により紫外線光を露
光する。紫外線光の照射光量は９０ｍＪ／ｃｍ²であ
る。パターンマスクの流路幅は０．０７０ｍｍである。

【００３１】（３）ドライフィルムフォトレジストをス
プレー型現像機により現像する。現像液はトリエタンを
用い、噴霧圧は２ｋｇ／ｃｍ²、温度は３０℃である。

【００３２】（４）得られたよう流路の流路幅と厚さを
測定する。流路幅は０．０７０ｍｍであり、パターンマ
スクと同寸法の流路が精度良く形成でき、その厚さは
０．０９５ｍｍであった。

【００３３】（５）基板Ｂ上に厚さ０．２ｍｍのドライ
フィルムフォトレジストＢを熱圧力ラミネータで積層す
る。加熱温度は８０℃、圧力は２．０ｋｇ／ｃｍ²であ
る。

【００３４】（６）ドライフィルムフォトレジストＢ上
にパターンマスクを位置し、露光器により紫外線光を露
光する。紫外線光の照射光量は９０ｍＪ／ｃｍ²であ
る。パターンマスクの流路幅は０．０７０ｍｍである。

【００３５】（７）ドライフィルムフォトレジストＢを
現像器により現像する。現像液はトリエタンを用い、噴
霧圧は２ｋｇ／ｃｍ²、温度は３０℃である。

【００３６】（８）得られたよう流路の流路幅と厚さを
測定する。流路幅は０．０７０ｍｍであり、パターンマ
スクと同寸法の流路が精度良く形成でき、その厚さは
０．０９５ｍｍであった。

【００３７】（９）ドライフィルムレジストＢに紫外線
光を照射する。照射光量は１００００ｍＪ／ｃｍ²であ
る。

【００３８】（１０）ドライフィルムレジストＡとドラ
イフィルムレジストＢをはりあわせ熱融着する。温度は
１５０℃、荷重は１００ｇ／ｃｍ²、時間は１０分であ
る。

【００３９】（１１）融着されたドライフィルムを切断
し、その流路幅と厚さを測定した。流路幅は０．０６８
〜０．０６９μｍでその寸法精度はレンジで０．００１
μｍであり、厚さは０．１８６〜０．１８８ｍｍであり
でその寸法精度はレンジで０．００２ｍｍであった。

【００４０】（比較例）（１）基板Ａ上に厚さ０．１００ｍｍのドライフィルム
フォトレジストＡを熱圧力ラミネータで積層する。加熱
温度は８０℃、圧力は２．０ｋｇ／ｃｍ²である。

【００４１】（２）ドライフィルムフォトレジストＡ上
にパターンマスクを位置し、露光器により紫外線光を露
光する。紫外線光の照射光量は９０ｍＪ／ｃｍ²であ
る。パターンマスクの流路幅は０．０７０ｍｍである。

【００４２】（３）ドライフィルムフォトレジストをス
プレー型現像器により現像する。現像液はトリエタンを
用い、噴霧圧は２ｋｇ／ｃｍ²、温度は３０℃である。

【００４３】（４）得られたよう流路の流路幅と厚さを
測定する。流路幅は０．０７０ｍｍであり、パターンマ
スクと同寸法の流路が精度良く形成でき、その厚さは
０．０９５ｍｍであった。

【００４４】（５）基板Ｂ上に厚さ０．２ｍｍのドライ
フィルムフォトレジストＢを熱圧力ラミネータで積層す
る。加熱温度は８０℃、圧力は２．０ｋｇ／ｃｍ²であ
る。

【００４５】（６）ドライフィルムフォトレジストＢ上
にパターンマスクを位置し、露光器により紫外線光を露
光する。紫外線光の照射光量は９０ｍＪ／ｃｍ²であ
る。パターンマスクの流路幅は０．０７０ｍｍである。

【００４６】（７）ドライフィルムフォトレジストＢを
現像器により現像する。現像液はトリエタンを用い、噴
霧圧は２ｋｇ／ｃｍ²、温度は３０℃である。

【００４７】（８）得られたよう流路の流路幅と厚さを
測定する。流路幅は０．０７０ｍｍであり、パターンマ
スクと同寸法の流路が精度良く形成でき、その厚さは
０．０９５ｍｍであった。

【００４８】（９）ドライフィルムレジストＡとドライ
フィルムレジストＢをはりあわせ熱融着する。温度は１
５０℃、荷重は１００ｇ／ｃｍ²、時間は１０分であ
る。

【００４９】（１０）融着されたドライフィルムを切断
し、その流路幅と厚さを測定した。流路幅は０．０６８
〜０．０７４μｍでその寸法精度はレンジで０．００６
μｍであり、厚さは０．１６６〜０．１８２ｍｍであり
でその寸法精度はレンジで０．０１６ｍｍであった。

【００５０】実施例と比較例の結果から明かなように、
本発明は感光性樹脂同士を少ない変形で精度良く融着で
きる。

【００５１】

【発明の効果】以上述べてきたように本発明のインクジ
ェットヘッドによれば、厚い感光性樹脂を用いて精度良
く流路が形成でき、応答周波数の高いインクジェットヘ
ッドを提供できる。

【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構造を説明す
る分解斜視図。

【図２】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説
明する断面図。

【図３】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説
明する断面図。

【図４】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説
明する断面図。

【図５】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説
明する断面図。

【図６】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説
明する断面図。

【図７】感光性樹脂の硬化反応を説明するモデル図。

【図８】従来技術インクジェットヘッドの構造を説明す
る分解斜視図。

【符号の説明】

１流路２ノズル開口３ノズル部材４基板５圧力発生素子６供給口７基板８感光性樹脂９パターン１０パターンマスク１１感光性樹脂の不溶化部１２感光性樹脂の可溶化部１３感光性樹脂の隔壁１４ノズル部材１５感光性樹脂の隔壁１６流路１７ノズル１８流路の完成品１９流路２０第一の基板２１圧力発生素子２２隔壁２３第二の基板２４隔壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と前記基板上に形成された感光性樹
脂層の流路を有するインクジェットヘッドであって、前
記感光性樹脂層は多官能アクリレートを含み、前記多感
能アクリレートの硬化率が異なる少なくとも２種類以上
の感光性樹脂よりなることを特徴とするインクジェット
ヘッド。
【請求項２】基板と前記基板上に形成された感光性樹
脂層の流路を有するインクジェットヘッドの製造方法で
あって、以下の工程を含む製造方法により製造されるこ
とを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。（１）基板Ａ上に感光性樹脂層Ａを形成する工程。（２）前記感光性樹脂層Ａに流路パターンＡを形成する
工程。（３）基板Ｂ上に感光性樹脂層Ｂを形成する工程。（４）前記感光性樹脂層Ｂに流路パターンＢを形成する
工程。（５）前記感光性樹脂層Ａをエネルギー線を照射、ある
いは加熱する工程。（６）前記感光性樹脂層Ａと前記感光性樹脂層Ｂを接合
する工程。