JPH0712662B2

JPH0712662B2 - インクジエット記録ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH0712662B2
Application number: JP16547192A
Authority: JP
Inventors: 博志杉谷; 忠喜稲本; 雅実横田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-06-02
Filing date: 1992-06-02
Publication date: 1995-02-15
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPH068433A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、インクジェット記録ヘッド、詳
しくは、所謂インクジェッ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ェット記録ヘッドの
製造方法に関する。

【０００２】インクジェット記録方式に適用されるイン
クジェット記録ヘッドは、一般に、微細なインク吐出口
（オリフィス）、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。

【０００３】従来、この様なインクジェット記録ヘッド
を作成する方法として、例えば、ガラスや金属の板に切
削やエッ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
成を行なう方法が知られている。

【０００４】しかし、斯かる従来法によって作成される
ヘッドでは、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、エッ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
後のインクジェット記録ヘット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、エッチング加工を行なう場合は、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
れた蓋板との貼合せの際に、それぞれの位置合わせが困
難であって量産性に欠ける点が挙げられる。

【０００５】これらの問題点が解決される構成を有する
インクジェット記録ヘッドとして、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
ンクジェット記録ヘッドの構成が、例えば特開昭５７−
４３８７６号公報に提案されている。

【０００６】この感光性樹脂を利用して製作されるイン
クジェット記録ヘッドは、従来のヘッドの問題点であっ
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
性樹脂硬化膜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、ヘッド作製後に基板
上に形成した通路壁が基板から剥離するヘッドが多発す
るという問題点があった。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、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
路壁自身の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る場合があった。

【０００７】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
れたインクジェット記録ヘッドを得る、インクジェット
記録ヘッドの製造方法を提供することを目的としてい
る。

【０００８】このような目的を達成した本発明は、感光
性樹脂の硬化膜を利用してインク通路を形成するインク
ジェット記録ヘッドの製造方法において、インク吐出圧
発生素子が配された基板上に感光性樹脂の層を形成する
工程と、該感光性樹脂の層の一部に選択的に露光を行い
該露光部分の前記感光性樹脂を硬化させる工程と、前記
工程の未硬化部分を除去し、前記工程の硬化膜の壁幅が
該硬化膜の膜厚の１５倍以下になるようにインク通路の
壁を形成する工程と、を有するインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法である。

【０００９】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１乃至図９は、本発明インクジェット記
録ヘッドの構成とその製作手順を説明する為の模式図で
ある。

【００１０】先ず、図１に示す様に、ガラス、セラミッ
ク、プラスチック又は金属等、適当な感光性樹脂硬化膜
の壁を支持するため第１支持体１（以降基板と称す。）
上に発熱素子或は圧電素子等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ってインク吐
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。

【００１１】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 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、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（図２）。

【００１２】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のドライフィルムフォトレジスト５を０．５
〜４ｆ／分の速度、１〜３Ｋｇ／ｃｍ² の加圧条件下で
ラミネートする（図３）。

【００１３】このとき、ドライフィルムフォトレジスト
５は基板面に圧着して固定され、以後、多少の外圧が加
わった場合にも基板面から剥離することはない。

【００１４】続いて、図４に示す様に、基板面に設けた
感光性樹脂の層であるドライフィルムフォトレジスト５
上に所定のパターン６Ｐを有するフォトマスク６を重ね
合わせた後、このフォトマスク６の上部から露光を行な
うことによって前記感光性樹脂の層の一部に選択的に露
光を行う。この露光処理時に本発明においては、ドライ
フィルムフォトレジストの膜厚の１５倍を越えないよう
に露光部の幅（後にインク通路壁になる部分の幅；Ｌ）
を決めて露光を行う。

【００１５】尚、上記パターン６Ｐは、後に、液室（以
降インク供給室と称す。）、インク路（以降インク細流
路と称す。）、インク吐出口及び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６
Ｐは光を透過しない。従って、パターン６Ｐで覆われて
いる領域のドライフィルムフォトレジスト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の設置
位置と上記パターン６Ｐの位置合わせを公知の手法で行
なっておく必要がある。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）。

【００１６】このようにして露光すると、パターン６Ｐ
領域外のフォトレジスト５が重合反応を起こして硬化
し、溶剤不溶性の硬化膜となる。他方、露光されなかっ
たフォトレジスト５は、溶剤可溶性の未硬化部分として
残る。

【００１７】露光処理を経た後、ドライフィルムフォト
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）のフォトレジストを溶
解除去すると、硬化フォトレジスト膜５Ｈにはパターン
６Ｐに従って図５に示すインク通路を構成する凹部が形
成される。その後、基板１上に残された硬化フォトレジ
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℃〜１６
０℃で１０分〜６０分程度、加熱）させるか、紫外線照
射を行なうか、これ等両者を併用するのが良い。

【００１８】このようにして硬化フォトレジスト膜５Ｈ
によって形成された凹部のうち、７−１はインクジェッ
トヘッ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。本発明のインクジェット記録ヘッドは、
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幅
（Ｌ）が、該感光性樹脂硬化膜の膜厚（Ｄ）の１５倍以
下になるように製造されている。

【００１９】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、また図５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
幅（Ｌ）はＤに対する垂直方向の厚みを言う。

【００２０】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幅は
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ってインク細流路とインク細流
路或はインク細流路とインクジェット記録ヘッド端面間
の距離が定まり、その間に感光性樹脂硬化膜が充填され
壁幅（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。

【００２１】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幅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。

【００２２】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、図６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（以降、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、セラミックス、金属、プラスチック等の平板にエ
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
れを硬化フォトレジスト膜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、ＡＢ
Ｓ樹脂、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂の平板を硬化フ
ォトレジスト膜５Ｈ上に、直接、熱融着させる方法があ
る。

【００２３】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。

【００２４】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、図７のＣ−Ｃ’線に沿って切断す
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。

【００２５】図８は図７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ェット記録ヘッドが完
成する（図９）。

【００２６】以上、図面に基づいて説明した実施例に於
いては、溝作成用の感光性樹脂組成物（フォトレジス
ト）としてドライフィルムタイプ、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。

【００２７】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、スキージによっ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１０
０ｃｐ〜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。

【００２８】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、固体のフィルムタイプのものを利用する
方が有利ではある。

【００２９】このような固体のものとしては、例えば、
デゥポン社パーマネントフォトポリマーコーティングＲ
ＩＳＴＯＮ（ソルダーマスク）７３０Ｓ、同７４０Ｓ、
同７３０ＦＲ、同７４０ＦＲ、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、
フォトレジスト等の通常のフォトリソグラフィーの分野
において使用されて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ォトポリマー、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ォトポリ
マー、オルソナフトキノジアジドと、ノポラックタイプ
のフェ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
とベンゾフェ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ォトポリマー、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ェノン
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、重クロム酸系フォトレ
ジスト、非クロム系水溶性フォトレジスト、ポリケイ皮
酸ビニル系フォトレジスト、環化ゴム−アジド系フォト
レジスト、等が挙げられる。

【００３０】なお、以上説明した本発明インクジェット
記録ヘッドの構成をもっ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
脂膜をラミネートするのもより接着性を上げる効果があ
る。

【００３１】

【実施例】本発明は、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
ｍのドライフィルムフォトレジストＲＩＳＴＯＮ７３０
Ｓ（デュポン社製）を圧着した。次いでこのフォトレジ
スト上にインク通路の壁となる露光部の幅（Ｌ）がフォ
トレジストの膜厚（Ｄ）の１５倍以下となるようなパタ
ーンを有するフォトマスクを重ねて紫外線露光させた
後、トリクロルエタン溶液で洗浄し未重合のフォトレジ
ストを溶解除去し、ガラス面上に図１０に示されるよう
な長さ５ｍｍ、幅５０μｍ（壁幅Ｌに相当）の矩形のフ
ォ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２
００時間浸漬する浸漬試験を行ったが、５０個の硬化膜
は全てしっかりガラス板に固定されていた。

【００３２】これと同様にして、硬化膜の幅（壁幅）を
各々１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、１０００μ
ｍ、１５００μｍ、２０００μｍ及び２５００μｍとし
た試験片を作成し、同様な浸漬試験を行ったところ、図
１１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を越えると剥離し
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（図１乃至図９）に従っ
て、インク吐出口を５個有するインクジェット記録ヘッ
ドを各２０個宛試作した。但し、ここでは図１２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
な所定のフォトマスクを使用した。

【００３３】これら試作ヘッドについて、エチレングリ
コール８０％、Ｎ−メチル−２−ピロリドン５％、水１
２％及びダイレクトブラック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、各ヘッドにつき基板及び覆いと
感光製樹脂硬化膜の接合状態を観察した結果、図１２に
示したように、実施例２のヘッドでは全く剥離が認めら
れなかったが、実施例１のヘッドでは、図示した位置に
剥離の生じたものが４ヘッドあった。一方、比較例のヘ
ッドのついては、全てのものに剥離が生じていた。

【００３４】これら試験ヘッド各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ッ
ドの数は実施例１では１７／１２、実施例２では２０／
２０、比較例では２／２０であった。

【００３５】なお、これらヘッドの感光性樹脂硬化膜の
厚さは約１００μｍであった。

【００３６】

【発明の効果】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。

【００３７】１．ヘッド製作の主要工程が、所謂印写技
術によるため、所望のパターンでヘッド細密部の形成が
極めて簡単に行える。しかも、同構成かつ同性能のヘッ
ドを多数、同時加工することもできる。２．製作工程数
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、寸法精度の高いヘッドが歩留まり良く得られ
る。４．高密度マルチアレイインクジェット記録ヘッド
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．インク通路の
壁面を形成する感光性樹脂硬化膜の壁幅（Ｌ）が、膜厚
（Ｄ）の１５倍以下になるように製造することによっ
て、感光性樹脂硬化膜の収縮ストレスの集中を排除する
ことができ、結果的に基板や覆いと感光性樹脂の接着力
が増し、インク流路壁の剥れをなくすことができた。
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１乃至図９は、本発明のインクジェット記録
ヘッドをその製造工程に従って説明するための模式図で
あり、本図はその一工程を示す。

【図２】図１乃至図９は、本発明のインクジェット記録
ヘッドをその製造工程に従って説明するための模式図で
あり、本図はその一工程を示す。

【図３】図１乃至図９は、本発明のインクジェット記録
ヘッドをその製造工程に従って説明するための模式図で
あり、本図はその一工程を示す。

【図４】図１乃至図９は、本発明のインクジェット記録
ヘッドをその製造工程に従って説明するための模式図で
あり、本図はその一工程を示す。

【図５】図１乃至図９は、本発明のインクジェット記録
ヘッドをその製造工程に従って説明するための模式図で
あり、本図はその一工程を示す。

【図６】図１乃至図９は、本発明のインクジェット記録
ヘッドをその製造工程に従って説明するための模式図で
あり、本図はその一工程を示す。

【図７】図１乃至図９は、本発明のインクジェット記録
ヘッドをその製造工程に従って説明するための模式図で
あり、本図はその一工程を示す。

【図８】図１乃至図９は、本発明のインクジェット記録
ヘッドをその製造工程に従って説明するための模式図で
あり、本図はその一工程を示す。

【図９】図１乃至図９は、本発明のインクジェット記録
ヘッドをその製造工程に従って説明するための模式図で
あり、本図はその一工程を示す。

【図１０】本図は、参考例で作製した試験片の模式図で
ある。

【図１１】本図は感光性樹脂硬化膜の幅（壁幅）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。

【図１２】本図は、試作インクジェット記録ヘッドの感
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。

【符号の説明】

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ドライフィルムフォトレジスト５Ｈ硬化フォトレジスト６フォトマスク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幅Ｄ感光性樹脂硬化膜の膜厚

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感光性樹脂の硬化膜を利用してインク通
路を形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法にお
いて、インク吐出圧発生素子が配された基板上に感光性
樹脂の層を形成する工程と、該感光性樹脂の層の一部に
選択的に露光を行い該露光部分の前記感光性樹脂を硬化
させる工程と、前記工程の未硬化部分を除去し、前記工
程の硬化膜の壁幅が該硬化膜の膜厚の１５倍以下になる
ようにインク通路の壁を形成する工程と、を有するイン
クジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】前記インク吐出圧発生素子は、発熱素子
である請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製造
方法。