JPH08142339A - インクジェット記録装置における液体噴射記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、安価で工程数の少ないインクジェッ
ト記録装置における液体噴射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。 【構成】本発明は、発熱体基板に、溶解可能樹脂によっ
てパターンを形成した後、その溶解可能樹脂を溶出させ
インク流路、液室及びインク吐出孔を形成するようにし
たインクジェット記録装置における液体噴射記録ヘッド
の製造方法であって、前記溶解可能樹脂を溶出させる工
程において前記インク流路、液室及びインク吐出孔を同
時に形成するようにしたことを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録装
置に用いる記録液滴を発生するための液体噴射記録ヘッ
ドの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置（液体噴射記録
装置）に適用される液体噴射記録ヘッドは、一般に微細
なインク吐出孔、インク液流路及び該液流路の一部に設
けられるインク吐出エネルギー発生素子とを備えてい
る。従来このような液体噴射記録ヘッドは、例えばガラ
スや金属などの基板を用い、この基板に切削やエッチン
グなどの加工を施してインク流路に相当する微細な溝を
形成し、この基板と所定の位置に予め吐出エネルギー発
生素子を設けた別の基板（発熱体基板）とを位置合わせ
して貼り合わせることによって製造されていた。

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの従来
の液体噴射記録ヘッドでは、インク流路に対応する溝を
切削加工で形成する場合に溝の内壁面の荒れが大きくな
ったり、エッチングで溝を形成する場合にエッチング率
の差によって溝に歪みが生じたりして、流れ抵抗が一定
であるインク流路が得難く、記録特性にばらつきが出る
いという問題があった。また、エッチングでインク流路
に対応する溝を形成する場合には、工程数が多く製造コ
ストの上昇を招くという難点があった。さらに、２枚の
基板を貼り合わせる時に、一方の基板に設けられた溝と
別の基板に設けられた吐出エネルギー発生素子とを正確
に位置合わせすることが困難であり、量産性に欠けると
いう点にも問題があった。

【０００３】そこで、特開昭６２−１５４９４７号に開
示されているように、予め吐出エネルギー発生素子の形
成されている基板を用いて、この基板上のインク流路及
び液室となる部分に溶解可能な樹脂層によりパターンを
形成し、この層を覆うようにして前記基板の全面に樹脂
層を設け、その後、溶解可能樹脂層を溶出する方法が考
え出された。しかしながら、この方法でもインク吐出孔
の形成を同時に行うことは困難であり、この点に問題が
あった。

【０００４】そこで、本発明は、上記のような従来にお
ける諸問題を解決しかつ、安価で工程数の少ないインク
ジェット記録装置における液体噴射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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、発熱体基板に、溶解可能樹脂によってパタ
ーンを形成した後、その溶解可能樹脂を溶出させインク
流路、液室及びインク吐出孔を形成するようにしたイン
クジェット記録装置における液体噴射記録ヘッドの製造
方法であって、前記溶解可能樹脂を溶出させる工程にお
いて前記インク流路、液室及びインク吐出孔を同時に形
成するようにしたものである。そして、本発明はその溶
解可能樹脂によるパターンの形成に、インク供給孔が開
口された発熱体基板に、インク流路及び液室を構成する
ための第１パターンが形成される工程と、前記第１パタ
ーンの上にインク供給孔を開口するための第２パターン
が形成される工程が含まれていることを特徴としてい
る。また、本発明はその第１パターン及び前記第２パタ
ーンが形成された後、発熱体基板の全面に導電性を有し
た膜を形成する工程が含まれていることを特徴としてい
る。また、本発明はその第１パターン、第２パターン及
び導電性膜の形成後、該導電性膜の上層に金属メッキ法
を用いて所定の膜厚による膜でヘッドの主たる構造体を
形成する工程が含まれていることを特徴としている。そ
して、第２パターンの膜厚は、ヘッドの主たる構造体を
構成する膜における膜厚の１．５倍以上であることが好
ましい。さらに、本発明は前記した第１パターン、第２
パターン、導電性膜及びヘッドの主たる構造体を構成す
る膜を形成した後、前記第１及び第２パターンを形成し
ている溶解可能樹脂を溶出させ除去する工程が含まれて
いることを特徴としている。

【０００６】

【作用】本発明によれば、上記した溶解可能樹脂の溶出
工程の段階でインク流路、液室及びインク吐出孔という
液体噴射記録ヘッドの３つの基本構造を、同時に形成す
ることが可能となるため、工程数の大幅な削減が可能と
なる。すなわち、上記の第１パターン、第２パターン、
導電性膜及びヘッドの主たる構造体を構成する膜を形成
した後の溶解可能樹脂を溶出させる工程において、前記
インク流路及び液室を構成するための第１パターンを形
成している溶解可能樹脂及びインク供給孔を開口するた
めの第２パターンを形成している溶解可能樹脂を溶出さ
せ除去することによって、従来の貼り合わせ法による場
合のように位置合わせ精度についての問題等もなく、イ
ンク流路、液室及びインク吐出孔という液体噴射記録ヘ
ッドの３つの基本構造を、溶解可能樹脂の溶出工程の段
階で同時に形成することができるものである。

【０００７】以下、これらについて図面に基づき更に詳
しく説明する。図１に、本発明による液体噴射記録ヘッ
ドの製造方法の原理図を示す。図１において、基板１上
に溶解可能樹脂によって第１パターン２及び第２パター
ン３が形成されており、さらにその上に導電性膜４１及
びヘッドの主たる構造体を構成する膜４２による層が形
成されている。本発明においては、このようにして溶解
可能樹脂によりパターンが形成された後、溶解可能樹脂
を溶出させ、インク流路、液室及びインク吐出孔を同時
に形成するものである。また、図２は、図１を発展させ
多ノズル化したものであり、複数のノズルへの共通液室
が基板１に開口されたインク供給口と連通するよう設け
られている点（図２ではこの点が符号５で示されてい
る）を除き図１と同じである。

【０００８】そして、図３は、図１及び図２の構造を実
現させるための製造工程フロー図であり、本発明の製造
工程をこの図３に従って説明する。まず、インク吐出エ
ネルギー発生素子が予め形成された基板１にインク供給
孔５を所定の位置に所定の大きさで開口する。開口の方
法としては、ＹＡＧレーザ、超音波ドリル等による加工
方法が知られている。次に、該インク供給孔５の開口さ
れた基板１のインク流路および液室となる部分に溶解可
能樹脂を塗布して、フォトリソグラフィーにより第１の
パターン２を形成する（図３Ａ）。そして、前記第１の
パターンが形成されている基板上のインク吐出孔となる
部分に溶解可能樹脂を用いて第２のパターン３を形成す
る（図３Ｂ）。この時、第２パターン３の膜厚は後工程
にて形成するヘッドの主たる構造体を形成する膜４２の
膜厚の最低１．５倍以上とすることが重要である。その
理由は、構造体膜４２を成長させ、その膜厚が第２パタ
ーン３の膜厚以上となればインク吐出孔が形成されなく
なり、その形成をより安定的に行うためには上記のよう
な膜厚とすることが望ましいからである。

【０００９】次に、該２層パターンが形成された基板の
全面に、次工程で金属メッキを実施するための電極とな
る導電性膜４１を形成する。この導電性膜４１は、メッ
キ用の電流が流れれば材料は限定されないが、その形成
方法は、第２パターンの側壁部分に膜が形成されないよ
うに異方性であることが望ましい（図３Ｃ）。すなわ
ち、ＣＶＤ法のような等方性のある形成法ではなく、静
止対向の蒸着法、スパッタリング法等を用いることが重
要である。

【００１０】さらに、前工程で形成された導電性膜の上
層に金属メッキ法によりヘッドの主たる構造体を膜４２
で形成する。前述したように、主たる構造体膜４２と溶
解可能樹脂による第２パターン３の膜厚の関係が重要で
ある。例えば、夫々の膜厚が構造体膜４２≧第２パター
ンの場合には、金属メツキ法の性質から全面にメッキ膜
が形成され、インク吐出孔が形成されなくなる。構造体
膜４２＜第２パターンであれば論理上はインク吐出孔の
形成が可能となる。しかしながら、製造を安定して実施
する為には、更に第２パターン３の膜厚は主たる構造体
膜４２の膜厚の１．５倍以上であることが望ましい（図
３Ｄ）。最後に、溶解可能樹脂による第１及び第２パタ
ーンを除去することにより、インク流路、液室及びイン
ク吐出孔という液体噴射記録ヘッドの３つの基本構造が
同時に形成された液体噴射記録ヘッドが完成する（図３
Ｅ）。

【００１１】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 ［実施例１］実施例１では、金属メッキの際の電極とな
る膜の形成方法としてスパッタリング法を用いた。ま
ず、予めインク吐出エネルギー発生素子が配設された基
板の所定の位置にインク供給孔となる穴をＹＡＧレーザ
により開口する。開口の方法はＹＡＧレーザに限るもの
ではなく、超音波加工機、ダイアモンドドリル等を用い
ても良い。次に、インク流路および液室となる部分に、
東京応化製ポジ型レジストＯＤＵＲ−１０１０をＰＥＴ
フィルム上に塗布しドライフィルム化した膜をラミネー
トし、インク供給孔が開口された基板の全面に溶解可能
樹脂層を形成し、ついでフォトリソグラフィーにより第
１のパターン形成を行う。次に、該第１パターンの形成
された基板のインク吐出孔となる部分に第２のパターン
を形成する。第２パターンの場合は既にインク供給孔は
第１パターンにより塞がれているのでレジストの塗布は
スピンコート法で行った。膜厚は１８μｍとした。次
に、金属メッキ用の電極となる膜を日電アネルバ製スパ
ッタリング装置ＳＰＨ−５３０Ｈにて形成する。この
際、基板は回転させずにターゲットと静止対向状態にす
る必要がある。電極の膜構成は、Ｃｒを５０ｎｍ、その
上層にＣｕを１μｍとした。次に、主たる構造体膜を金
属メツキ法を用いて１０μｍ形成した。メッキの材質は
特に限定されるものではないが、本実施例では膜厚の均
一性を保持する為に田中貴金属製テンペレックス８４０
０によりＡｕを１０μｍの厚さに形成した。最後に、溶
解可能樹脂層による第１及び第２パターンをトルエンに
より除去することにより液体噴射記録ヘッドが完成す
る。 ［実施例２］実施例２では、金属メッキの際の電極とな
る膜の形成方法として真空蒸着法を用いた。まず、実施
例１と同様にして基板の所定の位置にインク供給孔とな
る穴をＹＡＧレーザにより開口する。次に、インク流路
および液室となる部分に、東京応化製ポジ型レジストＯ
ＤＵＲ−１０１０をＰＥＴフィルム上に塗布しドライフ
ィルム化した膜をラミネートし、インク供給孔が開口さ
れた基板の全面に溶解可能樹脂層を形成し、ついでフォ
トリソグラフィーにより第１のパターン形成を行う。そ
して、該第１パターンの形成された基板のインク吐出孔
となる部分に第２のパターンを形成する。第２パターン
の場合は既にインク供給孔は第１パターンにより塞がれ
ているのでレジストの塗布はスピンコート法で行った。
膜厚は１８μｍとした。次に、金属メッキ用の電極とな
る膜を日電アネルバ製蒸着装置ＥＶＤ−１５０１にて形
成する。この際、基板は回転させずに静止状態にする必
要がある。電極の膜構成は、Ｃｒを５０ｎｍ、その上層
にＡｕを１μｍとした。次に、主たる構造体膜を金属メ
ッキ法を用いて１０μｍ形成した。メッキの材質は特に
限定されるものではないが、本実施例では膜厚の均一性
を保持する為に田中貴金属製テンペレックス８４００に
よりＡｕを１０μｍの厚さに形成した。最後に、溶解可
能樹脂層による第１及び第２パターンをトルエンにより
除去することにより液体噴射記録ヘッドが完成する。

【００１２】本発明の液体噴射記録ヘツドの製造方法
は、以上に説明したとおりであるが、次に、本発明がよ
り効果的に適用し得る液体噴射記録記録ヘッド、記録装
置について説明する。本発明の液体噴射記録ヘッドは、
液体噴射記録（インクジェット記録）方式の中でも、と
りわけ、熱エネルギーを流路中のインクに作用させてそ
のインクを瞬間的に加熱し、そこに気泡を発生させ、そ
の気泡の発生による瞬間的な体積膨張と収縮による体積
変化によってオリフィスからインクの液滴を吐出して印
字する方式の記録ヘッド、記録装置に於て、優れた効果
をもたらすものである。その代表的な構成や原理につい
ては、例えば、米国特許第４７２３１２９号、同第４７
４０７９６号明細書に開示されている。この方式は、オ
ンデマンド型、コンティニアス型の何れにも適用可能で
あるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（イン
ク）が保持されているシートや液路に対応して配置され
た電気熱変換素子に、記録情報に対応した少なくとも一
つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換素子
に核沸騰を越える急速な温度上昇を与える熱エネルギー
を発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を起こさ
せ、結果的にこの駆動信号に一対一に対応した気泡を液
体（インク）内に形成できるので有効である。この気泡
の成長、収縮により、吐出孔を介して液体（インク）を
吐出させて、少なくとも一つの滴を形成する。この駆動
信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮
が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の
吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動
信号としては、米国特許第４４６３３５９号、同第４３
４５２６２号明細書に記載されているようなものが適し
ている。尚、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明と
して、米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、更に優れた記録を行うことがで
きる。記録ヘッドの構成としては、上記の各明細書に開
示されているような、インク吐出孔、インク流路、電気
熱変換素子の組み合わせ構成（直角状液流路）の他に熱
作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示する
米国特許第４５５８３３３号明細書、同第４４５９６０
０号明細書を用いた構成も本発明に含まれるものであ
る。加えて、複数の電気熱変換素子に対して、共通する
スリットを電気熱変換素子の吐出孔とする構成を開示す
る特開昭５９年第１２３６７０号や、熱エネルギーの圧
力波を吸収する開孔を吐出孔に対応させる構成を開示す
る特開昭５９年第１３８４６１号に基づいた構成にして
も本発明は有効である。更に、記録紙の全幅に亘り同時
に記録ができるフルラインタイプの記録ヘッドとして
は、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘ
ッドの組み合わせによって、その長さを満たす構成や、
一対的に形成された一個の記録ヘッドとしての構成の何
れでも良く、本発明は、いずれにおいても上述した効果
を一層有効に発揮することができる。さらに、装置本体
に装着されることで、装置本体との電気的な接続や装置
本体からインクの供給が可能になる交換自在のチップタ
イプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的に
設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドに於ても本
発明は有効である。また、記録装置に記録ヘッドに対す
る回復手段や予備的な補助手段等を付加することは、本
発明による記録ヘッドの効果を一層安定にできるので、
好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録
ヘツドに対しての、キャッピング手段、クリーニング手
段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換素子或はこれと
は別の過熱素子、或はこれらの組み合わせによる予備加
熱手段、記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを行う
手段等を付加することも安定した記録を行うために有効
である。更に、記録装置の記録モードとしては、黒色等
の主流色のみを記録するモードだけではなく、記録ヘッ
ドを一体的に構成した、又は複数個を組み合わせて構成
した何れでも良いが、異なる色の複数カラー又は、混色
によるフルカラーの少なくとも一つを備えた装置の記録
ヘッドにも本発明は極めて有効である。また、本発明に
よる記録ヘッドは、インクが液体でなくとも、室温やそ
れ以下で固化するインクであって、室温で軟化もしくは
液体となるもの、或は、インクジェットに於て一般的に
行われている温度調整である３０℃以上７０℃以下で軟
化もしくは液体となるものにも適用できる。即ち、記録
信号付与時にインクが液状を成すものであれば良い。加
えて、積極的に熱エネルギーによる昇温を、インクの固
体状態から液体状態への態変化のエネルギーとして吸収
せしめることで防止するか、又は、インクの蒸発禁止を
目的として放置状態で固化するインクを用いるかして、
いずれにしても熱エネルギーの記録信号に応じた付与に
よってインクが液化してインク液状として吐出するもの
や、記録媒体に到達する時点ではすでに固化し始めるよ
うな、熱エネルギーによって初めて液化する性質のイン
ク使用も本発明に係る記録ヘッドには適用可能である。
このような場合インクは、特開昭５４−５６８４７号あ
るいは特開昭６０−７１２６０号に記載されるような、
多孔質シート凹部または貫通孔に液状または固形物とし
て保持された状態で、電気熱変換素子に対して対向する
ような形態としても良い。本発明に於ては、上記した各
インクに対して最も有効なものは、上記した膜沸騰方式
を実行するものである。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、上記した溶解可能樹脂
の溶出工程の段階でインク流路、液室及びインク吐出孔
という液体噴射記録ヘッドの３つの基本構造を、同時に
形成することにより、切削加工で形成する場合のような
精度のバラツキや、エッチングでインク流路を形成する
場合のような工程数の問題乃至は貼り合わせによる場合
のような位置合せの問題もなく、液体噴射記録ヘッドの
製造が可能となる。

【００１４】さらに、本発明によると従来の溶解可能な
樹脂層を用いた方法では困難であったインク吐出孔の形
成を解可能樹脂の溶出工程の段階で同時に行うことがで
き、短い工程による液体噴射記録ヘッドの製造が可能と
なる。又、ヘッドの主たる構造体が金属により形成され
るため、機械的強度に優れた液体噴射記録ヘッドが構成
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録装置における液体
噴射記録ヘッドの製造方法の原理図である。

【図２】図１を発展させ多ノズル化した図である。

【図３】本発明の実施例の製造方法を示す工程フロー図
である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 第１パターン ３ 第２パターン ４１ 導電層 ４２ 金属メッキ層 ５ インク供給孔

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発熱体基板に、溶解可能樹脂によってパタ
   ーンを形成した後、その溶解可能樹脂を溶出させインク
   流路、液室及びインク吐出孔を形成するようにしたイン
   クジェット記録装置における液体噴射記録ヘッドの製造
   方法であって、前記溶解可能樹脂を溶出させる工程にお
   いて前記インク流路、液室及びインク吐出孔を同時に形
   成するようにしたことを特徴とするインクジェット記録
   装置における液体噴射記録ヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】前記溶解可能樹脂によるパターンの形成に
   は、インク供給孔が開口された発熱体基板に、インク流
   路及び液室を構成するための第１パターンが形成される
   工程と、前記第１パターンの上にインク供給孔を開口す
   るための第２パターンが形成される工程が含まれている
   ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録
   装置における液体噴射記録ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】前記液体噴射記録ヘッドの製造方法には、
   前記第１パターン及び前記第２パターンが形成された
   後、発熱体基板の全面に導電性を有する膜を形成する工
   程が含まれていることを特徴とする請求項１に記載のイ
   ンクジェット記録装置における液体噴射記録ヘッドの製
   造方法。
4. 【請求項４】前記液体噴射記録ヘッドの製造方法には、
   前記した第１パターン、第２パターン及び導電性膜の形
   成後、該導電性膜の上層に金属メッキ法を用いて所定の
   膜厚による膜でヘッドの主たる構造体を形成する工程が
   含まれていることを特徴とする請求項１に記載のインク
   ジェット記録装置における液体噴射記録ヘッドの製造方
   法。
5. 【請求項５】前記第２パターンの膜厚が、ヘッドの主た
   る構造体を構成する膜における膜厚の１．５倍以上であ
   ることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記
   録装置における液体噴射記録ヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】前記液体噴射記録ヘッドの製造方法には、
   前記した第１パターン、第２パターン、導電性膜及び前
   記ヘッドの主たる構造体を構成する膜を形成した後、前
   記第１及び第２パターンを形成している溶解可能樹脂を
   溶出させ除去する工程が含まれていることを特徴とする
   請求項１に記載のインクジェット記録装置における液体
   噴射記録ヘッドの製造方法。