JPH09123447A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット記録ヘッドの製造方法におい
て、平滑度の優れた振動板を形成する。 【解決手段】 インクを飛翔させて記録媒体上に画像を
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、少なくとも基板上に金属膜からなる振動板を一体的
に形成する工程と、振動板に電気機械変換素子を接着す
る工程と、該電気機械変換素子と対向する面に接着時の
振動板の変形を抑止する層を形成する工程とを有し、前
記変形抑止層を前記電気機械変換素子を接着した後に除
去することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット方式
の記録装置に関し、記録インク滴を形成し記録を行う為
の記録ヘッド及びこれを搭載した記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置の記録ヘッド部
は、一般にインクが吐出する為の微細加工が施されたオ
リフィスと該オリフィスに連通し吐出に要する圧力がイ
ンクに作用する圧力室を有する流路、インクを貯蔵した
インク室、インクタンクよりインクを導入するインク供
給口を有し、記録時にインクを吐出させる為のエネルギ
ー発生素子がインク流路の一定の位置に配設されること
によって構成される。

【０００３】従来このようなヘッドを作製する方法とし
てガラスや金属のプレートをエッチング、樹脂の成型、
感光性樹脂を用いたフォトリソ等の工程によって必要な
パターンを各々について形成後、他の基板と接着するこ
とにより、インク流路を形成する方法が用いられて来
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の方式ではガラ
ス、樹脂、金属、セラミック等からなる薄板部材を流路
が形成された基板に接着することによって振動板を構成
した。該方法では、薄板状の振動板を取り扱うため作業
性が悪く、作業上の機械強度を確保する必要があり、膜
厚に制限（数十μｍ）が生じた。又、接着時の接着剤の
はみ出しや接合時の高温加熱、加圧による振動板の変形
等の問題が生じた。これによって製作後のノズルにおい
てインク吐出時に安定した粒子化特性が得られない問題
があった。又これらの製作時の問題によって高密度に配
置されたインク流路形成が困難となる問題があった。

【０００５】接着剤のはみ出しを解決する方法として、
接着剤として感光性樹脂を用いた方式が提案されている
が、はみ出し等の問題は解決するもののインクの長期浸
漬に対する接着界面の密着力の低下が問題となり密着力
の強い材料を選択又は介在配置する等の対策が必要であ
った。

【０００６】特開平３−１８７７５５号公報、平３−１
５５５５号公報、平７−１５６３９９号公報には基板と
振動板を一体に構成する内容が開示されている。これに
よって、基板と振動板の形成に接着工程が介在しないた
め平滑度の優れた振動板が形成可能となると共に前記作
業性の問題も解決可能となった。

【０００７】しかしながら、インクジェットヘッドを構
成するに当たっては、振動板に電気機械変換体（圧電素
子）を接着する必要があり、従来の工程においては、イ
ンク流路を構成した後に電気機械変換体を接着していた
ため、電気機械変換体と逆の面が空洞（圧力室）となっ
た状態で接着を行うので振動板に過大な応力が加わり振
動板に歪みが生じる問題があり最終工程に至る安定した
品質の振動板を実現出来る製造工程を提案するに至って
いなかった。

【０００８】基板と一体に振動板を形成する方法として
特開平４−１７９５５２号公報では、感光性ドライフィ
ルム自体を振動板として用いた方式が開示されている。

【０００９】しかしながら、ドライフィルムのみで振動
板を形成するためには該実施例に記載されているように
凹凸に加工された基板に直接ラミネートする必要がある
ためラミネート時の感光性樹脂の低粘性化により凹部分
にドライフィルムがたれこみ振動板表面の平滑度は得ら
れず振動板としての安定した特性が得られないのはもと
より、これによって構成されるインク流路形状もバラツ
キ製作後のノズルにおいてもインク吐出時に安定した粒
子化が得られない問題があった。

【００１０】又、ドライフィルム面が直接インクに接す
る為、ドライフィルムの材料として耐インク性の優れた
材質を選択する必要があり溶剤現像タイプを用いる必要
があった。これは、アルカリ現像タイプに比べ、環境問
題、コストの面で不利であった。又、ドライフィルムと
ラミネートを行う基板（隔壁）間も同じくインクに接す
るためインクに対する長期浸漬によって基板とドライフ
ィルムとの界面において密着力が徐々に低下し剥離が生
じる問題があった。

【００１１】又、振動板に振動規定部を設けることによ
って、安定した振動を行わせることは安定した吐出特性
を得るためには非常に有効な手段となるが、振動板上に
振動規制部を設けようとした場合、前記凹凸によって安
定した形状に形成できない問題があった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のインクジ
ェット記録ヘッドの製造方法は、インクを飛翔させて記
録媒体上に画像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、少なくとも基板上に金属膜からなる
振動板を一体的に形成する工程と、該振動板に電気機械
変換素子を接着する工程と、該電気機械変換素子と対向
する面に接着時の振動板の変形を抑止する層を形成する
工程とを有し、前記変形抑止層を前記電気機械変換素子
を接着した後に除去することを特徴とするインクジェッ
ト記録ヘッドの製造方法である。

【００１３】請求項２記載のインクジェット記録ヘッド
の製造方法は、前記変形抑止層が、インク流路壁形成用
のレジストを兼用したことを特徴とする請求項１記載の
インクジェット記録ヘッドの製造方法である。

【００１４】請求項３記載のインクジェット記録ヘッド
は、前記基板上に形成された金属膜上に同材質からなる
インク流路壁を一体的に形成したことを特徴とする請求
項１記載の製造方法にて製造されたインクジェット記録
ヘッドである。

【００１５】請求項４記載のインクジェット記録ヘッド
は、前記基板上に形成された金属膜上に感光性樹脂層を
形成して、金属膜と感光性樹脂層からなる振動板を構成
したことを特徴とする請求項３記載のインクジェット記
録ヘッドである。

【００１６】請求項５記載のインクジェット記録ヘッド
は、前記感光性樹脂層を積層し、振動規制部を設けたこ
とを特徴とする請求項４記載のインクジェット記録ヘッ
ドである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図１〜図２
３に基づき説明する。

【００１８】図１は本発明における１実施例としての記
録ヘッドの側面断面図であり、振動板が振動してノズル
よりインクを吐出するものである。

【００１９】（実施例１）図２は本発明の第１の実施例
としてのインクジェット記録ヘッドの振動板ユニット斜
視図である。

【００２０】図３〜図１２は本発明の第１の実施例とし
てのインクジェット記録ヘッドの製造工程図であり、詳
細に説明すると、まず図３に示すように、面方位（１０
０）のシリコン基板１の表面及び裏面に熱酸化によりシ
リコン酸化膜２ａ，２ｂを所定の厚さ（例えば１μｍ）
に形成する。

【００２１】次に図４に示すように基板表面側のシリコ
ン酸化膜２ａ上に、例えばスパッタ法により厚さ０．１
μｍのニッケル膜を成膜した後にこれを電極として電解
メッキ法によりニッケルメッキ膜３（たとえば２μｍ）
を形成する。

【００２２】金属材料として耐インク性の優れた材料、
電解メッキ法としては例えばスルファミン酸ニッケル浴
ニッケルメッキを採用することができる。

【００２３】次に図５に示すように基板表面側のシリコ
ン酸化膜２ｂ上にフォトレジスト４を塗布し所定の工程
を得た後所定のパターンを有するフォトマスク５を重ね
光源によって露光を行い現像を行う事により所定のレジ
ストパターン６を得る。

【００２４】次に図６に示すように前記レジストパター
ン６をマスクとしてドライエッチングによりシリコン酸
化膜２ｂの加工を行い所定のパターン７を得る。

【００２５】次に図７に示すように有機溶剤を用いてレ
ジストパターン６を除去した後、酸化シリコンから成る
所定の酸化シリコンパターン７をマスクとしてシリコン
基板１を水酸化カリウム溶液を用いてエッチングを行
う。エッチングはシリコン基板１の表面のシリコン酸化
膜２ａで停止する。

【００２６】次に図８に示すようにフッ酸溶液に浸して
所定の表面酸化シリコン膜の所定のパターン７を除去す
る。同時に裏面のシリコン酸化膜２ａもフッ酸溶液に浸
されるため同時に除去される。（本実施例では熱酸化膜
上に金属膜を形成した後振動板となる部分の熱酸化膜を
除去しているが、これを残した状態もしくは酸化シリコ
ンのみでの構成も可能である。）これによって振動板と
してのニッケル膜が基板と一体に形成された振動板ユニ
ット８を得る。

【００２７】次に図９に示すように振動板ユニット８上
に感光性樹脂層を形成し公知のフォトリソ工程により所
望のレジスト（変形抑止層）９を得る。

【００２８】次に図１０に示すようにニッケル膜を電極
として電解メッキ法によりニッケルメッキ膜３を形成す
る。電解メッキ法としては例えばスルファミン酸ニッケ
ル浴ニッケルメッキを採用することができる。

【００２９】次に図１１に示すように面精度の優れた治
具１１に振動板ユニット８のレジスト側９が当接するよ
うに配置し、電気機械変換体（積層ＰＺＴ）１２を振動
板に接着する。この時、電気機械変換体と接する振動板
の反対側はレジスト（変形抑止層）９で保持されている
ため接着時の加圧による振動板の歪みが生じない。

【００３０】次に図１２に示すように溶剤によりレジス
ト９を除去することにより流路壁１０を得る。

【００３１】次に図１３に示すようにオリフィスプレー
ト１３を接着することによってノズルユニットが完成す
る。

【００３２】又、図示されていないが、振動板の変位を
安定させるために振動板と一体に振動規制部を形成する
ことも可能である。

【００３３】（実施例２）図２２は本発明の第２の実施
例としてのインクジェット記録ヘッドの振動板ユニット
斜視図である。

【００３４】図１４は第２の実施例としてのインクジェ
ット記録ヘッドの断面図である。

【００３５】第１の実施例との相違点は図１３で示す基
板の隔壁１４を無くしたことにある。これによって、電
気機械変換体間のピッチが狭く設定可能なためノズル間
ピッチＡを狭く設定可能であり高密度ノズルが実現可能
である。又実施例１と同一ピッチに設定した場合、電気
機械変換体幅Ｂが広く設定可能であり、より大きな発生
力を得ることが可能となる。

【００３６】（実施例３）図２３は本発明の第３の実施
例としてのインクジェット記録ヘッドの振動板ユニット
斜視図である。

【００３７】図１５は、第３の実施例としてのインクジ
ェット記録ヘッドの断面図である。第１の実施例との相
違点は図１３で示す基板の隔壁１４を圧力室１５に対応
した位置に配設することによって、振動規制部として利
用したことにある。これによって、流路壁、振動板、振
動規制部を一体に構成可能となり振動板構成工程に於い
て接着工程がないため接着剤のはみだしがなく、安定し
た流路形成及び安定した振動板の変位が、可能となっ
た。基板材料として異方性エッチング可能なＳｉ（好ま
しくは（１１０）面）、感光性ガラスを用いることによ
って、より高精度な振動規制部が形成可能である。

【００３８】（実施例４）図１６は、第４の実施例とし
てのインクジェット記録ヘッドの断面図である。第１の
実施例との相違点は図１３で示す基板の隔壁１４をオリ
フィスプレートに対向する位置に配設したことにより流
路壁として利用したことにある。これによって、流路
壁、振動板を一体に構成可能となり接着工程がないため
接着剤のはみだしがなく、安定した流路形成及び安定し
た振動板の変位が可能となった。基板材料として異方性
エッチング可能なＳｉ（好ましくは（１１０）面）、感
光性ガラスを用いることによって、より高精度、高密度
のインク流路が形成可能である。

【００３９】（実施例５）図１７〜図２０は本発明の第
５の実施例としてのインクジェット記録ヘッドの振動板
製造工程図である。

【００４０】図１７に示すようにニッケルメッキ膜が形
成された基板振動板ユニット８を予め８０℃に加熱した
後に感光性樹脂からなるドライフィルム１６（メチルメ
タアクリレートを主成分にメタアクリレート、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、アクリル酸との共重合体であるバインダーポリマ
ー、光や熱に架橋しレジスト性能を保持する光重合性多
官能モノマー、光を吸収してラジカルを形成する前記モ
ノマー架橋のトリガーを発生する光重合開始剤、染料等
のその他の成分からなる）をラミネータを用いて速度
０．５〜３Ｍ／ｍｉｎ、加圧力２〜５ｋｇ／ｃｍ²、１
０５℃の条件にてラミネートする。

【００４１】この時平滑に形成された金属膜上にラミネ
ートするので凹凸が発生しない。又、金属膜状に形成す
るためリキッドタイプの感光性樹脂も使用可能である。
リキッドタイプの場合スピンコータの条件により所望の
膜厚に自由に変えることも可能である。

【００４２】次に光源により露光を行うことにより感光
性樹脂が重合硬化する。また必要に応じて加熱処理（１
３０℃〜２００℃）を行う。

【００４３】次に図１８に示すように感光性樹脂硬化膜
１６（例えば、東京応化工業株式会社オーディルＰＲ−
１００）の形成された基板を予め８０℃に過熱した後に
流路形成用の感光性樹脂からなるドライフィルム１７を
この上にラミネータを用いて速度０．５〜３Ｍ／ｍｉ
ｎ、加圧力２〜５ｋｇ／ｃｍ²、１０５℃の条件にてラ
ミネートする。

【００４４】次に所定のパターンを有するフォトマスク
１８を重ね光源によって露光を行い溶剤（例えばトリク
ロロエタン）を用いて現像を行うことによって未露光部
の未重合部分を溶解除去し感光性樹脂層の光重合部から
なる所定の振動規制部１９のパターンを得る（図１９参
照）。平滑に形成されたドライフィルムの硬化膜上にラ
ミネートするので凹凸が発生せず高精度の振動規制部を
得ることが可能となった。

【００４５】次に図２０に示すように隔壁１４の間に変
形抑止部材２０を充填した後、振動板ユニットを治具１
１に固定し、振動板上に設けられた感光性樹脂からなる
振動規制部１９の残留接着性を利用して電気機械変換体
を接着する。

【００４６】振動板は、治具にて保持されているため接
着時に歪み等が発生しない。又、電気機械変換体−振動
板規制部間に接着剤を用いないため高精度な接着が実現
可能となった。次に変形抑止部材２０を所定の溶剤によ
り除去する。

【００４７】次に図２１に示すように金属膜を圧力室側
に配設し、オリフィスプレート１３を接合する。この構
成によって金属膜（Ｎｉ）側が直接インクに接しドライ
フィルム側は直接インクに接しないため耐インク性を考
慮する必要はなくアルカリ現像タイプの感光性樹脂が使
用可能となると共に従来問題であった流路壁と感光性樹
脂間の密着性及び、インクに対する長期浸漬による界面
での剥離を考慮する必要がなくなった。

【００４８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、振動板上
に接着時に変形を抑止する層を設けることによって電気
機械変換体を振動板に接着する際に振動板を変形させる
事なく平滑度の優れた振動板が製作可能となった。

【００４９】又、接着面に十分圧力が加わるため、安定
した接着が可能となった。

【００５０】更に、製作後のノズルにおいて安定した振
動板の変位が得られ、インク吐出時に安定した粒子化特
性が得られた。

【００５１】請求項２記載の発明によれば、振動板上に
接着時に変形を抑止する層を設けることによって電気機
械変換体を振動板に接着する際に振動板を変形させる事
なく平滑度の優れた振動板が製作可能となった。

【００５２】又、接着面に十分圧力が加わるため、安定
した接着が可能となった。

【００５３】又、変形抑止層を流路形成用のレジストを
兼用したため製造工程が簡素化出来た。

【００５４】更に、製作後のノズルにおいて安定した振
動板の変位が得られ、インク吐出時に安定した粒子化特
性が得られた。

【００５５】請求項３記載の発明によれば、基板上に形
成された振動板上に振動板と同材質の流路壁を一体に構
成したため、従来のように流路壁を振動板に接着する必
要がなく、振動部への接着剤のはみだし、接着時の加圧
等による振動板の変形がないため高精度な振動板が構成
可能となった。

【００５６】又、感光性樹脂を接着剤として用いた場合
のような接合界面の密着性、耐インク性を考慮する必要
がなく、耐インク性の優れた流路形成が可能となった。

【００５７】更に、流路壁を感光性樹脂、メッキ技術を
用いるため高精度に形成する事が可能となった。

【００５８】製作後のノズルにおいて安定した振動板の
変位が得られ、インク吐出時に安定した粒子化特性が得
られた。

【００５９】請求項４記載の発明によれば、基板上に形
成された金属膜上に感光性樹脂層を形成して振動板を構
成することによって平滑度の優れた高精度な振動板が製
作可能となった。

【００６０】又、感光性樹脂材料としてリキッドタイプ
のものも使用可能となり膜厚設定の自由度が大きくなっ
た。

【００６１】更に、製作後のノズルにおいて安定した振
動板の変位が得られ、インク吐出時に安定した粒子化特
性が得られた。

【００６２】請求項５記載の発明によれば、感光性樹脂
による振動規制部を設けたため、安定した振動板の変位
が得られた。

【００６３】又、振動規制部形成工程においての感光性
樹脂上に同成分の感光性樹脂からなる振動規制部を形成
したため両者の密着力は高く現像時に剥離が生じること
はなく感光性樹脂自体の現像度に至るパターン形成が可
能となった。

【００６４】更に、製作後のノズルにおいて安定した振
動板の変位が得られ、インク吐出時に安定した粒子化特
性が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例を表すインクジェット記録
ヘッドの側面断面図である。

【図２】本発明による実施例を表すインクジェット記録
ヘッドの振動板ユニット斜視図（その１）である。

【図３】本発明による実施例を表すインクジェット記録
ヘッドの製造方法工程図（その１）である。

【図４】本発明による実施例を表すインクジェット記録
ヘッドの製造方法工程図（その２）である。

【図５】本発明による実施例を表すインクジェット記録
ヘッドの製造方法工程図（その３）である。

【図６】本発明による実施例を表すインクジェット記録
ヘッドの製造方法工程図（その４）である。

【図７】本発明による実施例を表すインクジェット記録
ヘッドの製造方法工程図（その５）である。

【図８】本発明による実施例を表すインクジェット記録
ヘッドの製造方法工程図（その６）である。

【図９】本発明による実施例を表すインクジェット記録
ヘッドの製造方法工程図（その７）である。

【図１０】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの製造方法工程図（その８）である。

【図１１】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの製造方法工程図（その９）である。

【図１２】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの製造方法工程図（その１０）である。

【図１３】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの断面図（その１）である。

【図１４】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの断面図（その２）である。

【図１５】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの断面図（その３）である。

【図１６】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの断面図（その４）である。

【図１７】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの製造方法工程図（その１１）である。

【図１８】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの製造方法工程図（その１２）である。

【図１９】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの製造方法工程図（その１３）である。

【図２０】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの製造方法工程図（その１４）である。

【図２１】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの断面図（その５）である。

【図２２】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの振動板ユニット斜視図（その２）である。

【図２３】本発明による実施例を表すインクジェット記
録ヘッドの振動板ユニット斜視図（その３）である。

【符号の説明】

１ シリコン（Ｓｉ）基板 ２ａ シリコン酸化膜 ２ｂ シリコン酸化膜 ３ ニッケルメッキ膜 ４ フォトレジスト ５ フォトマスク ６ レジストパターン ７ 酸化シリコンパターン ８ 振動板ユニット ９ レジスト（変形抑止層） １０ 流路壁 １１ 治具 １２ 電気機械変換体 １３ オリフィスプレート １４ 隔壁 １５ 圧力室 １６ ドライフィルム（感光性樹脂硬化膜） １７ ドライフィルム １８ フォトマスク １９ 振動規制部 ２０ 変形抑止部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 和弥 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼村 久 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 久保田 浩司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを飛翔させて記録媒体上に画像を
   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、少なくとも基板上に金属膜からなる振動板を一体的
   に形成する工程と、該振動板に電気機械変換素子を接着
   する工程と、該電気機械変換素子と対向する面に接着時
   の振動板の変形を抑止する層を形成する工程とを有し、
   前記変形抑止層を前記電気機械変換素子を接着した後に
   除去することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの
   製造方法。
2. 【請求項２】 前記変形抑止層が、インク流路壁形成用
   のレジストを兼用したことを特徴とする請求項１記載の
   インクジェット記録ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記基板上に形成された金属膜上に同材
   質からなるインク流路壁を一体的に形成したことを特徴
   とする請求項１記載の製造方法にて製造されたインクジ
   ェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記基板上に形成された金属膜上に感光
   性樹脂層を形成して、金属膜と感光性樹脂層からなる振
   動板を構成したことを特徴とする請求項３記載のインク
   ジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記感光性樹脂層を積層し、振動規制部
   を設けたことを特徴とする請求項４記載のインクジェッ
   ト記録ヘッド。