JPH0985957A - 液体噴射記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体噴射記録ヘッドの液流路形成のための容
易でかつ信頼性の高い製造方法を提供する。 【解決手段】 基板上に液流路のパターン状に感光性材
料の固体層を設ける工程と、該固体層が設けられた前記
基板上に該固体層を囲んで液流路構成材料の少なくとも
一部を積層する工程と、前記固体層の前記基板上より除
去する工程を含む液体噴射記録ヘッドの製造方法におい
て、前記固体層がポジ型レジストであり、前記液流路構
成材料が、エポキシ樹脂であり、前記固体層を除去する
際に、エチレングリコールモノエチルエーテルまたはエ
チレングリコールモノエチルエーテルを主成分とする溶
剤を用いることを特徴とする液体噴射記録ヘッドの製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録方式に用いる記録液小滴を発生させるための液体噴射
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方式（液体噴射記録
方式）に適用される液体噴射記録ヘッドは、一般に微細
な記録液吐出口（以下、オリフィスと呼ぶ）、液流路及
びこの液流路の一部に設けられる液体吐出エネルギー発
生部とを備えている。従来、このような液体噴射記録ヘ
ッドを作成する方法として、例えば、ガラスや金属等の
板を用い、この板に切削やエッチング等の加工手段によ
って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液流路の形成を行う方法が知られて
いる。

【０００３】しかしながら、かかる従来法によって作成
される液体噴射記録ヘッドでは、切削加工される液流路
内壁面の荒れが大きすぎたり、エッチング率の差から液
流路に歪みが生じたりして、液路抵抗の一定した液流路
が得難く、製作後の液体噴射記録ヘッドの記録液吐出特
性のバラツキが出易いといった問題があった。また、切
削加工の際に板の欠けや割れが生じ易く、製造歩留まり
が悪いという欠点もあった。また、エッチング加工を行
う場合には、製造工程が多く、製造コストの上昇を招く
という不利もあった。さらには、上記従来法に共通する
欠点として、液流路を形成した溝付き板と、記録液小滴
を吐出させるための吐出エネルギーを発生する圧電素子
や電気熱交換体等の駆動素子が設けられた蓋板とを張り
合せる際に、これら板の位置合わせが困難であり、量産
性に欠けるといった問題もあった。

【０００４】液体噴射記録ヘッドは、通常その使用環境
下にあっては、記録液と常時接触している。それ故、液
体噴射記録ヘッドを構成するヘッド構造材料は、記録液
からの影響を受けて強度低下を起こすことがなく、また
逆に記録液中に、記録液適性を低下させるような有害な
成分を与えることのないものであることが望まれるが、
上記従来法においては、加工方法等の制約もあって、必
ずしもこれらの要求にかなった材料を選択することがで
きなかった。

【０００５】上記欠点を解決する製造方法としては、基
板上に液流路のパターン上に固体層を設ける工程と、こ
の固体層が設けられた前記基板上に液流路構成材料の少
なくとも一部を設ける工程と、前記固体層を前記基板上
より除去する工程とを含む液体噴射記録ヘッドの製造方
法が提案されている（特開昭６１−１５４９４７号公
報）。

【０００６】上記公報で示される製造方法によれば、均
一な吐出口形状を精度よく作成でき、また工程のほとん
どの間、液流路内に固体層が充填されているため、異物
の汚染に極めて強く、歩留まりよく液体噴射記録ヘッド
を製造できる。

【０００７】しかし、固体層を細い液流路から除去する
際、完全に除去しようとすると液流路材料へダメージを
与え、液流路材料にクラックや膨潤が発生したり、基板
からの剥れが発生したりすることがあった。また、安全
性、コスト等をも考え合わせた場合必ずしも適当なもの
とはいえなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の諸点に
鑑みなされたものであって、本発明の第１の目的は安
価、精密であり、また信頼性も高い液体記録ヘッドを提
供しえる新規な液体噴射記録ヘッドの製造方法を提供す
ることである。

【０００９】本発明の第２の目的は記録液との相互影響
が少なく、機械的強度や耐薬品性に優れた液体噴射記録
ヘッドを提供することである。

【００１０】さらに、第３の目的は液流路構成材料の選
択に対しての制限を小さくし、プロセス条件のマージン
を広げ、装置の制約を軽減すること及び安全性の面でも
優れた液体噴射記録ヘッドの製造方法を提供することで
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、基板上に液流路のパターン状に感光性材料の固体
層を設ける工程と、この固体層が設けられた前記基板上
に該固体層を囲んで液流路構成材料の少なくとも一部を
積層する工程と、前記固体層の前記基板上より除去する
工程を含む液体噴射記録ヘッドの製造方法において、前
記固体層がポジ型レジスト特にナフトキノンジアジド型
ポジ型レジスト、または化学増幅型ポジ型レジストであ
り、前記液流路構成材料が、エポキシ樹脂であり、前記
固体層を除去する際に、エチレングリコールモノエチル
エーテルまたはエチレングリコールモノエチルエーテル
を主成分とする溶剤を用いることを特徴とする液体噴射
記録ヘッドの製造方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、必要に応じて図面を参照し
つつ、本発明を詳細に説明する。

【００１３】図１ないし図６は、本発明の基本的な態様
を説明するための模式図であり、本発明の方法に係る液
体噴射記録ヘッドの構成とその製作手順の一例が示され
ている。なお、本例では、２つのオリフィスを有する液
体噴射記録ヘッドが示されているが、もちろんこれ以上
のオリフィスを有する液体噴射記録ヘッドの場合でも同
様であることはいうまでもない。

【００１４】本態様においては、例えば図１に示される
ような、ガラス、セラミック、プラスチックあるいは金
属等からなる基板１かが用いられる。なお、図１は固体
層形成前の基板の模式的斜視図である。

【００１５】このような基板１は液流路構成材料の一部
として機能し、後述の固体層及び液流路構成材料積層時
の支持体として機能し得るものであれば、その形状、材
料等、特に限定されることなく使用することができ。ま
ず、上記基板１上には、電気熱変換体あるいは圧電素子
等の液体吐出エネルギー発生素子２が所望の個数配設さ
れる（本図では２個）。このような液体吐出エネルギー
発生素子２によって、記録液小滴を吐出させるための吐
出エネルギーが記録液に与えられ、記録が行われる。因
に、例えば、上記液体吐出エネルギー発生素子２として
電気熱変換体が用いられるときには、この素子が、近傍
の記録液を加熱することにより、記録液に吐出エネルギ
が付与される。また、例えば、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、記録液に吐出エ
ネルギーが付与される。

【００１６】なお、これらの素子２には、素子を動作さ
せるための制御信号入力電極（不図示）が接続されてい
る。また、一般にはこれら吐出エネルギー発生素子の耐
用性の向上等を目的として、保護層等の各種の機能層が
設けられるが、もちろん本発明においてもこのような機
能層を設けることは、一向に差し支えない。また、本例
においては、吐出エネルギー発生素子を液流路形成前に
基板上に配設したが、配設時期は所望とし得る。

【００１７】次いで、上記液体吐出エネルギー発生素子
２を含む基板１上の液流路形成予定部分に、例えば図２
（Ａ）及び（Ｂ）に示されるような固体層３を形成す
る。図２（Ａ）は固体層形成後の基板の模式的平面図で
あり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ’線で切断し
た基板の模式的断面図である。

【００１８】このような固体層３を構成するのに際して
用いられる材料としては、活性光線の照射によって可溶
化するポジ型レジストが最適である。

【００１９】その理由としては、以下の点が挙げられ
る。

【００２０】１．このプロセスはＩＣ製造やプリント基
板製造で既に応用されており、フォトリソグラフィー法
なので、基板との合わせ精度が良く、またパターンの形
状も再現性良く形成することができる。特に多ノズル化
に適する。

【００２１】２．除去性が良い。特に活性光線を照射す
ることによりさらに除去性が良くなる。ネガ型フォトレ
ジストのように活性光線の照射によって高分子量化する
ようなものであると、後工程での除去が完全に行われ
ず、ノズル内の汚染につながる可能性があるが、ポジ型
レジストではそのようなことは起こり難い。

【００２２】具体的には、ポジ型ドライフルムレジスト
として化学増幅型の「ＯＺＡＴＥＣＲ−２２５」、ナフ
トキノンジアジド型の［商品名、ヘキストジャパン
（株）］等、また液状のポジ型レジストとして化学増幅
型の「ＯＺＡＴＥＣ ＰＬ−２６８」、ナフトキノンジ
アジド型の「ＥＬシリーズ」［商品名、日本合成ゴム
（株）］、「ＯＦＰＲシリーズ」、「ＰＭＥＲ−Ｐシリ
ーズ」［商品名、東京応化工業（株）］および「ＺＰＰ
シリース」［商品名、日本ゼオン（株）］等が挙げられ
る。

【００２３】基板上にこれらを積層する方法としては、
ドライフィルムタイプのものであれば、通常のプリント
板製造時に行われるホットロールラミネーターを用い、
ラミネートすることで達成できる。液状タイプのものを
用いる場合には、スピンコート法、ロールコート法、カ
ーテンコート法、スクリーン印刷法等が応用できる。液
状のものでは、塗布後、溶剤を除去するので、その分厚
さの減少を見込んで塗布することはいうまでもない。

【００２４】これらのポジ型レジストが積層された基板
１に、液流路に相当するパターンを有するフォトマスク
を基板との合わせを行って重ね合わせた状態で、活性光
線を照射する。次に、苛性ソーダ等の現像液で現像し固
体層３が形成される。なお、次に行う液流路構成材料４
を積層する前に、後工程での固体層３の除去性を高める
目的で紫外線の照射を行ってもよい。

【００２５】このようにして形成された固体層３を有す
る基板１には、図３に示されるように、この固体層３を
覆うように液流路構成材料４が積層される。図３は液流
路構成材料積層後、図２と同様の位置で切断した基板の
模式的切断面図である。

【００２６】このような液流路構成材料としては、上記
固体層を覆設し得るものであれば好適に使用することが
できるが、この材料は、液流路を形成して液体噴射記録
ヘッドとしての構造材料となるものであるので、基板と
の接着性、機械的強度、寸法安定性、耐蝕性の面で優れ
たものを選択して用いる。そのような材料を具体的に示
せば、液状で熱硬化、紫外線硬化及び電子ビーム硬化等
の硬化性材料が好ましく、中でもエポキシ樹脂、アクリ
ル樹脂、ジグリコールジアルキルカーボネート樹脂、不
飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド
樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂等が好
ましく使用されるが本発明ではエポキシ樹脂を使用す
る。

【００２７】上記液状の硬化性材料が液流路構成部材と
して用いられる場合には、この材料は、例えばカーテン
コート、ロールコート、スプレーコート、等の公知の手
段を用い、これを塗布する等の方法によって、所望の厚
さで基板上に積層される。塗布に際しては、材料の脱気
を行った後、気泡の混入を避けながら行うのが好まし
い。

【００２８】ここで、例えば図３のように液流路構成材
料４を積層する際、上記のような液状の硬化性材料が用
いられる場合には、この硬化性材料は、例えば液体の流
出、流動を抑制した状態で、必要ならば上部に抑え板を
重ね、所定の条件で硬化させられる（図４参照）。

【００２９】次いで、固体層３及び液流路構成材料４が
積層された上記のような基板から、固体層３を除去して
液流路を形成する。本発明においては、この固体層の除
去に用いる溶剤としてエチレングリコールモノエチルエ
ーテルまたはエチレングリコールモノエチルエーテルを
主成分とする溶剤を用いることが特徴である。

【００３０】エチレングリコールモノエチルエーテルを
用いる理由としては、特に、本発明の固体層にポジ型レ
ジストを用いた場合固体層の除去性が他の溶剤と比較し
て非常に良いことである。さらに低揮発性であること
（沸点：１３４．８℃、蒸気圧：５．３ｍｍＨｇ（２５
℃））。これは、揮発によるロスが少ないことを意味す
る。また衛生上の観点からも好ましい。引火点が高く
（４４℃）、火災危険性が低い。イオン性ではないの
で、Ａｌ等配線材料を侵さない。液流路構成材料や配線
等を保護する有機系の材料に対するダメージが特に少な
い等が挙げられる。一部の極性溶媒の中には材料に対す
るダメージ以外は上記機能を満足するものがあるが、全
てを過不足なく満足する溶剤としてはエチレングリコー
ルモノエチルエーテルである。

【００３１】また、上述したエチレングリコールモノエ
チルエーテルの利点を損なわない範囲で他の溶剤を適宜
添加することができる。エチレングリコールモノエチル
エーテルを主成分とし他の溶剤を併用して用いる場合、
使用される溶剤としては、ジメチルスルホキシド、ハロ
ゲン化炭化水素、エーテル、アルコール、Ｎーメチルピ
ロリドン、ジメチルホルムアミド、フェノール、水、強
アルカリを含む水等が挙げられる。これらの液体には、
必要に応じて界面活性剤を加えても良い。

【００３２】固体層３の除去手段としては特に限定され
るものではないが、具体的には上記溶媒中に基板を浸漬
したり、必要に応じて超音波処理、スプレー、加熱、攪
拌、その他の除去促進手段を用いて行うことができる。

【００３３】図５は、固体層３を除去後、図２と同様の
位置で切断した液体噴射記録ヘッドの模式的切断面図で
ある。また、図６は、固体層の溶解除去に先立って液供
給口６を設け、その後に、固体層を除去して作成した液
体噴射記録ヘッドの模式的斜視図が示されている。

【００３４】以上のようにして、吐出エネルギー発生素
子２が設けられた基板１上の所望の位置に、所望の液流
路５が形成された液体噴射記録ヘッドが形成される。

【００３５】

【実施例】以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に
説明する。

【００３６】実施例１ 図１ないし図６に示した製作手順に準じて、図６の構成
の液体噴射記録ヘッドを作成した。

【００３７】まず、液体吐出エネルギー発生素子として
の電気熱変換体（材質ＨｆＢ₂ ）を形成したガラス基板
上に、ポジ型レジスト「ＯＺＡＴＥＣ ＰＬ−２６８」
［ヘキストジャパン（株）］からなる乾燥後厚さ２５μ
ｍ相当の感光層をスピンナーで２７００ｒｏｐｍの回転
数で４０秒間回転塗布した。この感光層に図６に相当す
るパターンのマスクを重ね、液流路形成予定部分を除く
部分に１０００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線照射を行った。

【００３８】この場合、液流路の長さは１ｍｍでありノ
ズル密度は１６本／ｍｍでノズル数は１２８本とした。
次に１％の苛性ソーダ水溶液にてスプレー現像を行い、
上記電気熱変換体を含むガラス基板上の液流路形成予定
部分に厚さ約２５μｍのレリーフの固体層を形成した。
次に、この固体層の除去性を高めるため、５０００ｍＪ
／ｃｍ² の量の紫外線を照射した。次に以下に示す組成
からなる硬化性材料を積層した。

【００３９】アデカオプトマートＫＲＭ−４２１０（エ
ポキシ樹脂）［商品名、旭電化工業（株）］ エポライト３００２（エポキシ樹脂）［商品名、共栄社
油脂化学工業（株）］ アデカオプトマートＳＰ−１７０（光重合開始剤）［商
品名、旭電化工業（株）］ 積層の方法としてはアプリケータを用いて５０μｍの厚
さに塗布した。これに２００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線を照
射し硬化した後、オリフィスを形成する位置にて切断し
てポジ型レジストからなる固体層の端面を露出させた。

【００４０】この端面を露出させた基板を、それぞれエ
チレングリコールモノエチルエーテルに浸漬し、超音波
洗浄槽中にて１０分間洗浄し、乾燥させた。

【００４１】このようにして作成した２０個の液体噴射
記録ヘッドの液流路中には、いずれの場合にも固体層の
残渣が全く存在しなかった。またオリフィスの形状は、
液流路構成材料を積層する前の形状がそのまま型取りさ
れていた。また液流路構成材料には、膨潤、クラック、
基板からの剥離等のダメージはなかった。さらに、これ
ら液体噴射記録ヘッドを記録装置に装着し、純水／グリ
セリン／ダイレクトブラック１５４（水溶性黒色染料）
＝６５／３０／５からなるインクジェットインクを用い
て記録を行ったところ、安定な印字が可能であった。

【００４２】実施例２ 実施例１と同様に図６の構成の液体噴射記録ヘッドを作
成した。

【００４３】まず、液体吐出エネルギー発生素子として
圧電体（材質ＰｂＴｉＯ₃ ）を接着したガラス基板上に
液状ポジ型レジスト「ＰＭＥＲ−ＡＲ９００」［商品
名、東京応化（株）］をスピンナーで２５００ｒｐｍの
回転数で５０秒間回転塗布した後２０分間乾燥した。こ
の感光層に、ノズル数２４本、ノズルピッチ０．２５ｍ
ｍ液流路３ｍｍに相当するパターンのマスクを重ね液流
路形成予定部分を除く部分に、４０００ｍＪ／ｃｍ² に
の紫外線の照射を行った。次に、１％苛性ソーダ水溶液
によりスプレー現像を行いレリーフ状固体層を形成し
た。

【００４４】次に固体層の除去性を高めるため、５００
０ｍＪ／ｃｍ² の量の紫外線照射を行った。以後の工程
は実施例１と同様に行い液体噴射記録ヘッドを２０ヶ作
成した。出来上がった液体噴射記録ヘッドの液流路中に
は、いずれも固体層の残渣は全く存在しなかった。ま
た、液流路構成材料には、膨潤、クラク、基板からの剥
離等のダメージはなかった。さらに実施例１と同じイン
クジェットインクを用いて記録を行ったところ、安定な
印字が可能であった。

【００４５】比較例１ ポジ型レジストの除去液としてエチレングリコールモノ
エチルエーテルの代わりにＮ−メチル−２−ピロリドン
を使用する以外は、実施例１と同様にして液体噴射記録
ヘッドを作成した。いずれの液体噴射記録ヘッドにも、
液流路構成材料の膨潤と基板からの微小な剥離が観察さ
れた。また実施例１と同様に印字を行ったが良好な印字
が得られるものはなかった。

【００４６】比較例２ ポジ型レジストの除去液としてエチレングリコールモノ
エチルエーテルの代わりにアセトンを使用する以外は、
実施例１と同様にして液体噴射記録ヘッドを作成した。
いずれの液体噴射記録ヘッドにも、液流路構成材料のク
ラック及び基板からの微小な剥離が観察された。また実
施例１と同様に印字を行ったが良好な印字が得られるも
のはなかった。

【００４７】比較例３ ポジ型レジストの除去液としてエチレングリコールモノ
エチルエーテルの代わりにジメルスルホキシドを使用す
る以外は、実施例１と同様にして液体噴射記録ヘッドを
作成した。しかし、いずれの液体噴射記録ヘッドにも、
液流路構成材料の基板からの微小剥離が観察された。原
因を調べてみると、配線等を保護する有機系の材料に対
するダメージが見られた。また、実施例１と同様に印字
を行ったが良好な印字が得られるものはなかった。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によってもた
らされる効果としては、以下に列挙するようなものが挙
げられる。

【００４９】１）液体噴射記録ヘッドの製作のための主
要工程が、いわゆる印刷技術、すなわちフォトレジスト
を用いた微細加工技術に因るため、ヘッドの細密度を、
所望のパターンで、しかも極めて容易に形成することが
できるばかりか、同構成の多数のヘッドを同時に加工す
ることもできる。

【００５０】２）腐蝕性／侵食性のある水溶液、あるい
は有機溶剤を媒体とする記録液に対して接着性あるいは
機械的強度に優れた材料をヘッド構成材料として用いる
ので、記録装置としての耐久性あるいは信頼性を高める
ことができる。

【００５１】３）主要構成部位の位置合わせを容易にし
て確実にな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。

【００５２】４）高密度マルチアレイ液体噴射記録ヘッ
ドが簡単な方法で得られる。

【００５３】５）液流路を構成する溝壁の厚さの調整が
極めて容易であり所望の寸法の液流路を形成することが
できる。

【００５４】６）連続、かつ大量生産が可能である。

【００５５】７）液流路形成のためのエッチング液（フ
ッ化水素酸等の強酸類）を特に使用する必要がないの
で、安全衛生の面でも優れている。

【００５６】８）液流路形成のための固体層の除去が短
時間で行えるので、低コストで液体噴射記録ヘッドが作
成できる。

【００５７】９）液流路構成材料及び配線等を保護する
有機系の材料に対するダメージが小さいので、基板から
の剥離や、これらの材料の膨潤、クラック等が発生せず
信頼性の高い液体噴射記録ヘッドを作成できる。

【００５８】１０）固体層除去に使用する溶剤の室温に
おける蒸気圧が小さいので気化によるロスが少なく、安
全衛生上も有利である。

【００５９】１１）固体層除去に使用する溶剤の引火点
が高く火災の危険性が小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体噴射記録ヘッドの液流路を設ける
ための基板で、その基板上に固体層を形成する前の状態
を示す模式的斜視図である。

【図２】図１に示す基板上に固体層を形成した後の模式
図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。

【図３】図２に示す固体層に液流路構成材料を積層した
後の基板の模式的断面図である。

【図４】図２に示す固体層に液状の硬化性材料を用いて
硬化させた後の基板の模式的断面図である。

【図５】図３または図４に示す固体層を除去した後の基
板の模式的断面図である。

【図６】完成された状態における液体噴射記録ヘッドの
模式的斜視図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 液体吐出エネルギー発生素子 ３ 固体層 ４ 液流路構成材料 ５ 液流路 ６ 液供給口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に液流路のパターン状に感光性材
   料の固体層を設ける工程と、該固体層が設けられた前記
   基板上に該固体層を囲んで液流路構成材料の少なくとも
   一部を積層する工程と、前記固体層の前記基板上より除
   去する工程を含むことを特徴とする液体噴射記録ヘッド
   の製造方法において、前記固体層がポジ型レジストであ
   り、前記液流路構成材料が、エポキシ樹脂であり、前記
   固体層を除去する際に、エチレングリコールモノエチル
   エーテルまたはエチレングリコールモノエチルエーテル
   を主成分とする溶剤を用いることを特徴とする液体噴射
   記録ヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 前記ポジ型レジストがナフトキノンジア
   ジド型ポジ型レジストまたは化学増幅型ポジ型レジスト
   であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射記録
   ヘッドの製造方法。