JPS6122955A - インクジエツト記録ヘツドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、インクジェット記録ヘッド、詳しくは、イン
クの小滴を発生させ、それを紙などの被記録材に付着さ
せて記録を行なうインクジェット記録方式に用いるイン
ク小滴発生用の記録ヘッドの製造方法に関する。

〔従来技術〕

インクの小滴を発生させ、それを紙などの被記録材に４
１着させて記録を行なうインクジェット記録方式は、記
録時の騒音の発生が無視できる程度に極めて小さく、か
つ高速記録が可能であり、しかも昔通紙に定着などの特
別な処理を必要とせずに記録を行なうことのできる記録
方式として注目され、最近種々のタイプのものが活発に
研究されている。

インクジェット記録方式に用いられる記録装置の記録ヘ
ッド部は、一般にインクを吐出するためのオリフィスと
、該オリフィスに連通しインクを吐出するためのエネル
ギーがインクに作用する部分をイＪするインク通路と、
該インク通路に供給するインクを貯留するためのインク
室と、該インク室に記録ヘッド外部からインクを供給す
るためのインク供給孔とを有している。

記録の際のインクを吐出するためのエネルギーは、イン
ク通路の一部を構成するインクに前記工ネルギーを作用
させる部分（エネルギー作用部）の所定の位置に配設さ
れた発熱素子、圧電素子等の種々のタイプのエネルギー
発生素子によって”発生される。

このような構成のイン、クジエツト記録ヘッドを作成す
る方法として、例えば、ガラス、金属等の平板にエツチ
ング法等により、微細な溝を形成したり、あるいは前記
平板上に感光性樹脂組成物の溝壁をフォトリソグラフィ
一工程を用いて積層して溝を形成し、このようにして形
成された溝付き板を、他の平板と接合してインク通路を
設け、その後、インク通路の下流側の所定の位置で、イ
ンク通路に対して垂直に接合平板を切削加工することに
よって切削面にオリフィスを形成する方法が知られてい
る。

以下１図面を用いて従来のインクジェット記録ヘッドの
製造方法を説明する。

第２図〜第８図は、従来のインクジェット記録ヘッドの
製作手順を説明するための模式図である。

第２図の工程では、ガラス、セラミック、プラスチック
あるいは金属等の基板ｌ上に発熱素子やピエゾ素子等の
インク吐出圧発生素子２が所望の個数配置され、更に必
要に応じて耐インク性、電気絶縁性を付与する目的で、
５ｉ０２、Ｔａ２０５　　ガラス等の薄膜３が被覆され
る。なお、インク吐出圧発生素子２には、図示されてい
ないが、信号入力用電極が接続しである。

統〈第２工程では、第２図の工程を経て得られた基板ｌ
の薄膜層３の表面を清節化すると共に転帰させた後、薄
膜層３に重ねて、８０℃〜１０５℃程度に加温されたド
ライフィルムフォトレジスト４（ＩＩ１１！厚、約２５
７１１１〜１００　％）を０．５〜０．４　ｆ　／＋ｍ
ｉｎ。

の速度、１〜３　Ｋｇ／　ｃｓ’の加圧条件下でラミネ
ートする。このとき、ドライフィルムフォトレジスト４
は、ｆＩル１１９層３に密着する。

続いて、第３図に示すように、基板１面上に設けたドラ
イフィルムフォトレジスト４上に、所定の形状の光を透
過しないパターンを有するフォトマスク５を重ね合わせ
た後、このフォトマスク５の上部から露光（図中、矢印
）を行なう、なお、上記パターンのインク通路に相当す
る部分は、基板ｌ上に配設された吐出エネルギー発生素
子２の設置領域を充分覆い、露光、現像処理の後に形成
され、るインク通路中に上記素子２が設けられるように
上記パターンが形成され、かつフォトマスク５と基板１
との位置合わせが行なわれる。

このように露光を行うと、前記パターンに覆われた領域
以外、すなわちフォトレジスト４の露光された部分が重
合硬化し、露光されなかった部分が、溶剤可溶性のまま
であるのに対して溶剤不溶性となる。

次に、揮発性有機溶剤、例えばトリクロルエタン中に浸
漬し、溶剤可溶性５であるドライフィルムフォトレジス
ト４の未重合（未硬化）部分が基板ｌ上から溶解除去さ
れ、基板ｌ上に硬化フォトレジスト膜４Ｐが第４図に示
すように残される０次に基板ｌ上の硬化フォトレジス）
Ｉ＋！４Ｐを、該膜４Ｐの耐溶剤性を向上させる目的で
更に硬化させる。

フォトレジスト１ｌ１４Ｐを更に硬化させる方法として
は、例えば１５０℃〜２５０　’Ｃｔで硬化フォトレジ
スト膜４Ｐを３０分〜６時間程度加熱して熱重合させる
、あるいは５０〜２００■讐／ｃ■２の紫外線強度で紫
外線を照射する等の方法を挙げることができるが、これ
らの方法を併用するのが望ましい。

このようにして、硬化フォトレジスト膜４Ｐからなる壁
を基板ｌ上に設けることにより、インク通路及びインク
供給室を構成する溝６が第一図に示すように形成される
。

次に、第５図に示すように、上記のようにして形成され
たｈｖＩ６の覆い７となる平板が硬化７オトレシストＩ
ｊ４４Ｐ上に接着剤８によって接着固定され、接合体１
２が形成される。

なお、ＷＩい７を固定する方法としては、ｖｃ着剤を用
いた方法に限らず、例えば接着剤を用いずに、圧着によ
って固定することもできる。

第５図に示した工程に於いて、覆い７を付設する具体的
な方法としては、 ｌ）　ガラス、セラミック、金属、プラスチック等の平
板７にエポキシ樹脂系接着剤１厚さ３〜４鱗にスピンコ
ードした後、予備加熱して接着剤層８を、いわゆるＢス
テージ化させ、＝れを硬化したフォトレジスト４Ｐ上に
貼り合わせた後前記接着剤層８を、本硬化させる。ある
いは２）アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン等
の熱可塑性樹脂の平板７を硬化したフォトレジス）４Ｐ
上に、直接、熱融着させる等の方法がある。

ここで、第５図の工程終了後の接合体１２の外観を第６
図の模式的斜視図に示す、第６図に於いて、６−１はイ
ンク供給室、６−２はインク通路、９はインク供給室６
−１に不図示の記録ヘッド外部から内部へインクを供給
するためのインク供給管を連結するための貫通孔を示す
。

このようにして、１１６の形成された基板ｌと平板７と
の接合が完了した後、この接合体１２を第６図のインク
通路の下流側にあたるｃ−ｃ′に添って切削して、切削
面に於けるインク通路の開口部である、インクを吐出す
るためのオリフィスを形成する。

この工程は、インク吐出圧発生素子２とオリフィス６−
３　との間隔を適正化するために行なうものであり、こ
こで切削する領、域は適宜選択さ“れる、この切削に際
しては、半導体工業で通常採用されている超薄型のダイ
′アモンドブレードを回転させて９ノ削を行なうダイシ
ング法、が適用することができる。

なお、ここでいうインク通路下流部とは、記録ヘッドを
用いて記録を行なっている際のインクの流れ方向に於け
る下流領域、具体的には、吐出エネルギー発生素子２の
設置位置より下流のインク通路の部分を言う。

このｃ−ｃ　′切削に際して、従来の記録ヘッド製造法
に於いては、前述したように５切削のためのジノ削速度
等の操作条件を一定にして、一度に前記接合体を切削し
ていた。

ところが、前記接合体は、基板ｌ、保護層３゜硬化フォ
トレジスト膜４Ｐ、接着剤層８及び覆い７から構成され
、これらの構成部分を形成している各材料は、通常異種
の材料からなり、各々の材料に適切な切削に際しての操
作条件は、それぞれ個々の材料によって異なる。従って
、上記の従来の゛方法のように、操作条件を一定にして
、前記接合体を切削すると、各材料に適した切削条件で
切削できないために、適切な条件で切削されない部分に
、割れや欠は等が生じたり、また一度に切削するために
、比較的硬度の高い材料１例えばガラス等の切削片が他
の材料１例えば硬化フォトレジス）ＩＩＩ４Ｐを破損し
たりするなどの欠陥を発生させ易かった。

上記のように従来法には、記録ヘッドを構成する板部材
の欠けや割れ、更に各部材の接合に於ける剥離等の欠陥
が生じ易いという問題があり、このような欠陥は、切削
加工歩留りの低下、オリフィスの部分に欠けや割れがあ
る場合の不安定な吐出方向やインク小滴の分散等のイン
ク吐出不良、あるいは基板に割れが生じた場合の割れ部
分に侵入したインクとの接触による吐出エネルギー発生
素子や駆動信号入力用電極の電蝕や断線等の不良を招き
、記録ヘッドの性能及び信頼性を著しく損なう原因とな
っていた。

そこで上記のように一度に切削することによる欠陥のな
いように、本発明者は先に２段階以上に　　　　゛分け
で切削する方法を発明して出願した。

２段階以上に分けて切削する方法とは、接合体１２の各
構成部材のそれぞれを切削する際に、各構成部材に適し
た条件に随時切削条件を変えた２段階以上の工程によっ
て切削を行なう方法である。

第７図（ａ）　〜第７１！！１（ｄ）は２段階以上の切
削上程の一例を説明するための模式図であり、第７１司
（ａ）及び第７図ＣＣ）は、記録ヘッドのオリフィス側
から見た第６図に於るｃ−ｃ　′に沿うたν」削状況を
示した図であり、第７図（ｂ）及び第７図（ｄ）は、記
録ヘッド側面から見た場合の前記切削状況を示した図で
ある。

この例に於いては、Ｎい７が比較的硬度が高く切削に時
間を要する例えばガラス、セラミック等材料からなり、
その他の部分が樹脂等の切削の容易な材料からなる記録
ヘッドが、各構成部材の切削条件に適した条件を適宜選
択した２段階の切削工程によって切削される。

第１段階の工程では、第７図（ａ）及び第７図（ｂ）に
示したように、まずガラス等からなる覆い７の部分が第
６図に於けるｃ−ｃ　′に沿って完全に切削分離され、
硬化フォトレジスト膜４Ｐをわずかに切り込む程度の高
さにダイアモンドブレード１１がセットされ、更に覆い
７を形成している材料に適した切削速度、ダイアモンド
ブレードの種類、回転数等の条件が適宜設定されて、切
削が行なわれる。

通常、ガラス、セラミック等の材料からなる覆い７の切
削は、切削速度を遅くして行なわれるのが好ましい。

この第１段階の切削工程に於いて、覆い７を形成してい
る材料の切削片は、インク通路を形成している空間６を
通して切削面から順次除去される。

続いて行なわれる第２段階の切削工程に於いては、上記
のような第１段階の切削工程ですでに覆い７が切断され
た第６図に示したｃ−ｃ’線に沿った残りの部分が切削
される。この第２段階の切削に際してのダイアモンドブ
レードの高さは、接合体１２を完全に切削分離できる高
さ、すなわちＪ、（板１　”Ｆ部まで切削できる高さに
設定される。この段階に於ける切削速度、ダイアモンド
ブレード１１の回転数等の切削条件もまた切削される部
分を形成している材料に適した条件に適宜設定される。

。 この例に於いて切削される記録ヘッドの第２段階の切削
工程で切削される部分は、主に樹脂等の切削し易い材料
からなり、前記第１段階の切削速瓜よりも速い切削速度
でこの部分の切削を行なうことができる。

以１−のような方法に於け゛る切削工程によれば、各記
録ヘッドの構成部分に適した切削条件で切削を行なうこ
とができる。

切削工程は、２段階に分けられ、工程数は増加している
が、各記録ヘッドの構成部分に適した切削速度で切削が
行なわれ、特に切削し易い部分の切削速度をより速くす
ることができ、従来覆い７の遅い切削速度に合わせて一
度に切削していたのに対して、全体としての切削時間は
短縮される。

なお４．この例に於いては、２つの切削条件に対する要
求性の異る部分から接合体１２が形成されていたので、
切削工程は２段階に分割されたが、切削条件に対する要
求性の異なる部分が３つの部分以上からなる場合には、
それぞれの切削部分に対応して条件で行なわれる３段階
以上の工程に、本発明の製造法に於ける切削工程が分割
される。

以上のよう、なインクジェット記録ヘッドの製造方法に
於ける切削工程によって、第８図に示すようにオリフィ
ス６−３が形成され、切削時に発生する切削カスを洗浄
除去した後、更に貫通孔９にインク供給管１０を接合し
て本発明の方法によりインクジェット記録ヘッドが形成
される。

第８図に示したインクジェット記録ヘッドに於いては、
インク通路６−２とインク供給室６−１の側壁がフォト
レジスト硬化膜４Ｐによって一体成形されているが、イ
ンク通路とインク供給室、を別々に成形した後接合して
形成される記録ヘッドについても」二記の方法を適用す
ることができる。

２段階切削法は、上述のように構成部材に合わせた切削
条件の設定が容易であること、従来の１段階切削法に比
べ、形成されるオリフィス面に損傷が少ないこと、切削
時間が短縮される等の利点を有する。しかしながら、覆
い７を形成している材料の切削片による他部分の切削面
の損傷を避けるため、第一段階の切削工程により、硬化
レジスト膜４Ｐまで切りこむので、第一段階の切削工程
で形成されるオリフィス面の損傷は免れ得なかった。

〔発明の目的〕

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、
その目的は、切削加工の際の前述したような欠陥を生じ
ることなく、仕上り精度が良く、かつ歩留り良く、信頼
性の高いインクジェット記録ヘッドを製造することので
きる方法を提供することにある。

〔発明の開示〕 上記の［１的は、以下の本発明の方法によって達成する
ことができる。

すなわち、少なくとも基板と、該基板面に形成されたイ
ンク通路と、該インク通路の覆いとが積層されて接合さ
れてなる接合体の前記インク通路下流側を切削してオリ
フィスを形成する工程を含むインクジェット記録へラド
の製造方法に於いて、前記切削工程を２段階以上に分け
て軒ない、かつその第一段階の切削をオリフィス面相当
位置よりインク通路上流側においてインク通路の覆いの
途中まで行なう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。

以下、図面を用いて本発明の方法に於ける切削工程を詳
細に説明する。

第１図（ａ）及び第１　（ｂ）は本発明の方法に於ける
切削工程の一例を説明するための模式図であり、記録へ
−２ド側面から見た場合の前記切削状況を示した図であ
る。

第１段階の工程では、第１図（ａ）に示したように、ま
ずガラス等からなる覆い７の部分がオリフィス形成予定
位置（第６図に於けるｃ−ｃ’　）よりわずかにインク
通路上流側にて切削される。

具体的には、覆い７の硬化フォトレジスト膜４Ｐに近い
部分をわずかに残す程度の高さにダイアセン１ニブレー
ド１１がセットされ、更に覆い７を形成している材料に
適した切削速度、ダイアモンドブレードの種類、回転数
等の条件が適宜設定されて、ジノ削が行なわれる。

続いて行なわれる第２段階の切削工程に於いては、ダイ
アモンドブレード１１を所定のオリフィス形成位置にセ
ットし、第６図に示したｃ−ｃ’線に沿った部分が切削
される。この第２段階の切削に際してのダイアモンドブ
レードの高さは、接合体１２を完全に切削分離できる高
さ、すなわち基板１Ｆ部まで切削できる高さに設定され
る。この段階に於（する切削速度、ダイアモンドブレー
ド１１の回転数等の切削条件もまた切削される部分を形
成している材料を考慮し、平滑なオリフィスを精度良く
形成できる条件に設定される。

以りのように、第１段階の切削を、オリフィス面相当位
置のインク通路上流側において、インク通路の覆いの途
中まで行なうことにより、第２段階の切削の際の覆い７
の部分の切削片を第１段階の切削部分とインク通路を形
成している空間６を通して除去できる。従って、覆い７
を形成している材料の切削片によっ・て覆い７以外の部
分が損傷を受ける危険性はほとんど解消される。更に、
第２段階の切削の際の抵抗を低減することができる。

なお、本例においては、第２段階の切削工程により、接
合体１２の切削を一回で行なったが、覆い７の部分を第
２段階の切削工程で、残りの部分を第３段階の工程で行
なえば更に望ましい、切削工程の分割は、第１図（Ｃ）
のように、第２段階の工程で基板ｌの途中まで切削し、
残りの部分を第３段階とするなど、切削条件に対する要
求性に対応して、３段階以上の工程に分けられてもよい
。

以上のような本発明のインクジェット記録ヘッドの製造
方法によれば、切削によるオリフィス形成に際して、２
段階以上に切削工程を分割したことにより、従来の方法
に於いて発生していた割れや欠は等の損傷を生じさせる
ことなく、また各記録ヘッド構成部分の接合部に損傷を
与えることなく、信頼性の高いインクジェット記録ヘッ
ドを歩留り良く形成することができる。更に、精度良く
、１Ｌ滑なオリフィス面が形成され、インク吐出の安定
した、すなわちインク着弾点精度が高く、信頼性の高い
インクジェット記録ヘッドを形成することができる。

また、切削によるオリフィス形成工程に要する１１′ｊ
間を従来の方法と比べて、かなり短縮することができ、
しかも切削すべき部分を形成している材、ｔｌに適した
条件で切削することが可能であるのでインクジェット記
録ヘッドの製造に於ける歩留り及び殖産性が本発明の方
法により向上した。

以下、実施例及び比較例に従って本発明の方法を更に詳
細に説明する。

実施例 第１図（ａ）〜第１図（ｂ）を用いて先に説明した切削
工程により接合体１２の切削を行ない、本　　□発明の
方法により、インク吐出エネルギー発生素子として発熱
素子を用いた２４個のオリフィス（オリフィス寸法；　
７５％　Ｘ　５０％、ピッチ０．１２５ｍｍ　）を有す
るオンデマンド型インクジェット記録ヘッドの作成を実
施した。

なお、本実施例に於いて記録ヘッドを構成する各部材に
は、基板としてシリコンウェハー（直径４インチ）、基
板上の保護膜として５ｉ０２、インク通路及びインク供
給室の側壁を形成するフォトレジスト硬化膜としてリス
トン７３０Ｓ　（厚さ７５．、Ｄｕ　Ｐａｎｔ社製）、
覆いの接合用接着材としてエポキシ系接着剤及び覆いと
して、シリコンウェハー（直径４インチ）を用いた。

本実施例に於いては、市販のダイシング・ソー（商品名
、　ＤＡ口２１（／８型、ＤＩＳＯＣＯ社製）を用いて
。

第１段階の切削の所要時間を約５０秒、第２段階の切削
の所要時間を約１分３０秒にして二回に分けた切削工程
を実施した。

この切削工程に際しては、２４個のオリフィスを有する
８個の記録ヘッドに相当する接合体を１ラインに連続し
て配置し、切削によるオリフィス形このようにして形成
された記録ヘッドの切削工程に於ける歩留まり及び信頼
性を以下のようにして３９価した。

切削工程歩留まりは、２００ヘッド分のオリフィスを形
成した時点での良品、すな゛わち割れや欠は笠の損傷の
ないものの割合いで表わした。

次に、ｆｉ）られた良品を用いてインク（水２０　Ｋ、
エチレングリコール７８ｚ及び黒色染料２χ含有）を使
用して記録を行なったときのインク着弾点誤差を以下の
ようにして測定した。

まず、記録ヘッドをオリフィス配列方向が垂直になるよ
うに固定して、オリフィスより２騰麿の距離に重直にセ
ットされ、かつオリフィス配列方向と直交する方向、す
なわち水平方向に０．２５ａ／５ｅｃ−で走査する紙面
上に、５００Ｈ２でオリフィス１本おきに１２木回時に
上記インクを吐出させた。

次に、得られた記録物から着弾点誤差を算出した。

すなわち、得られた記録物のオリフィスの配列方向に相
当する方向をＸ軸、これに直交する方向をＹ軸とし、紙
面上の任意の１ドツトを原点に取り、ｘ−Ｙ座標を設定
した０次にこの座標内での記録された各ドツトのＸ座標
値を、各ドツトの両端のＸ座標値の相加平均値から求め
、同様の操作をＹ座標方向についても行ない各ドツトの
Ｘ−Ｘ座標値を求めこれを着弾点とした。そして、Ｘ軸
方向に隣接する２つのドツトの着弾点のＸ座標値の差を
算出し、これとオリフィスのピッチの２倍、すなわち０
．２５■層との差をＸ軸方向の着弾点誤差とした。また
、Ｘ軸方向に隣接する２つのドツトのＸ座標値の差をＹ
軸方向での着弾点誤差とした。これらの計算を、ｌヘッ
ドについて５０パルス分のドツト、すなわち６００　ド
ツトについて行なった。

このようにして得られた着弾点誤差の１ヘツドごとに得
られたの最大値を２０ヘッド分について平均した値を表
１に示す。

更にｓ　ｘ　ｔｏｅ回の吐出後に、オリフィスからの欠
けや割れ等の欠陥があった場合のインクの侵入が原因と
なる電極の断線の発生の有無を電極に通電することによ
り試験して、これら得られた製品についての信頼性を評
−価した。

これらのＪ？価結果を表１に示す。

比較例 オリフィスの切削形成に際し、−回の切削（所要時間、
５分２０秒）によってオリフィスを形成する以外は、実
施例と同様にしてインクジェット記録ヘッドの作成を行
なった。

このｊ：うにして形成された記録ヘッドの切削工程に於
ける歩留まり及び信頼性を実施例と同様にして評価し、
その結果を表１に示す。

以１：の表１に示した実施例及び比較例に於いて作成さ
れたインクシェフ７ト記録ヘツドの評価結果をまとめる
と、実施例で示したように本発明の方法に於６オリフイ
ス形成のための切削工程に於いては、切削に要する時間
は、従来の方法（比較例）による所要時間よりも、約３
分程度短縮され、オリフィス形成切削工程に於ける歩留
まりは、約６％程度向上している。

また、本発明の方法により作成された記録ヘッドのイン
ク着弾点精度は、従来の方法により作成された記録ヘッ
ドと比較して、飛躍的に改善されており、電極の断線は
本発明の方法により作成された記録段ツドに於いては認
められず、信頼性の高い記録ヘッドが作成された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法
を説明するための模式図であり、第２図から第８図は、
従来のインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明する
ための模式図である。 ｌ二基板 ２：吐出エネルギー発生素子 ３：保ｗ１膜 ４ニドライフイルムフオトレジスト ４Ｐ：硬化フォトレジスト膜 ５：フォトマスク ６：インク通路を形成する溝 ８−１：インク供給室 ８−２：インク通路 ６−３＝オリフイス ７：覆い ８：接着剤層 ′　９：インク供給孔 １０：インク供給用パイプ １１：ダイアモンドブレード ！２：接合体 第　　１　　　図　　（α） 卸、　１　　図Ｃ４） 第１　図（Φ） 第　　　２　　図 九 竿３図 第４図 （ａ） 第　　７ （ｂ） （ｄ） 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも基板と、該基板面に形成されたインク通路と
   、該インク通路の覆いとが積層されて接合されてなる接
   合体の前記インク通路下流側を切削してオリフィスを形
   成する工程を含むインクジェット記録ヘッドの製造方法
   に於いて、前記切削工程を２段階以上に分けて行ない、
   かつその第一段階の切削をオリフィス面相当位置よりイ
   ンク通路上流側においてインク通路の覆いの途中まで行
   なう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。