JPH02249652A - 液体噴射記録ヘッドの製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液路中の吐出エネルギー発生体対応部への液
体の供給方向と、吐出口からの液体の吐出方向とが異な
るタイプの吐出口プレートを構成の一部とする液体噴射
記録ヘッドの製造方法に関する。

［従来の技術］ 吐出口から液体を吐出させて記録を行なう液体噴射記録
ヘッドとしては、各種のタイプのものが知られている。

大別すると、液路中の吐出エネルギー発生体から液体の
吐出のためのエネルギーが液体に作用する部分への液体
の供給方向と、吐出口からの液体の吐出方向とがほぼ同
じタイプとこれらの方向が例えば９０℃と異なるタイプ
とがある。

後者のタイプの製造方法としては、例えば特開昭５６−
１２３８６９号公報等に開示された以下に述べる方法が
知られている。

まず、第５図（ａ）に示すように液体の吐出に必要なエ
ネルギーを発生させるエネルギー発生体２が設けられた
基板１に、通常行なわれているフォトリソグラフィーの
手法により、エネルギー作用室１８、各エネルギー作用
室の共通の液室１１を、例えば感光性材料を用いて所定
の形状の壁１６を形成する。

次に、第５図（ｂ）に示すように液体を吐出する吐出口
８を有する吐出口プレート６を、各吐出口が各エネルギ
ー作用室に対応して配置されるように位置合わせして、
接着剤１７により壁１６に接合し、第５図（Ｃ）の平面
図に示される液体噴射記録ヘッドが得られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のような従来の方法では、エネルギ
ー作用部や共通液室を形成する壁が感光性材料を用いて
形成された後に吐出口プレートが接着剤によって接合さ
れる工程が用いられているために、以下のような問題が
生ずる場合があった。

ｌ）　基板上に形成された液路や共通液室内に製造工程
を通して、ゴミやチリ等が混入し、残留しやすく、歩留
りが悪い。

２）　吐出口プレートの接合時における接着剤の種類や
適用条件の設定がむずかしく、場合によっては吐出口が
接着剤によりふさがれたり、液路や共通液室内に接着剤
が流れ込んでしまう。

３）基板、感光性樹脂を用いて形成された壁、接着剤層
、吐出口プレートの各接合面にバランス良い接着強度を
得るためには、用いる接着剤の種類が限定されてしまう
。

４）吐出口プレートの基板上の壁との接合面に、良好な
接着に必要な平面性が要求される。

本発明の目的は、上述の接着剤を用いて吐出口プレート
を液路等を形成する壁に接合する工程を有する方法にお
ける問題を解決した液体噴射記録ヘッドの製造方法を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法は、基体上に、
液路を形成するための固体層と、該固体層を覆うように
設けられる感光性材料層と、前記液路に連通ずる吐出口
が設けられた吐出口プレートとをこの順に積層する工程
と、前記感光性材料層に活性エネルギー線をパターン状
に照射する工程と； 前記固体層と前記感光性材料層の前記パターンに対応し
た未硬化部分とを除去し、前記液路を形成する工程と： を含むことを特徴とする。

本発明の方法によれば、液路等となる部分が固体層によ
り占有されているので、上述の従来方法のように液路等
内へのゴミ、チリ等の混入及び残留がない。

また、感光性材料層（活性エネルギー線硬化性層）の少
なくとも液路の壁となる部分への活性エネルギー線の照
射による硬化処理を介して、基板、硬化層からなる壁、
吐出口プレートの良好かつバランス良い接合状態が得ら
れ、接着剤の使用にともなう上述の各種問題を回避でき
る。

以下図面を参照しつつ本発明の方法の一例を詳細に説明
する。

なお、以下の例では、本発明の方法により液路及び共通
液室が形成されているが、共通液室の同時形成は必要に
応じて行なえば良く、液路のみの形成に本発明の方法を
用いても良い。

まず、第１図（ａ）に示す吐出エネルギー発生体２が所
定位置に配され、液体供給口３を有する基板１上に、少
なくとも液路となる部分を占有する固体層４を設ける。

固体層を設けた状態の断面図を第１図（ｂ）に、平面図
を第２図（ａ）に示す。

基板１は、液路および共通液室の一部（底部）を構成し
、また固体層４および後述の活性エネルギー線硬化性材
料層形成時の支持体として機能させるものであり、その
形状、材質は所望とする液体噴射記録ヘッドの設計に応
じて選択される。

液体の吐出のためのエネルギーを発生させる吐出エネル
ギー発生体としては、吐出エネルギーとしての熱エネル
ギーを発生できる電気熱変換体等の熱エネルギー発生体
や圧電素子等の吐出のための圧力を発生するものなどが
利用できる。

吐出エネルギー発生体には図示されていないが、吐出エ
ネルギーの発生を指示する信号を付与する手段、例えば
電気的信号を印加する電極等が接続される。また、これ
ら吐出エネルギー発生体の耐用性の向上環を目的として
、保護層等の各種の機能層が所望に応じて設けられてい
ても良い。

上記固体層４は、後述する各工程を経た後に除去され、
該除去部分が液路および共通液室となる。従って、固体
層４の配置は、所望とする液路及び共通液室の形状及び
配置に応じて決定される。

このような固体層４を構成するに際して用いられる材料
および手段としては、例えば下記に列挙するようなもの
が具体的なものとして挙げられる。

■　感光性ドライフィルムを用い、所謂ドライフィルム
の画像形成プロセスに従って固体層を形成する。

■　基板１上に所望の厚さの溶剤可溶性ポリマー層およ
びフォトレジスト層を順に積層し、該フォトレジスト層
のパターン形成後、溶剤可溶性ポリマー層を選択的に除
去する。

■　樹脂に印刷する。

■に挙げた感光性ドライフィルムとしては、ポジ型のも
のもネガ型のものも用いることができるが、例えばポジ
型ドライフィルムであれば、活性エネルギー線照射によ
って、現像液に可溶化するポジ型ドライフィルム、また
ネガ型ドライフィルムであれば、光重合型であるが塩化
メチレンあるいは強アルカリで溶解あるいは剥離除去し
得るネガ型ドライフィルムが適している。

ポジ型ドライフィルムとしては、具体的には、例えば’
０ＺＡＴＥＣＲ２２５Ｊ　　［商品名、ヘキストシャハ
ン■］等、またネガ型ドライフィルムとしては、ｒＯＺ
ＡＴＥｃ　ＴシリーズＪ［商品名、ヘキストジャバン■
］　、　ｒＰＨＯＴＥｃ　ＰＨＴシリーズ」　［商品名
、日立化成工業■］　、　’ＲＩＳＴＯＮ、　［商品名
、デュ・ボン・ド・ネモアース・Ｇｏ］等が用いられる
。

もちろん、これらの市販材料のみならず、ポジティブに
作用するＩＭ脂組成物、例えばナフキノンシアド誘導体
とノボラック型フェノール樹脂を主体とする樹脂組成物
、及びネガティブに作用する樹脂組成物、例えばアクリ
ルエステルを反応基とするアクリルオリゴマーと熱可塑
性高分子化合物および増感剤を主体とする組成物、ある
いはポリチオールとポリエン化合物および増感剤とから
成る組成物等が同様に用いることができる。

■に挙げた溶剤可溶性ポリマーとしては、それを溶解す
る溶剤が存在し、コーティングによって被膜形成し得る
高分子化合物であればいずれでも用い得る。ここで用い
得るフォトレジスト層としては、典型的にはノボラック
型フェノール樹脂とナフトキノンジアジドから成るポジ
型液状フォトレジスト、ポリビニルシンナメートから成
るネガ型液状フォトレジスト、環化ゴムとビスアジドか
ら成るネガ型液状フォトレジスト、ネガ型感光性ドライ
フィルム、熱硬化型および紫外線硬化型のインキ等が挙
げられる。

■に挙げた印刷法によって固体層を形成する材料として
は、例えば蒸発乾燥型、熱硬化型あるいは紫外線硬化型
等のそれぞれの乾燥方式で用いられている平板インキ、
スクリーンインキならびに転写型の樹脂等が用いられる
。

以上に挙げた材料群の中で、加工精度や除去の容易性あ
るいは作業性等の面から見て、■の感光性ドライフィル
ムを用いる手段が好ましく、その中でもポジ型ドライフ
ィルムを用いるのが特に好ましい。すなわち、ポジ型感
光性材料は、例えば解像度がネガ型の感光性材料よりも
優れている、レリーフパターンが垂直かつ平滑な側壁面
を持つ、あるいはテーバ型ないし逆テーバ型の断面形状
が容易につくれるという特長を持ち、液流路を形づくる
上で最適である。また、レリーフパターンを現像液や有
機溶剤で溶解除去できる等の特長も有しており、本発明
における固体層形成材料として好ましいものである。特
に、例えば先に挙げたナフキノンジアジドとノボラック
型フェノール樹脂を用いたポジ型感光性材料では、弱ア
ルカリ水溶液あるいはアルコールで完全溶解できるので
、吐出エネルギー発生素子の損傷を何ら与えることがな
く、かつ後工程での除去もきわめて速やかである。この
ようなポジ型感光性材料の中でも、ドライフィルム状の
ものは、１０〜１００μＩの厚膜のものが得られる点で
、最も好ましい材料である。

次に、固体層４が形成された基板１に第１図（ｄ）に示
されるように、該固体層４を覆うように活性エネルギー
線硬化性材料層５が積層される。

活性エネルギー線硬化性材料としては、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、
該材料は、液路および共通液室の壁を形成して液体噴射
記録ヘッドの構造材料と成るものであるので、基板１ど
の接着性、機械的強度、寸法安定性、耐蝕性の面で優れ
たものを選択し用いることが好ましい。そのような材料
を具体的に示せば、液状で、紫外線硬化および電子ビー
ム硬化などの活性エネルギー線硬化性材料が適しており
、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、尿素樹脂等が用いられる。特に、光によ
ってカチオン重合を開始することのできるエポキシ樹脂
、先によってラジカル重合できるアクリルエステル基を
持ったアクリルオリゴマー類、ポリチオールとポリエン
を用いた光付加重合型樹脂、不飽和シクロアセタール樹
脂等は、重合速度が大きく、重合体の物性も優れており
、構造材料として適している。

活性エネルギー線硬化性材料の積層方法としては、例え
ば基板形状に即したノズルを用いた吐出器具、アプリケ
ータ、カーテンコータ、ロールコータ、スプレコータ、
スピンコータ等の手段で積層する方法が具体的なものと
して挙げられる。

尚、液状の硬化性材料を積層する場合には、該材料の説
気を行フた後、気泡の混入を避けながら行うのが好まし
い。

次に、第１図（ｄ）に示すように、基板１の活性エネル
ギー線硬化性材料層５上に吐出口プレート６を接合する
。

この接合操作において、活性エネルギー線硬化性材料層
を所要の厚さにするべく、例えば吐出口プレート６と基
板１の間にスペーサーを設けたり、吐出口プレート６の
端部に凸部を設ける等の工夫をしてもよい。

吐出口プレート６の上面には、活性エネルギー線硬化性
材料層の硬化に必要な活性エネルギー線を遮断する遮断
層７が設けられている。その状態の平面図を第２図（ｂ
）に示す。

遮断層７は、少なくとも、吐出口８と液路との連通部が
後述の工程で形成できる位置に設けられる。また、液路
、液路中に形成される吐出エネルギー発生体に対応した
領域としてのエネルギー作用室、共通液室の容量を大き
くして流体抵抗を減じる必要がある場合には、第１図（
ｄ）に示すように液路や共通液室の必要部上にも遮断層
を設ければ、それらの天井部分に相当する位置にある活
性エネルギー線硬化性材料層を後述の工程で除去して、
これらの容量を固体層４で規定されたものよりも大きく
することができる。

吐出口プレートの厚さは、機械的強度や所望とする吐出
特性等に応じて選択すれば良く、例えば１μｍ〜１００
μ−程度のも０が利用できる。

吐出口プレート６は、ガラス板、プラスチックフィルム
もしくはシート、感光性組成物の硬化物からなるフィル
ムもしくはシート、透明セラミック板等から構成するこ
とができる。

遮断層７は各種感光性組成物を用いたフォトリソグラフ
ィー利用したパターニング方法等により、所望の位置及
び形状で吐出口プレート６上に設けることができる。

遮断層７は、最終的に吐出プレート６上から除去できる
ようにその材料を選択して形成される。

遮断層７は、例えば商品名　ＬＡＭＩＮＡＲＴ。

（ＤＹＮＡＩＩ：ＨＥＭ製）　、　５Ｒ−１０００Ｇ−
５０（日立化成製）等のネガ型感光性ドライフィルムを
用いたフォトリソ工程を利用した方法により形成できる
。この場合の遮断層除去には、ＬＡＮＩＭＡＲの場合は
２〜５％のアルカリ液への浸漬処理が、５Ｒ−１０００
Ｇ−５０の場合は塩化メチレン等の液への浸漬処理が利
用できる。超音波の併用により効果的な除去が可能であ
る。

また、商品名０ＺＡＴＥＣＲ２２５（ヘキストジャバン
製）等のポジ型感光性ドライフィルムを用いたフォトリ
ソ工程を利用した方法により遮断層７を形成することも
でる。なお、固体層４と同じ材料で遮断層７を形成する
ことにより、同一の除去用液体でのこれらの除去が可能
となる。この場合の除去用液体としては、アルコール等
の溶剤及び１％以上のアルカリ液が利用できる。

こうして基板１、固体層４、活性エネルギー線硬化性材
料層５および吐出口プレート６が順次積層された積層体
を得た後、第１図（ｅ）に示すように、吐出口プレート
６の上方から活性エネルギー線９を照射する。

この活性エネルギー線９の照射により、該照射部分の活
性エネルギー線硬化性材料が硬化して硬化樹脂層１０ａ
、Ｊｏｂが形成されるとともに、該硬化によって基板！
と吐出口プレート６の接合も行われる。

活性エネルギー線としては、紫外線、電子線、可視光線
等が利用できるが、吐出プレート６を透通させての露光
であるので紫外線、可視光線が好ましく、また重合速度
の面から紫外線が最も適している。紫外線の線源として
は、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、ハロゲンランプ、キセ
ノンランプ。

メタルハライドランプ、カーボンアーク等のエネルギー
密度の高い光源が好ましく用いられる。光源からの光線
は、平行性が高く、熱の発生が少ないもの程精度の良い
加工が行なえるが、印刷製版ないしプリント配線板加工
あるいは光硬化型塗料の硬化に一般に用いられている紫
外線光源であれば概ね利用可能である。

次いで、活性エネルギー線照射を終了した上記積層体か
ら、固体層４および未硬化の活性エネルギー線硬化性材
料部分を第１図（ｆ）に示すように除去して、液路１２
および液室１１を形成する。

固体層４及び未硬化の活性エネルギー線硬化性材料部分
の除去方法は、用いた固体層及び活性エネルギー線硬化
性材料の種類に応じて選択される。

具体的には、例えば固体層４と未硬化の活性エネルギー
線硬化性材料とを溶解または膨潤あるいは剥離する除去
用液体に浸漬して除去する等の方法が好ましいものとし
て挙げられる。この際、必要に応じて超音波処理、スプ
レー、加熱、攪拌、掘どう、加圧循環、その他の除去促
進手段を用いることも可能である。

上記除去用液体としては、例えば含ハロゲン炭化水素、
ケトン、エステル、芳香族炭化水素、エーテル、アルコ
ール、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、
フェノール、水、酸あるいはアルカリを含む水、等から
選択して利用できる。なお、該除去用液体には、必要に
応じて界面活性剤を加えても良い。

なお、図示した構成においては、活性エネルギー線照射
処理終了後の積層体を固体層４等を溶解する液体中に浸
漬して、吐出口８及び液体供給口３から固体層４及び未
硬化部分を溶解除去し、第２図（Ｃ）に示す状態を得る
ことができる。

なお、液体供給口は、必ずしも基板１に設ける必要はな
く、他の部分に必要に応じて設けられていても良いが、
固体層４等の溶解除去が行ない易い位置に設けるのが好
ましい。

以上説明した例では、吐出口プレートの上面に遮断層が
設けられていたが、第３図（ａ）に示すように、吐出口
ブレート６下面に遮断層７を設け、第３図（ｂ）に示す
積層体としても良い。

更に、第４図に示すように、必要部分に活性エネルギー
線を遮断する部分１３が形成され、かつ吐出口８に最終
的に除去可能なように活性エネルギー線遮断材料１４が
詰め込まれた吐出口プレート１５を用いることもできる
。

なお、活性エネルギー線遮断部１３は、例えばガラス板
の所定部に色剤を分散させて形成することができる。

また、活性エネルギー線遮断材料１４の吐出口８への充
填は、遮光性を有するワックスを適当な溶剤に溶解させ
、その溶液を吐出口８に注入後、加熱処理により溶剤を
とばして硬化させる方法、あるいは商品名０ＦＰＲ８０
０（東京応化社製）等のボジ型レジストを吐出口８内に
注入し、加熱処理により溶剤をとばす方法等が利用でき
る。

第４図に示した吐出口プレートにおいて、活性エネルギ
ー線遮断材料１４の吐出口８への充てんは、必ずしも必
要ではない。すなわち、この材料１４を用いない場合は
、吐出口８下部の活性エネルギー線硬化性材料は硬化す
るが、硬化部をドーナツ状に取り巻く未硬化の部分の除
去の際に、吐出口８下部の硬化部も溶解液中での超音波
及び液の加圧循環により容易に除去できる。

更に、第６図に示すように、吐出口８内に第４図に示し
た例と同様に活性エネルギー線遮断材料１４を充填し、
かつ吐出口プレート１９の下面に遮断層２０を、アルミ
ニウム、クロム等の遮光性のある無機材料層をフォトリ
ソ工程を利用した方法によりバターニングして設けた吐
出口プレート１９を利用することもできる。

［実施例］ 実施例１ 第１図（ａ）〜（ｆ）に示した工程に従って液体噴射記
録ヘッドを作製した。

まず、基板１としてのＳｉＯ□熱酸化層（層厚５μ１１
）を有するシリコン板上に、吐出エネルギー発生体２と
してのＨｆＢ２かうなる発熱素子（６０μｌ×６０μ■
Ｘ　１５００人、配列ピッチ１２５μ■）を第１図（ａ
）のように配置した。なお、各発熱素子には吐出用信号
を印加するための配線が接続され、またこれら発＃）素
子及び配線上にＳｉｎ、保護層（層厚１．０μ■）が設
けられた。

次に、第１図（ｂ）に示すように所定の形状の固体層４
（層厚２０〜２００μｍ）を基板上に感光性のドライフ
ィルムを用いたフォトリソ工程を利用した方法により形
成した。

次に、第１図（Ｃ）に示すように、固体層４を覆う紫外
線で硬化する活性エネルギー線硬化性材料層５をロール
コート、デイスペンサー、ラミネート、あるいはスプレ
ー等の方法により塗布することにより形成した。

次に、ガラス、ポリエチレンテレフタレート等の透明樹
脂からなる板に吐出口８（内径４０μ雪、配列ピッチ１
２５μｆｆ１）を形成し、更にその上面に第１図（ｂ）
に示すように遮断層（層厚２０〜２００μｍ）７を前述
の方法により設け、吐出口プレート６を得た。

なお、遮断層７の吐出口８を覆う部分は、直径５０μｌ
の吐出口８と同心の円形状とし、固体層４上の部分は、
共通液室の形状に一致させた。

このようにして作成した吐出口プレート６を第１図（ｄ
）に示すように活性エネルギー線硬化性材料層５上に位
置合せをして、加圧積層して、積層体を得た。

次に、第１図（ｅ）に示すように、紫外ｍ（平行光）を
吐出口プレート６側上方から照射した。照射条件は、１
００Ｊ／ｃ腸２であった。

照射終了後、積層体をアルカリ及び溶剤に、常温下、１
０分間程度漫涜し、固体層４及び活性エネルギー性硬化
性材料層５の未硬化部分を基板１と吐出口プレート６と
の間から溶解除去し、更に洗浄、乾燥の後、更に吐出口
ブレート６上面の遮断層７を前述の方法で除去して、液
体噴射記録ヘッドを得た。

なお、ここで遮断層７を除去してから固体層と未硬化材
料の除去を、遮断層の除去後に行なう方がより効果的で
あった。

また、材料の組合わせによフては遮断層７、固体層４及
び未硬化材料の同時除去が可能である。

実施例２ 第３図に示した吐出口プレート１５を用いる以外は実施
例１における第１図（ａ）〜（ｆ）の工程と同様にして
第４図に示す積層体を得た。なお、遮断層７の層厚は、
吐出口エネルギー発生体と吐出口との距離を決定するの
で２０μ１１〜２００μｌの間で、吐出特性を考慮して
選択した。

次に該積層体を実施例１と同様に浸漬処理し、遮断材料
１４、固体層４、活性エネルギー線硬化性材料層の未硬
化部分を基板１と吐出口プレート１５の間から溶解除去
し、洗浄、乾燥後５液体噴射記録ヘッドを得た。

［発明の効果Ｊ 本発明の方法によれば、少なくとも液路となる部分を固
体層で占存させるので、製造工程を通して液路等内にゴ
ミ、チリ等が混入することが防止される。

また、吐出口プレートの接合に接着剤を用いないので、
接着剤を用いることにより生じる煩雑な操作が不要とな
り、また接着剤を用いることによフて起こる問題も回避
できる。

更に、記録ヘッドにおける接合部が、基板と液路等の壁
を形成する硬化層の間及び該硬化層と吐出口プレートの
間の２ケ所になるので、接着層を利用する従来の構成と
比較して、これらの接合強度を高めるための材料の選定
が容易となった。

更に、吐出口プレートの硬化層との接合面に、接着剤を
用いる場合はど厳格な平面性が要求されない。

従って、本発明の方法によれば液路等の形成及び吐出口
プレートの接合時ての総合的歩留まりが各段に向上し、
製造コストを大幅に低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の方法の一例における主
要工程を示す工程図、第２図（ａ）は第１図（ｂ）の状
態の平面図、第２図（ｂ）は第１図（ｄ）の状態の平面
図、第２図（Ｃ）は第１図（ｆ）の状態の斜視図、第３
図（ａ）及び（ｂ）、第４図及び第６図は本発明の他の
例における遮断部の設置態様を示す図、第５図（ａ）〜
（Ｃ）は従来の方法における工程を示す図である。 ■・・・基板 ２・・・吐出エネルギー発生体 ３・−液体供給口　　　　４・・・固体層５・・・感光
性材料層（活性エネルギー線硬化性材料層） ６．１５．１９−・吐出口プレート ７．２０−一遮断層　　　８・−吐出口９−活性エネル
ギー線 １０ａ、１０ｂ、１６＝硬化層（壁） １１−・・共通液室 １２・−液路（エネルギー作用室） １３・−遮断部 １７・−接着剤層 １４−遮断材料 １８−・エネルギー作用室

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基体上に、液路を形成するための固体層と、該固体
   層を覆うように設けられる感光性材料層と、前記液路に
   連通する吐出口が設けられた吐出口プレートとをこの順
   に積層する工程と、前記感光性材料層に活性エネルギー
   線をパターン状に照射する工程と； 前記固体層と前記感光性材料層の前記パターンに対応し
   た未硬化部分とを除去し、前記液路を形成する工程と； 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
   。