JPH08132627A - 液体噴射記録ヘッドの製造方法及び液体噴射記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で信頼性の高いインク吐出性能が安定
し、優れた印字品位の高く、かつ低コストで歩留まりの
よい液体噴射記録ヘッドの製造方法及び液体噴射記録ヘ
ッドを提供する。 【構成】 液流路構成部材を形成する工程と駆動素子の
外周の少なくとも一部を封止する工程が同時に行われる
ことを特徴とする液体噴射記録ヘッドの製造方法及び該
製造方法で製造される液体噴射記録ヘッド。

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方
式に用いる記録液小滴を発生するための液体噴射記録ヘ
ッドの製造方法及び液体噴射記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットヘッドは、例えば特開昭
６２−２５３４５７に記載されているように、吐出圧発
生素子及び該吐出圧発生素子に電力を供給する供電電極
が設けられた基板上にインク液吐出口（以下、オリフィ
スと呼ぶ）、インク液流路等が形成されている。

【０００３】また、近年の小型化、高性能化に伴い前述
のインクジェットヘッド上に前記供電電極を介して前記
吐出圧発生素子を駆動するための駆動素子が実装される
ようになってきた。従来、前記のような駆動素子は前記
のオリフィス及びインク液流路が完全に形成された後、
前記駆動素子をワイヤーボンディング、ＴＡＢ接続、フ
リップチップ、半田付け等の方法により、前記ヘッド上
に実装されていた。

【０００４】しかし、前述のように液流路が完全に形成
された後、前記駆動素子を実装する場合、例えばフラッ
クス或いは洗浄液等による液流路内の汚染によるインク
吐出性能の低下、印字品位の低下或いは前記駆動素子実
装工程全般における液流路内へのゴミの混入によるイン
クの不吐出等の問題があった。

【０００５】また、一枚の基板上に多数のヘッドを形成
し個々のヘッドに分離した後に、前記駆動素子を実装す
る場合、ヘッドと駆動素子の位置合わせ、洗浄等の作業
がヘッド毎に必要となり非効率で製造コストが高かっ
た。

【０００６】上記のような問題点を解決する手段として
本出願人は、前記固体層の除去を前記駆動素子を実装し
た後行う液体噴射記録ヘッドの製造方法を提案した（特
願昭６ー２４７６７４号）。 また、上記提案中の好ま
しい実施例中に一枚の基板上に多数のヘッドを形成する
場合、前記固体層の形成前に行う製造方法も提案した。

【０００７】しかしながら、前記のような駆動素子の実
装後は、空気中の水分、結露、インクの侵入等を防ぐた
め、樹脂等により前記駆動素子の外周を封止されるが、
従来使用されていた駆動素子の封止材料は、後述する固
体層の除去液である例えば強アルカリ溶液や有機溶剤に
対して充分な耐性を有しておらず、前記駆動素子の腐食
や、剥れ等の問題があった。また、前記駆動素子の封止
材料には、通常常温硬化型や熱硬化型の樹脂が使用され
るが、前記封止樹脂の流れ出し量の制御は困難であり、
前記駆動素子に隣接する。例えば、液流路、インク室、
或いは外部接続用電極上に前記封止用樹脂が被覆してし
まうという問題があった。或いは前記封止用樹脂による
前記駆動素子以外の構成部上への被覆を回避する場合、
前記駆動素子と他の構成部を充分離す必要があり、ヘッ
ドサイズの大型化、即ち製造コストアップとなる。

【０００８】また、前記駆動素子を封止する工程による
製造コストアップ或いは歩留まり低下の要因となってい
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の点に
鑑みなされたもので小型で信頼性の高いインク吐出性能
の安定し、優れた印字品位の高いインクジェットヘッド
を安価で、歩留まりよく提供することを目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述のような目的を達成
する本発明は、基板上に液流路のパターン状に固体層を
設ける工程と該固体層の設けられた前記基板上に液流路
構成部材の少なくとも一部を設ける工程と前記固体層を
前記基板より除去する工程により作られた液体噴射記録
ヘッドの前記基板の同一平面上に駆動素子を有する液体
噴射記録ヘッドにおいて、 （１）前記液流路構成部材を形成する工程と前記駆動素
子の外周の少なくとも一部を封止する工程が同時に行わ
れる。

【００１１】（２）前記駆動素子の外周の少なくとも一
部が、前記液流路構成部材と同一部材により封止されて
いる。

【００１２】（３）前記駆動素子の封止材料が活性エネ
ルギー線硬化型樹脂である。ことにより達成される。

【００１３】

【作用】

（１）前記駆動素子の封止を前記液流路構成を形成する
工程と同時に行うことにより、前記駆動素子工程に要し
ていたコストを削減できる。

【００１４】（２）後述する前記固体層の除去液或いは
インクに対して前記液流路構成部材と同等の耐性が得ら
れ、前記駆動素子の腐食、断線、剥れ等のないヘッドが
得られる。

【００１５】（３）また、活性エネルギー線硬化型材料
によるパターニング法を用いることにより、前記駆動素
子の封止が所望する部分のみ選択的に精度よくできるた
め、前記駆動素子以外のインクジェットヘッド構成部に
影響を与えることなく、ヘッドの小型化が計れ、一枚の
基板から多数のヘッドを得ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。 実施例１ 図１〜図１２は、本発明の基本的態様を説明するための
模式図である。

【００１７】図１は、本発明の特徴を最もよく表す図面
であり同図において１は基板、２は基板１上に設けられ
た吐出エネルギー発生素子、３は供電電極（不図示）を
介して前記吐出エネルギー発生素子へ電気信号を供給す
る駆動素子、４は前記駆動素子へ外部からの電気信号を
供給するための外部接続端子、５は後に除去されインク
液流路となる液流路に対応して設けられた固体層、６は
液流路構成部材、７は前記駆動素子３の外周を封止する
封止部材、１０は液流路にインクを供給する液供給口を
表している。

【００１８】まず、本態様においては、例えば図２に示
されるような、ガラス、セラミックス、プラスチック或
いは金属等からなる基板１が用いられる。なお、図２は
固体層形成前の基板の模式的斜視図である。

【００１９】以下説明する各図中においては、１つのイ
ンクジェットヘッドについて記されているが、１枚の基
板上に複数のヘッドを形成することも一向に差し支えな
い。このような基板１は、液流路構成部材の一部として
機能し、また後述の固体層及び液流路構成部材積層時の
支持体として機能し得るものであれば、その形状、材質
等、特に限定されることなく使用することができる。上
記基板１上には、電気熱変換体或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（図
２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
ーがインク液に与えられ、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、吐出エネルギーを発生する。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、吐出エネルギーが発生される。

【００２０】なお、これらの素子２には、これら素子を
動作させるための供電電極（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、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。

【００２１】また、前記不図示の供電電極と同様に、駆
動素子を実装するための電極及び外部接続端子４も前記
基板上に設けられている。

【００２２】次に、図３に示すように前記駆動素子３
が、ワイヤーボンディング、フリップチップ、ビームリ
ードボンディング、半田付け等の方法で前記基板１上に
実装されている。

【００２３】前記駆動素子は、ベアーチップ形態、パッ
ケージされた形態或いは前記基板上に作り込まれた形態
等種々あるが駆動素子はいかなる形態でも差し支えな
い。

【００２４】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４
及び図５に示されるような固体層５を積層する。なお、
図４は、固体層積層後の基板の模式的平面図であり、図
５は図４のＡ−Ａ’線で切断した基板の模式的切断面図
である。

【００２５】上記固体層５は、後述するような液流路構
成部材が積層された後、基板１から除去され、該除去部
分に液流路が構成される。もちろん、液流路の形状は所
望のものとすることが可能であり、該流路形成のために
設けられる上記固体層５も該流路形状に応じたものとす
ることができる。因に、本例では、２つの吐出エネルギ
ー発生素子に対応して設けられる２つのオリフィスのそ
れぞれから記録液小滴を吐出させるため、液流路は、２
つに分散された液細流路と該流路に記録液を供給するた
めの共通液室とで構成される。

【００２６】このような固体層５を構成するに際して用
いられる材料及び手段としては、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。

【００２７】（１）感光性ドライフィルムを用い、いわ
ゆる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。

【００２８】（２）基板１上に所望の厚さの溶剤可溶性
ポリマー及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。

【００２９】（３）硬化性を有するか、または非硬化性
の樹脂を印刷する。

【００３０】（１）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、活性光
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或いは強アルカリで溶解或いは剥離
除去し得るネガ型ドライフィルムが適している。

【００３１】ポジ型ドライフィルムとしては、具体的に
は、例えば「ＯＺＡＴＥＣ Ｒ２２５」〔商品名：ヘキ
ストジャパン（株）〕等、またネガ型ドライフィルムと
しては、「ＯＺＡＴＥＣ Ｔシリーズ」〔商品名：ヘキ
ストジャパン（株）〕、「ＰＨＯＴＥＣ ＰＨＴシリー
ズ」〔商品名：日立化成工業（株）〕「ＲＩＳＴＯＮ」
〔商品名：デュ・ポン・ド・ネモアース・Ｃｏ．〕等が
用いられる。

【００３２】（２）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
ジドからなるポジ型液状フォトレジスト、ポリビニルシ
ンナメートからな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な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、熱硬化型及び紫外線硬化型
のインク等が挙げられる。

【００３３】（３）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、熱硬化型或い
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
る平板インク、スクリーンインク等が用いられる。

【００３４】以上に挙げた材料群の中で、加工精度や除
去の容易性或いは作業性等の面から見て、（１）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。即
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
平滑な側壁面をもつ、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徴を有しており、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。その
中でも、ドライフィルム状のものは、１０〜１００μｍ
の厚膜のものが得られる点で、最も好ましい材料であ
る。

【００３５】次いで、図６及び図７に示されるように前
記駆動素子及び前記固体層５が設けられた基板上に少な
くとも前記駆動素子３の外周の少なくとも一部及び前記
固体層５を覆うように液流路構成部材６及び前記駆動素
子３の封止材７として例えば液状の樹脂が積層される。
なお図６は前記図４におけるＡ−Ａ’部の断面を、図７
はＢ−Ｂ’部の断面を表している。

【００３６】このような液流路構成部材及び駆動素子の
封止材としては、上記固体層及び駆動素子の少なくとも
一部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、該部材は、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。

【００３７】上記液状の硬化性材料が液流路構成部材或
いは駆動素子の封止材料として用いられる場合には、該
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、該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。

【００３８】また、真空チャンバー内でディスペンサー
等により塗布する方法も優れた方法である。

【００３９】本実施例においては、パターニングにより
駆動素子及び液流路部、インク室部を選択的に容易に形
成できる紫外線硬化型樹脂を積層した場合について説明
する。

【００４０】図６に示すように基板１上に積層された紫
外線硬化型樹脂６及び７上に、図８〜図１０に示すよう
な駆動素子３の外周部、液流路構成部及びインク室構成
部に対応した部分が紫外線透過部その他が不透過部（図
６中の斜線部）となっているフォトマスク８を積層した
後マスク上より紫外線を照射する。

【００４１】図９は前記図８におけるＡ−Ａ’断面を、
図１０は前記図８におけるＢ−Ｂ’断面を表し、それぞ
れ６の部分及び図１０の７の部分を除く中央未記入部は
紫外線により硬化した部分、７は未硬化部分を表してい
る。

【００４２】次いで、前記未硬化部の紫外線硬化型樹脂
を例えば、１−１−１トリクロロエタン、トルエン等の
有機溶剤或いは水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液で洗
い流す。

【００４３】図１１は前記未硬化部の紫外線硬化型材料
が洗い流された後のインクジェットヘッドを表す模式的
斜視図である。次いで必要に応じて、オリフィス先端を
露出させ、かつ吐出圧発生素子とオリフィスとの間隔を
最適化するため、ダイシングソー、スライサー或いはレ
ーザー等の方法により図１１のＣ−Ｃ’線に沿って切断
される。

【００４４】また、一枚基板上に複数のインクジェット
ヘッドが形成されている場合は、前記の同様の方法によ
り個々のヘッドに分離される。前記のようなヘッドの分
離工程は、必ずしも当該工程において行われる必要はな
く、駆動素子実装後或いは後述する固体層除去後等いか
なる時期においても可能である。

【００４５】次いで、図１２に示すように前記固体層５
を除去して液流路９を形成する。

【００４６】固体層５の除去手段としては特に限定され
るものではないが、具体的には例えば固体層５を溶解ま
たは膨潤或いは剥離する液体中に基板を浸漬して除去す
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、その
他の除去促進手段を用いることも可能である。

【００４７】上記除去手段に対して用いられる液体とし
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、強
アルカリを含む水、等が挙げられる。これら液体には、
必要に応じて界面活性剤を加えてもよい。また、固体層
としてポジ型ドライフィルムを用いる場合には、除去を
容易にするために固体層に改めて紫外線照射を施すのが
好ましく、その他の材料を用いた場合は、４０〜６０℃
に液体を加温するのが好ましい。

【００４８】実施例２ 前述の実施例中においては、前記液流路構成部の形成と
前記駆動素子の封止を同時に行ったが必ずしも同時に行
う必要はなく、例えばそれぞれの所望する厚さが異なる
場合、まず液流路構成部を低粘度の紫外線硬化型樹脂に
より形成した後、高粘度の紫外線硬化型樹脂により前記
駆動素子の封止を行うことも優れた方法である。

【００４９】実施例３ 前述の実施例中においては、前記液流路構成部材の材料
と前記駆動素子の封止材料として同一の材料を用いた
が、それぞれ要求される性能が異なる場合、例えば駆動
素子に加わる熱ストレス及びオリフィス面の加工性等に
より両者の要求するガラス転移点が異なる場合、例えば
複数のディスペンサー等によりそれぞれの所望する樹脂
を同時に塗布した後、硬化処理することも有効である。

【００５０】実施例４ 前述の実施例中においては、前記液流路構成部材及び前
記駆動素子の封止材料として紫外線硬化型樹脂を用いた
が、必ずしも紫外線硬化型樹脂である必要はなく、液流
路形成部材及び前記駆動素子の封止をトランスファーモ
ールドで形成する場合、熱硬化型樹脂を用いることが有
効である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、 （１）液流路構成部材の形成と駆動素子の封止を同時に
行うことにより、前記駆動素子の封止工程に要していた
製造コストを削減でき、安価なインクジェットヘッドを
供給できる。

【００５２】（２）駆動素子の封止材料を液流路構成部
材の材料と同一材料を用いて固体層の除去液に対して充
分耐性をもたせることにより、固体層の除去時の駆動素
子の腐蝕、剥れ、或いは封止材の溶解等のない信頼性の
高いヘッドを歩留まりよく得られる。

【００５３】（３）前記駆動素子の封止材料として活性
エネルギー線硬化型材料を用いてパターニングすること
により、前記駆動素子の封止が所望する部分のみ選択的
に精度よくできるため、前記駆動素子以外のインクジェ
ットヘッドの構成部に影響を与えることなくヘッドの小
型化が計れ、一枚の基板から多数のヘッドが得られ、小
型で安価な信頼性の高いヘッドが歩留まりよく得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】液流路部材及び駆動素子の封止部材を形成した
基板の斜視図。

【図２】吐出圧発生素子及び外部接続端子が設けられた
基板の斜視図。

【図３】駆動素子を実装した基板の上面図。

【図４】固体層を形成した基板の上面図。

【図５】図４のＡ−Ａ’部断面図。

【図６】液流路構成部材を積層した基板の断面図。

【図７】駆動素子封止部材を積層した基板の断面図。

【図８】図６及び図７上にフォトマスクを積層し紫外線
を照射した状態を示す上面図。

【図９】図８のＡ−Ａ’部断面図。

【図１０】図８のＢ−Ｂ’部断面図。

【図１１】オリフィス面を形成した基板の斜視図。

【図１２】固体層を除去して完成されたインクジェット
ヘッドの斜視図。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 吐出圧発生素子 ３ 駆動素子 ４ 外部接続端子 ５ 固体層 ６ 液流路構成部材 ７ 駆動素子の封止材 ８ フォトマスク ９ 液流路 １０ 液供給路

Claims (4)

【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固体層を
   設ける工程と該固体層の設けられた前記基板上に液流路
   構成部材の少なくとも一部を設ける工程と前記固体層を
   前記基板より除去する工程により作られた液体噴射記録
   ヘッドの前記基板の同一平面上に駆動素子を有する液体
   噴射記録ヘッドの製造方法において、 前記液流路構成部材を形成する工程と前記駆動素子の外
   周の少なくとも一部を封止する工程が同時に行われるこ
   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】 請求項１記載の製造方法で製造したこと
   を特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 【請求項３】 前記駆動素子の外周の少なくとも一部が
   前記液流路構成部材と同一部材により封止されることを
   特徴とする請求項２記載の液体噴射記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記駆動素子の封止材料が活性エネルギ
   ー線硬化材料であることを特徴とする請求項２記載の液
   体噴射記録ヘッド。