JPH08150720A - 液体噴射記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液体噴射記録ヘッドの製造方法において、イ
ンク吐出孔４を形成する部分の被覆樹脂層３に、その凹
凸形状に起因するプラズマダメージによる表面損傷部分
５が発生することを抑制してヘッドの吐出特性を損わな
いようにする製造方法を提供する。 【構成】 このため、基板１に吐出エネルギー発生素子
を配設して溶解可能樹脂によりインク流路と液室をパタ
ーン形成し、その基板上に構造主体となる被覆樹脂層３
を形成し、この上層全面にインク吐出孔４形成用のパタ
ーン膜を形成し、前記基板にインク供給孔を開口した
後、前記溶解可能樹脂層を溶出する工程とを用いる製造
方法において、被覆樹脂層厚さｔ１と溶解可能樹脂層の
上部とその他の部分との段差ｔ２との関係式ｔ１＝ｂ／
ｔ２^C における各定数がそれぞれ５０≦ｂ≦８０，１≦
ｃ≦１．５の範囲となるよう規定した。

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
ッドの構造に関するものである。

【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
なインク吐出孔、インク液流路及びこの液流路の一部に
設けられるインク吐出エネルギー発生素子とを備えてい
る。従来、このような液体噴射記録ヘッドを製造する方
法として、図２にその工程フローを示す上面図の一例を
示すように、例えば、不図示のインク吐出エネルギー発
生素子が配設されたガラスや金属の基板１上の、インク
流路となる箇所に被覆樹脂層３を印刷法やラミネート法
にてパターン形成する。

【０００３】一方、別工程にて、金属メッキ技術等を用
いてインク吐出孔４が形成された部材を作製する。これ
ら、素子が配設された部材とインク吐出孔４が形成され
た部材とを、接着用のポリマーを介して貼り合わせるこ
とにより、液体噴射記録ヘッドを製造する方式が知られ
ている。なお、図２における２は溶解可能樹脂層、６は
マスク層を示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来の技術にあっては、インク吐出孔４が形成さ
れた部材と、吐出エネルギー発生素子が形成された部材
とを貼り合わせる工程を用いるために、インク流路とイ
ンク吐出孔４の位置合わせが難しかった。そこで、つぎ
のような製造工程が提案されている。すなわち、 基板に前記インク吐出エネルギー発生素子を配設する
と共に、溶解可能な樹脂にてインク流路及び液室となる
箇所にパターンを形成する工程と、 前記溶解可能樹脂層によるパターンが設けられた基板
上に、主たる構造体となる被覆樹脂層を形成する工程
と、 前記被覆樹脂層の上層全面に前記インク吐出孔形成用
のパターンを有する膜を形成する工程と、 前記主たる構造体用膜に前記インク吐出孔を開口する
工程と、 前記基板にインク供給孔を開口する工程と、 溶解可能な樹脂層を溶出する工程との、６工程を用い
る製造方法が提案されている。

【０００５】このような工程を用いることにより、上述
したような貼り合わせ時の問題点は解決されている。し
かしながら、本工程により製造された液体噴射記録ヘッ
ドの主たる構造体となる被覆樹脂層３の形状には凹凸が
できる。すなわち、インク流路部とそれ以外の部分とに
段差ができる。この段差は、インク吐出孔４を被覆樹脂
層３に形成する際に、プラズマエッチング等の乾式エッ
チング法を用いると、主に凸部分、すなわちインク吐出
孔４を形成する部分の被覆樹脂層３に、プラズマダメー
ジによる図示のような損傷部分５が発生する場合があ
る。このインク吐出孔を形成する部分の被覆樹脂層の表
面損傷は、液体噴射記録ヘッドの吐出特性に大きな影響
を与える。

【０００６】本発明は、主たる構造体となる被覆樹脂層
３の凹凸形状の寸法を規定することにより、インク吐出
孔４を形成する際の被覆樹脂層３の損傷の発生を抑制
し、吐出特性に優れた液体噴射記録ヘッドの形状を提供
することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、上記のような製造工程を実施することを含む液体
噴射記録ヘッドの製造工程において、主たる構造体とな
る前記被覆樹脂層の寸法に関して、溶解可能樹脂層の上
部の被覆樹脂層の厚さをｔ１、この被覆樹脂層の溶解可
能樹脂層の上部とその他の部分との段差をｔ２とすると
き、その関係式を ｔ１＝ｂ／ｔ２^c における各定
数がそれぞれ、５０≦ｂ≦９０、１≦ｃ≦１．５ の範
囲内となるように主たる構造体となる被覆樹脂層の厚さ
を規定することにより、前記目的を達成しようとするも
のである。

【０００８】

【作用】以上のような製造方法を採用することにより、
インク吐出孔をプラズマエッチングにより形成する際の
プラズマダメージによる被覆樹脂層（特に樹脂層の凸部
分）の損傷を低減することが可能となり、吐出特性の優
れた液体噴射記録ヘッドを提供することができる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいて詳細に説
明する。図１に、前記課題解決手段の項に記載のプロセ
スを用いて形成されたインク吐出孔及びインク流路の断
面模式図を示し、前記図２におけると同一（相当）構成
要素は同一符号で表わす。

【００１０】まず、不図示のインク吐出エネルギー発生
素子が予め形成された基板１に、溶解可能樹脂によりイ
ンク流路及び液室となる部分にパターンを形成する。次
に、主たる構造体となる被覆樹脂層３を形成する。その
方法は、スピンコート法を用いるのが一般的である。一
般に、下層に段差がある場合（ここではインク流路及び
液室となる部分のパターン）、その上層に膜を形成する
と、下層のパターンを反映した凹凸形状が形成される。
ここで、図１における記号ｔ１は、溶解可能樹脂層の上
部の被覆樹脂層の厚さ、ｔ２は、溶解樹脂層上部とそれ
以外の部分の被覆樹脂層との段差の寸法とする。

【００１１】この凹凸状態は、被覆樹脂層３の形成方法
等により制御することが可能であるが、完全に平坦化す
ることは極めて難しい。特に、液体噴射記録ヘッドの場
合には、溶解可能樹脂層の厚さが厚いために、被覆樹脂
層３の厚さによるが前記の段差ｔ２を完全に無くすのは
困難である。

【００１２】次に、インク吐出孔４形成用にパターンの
形成された層をマスク層とし、この層を介してプラズマ
エッチング等の乾式エッチング法を用いて、インク吐出
孔４を形成する。プラズマエッチングは、例えば被覆樹
脂層３がアクリル系の樹脂の場合、酸素プラズマを用い
るのが普通である。マスク層にはシリコンが含有された
樹脂を用いるのが一般的である。このシリコン含有樹脂
層は酸素プラズマにさらされることによりガラス化し、
下層（例えばアクリル層）との選択比を持たせることが
できる。

【００１３】以上の工程を実施することにより、従来の
貼り合わせ法に比べて簡易でありかつ、位置合わせ精度
に優れた液体噴射記録ヘッドが完成する。しかしなが
ら、ここで問題となるのは、上記の段差ｔ２があるため
に、プラズマの分布が乱れ被覆樹脂層の凸部分にプラズ
マが集中した部分ができ、損傷５が発生する。この状態
の概略図を図２に示した。

【００１４】本実施例によれば、この段差ｔ２と溶解可
能樹脂層の上部の被覆樹脂層の上部の被覆樹脂層の厚さ
ｔ１、すなわちプラズマエッチングする厚さとの関係
が、前記課題解決手段の項に記載の関係を満足するよう
に、被覆樹脂層３を形成することにより、プラズマダメ
ージによる被覆樹脂層３の損傷を無くすことが可能とな
り、吐出特性に優れた液体噴射記録ヘッドか製作可能と
なる。

【００１５】基板１へのインク供給孔（不図示）の開口
方法としては、ＹＡＧレーザ，ダイアモンドドリル等を
用いる方法がある。このインク供給孔及び吐出孔５を開
口した後、溶出可能な樹脂層３の除去を有機溶剤または
アルカリ性溶液等にて行う。

【００１６】次に複数の具体的実施例により、この種の
液体噴射記録ヘッドの構造及び製造方法を詳細に説明す
る； （実施例１）図１を参照して、本発明に係る第１の実施
例を説明する。まず、インク吐出エネルギー発生素子及
び駆動用配線（何れも図示せず）が予め設けられたシリ
コン基板１の所定の位置に、ＹＡＧレーザを用いてイン
ク供給孔（図示せず）を所定の大きさに開口する。

【００１７】次に、インク流路及び液室となる部分に溶
解可能な樹脂層２である例えば東京応化（株）製のＯＤ
ＵＲ−１０１０（商品名）をドライフィルム化した膜を
ラミネートする。膜厚は１０μｍである。このＯＤＵＲ
−１０１０にパターンを形成する。次に、このＯＤＵＲ
のパターン上に被覆樹脂層３となるアクリル系の樹脂を
全面にスピンコート法により５μｍ塗布し、１００℃３
０分熱硬化する。さらに、もう一度全面にスピンコート
法により５μｍ塗布し、合計１０μｍの膜厚に塗布す
る。このときの段差ｔ２は〜３μｍとなる。ｔ１は１０
μｍである。この時の請求項１に記載の関係式ｔ１／＝
ｂ／ｔ２^C の定数ｂおよびｃはそれぞれ７８および１．
４２となる。

【００１８】次に、インク吐出孔４を形成するためのマ
スク層となる例えば東ソー（株）製ＳＮＲ−Ｍ２（商品
名）を０．４μｍ厚にスピンコートしパターニングす
る。その後、アネルバ（株）製ドライエッチング装置Ｄ
ＥＭ−４５１（商品名）を用いて酸素ガスによりプラズ
マエッチングする。エッチングレートは０．４μｍ／ｍ
ｉｎ．である。上述のｔ１，ｔ２であれば、請求項１に
記載の条件を満足しており、プラズマダメージによる損
傷５は発生しない。最後に、トルエンにより前記ＯＤＵ
Ｒ−１０１０を溶解することにより、液体噴射記録ヘッ
ドが完成する。

【００１９】（実施例２）次に、同じく図１を参照し
て、本発明に係る第２の実施例を説明する。まず、イン
ク吐出エネルギー発生素子及び駆動用配線（何れも図示
せず）が予め設けられたシリコン基板１の所定の位置
に、ＹＡＧレーザを用いてインク供給孔（図示せず）を
所定の大きさに開口する。

【００２０】次に、インク流路及び液室となる部分に溶
解可能な樹脂層２である例えば東京応化（株）製のＯＤ
ＵＲ−１０１０（商品名）をドライフィルム化した膜を
ラミネートする。膜厚は１０μｍである。このＯＤＵＲ
−１０１０にパターンを形成する。次に、このＯＤＵＲ
のパターン上に被覆樹脂層３となるアクリル系の樹脂を
全面にスピンコート法により１０μｍ塗布し、熱硬化す
る。このとき、段差ｔ２は〜５μｍとなる。ｔ１は１０
μｍである。この時の請求項１に記載の関係式ｔ１／＝
ｂ／ｔ２^C の定数ｂおよびｃはそれぞれ５０および１．
０となる。

【００２１】次に、前記実施例１と同様にして、インク
吐出孔４を形成するためのマスク層となる例えば東ソー
（株）製ＳＮＲ−Ｍ２（商品名）を０．４μｍ厚にスピ
ンコートしパターニングする。その後、アネルバ（株）
製ドライエッチング装置ＤＥＭ−４５１（商品名）を用
いて酸素ガスによりプラズマエッチングする。エッチン
グレートは０．４μｍ／ｍｉｎ．である。上述のｔ１，
ｔ２であれば、請求項１に記載の条件を満足しており、
プラズマダメージによる損傷５は発生しない。最後に、
トルエンにより前記ＯＤＵＲ−１０１０を溶解すること
により、液体噴射記録ヘッドが完成する。

【００２２】（実施例３）前記実施例１及び２により、
請求項１に示した関係式ｔ１／＝ｂ／ｔ２^C の定数ｂ及
びｃが決定できる。この関係式の範囲内にある数値ｂと
ｃとを選び、式より逆算してｔ１及びｔ２を決定し、製
造プロセスにより、計算値に近い値にｔ１，ｔ２を構成
し、プラズマダメージにより構造体膜に損傷が起きない
ことを確認した。

【００２３】その値として、ｂを７０、ｃを１．３とし
て計算すると、ｔ１が１０μｍの場合、ｔ２は〜３．５
μｍとなる。その構成方法は、実施例１及び２と同様に
して、インク流路及び液室となる部分の溶解可能な樹脂
層２である東京応化（株）製ＯＤＵＲ−１０１０（商品
名）をドライフィルム化した膜をラミネートする。膜厚
は１０μｍである。このＯＤＵＲ−１０１０にパターン
を形成する。次に、このＯＤＵＲのパターン上に被覆樹
脂層３となるアクリル系の樹脂を全面にロールコート法
により１０μｍ塗布し、熱硬化する。このとき、段差ｔ
２は、〜３．５μｍとなり計算値に近い。

【００２４】次に、前記実施例１及び２と同様にしてイ
ンク吐出孔４を形成するためのマスク層となる東ソー
（株）製ＳＮＲ−Ｍ２（商品名）を０．４μｍ厚にスピ
ンコートしパターニングする。その後、プラズマエッチ
ングをする。実験の結果、上述のｔ１，ｔ２であれば、
請求項１記載の条件を満足しており、プラズマダメージ
による損傷５は発生しないことが確認された。最後に、
トルエンにより、前記ＯＤＵＲ−１０１０を溶解するこ
とにより、液体噴射記録ヘッドが完成する。

【００２５】本発明は、特に液体噴射記録（インクジェ
ット記録）方式の中でもバブルジェット方式の記録ヘッ
ド、記録装置において、優れた効果をもたらすものであ
る。

【００２６】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている。この方式はオンデマ
ンド型，コンティニュアス型の何れにも適用可能である
が、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）
が保持されているシートや液路に対応して配置されてい
る電気熱変換体に、記録情報に対応した少なくとも一つ
の駆動信号を印加することによって、電気熱変換素子に
核沸騰を越える急速な温度上昇を与える熱エネルギーを
発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を起こさ
せ、結果的にこの駆動信号に一対一に対応した気泡を液
体（インク）内に形成できるので有効である。

【００２７】この気泡の成長，収縮により、吐出孔を介
して液体（インク）を吐出させて、少なくとも一つの滴
を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時
適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優
れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。
このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６
３３５９号明細書，同第４３４５２６２号明細書に記載
されているようなものが適している。なお、前記熱作用
面の温度上昇率に関する発明として、米国特許第４３１
３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、
さらに優れた記録を行うことができる。

【００２８】記録ヘッドの構成としては、上記の各明細
書に開示されているような、インク吐出孔，インク液
路，電気熱変換素子の組合せ構成（直角状液流路）の他
に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示
する米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４
４５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれる
ものである。加えて、複数の電気熱変換素子に対して、
共通するスリットを電気熱変換素子の吐出孔とする構成
を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や、熱エネ
ルギーの圧力波を吸収する開孔を吐出孔に対応させる構
成を開示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づい
た構成としても本発明の効果は有効である。

【００２９】更に、記録紙の全幅に亘り同時に記録でき
るフルラインタイプの記録ヘッドとしては、上述した明
細書に開示されているような複数記録ヘッドの組合せに
よって、その長さを満たす構成や、一体的に形成された
一個の記録ヘッドとしての構成の何れでも良いが、本発
明は、上述した効果を一層有効に発揮することができ
る。

【００３０】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドにおいても本発明は有効である。

【００３１】また、記録装置に記録ヘッドに対する回復
手段や予備的な補助手段等を付加することは、本発明に
より得られる記録ヘッドの効果を一層安定できるので、
好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録
ヘッドに対しての、キャッピング手段，クリーニング手
段，加圧或いは吸引手段，電気熱変換素子或いはこれと
は別の加熱素子，或いはこれらの組合わせによる予備加
熱手段，記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを行う
手段等を付加することも安定した記録を行うために有効
である。

【００３２】更に、記録装置の記録モードとしては、黒
色等の主流色のみを記録するモードだけではなく、記録
ヘッドを一体的に構成した、または複数個の組合せて構
成した何れでも良いが、異なる色の複数カラーまたは、
混色によるフルカラーの少なくとも一つを備えた装置の
記録ヘッドにも本発明は極めて有効である。

【００３３】また、本発明により得られる記録ヘッド
は、インクが液体でなくとも、室温やそれ以下で固化す
るインクであって、室温で軟化もしくは液体となるも
の、或いは、インクジェットにおいて一般的に行われて
いる温度調整である３０℃以上７０℃以下で軟化もしく
は液体となるものにも適用できる。すなわち、記録信号
付与時にインクが液状を成すものであれば良い。

【００３４】加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温
を、インクの固体状態から液体状態への状態変化のエネ
ルギーとして吸収せしめることで防止するか、または、
インクの蒸発禁止を目的として放置状態で固化するイン
クを用いるかして、いずれにしても熱エネルギーの記録
信号に応じた付与によってインクが液化してインク液状
として吐出するものや、記録媒体に到達する時点ではす
でに固化し始めるもの等のような、熱エネルギーによっ
て初めて液化する性質のインク使用も本発明に係る記録
ヘッドには適用可能である。

【００３５】このような場合インクは、特開昭５４−５
６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報
に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に
液状または固形物として保持された状態で、電気熱変換
素子に対して対向するような形態としても良い。本発明
においては、上述した各インクに対して最も有効なもの
は、前述した膜沸騰方式を実行するものである。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インク吐出圧力発生素子を設けた基板上に、溶解可能な
樹脂材料から成るインク流路及び液室の鋳型を形成し、
このパターン形成された基板上に主たる構造体となる被
覆樹脂層を構成し、更に、インク吐出孔形成用パターン
が設けられた層を介して被覆樹脂層を乾式法によりエッ
チングするという工程による液体噴射記録ヘッドの製造
方法において、エッチングの際のプラズマダメージによ
る被覆樹脂層の損傷を無くすことが可能となり、吐出特
性に優れた液体噴射記録ヘッドの製造が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の製造方法の工程フローを示す断面模
式図

【図２】 従来の製造方法の工程フローを示す上面図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 溶解可能樹脂層 ３ 被覆樹脂層 ４ インク吐出孔 ５ 損傷部分 ６ マスク層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク吐出孔及びこのインク吐出孔とイ
   ンク供給孔とを連通するインク流路と、このインク流路
   内に配設されたインク吐出エネルギー発生素子とを有
   し、 基板に前記インク吐出エネルギー発生素子を配設すると
   共に、溶解可能な樹脂にてインク流路及び液室となる箇
   所にパターンを形成する工程と、 前記溶解可能樹脂層によるパターンが設けられた基板上
   に、主たる構造体となる被覆樹脂層を形成する工程と、 前記被覆樹脂層の上層全面に前記インク吐出孔形成用の
   パターンを有する膜を形成する工程と、 前記主たる構造体用膜に前記インク吐出孔を開口する工
   程と、 前記基板にインク供給孔を開口する工程と、 溶解可能な樹脂層を溶出する工程との、 上記６製造工程を実施することを含む液体噴射記録ヘッ
   ドの製造方法において、 前記被覆樹脂層の溶解可能樹脂層の上部の膜厚をｔ１、
   この被覆樹脂層の溶解可能樹脂層の上部とその他の部分
   との段差をｔ２とするとき、その関係式を ｔ１＝ｂ
   ／ｔ２^c における各定数がそれぞれ、５０≦ｂ≦９
   ０、１≦ｃ≦１．５ の範囲内であることを特徴とする
   液体噴射記録ヘッドの製造方法。