JPH08244236A

JPH08244236A - 液体噴射記録ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH08244236A
Application number: JP4976095A
Authority: JP
Inventors: Tadaki Inamoto; 忠喜稲本; Shoji Shiba; 昭二芝
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-03-09
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 1996-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】精密であり、信頼性の高い液体噴射記録ヘッ
ドの製造方法。【構成】液体露出エネルギー発生素子２を有する基板
１の上に液体流路のパターン状に設けた感光性材料の固
体層３をジメチルスルホキシドを主成分とする溶剤を用
いて除去することを特徴とする。

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装
置に用いる記録液小滴を発生するための液体噴射記録ヘ
ッドの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置（液体噴射記録
方式）に使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
び該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
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、かかる従来方法によって製
造された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
性にバラツキが生じ易いと言った問題があった。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
と言う不利もあった。

【０００４】更には、上記従来方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貼り合わせる
際に、これら板の位置合わせが困難であり、量産性に欠
けると言った問題もあった。

【０００５】また、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。なお
記録液は一般には、水を主体とし多くの場合中性でない
インク液、あるいは有機溶剤を主体とするインク液等で
ある。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事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、必ずしもこれらの目的にかなった材料を選
択することができなかった。

【０００６】上記欠点を解決する製造方法として、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）。

【０００７】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良く作成でき、また工程のほとん
どの間は液流路内に固体層が充填されている為、異物の
汚染に極めて強く、歩留り良く液体噴射記録ヘッドを製
造できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】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液流路
材料へダメージを与え、液流路材料にクラックが発生し
たり、膨潤が発生したり、基板からの剥がれが発生した
りする事があった。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が有るとは言えなかっ
た。

【０００９】そこで、本発明は上記の問題点を解消する
ために成されたもので、精密であり、また信頼性も高い
液体噴射記録ヘッドを提供し得る液体噴射記録ヘッドの
製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】また、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
る事も目的とする。

【００１１】更に、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
制約を軽減する事も本発明の目的であり、また、安全性
をも考慮した液体噴射記録ヘッドの製造方法を提供する
事も本発明の目的である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、本発明に係る
液体噴射記録ヘッドの製造方法は、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、該固体
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、前記感光性材料の固体層を前記
基板上より除去する工程を有する液体噴射記録ヘッドの
製造方法であって、前記感光性材料固体層を除去する工
程では、ジメチルスルホキシドまたはジメチルスルホキ
シドを主成分とする溶剤を用いて除去することを特徴と
する液体噴射記録ヘッドの製造方法によって前記目的を
達成しようとするものである。

【００１３】更に、前記感光性材料が活性構造によって
可溶化するポジ型レジストであることを特徴とする。

【００１４】或は、前記液流路構成材料が、エポキシ樹
脂である事を特徴とする。そして、前記感光性材料の固
体層がポジ型レジストであり、前記液流路構成材料が、
エポキシ樹脂であることを特徴とする液体噴射記録ヘッ
ドの製造方法によって、前記の目的を達成しようとする
ものである。

【００１５】

【作用】上記の製造方法により、固体層の除去が短時間
で行え、液流路構成材料に対するダメージが小さい。そ
して記録液に対する影響もないので、信頼性の高い液体
噴射記録ヘッドを製造できる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の実施例
を詳細に説明する。

【００１７】図１乃至図６は、一実施例の基本的な工程
を説明するための模式図であり、図１乃至図６のそれぞ
れには、本発明の実施例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。尚、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
されるが、もちろんこれ以上のオリフィスを有する高密
度マルチアレイ液体噴射記録ヘッドの場合あるいは１つ
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
様である事は言うまでもない。

【００１８】まず、本実施例においては、例えば図１に
示されるような、ガラス、セラミックス、プラスチック
あるいは金属等から成る基板１が用いられる。尚、図１
は固体層形成前の基板の模式的斜視図である。

【００１９】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、また後記の固体層および液流路構成材
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
できる。上記基板１の上には、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が必要な個数
配設され、図１では２個が示してある。このような液体
吐出エネルギー発生素子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
ルギーが発生される。また、たとえば、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】尚、これ等の液体吐出エネルギー発生素子
２には、これ等素子を動作させるための制御信号入力用
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２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
ん本実施例においてもこのような機能層を設ける事は、
一向に差しつかえない。また、本実施例においては、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、配設時期は所望により変更し得る。

【００２１】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）および（Ｂ）に示されるように固体層３を形成す
る。尚、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。

【００２２】上記固体層３は、後記するような液流路構
成材料で形成された後、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３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。

【００２３】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。

【００２４】その理由としては、以下の事が挙げられ
る。

【００２５】そのプロセスはＩＣ製造やプリント基板
製造ですでに応用されており、フォトリソグラフィー法
なので、基板との合わせが精度良く行え、また形成され
るパターンの形状も再現性良くできる。特に多ノズル化
に適する。

【００２６】除去性が良い。特に活性光線を照射する
ことにより更に除去性が良くなる。これはネガ型フォト
レジストの様に活性光線の照射によって高分子量化する
ようなものだと、後工程での除去が完全に行なわれず、
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
トではそのような事は起こりにくい。

【００２７】具体的には、ポジ型ドライフィルムレジス
トとして「OZATEC R-225」〔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「OZATEC
PL-268 」、「ELシリーズ」〔商品名、東レ（株）〕、
「MCPRシリーズ」〔商品名、三菱化成（株）〕、「PFR
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）〕、「ＺＰＰシリーズ」〔商品名、日本ゼオン
（株）〕などが挙げられる。

【００２８】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
板製造時に行なわれるホットロールラミネーターを用
い、ラミネートする事で達成できる。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
厚さの現象を見込んで塗布する事は言うまでもない。

【００２９】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な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。尚、次に行なう液流路構成材料
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なってもよい。

【００３０】上記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に示すように、固体層３を覆うよ
うに液流路構成材料４が積層される。尚、図３は液流路
構成材料積層後を図２（Ｂ）と同様の位置で切断した基
板の模式的断面図である。

【００３１】上記の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、該材料は、液流路を形成して液体噴射記録ヘッド
としての構成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、紫外線硬化および電子ビ
ーム硬化など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できる。

【００３２】上記液状の硬化性材料が液流路構成材料と
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
を行なった後、気泡の混入を避けながら行うのが好まし
い。

【００３３】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、該硬化性材料は、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）。硬化
条件が常温または加熱硬化であれば、３０分〜２時間放
置すれば良く、紫外線硬化などの場合は、通常１０分以
内の短時間の照射によって硬化が可能である。

【００３４】次いで、固体層３および液流路構成材料４
が積層された上記の基板１から、固体層３を除去して液
流路を形成する。本実施例においては、この固体層の除
去に用いる溶剤としてジメチルスルホキシドを用いる。

【００３５】ジメチルスルホキシドを用いる理由として
は、固体層の除去性が非常によい事。特に、固体層にポ
ジ型レジストを用いた場合に他の溶剤と比較して除去性
が非常によい。そして低揮発性である事。このことは、
揮発によるロスが少ない事を意味する。また衛生上の観
点からも好ましい。引火点が高く、火災危険性が低い。
イオン性で無いので、アルミニウム等の配線材料を犯さ
ない。液流路構成材料に対するダメージが少ない等が挙
げられる。

【００３６】また、上記したジメチルスルホキシドの利
点を損なわない範囲で他の溶剤を適宜添加する事ができ
る。ジメチルスルホキシドを主成分として他の溶剤を併
用して用いる場合、使用される溶剤としては、ハロゲン
化炭化水素、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
カリを含む水等を挙げられる。これら液体には、必要に
応じて界面活性剤を加えても良い。

【００３７】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事ができる。

【００３８】図５は、固体層３除去後、図２（Ｂ）と同
様の位置で切断した液体噴射記録ヘッドの模式的断面図
である。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た後の液体噴射記録
ヘッドの模式的斜視図である。

【００３９】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
路が形成された液体噴射記録ヘッドが構成される。

【００４０】以下、上記の実施例をより具体的に説明す
る。

【００４１】（実施例１）図１乃至図６を参照して説明
した製作手順に準じて、図６の構成の液体噴射記録ヘッ
ドを作製する実施例１を説明する。

【００４２】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）〕から成る乾燥後厚さ２５μｍ相当の感光
層を、スピンナーで２７００ｒｐｍの回転数で４０秒間
回転塗布する。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１００
０ｍＪ／cm² の紫外線照射を行う。

【００４３】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本である。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する。

【００４４】次に、該固体層の除去性を高めるため、５
０００ｍＪ／cm² の量の紫外線を照射する。

【００４５】次に以下に示す組成から成る硬化性材料を
積層する。

【００４６】アテ゛カオフ゜トマー KRM-4210 （エホ゜キシ樹脂）
〔商品名、旭電化工業（株）〕エホ゜ライト 3002 （エホ゜キシ樹脂）〔商品名、共栄
社油脂化学工業（株）〕アテ゛カオフ゜トマー 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ーを用いて５０μｍの
厚さに塗布する。これに２０００ｍＪ／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
しポジ型レジストから成る固体層の端面を露出させる。

【００４７】該端面を露出させた基板を、それぞれジメ
チルスルホキシドに浸漬し、超音波洗浄槽中にて１０分
間溶解除去の操作を行ない。溶解除去操作後の基板を、
それぞれ純水で１０分間洗浄し、乾燥させる。

【００４８】上記のようにして作製された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
層の残渣がまったく存在しなかった。又オリフィスの形
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、クラック、
基板からの剥離等のダメージはなかった。更に、これら
の液体噴射記録ヘッドの記録装置に装着し、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から成るインクジェットインクを用い
て記録を行なったところ、安定な印字が可能であった。

【００４９】（実施例２）実施例１と同様に図６に示す
構成の液体噴射記録ヘッドを作製する実施例２を説明す
る。

【００５０】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-P AR900i 」〔商品名、東京
応化工業（株）〕をスピナーで２５００ｒｐｍの回転数
で５０秒間回転塗布した後２０分間乾燥する。この感光
層に、ノズル数２４本、ノズルピッチ０．２５mm、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２０００ｍＪ／cm² の紫外線の照射
を行う。次に、１％苛性ソーダ水溶液によりスプレー現
像を行ないレリーフ状固体層を形成する。

【００５１】次に該固体層の除去性を高めるため、５０
００ｍＪ／cm² の量の紫外線照射を行う。以下の工程は
実施例１と同様に行い液体噴射記録ヘッドを２０ヶ作成
する。

【００５２】上記のようにして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。またオリフィスの形状は、液流路形成
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、クラック、基板からの剥離等
のダメージはなかった。更に実施例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。

【００５３】［比較例］（比較例１）実施例１において、ポジ型レジストの除去
液としてジメチルスルホキシドの替わりに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。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。

【００５４】（比較例２）実施例１において、ポジ型レ
ジストの除去液としてジメチルスルホキシドの替わりに
アセントを使用する以外は、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、液流路構成材料のクラックおよび基板
からの剥離が観察された。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。

【００５５】（比較例３）実施例１において、ポジ型レ
ジスト除去としてジメチルスルホキシドの替わりにエチ
ルセロソルブアセテートを使用する以外は、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、レ
ジストの除去は１０分間では完全に除去できなかったた
め、除去時間を倍の２０分とした。いずれの液体噴射記
録ヘッドに液体路構成材料のクラックおよび基板からの
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。

【００５６】

【発明の効果】以上に説明した本発明によってもたらせ
る効果を、以下に列記する。

【００５７】（１）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。

【００５８】（２）液流路構成材料に対するダメージが
小さいので、基板からの剥離や、液流路構成材料のクラ
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。

【００５９】（３）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、また安全衛生上も有利であ
る。

【００６０】（４）引火点が高く火災の危険性が小さ
い。

【００６１】（５）ヘッド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
加工技術による為、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、同構成の
多数のヘッドを同時に加工することもできる。

【００６２】（６）中性でない水溶液、あるいは有機溶
剤を媒体とする記録液に対して相互に影響し合うことが
なく、且つ接着性あるいは機械的強度等にも優れた材料
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。

【００６３】（７）主要構成部の位置合わせを容易にし
て確実に形成することができ、寸法精度の高いヘッドが
歩留り良く得られる。

【００６４】（８）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。

【００６５】（９）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、固体層の厚さに応じて所望の寸法
（例えば、溝深さ）の液流路を形成することができる。

【００６６】（１０）連続、且つ大量生産が可能であ
る。

【００６７】（１１）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。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の固体層形成前の基板の模式的斜視
図である。

【図２】一実施例の固体層形成後の基板の模式的平面
図および断面図である。

【図３】一実施例の液流路構成材料積層後の基板の模
式的断面図である。

【図４】一実施例の液流路構成材料として液状の硬化
性材料を用いた際の該材料硬化後の基板の模式的断面図
である。

【図５】一実施例の固体層除去後の基板の模式的断面
図である。

【図６】一実施例の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

【特許請求の範囲】

【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
基板上に液流路構成材料の少なくとも一部を設ける工程
と、前記感光性材料の固体層を前記基板上より除去する
工程を有する液体噴射記録ヘッドの製造方法であって、
前記感光性材料固体層を除去する工程では、ジメチルス
ルホキシドまたはジメチルスルホキシドを主成分とする
溶剤を用いて除去することを特徴とする液体噴射記録ヘ
ッドの製造方法。
【請求項２】前記感光性材料が、活性光線によって可
溶化するポジ型レジストであることを特徴とする請求項
１記載の液体噴射記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】前記液流路構成材料が、エポキシ樹脂で
ある事を特徴とする請求項１記載の液体噴射記録ヘッド
の製造方法。
【請求項４】前記感光性材料の固体層がポジ型レジス
トであり、前記液流路構成材料が、エポキシ樹脂である
事を特徴とする請求項１記載の液体噴射記録ヘッドの製
造方法。