JPS6189854A - 液体噴射記録ヘツド - 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］ 本発明は液体噴射記録ヘッドに係り、さらに詳しくは、
所謂、インクジェット記録方式に用いる記録用液体の小
滴を発生するための液体噴射記録ヘッドに関する。

［従来技術〕 いわゆるインクジェット記録方式に適用される液体噴射
記録ヘッドは、一般に微細な液吐出口（オリフィス）、
液通路及びこの液通路の一部に設けられる鐘体吐出エネ
ルギー発生体を備えている。

従来、この様な液体噴射記録ヘッドを作成する方法とし
て、例えば、ガラスや金属の板に切削やエツチング等に
より、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通路の形成を行なう方法が知ら
れている。

しかし、斯かる従来法によって作成される液体噴射記録
ヘッドでは、切削加工され・る液通路内壁面の荒れが大
き過ぎたり、エツチング率の差から液通路に歪が生じた
りして、流路抵抗の一定した液通路が得難く、製作後の
液体噴射記録ヘッドのインク吐出特性にバラツキが出易
い、又、切削加工の際に板の欠けや割れが生じ易く、製
造歩留りが悪いと言う欠点もある。そして、エツチング
加工を行なう場合は、製造工程が多く、製造コストの上
昇をまねくと言う不利がある。

更に、上記した従来法に共通する欠点としては、液通路
となる溝を形成した溝付板と、液体に作用するエネルギ
ーを発生する液体吐出エネルギー発生体として圧電素子
１発熱素子等の駆動素子が設けられた蓋板との貼合せの
際に夫々の位置合せが困難であって量産性に欠ける点が
挙げられる 従って、これ等の欠点が解決される構成を有する液体噴
射記録ヘッドの開発が熱望されている。

また、近年では感光性樹脂を用いて液通路となる溝を形
成することが行われている。

感光性樹脂硬化膜の線膨張率は基板となるガラス、セラ
ミック或いは金属等の線膨張率に比して一般的に大きい
ことが知られている。

このため製作後の液体噴射記録ヘッドを使用した際に、
電気−熱交換体または電気−圧力変換体からなる液体吐
出エネルギー発生体から副次的に発生する熱によって基
板−硬化膜間に応力が生じる。

この応力によって液体の吐出口の変形や液流路の変形が
起き液吐出特性にバラツキが出ることとなる。

また応力が著しく高い場合は基板より感光性樹脂硬化膜
が剥離し、ヘッドが破壊されてしまうことが起きる。こ
のような欠点があるにもかかわらず、感光性樹脂硬化膜
の線膨張率についてこれまで十分な考慮がはられれてい
なかった。

［目　的］ 本発明は、上記欠点に鑑み成されたもので、精富であり
、しかも、耐久性があって信頼性の高い液体噴射記録ヘ
ッドを提供することを目的とする。

又、液通路が精度良く正確に且つ歩留り良く微細加工さ
れた構成を有する液体噴射記録ヘッドを提供することも
本発明の目的である。更には、簡略な手法によりマルチ
アレイ型式の細密な液吐出ノズルを有する液体噴射記録
ヘッドを提供することを目的としている。

［発明の概要］ 本発明においては上記の目的を達成するために記録液体
の通路を有し、この通路に連絡した吐出口から液体を吐
出する液体噴射記録ヘッドにおいて、前記液体の通路が
感光性樹脂の硬化膜を以つて構成され、前記感光性樹脂
の硬化膜の線膨張率が７　、７　Ｘ　１０　Ｊ５ｃｍ／
ｃ＋ｓ／’　Ｃ以下とした構造を採用した。

このような線膨張率を持つ感光性樹脂としてはデュポン
社パー゛マネントフォトボリマーコーティングＲＩＳＴ
ＯＮ　、ソルダーマスク７３０５　、同７４０Ｓ、同７
３０ＦＲ，同７４０ＦＲ，同ＳＭＩ　。

同？１ＫＡＰＴＯＮ、ＸＡ−Ａ３　、ＸＡ−Ｂ３　、Ｘ
Ａ−Ａ’ｌ　、ＸＡ−Ｍ３　、ＸＡ−Ｃ３日立化成社Ｐ
ｈｏｔｅｃ　、　Ｐ　ＨＴシリーズ、同ＳＲシリーズ、
旭化成りＦＲ，Ｅ−１５，Ｐ−２５，Ｐ−３８゜Ｔ−５
０，日東電工ＮＥＯＴＲＯＣＫ　、　Ｅタイプ、同Ｔタ
イプ、東京応化Ｔｈ１ｏｋｏｌラミナーＧＴ、同うミナ
ーＧＳ１．同ラミナーＴｏ、同うミナーＴＡ等の商品名
で型取されている感光性樹脂がある。この他に、通常の
フォトリソグラフィーの分野において使用されている感
光性樹脂、フォトレジスト等の多くのものが挙げられる
。これ等の感光物としては、例えば、ジアゾレジン、Ｐ
−ジアゾキノン、更には例えばビニルモノマーと重合開
始剤を使用する光重合型フォトポリマー、ポリビニルシ
ンナメート等と増感剤を使用する二量化型フォトポリマ
ー、オルソナフトキノンジアジドとボラックタイプのフ
ェノール樹脂との混合物、ポリビニルアルコールとジア
ゾ樹脂の混合物、４−グリシジルエチレンオキシドとベ
ンゾフェノンやグリシジルカルコンとを共重合させたポ
リエーテル型フォトポリマー、Ｎ、Ｎ−ジメチルメタク
リルアミドと例えばアクリルアミドベンゾフェノンとの
共重合体、不飽和ポリエステル系感光性樹脂［例えばＡ
ＰＲ（旭化成）、テビスタ（音大）、ゾンネ（関西ペイ
ント）等］　、不飽和ウレタンオリゴマー系感光性樹脂
、二官能アクリルモノマーに光重合開始剤とポリマーと
を混合した感光性組成物、東りロム酩系フォトレジスト
、非クロム系水溶性フォトレジスト、ポリケイ皮酩ビニ
ル系フォトレジスト環化ゴム−アジド系フォトレジスト
等　・が挙げられる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図乃至第１０図は、本発明になる液体噴射記録ヘッ
ドの一実施例の構成とその製作手順を説明するものであ
る。

先ず、第１図に示す様に、シリコン基板１上に発熱素子
或いは圧電素子等の液体吐出エネルギー発生体２を所望
の個数配設する。（図に於ては、２個）、因に、前記液
体吐出エネルギー発生体２として発熱素子が用いられる
ときには、この素子が、近傍の液体を加熱することによ
り、液吐出圧を発生させる。又、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液吐出圧を発
生させる。

尚、これ等の素子２には図示されていない信号入力用電
極が接続しである。

次に液体吐出エネルギー発生体２を設けた基板１の表面
を清浄化すると共に乾燥させた後、液体吐出エネルギー
発生体２を設けた基板面ＩＡに表１に示すようなポリマ
ー、七ツマー類を混合し製造した感光性樹脂フィルム（
以下フォトレジストと称す、■り厚約２５ｐｍ”１００
ｇｇ＋）を第２図、第３図に示すように８０℃〜１０５
℃程度に加温し０．５〜０．４ｆ／分の速度、１〜３Ｋ
ｇ／ｃｄの加圧条件化でラミネートする。

尚、第２図は第１図に於るｘ−ｘ　”線切断面に相当す
る断面図である。

このとき、フォトレジスト３は基板面ＩＡに圧着して固
定され、以後、多少の外圧が加わった場合にも基板面Ｌ
Ａから剥離することはない。

続いて第３図に示す様に、基板面ＩＡに設けたフォトレ
ジスト３−ヒに所定のパターン４Ｐを有するフォトマス
ク４を重ね合わせた後、このフォトマスク４の上部から
露光（図中、矢印）を行なう、このとき、上記パターン
４Ｐは、基板１上の液体吐出エネルギー発生体２の領域
を十分に覆うもので、このパターン４Ｐは光を透過しな
い。

従って、パターン４Ｐで覆われている領域のフォトレジ
スト３は露光されない、又、このとき、液体吐出エネル
ギー発生体２の設置位置と上記パターン４Ｐの位置合わ
せを周知の手法で行なっておく必要がある。

つまり、少なくとも、後に形成される液体の細流路中に
上記液体吐出エネルギー発生体２が露出すべく配慮され
る。

以上の如く露光を行なうと、パターン４Ｐ領域外のフォ
トレジスト３が重合反応を起して硬化し、溶剤不溶性に
なる。他方、露光されなかった図中、破線で囲われてい
るフォトレジスト３は硬化せず、溶剤可溶性のまま残る
。

露光操作を経た後、フォトレジスト３を揮発性有機溶剤
、例えば、トリクロルエタン中に浸漬して、未重合（未
硬化）のフォトレジストを溶解除去すると、基板１上に
は硬化フォトレジスト膜３Ｈがインク吐出圧発生素子２
を除く領域に形成される（第４図）、その後、基板ｌ上
に歿された硬化フォトレジスト膜３Ｈの耐溶剤性を向上
させる目的でこれを更に硬化させる。その方法としては
、熱重合（１３０℃〜１６０℃でｌＯ分〜６０分程度、
加熱）させるか紫外線照射を行なうか、これ等両者を併
用するのが良い。

以上の工程を経て形成された中間品の外観を第５図に斜
視図で示す。

次に第５図示の中間品の硬化フォトレジスト膜３Ｈ面を
清浄化すると共に乾燥させた後、この膜３Ｈの表面に従
前の工程と同様に調整したフォトレジストを８０℃〜１
０５℃程度に加温し０．５〜０．４ｆ／分の速度、０　
、１　　Ｋｇ／ｃｄ以下の加圧条件化でラミネートする
（第６図）。

尚、第６図は第５図に於るＹ−Ｙ’線切断面に相当する
断面図である。この工程に於て、硬化レジスト膜３Ｈ面
にフォトレジスト５を更にラミネートするとき注意すべ
きは、上記工程で膜３Ｈに形成された液体吐出エネルギ
ー発生体２の窓明部にフォトレジスト５がたれ込まない
ようにすることである。そのため、従前の工程で示した
ラミネート圧ではフォトレジスト５のたれ込みが起るの
で、ラミネート圧をＯ、ｌ　　Ｋｇ／ｃｄ以下に設定す
る。

又、別の方法としては、予め前記レジスト膜３Ｈの厚さ
分のクリアランスを設けて圧着する。

このとき、フォトレジスト５は硬化＋１！２３　Ｈ面に
圧着して固定され、以後、多少の外圧が加わった場合に
も剥離することはない。続いて、第７図に示す様に、新
たに設けたフォトレジスト５上に所定のパターン６Ｐを
有するフォトマスク６を重ね合わせた後、このフォトマ
スク６の上部から露光を行なう、尚上記パターン６Ｐは
、後に液供給室。

液流路及び吐出口を構成する領域に相当しており、この
パターン６Ｐは光を透過しない。

従って、パターン６Ｐで覆われている領域のフォトレジ
スト５は露光されない、又、このとき、基板１上に設け
られた不図示の液体吐出エネルギー発生体２の設置位置
と上記パターン６Ｐの位置合わせを周知の手法で行なっ
ておく必要がある６つまり、少なくとも、後に形成され
る液流路中に上記素子が位置すべく配慮すべきである。

以上の如く、フォトレジスト５を露光するとパターン６
Ｐ領域外のフォトレジスト５が重合反応を起して硬化し
、溶剤不溶性になる。他方、露光されなかったフォトレ
ジスト５は硬化せず、溶剤化溶性のまま残る。

露光操作を経た後、フォトレジスト５を揮発性有機溶剤
、例えば、トリクロルエタン中に浸漬して、未重合（未
硬化）のフォトレジストを溶解除去すると、硬化フォト
レジスト膜５　Ｈにはパターン６Ｐに従って第８図に示
す凹部が形成される。

その後、先のレジス）Ｎ３Ｈ上に残された硬化フォトレ
ジストＩＩＱ　５　Ｈの耐溶剤性を向上させる目的でこ
れを更に硬化させる。その方法としては、熱重合（１３
０℃〜１６０℃で１０分〜６０分程度、加熱）させるか
、紫外線照射を行なうか、これ等両者を併用するのが良
い。

この様にして硬化フォトレジスト１１３５　Ｈに形成さ
れた四部のうち、７ａは液体噴射記録ヘッド完成品に於
る液供給室に、又７ｂは液流路に相当する。

尚、第８図の液流路７ａ内に残された硬化フォトレジス
ト１漠５Ｈによる２つの島５Ｈｉ、５Ｈｊは後に重置さ
れる不図示の天井板のたれ込みを防ＩＦする支柱の役目
を果すものである。そして、これ等の形状や大きさは、
液体の流通を阻害しない限り、自由に規定することがで
きる。

上述した工程を経て、液流路が形成された硬化レジスト
膜５Ｈ面に、液流路の天井を構成するフォトレジスト８
を更に貼着する（第９図）。

この際の具体的条件は、フォトレジスト５のラミネート
条件とほぼ同様である。

次に、フォトレジスト８には、従前と同様の露光及び現
像の手法により、レジスト８を硬化させると共に不図示
の液タンクとヘッド内の液流路との連絡用開孔９を任意
の個数形成する。尚、このときの諸条件は既に説明した
条件とほぼ同様であるから、ここでは省略する。

以上のようにして、フォトレジスト８が硬化して、これ
と、先の硬化膜５Ｈとの接合が完了した後、第９図のｃ
−ｃ　′線に沿って切断する。これは第１０に示す如く
液体吐出エネルギー発生体２と液吐出口ｌＯとの間隔を
最適化するために行なうものであり、ここで切断する領
域はヘッド設計の如何により適宜、決定される。この切
断に際しては、半導体工業で通常、採用されているダイ
シング法が採用される。

第１０図は第９図のｚ−ｚ　”線に沿った断面図である
。そして、切断面を研磨して平滑化し、開孔９を介して
直接、液タンクを接続させるか、或いは、開孔９に不図
示の液タンクと連結するための液供給管（不図示）を取
り付けて液体噴射記録ヘッドが完成する。

さて、液体噴射記録ヘッドの一部を構成しているフォト
レジスト硬化膜の樹脂組成比を種々変化させた時の硬化
膜の線膨張率は次のようになった。

重量組成比と線膨張率（１） 重量組成比ど線膨張率（２） この５種の硬化膜を用いて製造した液体噴射記録ヘッド
で吐出を行なったところ具体例■、■。

＜４）　、　（−［株］のものでは安定な吐出が連続し
て行なえた。これに対し具体例（■のヘッドでは吐出を
続けるうちにノズルによってドツト径が揃わない、液体
の吐出方向や吐出速度がバラバラになるなどの不具合が
多く発生した。さらにこれら３種の液体噴射記録ヘッド
の耐熱テスト（１２０℃）を行なったところ具体例■、
■、■、■のヘッドでは加熱時間が５０時間を経過して
もフォトレジスト硬化膜の部位に全く異常は認められな
かった。

しかし具体例（段のヘッドでは１０時間の加熱によって
硬化ｌｌＩ２の基板からの浮き上がりがいくつかの部位
で見られた。

具体例（助のヘッドで見られた現象は、フォトレジスト
硬化１１々の線膨張率が基板であるシリコンの線膨張率
（０、７６Ｘ　Ｉ　Ｃ）Ｊ０５ｃｍ／ｃ＋ｓ／”Ｃ）よ
り著しく大きいと液体吐出エネルギー発生体などからの
熱によってより熱膨張率の大きい硬化膜中に大きな応力
が発生し、この応力によって吐出口や液流路に変形が生
じるため引き起こされると考えられる。また強制的に高
温にさらす耐熱テストでは。

この応力が更に著しくなるために硬化膜の浮きが起るの
である。

これに対して具体例■、■、■、■の実施例に見られる
ように、本発明にお、いて使用される７　、　７　Ｘ　
１０　′６．ａｍ／ｃｍ／”Ｃ以下の線膨張率を持つフ
ォトレジスト硬化膜を使用して液体噴射記録ヘッドを製
造すれば硬化膜と基板との線膨張率の差がそれ程大きく
ないため応力の発生が少なく、吐出［１や液流路の変形
が最小限におさえられ、また、耐熱テスト時においても
硬化膜の浮きが起きるに至らないのである。

［効　果］ 以上に詳しく説明した本発明の効果としては次のとおり
、種々、列挙することができる。

■、ヘッド製作の主要工程が、所謂、印写技術に困る為
、所望のパターンでヘッド細密部の形成が極めて簡単に
行なえる。しかも、同構成のヘッドを多数、同時加工す
ることもできる。

２、製作工程数が比較的少ないので、生産性が良好であ
る。

３、主要構成部位の位置合ゎせを容易にして確実に為す
ことができ、寸法精度の高いヘッドが部留まり良く得ら
れる。

４、高密度マルチアレイ液体噴射記録ヘッドが簡略な方
法で得られる。

５、連続、且つ大量生産が可能である。

６、上記実施例で明らかにしたとおり、フォトレジスト
のｍ膨張率が低いため、吐出時に熱の影響を受けにくく
、安定した液の吐出が連続して行える。

７、使用時のみならず非使用時の熱の影響が小さいため
液体噴射記録ヘッドとして耐久性が良く、高い信頼性が
ある。

【図面の簡単な説明】 第１図乃至第１０図は何れも１本発明の−”実施例の説
明図である。 １・・・基板 ２・・・液体吐出エネルギー発生体 ３．５．８・・・ドライフィルムフォトレジスト３Ｈ，
５Ｈ，５Ｈｉ、　５Ｈｊ・・・硬化フォトレジスト膜４
．６・・・フォトマスク　７ａ、７ｂ・・・液流路９・
・・開孔　　　　　　　１０・・・液吐出口第７図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 記録液体の通路を有し、この通路に連絡した吐出口から
   液体を吐出する液体噴射記録ヘッドに於て、前記液体の
   通路が感光性樹脂の硬化膜を以て構成され、前記感光性
   樹脂の硬化膜の線膨張率が７．７×１０＾−＾５ｃｍ／
   ｃｍ／℃以下であることを特徴とする液体噴射記録ヘッ
   ド。