JPH0631920A

JPH0631920A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0631920A
Application number: JP21083192A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Hayashi; 和廣林; Takehiro Niitsu; 岳洋新津
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 1994-02-08

Abstract

(57)【要約】【目的】切断条件の決定を含めたヘッド作製が容易
で、チッピングを抑え、かつ、インク滴の噴射方向が安
定した、安価で高寿命のインクジェット記録ヘッドを提
供する。【構成】ガラス基板１上には、発熱素子３が形成さ
れ、その前後に共通電極１７および個別電極１８が形成
されている。その上にガラスペーストを焼成して保護層
４を形成し、その上にやはりガラスペーストを焼成して
インク流路壁５’を形成する。インク流路壁５’の上
に、接着剤２３を塗布し、ガラスの天井基板７を接着す
る。この天井基板７と、インク流路壁５’、保護層４に
より、インク流路８が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク流路中の発熱素
子によってインクを加熱し、気泡を発生させることによ
り、インク滴を吐出させて記録媒体に記録を行なう方式
のインクジェット記録ヘッド及びそ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は、インク流路
からインク滴を吐出して記録媒体に記録を行なうもので
ある。インク滴を吐出させる方法としては、圧電素子の
歪みにより、インク流路内に圧力変化を発生させて、イ
ンク滴を吐出させるもの、または、これに加えて、一対
の電極を設け、電界によりインク滴に偏向力を加えて吐
出させるもの、あるいは、インク流路内に配設した発熱
素子を急激に加熱することによって気泡を発生させ、こ
れによってインク流路の先端からインク滴を吐出させる
ものなど、種々のものが知られている。

【０００３】これらの中でも、発熱素子を加熱して気泡
を発生させ、インク滴を吐出させる方式のインクジェッ
ト記録ヘッドでは、インク流路を高密度に配列すること
ができるため、高解像度の記録を行なうことが可能であ
り、また、記録ヘッドとして全体的にコンパクト化を図
ることも容易である。記録ヘッドの製造に際しても、最
近の半導体技術分野において、技術の進歩と信頼性の向
上が著しいＩＣ技術や、マイクロ加工技術を活用するこ
とができる。また、長尺化及び２次元化が容易であるこ
とから、マルチノズル化および高密度の実装化が容易で
あり、しかも、大量生産時の生産性が良く、製造費用も
廉価にできることから、特に注目されている。

【０００４】この発熱素子を加熱して気泡を発生させ、
インク滴を吐出させる方式における従来のインクジェッ
ト記録ヘッドとして、例えば、特開昭５６−１２３８６
９号公報に記載されているように、感光性樹脂材料を用
いてインク流路を形成したものが知られている。

【０００５】図２０は、従来のインクジェット記録ヘッ
ドの作成工程図である。図中、１は基板、２は蓄熱層、
３は発熱素子、４は保護層、５は感光性レジスト層、
５’はインク流路壁、６はフォトマスク、７は天井基
板、８はインク流路である。基板１の材料としては、セ
ラミックス、金属、プラスチック等が用いられる

【０００６】まず、基板１上に、蓄熱層２を積層し、そ
の上に発熱素子３、電極（図示せず）を配置した後、保
護層４を形成する（図２０（Ａ））。

【０００７】保護層４の上に感光性樹脂、例えば、ドラ
イフィルムフォトレジスト等をラミネートし、感光性レ
ジスト層５を積層する（図２０（Ｂ））。この感光性レ
ジスト層５を、所定のマスク６を介し光線Ｌにより露光
する（図２０（Ｃ））。その後、現像し、インク流路８
となる部分の感光性レジスト層５を除去して、インク流
路壁５’を形成する（図２０（Ｄ））。

【０００８】さらに、インク流路の天井基板７として、
例えば、ガラス基板を用い、インク流路壁５’の上面に
熱融着させ、インク流路８を形成する（図２０
（Ｅ））。接着後、各チップごとに切断することによ
り、インクジェット記録ヘッドが作成される。

【０００９】このような工程で作成されたインクジェッ
ト記録ヘッドは、基板１、インク流路５’、天井基板７
を構成する材料として、熱膨張率の異なるセラミック
ス、ガラス、感光性樹脂等が混在して用いられている。
しかし、このように熱膨張率の異なる材料を混在して用
いると、天井基板７を熱融着した時の熱応力の歪みが材
料内に残り、この歪みにより記録ヘッドの寿命が低下す
る。これを防ぐために、紫外線硬化型の接着剤のよう
に、接着時に加熱を行なわない方法を用いて作製するこ
とも考えられるが、印字中のヘッド温度の変動により、
材料中に同様な熱応力の歪みが生じ、やはり記録ヘッド
の寿命低下が起こる。また、各チップごとに切断する時
には、硬度の異なる材料を同時に切断することになるた
め、チッピングが多発し、また、切断条件の決定が難し
いという問題もある。

【００１０】さらに、このようなインクジェット記録ヘ
ッドのインク流路の内面は、ガラス面と、感光性樹脂の
インク流路壁とに囲まれており、両者の材質の違いによ
りインクに対する濡れ性が異なるために、インク滴を吐
出した際に、濡れ性のよい感光性樹脂側にインク滴が引
っ張られ、インク滴の噴射方向が安定しないという問題
があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、切断条件の決定を含めたヘ
ッド作製が容易で、チッピングを抑え、かつ、インク滴
の噴射方向が安定した、安価で高寿命のインクジェット
記録ヘッドを提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に記
載の発明においては、インク流路を有し、該インク流路
の先端の吐出口からインクを吐出するインクジェット記
録ヘッドにおいて、基板と、前記インクを加熱する発熱
素子と、該発熱素子に駆動電流を印加するために接続さ
れた電極と、前記発熱素子と前記電極を保護する保護層
と、インク流路を形成するインク流路壁と、前記インク
流路を覆う天井基板を有し、前記保護層、インク流路
壁、天井基板の材料が、全て同質の材料により形成され
ていることを特徴とするものである。保護層、インク流
路壁、天井基板の材料として、全てガラス系材料を用い
ることができる。基板の材料も、前記材料と同質の材料
を用いるようにしてもよい。

【００１３】請求項２に記載の発明においては、基板
と、前記インクを加熱する発熱素子と、該発熱素子に駆
動電流を印加するために接続された電極と、前記発熱素
子と前記電極を保護する保護層と、インク流路を形成す
るインク流路壁と、前記インク流路を覆う天井基板を有
するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前
記保護層の上層に感光性樹脂を積層し、所定のマスクで
露光し、現像して、除去した部分に、ガラスペーストを
埋め込んだ後、焼成して、前記インク流路壁を形成する
ことを特徴とするものである。

【００１４】請求項３に記載の発明においては、基板
と、前記インクを加熱する発熱素子と、該発熱素子に駆
動電流を印加するために接続された電極と、前記発熱素
子と前記電極を保護する保護層と、インク流路を形成す
るインク流路壁と、前記インク流路を覆う天井基板を有
するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前
記保護層の上層にガラスペーストをスクリーン印刷した
後、焼成して、前記インク流路壁を形成することを特徴
とするものである。

【００１５】

【作用】本発明によれば、保護層、インク流路壁、天井
基板の材料が、全て同質の材料を用いているから、熱膨
張率のばらつきが少なく、熱応力の歪みにより寿命が低
下することがないインクジェット記録ヘッドが得られ
る。また、硬度もほぼ均一であるから、各チップへの切
断時に発生するチッピング等を抑え、また、切断条件の
決定の困難性を解消することができる。さらに、インク
流路内面の材料が同質であるから、ノズル周囲の材料の
インクに対する濡れ性が均一であり、吐出したインク滴
の噴射方向を安定させることができる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明のインクジェット記録ヘッド
の一実施例の断面図である。図中、図２０と同様な部分
には、同じ符号を付して説明を省略する。１７は共通電
極、１８は個別電極、２３は接着剤である。

【００１７】基板１上には、発熱素子３が形成され、そ
の前後に共通電極１７および個別電極１８が形成されて
いる。その上に保護層４が積層され、この保護層４の上
にインク流路壁５’が形成されている。さらに、インク
流路壁５’の上には、接着剤２３により天井基板７が接
着されている。この天井基板７と、インク流路壁５’、
保護層４により、インク流路８が形成される。インク流
路８を形成する天井基板７、インク流路壁５’、保護層
４および基板１は、全てガラス系材料によって作成され
ている。

【００１８】図２乃至図１１、図１３乃至図１９は、本
発明のインクジェット記録ヘッドの一実施例の作製工程
を示す断面図であり、図１２は、図１１の平面図であ
る。図中、図２０と同様な部分には、同じ符号を付して
説明を省略する。９は発熱抵抗体層、１０は金膜、１
１、１４は感光性レジスト層、１１’はレジストパター
ン、１２はアパーチャ、１３、１６、２１はフォトマス
ク、１５、２０はマスクパターン、１７は共通電極、１
８は個別電極、１９は感光性ネガレジスト層、２２は厚
膜ガラスペースト、２３は接着剤である。

【００１９】まず、図２に示すように、基板１に、抵抗
体形成用の金属有機物材料をスクリーン印刷により塗布
する。基板の材料としては、１．１ｍｍ厚のコーニング
社製７０５９ガラス（商品名）を用いた。また、抵抗体
形成用の金属有機物材料は、ＮＥケムキャット社のメタ
ルレジネート（商品名）の下記の番号の各溶液を混合し
たものである。Ａ−１１２３（Ｉｒ有機物材料）＃２８−ＦＣ（Ｓｉ有機物材料）＃８３６５（Ｂｉ有機物材料）すなわち、上記各溶液を焼成後の原子数比がＩｒ：Ｓｉ：Ｂｉ＝１：１：１となるような割合で混合し、α−ターピネオール等の溶
剤で置換し、高分子の樹脂等を添加して、粘度を４００
０〜３００００ｃｐｓに調整したものである。

【００２０】この混合物を、２００〜４００メッシュの
ステンレススクリーンにより前記ガラス基板１上に印刷
塗布し、７０℃で３０分間乾燥してから、赤外線ベルト
焼成炉において５５０℃〜７２０℃のピーク温度で１０
分〜３０分間焼成して発熱抵抗体層９を形成する。

【００２１】次に、図３に示すように、発熱抵抗体層９
が形成された基板１の表面全面に、電極形成用金属有機
物材料として、ノリタケカンパニーリミテド製のメタロ
オーガニック金ペーストＤ２７（商品名）に、ドデカン
酸第二銅を０．２重量％〜０．３重量％を添加し、溶解
させたペーストをスクリーン印刷して、７０℃で１０分
間乾燥してから、赤外線ベルト焼成炉によって３０分〜
６０分間焼成して金膜１０を得る。

【００２２】図４に示すように、金膜１０の全面にフォ
トレジスト層１１を塗布し、所定のアパーチャ１２を有
するフォトマスク１３を用い、該フォトマスク１３を介
して光線Ｌにより露光を行なう。露光の後、図５に示す
ように、フォトレジスト１１の露光部分を現像により除
去し、レジストパターン１１’を得る。

【００２３】図６に示すように、レジストパターン１
１’をマスクとして、ヨウ素−ヨウ化カリウム水溶液を
エッチング液としてエッチングを施し、金膜１０の露出
部分を溶解除去する。

【００２４】続いて、図７に示すように、フッ素−硝酸
水溶液をエッチング液としてエッチングを施し、露出し
ている金膜１０の一部および発熱抵抗体層９をエッチン
グすることにより、発熱素子３を形成する。その後、図
８に示すように、レジストパターン１１’を除去し、金
膜１０を露出させる。

【００２５】次に、図９に示すように、再度フォトレジ
スト層１４を形成し、発熱素子３上の金膜を除去すべき
部分に対応したマスクパターン１５を有するフォトマス
ク１６を用い、該フォトマスク１６を介して光線Ｌによ
り露光を行なう。図９で示したマスクパターン１５は、
発熱素子３の配列方向に延在するアパーチャを有してお
り、発熱素子３間も露光する。露光の後、図１０に示す
ように、現像を行なって、除去すべき金膜１０の部分を
露呈させる。図１０の断面では、フォトマスク１６は除
去されている。

【００２６】図１１に示すように、露呈させた金膜１０
の部分に、ヨウ素ーヨウ化カリウム水溶液をエッチング
液としてエッチングを施し、発熱部となる発熱素子３上
の金膜１０を除去し、金膜１０を発熱素子３上で切断し
て共通電極１７と個別電極１８を形成するとともに、こ
れらの共通電極１７と個別電極１８を橋絡して接続する
発熱素子３を露呈させる。なお、共通電極１７および個
別電極１８は、図１１で示した断面には存在しないの
で、点線で示している。図１２に、この段階の平面図を
示した。図１１は、ａ−ａ’断面図である。

【００２７】次に、図１３に示すように、共通電極１
７、個別電極１８、発熱抵抗体３を覆うように、オーバ
ーグレーズ層形成用のガラスペースト、例えば、田中マ
ッセイ社製ＬＳ２０１（商品名）等をスクリーン印刷に
よりベタ印刷し、これを５５０℃〜７２０℃のピーク温
度で焼成して、膜厚１μｍ〜２μｍの保護層４を形成す
る。

【００２８】図１４に示すように、形成した保護層４上
に、ハイブリッドＩＣの製造に用いられているネガ型フ
ォトレジスト、例えば、東京応化工業株式会社製のＰＭ
ＥＲＨＣ６００（商品名）等をロールコーター、スピン
コーター等で塗布し、感光性ネガレジスト層１９を形成
する。この感光性ネガレジスト層１９の層厚によって、
インク流路壁の高さが決まる。通常、インク流路壁の高
さは数十μｍの厚さが必要である。ポジ型フォトレジス
トをこの厚さで形成すると、現像後の精度が低下するた
め、ここではネガ型フォトレジストを用いる。感光性ネ
ガレジスト層１９としては、同じネガ型フォトレジスト
であるドライフィルムをラミネートして形成しても良
い。

【００２９】図１５に示すように、最終的にインク流路
およびインク供給室となる部分に対応したマスクパター
ン２０を有するフォトマスク２１を用いて、光線Ｌによ
り露光を行なう。露光の後、図１６に示すように、現像
を行ない、インク流路およびインク供給室となる部分以
外の部分のレジストを除去して、その部分の保護層４を
露呈する。

【００３０】図１７に示すように、露呈された部分に厚
膜ガラスペースト２２、例えば、ノリタケカンパニーリ
ミテド製７９６５Ｄ（商品名）等を２５〜４００メッシ
ュのスクリーンを用いてスクリーン印刷により埋め込
み、１２０℃で１５分間、乾燥させる。ここで、厚膜ガ
ラスペースト２２が感光性ネガレジスト層１９の上部に
まで塗布された場合には、乾燥後に２０００〜５０００
番のラッピングシートによりラッピングを施し、感光性
樹脂層の上部の厚膜ガラスペースト２２を除去する。こ
の工程は、厚膜ガラスペースト２２が未焼成の状態では
柔らかいから、容易に除去が可能である。

【００３１】その後、図１８に示すように、７５０℃〜
８５０℃のピーク温度で１０分〜３０分間焼成すると、
感光性ネガレジスト層１９が熱分解し、気化して除去さ
れる。それと同時に、厚膜ガラスペースト２２が焼結さ
れ、ガラスのインク流路壁５’が形成される。インク流
路壁５’は、インク供給室の壁としても形成される。

【００３２】次に、図１９に示すように、ガラスの天井
基板７を接着するためのエポキシ系の接着剤２３をイン
ク流路壁５’の上に塗布する。接着剤２３の塗布の方法
として、あらかじめフィルムにスピンコートにより塗布
した接着剤を、インク流路壁およびインク供給室壁の上
のみに転写する方法を用いると、インク流路８内の壁へ
接着剤が入り込むことがなく、好適である。

【００３３】最後に、ガラスの天井基板７を接着剤を介
して接着し、インク流路８を形成する。以上のような工
程により、図１に示したような記録ヘッドを作製するこ
とができる。

【００３４】上述の実施例では、インク流路壁５’の形
成方法として、ガラスペーストをレジストの間に埋め込
んだ後、焼成して形成する方法を用いたが、発熱素子の
パターニング密度が低い場合には、スクリーン印刷等の
方法を用いて、ガラスペーストを保護層４の上に直接パ
ターン印刷し、乾燥後に焼成することにより形成するこ
とも可能である。なお、上述の実施例では、蓄熱層を設
けていないが、発熱抵抗体層９を形成する前に、蓄熱層
を形成するように構成してもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のインクジェット記録ヘッドによれば、熱膨張率の異な
る材料の密着部分がないため、熱応力の歪みによる寿命
低下を改善することができる。また、各チップへの切断
時に、硬度の異なる材料を同時に切断することがないた
め、切断条件を容易に決定することができる。さらに、
インク流路およびノズル部分の下面、壁部、上面の材料
が同質であるため、どの方向においてもインクに対する
濡れ性がほぼ等しく、インク滴を吐出した際のインク滴
の噴射方向を安定させることができる、という効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの一実施
例の断面図である。

【図２】〜

【図１９】本発明のインクジェット記録ヘッドの一実
施例の作製工程を説明するための工程図である。

【図２０】従来のインクジェット記録ヘッドの作製工
程を説明するための工程図である。

【符号の説明】

１基板、２蓄熱層、３発熱素子、４保護層、
５，１１，１４感光性レジスト層、５’ インク流路
壁、６，１３，１６，２１フォトマスク、７天井基
板、８インク流路、９発熱抵抗体層、１０金膜、
１１’ レジストパターン、１２アパーチャ、１５，
２０マスクパターン、１７共通電極、１８個別電
極、１９感光性ネガレジスト層、２２厚膜ガラスペ
ースト、２３接着剤。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク流路を有し、該インク流路の先端
の吐出口からインクを吐出するインクジェット記録ヘッ
ドにおいて、基板と、前記インクを加熱する発熱素子
と、該発熱素子に駆動電流を印加するために接続された
電極と、前記発熱素子と前記電極を保護する保護層と、
インク流路を形成するインク流路壁と、前記インク流路
を覆う天井基板を有し、前記保護層、インク流路壁、天
井基板の材料が、全て同質の材料により形成されている
ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】基板と、前記インクを加熱する発熱素子
と、該発熱素子に駆動電流を印加するために接続された
電極と、前記発熱素子と前記電極を保護する保護層と、
インク流路を形成するインク流路壁と、前記インク流路
を覆う天井基板を有するインクジェット記録ヘッドの製
造方法において、前記保護層の上層に感光性樹脂を積層
し、所定のマスクで露光し、現像して、除去した部分
に、ガラスペーストを埋め込んだ後、焼成して、前記イ
ンク流路壁を形成することを特徴とするインクジェット
記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】基板と、前記インクを加熱する発熱素子
と、該発熱素子に駆動電流を印加するために接続された
電極と、前記発熱素子と前記電極を保護する保護層と、
インク流路を形成するインク流路壁と、前記インク流路
を覆う天井基板を有するインクジェット記録ヘッドの製
造方法において、前記保護層の上層にガラスペーストを
スクリーン印刷した後、焼成して、前記インク流路壁を
形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの
製造方法。