JPH1134339A - 液体噴射記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的安価に、精密で信頼性が高く、時間と
手間がかかるインク流路５及びノズル内の洗浄工程を簡
便に行うことのできる液体噴射記録ヘッドの製造方法を
提供する。 【解決手段】 このため、前記インク流路５、ノズル内
にインクを充填する前にアルカリ，酸，有機溶剤等で前
記インク流路５、ノズル内を洗浄する工程を、この種の
液体噴射記録ヘッドの製造工程に含ませた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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に関する。

【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
な記録液吐出口（オリフィス）、液流路及びこの液流路
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、ガラスや金属等の基板を用い、
この基板に、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、これらの溝を形成した基板を他の
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】さらに、新たな製造方法として、基板上に
液流路のパターン状に固体層を設ける工程と、この固体
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
も一部を設ける固定と、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、
例えば特開昭６１−１５４９４７号公報等に提案されて
いる。

【０００４】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、また製造工程のほ
とんどの期間、液流路内に固体層が充填されているた
め、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。

【０００５】しかしながら、前記固体層を、微細な液流
路から除去する際、完全に除去しようとすると、液流路
材料へ損傷を与え、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
する可能性があった。従って、この種の固体層を除去す
る液体としては、液流路材料に対する影響が軽微な溶剤
が使用されている。このため、実際には液体噴射記録ヘ
ッドの製造工程では、完成後のヘッドに記録液としての
インク等を充填し、一定期間放置して、上記固体層の微
小残渣や、さまざまな工程で発生するいわゆる“汚れ”
を洗浄する必要がある場合がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の諸点
に鑑みて成されたものであって、安価、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新規な
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
し、特に比較的長期に渡って記録液インク等を充填する
等、時間と手間がかかる流路、及びノズルの洗浄工程を
短時間に簡便に行うことを目的としている。

【０００７】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
ることも目的としている。

【０００８】さらに、液流路構成材料の選択に対しての
制限を小さくし、プロセス条件の余裕を広げ、装置の制
約を軽減すること、及び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ことも本発明の目的であ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、下記の各項（１）〜（６）のいずれかに示す液体
噴射記録ヘッド及びその製造方法を提供することによ
り、前記目的を達成しようとするものである。

【００１０】（１）液流路、ノズル内に記録液体インク
を充填する前に、アルカリ，酸，有機溶剤等で前記液流
路、ノズル内を洗浄する工程を有することを特徴とする
液体噴射記録ヘッドの製造方法。

【００１１】（２）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、前記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において、前
記固体層を除去し、前記液流路、ノズル内に記録液体イ
ンクを充填する前に、アルカリ，酸，有機溶剤等で前記
液流路、ノズル内を洗浄する工程を有することを特徴と
する液体噴射記録ヘッドの製造方法。

【００１２】（３）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前
項（２）に記載の液体噴射記録ヘッドの製造方法。

【００１３】（４）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前項（２）に記載の液体噴射
記録ヘッドの製造方法。

【００１４】（５）前記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
特徴とする前項（２）に記載の液体噴射記録ヘッドの製
造方法。

【００１５】（６）前項（１）ないし（５）のいずれか
記載の製造方法により製造されたことを特徴とする液体
噴射記録ヘッド。

【００１６】

【作用】以上のような本発明製造方法により、前記洗浄
工程が比較的簡便で、信頼性の高い液体噴射記録ヘッド
を得ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を基本
的及び具体的な各実施例に基づき、図面を併用して詳細
に説明する。

【００１８】

【実施例】図１ないし図６に、本発明の基本的な実施態
様を説明するための模式図を示し、図１ないし図６のそ
れぞれには、本発明方法に係る液体噴射記録ヘッドとそ
の製作工程手順の一例が示されている。なお、本実施例
においては、２つのオリフィスを有する液体噴射記録ヘ
ッドの態様例が示されているが、もちろんこれ以上のオ
リフィス数を有する液体噴射記録ヘッドの場合でも同様
であることはもちろんである。

【００１９】まず、本実施態様においては、例えば、図
１の固体層形成前の基板の模式的斜視図に示されるよう
な、ガラス，セラミック，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。

【００２０】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、また後述の固体層及び液流路構成材料
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。

【００２１】これら基板１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２が所望の個数配設
される（図１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、インク等の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、画像
記録印字が行われる。

【００２２】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、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。

【００２３】なお、これ等の素子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、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１上に配設したが、配設時期は所望時期とし
てもよい。

【００２４】ついで、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）及び（ｂ）に示されるような固体層３を形成す
る。なお、図２（ａ）は、固体層３形成後の基板１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。

【００２５】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。

【００２６】その理由としては、以下の事項が挙げられ
る； １）このプロセスはＩＣ製造やプリント基板製造におい
て既に応用されており、フォトリソグラフィー法である
ため、基板１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。

【００２７】２）除去性が良好である。特に活性光線を
照射することにより、さらに除去性が良くなる。これは
ネガ型フォトレジストのように、活性光線の照射によっ
て高分子量化するようなものであると、後工程での除去
が完全に行われず、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ことは起こり難
い。

【００２８】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、日本合成ゴム（株）），「ＯＦＰＲシリ
ーズ」，「ＰＭＥＲ−Ｐシリーズ」，「ＯＤＵＲ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））等が挙げられる。

【００２９】基板１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
ント板製造時に行われるホットロールラミネータを用
い、ラミネートすることにより達成できる。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、厚さの減少を見込んで塗布することは言うまで
もない。

【００３０】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１との合わせを行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。なお、次に行う液流路構成材料
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っても良い。

【００３１】こ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に示されるように、この固体層３を
覆うように液流路構成材料４が積層される。なお、図３
は、液流路構成材料積層後、図２と同様の位置で切断し
た基板１の模式的切断面図である。

【００３２】このような液流路構成材料４としては、上
記固体層３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、この材料は、液流路を形成して液体噴射
記録ヘッドとしての構造材料となるものであるので、基
板１との接着性，機械的強度，寸法安定性，耐蝕性等の
面で優れたものを選択し用いることが好ましい。

【００３３】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，尿素樹脂等が好適に使用さ
れる。

【００３４】上記液状の硬化性材料が、液流路構成部材
４として用いられる場合には、これら材料は、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１上に積層される。塗布に際しては、こ
れら材料４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。

【００３５】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、これらの硬化性材料は、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（硬化性材料
硬化後の基板の模式的切断面図を示す図４参照）。

【００３６】次いで、固体層３及び液流路構成材料４が
積層された上記のような基板１から、固体層３を除去し
て液流路５（図６参照）を形成する。この固体層３の除
去に用いる溶剤として、乳酸メチル，乳酸エチル、及び
乳酸ブチルまたは乳酸メチル，乳酸エチル、及び乳酸ブ
チルを主成分とする溶剤、あるいは、使用される溶剤と
しては、ジメチルスルホキシド，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，エチレングリコールモノ
エチルエーテル，水，強アルカリを含む水等が挙げられ
る。これらの液体には、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１
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ことがで
きる。

【００３８】図５は、固体層３を除去後、図２と同様の
位置で切断した液体噴射記録ヘッドの模式的切断面図で
ある。また、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が示されている。

【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５が形成された液体噴射記録ヘッドが構成される。さ
らに、本発明実施例では、苛性ソーダ水溶液，酢酸リチ
ウム水溶液等のアルカリ，塩酸水溶液，硝酸水溶液，硝
酸水溶液等の酸，ＤＭＳＯ，ＮＭＰ，２ピロリドン，エ
チルセロソルブ，３−メトキシプロピオン酸メチル，Ｐ
ＥＧＭＥＡ等の溶剤を液流路５、ノズル内に流して洗浄
し、記録ヘッドを完成する。

【００４０】以下に、本発明に係るより具体的な各実施
例を示し、本発明の要旨をさらに詳細に説明する。

【００４１】（実施例１）前記図１ないし図６に示した
製作手順に準じて、模式的斜視図図６に示す構成の液体
噴射記録ヘッドを作成した。

【００４２】まず、液体吐出エネルギー発生素子２とし
ての電気熱変換体（材質ＨｆＢ２）を形成したガラス基
板１上に、ポジ型レジスト「ＯＺＡＴＥＣ ＰＬ−２６
８」（商品名、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で２７００ｒｐ
ｍの回転数で４０秒間回転塗布した。この感光層に図６
に相当するパターンのマスクを重ね、液流路完成予定部
分を除く部分に１０００ｍＪ／ｃｍ² の紫外線照射を行
った。

【００４３】この場合、液流路５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
あった。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２を含むガラス基板１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
３を形成した。

【００４４】次に、この固体層３の除去性を高めるた
め、５０００ｍＪ／ｃｍ² の量の紫外線を照射し、次
に、以下に示す組成から成る硬化性材料を積層した。

【００４５】アデカオプトマーＫＲＭ−４２１０（エポ
キシ樹脂）（商品名、旭電化工業（株）） エポライト３００２（エポキシ樹脂）（商品名、共栄社
油脂化学工業（株）） アデカオプトマー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、アプリケータを用いて５０μｍの
厚さに塗布した。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
た。

【００４６】これら端面を露出させた基板１を、それぞ
れ乳酸メチルに浸漬し、超音波洗浄槽中にて１０分間洗
浄し、乾燥させた。オリフィスの形状は、液流路構成材
料４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４には、膨潤，クラック，基板から
の剥離等の損傷はなかった。

【００４７】続いて、苛性ソーダ３％の水溶液を液流路
５，ノズル内に流して汚れを洗浄した。さらに、これら
液体噴射記録ヘッドを記録装置本体に装着し、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
充填直後に記録を行ったところ、安定な印字が可能であ
った。

【００４８】（実施例２）前記実施例１と同様に、図６
の構成の液体噴射記録ヘッドを作成した。

【００４９】まず、液体吐出エネルギー発生素子２とし
て圧電体（材質ＰｂＴｉＯ３）を接着したガラス基板１
上に、液状ポジ型レジスト「ＰＭＥＲ−ＡＲ９００」
（商品名、東京応化工業（株））をスピンナで２５００
ｒｐｍの回転数で５０秒間回転塗布した後、２０分間乾
燥した。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、４０００ｍ
Ｊ／ｃｍ² の量の紫外線の照射を行った。次に、１％苛
性ソーダ水溶液によりスプレー現像を行い、レリーフ状
固体層を形成した。

【００５０】次に、この固体層の除去性を高めるため、
５０００ｍＪ／ｃｍ² の量の紫外線の照射を行った。以
下の工程は前記実施例１と同様に行い、液体噴射記録ヘ
ッドを構成し、最後に液流路５，ノズル内にＮＭＰを流
して洗浄した。液流路構成材料には、膨潤，クラック，
基板からの剥離等のダメージはなかった。さらに実施例
１と同じインクジェットインクを充填直後に記録を行っ
たところ、安定な印字が可能であった。

【００５１】＜比較例＞次に、前記各実施例１，２の効
果を実証するため、これらに対比するための従来例相当
品を作成して比較を行った。

【００５２】（比較例１）前記実施例１において、最後
の洗浄工程を入れない以外は、実施例１と同様にして液
体噴射記録ヘッドを作成した。実施例１と同様にインク
ジェットインクを充填直後に印字（記録）を行ったが、
良好な印字が得られるものはなかった。しかしながら、
インクを充填後５日経過した上記ヘッドでは良好な印字
が得られた。

【００５３】（比較例２）前記実施例２において、最後
の洗浄工程を入れない以外は、実施例２と同様にして液
体噴射記録ヘッドを作成した。実施例２と同様にインク
ジェットインクを充填直後に印字を行ったが印字が得ら
れるものはなかった。しかしながら、インクを充填後６
日経過した上記ヘッドでは良好な印字が得られた。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によっても
たらされる効果としては、下記のような諸項が挙げられ
る： １）原因を特定できないような汚れによる初期印字（記
録）の不安定さがないので、液体記録ヘッド完成直後に
製品を出荷できる。

【００５５】２）記録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
細加工技術に因るため、記録ヘッドの細密度を、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る
ばかりか、同構成の多数の記録ヘッドを同時に加工する
こともできる。

【００５６】３）腐蝕性／侵食性のある水溶液、あるい
は有機溶剤を媒体とする記録液に対して接着性あるいは
機械的強度に優れた材料を記録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。

【００５７】４）主要構成部位の位置合わせを容易にし
て確実に成すことができ、寸法精度の高い記録ヘッドが
歩留り良く得られる。

【００５８】５）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。

【００５９】６）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の液
流路を形成することができる。

【００６０】７）連続、且つ大量生産が可能である、な
ど。

【図面の簡単な説明】

【図１】 固体層形成前の基板の模式的斜視図

【図２】 （ａ），（ｂ）は固体層形成後の基板の模式
的平面図及びそのＡ−Ａ断面図

【図３】 液流路構成材料積層後の基板の模式的切断面
図

【図４】 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切断面図

【図５】 固体層除去後の基板の模式的切断面図

【図６】 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

【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 (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液流路、ノズル内に記録液体インクを充
   填する前に、アルカリ，酸，有機溶剤等で前記液流路、
   ノズル内を洗浄する工程を有す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】 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、前記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において、 前記固体層を除去し、前記液流路、ノズル内に記録液体
   インクを充填する前に、アルカリ，酸，有機溶剤等で前
   記液流路、ノズル内を洗浄する工程を有することを特徴
   とする液体噴射記録ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 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
   ２に記載の液体噴射記録ヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 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請求項２に記載の液体噴射記録ヘ
   ッドの製造方法。
5. 【請求項５】 前記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
   する請求項２に記載の液体噴射記録ヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか記載の製造
   方法により製造されたことを特徴とする液体噴射記録ヘ
   ッド。