JP2009012220A - 液体噴射記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱抵抗体を有する基板面に対して垂直方向にインク液滴が吐出される液体噴射記録ヘッドにおいて、吐出するインク種ごとに、インク吐出エネルギー素子とオリフィス面間の距離を制御することが非常に困難である。
【解決手段】インク吐出エネルギー発生素子３が形成された基板４上に、溶解可能な樹脂層によりインク流路部１，１０と共にオリフィスプレートの厚みを制御するための土台部２，９を形成する。その後、オリフィスプレートとなる溶解可能な樹脂層５を基板４上に塗布する。これにより、各インク供給口８に繋がるインク流路部ごとにインク流路上のオリフィスプレートの厚みが異なるものとなる。その後、インク吐出口７および貫通口６を設け、溶解可能な樹脂層５をすべて除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクなどの記録液の小滴を噴射するインクジェット記録方式などの液体噴射記録方式を用いるインクジェット記録ヘッドなどの液体噴射記録ヘッドの製造方法に関する。

インクジェット記録方式は、記録時における騒音の発生が無視しえる程度に極めて小さく、また高速記録が可能である。しかもいわゆる普通紙に定着可能で、特別な処理を必要とせずに記録が行えるという点で、ここ数年急速に普及し、近年では高精細・高画質の記録技術が求められている。

インクジェット記録ヘッドの中で、インク吐出エネルギー発生素子が形成された基体に対して、垂直方向にインク液滴が吐出するものを「サイドシュータ型記録ヘッド」と称し、本発明は、この種のサイドシュータ型記録ヘッドの構造に関するものである。

特開平10−157150号公報（特許文献１）や特開平11−138817号公報（特許文献２）に記載のインクジェット記録ヘッドは、発熱抵抗体を加熱することで発生した気泡を外気と連通させることにより、インク液滴を吐出させることを特徴とする。

これらの記録ヘッドにおいては、インク吐出エネルギー発生素子とオリフィス間を短くすることで、特開昭62-234941号公報（特許文献３）に記載されたサイドシュータ型ヘッドの製造方法では困難であった小液滴記録を容易に達成することができる。
特開平10−157150号公報 特開平11−138817号公報 特開昭62-234941号公報

例えば特許文献２記載の発明によって製造されたインクジェット記録ヘッドでは、基板上に図２に示すようにインク流路となる溶解可能な樹脂層1、10と、被覆樹脂層５を平坦化するための土台部2、9を形成する。その後、被覆樹脂層５をスピンコートなどにより塗布する。この製法により、溶解可能な樹脂層1、10により形成されたインク流路部上のオリフィスプレートとなる被覆樹脂層５の膜厚は平坦化が図られ、一定となる。

図２の工程図は図４のＡ−Ａ'断面で示したもので、図３は図２中のI部及びII部の拡大図であり、後述のＸ寸法及びＹ寸法の位置を示している。Ｘ寸法は図４のＡ−Ａ’線に沿った方向の寸法で、Ｙ寸法は基板の主面に垂直な方向の寸法である。

図２（ａ）に示すように、インク吐出エネルギー発生素子3が主面に形成された基板上に、インク流路部となる樹脂層１，10をＸ寸法100μｍ、Ｙ寸法１6μｍで形成する。さらに、同基板上に、インク流路部を囲む環状パターンの土台部2、9をＸ寸法70μｍ、Ｙ寸法16μｍで形成する。その後、図２（ｂ）に示すように、被覆樹脂層５となる固形分濃度５０％の樹脂をスピンコートにより一定量塗布し、回転数1000rpm程度で加工する。この際、インク吐出エネルギー発生素子３と、被覆樹脂層５におけるインク吐出口７が開口する面（以下、オリフィス面と呼ぶ）との距離が一定の25μｍになった。つまり、オリフィスプレートとなる被覆樹脂層５の膜厚は図のように平坦化が図られた。

また、このことによりインク吐出エネルギー発生素子３とオリフィス面との距離によって決定される吐出量は安定する。

しかしながら、一記録ヘッドに相当する一チップ内に多数のインク供給口８を有し同一チップ内で粘度、表面張力の異なるインクを使用する製品では、インク種類ごとに適切な吐出量・吐出速度を得るためのオリフィスプレートの膜厚の調整が必要である。また、その膜厚制御は非常に困難であった。

本発明の目的は、上記のような課題を解決することにある。

上記目的を達成するために本発明は、吐出エネルギー発生素子が形成された基板に対して垂直方向に液滴が吐出される液体噴射記録ヘッドの製造方法において、前記基板上に溶解可能な樹脂層により、一部が前記吐出エネルギー発生素子に対応する液体流路のパターンを複数形成するとともに、該液体流路のパターンの夫々を囲む土台部のパターンを該液体流路への液体種類に応じて変更して形成し、前記基板上に前記液体流路のパターンと前記土台部のパターンを被覆する被覆樹脂層を形成することで、該液体流路のパターンの夫々に対応する領域の該被覆樹脂層の厚みを変えることを特徴とする。

本発明によれば、吐出する液体種類に対応する液体流路部ごとに、液体流路部上のオリフィスプレートとなる被覆樹脂層の膜厚制御と平坦化を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図５に、本実施形態において製造するインクジェット記録ヘッドの模式図を示す。このインクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）は、発熱抵抗体などのインク吐出エネルギー発生素子3が所定のピッチで２列並んで形成されたシリコン基板4を有している。シリコン基板4には、インク供給口8が、インク吐出エネルギー発生素子3の２つの列の間に開口されている。シリコン基板4上には、被覆樹脂層５によって、各インク吐出エネルギー発生素子3に対応する位置に開口するインク吐出口7と、インク供給口8から各インク吐出口7に連通する個別インク流路（液体流路）が形成されている。被覆樹脂層５の部分はオリフィスプレートと呼ばれる。また、被覆樹脂層５には表面側からシリコン基板４側へ貫通する貫通口６が形成され、２列のインク吐出口７を囲むように位置している。

このインクジェット記録ヘッドは、インク吐出口7が形成された面が紙や樹脂シートなどの被記録媒体の記録面に対面するように配置される。そして、インク供給口8を介してインク流路内に充填されたインク（液体）に、インク吐出エネルギー発生素子3によって発生する圧力を加えることによって、インク吐出口7からインク液滴を吐出させ、被記録媒体に付着させることによって記録を行う。

また、図５では一塊のオリフィスプレートに対して、インク供給口８、インク流路、およびインク吐出口７の列からなる流路構造が一つであるものを示した。しかし、図４のように、本発明は吐出する複数の液体種類に対応するために複数のインク供給口８を持ち、一塊のオリフィスプレート（被覆樹脂層５）に各種の液体を流すインク流路及び吐出口列が形成してある記録ヘッドである。

（実施例１）
図1（ａ）から（ｄ）は本発明による液体噴射記録ヘッドの基本的な製造工程を示すための模式的断面図である。

図1に示される基板４上に発熱抵抗体（電気熱変換素子）等のインク吐出エネルギー発生素子3を所望の個数配列する。次いで、インク吐出エネルギー発生素子3を含む基板4上に、溶解可能な樹脂層でインク流路部1，10となる液体流路のパターン、および土台部2，9となるパターンを形成する。各インク流路部1，10の一部はインク吐出エネルギー発生素子3に対応して配置される。また、溶解可能な樹脂層は、ドライフィルムのラミネート、レジストのスピンコート等による塗布の後、紫外線、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光により露光し、現像することによりパターン形成する。インク流路部1，10となる液体流路のパターン、および土台部2，9となるパターンは同一材料を用いて同一工程で形成される。

具体的な例としては、ポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化工業（株）社製ＯＤＵＲ-1010）をスピンコートにより塗布、乾燥した後、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光により露光、現像することによりパターン形成する。

図４のインクジェット記録ヘッドを図１の（ａ）〜（ｄ）の手順に従い作製した。

図１（ａ）に示すようにインク流路部１，10をＸ寸法100μｍ、Ｙ寸法16μｍで形成する。さらに本発明では土台部2，9のＸ寸法を異なる幅に形成する。土台部9のＸ寸法を50μｍ、土台部2のＸ寸法を20μｍ、土台部2，9のＹ寸法をいずれも16μｍで形成する。

次に、インク流路部1，10および土台部2，9である溶解可能な樹脂層上に図1（ｂ）に示すように被覆樹脂層５をスピンコート等により形成する。このとき、被覆樹脂層５となる固形分濃度５０％の樹脂をスピンコートにより一定量塗布し、回転数1000rpm程度で加工する。それにより、Ａ部ではインク吐出エネルギー発生素子3とオリフィス面との距離が平均値で26μｍとなり、Ｂ部ではインク吐出エネルギー発生素子3とオリフィス面との距離が平均値で24μｍとなった。つまり、Ａ部とＢ部のインク吐出エネルギー発生素子−オリフィス面間距離が平均値で2μｍ異なる構造物が形成された。

土台部２，9のＸ寸法を異ならせることで、それぞれの土台部2,9に囲まれたインク流路部上のオリフィス面高さを土台部寸法に応じて変えることが出来る。本実施例では、各土台部２，9のＸ寸法すなわち幅を変えて各土台部上のオリフィス面高さを変更しているが、各土台部２，9のＹ寸法（高さ）を変えてもオリフィス面高さを変更可能である。つまり、各土台部２，9の形状によってオリフィス面高さを変更可能である。また、各土台部２，9とインク流路部1,10の端部の距離を変えても同様にオリフィス面高さを変更できる。

図1に示す土台部2、9を異なる高さに形成するためには、塗布露光を2回繰り返せばよい。

このように被覆樹脂層５は、溶解可能な樹脂層からなる土台部2と9が異なった形状・幅・高さ・位置に形成されていることにより、インク流路部1とインク流路部10の上面は平坦に形成可能である。さらに、土台部2と9の形状・幅・高さ・位置を異なったものにすることで、図1の（ｄ）に示すＡ領域とＢ領域のインク流路部1と10上の被覆樹脂層5が異なる高さに形成される。

図１（ｃ）に示されるインク吐出口7と貫通口6の形成は、紫外線、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光などの露光により、形成可能である。乾燥後、紫外線によりパターン露光、現像することで形成する。

次に、図１（ｄ）に示すように、基板4にインク供給口8を設ける。このインク供給口8は、基板を化学的にエッチングすることにより形成する。基板4としてＳｉ基板を用い、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨなどの強アルカリ溶液による異方性エッチングにより形成する。より具体的な例としては、結晶方位が＜100＞のSi基板をＴＭＡＨ溶液で十数時間エッチングすることにより、インク供給口8を形成する。

インク供給口８の形成は、インク流路部1,10のパターンおよび土台部2,9となるパターンの形成（図1（ａ））の前、または、インク吐出口７の形成（図1（ｂ））の前に行うことも可能である。

図1（ｆ）に示すように、インク流路部1,10のパターンおよび土台部2,9を形成した溶解可能な樹脂層を吐出口7、インク供給口8および樹脂層除去のための貫通口6から溶出させる。これにより、インク流路および発泡室（インク吐出エネルギー発生素子３上の気泡が発生する液室）が形成される。

上記の溶解可能な樹脂層の除去方法は、Deep−UV光による全面露光を行った後、現像、乾燥を行えばよく、必要性があれば現像の際、超音波浸漬すれば充分である。

以上の工程により、オリフィスプレートが作製された基板を、一記録ヘッドごとにダイシングソーなどにより分離切断、チップ化する。そして、発熱抵抗体3を駆動するための電気的接合を行った後、インク供給のためのチップタンク部材を接続して、インクジェット記録ヘッドが完成する。

以上説明したように本発明では、インク流路部パターンを囲むようにパターン形成された土台部のＸ寸法（幅）、Ｙ寸法（高さ）、もしくは配置距離を可変することで、吐出エネルギー発生素子3とオリフィス面との距離が連動して可変する。そして、このことを利用し、インク流路となる溶解可能な樹脂層上の被覆樹脂層の膜厚を制御する。

こうした製法により形成された構造物ではインク吐出エネルギー発生素子３とオリフィス面との距離をインク供給口ごと、もしくはチップごとで異なる膜厚に形成することが容易にできる。その結果、インク供給口ごとに異なる粘度、種類のインクを使用し安定した吐出を行うことが可能となる。

インク吐出エネルギー発生素子３としては発熱抵抗体に限られず、ピエゾ素子などの圧電素子を用いてもよい。

また本発明は、発熱抵抗体を加熱することで発生した気泡を外気と連通させることにより極微小のインク液滴を吐出できるタイプの記録ヘッドに有効である。このタイプは、１ヒ゜コリットル程度の極微小インク滴を吐出するために、オリフィス面高さ（インク吐出エネルギー発生素子３−オリフィス面間の距離）を高精度に制御するものだからである。

また本発明は、紙などの記録媒体の幅方向（記録媒体搬送方向と交差する方向）に往復移動して記録を行うシリアルタイプの記録ヘッドや、記録媒体の全幅にわたり同時に記録ができるフルラインタイプの記録ヘッドに有効である。フルラインタイプとしては、記録ヘッドを一体的に、あるいは複数個組み合わせたカラーヘッドに有効である。

本発明の液体噴射記録ヘッドの基本的な製造工程の一例を示す模式的断面図である。 従来製法の液体噴射記録ヘッドの基本的な製造工程の一例を示す模式的断面図である。 従来製法の液体記録ヘッドの特徴部分を説明する模式的断面図である。 関連する液体記録ヘッドの基本的な態様を示す模式的平面図である。 関連する液体噴射記録ヘッドの実施の形態を示す模式図である。

符号の説明

1，10 溶解可能な樹脂層（インク流路部）
2，9 溶解可能な樹脂層（土台部）
3 インク吐出エネルギー発生素子
4 基板
5 被覆樹脂層（オリフィスプレート）
6 溶解可能な樹脂層除去のための貫通口
7 インク吐出口
8 インク供給口

Claims (4)

1. 吐出エネルギー発生素子が形成された基板に対して垂直方向に液滴が吐出される液体噴射記録ヘッドの製造方法において、
   前記基板上に溶解可能な樹脂層により、一部が前記吐出エネルギー発生素子に対応する液体流路のパターンを複数形成するとともに、該液体流路のパターンの夫々を囲む土台部のパターンを該液体流路への液体種類に応じて変更して形成し、
   前記基板上に前記液体流路のパターンと前記土台部のパターンを被覆する被覆樹脂層を形成することで、該液体流路のパターンの夫々に対応する領域の該被覆樹脂層の厚みを変えることを特徴とする液体噴射記録ヘッドの製造方法。
2. 前記液体流路のパターンの夫々を囲む土台部のパターンの夫々については、該パターンの幅、高さ、位置を該液体流路への液体種類に応じて変更することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射記録ヘッドの製造方法。
3. 前記液体流路のパターンと前記土台部のパターンを同一材料により、同一工程にて形成することを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射記録ヘッドの製造方法。
4. 前記液体噴射記録ヘッドは、前記吐出エネルギー発生素子としての発熱抵抗体を加熱することで発生した気泡を外気と連通させることにより液滴を吐出するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体噴射記録ヘッドの製造方法。

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