(57)【要約】【課題】流路形成部材に吐出口形成部材を直接形成する方法において、所望の形状の吐出口形成部材を安定して形成することができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の液体吐出ヘッド３００の製造方法は、液体流路１１が開放された状態で、液体流路１１を覆うように第１の樹脂層１０２を形成する工程と、第１の樹脂層１０２を覆うように金属膜１０３を形成する工程と、を含む。さらに、この製造方法は、第２の樹脂層１０４を形成する工程と、第２の樹脂層１０４と金属膜１０３とを覆うように、金属膜１０３を起点として金属膜１０３と連続するように吐出口形成部材１０５を形成する工程と、を含む。加えて、この製造方法は、第２の樹脂層１０４と金属膜１０３の一部とを除去して吐出口３０８を形成する工程と、第１の樹脂層１０２の一部を除去して吐出口形成部材１０５に吐出口３０８と液体流路１１とを連通させる工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体流路を有する流路形成部材を用意する工程と、
前記液体流路が開放された状態で、前記液体流路の開口部を覆うように前記流路形成部材の表面に第１の樹脂層を形成する工程と、
少なくとも前記第１の樹脂層を覆うように金属膜を形成する工程と、
前記液体流路の前記開口部の直上に位置する前記金属膜の表面に第２の樹脂層を形成する工程と、
前記第２の樹脂層と前記金属膜とを覆うように、前記金属膜を起点として前記金属膜と連続するように吐出口形成部材を形成する工程と、
前記第２の樹脂層と前記金属膜の一部とを除去して前記吐出口形成部材に吐出口を形成する工程と、
前記吐出口形成部材をマスクとして前記第１の樹脂層の少なくとも一部を除去して、前記吐出口と前記液体流路とを連通させる工程と、を含む液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記吐出口形成部材は、前記金属膜をシード層としためっきによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記吐出口形成部材を形成した後に、前記吐出口形成部材の表面を平坦化する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記吐出口形成部材の表面を平坦化する工程は、研削或いは研磨によって行われることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記第１の樹脂層の少なくとも一部を除去する工程はドライプロセスであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記流路形成部材は圧電体からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記液体流路は、前記圧電体に形成された溝によって構成されており、前記溝の内壁の少なくとも一部には電極層が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット等を用いた画像形成装置は、印刷物のカラー化が容易であり、記録品位が高く、また高速印刷が可能であるという利点を有している。さらには、画像形成装置は、普通紙等の記録媒体に文字や画像を印刷することができ、装置自体を小型化しやすいといった多くの利点を有しているため、プリンタやファクシミリ等に用いられている。
【０００３】
画像形成装置には、インク等の液体を吐出するための液体吐出ヘッドが搭載されている。液体吐出ヘッドは、一般的に、微細な吐出口が複数形成された吐出口形成部材と、圧力室を含む液体流路が複数形成された流路形成部材と、を有する。液体吐出ヘッドの吐出口からインク等の液体（液滴）を吐出するためには、吐出口の直下に設けられた圧力室が加圧される必要がある。その圧力の発生手段としては、圧力室の内壁に設置された発熱抵抗素子によって液体を発泡させて液滴を吐出させるバブルジェット（登録商標）型や、圧力室の一部を形成している振動板を圧電素子によって変形させて液滴を吐出するピエゾ型がある。また、静電気力で振動板を変形させて液滴を吐出させる静電型があり、これらのいずれかが液体吐出ヘッドに用いられている。
【０００４】
このような液体吐出ヘッドを用いて記録媒体に記録品質の高い印刷を行うためには、それぞれの吐出口から吐出される液滴が常に同じ体積及び吐出速度で吐出されることが求められる。これを実現させるためには、吐出口形成部材の吐出口が高精度に形成されている必要がある。従来の液体吐出ヘッドは、高精度な吐出口が形成された吐出口形成部材と流路形成部材とを接着剤にて接着させて形成されていた。しかしながら、吐出口形成部材と流路形成部材との接着時に、吐出口形成部材と流路形成部材とが正確な位置で接着されない位置ずれが発生してしまうおそれがあった。また、接着時に接着剤が吐出口内に入り込んでしまい、接着剤によって吐出口が塞がれてしまうおそれがあった。
【０００５】
そのため、吐出口形成部材が流路形成部材にめっき処理にて直接形成された液体吐出ヘッドが、特許文献１に開示されている。流路形成部材に形成された液体流路が犠牲層によって埋められ、犠牲層の一部が吐出口のパターンに形成された状態で、流路形成部材の表面にめっき処理することで、流路形成部材に吐出口を備える吐出口形成部材が形成される。その後に、液体流路から犠牲層が除去されて、液体流路と吐出口とが連通した液体吐出ヘッドが形成される。このようにして吐出口形成部材が流路形成部材に直接形成されることで、吐出口が精度よく形成されると共に、位置ずれがなく、接着剤が吐出口に入り込んで吐出口が塞がれてしまうことがなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１４２９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された発明では、流路形成部材の液体流路に犠牲層を埋め込む工程において、液体流路がアスペクト比の高い管路であると、液体流路を犠牲層で完全に埋めることが難しく、液体流路内に空隙が形成されてしまうことがあった。液体流路内に空隙が形成されてしまうと、液体流路内の空隙にめっきが入り込んでしまい、吐出口形成部材が所望の寸法で形成されないおそれがある。また、吐出口形成部材の形成後に犠牲層を除去する際に、液体流路から完全に犠牲層を除去することができずに犠牲層が液体流路内に残存し、液体流路の流路面積が減少してしまうおそれがあった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、前記した問題を解決して、流路形成部材に吐出口形成部材を直接形成する方法において、所望の形状の吐出口形成部材を安定して形成することができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体流路を有する流路形成部材を用意する工程と、液体流路が開放された状態で、液体流路の開口部を覆うように流路形成部材の表面に第１の樹脂層を形成する工程と、少なくとも第１の樹脂層を覆うように金属膜を形成する工程と、液体流路の開口部の直上に位置する金属膜の表面に第２の樹脂層を形成する工程と、第２の樹脂層と金属膜とを覆うように、金属膜を起点として金属膜と連続するように吐出口形成部材を形成する工程と、第２の樹脂層と金属膜の一部とを除去して吐出口形成部材に吐出口を形成する工程と、吐出口形成部材をマスクとして第１の樹脂層の少なくとも一部を除去して、吐出口と液体流路とを連通させる工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、流路形成部材の表面に、第１の樹脂層と金属膜とを介して吐出口形成部材を形成する工程によって、流路形成部材と吐出口形成部材とが、接着剤等を用いずに金属膜を起点として、位置ずれを抑えて直接形成される。また、吐出口形成部材の形成時には、液体流路内に部材を埋めずに、第２の樹脂層にて吐出口のパターンを形成し、金属膜と第２の樹脂層とを覆うことで吐出口を備える吐出口形成部材が形成される。そのため、液体流路内に空隙が形成されず、吐出口形成部材を構成する材料が液体流路内に入り込み難くなり、吐出口形成部材が所望の形状で形成されやすくなる。さらには、液体流路内に部材を埋めないために、液体流路内に部材が残存せず、液体流路の流路面積が減少しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の製造方法にて製造された液体吐出ヘッドを示す斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｉ）は、本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法を示す液体流路付近の断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態の液体吐出ヘッドの流路形成部材の製造方法を示す斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法を示す液体流路付近の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態として説明する製造方法を用いて製造された液体吐出ヘッド３００を示す斜視図である。
【００１４】
液体吐出ヘッド３００は、インク等の液体を吐出する吐出口を備える吐出口形成部材１０５と、流路形成部材１０１と、液体タンク（不図示）から流路形成部材１０１へ供給される液体の量を制御する液体制御プレート３０２と、を含む。吐出口形成部材１０５は、Ｎｉ等のめっきからなり、その厚さは、液体吐出ヘッド３００の仕様に応じて１０μｍ〜１００μｍである。また、吐出口形成部材１０５の表面には、複数の吐出口３０８が規則的に配置されており、吐出口３０８は直径約１０μｍである。流路形成部材１０１は、吐出口形成部材１０５の複数の吐出口３０８とそれぞれ連通している液体流路１１（図２参照）を有しており、各液体流路１１の内壁の少なくとも一部に電極（不図示）が配置されている。この電極は、流路形成部材１０１の端面から引き出されているフレキシブルケーブル３１０を介して、画像形成装置に設けられた液体吐出ヘッド駆動部（不図示）に接続されている。
【００１５】
以上のような構成の液体吐出ヘッド３００を製造する工程を、図２（ａ）〜（ｉ）を参照して説明する。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、初めに、液体流路１１を備えた流路形成部材１０１が用意される。流路形成部材１０１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：lead zirconate titanate）等から構成された圧電体である。図３（ａ）と（ｂ）とを参照して、流路形成部材１０１の形成方法を示す。
【００１７】
図３（ａ）に示すように、第１の溝５０３及び第２の溝５０４を有するＰＺＴ基板等の第１の圧電プレート５０１と、第３の溝５０７を有するＰＺＴ基板等の第２の圧電プレート５０２とが用意される。第１の圧電プレート５０１の第１の溝５０３及び第２の溝５０４と、第２の圧電プレート５０１の第３の溝５０７とのそれぞれの内壁の少なくとも一部には、電極層が設けられている。そして、第１の圧電プレート５０１と第２の圧電プレート５０２とが、それぞれの溝が形成されている面が互いに同じ方向を向くように接合され、接合体６０１が形成される。この接合体６０１を一つのユニットとして、図３（ｂ）に示すように、複数の接合体６０１が互いに積層及び接合され、積層された複数の接合体６０１が天板となる第１の基板５１０及び第２の基板５１１にて挟まれて、流路形成部材１０１が形成される。尚、第１の基板５１０は、パターンが形成されていない平板のプレートであり、第２の基板５１１には、例えば超砥粒ホイールを用いた研削装置によって第３の溝５０７が形成されている。第１の基板５１０及び第２の基板５１１は、圧電体である必要はないが、接合時に加熱される場合には、第１の圧電プレート５０１及び第２の圧電プレート５０２の熱膨張率に近い熱膨張率であることが好ましい。
【００１８】
流路形成部材１０１において、第１の溝５０３は液体流路１１を形成し、第２の溝５０４は第１の空気室１２を形成し、第３の溝５０７は第２の空気室１３を形成する。液体流路１１と第２の空気室１３とは、接合体６０１の積層方向Ｐに沿って、同列内に交互に配置されている。そして、液体流路１１と第１の空気室１２とは、接合体６０１の積層方向Ｐに垂直な方向に沿って、同列内に交互に配置されている。
【００１９】
尚、液体吐出ヘッドは、図２（ａ）〜（ｉ）では、液体流路の開口部が紙面に対して上方向を向くように示されており、図３（ａ）、（ｂ）では、液体流路の開口部が紙面に対して手前方向を向くように、図２（ａ）〜（ｉ）から回転させて示されている。
【００２０】
次に、用意された流路形成部材１０１の表面に、図２（ｂ）に示すように、流路形成部材１０１の液体流路１１に部材が挿入されていない開放された状態で、液体流路１１の開口部を覆うようにして第１の樹脂層１０２が形成される。このとき、第１の樹脂層１０２はフィルム状の樹脂をラミネートする方法等によって形成され、また第１の樹脂層１０２の厚さは、本実施形態では一例として３０μｍに形成される。第１の樹脂層１０２の材料としては、ＴＭＭＦ（登録商標）Ｓ２０００シリーズやＯＲＤＹＬ（登録商標）ＰＲシリーズ（共に東京応化工業株式会社製）やＳＵ−８フィルム等のネガ型ドライフィルムが好適である。
【００２１】
そして、流路形成部材１０１の表面に形成された第１の樹脂層１０２は、図２（ｃ）に示すように、液体流路１１の開口部を覆う部分を残すような所望の形状にパターニングされる。このとき、第１の樹脂層１０２はネガ型ドライフィルムであるため、第１の樹脂層１０２に対して公知のフォトリソグラフィ技術を用いて露光・現像が行われて、パターンが形成される。パターンが形成された後に１５０℃で一時間の熱処理を行い、第１の樹脂層１０２が硬化される。
【００２２】
続けて、図２（ｄ）に示すように、パターン化された第１の樹脂層１０２と流路形成部材１０１の表面とを覆うように、金属膜１０３が形成される。この金属膜１０３は、後続の工程の吐出口形成部材１０５を形成するために起点となり、さらには吐出口形成部材１０５と連続するための、例えばシード層として機能するものであり、材料や厚さは適宜選択される。一例としては、クロム膜を１０ｎｍとパラジウムを４０ｎｍとが順番に積層されて形成される。または、チタン、アルミ、金等が用いられてもよい。
【００２３】
金属膜１０３が形成された後に、図２（ｅ）に示すように、流路形成部材１０１の液体流路１１の開口部の直上に位置する金属膜１０３の表面に、第２の樹脂層１０４が形成される。この第２の樹脂層１０４は、吐出口形成部材１０５の吐出口３０８を形成するパターンになるように、フォトリソグラフィ技術を用いてパターン形成される。このとき、要求される液体吐出ヘッド３００の仕様に応じた寸法を有する露光用のマスクや露光条件が適宜選択されることによって、第２の樹脂層１０４のパターンが所定の寸法で形成される。本実施形態では、第２の樹脂層１０４は直径１０μｍの円柱形状にパターン形成される。第２の樹脂層１０４の材料としては、ネガ型或いはポジ型のドライフィルムや液状のレジスト等が用いられる。液状レジストを用いた場合は、硬化して第２の樹脂層１０４が形成される。
【００２４】
図２（ｆ）に示すように、第２の樹脂層１０４と金属膜１０３とを覆うように、金属膜１０３を起点として金属膜１０３と連続するように、めっき等からなる吐出口形成部材１０５が形成される。吐出口形成部材１０５の材料としては、Ｎｉ等が用いられ、吐出口形成部材１０５の厚さは、液体吐出ヘッド３００の仕様に応じて適宜設定され、１０〜１００μｍに形成される。この吐出口形成部材１０５は、吐出口形成部材１０５の表面を平坦に加工するために、本工程では必要に応じて所望の厚さより厚く形成されてもよい。具体的には、本工程で吐出口形成部材１０５が５０μｍの厚さに形成された後、図２（ｇ）に示すように、吐出口形成部材１０５の表面が研削或いは研磨されて平坦化される。このとき、第１の樹脂層１０２上の金属膜１０３と吐出口形成部材１０５の表面との間の距離が１０μｍになるように吐出口形成部材１０５が研磨される。このようにすることで、吐出口形成部材１０５が高精度に形成される。
【００２５】
その後に、図２（ｈ）に示すように、溶剤を用いたウエットプロセスや、プラズマエッチング等のドライプロセスを用いて、第２の樹脂層１０４が除去される。この第２の樹脂層１０４が除去された部分が吐出口３０８となる。続けて、第１の樹脂層１０２と第２の樹脂層１０４との間にある金属膜１０３が前述のウエットプロセスやドライプロセスによって除去される。
【００２６】
最後に、形成された吐出口形成部材１０５をマスクにして、第１の樹脂層１０２がドライエッチングされ、第１の樹脂層１０２の少なくとも一部が除去される。これにより、図２（ｉ）に示すように、吐出口形成部材１０５の吐出口３０８と、流路形成部材１０１の液体流路１１とが連通され、流路形成部材１０１と吐出口形成部材１０５とが一体的に形成される。
【００２７】
この除去工程において、第１の樹脂層１０２は、全てが除去される必要はなく、そしてプラズマエッチング技術等のドライプロセスによって除去されるのが好ましい。溶剤を用いたウエットプロセスに対して、第１の樹脂層１０２が膨潤しにくいので吐出口形成部材１０５の表面が平坦になりやすく、溶剤が流路形成部材１０１と各部材との接着部に侵入するおそれがないため、良好な密着性が得られる。また、ドライプロセスの場合は、第１の樹脂層１０２の除去の制御性がよく、除去される第１の樹脂層１０２の量が安定しやすい。その結果として、流路形成部材１０１と吐出口形成部材１０５との間に凹部等が形成されにくい。凹部が形成されてしまうと、吐出口３０８まで液体が満たされた際に凹部に気泡が保持されやすくなり、凹部に気泡が保持されていると、液体を吐出口３０８から吐出する際の圧力が気泡に吸収されてしまい、液体の吐出速度が遅くなってしまう。或いは、液体が吐出口３０８から吐出されない不吐出等の不具合が生じてしまうが、ドライプロセスを用いると凹部の形成が抑えられるため、不具合が発生しにくい。そのため、第１の樹脂層１０２はドライプロセスで除去されることが好ましい。
【００２８】
尚、本実施形態においては、ＰＺＴ基板等からなる圧電プレートを用いて流路形成部材が形成されているが、その構成や形状はこれに限定されるものではない。例えば、薄膜ピエゾや、発熱抵抗素子によって液体を発泡させるバブルジェット（登録商標）方式を用いた構成の液体吐出ヘッドにも、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は適合される。
【００２９】
このようにして、液体流路１１を有する流路形成部材１０１に吐出口３０８のパターンを形成した状態で、吐出口形成部材１０５を流路形成部材１０１の表面に形成することで、流路形成部材１０１と吐出口形成部材１０５とが接着剤を用いずに直接接続される。そのため、流路形成部材１０１と吐出口形成部材１０５との位置ずれが発生しにくくなる。また、液体流路１１の開口部を第１の樹脂層１０２で塞いだ状態で吐出口形成部材１０５が形成されるため、液体流路１１内に吐出口形成部材１０５が入り込まず、液体流路１１内にめっきが入り込みにくい。従って、吐出口形成部材１０５が所望の形状で形成されやすい。さらには、吐出口３０８のパターンを形成するために、液体流路１１内に部材を挿入しないので、液体流路１１内に部材が残存することによる流路面積の減少が抑制される。
【００３０】
（第２の実施形態）
図４（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドの一部の製造方法を示す断面図である。
【００３１】
初めに、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様に、液体流路１１を有する流路形成部材１０１の表面に第１の樹脂層１０２が形成される。
【００３２】
次に、第１の樹脂層１０２をパターニングせずに、図４（ｃ）に示すように、第１の樹脂層１０２の表面に金属膜１０３が形成される。後の工程で形成される吐出口形成部材１０５（図４（ｅ）参照）の厚さが十分に確保できる場合には、このように第１の樹脂層１０２が、パターニングされずに、流路形成部材１０１の表面全体に亘って形成されていてもよい。
【００３３】
そして、図４（ｄ）、（ｅ）に示すように、流路形成部材１０１の液体流路１１の開口部の直上に位置する金属膜１０３の表面に、第２の樹脂層１０４が形成され、その後に、金属膜１０３を起点として、吐出口形成部材１０５が形成される。尚、形成された吐出口形成部材１０５が所望の厚さに形成され、その表面が平坦である場合には、吐出口形成部材１０５の表面の研削或いは研磨は行われなくてもよい。
【００３４】
最後に、図４（ｆ）、（ｇ）に示すように、第２の樹脂層１０４と金属膜１０３とを除去した後に、ドライプロセスによって第１の樹脂層１０２が除去される。これにより、吐出口形成部材１０５の吐出口３０８と、流路形成部材１０１の液体流路１１とが連通され、流路形成部材１０１と吐出口形成部材１０５とが一体的に形成される。
【００３５】
このように、本実施形態で製造された液体吐出ヘッド３００は、製造工程が簡略化されることで液体吐出ヘッド３００の製造コストが抑えられる。これに加えて、第１の実施形態で得られる効果と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００３６】
１１            液体流路
１０１          流路形成部材
１０２          第１の樹脂層
１０３          金属膜
１０４          第２の樹脂層
１０５          吐出口形成部材
３００          液体吐出ヘッド
３０８          吐出口
３１０          フレキシブルケーブル
【図１】
2015047728.tif 000003
【図２】
2015047728.tif 000004
【図３】
2015047728.tif 000005
【図４】
2015047728.tif 000006