(57)【要約】【課題】従来の製造工程によれば、インクジェット記録において小型、マルチノズルヘッドを有した高解像度、高速プリンタを実現するためには、吐出圧力源だけでなく、ノズル構造、圧力室、インク供給路などが最適設計され、精度の良い製造方法によりインク液滴を精度良く制御することを目的とする。【解決手段】通電型インクジェットの製造方法で、基板上に形成されたインク滴を吐出させるための吐出圧力源となる電極部剤を形成する工程と、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程と、常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶剤に溶解し、これを前記溶解可能な樹脂層上に塗工することにより、前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁と被覆樹脂層を形成する工程と、前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成する工程と、前記溶解可能な樹脂層を溶出する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法で精度良くインク供給路を形成。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたインク滴を吐出させるための吐出圧力源となる電極部材を形成する工程と、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程と、常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶剤に溶解し、これを前記溶解可能な樹脂層上に塗工することにより、前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁と被覆樹脂層を形成する工程と、前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成する工程と、前記溶解可能な樹脂層を溶出する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク小滴を飛翔させて被記録媒体に記録等を行うインクジェットヘッド、そのヘッドの製造方法、及びそのヘッドを備えたインクジェット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録方式は、いわゆるノンインパクト記録方式の１つである。この記録方式の特徴としては、記録時における騒音の発生が無視しうる程度に小さく、高速記録と様々な記録蝶体に対する記録が可能であり、いわゆる普通紙に対しても特別な処理を必要とせずに定着し、しかも高精細な画像が廉価に得られることが挙げられる。このような利点から、コンピュータの周辺機器としてのプリンタばかりでなく、複写機、ファクシミリ、ワードプロセッサ等のプリンティングシステムでここ数年急速に普及している。
【０００３】
現在、インクジェト記録装置が普及に伴ない、その印字性能の向上、特に高解像度化および高速印字が求められている。そのためインクヘッドの微細化しマルチノズルヘッド構造を用いて高解像度および高速印字を実現する事が試みられている。
【０００４】
今日、広く一般的に用いられているインクジェット記録方式のインク吐出方法には、、圧電素子（ピエゾ素子）を利用する方法と電気熱変換素子を利用する方法がある。どちらの方法も、電気的な信号によってインク滴の吐出を制御可能である。
【０００５】
圧電素子（ピエゾ素子）を利用する方法の原理には、例えば、インク吐出口に連通したインク供給室と、そのインク供給室に連通した圧力室と、その圧力室に設けられ、圧電素子が接合された振動板等により構成されている。従来、インクの吐出方向と圧電素子の振動方向は同方向である。このような構成において、圧電素子に所定の電圧を印加すると、圧電素子が伸縮することによって、圧電素子と振動板が太鼓状の振動を起こして圧力室内のインクが圧縮され、それによりインク吐出口からインク液滴が吐出する。
【０００６】
したがって、圧電素子（ピエゾ素子）を利用する方法は、インクジェットヘッド内の蓄熱による飛翔インク滴の体積変動等の悪影響等はないが、インクジェットヘッドを精度良く製造することやノズルの集積化が困難である等の欠点がある。圧電素子を用いるインクジェットヘッドは、インクヘッドの微細加工により、そのヘッドの小型化が強く求められている。圧電素子の小型化のためには圧電体の厚みを薄くして、振動板を利用してたわみ振動を発生させインクを吐出させる方法が構成上可能である。しかし、電圧に対する圧電体自身の変位量は非常に小さく、そのため圧電素子を小型化すると圧電性の低下から十分な応力や振動が発生せずインクを吐出することができない。そこで、小型、マルチノズルヘッドを有した高解像度、高速プリンタを実現するためには薄い膜厚においても十分な圧電性を有する圧電薄膜材料を開発し、その製造方法を確立することが試みられている。
【０００７】
特に、従来から用いてきた焼結体の圧電材料では、素子を切削等の機械的な加工により小型化してきたが、機械的加工では小型化に限界がある上、圧電特性の劣化を招き、小型化と高解像度を両立させる事は困難であった。そこで、従来のような焼結体を用いた圧電素子の課題を解決するもので、圧電素子を構成する圧電体や振動板等を薄膜化することで半導体プロセスで一般に用いられている微細加工が可能な形状とし、更に膜厚が薄くても大きな圧電特性を有する薄膜材料を開発し、高密度なノズルの構造を実現する構成、かつその製造方法の提案がされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
一方、電気熱変換素子を利用する方法の原理は、電気信号を電気熱変換素子に与えることにより、その近傍のインクを瞬時にして沸騰させ、そのときのインクの相変化により生じる急激な気泡の成長によってインク滴を高速に吐出させるものである。したがって、電気熱変換素子を利用する方法は、インクジェットヘッドの構造が単純で、ノズルの集積化が容易である等の利点がある。
【特許文献１】
特開平１０−２８５９５３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に記述された製造工程によれば、インクジェット記録において小型、マルチノズルヘッドを有した高解像度、高速プリンタを実現するためには、吐出圧力源だけでなく、ノズル構造、圧力室、インク供給路などが最適設計され、精度の良い製造方法によりインク液滴を精度良く制御することが必要となっている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
基板上に形成されたインク滴を吐出させるための吐出圧力源となる電極部材を形成する工程と、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程と、常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶剤に溶解し、これを前記溶解可能な樹脂層上に塗工することにより、前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁と被覆樹脂層を形成する工程と、前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成する工程と、前記溶解可能な樹脂層を溶出する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法で精度良くインク供給路を形成し、多素子化を容易に実現できる構成としたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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。図１は本発明によるインクジェットヘッドの一部破断斜視図であり、図２はインク噴射部の上面図であり、図３は本発明の製造行程図である。図１〜図３において、インクジェットヘッド１は、絶縁性の基板２を有し、基板２の表面上にはインク流路を形成する構造体３が積層されている。この構造体３は、ノズル孔４と圧力室５およびインク供給液室６が一体に形成されている。
【００１２】
図２に示すように、圧力室５は平面形状に形成されており、インク流路の一部であるインク供給共通液室６を介して圧力室５に連通している。インクは、不図示のインク供給タンクからインク導入口８を通りインク供給共通液室６へ流入される。
【００１３】
圧力室５内の基板２の表面上には一対の電極９，１０が所定の間隔をもって配置されている。一対の電極９，１０の対向する端面は円弧状に形成されている。一対の電極９，１０は電極９，１０間に電圧を印加するための不図示印字信号発生部に接続されている。また、圧力室５の中央上方のノズル孔４が形成されている。
【００１４】
上記構成を有するインクジェットヘッド１のインク噴射動作について説明する。
【００１５】
図１〜図３において、初期状態では圧力室５内に導電性インク１１が充填されている。この状態で、印字信号発生部から一対の電極９，１０間に電圧が印加されると、導電性インク１１を介して電極９，１０間に電気力線が発生する。そして、この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉは電流値、Ｒは導電性インク１１の抵抗値）で表される電流のジュール損失により、電気力線の電流集中部において導電性インク１１が自己発熱し、ついには沸騰する。これにより、導電性インク１１内に気泡が発生する。
【００１６】
発生した気泡が圧力室５内で膨張すると、圧力室５内の導電性インク１１の圧力が急激に高められ、この圧力によって導電性インク１１の一部がノズル孔４からインク滴となって外部に噴射される。噴射されたインク滴は記録紙表面に付着し、印字ドットを形成する。
【００１７】
印字信号発生部は、導電性インク１１が沸騰を開始した時点で一対の電極９，１０への電圧印加を停止する。これにより、気泡は一定量まで膨張した後、収縮して消滅する。
【００１８】
ノズル孔４から噴射されたインク滴によって消費された圧力室５内の導電性インク１１は、インク導入口８を通り圧力室５内に補給される。その後、印字信号発生部が次の印字のために電圧印加を開始する。
【００１９】
導電性インク１１としては、揮発性の高い水やアルコール等と、揮発性の低いグリセリン等との混合溶媒液に染料や顔料を分散したものを使用した。この導電性インク１１の抵抗率は１０〜５０Ω・ｃｍであった。
【００２０】
図３は、本発明における実施形態における圧電素子及び圧力室の製造方法を説明する図である。
【００２１】
図３において、基板２は、Ｓｉ基板に酸化膜１３を形成したものである（ａ）。基板２は、これに限定されるものでなく、ガラスや、ガラス等の金属酸化膜を積層堆積したものでもかまわない。基板２上に電極を形成するためにマスクを生成する。マスクを生成した後スパッタリングにより信号電極１０となるＴｉ層を膜厚３μｍで形成した（ｂ）。
【００２２】
次に図２に示した圧力室５とインク供給液室６を形成する為のインク流路パターンを形成する。最も一般的な手段としては感光性有機材料にて形成する手段が挙げられる。感光性有機材料を使用する場合においては、インク流路パターン１１が溶解可能であるため、ポジ型レジストか、あるいは溶解性変化型のネガ型レジストの使用が可能である。
【００２３】
レジスト層の形成の方法としては、感光性材料を適当な溶剤に溶解し、ＰＥＴなどのフィルム上に塗布、乾燥してドライフィルムを作成し、ラミネートによって形成することが好ましい。他の塗工方法としては、スピンコートやスクリーン印刷法等の手段にて形成が可能である。上述のドライフィルムとしては、ポリメチルイソプロピルケトン、ポリビニルケトン等のビニルケトン系光崩壊性高分子化合物を好適に用いることができる（ｂ）（ｃ）。
【００２４】
このように、インク流路パターン１１をパターニングした溶解可能な樹脂材料層１４上に、さらに被覆樹脂層１５を通常のスピンコート法、ロールコート法等で形成する。ここで、該樹脂層１５を形成する工程において、溶解可能な樹脂パターンを変形せしめない等の特性が必要となる。すなわち、被覆樹脂層１５を溶剤に溶解し、これをスピンコート、ロールコート等で溶解可能な樹脂パターン１４上に形成する場合、溶解可能な樹脂パターン１４を溶解しないように溶剤を選択する必要がある。被覆樹脂層１５としては、インク吐出口２をフォトリソグラフィーで容易にかつ精度よく形成できることから、感光性のものが好ましい。このような感光性被覆樹脂層１５は、構造材料としての高い機械的強度、振動板４との密着性、耐インク性と、同時にインク吐出口２の微細なパターンをパターニングするための解像性が要求される。その為には、エポキシ樹脂のカチオン重合硬化物が構造材料として優れた強度、密着性、対インク性を有し、かつ前記エポキシ樹脂が常温にて固体状であれば、優れたパターニング特性を有する。
【００２５】
まず、エポキシ樹脂のカチオン重合硬化物は、通常の酸無水物もしくはアミンによる硬化物に比較して高い架橋密度（高Ｔｇ）を有するため、構造材として優れた特性を示す。また、常温にて固体状のエポキシ樹脂を用いることで、光照射によりカチオン重合開始剤より発生した重合開始種のエポキシ樹脂中への拡散が抑えられ、優れたパターニング精度、形状を得ることができる。
【００２６】
溶解可能な樹脂層１４上に被覆樹脂層１５を形成する工程は、常温で固体状の被覆樹脂を溶剤に溶解し、スピンコート法で形成することが望ましい（ｅ）。
【００２７】
薄膜コーティング技術であるスピンコート法を用いることで、被覆樹脂層１５は均一にかつ精度良く形成することができる。本発明に用いる固体状のエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡとエビクロヒドリンとの反応物のうち分子量がおよそ９００以上のもの、含ブロモスフェノールＡとエビクロヒドリンとの反応物、フェノールノボラックあるいはｏ−クレゾールノボラックとエビクロヒドリンとの反応物、特開昭５０−１５１９６３号公報、特開昭５３−１１１１１１号公報、特開昭５４−９２１５号公報、特開平２−１４０２１９号公報に記載のオキシシクロヘキサン骨格を有する多感応エポキシ樹脂等があげられるが、もちろん本発明はこれら化合物に限定されるわけではない。
【００２８】
また、上述のエポキシ化合物においては、好ましくはエポキシ当量が２０００以下、さらに好ましくはエポキシ当量が１０００以下の化合物が好適に用いられる。これは、エポキシ当量が２０００を越えると、硬化反応の際に架橋密度が低下し、硬化物のＴｇもしくは熱変形温度が低下したり、密着性、耐インク性に問題が生じる場合があるからである。
【００２９】
上記エポキシ樹脂を硬化させるための光カチオン重合開始剤としては、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩［Ｊ．ＰＯＬＹＭＥＲ  ＳＣＩ：Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｎｏ．５５  ３８３−３９５（１９６５）参照］や旭電化工業株式会社より上市されているＳＰ−１５０、ＳＰ−１６０等が挙げられる。
【００３０】
また、上述の光カチオン重合開始剤は、還元剤を併用し加熱することによって、カチオン重合を促進（単独の光カチオン重合に比較して架橋密度が向上する）。させることができる。ただし、光カチオン重合開始剤と還元剤を併用する場合、常温では反応せず一定温度以上（好ましくは５０℃以上）で反応するいわゆるレドックス型の開始剤系になるように、還元剤を選択する必要がある。このような還元剤としては、銅化合物、特に反応性とエポキシ樹脂への溶解性を考慮して銅トリフラート（トリフルオロメタンスルフォン酸銅（ＩＩ））が最適である。また、アスコルピン酸等の還元剤も有用である。また、ノズル数の増加（高速印刷性）、非中性インクの使用（着色剤の耐水性の改良）等、より高い架橋密度（高Ｔｇ）が必要な場合は、上述の還元剤を後述のように前記被覆樹脂層の現像工程後に溶液の形で用いて被覆樹脂層を浸潰および加熱する後工程によって、架橋密度をあげることができる。さらに上記組成物に対して必要に応じて添加剤など適宜添加することが可能である。例えば、エポキシ樹脂の弾性率を下げる目的で可撓性付与剤を添加したり、あるいは基板との更なる密着力を得るためにシランカップリング剤を添加することなどがあげられる。
【００３１】
次いで、上記化合物からなる感光性被覆樹脂層１５に対して、インク吐出口２を形成するためマスクを介してパターン露光を行う。本態様の感光性被覆樹脂層１５は、ネガ型であり、ノズル孔４を形成する部分をマスクで遮蔽する。パターン露光は、使用する光カチオン重合開始剤の感光領域に合わせて紫外線、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光、電子線、Ｘ線などから適宜選択することができる。
【００３２】
ここで、これまでの工程は、すべて従来のフォトリソグラフィー技術を用いて位置合わせが可能であり、オリフィスプレートを別途作成し基板と張り合せる方法に比べて、格段に精度をあげることができる。こうしてパターン露光された感光性被覆樹脂層１５は、必要に応じて反応を促進するために、加熱処理を行ってもよい。ここで、前述のごとく、感光性被覆樹脂層は常温で固体状のエポキシ樹脂で構成されているため、パターン露光で生じるカチオン重合開始種の拡散は制約を受け、優れたパターニング精度、形状を実現できる。
【００３３】
次いで、パターン露光された感光性被覆樹脂層１５は、適当な溶剤を用いて現像され、図３に示すように、ノズル孔４を形成する。（５）ここで、未露光の感光性被覆樹脂層１５の現像時に同時にインク流路を形成する溶解可能な樹脂パターン１４を現像することも可能である。ただし、一般的に、基板１０上には複数の同一または異なる形態のヘッドが配置され、切断工程を経てインクジェット記録ヘッドとして使用されるため、切断時のごみ対策として、感光性被覆樹脂層１５のみを選択的に現像することにより、インク流路を形成する樹脂パターン１４を残し（液室内に樹脂パターン１４が残存するため切断時に発生するゴミが入り込まない）、切断工程後に樹脂パターン１４を現像することも可能である。また、この際、感光性被覆樹脂層１５を現像する時に発生するスカム（現像残連）は、溶解可能な樹脂層１４と共に溶出されるためノズル内には残渣が残らない。
【００３４】
前述したように架橋密度を上げる必要がある場合には、この後、圧力室５とインク供給液室６およびノズル孔４が形成された感光性被覆樹脂層１５を還元剤が含有された溶液に浸漬および加熱することにより後硬化を行う。これにより、感光性被覆樹脂層１５の架橋密度はさらに高まり、基板２に対する密着性および耐インク性は非常に良好となる。もちろん、この銅イオン含有溶液に浸漬加熱する工程は、感光性被覆樹脂層１５をパターン露光し、現像してノズル孔４を形成した直後に行っても一向にさしつかえなく、その後で溶解可能な樹脂パターン１４を溶出しても構わない。また浸溝、加熱工程は、浸潰しつつ加熱しても構わないし、浸潰後に加熱処理を行っても構わない（ｇ）。
【００３５】
このような還元剤としては、還元作用を有する物質であれば有用であるが、特に銅トリフラート、酢酸銅、安息香酸銅など銅イオンを含有する化合物が有効である。前記化合物の中でも、特に銅トリフラートは非常に高い効果を示す。さらに前記以外にアスコルビン酸も有用である。
【００３６】
信号電極９、１０と信号線をＡｕワイヤにてボンディングする。インク導入口８の形成においては、基板２のインク供給口に穴を形成できる手段であれば、いずれの方法も使用できる。例えば、ドリル等機械的手段にて形成しても構わないし、レーザー等の光エネルギーを使用しても構わない。また、化学的にエッチングしても構わない（ｈ）。
【００３７】
このようにして形成した圧力室５とインク供給液室６およびノズル孔４が形成した基板に対して、インク供給口８にインク供給のための部材およびインク吐出圧力発生素子を駆動するための電気的接合を行ってインクジェット記録ヘッドが形成される。
【００３８】
本実施態様では、インク吐出口の形成をフォトリソグラフィーによって行ったが、本発明はこれに限ることなく、マスクを変えることによって、酸素プラズマによるドライエッチングやエキシマレーザーによってもインク吐出口を形成することができる。エキシマレーザーやドライエッチングによってインク吐出口を形成する場合には、基板が樹脂パターンで保護されてレーザーやプラズマによって傷つくことがないため、精度と信頼性の高いヘッドを提供することも可能となる。さらに、ドライエッチングやエキシマレーザー等でインク吐出口を形成する場合は、被覆樹脂層１５は感光性のもの以外にも熱硬化性のものも適用可能である。
【００３９】
本発明は、記録紙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として、さらに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記録ヘッドにも有効である。
【００４０】
また、本発明による記録ヘッドは、ある温度以上で液化する固体インクにも好適に適用される。
【００４１】
（実施例）
以下、本発明の実施例を示す。
【００４２】
（実施例１）
本実施例では、前述の図３に示す手順にしたがって、インクジェット記録ヘッドを作製した。
【００４３】
まず、Ｓｉ酸化基板２の上に電極１０、１１となるＴｉ層をスパッタリングにより形成した。
【００４４】
次に圧力室５とインク供給液室６を形成するため、溶解可能な樹脂層１４として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ＰＥＴ上に塗布、乾燥しドライフィルムとしたものをラミネートにより転写した。なお、ＯＤＵＲ−１０１０は、低粘度であり厚膜形成できないため濃縮して用いた。
【００４５】
次いで、１１０℃にて２０分間プリベークした後、キヤノン製マスクアライナーＰＬＡ５２０（コールドミラーＣＭ２９０）にてインク流路のパターン露光を行った。露光は１．５分間、現像はメチルイソプチルケトン／キシレン＝２／１、リンスはキシレンを用いた。該溶解可能な樹脂で形成されたパターンは、インク流路を確保するためのものである。なお、現像後のレジストの膜厚は１０μｍであった。
【００４６】
次いで、
エポキシ樹脂（ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂）      １００部
光カチオン重合開始剤（４，４−ジ−ｔ−ブチルフェニルヨードニウムヘキサ
フルオ叩ンチモネート）                                            １部
シランカップリング剤  日本ユニカー社製Ａ−１８６              １０部
上記に示す樹脂組成物をメチルイソプチルケトン／キシレン混合溶媒に５０ｗｔ％の濃度で溶解し、スピンコートにて感光性被覆樹脂層１５を形成した。（パターン１４上における膜厚１０μｍであった）。
【００４７】
次いで、ＰＬＡ５２０（ＣＭ２５０）にて、ノズル孔４形成のためのパターン露光を行った。なお、露光は１０秒、アフターベークは５０℃３０分間行った。
【００４８】
次いで、メチルイソプチルケトンで現像を行い、インク吐出口２を形成した。なお、本実施例ではφ３０μｍの吐出ロバターンを形成した。
【００４９】
また、前記条件ではインク流路パターンは完全に現像されず残存している。
【００５０】
通常、基板２上には複数の同一または異なる形状のヘッドが配置されているために、この段階でダイサー等により切断し、個々のインクジェット記録ヘッドを得るが、ここでは前述の通りにインク流路パターンが残存しているため、切断時に発生するゴミがヘッド内に侵入することを防止できる。こうして得られたインクジェット記録ヘッドは、再びＰＬＡ５２０（ＣＭ２９０）にて２分間露光し、メチルイソブチルケトン中に超音波を付与しつつ浸潰し、残存しているインク流路パターンを溶出した。
【００５１】
次いで、インクジェット記録ヘッドを、１５０℃１時間加熱し感光性被覆材料層１５を完全に硬化させる。インク供給口が形成されたベース基板６を貼り付け、信号電極５と信号線９をＡｕワイヤにてボンディングする。
【００５２】
最後に、インク導入口８に不図示のインク供給部材を接着して、インク吐出圧力発生素子を駆動するための電気的接合を行ってインクジェット記録ヘッドが完成した。
【００５３】
【発明の効果】
上記に記述された本発明の製造工程によれば、基板上に形成されたインク滴を吐出させるための吐出圧力源となる電極部材を形成する工程と、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程と、常温にて固体状のエポキシ樹脂を含む被覆樹脂を溶剤に溶解し、これを前記溶解可能な樹脂層上に塗工することにより、前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁と被覆樹脂層を形成する工程と、前記被覆樹脂層にインク吐出口を形成する工程と、前記溶解可能な樹脂層を溶出する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法で半導体プロセスを用いて微細加工を行い、小型、高解像度、高速プリンタを実現するだけでなく、ノズル構造、圧力室、インク供給路などが最適設計し、精度の良い製造方法によりインク液滴を精度良く制御かつ多素子化を容易に実現できる構成とすることが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットヘッドの一部破断斜視図。
【図２】インク噴射部の上面図。
【図３】本発明の製造行程図。
【図１】
2004330486.tif 000003
【図２】
2004330486.tif 000004
【図３】
2004330486.tif 000005