JPH08281958A

JPH08281958A - 液体噴射記録ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH08281958A
Application number: JP11012095A
Authority: JP
Inventors: Makoto Shibata; 誠柴田; Toshiaki Sasaki; 敏明佐々木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 1996-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】基板にソリが発生したり、樹脂層が基板から
剥離することがない液体噴射記録ヘッドの製造方法を実
現する。【構成】基板１上に吐出エルネギー発生素子が接続さ
れた電気配線等からなる電気機能素子を配設したのち、
その上にポジ型レジストを塗布して、フォトリソグラフ
ィー法により共通液室部および液流路部からなる除去可
能な固体層を塗布形成する。ついで、前記固体層を覆う
ように光硬化型樹脂からなる未硬化樹脂層を形成したの
ち、樹脂層形成部２ａ以外の部分および供給口形成部７
ａからなる未硬化部を形成するためのパターンを有する
フォトマスクＭ₁ を近接配置し、レーザ光を基板１の一
端から他端に向けて走査させて光の分割照射を行なうこ
とにより、前記未硬化樹脂層を分割して硬化させ、樹脂
層２を基板１上に一体に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録液滴を飛翔させて
記録紙等の記録媒体上に画像を形成するための液体噴射
記録ヘッドの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、液体噴射記録ヘッドの製造方法と
して各種の方法が提案されているが、その一つに次に説
明する注型法がある。

【０００３】この注型法は、図６に示すように、吐出エ
ネルギー発生素子およびこれに電気配線を介して電気接
続された電極からなる電気機能素子をパターニングした
基板１０１の上に、フォトリソグラフィー法を用いて共
通液室形成部１０３および液流路形成部１０４からなる
除去可能な固体層１０５を形成したのち、その上面に紫
外光硬化型樹脂からなる未硬化樹脂層１０２を塗布形成
し、ついで、所定のパターンを有するフォトマスクを介
して紫外光Ｌを一括照射することにより、未硬化樹脂層
１０２の所定の部位を一括硬化させ、基板１０１上に樹
脂層を一体に形成する。そののち、図６に示す二点鎖線
に沿って切断し、吐出口を形成したのち、除去可能な固
体層１０５を除去し、ノズルおよび液室を形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の技
術は、量産性に優れており、製造コストの低減を可能に
するが、基板上に形成された未硬化樹脂層を一括硬化さ
せるため、樹脂の硬化収縮による引張り応力が大きい。
その結果、基板にソリが発生したり、樹脂層が基板から
剥離するおそれがあるという未解決の課題があった。

【０００５】本発明は、上記従来の技術の有する未解決
の課題に鑑みてなされたものであって、基板にソリが発
生したり、樹脂層が基板から剥離することがない液体噴
射記録ヘッドの製造方法を実現することを目的とするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法は、電気機
能素子を配設した基板上に、除去可能な固体層を形成
し、ついで前記固体層を覆うように光硬化型樹脂からな
る未硬化樹脂層を塗布形成したのち、光の分割照射を行
なうことによって前記未硬化樹脂層を分割して硬化さ
せ、前記基板上に樹脂層を一体に形成し、そののち前記
除去可能な固体層を除去することにより前記樹脂層中に
中空部を形成することを特徴とするものである。

【０００７】さらに、複数の電気機能素子を互いに間隔
をおいて配設した基板上に、各電気機能素子の上面に除
去可能な固体層を形成したのち、前記固体層を覆うよう
に光硬化型樹脂からなる未硬化樹脂層を塗布形成し、つ
いで光の分割照射を行なうことにより、前記未硬化樹脂
層を分割して硬化させ、前記基板上に複数の液体噴射記
録ヘッドに対応する樹脂層を一体に形成したのち各液体
噴射記録ヘッド毎に切断し、ついで前記除去可能な固体
層を除去することにより前記樹脂層に中空部を形成する
ことを特徴とするものである。

【０００８】中空部を、共通液室および前記共通液室に
連通した液流路とすることができる。

【０００９】上記各方法において、光の分割照射を、ス
ポット状または帯状の光を走査させて行ない、また、光
は紫外光やレーザ光を用いるとよい。

【００１０】さらに、光の分割照射を、未硬化樹脂層の
うちの樹脂層となる部位以外の部位に未硬化部を形成す
るためのパターンを有するフォトマスクを介して行なう
と効果的である。

【００１１】

【作用】基板上に形成された光硬化型樹脂からなる未硬
化樹脂層に対し、光の分割照射を行なうことにより分割
して硬化させるため、硬化部分の硬化収縮による体積の
減少分が、これに隣接する未硬化部分の樹脂の流動性に
よって緩和され、硬化収縮に起因する基板にかかる引張
り応力が低減される。その結果、基板にそりが発生した
り、樹脂層が剥離するようなことがなくなる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１３】先ず、本発明の液体噴射記録ヘッドの製造
方法によって製造された液体噴射記録ヘッドの一例につ
いて説明する。

【００１４】図１に示すように、液体噴射記録ヘッドＥ
は、一端にパット１ｃが接続された電気配線１ｂおよび
液流路４内にあって前記電気配線１ｂに接続された図示
しない吐出エネルギー発生素子からなる電気機能素子が
配設された基板１と、基板１の電気接続部１ａを除く部
位に一体に形成された中空部である共通液室３および共
通液室３に液流路４を介して連通された吐出口５を有す
る樹脂層２とを備えている。

【００１５】次に、図１に示すような液体噴射記録ヘッ
ドＥを製造する場合を例に挙げて、本発明の液体噴射記
録ヘッドの製造方法の実施例について説明する。

【００１６】（第１実施例）半導体製造プロセスを用いて、シリコンウエハ等か
らなる基板１上に図１に示すような一端にＡｕからなる
パット１ｃが接続されたＡｌからなる電気配線１ｂおよ
び液流路４内にあって電気配線１ｂに接続された図示し
ない吐出エネルギー発生素子である電気熱変換体（Ｈｆ
Ｂ₂ ）を配設する。

【００１７】なお、図２には、吐出口面６（図１に示
す）となる部位を対向させた２個取りのものを示した
が、実際には、後述するようにウエハ上に対向させた複
数個の液体噴射記録ヘッドを配列し、後述する工程のダ
イシングソーにて分離する。

【００１８】上記の工程で得た基板１の上面に、
ポジ型レジストを約２５μｍの厚さに塗布したのち、フ
ォトリソグラフィー法により、図２に示すような共通液
室部３ａおよび液流路部４ａからなる除去可能な固体層
８を形成する。

【００１９】上記の工程ののち、ビスフェノール
Ａ型エポキシ（旭電化工業社製：ＫＲＭ−２４１０）と
光カチオン重合開始剤（旭電化工業社製）とを１００対
１に配合した光硬化型樹脂を真空脱気したのち約１ｍｍ
の厚さに塗布して光硬化型樹脂からなる未硬化樹脂層を
塗布形成する。

【００２０】上記の工程ののち、図４の（ａ）に
示すような、樹脂層形成部２ａ以外の部分を遮光したパ
ターンを有するフォトマスクＭ₁ を近接して配置し、レ
ーザ光であるＡｒレーザのスポット光を５Ｊ／ｃｍ² の
照射エネルギーとなるように走査速度を制御して、基板
１の一端から他端へ向けて走査させることにより、前記
未硬化樹脂層を徐々に部分的に硬化させて樹脂層２を基
板１上に一体に形成する。

【００２１】つまり、スポット光を硬化させるべき部分
以外を遮光したパターンを有するフォトマスクを介して
走査することにより、未硬化樹脂層を硬化させる。

【００２２】上記の工程のち、前記フォトマスクＭ
₁ を介して高圧水銀ランプにより、ＵＶ光を一括照射
し、硬化をさらに進めたのち未硬化部をエターナで除去
し、ついで３０℃で３０分間の熱硬化を行なう。

【００２３】上記の工程ののち、ダイシングソーに
より、図４の（ｂ）に示す破線に沿って切断し、ついで
図３のＡ−Ａ線に沿って切断して吐出口面６（図１参
照）を形成したのち、ＮａＯＨ３％水溶液で固体層８を
除去することにより、液体噴射記録ヘッドＥを得た。

【００２４】なお、本工程ののち、超音波洗浄を行なっ
たり、加圧したＮａＯＨ３％水溶液を供給口７より導入
して液流路４中を流すと、固体層の残渣を取り除くこと
ができる。

【００２５】（第２実施例）上記第１実施例のフォトマ
スクの代わりに、図５の（ａ）に示すような、複数の吐
出口面を対向させた２個取りの樹脂層形成部１２ａ以外
の部分を遮光したパターンを有するフォトマスクＭ₂ を
用い、図５の（ｂ）に示すような２個取りの樹脂層２を
複数個互いに間隔をおき基板１上に一体に形成する。

【００２６】つまり、未硬化樹脂層のうちの樹脂層とな
る部位以外の部位に光があたらないようなパターンを有
するフォトマスクを介して行なう。

【００２７】これ以外の工程は上記第１実施例と同様に
スポット光を走査して硬化させた。

【００２８】（第１比較例）上記第１実施例における
の工程のＡｒレーザ光を走査させて光硬化型樹脂の硬化
を行なう代わりに、フォトマスクＭ₁ を用い、高圧水銀
ランプにて１０Ｊ／ｃｍ² のＵＶ光を一括照射して光硬
化型樹脂を一括硬化させる。これ以外の工程は、上記第
１実施例と同様であるので説明は省略する。

【００２９】（第２比較例）図５の（ａ）に示すような
フォトマスクＭ₂ を用いて、比較例１と同様に一括硬化
させた。

【００３０】上記第１実施例、第２実施例、第１比較例
および第２比較例によってそれぞれ製造された液体噴射
記録ヘッドの基板のソリを観察したところソリの大きさ
は、第１比較例＞第２比較例＞第１実施例＞第２実施例
の順番であった。

【００３１】また、各液体噴射記録ヘッドについて、−
３０℃と＋６０℃間の熱衝撃テストを１０サイクル行な
ったところ、第１実施例および第２実施例によってそれ
ぞれ製造された液体噴射記録ヘッドには樹脂剥離は発生
しなかったのに対し、第１比較例および第２比較例によ
ってそれぞれ製造された液体噴射記録ヘッドには部分的
に樹脂剥離が発生した。

【００３２】上記第１実施例および第２実施例によって
それぞれ製造された液体噴射記録ヘッドを用いた液体噴
射記録装置によって印字を行なったところいずれも高品
位なものであった。

【００３３】さらに、光硬化型樹脂の硬化収縮による引
張り応力について、本発明に係る実験例１および実験例
２と比較例３との比較実験を行なったのでその結果につ
いて説明する。

【００３４】（実験例１）５インチのシリコンウエハ上にビスフェノールＡ型
エポキシ（旭電化工業社製ＫＲＭ−２４１０）と光カチ
オン重合開始剤（旭電化工業社製）を１００対１に配合
した樹脂を０．２ｍｍの厚さに塗布し、サンプルを得
る。

【００３５】上記の工程によって得たサンプルに
対し、Ａｒレーザ光の１００μｍスポットを照射量が４
Ｊ／ｃｍ² になるように走査速度を制御してスキャンさ
せることにより、シリコンウエハの一端から他端に向か
って分割して硬化を行なう。

【００３６】上記ののち、高圧水銀ランプの６Ｊ
／ｃｍ² のＵＶ光によって一括露光を行ない、さらに約
１３０℃で３０分間の熱硬化を行なう。

【００３７】上記ののち、シリコンウエハのソリか
ら応力を求めたところ３×１０⁷ Ｐａであった。

【００３８】（実験例２）上記実験例１のの工程に加
えて得たサンプルに対し、高圧水銀ランプのＵＶ光を
０．５ｍｍ幅のスリットを通し、かつ前記スリットを照
射エネルギーが４Ｊ／ｃｍ² になるように低速度で走査
することにより、分割して硬化を行なう。これ以外の工
程は上記実験例１と同様である。

【００３９】上記の工程ののち、高圧水銀ランプ
の６Ｊ／ｃｍ² のＵＶ光によって一括露光を行ない、さ
らに約１３０℃で３０分間の熱硬化を行なう。

【００４０】上記の工程ののち、シリコンウエハ
のソリから応力を求めたところ５×１０⁷ Ｐａであっ
た。

【００４１】（比較例３）上記実験例１のの工程と同様のサンプルを得る。

【００４２】上記の工程によって得たサンプルに
対し、高圧水銀ランプの１０Ｊ／ｃｍ² のＵＶ光を一括
照射して一括硬化を行なう。

【００４３】上記の工程ののち、高圧水銀ランプ
の６Ｊ／ｃｍ² のＵＶ光によって一括露光を行ない、さ
らに約１３０℃で３０分間の熱硬化を行なう。

【００４４】上記の工程ののち、シリコンウエハ
のソリから応力を求めたところ２×１０⁸ Ｐａであっ
た。

【００４５】上記比較実験結果より、紫外光をスリット
を通し、かつ前記スリットを低速度で走査することによ
って分割硬化を行なう方法も有効であることが確認でき
た。本発明は、特に液体噴射記録方式の中で熱エネルギ
ーを利用して飛翔液滴を形成し、記録を行なう、いわゆ
るインクジェット記録方式の記録ヘッド、記録装置にお
いて、優れた効果をもたらすものである。

【００４６】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されており、本発明はこれらの基
本的な原理を用いて行なうものが好ましい。この記録方
式は所謂オンデマンド型、コンティニュアス型のいずれ
にも適用可能である。

【００４７】この記録方式を簡単に説明すると、記録液
（インク）が保持されているシートや液流路に対応して
配置されている吐出エネルギー発生素子である電気熱変
換体に駆動回路より吐出信号を供給する、つまり、記録
情報に対応して記録液（インク）に核沸騰現象を越え、
膜沸騰現象を生じるような急速な温度上昇を与えるため
の少なくとも一つの駆動信号を印加することによって、
熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜
沸騰を生じさせる。このように記録液（インク）から電
気熱変換体に付与する駆動信号に一対一に対応した気泡
を形成できるため、特にオンデマンド型の記録法には有
効である。この気泡の成長、収縮により吐出口を介して
記録液（インク）を吐出させて、少なくとも一つの滴を
形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適
切に気泡の成長収縮が行なわれるので、特に応答性に優
れた記録液（インク）の吐出が達成でき、より好まし
い。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４
４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に
記載されているようなものが適している。なお、上記熱
作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３
１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さ
らに優れた記録を行なうことができる。

【００４８】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液流路、電気熱変換
体を組み合わせた構成（直線状液流路又は直角液流路）
の他に、米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許
第４４５９６００号明細書に開示されているように、熱
作用部が屈曲する領域に配置された構成を持つものにも
本発明は有効である。

【００４９】加えて、複数の電気熱変換体に対して、共
通するスリットを電気熱変換体の吐出口とする構成を開
示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギー
の圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開
示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づいた構成
を有するものにおいても本発明は有効である。

【００５０】さらに、本発明が有効に利用される記録ヘ
ッドとしては、記録装置が記録可能である被記録媒体の
最大幅に対応した長さのフルラインタイプの記録ヘッド
がある。このフルラインヘッドは、上述した明細書に開
示されているような記録ヘッドを複数組み合わせること
によってフルライン構成にしたものや、一体的に形成さ
れた一個のフルライン記録ヘッドであってもよい。

【００５１】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効で
ある。

【００５２】また、記録ヘッドに対する回復手段や予備
的な補助手段を付加することは、記録装置を一層安定に
することができるので好ましいものである。これらを具
体的に挙げれば、記録ヘッドに対しての、キャッピング
手段、クリーニング手段、加圧または吸引手段、電気熱
変換体或はこれとは別の加熱素子、あるいはこれらの組
み合わせによる予備加熱手段、記録とは別の吐出を行な
う予備吐出モード手段を付加することも安定した記録を
行なうために有効である。

【００５３】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみを記録するモードだけではなく、記録
ヘッドを一体的に構成したものか、複数個の組み合わせ
で構成したものかのいずれでもよいが、異なる色の複色
カラーまたは、混色によるフルカラーの少なくとも一つ
を備えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００５４】本発明において、上述した各インクにたい
して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行する
ものである。

【００５５】さらに加えて、本発明のインクジェットの
記録装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機
器の画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等
と組み合わせた複写装置、さらには送受信機能を有する
ファクシミリ装置の形態を採るものであってもよい。

【００５６】以上説明した本発明の実施例においては、
インクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で
固化するインクであって、室温で軟化もしくは液体とな
るもの、或いは、インクジェットにおいて一般的に行な
われている温度調整の温度範囲である３０℃以上７０℃
以下の温度範囲で軟化もしくは液体となるものでもよ
い。すなわち、使用記録信号付与時にインクが液状をな
すものであればよい。加えて、積極的に熱エネルギーに
よる昇温をインクの固形状態から液体状態への態変化の
エネルギーとして使用せしめることで防止するか、また
は、インクの蒸発防止を目的として放置状態で固化する
インクを用いるかして、いずれにしても熱エネルギーの
記録信号に応じた付与によってインクが液化してインク
液状として吐出するものや記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギーによ
って初めて液化する性質のインク使用も本発明には適用
可能である。このような場合インクは、特開昭５４−５
６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報
に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に
液状または固形物として保持された状態で、電気熱変換
体に対して対向するような形態としてもよい。本発明に
おいては、上述した各インクに対して最も有効なもの
は、上述した膜沸騰方式を実行するものである。

【００５７】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。

【００５８】基板上に形成された光硬化型樹脂からなる
未硬化樹脂層を分割して硬化するため、硬化収縮に起因
する基板のソリを著しく低減することができるととも
に、基板より樹脂層が剥離することもない。その結果、
高品位の画像形成を行なうことができる液体噴射記録ヘ
ッドを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液体噴射記録ヘッドの一例を示す模式斜視図で
ある。

【図２】本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法におい
て、２個取りの基板上に除去できる固体層を形成した状
態を示す模式斜視図である。

【図３】本発明の液体噴射記録ヘッドの製造方法におい
て、２個取りの基板上に樹脂層を形成した状態を示す模
式斜視図である。

【図４】本発明の第１実施例における工程の一部を示
し、（ａ）は使用するフォトマスクの模式平面図、
（ｂ）は（ａ）に示すフォトマスクを用いて複数の液体
噴射記録ヘッドに相当する樹脂層が一体に形成された基
板の平面図である。

【図５】本発明の第２実施例における工程の一部を示
し、（ａ）は使用するフォトマスクの模式平面図、
（ｂ）は（ａ）に示すフォトマスクを用いて複数の液体
噴射記録ヘッドに相当する樹脂層が一体に形成された基
板の平面図である。

【図６】従来の液体噴射記録ヘッドの製造方法の一例を
示す説明図である。

【符号の説明】

１基板１ａ電気接続部１ｂ電気配線１ｃパット２樹脂層２ａ樹脂層形成部３共通液室４液流路５吐出口６吐出口面７供給口７ａ供給口形成部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気機能素子を配設した基板上に、除去
可能な固体層を形成し、ついで前記固体層を覆うように
光硬化型樹脂からなる未硬化樹脂層を塗布形成したの
ち、光の分割照射を行なうことによって前記未硬化樹脂
層を分割して硬化させ、前記基板上に樹脂層を一体に形
成し、そののち前記除去可能な固体層を除去することに
より前記樹脂層中に中空部を形成することを特徴とする
液体噴射記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】複数の電気機能素子を互いに間隔をおい
て配設した基板上に、各電気機能素子の上面に除去可能
な固体層を形成したのち、前記固体層を覆うように光硬
化型樹脂からなる未硬化樹脂層を塗布形成し、ついで光
の分割照射を行なうことにより、前記未硬化樹脂層を分
割して硬化させ、前記基板上に複数の液体噴射記録ヘッ
ドに対応する樹脂層を一体に形成したのち各液体噴射記
録ヘッド毎に切断し、ついで前記除去可能な固体層を除
去することにより前記樹脂層に中空部を形成することを
特徴とする液体噴射記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】中空部が、共通液室および前記共通液室
に連通した液流路であることを特徴とする請求項２記載
の液体噴射記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】光の分割照射を、スポット状の光を走査
させて行なうことを特徴とする請求項１乃至３いずれか
１項記載の液体噴射記録ヘッドの製造方法。
【請求項５】光の分割照射を、帯状の光を走査させて
行なうことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記
載の液体噴射記録ヘッドの製造方法。
【請求項６】光が、紫外光であることを特徴とする請
求項１乃至５いずれか１項記載の液体噴射記録ヘッドの
製造方法。
【請求項７】光が、レーザ光であることを特徴とする
請求項１乃至５いずれか１項記載の液体噴射記録ヘッド
の製造方法。
【請求項８】光の分割照射を、未硬化樹脂層のうちの
樹脂層となる部位以外の部位に未硬化部を形成するため
のパターンを有するフォトマスクを介して行なうことを
特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載の液体噴射
記録ヘッドの製造方法。
【請求項９】基板上に樹脂層を一体に形成したのち、
未硬化部を除去し、さらに硬化処理を行なうことを特徴
とする請求項８記載の液体噴射記録ヘッドの製造方法。