JP5111544B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関し、具体的には被記録媒体にインクを吐出することにより記録を行うインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。

液体吐出ヘッドの一例としては、インクを被記録媒体に吐出して記録を行うインクジェット記録方式に適用されるインクジェット記録ヘッドが挙げられる。このようなインクジェット記録ヘッドを作製する方法としては、例えば特許文献１に記載がある。

特許文献１に記載の製造方法では、基板上に積層したポジ型感光性樹脂層を露光した後現像してインクの流路の型を形成し、その型を被覆する被覆層を設け、被覆層を露光して吐出口を形成している。さらに、吐出口を形成するための露光の際の光の反射によって吐出口の形状に影響が生じることを抑制するため、積層されたポジ型感光性樹脂のうちの上層には紫外線吸収剤を含有させている。

特許文献１に記載の製造方法において、紫外線吸収剤を含んだ層を有するポジ型感光性樹脂層の積層物を露光する場合、照射された光を紫外線吸収剤が吸収することによる解像性への影響を考慮して、紫外線吸収剤の添加量を調整する必要がある。近年ではインクジェット記録ヘッドの流路が微細化しているので、それに応じて微細な流路の型を形成する場合にはより厳密な紫外線吸収剤の添加量の調整や管理が必要となり、製造に負荷が生じる。

特開２００５−１２５６１９号公報

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、製造時の負荷を低減し、所望の形状の吐出口を精度よく得ることが可能な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。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口と連通する液体の流路を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、第１の感光性樹脂からなる第１の層を基板の上に設ける工程と、前記第１の層から前記流路の型を形成する工程と、光吸収剤を前記型の表面から型の内部に浸透させる工程と、前記光吸収剤が浸透した前記型を被覆するように、第２の感光性樹脂からなる第２の層を設ける工程と、前記第２の層の一部を露光した後に現像して、前記吐出口となる開口を前記第２の層に形成する工程と、前記開口を形成した後に、前記型を除去して前記流路を形成する工程と、を含む。

本発明によれば、所望の形状の吐出口を精度よくかつ低負荷で得ることが可能となる。

本発明に係る方法により製造されたインクジェット記録ヘッドの模式図である。 インク供給部材を配置した本発明に係る方法により製造されたインクジェット記録ヘッドの断面図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の工程を示す図である。 本発明の方法における第２の層の露光時の断面図である。

以下に図面を参照して本発明の実施形態について説明を行う。なお、以下の説明では、液体吐出ヘッドの一例としてインクジェット記録ヘッドを例にとって説明する。しかしながら本発明はこれに限定されるものではなく、液体吐出ヘッドは、印刷分野のみならず、回路形成等さまざまな産業分野に適用可能なものである。また、以下の説明では同様の機能を有する部材については、図中において同じ符号で指示し、その説明を省略することがある。

（インクジェット記録ヘッド）
本発明に係る方法により製造されるインクジェット記録ヘッドの一例を図１に示す。図１に示すインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するためのエネルギー発生素子２を複数有する基板１上に、インクを吐出するためのインク吐出口８と、インク吐出口８に連通しインクを保持するインク流路４ｂと、インク吐出口８及びインク流路４ｂを形成するインク流路形成部材５ｂと、を有する。また、基板１には、インクをインク流路４ｂに供給するインク供給口３が設けられている。また、図２は、図１のインクジェット記録ヘッドの基板１の裏面にインク供給部材７を接着したインクジェット記録ヘッドの、図１におけるＡ−Ａ’断面図を示した図である。以下、図３を用いて、各工程の説明を行う。図３は、図１のＡ−Ａ’断面に相当する工程断面図である。

（工程（１））
まず、図３（ａ）に示すように、エネルギー発生素子２と供給口３とが形成された基板１上に、第１の感光性樹脂を含む第１の感光性樹脂層１００を形成する。なお、供給口３はこの段階で形成されていなくともよい。基板１の表面にはエネルギー発生素子２の保護膜であるシリコンの窒化物、シリコンの酸化物、シリコンの炭化物等か、Ｔａ等の金属膜が設けられている。

第１の感光性樹脂層１００に含まれる第１の感光性樹脂としては、ネガ型感光性樹脂、ポジ型感光性樹脂が挙げられる。後述する第２の層５ａの露光に使用される紫外線に対する吸光度が低い材料が好ましい。以下の説明では感光性材料層１００としてポジ型感光性樹脂を含有したポジ型感光性樹脂層を例にとり説明する。また、該紫外線よりも短波長の活性エネルギー線、例えば、ＡｒＦレーザーやＫｒＦレーザー等のエキシマレーザー、ＤｅｅｐＵＶ光等に感度を有する材料が好ましい。例えば、ＤｅｅｐＵＶ光で露光可能なポリメチルイソプロペニルケトン等を挙げることができる。第１の感光性樹脂層１００の形成方法としては、例えば、感光性樹脂を適宜溶媒に溶解し、スピンコート法により塗布する。その後、プリベークを行うことで第１の感光性樹脂層１００を形成することができる。第１の感光性樹脂層１００の厚さは、所望のインク流路の高さであり、特に限定されるものではないが、例えば、５μｍ〜２５μｍであることが好ましい。

（工程（２））
次に、第１の感光性樹脂層１００をパターニングしてインクの流路の型である流路パターン４ａを形成する（図３（ｂ））。第１の感光性樹脂層１００をパターニングする方法としては、第１の感光性樹脂層１００に対して、該ポジ型感光性樹脂を感光可能な活性エネルギー線を、マスクを介して照射し、パターン露光する。その後、第１の感光性樹脂層１００を溶解可能な溶媒等を用いて現像し、リンス処理を行うことで、流路の型である流路パターン４ａを形成することができる。

（工程（３））
次に、流路パターン４ａの表層に光吸収剤として紫外線吸収剤を提供（ａｐｐｌｙ）し、該流路パターンの表層を紫外線吸収剤を含む層（以下、単に改質層と示す場合有り）９に改質する。（図３（ｃ））。

本発明においては、流路パターン４ａの表層を紫外線吸収剤を含む層９に改質することにより、後述する第２の層５ａの露光の際、基板１からの紫外線を含む活性エネルギー線の反射光を吸収し、インク吐出口の変形を抑制できる。

パターン４ａを形成した後に紫外線吸収剤を提供するので、第１の感光性樹脂層１００からパターン４ａを形成することに対して、紫外線吸収剤は影響を及ぼさない。よって、紫外線吸収剤に使用できる化合物や、その量を設定する際に、パターン４ａを形成するときに必要な事項を考慮しなくてもよいため、紫外線吸収剤に使用できる化合物を選択する際の選択の自由度が増したり、その量を設定する際の設定の自由度が広がる。そのため、製造の負荷が低減する。

紫外線吸収剤としては、後述する第２の層５ａの露光に使用される紫外線を吸収できるものであれば、いずれも使用できる。また、流路パターン４ａの除去の際に流路パターン４ａを構成するポジ型感光性樹脂の感光波長の活性エネルギー線を照射する場合、この活性エネルギー線の吸収が少ない材料であることが好ましい。例えば、第２の層５ａの露光に使用される紫外線がｉ線の場合、ベンゾフェノン化合物（ベンゾフェノン誘導体）、ベンゾエート誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体など、ｉ線に吸収を持つ一般的な紫外線吸収剤を用いることができる。その他、例えばアントラセン誘導体等も用いることができる。

前記ベンゾフェノン誘導体としては、例えば、２，３’，３，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、２，３，４−トリヒドロキシベンゾフェノン、２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−オクトキシベンゾフェノン、３−アミノベンゾフェノン等を用いることができる。前記ベンゾエート誘導体としては、ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート、ビス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）セバケート等を用いることができる。前記ベンゾトリアゾール誘導体としては、２−（２−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）−２Ｈ−ベンゾトリアゾール、２−（５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール等を用いることができる。前記アントラセン誘導体としては、１，８，９−トリヒドロキシアントラセン、１，８−ビス（ヒドロキシメチル）アントラセン等を用いることができる。これらは１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

流路パターン４ａの表層を紫外線吸収剤を含む層９に改質する方法としては、例えば、前記紫外線吸収剤を塗布溶媒に溶解した塗布溶液を、流路パターン４ａ及び基板１上にスピンコートにより塗布する。その後、加熱し、洗浄する。

前記塗布溶媒としては、流路パターン４ａの表面を塗布溶液の塗布時に適度に溶解させることができるものであれば良い。例えば、流路パターン４ａにポリメチルイソプロペニルケトンを用いた場合、プロピレングリコールモノメチルエーテルの他、乳酸エチルやシクロヘキサノンなどを用いることができる。こうした塗布溶媒であれば、流路パターン４ａの表面に塗布溶液が含浸するため、内部に浸透し、紫外線吸収剤を流路パターン４ａ表面にしっかりと定着させることができ、インク吐出口変形を防止することができる。これらの塗布溶媒は、１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

一方、前記塗布溶媒として、流路パターン４ａを溶解しない溶媒を用いた場合、流路パターン４ａの表面に紫外線吸収剤が定着しないため、インク吐出口変形の改善効果はない。例えば、流路パターン４ａにポリメチルイソプロペニルケトンを用いた場合、エタノールやイソプロピルアルコールといったアルコール類を用いる場合が挙げられる。なお、前記流路パターン４ａを溶解する塗布溶媒と、溶解しない塗布溶媒とを混合した混合溶媒であっても、該混合溶媒が前記流路パターン４ａを溶解しうるものであれば用いることができる。特に、１種の塗布溶媒の溶解性が高く、単独では流路パターン４ａの形状に悪影響を与えてしまう場合、溶解しない塗布溶媒と混合して溶解性を調整することが好ましい。

前記塗布溶液中の紫外線吸収剤の含有量としては、紫外線吸収剤として２，３’，３，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、塗布溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルを用いた場合では、０．５〜５質量％が好ましい。０．５質量％以上であれば、インク吐出口変形防止の効果がより確実に得られる。塗布溶液としての安定性（析出）から５質量％以下であることが好ましい。もちろん、塗布溶液中の紫外線吸収剤の含有量については、使用する紫外線吸収剤の種類、塗布溶媒の種類によるものであり、この限りではない。また、紫外線吸収剤を塗布溶液に安定して溶解させるための添加剤を加えることも可能である。

（工程（４））
次に、改質層９を含む流路パターン４ａ及び基板１上に被覆するように、第２の感光性樹脂から第２の層５ａを形成する（図３（ｄ））。第２の層５ａの材料としては、所定波長に対する感度が第１の層１００と異なるものが用いられる。また、流路パターン４ａに使用した材料とは異なる波長領域の紫外線に感光性を有する感光性樹脂が好ましい。第１の層１００流路パターン４ａがポジ型感光性樹脂からなる場合は、波長領域と第２の層５ａはネガ型感光性樹脂であることが好ましい。第２の層５ａの形成方法としては、例えば、前記第２の層５ａの材料を適宜溶媒に溶解した溶液を、スピンコート法にて流路パターン４ａ及び基板１上に塗布し、第２の層５ａを形成することができる。溶媒を使用する場合、流路パターン４ａを溶解しない溶媒を選択して使用する。第２の層５ａの厚さの上限は、インク吐出口部の現像性が損なわれない範囲であれば、特に制限されるものではない。

（工程（５））
次に、第２の層５ａに前記感光波長の紫外線等の活性エネルギー線を露光し（図３（ｅ））、現像することにより開口し、インク吐出口８を形成する（図３（ｆ））。

ここで図４は、図３（ｅ）で示される状態について、図１のＡ−Ａ’と垂直な方向の断面で見た断面図である。本発明の方法によれば、第２の層５ａを露光する際の（ａ）に示される光線が、基板１の表面に到達することを抑えることができる。流路パターン４ａの側面にも紫外線吸収剤が設けられているので、（ｂ）に示す基板１の表面で反射された光線もより確実に吸収することができる。基板１の表面で反射した光線は、樹脂層５ａの最近接のインク吐出口形成部のみならず、隣接する吐出口形成部にも当たらないようにすることができる。

前述したように、本発明においては、流路パターン４ａの表層が紫外線吸収剤を含む層９に改質されているため、基板１からの前記感光波長の紫外線を含む活性エネルギー線の反射光が吸収され、インク吐出口変形を抑制できる。インク吐出口８の形成方法としては、例えば、第２の層５ａに対してマスク６を介してｉ線を照射する。その後、加熱し、現像、リンス処理を行うことで、インク吐出口８を形成することができる。インク吐出口８の幅は、吐出するインク液滴の大きさによって適宜設定することができる。ここでｉ線は３６５ｎｍに中心波長を持つ光である。ｉ線の半値幅５ｎｍ程度である。

なお、本発明に係る製造方法では、第２の層５ａと流路パターン４ａが相溶することで、インク吐出口パターニング時に第２の層５ａの現像残渣として微細なスカムがインク吐出口下部に発生する場合がある。こうした微細なスカムの存在により、特に極小液滴を吐出するインクジェット記録ヘッドでは印字が乱れる場合がある。このような場合、ベンゾエート誘導体やベンゾトリアゾール誘導体のような塩基性の紫外線吸収剤、もしくは、ベンゾフェノン誘導体でもアミノベンゾフェノン等の塩基性の紫外線吸収剤を用いる。これにより、インク吐出口パターン形成時に、第２の層５ａと流路パターン４ａの相溶部のカチオン重合を抑制することができ、スカムの発生を抑制することが可能である。

（工程（６））
次に、流路パターン４ａを除去することによりインク流路４ｂを形成する（図３（ｇ））。流路パターン４ａの除去方法としては、例えば、流路パターン４ａを溶解可能な溶媒に基板を浸漬し、除去する方法などがある。また、必要に応じて、紫外線吸収剤に吸収されない波長領域で、流路パターン４ａを感光可能な活性エネルギー線を用いて露光して溶解性を高めてもよい。その後、エネルギー発生素子２を駆動させるための電気的接合を行う。さらに、インク供給のためのインク供給部材７等を接続して、インクジェット記録ヘッドが完成する。

本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、更には各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に搭載可能である。また、本発明のインクジェット記録ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。

以下、本発明について実施例を用いて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。

（実施例１）
まず、図３（ａ）に示すように、エネルギー発生素子としての電気熱変換素子２（材質ＷＳｉＮからなるヒーター）を形成したシリコン基板１上にブラストマスクを設置し、サンドブラスト加工によりインク供給のためのインク供給口３を形成した。なおヒーター上に絶縁膜と、その上にＴａの保護膜が設けられている。

次いで、このシリコン基板１上に、ポジ型感光性樹脂として、ポリメチルイソプロペニルケトン（商品名：「ＯＤＵＲ−１０１０」、東京応化工業（株）社製）をスピンコートにより塗布した。次いで、１２０℃にて６分間プリベークを行った。さらに、ＤｅｅｐＵＶ露光機（商品名：「ＵＸ−３０００」、ウシオ電機製）にて、流路パターン４ａのパターン露光（ＤｅｅｐＵＶ光、露光量：１４Ｊ／ｃｍ²）を行った。その後、メチルイソブチルケトンで現像し、ＩＰＡでリンス処理を行った。これにより、流路パターン４ａを形成した（図３（ｂ））。なお、流路パターン４ａの膜厚は１０μｍであった。

次いで、紫外線吸収剤である２，３’，３，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノンを１質量％含むポリエチレングリコールモノメチルエーテル溶液を流路パターン４ａ及びシリコン基板１上にスピンコートにより塗布した。その後、９０℃にて３分間ベークし、純水にて洗浄を行った。これにより、流路パターン４ａの表層を紫外線吸収剤を含む層９に改質した（図３（ｃ））。

次いで、下記樹脂組成物１をキシレン混合溶媒に５０質量％の濃度となるように溶解した。この溶液をスピンコートにて流路パターン４ａ及びシリコン基板１上に塗布し、第２の層５ａを形成した（図３（ｄ））。なお、流路パターン４ａ上における第２の層５ａの膜厚は１０μｍであった。

（樹脂組成物１）
・「ＥＨＰＥ−３１５０」（商品名、ダイセル化学（株）製） １００質量部
・「Ａ−１８７」（商品名、東レ・ダウコーニング（株）製） ５質量部
・「ＳＰ−１７２」（商品名、（株）ＡＤＥＫＡ製） １．５質量部。

次いで、ｉ線ステッパー露光機（キヤノン製、ｉ５）を用いて、マスク６を介して第２の層５ａに対して露光（ｉ線、露光量：４０００Ｊ／ｍ²）を行った（図３（ｅ））。本実施例ではφ８μｍのインク吐出口パターンを形成した。その後、露光後ベーク（ＰＥＢ）を９０℃、４分間行った。次いで、メチルイソブチルケトンで現像を行い、インク吐出口８を形成した（図３（ｆ））。なお、この時点において、流路パターン４ａは、完全に現像されず残存している。

シリコン基板１上には、複数の同一又は異なる形状のインクジェット記録ヘッドが配置されているため、この段階でダイサーにより切断し、個々のインクジェット記録ヘッドを得た。ここでは、前述の通りに流路パターン４ａが残存しているため、切断時に発生する残渣（ごみ）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に対し、再び前記ＤｅｅｐＵＶ露光装置（商品名：「ＵＸ−３０００」、ウシオ電機製）にて露光（ＤｅｅｐＵＶ光、露光量：２７Ｊ／ｃｍ²）した。その後、乳酸メチル中に超音波を付与しつつ浸漬し、残存している流路パターン４ａを溶出した（図３（ｇ））。

次いで、インクジェット記録ヘッドを、２００℃、１時間加熱し、第２の層５ａを完全に硬化させ、インク流路形成部材５ｂとした。最後に、インク供給口３が形成されているシリコン基板１の裏面に、インク供給部材７を接着して、インクジェット記録ヘッドを完成した。

（実施例２）
紫外線吸収剤として、ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート（チバ・ジャパン製）を用いたこと以外は実施例１と同様にインクジェット記録ヘッドを作製した。評価結果を表１に示す。

（実施例３）
紫外線吸収剤として、２−（２−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）−２Ｈ−ベンゾトリアゾール（チバジャパン製）を用いたこと以外は実施例１と同様にインクジェット記録ヘッドを作製した。評価結果を表１に示す。

（実施例４）
紫外線吸収剤として、３−アミノベンゾフェノン（東京化成工業製）を用いたこと以外は実施例１と同様にインクジェット記録ヘッドを作製した。

（実施例５）
紫外線吸収剤の塗布に用いる塗布溶媒として、乳酸エチルを用いたこと以外は実施例１と同様にインクジェット記録ヘッドを作製し、評価した。

（実施例６）
紫外線吸収剤の塗布に用いる塗布溶媒として、プロピレングリコールモノメチルエーテル（５０質量％）とエタノール（５０質量％）の混合溶媒を用いたこと以外は実施例１と同様にインクジェット記録ヘッドを作製した。

（比較例１）
紫外線吸収剤層７を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にインクジェット記録ヘッドを作製した。

（印字品位評価）
本実施例で作製したインクジェット記録ヘッドを記録装置に装着した。純水／ジエチレングリコール／イソプロピルアルコール／酢酸リチウム／黒色染料フードブラック２＝７９．４／１５／３／０．１／２．５からなるインクを用いて、罫線印字、ドット印字の条件で印字を行った。印字品位は以下の基準で評価した。
◎：全く乱れが無い
〇：乱れはわずかにあるが問題無いレベル
△：乱れが見られる。

（インク吐出口形状評価）
本実施例で作製したインクジェット記録ヘッドについて、吐出口部の上面形状、断面形状を観察した。インク吐出口形状は以下の基準で評価した。
◎：正円形状
〇：正円形からわずかにずれがある。
△：歪みが見られる。

評価結果をまとめて表１に示す。

実施例で作製したインクジェット記録ヘッドは、安定した印字が可能であり、得られた印字物は高品位であった。特に、塗布溶液にプロピレングリコールモノメチルエーテル又は乳酸エチルを使用したものは優れていた。また、実施例４は、吐出口の流路側のエッジ部において、吐出口の内壁のテーリング等が特に少なく、吐出口の断面を見た場合には、吐出口の底部とほぼ直角な形に内壁が形成されていた。これは第２の層内でカチオン重合反応が起こる際に、アミノベンゾフェノンのアミノ基が一部のカチオン活性種をトラップしてカチオン重合が過度に進行することを抑制した効果であると考えられる。一方、比較例１で作製したインクジェット記録ヘッドでは、印字が乱れた。これは、吐出口形成時の露光に使用した光が基板で反射することにより吐出口の形状が所望の形状とならなかったことに起因すると考えられる。

Claims (9)

1. 液体を吐出する吐出口と連通する液体の流路を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   第１の感光性樹脂からなる第１の層を基板の上に設ける工程と、
   前記第１の層から前記流路の型を形成する工程と、
   光吸収剤を前記型の表面から型の内部に浸透させる工程と、
   前記光吸収剤が浸透した前記型を被覆するように、第２の感光性樹脂からなる第２の層を設ける工程と、
   前記第２の層の一部を露光した後に現像して、前記吐出口となる開口を前記第２の層に形成する工程と、
   前記開口を形成した後に、前記型を除去して前記流路を形成する工程と、
   を含む液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記第１の感光性樹脂はポジ型感光性樹脂であり、前記第２の感光性樹脂はネガ型感光性樹脂である請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記第１の感光性樹脂はポリメチルイソプロペニルケトンを含み、前記光吸収剤はベンゾフェノン化合物を含む請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記光吸収剤がアミノベンゾフェノンである請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記型の側面に前記光吸収剤を提供する請求項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。
6. 前記開口を形成するための露光を、前記第２の層にｉ線を露光することにより行う請求項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。
7. 前記基板の表面にＴａの膜が設けられている請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記光吸収剤を型の表面から型の内部に浸透させる工程は、光吸収剤をプロピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、及びシクロヘキサノンの中の少なくとも１種に溶解させてなる塗布溶液を、前記型の表面に塗布することで行う請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記型がポリメチルイソプロペニルケトンを含有する請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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