JP2004306285A

JP2004306285A - Manufacturing method for liquid discharging head, and liquid discharging head manufactured by the manufacturing method

Info

Publication number: JP2004306285A
Application number: JP2003099273A
Authority: JP
Inventors: Jun Koide; 小出　　純
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2004-11-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique which carries out a precise surface treatment to a discharge opening face without affecting the interior of discharge openings in the case of carrying out a desired surface treatment to the discharge opening face of a liquid discharging head. <P>SOLUTION: In a state in which a liquid including a medium material is kept in contact with an assembly with the discharge opening face obtained in a process of manufacturing the liquid discharging head, light irradiation is carried out, thereby substituting atoms and atomic groups between a material which composes the discharge opening face and the medium material. A surface modification of the discharge opening face is thus carried out. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を液滴等の状態で吐出口から吐出させて記録用紙などの保持媒体上に付着させて、文字、画像、各種パターンなどを形成するための液体吐出ヘッドの製造方法および該方法により製造された液体吐出ヘッドに関するもので、該液体吐出ヘッドの吐出口面に対する撥液化などの表面処理方法に関するものである。
【０００２】
特には、液体吐出ヘッドに関し、炭素原子と水素原子の一重結合（σ結合）基を側鎖に有するポリマーを含有する吐出口面を構成する材料に含まれる化合物から水素原子を脱離すると同時に、そこにフッ化炭素基（ＣｎＦｍ：ｎは１以上の整数であり、ｍ＝２ｎまたは２ｎ＋１である）を置換結合させて吐出口面の特に表面のみを高撥液化する方法および、該方法により処理されたインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、インクジェット記録方式に適応される液体吐出ヘッド（インクジェット記録ヘッドともいう）のインク吐出機構部分には、一般に、インクなどの記録用の液体を吐出するための吐出口と、前記吐出口にインクを供給するためのインクを貯える液室と、前記吐出口と前記液室とを連通するインク流路と、前記インク流路の一部に設けられたインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記液室に外部からインクを供給するためのインク供給口が設けられている。
【０００４】
この内、微細な構造と精度を要求されるインク流路と吐出口の加工に関しては、近年、吐出エネルギー発生素子（吐出圧力発生源）を有するＩＣチップ上に、遠紫外線崩壊ポジ型レジスト樹脂材料と遠紫外線透過ネガ型レジスト樹脂材料（１）と撥水性ネガ型レジスト樹脂ドライフィルム材料（２）の３種類のレジスト材料によって、リソグラフィープロセスを用い、ポジ型レジスト樹脂材料にてインク流路の形状に相当するパターンを形成し、ネガ型レジスト樹脂材料（１）にてインク吐出口を形成する層としてオーバーコートし、かつネガ型レジスト樹脂ドライフィルム材料（２）を薄層にて表面コートし、インク吐出口露光現像の後、遠紫外線照射によってインク流路の形状の遠紫外線崩壊ポジ型レジスト樹脂材料を分解低分子量化して溶媒溶出によってインク流路を形成する方法が提案されている。
【０００５】
一方、液体吐出ヘッド内における液体と接触する部分、特に、液室、流路、吐出口内壁は良好な液体の移動と吐出口への液体の供給を確保する上で親水性であることが好ましく、また、吐出口がヘッドの外側へ開口する面（吐出口面）は、良好な吐出精度などの吐出特性を確保する上で吐出させる液体に対して撥液性であることが好ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では、吐出口面の構成に、撥水性ネガ型レジスト樹脂ドライフィルム材料に光架橋反応を発生させて現像溶剤不溶性化し、構造を形成するプロセスを用いており、このレジスト材料は、製造装置の設計上、現在市販されているマスクアライナーの使用している波長に対して感光性のある分子構造を有している（エポキシ基による酸素架橋等）ことが必須となっており、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）並のフッ素リッチなポリマー構成を液体吐出面に実現することは原理的に不可能となっている。そのため、このレジスト材料のフッ素基の含有比率は低くならざるをえない。このため撥水性ネガ型レジストといえども、純水に対する接触角は１０５度以下が現状の実力となっている。
【０００７】
また、フッ素樹脂をソルベントコートによって吐出口面に塗工する工程を用いたとしても、溶剤に溶けるフッ素ポリマーに材料が限定されるため、不活性性、撥水性、撥油性、耐擦傷性がＰＴＦＥの有する特性領域まで達しないといった問題が生じてしまう。
【０００８】
また、吐出口が形成された吐出口面に上記のような塗布法により撥液性を付与する場合、吐出口内に塗布液がまわり込んで吐出口内の一部が撥液性になると、液体吐出精度が低下する場合があり、吐出口内への処理剤の侵入を防ぐための処置が別途必要になる。一方、吐出口を開口する前に、吐出口面となる面に処理剤を塗布して、撥液性を付与しておいてから、吐出口を開口する方法では、吐出口内が処理剤により撥液性化されることは避けられるが、吐出口面に形成された処理剤の層が開口プロセス中にその開口部において、特に、吐出口面と吐出口の境界をなすエッジ部で損傷部分を生じ、所望の撥液性の付与効果が得られない場合がある。
【０００９】
更に、吐出口面に撥液性を付与する方法としては、撥液処理用のプラズマ雰囲気に吐出口面を接触させる方法や、吐出口面に撥水処理用のイオン注入を行う方法がある。しかしながら、これらの方法においても、吐出口内の撥液性化を防止するための処理が別途必要になる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、液体吐出ヘッドの吐出口面に所望の表面処理を行う場合に、吐出口内に影響を与えず、吐出口面に精度良い表面処理を行うことのできる技術を提供することにある。例えば、撥液性を付与する場合においては、撥水性感光性材料や、ソルベントコートによる特定フッ素ポリマーを用いるではなく、本来の流路や吐出口の構造を形成する材料のバルク物性特性を活かしたまま、表面領域にのみＰＴＦＥ並の特性を有するフッ素ポリマーを組み込むことによって、吐出口面に不活性性、撥水性、撥油性、耐擦傷性を発現することが可能となり、表面特性とバルク特性の両立化によって、液滴の飛翔精度などの吐出特性が向上し、吐出口面の機械的及び化学的な劣化の少ないインクジェット記録ヘッドを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口面と、該吐出口面に液体を供給するための流路と、を有し、液体吐出ヘッドの少なくとも一部となる組立体に対して、該吐出口面の表面処理を行う工程を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記組立体は、前記吐出口面に対して、３０度以内の正または負のテーパ角を有する方向または略垂直な方向に開口する液体を吐出するための吐出口と、該吐出口に液体を供給するための流路と、を有するものであり、かつ
該表面処理は、前記吐出口面の処理領域に含まれる被処理材料と、媒介材料を含む液体と、を接触させた状態で、これらの接触界面に対して垂直に略アフォーカルなビームの光を照射することで該吐出口面の表面改質を行う表面改質方法であり、
前記吐出口面と前記媒介材料を含む液体との接触界面領域にて光励起による状態遷移を誘導し、該接触界面領域において前記媒介材料から生成される励起化学種または該媒介材料を含む液体中に生成される励起化学種を前記吐出口面に置換し、または励起化学種を前記吐出口面に電子結合堆積させることで表面改質が行われる
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００１２】
本発明にかかる液体吐出ヘッドは、上記の製造方法により製造されたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明にかかる製造方法においては、前記媒介材料は単体では光照射により実質的に相互作用しない材料であり、前記被処理材料と該媒介材料とに光を照射することで、前記被処理材料の置換基が励起誘導状態になると同時に前記媒介材料の原子又は原子団が励起誘導状態になる化学反応場を、前記吐出口面と該媒介材料との接触界面と光照射領域の論理積にて提供し、結合状態遷移を誘起移行することで前記吐出口面の表面処理を行うことが好ましい。
【００１４】
また、前記化学反応場において前記被処理材料から励起誘導された置換基が前記媒介材料から励起誘導された原子又は原子団によって捕獲遷移結合される結合エネルギ−は、前記被処理材料の置換基と母材原子の結合エネルギ−と、前記媒介材料の原子又は原子団と母材原子の結合エネルギ−と、のうち大きい方の結合エネルギ−よりも大きいものであることが好ましい。
【００１５】
更に、前記被処理材料と該媒介材料とに照射される光は、前記被処理材料の置換基と母材原子の結合エネルギ−と前記媒介材料の原子又は原子団と母材原子の結合エネルギ−のうち大きい方の結合エネルギ−よりも大きいフォトンエネルギ−を有する波長の光であることがこのましい。
【００１６】
本発明によれば、吐出口面を構成する材料に、種々の官能基を所望の特性に応じて置換することで、これらの材料が持っている本来の固有の性質は生かしたまま、必要箇所のみに所望の機能性を発現させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる吐出口面の表面処理は、吐出口面が形成された状態の組立体に対して行われる。この組立体は、少なくとも流路と吐出口が形成されている構造を有するものであり、所望とする液体吐出ヘッドの構造に応じて本発明にかかる表面処理が好適な組立体の構造が得られた段階でこの表面処理を導入する。例えば、吐出エネルギー発生素子が配置されたＩＣチップなどの基板上に、液室、流路及び吐出口を形成する場合には、基板上に、液室、流路及び吐出口を形成した組立体が得られた段階で本発明にかかる表面処理を行うことが好ましい。
【００１８】
なお、基板上に少なくとも流路及び吐出口を形成した構造としては、例えば、図３（ｂ）に示す吐出エネルギー発生素子１１への供給口１２から液体の供給方向に対して垂直な方向に液体が吐出口２１から吐出する構造や、供給口や液室から吐出エネルギー発生素子への液体の供給方向と同方向に液体が吐出口から吐出する構造を挙げることができる。また、表面処理を適用する組立体の構造は、図３（ｂ）で示す構造に限定されず、例えば、流路３２と吐出口２１のみが形成された状態の構造のものでもよい。
【００１９】
本発明における表面処理に適用される組立体の吐出口は、吐出口面に対して３０度以内の正または負のテーパ角を有するか、または略垂直な（垂直である場合を含む）方向に開口するものである。例えば、吐出口の開口における内壁と吐出口面とで形成されるエッジ部（例えば、図３（ｂ）の断面図における吐出口２１の内壁により形成された開口方向に伸びる線と吐出口面２２により形成される面との接合部）とが３０度以内の正または負のテーパ角を有するか、または略垂直な状態で形成されたものである。
【００２０】
本発明における表面処理に用いる媒介材料を含む液体としては、媒介材料自体が液体の場合にはそれ自体を用いることが好ましく、場合によっては、媒介材料を溶剤中に溶解または分散させた液体も利用可能である。この媒介材料は単体では、照射光の吸収により実質的に相互作用しないものであることが好ましい。
【００２１】
なお、この場合の「実質的に相互作用しない」とは、光照射によっても原子配列構造が変化しないことを意味する。すなわち、光エネルギーを、例えばフォノン生成、波長シフトによる蛍光放射またはラマン散乱放射、セーベック効果による起電力生成等、他のエネルギーに変換する作用がある無しにかかわらず、化学構造変化をきたさないことを意味する。
【００２２】
この媒介材料としては、単体状態、すなわち被処理材料と接触していない状態において、照射するフォトンに対してエネルギー準位的に遷移安定準位が存在せず、光吸収がほぼ皆無な材料、すなわち、光の他のエネルギーへの変化作用を全くあるいはほとんど有しない材料が好ましく用いられる。また、媒介材料としては、単体状態において、照射するフォトンに対してエネルギー準位的に遷移安定準位が存在せず、蛍光エネルギー放射、フォノン生成による熱エネルギー変換などによって、極短時間で照射するフォトンエネルギーを変換消費するが、原子配列構造が変化しない材料であり、かつ、照射するフォトンの光浸透距離が１０μｍ以上の光透過特性を有する材料も好ましい。
【００２３】
なお、化学反応場において被処理材料から励起誘導された置換基が媒介材料から励起誘導された原子又は原子団によって捕獲遷移結合される結合エネルギ−は、被処理材料の置換基と母材原子の結合エネルギ−と、媒介材料の原子又は原子団と母材原子の結合エネルギ−と、のうち大きい方の結合エネルギ−よりも大きいものであることが好ましい。
【００２４】
吐出口面の処理領域に含まれる被処理材料と媒介材料との組合せは、液体吐出ヘッドの構成材料としての特性と、本発明にかかる表面処理の適用の可能性を考慮して選択することができる。例えば、光の照射により媒介材料中に励起化学種が形成され、励起化学種が被処理材料の置換基と置換する組合せや、化学種が被処理材料に電子結合堆積する組合せなどを挙げることができ、これらの関係の両方を有する組合せを用いることもできる。
【００２５】
このような置換基の例としては、炭素原子と水素原子の一重結合を有する基を挙げることができ、これに組み合わせる媒介材料としては、エーテル結合基およびフッ化炭素ＣｎＦｍ基（ｎは１以上の整数であり、ｍ＝２ｎまたは２ｎ＋１である）を主鎖部分に有するポリマーの集合体を挙げることができる。このポリマーとしては、−ＣｎＦｍ−Ｏ−からなる繰返し単位を有するポリマーが好ましく、特に好ましい具体例としては、式：Ｆ−（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｎＣＦ_２ＣＦ_３（ｎ：整数）で表されるポリマーを挙げることができる。
【００２６】
一方、被処理材料と媒介材料に照射される光は、被処理材料の置換基と母材原子の結合エネルギ−と媒介材料の原子又は原子団と母材原子の結合エネルギ−のうち大きい方の結合エネルギ−よりも大きいフォトンエネルギ−を有する波長の光であることが好ましい。
【００２７】
また、吐出口面の処理領域と媒介材料を含む液体との界面に垂直に照射されるビームは、略アフォーカル（アフォーカルな場合も含む）なビームである。このビームは、ビームダイバージェンスが１００ｍｒａｄ以内の略平行（平行である場合を含む）な略アフォーカルビームであり、所定のエネルギーのフォトンを前記接触界面に照射するものであることが好ましい。照射光としては、例えば、紫外線などを挙げることができ、上記のポリマーを用いる場合には波長が２２１．４ｎｍから３５１．６ｎｍの紫外線が好適である。
【００２８】
かかる紫外線を発生し得る光源としては、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＦ、ＸｅＢｒ及びＸｅＩ等のエキシマレーザ光源、または非線型光学結晶を用いて高調波変換放射光の波長が２２１．４ｎｍから３５１．６ｎｍの範囲内にあるレーザ光源を挙げることができる。特には、波長が約２４８ｎｍのクリプトンフッ素エキシマレーザ光を用いることができる。
【００２９】
一方、光照射は、液体吐出ヘッドの構造に応じて、吐出口面側及び媒介材料側の少なくとも一方から行うことができるが、液体吐出ヘッドの構造に制限を与えず、かつプロセス上の取扱性がより良好となるという点からは、媒介材料側からの照射が好ましい。
【００３０】
更に、光照射は、必要に応じて、光に含まれる表面処理用のフォトン波長に対して透明な基材に、所定パターンを、該フォトン波長を吸収または反射して実質的に透過しない金属膜、または実質的に透過する光干渉膜により形成したフォトマスクを介して行うこともできる。このようなフォトマスク用の基材としては、合成石英、水晶、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、サファイア及びダイアモンドなどを挙げることができる。
【００３１】
例えば、吐出口面の被処理領域を、炭素原子と水素原子の一重結合基を表面に有する有機ポリマーを主成分として構成し、この被処理領域に、媒介材料としてのパーフルオロポリオキセタ（Ｆ−（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｎＣＦ_２ＣＦ_３；ｎ＝整数）を接触させ、媒介材料側から波長が２２１．４ｎｍから３５１．６ｎｍの範囲内にある紫外線を、吐出口面に対して、所定フルエンス、所定パルス数照射して、有機ポリマーから水素原子を脱離すると同時にフッ化炭素基（ＣｎＦｍ：ｎは１以上の整数であり、ｍは２ｎまたは２ｎ＋１である）を置換結合させ、該有機ポリマーを含む処理領域のみを高撥液化することができる。
【００３２】
以下、本発明の実施形態を図面にもとづいて更に説明する。まず、本発明の吐出口面を改質するメカニズムについて、図２により詳述する。図２は本発明の液体吐出ヘッドの吐出口面の表面改質メカニズムを示すための図であって、図中▲１▼は媒介材料を含む液体（以下媒介液体材料という）領域、▲２▼は媒介材料とＣ−Ｈ基を側鎖に有する被処理材料の境界領域、▲３▼は被処理材料の領域を示すものであり、▲１▼−（ａ）〜（ｃ）、▲２▼−（ａ）〜（ｅ）、▲３▼−（ａ）〜（ｃ）は、紫外線照射されたときのそれぞれの領域における光化学反応について模式的に表している。
【００３３】
この例では被処理材料に、脂環式エポキシ樹脂を主成分とする露光、現像後のネガ型感光性樹脂を用い、媒介液体材料にパーフルオロポリエーテル（化学名：パーフルオロポリオキセタン、商品名：デムナム（ダイキン工業社製））を用いたもので説明している。
【００３４】
クリプトンフッ素のエキシマレーザ発振器から略平行ビーム（平行の場合を含む）にて放射された、光波長が２４８．４ｎｍ（フォトンエネルギー１１４ｋｃａｌ／ｍｏｌ）の光は、媒介液体材料であるパーフルオロポリエーテルに照射される。照射された紫外線は、パーフルオロポリエーテルにおいては安定遷移状態が存在しないため吸収が無くそのまま透過し、インクジェット記録ヘッド７の吐出口面表面に達する。しかし、厳密に紫外線フォトンの通過の意味するところは、量子光学的な表現をすれば、フォトンのエネルギー吸収が起こらなかったということだけであって、フォトンを吸収して遷移するエネルギー準位が存在すればフォトンの吸収が起こって作用を生ずるということでも有る。すなわち、エネルギー的に安定な準位を提供することによって、光化学反応を局所的に発生させることができるものである。
【００３５】
媒介液体材料においては、▲１▼−（ａ）に示すように炭素原子と酸素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーは約７６ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、紫外線波長が約３５７ｎｍ以下の場合、フォトンエネルギーは約７６ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上となり、エーテル基である炭素原子と酸素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーを有している。したがって、▲１▼−（ｂ）に示すように酸素原子は炭素原子からイオン解離できる状態が得られる。しかしながら、酸素原子単独では安定な状態ではないため、酸素原子が単独で存在する寿命は短命であり、イオン解離したとしても、すぐにまた同エネルギーのフォトンを放射し、元の準位に戻ってしまう（▲１▼−（ｃ））。つまり、外界から観察しても、誘導放射が起こったことと同様で、同位相、同偏光、同波長、同進行方向のフォトンが放射されることとなり、何の変化も起こらなかったことと同等に観測されることとなる。すなわち、何も起こらないと同等ということである。
【００３６】
一方、被処理材料においては、▲３▼−（ａ）に示すように炭素原子と水素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーは８０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、紫外線波長が３５１．６ｎｍ以下の場合、フォトンエネルギーは８０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上となり、炭素原子と水素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーを有している。したがって、▲３▼−（ｂ）に示すように水素原子は炭素原子からイオン解離できる状態が得られる。しかしながら、水素原子単独では安定な状態ではないため、水素原子が単独で存在する寿命は短命であり、イオン解離したとしても、すぐにまた同エネルギーのフォトンを放射し、元の準位に戻ってしまう（▲３▼−（ｃ））。つまり、先ほどと同様に外界から観察しても、何の変化も起こらなかったことと同等に観測されることとなる。
【００３７】
しかし、イオン解離した酸素原子が捕獲される新たな準位（いわゆるドナー、アクセプターレベル）を提供することによって、紫外線フォトンの吸収が起こり、光化学反応を起こすことができる。本発明の場合、この捕獲準位は、被処理材料の表面、すなわち、媒介液体材料とＣ−Ｈ基を側鎖に有する被処理材料の境界領域で提供されることとなる。このことを説明すると、被処理材料の表面には、有機材料が配設されており、有機材料ポリマーの側鎖には炭素原子と水素原子の一重結合状態が存在している。一方、被処理材料に接する媒介液体材料には酸素原子と炭素原子の一重結合状態が存在している。▲２▼−（ａ）に示すように炭素原子と酸素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーは約７６ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、また、有機ポリマー側鎖の炭素原子と水素原子の一重結合のポテンシャル障壁エネルギー８０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌである。紫外線波長が３５１．６ｎｍ以下の場合、フォトンエネルギーは８０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上となり、炭素原子と酸素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーおよび炭素原子と水素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーを有しているもので、すなわち水素原子と酸素原子の解離する状態を誘発するエネルギーを有しているものである。したがって、▲２▼−（ｂ）に示すように酸素原子および水素原子はそれぞれ炭素原子からイオン解離する。
【００３８】
ここで、酸素原子と水素原子の一重結合エネルギーは約１０９ｋｃａｌ／ｍｏｌであって、エーテル基である炭素原子と酸素原子の一重結合のポテンシャル障壁エネルギー約７６ｋｃａｌ／ｍｏｌ、有機ポリマー側鎖の炭素原子と水素原子の一重結合のポテンシャル障壁エネルギー８０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌ、よりも、結合エネルギーが大きい、したがって酸素原子と炭素原子が一重結合するとエネルギー準位ポテンシャルがより深い安定準位に落ち込むこととなる。つまり、解離酸素原子と解離水素原子に対して、遷移安定な準位が、処理表面と媒介液体材料であるパーフルオロポリエーテルの接触界面において提供されることとなる。
【００３９】
そして、▲２▼−（ｃ）に示すように、酸素原子および水素原子は約１０９ｋｃａｌ／ｍｏｌエネルギーのフォトンを放射し、酸素原子と水素原子との一重結合が生成される。
【００４０】
実際には、水素Ｈと酸素Ｏの安定状態は純水Ｈ_２Ｏであるため、３５１．６ｎｍ以下の紫外線フォトンを４個消費して、上記してきた光化学反応が生じることとなる。
【００４１】
もちろん、紫外線のフォトンエネルギーが酸素原子と水素原子の一重結合エネルギー約１０９ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上である場合には、▲２▼−（ｄ）に示すように酸素原子と水素原子とはそれぞれイオン解離できる状態が得られる。しかしながら、酸素原子および水素原子単独では安定な状態ではないため、酸素原子が単独で存在する寿命は短命であり、イオン解離したとしても、すぐにまた同エネルギーのフォトンを放射し、元の準位に戻ってしまう（▲２▼−（ｅ））。つまり、外界観察によっては何の変化も起こらなかったと観測されることとなる。また、厳密に表現するならば、ハイゼンベルグの不確定性原理によって、極短時間のイオン解離過程が起こっているか否かは観測する事ができないことであって、つまり量子論的にはわからないと表現することが適切な説明となるものである。
【００４２】
これと同時に、液状の媒介材料であるパーフルオロポリエーテルは主鎖のエーテル基を失うため、フッ化炭素基（Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_７）が残留され、一方、被処理面においては炭素の活性基が残されているため、フッ化炭素基は被処理面の炭素活性基に化学結合せざるをえない環境が形成され、被処理面はフッ素化され撥水特性が発現することとなる。
【００４３】
ここで補足として、炭素原子と炭素原子の一重結合エネルギーは約８４ｋｃａｌ／ｍｏｌであるため、照射紫外線に約３３６ｎｍ以下の波長を用いた場合には、炭素原子どうしは解離、結合を不安定に遷移し、フッ化炭素はＣｎＦｍ基（ｎは１以上の整数であり、ｍ＝２ｎまたは２ｎ＋１である）の内のどれか分解また結合された最も安定な状態で被処理面に化学結合することとなる。
【００４４】
更に、補足として、炭素原子と炭素原子の一重結合エネルギーは約８４ｋｃａｌ／ｍｏｌであるため、照射紫外線に約３３６ｎｍ以下の波長を用いた場合には、炭素原子どうしは解離、結合をエントロピーの増大する方向に不安定に遷移し、フッ化炭素はＣｎＦｍ（ｎ＝１，２，３…、ｍ＝２ｎまたは２ｎ＋１）基の内のどれかの状態に分解また再結合されてギプスの自由エネルギーが最小になるように最も安定な状態でネットワークを形成し被処理固体材料表面に化学結合することとなる。
【００４５】
このような紫外線を照射するための紫外線光源としては、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＦ、ＸｅＢｒ及びＸｅＩ等のエキシマ光源を用いることが出来る。
【００４６】
また、被処理材料としては、炭素原子と水素原子の一重結合基を側鎖に有するポリマーを含有する有機材料の集合体や、炭素原子と水素原子の一重結合基を側鎖に有するポリマーを含有する有機材料と無機材料の混合体を用いることが出来る。吐出口面の処理領域は被処理材料のみから構成することができる。あるいは、所望とする表面処理効果が得られる範囲内で被処理材料と他の材料との併用により処理領域を構成することができる。
【００４７】
【実施例】
まず、インクジェット記録ヘッドのインク吐出機構部分構造について図３の（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。（ａ）は面吐出型インクジェット記録ヘッドのインク吐出要部の吐出口面側から見た図（インク吐出圧発生素子は不図示）で、（ｂ）は図（ａ）のＢ−Ｂ位置の断面図であって、インク吐出圧発生素子１１を搭載したシリコンＩＣ回路基板１３の上にインク供給口１２、インク流路３２、インク吐出口２１、吐出口面２２が形成されたものである。
【００４８】
インクが吐出するインク吐出口は（ａ）に示すごとく２次元配列にてパターニングされ、高密度なノズル配列にて形成されている。上述したインクジェット記録ヘッドのインク吐出要部は、以下のような工程を経てインクジェット記録ヘッドとして作成することができる。インク吐出圧発生素子駆動用の端子をパターニングした電気基板を結合するとともに、アルミ製またはアルミナセラミック製のベースプレートをシリコンＩＣ基板に放熱用として接合し、次いで、各部材を保持するホルダおよびインク供給のためのインクタンクを結合することで表面処理を施す組立体が得られる。
【００４９】
次に、図１及び図４を用いて、本発明に係る吐出口面表面のフッ素化による撥液化処理を説明する。
【００５０】
組立体７は、脂環式エポキシ樹脂を主成分とする吐出口面２２（成分詳細は表１に記述）をウインドウ３側にスペーサ６を介して配設されており、移動しないように、加圧体８で押えられている。なお、各吐出口の内壁面と吐出口面とで形成されるエッジ部は概直角をなしたものである。また、図４に示すとおり、加圧体によりインク供給口を密閉する方法をとることにより、組立体内部に空気が閉じ込められ、媒介液体材料と吐出口面とを接触させた場合でも、媒介液体材料の吐出口内への侵入を防ぐことができる。
【００５１】
パーフルオロポリエーテル（商品名：デムナム、ダイキン工業社製）からなる媒介液体材料５を吐出口面２２と接触させ、クリプトンフッ素のエキシマレーザ発振器１から放射される光波長が２４８．４ｎｍの紫外線１０を、偏向ミラー２とウインドウ３を介して組立体７の吐出口面２２に照射して撥液化処理を行うものである。
【００５２】
【表１】

【００５３】
この撥液化処理において、照射レーザ光は略アフォーカルな略平行ビームであるため、インク吐出口２１の側面（内壁面）に対しての紫外線照射密度は微量となるため、照射フルエンスの不足によってそこでの撥液化改質は行われないため、インク吐出口の吐出口面表面のみにおいて撥液化処理がなされることとなる。すなわち、このことによって、この組立体から得られるインクジェット記録ヘッドに充填されるインクは吐出口面２２の表面にて毛管力により液面を保持することができるため、インク吐出の安定性および飛翔精度が保たれる状態で、吐出口面の表面を撥液化することができるようになるものである。
【００５４】
上記の表面処理を施した組立体に必要に応じて各種処理を行ってインクジェット記録ヘッドが得られる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液体に圧力発生源を接触させ圧エネルギーを与えることで圧力を液体の吐出口に伝達させて、液滴を発弾し記録用紙などの保持媒体に付着させる液体吐出ヘッドにおいて、吐出口が配設された吐出口面に、媒介材料を含む液体を接触させ、この接触界面に対して略垂直に、所定エネルギーのフォトンを略アフォーカルな、好ましくは略平行ビームにて照射し、吐出口面と媒介材料を含む溶液の接触界面領域にて光励起による状態遷移を誘導し、媒介材料からの励起化学種を液体吐出口面に置換し、または化学種を電子結合堆積させることによって、吐出口面の所定領域のみの表面処理することが可能となる。
【００５６】
特に、炭素原子と水素原子の一重結合基を有する材料を用いて吐出口面を形成した場合に、エーテル結合基およびフッ化炭素ＣｎＦｍ基（ｎは１以上の整数であり、ｍ＝２ｎまたは２ｎ＋１である）を主鎖部分に有するポリマーの集合体からなる液体の媒介材料を吐出口面に接触させた状態で、吐出口面と媒介材料との接触界面に波長が２２１．４ｎｍから３５１．６ｎｍの範囲内にある紫外線を照射することで被処理面の炭素原子と水素原子の一重結合基における水素原子を媒介材料のフッ化炭素基と置換し、被処理面を改質することによって、またさらに、略アフォーカルな、好ましくは略平行ビーム光によって吐出口面を処理することによって、インク吐出口を形成した後処理にて、インク吐出口の側面およびアンダーカット部分に改質影響を与えることなく吐出口面のみを改質することができる。その結果、様々な機能を有する液体吐出に関して吐出口面を濡らすことなく安定に液体吐出させることができるようにしたものである。
【００５７】
さらに、撥液性を付与する場合については、撥水性感光性材料や、ソルベントコートによるフッ素ポリマーでの表面改質を用いるではなく、本来の流路、吐出口の構造を形成する材料のバルク物性特性を活かしたまま、所定の表面領域にのみ撥液特性を発現させることによって、吐出口面に不活性性、撥水性、撥油性、耐擦傷性を発現することが可能となり、表面特性とバルク特性の両立化によって、インク飛翔特性が向上し、吐出口面の機械的化学的劣化の少ない、液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表面改質処理を行う手段の概略図である。
【図２】本実施例の吐出口面の表面改質メカニズムを示すための図である。
【図３】（ａ）は面吐出型インクジェット記録ヘッドのインク吐出要部を示す図であり、（ｂ）は表面処理を施す組立体の構造を表す断面図である。
【図４】本発明にかかる表面改質処理を面吐出型インクジェット記録ヘッドを製造するための組立体に適用する際の処理の一例を示す図である。
【符号の説明】
１レーザ発振器
２反射ミラー
３ウインドウ
４ディスペンサ
５パーフルオロポリエーテル
６スペーサ
７インクジェット記録ヘッドチップ
８加圧体
１０紫外線光束
１１インク吐出圧発生素子
１２インク供給口
１３シリコン回路基板
２１インク吐出口
３２インク流路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a liquid discharge head for forming characters, images, various patterns and the like by discharging a liquid from a discharge port in the form of droplets and attaching the liquid to a holding medium such as recording paper. The present invention relates to a liquid discharge head manufactured by the method, and to a surface treatment method such as liquid repellency for a discharge port surface of the liquid discharge head.
[0002]
In particular, regarding the liquid ejection head, at the same time as desorbing hydrogen atoms from the compound contained in the material constituting the ejection port surface containing a polymer having a single bond (σ bond) group of carbon atoms and hydrogen atoms in the side chain, Then, a fluorocarbon group (CnFm: n is an integer of 1 or more and m = 2n or 2n + 1) is substituted and bonded to make the surface of the discharge port particularly liquid-repellent, and the treatment is performed by the method. The present invention relates to a manufactured ink jet recording head.
[0003]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an ink ejection mechanism portion of a liquid ejection head (also referred to as an ink jet recording head) adapted to an ink jet recording system generally includes an ejection port for ejecting a recording liquid such as ink, and an ink A liquid chamber that stores ink for supplying ink, an ink flow path that communicates the discharge port with the liquid chamber, and energy that generates energy for discharging ink provided in a part of the ink flow path. A generating element and an ink supply port for supplying ink to the liquid chamber from outside are provided.
[0004]
Of these, with regard to the processing of ink flow paths and ejection ports, which require a fine structure and precision, in recent years, a far ultraviolet decay positive resist resin material is provided on an IC chip having an ejection energy generating element (discharge pressure generating source). Using a lithography process, the shape of the ink flow path is formed of a positive resist resin material using three types of resist materials, a negative resist resin material transmitting deep ultraviolet rays and a dry film material (2). Is formed, a negative resist resin material (1) is overcoated as a layer for forming an ink discharge port, and a negative resist resin dry film material (2) is surface-coated with a thin layer, After exposure and development of the ink discharge port, the ultraviolet ray irradiation irradiates the ultraviolet ray-decomposed positive resist resin material with the shape of the ink flow path to decompose and reduce the molecular weight. Method for forming an ink flow path by the solvent elution has been proposed.
[0005]
On the other hand, the portion of the liquid ejection head that comes into contact with the liquid, particularly, the liquid chamber, the flow path, and the inner wall of the ejection port are preferably hydrophilic in order to ensure good movement of the liquid and supply of the liquid to the ejection port. Further, it is preferable that the surface (ejection surface) where the ejection opening is opened to the outside of the head is liquid-repellent to the liquid to be ejected in order to ensure ejection characteristics such as good ejection accuracy.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above method, the process of forming a structure by causing a photocrosslinking reaction in a water-repellent negative resist resin dry film material to insolubilize the developing solvent is used for the configuration of the discharge port surface, and this resist material is Due to the design of the manufacturing equipment, it is essential that the mask aligner currently available on the market has a molecular structure that is sensitive to the wavelength used (such as oxygen crosslinking by an epoxy group). In principle, it is impossible to realize a fluorine-rich polymer structure similar to PTFE (polytetrafluoroethylene) on the liquid ejection surface. Therefore, the content ratio of the fluorine group in this resist material has to be reduced. For this reason, even if it is a water-repellent negative resist, the contact angle with pure water is 105 ° or less, which is the current ability.
[0007]
Even if a process of applying a fluororesin to a discharge port surface by a solvent coat is used, since the material is limited to a fluoropolymer soluble in a solvent, the inertness, water repellency, oil repellency, and scratch resistance are PTFE. However, there is a problem that the characteristic region does not reach.
[0008]
In addition, when liquid repellency is imparted to the discharge port surface on which the discharge port is formed by the above-described coating method, when the coating liquid flows into the discharge port and a part of the discharge port becomes liquid repellent, liquid discharge is performed. Accuracy may decrease, and additional measures are required to prevent the treatment agent from entering the discharge port. On the other hand, before the opening of the discharge port, a treatment agent is applied to the surface serving as the discharge port surface to impart liquid repellency, and then in the method of opening the discharge port, the inside of the discharge port is repelled by the treatment agent. Although it is possible to avoid liquefaction, the layer of the processing agent formed on the discharge port surface may be damaged during the opening process, particularly at an edge portion that forms a boundary between the discharge port surface and the discharge port. In some cases, the desired effect of imparting liquid repellency cannot be obtained.
[0009]
Further, as a method of imparting liquid repellency to the discharge port surface, there are a method of bringing the discharge port surface into contact with a plasma atmosphere for liquid repellency treatment, and a method of performing ion implantation for water repellency treatment on the discharge port surface. However, even in these methods, a process for preventing the liquid repellency in the discharge port is required separately.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of performing accurate surface treatment on an ejection port surface without affecting the inside of the ejection port when performing a desired surface treatment on the ejection port surface of the liquid ejection head. It is in. For example, in the case of imparting liquid repellency, instead of using a water-repellent photosensitive material or a specific fluorine polymer formed by a solvent coat, the bulk physical properties of the material forming the original flow path and the structure of the discharge port are utilized. By incorporating a fluoropolymer having the same properties as PTFE only in the surface area, it becomes possible to develop inertness, water repellency, oil repellency, and scratch resistance on the discharge port surface, and surface and bulk properties Accordingly, it is an object of the present invention to provide an ink jet recording head in which the ejection characteristics such as the flying accuracy of liquid droplets are improved, and the ejection port surface is hardly mechanically and chemically deteriorated.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A method of manufacturing a liquid ejection head according to the present invention includes a set including an ejection port surface for ejecting a liquid, and a flow path for supplying the liquid to the ejection port surface, and forming at least a part of the liquid ejection head. In the method for manufacturing a liquid ejection head, which has a step of performing a surface treatment on the ejection opening surface for a three-dimensional object,
The assembly has a discharge port for discharging a liquid that opens in a direction having a positive or negative taper angle of 30 degrees or less or a direction substantially perpendicular to the discharge port surface, and the liquid is supplied to the discharge port. And a channel for supplying, and the surface treatment is performed in a state where the material to be processed included in the processing region of the discharge port surface and the liquid including the intermediate material are brought into contact with each other. Is a surface modification method for performing surface modification of the discharge port surface by irradiating a substantially afocal beam of light perpendicularly to the contact interface,
Inducing a state transition by photoexcitation in a contact interface region between the discharge port surface and the liquid containing the intermediate material, the excited chemical species generated from the intermediate material or the liquid containing the intermediate material in the contact interface region A method of manufacturing a liquid discharge head, wherein surface modification is performed by replacing generated excited chemical species on the discharge port surface or by electron bonding deposition of the excited chemical species on the discharge port surface. .
[0012]
A liquid ejection head according to the present invention is manufactured by the above manufacturing method.
[0013]
In the manufacturing method according to the present invention, the intermediate material is a material that does not substantially interact by light irradiation alone, and by irradiating the material to be processed and the intermediate material with light, the A chemical reaction field in which an atom or an atomic group of the mediating material is in an excitation inducing state at the same time when a substituent is in an excitation inducing state is provided by a logical product of a contact interface between the discharge port surface and the mediating material and a light irradiation region. Then, it is preferable to perform the surface treatment of the discharge port surface by inducing the transition of the coupling state transition.
[0014]
Further, in the chemical reaction field, the binding energy at which the substituent induced from the material to be processed is captured and transition-bonded by an atom or an atomic group excited from the mediator is the same as the binding energy of the substituent of the material to be processed. It is preferable that the bond energy is larger than the larger one of the bond energy of the base material atom and the bond energy between the atom or atomic group of the intermediate material and the base material atom.
[0015]
Further, the light irradiated to the material to be processed and the intermediate material includes a bond energy between a substituent of the material to be processed and a base material atom, and a binding energy between an atom or an atomic group of the intermediate material and a base material atom. It is preferable that the light has a wavelength having a larger photon energy than the larger binding energy.
[0016]
According to the present invention, various functional groups are substituted into the material constituting the discharge port surface in accordance with desired characteristics, so that the original inherent properties of these materials can be used while maintaining the necessary parts. Only the desired functionality can be expressed.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The surface treatment of the discharge port surface according to the present invention is performed on the assembly in which the discharge port surface is formed. This assembly has a structure in which at least a flow path and a discharge port are formed, and a structure of the assembly in which the surface treatment according to the present invention is suitable according to a desired structure of the liquid discharge head can be obtained. At this stage, this surface treatment is introduced. For example, when a liquid chamber, a flow path, and a discharge port are formed on a substrate such as an IC chip on which a discharge energy generating element is arranged, an assembly in which the liquid chamber, the flow path, and the discharge port are formed on the substrate It is preferable to perform the surface treatment according to the present invention at the stage when is obtained.
[0018]
In addition, as a structure in which at least a flow path and a discharge port are formed on the substrate, for example, the liquid is supplied in a direction perpendicular to the liquid supply direction from the supply port 12 to the discharge energy generating element 11 shown in FIG. And a structure in which the liquid is discharged from the discharge port in the same direction as the supply direction of the liquid from the supply port or the liquid chamber to the discharge energy generating element. The structure of the assembly to which the surface treatment is applied is not limited to the structure shown in FIG. 3B, and may be a structure in which only the flow path 32 and the discharge port 21 are formed.
[0019]
The discharge port of the assembly applied to the surface treatment in the present invention has a positive or negative taper angle of 30 degrees or less with respect to the discharge port surface, or a direction substantially perpendicular (including the case where it is perpendicular). It opens. For example, an edge portion formed by the inner wall of the opening of the discharge port and the discharge port surface (for example, a line extending in the opening direction formed by the inner wall of the discharge port 21 in the sectional view of FIG. 3B and the discharge port surface 22) Has a positive or negative taper angle of 30 degrees or less, or is formed in a substantially vertical state.
[0020]
As the liquid containing the mediating material used for the surface treatment in the present invention, when the mediating material itself is a liquid, it is preferable to use it itself, and in some cases, a liquid in which the mediating material is dissolved or dispersed in a solvent is also used. It is possible. It is preferable that the intermediate material alone does not substantially interact due to absorption of irradiation light.
[0021]
In this case, “substantially no interaction” means that the atomic arrangement does not change even by light irradiation. That is, there is no change in the chemical structure regardless of whether or not there is an action to convert light energy into other energies, such as generation of phonons, fluorescence emission or Raman scattering radiation by wavelength shift, generation of electromotive force by the Söbeck effect, and the like. means.
[0022]
As the mediator material, in a simple substance state, that is, in a state not in contact with the material to be processed, a transition stable level does not exist in an energy level with respect to an irradiated photon, and a material having almost no light absorption, that is, A material having no or almost no effect of changing light to other energy is preferably used. In addition, as a mediating material, in the simple substance state, there is no transition stable energy level with respect to the photon to be irradiated, and irradiation is performed in an extremely short time by fluorescence energy emission, thermal energy conversion by phonon generation, and the like. A material that converts and consumes photon energy but does not change the atomic arrangement structure, and has a light transmission characteristic in which the light penetration distance of irradiated photons is 10 μm or more is also preferable.
[0023]
In a chemical reaction field, the binding energy at which a substituent excited from the material to be treated is captured and transition-bonded by an atom or an atomic group excited from the intermediate material is determined by the bond between the substituent of the material to be treated and the base material atom. The binding energy is preferably larger than the larger one of the binding energy and the binding energy between the atoms or atomic groups of the intermediate material and the base material atoms.
[0024]
The combination of the material to be processed and the intermediary material included in the processing area of the discharge port surface can be selected in consideration of the characteristics as the constituent material of the liquid discharge head and the possibility of applying the surface treatment according to the present invention. it can. For example, a combination in which an excited chemical species is formed in a mediating material by light irradiation, and the excited chemical species substitutes for a substituent of a material to be treated, or a combination in which a chemical species is electronically bonded and deposited on a material to be treated, and the like. Yes, and combinations having both of these relationships can be used.
[0025]
Examples of such a substituent include a group having a single bond between a carbon atom and a hydrogen atom, and as an intermediary material to be combined therewith, an ether bonding group and a fluorocarbon CnFm group (n is one or more). An integer, m = 2n or 2n + 1) in the main chain portion. As this polymer, a polymer having a repeating unit consisting of —CnFm—O— is preferable, and a particularly preferable specific example is the following formula: F— (CF ₂ CF ₂ CF ₂ O) _n CF ₂ CF ₃ (n: integer) Can be mentioned.
[0026]
On the other hand, the light irradiated to the material to be processed and the medium material is the larger of the binding energy between the substituent of the material to be processed and the base material atom and the binding energy between the medium material atom or atomic group and the base material atom. It is preferable that the light has a wavelength having a photon energy higher than the binding energy.
[0027]
Further, the beam vertically irradiated on the interface between the processing region on the ejection port surface and the liquid containing the intermediate material is a substantially afocal (including afocal) beam. This beam is a substantially parallel (including parallel) afocal beam having a beam divergence of 100 mrad or less, and preferably irradiates the contact interface with photons of predetermined energy. As the irradiation light, for example, ultraviolet light can be used. When the above-mentioned polymer is used, ultraviolet light having a wavelength of 221.4 nm to 351.6 nm is suitable.
[0028]
As a light source capable of generating such ultraviolet rays, an excimer laser light source such as KrF, XeCl, XeF, XeBr, and XeI, or a non-linear optical crystal is used, and the wavelength of the harmonic converted radiation is in the range of 221.4 nm to 351.6 nm. And the laser light source inside. In particular, krypton fluorine excimer laser light having a wavelength of about 248 nm can be used.
[0029]
On the other hand, the light irradiation can be performed from at least one of the ejection port surface side and the media material side, depending on the structure of the liquid ejection head. From the viewpoint of better irradiance, irradiation from the mediating material side is preferable.
[0030]
Further, the light irradiation is performed, if necessary, on a base material transparent to the photon wavelength for surface treatment contained in the light, a predetermined pattern, a metal film that absorbs or reflects the photon wavelength and does not substantially transmit. Alternatively, it can be performed via a photomask formed of a light transmission film that is substantially transparent. Examples of such a base material for a photomask include synthetic quartz, quartz, calcium fluoride, magnesium fluoride, sapphire, and diamond.
[0031]
For example, the region to be treated on the discharge port surface is composed mainly of an organic polymer having a single bond group of carbon atoms and hydrogen atoms on its surface, and a perfluoropolyoxeta (F -(CF ₂ CF ₂ CF ₂ O) _n CF ₂ CF ₃ ; n = integer), and ultraviolet rays having a wavelength in the range of 221.4 nm to 351.6 nm from the medium material side are emitted to the discharge port surface. By irradiating a predetermined fluence and a predetermined number of pulses, hydrogen atoms are desorbed from the organic polymer, and at the same time, a fluorocarbon group (CnFm: n is an integer of 1 or more and m is 2n or 2n + 1) is substituted and bound. In addition, only the processing region containing the organic polymer can be made highly lyophobic.
[0032]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be further described with reference to the drawings. First, the mechanism for modifying the discharge port surface of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram for illustrating a surface modification mechanism of the discharge port surface of the liquid discharge head of the present invention. In the figure, (1) indicates a liquid region containing a medium material (hereinafter, referred to as a medium liquid material), and (2) Is a boundary region between the mediating material and the material to be treated having a CH group in a side chain, and (3) is a region of the material to be treated, and (1)-(a) to (c), (2) -(A) to (e) and (3)-(a) to (c) schematically show photochemical reactions in respective regions when irradiated with ultraviolet rays.
[0033]
In this example, a negative photosensitive resin having an alicyclic epoxy resin as a main component after exposure and development is used as a material to be processed, and a perfluoropolyether (chemical name: perfluoropolyoxetane, trade name) is used as a medium liquid material. : Demnum (manufactured by Daikin Industries, Ltd.).
[0034]
Light having a light wavelength of 248.4 nm (114 kcal / mol of photon energy) emitted from a krypton fluorine excimer laser oscillator as a substantially parallel beam (including a parallel beam) is transmitted to a perfluoropolyether as a medium liquid material. Irradiated. The irradiated ultraviolet light passes through the perfluoropolyether without any absorption because it does not have a stable transition state, and reaches the surface of the ejection port surface of the ink jet recording head 7. However, strictly speaking, the passage of ultraviolet photons only means that, in terms of quantum optics, energy absorption of photons did not occur, and there is an energy level that transits by absorbing photons. In other words, the absorption of photons takes place to produce an effect. That is, by providing an energy stable level, a photochemical reaction can be locally generated.
[0035]
In the mediating liquid material, as shown in (1)-(a), the energy exceeding the potential wall of the single bond energy of carbon atoms and oxygen atoms is about 76 kcal / mol, and when the ultraviolet wavelength is about 357 nm or less, The photon energy becomes about 76 kcal / mol or more, and has an energy exceeding the potential wall of the single bond energy of carbon atoms and oxygen atoms which are ether groups. Therefore, as shown in (1)-(b), a state is obtained in which the oxygen atom can be ion dissociated from the carbon atom. However, since the oxygen atom alone is not in a stable state, the lifetime of the oxygen atom alone is short-lived, and even if ion dissociation occurs, it immediately emits photons of the same energy again, returning to the original level. ((1)-(c)). In other words, even when observed from the outside, photons in the same phase, same polarization, same wavelength, and same traveling direction are emitted in the same way as stimulated emission, which is equivalent to no change. Will be observed. That is, if nothing happens, it is equivalent.
[0036]
On the other hand, in the material to be processed, as shown in (3)-(a), the energy exceeding the potential wall of the single bond energy of the carbon atom and the hydrogen atom is 80.6 kcal / mol, and the ultraviolet wavelength is 351.6 nm. In the following cases, the photon energy is 80.6 kcal / mol or more, and has energy exceeding the potential wall of the single bond energy of carbon atoms and hydrogen atoms. Therefore, as shown in (3)-(b), a state is obtained in which the hydrogen atom can be ion dissociated from the carbon atom. However, since the hydrogen atom alone is not in a stable state, the lifetime of the hydrogen atom alone is short-lived, and even if ion is dissociated, it immediately emits photons of the same energy again and returns to the original level. (3)-(c). In other words, even if observed from the outside in the same way as before, the observation is equivalent to that where no change has occurred.
[0037]
However, by providing a new level at which ion-dissociated oxygen atoms are captured (so-called donor and acceptor levels), absorption of ultraviolet photons can occur and a photochemical reaction can occur. In the case of the present invention, this trap level is provided at the surface of the material to be treated, that is, at the boundary region between the mediating liquid material and the material to be treated having a CH group in a side chain. Explaining this, an organic material is disposed on the surface of the material to be treated, and a single bond state of carbon atoms and hydrogen atoms exists in a side chain of the organic material polymer. On the other hand, the intermediate liquid material in contact with the material to be processed has a single bond state of oxygen atoms and carbon atoms. As shown in (2)-(a), the energy exceeding the potential wall of the single bond energy of the carbon atom and the oxygen atom is about 76 kcal / mol, and the single bond of the carbon atom and the hydrogen atom of the organic polymer side chain Is 80.6 kcal / mol. When the ultraviolet wavelength is 351.6 nm or less, the photon energy becomes 80.6 kcal / mol or more, and the energy exceeding the potential wall of the single bond energy of carbon atoms and oxygen atoms and the potential of the single bond energy of carbon atoms and hydrogen atoms is increased. It has an energy exceeding the wall, that is, an energy that induces a state in which a hydrogen atom and an oxygen atom dissociate. Therefore, as shown in (2)-(b), the oxygen atom and the hydrogen atom are each ion dissociated from the carbon atom.
[0038]
Here, the single bond energy of the oxygen atom and the hydrogen atom is about 109 kcal / mol, the potential barrier energy of the carbon atom which is the ether group and the single bond of the oxygen atom is about 76 kcal / mol, and the carbon atom of the organic polymer side chain is about The binding energy is larger than the potential barrier energy of the hydrogen single bond of 80.6 kcal / mol. Therefore, when the oxygen atom and the carbon atom are single-bonded, the energy level potential drops to a deeper stable level. In other words, transition stable levels for dissociated oxygen atoms and dissociated hydrogen atoms are provided at the contact interface between the treated surface and the perfluoropolyether as the mediating liquid material.
[0039]
Then, as shown in (2)-(c), the oxygen atom and the hydrogen atom emit photons of about 109 kcal / mol energy, and a single bond between the oxygen atom and the hydrogen atom is generated.
[0040]
Actually, since the stable state of hydrogen H and oxygen O is pure water H ₂ O, four ultraviolet photons having a wavelength of 351.6 nm or less are consumed, and the above-described photochemical reaction occurs.
[0041]
Of course, when the photon energy of the ultraviolet ray is not less than about 109 kcal / mol of the single bond energy of the oxygen atom and the hydrogen atom, the oxygen atom and the hydrogen atom can be dissociated as shown in (2)-(d). Is obtained. However, since the oxygen atom and the hydrogen atom alone are not in a stable state, the lifetime of the oxygen atom alone is short-lived, and even if ion is dissociated, a photon of the same energy is immediately emitted again, and the original level ((2)-(e)). That is, it is observed that no change has occurred by the external observation. Strictly speaking, Heisenberg's uncertainty principle implies that it is not possible to observe whether or not the ion dissociation process is taking place in a very short time. Is an appropriate explanation.
[0042]
At the same time, the perfluoropolyether, which is a liquid medium, loses the ether group of the main chain, so that fluorocarbon groups (C ₃ F ₆ , C ₃ F ₇ ) remain, while the surface to be treated has Since the active groups of carbon are left, an environment must be formed in which the fluorocarbon groups must be chemically bonded to the carbon active groups on the surface to be treated, and the surface to be treated is fluorinated to exhibit water repellency. It becomes.
[0043]
As a supplementary note, since the single bond energy of carbon atoms is about 84 kcal / mol, when a wavelength of about 336 nm or less is used for the irradiation ultraviolet light, the carbon atoms dissociate and the bonds transition unstably. The fluorocarbon is chemically bonded to the surface to be treated in the most stable state in which any of the CnFm groups (n is an integer of 1 or more and m = 2n or 2n + 1) is decomposed or bonded. Become.
[0044]
Further, as a supplement, since the single bond energy of carbon atoms is about 84 kcal / mol, when a wavelength of about 336 nm or less is used for the irradiation ultraviolet ray, the dissociation of carbon atoms and the entropy of the bond increase. Fluorine is decomposed and recombined into any of the CnFm (n = 1, 2, 3,..., M = 2n or 2n + 1) groups to minimize the free energy of the cast. As a result, a network is formed in the most stable state and chemically bonded to the surface of the solid material to be treated.
[0045]
An excimer light source such as KrF, XeCl, XeF, XeBr, and XeI can be used as an ultraviolet light source for irradiating such ultraviolet light.
[0046]
Examples of the material to be treated include an aggregate of organic materials containing a polymer having a single bond group of a carbon atom and a hydrogen atom in a side chain, and a polymer having a single bond group of a carbon atom and a hydrogen atom in a side chain. A mixture of an organic material and an inorganic material can be used. The processing area on the discharge port surface can be composed of only the material to be processed. Alternatively, the processing region can be formed by using the material to be processed and another material together within a range in which a desired surface treatment effect can be obtained.
[0047]
【Example】
First, the partial structure of the ink ejection mechanism of the ink jet recording head will be described with reference to FIGS. (A) is a view (an ink discharge pressure generating element is not shown) as viewed from the discharge port side of the main part of the ink discharge of the surface discharge type ink jet recording head, and (b) is a view of a position BB in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view in which an ink supply port 12, an ink flow path 32, an ink discharge port 21, and a discharge port surface 22 are formed on a silicon IC circuit board 13 on which an ink discharge pressure generating element 11 is mounted.
[0048]
The ink ejection ports from which ink is ejected are patterned in a two-dimensional array as shown in FIG. The main part of the ink jet recording head described above can be formed as an ink jet recording head through the following steps. In addition to joining an electric board on which terminals for driving the ink ejection pressure generating element are patterned, an aluminum or alumina ceramic base plate is joined to a silicon IC substrate for heat dissipation, and then a holder for holding each member and an ink supply An assembly for performing a surface treatment is obtained by combining the ink tanks for the above.
[0049]
Next, the liquid-repellent treatment by fluorination of the surface of the discharge port surface according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0050]
The assembly 7 has a discharge port surface 22 (component details described in Table 1) mainly composed of an alicyclic epoxy resin disposed on the side of the window 3 via the spacer 6. It is held down by the pressure body 8. The edge formed by the inner wall surface of each discharge port and the discharge port surface is substantially perpendicular. Further, as shown in FIG. 4, by adopting a method in which the ink supply port is sealed by a pressurizing member, air is confined inside the assembly, and even when the medium liquid material and the ejection port surface are brought into contact with each other, the medium liquid is not affected. It is possible to prevent the material from entering the discharge port.
[0051]
An intermediary liquid material 5 made of perfluoropolyether (trade name: Demnum, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) is brought into contact with the discharge port surface 22 to emit ultraviolet light 10 having a light wavelength of 248.4 nm emitted from the krypton fluorine excimer laser oscillator 1. Is irradiated onto the discharge port surface 22 of the assembly 7 via the deflecting mirror 2 and the window 3 to perform the liquid repellency treatment.
[0052]
[Table 1]

[0053]
In this lyophobic treatment, the irradiation laser light is a substantially afocal, substantially parallel beam, and the ultraviolet irradiation density on the side surface (inner wall surface) of the ink discharge port 21 becomes very small. Is not performed, the lyophobic treatment is performed only on the surface of the ejection port surface of the ink ejection port. That is, by this, the ink filled in the ink jet recording head obtained from this assembly can maintain the liquid level by the capillary force on the surface of the discharge port surface 22, so that the stability of the ink discharge and the flying accuracy In this state, the surface of the discharge port surface can be made lyophobic.
[0054]
The inkjet recording head is obtained by subjecting the assembly subjected to the above surface treatment to various treatments as necessary.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a pressure source is brought into contact with a liquid to apply pressure energy, whereby pressure is transmitted to a discharge port of the liquid, and droplets are ejected to a recording medium such as recording paper. In the liquid discharge head to be attached, a liquid containing an intermediate material is brought into contact with the discharge port surface where the discharge port is provided, and a photon of a predetermined energy is substantially afocal, substantially perpendicular to the contact interface, preferably Irradiation with a substantially parallel beam induces a state transition by photoexcitation at the contact interface area between the discharge port surface and the solution containing the media material, and replaces the excited chemical species from the media material with the liquid discharge port surface, or Can be surface-treated only in a predetermined area of the discharge port surface.
[0056]
In particular, when the discharge port surface is formed using a material having a single bond group of a carbon atom and a hydrogen atom, an ether bond group and a carbon fluoride CnFm group (n is an integer of 1 or more, and m = 2n or 2n + 1) Is in contact with the ejection port surface, and the wavelength at the contact interface between the ejection port surface and the medium material is 221.4 nm to 351.6 nm. By irradiating ultraviolet rays in the range of the above, the hydrogen atoms in the single bond group of the carbon atoms and the hydrogen atoms on the surface to be treated are replaced with the fluorocarbon groups of the intermediate material, and the surface to be treated is modified, Further, by treating the ejection port surface with a substantially afocal, preferably substantially parallel light beam, the side face and the undercut portion of the ink ejection port are modified in post-processing after forming the ink ejection port. Influence can be modified only the discharge port surface without giving. As a result, it is possible to discharge the liquid stably without wetting the discharge port surface with respect to the liquid discharge having various functions.
[0057]
Furthermore, in the case of imparting liquid repellency, instead of using a water-repellent photosensitive material or surface modification with a fluoropolymer using a solvent coat, the bulk of the material forming the original flow path and discharge port structure is used. By making the liquid repellent property only in a predetermined surface area while utilizing the physical property properties, it becomes possible to express inertness, water repellency, oil repellency, and abrasion resistance on the discharge port surface, and the surface property and By making the bulk characteristics compatible, it is possible to provide a liquid discharge head in which the ink flying characteristics are improved and the discharge port surface has little mechanical and chemical deterioration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a means for performing a surface modification treatment according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for illustrating a surface modification mechanism of a discharge port surface according to the present embodiment.
FIG. 3A is a diagram showing a main part of ink ejection of a surface-ejection type ink jet recording head, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing a structure of an assembly for performing a surface treatment.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a process when the surface modification process according to the present invention is applied to an assembly for manufacturing a surface discharge type ink jet recording head.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 2 Reflecting mirror 3 Window 4 Dispenser 5 Perfluoropolyether 6 Spacer 7 Inkjet recording head chip 8 Pressurizing body 10 Ultraviolet light beam 11 Ink ejection pressure generating element 12 Ink supply port 13 Silicon circuit board 21 Ink ejection port 32 Ink flow Road

Claims

A discharge port surface for discharging the liquid, and a flow path for supplying the liquid to the discharge port surface, and a surface treatment of the discharge port surface for an assembly that becomes at least a part of the liquid discharge head In the method for manufacturing a liquid ejection head having a step of performing
The assembly has a discharge port for discharging a liquid that opens in a direction having a positive or negative taper angle of 30 degrees or less or a direction substantially perpendicular to the discharge port surface, and the liquid is supplied to the discharge port. And a flow path for supplying, and the surface treatment is performed in a state where the material to be processed included in the processing region of the discharge port surface and the liquid containing the intermediate material are brought into contact with each other. Is a surface modification method for performing surface modification of the discharge port surface by irradiating a substantially afocal beam of light perpendicularly to the contact interface,
Inducing a state transition by photoexcitation in a contact interface region between the discharge port surface and the liquid containing the intermediate material, the excited chemical species generated from the intermediate material or the liquid containing the intermediate material in the contact interface region A method of manufacturing a liquid discharge head, wherein surface modification is performed by replacing generated excited chemical species on the discharge port surface or by depositing excited chemical species on the discharge port surface by electron bonding.

The mediation material is a material that does not substantially interact by light irradiation alone, and by irradiating the material to be processed and the mediation material with light, the substituents of the material to be processed are brought into an excitation-induced state. A chemical reaction field in which atoms or atomic groups of the mediating material are brought into an excited induction state is provided by a logical product of a contact interface between the discharge port surface and the mediating material and a light irradiation region, and induces a transition of a binding state. 2. The method for manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, wherein the surface of the ejection port is subjected to a surface treatment.

In the chemical reaction field, the binding energy at which the substituent induced from the material to be treated is captured and transition-bonded by an atom or an atomic group excited from the mediator is determined by the substituent of the material to be treated and the base material. 3. The liquid ejection head according to claim 2, wherein the bonding energy is larger than the larger one of the binding energy of the atoms and the binding energy of the atoms or atomic groups of the mediating material and the base material atoms. Method.

The light irradiated to the material to be processed and the medium material is selected from the group consisting of a binding energy of a substituent of the material to be processed and a base material atom and a bonding energy of an atom or an atomic group of the medium material and a base material atom. 4. The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, wherein the light has a wavelength having a larger photon energy than a larger binding energy.

5. The method according to claim 1, wherein the substantially afocal beam is a substantially parallel substantially afocal beam having a beam divergence of 100 mrad or less, and irradiates the contact interface with photons of a predetermined energy. 6. A method for manufacturing a liquid ejection head.

The intermediate material has, in a simple substance state, no transition stable level in terms of energy level with respect to the irradiated photons, has almost no light absorption, and has an action of converting light energy to another light energy. The method for manufacturing a liquid discharge head according to any one of claims 1 to 5, wherein the liquid discharge head is a material that does not cause the liquid discharge head.

In the simple substance state, the irradiation photons do not have a transition stable level in terms of energy level with respect to the irradiation photons, and the irradiation of the photons in an extremely short time is performed by fluorescence energy emission and thermal energy conversion by phonon generation. 7. The method for manufacturing a liquid ejection head according to claim 6, wherein the material is a material that converts and consumes energy, does not change the atomic arrangement structure, and has a light transmission characteristic in which a light penetration distance of the irradiated photons is 10 μm or more. .

8. The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, wherein the material to be treated provides a single bond (σ bond) group to a carbon atom of a hydrogen atom as the substituent on the surface of the ejection port. 9. Method.

9. The liquid medium containing an aggregate of polymers having an ether bonding group and a fluorocarbon CnFm group (n is an integer of 1 or more and m = 2n or 2n + 1) in a main chain portion. 5. The method for manufacturing a liquid ejection head according to item 1.

10. The method according to claim 9, wherein the polymer has a repeating unit composed of -CnFm-O-.

The method according to claim 9, wherein the polymer is represented by a formula: F- (CF ₂ CF ₂ CF ₂ O) _n CF ₂ CF ₃ (n: an integer).

The method for manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, wherein ultraviolet light having a wavelength in a range of 221.4 nm to 351.6 nm is used as the irradiation light.

The light source for irradiating the ultraviolet rays is an excimer laser light source selected from KrF, XeCl, XeF, XeBr and XeI, or a non-linear optical crystal, and the wavelength of the harmonic conversion radiation is from 221.4 nm to 351.6 nm. The method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 12, wherein the laser light source is within the range of (1).

14. The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, wherein the light irradiation is performed from the mediation material side.

Irradiation of the light, a predetermined pattern on a substrate transparent to the photon wavelength for the surface treatment of the light, a metal film that absorbs or reflects the photon wavelength and does not substantially transmit, or substantially transmits The method of manufacturing a liquid ejection head according to any one of claims 1 to 14, wherein the irradiation is performed from the mediation material side to a contact interface between the ejection port surface and the mediation material via a photomask formed of a light interference film.

The method according to claim 15, wherein the base material of the photomask is made of synthetic quartz, quartz, calcium fluoride, magnesium fluoride, sapphire, or diamond.

The region to be treated on the discharge port surface is composed mainly of an organic polymer having a single bond group of carbon atoms and hydrogen atoms on its surface, and a perfluoropolyoxeta (F) as the mediating material is provided in the region to be treated. -(CF ₂ CF ₂ CF ₂ O) _n CF ₂ CF ₃ ; n = integer), and ultraviolet rays having a wavelength in the range of 221.4 nm to 351.6 nm are emitted from the medium material side to the discharge port surface. Is irradiated with a predetermined fluence and a predetermined number of pulses to desorb a hydrogen atom from the material to be processed, and at the same time, a fluorocarbon (CnFm: n is an integer of 1 or more and m is 2n or 2n + 1) group 2. The method for manufacturing a liquid ejection head according to claim 1, wherein only the processing region including the material to be processed is made highly lyophobic.

The light irradiation is performed through a photomask formed of a metal film or a light interference film substantially transmitting a predetermined pattern on a substrate transparent to the photon wavelength for the surface treatment of the light and substantially transmitting the photon wavelength. The method for manufacturing a liquid ejection head according to claim 17, wherein the irradiation is performed from the mediation material side to a contact interface between the ejection port surface and the mediation material.

19. The method according to claim 18, wherein the base material of the photomask is made of synthetic quartz, quartz, calcium fluoride, magnesium fluoride, sapphire, or diamond.

20. The method according to claim 17, wherein a krypton fluorine excimer laser beam having a wavelength of about 248 nm is used as the ultraviolet light.

A liquid discharge head having a discharge port surface for discharging a liquid and a flow path for supplying the liquid to the discharge port surface, wherein a liquid obtained by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 20 is obtained. Characteristic liquid discharge head.