JP2006044240A - 液体吐出ヘッドの製造方法及び該方法で得られた液体吐出ヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流路パターンを規定する型となる溶解除去可能な固体層3とそれを被覆する吐出口形成材料層4とを用い、固体層を除去することで前記エネルギー素子および前記吐出口に連通した流路を形成する液体吐出ヘッドの製法において、前記被覆層を形成する材料として、カチオン重合性化合物と、光カチオン重合開始剤と、光カチオン重合阻害剤と、を含む材料を用い、該固体層の、前記被覆層の前記吐出口が形成される個所との境界部分を形成する材料として、メタクリル酸とメタクリル酸エステルの共重合体を含む材料を用いる。
【選択図】図1
Description
更に、極小液滴の吐出においては、液体噴射記録ヘッドの吐出口における液体流抵抗の低減を行い、液体吐出速度の維持を行う必要がある。特開2003−25595号公報には、溶解可能な樹脂を二層にし、基板側流路よりも狭く、吐出口先端部よりも広い中間的な部分(中間室)を基板側流路と吐出口先端の間に設ける工夫がなされている。
を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、前記被覆層を形成する材料は、カチオン重合性化合物と、光カチオン重合開始剤と、光カチオン重合阻害剤と、を含み、該固体層の、前記被覆層の前記吐出口が形成される個所との境界部分を形成する材料は、メタクリル酸とメタクリル酸エステルの共重合体を含むことを特徴とするものである。
基板上に、第1の波長域の電離放射線に感光する第1のポジ型感光性材料層を形成する工程と、
該第1のポジ型感光性材料層の上に、前記第1の波長域とは異なる、第2の波長域の電離放射線に感光する第2のポジ型感光性材料層を形成する工程と、
第1及び第2のポジ型感光性材料層が形成された基板面に、前記第2の波長域の電離放射線を照射することで、前記第2のポジ型感光性材料層に所望のパターンを形成する工程と、
第1及び第2のポジ型感光性材料層が形成された基板面に、前記第1の波長域の電離放射線を照射することで、前記第1のポジ型感光性材料層に所望のパターンを形成する工程と、を含み、
前記第2のポジ型感光性材料層が、前記被覆層との境界部分を形成する
方法が好適に適用できる。
はじめに、本発明の技術課題である、除去可能な樹脂を用いて形成された固体層とインク吐出口形成のための吐出口形成材料を用いて形成された被覆層との界面におけるスカムの発生メカニズムについて、本発明者らによる新規な知見を説明する。本発明者らは、スカムが発生するメカニズムについて、2つの要因を推定している。(図14参照)。ここで、図14において、801は基板、802は発熱抵抗素子、807はインク流路形成部材、809は吐出口であり、スカム820は吐出口の下部809aに発生するものである。
(1):ノズル形成材料であるカチオン重合による光硬化性組成物を用いて形成した被覆層に光照射を行う際に、マスクによって遮光された吐出口となる領域内に固体層と被覆層との界面に沿って回り込む光によって硬化した微小部分が発生する。
(2):固体層とインク吐出口形成のための被覆層との界面に形成されるこれらの層を形成するための材料間で生じる相溶層によって発生する。
対策1:カチオン重合性化合物と、光カチオン重合開始剤とを含む吐出口形成材料に、光カチオン重合阻害剤を添加した。光カチオン重合阻害剤によって、光照射の際に、露光部と未露光部の界面において、光重合反応性が調節されて、未露光部に回り込んだ光でカチチオン重合反応を阻害するようにした。
対策2:吐出口形成材料からなる被覆層を形成するために用いる塗工液が含有する溶剤に対して、固体層形成用の樹脂の耐性を向上させた。
前述の対策1、2を同時に行う事によって、多種多様な形状のIJノズルを形成する場合でも、前記除去可能な樹脂とインク吐出口形成のためのノズル形成材料との界面において、スカムが発生することは無くなった。
本発明において、流路パターの型となる固体層には、樹脂成分がメタクリル酸/メタクリル酸エステル共重合体であるポジ型感光性組成物が少なくとも用いられる。この共重合体は、メタクリル酸とメタクリル酸エステルとをラジカル重合させて得られる共重体であり、以下に示すメタクリル酸から得られる単位(B)とメタクリル酸エステルから得られる単位(A)とを含むものである。単位(B)の共重合体全体に対する重合割合は、好ましくは5〜30質量%、より好ましくは8〜12質量%から選択できる。
図1(a)〜(e)はそれぞれ、本形態にかかる液体吐出ヘッドの製造方法における、プロセスフローの模式的断面図である。以下、図1を用いて本発明の第1の実施形態における、液体吐出ヘッドの製造方法を説明する。
エポキシ樹脂(EHPE−3158、ダイセル化学(株)製):100重量部
シランカップリング材(A−187、日本ユニカー(株)製):1重量部
光カチオン重合開始剤(SP−170、旭電化工業(株)製:1.5重量部
カチオン重合阻害剤(トリエタノールアミン):SP−170に対して13モル%
このパターン露光は汎用的な露光装置の何れの物を適用しても構わないが、図3に示すように、ネガ型レジスト層の吸収波長領域(図の点線で示す)と一致し、且つ、ポジ型レジスト層3の吸収波長領域(本実施形態の場合、200〜250nm)と重なり合わない波長領域を照射する露光装置であることが望ましい。また、ネガ型レジスト層へパターン露光後の現像は、キシレン等の芳香族溶剤にて行うことが好ましい。ポジ型レジスト層3に達する吐出口7がネガ型レジストの硬化層4に設けられた状態を図1(c)に示す。
図4(a)〜(f)はそれぞれ、本発明に適用可能な固体層形成のプロセスフローの一例を示す説明図である。本実施形態は、第1の実施の形態に対し、固体層を複数の材料による積層構造とする点が異なっている。
図6には、液体噴射記録ヘッドの構成とその製作手順の一例が更に示されている。尚、本例では、2つのオリフィス(吐出口)を有する液体噴射記録ヘッドが示されるが、もちろんこれ以上のオリフィスを有する高密度マルチアレイ液体噴射記録ヘッドの場合でも同様であることは、言うまでもない。まず、本実施形態においては、例えば図6(a)に示されるような、ガラス、セラミックス、プラスチックあるいは金属等からなる基板202が用いられる。尚、図6(a)は感光性材料層形成前の基板の模式的斜視図である。
次いで、図6(c)に示すように、ポジ型レジスト層のパターニング(露光、現像)を行った。露光は、図7に示すような第1の波長帯である210〜330nm帯領域で行った。上述したように、260nm以上の光は、照射されているが、前記ポジ型レジスト層に対する分解反応への寄与はない。最適には、260nm以上の光を遮蔽するカットフィルタを用いても良い。露光は、電離放射線をポジ型レジストに、残したいパターンを描いたフォトマスクを介して露光した。勿論、回析光の影響のない投影光学系を有する露光装置を用いた場合は、細りを加味したマスク設計を行う必要はない。
図9(a)〜(i)の夫々には、本発明の方法に係わる液体噴射記録ヘッドの構成とその製作手順の一例が示されている。尚、本例では、2つのオリフィス(吐出口)を有する液体噴射記録ヘッドが示されるが、もちろんこれ以上のオリフィスを有する高密度マルチアレイ液体噴射記録ヘッドの場合でも同様であることは、言うまでもない。
この樹脂粉末をジグライム溶媒に約25質量%の固形分濃度にて溶解し、レジスト液として使用した。その際のレジスト溶液の粘度は、約600cpsであった。該レジスト液を、スピンコート法にて塗布し、100℃で、3分でプリベークした後、窒素雰囲気中オーブンにて150℃で、30分間の熱処理を行った。なお、熱処理後のレジスト層の膜厚は5μmであった。
ジエチレングリコールモノブチルエーテル:60vol(容量)%
エタノールアミン:5vol%
モルフォリン:20vol%
イオン交換水:15vol%
次いで、図9(f)に示すように、下層のPMIPKのポジ型レジスト層1203のパターニング(露光、現像)を行った。露光装置は同一の装置を用い、カットフィルタを用いて、露光波長270〜330nm帯を選択的に照射した。現像はメチルイソブチルケトンにて行った。次いで、実施の形態1で用いた樹脂組成物1を使用して、図9(g)に示すように、パターニングされた下層のポジ型レジスト層1203と上層のポジ型レジスト層1204を覆うように吐出口形成材料207の層を形成した。
第4の実施の形態の製法により、図10に示した構造のインクジェットヘッドを作製した。本実施形態では図10に示すとおり、インクジェットヘッドはインク供給口310の開口縁部310aから吐出チャンバー311のインク供給口側の端部311aまでの水平距離が80μmである。インク流路壁312は、吐出チャンバー311のインク供給口側の端部311aからインク供給口310側へ50μmの箇所(312a)で形成され、夫々の吐出エレメントを分割している。また、インク流路高さは15μmで形成されている。基板301の表面から吐出口形成材料307の表面までの距離(OH)は26μmである。図10で示すように、インク供給口310を挟んで、配置されたインク吐出口309a、309bのサイズは、夫々φ6μmとφ12μmであり、各々の吐出量に応じたヒータサイズを配置している。各々の吐出口から飛翔するインク吐出量は、0.5plと2.0plであった。各々のノズルが、不図示の千鳥配列によって、図10の図面に対して、垂直方向に256個、42.3μmピッチで配列している。なお、図10において、302はヒータ、307aは吐出口形成材料307に設けられた梁である。
第4の実施の形態の製法により、図11に示した構造のインクジェットヘッドを作製した。本実施形態では図11に示すとおり、インクジェットヘッドはインク供給口310の開口縁部310aから吐出チャンバー311のインク供給口側の端部311aまでの水平距離が80μmである。インク流路壁312は、吐出チャンバー311のインク供給口側の端部311aからインク供給口310側へ50μmの箇所(312a)で形成され、夫々の吐出エレメントを分割している。また、インク流路高さは15μmで形成されている。基板301の表面から吐出口形成材料307の表面までの距離は25μmである。図11で示すように、インク供給口310を挟んで、配置されたインク吐出口309a,309bのサイズは、夫々φ3μmとφ16μmであり、各々の吐出量に応じたヒータサイズを配置している。各々の吐出口から飛翔するインク吐出量は、0.2plと5.0plであった。各々のノズルが、不図示の千鳥配列によって、図11の図面に対して、垂直方向に256個、42.3μmピッチで配列している。
なお、図11において、302はヒータ,307aは吐出口形成材料307に設けられた梁である。
第4の実施の形態の製法により、図12に示した構造のインクジェットヘッドを作製した。本実施形態では図12に示すとおり、インクジェットヘッドはインク供給口310の開口縁部310aから吐出チャンバー311のインク供給口側の端部311aまでの水平距離が80μmである。インク流路壁312は、吐出チャンバー311のインク供給口側の端部311aからインク供給口310側へ50μmの箇所(312a)で形成され、夫々の吐出エレメントを分割している。また、インク流路高さは15μmで形成されている。基板310の表面から吐出口形成材料307の表面までの距離は26μmである。図12で示すように、インク供給口310を挟んで、配置されたインク吐出口309a,309bのサイズは、夫々φ7μmとφ11μmであり、各々の吐出量に応じたヒータサイズを配置している。各々の吐出口から飛翔するインク吐出量は、0.6plと2.0plであった。各々のノズルが、不図示の千鳥配列によって、図12の図面に対して、垂直方向に256個、42.3μmピッチで配列している。
上述した本発明の効果を確認するために、第1の実施の形態において、固体層形成用材料として、(1)樹脂成分としてメタクリル酸/メタクリル酸メチル共重合体を含むポジ型レジスト組成物を用いる形態と、(2)ポリメチルイソプロぺニルケトン(ODUR)を用いる形態と、(3)ポリメチルイソプロぺニルケトン(ODUR)にトリエタノールアミンを0.1重量%添加したポジ型レジスト組成物を用いる形態とで、IJプリンター(キヤノン製:PIXUS560i)用のIJヘッドを作成した。上記固体層形成材料以外の構成は、全て第1の実施例と同様である。作成したIJヘッドのノズル形状は、表1に示す通りである。
表2において、本発明の構成以外で作成したIJヘッドでは、スカムが影響を及ぼしたと思われる印字上のヨレが発生した。尚、本発明の構成で作成したIJヘッドで発生した印字不良は、ヘッド組(実装時)の際に混入したゴミ等に起因する一部のノズルからインク滴が飛翔しない現象(不吐現象と呼ぶ)であった。
Claims (9)
- 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子が配置された基板上に、流路を形成するための固体層を設ける工程と、
該固体層が設けられた基板上に該固体層を覆う被覆層を形成する工程と、
前記固体層上に形成された被覆層に、液体を吐出するための吐出口をフォトリソグラフィプロセスで形成する工程と、
前記固体層を除去することで前記エネルギー素子および前記吐出口に連通した流路を形成する工程と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記被覆層を形成する材料は、カチオン重合性化合物と、光カチオン重合開始剤と、光カチオン重合阻害剤と、を含み、
該固体層の、前記被覆層の前記吐出口が形成される個所との境界部分を形成する材料は、メタクリル酸とメタクリル酸エステルの共重合体を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記固体層の前記被覆層との境界部分は、メタクリル酸とメタクリル酸メチルとの共重合体から形成されることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記メタクリル酸とメタクリル酸エステルとの共重合体は、重量平均分子量が50000〜300000、メタクリル酸の含まれる比率が5〜30重量%であることを特徴とする請求項2に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記光カチオン重合阻害剤は、非共有電子対を有する塩基性物質であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記光カチオン重合阻害剤は、非共有電子対を有する含窒素化合物であることを特徴とする請求項4に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記光カチオン重合阻害剤は、アミン化合物であることを特徴とする請求項5に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記固体層を形成する工程が、
基板上に、第1の波長域の電離放射線に感光する第1のポジ型感光性材料層を形成する工程と、
該第1のポジ型感光性材料層の上に、前記第1の波長域とは異なる、第2の波長域の電離放射線に感光する第2のポジ型感光性材料層を形成する工程と、
第1及び第2のポジ型感光性材料層が形成された基板面に、前記第2の波長域の電離放射線を照射することで、前記第2のポジ型感光性材料層に所望のパターンを形成する工程と、
第1及び第2のポジ型感光性材料層が形成された基板面に、前記第1の波長域の電離放射線を照射することで、前記第1のポジ型感光性材料層に所望のパターンを形成する工程と、を含み、
前記第2のポジ型感光性材料層が、前記被覆層との境界部分を形成することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記第1のポジ型感光性材料層を形成する材料は、ポリメチルイソプロペニルケトンを含むことを特徴とする請求項7に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の液体噴射記録ヘッドの製造方法により製造される液体吐出ヘッドであって、
該ヘッドの吐出口を形成する吐出口形成材料は、カチオン重合性化合物と、光カチオン重合開始剤と、光カチオン重合阻害剤と、を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド。
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