JP2007168107A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 吸水性を低く抑え、体積膨潤を緩和した液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【解決手段】 液体吐出ヘッドの液流路壁形成部材を特定の構造のエポキシ樹脂と、次に示す化合物（Ａ）とを含有する光カチオン重合性樹脂組成物によって形成する。
（Ａ）：（II）脂環式エポキシ樹脂と、（III）アクリル系樹脂と、（IV）分子内にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂の一部をアクリル化した部分アクリル化エポキシ樹脂
【選択図】 図７

Description

本発明は液体を吐出する液体吐出ヘッドに関し、具体的にはインクを被記録媒体に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に関する。

液体を吐出する液体吐出ヘッドを用いる例としては、インクを被記録媒体に吐出することにより記録を行うインクジェット記録方式が挙げられる。

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は、一般に微細な記録液吐出口、液体流路および液体流路の一部に設けられる液体吐出エネルギー発生部を備えている。このようなインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録ヘッドを搭載した装置の開示例としては、特許文献１乃至２に記載のものが知られている。

前述した液体流路を形成する材料としては、従来からエポキシ樹脂が広く用いられている。例えば特許文献１ではビスフェノールＡ，Ｆ，Ｓ骨格を有するエポキシ樹脂や、ｏ−クレゾールノボラックタイプのエポキシ樹脂が開示されている。また特許文献２に記載のようなオキシシクロヘキサン骨格を有するエポキシ樹脂等が知られている。

このようなエポキシ樹脂に光カチオン重合開始材を加え流路形成に用いると、高精細であり機械的強度をもった流路を有するインクジェット記録ヘッドを再現よく製造することができるという利点がある。

ところで、近年は、パソコンの処理速度の高速化、インターネット、デジタルカメラの普及により、カラー画像に対する高速化の欲求もますます増大してきていて、高解像度な記録物を迅速にプリントアウトする需要が高まっている。そのためインクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドにはより細かい液滴を吐出させるため吐出口径の微小化や吐出口部分の厚みの薄化が求められている。
特開平０３−１８４８６８号公報 特開平０２−１４０２１９号公報

しかしながら、上述のように微細化されたインクジェット記録ヘッドでは、インク流路壁の吸インクによる体積膨潤の影響が無視できなくなり、流路壁やオリフィスの変形（オリフィス面積の縮小等）が生じる恐れがある。その結果、吐出されるインク滴の吐出方向がばらついたり、吐出されるインク滴の量が変化したりと、出力される画像にムラが生じる可能性がある。

本発明は前述した課題を解決するためになされたものであって、液体吐出ヘッドの流路壁構成部材に特定の材料を用いることにより吸水性を低く抑え、体積膨潤を緩和した液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明者らは前述した課題を解決すべく鋭意研究した。その結果、液体吐出ヘッドの液流路壁を構成するために用いる樹脂組成物に、水分子を引き付ける酸素原子の濃度が小さく、エポキシ樹脂と比べて吸湿性が低いアクリル樹脂を含有させるという着想にいたった。また、硬化物の架橋密度をより高め、硬化物を強固なものにするべくアクリル樹脂及びエポキシ樹脂の両方と重合可能な部分アクリル化エポキシ樹脂を添加することを検討した。発明者らは上述の化合物の配合割合をさらに検討したところ、耐水性に優れた流路壁構成部材を有する液体吐出ヘッドを発明するに至った。

本発明は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を有する基板と、前記エネルギー発生素子に対向し液体を吐出する吐出口と、該吐出口に前記液体を供給する流路と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記流路を形成する流路壁は、（I）下記一般式（１）または（２）で表されるエポキシ樹脂と、（II）脂環式エポキシ樹脂と、（III）アクリル系樹脂と、（IV）分子内にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂の一部をアクリル化した部分アクリル化エポキシ樹脂と、を含む樹脂組成物と、光カチオン重合開始剤と、を含む光カチオン重合性樹脂組成物の硬化物によって形成されることを特徴とする液体吐出ヘッドである。

式中Ｒは炭素数１〜９のアルキル基を表し、ｎは自然数である。

前述したように本発明の液体吐出ヘッドは流路壁形成部材に、低吸水性の材料を用いていることにより体積膨潤による応力を極力抑えている。その結果、吐出口の変形量は抑制され、液滴の吐出量や吐出方向のバラツキを低減させることができる。

以下、図面を参照し、実施例、比較例、参考例、比較参考例を用いて本発明の実施の形態について説明する。しかしながら本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（評価１）
本発明者は、本発明に係る参考例および比較参考例の樹脂組成物を基板上に配置し、加速試験によって該樹脂硬化物の吸インクによる体積膨潤量の評価を行った。

まず、基板として６インチＳｉウエハを準備し、熱酸化によって１．０μｍのＳｉＯ_２層を形成した。

次いで、表１記載の本発明の参考例１〜３および比較参考例１〜２の樹脂組成物を用意した。本発明に係る樹脂組成物は全重量中の配合割合として、（I）をＥ重量部（II）をＦ重量部、（III）をＧ重量部、（IV）をＨ重量部含むものである。

なお表中（１）（Ｅ＋Ｆ）／（Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＋Ｈ）は本発明の樹脂組成物のカチオン重合反応性に関する評価指標であり、（２）Ｇ／（Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＋Ｈ）は低膨潤性に係る評価指標として用いた。

（１）：（I）〜（IV）の各重量の総和に対して、高い重合反応性を有するエポキシ樹脂（I）および（II）の各重量の総和の占める割合
（２）：（I）〜（IV）の各重量の総和に対して、アクリル系樹脂（III）の重量の占める割合
（I）としてはＥＨＰＥ３１５０（ダイセル化学社製）を用いた。また（II）、（III）、（IV）については全重量中に（II）を２５％、（III）を２５％、（IV）を５０％含んでなるＵｖａｃｕｒｅ１５６１（ダイセルＵＣＢ社製）を用意した。

これらを配合した表１に記載の参考例１〜３および比較参考例１〜２の各樹脂組成物に光カチオン重合開始剤としてＳＰ１７２（旭電化工業社製）とシランカップリング剤としてＡ１８７を適量加え、溶媒に溶解させた。

これをスピンコート法によって塗布し、９０℃で５分ベークを行う事により塗布溶媒を蒸発させ２０μｍ厚に成膜した。

次いでキヤノン製マスクアライナーＭＰＡ６００を用い、適切な露光量で基板上の前記樹脂組成物のパターニングを行い、露光後にホットプレート上で９０℃４分間加熱後にメチルイソブチルケトン／キシレン混合溶媒で現像した。その後２００℃１時間加熱し本硬化を行った。

以上のような工程を行い、直径１０μｍの円形上の穴抜きパターンを形成した。

次いでこれら試料を、エチレングリコール／尿素／イソプロピルアルコール／Ｎ−メチルピロリドン／黒色染料／水＝５／３／２／５／３／８２からなるインクに浸漬（６０℃１週間）し、穴抜きパターン面積の変化を観察した。浸漬前の状態に対する変化を変化率として表した結果を表２に示す。

なお比較参考例（２）穴パターンの面積変化率は十分に小さかったものの現像後の硬化物に若干ではあるが基板からの剥がれが生じていた。これはエポキシ樹脂（I）および（II）の含有割合が低くなったため、樹脂全体の重合反応性が下がり、硬化物が十分な架橋密度を得られなかったためと考えられる。

以上の結果から（１）（Ｅ＋Ｆ）／（Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＋Ｈ）については０．３８以上、（２）Ｇ／（Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＋Ｈ）については０．２１以下であることが好ましいことがわかった。

（評価２）
本評価では、本発明の液体吐出ヘッドの適用例として微小吐出口を有するインクジェット記録ヘッドにおける吸インクによる画像変化の評価をおこなった。

まず本発明の液体吐出ヘッドを適用可能なインクジェット記録ヘッドについて説明する。なお以下の説明では同一の機能を有する構成には図面中同一の番号を付与し、その説明を省略する場合がある。

図６は、本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す模式図である。

本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、インク吐出エネルギー発生素子２が所定のピッチで２列に並んで形成された基板１を有している。基板１には、供給口６が、エネルギー発生素子２の２つの列の間に開口されている。基板１上には、インク流路壁形成部材４によって、各エネルギー発生素子２の上方に開口するインクを吐出する吐出口５と、インク供給口３から各インク吐出口５に連通する個別のインク流路が形成されている。

このインクジェット記録ヘッドは、インク吐出口５が形成された面が記録媒体の記録面に対面するように配置される。そしてインク供給口３を介してインク流路内に充填されたインクに、エネルギー発生素子１によって発生する圧力を加えることによって、インク吐出口５からインク滴を吐出し、これを記録媒体に付着させることによって記録を行う。

このインクジェット記録ヘッドは、プリンタ、複写機、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、さら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。

まず本発明の参考例１〜３の樹脂組成物をもちいて流路壁構成部材を形成した実施例１〜３のインクジェット記録ヘッドと、比較参考例１の樹脂組成物をもちいて流路壁構成部材を形成した比較例１のインクジェット記録ヘッドを用意した。

以下、本発明の実施例によるインクジェット記録ヘッドの製造例を図面を参照して説明する。

図１〜図５までの各図は図６におけるａ−ａ’の位置で見た模式的断面図である。

まず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２が設けられた基板１上を用意した（図１）。

次いで基板１上に東京応化工業（株）社製ポジレジストＯＤＵＲ１０１０からなるインク流路パターン３を形成した（図２）。

次いでに表１に記載の本発明の参考例および比較参考例の樹脂組成物を適当な溶媒に溶解させたものを基板１上にソルベントコートにて形成した。（図３）
次いでキヤノン製マスクアライナーＭＰＡ６００により、吐出口形成用マスクを用いて露光を行い、メチルイソブチルケトンを用いて現像を行うことにより流路壁構成部材４と吐出口５を形成した（図４）。

次いで、前記基板１に、インク供給口６を形成した（図５）。

次いで、インク流路パターン７を溶解除去し、さらに２００℃１時間加熱を行い、インク流路壁構成部材４の本硬化をおこなった後、インク吐出エネルギー発生素子を駆動させるための電気的接合（図示せず）を行って、インクジェット記録ヘッドが完成した。

以上の工程により作成した実施例および比較例のインクジェット記録ヘッドを記録装置に装着した。そして前述のエチレングリコール／尿素／イソプロピルアルコール／Ｎ−メチルピロリドン／黒色染料／水＝５／３／２／５／３／８２からなるインク用いて５００００枚テストプリントを行った。

すると、インク流路壁の構成部材に比較参考例（１）の樹脂組成物を用いたものは若干の画像の乱れを生じた。これは吸インクによる体積膨潤による吐出口変形の影響であると考えられる。これに対して、インク流路壁構成部材に実施例（２）〜（４）の樹脂組成物を用いたものは、画像の乱れが生じなかった。

以上により、上述した評価１の結果を踏まえると（Ｅ＋Ｆ）／（Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＋Ｈ）については０．３８以上０．７９以下であり、かつＧ／（Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＋Ｈ）については０．０７以上０．２１以下であることが望ましいことが分かった。

本発明の液体吐出ヘッドの製造例を示す模式的断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造例を示す模式的断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造例を示す模式的断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造例を示す模式的断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造例を示す模式的断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造例を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態の液体吐出ヘッドの模式図である。

符号の説明

１ 基板
２ エネルギー発生素子
３ インク流路パターン
４ 流路壁構成部材
５ 吐出口
６ インク供給口

Claims (2)

1. 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を有する基板と、
   前記エネルギー発生素子に対向し液体を吐出する吐出口と、
   該吐出口に前記液体を供給する流路と、
   を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記流路を形成する流路壁構成部材は、
   （I）下記一般式（１）または（２）で表されるエポキシ樹脂と
   （II）脂環式エポキシ樹脂と、
   （III）アクリル系樹脂と、
   （IV）分子内にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂の一部をアクリル化した部分アクリル化エポキシ樹脂と、
   を含む樹脂組成物と、
   光カチオン重合開始剤と、
   を含む光カチオン重合性樹脂組成物の硬化物によって形成されること
   を特徴とする液体吐出ヘッド。
   

   

   式中Ｒは炭素数１以上９以下のアルキル基を表し、ｎは自然数である。
2. 前記樹脂組成物が前記（I）をＥ重量部、前記（II）をＦ重量部、前記（III）をＧ重量部、前記（IV）をＨ重量部含むとき、（Ｅ＋Ｆ）／（Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＋Ｈ）が０．４以上０．７５以下でありかつＧ／（Ｅ＋Ｆ＋Ｇ＋Ｈ）が０．０５以上０．２以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

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