JP2008030272A

JP2008030272A - インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2008030272A
Application number: JP2006204962A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Kihara; 博樹木原; Isamu Horiuchi; 勇堀内; Shinpei Otaka; 新平大▲高▼; Kazunari Ishizuka; 一成石塚
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】インク吐出口にテーパー形状を形成する方法として、露光機のフォーカスを吐出口表面から基板方向へずらして露光することで可能である。しかし、この場合、露光機のフォーカスを吐出口からずらすために、吐出口のパターニング性に影響を与える可能性がある。
【解決手段】インク流路壁形成材料であるネガ型のエポキシ樹脂に光酸発生触媒あるいは光増感剤の添加量を変えて多層積層して露光することにより、所望のテーパー形状を有するインクジェット記録ヘッドを得られる事が判明した。
【選択図】図１

Description

本発明は、記録紙に対して記録液滴を吐出することにより記録を行うインクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドに関するものである。

一般に、インクジェット記録装置は、吐出口から記録紙に対して記録液滴を吐出することにより記録を行う記録装置であり、吐出口から吐出される記録液滴を形成するためのインクジェット記録ヘッドと、インクジェット記録ヘッドに対して記録液を供給する供給系とから構成されている。上述したようなインクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、高速な記録や、様々な記録メディアに対する記録可能であるとともに、記録時における騒音がほとんど生じないという特徴を有するため、一般的なプリント装置のほか、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等の装置、さらには、各種処理装置と複合的に組み合わされた産業用記録装置に適用することができる。

このインクジェット記録方式については、これまでにもさまざまな方式が提案され改良が加えられて商品化されたものもあれば現在実用化への努力が続けられているものもある。

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、一般に微細なインク吐出口（以下、オリフィスと称す）、インク流路及び該インク流路の一部に設けられる液体吐出エネルギー発生部を複数備えている。従来、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、例えば特開平6-286149、特開平11-348288記載の次のような工程が知られている。

まず、インク吐出圧力発生素子が形成されたSi基板上に熱硬化型の樹脂にて下記インク流路壁形成材料との密着性を高める為の密着向上層パターンを形成する。次いで溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成し、このインク流路パターン上に、インク流路壁となるエポキシ樹脂及び光酸発生触媒を含む被覆樹脂層を形成し、フォトリソグラフィーによりインク吐出圧力発生素子上にインク吐出口を形成し、次いでエッチング液を用いたSi基板の異方性エッチングによりインク供給口を形成し、最後に前記溶解可能な樹脂を溶出してインク流路壁となる被覆樹脂層を硬化するものである。

ところでインクジェット記録ヘッドが長期にわたってインクを吐出しない場合には、吐出口内のインクが蒸発乾燥してしまい、増粘・固化したインクが吐出口内に詰まって、ヨレ（インクの吐出方向の変化）や吐出不良を引き起こすことがわかっている。このような現象を解決するための一つの方法として、インク吐出口をインク吐出方向に傾斜(吐出開口部が先細り)させる形状（以下、テーパーと称す）にすることが挙げられる。インク吐出口にテーパー形状を形成する方法として、露光機のフォーカスを吐出口表面から基板方向へずらして露光することで可能である。しかしながら、今後求められる更なる画像の高精細化のために、インクジェット記録ヘッドより吐出されるインク滴は更に小さくなり、すなわちインクジェット記録ヘッドの極小オリフィス化が挙げられる。そのため、今まで問題視されていないが、露光機のフォーカスを吐出口表面からずらして露光し、テーパー形状を形成することで、吐出口のエッジの形状に悪影響を与える可能性がある。その結果、吐出されるインク滴の吐出方向がばらつき、出力される画像にムラが生じる可能性がある。
特開平6-286149号公報特開平11-348288号公報

本発明は前述した従来技術における課題を解決し、極小オリフィスを作成した場合においても安定したインク吐出が可能なインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法を提供する事を目的とする。

本発明者は前述した従来技術における問題点を解決して上記課題を達成すべく鋭意研究した結果、インク流路壁形成材料であるネガ型のエポキシ樹脂に光酸発生触媒あるいは光増感剤の添加量を変えて多層積層して露光することにより、所望のテーパー形状を有するインクジェット記録ヘッドを得られる事が判明した。光酸発生触媒あるいは光増感剤の添加量の多い感度の高い層はマスクに対する細り量（マスク寸法とパターニングされた寸法の差）が大きく、パターニングされる寸法は小さくなる。添加量の少ない感度の低い層は細り量が小さく、パターニングされる寸法は大きくなる。積層して形成されたインク流路壁形成部材の下層の光酸発生触媒あるいは光増感剤をその上層の添加量未満にすることにより、感度の高い上層はマスクに対する細り量が大きく、下層ほど細り量が小さくなり、吐出口に段差が形成される。塗布する層を多くし、感度差を少しずつ変えることによって段差が滑らかになる。また、露光機のフォーカスを吐出口表面にあわせて露光するので、吐出口のパターニング性に影響を与えることはない。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

前記光酸発生触媒をインク流路壁形成材料に添加する際は、その含有量は0.2〜10重量部である事が望ましい。すなわち、光酸発生触媒含有量が0.2重量部未満であると所望の性能を発揮する事が出来ず、また光酸発生触媒含有量が10重量部を超えると、深部まで光が到達しない恐れがあるからである。

また、前記光増感剤をインク流路壁形成材料に添加する際は、その含有量は0.1〜10重量部である事が望ましい。すなわち、光増感剤含有量が0.1重量部未満であると所望の性能を発揮する事が出来ず、また光増感剤含有量が10重量部を超えると、深部まで光が到達しない恐れがあるからである。

上記のように本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法によれば、吐出口のパターニング性良好でかつ、所望のテーパー形状が形成されたインクジェット記録ヘッドが製造できる為、高画質の記録を行う事が出来る。

本実施例では表1記載の感光性樹脂を、インク流路壁形成材料として以下の製造方法でテーパー形状を有するインクジェット記録ヘッドを作成した。以下図面を参照しながら説明する。

図2に示すようにインク供給口形成用マスク3を設けた結晶軸（100）のSiウエハ基板1上にインク圧力発生素子として電熱変換素子2を配置し、更に保護層4、キャビテーション保護層5を形成した。なお、電熱変換素子2にはその素子を動作させるための制御信号入力電極が接続されている（不図示）。図3に図2のA-A'断面図を示す。

次いで図4に示すように、基板1上にポリメチルイソプロペニルケトンを適当な溶媒に溶解させたもの6をソルベントコートにて成膜し、フォトリソグラフィーによってインク流路パターンを形成した。

次いで図5に示すように、基板1上に表１記載のインク流路壁形成材料を適当な溶媒に溶解させたものをスピンコートによって第１層7を成膜後、90℃5分のベークにより塗布溶媒を蒸発させた。次いで第１層7上に表１記載の第２層8をスピンコートによる成膜後、90℃5分のベークにより塗布溶媒を蒸発させた（図6参照）。同様の方法で第２層8の上に第3層9を形成し、第３層9の上に第4層10を形成した（図7、8参照）。

次いでキヤノン製マスクアライナーMPA600（MPAは登録商標）を用い、適切な露光量でフォーカスを前記インク流路形成材料表面にあわせてインク流路形成材料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。こうして、インク吐出口を形成した（図9参照）。次いで、前記基板1をSi異方性エッチングし、インク供給口12を形成し、インク供給口上の保護層、及びポリメチルイソプロペニルケトンからなるインク流路パターン6を除去し、さらにインク流路形成材料7、8、9、10を完全に硬化させるために、200℃1時間加熱を行い、インクジェット記録ヘッドを得た（図1参照）。

次いで、インク吐出口断面形状をSEM観察した。テーパー形状を確認したところ、表２に示すように、比較例１と比べ実施例１、２は良好なテーパー形状が得られたことが確認された。

また、作成したインクジェット記録ヘッドにエチレングリコール/尿素/イソプロピルアルコール/黒色染料/水＝5/3/2/3/87からなるインクを充填して印字を行い、理想着弾点からのヨレ量を測定した(表２参照)。比較例１と比べ実施例１、２はヨレ量が改善されていることが確認された。

以上のように本発明にかかる実施例において、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドが得られる事がわかる。

本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す説明図である。本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す説明図である。本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す説明図である。本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す説明図である。本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す説明図である。本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す説明図である。本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す説明図である。本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す説明図である。本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す説明図である。

符号の説明

1 Si基板
2 インク吐出圧力発生素子
3 インク供給口
4 保護膜
5 キャビテーション保護膜
6 インク流路パターン
7 インク流路壁形成材料第１層
8 インク流路壁形成材料第２層
9 インク流路壁形成材料第３層
10 インク流路壁形成材料第４層
11 吐出口
12 インク供給口

Claims

インク吐出圧力発生素子と、インク流路となる部分を占有する固体層とが設けられた基板上に、光酸発生触媒により硬化されるインク流路壁形成材料を被覆し、インク流路壁形成部材に吐出口を形成し、前記固体層を除去する事によりインク流路を形成する工程を包含するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記インク流路壁形成部材が基板面から垂直方向に光酸発生触媒あるいは光増感剤の濃度が勾配を有して分布している事を特徴とするインクジェット記録ヘッド。
前記光酸発生触媒が、ルイス酸のスルフォニウム塩であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
前記固体層がポジレジストであることを特徴とする請求項１ないし２に記載のインクジェットヘッド。
インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に（１）溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程と、（２）前記溶解可能な樹脂層にインク流路壁となる被覆樹脂層を形成する工程と、（３）前記インク吐出圧力発生素子上方の前記被覆樹脂層にインク吐出口をフォトリソグラフィーにて形成する工程と、（４）前記溶解可能な樹脂層を溶出し、インク流路を形成する工程と、を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記インク流路壁となる被覆樹脂層が光酸発生触媒あるいは光増感剤の添加量を変えて積層する事を特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
前記光酸発生触媒が、ルイス酸のスルフォニウム塩であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記固体層がポジレジストであることを特徴とする請求項４ないし５に記載のインクジェットヘッドの製造方法。