JP2008307750A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極小オリフィス、高密度なオリフィスを作製した場合においても、安定したインク吐出が可能であるインクジェット記録ヘッドを提供する。より具体的には、インク流路壁形成部材の吸インクによるオリフィス面積変化が少なく、インク流路壁が剥がれにくいインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、インク流路となる部分以外を占有するインク流路壁が形成されてなり、前記インク吐出圧力発生素子上方の前記インク流路壁にはインク吐出口が形成されているインクジェット記録ヘッドにおいて、前記インク流路壁が、エポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂と、前記エポキシ樹脂より酸素当量が大きい多価フェノールと、光酸発生触媒とを含有するエポキシ樹脂組成物を含有するインク流路壁形成部材により形成される。
【選択図】図１

Description

本発明はインクジェット記録方式に用いる記録液小滴を発生するためのインクジェット記録ヘッドの構成部材に関するものである。

インクジェット記録方式（液体噴射記録方式）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）、液流路及び該液流路の一部に設けられる液体吐出エネルギー発生部（インク吐出圧力発生素子）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、例えば特許文献１及び２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基板上に、溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する。次いで、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オリフィスを形成する。最後に、前記溶解可能な樹脂を溶出し、インク流路壁となる被覆樹脂層を硬化して、インク流路を形成する。

近年の記録技術の進展に伴い、インクジェット記録技術には、より高精細・高速な記録が求められている。高精細・高速な記録を満たす一つの方法として、インクジェット記録ヘッドにより吐出されるインク滴の極小化のための極小オリフィス化、及びオリフィスの高密度化が挙げられる。この場合、インク流路壁形成部材の吸水（吸インク）による膨潤のため、特に上述のインクジェット記録ヘッド製造方法で極小オリフィスを作製した場合、吸インクによるオリフィス面積変化の印字に与える影響が問題となる。また、オリフィスの高密度化、つまりインク流路壁幅の減少に伴い、膨潤によりインク流路壁形成部材と基板の密着性が低下することが問題となる。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、オリフィスの高密度化に向けて、インク流壁形成部材の吸インク低減という技術課題がある。
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、高密度なオリフィスを作製した場合においても、安定したインク吐出が可能であるインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。より具体的には、インク流路壁形成部材の吸インクによるオリフィス面積変化が少なく、インク流路壁が剥がれにくいインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。

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。そして、インク流路壁形成部材として、エポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂と、そのエポキシ樹脂より酸素当量が大きい多価フェノールと、光酸発生触媒とを含有するエポキシ樹脂組成物を用いることで上記課題を解決した。

すなわち、本発明は、インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、インク流路となる部分以外を占有するインク流路壁が形成されてなり、前記インク吐出圧力発生素子上方の前記インク流路壁にはインク吐出口が形成されているインクジェット記録ヘッドにおいて、前記インク流路壁が、エポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂と、前記エポキシ樹脂より酸素当量が大きい多価フェノールと、光酸発生触媒とを含有するエポキシ樹脂組成物を含有するインク流路壁形成部材により形成されることを特徴とするインクジェット記録ヘッドである。

また、本発明は、（１）インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、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）前記インク流路パターンが形成された基板上に、インク流路壁形成部材により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フォトリソグラフィーにてインク吐出口を形成する工程と、（４）前記インク流路パターンを溶出して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、前記インク流路壁形成部材が、エポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂と、前記エポキシ樹脂より酸素当量が大きい多価フェノールと、光酸発生触媒とを含有するエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法である。

本発明によれば、極小オリフィス、高密度なオリフィスを作製した場合においても、インク流路壁形成部材の吸インクによるオリフィス面積変化が少なく、インク流路壁が剥がれにくい、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供できる。

本発明のインクジェット記録ヘッドは、インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、インク流路となる部分以外を占有するインク流路壁が形成されてなり、前記インク吐出圧力発生素子上方の前記インク流路壁にはインク吐出口が形成されている。そして、前記インク流路壁は、エポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂と、前記エポキシ樹脂より酸素当量が大きい多価フェノールと、光酸発生触媒とを含有するエポキシ樹脂組成物を含有するインク流路壁形成部材で形成される。

エポキシ樹脂としては、エポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂であれば特に制限はない。このようなエポキシ樹脂の例としては、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−１−ブタノールの１，２−エポキシ−４−（２−オキシラニル）シクロセキサン付加物（下記式ＩＩＩ）等の脂環式エポキシ樹脂の他、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂等が挙げられる。下記式ＩＩＩで表されるエポキシ樹脂は、例えばダイセル化学工業（株）から商品名「ＥＨＰＥ３１５０」で市販されている。

多価フェノールとしては、エポキシ樹脂より酸素当量が大きいものであれば特に制限はない。このような多価フェノールの例としては、下記式ＩまたはＩＩで表されるフェノールノボラック樹脂の他、ビフェノール誘導体、カテコール誘導体、レゾルシン誘導体等が挙げられる。下記式Ｉで表されるフェノールノボラック樹脂は、例えば新日本石油（株）から商品名「ＤＰＰ−Ｍ」で市販されている。下記式ＩＩで表されるフェノールノボラック樹脂は、例えば三井化学（株）から商品名「ミレックスＸＬＣ−４Ｌ」で市販されている。これら多価フェノールは、上記式ＩＩＩで表されるエポキシ樹脂と比較すると酸素当量が大きいため、吸水率は低くなる。また、疎水性であるフェニル基やビシクロ骨格等を含むことから吸水率は低くなり、耐薬品性も強くなる。

インク流路壁形成部材として用いるエポキシ樹脂組成物おける多価フェノールの配合量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して２０質量部以上５０質量部以下が好ましい。この配合量が２０質量部未満であると、吸インク低減の効果に乏しい。また、この配合量が５０質量部超であると、エポキシ樹脂組成物を適当な溶剤に溶解させた状態でのシェルフライフが短くなる傾向があり、扱いが困難になる場合がある。この配合量は、２５質量部以上４０質量部以下がより好ましい。

光酸発生触媒としては、エポキシ樹脂組成物を光で硬化可能なものであれば特に制限はない。このような光酸発生触媒の例としては、スルホニウム塩系光重合開始剤、ハロゲン化トリアジン化合物、ジフェニルヨードニウム塩誘導体等が挙げられる。スルホニウム塩系光重合開始剤は、旭電化工業（株）から商品名「ＳＰ−１７２」で市販されている。

インク流路壁形成部材として用いるエポキシ樹脂組成物おける光酸発生触媒の配合量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して１質量部以上１０質量部以下が好ましい。この配合量が１質量部未満であると、カチオン重合が進行しにくくエポキシ硬化性が弱い。また、この配合量が１０質量部超であると、光酸発生触媒自体が光吸収剤として作用してしまい、膜の深部硬化性が弱くなる。この配合量は、２質量部以上６質量部以下がより好ましい。しかし、エポキシ樹脂や光酸発生剤の種類、膜厚にも因る為に、この限りではない。

以上のようなインクジェット記録ヘッドの製造方法の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

まず、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を配置する。基板１としては、例えば結晶軸（１００）のＳｉウエハを用いることができる。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）。また、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、インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、溶解可能な樹脂にてインク流路パターン４を形成する。溶解可能な樹脂としては、例えば、アクリル系ポジ型レジストやポリメチルイソプロペニルケトンを用いることができる。

次いで、図５に示すように、インク流路パターンが形成された基板上に、前述のエポキシ樹脂組成物を適当な溶媒に溶解させたインク流路壁形成部材により被覆樹脂層５を形成する。被覆樹脂層５は、例えばソルベントコートで形成することができる。

次いで、インク吐出圧力発生素子上方の被覆樹脂層にフォトリソグラフィーにてインク吐出口６を形成する。本発明において、このインク吐出口は、極小オリフィス（φ６〜１０μｍ）や高密度オリフィス（オリフィス間距離：２０〜４０μｍ）でも構わない。

次いで、基板１の裏面にインク供給口７を形成し、インク流路パターン４を除去する。インク流路パターン７は溶解可能な樹脂で形成されているため、溶出することができる。インク供給口７は、例えばシリコン基板の異方性エッチングにより形成することができる。そして、被覆樹脂層５を完全に硬化させることで、図１に示す構成のインクジェット記録ヘッドを得ることができる。

本実施例では表１記載のインク流路壁形成部材を用いて、以下の製造方法で極小オリフィスを有するインクジェット記録ヘッドを作製し、インク浸漬でのオリフィス面積変化評価、インク流路壁密着性評価、インク充填ヘッドでの印字評価を行った。

まず、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）。また、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、インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、ポジ型レジストＯＤＵＲ−１０１０Ａ（商品名、東京応化工業製）に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、表１に記載のエポキシ樹脂組成物を適当な溶媒に溶解させたインク流路壁形成部材をソルベントコートすることで、被覆樹脂層５を形成した。そして、図６に示すように、フォトリソグラフィーにて極小オリフィス（φ８μｍ）を形成した。

次いで、Ｓｉウエハ基板１を異方性エッチングしてインク供給口７を形成し、インク流路パターン４を除去した。そして、被覆樹脂層を完全に硬化させるために、２００℃１時間加熱を行い、図１に示す構成のインクジェット記録ヘッドを得た。

作製したインクジェット記録ヘッドを、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（質量比）からなるインク中に６０℃２週間浸漬させた。その結果、比較例ではオリフィス面積が１０％縮小したのに対し、実施例１及び２ではいずれも５％の縮小にとどまった。また、同インクに浸漬し、１２１℃／２気圧で１０時間のＰＣＴ評価を行ったところ、比較例では１０ヘッド中５ヘッドにインク流路壁の剥がれが確認できたが、実施例１及び２ではいずれもインク流路壁の剥がれは確認できなかった。さらに、同インクを充填し、初期及びインクが蒸発しない状態で６０℃２週間保存をしたインクジェット記録ヘッドを用いて、ベタ印字評価を行った。その結果、比較例では印字物が薄くなっていることが確認されたのに対し、実施例１及び２では印字物への影響は見られなかった。

以上のように、本発明にかかる実施例においては、いずれもオリフィス径の変化を抑制でき、インク流路壁の剥離がなく、長時間安定したインク吐出が可能である信頼性の高いインクジェット記録ヘッドが得られることがわかる。

本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明する断面図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明する斜視図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明する断面図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明する断面図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明する断面図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明する断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 電熱変換素子
３ インク供給口形成用マスク
４ インク流路パターン
５ 被覆樹脂層
６ インク吐出口
７ インク供給口

Claims (7)

1. インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、インク流路となる部分以外を占有するインク流路壁が形成されてなり、前記インク吐出圧力発生素子上方の前記インク流路壁にはインク吐出口が形成されているインクジェット記録ヘッドにおいて、前記インク流路壁が、エポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂と、前記エポキシ樹脂より酸素当量が大きい多価フェノールと、光酸発生触媒とを含有するエポキシ樹脂組成物を含有するインク流路壁形成部材により形成されることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記エポキシ樹脂組成物における多価フェノールの配合量が、前記エポキシ樹脂１００質量部に対して２０質量部以上５０質量部以下であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記光酸発生触媒が、スルホニウム塩系光重合開始剤であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. （１）前記インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、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）前記インク流路パターンが形成された基板上に、前記インク流路壁形成部材により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フォトリソグラフィーにてインク吐出口を形成する工程と、（４）前記インク流路パターンを除去してインク流路を形成する工程と、を有する方法により製造されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
5. （１）インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、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）前記インク流路パターンが形成された基板上に、インク流路壁形成部材により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フォトリソグラフィーにてインク吐出口を形成する工程と、（４）前記インク流路パターンを除去して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、前記インク流路壁形成部材が、エポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂と、前記エポキシ樹脂より酸素当量が大きい多価フェノールと、光酸発生触媒とを含有するエポキシ樹脂組成物を含有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
6. 前記溶解可能な樹脂が、アクリル系ポジ型レジストであることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
7. 前記溶解可能な樹脂が、ポリメチルイソプロペニルケトンであることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。

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