JP2009095977A - インク流路壁構成組成物、並びにそれを用いたインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オリフィスの縁に張り出すような異物が発生せず、またインク流路壁幅が縮小した場合においても、インク流路壁の剥離を抑え、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。
【解決手段】インクジェット記録ヘッドのインク流路壁の少なくとも一部を、エポキシ樹脂と、アルコール系溶剤と、下記式（Ｉ）に示す構造のカチオン重合開始剤とを含むインク流路壁構成組成物の重合硬化物で構成する。

【選択図】図６

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およびその製造方法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、一般に微細な記録液吐出口（以下、オリフィスと称す）、液流路およ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、エポキシ樹脂と硬化剤とを少なくとも含む被覆樹脂を溶媒に溶解して、これを溶解可能な樹脂層上にソルベントコートすることによって、溶解可能な樹脂層上にインク流路壁となる被覆樹脂層を形成する。そして、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形成した上で、溶解可能な樹脂層を溶出して、インク流路を形成する。
特開平６−２８６１４９記載

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。

より高精細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、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。ところが、溶解可能な樹脂層を溶出する工程の後、オリフィスの縁に張り出すような異物が見られる場合がある。このようなインクジェット記録ヘッドで印字を行うと、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が小さかったりと、出力される画像にムラが生じる可能性がある。なお、この異物は被覆樹脂そのものでもなく、溶解可能な樹脂層そのものでもなく、被覆樹脂を形成する際に使用した溶剤が溶解可能な樹脂層の表面を溶解し、溶解可能な樹脂と被覆樹脂が混ざりあって第三の物質ができたものと考えられている。この第三の物質は、被覆樹脂の現像液に溶解され難く、また溶解可能な樹脂層の除去液にも溶けがたいものに変化している。

また、より高速な記録を満たす方法としては、ノズル数倍密化などが考えられ、インク流路壁幅の縮小が挙げられる。すなわち、インク流路壁と基板との接着面積が減少し、インク流路壁の剥離が生じる恐れがある。この剥離は隣接するインク流路への吐出エネルギーの損失をもたらす原因となり、良好な印字を実現できない場合がある。

このように、上述のインクジェット記録ヘッド製造方法では、オリフィスの縁に張り出すような異物が発生するという技術課題、また、インク流路壁幅を縮小した場合、インク流路壁の剥離という技術課題がある。

本発明は、前述した課題を解決し、オリフィスの縁に張り出すような異物が発生せず、またインク流路壁幅が縮小した場合においても、インク流路壁の剥離を抑え、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。

本発明は、インクジェット記録ヘッドのインク流路壁構成組成物であって、エポキシ樹脂と、アルコール系溶剤と、下記式（Ｉ）に示す構造のカチオン重合開始剤とを含むことを特徴とするインクジェット記録ヘッドのインク流路壁構成組成物である。

また本発明は、インクを吐出するための吐出口と、前記吐出口に連通すると共にインク吐出圧力発生素子を包含するインク流路を形成するインク流路壁と、前記インク吐出圧力発生素子が形成された基板とを有するインクジェット記録ヘッドであって、前記インク流路壁の少なくとも一部が、前記インク流路壁構成組成物の重合硬化物で構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。

さらに本発明は、インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、インク流路パターン状に固体層を形成する工程と、該固体層を前記インク流路壁構成組成物で被覆し、かつ重合硬化することにより、インク流路壁の少なくとも一部を構成する工程と、該インク流路壁構成組成物の重合硬化物に吐出口をフォトリソグラフィーにて形成する工程と、前記固体層を溶出する工程とを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、オリフィスに張り出すような異物が発生せず、またインク流路壁幅が縮小した場合においても、インク流路壁の剥離を抑え、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できる。

以下、本発明に係るインク流路壁構成組成物の実施形態について説明する。

本発明のインク流路壁構成組成物は、インクジェット記録ヘッドのインク流路壁を構成するものであり、エポキシ樹脂と、アルコール系溶剤と、下記式（Ｉ）に示す構造のカチオン重合開始剤とを含む。

前記式（Ｉ）に示す構造のカチオン重合開始剤としては、例えば、Ｒｈｏｄｉａ社製のＲＨＯＤＯＲＳＩＬ２０７４（商品名）等が市販されている。このカチオン重合開始剤は反応性が非常に高く、このカチオン重合開始剤を用いることで、エポキシ樹脂の硬化反応速度が非常に促進される。そして、このカチオン重合開始剤をインクジェット記録ヘッドのインク流路壁構成部材に用いることにより、基板との密着力が高いものとなり、インク流路壁幅を縮小した場合においても、基板からの剥離を抑制できることが判明した。

エポキシ樹脂としては、従来から知られる各種エポキシ樹脂を使用できる。例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。脂環式エポキシ樹脂としては、ダイセル化学製のＥＨＰＥ３１５０（商品名）等が市販されている。

溶剤としては、メタノール、エタノール、ノルマルプロパノール、イソプロピルアルコール、ノルマルブタノール等のアルコール系溶剤を用いることができる。アルコール系溶剤は、通常ポリメチルイソプロペニルケトンで構成される固体層を溶解しにくいことから適している。より具体的には、固体層の形成された基体を溶剤中に２時間程度浸漬させても、固体層のパターン形状が崩れず、剥離が起こらない。

本発明のインク流路壁構成組成物においては、各成分の配合量は特に限定されず、目的に応じて適宜決定すればよい。特に、エポキシ樹脂とアルコール系溶剤との合計１００質量部としたとき、エポキシ樹脂は２０〜８０質量部が好ましく、アルコール系溶剤は２０〜８０質量部が好ましい。カチオン重合開始剤は、エポキシ樹脂とアルコール系溶剤の合計１００質量部に対して、１〜１０質量部が好ましい。

本発明のインク流路壁構成組成物には、必要に応じて添加剤などを適宜添加することが可能である。例えば、基板との更なる密着力を得るために、シランカップリング剤を添加することなどが挙げられる。添加剤の添加量は、エポキシ樹脂とアルコール系溶剤の合計１００質量部に対して、１〜１０質量部が好ましい。

次に、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの実施形態に ついて説明する。

本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するための吐出口と、前記吐出口に連通すると共にインク吐出圧力発生素子を包含するインク流路を形成するインク流路壁と、前記インク吐出圧力発生素子が形成された基板とを有している。そして、そのインク流路壁の少なくとも一部が、上記のような本発明のインク流路壁構成組成物の重合硬化物で構成されている。

このようなインクジェット記録ヘッドは、以下のような方法により好適に製造できる。

まず、基板上にインク吐出圧力発生素子を形成する。基板としては、例えば、結晶軸（１００）のＳｉウエハを用いることができる。基板の裏面にはインク供給口マスクが設けられていてもよい。インク吐出圧力発生素子としては、電熱変換素子や圧電素子を用いることができる。インク吐出圧力発生素子には、その素子を動作させるための制御信号入力電極を接続する。

次いで、インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、インク流路パターン状に固体層を形成する。具体的には、基板上に例えばポジ型レジストからなる層を形成し、その層をインク流路パターン状へ加工する。固体層は、例えば、ポリメチルイソプロペニルケトンにより形成することができる。インク流路パターン状への加工は、例えばフォトリソグラフィーにより行うことができる。

次いで、基板上に形成されたインク流路パターン状の固体層を、本発明のインク流路壁構成組成物で被覆した被覆層を形成する。被覆層の形成は、本発明のインク流路壁構成組成物をスピンコート等の薄膜コーティング法で行うことができる。この場合、固体層を溶解しない溶剤としては、硬化反応可能なエポキシ樹脂と、カチオン重合開始剤を溶解することと、薄膜コーティング法にあった適度の揮発性等の特性を有することが好ましい。その後、被覆層を光により重合硬化する。なお、被覆層は１層のみでもよいが、２層以上でもよい。２層以上の被覆層を形成する場合、少なくとも１層が、本発明のインク流路壁構成組成物の重合硬化物で形成されていればよい。

次いで、本発明のインク流路壁構成組成物で形成された被覆樹脂層をフォトリソグラフィーによりパターニングして、吐出口を形成する。ここで、裏面にインク供給口マスクが設けられている結晶軸（１００）のＳｉウエハ基板を用いた場合、基板をＳｉ異方性エッチングによりエッチングして、インク供給口を形成することができる。

次いで、インク流路パターン状の固体層を溶出することで、インク供給口と吐出口を連通させて、インク吐出圧力発生素子を包含するインク流路を形成する。そして、必要に応じて被覆樹脂層を完全に硬化させるための加熱処理を行って、インクジェット記録ヘッドを得ることができる。

以下、実験例および実施例により、本発明についてさらに詳細に説明する。

＜実験例１＞
表１に記載される２種類の樹脂組成物Ｎｏ．１およびＮｏ．２の硬化物をインクに浸漬したときにおける密着性を評価した。

表１に記載される２種類の樹脂組成物を、スピンコートによりＳｉ基板上に成膜した。その後、フォトリソグラフィーを行い、樹脂組成物Ｎｏ．１は１５０℃で１時間のベーク、樹脂組成物Ｎｏ．２は２００℃で１時間のベークを行うことによって、樹脂組成物を硬化した。次いで、得られた硬化物について、インク（ｐＨ１０．７、組成（質量比）：ＧＬＹ１０．０、ＵＲＥＡ５．０、ＩＰＡ８．０、水酸化リチウム０．４、硫酸アンモニウム０．５）を用いて、１２０℃、２気圧、１０時間の条件下におけるインク浸漬試験を行った。

前述の式（Ｉ）に示す構造のカチオン重合開始剤およびアルコール系溶剤を用いた樹脂組成物Ｎｏ．１の硬化物は、インク浸漬後において基板からの剥離が全く生じていなかった。それに対し、前述の式（Ｉ）とは異なる構造のカチオン重合開始剤および非アルコール系溶剤を用いた樹脂組成物Ｎｏ．２の硬化物は、インク浸漬後において若干の基板からの剥離が見受けられた。

＜実験例２＞
各種溶剤への固体層の溶解性を表２に示す。ここで固体層のサンプルは、Ｓｉ基板上にポリメチルイソプロペニルケトンを用いてパターン形成したものである。エタノール、イソプロピルアルコール、ノルマルブタノール等のアルコール系溶剤では、常温（２５℃）で５時間浸漬してもポリメチルイソプロペニルケトンからなる固体層のパターン形状が崩れることなく、固体層を溶解しない良好な溶剤といえる。それに対し、ＭＩＢＫやジグライム等の非アルコール系溶剤に固体層を常温で浸漬すると、２時間程度でパターン形状の崩れや基板からの剥離が見られた。

＜実施例１＞
表１記載の樹脂組成物Ｎｏ．１をインク流路壁構成部材として用い、インクジェット記録ヘッドを作製し、評価を行った。以下、その製造方法を図面を参照しながら説明する。

まず、図１に示すように、インク供給口マスク３を設けた結晶軸（１００）のＳｉウエハ基板１上にインク吐出圧力発生素子としての電熱変換素子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）。図２に、図１のＡ−Ａ’断面図を示す。次いで、基板１上に、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４を形成した（図３参照）。さらに、表１記載の樹脂組成物Ｎｏ．１からなる被覆樹脂層５を基板１上に形成し、パターニングによって吐出口６を形成した（図４参照）。次いで、基板１をＳｉ異方性エッチングによりエッチングして、インク供給口７を形成した（図５参照）。次いで、インク供給口７上の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４を除去し、さらに樹脂組成物Ｎｏ．１からなる被覆樹脂層５を完全に硬化させるために、２００℃で１時間加熱を行い、インクジェット記録ヘッドを得た（図６参照）。

得られたインクジェット記録ヘッドのノズル流路内を観察したところ、異物等は全くなく、またインク流路壁の剥離も全く起こっていなかった。さらに、このインクジェット記録ヘッドを用いてテストプリントを行ったところ、画像の乱れが見受けられない、優れた印字品位を有することが確認された。以上のように、本発明に係る実施例においては、インク流路壁構成部材の性能を十分に向上し、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分かる。

＜比較例１＞
インク流路構成用組成物として、表１記載の樹脂組成物Ｎｏ．２を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてインクジェット記録ヘッドを作製した。得られたインクジェット記録ヘッドのオリフィスの一部には、張り出すような異物が認められた。この異物は、樹脂組成物Ｎｏ．２の溶剤であるジグライムが、固体層を溶解したために生じたものと考えられる。さらに、このインクジェット記録ヘッドを用いて実施例１と同様にテストプリントを行ったところ、ごく希に異物による印字不良が見られた。

本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説明するための図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説明するための図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説明するための図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説明するための図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説明するための図である。 本発明のインクジェットヘッドの製造方法を説明するための図である。

符号の説明

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

Claims (4)

1. インクジェット記録ヘッドのインク流路壁を構成するインク流路壁構成組成物であって、エポキシ樹脂と、アルコール系溶剤と、下記式（Ｉ）に示す構造のカチオン重合開始剤とを含むことを特徴とするインク流路壁構成組成物。
   
2. インクを吐出するための吐出口と、前記吐出口に連通すると共にインク吐出圧力発生素子を包含するインク流路を形成するインク流路壁と、前記インク吐出圧力発生素子が形成された基板とを有するインクジェット記録ヘッドであって、前記インク流路壁の少なくとも一部が、請求項１記載のインク流路壁構成組成物の重合硬化物で構成されることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
3. インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、インク流路パターン状に固体層を形成する工程と、前記固体層を請求項１記載のインク流路壁構成組成物で被覆し、かつ重合硬化することにより、インク流路壁の少なくとも一部を構成する工程と、該インク流路壁構成組成物の重合硬化物に吐出口をフォトリソグラフィーにて形成する工程と、前記固体層を溶出する工程と、を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。
4. 前記固体層が、ポリメチルイソプロペニルケトンで構成されることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。