JP2010100028A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法および構造体の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被覆樹脂層の剥離の発生を抑制することができる信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】複数のインクを吐出するための吐出口６と、該各吐出口６に連通するインク流路とを有する被覆樹脂層３と、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１を有する基板２と備える。さらに、被覆樹脂層３と基板２との間に設けられた密着向上層５と、を備える。被覆樹脂層３は、基板２に最も近い第１の樹脂層１０と、基板２との間に第１の樹脂層１０を挟んで配置された少なくとも一つの第２の樹脂層１１とを有する。第１の樹脂層における第２の樹脂層１１の周縁に連続して少なくとも一つの段差部１２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を記録媒体に向けて噴射して記録を行う液体吐出ヘッド、特にはインクを噴射して記録を行うインクジェット記録ヘッドに関する。また、半導体の製造などに応用可能な微細な構造体の形成方法に関する。

従来、基板に対して垂直にインク液滴を噴射するサイドシュータタイプの液体吐出ヘッドが開示されている（特許文献１）。

図６に従来のサイドシュータタイプの一例の液体吐出ヘッドの模式的な斜視図を示す。なお、簡略化のため、図６は、吐出口１０６やエネルギー発生素子１０１は模式的に一部のみ図示している。

この液体吐出ヘッドは、複数の吐出口１０６を有する被覆樹脂層１０３が、基板１０２上に接合された構成を有する。基板１０２には、インク供給口１０７が開口され、基板１０２の被覆樹脂層１０３と接合される面には、吐出口１０６と対応する位置に複数のエネルギー発生素子１０１が配置されている。基板１０２と被覆樹脂層１０３とが接合することによって、インク供給口１０７からエネルギー発生素子１０１の上方のインク吐出口１０６まで連通する個別インク流路８が形成されている。インク供給口１０７からインク流路１０８に供給され、エネルギー発生素子１０１の作用により発生する気泡により吐出口１０６から吐出され、被記録媒体に付着する。

このような構成の液体吐出ヘッドにおいては、被覆樹脂層１０３は、吐出口１０６やインク流路１０８が設けられている分だけ、被覆樹脂層１０３の内側は体積が小さくなっている。一方、被覆樹脂層１０３の外側の体積は内側に比べて大きいものとなっている。

一方、特許文献２には、被覆樹脂層の周辺部分が薄く形成されていることで、外側の被覆樹脂層の体積が小さくなっている液体吐出ヘッドが開示されている。特許文献２の、被覆樹脂層の周辺部分の薄くなった部分には溝が形成されている。つまり、この薄くなった部分は、溝により分断され、中空部分を有する構成となっている。
特開２００７−２６１１６９号公報 特開２００３−０８０７１７号公報

近年、プリンタの出力速度のより一層の高速化が要求されている。これは、コンピュータの処理速度が向上したことや、より高精彩の画像を出力するためにインク液滴を微小化することに伴って、より高密度のインク液滴密度が要求されることを一因とする。

また、大判プリンタやネットワークにつながれたプリンタでは、高速化の要求はさらに顕著である。プリンタの出力速度の高速化は、時間当りのインク液滴発生数、すなわちインク吐出周波数を向上することと、吐出口の数を増やすことの二つによって達成可能である。通常は、この両方を行うことでプリンタ出力の高速化を達成している。ここで、吐出口の数を増やすことは、液体吐出ヘッドの長尺化することになる。

しかしながら、液体吐出ヘッドの長尺化に伴い、被覆樹脂層の外周部が基板から剥離する可能性があるということが種々の試験により明らかになった。すなわち、被覆樹脂層の、吐出口やインク流路の外側部分であって体積が大きい部分には、体積の小さい内側部分に比べ大きい応力が生じる。このため、被覆樹脂層の外側部分は、剥離の発生する頻度および程度がより高くなる。また、この剥離は液体吐出ヘッドの被覆樹脂層の厚さが厚いものほど応力が大きく、より発生しやすいということも明らかになった。

一方、特許文献２に開示された構成では、外周部に薄くなった部分を有するものの、厚みの管理が難しく、条件によっては被覆樹脂層の厚みを十分に薄く出来ずに剥離が発生してしまう場合があった。

そこで本発明は、上記の諸問題に鑑み、被覆樹脂層の剥離の発生を抑制することができる信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の液体吐出ヘッドは、インクを吐出するための複数の吐出口と、該各吐出口に連通するインク流路とを有する被覆樹脂層を備えている。また、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を有する基板と、被覆樹脂層と基板との間に設けられた密着向上層と、を備えている。さらに、被覆樹脂層は、基板に最も近い第１の樹脂層と、基板との間に第１の樹脂層を挟んで配置された少なくとも一つの第２の樹脂層とを有する。また、第１の樹脂層における第２の樹脂層の周縁に連続して少なくとも一つの段差部が形成されている。

本発明によれば、被覆樹脂層の剥離の発生を抑制することができ、液体吐出ヘッドの信頼性を高めることができる。また、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法によれば、流路形成部材の基板からの剥離を抑制された信頼性の高い液体吐出ヘッドを精度よく形成することができる。

以下、図面を参照して、本発明を具体的に説明する。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に同一の番号を付与し、その説明を省略する場合がある。

なお、液体吐出ヘッドは、プリンタ、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。そして、この液体吐出ヘッドを例えばインクジェット記録ヘッドとして用いると、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。なお、「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味することとする。

また本発明の液体吐出ヘッドは、記録紙の全幅にわたり同時に記録ができるフルラインタイプの記録ヘッドにも適用かのうである。さらに複数の記録ヘッド部を一体的に形成した構成や、別々に形成した記録ヘッドを複数個組み合わせた構成のカラー記録ヘッドにも有効である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１に、本実施形態の液体吐出ヘッドの模式的な斜視図を示す。

この液体吐出ヘッドは、エネルギー発生素子１が所定のピッチで２列並んで形成され、外部との電気的接続を行うコンタクトパッド１３が形成された基板２を有している。基板２にはインク供給口７がエネルギー発生素子１の２つの列の間に開口されている。基板２上には、各エネルギー発生素子１の上方に開口する吐出口６と、インク供給口７から各吐出口６に連通する個別インク流路８とが形成されたオリフィスプレートでもある、被覆樹脂層３が密着向上層５を介して形成されている。

図２（ａ）に本実施形態の液体吐出ヘッドの一部である記録素子基板の上面図を示す。また、図２（ｂ）に図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図を示す。

前述のように被覆樹脂層３の厚さによって被覆樹脂層３に生じる応力は異なり、被覆樹脂層３の厚さが厚いほど生じる応力は大きくなる。この応力により、被覆樹脂層３と密着向上層５間に剥離が生じることがあり、液体吐出ヘッドの信頼性を損ねる場合がある。

そこで、本実施形態は、被覆樹脂層３に段差部１２を形成して第１の樹脂層１０と第２の樹脂層１１とを有する構成とし、被覆樹脂層３の厚みを変えている。以下、詳細に説明する。

本実施形態の液体吐出ヘッドは、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように基板２に最も近い第１の樹脂層１０と、第１の樹脂層１０の上方に配置された第２の樹脂層１１とを有する。換言すれば、第２の樹脂層１１は基板２との間に第１の樹脂層１０を挟んで配置されているといえる。

さらに本実施形態の液体吐出ヘッドは、第１の樹脂層１０における第２の樹脂層１１の周縁部に連続して段差部１２が形成されている。本実施形態では、第１の樹脂層１０の外周部分が段差部１２に相当する。また、図２（ｂ）中、網掛けで示された段差部１２は中実構造となっている。つまり、段差部１２には、この部分を分断するような溝等は設けられておらず、連続的に構成されている。また、本実施形態においては、第１の樹脂層１０、第２の樹脂層１１及び段差部１２を構成する部分は一体的な構成となっている。

このように被覆樹脂層３の外周部の厚みを薄くすることで、その部位に発生する応力を軽減させることが可能となる。さらには、第１の樹脂層１０における第２の樹脂層１１の周縁部に段差部１２を形成している。つまり第２の樹脂層１１の周縁部と第１の樹脂層１０との境界部に屈曲部（稜線）を備える。それにより、被覆樹脂層３の外周部に発生した応力を、上記屈曲部と、第１の樹脂層１０と密着向上層５との境界部とに分散させることが可能となる。これにより発生した応力を低減でき、第１の樹脂層１０の厚みに関しての設計自由度を上げることができる。

また、この段差部１２は、密着向上層５と被覆樹脂層３との境界面からの段差部１２の表面までの高さｈが、被覆樹脂層３の最も厚い部分の厚さｔの半分より低い位置となるように形成されている。第１の樹脂層１０は、密着向上層５に直接接触しているため、その体積が被覆樹脂層３の剥離に大きく影響する。よって、第１の樹脂層１０の体積をできるだけ小さくして発生する応力を抑制すべく、第１の樹脂層１０の厚さｔ₁を被覆樹脂層３の厚さｔの半分以下としている。なお、段差部１２は、その厚さは薄く形成されているが、段差部１２を分断するような溝が形成されておらず、中実構造であるため、十分な強度を有する。

このように、段差部１２が形成された被覆樹脂層３の厚さｔは、厚さｔ₁の第１の樹脂層１０と、厚さｔ₂の第２の樹脂層１１とに分割されている。段差部１２を設けることで被覆樹脂層３の全体の厚さｔを厚さｔ₁の部分と厚さｔ₂の部分とに分割することにより、発生する応力も各被覆樹脂層３の厚さに応じて分散されることになる。その結果、密着向上層５に接する第１の樹脂層１０の外周部分の段差部１２は厚さｔ₁であり薄いため、生じる応力が小さく、被覆樹脂層３の外周部の剥離を抑制することが可能となる。

本実施形態では、上述のように、第１の樹脂層１０の厚さｔ₁を薄くしたことで、第２の樹脂層１１の厚さｔ₂が第１の樹脂層１０の厚さｔ₁よりも相対的に厚くなっている。ここでインクジェットヘッドとしての吐出特性を満たすために、エネルギー発生素子１と吐出口６との距離、つまり被覆樹脂層３の全体の厚さｔが決まってくる。本実施形態においては、後述するように被覆樹脂層３全体の厚さｔが約７５μｍとなっている。第２の樹脂層１１の厚さｔ₂が第１の樹脂層１０の厚さｔ₁より厚くなると、発生する応力も第１の樹脂層１０より第２の樹脂層１１が大きくなる。第２の樹脂層１１の応力が大きくなりすぎると、第２の樹脂層１１にクラックが発生してしまう。この第２の樹脂層１１のクラックは、被覆樹脂層３と密着向上層５の界面で発生するような界面剥離とは異なり、被覆樹脂層３が一体部材であることによる被覆樹脂層３自体の凝集破壊によるものである。

そこで、本実施形態では、このような凝集破壊によるクラックを抑制するために、第２の樹脂層１１の角部１１ｂを曲面にしてこの部分への応力集中を緩和している。

これに対して第１の樹脂層１０の外周部の角部１１ａは曲面ではなく、交差する平面により形成されている。つまり、本実施形態では、第１の樹脂層１０の４つの角部１１ａは、第１の樹脂層１０の側面が直交して直角に形成されている。仮に第１の樹脂層１０の外周部の角部１１ａを曲面にした場合、応力集中ポイントが第１の樹脂層１０から密着向上層５に移ってしまう。密着向上層５に応力が集中すると、密着向上層５と基板２の剥離、もしくは密着向上層５の凝集破壊を発生してしまう可能性がある。このような密着向上層５や剥離、凝集破壊が生じると、基板表面の保護性が損なわれてしまう。そこで、第１の樹脂層１０の角部１１ａを直角に形成し、応力集中ポイントが密着向上層５に移るのを防止している。

本実施形態では被覆樹脂層３全体の厚さｔが約７５μｍで、そのうち第１の樹脂層１０の厚さｔ₁が約２０μｍである。また段差部１２の幅ｗは約８０μｍである。ここで被覆樹脂層３全体の厚さｔを変更した場合、上記のように第１の樹脂層１０の厚さｔ₁と第２の樹脂層１１の厚さｔ₂や段差部１２の幅ｗを適宜変更することで、同様の効果が得られる。

また、本実施形態では被覆樹脂層３の厚さに対して一つの段差を設けているが、段差の数は１つに限ることなく複数でもよい。すなわち、第１の樹脂層１０上に複数の第２の樹脂層１１が形成されているものであってもよい。この場合、第２の樹脂層１１の周縁に複数の段差部１２が形成されることになる。例えば、第１の樹脂層１０上に２つの第２の樹脂層１１が形成されている３段構成であるとする。この場合、段差部１２は、まず、第１の樹脂層１０の真上に形成された第２の樹脂層１１の周縁部、すなわち、最下段の第１の樹脂層１０の外周部に１つ形成される。さらに、最上段の第２の樹脂層１１の周縁部、すなわち、第１の樹脂層１０の真上に形成された２段目の第２の樹脂層１１の外周部に１つ形成されることとなる。

このような複数段の構成とすることで、被覆樹脂層３の基板側に発生する応力と被覆樹脂層３の外周の段差部１２に発生する応力を段差数分に分割することになる。よって、応力をさらに分散させることが可能となる。

次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法の一例について図３を参照しながら説明する。

図３（ａ）に示すようにエネルギー発生素子１を含む基板２上に、溶解可能な樹脂層４を形成する。溶解可能な樹脂層４は、個別インク流路８となるパターンで構成されている。この溶解可能な樹脂層４は、例えばドライフィルムのラミネート、レジストのスピンコート等による塗布の後、例えば紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）による露光および現像などによりパターニングされる。具体的な例としては、ポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化工業（株）社製ＯＤＵＲ−１０１０）がスピンコートにより塗布されて乾燥された後、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光により露光および現像によりパターニングが行われる。

次に、図３（ｂ）に示すように溶解可能な樹脂層４の上に第１の樹脂層１０を形成する。

次に、図３（ｃ）に示す第１の樹脂層１０を、例えば紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）露光を行い、熱を与えて最終的に段差部１２となる感光部をパターン形成する。

次に、図３（ｄ）に示すように第２の樹脂層１１を塗布する。

次に、図３（ｅ）に示す第２の樹脂層１１を例えば紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）露光を行う。

最後に、現像により、図３（ｆ）に示す第１の樹脂層１０と第２の樹脂層１１とが形成されることとなる。

以上本実施形態によれば、第２の樹脂層１１の周縁部、すなわち、第１の樹脂層１０の外周部分に段差部１２を設けたことで、被覆樹脂層３の外周部の剥離を抑制することができる。また、この段差部１２が中実構造であるため、十分な強度も確保することができる。
（第２の実施形態）
次に、図４（ａ）に本実施形態の液体吐出ヘッドの一部である記録素子基板の上面図を示す。また、図４（ｂ）に図４（ａ）のＡ−Ａ線における断面図を示す。

本実施形態は、第２の樹脂層１１に吐出口６及び個別インク流路８とからなる流路形成部を囲むように溝９が形成されている。この溝９の内側面９ａは、凹凸形状を多数有する鋸歯形状に形成されている。

本実施形態の液体吐出ヘッドの構成は第２の樹脂層１１に溝９が形成されている以外は、第１の実施形態で説明した液体吐出ヘッドと同様である。よって、第１の実施形態と同様の点についての詳細の説明は省略するとともに、第１の実施形態と同じ構成要素については第１の実施形態で用いた符号と同じ符号を用いて説明する。

溝９の内側面９ａの形状が仮に均一な平面であるとすると、広範囲にわたってすべて同一方向の応力が働くこととなる。その結果、被覆樹脂層３と密着向上層５との剥離も広範囲に発生してしまう。しかし、本実施形態では、被覆樹脂層３の溝９の内側面９ａが鋸歯状の凹凸形状を有する。このため、同じ範囲内に様々な方向の応力が混在し、一部が打ち消し合うなどして、この範囲内の被覆樹脂層３に作用する応力を小さくすることができる。さらには本実施形態の液体吐出ヘッドは、第２の樹脂層１１に溝９を設けているため、被覆樹脂層３全体の体積が減少している。すなわち、本実施形態の液体吐出ヘッドは、この体積減少分だけ、発生する応力を減少させることができる。これにより、被覆樹脂層３の外周部分の応力緩和による剥離抑制だけでなく、個別インク流路８の周辺の剥離抑制も可能となる。

なお、溝９は、段差部１２に設けられているものではないので、液体吐出ヘッドは、十分は強度を確保している。
（第３の実施形態）
次に、図５（ａ）に本実施形態の液体吐出ヘッドの一部である記録素子基板の上面図を示す。また、図５（ｂ）に図５（ａ）のＡ−Ａ線における断面図を示す。

本実施形態の液体吐出ヘッドの構成は溝１９及び連結部１４が形成されている以外は、第１の実施形態で説明した液体吐出ヘッドと同様である。よって、第１の実施形態と同様の点についての詳細の説明は省略するとともに、第１の実施形態と同じ構成要素については第１の実施形態で用いた符号と同じ符号を用いて説明する。

本実施形態の液体吐出ヘッドには吐出口６及び個別インク流路８とからなる流路形成領域を囲むように溝１９が形成されている。この溝１９の内側面は、第２の実施形態と異なり、均一な平面で形成されている。また、被覆樹脂層３の、溝１９の外周側３ａと内周側３ｂとは複数の連結部１４により連結されている。連結部１４は所定の間隔を空けて配置されている。

本実施形態の場合、内側面１９ａが均一な平面形状であるため、第２の実施形態で述べた鋸歯状の凹凸形状の内側面９ａにより得られる効果を得ることはできない。しかしながら、連結部１４により溝９の両側の被覆樹脂層３が支持されるため、被覆樹脂層３の剥離の発生を抑制することができる。

なお、本発明は、第２の実施形態の構成と第３の実施形態の構成を組み合わせてもよい。すなわち、本発明の液体吐出ヘッドは、溝の内側面の形状を凹凸形状とするとともに複数の連結部を有する構成としてもよい。

また、上記説明において示した数値等は一例であり、本発明は、これら数値に限定されるものではない。

以下に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す。

まず、図８を参照して本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例の概略を説明する。

図８（ａ１）〜図８（ｅ１）は、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図であり、図７と同様の断面で基板上の一部分を見た図である。一方、図８（ａ２）〜図８（ｅ２）は、基板上から基板表面を見た図である。

まず、図８（ａ１）、（ａ２）に示されるようにエネルギー発生素子１が形成された基板２を用意する。

次いで、図８（ｂ１）、（ｂ２）に示されるように基板２上に、溶解可能な樹脂により流路の形状のパターン２１を設ける。パターン２１は、例えばドライフィルムのラミネート、レジストのスピンコート等による塗布の後、例えば紫外線（Ｄｅｅｐ−ＵＶ光）による露光および現像などによりパターニングして形成される。具体的な材料としては、ポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化工業（株）製ＯＤＵＲ−１０１０）が挙げられる。なお、パターン２１を基板上に設ける前に、必要に応じて、基板と流路形成部材との密着性を高めるための密着向上層を設けることは差し支えない。このような密着向上層のための材料としては、例えばポリエーテルアミドが挙げられる。

次いで、パターン２１上に流路形成部材部となる被覆層２２を形成し、被覆層２２に吐出口６を形成し、図８（ｃ１）、（ｃ２）に示される状態を得る。なお、このときに段差構造１２ａが被覆層２２の外周縁部に形成されている。段差構造１２ａは被覆層２２の外縁部分全体に形成されることが、応力緩和の観点から好ましい。

次いで、図８（ｄ１）、（ｄ２）に示されるように、基板２に液体の供給口をエッチング法などにより形成する。例えば、基板２としてＳｉ基板を用いる場合、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨなどの強アルカリ溶液による異方性エッチングによりインク供給口７を形成する。より具体的な例としては、Ｓｉ基板の裏面に形成した熱酸化膜をパターニングし、このＳｉ基板を８０℃に加熱温調したＴＭＡＨ溶液で十数時間エッチングすることにより、インク供給口７を形成することができる。

次いで、図８（ｅ１）、（ｅ２）に示されるように、パターン２１を除去して個別インク流路８を形成する。パターン２１の除去は、被覆層２２越しにＤｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行った後、溶解および乾燥を行うことにより行うことができる。さらに、溶解の際に超音波処理を行えばより確実に短時間で行える。

以上の工程を行い、必要な電気接続を行うことにより液体吐出ヘッドが得られる。

次いで、以降に図８（ｂ１）、（ｂ２）で示される状態から、図８（ｃ１）、（ｃ２）で示される状態を得るまでの工程、特に、段差構造１２ａの形成方法を図９を用いて詳細に説明する。

図９は図８（ａ１）と同様の断面図である。

図９（ａ）に示されるように、基板２上に形成されたパターン２１上に流路形成部材２４を形成するための被覆層２２のうち、第１の被覆層２５を設ける。第１の被覆層２５は、具体的には、ネガ型感光性樹脂組成物をスピンコート法により塗布するにより設けられる。ここで用いられるネガ型感光性樹脂組成物は、重合性の樹脂と重合開始剤とを含むものである。重合性の樹脂としては、ラジカル重合性、カチオン重合性、アニオン重合性の樹脂等があるが、特に限定されずにもちいることが出来る。また、開始剤としては、例えばカチオン重合性の樹脂には、カチオン重合開始剤が適合する。このときのカチオン重合開始剤としては、光を受けて酸を発生させる光酸発生剤を用いることが出来る。光酸発生剤としては芳香族スルホニウム塩や芳香族ヨードニウム塩を用いることが出来る。以上の樹脂と開始剤は適当な溶媒に溶解させるなどして用いることができ、耐熱性、機械的強度等の諸特性向上のためにさらに添加剤を加えられる場合がある。とりわけ、ネガ型感光性樹脂において、重合性の樹脂としてエポキシ樹脂を用い、開始剤として光酸発生剤を用いた形態は、後述するようにフォトリソグラフィーの技術を用いるための材料として好適である。

次いで、図９（ｂ）に示されるように、第１の被覆層２５のうち、一部を紫外線などにより露光し、被露光部を形成する。露光部には光酸発生剤が感光することにより酸が発生する。このとき、図１０（図８（ａ２）〜図８（ｅ２）と同様の上面図）に示されるように、第１の被覆層２５のうち、このとき、少なくとも、パターンの外側の該パターンから離れた部分を露光する。第１の被覆層２５の、パターン２１の外側の部分に対して露光を行い、被露光部２３を形成する。図１０（ａ）においては、被露光部２３はパターン２１の外周に枠状に設けられている。図１０（ｂ）で示されるように、パターン２１の両側に隣接して、パターン２１を挟むように対向して被露光部２３が設けられていてもよい。

次いで、図９（ｃ）に示されるように、第１の被覆層２５上に、流路形成部材を形成するための第２の被覆層２６を設ける。被露光部２３上にも第２の被覆層２６が設けられる。第１の被覆層２５上に設けられた第２の被覆層２６は上述したネガ型感光性樹脂から選択可能であるが、好ましくは、ベースとなる樹脂と重合開始剤が第１の被覆層２５と同じであると好ましい。特に、それぞれのネガ型感光性樹脂組成物中に含まれている。化合物種が同一であることが好ましい。ただし、化合物種が同一であっても、それぞれの配合割合が一致する必要はなく、またスピンコート時には溶媒に対する濃度等が異なっても良い。

次いで、図９（ｄ）に示されるように、吐出口６となる部分をマスクして第２の被覆層２６とともに第１の被覆層２５を露光する。被露光部上に設けられた第２の被覆層２６のうち、被露光部２３のパターン側の一部２３ａ（パターン２１に近い側の部分）上からパターン２１上に亙る部分を露光する。そして、第２の被覆層２６のうち、第１の被覆層２５の被露光部２３の一部上からパターン２１上の領域を介して、その下部の第１の被覆層２５が露光される。第１の被覆層２５においては、被露光部２３からパターン２１上の領域が露光される。そして、マスクを用いて被露光部２３の他部２３ｂ（パターン２１から遠い側）上の領域を非露光部とする。さらに加熱を行うことにより、第１の被覆層２５と第２の被覆層２６との露光が行われた部分を硬化させる。

次いで、現像を行うことにより、第１、第２の被覆層２５、２６のうち露光が行われていない箇所が除去され、箇所が図９（ｅ）で示されるように、被覆層２２に段差構造１２ａと吐出口６とが形成される。この状態が図８（ｃ１）で示される状態と同等である。

ここで、図９（ｂ）を用いて説明された工程を行った後、図１１に示されるように加熱を行い第１の被覆層２５のうち被露光部２３を硬化させることが好適である。被露光部２３が硬化することにより、酸の拡散移動が抑制されるため、被露光部２３上に第２の被覆層２６を塗布により積層した（図９（ｃ））際に、被露光部２３から第２の被覆層２６への酸の移動が抑制される。この被露光部２３に対する加熱は酸の移動を抑制できる程度の硬化度合いを得るように行えばよい。そのため温度としては、ネガ型感光性樹脂の成分にもよるが、８０度〜９０度程度が好ましいと考えられる。被露光部２３の硬化により、その後の露光、硬化の工程（図９（ｄ））において、被露光部２３のうち２３ｂ指示で示される箇所と、第２の被覆層２６のうち２３ｂ上の領域である１１ａとは、硬化部、非硬化部として明確なコントラストがとれる。よって、現像を行った後に、段差構造１２ａのうち、被露光部２３の上面に対応する段差部１２の形状精度がよくなる。

また、上述の説明では、第１の被覆層２５に対して被露光部２３を形成した後に、第１の被覆層２５を現像しない形態を説明したが、被露光部２３を硬化させた後、第１の被覆層２５に対して現像を行う例については後述する。

図９（ｅ）で示される工程以降は、インク供給口７を形成する図８（ｄ１）、（ｄ２）で示される工程につながる。

以上の工程において、第１の被覆層２５、第２の被覆層２６のそれぞれを塗布により設けるときは、それぞれを一度の塗布で設けることは必ずしも必要ではない。複数回重ねて塗布した後に露光を行うことができる。

以上の工程を経ることにより、流路形成部材の外周領域に段差構造を精度高く得ることが可能となる。これにより流路形成部材の応力を緩和して、流路形成部材の基板からの剥がれを抑制できる。

以下に本発明の他の実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は図８（ａ１）〜（ｅ１）と同様の断面である。

まず、図１３（ａ）に示されるようにエネルギー発生素子１が設けられた基板２を用意する。

次いで、図１３（ｂ）に示されるように、基板上に流路の形状の第１のパターン２１と、溝を形成するための第２のパターン３０を設ける。この第２のパターン３０が設けられることで、第１のパターン２１の端部において被覆層によるカバレッジが良好となる。第２のパターン３０は、第１のパターン２１の外周に設けられる。

次いで、図１３（ｃ）に示されるように、両パターン上にネガ型感光性樹脂組成物からなる第１の被覆層２５を設ける。

次いで、図１３（ｄ）に示されるように、第１および第２のパターンの外周の領域に対して露光を行い、被露光部２３を形成する。

次いで、図１３（ｅ）に示されるように、第１の被覆層２５上に、流路形成部材を形成するための第２の被覆層２６を設ける。第２の被覆層２６は上述したネガ型感光性樹脂組成物から選択可能である。

次いで、図１３（ｆ）に示されるように、次いで、吐出口６となる部分と溝となる部分とをマスクして第２の被覆層２６とともに第１の被覆層２５を露光する。このとき、第２の被覆層２６のうち、被露光部２３の一部２３ａ（パターン２１に近い側の領域）上からパターン２１上に亙る領域を露光する。そして、マスクを用いて被露光部２３の他部２３ｂ（パターン２１から遠い側）上の領域を非露光部とする。さらに加熱を行うことにより、第１の被覆層２５と第２の被覆層２６との露光が行われた部分を硬化させ、第１の被覆層２５と第２の被覆層２６とを一体化させて被覆層２２となる。

次いで、図１３（ｇ）に示されるように、第１および第２のパターンを除去して個別インク流路８および溝１９が形成される。

また、以下に本発明のさらに他の実施形態としての液体吐出ヘッドの製造方法について図１５を参照して説明する。図１５は図９と同様の断面図である。

図１５（ａ）に示されるように、エネルギー発生素子１が形成された基板２上に流路の側壁を形成する側壁形成部材１６を設ける。側壁形成部材１６はネガ型感光性樹脂組成物をパターニングすることにより得られる硬化物で形成される。

次いで、図１５（ｂ）に示されるように、溶解可能な樹脂により、流路となる部分を満たし、側壁形成部材１６を被覆するように固体層１７を形成する。

次いで、側壁形成部材１６が露出するまで、固体層１７を基板に向かって研磨する。そしてこの工程により、図１５（ｃ）に示されるように側壁形成部材１６と固体層１７とは平坦化される。このとき研磨の方法としては、例えばＣＭＰ（化学機械的研磨）工程を用いることができる。

次いで、図１５（ｄ）に示されるように平坦化された側壁形成部材１６、固体層１７上に吐出口形成部材となる被覆層１８を塗布等により形成する。側壁形成部材１６上に形成された被覆層１８はネガ型感光性樹脂組成物からなり、側壁形成部材を形成するためのネガ型感光性樹脂組成物と同一の組成であることが好ましい。ネガ型感光性樹脂組成物の例は先の説明に従う。

次いで、図１５（ｅ）に示されるように、吐出口となる部分をマスクして被覆層１８を露光する。このとき、被覆層１８のうち、側壁形成部材１６の一部１６ｂ上から固体層１７に亙って露光を行い、側壁形成部材１６の外周部分１６ａ上の領域はマスクを用いて非露光部位とする。これにより被覆層１８のうち、側壁形成部材１６の流路となる領域側である内周部１６ｂ上から流路となる領域上に亙る部分が露光されたこととなる。

次いで、露光が行われた被覆層を加熱により硬化させ、現像を行う。さらにインク供給口７を形成した後、固体層１７を除去する。以上により、図１５（ｆ）に示されるように、吐出口６が形成されるとともに、側壁形成部材１６と吐出口形成部材２０とで形成される段差構造１２ａが得られる。

また上述した方法を応用して、以下のように段差構造を有する構造体を形成する方法を、図１４を用いて説明する。

図１４の（ａ）に示されるように基板２上にネガ型感光性樹脂組成物からなる第１の層２７を設ける。ネガ型感光性樹脂は、上述した説明で被覆層に使用可能である材料を使用できる。

次いで、図１４（ｂ）に示されるように、第１の層２７中を選択的に露光し被露光部２３を形成する。そしてその後、第１の層２７を加熱することで、被露光部２３を硬化させ、重合に係る活性種の拡散を抑制する。

次いで、図１４（ｃ）に示されるように、第１の層２７上に、被露光部２３を被覆するように、ネガ型感光性樹脂組成物からなる第２の層２８を設ける。第２の層２８は、第１の層２７と同一の組成であることが好ましい。

次いで、第２の層２８と第１の層２７とを部分的に露光する。このとき第１の層２７の被露光部２３の一部である２３ａで指示される部分にかかるように露光を行う。具体的には、第２の層２８のうち、２３ａで指示される部分上から、第１の層２７の非露光部上の領域に対して露光を行う。第１の層２７については、２３ａで指示される部分から第１の層２７中において、先の露光工程で露光されていない非露光部に亙って露光を行う。そして、この工程においては、被露光部２３の他部２３ｂ上の領域を非露光部とする。さらに加熱を行うことにより、第１の層２７と第２の層２８のうち、露光が行われた部分を硬化させる。

次いで現像を行い、第１の層および第２の層の露光が行われていない部分を除去し、段差構造１２ａを有する構造体２９を得ることができる。

以下に製造方法に関する実施形態を示し、本発明の製造方法につき、より具体的に説明する。
（第４の実施形態）
まず、インク供給口形成用マスク（不図示）を設けた結晶軸（１００）のＳｉ製の基板２の上に、エネルギー発生素子１を配置し、さらに保護層およびキャビテーション保護層（不図示）を形成した（図８（ａ１））。なお、エネルギー発生素子１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）。

次いで、基板２上にアクリル樹脂ポジレジストＯＤＵＲ１０１０Ａ（東京応化（株）製）により、流路のパターン２１を形成した（図８（ｂ１））。

次いで、パターン２１上に、以下の組成物Ａをスピンコート法により塗布し、９０℃／９分のベークを行い、厚さが２０μｍの第１の被覆層２５として形成した（図９（ａ））。
（組成物Ａ）
・エポキシ樹脂 ＥＨＰＥ３１５０（ダイセル化学（株）製） ９４重量部
・シランカップリング剤 Ａ−１８７（日本ユニカー（株）製） ４重量部
・光酸発生剤 ＳＰ−１７２（アデカ（株）製） ２重量部
・塗布溶媒 キシレン
次いで、第１の被覆層２５に対して、１２０ｍＪ／ｃｍ²露光量で、第１の被覆層２５の一部分を露光して、被露光部２３を形成した（図９（ｂ））。その後、９０℃で３分の加熱を行った。

次いで、組成物Ａを第１の被覆層２５上に塗布して、厚さが６０μｍの第２の被覆層２６を形成した（図９（ｃ））。

次いで、５００ｍＪ／ｃｍ²の露光量で、第１および第２の被覆層に対して露光を行った。このとき被露光部２３のうち、２３ａで図示される部分に係るように露光を行い、２３ｂで図示される部分は非露光部とした（図９（ｄ））。

次いで、キシレンを用いて現像を行うことにより、吐出口６と段差構造１２ａとを形成した（図９（ｅ））。

次いで、インク供給口７を形成し、パターン２１を除去して個別インク流路８および流路形成部材を形成した（図８（ｅ１）。

以上により液体吐出ヘッドを得た。

（第５の実施形態）
図９（ｂ）の工程において、被露光部２３を形成した後、ベークを行わなかったこと以外は第４の実施形態と同様にして液体吐出ヘッドを作成した。

（第６の実施形態）
図９（ｂ）で示される工程までは、第４の実施形態と同様に行った。

次いで、第１の被覆層２５を加熱することにより被露光部２３を硬化して、その後現像を行い、被露光部以外の部分を除去して図１２（ａ）に示される状態を得た。

次いで、被露光部２３を被覆するように第２の被覆層２６を形成した（図１２（ｂ））。

次いで、５００ｍＪ／ｃｍ²の露光量で、第１および第２の被覆層に対して露光を行った。このとき被露光部２３のうち、２３ａで図示される部分にかかるように露光を行い、２３ｂで図示される部分は非露光部とした。

以降の工程は、第４の実施形態において図９（ｅ）以降で説明される工程と同様に行って液体吐出ヘッドを得た。
（比較例１）
比較例の液体吐出ヘッドの製造方法について、図１６を参照して説明する。図１６は図８（ａ１）〜（ｅ１）と同様の断面でみた図である。

第４の実施形態の図９（ａ）に示される工程までを行った。

次いで、第１の被覆層に対して露光を行わずに、第１の被覆層２５上に第２の被覆層２６を第４の実施形態と同様にして形成し、図１６（ａ）に示される状態を得た。第１の層２７、第２の層２８の厚さは第４の実施形態と同じである。

次いで、５００ｍＪ／ｃｍ²の露光量で、第１および第２の被覆層に対して露光を行った（図１６（ｂ））。このとき第４の実施形態における被露光部２３に相当する箇所Ｘを露光領域の端部とした。

その後の工程は第４の実施形態と同様にして行って液体吐出ヘッドを得た（図１６（ｃ））。比較例１の液体吐出ヘッドには、段差構造１２ａは設けられていない。
（評価）
第４の実施形態〜第６の実施形態および比較例１の液体吐出ヘッドに以下の圧力温度試験を行った。

第４の実施形態〜第６の実施形態、比較例１のそれぞれの液体吐出ヘッドを複数用意して、インクに浸漬させ、圧力を２気圧、温度を１２１℃にして１０時間放置した。その後、各液体吐出ヘッドの基板２と流路形成部材との間に剥がれが見られるかどうかを観察した。

その結果、実施形態の液体吐出ヘッドでは、流路形成部材２４と基板２との剥がれはほとんど見られなかった。剥がれが見られたわずかなヘッドに関しても、その度合いは実質上問題とならないレベルであった。

一方、比較例の液体吐出ヘッドについては、流路形成部材２４と基板２との剥がれが見られる割合が実施形態よりも高かった。またその剥がれの程度も実施形態よりも大きかった。

以上の結果は、実施形態の液体吐出ヘッドが段差構造１２ａを持つ為、流路形成部材２４においてネガ型感光性樹脂の硬化収縮などにより生じる応力が緩和されていることによると考えられる。

さらに、第４の実施形態の液体吐出ヘッドは、第５の実施形態と比べて、段差構造１２ａのうち被露光部２３の上面に対応する段差部１２の平坦性が高かった。これは、被露光部２３の形成後に加熱を行って被露光部２３を硬化させることで、被露光部の上面の形状が第１の被覆層形成時のまま、流路形成部材２４の完成まで維持されたことによると思われる。露光により発生した酸の移動度が低くなり、その結果第２の被覆層２６中への酸の拡散が抑制されたことが寄与していると思われる。

また第４の実施形態の液体吐出ヘッドは、第６の実施形態と比較して吐出口６が設けられている面の平坦性が高かった。これは、被露光部２３の形成後、現像を行わずに第１の被覆層２５の上面を平坦に保ったまま、その上に第２の被覆層を形成したことによる効果であると思われる。

本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの模式的な斜視図である。 本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの一部である記録素子基板の上面図及び断面図である。 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を説明するための工程図である。 本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドの一部である記録素子基板の上面図及び断面図である。 本発明の第３の実施形態の液体吐出ヘッドの一部である記録素子基板の上面図及び断面図である。 従来の液体吐出ヘッドの一例の模式的な斜視図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す模式的断面図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図、および模式図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す模式図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。

１ エネルギー発生素子
２ 基板
３ 被覆樹脂層
５ 密着向上層
６ 吐出口
８ 個別インク流路
１０ 第１の樹脂層
１１ 第２の樹脂層
１２ 段差部

Claims (18)

1. 液体を吐出するための複数の吐出口と、該各吐出口に連通する流路とを有する被覆樹脂層と、液体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を有する基板と、前記被覆樹脂層と前記基板との間に設けられた密着向上層と、を備える液体吐出ヘッドにおいて、
   前記被覆樹脂層は、前記基板に最も近い第１の樹脂層と、前記基板との間に前記第１の樹脂層を挟んで配置された少なくとも一つの第２の樹脂層とを有し、前記第１の樹脂層における前記第２の樹脂層の周縁に連続して少なくとも一つの段差部が形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記密着向上層と前記被覆樹脂層との境界面からの前記段差部の表面までの高さが、前記被覆樹脂層の最も厚い部分の厚さの半分より低い位置となる前記段差部を有する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記第２の樹脂層の角部が曲面である、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記第１の樹脂層の角部は、交差する平面により形成されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第２の樹脂層に、前記吐出口及び前記流路からなる流路形成領域を取り囲むように溝が形成されている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記溝の内側面が凹凸形状を有する、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記溝の内側面が平面形状を有する、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記第２の樹脂層の前記溝の外周側と、前記第２の樹脂層の前記溝の内周側とを連結する複数の連結部を有する、請求項５ないし７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 液体を吐出する吐出口と連通する液体の流路を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
   基板上に前記流路の形状を有するパターンを設ける工程と、
   前記パターンを被覆するように、ネガ型感光性樹脂組成物からなる第１の層を前記基板上に設ける工程と、
   前記第１の層の、少なくとも前記パターンの外側の該パターンから離れた部分を露光して、前記第１の層に被露光部を形成する工程と、
   ネガ型感光性樹脂組成物からなる第２の層を前記第１の層上に設ける工程と、
   前記第２の層の、前記被露光部の前記パターン側の一部の上から前記パターンの上に亙る部分のみを露光する工程と、
   前記第１の層および前記第２の層の、露光されなかった部分を除去する工程と、
   前記パターンを除去して前記流路を形成する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記被露光部を形成した後に、前記第１の層を加熱して前記被露光部を硬化させることを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記第１の層は前記第２の層よりも薄いことを特徴とする請求項９または１０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
12. 前記第１の層と前記第２の層とは、同一のネガ型感光性樹脂組成物からなることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
13. 液体を吐出する吐出口と連通する液体の流路を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
    基板上に前記流路の形状を有するパターンを設ける工程と、
    前記パターンを被覆するように、ネガ型感光性樹脂組成物からなる第１の層を前記基板上に設ける工程と、
    前記第１の層の、少なくとも前記パターンの外側の該パターンから離れた部分を露光して、前記第１の層に被露光部を形成する工程と、
    前記第１の層のうち、前記被露光部以外の部分を除去する工程と、
    ネガ型感光性樹脂組成物からなる第２の被覆層を前記被露光部上に設ける工程と、
    前記第２の層のうち、前記被露光部の前記パターン側の一部の上から前記パターンの上に亙る部分のみを露光する工程と、
    前記第１の層および前記第２の層の、露光されなかった部分を除去する工程と、
    前記パターンを除去して前記流路を形成する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
14. 前記第１の層と前記第２の層は同一のネガ型感光性樹脂組成物からなることを特徴とする請求項１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
15. 液体を吐出する吐出口が設けられた吐出口形成部材と、前記吐出口と連通する液体の流路と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
    基板上に、ネガ型感光性樹脂組成物の硬化物からなる、前記流路の側壁を形成するための側壁形成部材を設ける工程と、
    前記吐出口形成部材となるネガ型感光性樹脂組成物の層を前記側壁形成部材上に設ける工程と、
    前記吐出口形成部材となるネガ型感光性樹脂組成物の層の、前記側壁形成部材の前記流路となる領域側の一部上から前記流路となる領域の上に亙る部分のみを露光する工程と、前記吐出口形成部材となるネガ型感光性樹脂組成物の層の、露光が行われなかった部分を除去する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
16. 基板上にネガ型感光性樹脂組成物からなる第１の層を設ける工程と、
    前記第１の層の一部に対して露光を行うことにより前記第１の層に被露光部を形成する工程と、
    前記第１の層上にネガ型感光性樹脂組成物からなる第２の層を設ける工程と、
    前記第２の層の、前記第１の層の前記被露光部の一部の上から前記第１の層の前記露光が行われなかった部分の上に亙る領域を露光し、前記第１の層の前記被露光部の他の部上の領域を非露光部とする工程と、
    前記第１および前記第２の層の、露光されなかった部分を除去する工程と、
    を有することを特徴とする構造体の形成方法。
17. 前記被露光部を形成した後に、前記第１の被覆層を加熱することを特徴とする請求項１６に記載の構造体の形成方法。
18. 液体を吐出するための複数の吐出口と、該各吐出口に連通するインク流路とを有するオリフィスプレートと、
    液体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を有する基板と、を備える液体吐出ヘッドにおいて、
    前記オリフィスプレートの外周部には段差部が形成されており、該オリフィスプレートの外周部の厚みはオリフィスプレートの最も厚い部分の半分以下であることを特徴とする液体吐出ヘッド。

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