JP2013215954A - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、吐出エネルギー発生素子から吐出口の開口までの流抵抗が小さく、流路形成部材と基板との密着性に優れる液体吐出ヘッドを製造する方法を提供することである。
【解決手段】本実施形態の製造方法は、内側開口から外側開口に向かって断面積が小さくなる形状を有する吐出口を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、基板の上に形成したネガ型感光性樹脂層の表面に、吐出口の列方向に垂直な面による断面の両側に傾斜を有する窪みを形成した後、該窪み内に潜像を形成することにより、吐出口の列方向に沿った中心線を含みかつ基板面に垂直な面による吐出口の断面における側面部と外側開口の法線との間の角度よりも、吐出口の中心を通りかつ列方向に垂直な面による吐出口の断面における側面部と外側開口の法線との間の角度の方が大きい吐出口を形成する製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関し、好ましくは、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の製造方法に関する。

近年の液体吐出ヘッド（以下、ヘッドとも称す）に対して、高画質印字が求められている。高画質印字を実現する方法として、ヘッドの吐出口径を微小化する手法や、インク吐出口の配置を高密度化する手法等が挙げられる。吐出口の配置を高密度化したヘッドを用いて印字を行う場合、より多くのヒータに同時にエネルギーが投入されることになる。そのため、ヘッド内でより多くの発熱が生じ、発生した熱がヘッドに蓄積しやすくなる。ヘッドに熱が蓄積されると、吐出量などの吐出特性が変化し、高画質印字に影響を及ぼす場合がある。その対策として、ヒータから吐出口の上側開口にかけての流抵抗を小さくすることで、投入エネルギーを少なくすることが知られている。

ヒータから吐出口の上側開口にかけての流抵抗を小さくする手法の一例として、特許文献１に記載される手法が挙げられる。特許文献１に記載のヘッドでは、流路形成部材に設けられた吐出口は互いに連通する上部吐出口と下部吐出口から構成され、下部吐出口の形状は上部吐出口に近づくに従って断面積が小さくなるテーパ形状となっている。

米国特許第７５８５６１６号明細書

ここで、図５は、上部吐出口５２１と下部吐出口５２０からなる吐出口を高密度で配列した構成を示す模式的断面図である。図５に示すように、高密度で吐出口を配列する場合、下部吐出口５２０に角度５１７をつけると、隣接するインク流路間の壁（以下、流路壁とも称す）が薄くなり、流路形成部材と基板１との密着性が弱くなる場合がある。

そのため、吐出口の配列方向（図５におけるＡＡ’方向）と平行であって基板面に垂直な面で切断した吐出口の断面にはテーパ角度をつけず、吐出口の配列方向に対して垂直な面で切断した吐出口の断面にはテーパ角度をつけた形状とすることが望ましい。

そこで、本発明の目的は、吐出エネルギー発生素子から吐出口の開口までの流抵抗が小さく、流路形成部材と基板との密着性に優れる液体吐出ヘッドを製造する方法を提供することである。

そこで、本発明は、
液滴を吐出するためのエネルギーを発生する複数の吐出エネルギー発生素子を第一の面側に有する基板と、前記液滴を吐出する複数の吐出口を構成し、前記基板の前記第一の面の上に設けられる流路形成部材と、を備え、
前記吐出エネルギー発生素子は前記基板の前記第一の面側に列状に少なくとも１列配置され、
前記吐出口は、前記吐出エネルギー発生素子に対応した部分に形成され、かつ内側開口から外側開口に向かって断面積が小さくなる形状を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（１）前記基板の上にネガ型レジストを配置してネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、
（２）前記ネガ型感光性樹脂層の表面に、前記吐出口の列方向に垂直な面による断面の両側に傾斜を有する窪みを形成する工程と、
（３）露光処理を行い、未露光部からなる前記吐出口の潜像を前記窪みに形成する工程と、
（４）現像処理を行って前記未露光部を除去することにより、前記吐出口を形成する工程と、
をこの順に有し、
前記潜像の表面部は、該潜像の表面部の端部が前記両側の傾斜に位置されるように前記窪み内に配置され、
前記潜像の前記列方向に沿った中心線を含みかつ基板面に垂直な面による前記潜像の断面における側面部と表面部の法線との間の角度よりも、前記潜像の中心を通りかつ前記列方向に垂直な面による前記潜像の断面における側面部と表面部の法線との間の角度の方が大きいことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。

本発明によれば、吐出エネルギー発生素子から吐出口の開口までの流抵抗が小さく、流路形成部材と基板との密着性に優れる液体吐出ヘッドを製造する方法を提供することができる。

本発明の実施形態の製造方法で得られる液体吐出ヘッドの構成例を示す模式図である。 本発明の実施形態の製造方法を説明するための断面工程図である。 本発明の実施形態の製造方法を説明するための断面工程図である。 本実施形態における吐出口形状が形成されるメカニズムを説明するための模式図である。 従来の液体吐出ヘッドの吐出口の形態を示す模式図である。 本発明の実施形態おける口径１２μｍの吐出口を形成する際の窪み寸法と角度１７の関係を示す図である。 本発明の実施形態で得られる液体吐出ヘッドにおける吐出口の構成例を示す模式図である。 本発明の実施形態で得られる液体吐出ヘッドの構成例を示す模式的斜視図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態で示される数値は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施形態に限らず、これらをさらに組み合わせるものであってもよく、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。

また、本明細書では、本発明の適用例としてインクジェット記録ヘッドを例に挙げて説明するが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、バイオッチップ作製や電子回路印刷用途の記録ヘッド等にも適用できる。記録ヘッドとしては、インクジェット記録ヘッドの他にも、例えばカラーフィルター製造用ヘッド等も挙げられる。

図８は本発明の実施形態における液体吐出ヘッドの構成例を示す模式的斜視図である。図１（ａ）は、図８の点線Ａで囲まれた部分の構造を説明するための模式的部分拡大図である。図１（ｂ）は、上面側から見た吐出口付近の構造を説明するための模式的部分拡大図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ′線の断面における液体吐出ヘッドの模式的断面図を示す。また、図１（ｄ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ′線の断面における液体吐出ヘッドの模式的断面図を示す。

本発明の実施形態の液体吐出ヘッドは、インクを吐出するために利用されるエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子２（以下、ヒータとも称す）が所定のピッチで形成された基板１を有している。ヒータ２は基板の表面（第一の面とも称す）側に列状に少なくとも１列配置されている。基板１にはインクを供給するインク供給口６が基板１を基板の裏面（第二の面とも称す）から表面まで貫通して形成されている。また、インク供給口６の基板表面側の開口はヒータ２の２つの列の間に配置されている。基板１のヒータ２が形成されている面（表面）上には、流路形成部材４が設けられている。流路形成部材４は、各ヒータの上方に配置された吐出口２０と、インク供給口６から吐出口２０に連通するインク流路３と、を構成している。この液体吐出ヘッドは、インク供給口６からインク流路３を通って供給されるインクに、ヒータ２によって発生する圧力を加えることによって、吐出口２０からインク滴を吐出する。図における符号５は、吐出口２０の外側開口（図において上側の開口）を指し、符号１３は、吐出口２０の内側開口（図において下側の開口）を指す。

図において、流路形成部材４の表面（図において上側の面）には窪み９がヒータ２の列方向に沿って設けられている。ヒータ２の列方向（以下、ヒータ列方向とも称す）に垂直な面による窪み９の断面形状（図１（ｃ）に相当）において、窪み９の表面形状は懸垂線形状を有しており、窪み９の最深部が窪みの中心に位置している。また、窪みの最深部の深さは、吐出口２０からなる列の形成領域において一定となっている。

窪み９内には、吐出口２０の外側開口５が配置されており、吐出口の中心は窪み９の最深部に位置している。吐出口２０は、図１（ｂ）に示すように、外側開口５は円形状であり、内側開口１３は楕円形状を有している。吐出口２０は、基板面に平行な面による断面おいて、内側開口１３（特に開口の最下点）から外側開口５に向かって断面積が小さくなっている。また、吐出口２０の基板面に平行な面によるすべての断面の中心は、同軸上に位置している。また、図１（ｃ）に示すように、吐出口の列方向に沿った中心線（図１における点線Ａ−Ａ′に相当する線）を含み基板面に垂直な面による吐出口の断面（図１（ｃ）に相当する断面）において、吐出口２０の側面部と吐出口の外側開口５の法線との間の角度はほぼ０°となっている。一方、吐出口の中心を通り吐出口の列方向（ヒータ列方向）に垂直な面による吐出口の断面（図１（ｄ）に相当する断面）において、吐出口２０の側面部と吐出口の外側開口５の法線との間には所定の角度がついている。

本実施形態により得られる液体吐出ヘッドは、吐出口２０がヒータ２の上方に配置され、吐出口２０の点線Ｂ−Ｂ′による断面において、内側開口１３から外側開口５に向かって徐々に断面積が小さくなるテーパ形状を有している。基板面に垂直な面による吐出口の断面における吐出口２０の側面部と外側開口５の法線との間の角度１７は、吐出口２０の点線Ｂ−Ｂ′による断面（つまり吐出口の中心を通りヒータ列方向に垂直な面による断面）において、角度１７は５°以上２０°以下であることが好ましい。また、吐出口２０の点線Ｂ−Ｂ′による断面における角度１７は、２０°よりも大きくてもよい。角度１７は、所望される吐出特性に応じて、各吐出口毎に作り分けることも可能である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図２は、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造工程を説明するための図１の点線Ｂ−Ｂ′による断面における断面工程図である。

まず、図２（ａ）に示すように、インクを吐出するエネルギーを発生するヒータ２が所定のピッチで表面側（第一の面側）に列状に配置された基板１の上に、インク流路３の型となる流路型材７を形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、基板１及び流路型材７の上にネガ型レジストを配置してネガ型感光性樹脂層８を形成する。

ネガ型感光性樹脂層８は、その硬化物の特性としての機械的強度、インク耐性、及び下地との密着性、さらにはフォトリソグラフィー材料としての解像性等の観点から選択されることが望ましい。これらの特性を満足するネガ型レジストとしては、カチオン重合性を有することが好ましく、カチオン重合型のエポキシ樹脂組成物を好適に用いることができる。特に、ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂、フェノールノボラック型のエポキシ樹脂、クレゾールノボラック型のエポキシ樹脂、オキシシクロヘキサン骨格を有する多官能エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、オキセタン樹脂をベースとする光カチオン重合型のエポキシ樹脂組成物、オキセタン樹脂組成物およびそれらを混合した組成物等が好適に用いられる。なお、エポキシ基を３個以上有する上記エポキシ樹脂を用いることで、その硬化物は３次元架橋することが可能となり、所望の特性を得るのに適している。市販のエポキシ樹脂としては、例えば、ダイセル化学工業製「セロキサイド２０２１」、「ＧＴ−３００シリーズ」、「ＧＴ−４００シリーズ」、「ＥＨＰＥ３１５０」（商品名）、ジャパンエポキシレジン社製「１５７Ｓ７０」（商品名）、大日本インキ化学工業株式会社製「エピクロンＮ−８６５」（商品名）、ヘキシオン社製「ＥＰＩＫＯＴＥ６３１」（商品名）等が挙げられる。上記エポキシ樹脂組成物に添加される光重合開始剤としては、例えば、スルホン酸化合物、ジアゾメタン化合物、スルホニウム塩化合物、ヨードニウム塩化合物、ジスルホン系化合物などが好ましい。光重合開始剤の市販品としては、例えば、ＡＤＥＫＡ社製「アデカオプトマーＳＰ−１７０」、「アデカオプトマーＳＰ−１７２」、「ＳＰ−１５０」（商品名）、みどり化学製「ＢＢＩ−１０３」、「ＢＢＩ−１０２」（商品名）、三和ケミカル製「ＩＢＰＦ」、「ＩＢＣＦ」、「ＴＳ−０１」、「ＴＳ−９１」（商品名）等が挙げられる。さらに、上記エポキシ樹脂組成物には、フォトリソグラフィー性能や密着性能等の向上を目的に、アミン類などの塩基性物質、アントラセン誘導体などの光増感物質、シランカップリング剤などを含ませることができる。

また、ネガ型レジストとしては、例えば、市販されている化薬マイクロケム社製「ＳＵ−８シリーズ」、「ＫＭＰＲ−１０００」（商品名）、東京応化工業社製「ＴＭＭＲ Ｓ２０００」、「ＴＭＭＦ Ｓ２０００」（商品名）等も用いることができる。

流路型材７は、ネガ型感光性樹脂層８に用いるネガ型レジストに溶解しないこと、微細パターンが形成可能であること、ノズル形成後に除去が可能なこと等の観点から選択されることが望ましい。流路型材７としては、ポジ型レジストが用いられることが好ましく、例えば、具体的には、ポリメチルイソプロペニルケトン、ポリビニルケトン等のビニルケトン系、あるいはアクリル系の光崩壊型高分子化合物等を好適に用いることができる。アクリル系の光崩壊型高分子化合物としては、例えば、メタクリル酸とメタクリル酸メチルとの共重合体、メタクリル酸とメタクリル酸メチルと無水メタクリル酸との共重合体などが挙げられる。

次に、図２（ｃ）に示すように、マスク（不図示）を介して、フォトリソグラフィー法により、第一の露光処理を行い、未露光部からなる溝パターン１０を形成する。溝パターン１０は、複数のヒータ２からなる列に対応する位置に、ヒータ列方向に沿って形成される。

溝パターン１０の短手方向の幅は、例えば、１３〜１００μｍである。

次に、図２（ｄ）に示すように、ネガ型感光性樹脂層８に用いるネガ型レジストの軟化点以上の温度で熱処理（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ、以下、ＰＥＢ）をすることにより、溝パターン１０に窪み９を形成する。換言すると、ネガ型レジストの軟化点以上の温度で熱処理を施すことにより、溝パターン１０の表面を凹ませ、窪み９を形成する。

なお、窪み９の形状及び配置は、ヘッドの必要特性に応じて適宜選択することが可能である。具体的には、窪みの形状及び配置は、溝パターン１０の形状及び配置を調整することにより制御可能であり、溝パターン１０の形状及び配置はマスクにより調整できる。また、窪み９の深さは、第一の露光時の露光量、熱処理の温度および時間、又は流路形成部材の膜厚などによって調整することが可能である。

本実施形態において、窪みの最深部の深さは吐出口列の形成領域において一定に形成されている。

熱処理の温度は、例えば、６０〜１５０℃である。

吐出口の列方向と垂直な面による窪みの断面形状は、例えば、懸垂線形状である。

次に、図２（ｅ）に示すように、マスク（不図示）を介して第二の露光処理を行い、吐出口２０の潜像２５を形成する。

本実施形態では、潜像２５の表面部（窪み面に露出している面）は、窪み９内に配置されている。また、潜像２５は、その表面部の中心が窪み９の最深部に位置するように形成されている。

次に、図２（ｆ）に示すように、現像処理を行うことで、吐出口２０を形成する。

得られる吐出口２０の形状は、図１に示すように、点線Ａ−Ａ′による断面における側面部と外側開口の法線との間の角度よりも、点線Ｂ−Ｂ′による断面における側面部と外側開口の法線との間の角度の方が大きくなっている。とくに、本実施形態では、Ａ−Ａ′による断面における側面部と外側開口の法線との間の角度が０°に形成されている。また、吐出口の列方向に沿った基板面に垂直な面による吐出口の全ての断面における側面部と外側開口の法線との間の角度よりも、点線Ｂ−Ｂ′による断面における側面部と外側開口の法線との間の角度の方が大きくなっている。また、本実施形態において、基板面に平行な面における平面図において、吐出口の外側開口は円形状であり、内側開口は楕円形状となっている。

前記第一および第二の露光に用いる露光装置としては、例えば、Ｉ線露光ステッパー（キヤノン社製）、ＫｒＦステッパー（キヤノン社製）などの単一波長の光源や、マスクアライナーＭＰＡ−６００Ｓｕｐｅｒ（商品名、キヤノン製）などの水銀ランプのブロード波長を光源に持つ投影露光装置を用いることができる。また、マスクとしては、例えば、露光波長の光を透過させるガラスや石英などの材質からなる基材に、吐出口などのネガ型感光性樹脂層８を硬化させないパターンに合わせてクロム膜などの遮光膜が形成されたものを用いることができる。

次に、図２（ｇ）に示すように、異方性エッチングによりインク供給口６を形成する。その後、インク供給口６から流路型材７を除去することにより、インク流路３を形成する。

より具体的には、基板１の裏面（第二の面）にインク供給口（液体供給口）６を形成するためのマスク（不図示）を配置し、基板１の流路形成部材４側をゴム膜等の保護膜（不図示）によって保護する。その後、Ｓｉ基板の異方性エッチングによって裏面から表面までエッチングし、インク供給口６を形成する。インク供給口６を形成した後、保護膜を取り去り、溶剤を用いて流路型材７を溶解除去する。

その後、流路形成部材４を完全に硬化させるために、２００℃で１時間加熱プロセスを実施した後、電気的な接続及びインク供給の手段を適宜配置して、液体吐出ヘッドを完成させる（不図示）。

なお、流路形成部材４の表面に撥水層を形成しても構わない。撥水層はインクに対する撥水性と、ワイパー等による接触を伴う拭き取りに対する高い機械的強度が求められる。そこで、撥水層としては、フッ素、ケイ素等の撥水性を有するネガ型レジストや、フッ素含有基を有する加水分解性シラン化合物とカチオン重合性基を有する加水分解性シラン化合物とを含む縮合物が好適に用いられる。例えば、ネガ型感光性樹脂層８の塗布および熱処理後に撥水層を形成してネガ型感光性樹脂層８の露光と同時にパターニングすることにより、撥水層を好適に形成することができる。

以下、本発明において、図１（ｄ）における吐出口２０の断面における吐出口の側面部と外側開口５の法線との間に角度１７が形成されるメカニズムについて図４を用いて説明する。

図４（ａ）は、凹み４２１が形成されたネガ型感光性樹脂層４０８を、上方から見た模式的平面図である。なお、ネガ型感光性樹脂層８以外の構造物は省略している。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す凹み４２１の中心を通る点線Ｃ−Ｃ′における断面を示す模式的断面図である。また、図４（ｃ）は、図４（ａ）に示す凹み４２１の中心を通る点線Ｄ−Ｄ′における断面を示す模式的断面図である。図４（ａ）において、ｄ１は点線Ｃ−Ｃ′方向における凹み４２１の幅を指し、ｄ３は点線Ｄ−Ｄ′方向における凹み４２１の幅を指す。また、ｄ１よりもｄ３の方が大きい。また、凹み４２１の表面は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような楕円面形状となっている。また、点線Ｃ−Ｃ′における凹みの断面（図４（ｂ）参照）において、基板面に垂直な凹みの中心線（凹みの表面の中心を通り基板面に垂直な線）に対して左右対称となっている。また、点線Ｄ−Ｄ′における凹みの断面（図４（ｃ）参照）において、基板面に垂直な凹みの中心線に対して左右対称となっている。凹み４２１は上述の実施形態における窪み９と同様な役割を果たすものであり、点線Ｃ−Ｃ′方向と点線Ｄ−Ｄ′方向で照射光の屈折率の違いを利用して、本実施形態の吐出口を形成するものである。

まず、図４（ｂ）を用いて凹み４２１の効果を以下に説明する。

図４（ｂ）において、照射端部４１８ａはネガ型感光性樹脂層４０８の表面における露光領域の端部を指し、照射端部４１８ａは凹み４２１内に位置するようにマスク４１５を介して露光されている。また、マスク４１５は、直径ｄ２（ｄ１＞ｄ２）の吐出口パターンに対応する遮光部４１６を有する。

マスク４１５を介して凹み４２１の照射端部４１８ａに照射された光はネガ型感光性樹脂層内に入射し、ネガ型感光性樹脂層内に入射しした光は照射端部４１８ａで屈折して進行する。

ここで、照射端部４１８ａにおける凹み４２１の接線をＬ２とし、接線Ｌ２に対する垂線を垂線Ｌ３とし、垂線Ｌ３と照射光４１９とのなす角度をθ１とし、垂線Ｌ３と照射端部４１８ａにおいて屈折した光（屈折光）と間の角度をθ２とした場合、スネルの法則を用いると、ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２の関係式が成り立つ。ここで、ｎ１は凹み４２１内の空間の屈折率であり、ｎ２はネガ型感光性樹脂層の屈折率である。凹み４２１内の空間が空気である場合はｎ１＝１であり、ネガ型感光性樹脂層の屈折率ｎ２は１以上であることから、屈折角θ２＜θ１となる。したがって、凹み４２１内に照射した光による遮光部は深部に向かうほど広がるため、現像処理によって得られる吐出口の形状は、ネガ型感光性樹脂層の深部から吐出口の外側開口に向かう方向に徐々に断面積が小さくなるテーパ形状となる。

次に、図４（ｃ）を用いて、凹み４２１の直径が大きい場合（直径ｄ３＞ｄ１）について説明する。

図４（ｃ）における照射端部４１８ｂにおける凹み４２１の接線をＬ４とすると、接線Ｌ４の傾きは、図４（ｂ）における接線Ｌ２の傾きに比べ、入射光（照射光）４１９に対する垂直方向に近づいている。そのため、ネガ型感光性樹脂層が同じ材料であれば、入射角はθ３＜θ１となるため、屈折角についてはθ４＜θ２となる。したがって、凹み４２１の照射端部４１８ｂの位置、つまり凹み４２１の接線の傾きによって、得られる吐出口のテーパ角度１７が変わってくる。凹み４２１の接線の傾きが入射光に対する垂直方向により近づくほど、吐出口の側面と吐出口の外側開口の法線との間の角度１７は小さい値となる。

なお、吐出口を形成した際の角度１７は、露光時の光学条件やネガ型感光性樹脂層８に用いる材料などの影響も受けて形成される。

また、ネガ型感光性樹脂層８の窪み９内に吐出口を形成する際、吐出口にテーパ角度１７をつけないためには、窪み９内の接線が入射光に対して垂直となる部分を用いる。つまり上述の実施形態のようにθ３を０にすることができる。上述の実施形態では、窪み９の最深部に位置する照射端部でθ３が０となる。

また、流路形成部材のうち流路壁部分の硬化は、吐出口パターンを露光する光を用いて行っており、上述の実施形態では、図２（ｅ）に示す工程における第二の露光時に実施している。また、凹み４２１の寸法が吐出口ピッチに比べて小さい場合や、吐出口パターンを露光する時の入射角θ１が大きい場合など、凹み４２１で屈折した露光光が隣接する凹みからの露光光とネガ型感光性樹脂層内で交差してしまい、所望の流路壁の形状が得られない場合がある。そのため、吐出口ピッチ、窪み９の寸法、吐出口径、テーパ角度など、適宜設定してヘッドを作製する必要がある。

上述の実施形態では、インク供給口に沿ってインク供給口の片側につき吐出口が１列配置された形態について説明したが、吐出口は列状に形成されていればよく、例えば、インク供給口の片側につき吐出口を複数列設けることもできる。

また、上述の実施形態では、列方向に沿って窪みを形成する例を具体的に説明したが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、図４に示すように、各吐出口毎に窪みを形成する構成とすることができる。この場合、θ３≒０であることが好ましい。また、窪みは吐出口の列方向に垂直な面による断面の両側に傾斜を有する形状を有すればよい。

本実施形態で得られる吐出口の形状は、吐出口の列方向に沿った中心線（図１（ｂ）の点線Ａ−Ａ′に相当する線）を含みかつ基板面に垂直な面による吐出口の断面（図１（ｃ）に相当する断面）における側面部と外側開口の法線との間の角度よりも、吐出口の中心を通りかつ列方向に垂直な面による吐出口の断面（図１（ｄ）に相当する断面）における側面部と外側開口の法線との間の角度の方が大きい。つまり、窪み９内に吐出口の潜像を形成するが、潜像の列方向に沿った中心線を含みかつ基板面に垂直な面による潜像の断面における側面部と表面部の法線との角度よりも、潜像の中心を通りかつ列方向に垂直な面による潜像の断面における側面部と表面部の法線との角度の方が大きい。

また、本実施形態で得られる吐出口の形状は、列方向に沿った基板面に垂直な面による吐出口の全ての断面における側面部と外側開口の法線との間の角度よりも、吐出口の中心を通りかつ列方向に垂直な面による吐出口の断面における側面部と外側開口の法線との間の角度の方が大きいことが好ましい。つまり、列方向に沿った基板面に垂直な面による潜像の全ての断面における側面部と表面部の法線との間の角度よりも、潜像の中心を通りかつ列方向に垂直な面による潜像の断面における側面部と表面部の法線との間の角度の方が大きいことが好ましい。

上述の実施形態では、基板面に平行な潜像の断面において、表面部の形状が円形状であり、裏面部（潜像のうち表面部と反対側の面）の形状が楕円形状であるが、本発明は特にこの形態に限定されるものではない。

本実施形態では、窪み内に吐出口の潜像を形成し、窪みの傾斜による屈折角度の違いを利用して吐出口の潜像を形成するが、窪みの形状は上述の形状を有する吐出口を形成できるものであれば特に制限されない。窪みは、例えば、上述の実施形態で説明したような、列方向に沿って形成されることができ、またさらにその短手方向の断面が懸垂線形状を有する形状に形成することができる。また、特にその短手方向の断面が懸垂線形状である必要はなく、上述の吐出口を形成できるものであれば、適宜形状を選択することができる。

また、図４に示したように、各吐出口に一つの窪みを配置することもでき、その形状も適宜選択することができる。

また、上述の実施形態では、フォトリソ工程を用いて形成した溝パターン１０を熱処理して凹ませることにより窪み９を形成したが、窪み９はインプリント方式などの別の方式で形成しても構わない。

以下に、インプリント法を用いて窪み９を形成する手法について説明する。インプリント法では、転写する窪みに対応する凸パターンを有する成形用原版（以下、モールド）を、ネガ型感光性樹脂層８に押し付けることで、窪みパターンをネガ型感光性樹脂層８に転写することが可能である。モールドを押し付ける条件としては、例えば、モールド温度が２０〜１２０℃、圧力が０．０１〜５ＭＰａである。一般的なインプリント法では、パターンを転写する樹脂のガラス転移温度以上にモールドを加熱し、数ＭＰａの圧力でパターンを転写する。しかし、本件ではパターンのアスペクト比が小さく、また窪みパターンをネガ型感光性樹脂層８の深部まで転写する必要がないことから、比較的低温、低圧力でパターニングすることが可能である。モールドの基材としては、例えば、各種金属材料、ガラス、セラミック、シリコン、石英、プラスチック、感光性樹脂などの種々の材料を用いることが可能である。インプリント法を用いて窪み９を形成する場合、溝パターン１０を設けた後、該溝パターン１０に窪みパターンをモールドを用いて形成することもできる。

また、上述の実施形態では、溝パターンを形成した後に該溝パターンの表面に窪みを形成したが、特に溝パターンに限定されるものではない。つまり、ネガ型感光性樹脂層を露光して未露光部からなる露光パターンを形成した後に熱処理することにより、該露光パターンの表面部に窪みを形成することができる。露光パターンは所望の窪み形状に応じて適宜選択することができる。

（実施例１）
以下に、本発明の第１の実施例について説明する。本実施例では、図１及び８に示す構成を有する液体吐出ヘッドを製造した。

また、本実施例で得られた液体吐出ヘッドにおいては、吐出口の高さが２５μｍ、インク流路の高さが１４μｍ、吐出口の外側開口の直径が１２μｍ、吐出口ピッチが２１μｍ（１２００ｄｐｉ）である。また、吐出口の外側開口の中心を通りかつ点線Ａ−Ａ′方向（吐出口の列方向）に平行な面による吐出口の断面形状において、テーパ角は０°である。また、吐出口の開口の中心を通りかつ点線Ａ−Ａ′方向に垂直な面による吐出口の断面形状において、テーパ角は１５°である。

なお、図１（ｃ）に示すように、吐出口の高さは、基板１から吐出口５の表面側開口（外側開口）までの距離ｈ１を示し、インク流路の高さは、インク流路３の厚さｈ２を示している。ピッチは、隣接するヒータ２間の距離（中心間の距離）を示している。また、吐出口の開口径は、図１（ｂ）に示す吐出口の上面図における吐出口の表面側開口（外側開口）の直径を示す。本実施例においては、上面図における吐出口の外側開口の形状は円状である。なお、吐出口の内側開口（裏面側開口とも称す）の形状は、楕円状となっている。

本実施例は、上述の実施形態、つまり図２に示す工程に従って、液体吐出ヘッドを作製した。

まず、図２（ａ）に示すように、ヒータ２を表面側（第一の面側）に設けた基板１上に、流路型材７となる材料のポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化工業社製、商品名；ＯＤＵＲ−１０１０）を１４μｍの膜厚で塗布し、１２０℃で６分間熱処理した。そして、露光および現像を行い、インク流路３の型パターンである流路型材７を形成した。

本実施形態において、流路壁の幅が４μｍ以下になると、液体吐出ヘッドの駆動時の熱等の影響で、流路壁と基板間で剥れが発生する可能性がある。そのため、本実施例においては、流路壁の幅を６μｍとするため、吐出口の開口中心を通り、吐出口の列方向に平行であり、基板面に垂直な面による断面における流路壁の幅（以下、インク流路幅）が１５μｍとなるように流路型材７を形成した。

次に、図２（ｂ）に示すように、流路形成部材４としてカチオン重合性の光重合性樹脂組成物であるＳＵ−８レジスト（日本化薬社製、商品名；ＳＵ−８ ３０２５）を、基板１及び流路型材７の上に基板１表面からの膜厚が２５μｍとなるように塗布し、９５℃で１０分間熱処理した。

次に、図２（ｃ）に示すように、Ｉ線露光ステッパー（キヤノン社製）を用いて、露光部を２５００Ｊ／ｍ²で露光し、未露光部である溝パターン１０を形成した（図２ｃ）。溝パターンは、吐出口の列方向に対して垂直な面による断面における基板面と平行な方向の幅が２０μｍとなるように形成した。なお、マスク上の溝パターンに対応する遮光部における、図１（ｂ）の点線Ｂ−Ｂ′方向のｄに対応する寸法は２０μｍである。また、前記遮光部は、長手方向の形状を吐出口の列長さに加えて両末端の吐出口端部から各１１μｍ外側まで延展させて形成した。

次に、図２（ｄ）に示すように、１００℃で４分間ＰＥＢ処理を行うことで、溝パターン１０の表面に窪み９を形成した。

ここで、溝パターンの長手方向（吐出口の列方向）に沿った中心線に吐出口の中心が位置することとなる。また、溝パターン内には、列状に配置された各吐出口のすべての開口が形成される。また、窪み９の深さ（流路形成部材の表面から窪み９の最深部（最下点）までの距離）は、約４μｍであった。

次に、図２（ｅ）に示すように、Ｉ線露光ステッパーを用いて３５００Ｊ／ｍ²で露光し、吐出口の潜像２５を形成した。このとき、潜像２５の表面部（窪み面に露出している面）の中心が窪み９の最深部に位置するように潜像２５を形成した。また、マスク上の吐出口に対応する遮光部の直径は、１２μｍとした。

次に、図２（ｆ）に示すように、９０℃で４分間ＰＥＢ処理した後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを用いて現像し、吐出口２０を形成した。

次に、図２（ｇ）に示すように、結晶異方性エッチングを用いてインク供給口６を形成した後、表面全体に紫外線を照射してインク流路の型パターンを構成する流路型材７を分解した。そして、乳酸メチルを用いて流路型材７を溶解除去することで、液体吐出ヘッドを作製した。

得られた液体吐出ヘッドの吐出口２０部分を切断して断面形状を測定したところ、点線Ａ−Ａ′による吐出口の断面は、テーパ形状ではなく、矩形状であった。つまり、角度１７は０°であった。また、点線Ｂ−Ｂ′による吐出口の断面はテーパ形状を有し、角度１７は１５°であった。

また、本実施例の製造方法において、吐出口径１２μｍの場合、点線Ｂ−Ｂ′による断面における吐出口の側面部と外側開口の法線との間の角度１７、及び窪み９の短手方向の幅ｄ（図１（ｂ）参照）の相関を図６のグラフに示す。図６に示すように、窪み９の幅ｄを３４μｍとした場合、角度１７は１°であり、窪み９の幅ｄを２０μｍとした場合、角度１７は１５°であった。

また、本実施例においては、吐出口は、基板の上方から俯瞰した形状が円状となるように、吐出口に対応する遮光部が円状のマスクを用いて形成したが、吐出特性などを考慮して、図７（ａ）から（ｃ）に示す形状をはじめ、適宜形状を選定してもよい。特に、図７（ｃ）のような吐出口内にそれぞれが対向する突起２２ａ、ｂが設けられた吐出口２０を用いることで、突起２２ａ、ｂ間に液体を保持させることができる。そのため、インク液滴の吐出時にインク滴が複数（主滴とサテライト）に分かれるのを大幅に低減することができ、高画質印字を実現することができる。特に、突起２２ａ、ｂを有する吐出口は、点線Ａ−Ａ′による断面における角度１７が小さいほど、突起２２ａ、ｂ間で液体を保持する力が強くなり、サテライトの発生を低減させる効果が大きくなる。突起２２ａ、ｂは吐出口の列方向、および吐出口列と垂直方向のいずれに形成しても構わない。しかし、図７（ｄ）に示すように、突起２２ａ、ｂと吐出口の列方向が一致するように突起２２ａ、ｂを設けることで、突起の先端部の吐出口部分は角度１７がほぼ０°となるため、より大きい効果が得られる。

（実施例２）
以下に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例においては、隣接するヒータ２間が６００ｄｐｉの基板を用いた。また、インク流路３の高さを１９μｍ、吐出口２０の高さを５５μｍ、インク流路幅を３６μｍ、吐出口の外側開口５の直径を３０μｍとした。

図３は、本実施例の製造方法を説明するための図１の点線Ｂ−Ｂ′による断面における工程断面図である。

まず、図３（ａ）に示すように、インクを吐出するエネルギーを発生するヒータ２を配置した基板１に、流路形成部材のうち壁部分を構成する壁部材１１となる、表１に示す第一のネガ型感光性樹脂層８ａを形成した。

本実施例において用いる第一のネガ型感光性樹脂層８ａを表１に示す。

次に、図３（ｂ）に示すように、Ｉ線露光ステッパー（キヤノン社製）を用いて、ネガ型感光性樹脂層８ａの流路パターンを配置する領域を除く部分を３５００Ｊ／ｍ²で露光し、９０℃で５分間ＰＥＢを行った。その後、キシレンとメチルイソブチルケトン混合溶媒で現像して、壁部材１１を形成した。

次に、図３（ｃ）に示すように、壁部材１１上にスピンコート法を用いて溶解可能な樹脂層を形成した。溶解可能な樹脂層の膜厚は、壁部材１１の高さよりも、十分厚くした。

溶解可能な樹脂層を配置する方法としては、他にも、例えば、ダイレクトコート法、ラミネート転写法などの方法があるが、これに限られるものではない。

また、本実施例では、溶解可能な樹脂層としてクレゾールノボラック樹脂を用いた。

次に、図３（ｄ）に示すように、溶解可能な樹脂層を壁部材１１の上面まで研磨することにより、壁部材１１により囲われた領域に埋め込まれた、流路型材７を形成した。

研磨方法としては、スラリーを用いた化学機械的研磨方法であるＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）技術を用いることが可能である。この場合、先に形成したネガ型感光性樹脂からなる壁部材１１は露光により十分に硬化されているため、溶解可能な樹脂と壁部材１１は硬度に差がある。そのため、壁部材１１が研磨のストップ層としての役割を果たす。したがって、安定して壁部材１１の上部まで溶解可能な樹脂を研磨で除去することが可能であり、一定の膜厚を有する流路型材７を再現良く得ることが可能である。研磨の際に使用する研磨砥粒は、例えば、アルミナ、シリカなどを使用することができる。

次に、図３（ｅ）に示すように、壁部材１１および流路型材７の上に、ドライフィルム化したレジスト（以下、ＤＦ）をラミネート処理を用いて配置することで、第二のネガ型感光性樹脂層８ｂを形成した。ラミネート処理後、９０℃５分間熱処理した。

次に、図３（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィー技術により、マスク（不図示）を用いて、溝パターン１０を形成した。より具体的には、Ｉ線露光ステッパー（キヤノン社製）を用い、２５００Ｊ／ｍ²、樹脂表面から基板面側に５０μｍフォーカスをずらした条件で露光し、溝パターン１０を形成した。そして、図３（ｇ）に示すように、１００℃で５分間の熱処理を行い、溝パターン１０の表面に窪み９を形成した。

溝パターンは、ヒータ２の列に対応する位置にヒータ列に沿って形成した。また、図１（ｂ）の点線Ｂ−Ｂ′による断面における溝パターンの幅（ｄに相当）が４０μｍであった。また、溝パターンは、点線Ａ−Ａ′の方向（列方向）の吐出口列長さに加えて両末端の吐出口端部から各１０μｍ外側まで延展させて形成した。窪み９の深さは、約４μｍであった。

次に、図３（ｈ）に示すように、マスク（付図示）を介して、吐出口の潜像をＩ線露光ステッパーを用い、３５００Ｊ／ｍ²で露光し、吐出口の潜像２５を形成した。また、図３（ｈ）の１２は流路形成部材の上壁を構成する吐出プレートを指す。

潜像２５は、溝パターン１０の表面に設けられた窪み９内にその表面部が収まるように配置した。また、各吐出口の潜像２５の表面部の中心が溝パターンの短手方向（点線Ｂ−Ｂ′方向）の中心に一致するように、潜像２５を形成した。潜像２５は、吐出口の外側開口の径が３０μｍとなるように形成した。

次に、図３（ｉ）に示すように、９０℃で４分間ＰＥＢした後、キシレンとメチルイソブチルケトンの混合溶媒で現像して吐出口２０を形成した。

次に、図３（ｊ）に示すように、結晶異方性エッチングによりインク供給口６を形成した後、溶剤を用いて流路型材７を溶解除去することで、液体吐出ヘッドを作製した。

得られた液体吐出ヘッドの吐出口２０部分を切断して断面形状を測定したところ、点線Ａ−Ａ′による吐出部２０の断面では、角度１７は０°であった。また、点線Ｂ−Ｂ′による吐出部２０の断面では、角度１７は１０°であり、テーパ形状が形成されていた。

なお、本実施例においては、吐出口列の最外端部に位置する吐出口と、窪みの長手方向端部との距離を１０μｍとした。流路型材として使用する材料の種類や、窪み形状、ＰＥＢ条件などを変更することで、窪みの深さは変わる。列方向のくぼみは一定であり、吐出部の断面にはテーパをつけないために、必要な吐出口径を変える必要がある。そのため、吐出口列の吐出に使用する最も外側の吐出口の端部と、窪みの長手方向の端部との距離は、適宜設定する。また、吐出に使用する吐出口の最外に、さらに画像形成の際に使用しない吐出口を形成しても構わない。

また、本実施例では、吐出口の外側開口の中心を通り、吐出口の列方向に垂直な面による窪みと吐出口の断面において、窪みの端部（窪みと流路形成部材の表面とが接する部分）と吐出口の端部との間の基板面に平行な距離が５μｍとした。この距離を短くすることで、吐出部の断面に、より大きなテーパ形状を形成することも可能である。吐出口の断面の外側開口部分の端部形状が丸みが小さく角に近いほど吐出液滴の切れがよくなるため、吐出特性がよくなる。特に良好な吐出特性を得るためには、前記距離を４μｍ以上とすることが望ましい。

なお、本実施例において、吐出口プレート１２の材料である第二のネガ型感光性樹脂層８ｂの形成に、ＤＦのラミネート手法を用いたが、スピンコート法、ダイレクトコート法などの手法を用いても構わない。

（比較例１）
比較のために、点線Ａ−Ａ′による吐出口の断面における角度１７と点線Ｂ−Ｂ′による吐出口の断面における角度１７が同じ吐出口を形成したインクジェット記録ヘッドを作製した。

以下、本比較例について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、本比較例で作製したインクジェット記録ヘッドの模式的上面図をである。図５（ｂ）は、図５（ａ）の点線Ａ−Ａ′における模式的断面図である。図５（ｂ）において、隣接するヒータ２の中心間の距離（以下、吐出口ピッチ）をａ、吐出口５２０のインク流路３側の開口（内側開口又は裏面側開口とも称す）５１３の径をｂで示している。

本比較例において用いたインクジェット記録ヘッドは、吐出口の高さが２５μｍ、インク流路の高さが１４μｍ、吐出口ピッチが２１μｍ（１２００ｄｐｉ）である。吐出口毎に分けられた凹み５２１を形成するために、凹み５２１の寸法をφ２０μｍとした。また、吐出口５２０の外側開口５０５がφ１２μｍとなるように形成した。

図６より、φ２０μｍの凹み５２１にφ１２μｍの吐出口５２０を形成する場合、点線Ｂ−Ｂ′による吐出口５２０の断面における角度１７は１５°となる。そのため、吐出口５２０のインク流路側の開口径ｂを算出すると、開口径ｂはφ１８μｍとなる。また、本比較例では、吐出口５２０を露光する際の流路型材７とのアライメント等を考慮して、吐出口２０のインク流路３側の開口径ｂよりインク流路幅の寸法が大きくなるように設計している。そのため、本比較例においては、インク流路幅を１９μｍ、インク流路３間の壁幅を２μｍとなるように形成した。

インク流路幅を上記寸法とし、さらに溝パターン１０を吐出口毎に分けられた上記の凹み５２１に変更した以外は、実施例１と同様にインクジェット記録ヘッドを作製した。

本比較例で作製したインクジェット記録ヘッドの吐出口の断面形状を観察したところ、流路形成部材４の隣接するインク流路３間の壁において、形状が変形している部分や、基板と接着していない部分があった。

１ 基板
２ ヒータ（吐出エネルギー発生素子）
３ インク流路（液体流路）
４ 流路形成部材
５ 吐出口の外側開口（表面側開口）
６ インク供給口（液体供給口）
７ 流路型材
８ ネガ型感光性樹脂
９ 窪み
１０ 溝パターン
１１ 壁部材
１２ 吐出口プレート
１３ 吐出口の内側開口（裏面側開口）
１５ マスク
１６ 遮光部
１７ 角度
１８ 照射端部
１９ 入射光
２０ 吐出口
２１ 凹み
２２ 突起

Claims (12)

1. 液滴を吐出するためのエネルギーを発生する複数の吐出エネルギー発生素子を第一の面側に有する基板と、前記液滴を吐出する複数の吐出口を構成し、前記基板の前記第一の面の上に設けられる流路形成部材と、を備え、
   前記吐出エネルギー発生素子は前記基板の前記第一の面側に列状に少なくとも１列配置され、
   前記吐出口は、前記吐出エネルギー発生素子に対応した部分に形成され、かつ内側開口から外側開口に向かって断面積が小さくなる形状を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   （１）前記基板の上にネガ型レジストを配置してネガ型感光性樹脂層を形成する工程と、
   （２）前記ネガ型感光性樹脂層の表面に、前記吐出口の列方向に垂直な面による断面の両側に傾斜を有する窪みを形成する工程と、
   （３）露光処理を行い、未露光部からなる前記吐出口の潜像を前記窪みに形成する工程と、
   （４）現像処理を行って前記未露光部を除去することにより、前記吐出口を形成する工程と、
   をこの順に有し、
   前記潜像の表面部は、該潜像の表面部の端部が前記両側の傾斜に位置されるように前記窪み内に配置され、
   前記潜像の前記列方向に沿った中心線を含みかつ基板面に垂直な面による前記潜像の断面における側面部と表面部の法線との間の角度よりも、前記潜像の中心を通りかつ前記列方向に垂直な面による前記潜像の断面における側面部と表面部の法線との間の角度の方が大きいことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記列方向に沿った基板面に垂直な面による前記潜像の全ての断面における側面部と表面部の法線との間の角度よりも、前記潜像の中心を通りかつ前記列方向に垂直な面による前記潜像の断面における側面部と表面部の法線との間の角度の方が大きい請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 基板面に平行な面による前記潜像の断面において、表面部の形状が円形状であり、裏面部の形状が楕円形状である請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記工程（２）において、前記窪みは、前記ネガ型感光性樹脂層の表面における前記複数の吐出エネルギー発生素子からなる列に対応する位置に、前記吐出エネルギー発生素子の列方向に沿って形成される請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記列方向と垂直な面による前記窪みの断面形状が懸垂線形状である請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記工程（３）において、前記窪みの最深部に前記潜像の表面部の中心を位置させて前記露光処理を行う請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記窪みの最深部の深さが、前記吐出口からなる列の形成領域において一定である請求項５又は６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記工程（２）において、
   前記窪みは、前記吐出口毎に対応させてそれぞれ設けられる請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記工程（２）において、前記ネガ型感光性樹脂層を露光して未露光部からなる露光パターンを形成した後に熱処理することにより、前記露光パターンの表面部に前記窪みを形成する請求項１乃至８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記熱処理の温度が前記ネガ型レジストの軟化点以上の温度である請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記工程（２）において、インプリント法を用いて前記窪みを形成する請求項１乃至８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
12. 前記吐出口の中心を通り前記列方向と垂直な面による前記窪みの断面において、前記窪みの端部と前記吐出口の端部との距離が４μｍ以上である請求項１乃至１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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