JP4480141B2 - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
(1)架橋した分子同士の分子間距離が短く、樹脂の剛直性が増すため、極めて複雑なパターン部を形成する際、ソルベントショックによるクラックが発生する場合がある、
(2)架橋点の自由度が限られているために、架橋密度があがらず、現像時に現像液によって樹脂が膨潤する場合があるため、急激な応力の差によってクラックが生じる場合がある、
(3)インク流路形成部材によっては、分子間架橋工程で180℃〜200℃という高温で長時間焼成しなければならず、生産性の向上という点で問題がある、
等の課題があり、インク流路設計の幅が狭まるという点や、生産性の向上という面でも問題となる場合がある。
前記エネルギー発生素子を備える基板を用意する工程と、
前記基板上に、第一のポジ型レジストからなる第一のポジ型レジスト層を形成する工程と、
前記第一のポジ型レジスト層上に、下記一般式(1)で示される構造を有するポリアクリレート樹脂と、下記一般式(2)で示されるメラミン化合物およびその縮合物の少なくとも1種である縮合性の架橋剤とを含む第二のポジ型レジストからなる第二のポジ型レジスト層を形成する工程と、
前記第二のポジ型レジスト層を露光及び現像して、前記インク流路の一部の型となる第二のインク流路パターンを形成する工程と、
前記第一のポジ型レジスト層を露光及び現像して、前記インク流路の残部の型となる第一のインク流路パターンを形成する工程と、
前記第一及び第二のインク流路パターン上に、前記インク流路の壁を形成するための被覆樹脂層を形成する工程と、
前記被覆樹脂層に前記吐出口を形成する工程と、
前記第一及び第二のインク流路パターンを除去して前記インク流路を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
なお、上記式(1)におけるR1〜R3は各単位において独立して上記の意味を示す。
なお、上記式(2)におけるR 1 〜R 6 は各単位において独立して上記の意味を示す。
一般式(2)で示される縮合性の架橋剤の具体例としては、以下のメラミン化合物および以下のメラミン化合物の部分縮合物があげられるが、これらに限定されるものではない。また、該メラミン化合物およびその部分縮合物は、添加量が少ないと架橋密度が不足して現像時に未露光部の膜減りが発生し、また添加量が多いと、架橋密度が上がりすぎて感度が低下する傾向があることから、添加量としてはポリアクリレート樹脂に対して、10〜30重量%添加することが好ましい。
このように、流路パターン3を形成した基板1上に、図4に示すように、ノズル構成部材4を通常のスピンコート法、ロールコート法、スリットコート法等の方法で形成する。
ノズル構成部材4としては、後述するインク吐出口6をフォトリソグラフィーで容易にかつ精度よく形成できることから、感光性のものが好ましい。このような感光性ノズル構成部材には、構造材料としての高い機械的強度、下地との密着性、耐インク性と、同時にインク吐出口の微細なパターンをパターニングするための解像性が要求される。これらの特性を満足する材料としては、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。
インクジェットヘッドの作成
本実施例では、前述の図1〜図8に示す手順にしたがって、インクジェットヘッドを作製し評価を行った。まず、インク吐出圧力発生素子2としての電気熱変換素子(材質HfB2 からなるヒーター)と、インク流路およびノズル形勢部位にSiN+Taの積層膜(不図示)を有するであるシリコン基板1を準備した(図2)。次いで、被処理基板上に、ポジ型の感光性樹脂組成物層を形成し、流路パターン3を形成した(図3)。感光性樹脂組成物としては、以下のメタクリル酸とメタクリル酸メチルの共重合体(メタクリル酸:メタクリル酸メチル=20:80(質量比)・化合物8)に架橋剤としてヘキサメトキシメチルメラミン(三和ケミカル製ニカラック MW−100L)をメタクリル酸に対して3mol%加えた樹脂を用いた。
分散度(Mw/Mn)=2.5
この樹脂粉末をシクロヘキサノンに約30wt%の固形分濃度にて溶解し、レジスト液として使用した。該レジスト液を、スピンコート法にて塗布し、100℃で3分プリベークした後、150℃のオーブンで30分焼成した。この硬化により、架橋剤による熱架橋反応が進行した。尚、熱処理後のレジスト層の膜厚は15μmであった。その後、200〜280nmの波長のUV光を用いて、50000mJ/m2の露光量にて露光し、以下の組成の現像液にて現像し、イソプロピルアルコールにてリンス処理を行うことでインク流路パターン3を得た。
<現像液>
ジエチレングリコールモノブチルエーテル:60vol%
エタノールアミン:5vol%
モルホリン:20vol%
イオン交換水:15vol%
次いで、被処理基板上に以下の組成からなる感光性樹脂組成物を用いてスピンコートを行い(平板上膜厚20μm)、100℃で2分間(ホットプレート)のベークを行い、ノズル構成部材4を形成した(図4)。
エポキシ樹脂:EHPE(ダイセル化学工業製):100重量部
添加剤:1、4HFAB(セントラル硝子製):20重量部
光カチオン重合開始剤:SP−170(旭電化工業製):2重量部
シランカップリング剤:A−187(日本ユニカー製):5重量部
メチルイソブチルケトン:100重量部
ジグライム:100重量部
引き続き、被処理基板上に以下の組成からなる感光性樹脂組成物を用いて、スピンコートにより1μmの膜厚となるように塗布し、80℃で3分間(ホットプレート)のベークを行い、撥インク剤層5を形成した(図5)。
EHPE―3158(ダイセル化学工業製):35重量部
2、2―ビス(4―グリシジルオキシフェニル)ヘキサフロロプロパン:25重量部
1、4―ビス(2―ヒドロキシヘキサフロロイソプロピル)ベンゼン:25重量部
3―(2―パーフルオロヘキシル)エトキシー1、2―エポキシプロパン:16重量部
A−187(日本ユニカー製):4重量部
SP―170(旭電化工業製):2重量部
ジエチレングリコールモノエチルエーテル:100重量部
次いで、ノズル構成部材4および撥インク剤層5のパターニングを行い、インク吐出口6を形成した(図6)。なお、本実施例ではφ15μmの吐出口パターンを形成した。
次いで、保護膜として用いたOBCをキシレンを用いて溶解除去した後、200〜280nmの波長の光を用いて、ノズル構成部材および撥インク剤層越しに50000mJ/cm2の露光量で全面露光を行い、流路パターン3を可溶化した。引き続き、乳酸メチル中に超音波を付与しつつ浸漬し、流路パターン3を溶解除去することによりインクジェットヘッドを作成した(図8)。
図9〜17に示す工程に従ってインクジェットヘッドを作製した。実施例1と同様にしてインク吐出圧力発生素2を含む基板上(図9)に第一のポジ型レジスト層8を形成した(図9)。尚、第一のポジ型レジストとしては、ポリメチルイソプロペニルケトン(東京応化製ODUR)を用いた。第一のポジ型レジスト液を、スピンコート法にて塗布し、120℃で3分間のベークを行った。尚、熱処理後のレジスト層の膜厚は10μmであった。次いで、第二のポジ型レジスト層9を形成した(図10)。尚、第二のポジ型レジストとしては、以下のメタクリル酸とメタクリル酸メチルの共重合体(メタクリル酸:メタクリル酸メチル=20:80・化合物8)に架橋剤として
ヘキサメトキシメチルメラミン(三和ケミカル製 ニカラック MW-100L)
をメタクリル酸に対して3mol%加えた樹脂を用いた。
分散度(Mw/Mn)=2.5
この樹脂をシクロヘキサノンに30wt%の固形分濃度にて溶解し、レジスト液として使用した。該レジスト液をスピンコート法にて塗布し、120℃で3分プリベークした後、窒素雰囲気中オーブンにて140℃30分間の熱処理を行った。尚、熱処理後のレジスト層の膜厚は10μmであった。
ジエチレングリコールモノブチルエーテル:60vol%
エタノールアミン:5vol%
モルホリン:20vol%
イオン交換水:15vol%
次いで、第一のポジ型レジスト層のパターニングを行った。上記と同一の露光装置を用い、260nm以下の波長の光を遮断する光学フィルターを装着して、5000mJ/cm2の露光量にてパターン露光し、メチルイソブチルケトンにて現像、イソプロピルアルコールにてリンス処理を行って、第一の流路パターン11を形成した(図12)。
次いで、被処理基板上に、実施例1と同様な方法でノズル構成部材4(図13)、撥インク剤層5(図14)を形成し、パターン露光することでインク吐出口6を形成した(図15)。尚、本実施例ではφ10μmの吐出口パターンを形成した。
実施例1と同様にして電気熱変換素子を形成した基板に対して、感光性樹脂組成物として、2−ヒドロキシエチルメタクリレートとメタクリル酸メチルの共重合体(2−ヒドロキシエチルメタクリレート:メタクリル酸メチル=20:80・化合物9)に架橋剤としてペンタメトキシメチルメラミン(三和ケミカル製 ニカラック MX−750LM)を2−ヒドロキシエチルメタクリレートに対して3mol%加えた樹脂を用いた。
分散度(Mw/Mn)=2.2
実施例1と同一の条件にてインク流路パターン層を塗布、パターニングし、最後にインク流路パターンを形成する樹脂を溶出し、インクジェットヘッドを作成した。実施例1と同様に、顕微鏡にてインク流路形状を観察した。その結果、インク流路の形状が崩れているものは見受けられなかった。さらに、実施例1と同様に印字を行ったこところ、安定な印字が可能であった。
実施例2と同様にして電気熱変換素子を形成した基板に対して、第二のポジ型レジストとして、2−ヒドロキシエチルメタクリレートとメタクリル酸メチルの共重合体(2−ヒドロキシエチルメタクリレート:メタクリル酸メチル=20:80・化合物9)に架橋剤としてペンタメトキシメチルメラミン(三和ケミカル製 ニカラック MX−750LM)を2−ヒドロキシエチルメタクリレートに対して3mol%加えた樹脂を用いた。
分散度(Mw/Mn)=2.2
実施例2と同一の条件にて第1及び第2流路パターン層をそれぞれ塗布、パターニングし、最後にこれらの流路パターンを形成する樹脂を溶出し、インクジェットヘッドを作成した。実施例1と同様に、顕微鏡にてインク流路形状を観察した。その結果、インク流路の形状が崩れているものは見受けられなかった。さらに、実施例1と同様に印字を行ったこところ、安定な印字が可能であった。
ポジ型の感光性樹脂組成物に、光酸発生剤としてSP-172(旭電化工業製)を樹脂に対して2重量部加え、パターニングの際の露光量を半分とし、PEBとしてホットプレートで100℃−180秒の処理を行った以外は実施例1と同様にしてインクジェットヘッドを製造した。
第二のポジ型レジストに、光酸発生剤としてSP-172(旭電化工業製)を樹脂に対して2重量部加え、パターニングの際の露光量を半分とし、PEBとしてホットプレートで100℃−180秒の処理を行った以外は実施例2と同様にしてインクジェットヘッドを製造した。実施例1と同様に、顕微鏡にてインク流路形状を観察した。その結果、インク流路の形状が崩れているものは見受けられなかった。さらに、実施例1と同様に印字を行ったこところ、安定な印字が可能であった。
ポジ型の感光性樹脂組成物に、光酸発生剤としてSP-172(旭電化工業製)を樹脂に対して2重量部加え、パターニングの際の露光量を半分とし、PEBとしてホットプレートで100℃−180秒の処理を行った以外は実施例3と同様にしてインクジェットヘッドを製造した。実施例1と同様に、顕微鏡にてインク流路形状を観察した。その結果、インク流路の形状が崩れているものは見受けられなかった。さらに、実施例1と同様に印字を行ったこところ、安定な印字が可能であった。
第二のポジ型レジストに、光酸発生剤としてSP-172(旭電化工業製)を樹脂に対して2重量部加え、パターニングの際の露光量を半分とし、PEBとしてホットプレートで100℃−180秒の処理を行った以外は実施例4と同様にしてインクジェットヘッドを製造した。実施例1と同様に、顕微鏡にてインク流路形状を観察した。その結果、インク流路の形状が崩れているものは見受けられなかった。さらに、実施例1と同様に印字を行ったこところ、安定な印字が可能であった。
実施例1と同様にして電気熱変換素子を形成した基板に対して、感光性樹脂組成物として、メタクリル酸とメタクリル酸メチルの共重合体を用いた。
分散度(Mw/Mn)=2.5
この樹脂をシクロヘキサノンに30wt%の固形分濃度にて溶解し、レジスト液として使用した。該レジスト液をスピンコート法にて塗布し、120℃で3分プリベークした後、窒素雰囲気中オーブンにて140℃30分間の熱処理を行った。尚、熱処理後のレジスト層の膜厚は15μmであった。その後、200〜280nmの波長のUV光を用いて、500000mJ/m2の露光量にて露光し、以下の組成の現像液にて現像したが、架橋反応が進行せず、未露光部も現像液に対して溶解し、目的のインク流路パターンを形成することが出来なかった。
ジエチレングリコールモノブチルエーテル:60vol%
エタノールアミン:5vol%
モルホリン:20vol%
イオン交換水:15vol%
2 インク吐出圧力発生素子
3 流路パターン
4 ノズル構成部材
5 撥インク剤層
6 インク吐出口
7 インク供給口
8 第一のポジ型レジスト層
9 第二のポジ型レジスト層
10 第二の流路パターン
11 第一の流路パターン
Claims (8)
- インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通するインク流路と、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と、を備えるインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記エネルギー発生素子を備える基板を用意する工程と、
前記基板上に、第一のポジ型レジストからなる第一のポジ型レジスト層を形成する工程と、
前記第一のポジ型レジスト層上に、下記一般式(1)で示される構造を有するポリアクリレート樹脂と、下記一般式(2)で示されるメラミン化合物およびその縮合物の少なくとも1種である縮合性の架橋剤とを含む第二のポジ型レジストからなる第二のポジ型レジスト層を形成する工程と、
前記第二のポジ型レジスト層を露光及び現像して、前記インク流路の一部の型となる第二のインク流路パターンを形成する工程と、
前記第一のポジ型レジスト層を露光及び現像して、前記インク流路の残部の型となる第一のインク流路パターンを形成する工程と、
前記第一及び第二のインク流路パターン上に、前記インク流路の壁を形成するための被覆樹脂層を形成する工程と、
前記被覆樹脂層に前記吐出口を形成する工程と、
前記第一及び第二のインク流路パターンを除去して前記インク流路を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記第二のポジ型レジスト層を加熱して、前記ポリアクリレート樹脂の分子間架橋反応を進行させる工程、をさらに有する請求項1に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 第一のポジ型レジストが、ポリメチルイソプロペニルケトンである請求項1または2に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記第二のポジ型レジストを露光する際に、270nm以上の波長を遮断する光学フィルターを装着する請求項1乃至3のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記ポリアクリレート樹脂の重量平均分子量(Mw)が、20000以上200000以下である請求項1乃至4のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記架橋剤の添加量が、前記ポリアクリレート樹脂に対して10重量%以上30重量%以下である請求項1乃至7のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
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