JP4614383B2 - インクジェット記録ヘッドの製造方法、及びインクジェット記録ヘッド - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェット記録方式に用いるインクジェット記録ヘッドの作成方法に関する。特に、サイドシューター型ヘッドにおける吐出性能の向上を目指すものである。
本発明に関わる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に対し垂直方向にインク液滴が吐出する、いわゆるサイドシューター型記録ヘッドである。
特許文献１及び２に記載のインクジェット記録ヘッドは、発熱抵抗体に熱エネルギーを与えインクを膜沸騰させ、生成した気泡を外気と連通させてインク液滴を吐出させるものであり、特許文献３には、前記特許文献１及び２に記載のインクジェット記録ヘッドを実現するための代表的な製造方法が明示されている。この方法を図２に従い説明する。
(１)インク吐出圧力発生素子１が形成された基板２上に、溶解可能な樹脂にてインク流路パターン３を形成する工程(図２(a))と、
(２)常温にて固体上のエポキシ樹脂を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ノズル構成樹脂層４を形成する工程(図２(b))と、
(３)インク吐出圧力発生素子上方のノズル構成樹脂層にインク吐出口６を形成する工程(図２(c))と、
(４)溶解可能な樹脂層を溶出する工程(図２(d))と、
を有することを特徴とする方法である。
(１)インク吐出圧力発生素子１が形成された基板２上に、溶解可能な樹脂にてインク流路パターン３を形成する工程(図２(a))と、
(２)常温にて固体上のエポキシ樹脂を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ノズル構成樹脂層４を形成する工程(図２(b))と、
(３)インク吐出圧力発生素子上方のノズル構成樹脂層にインク吐出口６を形成する工程(図２(c))と、
(４)溶解可能な樹脂層を溶出する工程(図２(d))と、
を有することを特徴とする方法である。
これらのインクジェット記録ヘッドにおいては、インク流路の形状はインク液滴の吐出量、吐出方向、吐出速度を決定し、そしてそれは印字品位に大きな影響を与える。
前記特許文献３に記載の方法において形成したインクジェット記録ヘッドの断面観察を行うと、図５に示すように、溶解可能な樹脂層とノズル構成樹脂層の界面付近に微小突起形状物９が観察されることがある(図５は図２(d)のII部の拡大断面図)。この微小突起形状物９はインク液滴の吐出特性に、少なからず影響を与える場合がある。
即ち、前記微小突起形状物９が形成されてしまうと、発熱抵抗体から吐出口面側に向かって壁になる部分ができるため、この部分にたまったインクは正常に吐出されず所望のインク吐出量よりも少なくなる。またこの微小突起形状物９がインク吐出口内で非対称に形成された場合にはインク液滴の吐出方向に所望の方向からのずれが生じる。更に、インク液滴吐出を行った後インク供給口側からインクがノズル内にリフィルする際に、前記微小突起形状物９がインクリフィルの流れの障害となり、リフィル周波数が低下しリフィル周波数がインク吐出周波数に追いつかないいわゆる「ショボ」印字を引き起こす。
このように、微小突起形状物９の発生は、「スジ」、「ムラ」及び「ショボ」印字を発生する原因となり、印字に悪影響を与え、記録画像の高精細化が進み吐出インク液滴の小液滴化が進むほど、この問題への対処が必須となる。
この微小突起形状物９の発生原因は、溶解可能な樹脂層３とノズル構成樹脂層４といった異なる材料の積層を露光する際に、その界面で反射光が生じることで、形成されること、あるいは異なる材料層間の相溶層がそのパターニング特性を低下させてしまうことによるものであると推定されている。すなわち、マスク上の吐出口パターンをノズル構成樹脂層４上に露光により転写する際、ノズル構成樹脂層４を通過した光は、ノズル構成樹脂層４とは異なる材料組成物からなる溶解可能な樹脂層３との界面にて反射を起こす。また溶解可能な樹脂層３上に、ノズル構成材料層４を形成した際、相溶層がこれらの材料層間に形成されてしまう。
しかしながら、上記のような問題は、主成分が同一であるような構成の非常に近い材料層間においては、発生を抑制可能である。
更に特許文献４及び５には、インク液滴が吐出される方向に対して直交し、且つ発熱抵抗体が形成された基板面と水平面における、インク流路断面積が変化するように、インク流路パターンを形成したインクジェット記録ヘッド及びその製造方法が提案されている(図３(a)〜(g))。前記明細書によれば、インク流路を三次元的に形成することで、インクリフィル時のオリフィス面におけるメニスカス振動を抑制するとともに、インク液滴の吐出効率を高めることで、インク吐出特性の安定化を達成することが可能となる。
また前記明細書によると、感光波長域、あるいは感度の異なる二種類の光分解可能な樹脂層３及び７を段階的にパターン形成した後、ノズル構成樹脂層４にインク吐出口６を形成し、前記光分解可能な樹脂層４及び７を溶出することによって、この三次元的インク流路形状を達成している。この製造方法においても、図６に示すように微小突起形状物９(図６は図３(g)のIII部の拡大断面図)が、インク吐出口６の断面下部に形成されてしまう。この微小突起形状物９の影響は、前述のものと同様である。
特開平４-010940号公報
特開平４-010941号公報
特開平６-286149号公報
特開2003-025595号公報
特開2003-025577号公報
本発明は上記の諸点に鑑み成されたものであって、吐出特性の向上が可能なインクジェット記録ヘッド形成方法を提供することを目的とする。
上記の諸問題を解決するための本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、インクを吐出する吐出口と該吐出口と連通するインクの流路の壁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、
前記流路の第一の部分の型を基板上に形成する工程と、
エポキシ樹脂と、第一の光カチオン重合開始剤と、を含有する第一の樹脂層を、メチルイソブチルケトンとジグライムとを溶媒として用いて前記型上に塗布する工程と、
前記第一の樹脂層の前記流路の第二の部分が未露光部となるように前記壁となる部分に第一の樹脂層の感光波長域の光を使用して露光を行う工程と、
エポキシ樹脂と前記第一の光カチオン重合開始剤と異なる第二の光カチオン重合開始剤とを含有する第二の樹脂層を、キシレンを溶媒として用いて前記露光が行われた前記第一の樹脂層上に塗布する工程と、
前記第二の樹脂層の前記第一の樹脂層の未露光部上の部分の一部が前記吐出口に対応する未露光部となるように前記第二の樹脂層に第二の樹脂層の感光波長域の光を使用して露光を行う工程と、
メチルイソブチルケトンとキシレンとの混合液を用いて前記第一の樹脂層の未露光部と前記第二の樹脂層の未露光部とを一括して除去して前記吐出口と前記流路の第二の部分を形成する工程と、
前記型を除去して前記流路の第一の部分を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド製造方法である。
前記流路の第一の部分の型を基板上に形成する工程と、
エポキシ樹脂と、第一の光カチオン重合開始剤と、を含有する第一の樹脂層を、メチルイソブチルケトンとジグライムとを溶媒として用いて前記型上に塗布する工程と、
前記第一の樹脂層の前記流路の第二の部分が未露光部となるように前記壁となる部分に第一の樹脂層の感光波長域の光を使用して露光を行う工程と、
エポキシ樹脂と前記第一の光カチオン重合開始剤と異なる第二の光カチオン重合開始剤とを含有する第二の樹脂層を、キシレンを溶媒として用いて前記露光が行われた前記第一の樹脂層上に塗布する工程と、
前記第二の樹脂層の前記第一の樹脂層の未露光部上の部分の一部が前記吐出口に対応する未露光部となるように前記第二の樹脂層に第二の樹脂層の感光波長域の光を使用して露光を行う工程と、
メチルイソブチルケトンとキシレンとの混合液を用いて前記第一の樹脂層の未露光部と前記第二の樹脂層の未露光部とを一括して除去して前記吐出口と前記流路の第二の部分を形成する工程と、
前記型を除去して前記流路の第一の部分を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド製造方法である。
前記第一の樹脂層を２４８ｎｍの波長の光で露光し、前記第二の樹脂層を３６５ｎｍの波長の光で露光することができる。
また、前記第一樹脂層が含むエポキシ樹脂と前記第二の樹脂層が含むエポキシ樹脂とは同一のエポキシ樹脂とすることができる。
以下、図１(a)〜(g)を参照しつつ本発明を詳細に説明する。
(１)まず、図１(a)に示すように、発熱抵抗体１を備えた基板２上に、光分解可能な樹脂からなるポジ型レジストを用い、公知の方法によって、インク流路パターン３を形成する。
(２)次に図１(b)に示すように、光カチオン重合開始剤を含有し、且つエポキシ樹脂を主成分とするネガ型レジストである第一のノズル構成樹脂層４を塗布する。
(３)ここで第一のノズル構成樹脂層が感光性を有する波長域の光にて露光し、ベークを行うことで、インク流路パターンの潜像パターン40を形成する(図１(c))。
(４)更にこの上に、図１(d)のように光カチオン重合開始剤を含有し、且つエポキシ樹脂を主成分とするネガ型レジストである第二のノズル構成樹脂層５を塗布する。
(５)続いて第二のノズル構成樹脂層が感光性を有する波長域の光にて露光し、ベークを行うことで、インク吐出口の潜像パターン50を形成する(図１(e))。ここで第二のノズル構成樹脂層５に照射する光の波長域は、上記(３)にて第一のノズル構成樹脂層４に照射する光の波長域とは、異なるものを用いることで、第一のノズル構成樹脂層のパターン形状には、影響を与えない。
(６)次に図１(f)に示すように、上記(３)にて形成した第一のノズル構成材料における潜像パターン40、及び上記(５)にて形成した第二のノズル構成材料における潜像パターン50を、一括現像し、インク吐出口６、及びその下方に相当する部分にインク流路パターンの一部を形成する。
(７)更にインク供給のための供給口を形成した後(不図示)、図１(g)にあるように、上記(１)にて形成した光分解可能な樹脂層を溶出することで、インク流路を形成した。
そして最後に熱硬化工程を行った後、発熱抵抗体１を駆動するための電気的接合(図示せず)を行って、インクジェット記録ヘッドが完成する。
このようにして作製したインクジェット記録ヘッドには、図４に示すように、微小突起物９が二段構成インク流路の層間部分に発生するが、インク吐出の特性上より重要である、インク吐出口断面の基板面側には発生していない(図４の８参照、図４は図１(g)のI部の拡大断面図)。このため、インク流路内形状の非対称性によるインク液滴飛翔方向のずれは最小限に抑制され、またインクリフィル時の流れの障害による、リフィル周波数の低下も最小限に防止可能となる。
更に、ノズル構成樹脂層によって三次元的流路構造を形成するため、インクのリフィル特性に重要なインク流路の高さ、即ち光分解可能な樹脂層の高さを精度良く形成可能である。
よってヨレ、ムラ、ショボなどのない、高品位で且つ安定的にインク吐出が可能となる、インクジェット記録ヘッドを提供することができる。
[実施例１]
以下実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。
以下実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。
（１）まず図１（ａ）のように、発熱抵抗体１を備えた基板２上に、光分解可能な樹脂であるポジ型レジストとして、東京応化工業社製ＯＤＵＲ-1010をスピンコートにて塗布、ホットプレートにて120℃３分プリベークする。そしてウシオ電機社製アライナーＵＸ-3000にて180kJ/ｍ2(=18000ｍJ/cｍ2)露光した後、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でリンスし、インク流路パターン３をパターン形成した。
(２)次に第一のノズル構成樹脂層４として、下記の組成からなるネガレジストをスピンコートし、ホットプレートにて90℃３分プリベークした。
ＥＨＰＥ(ダイセル化学工業製) 100重量部
１、４ＨＦＡＢ(セントラル硝子製) 20重量部
ＳＰ-170(旭電化工業製) ２重量部
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。
ＥＨＰＥ(ダイセル化学工業製) 100重量部
１、４ＨＦＡＢ(セントラル硝子製) 20重量部
ＳＰ-170(旭電化工業製) ２重量部
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。
(３)ついで図１(c)に示すように、キヤノン製アライナーＭＰＡ-600を使用し、290〜400nｍの波長の光を用いて、5000J/ｍ2(=500ｍJ/cｍ2)の露光を行い、ＰＥＢを90℃４分行い、潜像パターン40を形成した。
(４)引き続き図１(d)のように、第二のノズル構成樹脂層５として、下記表２の組成からなるネガレジストをスピンコートし、ホットプレートにて90℃３分プリベークした。
ＥＨＰＥ(ダイセル化学工業製) 100重量部
１、４ＨＦＡＢ(セントラル硝子製) 20重量部
ＳＰ-172(旭電化工業製) ６重量部
Ａ-187(日本ユニカー製) ５重量部
キシレン 200重量部。
ＥＨＰＥ(ダイセル化学工業製) 100重量部
１、４ＨＦＡＢ(セントラル硝子製) 20重量部
ＳＰ-172(旭電化工業製) ６重量部
Ａ-187(日本ユニカー製) ５重量部
キシレン 200重量部。
(５)続いて図１(e)に示すように、キヤノン製アライナーＦＰＡ-3000iＷを使用し365nｍの波長の光を用いて2500J/ｍ2の露光を行い、ＰＥＢを90℃４分行い、潜像パターン50を形成した。
(６)次にメチルイソブチルケトン/キシレン＝２/３の混合液により現像、キシレンにてリンスすることにより、インク吐出口６及びインク流路パターンの一部を一括形成する。
(７)ついでインク供給のための開口パターンを形成(不図示)した後、光分解可能な樹脂３に対しＵＸ-3000にて300kJ/ｍ2(=30000ｍJ/cｍ2)露光し、乳酸メチルに超音波を付与することにより溶出し、インク流路を形成した。
そして最後に発熱抵抗体１を駆動するための電気的接合(図示せず)を行って、インクジェット記録ヘッドが完成した。
[実施例２]
本実施例においては、上記実施例１と同様な方法によりインクジェット記録ヘッドを作製する。但し上記実施例１(３)で行う第一のノズル構成樹脂層４の露光に、キヤノン製アライナーＦＰＡ-3000ＥＸ６を使用し、248nｍの波長の光を用いて400J/ｍ2の露光を行う。インク吐出口のパターン露光と同様、本工程の露光にもステッパーを用いることで、より精度の高いパターンを形成することが可能となる。
本実施例においては、上記実施例１と同様な方法によりインクジェット記録ヘッドを作製する。但し上記実施例１(３)で行う第一のノズル構成樹脂層４の露光に、キヤノン製アライナーＦＰＡ-3000ＥＸ６を使用し、248nｍの波長の光を用いて400J/ｍ2の露光を行う。インク吐出口のパターン露光と同様、本工程の露光にもステッパーを用いることで、より精度の高いパターンを形成することが可能となる。
このようにして作製したインクジェット記録ヘッドを用いて印字記録を行った結果、ヨレ、ムラ、ショボなどのない、高品位な印字記録が可能であった。よってヨレ、ムラ、ショボなどのない、高品位で且つ安定的にインク吐出が可能となった。
１ 発熱抵抗体
２ 基板
３ 光分解可能な樹脂(ポジ型レジスト)
４ 第一のノズル構成樹脂層(ネガ型レジスト)
５ 第二のノズル構成樹脂層(ネガ型レジスト)
６ インク吐出口
７ 光分解可能な樹脂(ポジ型レジスト)
８ インク吐出口端部
９ 微小突起形状物
２ 基板
３ 光分解可能な樹脂(ポジ型レジスト)
４ 第一のノズル構成樹脂層(ネガ型レジスト)
５ 第二のノズル構成樹脂層(ネガ型レジスト)
６ インク吐出口
７ 光分解可能な樹脂(ポジ型レジスト)
８ インク吐出口端部
９ 微小突起形状物
Claims (3)
- インクを吐出する吐出口と該吐出口と連通するインクの流路の壁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、
前記流路の第一の部分の型を基板上に形成する工程と、
エポキシ樹脂と、第一の光カチオン重合開始剤と、を含有する第一の樹脂層を、メチルイソブチルケトンとジグライムとを溶媒として用いて前記型上に塗布する工程と、
前記第一の樹脂層の前記流路の第二の部分が未露光部となるように前記壁となる部分に第一の樹脂層の感光波長域の光を使用して露光を行う工程と、
エポキシ樹脂と前記第一の光カチオン重合開始剤と異なる第二の光カチオン重合開始剤とを含有する第二の樹脂層を、キシレンを溶媒として用いて前記露光が行われた前記第一の樹脂層上に塗布する工程と、
前記第二の樹脂層の前記第一の樹脂層の未露光部上の部分の一部が前記吐出口に対応する未露光部となるように前記第二の樹脂層に第二の樹脂層の感光波長域の光を使用して露光を行う工程と、
メチルイソブチルケトンとキシレンとの混合液を用いて前記第一の樹脂層の未露光部と前記第二の樹脂層の未露光部とを一括して除去して前記吐出口と前記流路の第二の部分を形成する工程と、
前記型を除去して前記流路の第一の部分を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド製造方法。 - 前記第一樹脂層が含むエポキシ樹脂と前記第二の樹脂層が含むエポキシ樹脂とは同一のエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
- 前記第一の樹脂層を２４８ｎｍの波長の光で露光し、前記第二の樹脂層を３６５ｎｍの波長の光で露光す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の製造方法。
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