JP4845692B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法に関し、具体的にはインクジェット記録方式に用いられるインクジェット記録ヘッドの微細な流路を効率よく製造する方法に関する。

液体を吐出する液体吐出ヘッドを用いる例としては、被記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録方式が挙げられる。

インクジェット記録方式に適用されるインクジェット記録ヘッドは、一般にインク吐出口、インク流路および流路の一部に設けられ、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備えている。従来このようなインクジェット記録ヘッドのインク流路を製造する方法としては、例えば、以下のようなものが知られている。

特許文献１に開示される製造方法では、まずエネルギー発生素子１が形成された基板上に溶解可能な樹脂にてインク流路の型となるパターンを形成し、このインク流路の型パターン上に、インク流路壁となる被覆樹脂層を形成する。これにフォトリソグラフィーによりエネルギー発生素子上にオリフィスを形成し、次いでインク流路の型パターンを溶出してインク流路壁となる被覆樹脂層を硬化するものである。

近年インクジェットプリンタには高速、高画質であることが求められ、それに伴いインクジェット記録ヘッドにおいては流路の微細化が行われている。

インク流路を型となるパターンを用いて形成する方法では、特許文献２に記載されるように、微細化されたインク流路において３次元的な形状を最適化し、インクの再充填の高速化を図った例がある。

これはエネルギー発生素子１が形成された基板上に、架橋化された状態で第１の波長域の光に感光する第１のポジ型感光性材料の層を設け、該ポジ型感光性材料の層を加熱処理して架橋化されたポジ型感光性材料層（該下層）を形成する。次いで、該下層上に前記第１の波長域とは異なる第２の波長域の光に感光する第２のポジ型感光性材料からなる上層を設けて２層構造を得た後、該２層構造の前記上層の所定部に前記第２の波長域の光を照射する。次いで現像処理を施すことで前記上層の照射領域のみを除去して上層を所望のパターンを得る。次いで、該上層のパターン形成により露出した前記下層の所定の領域に前記第１の波長域の光を照射し、現像処理を施すことで、前記下層を所望のパターンに形成する。以上の工程を経ることにより流路の型となるパターンを製造する。
特開平０６−２８６１４９号公報 特開２００４−４６２１７号公報

しかしながら、ＵＳＰ６９８６９８０に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法では、二種類の露光波長を適用する必要がある。そのため工程が煩雑になる等、工程負荷が大きくなるという課題がある。

本発明は上記の点に鑑み成されたものであって、三次元流路の形状を適正化し、吐出効率の向上がはかられたインクジェット記録ヘッドを、工程を簡略化し効率よく製造する方法を提供することを目的とする。本発明は以下の構成を有する。

本発明は、液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体の流路が設けられた液体吐出ヘッドの製造方法において、基板上に、第一のポジ型感光性材料層を形成する工程と前記第一のポジ型感光性材料層上に前記第一のポジ型感光性材料層が感光する波長の光を吸収する光吸収剤を含有し、前記波長の光に感光する第二のポジ型感光性材料層を形成する工程と、前記第二のポジ型感光性材料層上に前記波長の光に感光する第三のポジ型感光性材料層を形成する工程と、前記第三のポジ型感光性材料層を形成する工程の後に、前記波長の光によって前記第三のポジ型感光性材料層を露光する工程と、前記第三のポジ型感光性材料層を露光する工程の後に、前記第三のポジ型感光性材料層を現像する工程、ならびに前記波長の光によって前記第二のポジ型感光性材料層および前記第一のポジ型感光性材料層を露光する工程と、前記第三のポジ型感光性材料層を現像する工程、ならびに前記波長の光によって前記第二のポジ型感光性材料層および前記第一のポジ型感光性材料層を露光する工程の後に、前記第二のポジ型感光性材料層および前記第一のポジ型感光性材料層の現像を行う工程と、前記現像が行われた前記第一のポジ型感光性材料層、第二のポジ型感光性材料層および、前記第三のポジ型感光性材料層を被覆するように前記基板上に被覆層を形成する工程と、前記被覆層を形成する工程の後に、前記被覆層に前記吐出口を形成する工程と、前記吐出口を形成する工程の後に、前記第一のポジ型感光性材料層、第二のポジ型感光性材料層および前記第三のポジ型感光性材料層を除去して、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である。

本発明によれば、複数のポジ型感光性材料を積層し、露光、現像することによって、より複雑化した液体流路の型パターンを形成する上で、露光に用いる光の波長が１種類であるため、工程が簡略化され、製造負荷を低減することが出来る。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。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同一の番号を付与し、その説明を省略する場合がある。

本説明では、本発明の適用例として、インクジェット記録方式を例に挙げて説明を行うが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。

まず、本発明を適用可能なインクジェット記録ヘッド、およびインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェットカートリッジについて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す模式図である。

本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、液体吐出エネルギー発生としてエネルギー発生素子１が所定のピッチで２列に並んで形成された基板２を有している。基板２を形成する材料としては、本説明ではＳｉを例として用いるがこれに限定されるものではない。基板２にはＳｉを異方性エッチングすることによって形成されたインク供給口３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。Ｓｉ基板６０２上には、インク流路壁形成部材４によって、各エネルギー発生素子１の上方に開口する吐出口５と、インク供給口３から各インク吐出口５に連通する個別のインク流路１０が形成されている。

このインクジェット記録ヘッドは、インク供給口３が形成された面が記録媒体の記録面に対面するように配置される。そして、インク供給口３を介してインク流路１０内に充填されたインクに、エネルギー発生素子１から発生する圧力を加えることにより、インク吐出口５からインク液滴を吐出し、記録媒体に付着させることによって記録を行う。

このインクジェット記録ヘッドは、プリンタ、複写機、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。

次に、本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法による液体流路の製造工程を、図２を用いて説明する。図２の各図は、各製造工程中において図１のａ’−ａ線の位置に対する位置での断面図を示している。

図２（ａ）に示すように、エネルギー発生素子１を備えた基板に、第一のポジ型感光性材料を積層し、第一のポジ型感光性材料層６を形成する。該基板としては、上述したＳｉ以外に、ガラス、セラミックス、プラスチックあるいは金属等を用いることができる。また、一般にはこれらエネルギー発生素子の耐用性向上を目的として、保護層等の各種機能層が設けられるが、もちろん本発明においてもこのような機能層を設けることは一向に差し支えない。

次いで、図２（ｂ）に示すように、第一のポジ型感光性材料層６上に紫外線吸収剤を含んだ第二のポジ型感光性材料を積層し、第二のポジ型感光性材料層７を形成する。第二のポジ型感光性材料としては、前述の第一のポジ型感光性材料の感光波長と同一の波長域に感光波長を有するものであれば特に制限がない。一方光吸収剤としては、前述の第一および第二のポジ型感光性材料の感光波長域に吸収をもつものであれば特に制限無く用いることが出来る。光吸収材は主に、紫外線吸収剤として知られるものを用いることができる。以下紫外線吸収剤を用いて例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。紫外線吸収剤として一般に用いられているものとしては、以下のものが挙げられる。

２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−ドデシルオキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ベンジルオキシベンゾフェノン、２，２’−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、フェニルサリシレート、４−ｔ−ブチルフェニルサリシレート、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル−３’，５’−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンゾエート

ここで第二のポジ型感光性材料層は２μｍ以下で形成し、かつ光吸収剤は、感光性材料に対し３ｗ％以上含まれていることが特にこのましい。ここでいう光吸収材の割合は、感光性材料に対しての重量パーセントということであり、溶媒に溶かして、基板上に塗布するなどして、形成する場合は、その溶媒の量に関係無しに決まるものである。すなわち、材料第二の感光性材料層は、後の工程で、上層の第三の感光性材料層の露光時に、下層の第一の感光性材料層に対して遮光層の役割を果たす。この際に、第二の感光性材料層自身の露光もありうるが、汎用的な装置の露光量は５〜２０Ｊ程度であることを考慮すると、上記の第二のポジ型感光性材料層の厚み、光吸収剤の添加量を満たす場合は、第二の感光性材料層の厚みの減少（所謂膜減り）を１μｍ以下に押さえることが出来る。この程度の軽微な厚みの減少であれば、液体吐出ヘッドとしては十分許容できる。無論上記は、添加する光吸収剤の吸収特性に応じて、好ましい光吸収材の添加量を選択可能であり、本発明を限定するものではない。

次いで、図２（ｃ）に示すように、既に基板上に形成された感光性材料層上に第三のポジ型感光性材料を積層し、第三のポジ型感光性材料層８を形成する。ここで用いられる第三の感光性材料としては、第一及び第二の感光性材料と感光波長域が同一のものであれば特に制限が無く、第一乃至第三の感光性材料は同一の組成物からなるものであれば、各感光性材料層を形成する際に用いる溶媒の選択性という観点から特に好ましい。第一、第二および第三の感光性材料としては、一般的なポジ型感光性樹脂を使用できる。たとえばポリメチルイソプロペニルケトン、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルケトン等を用いることが可能である。特に後工程で被覆樹脂を積層する際に型崩れが起きないように分子量の比較的高い光分解型のポジ型レジストが好ましい。

また感光性材料の積層方法としては、感光性材料を溶媒に溶解し、スピンコート法やロールコート法を用いて塗布する方法が挙げられる。

次いで図２（ｄ）に示すように、マスクを用いて露光を行い、第三のポジ型感光性材料層８の一部を露光する。ここで第三のポジ型感光性材料層８による吸収により照射光は減衰する。さらに第二のポジ型感光性材料層７中の紫外線吸収剤が下層の第一のポジ型感光性材料層６に対し、照射光を遮光する機能を果たすため、第一および第二のポジ型感光性材料層への露光を極力抑えることが可能である。このため、第三のポジ型感光性材料層の露光による第一のポジ型感光性材料層への影響は防止できる。また第二のポジ型感光性材料層は、若干露光をされてしまう可能性があるが、その厚みが、第一のポジ型感光性材料層に比べ十分に薄いため、影響は無視できる程度に軽微に押さえられる。

次いで図２（ｅ）に示すように、現像を行うことにより、第三のポジ型感光性材料層８に所望の液流路パターンを形成する。この際、現像を行わず、露光部を残存させたまま、後述の下層の露光工程にうつることも可能である。この場合は第三のポジ型感光性材料層８の露光部を介して第二および第一のポジ型感光性材料層６の露光を行う。

次いで、図２（ｆ）に示すように、マスクを用いて第三のポジ型感光性材料層８の露光に用いた波長と同一の波長で、第二及び第一のポジ型感光性材料層の露光を行う。紫外線吸収剤を含んだ第二の感光性材料層７を介して第一の感光性性材料層に光が照射されるため、通常この際の露光量は、第三のポジ型感光性材料層の露光時よりも大きい。具体的には第三のポジ型感光性材料層の露光量よりも、第一および第二のポジ型感光性材料層の露光量が３倍程度大きくなることが望ましい。

次いで、図２（ｇ）に示すように現像処理を施すことにより、第一及び第二の感光性樹脂層にも、所望のパターンを形成する。以上の工程により基板上に部分的に段差（図中Ｂ）をもった形状の流路１０の型となるパターン１１が完成する。

次いで図２（ｈ）に示すように、パターン１１上に被覆樹脂層９を形成する。被覆樹脂層９を形成する材料としてはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。

次いで図２（ｉ）に示すように、フォトリソグラフィーによって吐出口を形成する。

次いで図２（ｊ）に示すようにパターン１１を形成している溶解可能な樹脂を溶解させ、流路を形成する。

以上の工程を経ることにより、液体の流路１０が完成する。

またより精密な流路構造、例えば基板から吐出口に向かう方向の断面積が局所的に変化する箇所を多数設けた流路構造を得ようとした場合にも本発明は適用可能である。その場合には上述した図２（ｃ）に示すの工程後にさらに紫外線吸収剤を含んだポジ型感光性材料層を設けその上層にポジ型感光性材料層を設け、その後の工程を行えばよい。

（実施例）
続いて図３を参照して本発明の実施例を説明する。

エネルギー発生素子１を備えた基板２に、ポリメチルイソプロペニルケトンからなる第一のポジ型感光性材料をスピンコート法により成膜し、１２０℃６分ベークすることにより第一のポジ型感光性材料層６を厚さ１０μｍで形成する（図３（ａ））。

次いでポリメチルイソプロペニルケトンと、ポリメチルイソプロペニルケトンに対して、紫外線吸収剤として、２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノンを９ｗｔ％とを溶媒に溶解させ、スピンコート法により成膜し、１２０℃６分のベークを行うことにより、第二のポジ型感光性材料層７を厚さ２μｍで形成する（図３（ｂ））。

次いでポリメチルイソプロペニルケトンをスピンコート法により成膜し、１２０℃６分ベーク第三のポジ型感光性材料層８を形成する（図３（ｃ））。

次いでウシオ電機（株）社製ＵＸ３０００にて波長２９０ｎｍの光で５３００ｍＪ／ｃｍ^２の条件で露光を行い、第三のポジ型感光性材料層８の一部を露光した（図３（ｄ））。

更に、ウシオ電機（株）社製ＵＸ３０００を用いて波長２９０ｎｍの光で１５０００ｍＪ／ｃｍ^２の条件で、第三のポジ型感光性材料層８のうち前述した露光操作による露光部分を介して第二および第一のポジ型感光性材料層の露光を行った（図３（ｅ））。

次いで、メチルイソブチルケトンを用いて現像を行い、流路の型となるパターン１１を形成した（図３（ｆ））。

次いで、表１に記載の樹脂組成物をキシレンに溶解させたものを基板１上にソルベントコート法にて塗布し、９０℃にて４分間プリベークを行い被覆樹脂層９を形成した（図３（ｇ））。次いでキヤノン製マスクアライナーＭＰＡ−６００Ｓｕｐｅｒにより液体吐出口マスクパターンを用いて露光を行った後、現像を行い吐出口５を形成した（図３（ｈ））。

最後に、インク供給のための供給口３（不図示）を形成した後、エネルギー発生素子１を駆動するための電気的接合（不図示）を行って、インクジェット記録ヘッドが完成した。

以上のように、本実施例の製造方法で製造したインクジェット記録ヘッドを記録装置に搭載し、吐出および記録評価を行ったところ、良好な画像記録が可能であった。

本発明のインクジェット記録ヘッドの構成の一例を示す斜視図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。 本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ エネルギー発生素子
２ 基板
３ インク供給口
４ 流路壁形成部材
５ 吐出口
６ 第一のポジ型感光性材料層
７ 第二のポジ型感光性材料層
８ 第三のポジ型感光性材料層
９ 被覆樹脂層
１０ 流路
１１ パターン

Claims (6)

1. 液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体の流路が設けられた液体吐出ヘッドの製造方法において、
   基板上に、第一のポジ型感光性材料層を形成する工程と
   前記第一のポジ型感光性材料層上に前記第一のポジ型感光性材料層が感光する波長の光を吸収する光吸収剤を含有し、前記波長の光に感光する第二のポジ型感光性材料層を形成する工程と、
   前記第二のポジ型感光性材料層上に前記波長の光に感光する第三のポジ型感光性材料層を形成する工程と、
   前記第三のポジ型感光性材料層を形成する工程の後に、前記波長の光によって前記第三のポジ型感光性材料層を露光する工程と、
   前記第三のポジ型感光性材料層を露光する工程の後に、前記第三のポジ型感光性材料層を現像する工程、ならびに前記波長の光によって前記第二のポジ型感光性材料層および前記第一のポジ型感光性材料層を露光する工程と、
   前記第三のポジ型感光性材料層を現像する工程、ならびに前記波長の光によって前記第二のポジ型感光性材料層および前記第一のポジ型感光性材料層を露光する工程の後に、前記第二のポジ型感光性材料層および前記第一のポジ型感光性材料層の現像を行う工程と、
   前記現像が行われた前記第一のポジ型感光性材料層、第二のポジ型感光性材料層および、前記第三のポジ型感光性材料層を被覆するように前記基板上に被覆層を形成する工程と、
   前記被覆層を形成する工程の後に、前記被覆層に前記吐出口を形成する工程と、
   前記吐出口を形成する工程の後に、前記第一のポジ型感光性材料層、第二のポジ型感光性材料層および前記第三のポジ型感光性材料層を除去して、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。
2. 前記第二のポジ型感光性材料層および前記第一のポジ型感光性材料層を露光する前記波長の光の強度は、前記第三のポジ型感光性材料を露光する工程における前記波長の光の強度よりも強いことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記第一のポジ型感光性材料層、第二のポジ型感光性材料層および第三のポジ型感光性材料層が含有する感光性材料は同一の組成物からなる請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記感光性材料がポリメチルイソプロペニルケトンである請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記被覆層を形成する工程は、塗布によって行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記第二のポジ型感光性材料層の厚みは２μｍ以下であり、前記第二のポジ型感光性材料層の光吸収剤の含有量は、前記感光性材料に対して３重量パーセント以上であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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