JP6395518B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関する。

インクなどの液体を吐出口から吐出する液体吐出ヘッドにおいて、吐出口付近に液滴が残っていると、液体の吐出方向の変化や液体の吐出速度の低下といった吐出特性の低下が生じることがある。そのため、吐出口が配列された吐出口面を定期的に拭き取るためのメンテナンス機構が設けられることがある。吐出口付近への液体の残留の抑制や上述したメンテナンス機構の簡素化のためには、吐出口面が撥液性を有することが望ましい。
特許文献１（特表２００７−５１８５８７号公報）には、吐出口面が、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の縮合物から得られる硬化物を含む撥液材からなる液体吐出ヘッドが開示されている。

特表２００７−５１８５８７号公報

特許文献１に開示されているような撥液材は通常、安価ではない。そのため、特許文献１に開示されている液体吐出ヘッドには、製造コストが増加するという課題がある。
本発明の目的は、製造コストの増加を抑制しつつ、吐出口面が撥液性を有する液体吐出ヘッドおよびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、
液体を吐出する吐出口を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
基板上に前記吐出口に液体を導く流路となる部分に型材を形成する工程と、
前記基板および前記型材を覆うように、ヒュームドシリカを含み、感光性を有する部材を設ける工程と、
前記部材に対する露光およびベークを行い、前記吐出口を潜像させる工程と、
前記部材の未露光部分を現像して、前記吐出口を形成する工程と、
前記基板を貫通し、前記型材に達する貫通口を形成する工程と、
前記型材を除去する工程と、を有する。

本発明によれば、吐出口面が撥液性を有するヒュームドシリカを含んで構成されるため、撥液性を有することになる。また、ヒュームドシリカは、比較的安価であるため、製造コストの増加が抑制される。

本発明によれば、製造コストの増加を抑制しつつ、吐出口面が撥液性を有するようにすることができる。

本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドの構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施例に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す図である。 本発明の第３の実施例に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、以下では、各図面において、同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド１の構成を示す斜視図である。
図１に示す液体吐出ヘッド１は、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２が所定のピッチで２列に並んで形成された基板３を有している。基板３には、貫通口である供給路４が、エネルギー発生素子２の２つの列の間に開口されている。基板３の上には、部材５により、各エネルギー発生素子２の上方に配列した吐出口６と、供給路４から各吐出口６に液体を導く流路とが形成されている。また、基板３の両端に端子７が形成されており、端子７と液体吐出ヘッド１が搭載される装置本体とを接続することで、液体吐出ヘッド１が動作する。
液体吐出ヘッド１は、供給路４が形成された面が被記録媒体の記録面に対面するように配置される。そして、供給路４から流路内に充填された液体に、エネルギー発生素子２が発生するエネルギー（例えば、圧力）を加えることにより、エネルギー発生素子２の上方に形成された吐出口６から液体を吐出させる。こうすることで、被記録媒体に記録が行われる。

次に、液体吐出ヘッド１の製造方法について図２を参照して説明する。なお、図２は、図１に示すＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
まず、図２（Ａ）に示すように、エネルギー発生素子２を有する基板３を用意する。基板３の表面の一部は、窒化シリコン８で覆われている。エネルギー発生素子２の上方には、耐キャビテーション膜９が形成されている。
次に、図２（Ｂ）に示すように、基板上、具体的には、基板３が露出した部分、耐キャビテーション膜９および窒化シリコン８の一部を覆うように型材１０を形成する。型材１０は流路となる部分に形成される。
次に、図２（Ｃ）に示すように、型材１０および窒化シリコン８の上に、ヒュームドシリカを含有する部材５を設ける。部材５は、ヒュームドシリカおよび基材を含み、感光性を有する。基材としては、ヒュームドシリカを添加することによって目的とする撥液性を有する吐出口面を形成できるものであればよく、液体吐出ヘッドの吐出口形成部材用として利用されている各種の樹脂材料から選択して用いることができる。この樹脂材料としては、アクリル樹脂やエポキシ樹脂を用いることが望ましい。なお、部材５の厚さは、５μｍから１００μｍの範囲から選択することが好ましい。そのため、塗布液を用いて部材５を形成する場合には、塗布液に含まれる基材樹脂材料の含量は、３０質量％から８０質量％であることが好ましい。また、ヒュームドシリカの平均粒子径（一次平均粒子径、数平均）は、吐出口際での発泡特性に影響しない程度の大きさである、１ｎｍ以上、２０ｎｍ以下であることが望ましい。また、ヒュームドシリカの比表面積は、比表面積が大きいほどロータス効果が大きくなるため、９０ｍ²／ｇ以上、３００ｍ²／ｇ以下であることが望ましい。
部材５中のヒュームドシリカの含有量は、吐出口面に目的とする撥液性（水性インクに対する場合は撥水性）が得られる量とすればよい。部材５中の５質量％以上３０質量％以下とすることが好ましい。部材５となる塗布液中では、塗布液に対して１０質量％以上５０質量％以下とすることが好ましい。
なお、後述するように部材５を複数層の積層構造とする場合には、最表層におけるヒュームドシリカの含有量を上記のように設定することが好ましい。

次に、図２（Ｄ）に示すように、吐出口６となる部分が未露光となるように、マスクを介して部材５に対して露光を行う。その後、ベークを行うことで、吐出口６を潜像させる。
次に、図２（Ｅ）に示すように、露光およびベークにより硬化した部材５に対する酸素プラズマ処理を行い、部材５の表面の一部をエッチングする。酸素プラズマは、ヒュームドシリカをエッチングしないため、部材５の表面の凹凸がヒュームドシリカ粒子の露出部により強調され、より高い撥液性を実現することができる。なお、部材５の表面のエッチングは、より性能を上げるために、等方性エッチングが望ましい。また、部材５の表面から１μｍ以内の領域にヒュームドシリカが存在することが望ましい。
次に、図２（Ｆ）に示すように、未露光部分を現像して、吐出口６を形成する。このように、吐出口６は、ヒュームドシリカを含む部材５により形成されている。そのため、吐出口６が配列された吐出口面は、撥液性を有することになる。
次に、部材５の表面を表面保護層により保護し、図２（Ｇ）に示すように、供給路４となる、型材１０に達する貫通口を基板３に形成した後、表面保護層および型材１０を除去する。
上述した処理の後、ダイシングソーなどを用いて基板３を分離切断して、チップ化する。その後、エネルギー発生素子２を駆動させるための電気的接合、液体供給のためのチップタンク部材を接続することで、液体吐出ヘッドの主要部が作製される。

以下、本発明を実施例にてより詳細に説明する。
（第１の実施例）
本実施例に係る液体吐出ヘッド１の製造方法は、図２を参照して説明した製造方法と同様である。
本実施例では、型材１０として、東京応化工業社製のポジ型レジストＯＤＵＲ１０１０（商品名）を使用する。ＯＤＵＲ１０１０を膜厚１４μｍで塗布した後、ウシオ社製プロキシミティ露光機を用いて露光を行い、型材１０を形成する。

次に、塗布液に含まれる固形分に占めるヒュームドシリカの割合が１５質量％となるようにヒュームドシリカを基材と混合した部材５を形成するための塗布液を、型材１０および窒化シリコン８の上に塗布する（図２（Ｃ））。ヒュームドシリカとしては、日本アエロジル社製のＲ９７６Ｓ（商品名）を使用した。本製品におけるヒュームドシリカの平均粒子径は７ｎｍであり、比表面積は３００ｍ²／ｇである。また、基材として、液体吐出ヘッドの吐出口形成部材用として利用されているネガ型の感光性樹脂であるエポキシ樹脂を用いた。また、光開始剤及びエポキシ樹脂を配合した塗布液として、日本化薬製のＳＵ−８ ３０００（商品名）を使用し、この塗布液にヒュームドシリカを１５質量％配合させた。
部材５に対してキヤノン株式会社製のステッパーを用いて露光を行った後、ベークを行うことで、吐出口６を潜像させる（図２（Ｄ））。その後、芝浦メカトロニクス製のドライエッチャーＣＤＥ−７−４を用いて、露光およびベークにより硬化した部材５に対して酸素プラズマを行い、部材５を表面側から深さ０．５μｍまでを目安にエッチングする（図２（Ｅ））。酸素プラズマ処理後、未露光部分を現像することで、吐出口６を形成する（図２（Ｆ））。吐出口６の形成後、供給路４となる基板３の貫通口の形成、型材１０などの除去が行われて、液体吐出ヘッド１の主要部が作製される。

（第２の実施例）
本発明の第２の実施例においては、吐出口６を形成する部材５を２層で形成している。以下、本実施例に係る液体吐出ヘッド１の作製方法について、図３を参照して説明する。なお、型材１０を形成するまでの工程は第１の実施例と同様であるので、説明を省略する。
型材１０の形成後、図３（Ａ）に示すように、型材１０および窒化シリコン８の上に下層部材１１を設け、下層部材１１の上に上層部材１２を設ける。下層部材１１は、液体吐出ヘッドの吐出口形成部材用として利用されているネガ型感光性樹脂であるエポキシ樹脂に光開始剤を混合して調製した塗布液を用いて形成する。
また、液体吐出ヘッドの吐出口形成部材用として利用されているエポキシ樹脂の８質量％の固形分濃度の溶液に、１６質量％の固形分に相当するヒュームドシリカ（日本アエロジル社製のＲ９７６Ｓ（商品名））を混ぜ、溶剤で５０％希釈して塗布液を調製する。この塗布液を用いて上層部材１２を形成する。こうして得られる上層部材１２は撥液性を有している。
型材１０および窒化シリコン８の上に、下層部材１１形成用の塗布液を塗布し、ベークを行って硬化させる。本実施例では、ベーク後の膜厚が２５μｍとなるように、下層部材１１形成用の塗布液を塗布する。上層部材１２は、膜厚が１μｍとなるように、上層部材１２形成用の塗布液を塗布する。このとき、上層部材１２形成用の塗布液が下層部材１１を溶かすのを避けるために、スリット塗布を行う。

下層部材１１および上層部材１２を積層した後、キヤノン株式会社製のステッパーを用いた露光およびベークを行い（図３（Ｂ））、吐出口６を潜像させる。次に、芝浦メカトロニクス製のドライエッチャーＣＤＥ−７−４を用いて、露光およびベークにより下層部材１１および上層部材１２が硬化して形成された部材５に対して酸素プラズマ処理を行う。このプラズマ処理により、硬化した部材５の表面を、深さ０．５μｍまでを目安にエッチングする（図３（Ｃ））。その後、未露光部分を現像することで、吐出口６を形成する。吐出口６の形成後、供給路４となる基板３の貫通口の形成、型材１０などの除去が行われて、液体吐出ヘッド１の主要部が作製される。
本実施例においては、ヒュームドシリカを含む上層部材１２が最上層に配置され、この上層部材１２の硬化物からなる表面が吐出口面となっている。そのため、硬化した部材５の吐出口面は撥液特性を有することになる。

（第３の実施例）
図４は、本発明の第３の実施例に係る液体吐出ヘッド１の製造方法を示す図である。
まず、図４（Ａ）に示すように、基板３の上に、流路壁となる下層部材１１を形成する。具体的には、実施例２で用いた塗布液を用いてドライフィルム化された下層部材１１を用意し、これを基板３に転写する。本実施例では、下層部材１１の膜厚は１４μｍである。
次に、図４（Ｂ）に示すように、流路となる部分が未露光となるように、マスクを介して下層部材１１に対して露光を行う。その後、ベークを行うことで、流路を潜像させる。
次に、図４（Ｃ）に示すように、下層部材１１の上に中層部材１３を形成し、中層部材１３の上に上層部材１２を形成する。中層部材１３は、下層部材１１よりも感度が１０倍低くなるように光開始剤の量を調整して作製する。その後、膜厚が１１μｍの中層部材１３のドライフィルムを実施例２で用いた塗布液を用いて作製し、真空下で下層部材１１の上に転写する。その後、中層部材１３の上に、上層部材１２を実施例２と同様にして塗布法により形成する。

次に、図４（Ｄ）に示すように、吐出口６となる部分が未露光となるように、マスクを介して上層部材１２および中層部材１３に対して露光およびベークを行うことで、図４（Ｅ）に示すように、吐出口６を潜像させる。
次に、図４（Ｆ）に示すように、芝浦メカトロニクス製のドライエッチャーＣＤＥ−７−４を用いて、露光およびベークにより下層部材１１、中層部材１３および上層部材１２が硬化して形成された部材５に対する酸素プラズマを行う。このプラズマ処理により、硬化した部材５の表面を、深さ０．５μｍまでを目安にエッチングする。
次に、図４（Ｇ）に示すように、未露光部分を現像して、吐出口６および流路を形成する。
次に、硬化した部材５の表面を表面保護材により保護し、図４（Ｈ）に示すように、流路と連通し、供給路４となる貫通口を基板３に形成した後、表面保護材を除去する。
上述した処理の後、基板３をダイシングソーなどを用いて分離切断して、チップ化する。その後、エネルギー発生素子２を駆動させるための電気的接合、液体供給のためのチップタンク部材を接続することで、液体吐出ヘッドの主要部１が作製される。
本実施例においては、ヒュームドシリカを含む上層部材１２が最上層に配置され、上層部材１２の硬化物からなる表面が吐出口面となっている。そのため、硬化した部材５の吐出口面は撥液特性を有することになる。
上述した第１から第３の実施例で説明した作製方法により作成した液体吐出ヘッドの特出特性を確認した結果、液体吐出ヘッドを搭載した記録装置などで必要とされる吐出性能を満たしていることが確認された。

このように本実施形態においては、液体吐出ヘッド１は、吐出口６が形成された部材５を備え、部材５の吐出口が配列された吐出口面は、ヒュームドシリカを含んでいる。
吐出口面が撥液性を有するヒュームドシリカを含んで構成されるため、撥液性を有することになる。また、ヒュームドシリカは、比較的安価であるため、製造コストの増加を抑制しつつ、吐出口面が撥液性を有するようにすることができる。

１ 液体吐出ヘッド
２ エネルギー発生素子
３ 基板
４ 供給路
５ 部材
６ 吐出口
７ 端子
８ 窒化シリコン
９ 耐キャビテーション膜
１０ 型材
１１ 下層部材
１２ 上層部材
１３ 中層部材

Claims (5)

1. 液体を吐出する吐出口を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   基板上の前記吐出口に液体を導く流路となる部分に型材を形成する工程と、
   前記基板および前記型材を覆うように、ヒュームドシリカを含み、感光性を有する部材を設ける工程と、
   前記部材に対する露光およびベークを行い、前記吐出口を潜像させる工程と、
   前記部材の未露光部分を現像して、前記吐出口を形成する工程と、
   前記基板を貫通し、前記型材に達する貫通口を形成する工程と、
   前記型材を除去する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 液体を吐出する吐出口を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   基板上の前記吐出口に液体を導く流路となる部分に型材を形成する工程と、
   前記基板および前記型材を覆うように、感光性を有する下層部材を設ける工程と、
   前記下層部材の上に、ヒュームドシリカを含む上層部材を設ける工程と、
   前記下層部材および前記上層部材に対する露光およびベークを行い、前記吐出口を潜像させる工程と、
   前記下層部材および前記上層部材の未露光部分を現像して、前記吐出口を形成する工程と、
   前記基板を貫通し、前記型材に達する貫通口を形成する工程と、
   前記型材を除去する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 液体を吐出する吐出口を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   基板上の前記吐出口に前記液体を導く流路となる部分に、感光性を有する下層部材を形成する工程と、
   前記下層部材に対する露光およびベークを行い、前記流路を潜像させる工程と、
   前記下層部材の上に、感光性を有する中層部材を形成する工程と、
   前記中層部材の上に、ヒュームドシリカを含む上層部材を設ける工程と、
   前記中層部材および前記上層部材に対する露光およびベークを行い、前記吐出口を潜像させる工程と、
   前記下層部材、前記中層部材および前記上層部材の未露光部分を現像して、前記流路および前記吐出口を形成する工程と、
   前記基板を貫通し、前記流路に連通する貫通口を形成する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記露光およびベークにより硬化した部材に対して、酸素プラズマによるエッチングを行う工程を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記ヒュームドシリカは、平均粒子径が２０ｎｍ以下であり、比表面積が９０ｍ²／ｇ以上である請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。