(57)【要約】      （修正有）【課題】吐出面の撥水性を簡易に評価することができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体を吐出する吐出口１１と、該吐出口に連通する液体流路と、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と、を有する液体吐出ヘッドであって、エネルギー発生素子を第一の面側に有する基板と、基板の第一の面上に、吐出口及び液体流路を構成する流路壁構造部と、流路壁構造部の上面から凹む凹部５と、該凹部に囲まれる第一の島構造部と、を含む流路形成部材と、を有し、流路形成部材の上面に撥水面８が形成されている液体吐出ヘッドである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、前記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と、を有する液体吐出ヘッドであって、
前記エネルギー発生素子を第一の面側に有する基板と、
前記基板の第一の面の上に、前記吐出口及び前記液体流路を構成する流路壁構造部と、前記流路壁構造部の上面から凹む凹部と、該凹部に囲まれる第一の島構造部と、を含む流路形成部材と、
を有し、
前記流路形成部材の上面に撥水面が形成されている液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第一の島構造部の上面に形成され撥水面は、前記流路壁構造部の上面に形成される撥水面と同一レベルの撥水性を有する請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
純水を用いた動的後退接触角測定において、前記第一の島構造部の上面に形成される撥水面における動的後退接触角が、前記流路壁構造部の上面に形成される撥水面における動的後退接触角の±３°以内に含まれる請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記流路壁構造部と前記第一の島構造部の上面は同一材料を用いて撥水処理されている請求項２又は３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第一の島構造部の上面は、前記流路壁構造部の上面と同一処理条件により形成されている請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記流路壁構造部と前記第一の島構造部は同一材料を用いて形成されている請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
純水を用いた動的後退接触角測定において、前記第一の島構造部の上面における動的後退接触角が、前記流路壁構造部の側面における動的後退接触角よりも１０°以上高い請求項１乃至６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記第一の島構造部の上面の面積が５０μｍ２以上である請求項１乃至７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記第一の島構造部の形状は、円柱状、楕円柱状及び多角柱状である請求項１乃至８のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記第一の島構造部の上面の高さは、前記凹部の外周を構成する側壁の高さよりも低い請求項１乃至９のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記流路形成部材は、さらに、前記凹部に囲まれる少なくとも１つの第二の島構造部を有し、
前記第二の島構造部の上面に形成される撥水面は、前記第一の島構造部の上面に形成される撥水面と異なる撥水性を有する請求項１乃至１０のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、前記第一の島構造部の上面に液を滴下する液滴下機構と、前記第一の島構造部に滴下された液の状態を観察する液観察機構と、を有する液体吐出装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを用い、前記第一の島構造部の上面に液を滴下し、該第一の島構造部の上面における撥水性を判別する方法。
【請求項１４】
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を第一の面側に有する基板と、
前記基板の前記第一の面の上に形成され、前記液体を吐出する吐出口及び該吐出口に連通する液体流路を構成する流路壁構造部と、前記流路壁構造部の上面から凹む凹部と、該凹部に囲まれる第一の島構造部と、を含む流路形成部材と、
を有し、前記流路形成部材の上面に撥水面が形成されている液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（１）前記基板の前記第一の面の上に、前記液体流路の型材となる流路型パターンを形成する工程と、
（２）前記基板及び前記流路型パターンの上に被覆樹脂材料及び撥水材料を配置する工程と、
（３）前記被覆樹脂材料に露光処理を施して、前記吐出口と前記凹部の潜像を形成し、続いて現像処理を行うことにより、前記流路壁構造部と前記凹部と前記第一の島構造部とを形成する工程と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドに関する
【背景技術】
【０００２】
液体を吐出することで記録動作を行う記録装置として、インクを吐出するインクジェットプリンタが広く知られている。このような記録装置に用いられる液体吐出ヘッドは、基板と、基板上に設けられた流路形成部材とを有している。流路形成部材には基板側から流路形成部材の最表層に向かって貫通する吐出口が設けられており、液体はこの吐出口を通って被印刷物へと吐出される。
【０００３】
ここで、流路形成部材の最表層は、液体が付着しにくい表面であることが望ましく、多くの液体吐出ヘッドにおいて、撥水性の高い表面となっている。これは、吐出口近傍の表面に液体が付着していると、吐出口からの射出方向が乱されて、記録品位の低下を招くことがあるからである。
【０００４】
したがって、液体吐出ヘッドの記録品位を維持するためは、最表層の撥水性を高く形成することに加えて、最表層の撥水性の優劣を判断することが重要となる。上記の液体吐出ヘッドにおいて、撥水性を評価する方法として、特許文献１が開示されている。特許文献１では、最表層を上側に向けた状態で、最表層の表面に液体を滴下し、液体の側面方向、すなわち、液体吐出ヘッドの側面方向に用意したカメラによって、液体側面の画像を取得して液体の接触角を測定する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１９８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、液体側面の画像を取得するために液体吐出ヘッド側面から観察する必要があり、カメラと液体との間に障害物が有る液体吐出ヘッドの場合には観察が困難となる場合があった。液体吐出ヘッドでは、流路形成部材の最表層に物理的ダメージが加わらないように、最表層よりも周囲のヘッド構成部材の方が相対的に高く、被印刷物方向に突き出す構成となっている。さらには、最表層を含む基板の周囲が封止剤で覆われており、最表層よりも封止剤の方が高い位置となることがあった。これら周囲のヘッド構成部材や封止剤が測定の際の障害物となることから、液体吐出ヘッドの形態にて測定するためには、液体吐出ヘッドの分解、破壊が必要となる場合があった。そのため、特許文献１の方法では、ヘッド形成後に撥水性を評価することが事実上困難であり、さらには、ヘッド使用履歴に応じた撥水性変化をオンデマンドに確認することが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、吐出面の撥水性を簡易に評価することができる液体吐出ヘッドを提供することである。より好ましい本発明の目的は、液体吐出ヘッドを分解又は破壊すること無く吐出面の撥水性を簡易に評価することができ、記録品質の高い液体吐出ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態は、液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液体流路と、前記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と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記エネルギー発生素子を第一の面側に有する基板と、前記基板の第一の面上に、前記吐出口及び前記液体流路を構成する流路壁構造部と、前記流路壁構造部の上面から凹む凹部と、該凹部に囲まれる第一の島構造部と、を含む流路形成部材と、を有し、前記流路形成部材の上面に撥水面が形成されている液体吐出ヘッドである。
【０００９】
また、本発明の一形態は、前記液体吐出ヘッドと、前記第一の島構造部の上面に液を滴下する液滴下機構と、前記第一の島構造部に滴下された液の状態を観察する液観察機構と、を有する液体吐出装置である。
【００１０】
また、本発明の一形態は、前記液体吐出ヘッドを用い、前記第一の島構造部の上面に液を滴下し、該第一の島構造部の上面における撥水性を判別する方法である。
【００１１】
また、本発明の一形態は、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を第一の面側に有する基板と、前記基板の前記第一の面上に形成され、前記液体を吐出する吐出口及び該吐出口に連通する液体流路を構成する流路壁構造部と、前記流路壁構造部の上面から凹む凹部と、該凹部に囲まれる第一の島構造部と、を含む流路形成部材と、を有し、前記流路形成部材の上面に撥水面が形成されている液体吐出ヘッドの製造方法であって、
（１）前記基板の前記第一の面の上に、前記液体流路の型材となる流路型パターンを形成する工程と、
（２）前記基板及び前記流路型パターンの上に被覆樹脂材料及び撥水材料を配置する工程と、
（３）前記被覆樹脂材料に露光処理を施して、前記吐出口と前記凹部の潜像を形成し、続いて現像処理を行うことにより、前記流路壁構造部と前記凹部と前記第一の島構造部とを形成する工程と、
を有する液体吐出ヘッドの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、吐出面の撥水性を簡易に評価することができる液体吐出ヘッドを提供することができる。より好ましくは、本発明により、液体吐出ヘッドを分解又は破壊せずに、吐出面の撥水性を簡易に評価することができ、記録品質の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成例を示す斜視図、模式的平面図および模式的断面図である。
【図２】本実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造工程例を説明するための模式的な断面工程図である。
【図３】本実施形態に係る液体吐出ヘッドにおける撥水性の優劣判別方法を示す模式的断面図である。
【図４】本実施形態に係る液体吐出ヘッドの形態を示す模式的平面図である。
【図５】本実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造工程例を説明するための模式的な断面工程図である。
【図６】本実施形態に係る液体吐出ヘッドの形態を示す模式的平面図である。
【図７】本実施形態に係る液体吐出ヘッドにおける撥水性の優劣判別方法を示す模式的断面図である。
【図８】本実施形態に係る液体吐出ヘッドの形態を示す模式的平面図である。
【図９】本実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造工程例を説明するための模式的な断面工程図である。
【図１０】本実施形態に係る液体吐出ヘッドにおける撥水性の優劣判別方法を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
なお、液体吐出ヘッドは、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、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。そして、この液体吐出ヘッドを用いることによって、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど種々の被記録媒体に記録を行うことができる。
【００１６】
本明細書内で用いられる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも意味することとする。
【００１７】
さらに「液体」とは広く解釈されるべきものであり、被記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成、被記録媒体の加工、或いはインクまたは被記録媒体の処理に供される液体を言うものとする。インクまたは被記録媒体の処理としては、例えば、被記録媒体に付与されるインク中の色材の凝固または不溶化による定着性の向上や、記録品位ないし発色性の向上、画像耐久性の向上などのことを言うものとする。
【００１８】
図１（ａ）は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの模式的斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の上方から観察した模式的平面図である。図１（ｃ−１）は、図１（ａ）の液体吐出ヘッドをＡ−Ａ’線により切断した断面図であり、図１（ｃ−２）は、図１（ａ）の液体吐出ヘッドをＢ−Ｂ’線により切断した断面図である。
【００１９】
本実施形態の液体吐出ヘッドは、エネルギー発生素子１４を第一の面側に有する基板１０を備える。図１（ｃ−１）に示されるように、基板１０の第一の面の上には、絶縁層１６、エネルギー発生素子１４、保護層１５が形成されている。また、保護層１５の上には、流路形成部材６が設けられている。本実施形態において、流路形成部材は、液体を吐出する吐出口１１及び該吐出口１１に連通する液体流路１３を構成する流路壁構造部７と、流路壁構造部７の上面（吐出面）から凹む凹部５と、該凹部５に囲まれる島構造部７’と、を含む。また、符号１は、凹部５と、該凹部に囲まれる島構造から構成される島構造構成部分を示す。
【００２０】
また、流路形成部材の上面には撥水面が形成されている。つまり、流路壁構造部の上面には撥水面８が形成されており、島構造部７’の上面には撥水面８’が形成されている。島構造部７’は、流路壁構造部７の上面（吐出面）から基板に向かって凹む凹部（凹み構造とも称す）５に囲まれている。島構造部上面の撥水面８’は、流路壁構造部上面の撥水面８と同一レベルの撥水性を有することが好ましい。
【００２１】
流路形成部材６は、基板１０の第一の面側に形成されたエネルギー発生素子１４により発生されるエネルギーを利用して液体を吐出する吐出口１１と、吐出口１１に連通する液体流路１３とを有している。この液体流路１３は、流路形成部材６の内壁（側壁、上壁）及び基板１０上に形成された保護層１５によって形成されている。
【００２２】
さらに、基板１０には、液体流路１３に液体を供給するために基板１０を貫通して設けられる供給口１７が形成されている。また、基板１０の第一の面側には、外部との電気的接続を行う電極パッド１２が形成されている。
【００２３】
また、このような液体吐出ヘッドには、アルミナなどからなる液体吐出ユニット（不図示）の支持基板が、基板１０の第一の面と反対側の面である第二の面側に接続される。この液体吐出ユニットの支持基板から供給口１７に液体が供給され、供給口１７から液体流路１３に液体が供給される。液体流路１３に運ばれた液体は、エネルギー発生素子１４が発生する熱エネルギーによって膜沸騰を起こし、液滴が吐出口１１から吐出されることで、記録動作が行われる。
【００２４】
なお、基板１０の第一の面側には、エネルギー発生素子１４を駆動するための配線層（不図示）が設けられる。また、エネルギー発生素子１４と配線層の下層には、絶縁層１６が少なくとも１層以上設けられている。さらに、エネルギー発生素子１４と配線層の上層には、保護層１５が少なくとも１層以上設けられ、この保護層１５によってエネルギー発生素子１４と配線層は液体に接触しないように保護されている。
【００２５】
本実施形態に係る液体吐出ヘッドは、吐出面の撥水性を簡易に評価することができる。具体的には、上方から島構造構成部分１に向かって液体を滴下すると、島構造部上面の撥水性が高い場合は、滴下した液体は上面で弾かれ、凹部５に引っ張られ、結果として島構造部上面には液体が残らない。一方、島構造部上面の撥水性が低下して、上面と凹部５側壁の撥水強度の差が小さくなると、滴下した液体が上面に残るようになる。したがって、本実施形態に係る液体吐出ヘッドは、島構造構成部分１に液体を付着させることにより、容易にその撥水性を評価することができる。
【００２６】
したがって、本実施形態に係る液体吐出ヘッドと、島構造部の上面に液を滴下する液滴下機構と、島構造部に滴下された液の状態を観察する液観察機構と、を有する液体吐出装置によれば、容易に液体吐出ヘッドの吐出面の撥水性を適時判別できる。
【００２７】
以下、図２を参照して、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造する工程の例を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２８】
図２は、図１（ａ）に示す液体吐出ヘッドをＡ−Ａ’線で切断した断面図およびＢ−Ｂ’線で切断した断面図における製造工程を示す模式図である。
【００２９】
まず、図２（ａ−１）、（ａ−２）に示すように、第一の面側に、絶縁層１６、エネルギー発生素子１４及び保護層１５を有する基板１０を用意する。
【００３０】
具体的には、例えば、まず、結晶方位（１００）を有するシリコン基板１０を用意する。そして、該シリコン基板１０の第一の面側に酸化シリコンからなる絶縁層１６、タンタル窒化シリコンからなるエネルギー発生素子１４、シリコン窒化膜からなる保護層１５を含む積層構造を形成する。絶縁層１６の形成には、熱酸化による成長法を用いることができる。エネルギー発生素子１４および保護層１５の形成にはスパッタ法により形成した膜を、フォトリソグラフィ法、ドライエッチング法、ウェットエッチング法等によりパターニングすることにより、所望の形状を得ることができる。
【００３１】
次に、図２（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、保護層１５の上に、液体流路の型材としての流路型パターン１８を形成する。
【００３２】
具体的には、例えば、まず、溶解可能な樹脂としてポジ型感光性樹脂材料をスピンコート法により保護層１５の上に塗布し、露光・現像して、流路型パターン１８を１４μｍの厚みで形成する。ポジ型感光性樹脂材料としては、後の工程で被膜する有機樹脂材料との相溶が少なく、その後の工程で容易に除去することができる材料が望ましく、例えば熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００３３】
次に、図２（ｃ−１）、（ｃ−２）に示すように、流路型パターン１８の上に、被覆樹脂材料１９を配置し、被覆樹脂材料１９の上に撥水材料２０を配置する。
【００３４】
具体的には、例えば、流路型パターン１８の上に、被覆樹脂材料１９としてネガ型の感光性樹脂材料を配置し、その上に撥水材料２０を積層する。被覆樹脂材料１９には、流路型パターン１８との相溶が少ないことに加え、液体に対する耐腐食性、基板との密着性、外部衝撃への強度、ならびにパターニング精度が要求される。具体的には、被覆樹脂材料１９としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエーテルアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエステル樹脂等からなる熱可塑性樹脂を用いることができる。撥水材料２０としては、液体に対する撥水発現性が高く、かつ、その撥水性が経時的に変化しにくいものが望ましい。具体的には、撥水材料２０としては、例えば、感光性樹脂材料、熱硬化樹脂、フッ素化有機樹脂を用いることができる。撥水材料２０の感光性樹脂材料としては、例えば、ネガ型を用いることができる。
【００３５】
次に、図２（ｄ−１）、（ｄ−２）に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、少なくとも吐出口１１を構成する流路壁構造部７、流路壁構造部７の上面から基板に向かう凹部５、及び該凹部５に囲まれる島構造部７’を有する流路形成部材６を形成する。凹部５は、流路壁構造部７の上面から基板若しくは保護層１５に到達するまで形成されている。
【００３６】
具体的には、フォトリソグラフィ法を用いて被覆樹脂材料１９に露光処理・現像処理を行い、必要に応じて熱硬化処理を行うことで、被覆樹脂材料１９を部分的に除去して吐出口１１および凹部５を形成する。より具体的には、被覆樹脂材料１９に吐出口１１及び凹部５に相当する潜像を形成し、該潜像を現像することにより、吐出口１１を構成する流路壁構造部７、及び凹部５に囲まれる島構造部７’を有する流路形成部材を形成する。また、被覆樹脂材料１９としてネガ型感光性樹脂を用いた場合は、露光された部分が硬化し、液体流路１３や吐出口１１を構成する流路壁構造部７や島構造部７’が形成される。
【００３７】
流路形成部材は、液体流路１３や吐出口１１を構成する流路壁構造部７、及び凹部５に囲まれる島構造部７’を有する。流路壁構造部７の上面が吐出面となり、該吐出面を含む流路形成部材の上面は撥水処理が施され、撥水面が形成される。すなわち、流路壁構造部７の上面及び島構造部７’の上面に撥水面が形成される。図２（ｄ−２）において、符号８は流路壁構造部７の上面に形成された撥水面を指し、符号８’は島構造部７’の上面に形成された撥水面を指す。本実施形態において、流路壁構造部７上面の撥水面８及び島構造部７’上面の撥水面８’は、同一材料を用いて同一処理条件により形成されているため、等しい撥水性を有する。しかし、後述するように、露光などの処理条件を変えることで、流路壁構造部上面の撥水面８及び島構造部上面の撥水面８’の撥水性を調節することができ、それぞれ異なる撥水性を付与することができる。なお、撥水処理に用いる材料には、樹脂材料等の液体や、ガス等の気体も含まれる。
【００３８】
また、本実施形態では、流路壁構造部上面の撥水面８及び島構造部上面の撥水面８’を、同一の露光処理条件・現像処理条件・熱硬化処理条件を施して形成している。そのため、島構造部上面の撥水面８’は、流路壁構造部上面の撥水面８と同一レベルの撥水性を有する。本発明において、同一レベルの撥水性とは、純水を用いた動的後退接触角測定において、島構造部上面の撥水面８’における動的後退接触角が、流路壁構造部上面の撥水面８における動的後退接触角の±３°以内に含まれることを言う。本発明における動的後退接触角とは、純水の動的な後退接触角と定義する。純水の動的後退接触角は、例えば、ＣＣＤカメラで液滴を撮影して画像解析する方法により測定できる。具体的には、測定対象の表面に対して純水を０．５μＬ滴下して表面に付着させ、その付着した純水が収縮する際の動的な後退接触角を計測する。
【００３９】
次に、図２（ｅ−１）、（ｅ−２）に示すように、基板１０を貫通する供給口１７を形成する。
【００４０】
具体的には、例えば、まず、スピンコートにより保護レジスト２１を基板上に塗布する。この保護レジストは耐アルカリ性を有し、ウェット処理により容易に除去可能な材料であることが望ましく、例えば環化ゴムを用いることができる。続いて、レーザアブレーション加工を用いて、基板１０の一方の面から基板１０中にレーザにより未貫通孔（不図示）を形成する。その後、強アルカリ性液体を用いてウェットエッチングすることでシリコン（１１１）面を有する供給口１７を形成することができる。
【００４１】
次に、供給口１７に露出する絶縁層１６および保護層１５の一部を除去し、さらに流路型パターン１８を除去する。
【００４２】
具体的には、フッ酸系のウェットエッチングと、ＣＦ４、Ｏ２、Ｎ２を含むガス雰囲気でのドライエッチングにより、供給口１７の上方を覆う絶縁層１６および保護層１５の一部を除去する。その後、環化ゴムによる保護レジスト２１をウェット処理により除去し、続いて、ＵＶ照射とウェット処理により流路型パターン１８を除去する。
【００４３】
以上の工程により、図２（ｆ−１）、（ｆ−２）に示すように、吐出口１１及び液体流路１３を構成する流路壁構造部７および凹部５に囲まれた島構造部７’を有する流路形成部材を備える液体吐出ヘッドが完成する。
【００４４】
上記の製造方法により形成した液体吐出ヘッドは、島構造部７’の上面の撥水性が、流路壁構造部の側面の撥水性よりも高くなる。また、純水を用いた動的後退接触角測定において、島構造部７’上面の撥水面における純水に対する動的後退接触角が、流路壁構造部の側面における動的後退接触角よりも１０°以上高いことが好ましく、１５°以上高いことがより好ましく、２０°以上高いことがさらに好ましい。
【００４５】
得られた液体吐出ヘッドに対し、島構造構成部分１の上方から撥水面８’および凹部５に向かって液体２２を滴下した時の断面図を図３に示す。図３（ａ）は、島構造部７’上面の撥水面８’が低い撥水性を有する時のモデル図であり、図３（ｂ）は、島構造部７’上面の撥水面８’が高い撥水性を有する時のモデル図である。島構造部７’上面の撥水面８’が高い撥水性を有する時、滴下した液体２２は、撥水面８’で弾かれ、撥水性の低い側壁を有する凹部５に引っ張られ、結果として、撥水面８’には液体２２が残らない。また、撥水面８’の撥水性が低下して、撥水面８’と凹部５側壁の撥水強度の差が小さくなると、滴下した液体２２が撥水面８’に残るようになる。例えば、撥水面８’の純水に対する動的後退接触角が９０°、凹部側面の純水に対する動的後退接触角が６０°の場合には、液体２２は撥水面８’上に残らなかった。
【００４６】
したがって、本実施形態の液体吐出ヘッドにおいて、島構造部７’に液体を滴下し、その液体の撥水面８’における有無を観察することで、撥水性の優劣を判断可能となる。この方法であれば、ヘッドを分解・破壊して液体の動的後退接触角を測定すること無く撥水性の優劣を簡易に評価でき、記録品質の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。
【００４７】
なお、島構造部の形状は、特に制限されるものではなく、例えば、円柱状、楕円柱状、又は三角柱状、四角柱状等の多角柱状等が挙げられ、その他、様々な形状であっても良い。また、島構造構成部分は複数の島構造を含んでも良い。島構造部の形状や寸法等は、特に制限されるものではなく、本願発明の効果を考慮して適宜調整できる。また、凹部５の形状や寸法も、特に制限されるものではなく、本願発明の効果を考慮して適宜調整でき、例えば、円柱状、楕円柱状、又は三角柱状、四角柱状等の多角柱状等が挙げられ、その他、様々な形状であっても良い。また、島構造部の上面の面積は、例えば５０μｍ２以上であり、５０μｍ２以上５００００μｍ２以下であることがこのましい。
【００４８】
なお、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、１つの島構造の中に、撥水性強度の異なる領域３２、３３、３４が含まれていても良い。また、図４に示すように、島構造構成部分に島構造部が複数設けられていてもよく、それぞれの島構造部の上面面積は異なっていてもよい。
【００４９】
(実施例１)
本実施例において、図５を参照して、本実施形態の液体吐出ヘッドを製造する過程を具体的に記述する。図５は、図１（ａ）に示す液体吐出ヘッドをＡ−Ａ’線で切断した断面図およびＢ−Ｂ’線で切断した断面図における製造工程を示す模式図である。
【００５０】
まず、図５（ａ−１）、（ａ−２）に示すように、シリコン（１００）基板１０を用意し、一方の面に酸化シリコンからなる絶縁層１６、タンタル窒化シリコンからなるエネルギー発生素子１４、シリコン窒化膜からなる保護層１５を含む積層構造を形成した。絶縁層１６の形成には、熱酸化による成長法を用いた。エネルギー発生素子１４および保護層１５の形成にはスパッタ法による成膜を用い、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、ウェットエッチングを用いて、所望の形状にパターニングした。
【００５１】
次に、図５（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、保護層１５の上に、流路型パターン１８を形成した。流路型パターン１８は、まず、溶解可能なポジ型感光性樹脂材料をスピンコート法により基板上に塗布し、該材料を露光・現像して、１４μｍの厚みで形成した。流路型パターン１８の材料としては、後の工程で被膜する有機樹脂材料との相溶が少なく、その後の工程で容易に除去することができる材料が望ましく、熱可塑性樹脂を用いた。
【００５２】
次に、図５（ｃ−１）、（ｃ−２）に示すように、被覆樹脂材料１９としてネガ型の感光性樹脂材料を流路型パターン１８の上に塗布し、該被覆樹脂材料１９の上に撥水材料２０を積層した。
【００５３】
次に、図５（ｄ−１）、（ｄ−２）に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて露光・現像・熱硬化することで、被覆樹脂材料を部分的に除去して吐出口１１および凹部５を形成し、被覆樹脂材料を部分的に硬化して流路壁構造部７および複数の島構造部（７’ａ、７’ｂ、７’ｃ）を有する島構造構成部分を形成した。
【００５４】
ここで、符号８’ａは第一の島構造部７’ａの上面の撥水面を指し、符号８’ｂは第二の島構造部７’ｂの上面の撥水面を指し、符号８’ｃは第三の島構造部７’ｃの上面の撥水面を指す。本実施例において、第一の島構造部７’ａ上面の撥水面８’ａ、第二の島構造部７’ｂ上面の撥水面８’ｂ、第三の島構造部７’ｃ上面の撥水面８’ｃは、それぞれ異なる撥水強度を有するように形成した。また、流路壁構造部７上面の撥水面は、少なくとも１つの島構造の撥水面の撥水性と同一レベルになるように形成した。すなわち、純水を用いた動的後退接触角測定において、第一の島構造部７’ａ上面の撥水面８’ａにおける動的後退接触角が、流路壁構造部７上面の撥水面８における動的後退接触角の±３°以内に含まれるように形成した。具体的には、流路壁構造部７を形成する露光量と、第一の島構造部７’ａを形成する露光量とを同じ量とした。また、第二の島構造部７’ｂ上面の撥水面８’ｂと第三の島構造部７’ｃ上面の撥水面８’ｃを、第一の島構造部７’ａ上面の撥水面８’ａに対して撥水強度差を生じさせるため、第二の島構造部７’ｂ及び第三の島構造部７’ｃを形成する露光量を変えた。より具体的には、第一の島構造部７’ａ上面の撥水面８’ａ、第二の島構造部７’ｂ上面の撥水面８’ｂ、第三の島構造部７’ｃ上面の撥水面８’ｃの順で撥水強度が高くなるように形成した。第一の島構造部上面の撥水性と、第二の島構造部上面の撥水性では、純水の動的後退接触角において、例えば５°〜１５°の角度差を有する。また、第二の島構造部上面の撥水性と、第三の島構造部上面の撥水性は、純水の動的後退接触角測定において、例えば５°〜１５°の角度差を有する。
【００５５】
なお、露光量の調整手段として、透過率の異なるグラデーションフォトマスクを用いることができ、また多重露光を用いることもできる。
【００５６】
次いで、図５（ｅ−１）、（ｅ−２）に示すように、基板１０を貫通する供給口１７を形成した。まず、スピンコートにより保護レジスト２１を塗布した。この保護レジストは耐アルカリ性を有し、ウェット処理により容易に除去可能な材料であることが望ましく、環化ゴムを用いた。次に、レーザアブレーション加工を用いて、基板１０の第二の面側から基板１０中に留まるレーザ孔（不図示）を形成した後、強アルカリ性液体中でウェットエッチングすることでシリコン（１１１）面を含む形状の供給口１７を得た。
【００５７】
次に、フッ酸系のウェットエッチングと、ＣＦ４、Ｏ２、Ｎ２を含むガス雰囲気でのドライエッチングにより、供給口１７の上方を覆う絶縁層１６および保護層１５の一部を除去した。その後、環化ゴムによる保護レジスト２１をウェット処理により除去し、続いて、ＵＶ照射とウェット処理により流路型パターン１８を除去した。
【００５８】
以上の工程により、図５（ｆ−１）、（ｆ−２）、図６に示すように、流路壁構造部７、凹部５および該凹部５に囲まれる複数の島構造部（７’ａ、７’ｂ、７’ｃ）を有する島構造構成部分を含む流路形成部材を備える液体吐出ヘッドを得た。
【００５９】
上記の製造方法に示すように、島構造部（７’ａ、７’ｂ、７’ｃ）の上面の撥水強度をそれぞれ変えることができた。また、島構造部および凹部の側壁は、島構造部（７’ａ、７’ｂ、７’ｃ）の上面及び流路壁構造部の上面に比べて低い撥水強度であった。
【００６０】
この液体吐出ヘッドに対し、島構造部（７’ａ、７’ｂ、７’ｃ）の上方から液体２２を滴下した時の断面図を図７に示す。撥水性の最も高い第一の島構造部７’ａ上面及び次に高い第二の島構造部７’ｂ上面では液体２２が残らず、撥水性の最も低い第三の島構造部７’ｃ上面には液体２２が残った。撥水性が高いレベルに有る時に液体が残らないのは、液体が撥水面で弾かれる一方、撥水性の低い凹部外周側壁及び島構造部側壁に引っ張られるからである。撥水性が低いレベルに有る時に液体が残るのは、島構造上面と凹部外周側壁及び島構造部側壁との間の撥水強度の差が小さいからである。例えば、純水に対する動的後退接触角が島構造部上面で９０°、島構造側面で６０°の時には、液体２２は上面に残らない。また、例えば、島構造上面で７０°、島構造部側面で６０°の時には、液体２２は上面に残る場合がある。
【００６１】
本実施例の場合、撥水強度の異なる上面を有する島構造を複数有する島構造構成部分を有し、また、その内の１つが流路壁構造部の上面（吐出面）と同一レベルの撥水強度で形成されている。この構成により、流路壁構造部の吐出面の撥水性の強度ランクが容易に評価できるため、記録品位の保障が容易に判断できる。さらに、ヘッドを分解・破壊して液体の動的後退接触角を測定する必要が無いため、記録品質の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。
【００６２】
(実施例２)
本実施例において、図９を参照して、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造する過程を具体的に記述する。図９は、図１（ａ）に示す液体吐出ヘッドをＡ−Ａ’線で切断した断面図およびＢ−Ｂ’線で切断した断面図における製造工程を示す模式図である。
【００６３】
まず、図９（ａ−１）、（ａ−２）に示すように、シリコン（１００）基板１０を用意し、一方の面に酸化シリコンからなる絶縁層１６、タンタル窒化シリコンからなるエネルギー発生素子１４、シリコン窒化膜からなる保護層１５を含む積層構造を形成した。絶縁層１６の形成には、熱酸化による成長法を用いた。エネルギー発生素子１４および保護層１５の形成にはスパッタ法による成膜を用い、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、ウェットエッチングを用いて、所望の形状にパターニングした。
【００６４】
次に、図９（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、保護層１５の上に、流路型パターン１８を形成した。流路型パターン１８は、まず、溶解可能なポジ型感光性樹脂材料をスピンコート法により塗布し、露光・現像して、１４μｍの厚みで形成した。流路型パターン１８の材料としては、後の工程で被膜する有機樹脂材料との相溶が少なく、その後の工程で容易に除去することができる材料が望ましく、熱可塑性樹脂を用いた。また、この際、流路型パターンと同じ材料を用いて、後工程で形成される凹部を形成する領域の周りに膜厚調整パターン１８’を形成する。
【００６５】
続いて、図９（ｃ−１）、（ｃ−２）に示すように、被覆樹脂材料１９としてネガ型の感光性樹脂材料を流路型パターン１８及び膜厚調整パターン１８’の上に塗布し、該被覆樹脂材料１９の上に撥水材料２０を積層した。
【００６６】
ここで、図９（ｃ−２）に示すように、膜厚調整パターン１８’が下層に配置されている領域では、被覆樹脂材料の上面高さが高く（積層厚みが大きく）なった。また、膜厚調整パターン１８’が下層に配置されていない、島構造が形成される領域では、被覆樹脂材料の上面高さが膜厚調整パターン１８’が下層に配置されている領域に比べて、低く（積層厚みが小さく）なった。膜厚調整パターン１８’を１４μｍの膜厚で形成し、被覆樹脂材料と撥水材料の積層構造を２５μｍ狙いとしたとき、膜厚調整パターン１８’が下層に形成されている領域と形成されていない領域とで１μｍ前後の厚み差が生じた。
【００６７】
なお、島構造部の上面の高さは、凹部の外周を構成する側壁の高さよりも１〜５０μｍ低いことが好ましく、５〜１０μｍ低いことがより好ましい。
【００６８】
次に、図９（ｄ−１）、（ｄ−２）に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて露光・現像・熱硬化することで、被覆樹脂材料を部分的に除去して吐出口１１および凹部５を形成し、被覆樹脂材料を部分的に硬化して流路壁構造部７及び島構造部７’を形成した。また、流路壁構造部７及び島構造部７’を同一の露光・現像・熱硬化条件で形成することで、流路壁構造部７上面の撥水性と、島構造部７’上面の撥水性はほぼ同一であり、その差は純水の動的後退接触角測定では±３°以内を示した。
【００６９】
また、凹部５の外周側壁には、膜厚調整パターン１８’の側壁が露出していた。
【００７０】
次いで、図９（ｅ−１）、（ｅ−２）に示すように、基板１０を貫通する供給口１７を形成した。まず、スピンコートにより保護レジスト２１を塗布した。この保護レジストは耐アルカリ性を有し、ウェット処理により容易に除去可能な材料であることが望ましく、環化ゴムを用いた。次に、レーザアブレーション加工を用いて、基板１０の第二の面側から基板１０中に留まるレーザ孔（不図示）を形成した後、強アルカリ性液体中でウェットエッチングすることでシリコン（１１１）面を含む形状の供給口１７を得た。
【００７１】
次に、フッ酸系のウェットエッチングと、ＣＦ４、Ｏ２、Ｎ２を含むガス雰囲気でのドライエッチングにより、供給口１７の上方を覆う絶縁層１６および保護層１５の一部を除去した。その後、環化ゴムによる保護レジスト２１をウェット処理により除去し、続いて、ＵＶ照射とウェット処理により流路型パターン１８及び膜厚調整パターン１８’を除去した。
【００７２】
以上の工程により、図９（ｆ−１）、（ｆ−２）に示すように、液体吐出ヘッドが作製された。
【００７３】
上記の製造方法により形成した液体吐出ヘッドでは、島構造部１の厚みは、流路壁構造部７のうち凹部５の外周を構成する側壁の厚みよりも１μｍ程度、小さくなった。
【００７４】
この液体吐出ヘッドに対し、島構造部７’の上方から島構造部上面および凹部５に向かって液体２２を滴下した時の断面図を図１０に示す。図１０（ａ）は、島構造部上面の撥水性が低いレベルの時のモデル図であり、図１０（ｂ）は、島構造部上面の撥水性が高いレベルで保たれている時のモデル図である。島構造部上面の撥水性が高いレベルに有る時、滴下した液体２２は、上面で弾かれる一方、撥水性の低い凹部側壁及び島構造側壁に引っ張られ、結果として、島構造部上面には液体２２が残らない。島構造部上面の撥水性が低いレベルに劣化して、上面と凹部側壁及び島構造部側壁の撥水強度の差が小さい時、滴下した液体２２は上面に残る。
【００７５】
したがって、島構造構成部分における液体の有無を観察することで、吐出面の撥水性を判断可能となる。この方法であれば、ヘッドを分解・破壊して液体の動的後退接触角を測定すること無く撥水性の優劣を簡易に評価でき、記録品質の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。また、島構造部上面が、凹部外周を構成する側壁よりも低い位置にあるため、外部からの物理的接触による島構造の破壊を抑制できる。
【符号の説明】
【００７６】
１  ：島構造構成部分
５  ：凹部（凹み構造）
６  ：流路形成部材
７  ：流路壁構造部
７’：島構造部
８  ：流路壁構造部の上面の撥水面
８’：島構造部の上面の撥水面
１０：基板
１１：吐出口
１３：液体流路
１４：エネルギー発生素子
１５：保護層
１６：絶縁層
１７：供給口
１８：流路型パターン
１９：被覆樹脂材料
２０：撥水材料
２１：保護レジスト
２２：液体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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