(57)【要約】【課題】  ワイピング回数が増加しても、長期間にわたって撥水性能を維持することが可能とななるインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】  インク吐出エネルギー発生素子と、流路となる部分を占有する型材とが設けられた基板上に、感光性を有するノズル形成部材および撥水部材をパターニングすることによりインク吐出口を形成し、型材を除去することによりノズル部を形成する工程を包含するインクジェット記録ヘッドにおいて、ノズル形成部材と撥水部材との間に相溶防止部材を設け、かつ、撥水部材に使用されている溶剤のSP値をA、相溶防止部材に使用されている溶剤のSP値をB、ノズル形成部材に使用されている溶剤のSP値をCとしたとき、| A - B | > | A - C | とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するためのインク吐出エネルギー発生素子と、少なくとも流路となる部分を占有する型材とが設けられた基板上に、感光性を有するノズル形成部材および撥水部材をパターニングすることによりインク吐出口を形成し、前記型材を除去することによりノズル部を形成する工程を包含するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ノズル形成部材と前記撥水部材との間に相溶防止部材を設け、かつ、前記撥水部材に使用されている溶剤のSP値をA、前記相溶防止部材に使用されている溶剤のSP値をB、前記ノズル形成部材に使用されている溶剤のSP値をCとしたとき、| A - B | > | A - C | であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記相溶防止部材に使用されている溶剤がイソプロピルアルコールであることを特徴とする請求項1記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記撥水部材に使用されている溶剤がジグライムであることを特徴とする請求項１および２記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記ノズル形成部材に使用されている溶剤がジグライムまたはメチルイソブチルケトンまたはキシレンであることを特徴とする請求項１ないし３記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を噴射し飛翔液滴を形成して記録を行う液体吐出ヘッドに関するものである。
【０００２】
また本発明は紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対し記録を行うプリンタ、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等の装置、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適用できる発明である。
【０００３】
なお、本発明における『記録』とは、文字や図形等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、パターン等の意味を持たない画像を付与することも意味する。
【背景技術】
【０００４】
インクジェット記録ヘッドにおいては、ヒータ、圧電素子等のエネルギー発生素子を駆動することにより、インク吐出口からインク滴を吐出させて記録を行うため、インク吐出口が形成されているノズル部の表面の特性、および、インク吐出口の形状、精度等がインク滴の吐出特性に影響を与える。
【０００５】
例えば、ノズル部表面のインク吐出口周辺部に不均一なインク溜りが発生すると、インク滴の大きさ、吐出方向、吐出速度にバラツキが生じる等の不都合が発生することが知られている。
【０００６】
従来より、インクジェット記録ヘッドのノズル部の表面処理については、様々な提案がなされている。
【０００７】
その多くは、撥水処理に関するもので、すなわち、ノズル部表面に撥水処理を施してインク吐出口周辺部のインクに対する濡れ性を低くすることにより、インク滴の大きさ、吐出方向、吐出速度等を安定化させ、高品位な印字を行うことを目的とするものである。
【０００８】
撥水処理としては、特許文献１に記載されているフロロアルコキシシラン等で表面処理する方法、特許文献２に記載されているシラン系やフッ素系化合物のプラズマ重合膜を形成する方法、特許文献３に記載されているフッ素系高分子共析メッキで撥水膜を形成する方法、特許文献４に記載されている撥水部材を塗布する方法等が提案されている。
【０００９】
撥水部材を塗布する方法は、簡便性や量産性を考慮すると、非常に優れた方法であるといえる。
【００１０】
図２は、撥水部材を塗布する方法でインクジェット記録ヘッドのノズル部を形成する基本的な製造工程を示すための断面模式図である。図２−ａに示されるSi基板1上には、発熱抵抗体等のインク吐出エネルギー発生素子2が複数個配置されている。ここに、溶解可能な樹脂層でインク流路部となる型材３を形成する。
【００１１】
次に図２−ｂに示すように、型材３上にノズル形成部材4をスピンコート等により形成する。ノズル形成部材４上には撥水部材５がドライフィルムのラミネート等により形成されている。
【００１２】
インク吐出口６は、例えば紫外線、Deep UV光等による露光、現像を行って形成する。次に図２−ｃに示すように、基板1にインク供給口７を設ける。このインク供給口7は、基板を化学的にエッチング、例えばTMAH等の強アルカリ溶液による異方性エッチングにより形成する。最後に型材３を、インク吐出口６およびインク供給口７から溶出させることにより、インク流路および発泡室ができ、インクジェット記録ヘッドのノズル部が形成される。
【００１３】
このようにノズル形成部材４と撥水部材５とが接した状態で熱または光による硬化反応を行う場合、その過程で両者が互いに相溶してしまい、撥水部材5中の撥水成分がノズル形成部材4側に拡散してしまう。
【特許文献１】特開昭56-89569号公報
【特許文献２】特開昭64-87359号公報
【特許文献３】特開平4-294145号公報
【特許文献４】特開平11-188881号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
一般に、インクジェット記録ヘッドでは、ノズル部の表面に付着したインクの拭き取り動作を伴うクリーニングが定期的に行われる。すなわち、ヘッド表面をブレード部材でワイピングする。従来の撥水部材はワイピングを行うことにより徐々にその撥水性能が低下してしまうが、印字品位の低下を引き起こすほどのレベルではなかった。しかし、将来使用するインクも考慮した場合、ワイピングに対しての耐久性をさらに向上させる必要がある。例えば、今後、黒色の濃度を上げるといったユーザーニーズに応えていくためには、顔料系のインクの使用が不可欠であるが、このような粘度が高く、ノズル部表面に付着しやすいインクを使用すると、インクの拭き取り動作も頻度を増して必要となるため、長期間にわたって撥水性能を維持することは困難であった。そこでワイピングに対しての耐久性をさらに向上させるためには、ノズル形成部材と撥水部材との相溶を抑えることにより、撥水成分の拡散を防ぎ、撥水性能を向上させる必要があった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本出願にかかる発明は、上記の問題に鑑みてなされたものである。
【００１６】
本出願にかかる第１の発明は、インクを吐出するためのインク吐出エネルギー発生素子と、少なくとも流路となる部分を占有する型材とが設けられた基板上に、感光性を有するノズル形成部材および撥水部材をパターニングすることによりインク吐出口を形成し、前記型材を除去することによりノズル部を形成する工程を包含するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ノズル形成部材と前記撥水部材との間に相溶防止部材を設け、かつ、前記撥水部材に使用されている溶剤のSP値をA、前記相溶防止部材に使用されている溶剤のSP値をB、前記ノズル形成部材に使用されている溶剤のSP値をCとしたとき、| A - B | > | A - C | であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法である。
【００１７】
好ましくは、前記相溶防止部材に使用されている溶剤がイソプロピルアルコールであることである。より好ましくは、前記撥水部材に使用されている溶剤がジグライムであり、前記ノズル形成部材に使用されている溶剤がジグライムまたはメチルイソブチルケトンまたはキシレンであることである。
【発明の効果】
【００１８】
本出願にかかる発明の構成によれば、ワイピング回数が増加しても、長期間にわたって撥水性能を維持することが可能となり、同時に、インク滴の安定した吐出も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図３は、本発明のインクジェット記録ヘッドのノズル部を形成する基本的な製造工程の一部を示すための断面模式図である。
【００２１】
図３−ａに示されるSi基板１上には、発熱抵抗体等のインク吐出エネルギー発生素子２が複数個配置されており、この基板１上には、溶解可能な樹脂層でインク流路部となる型材３が形成されている。
【００２２】
次に図３−ｂに示すように、型材３上にノズル形成部材４をスピンコート等により形成する。さらに図３−ｃに示すように、ノズル形成部材４上にドライフィルムのラミネート等により撥水部材5を形成する。続いて図３−ｄに示すように、露光、現像を行って、インク吐出口6を形成する。
【００２３】
このようにノズル形成部材４と撥水部材５とが接した状態で熱または光による硬化反応を行う場合、その過程で両者が互いに相溶してしまい、撥水部材５中の撥水成分がノズル形成部材4側に拡散してしまう。この相溶の発生は、ノズル形成部材４と撥水部材５に使用している溶剤種に関係している。すなわち両者に使用している溶剤のSP値（溶解度パラメータ）の差が小さい場合、溶剤同士が相溶しやすく、結果的に撥水成分の拡散を引き起こす。
【００２４】
そこで、図１に示すように、ノズル形成部材４と撥水部材５との間に相溶防止部材８を設けることにより、撥水部材５中の撥水成分が拡散することを防ぐ。
【００２５】
ここで、撥水部材5に使用されている溶剤のSP値をA、相溶防止部材8に使用されている溶剤のSP値をB、ノズル形成部材４に使用されている溶剤のSP値をCとしたとき、AとBの差が、AとCの差よりも大きい、すなわち
| A - B | > | A - C |
の関係にあれば、撥水成分の拡散を防ぎ、ワイピングに対しての耐久性をさらに向上させることが可能となる。
【実施例１】
【００２６】
本実施例においては、相溶防止部材８を設けた形態で、図２および図４に示す製造工程によりノズル部を形成した。
【００２７】
まず、図４−ａに示すように、インク吐出エネルギー発生素子２が設けられた基板１上に型材３（ODUR、東京応化工業（株）製）のパターンを厚さ１４μmで形成した。
【００２８】
次に、図４−ｂに示すように、型材３上にノズル形成部材4をスピンコートにより厚さ１０μmで塗布した。ノズル形成部材４は、エポキシ樹脂と光カチオン重合開始剤を溶剤に溶解して作製した。溶剤にはジグライムとメチルイソブチルケトンを使用した。
【００２９】
続いて、図４−ｃに示すように、ノズル形成部材４上に相溶防止部材８をスピンコートにより厚さ２μmで塗布した。相溶防止部材８は、エポキシ樹脂と光カチオン重合開始剤を溶剤に溶解して作製した。溶剤にはイソプロピルアルコールを使用した。
【００３０】
さらに、図４−ｄに示すように、相溶防止部材８上にスピンコートにより撥水部材５を厚さ０．５μmで塗布した。撥水部材５は、エポキシ樹脂と光カチオン重合開始剤を溶剤に溶解して作製した。溶剤にはジグライムを使用した。
【００３１】
続いて、図４−ｅに示すように、ミラー・プロジェクション・マスクアライナー（MPA-600 Super、キヤノン（株）製）を使用して０．２J/cm2の露光を行い、未露光部分を現像液で除去してインク吐出口６を形成した。
【００３２】
次にTMAH 22wt%水溶液を約８０℃に加熱温調し十数時間エッチングしてインク供給口７を設けた。最後に型材３を、インク吐出口６およびインク供給口７から溶出させることにより、インクジェット記録ヘッドのノズル部を形成した。
【００３３】
撥水部材に使用されている溶剤 ジグライムのSP値A、相溶防止部材に使用されている溶剤イソプロピルアルコールのSP値B、ノズル形成部材に使用されている溶剤ジグライムのSP値Cはそれぞれ 20.1、23.5、20.1である。
【００３４】
この値から| A - B |と| A - C |の値を算出すると、それぞれ 3.4、0であり、| A - B | > | A - C | の関係は成立している。
【００３５】
すなわち、撥水部材に使用されている溶剤と、撥水部材に接する部材に使用されている溶剤との相溶の程度は、相溶防止部材を設けることにより軽くなっていることが示唆された。
【００３６】
相溶防止部材の効果を、顔料インクに対しての後退接触角で評価したところ、非常に高い値を示した。ここで記載する顔料インクとは、自己分散タイプの顔料インクを指す。
【００３７】
続いて、顔料インクを吹き付けながらノズル部表面をブレード部材でワイピングし、ワイピングに対しての耐久性を確認した。ブレード部材には水素添加ニトリルゴムを使用した。ワイピング回数の増加に伴い、ノズル部表面の顔料インクに対しての後退接触角は徐々に低下するが、その低下の割合は非常に小さいものであった。
【００３８】
さらに、ノズル部が形成された基板1を、ダイシングソーにより分離切断、チップ化し、インク吐出エネルギー発生素子2を駆動させるための電気的接合を行った後、インク供給のためのチップタンク部材を接続して、インクジェット記録ヘッドを完成させた。このインクジェット記録ヘッドを用い、顔料インクで印字耐久を行ったときの印字品位を確認した。印字枚数３万枚の時点でも印字品位は良好であり、ヘッドのノズル部を観察したところ、インクの濡れも確認されなかった。
【００３９】
以上の結果から、相溶防止部材を設けない形態と比較して、相溶防止部材を設けた形態では撥水成分の拡散が抑えられることにより、撥水性能が向上していることが示唆された。
【実施例２】
【００４０】
本実施例においては、相溶防止部材８を設けた形態で、図２および図４に示す製造工程によりノズル部を形成し、ワイピングに対しての耐久性を確認した。
【００４１】
まず、図４−ａに示すように、インク吐出エネルギー発生素子２が設けられた基板１上に型材３（ODUR、東京応化工業（株）製）のパターンを厚さ２０μmで形成した。
【００４２】
次に、図４−ｂに示すように、型材３上にノズル形成部材４をスピンコートにより厚さ５５μmで塗布した。ノズル形成部材４は、エポキシ樹脂と光カチオン重合開始剤を溶剤に溶解して作製した。溶剤にはキシレンを使用した。続いて、図４−ｃに示すように、ノズル形成部材４上に相溶防止部材８をスピンコートにより厚さ２μmで塗布した。相溶防止部材８は、エポキシ樹脂と光カチオン重合開始剤を溶剤に溶解して作製した。溶剤にはイソプロピルアルコールを使用した。
【００４３】
さらに、図４−ｄに示すように、相溶防止部材８上にドライフィルムのラミネートにより撥水部材５を厚さ０．５μmで形成した。撥水部材５は、エポキシ樹脂と光カチオン重合開始剤を溶剤に溶解して作製した。溶剤にはジグライムを使用した。
【００４４】
続いて、図４−ｅに示すように、ミラー・プロジェクション・マスクアライナー（MPA-600 Super、キヤノン（株）製）を使用して０．７J/cm2の露光を行い、未露光部分を現像液で除去してインク吐出口６を形成した。次にTMAH 22wt%水溶液を約８０℃に加熱温調し十数時間エッチングしてインク供給口７を設けた。最後に型材３を、インク吐出口６およびインク供給口７から溶出させることにより、インクジェット記録ヘッドのノズル部を形成した。
【００４５】
撥水部材に使用されている溶剤ジグライムのSP値A、相溶防止部材に使用されている溶剤イソプロピルアルコールのSP値B、ノズル形成部材に使用されている溶剤キシレンのSP値Cはそれぞれ20.1、23.5、18.0である。この値から | A - B |  と  | A - C |の値を算出すると、それぞれ 3.4、2.1であり、| A - B | > | A - C | の関係は成立している。
【００４６】
すなわち、撥水部材に使用されている溶剤と、撥水部材に接する部材に使用されている溶剤との相溶の程度は、相溶防止部材を設けることにより軽くなっていることが示唆された。
【００４７】
相溶防止部材の効果を、顔料インクに対しての後退接触角で評価したところ、非常に高い値を示した。ここで記載する顔料インクとは、樹脂分散タイプの顔料インクを指す。
【００４８】
続いて、顔料インクを吹き付けながらノズル部表面をブレード部材でワイピングし、ワイピングに対しての耐久性を確認した。ブレード部材には水素添加ニトリルゴムを使用した。ワイピング回数の増加に伴い、ノズル部表面の顔料インクに対しての後退接触角は徐々に低下するが、その低下の割合は非常に小さいものであった。
【００４９】
さらに、ノズル部が形成された基板１を、ダイシングソーにより分離切断、チップ化し、インク吐出エネルギー発生素子２を駆動させるための電気的接合を行った後、インク供給のためのチップタンク部材を接続して、インクジェット記録ヘッドを完成させた。
【００５０】
このインクジェット記録ヘッドを用い、顔料インクで印字を行うと、１００枚程度印字しても印字品位は良好であり、ヘッドのノズル部を観察したところ、インクの濡れも確認されなかった。
【００５１】
以上の結果から、相溶防止部材を設けない形態と比較して、相溶防止部材を設けた形態では撥水成分の拡散が抑えられることにより、撥水性能が向上していることが示唆された。
【００５２】
（比較例１）
本比較例においては、図２および図３に示す製造工程によりノズル部を形成した。
【００５３】
まず、図３−ａに示すように、インク吐出エネルギー発生素子２が設けられた基板１上に型材３（ODUR、東京応化工業（株）製）のパターンを厚さ１４μmで形成した。
【００５４】
次に、図３−ｂに示すように、型材３上にノズル形成部材４をスピンコートにより厚さ１０μmで塗布した。
【００５５】
ノズル形成部材4は、エポキシ樹脂と光カチオン重合開始剤を溶剤に溶解して作製した。溶剤にはジグライムとメチルイソブチルケトンを使用した。続いて、図３−ｃに示すように、ノズル形成部材４上にドライフィルムのラミネートにより撥水部材５を厚さ０．５μmで形成した。撥水部材５は、エポキシ樹脂と光カチオン重合開始剤を溶剤に溶解して作製した。溶剤にはジグライムを使用した。
【００５６】
さらに、図３−ｄに示すように、ミラー・プロジェクション・マスクアライナー（MPA-600 Super、キヤノン（株）製）を使用して０．２J/cm2の露光を行い、未露光部分を現像液で除去してインク吐出口６を形成した。
【００５７】
次にTMAH 22wt%水溶液を約８０℃に加熱温調し十数時間エッチングしてインク供給口７を設けた。最後に型材３を、インク吐出口６およびインク供給口７から溶出させることにより、インクジェット記録ヘッドのノズル部を形成した。
【００５８】
撥水部材に使用されている溶剤ジグライムのSP値A、ノズル形成部材に使用されている溶剤ジグライムのSP値Cは、ともに20.1である。この値から | A - C |の値を算出すると０であり、相溶防止部材を設けた前記［実施例１］での| A - B | の値 3.4よりも小さい値である。すなわち、撥水部材に使用されている溶剤と、撥水部材に接する部材に使用されている溶剤との相溶の程度は、相溶防止部材を設けた形態に比べて悪くなっていることが示唆された。
【００５９】
さらに、ノズル部が形成された基板１を、ダイシングソーにより分離切断、チップ化し、インク吐出エネルギー発生素子２を駆動させるための電気的接合を行った後、インク供給のためのチップタンク部材を接続して、インクジェット記録ヘッドを完成させた。このインクジェット記録ヘッドを用い、自己分散タイプの顔料インクで印字耐久を行ったときの印字品位を確認した。印字枚数 ２万枚を超えたあたりから印字品位の劣化が始まり、ヘッドのノズル部を観察したところ、インクの濡れが確認された。印字品位の劣化は、インク吐出口の周辺がインクで濡れた状態になることにより、吐出方向がよれることが原因と考えられた。
【００６０】
（比較例２）
本比較例においては、図２および図３に示す製造工程によりノズル部を形成した。
【００６１】
まず、図３−ａに示すように、インク吐出エネルギー発生素子２が設けられた基板１上に型材３（ODUR、東京応化工業（株）製）のパターンを厚さ２０μmで形成した。
【００６２】
次に、図３−ｂに示すように、型材３上にノズル形成部材４をスピンコートにより厚さ５５μmで塗布した。ノズル形成部材４は、エポキシ樹脂と光カチオン重合開始剤を溶剤に溶解して作製した。溶剤にはキシレンを使用した。続いて、図３−ｃに示すように、ノズル形成部材４上にドライフィルムのラミネートにより撥水部材５を厚さ０．５μmで形成した。撥水部材５は、エポキシ樹脂と光カチオン重合開始剤を溶剤に溶解して作製した。溶剤にはジグライムを使用した。
【００６３】
続いて、図３−ｄに示すように、ミラー・プロジェクション・マスクアライナー（MPA-600 Super、キヤノン（株）製）を使用して０．７J/cm2の露光を行い、未露光部分を現像液で除去してインク吐出口６を形成した。次にTMAH 22wt%水溶液を約８０℃に加熱温調し十数時間エッチングしてインク供給口７を設けた。
【００６４】
最後に型材３を、インク吐出口６およびインク供給口７から溶出させることにより、インクジェット記録ヘッドのノズル部を形成した。
【００６５】
撥水部材に使用されている溶剤 ジグライムのSP値A、ノズル形成部材に使用されている溶剤 キシレンのSP値Cはそれぞれ 20.1、18.0である。この値から | A - C |の値を算出すると 2.1であり、相溶防止部材を設けた前記［実施例２］での| A - B | の値 3.4よりも小さい値である。
【００６６】
すなわち、撥水部材に使用されている溶剤と、撥水部材に接する部材に使用されている溶剤との相溶の程度は、相溶防止部材を設けた形態に比べて悪くなっていることが示唆された。
【００６７】
さらに、ノズル部が形成された基板1を、ダイシングソーにより分離切断、チップ化し、インク吐出エネルギー発生素子2を駆動させるための電気的接合を行った後、インク供給のためのチップタンク部材を接続して、インクジェット記録ヘッドを完成させた。
【００６８】
このインクジェット記録ヘッドを用い、樹脂分散タイプの顔料インクで印字を行うと、数十枚印字したあたりから印字品位の劣化が始まり、ヘッドのノズル部を観察したところ、インクの濡れが確認された。印字品位の劣化は、インク吐出口の周辺がインクで濡れた状態になることにより、吐出方向がよれることが原因と考えられた。
【００６９】
以上の説明から明らかなように、本出願にかかる発明によれば、ノズル部表面に付着しやすい顔料系のインク等を使用して、インクの拭き取り動作が頻度を増しても、撥水部材に使用されている溶剤のSP値をA、相溶防止部材に使用されている溶剤のSP値をB、ノズル形成部材に使用されている溶剤のSP値をCとしたとき、AとBの差が、AとCの差よりも大きい、すなわち
| A - B | > | A - C |
の関係になるような相溶防止部材を設けることにより、撥水成分の拡散を防ぎ、ワイピングに対しての耐久性を向上させることが可能となる。
【００７０】
本出願にかかる発明の思想に沿うものであれば、実施形態は、本明細書の実施例やその他の具体的形状に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドのノズル部断面模式図
【図２】従来のインクジェット記録ヘッドの基本的な製造工程の一例を示す断面模式図
【図３】従来のインクジェット記録ヘッドの基本的な製造工程の一例を示す断面模式図
【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドの基本的な製造工程の一例を示す断面模式図
【符号の説明】
【００７２】
１  Si基板
２  インク吐出エネルギー発生素子
３  型材
４  ノズル形成部材
５  撥水部材
６  インク吐出口
７  インク供給口
８  相溶防止部材
【図１】
2006082329.tif 000003
【図２】
2006082329.tif 000004
【図３】
2006082329.tif 000005
【図４】
2006082329.tif 000006