(57)【要約】      （修正有）【課題】インクジェット記録ヘッドの単結晶シリコンの溶出を低減するインクの提供。【解決手段】インクジェット記録ヘッドに用いるインクであって、前記インクジェット記録ヘッドは前記インクと接する部分に｛１００｝面または｛１１０｝面が露出した単結晶シリコン２０１を有し、前記インクはアルカリ性であり、且つ、水及びジイソプロピルスルホンを含むことを特徴とするインク。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット記録ヘッドに用いるインクであって、
前記インクジェット記録ヘッドは前記インクと接する部分に｛１００｝面または｛１１０｝面が露出した単結晶シリコンを有し、前記インクはアルカリ性であり、且つ、水及びジイソプロピルスルホンを含むことを特徴とするインク。
【請求項２】
インクジェット記録ヘッドと、インクと、該インクを収容するインク収容部とを有するインクカートリッジであって、
前記インクジェット記録ヘッドは前記インクと接する部分に｛１００｝面または｛１１０｝面が露出した単結晶シリコンを有し、
前記インクはアルカリ性であり、且つ、水及びジイソプロピルスルホンを含むことを特徴とするインクカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録方式に用いるインク、及びインクカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録ヘッドの基板には単結晶シリコンが用いられており、トランジスタの応答性やデータ通信速度を向上させるという観点から、基板表面に｛１００｝面が規則的に露出した単結晶シリコンが用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、単結晶シリコンは、アルカリ溶液に対して耐性の低い｛１００｝面や｛１１０｝面が露出していると、インク中に単結晶シリコンが溶出してしまうことがあった。溶出した単結晶シリコンは、インクの特性に影響を及ぼし、例えばサーマル方式のインクジェット記録ヘッドを用いた場合には、コゲーションの原因となってしまう。また、圧電素子を用いたピエゾ方式においては、吐出安定性の低下を引き起こしてしまう。
【０００４】
そこで、この単結晶シリコンのインクへの溶出を低減する方法として、特許文献１にはインク中に第４級アンモニウムイオンを加える技術が記載されており、特許文献２にはインク中に第４級ホスホニウムイオンを加える技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１７３６１９号公報
【特許文献２】特開２００２−３４８５０９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や特許文献２に記載の化合物について本発明者等が検討したところ、特許文献１や特許文献２に記載の化合物を用いた際には単結晶シリコンの溶出を一定のレベルに低減できることを確認できたものの、本発明者等が満足できるレベルではなかった。よって、本発明は上記課題を鑑み、｛１００｝面または｛１１０｝面がインクと接する部分に設けられるヘッドを用いた際にも、単結晶シリコンの溶出を低減することができるインクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、インクジェット記録ヘッドに用いるインクであって、前記インクジェット記録ヘッドは前記インクと接する部分に｛１００｝面または｛１１０｝面が露出した単結晶シリコンを有し、前記インクはアルカリ性であり、且つ、水及びジイソプロピルスルホンを含むことを特徴とするインクである。
【０００８】
また、本発明は、インクジェット記録ヘッドと、インクと、該インクを収容するインク収容部とを有するインクカートリッジであって、前記インクジェット記録ヘッドは前記インクと接する部分に｛１００｝面または｛１１０｝面が露出した単結晶シリコンを有し、前記インクはアルカリ性であり、且つ、水及びジイソプロピルスルホンを含むことを特徴とするインクカートリッジである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インクと接する部分に｛１００｝面または｛１１０｝面が露出した単結晶シリコンを含むインクジェット記録ヘッドを用いた際のインク中への単結晶シリコンの溶出を低減することができるインクを提供することができる。また、インク中への単結晶シリコンの溶出を低減したインクカートリッジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】インクジェット記録ヘッドを模式的に示した斜視図である。
【図２】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造プロセスを示したフロー図である。
【図３】サンプル基板の作成プロセスを模式的に示した図である。
【図４】本発明の実施形態における記録装置を左前方から見た斜視図である。
【図５】本発明の実施形態における記録装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１２】
＜インク＞
本発明のインクはアルカリ性である。インクをアルカリ性にする方法は特に限定されないが、通常のインク組成であればインクはアルカリ性を呈する。インクがアルカリ性を呈する理由について、下記のように推測している。インク中に染料を加える場合、染料のカウンターイオンがインク中で解離し、アルカリ性を呈する。また、インク中に後述する樹脂分散方式の顔料を加える場合、分散剤のカウンターイオンがアルカリ性を呈する。また、インク中に後述する自己分散方式の顔料を加える場合、顔料表面の親水性基のカウンターイオンがアルカリ性を呈する。尚、本発明においてアルカリ性のインクとは、ｐＨ７．５以上のインクである。アルカリ性のインクを得るために、インク中に水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリ性の水溶液を加えてもよい。
【００１３】
また、本発明のインクはジイソプロピルスルホンを含むことを必須としている。インクがジイソプロピルスルホンを含むことで、後述する単結晶シリコンの｛１００｝面または｛１１０｝面がインクと接する部分に露出したインクジェット記録ヘッドを用いた際の単結晶シリコンの溶出を特異的に低減することができる。ジイソプロピルスルホンが特異的に単結晶シリコンの溶出を低減できる理由は定かではないが、本発明者等は以下のように推測している。
【００１４】
インク中のジイソプロピルスルホンは、分子中にスルホニル基を有している。スルホニル基は単結晶シリコンとの親和性が高いため、ジイソプロピルスルホン中のスルホニル基が単結晶シリコン基板に吸着し、単結晶シリコン基板表面を被覆する。このとき、ジイソプロピルスルホン中の非常に嵩高い官能基であるイソプロピル基がインクと接する形で配向するため、アルカリ性のインク中に含まれており、単結晶シリコンのエッチング物質として働く塩基（ＯＨ−）は、立体障害効果によりシリコン原子へ接近しにくくなる。その結果、塩基による単結晶シリコンのエッチングを抑制し、単結晶シリコンの溶出を低減することができる。
【００１５】
ジイソプロピルスルホンの含有量は、インク全質量に対し０．１質量％以上１５質量％以下であることが好ましく、２質量％以上５質量％以下であることが好ましい。
【００１６】
［色材］
本発明のインクに用いることのできる色材としては特に制約がなく、例えば、特開２００７−２７７３６１号公報や、特開２００４−３３９３９３号公報等に記載の従来公知の染料及び顔料を用いることができる。
【００１７】
インク中の色材の含有量は、インク全質量に対し０．５質量％以上２５質量％以下であることが好ましく、２質量％以上１５質量％以下であることがより好ましい。
【００１８】
本発明の色材として顔料を用いる場合、顔料を水中に分散する必要がある。顔料を水中に分散する方式としては特に限定されず、以下の方式を用いることができる。具体的には、分散剤を用いて顔料を分散する方式（樹脂分散方式）、顔料の表面に親水性基を導入し、顔料自体の分散性を向上させて顔料を分散する方式（自己分散方式）、顔料と分散剤とを混合したものを乳化重合し、顔料表面に分散剤を結着するマイクロカプセル方式、顔料表面に高分子を含む有機基を化学的に結合する樹脂結合型自己分散方式等が挙げられる。
【００１９】
［水溶性有機溶剤］
本発明のインクは水を含む。インク中の水の量は、インク全質量に対して５０質量％以上９５質量％以下であることが好ましい。また、水としては、脱イオン水を用いることが好ましい。また、本発明のインクは、水と水溶性有機溶剤の混合物を含んでもよい。水溶性有機溶剤としては特に制約がなく、例えば、特開２００８−２１４６０９号公報や、特開２００８−２１４６１１号公報等に記載の従来公知の水溶性有機溶剤を用いることができる。本発明のインク中の水溶性有機溶剤の含有量は、インク全質量に対して３質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。
【００２０】
＜インクジェット記録ヘッド＞
以下、本発明に用いることのできるインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録ヘッドの製造方法の好ましい態様について図２を用いて詳細に説明する。図２は、インクジェット記録ヘッドを模式的に表した図１の、Ａ−Ａ’断面図である。
【００２１】
上面及び裏面に｛１００｝面が露出した単結晶シリコン基板２０１を用い、単結晶シリコン基板下面に酸化シリコン膜２０６を形成する。その後、単結晶シリコン基板の上面に電気熱変換素子２０２及び不図示の素子駆動回路を形成し、窒化シリコン膜２０３を設ける。次に酸化シリコン膜２０６の下面にフォトレジスト２０４（東京応化社製ＯＦＰＲ−ＰＲ８  ＰＭ）を用いて開口部２０５を形成する（図２（ａ））。その後、単結晶シリコン基板２０１上及び窒化シリコン膜２０３上にインク流路型材２０７を形成する（図２（ｂ））。インク流路型材２０７は、紫外線硬化型の樹脂である東京応化工業社製ＯＤＵＲ−１０１０を、ＵＳＨＩＯ社製ＵＸ−３０００を用いて約２００００ｍＪ／ｃｍ２のＤＥＥＰＵＶ光照射する方法を好適に用いることができる。
【００２２】
次に、インク流路型材上にネガ型感光性樹脂をスピンコートし、ＵＶ光を用いて露光、現像することで、吐出口２０９を有する樹脂層２０８を形成する（図２（ｃ））。尚、樹脂層２０８を形成する際には、樹脂が完全に硬化する前にＵＶ光の照射を止める。ネガ型感光性樹脂は、下記表１に示す組成であれば好ましい。尚、表中の「部」とは、質量部である。また、ＵＶ光の照射にはキヤノン社製ミラープロジェクションアライナー（ＭＰＡ−６００Ｓｕｐｅｒ）を好適に用いることができる。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
次に、後述するエッチングから吐出口２０９を保護するために樹脂層２０８の上部に保護材２１０を塗布する（図２（ｄ））。次に、フォトレジスト２０４をマスクとしてウェットエッチングを行うことで開口部２０５に存在する酸化シリコン膜２０６を除去し、単結晶シリコン基板２０１を露出させる。ウェットエッチングが終った後、フォトレジスト２０４を除去する（図２（ｅ））。保護材としては東京応化工業製ＯＢＣが好ましい。また、ウェットエッチングを行う際のエッチング液としてはダイキン工業（株）社製バッファードフッ酸１１０Ｕを用いることが好ましい。
【００２５】
次に、エッチングによって露出した単結晶シリコン基板２０１に止まり穴２１１を形成する（図２（ｆ））。止まり穴を形成する方法としてはＹＡＧレーザーを用いることが好ましい。その後、結晶異方性エッチングを用いてインク供給口２１２を形成する（図２（ｇ））。結晶異方性エッチングは、８３℃、２２％ＲＨ条件下で単結晶シリコン基板を水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液中に浸漬させる方法を用いることが好ましい。レーザー加工と結晶異方性エッチングとを組み合わせて形成するインク供給口２１２は、結晶異方性エッチングのみを用いて形成するインク供給口よりも、狭い開口径を有する。また、レーザー加工のみを用いてインク供給口を形成する方法よりも、高い生産性を有する。尚、上述した方法で得られるインク供給口は、インクと接する部分に｛１１１｝面、｛１００｝面、｛１１０｝面がランダムに露出している。
【００２６】
インク供給口２１２を形成した後、保護材２１０を除去して吐出口２０９を露出させる。次に、インク流路型材２０７を除去することでインク流路２１３を形成し、樹脂層２０８に再びＵＶ光を当てて硬化させ、インクジェット記録ヘッドを得る（図２（ｈ））。ＯＢＣを用いた保護材を除去する場合、キシレンを用いることが好ましい。また、インク流路型材はＵＳＨＩＯ製ＣＥ−９０００により２７Ｊ／ｃｍ２の全面照射を行った後、乳酸メチル中に浸漬し、超音波照射を行うことで溶出させることができる。尚、上記インクジェット記録ヘッドの製造方法では、吐出エネルギー発生素子として電気熱変換素子を挙げているが、圧電素子であっても構わない。
【００２７】
＜インクジェット記録装置＞
以下、図面を参照して本発明に用いることのできる記録装置の一例について説明する。図４は本発明による記録装置を左前方から見た斜視図である。図５は記録装置の縦断面図である。本実施形態に係る記録装置は、給送部１、搬送部２、キャリッジ部３、排紙部４、及び制御基板６を備えている。本実施形態では、画像情報に基づいて記録ヘッド５の吐出口からシートへインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置を例に挙げて説明する。
【００２８】
給送部１は、シートＰを積載する圧板８、シートＰを給送する給送ローラ９、シートＰを分離する分離ローラ１７等を給送ベース７に取り付けて構成されている。
【００２９】
給送部１の動作について説明する。待機状態では、圧板８及び分離ローラ１７はリリースされる。次に、圧板８が給送ローラ９に当接する。その後、給送ローラ９によってシートが搬送部２に向けて給送される。
【００３０】
搬送ローラ１１には、従動回転する複数のピンチローラ１２が当接して設けられている。各ピンチローラ１２は、ピンチローラばねによって搬送ローラ１１に圧接されることでシートＰの搬送力を生み出している。
【００３１】
搬送部２に送られてきたシートＰは、搬送ローラ１１及びピンチローラ１２に挟持されてプラテン１０の上面に沿って搬送される。
【００３２】
キャリッジ部３は、記録ヘッド５を搭載して往復移動するキャリッジ１５を有する。記録ヘッド５は、キャリッジ１５に回動可能に軸支されたヘッドセットレバー１６によりキャリッジ１５に位置決め固定される。記録ヘッド５は、記録データに基づいて各吐出口内のヒータ（発熱素子）を駆動することにより、各吐出口からインクを吐出してシートＰに画像を記録する。記録ヘッド５には、記録ヘッドに供給するインクを収容するためのインク収容部を有するインクタンクが交換可能に装着される。
【００３３】
キャリッジ基板には、記録ヘッド５と電気的な接続を行うためのコンタクトも設けられている。キャリッジ基板と装置本体側の制御基板６とは、記録ヘッド５へヘッド信号を伝えるためのフレキシブル基板で接続されている。
【００３４】
上記構成において画像を記録するときは、先ず搬送ローラ１１を駆動して記録する行位置にシートＰを搬送する。そして、キャリッジ１５を移動させ、キャリッジの移動に同期して記録ヘッド５を記録情報に基づいて駆動し、記録ヘッド５の吐出口からインクを吐出することにより画像を記録する。
【００３５】
排紙部４には、プラテン１０に取り付けられた２本の排紙ローラ１３、１４が設けられている。各排紙ローラ１３、１４を搬送ローラ１１と同期回転させることにより、記録されたシートＰを装置本体外へ排出する。
【００３６】
尚、ここでは記録ヘッドの一形態として、記録データに基いてインクの吐出を行うサーマルジェット方式の記録ヘッドについて述べたが、本発明の記録装置に用いることのできる記録方式はこれに限らない。具体的には圧電素子を用いてインクを吐出する、ピエゾジェット方式の記録ヘッドを搭載した記録装置を用いてもよい。
【００３７】
また、ここでは記録ヘッドに対してインクタンクが交換可能に装着されるインクカートリッジを用いた記録装置について述べたが、インクカートリッジとインクタンクとが一体となり、記録ヘッドとインクタンクとを同時に交換することが可能なインクカートリッジットを用いた記録装置であってもよい。
【実施例】
【００３８】
次に、本発明を実施例に更に具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。尚、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を意味する。
【００３９】
［インクの調整］
表２に記載の材料を混合し、混合物をポアサイズが３．０ミクロンのメンブレンフィルター（アドバンテック製  Ｃ３００Ａ）を用いて加圧濾過し、インク１〜１０を得た。尚、得られたインク１〜１０はいずれも１００部である。
【００４０】
［サンプル基盤の作成］
図３はサンプル基板の作成プロセスを模式的に示した図である。以下、図面と共にサンプル基板の作成について説明する。
（（１００）面が露出したサンプル基板）
（１００）面が露出した単結晶シリコン１０１の表面及び裏面に７００ｎｍの熱酸化シリコン膜１０２を形成した（図３（ａ））。形成した熱酸化シリコン膜の上にフォトレジスト１０３をパターン形成することで、長さ１０．０ｍｍ、幅０．５ｍｍの開口部１０４を作製した（図３（ｂ））。
【００４１】
次に、フォトレジスト１０３をマスクとし、開口部１０４に露出している熱酸化シリコン膜を緩衝フッ酸水溶液でエッチングすることで開口部１０４に露出している熱酸化シリコン膜を除去し、単結晶シリコン１０１の（１００）面を露出させた。次いで、マスクとして用いたフォトレジスト１０３をレジスト剥離液で剥離した（図３（ｃ））。その後、ウエハを適当なサイズに切断し、（１００）面が露出したサンプル基板を得た。フォトレジストには東京応化工業製ＯＦＰＲ−ＰＲ８  ＰＭを用い、緩衝フッ酸水溶液にはダイキン工業（株）社製  バッファードフッ酸１１０Ｕを用いた。また、レジスト剥離液には東京応化工業社製剥離液１０４を用いた。
【００４２】
（（１１０）面が露出したサンプル基板）
（１００）面が露出した単結晶シリコンを、（１１０）面が露出した単結晶シリコンに代えた以外は上述した（１００）面が露出したサンプル基板の作成方法と同様の操作を行い、（１１０）面が露出したサンプル基板を得た。
（（１１１）面が露出したサンプル基板）
（１００）面が露出した単結晶シリコンを、（１１１）面が露出した単結晶シリコンに代えた以外は上述した（１００）面が露出したサンプル基板の作成方法と同様の操作を行い、（１１１）面が露出したサンプル基板を得た。
【００４３】
［インクの評価］
上記したインク１〜１０とサンプル基板とを用いてインクの単結晶シリコン溶出の低減能を評価した。インク１〜１０を各々テフロン（登録商標）ジャー中に３０ｃｃ加えた。（１００）面が露出したサンプル基板を各々のインクが入ったテフロン（登録商標）ジャーに浸漬し、６０度、６５ＲＨ％で７日間保存した。７日間保存した後、テフロン（登録商標）ジャーからサンプル基板を引き上げ、純水で洗浄し、熱酸化シリコンと、各面が露出した単結晶シリコンとの段差を測定した。（１１０）面、（１１１）面が露出したサンプル基板についても同様の操作を行った。
【００４４】
熱酸化シリコンと、単結晶シリコンとの段差は接触式段差計（ケーエルエーテンコール社製  アルファステップ２００）を用いて測定した。保存前の段差はサンプル基板を作成する際の熱酸化シリコンの厚さである７００ｎｍと等しいと仮定し、保存後の段差から７００ｎｍを差し引いた値を、保存前後の段差の変化量であるとして算出した。
【００４５】
また、保存前後の段差の変化量と、単結晶シリコンの溶出量とは比例関係にあると仮定した。そのため、実施例においては段差の変化量が少なければ単結晶シリコンの溶出抑制に優れているインクであると評価し、段差の変化量が大きければ単結晶シリコンの溶出抑制に劣るインクであると評価した。尚、酸化シリコン膜の保存前後の変化量は０（ｎｍ）であるとした。結果を表２に示す。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
本発明者等は上記実施例の結果を以って、ジイソプロピルスルホンを含むインクであれば、実施態様において述べたインクジェット記録ヘッドのような、｛１００｝面または｛１１０｝面が露出したインクジェット記録ヘッドを用いた際にも、単結晶シリコンの溶出を低減することができる、という知見を得た。
【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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