(57)【要約】【課題】液体吐出ヘッドの吐出口面に所望の表面処理を行う場合に、吐出口内に影響を与えず、吐出口面に精度良い表面処理を行うことのできる技術を提供することにある。【解決手段】液体吐出ヘッドを製造する過程で得られる吐出口面を有する組立体に対して、媒介材料を含む液体を接触させた状態で、光照射し、吐出口面を構成する材料と媒介材料間での原子や原子団の置換を行って、吐出口面の表面改質を行う。【選択図】    図１
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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面と、該吐出口面に液体を供給するための流路と、を有し、液体吐出ヘッドの少なくとも一部となる組立体に対して、該吐出口面の表面処理を行う工程を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記組立体は、前記吐出口面に対して、３０度以内の正または負のテーパ角を有する方向または略垂直な方向に開口する液体を吐出するための吐出口と、該吐出口に液体を供給するための流路と、を有するものであり、かつ
該表面処理は、前記吐出口面の処理領域に含まれる被処理材料と、媒介材料を含む液体と、を接触させた状態で、これらの接触界面に対して垂直に略アフォーカルなビームの光を照射することで該吐出口面の表面改質を行う表面改質方法であり、
前記吐出口面と前記媒介材料を含む液体との接触界面領域にて光励起による状態遷移を誘導し、該接触界面領域において前記媒介材料から生成される励起化学種または該媒介材料を含む液体中に生成される励起化学種を前記吐出口面に置換し、または励起化学種を前記吐出口面に電子結合堆積させることで表面改質が行われる
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記媒介材料は単体では光照射により実質的に相互作用しない材料であり、前記被処理材料と該媒介材料とに光を照射することで、前記被処理材料の置換基が励起誘導状態になると同時に前記媒介材料の原子又は原子団が励起誘導状態になる化学反応場を、前記吐出口面と該媒介材料との接触界面と光照射領域の論理積にて提供し、結合状態遷移を誘起移行することで前記吐出口面の表面処理を行う請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記化学反応場において前記被処理材料から励起誘導された置換基が前記媒介材料から励起誘導された原子又は原子団によって捕獲遷移結合される結合エネルギ−は、前記被処理材料の置換基と母材原子の結合エネルギ−と、前記媒介材料の原子又は原子団と母材原子の結合エネルギ−と、のうち大きい方の結合エネルギ−よりも大きいものである請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記被処理材料と該媒介材料とに照射される光は、前記被処理材料の置換基と母材原子の結合エネルギ−と前記媒介材料の原子又は原子団と母材原子の結合エネルギ−のうち大きい方の結合エネルギ−よりも大きいフォトンエネルギ−を有する波長の光である請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記略アフォーカルなビームが、ビームダイバージェンスが１００ｍｒａｄ以内の略平行な略アフォーカルビームであり、所定のエネルギーのフォトンを前記接触界面に照射するものである請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記媒介材料は、単体状態において、前記照射するフォトンに対してエネルギー準位的に遷移安定準位が存在せず、光吸収がほぼ皆無であり、光エネルギーを他の光エネルギーに変換する作用を起こさない材料である請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記媒介材料は、単体状態において、前記照射するフォトンに対してエネルギー準位的に遷移安定準位が存在せず、蛍光エネルギー放射、フォノン生成による熱エネルギー変換によって、極短時間で前記照射するフォトンエネルギーを変換消費し、原子配列構造が変化しない材料であり、かつ、前記照射するフォトンの光浸透距離が１０μｍ以上の光透過特性を有する材料である請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記被処理材料は、前記置換基として水素原子の炭素原子に対する一重結合（σ結合）基を前記吐出口表面に提供するものである請求項１〜７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記媒介材料は、エーテル結合基およびフッ化炭素ＣｎＦｍ基（ｎは１以上の整数であり、ｍ＝２ｎまたは２ｎ＋１である）を主鎖部分に有するポリマーの集合体を含む液体である請求項８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記ポリマーは−ＣｎＦｍ−Ｏ−からなる繰返し単位を有する請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記ポリマーは、式：Ｆ−（ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２Ｏ）ｎＣＦ２ＣＦ３（ｎ：整数）で表される請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
照射する光として、波長が２２１．４ｎｍから３５１．６ｎｍの範囲内にある紫外線を用いる請求項１〜１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記紫外線を照射するための光源は、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＦ、ＸｅＢｒ及びＸｅＩから選ばれたエキシマレーザ光源、または非線型光学結晶を用いて高調波変換放射光の波長が２２１．４ｎｍから３５１．６ｎｍの範囲内にあるレーザ光源である請求項１２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記光の照射は、前記媒介材料側から行われる請求項１〜１３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記光の照射は、該光の表面処理用のフォトン波長に対して透明な基材に所定パターンを、該フォトン波長を吸収または反射して実質的に透過しない金属膜、または実質的に透過する光干渉膜により形成したフォトマスクを介して前記媒介材料側から前記吐出口面と該媒介材料との接触界面に照射する請求項１〜１４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記フォトマスクの基材は、合成石英、水晶、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、サファイアまたはダイアモンドからなる請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記吐出口面の被処理領域が、炭素原子と水素原子の一重結合基を表面に有する有機ポリマーを主成分として構成され、該被処理領域に、前記媒介材料としてのパーフルオロポリオキセタ（Ｆ−（ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２Ｏ）ｎＣＦ２ＣＦ３；ｎ＝整数）を接触させ、該媒介材料側から波長が２２１．４ｎｍから３５１．６ｎｍの範囲内にある紫外線を、該吐出口面に対して、所定フルエンス、所定パルス数照射して、該被処理材料から水素原子を脱離すると同時にフッ化炭素（ＣｎＦｍ：ｎは１以上の整数であり、ｍは２ｎまたは２ｎ＋１である）基を置換結合させ、該被処理材料を含む処理領域のみを高撥液化する請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
前記光の照射は、該光の表面処理用のフォトン波長に対して透明な基材に所定パターンを該フォトン波長を実質的に透過し金属膜または光干渉膜により形成したフォトマスクを介して前記媒介材料側から前記吐出口面と該媒介材料との接触界面に照射する請求項１７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１９】
前記フォトマスクの基材は、合成石英、水晶、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、サファイアまたはダイアモンドからなる請求項１８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２０】
前記紫外線として、波長が約２４８ｎｍのクリプトンフッ素エキシマレーザ光を用いる請求項１７〜１９のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２１】
液体を吐出する吐出口面と、該吐出口面に液体を供給するための流路と、を有する液体吐出ヘッドにおいて、請求項１〜２０のいずれかに記載の製造方法により得られたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を液滴等の状態で吐出口から吐出させて記録用紙などの保持媒体上に付着させて、文字、画像、各種パターンなどを形成するための液体吐出ヘッドの製造方法および該方法により製造された液体吐出ヘッドに関するもので、該液体吐出ヘッドの吐出口面に対する撥液化などの表面処理方法に関するものである。
【０００２】
特には、液体吐出ヘッドに関し、炭素原子と水素原子の一重結合（σ結合）基を側鎖に有するポリマーを含有する吐出口面を構成する材料に含まれる化合物から水素原子を脱離すると同時に、そこにフッ化炭素基（ＣｎＦｍ：ｎは１以上の整数であり、ｍ＝２ｎまたは２ｎ＋１である）を置換結合させて吐出口面の特に表面のみを高撥液化する方法および、該方法により処理されたインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、インクジェット記録方式に適応される液体吐出ヘッド（インクジェット記録ヘッドともいう）のインク吐出機構部分には、一般に、インクなどの記録用の液体を吐出するための吐出口と、前記吐出口にインクを供給するためのインクを貯える液室と、前記吐出口と前記液室とを連通するインク流路と、前記インク流路の一部に設けられた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と、前記液室に外部からインクを供給するためのインク供給口が設けられている。
【０００４】
この内、微細な構造と精度を要求されるインク流路と吐出口の加工に関しては、近年、吐出エネルギー発生素子（吐出圧力発生源）を有するＩＣチップ上に、遠紫外線崩壊ポジ型レジスト樹脂材料と遠紫外線透過ネガ型レジスト樹脂材料（１）と撥水性ネガ型レジスト樹脂ドライフィルム材料（２）の３種類のレジスト材料によって、リソグラフィープロセスを用い、ポジ型レジスト樹脂材料にてインク流路の形状に相当するパターンを形成し、ネガ型レジスト樹脂材料（１）にてインク吐出口を形成する層としてオーバーコートし、かつネガ型レジスト樹脂ドライフィルム材料（２）を薄層にて表面コートし、インク吐出口露光現像の後、遠紫外線照射によってインク流路の形状の遠紫外線崩壊ポジ型レジスト樹脂材料を分解低分子量化して溶媒溶出によってインク流路を形成する方法が提案されている。
【０００５】
一方、液体吐出ヘッド内における液体と接触する部分、特に、液室、流路、吐出口内壁は良好な液体の移動と吐出口への液体の供給を確保する上で親水性であることが好ましく、また、吐出口がヘッドの外側へ開口する面（吐出口面）は、良好な吐出精度などの吐出特性を確保する上で吐出させる液体に対して撥液性であることが好ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では、吐出口面の構成に、撥水性ネガ型レジスト樹脂ドライフィルム材料に光架橋反応を発生させて現像溶剤不溶性化し、構造を形成するプロセスを用いており、このレジスト材料は、製造装置の設計上、現在市販されているマスクアライナーの使用している波長に対して感光性のある分子構造を有している（エポキシ基による酸素架橋等）ことが必須となっており、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）並のフッ素リッチなポリマー構成を液体吐出面に実現することは原理的に不可能となっている。そのため、このレジスト材料のフッ素基の含有比率は低くならざるをえない。このため撥水性ネガ型レジストといえども、純水に対する接触角は１０５度以下が現状の実力となっている。
【０００７】
また、フッ素樹脂をソルベントコートによって吐出口面に塗工する工程を用いたとしても、溶剤に溶けるフッ素ポリマーに材料が限定されるため、不活性性、撥水性、撥油性、耐擦傷性がＰＴＦＥの有する特性領域まで達しないといった問題が生じてしまう。
【０００８】
また、吐出口が形成された吐出口面に上記のような塗布法により撥液性を付与する場合、吐出口内に塗布液がまわり込んで吐出口内の一部が撥液性になると、液体吐出精度が低下する場合があり、吐出口内への処理剤の侵入を防ぐための処置が別途必要になる。一方、吐出口を開口する前に、吐出口面となる面に処理剤を塗布して、撥液性を付与しておいてから、吐出口を開口する方法では、吐出口内が処理剤により撥液性化されることは避けられるが、吐出口面に形成された処理剤の層が開口プロセス中にその開口部において、特に、吐出口面と吐出口の境界をなすエッジ部で損傷部分を生じ、所望の撥液性の付与効果が得られない場合がある。
【０００９】
更に、吐出口面に撥液性を付与する方法としては、撥液処理用のプラズマ雰囲気に吐出口面を接触させる方法や、吐出口面に撥水処理用のイオン注入を行う方法がある。しかしながら、これらの方法においても、吐出口内の撥液性化を防止するための処理が別途必要になる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、液体吐出ヘッドの吐出口面に所望の表面処理を行う場合に、吐出口内に影響を与えず、吐出口面に精度良い表面処理を行うことのできる技術を提供することにある。例えば、撥液性を付与する場合においては、撥水性感光性材料や、ソルベントコートによる特定フッ素ポリマーを用いるではなく、本来の流路や吐出口の構造を形成する材料のバルク物性特性を活かしたまま、表面領域にのみＰＴＦＥ並の特性を有するフッ素ポリマーを組み込むことによって、吐出口面に不活性性、撥水性、撥油性、耐擦傷性を発現することが可能となり、表面特性とバルク特性の両立化によって、液滴の飛翔精度などの吐出特性が向上し、吐出口面の機械的及び化学的な劣化の少ないインクジェット記録ヘッドを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口面と、該吐出口面に液体を供給するための流路と、を有し、液体吐出ヘッドの少なくとも一部となる組立体に対して、該吐出口面の表面処理を行う工程を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記組立体は、前記吐出口面に対して、３０度以内の正または負のテーパ角を有する方向または略垂直な方向に開口する液体を吐出するための吐出口と、該吐出口に液体を供給するための流路と、を有するものであり、かつ
該表面処理は、前記吐出口面の処理領域に含まれる被処理材料と、媒介材料を含む液体と、を接触させた状態で、これらの接触界面に対して垂直に略アフォーカルなビームの光を照射することで該吐出口面の表面改質を行う表面改質方法であり、
前記吐出口面と前記媒介材料を含む液体との接触界面領域にて光励起による状態遷移を誘導し、該接触界面領域において前記媒介材料から生成される励起化学種または該媒介材料を含む液体中に生成される励起化学種を前記吐出口面に置換し、または励起化学種を前記吐出口面に電子結合堆積させることで表面改質が行われる
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法である。
【００１２】
本発明にかかる液体吐出ヘッドは、上記の製造方法により製造されたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明にかかる製造方法においては、前記媒介材料は単体では光照射により実質的に相互作用しない材料であり、前記被処理材料と該媒介材料とに光を照射することで、前記被処理材料の置換基が励起誘導状態になると同時に前記媒介材料の原子又は原子団が励起誘導状態になる化学反応場を、前記吐出口面と該媒介材料との接触界面と光照射領域の論理積にて提供し、結合状態遷移を誘起移行することで前記吐出口面の表面処理を行うことが好ましい。
【００１４】
また、前記化学反応場において前記被処理材料から励起誘導された置換基が前記媒介材料から励起誘導された原子又は原子団によって捕獲遷移結合される結合エネルギ−は、前記被処理材料の置換基と母材原子の結合エネルギ−と、前記媒介材料の原子又は原子団と母材原子の結合エネルギ−と、のうち大きい方の結合エネルギ−よりも大きいものであることが好ましい。
【００１５】
更に、前記被処理材料と該媒介材料とに照射される光は、前記被処理材料の置換基と母材原子の結合エネルギ−と前記媒介材料の原子又は原子団と母材原子の結合エネルギ−のうち大きい方の結合エネルギ−よりも大きいフォトンエネルギ−を有する波長の光であることがこのましい。
【００１６】
本発明によれば、吐出口面を構成する材料に、種々の官能基を所望の特性に応じて置換することで、これらの材料が持っている本来の固有の性質は生かしたまま、必要箇所のみに所望の機能性を発現させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる吐出口面の表面処理は、吐出口面が形成された状態の組立体に対して行われる。この組立体は、少なくとも流路と吐出口が形成されている構造を有するものであり、所望とする液体吐出ヘッドの構造に応じて本発明にかかる表面処理が好適な組立体の構造が得られた段階でこの表面処理を導入する。例えば、吐出エネルギー発生素子が配置されたＩＣチップなどの基板上に、液室、流路及び吐出口を形成する場合には、基板上に、液室、流路及び吐出口を形成した組立体が得られた段階で本発明にかかる表面処理を行うことが好ましい。
【００１８】
なお、基板上に少なくとも流路及び吐出口を形成した構造としては、例えば、図３（ｂ）に示す吐出エネルギー発生素子１１への供給口１２から液体の供給方向に対して垂直な方向に液体が吐出口２１から吐出する構造や、供給口や液室から吐出エネルギー発生素子への液体の供給方向と同方向に液体が吐出口から吐出する構造を挙げることができる。また、表面処理を適用する組立体の構造は、図３（ｂ）で示す構造に限定されず、例えば、流路３２と吐出口２１のみが形成された状態の構造のものでもよい。
【００１９】
本発明における表面処理に適用される組立体の吐出口は、吐出口面に対して３０度以内の正または負のテーパ角を有するか、または略垂直な（垂直である場合を含む）方向に開口するものである。例えば、吐出口の開口における内壁と吐出口面とで形成されるエッジ部（例えば、図３（ｂ）の断面図における吐出口２１の内壁により形成された開口方向に伸びる線と吐出口面２２により形成される面との接合部）とが３０度以内の正または負のテーパ角を有するか、または略垂直な状態で形成されたものである。
【００２０】
本発明における表面処理に用いる媒介材料を含む液体としては、媒介材料自体が液体の場合にはそれ自体を用いることが好ましく、場合によっては、媒介材料を溶剤中に溶解または分散させた液体も利用可能である。この媒介材料は単体では、照射光の吸収により実質的に相互作用しないものであることが好ましい。
【００２１】
なお、この場合の「実質的に相互作用しない」とは、光照射によっても原子配列構造が変化しないことを意味する。すなわち、光エネルギーを、例えばフォノン生成、波長シフトによる蛍光放射またはラマン散乱放射、セーベック効果による起電力生成等、他のエネルギーに変換する作用がある無しにかかわらず、化学構造変化をきたさないことを意味する。
【００２２】
この媒介材料としては、単体状態、すなわち被処理材料と接触していない状態において、照射するフォトンに対してエネルギー準位的に遷移安定準位が存在せず、光吸収がほぼ皆無な材料、すなわち、光の他のエネルギーへの変化作用を全くあるいはほとんど有しない材料が好ましく用いられる。また、媒介材料としては、単体状態において、照射するフォトンに対してエネルギー準位的に遷移安定準位が存在せず、蛍光エネルギー放射、フォノン生成による熱エネルギー変換などによって、極短時間で照射するフォトンエネルギーを変換消費するが、原子配列構造が変化しない材料であり、かつ、照射するフォトンの光浸透距離が１０μｍ以上の光透過特性を有する材料も好ましい。
【００２３】
なお、化学反応場において被処理材料から励起誘導された置換基が媒介材料から励起誘導された原子又は原子団によって捕獲遷移結合される結合エネルギ−は、被処理材料の置換基と母材原子の結合エネルギ−と、媒介材料の原子又は原子団と母材原子の結合エネルギ−と、のうち大きい方の結合エネルギ−よりも大きいものであることが好ましい。
【００２４】
吐出口面の処理領域に含まれる被処理材料と媒介材料との組合せは、液体吐出ヘッドの構成材料としての特性と、本発明にかかる表面処理の適用の可能性を考慮して選択することができる。例えば、光の照射により媒介材料中に励起化学種が形成され、励起化学種が被処理材料の置換基と置換する組合せや、化学種が被処理材料に電子結合堆積する組合せなどを挙げることができ、これらの関係の両方を有する組合せを用いることもできる。
【００２５】
このような置換基の例としては、炭素原子と水素原子の一重結合を有する基を挙げることができ、これに組み合わせる媒介材料としては、エーテル結合基およびフッ化炭素ＣｎＦｍ基（ｎは１以上の整数であり、ｍ＝２ｎまたは２ｎ＋１である）を主鎖部分に有するポリマーの集合体を挙げることができる。このポリマーとしては、−ＣｎＦｍ−Ｏ−からなる繰返し単位を有するポリマーが好ましく、特に好ましい具体例としては、式：Ｆ−（ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２Ｏ）ｎＣＦ２ＣＦ３（ｎ：整数）で表されるポリマーを挙げることができる。
【００２６】
一方、被処理材料と媒介材料に照射される光は、被処理材料の置換基と母材原子の結合エネルギ−と媒介材料の原子又は原子団と母材原子の結合エネルギ−のうち大きい方の結合エネルギ−よりも大きいフォトンエネルギ−を有する波長の光であることが好ましい。
【００２７】
また、吐出口面の処理領域と媒介材料を含む液体との界面に垂直に照射されるビームは、略アフォーカル（アフォーカルな場合も含む）なビームである。このビームは、ビームダイバージェンスが１００ｍｒａｄ以内の略平行（平行である場合を含む）な略アフォーカルビームであり、所定のエネルギーのフォトンを前記接触界面に照射するものであることが好ましい。照射光としては、例えば、紫外線などを挙げることができ、上記のポリマーを用いる場合には波長が２２１．４ｎｍから３５１．６ｎｍの紫外線が好適である。
【００２８】
かかる紫外線を発生し得る光源としては、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＦ、ＸｅＢｒ及びＸｅＩ等のエキシマレーザ光源、または非線型光学結晶を用いて高調波変換放射光の波長が２２１．４ｎｍから３５１．６ｎｍの範囲内にあるレーザ光源を挙げることができる。特には、波長が約２４８ｎｍのクリプトンフッ素エキシマレーザ光を用いることができる。
【００２９】
一方、光照射は、液体吐出ヘッドの構造に応じて、吐出口面側及び媒介材料側の少なくとも一方から行うことができるが、液体吐出ヘッドの構造に制限を与えず、かつプロセス上の取扱性がより良好となるという点からは、媒介材料側からの照射が好ましい。
【００３０】
更に、光照射は、必要に応じて、光に含まれる表面処理用のフォトン波長に対して透明な基材に、所定パターンを、該フォトン波長を吸収または反射して実質的に透過しない金属膜、または実質的に透過する光干渉膜により形成したフォトマスクを介して行うこともできる。このようなフォトマスク用の基材としては、合成石英、水晶、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、サファイア及びダイアモンドなどを挙げることができる。
【００３１】
例えば、吐出口面の被処理領域を、炭素原子と水素原子の一重結合基を表面に有する有機ポリマーを主成分として構成し、この被処理領域に、媒介材料としてのパーフルオロポリオキセタ（Ｆ−（ＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２Ｏ）ｎＣＦ２ＣＦ３；ｎ＝整数）を接触させ、媒介材料側から波長が２２１．４ｎｍから３５１．６ｎｍの範囲内にある紫外線を、吐出口面に対して、所定フルエンス、所定パルス数照射して、有機ポリマーから水素原子を脱離すると同時にフッ化炭素基（ＣｎＦｍ：ｎは１以上の整数であり、ｍは２ｎまたは２ｎ＋１である）を置換結合させ、該有機ポリマーを含む処理領域のみを高撥液化することができる。
【００３２】
以下、本発明の実施形態を図面にもとづいて更に説明する。まず、本発明の吐出口面を改質するメカニズムについて、図２により詳述する。図２は本発明の液体吐出ヘッドの吐出口面の表面改質メカニズムを示すための図であって、図中▲１▼は媒介材料を含む液体（以下媒介液体材料という）領域、▲２▼は媒介材料とＣ−Ｈ基を側鎖に有する被処理材料の境界領域、▲３▼は被処理材料の領域を示すものであり、▲１▼−（ａ）〜（ｃ）、▲２▼−（ａ）〜（ｅ）、▲３▼−（ａ）〜（ｃ）は、紫外線照射されたときのそれぞれの領域における光化学反応について模式的に表している。
【００３３】
この例では被処理材料に、脂環式エポキシ樹脂を主成分とする露光、現像後のネガ型感光性樹脂を用い、媒介液体材料にパーフルオロポリエーテル（化学名：パーフルオロポリオキセタン、商品名：デムナム（ダイキン工業社製））を用いたもので説明している。
【００３４】
クリプトンフッ素のエキシマレーザ発振器から略平行ビーム（平行の場合を含む）にて放射された、光波長が２４８．４ｎｍ（フォトンエネルギー１１４ｋｃａｌ／ｍｏｌ）の光は、媒介液体材料であるパーフルオロポリエーテルに照射される。照射された紫外線は、パーフルオロポリエーテルにおいては安定遷移状態が存在しないため吸収が無くそのまま透過し、インクジェット記録ヘッド７の吐出口面表面に達する。しかし、厳密に紫外線フォトンの通過の意味するところは、量子光学的な表現をすれば、フォトンのエネルギー吸収が起こらなかったということだけであって、フォトンを吸収して遷移するエネルギー準位が存在すればフォトンの吸収が起こって作用を生ずるということでも有る。すなわち、エネルギー的に安定な準位を提供することによって、光化学反応を局所的に発生させることができるものである。
【００３５】
媒介液体材料においては、▲１▼−（ａ）に示すように炭素原子と酸素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーは約７６ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、紫外線波長が約３５７ｎｍ以下の場合、フォトンエネルギーは約７６ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上となり、エーテル基である炭素原子と酸素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーを有している。したがって、▲１▼−（ｂ）に示すように酸素原子は炭素原子からイオン解離できる状態が得られる。しかしながら、酸素原子単独では安定な状態ではないため、酸素原子が単独で存在する寿命は短命であり、イオン解離したとしても、すぐにまた同エネルギーのフォトンを放射し、元の準位に戻ってしまう（▲１▼−（ｃ））。つまり、外界から観察しても、誘導放射が起こったことと同様で、同位相、同偏光、同波長、同進行方向のフォトンが放射されることとなり、何の変化も起こらなかったことと同等に観測されることとなる。すなわち、何も起こらないと同等ということである。
【００３６】
一方、被処理材料においては、▲３▼−（ａ）に示すように炭素原子と水素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーは８０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、紫外線波長が３５１．６ｎｍ以下の場合、フォトンエネルギーは８０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上となり、炭素原子と水素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーを有している。したがって、▲３▼−（ｂ）に示すように水素原子は炭素原子からイオン解離できる状態が得られる。しかしながら、水素原子単独では安定な状態ではないため、水素原子が単独で存在する寿命は短命であり、イオン解離したとしても、すぐにまた同エネルギーのフォトンを放射し、元の準位に戻ってしまう（▲３▼−（ｃ））。つまり、先ほどと同様に外界から観察しても、何の変化も起こらなかったことと同等に観測されることとなる。
【００３７】
しかし、イオン解離した酸素原子が捕獲される新たな準位（いわゆるドナー、アクセプターレベル）を提供することによって、紫外線フォトンの吸収が起こり、光化学反応を起こすことができる。本発明の場合、この捕獲準位は、被処理材料の表面、すなわち、媒介液体材料とＣ−Ｈ基を側鎖に有する被処理材料の境界領域で提供されることとなる。このことを説明すると、被処理材料の表面には、有機材料が配設されており、有機材料ポリマーの側鎖には炭素原子と水素原子の一重結合状態が存在している。一方、被処理材料に接する媒介液体材料には酸素原子と炭素原子の一重結合状態が存在している。▲２▼−（ａ）に示すように炭素原子と酸素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーは約７６ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、また、有機ポリマー側鎖の炭素原子と水素原子の一重結合のポテンシャル障壁エネルギー８０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌである。紫外線波長が３５１．６ｎｍ以下の場合、フォトンエネルギーは８０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上となり、炭素原子と酸素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーおよび炭素原子と水素原子の一重結合エネルギーのポテンシャルの壁を超えるエネルギーを有しているもので、すなわち水素原子と酸素原子の解離する状態を誘発するエネルギーを有しているものである。したがって、▲２▼−（ｂ）に示すように酸素原子および水素原子はそれぞれ炭素原子からイオン解離する。
【００３８】
ここで、酸素原子と水素原子の一重結合エネルギーは約１０９ｋｃａｌ／ｍｏｌであって、エーテル基である炭素原子と酸素原子の一重結合のポテンシャル障壁エネルギー約７６ｋｃａｌ／ｍｏｌ、有機ポリマー側鎖の炭素原子と水素原子の一重結合のポテンシャル障壁エネルギー８０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌ、よりも、結合エネルギーが大きい、したがって酸素原子と炭素原子が一重結合するとエネルギー準位ポテンシャルがより深い安定準位に落ち込むこととなる。つまり、解離酸素原子と解離水素原子に対して、遷移安定な準位が、処理表面と媒介液体材料であるパーフルオロポリエーテルの接触界面において提供されることとなる。
【００３９】
そして、▲２▼−（ｃ）に示すように、酸素原子および水素原子は約１０９ｋｃａｌ／ｍｏｌエネルギーのフォトンを放射し、酸素原子と水素原子との一重結合が生成される。
【００４０】
実際には、水素Ｈと酸素Ｏの安定状態は純水Ｈ２Ｏであるため、３５１．６ｎｍ以下の紫外線フォトンを４個消費して、上記してきた光化学反応が生じることとなる。
【００４１】
もちろん、紫外線のフォトンエネルギーが酸素原子と水素原子の一重結合エネルギー約１０９ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上である場合には、▲２▼−（ｄ）に示すように酸素原子と水素原子とはそれぞれイオン解離できる状態が得られる。しかしながら、酸素原子および水素原子単独では安定な状態ではないため、酸素原子が単独で存在する寿命は短命であり、イオン解離したとしても、すぐにまた同エネルギーのフォトンを放射し、元の準位に戻ってしまう（▲２▼−（ｅ））。つまり、外界観察によっては何の変化も起こらなかったと観測されることとなる。また、厳密に表現するならば、ハイゼンベルグの不確定性原理によって、極短時間のイオン解離過程が起こっているか否かは観測する事ができないことであって、つまり量子論的にはわからないと表現することが適切な説明となるものである。
【００４２】
これと同時に、液状の媒介材料であるパーフルオロポリエーテルは主鎖のエーテル基を失うため、フッ化炭素基（Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ７）が残留され、一方、被処理面においては炭素の活性基が残されているため、フッ化炭素基は被処理面の炭素活性基に化学結合せざるをえない環境が形成され、被処理面はフッ素化され撥水特性が発現することとなる。
【００４３】
ここで補足として、炭素原子と炭素原子の一重結合エネルギーは約８４ｋｃａｌ／ｍｏｌであるため、照射紫外線に約３３６ｎｍ以下の波長を用いた場合には、炭素原子どうしは解離、結合を不安定に遷移し、フッ化炭素はＣｎＦｍ基（ｎは１以上の整数であり、ｍ＝２ｎまたは２ｎ＋１である）の内のどれか分解また結合された最も安定な状態で被処理面に化学結合することとなる。
【００４４】
更に、補足として、炭素原子と炭素原子の一重結合エネルギーは約８４ｋｃａｌ／ｍｏｌであるため、照射紫外線に約３３６ｎｍ以下の波長を用いた場合には、炭素原子どうしは解離、結合をエントロピーの増大する方向に不安定に遷移し、フッ化炭素はＣｎＦｍ（ｎ＝１，２，３…、ｍ＝２ｎまたは２ｎ＋１）基の内のどれかの状態に分解また再結合されてギプスの自由エネルギーが最小になるように最も安定な状態でネットワークを形成し被処理固体材料表面に化学結合することとなる。
【００４５】
このような紫外線を照射するための紫外線光源としては、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＦ、ＸｅＢｒ及びＸｅＩ等のエキシマ光源を用いることが出来る。
【００４６】
また、被処理材料としては、炭素原子と水素原子の一重結合基を側鎖に有するポリマーを含有する有機材料の集合体や、炭素原子と水素原子の一重結合基を側鎖に有するポリマーを含有する有機材料と無機材料の混合体を用いることが出来る。吐出口面の処理領域は被処理材料のみから構成することができる。あるいは、所望とする表面処理効果が得られる範囲内で被処理材料と他の材料との併用により処理領域を構成することができる。
【００４７】
【実施例】
まず、インクジェット記録ヘッドのインク吐出機構部分構造について図３の（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。（ａ）は面吐出型インクジェット記録ヘッドのインク吐出要部の吐出口面側から見た図（インク吐出圧発生素子は不図示）で、（ｂ）は図（ａ）のＢ−Ｂ位置の断面図であって、インク吐出圧発生素子１１を搭載したシリコンＩＣ回路基板１３の上にインク供給口１２、インク流路３２、インク吐出口２１、吐出口面２２が形成されたものである。
【００４８】
インクが吐出するインク吐出口は（ａ）に示すごとく２次元配列にてパターニングされ、高密度なノズル配列にて形成されている。上述したインクジェット記録ヘッドのインク吐出要部は、以下のような工程を経てインクジェット記録ヘッドとして作成することができる。インク吐出圧発生素子駆動用の端子をパターニングした電気基板を結合するとともに、アルミ製またはアルミナセラミック製のベースプレートをシリコンＩＣ基板に放熱用として接合し、次いで、各部材を保持するホルダおよびインク供給のためのインクタンクを結合することで表面処理を施す組立体が得られる。
【００４９】
次に、図１及び図４を用いて、本発明に係る吐出口面表面のフッ素化による撥液化処理を説明する。
【００５０】
組立体７は、脂環式エポキシ樹脂を主成分とする吐出口面２２（成分詳細は表１に記述）をウインドウ３側にスペーサ６を介して配設されており、移動しないように、加圧体８で押えられている。なお、各吐出口の内壁面と吐出口面とで形成されるエッジ部は概直角をなしたものである。また、図４に示すとおり、加圧体によりインク供給口を密閉する方法をとることにより、組立体内部に空気が閉じ込められ、媒介液体材料と吐出口面とを接触させた場合でも、媒介液体材料の吐出口内への侵入を防ぐことができる。
【００５１】
パーフルオロポリエーテル（商品名：デムナム、ダイキン工業社製）からなる媒介液体材料５を吐出口面２２と接触させ、クリプトンフッ素のエキシマレーザ発振器１から放射される光波長が２４８．４ｎｍの紫外線１０を、偏向ミラー２とウインドウ３を介して組立体７の吐出口面２２に照射して撥液化処理を行うものである。
【００５２】
【表１】
2004306285.tif 000003
【００５３】
この撥液化処理において、照射レーザ光は略アフォーカルな略平行ビームであるため、インク吐出口２１の側面（内壁面）に対しての紫外線照射密度は微量となるため、照射フルエンスの不足によってそこでの撥液化改質は行われないため、インク吐出口の吐出口面表面のみにおいて撥液化処理がなされることとなる。すなわち、このことによって、この組立体から得られるインクジェット記録ヘッドに充填されるインクは吐出口面２２の表面にて毛管力により液面を保持することができるため、インク吐出の安定性および飛翔精度が保たれる状態で、吐出口面の表面を撥液化することができるようになるものである。
【００５４】
上記の表面処理を施した組立体に必要に応じて各種処理を行ってインクジェット記録ヘッドが得られる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液体に圧力発生源を接触させ圧エネルギーを与えることで圧力を液体の吐出口に伝達させて、液滴を発弾し記録用紙などの保持媒体に付着させる液体吐出ヘッドにおいて、吐出口が配設された吐出口面に、媒介材料を含む液体を接触させ、この接触界面に対して略垂直に、所定エネルギーのフォトンを略アフォーカルな、好ましくは略平行ビームにて照射し、吐出口面と媒介材料を含む溶液の接触界面領域にて光励起による状態遷移を誘導し、媒介材料からの励起化学種を液体吐出口面に置換し、または化学種を電子結合堆積させることによって、吐出口面の所定領域のみの表面処理することが可能となる。
【００５６】
特に、炭素原子と水素原子の一重結合基を有する材料を用いて吐出口面を形成した場合に、エーテル結合基およびフッ化炭素ＣｎＦｍ基（ｎは１以上の整数であり、ｍ＝２ｎまたは２ｎ＋１である）を主鎖部分に有するポリマーの集合体からなる液体の媒介材料を吐出口面に接触させた状態で、吐出口面と媒介材料との接触界面に波長が２２１．４ｎｍから３５１．６ｎｍの範囲内にある紫外線を照射することで被処理面の炭素原子と水素原子の一重結合基における水素原子を媒介材料のフッ化炭素基と置換し、被処理面を改質することによって、またさらに、略アフォーカルな、好ましくは略平行ビーム光によって吐出口面を処理することによって、インク吐出口を形成した後処理にて、インク吐出口の側面およびアンダーカット部分に改質影響を与えることなく吐出口面のみを改質することができる。その結果、様々な機能を有する液体吐出に関して吐出口面を濡らすことなく安定に液体吐出させることができるようにしたものである。
【００５７】
さらに、撥液性を付与する場合については、撥水性感光性材料や、ソルベントコートによるフッ素ポリマーでの表面改質を用いるではなく、本来の流路、吐出口の構造を形成する材料のバルク物性特性を活かしたまま、所定の表面領域にのみ撥液特性を発現させることによって、吐出口面に不活性性、撥水性、撥油性、耐擦傷性を発現することが可能となり、表面特性とバルク特性の両立化によって、インク飛翔特性が向上し、吐出口面の機械的化学的劣化の少ない、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】
【図１】本発明に係る表面改質処理を行う手段の概略図である。
【図２】本実施例の吐出口面の表面改質メカニズムを示すための図である。
【図３】（ａ）は面吐出型インクジェット記録ヘッドのインク吐出要部を示す図であり、（ｂ）は表面処理を施す組立体の構造を表す断面図である。
【図４】本発明にかかる表面改質処理を面吐出型インクジェット記録ヘッドを製造するための組立体に適用する際の処理の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  レーザ発振器
２  反射ミラー
３  ウインドウ
４  ディスペンサ
５  パーフルオロポリエーテル
６  スペーサ
７  インクジェット記録ヘッドチップ
８  加圧体
１０  紫外線光束
１１  インク吐出圧発生素子
１２  インク供給口
１３  シリコン回路基板
２１  インク吐出口
３２  インク流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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