(57)【要約】【課題】  オリフィスの変形を生じにくい信頼性の高いインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】  インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通すると共に前記インク吐出圧力発生素子を内包するインク流路と、インク流路を形成するインク流路壁と、インク吐出圧力発生素子が形成された基板とを有するインクジェットヘッドにおいて、前記インク流路壁の構成部材が金属粒子を少なくとも含む樹脂組成物の硬化物からなる。【選択図】  図７
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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吐出口と、
該吐出口に連通すると共にインク吐出圧力発生素子を内包するインク流路と、
インク流路を形成するインク流路壁と、
インク吐出圧力発生素子が形成された基板とを有するインクジェットヘッドにおいて、
前記インク流路壁の構成部材が金属粒子を少なくとも含む樹脂組成物の硬化物からなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記金属粒子の粒径が５〜２００ｎｍ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ヘッド。
【請求項３】
前記金属粒子が金もしくは銀もしくは白金であることを特徴とする請求項１ないし２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記被覆樹脂層中に含まれる金属粒子の含有量が１〜５０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記インク流路壁となる被覆樹脂層が光カチオン重合開始剤と、エポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
インクジェットヘッドの製造方法において、
インク吐出圧力発生素子が形成された基体上に溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程と、
前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁となる金属粒子を含有する被覆樹脂層を形成する工程と、
インク吐出圧力発生素子上方にインク吐出口をフォトリソグラフィーにて形成する工程と、
前記溶解可能な樹脂層を溶出し、インク流路を形成する工程と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェット記録方式に用いる記録液小滴を発生するためのインクジェットヘッドの構成部材、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録方式（液体噴射記録方式）に適用されるインクジェットヘッドは、一般に微細なインク吐出口（以下、オリフィスと称す）、液流路および該液流路の一部に設けられる液体吐出エネルギー発生部を複数備えている。従来、このようなインクジェットヘッドを作製する方法としては、例えば特許文献１が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の方法によれば、インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する。次に、このインク流路パターン上に、インク流路壁となるエポキシ樹脂及び光カチオン重合開始剤を含む被覆樹脂層を形成し、フォトリソグラフィーによりインク吐出圧力発生素子上にオリフィスを形成する。その後、前記溶解可能な樹脂を溶出してインク流路を形成し、インク流路壁となる被覆樹脂層を硬化する。
【０００４】
ところで、近年の記録技術の進展に伴い、インクジェット記録技術にはより高精細な記録が求められており、それに伴いインクジェットヘッドの極小オリフィス化が求められている。
【０００５】
しかし、従来の製造方法で極小オリフィスを有するインクジェットヘッドを作成すると、インク流路壁の吸インクによる体積膨潤の影響が無視できなくなり、オリフィスの変形を生じる虞がある。その結果、吐出されるインク滴の吐出方向がばらつき出力される画像にムラを生じる場合がある。
【０００６】
また、インク中に尿素やアルカリ塩が含有する場合、インクは比較的高いアルカリ性を示すものとなるが、高アルカリインクは極性溶媒と同様にエポキシ樹脂の硬化物であるインク流路壁を膨潤させやすい。
【０００７】
そのため、上述の課題に対して、特許文献２ではフルオロカーボンを有する化合物をインク流路壁となる樹脂組成物に添加することで、インク流路壁の吸インク量の低減が可能であることが開示されている。
【特許文献１】特開平６−２８６１４９号公報
【特許文献２】特開平８−２９０５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、インクジェットによる記録技術の発達に伴い、さらなるインクの高アルカリ化、極小オリフィスの形成は必須であり、フルオロカーボンを有する化合物の添加だけでは、インク流路壁となる樹脂組成物の硬化物の吸インクによる体積膨潤の影響が無視できないレベルとなる虞がある。
【０００９】
本発明は、上述のインクジェット製造方法では極小オリフィスを作成した場合や、高アルカリインクを用いた際のインク流路壁の更なる膨潤量の低減という技術課題を解決し、高アルカリインク用いた場合や極小オリフィスを作成した場合においても長時間安定した吐出が可能であるインクジェットヘッドの製造方法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】
【００１０】
本発明者らは前述した従来技術における問題点を解決して上記課題を達成すべく鋭意研究した結果、従来のインクジェットヘッドにおけるインク流路壁となるエポキシ樹脂及び光重合開始剤を含む樹脂組成物に金属粒子を添加すれば、インク流路壁のインク耐性が向上し、すなわちインク流路壁の吸インクによる体積膨潤量が低減され、所望の安定した吐出が可能なインクジェットヘッドを得られることが判明した。
【００１１】
上記目的を達成するため本発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通すると共にインク吐出圧力発生素子を内包するインク流路と、インク流路を形成するインク流路壁と、インク吐出圧力発生素子が形成された基板とを有するインクジェットヘッドにおいて、前記インク流路壁の構成部材が金属粒子を少なくとも含む樹脂組成物の硬化物からなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インクジェットヘッドの製造方法において、インク吐出圧力発生素子が形成された基体上に溶解可能な樹脂にてインク流路パターンを形成する工程と、前記溶解可能な樹脂層上にインク流路壁となる金属粒子を含有する被覆樹脂層を形成する工程と、インク吐出圧力発生素子上方にインク吐出口をフォトリソグラフィーにて形成する工程と、前記溶解可能な樹脂層を溶出し、インク流路を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上述の構成において、本発明のインク流路壁の構成部材となる樹脂組成物に添加する金属粒子は、殆ど吸インクしない。また、金属粒子を、他の無機粒子、例えばシリカ粒子等と比較すると、金属粒子は高アルカリインクに対して溶解を起こさず優れた耐性を有する。ゆえに、該金属粒子をインク流路壁の構成部材となる樹脂組成物に添加することで、インク流路壁の吸インクによる体積膨潤量が低減され、また、高アルカリインク使用時においても、インク流路壁のインクに対する溶解がない信頼性の高いインクジェットヘッドを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図７は本発明のインクジェットヘッドの断面図である。
【００１６】
図７において、９はインクを吐出するための吐出口であり、８はインク流路壁を形成するノズル構成部材である。インク流路は吐出口９に連通すると共にインク吐出圧力発生素子２を備えており、インク吐出圧力発生素子２を備えるＳｉ基板１と、ノズル構成部材８により生成されている。本発明では、このノズル構成部材８が金属粒子を少なくとも含む樹脂組成物の硬化物から構成されている。
【００１７】
本発明における金属粒子の材質は特に限定はされないが、耐インク性及び入手のし易さより、水や有機溶剤に安定である金・銀・白金等が適している。このような金属粒子は住友電気工業（株）や日本ペイント（株）より上市されており容易に入手可能である。
【００１８】
また、本発明における前記金属粒子は、その粒径が５〜２００ｎｍであることが望ましい。これは、オリフィス形成に後述するフォトリソグラフィーを用いた際、その露光波長より金属粒子の粒径が小さいことが必須だからである。もし、露光波長より大きい粒径の金属粒子を用いると、フォトリソグラフィーを行なったときに樹脂組成物の高精細なパターンを得ることができず、形状が均一であるオリフィスを作成できないからである。
【００１９】
また、前記金属粒子をインク流路壁となる樹脂組成物に添加する際は、その含有量は１〜５０％であることが望ましい。これは、金属粒子の含有量が１％以下であると所望の性能を発揮することができず、また金属粒子含有量が５０％以上であるとインク流路壁となる樹脂組成物の硬化を阻害する虞があるからである。
【００２０】
本発明に用いられる光重合開始剤としては、芳香族ヨウドニウム塩、芳香族スルホニウム塩や旭電化工業より上市されているＳＰ−１５０、ＳＰ−１７０、ＳＰ−１７２やＲｈｏｄｉａ社より上市しているＲｈｏｄｏｒｓｉｌ２０７４等の光カチオン重合開始剤を用いることが望ましい。これらの光カチオン重合開始剤は紫外線の照射によりカチオン重合を開始させるものである。
【００２１】
また、これらインク流路壁となる樹脂組成物に対しては、必要に応じて添加剤などを適宜添加することが可能である。たとえば、エポキシ樹脂の弾性率を下げる目的で可撓性付与剤を添加したり、あるいは基板との更なる密着力を得るためにシランカップリング剤を添加することなどが挙げられる。
【実施例１】
【００２２】
本実施例においては、本発明記載の金属粒子を含有する光硬化可能な樹脂組成物を基板上に配置し、加速試験によって該樹脂硬化物の吸インクによる体積膨潤量の測定を行った。
【００２３】
まず、基板としては６インチＳｉウエハを準備し熱酸化によって１．０μｍのＳｉＯ２層を形成した。次いで表１記載の比較例を含む３種類の樹脂組成物を適当な溶剤にて溶解したものをスピンコートによって成膜し、９０℃５分のベークを行なうことにより塗布溶媒を蒸発させ２０μｍ厚に成膜した。
【００２４】
次いでキヤノン製マスクアライナーＭＰＡ６００を用い、露光量３０００ｍＪ／ｃｍ２で基板上の前記樹脂組成物のパターニングをおこない、露光後ホットプレート上で９０℃４分間加熱後にメチルイソブチルケトン／キシレン混合溶媒で現像し、さらに現像後に２００℃１時間加熱し本硬化を行った。こうして長さ５ｃｍ、幅２０μｍのライン＆スペースパターンを形成した。
【００２５】
次いでこれら試料を、エチレングリコール／尿素／イソプロピルアルコール／黒色染料／水＝５／３／２／３／８７からなるインクに浸漬（６０℃１週間）し、ラインパターン幅の寸法変化を観察した。
【００２６】
インク浸漬終了後、試料を水洗しブロー乾燥させた後、ラインパターン幅を測定したところ、本発明の構成である実施例（１）〜（５）の樹脂組成物のライン＆スペースパターンをシリコンウエハー上に設けた試料に関してはラインパターン幅の増大率は２〜３％であった。一方、比較例（１）、（２）ではインク膨潤によるパターン幅の増大率は８％であった。
【００２７】
この結果から、本発明の金属粒子を含有する樹脂組成物の硬化物は、吸インクによる体積膨潤量が少なく、且つ基板との密着性も問題が無い優れた材料であることが確認された。
【００２８】
【表１】
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【実施例２】
【００２９】
本実施例では表１記載の樹脂組成物を、インク流路壁構成部材として以下の製造方法で極小オリフィスを有するインクジェットヘッドを作成し、吸インクによるオリフィス形状安定性の評価を行った。以下、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１に示すようにインク供給口形成用マスク３を設けた結晶軸（１００）のＳｉウエハー基板１上にインク圧力発生素子として電熱変換素子（ＴａＮ）２を配置し、更に保護層としてＳｉＮ層４、Ｔａ層５を形成した。なお、電気熱変換素子２にはその素子を動作させるための制御信号入力電極が接続されている。（不図示）図２に図１のＡ−Ａ‘断面図を示す。
【００３１】
次いで前記基板１上に密着層としてポリエーテルアミドからなる層６を以下の方法で厚み２．０μｍにて形成した。ポリエーテルアミド層には日立化成工業（株）社製ＨＩＭＡＬ１２００を用い、スピナーで前記基板１上に塗布し、１００℃／３０分＋２５０℃／１時間ベークを行った。
【００３２】
次いで前記ＨＩＭＡＬ上に東京応化工業（株）社製ポジレジストＯＦＰＲ８００を用いてパターニングを行い、更にＯＦＰＲパターンをマスクとしてＯ２プラズマアッシングによりＨＩＭＡＬ層のパターニングを行い、最後にマスクとして使用したＯＦＰＲパターンを剥離することで図３に示す密着層を形成した。
【００３３】
次いで図４に示すがごとく、基板１上に東京応化工業（株）ポジレジストＯＤＵＲからなるインク流路パターンを形成した（厚み１２μｍ：図４参照）。
更に、表１記載の実施例（１）の樹脂組成物を適当な溶剤に溶解させたもの（８）を基板１上ソルベントコートにて形成し、フォトリソグラフィーによって極小オリフィス９（直径８μｍ）を形成した（図５参照）。
【００３４】
次いで前記基板１をＳｉ異方性エッチングによりエッチングし、インク供給口１０を形成した（図６参照）。
【００３５】
次いでインク供給口上のＳｉＮ膜、及びＯＤＵＲからなるインク流路パターン７を除去し、さらにノズル構成部材である前記エポキシ樹脂８を完全に硬化させるために、２００℃／１時間加熱を行い、インクジェットヘッドを得た（図７参照）。
【００３６】
次いで、作成したインクジェットヘッドで前述の高アルカリインクを用いて５００００枚のテストプリントを行なったところ、インク流路壁の構成部材に比較例（１）、（２）の樹脂組成物を用いたインクジェットヘッドは吸インクによる体積膨潤でオリフィスの変形を生じ、若干の画像の乱れを生じた。これに対してインク流路壁の構成部材に実施例（１）〜（５）の樹脂組成物を用いたインクジェットヘッドは画像の乱れは生じなかった。以上のように本発明にかかる実施例においては、いずれもインク流路壁の吸インクによる体積膨潤が少なく長時間安定した吐出が可能である信頼性の高いインクジェットヘッドが得られることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】インク供給口形成用マスクを設けた結晶軸（１００）のＳｉウエハー基板の説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】図１に示すＳｉウエハー基板に密着層を設けた状態を示す説明図である。
【図４】図３に示すＳｉウエハー基板にインク流路パターンを形成した状態を示す説明図である。
【図５】図４に示すＳｉウエハー基板にオリフィスを形成した状態を示す説明図である。
【図６】図４に示すＳｉウエハー基板にインク供給口を形成した状態を示す説明図である。
【図７】本発明のインクジェットヘッドの断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  Ｓｉ基板
２  インク吐出圧力発生素子
３  インク供給口
４  ＳｉＮ膜
５  Ｔａ膜
６  密着層
７  インク流路パターン
８  ノズル構成部材
９  吐出口
１０  インク供給口
【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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