(57)【要約】      （修正有）【課題】  インクジェット記録ヘッドにおいて、ワイピング回数が増加して撥水部材の磨耗が生じても、長期間に渡って撥水性を維持することを可能とする。【解決手段】  撥水部材４の厚さが３００ｎｍ以上であり、かつ、インク吐出エネルギー発生素子２を有する面とインク供給口部の撥水部材端面とのなす角度が２０°以上である構成とする。【選択図】  図１
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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、少なくとも液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手段を包含するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記撥水部材の厚さが300nm以上であり、かつ、前記インク吐出エネルギー発生素子を有する面と、前記インク吐出口部の前記撥水部材端面とのなす角度が20°以上であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記撥水部材がシリコン・フッ素・炭素・酸素で構成されることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記撥水部材内のシリコンの含有割合が、表面側が前記ノズル形成部材との界面側よりも高くなるように、厚さ方向に分布を持って形成されていることを特徴とする請求項1又は、請求項2に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記撥水部材の、最表面から深さ1nmの領域におけるシリコンの含有割合が10％以上であることを特徴とする請求項1又は、請求項2に記載のインクジェット記録ヘッド。
【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。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。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。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。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。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。
【０００５】
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7を形成する。次に図2-bに示すように、型材7上にノズル形成部材3をスピンコート等により形成する。ノズル形成部材3上には撥水部材4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。インク吐出口8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10を設ける。このインク供給口10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7を、インク吐出口8およびインク供給口10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。このようにして形成されたノズル部の、ノズル形成部材3と撥水部材4の界面付近の拡大図を図3-aに示す。インク吐出エネルギー発生素子2と平行な面と、撥水部材端面とがなす角度θtが非常に小さく、インク吐出口8の最周辺部に形成されている撥水部材4の厚さは非常に薄い。
【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】
【０００６】
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。従来の撥水部材は耐磨耗性が高くなく、ワイピングを行うことにより徐々に磨耗し薄くなってしまうが、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、撥水部材がさらに磨耗しやすく、長期間にわたって撥水性を維持することは困難であった。そこで、耐磨耗性を向上させるために撥水部材の厚みをさらに増すことも考えられるが、図3-bに示すように、撥水部材を厚くしても、インク吐出エネルギー発生素子2と平行な面と、撥水部材端面とがなす角度θtが小さければ、インク吐出口8の最周辺部に形成されている撥水部材4の厚さは薄く、ワイピング回数の増加に伴い、インク滴の吐出が不安定になった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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、少なくとも液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、前記撥水部材の厚さが300nm以上であり、かつ、前記インク吐出エネルギー発生素子を有する面と、前記インク吐出口部の前記撥水部材端面とのなす角度が20°以上であることを特徴とするインクジェット記録ヘッドである。好ましくは、前記撥水部材がシリコン・フッ素・炭素・酸素で構成されており、前記撥水部材内のシリコンの含有割合が、表面側が前記ノズル形成部材との界面側よりも高くなるように、厚さ方向に分布を持って形成されていることである。より好ましくは、前記撥水部材の、最表面から深さ1nmの領域におけるシリコンの含有割合が10％以上であることである。
【０００９】
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、ノズル部表面に設けられた撥水部材の磨耗が生じても、長期間にわたって撥水性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。
【発明の効果】
【００１０】
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、撥水部材の厚さを300nm以上とし、かつ、インク吐出エネルギー発生素子と平行な面と、撥水部材端面とがなす角度θtを20°以上にすれば、ワイピングに対する耐久性が向上し、インク滴の安定的な吐出を長期間にわたって維持することが可能となる。
【００１１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図4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。図4-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7が形成されている。次に図4-bに示すように、型材7上にノズル形成部材3をスピンコート等により形成する。さらに図4-cに示すように、ノズル形成部材3上にドライフィルムのラミネート等により撥水部材4を形成する。続いて図4-dに示すように、露光、現像を行って、インク吐出口8を形成する。露光機は、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。ＭＰＡは登録商標。）を使用する。
【００１５】
露光機のフォーカス設定、すなわち、図4-cの状態で、どの位置に焦点を合わせるかによって、インク吐出エネルギー発生素子2と平行な面と、撥水部材端面とがなす角度θtが大きく変わる。焦点を合わせる位置の変更は、露光機内の台形ミラーを移動させることにより可能となる。図3-aおよび図3-bに示してある形状では、インク吐出エネルギー発生素子2と平行な面と、撥水部材4の表面との距離をLとすると、フォーカス設定は、-L/2となっている。一般的に、フォーカス設定が0に近づくにつれθtは小さくなり、-Lに近づくにつれθtは大きくなる。
【実施例１】
【００１６】
本実施例においては、撥水部材4の厚さ、および、露光機のフォーカス設定を変え、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。ノズル部が形成された基板1を、ダイシングソー等により分離切断、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。
【００１７】
まず、基板1上に型材7（ODUR、東京応化工業（株）製）のパターンを厚さ14μmで形成した。次に、型材7上にノズル形成部材3をスピンコートにより塗布した。さらに、ノズル形成部材3上にドライフィルムのラミネートにより撥水部材4を形成した。ドライフィルムに付着している撥水部材4の厚さは、500nmと1000nmのものを使用した。このとき、インク吐出エネルギー発生素子2と平行な面と、撥水部材4の表面との距離をLは約25μmであった。続いて、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）を使用して露光を行った。フォーカス設定は、-12.5μmと-25μmで行った。最後に現像を行って、インク吐出口8を形成した。
【００１８】
このようにして作製したインクジェット記録ヘッドの撥水部材4の厚さ、θt、および、ワイピング回数毎の印字品位を表1に示す。
【００１９】
【表１】
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フォーカス設定を-12.5μmにして作製した図3-aに示す形状では、θtは10°であり、ワイピングを20000回行うと、印字品位の劣化が確認された。これはワイピング回数の増加に伴い、インク吐出口の最周辺部に形成されている撥水部材が磨耗し消失してしまい、インクに対する濡れ性が高くなったことにより、インク滴の吐出が不安定になったことが原因と考えられる。また、さらに厚いドライフィルムを使用して作製した図3-bに示す形状では、θtは15°であり、同様にワイピングを20000回行うと、印字品位の劣化が確認された。さらに厚いドライフィルムを使用することにより、インク吐出口の最周辺部以外の領域においては撥水部材の厚さが増したが、インク吐出口の最周辺部においては、依然として撥水部材の厚さが薄く、ワイピングにより磨耗、消失してしまったと考えられる。そこで、厚いドライフィルムを使用し、かつ、フォーカス設定を-25μmにして作製した形状を図1に示す。θtは20°であり、ワイピングを20000回行っても、印字品位の劣化は確認されなかった。露光を行う際の焦点の位置を、より撥水部材の表面側に合わせて、θtを大きくすることにより、インク吐出口最周辺部の撥水部材の厚みが増したことがワイピングに対する耐久性を向上させることを可能にしたと考えられる。
【実施例２】
【００２０】
本実施例においては、実施例1よりもさらに厚いドライフィルムを使用して、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。ノズル部が形成された基板1を、ダイシングソー等により分離切断、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。
【００２１】
まず、基板1上に型材7（ODUR、東京応化工業（株）製）のパターンを厚さ14μmで形成した。次に、型材7上にノズル形成部材3をスピンコートにより塗布した。さらに、ノズル形成部材3上にドライフィルムのラミネートにより撥水部材4を形成した。ドライフィルムに付着している撥水部材4の厚さは、1200nmと1700nmのものを使用した。このとき、インク吐出エネルギー発生素子2と平行な面と、撥水部材4の表面との距離をLは約25μmであった。続いて、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）を使用して露光を行った。フォーカス設定は、-25μmで行った。最後に現像を行って、インク吐出口8を形成した。
【００２２】
このようにして作製したインクジェット記録ヘッドの撥水部材4の厚さ、θt、および、ワイピング回数毎の印字品位を表2に示す。
【００２３】
【表２】
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1200nmの厚さのドライフィルムを使用し、フォーカス設定を-25μmにして作製した図5-aに示す形状では、θtは25°であり、ワイピングを20000回行っても、印字品位の劣化は確認されなかった。また、1700nmの厚さのドライフィルムを使用し、フォーカス設定を-25μmにして作製した図5-bに示す形状では、θtは45°であり、ワイピングを20000回行っても、同様に印字品位の劣化は確認されなかった。θtを大きくすることにより、インク吐出口最周辺部の撥水部材の厚みを増すことは、ワイピングに対する耐久性を飛躍的に向上させることを可能にすると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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ノズル部断面模式図。
【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す断面模式図。
【図５】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。
【符号の説明】
【００２５】
1  Si基板
2  インク吐出エネルギー発生素子
3  ノズル形成部材
4  撥水部材
5  SiO2層
6  SiO2層パターニングマスク層
7  型材
8  インク吐出口
9  保護材
10  インク供給口
11  θt
【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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