(57)【要約】【課題】  吐出口が開口する表面の撥水性が低下しにくい液体吐出ヘッドを製造すること。【解決手段】  液体を吐出する吐出口を形成する部材を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、ナノ粒子を含有し、表面に前記ナノ粒子の一部が露出した部材を用意する工程と、前記部材の表面に露出したナノ粒子を除去することで、前記部材の表面にナノ粒子が除去されてできる凹部を形成する工程と、前記部材の表面に吐出口を形成する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。【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を形成する部材を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
ナノ粒子を含有し、表面に前記ナノ粒子の一部が露出した部材を用意する工程と、
前記部材の表面に露出したナノ粒子を除去することで、前記部材の表面にナノ粒子が除去されてできる凹部を形成する工程と、
前記部材の表面に吐出口を形成する工程と、
を有す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】
前記部材は、前記ナノ粒子と、樹脂とを含有する請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記樹脂は、感光性樹脂である請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記ナノ粒子は、金属で形成された粒子である請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記ナノ粒子は、ヒュームドシリカで形成された粒子である請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記ナノ粒子は、アルミナで形成された粒子である請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記ナノ粒子は、数平均一次粒子径が２０ｎｍ以下の粒子である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記ナノ粒子は、ＢＥＴ比表面積が９０ｍ２／ｇ以上の粒子である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記吐出口は、前記部材を露光及び現像することによって形成する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記部材は複数の層で形成されており、前記複数の層の最表面の層が前記ナノ粒子を含有している請求項１乃至９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記最表面の層の厚みは、０．１μｍ以上、５．０μｍ以下である請求項１０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記ナノ粒子の除去は、酸またはアルカリによるエッチングで行う請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記ナノ粒子を除去して部材の表面に凹部を形成する工程の前に、前記部材の表面をエッチングする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記部材の表面のエッチングは、Ｏ２プラズマによるエッチングである請求項１３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタに代表される液体吐出装置は、液体吐出ヘッドを有する。液体吐出ヘッドには吐出口が設けられており、この吐出口から液体を吐出する。このような液体吐出ヘッドでは、吐出口が開口する面である吐出口面に多量の液体が付着していると、液体の吐出に影響を与えることがある。この為、吐出口面を撥水処理し、液体を吐出口面に付着しにくくすることが知られている。
【０００３】
一方、構造物の表面を撥水処理する方法として、特許文献１には、積層体の表面に一次粒子の平均径３〜１００ｎｍ程度の疎水性酸化物微粒子を吹き付けることにより、積層体の表面を撥水処理することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９３３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液体吐出ヘッドの吐出口面は、撥水処理をしていても液体が全く付着しないわけではないので、ワイパー等によって液体の拭き取りが行われることがある。本発明者らの検討によれば、特許文献１に記載された方法を液体吐出ヘッドの吐出口面の撥水処理に適用した場合、吐出口面のワイパー等の拭き取りによって疎水性酸化物微粒子が除去され、撥水性が低下することがあることが分かった。また、吐出口面にワイパー以外の何かしらの接触がある場合などでも、やはり吐出口面から疎水性酸化物微粒子が除去されてしまい、撥水性が低下する可能性があることが分かった。
【０００６】
従って、本発明は、吐出口が開口する表面の撥水性が低下しにくい液体吐出ヘッドを製造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、液体を吐出する吐出口を形成する部材を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、ナノ粒子を含有し、表面に前記ナノ粒子の一部が露出した部材を用意する工程と、前記部材の表面に露出したナノ粒子を除去することで、前記部材の表面にナノ粒子が除去されてできる凹部を形成する工程と、前記部材の表面に吐出口を形成する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、吐出口が開口する表面の撥水性が低下しにくい液体吐出ヘッドを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】液体吐出ヘッドの製造方法を示す図。
【図２】液体吐出ヘッドの製造方法を示す図。
【図３】液体吐出ヘッドの製造方法を示す図。
【図４】液体吐出ヘッドを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図４に、本発明の製造方法で製造する液体吐出ヘッドの一例を示す。本発明で製造する液体吐出ヘッドは、基板１と、基板１上に吐出口２を形成する部材３とを有する。
【００１１】
基板１はシリコン等で形成されている。基板１には基板を貫通する供給口４が設けられている。供給口４は基板１の表面に開口している。基板上には、発熱抵抗素子や圧電素子からなるエネルギー発生素子５が設けられている。基板上には部材３があり、部材３のエネルギー発生素子５と対向する位置には吐出口２が形成されている。部材３の吐出口２が開口している面は、吐出口面２ａである。基板上の両端には端子６があり、端子６を介して液体吐出ヘッドの外部からエネルギー発生素子５に電気信号が送られ、これによりエネルギー発生素子が駆動する。液体は、供給口４から基板上の液室に供給され、液室内で駆動したエネルギー発生素子５によってエネルギーを与えられることにより、吐出口２から吐出される。吐出口２から吐出された液体は、紙等の記録媒体上に着弾する。このようにして、文字や画像の記録が行われる。
【００１２】
本発明の液体吐出ヘッドは、部材３の吐出口が開口している吐出口面２ａが撥水性である。以下、吐出口面が撥水性である液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。
【００１３】
＜実施形態１＞
次に、実施形態１における液体吐出ヘッドの製造方法を、図１を用いて説明する。
【００１４】
まず、図１（ａ）に示すように、エネルギー発生素子５を有する基板１を用意する。エネルギー発生素子５は、絶縁層７や保護層８で覆われている。絶縁層７としては、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ等で形成された層が挙げられる。保護層８としては、Ｔａ、Ｉｒ等で形成された層が挙げられる。
【００１５】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板上に型材９を設ける。型材９は、例えばポジ型感光性樹脂を基板上に塗布し、これを露光及び現像することで形成する。型材９を除去することで、除去された部分が液室や液体の流路となる。よって、液室や液体の流路を形成する部分に形成しておく。型材９は、樹脂の他にも金属等によって形成することもできる。
【００１６】
次に、図１（ｃ）に示すように、型材９を被覆するように、部材３を設ける。部材３には、後で吐出口が形成される。部材３は、ナノ粒子を含有している。基板上に設けた部材３の表面側には、部材３が含有するナノ粒子が存在することが好ましい。さらに、部材３の表面側にナノ粒子の一部が露出していることがより好ましい。ナノ粒子をこのような位置に存在させる為には、ナノ粒子を次のようにすることが好ましい。まず、部材３を基板上への塗布で形成する場合、ナノ粒子がフッ素を含有していることが好ましい。ナノ粒子にフッ素を含有させると、フッ素の偏析作用により、ナノ粒子は部材３の表面に近い方向に移動し、露出しやすくなる為である。一方、部材３をドライフィルムとする場合は、ナノ粒子はフッ素を含有していないことが好ましい。ドライフィルムは、一般的にまず支持フィルム上に形成される。フッ素を含有していないナノ粒子は、ドライフィルム中で沈降する方向に移動する。即ち、表面とは反対側の底面側に移動する。しかしこのドライフィルムを基板１に転写する際には、ドライフィルムの底面側が部材としては逆に表面側となる。従って、支持フィルムを除去すると、部材３の表面側にナノ粒子が集まった状態となり、表面に露出もしやすくなる。
【００１７】
ナノ粒子は、部材３の内部にも存在している。尚、部材の表面とは、部材３からみて基板１が設けられている側の面と反対側の面である。ナノ粒子は、金属で形成された粒子であることが好ましい。ナノ粒子としては、数平均一次粒子径が２０ｎｍ以下の粒子を用いることが好ましい。ナノ粒子の数平均一次粒子径が２０ｎｍ以下であることで、後述するが部材３の表面に細かな凹部ができやすく、撥水性が良好に発現しやすい。下限としては、入手しやすさの点等から５ｎｍ以上であることが好ましい。また、ナノ粒子としては、ＢＥＴ比表面積が９０ｍ２／ｇ以上の粒子を用いることが好ましい。ＢＥＴ比表面積が９０ｍ２／ｇ以上であることでも、部材３の表面に細かな凹部ができやすく、撥水性が良好に発現しやすい。
【００１８】
次に、部材３に吐出口を形成する。ここでは部材３がナノ粒子とネガ型感光性樹脂とを含有した例で説明する。まず、図１（ｄ）に示すように、マスク１０越しに露光を行う。この露光によって、部材３に後で吐出口となる部分を潜像させておく。さらに、部材３を加熱して硬化させる。特にこのようにフォトリソグラフィーによって吐出口を形成する場合、ナノ粒子が光を吸収して硬化を妨げてしまうことを抑制する必要がある。この点から、ナノ粒子としては、部材３によく用いられるような樹脂と屈折率の近いヒュームドシリカや、露光光としてよく用いられる波長３６５ｎｍに対して透過率の高い数平均一次粒子径が２０ｎｍ以下のアルミナを用いることが好ましい。
【００１９】
続いて、図１（ｅ）に示すように、部材３をエッチングする。このエッチングは、ナノ粒子をエッチングせず、部材が含有する他の成分、ここではネガ型感光性樹脂をエッチングするようなエッチングであることが好ましい。ここでは、Ｏ２プラズマ処理によってエッチングを行っている。特にナノ粒子としてヒュームドシリカを用いた場合、Ｏ２プラズマはヒュームドシリカをエッチングしないという点で好ましい。また、部材３のエッチングは等方性のエッチングであることが好ましい。この工程により、部材３がエッチングされ、部材３表面にあるナノ粒子の一部が部材３の表面に選択的に残るので、ナノ粒子が良好に露出するようになる。尚、部材３の表面にナノ粒子がすでに露出していた場合、このエッチングはしなくてもよい。
【００２０】
このようにして、ナノ粒子を含有し、表面にナノ粒子の一部が露出した部材を用意する。続いて、部材３の表面に露出したナノ粒子を除去する。ナノ粒子の除去は、例えばウエットエッチングによって行う。他にも、ドライエッチングによって除去することもできるし、ワイパー等によって削りとることもできる。但し、ナノ粒子を部材３の表面からより選択的に除去するという点では、ウエットエッチングを用いることが好ましい。ウエットエッチングは、ナノ粒子がヒュームドシリカであればフッ酸等の酸、アルミナであればＴＭＡＨ水溶液等のアルカリ液を用いて行う。例えば、ヒュームドシリカの除去は無水フッ酸のベーパーエッチングによって行うこともできる。このようにして、部材３の表面に露出したナノ粒子を除去することで、部材３の表面にナノ粒子が除去されてできる凹部が形成される。即ち、部材３の表面でナノ粒子の一部が埋まっていた部分が、ナノ粒子が除去されることで凹部となる。部材３の表面である吐出口面には凹部が形成されており、この凹部によって撥水性が発現する。
【００２１】
次に、図１（ｆ）に示すように、部材３の潜像させておいた部分を現像し、部材３に吐出口２を形成する。尚、ナノ粒子が非常に小さいことから、ナノ粒子を除去してできる凹部も非常に小さなものである為、凹部は図示していない。また、ここではフォトリソグラフィーによって吐出口２を形成する例を用いて説明したが、吐出口２はドライエッチングやレーザーによって形成することもできる。また、部材３の表面からナノ粒子を除去する前に吐出口を形成してもよい。
【００２２】
最後に、吐出口が形成された部材３を保護膜等で保護し、基板１に供給口４を形成する。続いて、図１（ｇ）に示すように、供給口４から型材９を除去することで、部材３の内部に液室や流路を形成する。最後に、必要に応じて複数の基板１の分離切断や、エネルギー発生素子５を駆動させる為の電気的接合等を行い、液体吐出ヘッドを製造する。
【００２３】
＜実施形態２＞
実施形態１では、部材３を１層で形成したが、部材３は複数の層で形成されていてもよい。実施形態２では、部材３が２層で形成されている例を、図２を用いて説明する。
【００２４】
基板上に型材を設ける工程までは、実施形態１と同様である。次に、図２（ａ）に示すように、型材９を被覆するように、部材３の一部（下層）である部材３ａを設ける。部材３ａは樹脂を含有していることが好ましい。また、部材３ａはナノ粒子を含有していてもよいし、含有していなくてもよい。但し、部材３を複数層に分け、下側の層（基板側の層）で感光性機能、上側の層で撥水性機能を顕著に持たせようとするならば、部材３ａはナノ粒子を含有していないか、少なくとも含有割合が上層よりも低いことが好ましい。部材３ａは、例えばスピンコーターで形成し、その厚みは１５．０μｍ以上、５０．０μｍ以下とすることが好ましい。部材３ａ上には、さらに上層として部材３ｂを設ける。部材３ｂは、ナノ粒子を含有している。また、樹脂を含有していることが好ましい。部材３ｂは、部材３を構成する層のうち最表面の層である。部材３ｂを形成する際に、部材３ｂを形成する材料中の溶媒等が部材３ａを溶かさないようにする必要がある。この為、部材３ｂは例えばスリット塗布装置による塗布で形成することが好ましい。部材３ｂの厚みは、０．１μｍ以上、５．０μｍ以下とすることが好ましい。部材３ｂの厚みは、より好ましくは１．５μｍ以下である。
【００２５】
これ以降の工程は、基本的に実施形態１と同様である。まず、図２（ｂ）に示すように、マスク１０越しに露光を行う。この露光によって、部材３ａ及び部材３ｂに、後で吐出口となる部分を潜像させておく。さらに、図２（ｃ）に示すように部材３をエッチングする。そして図２（ｄ）に示すように、吐出口２、供給口４、液室等を形成する。最後に、基板１の分離切断や、エネルギー発生素子５を駆動させる為の電気的接合等を行い、液体吐出ヘッドを製造する。
【００２６】
実施形態２のように、型材９を複数層の構成とすることで、各層での機能分離を顕著に発現することができる。
【００２７】
＜実施形態３＞
実施形態１、２では型材９を形成したが、本発明においては型材を形成しなくてもよい。実施形態３は、型材を形成しない形態である。
【００２８】
まず、実施形態１と同様にエネルギー発生素子５等を有する基板１を用意する。この基板１上に、図３（ａ）に示すように、ドライフィルム１１を転写によって形成する。ドライフィルム１１としては、例えばネガ型感光性樹脂を用いる。
【００２９】
次に、図３（ｂ）に示すように、ドライフィルム１１に露光を行い、さらに加熱を行うことで、ドライフィルム１１に液室の形状を潜像させる。
【００３０】
次に、図３（ｃ）に示すように、ドライフィルム１１上に、部材３ａ、部材３ｂを形成する。部材３ａ、部材３ｂについては、実施形態２と同様にして形成する。部材３ａ、部材３ｂは、スリット塗布装置による塗布で形成することが好ましい。
【００３１】
次に、図３（ｄ）に示すように、マスク１０越しに露光を行う。この露光によって、部材３ａ、部材３ｂに、後で吐出口となる部分を潜像させておく。さらに、図３（ｅ）に示すように、ドライフィルム１１、部材３ａ、部材３ｂを硬化させる。
【００３２】
次に、図３（ｆ）に示すように、実施形態１、２と同様にして部材３ａ、部材３ｂのエッチングを行う。そして無水フッ酸のベーパーエッチャーで部材３ｂの表面に露出したナノ粒子のエッチングを行い、部材３ｂの表面に凹部を形成する。
【００３３】
そして図３（ｇ）に示すように、吐出口２や液室等を形成し、続いて図３（ｈ）に示すように供給口４を形成する。最後に、基板１の分離切断や、エネルギー発生素子５を駆動させる為の電気的接合等を行い、液体吐出ヘッドを製造する。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例にてより具体的に説明する。
【００３５】
（実施例１）
まず、図１（ａ）に示すように、エネルギー発生素子５を有する基板１を用意した。基板１としてはシリコンの単結晶で形成されたシリコン基板を用いた。エネルギー発生素子５は、ＴａＳｉＮで形成された素子を用いた。エネルギー発生素子５はＳｉＮからなる絶縁層７で覆われており、さらにその上にＴａからなる保護層が設けられている。
【００３６】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１上に型材９を設けた。型材９は、ポジ型感光性樹脂（商品名；ＯＤＵＲ−１０１０、東京応化工業製）を厚み１４μｍで塗布し、プロキシミティ露光機ＵＸ−３３００（ウシオ電機製）で露光し、パターニングを行った。
【００３７】
次に、図１（ｃ）に示すように、部材３を設けた。部材３は、感光性樹脂であるエポキシ樹脂（商品名；ＥＨＰＥ３１５０、ダイセル製）と、ナノ粒子としてヒュームドシリカ（商品名；Ｒ９７６，日本アエロジル製）と、光開始剤とを含有する塗工液を、型材９を被覆するように塗工して形成した。ヒュームドシリカの含有割合は、塗工液の全固形分に対して１０質量％とした。部材３の表面にはヒュームドシリカが露出していた。
【００３８】
次に、図１（ｄ）に示すように、ステッパー（商品名；ＦＰＡ３０００−ｉ５＋、キヤノン製）を用いてマスク１０で露光を行い、続いてスピンコーター（商品名；ＣＤＳ−８０００、キヤノン製）を用いて９０℃でベークを行った。
【００３９】
次に、図１（ｅ）に示すように、部材３をケミカルドライエッチング装置（商品名；ＣＤＥ−７−４，芝浦エレテック製）にてエッチングした。エッチング量は、部材３の厚み方向（基板の表面と垂直方向）に０．５μｍとした。このエッチングにより、部材３の表面にヒュームドシリカが露出した。続いて、無水フッ酸のベーパーエッチャー（メムスター製）でフッ酸によるエッチングを行い、部材３の表面に露出したヒュームドシリカを除去した。
【００４０】
次に、図１（ｆ）に示すように、東京エレクトロン製ＡＣＴ−８にて現像液（商品名；ＯＤＵＲ−１０１０現像液、東京応化工業製）を用いて現像し、部材３に吐出口２を形成した。
【００４１】
最後に、図１（ｇ）に示すように、基板１を水酸化テトラメチルアンモニウムでエッチングし、供給口４を形成した。このようにして液体吐出ヘッドを製造した。
【００４２】
（実施例２）
実施例１における図１（ｂ）の工程までは、実施例１と同様にした。但し、実施例１で形成した型材の厚みは２５μｍとした。実施例２では、この型材（下層）上に、さらにもう１層型材（上層）を設けた。上層用の塗工液は、固形分濃度５８質量％のエポキシ樹脂含有の溶液に、固形分濃度１６質量％のアルミナを混ぜた溶液を用いて、固形分濃度が５０質量％になるように調整して作成した。この塗工液を、スリット塗布装置にて下層上に厚み１μｍで塗布した。
【００４３】
その後、アルミナの除去を別の現像液（商品名；ＮＭＤ−３、東京応化工業製）で行った以外は実施例１と同様にして、図２に示すような工程で液体吐出ヘッドを製造した。
【００４４】
（実施例３）
図３（ａ）に示すように、実施例１と同様にして用意した基板１上に、ドライフィルム１１を転写した。ドライフィルム１１は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）である支持フィルム上に、後述の部材３ａよりも感度が１／１０となるように光開始剤の量を調整したノズル材でドライフィルム化させたものを用い、これを真空下で転写した。ドライフィルム１１の厚みは１４μｍであった。
【００４５】
次に、図３（ｂ）に示すように、ドライフィルム１１を１０００Ｊ／ｍ２で露光し、さらに９０℃でベークした。
【００４６】
次に、図３（ｃ）に示すように、ドライフィルム１１の上にドライフィルム１１よりも１０倍感度が高いドライフィルムによって部材３ａを形成した。部材３ａの厚みは１１μｍであった。続いて、実施例２の上層と同じものを用い、厚み１μｍの部材３ｂを形成した。
【００４７】
その後、実施例１と同様にして、図３に示すような工程で液体吐出ヘッドを製造した。
【００４８】
（比較例）
実施例１では部材３を形成する塗工液にヒュームドシリカを含有させたが、比較例ではヒュームドシリカを含有させなかった。そのかわりに、エポキシ樹脂で形成した部材３を露光する前に、部材３の表面にヒュームドシリカを吹き付け、部材３の表面にヒュームドシリカを付着させた。
【００４９】
これ以外は実施例１と同様にして、液体吐出ヘッドを製造した。
【００５０】
＜評価＞
実施例１〜３、比較例で製造した液体吐出ヘッドに、それぞれ電気的接合等を行い、液体吐出ヘッドに組み込んだ。組み込んだ直後に各液体吐出ヘッドから液体の吐出を行い、記録媒体上での着弾位置を電子顕微鏡にて確認したところ、いずれの液体吐出ヘッドでも所望の位置に液体が着弾していた。
【００５１】
次に、それぞれの液体吐出ヘッドの吐出口面を２０００回ワイパーでワイピングした。ワイピング後、同様にして各液体吐出ヘッドから液体の吐出を行い、記録媒体上での着弾位置を電子顕微鏡にて確認した。その結果、実施例１〜３の液体吐出ヘッドでは所望の位置に液体が着弾していたのに対し、比較例の液体吐出ヘッドでは、実施例１〜３の液体吐出ヘッドと比べて着弾精度が低くなっていた。これは、比較例の液体吐出ヘッドの撥水性能がワイピングによって経時劣化したのに対し、実施例１〜３の液体吐出ヘッドは安定した撥水性を保つことができたためと考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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