JP5027991B2 - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Description

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吐出するためのインクジェットヘッド、およびその製造方法に関するものである。詳細には、本発明は、インクジェットヘッド用基板上にインク流路パターンの形成に寄与する感光性樹脂層を設け、更に当該感光性樹脂層上にインク流路壁となる被覆樹脂層を設けた後、インク流路パターンを形成している感光性樹脂層を溶解除去することによりインク流路を形成するインクジェットヘッドの製造方法、該製造方法で製造されたインクジェットヘッドに関する。

インクジェット記録方式（液体噴射記録方式）を用いて記録を行うインクジェットヘッドとしては、次の構造を有するものが代表的である。即ち、インクを吐出するためのインク吐出口と、該インク吐出口に連通するとともに、前記インクを吐出するための圧力発生素子を内包するインク流路と、前記圧力発生素子が形成された基板と、前記基板と接合して前記インク流路を形成するインク流路壁とを有するインクジェットヘッドである。

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、ガラスや金属等の板に切削やエッチング等の加工手段によって微細なインク流路形成用の溝を形成した後、該溝が形成された板にインクを吐出するための圧力発生素子を備えるインクジェットヘッド用基板を接合してインク流路を形成する方法が知られている。しかしながら、かかる従来法によるインクジェットヘッドの製造方法においては、前記溝を切削工程で形成する場合、前記溝の内壁面を平滑にすることが難しく、また、板の欠けや割れが生じ易いため、歩留りが余りよくない。一方、前記溝をエッチングによって形成する場合には、エッチング状態を全てのインク流路形成用溝について均一にすることが困難であり、また、工程が複雑で、製造コストの上昇を招くという不利もある。よって、こうしたいずれの加工手段によっても、均一なインク流路形状を有するインクジェットヘッドを定常的に作製することが困難であり、得られるインクジェットヘッドは印字特性にバラツキがあるものになる傾向がある。更には、上述したインク流路形成用の溝が形成された板と、インクを吐出するための圧力発生素子が設けられたインクジェットヘッド用基板とを接合する際に、前記溝と圧力発生素子の位置合わせすることが困難である。従って、上述した従来のインクジェットヘッドの製造方法は高品質のインクジェットヘッドを多量生産するには適さない。

こうした従来技術における問題を解決するため、特許文献１においては、前記圧力発生素子が形成されたインクジェットヘッド用基板上に感光性樹脂材料からなるドライフィルムを設け、このドライフィルムにフォトリソグラフィー法によってインク流路形成用の溝を形成して、該溝が形成されたインクジェットヘッド用基板にガラス板等の天板を接着剤等を用いて接合し、得られる接合体の端面を機械的に切断することでインク吐出口を形成する方法が提案されている。

この方法によれば、インク流路形成用の溝はフォトリソグラフィー法によって作製されるため精度よく作製することができ、また、前記溝が圧力発生素子が設けられたインクジェットヘッド用基板にすでに形成されていることから正確な位置合わせを必ずしも必要とせず、インクジェットヘッド用基板と天板との接合も容易に行うことができる。

しかしながら、この方法においても、（１）天板をインクジェットヘッド用基板に接合する際に、上述した接着剤が、形成されるインク流路にたれ込んで、得られる流路の形状が変形するおそれがある。（２）インク吐出口を形成するために上記接合体を切断する際に、インク流路に切断屑が入り込み、この場合、得られるインクジェットヘッドが目詰まりを起こすことがある。（３）上記接合体においてはインク流路となる部分が空洞となっているので、当該接合体を機械的に切断する際に、切断によって形成されるインク吐出口の一部にカケが生じるおそれがあるなどの問題がある。

こうした問題を解決する方法として、特許文献２〜４には、インク流路となる部分に溶解可能な樹脂層を設け、この溶解可能な樹脂層が設けられている状態で当該溶解可能な樹脂層上に当該樹脂層を被覆するインク流路壁となる被覆樹脂層を設け、前記溶解可能な樹脂層を除去する方法が開示されている。このため、いずれの方法においても、インク流路部分に接着剤の垂れ込みがなく、インク流路の形状を精度良く形成することができる。また、前記インク流路パターンが設けられたインクジェットヘッド用基板を切断する際にも、溶解可能な樹脂がインク流路となる部分に充填されているため、インク流路に切断屑が入り込むことや、切断によって形成されるインク吐出口の一部にカケが生じるおそれを低減することができる。上述した溶解可能な樹脂としては、除去の容易性の観点よりポジ型のレジストが用いられている。このポジ型レジストは露光部と未露光部との溶解速度の差によってパターンを形成するものであり、いずれの製造方法においてもインク流路部分は露光された後に溶解除去される。

ところで、これらの方法では、インク流路パターン上に設けられるインク流路壁となる被覆樹脂層の形成を、いわゆるソルベントコート法を用いて行うことが記載されている。このソルベントコート法とは被覆する所定の樹脂を溶媒中に溶解して塗布する方法であり、その代表的なものとしてスピンコート法があげられている。このスピンコート法は特に膜厚を均一に制御しやすいという利点を有する。インクジェットヘッドの中でも特に圧力発生素子である電気熱変換体の上方にインク吐出口を有する、いわゆるサイドシュータータイプのインクジェットヘッドの製造方法においては、インク流路壁となる被覆樹脂層にインク吐出口が形成されるため、インク流路壁の膜厚が、吐出特性に影響を及ぼす電気熱変換体とインク吐出口との距離を決定する要因となる。よって、サイドシュータータイプのインクジェットヘッドの製造方法におけるインク流路壁となる被覆樹脂層の形成はスピンコート法により行うことが多い。上述したように、インク流路壁となる被覆樹脂層をソルベントコート法により形成する場合には、上述したインク流路パターンに溶解可能な樹脂層としてポジ型のレジストが設けられているため、前記溶媒を注意深く選択して使用することが要求される。即ち、ソルベントコート法に用いられる溶媒の溶解力が強過ぎると、この溶媒によって溶解可能なポジ型レジストの未露光部が一部溶解してしまうことがあり、その場合、得られるインク流路パターンに形崩れが生じてしまうという問題がある。

ところで、上述のスピンコート法に代表されるソルベントコート法によりインクジェットヘッド用基板上に形成される膜の膜厚を均一化するためには、溶媒の蒸発速度、溶媒の粘度などを調整する必要がある。特に、インクジェットヘッド分野における当該膜は、通常半導体分野における膜厚よりもかなり厚く形成されるものであり、半導体分野の膜に比べ各種成膜条件をより厳密に管理しなければ膜厚を均一化することが難しい。そして、前述したインク流路パターンの膜厚がインク吐出特性に影響を及ぼすことからも、蒸発速度、粘度の調整はインクジェットヘッドの歩留りに非常に大きな影響を与える。特に、溶媒の蒸発速度に関しては、蒸発速度の遅い溶媒の方が膜厚の均一化を容易に達成することができる。しかしながら、そうした蒸発速度の遅い溶媒は一般に溶解力の強いものが多く、上述のように、従来のインクジェットヘッドの製造方法においては、インク流路壁となる被覆樹脂層を形成するに当たって当該樹脂を塗布する際に溶解力の強い溶媒を用いる場合は、インク流路パターンの形崩れのおそれがあるため歩留りの点で問題があり、必ずしも生産性の向上に結びつくものではない。

このように、従来技術においては、インクジェットヘッド用基板上にインク流路の形成に寄与する感光性樹脂層を設け、更に当該感光性樹脂層上にインク流路壁となる被覆樹脂層を設けた後、インク流路パターンを形成している感光性樹脂層を溶解除去することによりインク流路を形成する工程を包含するインクジェットヘッドの製造方法において、高精度のインク流路を形成しつつ歩留りを更に向上させることが困難であるという課題がある。
米国特許４，４５０，４５５号明細書 米国特許４，６５７，６３１号明細書 米国特許５，３３１，３４４号明細書 米国特許５，４５８，２５４号明細書

本発明は上記の諸点に鑑み成されたものであって、インク流路壁となる被覆樹脂層を形成する際に、溶解力の強い溶媒を用いてもインク流路パターンの形崩れのおそれがない、高品位のインクジェットヘッドの製造方法、該製造方法で製造されたインクジェットヘッドを提供するものである。

本発明において用いられる感光性樹脂組成物は、下記一般式（２）で示される構造単位を有する樹脂と、光カチオン重合開始剤と、下記一般式（３）で示される架橋剤と、を含有する感光性樹脂組成物であって、第一の波長域の電離放射線の照射により前記樹脂の分子間で前記架橋剤を介した架橋反応が進行し、該第一の波長域と異なる第二の波長域である２００〜２８０ｎｍの波長域の電離放射線の照射により前記樹脂の主鎖分解型の分子崩壊反応が進行することを特徴とする感光性樹脂組成物である。

式中Ｒ³は水素原子、アルキル基、又は、ハロゲン原子を示す。Ｒ⁴はＲ⁴¹又はＲ⁴¹Ｏ（Ｒ⁴¹はアルキル基、置換若しくは未置換の芳香環基、又は、置換若しくは未置換の複素環基）を示す。

式中、Ｒ ¹ 〜Ｒ ⁶ は水素原子、またはメチロール基、または炭素数１〜４のアルコキシ基が結合したアルコキシメチル基、を示し、互いに同一でも異なっていても良い。

本発明は、
インクを吐出するためのインク吐出口と、該インク吐出口に連通するインク流路と、インクを吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、を備えるインクジェットヘッドの製造方法であって、
（１）基板上にエネルギー発生素子を設ける工程と、
（２）前記エネルギー発生素子が設けられた基板面上に、前記エネルギー発生素子を被覆するように、上記の感光性樹脂組成物を有する層を形成する工程と、
（３）前記第一の波長域の電離放射線を、該感光性樹脂組成物を有する層の所定の部位に照射する工程と、
（４）前記感光性樹脂組成物を有する層における前記第一の波長域の電離放射線非照射部位を現像処理により除去することで、インク流路パターンを形成する工程と、
（５）前記インク流路パターンが形成された基板上に、インク流路壁となる被覆樹脂層を形成する工程と、
（６）前記被覆樹脂層の、前記エネルギー発生素子の上方となる部分に、前記インク吐出口を形成する工程と、
（７）前記インク流路パターンを形成している感光性樹脂組成物を有する層に、前記第二の波長域の電離放射線を照射する工程と、
（８）前記第二の波長域の電離放射線が照射された感光性樹脂組成物を有する層を溶解除去して、前記インク吐出口に連通する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である。また、その方法により製造されたインクジェットヘッドである。

本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、インク流路壁となる被覆樹脂層を形成する際に、溶解力の強い溶媒を用いてもインク流路パターンの形崩れのおそれがない、高品位のインクジェットヘッドを得ることができる。

本発明は、
インクを吐出するためのインク吐出口と、該インク吐出口に連通するインク流路と、インクを吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、を備えるインクジェットヘッドの製造方法であって、
（１）基板上にエネルギー発生素子を設ける工程と、
（２）前記エネルギー発生素子が設けられた基板面上に、前記エネルギー発生素子を被覆するように、第一の波長域の電離放射線の照射により分子間架橋反応が進行し、該第一の波長域と異なる第二の波長域の電離放射線の照射により分子崩壊反応が進行する感光性樹脂組成物層を形成する工程と、
（３）前記第一の波長域の電離放射線を、該感光性樹脂組成物層の所定の部位に照射する工程と、
（４）前記感光性樹脂組成物層における前記第一の波長域の電離放射線非照射部位を現像処理により除去することで、インク流路パターンを形成する工程と、
（５）前記インク流路パターンが形成された基板上に、インク流路壁となる被覆樹脂層を形成する工程と、
（６）前記被覆樹脂層の、前記エネルギー発生素子の上方となる部分に、前記インク吐出口を形成する工程と、
（７）前記インク流路パターンを形成している感光性樹脂組成物層に、前記第二の波長域の電離放射線を照射する工程と、
（８）前記第二の波長域の電離放射線が照射された感光性樹脂組成物層を溶解除去して、前記インク吐出口に連通する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であり、また、その方法により製造されたインクジェットヘッドである。まず、上記の感光性樹脂組成物層を形成するための感光性樹脂組成物について説明する。

本発明では、第一の波長域の電離放射線の照射により分子間架橋反応が進行し、第一の波長域と異なる第二の波長域の電離放射線の照射により分子崩壊反応を生じる感光性樹脂組成物を用いて、エネルギー発生素子が設けられた基板面上に感光性樹脂組成物層を形成する。その感光性樹脂組成物層は、所定パターンが描かれたマスクを介した第一の波長域の電離放射線照射による架橋反応により照射領域のみ不溶化できるため、パターニングが可能となる。さらに、パターニング後の感光性樹脂組成物層は、第一の波長域と異なる第二の波長域の電離放射線の照射により分子崩壊し低分子の化合物になるため、溶解除去が可能となる。すなわち、インクジェットヘッドの製造において、インク流路となる箇所を上記の感光性樹脂組成物で形成することで、第一の波長域の電離放射線照射工程によりインク流路パターンを形成でき、さらにその後に第一の波長域と異なる第二の波長域の電離放射線照射工程を経て、前記インク流路パターンを分解し、最後の工程での洗い出しを極めて容易に短時間で行うことが出来る。よって、インク流路パターンの型崩れを起こすことなく、容易にインク流路パターンとなる樹脂の溶解除去が可能なことにより、より微細なオリフィスを形成する場合大きな利点となる。

上記のような第一の波長域の電離放射線の照射により分子間架橋反応が進行し、第一の波長域と異なる第二の波長域の電離放射線の照射により分子崩壊反応を生じる感光性樹脂組成物としては、例えば、
・下記一般式（１）で示される構造単位を有する樹脂と、光カチオン重合開始剤と、を含有する感光性樹脂組成物、
・下記一般式（２）で示される構造単位を有する樹脂と、光カチオン重合開始剤と、架橋剤と、を含有する感光性樹脂組成物、
などが挙げられる。本発明においては、下記一般式（２）で示される構造単位を有する樹脂と、光カチオン重合開始剤と、架橋剤と、を含有する感光性樹脂組成物が用いられる。

式中Ｒ¹は水素原子、アルキル基、又は、ハロゲン原子を示す。Ｒ²はＲ²¹又はＲ²¹Ｏ（Ｒ²¹はアルキル基、置換若しくは未置換の芳香環基、又は、置換若しくは未置換の複素環基）を示す。

式中Ｒ³は水素原子、アルキル基、又は、ハロゲン原子を示す。Ｒ⁴はＲ⁴¹又はＲ⁴¹Ｏ（Ｒ⁴¹はアルキル基、置換若しくは未置換の芳香環基、又は、置換若しくは未置換の複素環基）を示す。

一般式（１）におけるＲ¹で選択され得るアルキル基の炭素数は１〜２が好ましい。また、Ｒ²¹で選択され得るアルキル基の炭素数は１〜４が好ましい。一般式（１）におけるＲ¹としては、メチル基、エチル基が好ましい。また、Ｒ²としては、メトキシ基、エトキシ基、フェニル基が好ましい。Ｒ¹及びＲ²は直鎖状でも分岐鎖状でも環状構造を有していても良い。Ｒ¹及びＲ²はユニットごとに独立して選択可能である。

一般式（１）における分子間架橋可能な構造単位は、ポリビニルケトン系またはポリアクリル系の構造単位であって分子間架橋可能な置換基を有していることが好ましい。分子間架橋可能な置換基は、カチオン重合可能な置換基であることがより好ましい。このような分子間架橋可能な置換基としては、エポキシ基、ビニル基等が挙げられる。

一般式（１）で示される構造単位を有する樹脂に含まれる分子間架橋可能な構造単位の割合は、全ユニット数を１００ユニットとしたとき５〜５０ユニットであることが好ましく、１０〜３０ユニットであることがより好ましい。これは、分子間架橋可能な構造単位が少なすぎると分子間架橋反応が進行しにくいため、インク流路パターンの形成が困難になることがあり、また、分子間架橋可能な構造単位が多すぎると、分子崩壊反応が進行しても現像液に対して不溶化してしまうことがあるためである。一般式（１）で示される構造単位を有する樹脂は、第二の波長域の電離放射線の照射により分子崩壊反応を生じさせることが可能な範囲で、他の構造のユニットを有していても良い。

一般式（１）示される構造単位を有する樹脂の具体例として、以下の共重合体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

上記化学式中、ｌ、ｍ、ｎは独立して正の整数を表す。なお、上記化学式において各ユニットの配列順は任意である（以下共重合体を示す化学式の記載について同様）。

一般式（１）で示される構造単位を有する樹脂の重量平均分子量としては、１００００〜２０００００が好ましい。これは、分子量が小さすぎると樹脂が液体となり、膜形成、その後の光照射反応過程が困難になることがあるためであり、また、分子量が大きすぎると、粘度が上昇し、均一な塗膜を形成するのが難しく、かつ光崩壊反応の感度が低下してしまうことがあるためである。

一般式（２）におけるＲ³で選択され得るアルキル基の炭素数は１〜２が好ましい。また、Ｒ⁴¹で選択され得るアルキル基の炭素数は１〜４がが好ましい。一般式（２）におけるＲ³としては、メチル基、エチル基が好ましい。また、Ｒ⁴としては、メトキシ基、エトキシ基、フェニル基が好ましい。Ｒ³及びＲ⁴は直鎖状でも分岐鎖状でも環状構造を有していても良い。Ｒ³及びＲ⁴はユニットごとに独立して選択可能である。

一般式（２）における架橋剤と架橋可能な構造単位は、ポリビニルケトン系またはポリアクリル系の構造単位であって架橋剤と架橋可能な置換基を有していることが好ましい。架橋剤と架橋可能な置換基は、活性水素を有する置換基であることがより好ましい。このような架橋剤と架橋可能な置換基としては、ヒドロキシ基、環状イミド基等が挙げられる。

一般式（２）で示される構造単位を有する樹脂に含まれる架橋剤と架橋可能な構造単位の割合は、全ユニット数を１００ユニットとしたとき５〜５０ユニットであることが好ましく、１０〜３０ユニットであることがより好ましい。これは，架橋剤と架橋可能な構造単位が少なすぎると架橋反応が進行しにくいため、インク流路パターンの形成が困難になることがあり、また、架橋剤と架橋可能な構造単位が多すぎると、分子崩壊反応が進行しても現像液に対して不溶化してしまうことがあるためである。一般式（２）で示される構造単位を有する樹脂は、第二の波長域の電離放射線の照射により分子崩壊反応を生じさせることが可能な範囲で、他の構造のユニットを有していても良い。

一般式（２）で示される構造単位を有する樹脂の具体例として、以下の共重合体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

上記化学式中、ｍ、ｎは独立して正の整数を表す。

一般式（２）で示される構造単位を有する樹脂の重量平均分子量としては、１００００〜２０００００が好ましい。これは、分子量が小さすぎると樹脂が液体となり、膜形成、その後の光照射反応過程が困難になることがあるためであり、また、分子量が大きすぎると、粘度が上昇し、均一な塗膜を形成するのが難しく、かつ光崩壊反応の感度が低下してしまうことがあるためである。

一般式（２）で示される構造単位を有する樹脂と共に用いる架橋剤としては、一般式（２）で示される構造単位を有する樹脂を当該架橋剤を介して分子間架橋可能なものであれば良く、例えば、酸性条件下で活性水素を含む置換基と架橋し得る架橋剤を使用できる。一般式（２）で示される構造単位を有する樹脂の架橋剤として、下記一般式（３）で示されるメラミン系の架橋剤が挙げられる。

式中、Ｒ¹〜Ｒ⁶は水素原子、またはメチロール基、または炭素数１〜４のアルコキシ基が結合したアルコキシメチル基、を示し、互いに同一でも異なっていても良い。

架橋剤の使用量は、一般式（２）で示される構造単位を有する樹脂１００質量部に対して、５〜３０質量部とすることが好ましい。

また、感光性樹脂組成物に使用する光カチオン重合開始剤としては、芳香族ホスホニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩、イミドスルホナート化合物等が挙げられる。特に一般式（１）で示される構造単位を有する樹脂を含有する感光性樹脂組成物の系では、芳香族ホスホニウム塩を用いることが好ましい。

光カチオン重合開始剤の使用量は、感光性樹脂組成物中に含まれる光カチオン重合開始剤以外の成分の合計１００質量部に対して、０．１〜２０質量部とすることが好ましく、０．５〜４質量部とすることがより好ましい。

尚、本実施形態において、感光性樹脂組成物層を形成する感光性樹脂組成物に含まれる樹脂としては、上記に例示したように、ポリビニルケトン系、ポリアクリル系の化合物を用いることが好ましい。ポリビニルケトン系、ポリアクリル系の化合物は一般的に電離放射線に対する分解反応の収率が高いため、感光性樹脂組成物層の溶解除去を速やかに行うとができる。

以上のような感光性樹脂組成物は、光カチオン重合開始剤の吸収によって、電離放射線の照射をうけると分子間架橋反応が進行する。一方、分子崩壊反応は、２００〜２８０ｎｍの波長域（第二の波長域）の電離放射線の照射により反応が進行するものとなる。この波長域は、分子間架橋反応を進行させるための第一の波長域の方が長波長域でも、第二の波長域の方が長波長域でも良いが、分子崩壊反応を効率よく進行させる観点から、第一の波長域が、第二の波長域より長波長域となる感光性樹脂組成物が好ましい。なお、分子間架橋反応が進行する第一の波長域と、分子崩壊反応が進行する第二の波長域とが、完全に分離していることが好ましいが、一部重なっていても良く、その場合、重なっていない波長域をそれぞれ第一の波長域及び第二の波長域として使用して本願発明を実施することができる。

本発明によれば、インク流路パターン形成時にはインク流路パターンとなる部分の樹脂が光架橋反応により不溶化されているため、溶解力の強い溶媒を用いてインク流路壁となる被覆樹脂層を形成しても、インク流路パターンの形崩れを起こす恐れがない。従って、インク流路パターンの厚みの均一化を容易に達成することができ、高精度のインク流路を有するインクジェットヘッドを提供することができる。また、インク流路壁となる被覆樹脂層形成用の溶媒の制約についても実質的になくなり、その結果、今まで使用できなかった被覆樹脂層形成材料も使用可能となり、被覆樹脂層形成材料及び溶媒の選択の幅が広がる。

以下に図面を参照して、本発明を更に詳細に説明する。なお、図１〜図８は、本発明の製造方法により製造する際のインクジェットヘッドの断面図を模式的に示したものである。

まず本発明においては、例えば、ガラス、セラミックス、プラスチックまたは金属等からなる基板１が用いられる（図１）。このような基板１は、液流路構成部材の一部として機能し、また、後述のインク流路およびインク吐出口を形成する材料層の支持体として機能し得るものであれば、その形状、材質等に特に限定されることなく使用することができる。

次に、上記基板１上に、電気熱変換素子または圧電素子等のエネルギー発生素子２が所望の個数配置される（図２）。このようなエネルギー発生素子２によって、記録液滴を吐出させるための吐出エネルギーがインク液に与えられ、記録が行われる。例えば、上記エネルギー発生素子２として電気熱変換素子が用いられる時には、この素子が近傍の記録液を加熱することにより、記録液に状態変化を生起させ吐出エネルギーを発生する。また、例えば、圧電素子が用いられる時は、この素子の機械的振動によって、吐出エネルギーが発生される。エネルギー発生素子としては、電気熱変換素子が好ましい。

なお、これらのエネルギー発生素子２には、素子を動作させるための制御信号入力用電極（不図示）が接続されている。また、これらエネルギー発生素子２の耐用性の向上を目的として、保護層等（不図示）の各種機能層を設けることは一向に差し支えない。

次いで、図３に示すように、上記エネルギー発生素子２が設けられた基板１上に、インク流路パターン３を形成する。この形成方法として本発明では、上述したように、第一の波長域の電離放射線の照射により分子間架橋反応が進行し、第一の波長域と異なる第二の波長域の電離放射線の照射により分子崩壊反応が進行する感光性樹脂組成物層を形成する工程と、第一の波長域の電離放射線を、感光性樹脂組成物層の所定の部位に照射する工程と、感光性樹脂組成物層における第一の波長域の電離放射線非照射部位を現像処理により除去することで、インク流路パターンを形成する工程と、を行う。本発明で用いられる、感光性樹脂組成物層を形成するための感光性樹脂組成物は、マスクを介した第一の波長域の電離放射線照射による架橋反応により、パターニングが可能となる。さらに、パターニング後の感光性樹脂組成物層は、架橋反応に用いた電離放射線の波長域とは異なる第二の波長域の電離放射線の照射により分子崩壊し、低分子の化合物になり溶解除去が可能となるため最後の工程での洗い出しを極めて容易に短時間で行うことが出来る。さらに、インク流路パターンが形成される時にはインク流路パターン部分の樹脂が光架橋反応により不溶化されているため、溶解力の強い溶媒を用いてインク流路壁となる被覆樹脂層を形成してもインク流路パターンの形崩れを起こすおそれがない。従って、インク流路パターンの厚みの均一化を容易に達成することができる。

このように、インク流路パターン３が形成された基板１上に、図４に示すように、インク流路壁となる被覆樹脂層４を通常のスピンコート法、ロールコート法、スリットコート法等の方法で形成する。

被覆樹脂層４は、後述するインク吐出口６をフォトリソグラフィーによれば容易にかつ精度よく形成できることから、感光性を有することが好ましい。このような被覆樹脂層４を形成するための樹脂組成物には、構造材料としての高い機械的強度、下地との密着性、耐インク性と、同時にインク吐出口の微細なパターンをパターニングするための解像性が要求される。これらの特性を満足する材料としては、例えば、カチオン重合型のエポキシ樹脂組成物を好適に用いることができる。

エポキシ樹脂組成物としては、例えばビスフェノールＡとエピクロヒドリンとの反応物のうち分子量がおよそ９００以上のもの、含ブロモビスフェノールＡとエピクロヒドリンとの反応物、フェノールノボラックあるいはｏ−クレゾールノボラックとエピクロヒドリンとの反応物、特開昭６０−１６１９７３号明細書、特開昭６３−２２１１２１号明細書、特開昭６４−９２１６号明細書、特開平２−１４０２１９号明細書に記載のオキシシクロヘキサン骨格を有する多官能エポキシ樹脂等のエポキシ化合物を含有するものがあげられるが、これらに限定されるものではない。

また、上述のエポキシ化合物においては、好ましくはエポキシ当量が２０００以下、さらに好ましくはエポキシ当量が１０００以下の化合物が好適に用いられる。これは、エポキシ当量が２０００を越えると、硬化反応の際に架橋密度が低下し、密着性、耐インク性に問題が生じる場合があるからである。

また、エポキシ化合物はカチオン重合可能なものであるため、光カチオン重合開始剤を使用することで、後述するインク吐出口６をフォトリソグラフィーによって、高い機械的強度、下地との密着性、耐インク性と、同時にインク吐出口の微細なパターンをパターニングするための解像性をも満足しながら容易にかつ精度よく形成できる。

光カチオン重合開始剤としては、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩［Ｊ．ＰＯＬＹＭＥＲ ＳＣＩ：Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｎｏ．５６，３８３−３９５（１９７６）参照］、旭電化工業株式会社より上市されているＳＰ−１７０、ＳＰ−１７２（以上商品名）、みどり化学から上市されているＮＤＳ−１０５，ＮＤＳ−１５５、ＮＤＳ−１６５（以上商品名）、和光純薬工業から上市されているＷＰＡＧ−４５５（以上商品名）等が挙げられる。

また、上述の光カチオン重合開始剤は、還元剤を併用し加熱することによって、カチオン重合を促進（単独の光カチオン重合に比較して架橋密度が向上する。）させることができる。ただし、光カチオン重合開始剤と還元剤を併用する場合、常温では反応せず一定温度以上（好ましくは６０℃以上）で反応するいわゆるレドックス型の開始剤系になるように、還元剤を選択する必要がある。このような還元剤としては、銅化合物、特に反応性とエポキシ樹脂への溶解性を考慮して銅トリフラート（トリフルオロメタンスルフォン酸銅（ＩＩ））が最適である。さらに上記樹脂組成物に対して必要に応じて添加剤など適宜添加することが可能である。例えば、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、あるいは下地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。

このような樹脂組成物を適切な溶媒に溶解して、上述のように通常のスピンコート法、ロールコート法、スリットコート法等の方法で被覆樹脂層４を形成する。塗布溶液に使用する溶媒には特に制限はなく、従来では実質的に使用できなかった溶解力の強い溶媒を用いることも可能である。例えば、ジグライム、メチルエチルケトン等を使用できる。

次いで、被覆樹脂層４上に、必要に応じて、感光性を有する撥インク剤層５を形成することができる（図５）。撥インク剤層５は、スピンコート法、ロールコート法、スリットコート法等の塗布方法により形成可能であるが、未硬化の被覆樹脂層４上に形成されるため、両者が必要以上に相溶しないことが必要である。

また、上述したように、被覆樹脂層４として光カチオン重合性組成物が用いられる場合には、感光性を有する撥インク剤層５にも光カチオン重合可能な官能基を有する化合物を含有させておくことが好ましい。ただし、撥インク剤層５は必ずしも光カチオン重合開始剤を含む必要はなく、被覆樹脂層４に含まれる光カチオン重合開始剤で反応、硬化させても良い。

次いで、被覆樹脂層４（撥インク剤層５を形成した場合は、被覆樹脂層４及び撥インク剤層５）の、エネルギー発生素子２の上方となる部分に、インク吐出口６を形成する（図６）。被覆樹脂層４（撥インク剤層５を形成した場合は、被覆樹脂層４及び撥インク剤層５）が感光性を有する場合は、マスク（不図示）を介してパターン露光を行い、適当な溶剤を用いて現像処理を施してインク吐出口６を形成することができる。

次いで、インク供給口７を形成する（図７）。インク供給口７の形成方法としては、エキシマレーザーを用いる方法、ドリルあるいはサンドブラストによる方法、エッチングによる方法等を適宜使用することができる。

次いで、基板１上に形成されているインク流路パターン３に第二の波長域の電離放射線を照射することにより、インク流路パターン３を形成している感光性樹脂組成物を可溶化し、除去することができる。必要に応じて加熱処理を施すことにより、被覆樹脂層４および撥インク剤層５を完全に硬化させることもできる。さらに、インク供給のための部材（不図示）の接合、エネルギー発生素子を駆動するための電気的接合（不図示）を行って、インクジェットヘッドを完成させることができる（図８）。

以下に実施例を示し、本発明を更に詳細に説明する。

［参考例１］
（インクジェットヘッドの作製）
本参考例では、前述の図１〜図８に示す手順にしたがって、インクジェットヘッドを作製し評価を行った。

まず、エネルギー発生素子２としての電気熱変換素子（材質ＨｆＢ₂からなるヒーター）と、インク流路およびノズル形成部位にＳｉＮ＋Ｔａの積層膜（不図示）を有するシリコン製の基板１を準備した（図２）。

次いで、基板１上に、感光性樹脂組成物層を形成し、以下の手法により流路パターン３を形成した（図３）。なお、感光性樹脂組成物層を形成するための感光性樹脂組成物としては、メチルイソプロペニルケトンとグリシジルメタクリレートとの共重合体（化合物８、共重合ユニット比９０：１０）に光カチオン重合開始剤（旭電化工業社製、商品名：ＳＰ−１７０）を加えた感光性樹脂組成物を用いた。

重量平均分子量（Ｍｗ：ポリスチレン換算）＝３００００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝２．５
この化合物８の樹脂粉末をシクロヘキサノンに約３０ｗｔ％の固形分濃度にて溶解し、レジスト液として使用した。その際、光カチオン重合開始剤は、樹脂に対して２ｗｔ％添加した。該レジスト液を、スピンコート法にて塗布し、１００℃で３分プリベークした後、３００〜３７０ｎｍの波長のＵＶ光を用いて、１０００ｍＪ／ｍ²の露光量にて露光し、現像液としてメチルイソブチルケトンを用いて現像することで、厚さ１０μｍのインク流路パターン３を形成した。

次いで、インク流路パターン３を形成した基板上に、以下の組成からなる被覆樹脂層を形成するための感光性樹脂組成物を用いてスピンコートを行い（基板１表面からの乾燥膜厚２０μｍ）、１００℃で２分間（ホットプレート）のベークを行い、被覆樹脂層４を形成した（図４）。

ＥＨＰＥ（商品名、ダイセル化学工業製） １００質量部
１，４ＨＦＡＢ（商品名、セントラル硝子製） ２０質量部
ＳＰ−１７０（商品名、旭電化工業製） ２質量部
Ａ−１８７（商品名、日本ユニカー製） ５質量部
メチルイソブチルケトン １００質量部
ジグライム １００質量部
引き続き、被覆樹脂層４を形成した基板上に、以下の組成からなる撥インク剤層を形成するための感光性樹脂組成物をスピンコートにより１μｍの乾燥膜厚となるように塗布し、８０℃で３分間（ホットプレート）のベークを行い、撥インク剤層５を形成した（図５）。

ＥＨＰＥ−３１５８（商品名、ダイセル化学工業製） ３５質量部
２，２−ビス（４−グリシジルオキシフェニル）ヘキサフロロプロパン ２５質量部
１，４−ビス（２−ヒドロキシヘキサフロロイソプロピル）ベンゼン ２５質量部
３−（２−パーフルオロヘキシル）エトキシ−１，２−エポキシプロパン １６質量部
Ａ−１８７（商品名、日本ユニカー製） ４質量部
ＳＰ−１７０（商品名、旭電化工業製） ２質量部
ジエチレングリコールモノエチルエーテル １００質量部
次いで、被覆樹脂層４および撥インク剤層５のパターニングを行い、インク吐出口６を形成した（図６）。なお、本実施例では開口径φ１５μｍのインク吐出口パターンを形成した。具体的には、マスク（不図示）を介してパターン露光を行い、現像処理を施してインク吐出口６を形成する。パターン露光されたノズル構成部材である被覆樹脂層４および撥インク剤層５を、適当な溶剤を用いて現像することにより、図６に示すように、インク吐出口６を形成することができる。

次に、基板１の裏面にポジ型レジスト（東京応化工業製、商品名：ＯＦＰＲ−８００）を用いてエッチングマスクを形成し、特開平５−１２４１９９号公報に開示されている既知の手法により、シリコン基板の異方性エッチングを行って、インク供給口７を形成した（図７）。なお、この際エッチング液から撥インク剤層５を保護する目的で、あらかじめ保護膜（東京応化工業製、商品名：ＯＢＣ）を撥インク剤層５上に塗布した。

次いで、撥インク剤層５上の保護膜をキシレンを用いて溶解除去した後、２００〜２８０ｎｍの波長の光を用いて、被覆樹脂層４および撥インク剤層５越しに８００００ｍＪ／ｃｍ²の露光量で全面露光を行い、インク流路パターン３の樹脂組成物を可溶化した。引き続き、乳酸メチル中に超音波を付与しつつ浸漬し、インク流路パターン３を溶解除去することによりインクジェットヘッドを作製した（図８）。

（インクジェットヘッドの評価）
このようにして、作製したインクジェットヘッドの品質を確認するため、まず顕微鏡にてインク流路形状を観察した。尚、本実施例において被覆樹脂層４及び撥インク剤層５は全て無色透明であるため、インク流路の形状は被覆樹脂層４及び撥インク剤層５を通して観察することができる。その結果、インク流路の形状が崩れているものは見受けられなかった。さらに、記録装置に装着し、純水／グリセリン／ダイレクトブラック１５４（水溶性黒色染料）＝６５／３０／５からなるインクを用いて印字を行ったところ、安定な印字が可能であった。

［参考例２］
感光性樹脂組成物層を形成するための感光性樹脂組成物に含まれる化合物８を、フェニルイソプロペニルケトンとグリシジルメタクリレートとの共重合体（化合物９、共重合ユニット比８５：１５）に変えた以外は、参考例１と同様に実施して、インクジェットヘッドを作製した。

重量平均分子量（Ｍｗ：ポリスチレン換算）＝３２０００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．８
参考例１と同様に、顕微鏡にてインク流路形状を観察した。その結果、インク流路の形状が崩れているものは見受けられなかった。さらに、参考例１と同様に印字を行ったこところ、安定な印字が可能であった。

［参考例３］
感光性樹脂組成物層を形成するための感光性樹脂組成物に含まれる化合物８を、メチルイソプロペニルケトンとメタクリル酸メチルとグリシジルメタクリレートとの共重合体（化合物１０、共重合ユニット比７０：１５：１５）に変えた以外は、参考例１と同様に実施して、インクジェットヘッドを作製した。

重量平均分子量（Ｍｗ：ポリスチレン換算）＝２８０００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝２．０
参考例１と同様に、顕微鏡にてインク流路形状を観察した。その結果、インク流路の形状が崩れているものは見受けられなかった。さらに、参考例１と同様に印字を行ったこところ、安定な印字が可能であった。

［参考例４］
感光性樹脂組成物層を形成するための感光性樹脂組成物に含まれる化合物８を、メタクリル酸メチルとグリシジルメタクリレートとの共重合体（化合物１１、共重合ユニット比９０：１０）に変えた以外は、参考例１と同様に実施して、インクジェットヘッドを作製した。

重量平均分子量（Ｍｗ：ポリスチレン換算）＝２５０００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝２．１
参考例１と同様に、顕微鏡にてインク流路形状を観察した。その結果、インク流路の形状が崩れているものは見受けられなかった。さらに、参考例１と同様に印字を行ったこところ、安定な印字が可能であった。

［参考例５］
感光性樹脂組成物層を形成するための感光性樹脂組成物に含まれる化合物８を、メタクリル酸フェニルとグリシジルメタクリレートとの共重合体（化合物１２、共重合ユニット比８０：２０）に変えた以外は、参考例１と同様に実施して、インクジェットヘッドを作製した。

重量平均分子量（Ｍｗ：ポリスチレン換算）＝２５０００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝２．１
参考例１と同様に、顕微鏡にてインク流路形状を観察した。その結果、インク流路の形状が崩れているものは見受けられなかった。さらに、参考例１と同様に印字を行ったこところ、安定な印字が可能であった。

［実施例１］
感光性樹脂組成物層を形成するための感光性樹脂組成物に含まれる化合物８を、メタクリル酸メチルとグルタル基含有アクリル誘導体化合物との共重合体（化合物１３、共重合ユニット比８０：２０）に変え、さらに架橋剤としてヘキサメトキシメチルメラミン（三和ケミカル製、商品名：ＭＷ−３０ＨＭ）を樹脂に対して１０ｗｔ％添加した以外は、参考例１と同様に実施して、インクジェットヘッドを作製した。

重量平均分子量（Ｍｗ：ポリスチレン換算）＝３７０００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝２．７
参考例１と同様に、顕微鏡にてインク流路形状を観察した。その結果、インク流路の形状が崩れているものは見受けられなかった。さらに、参考例１と同様に印字を行ったこところ、安定な印字が可能であった。

［実施例２］
感光性樹脂組成物層を形成するための感光性樹脂組成物に含まれる化合物８を、メタクリル酸メチルとヒドロキシメチルメタクリルアミドとの共重合体（化合物１４、共重合ユニット比８５：１５）に変え、さらに架橋剤としてヘキサメトキシメチルメラミン（三和ケミカル製、商品名：ＭＷ−３０ＨＭ）を樹脂に対して１０ｗｔ％添加した以外は、参考例１と同様に実施して、インクジェットヘッドを作製した。

重量平均分子量（Ｍｗ：ポリスチレン換算）＝３５０００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝３．０
参考例１と同様に、顕微鏡にてインク流路形状を観察した。その結果、インク流路の形状が崩れているものは見受けられなかった。さらに、参考例１と同様に印字を行ったこところ、安定な印字が可能であった。

基板の断面図である。 エネルギー発生素子を形成した基板の断面図である。 図２の基板上に、インク流路パターンを形成した基板の断面図である。 図３の基板上に、被覆樹脂層を形成した基板の断面図である。 図４の基板上に、撥インク剤層を形成した基板の断面図である。 図５の基板に、インク吐出口を形成した基板の断面図である。 図６の基板に、インク供給口を形成した基板の断面図である。 完成したインクジェットヘッドの断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ エネルギー発生素子
３ インク流路パターン
４ 被覆樹脂層
５ 撥インク剤層
６ インク吐出口
７ インク供給口

Claims (8)

1. インクを吐出するためのインク吐出口と、該インク吐出口に連通するインク流路と、インクを吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、を備えるインクジェットヘッドの製造方法であって、
   （１）基板上にエネルギー発生素子を設ける工程と、
   （２）前記エネルギー発生素子が設けられた基板面上に、前記エネルギー発生素子を被覆するように、感光性樹脂組成物を有する層を形成する工程と、
   （３）前記第一の波長域の電離放射線を、該感光性樹脂組成物を有する層の所定の部位に照射する工程と、
   （４）前記感光性樹脂組成物を有する層における前記第一の波長域の電離放射線非照射部位を現像処理により除去することで、インク流路パターンを形成する工程と、
   （５）前記インク流路パターンが形成された基板上に、インク流路壁となる被覆樹脂層を形成する工程と、
   （６）前記被覆樹脂層の、前記エネルギー発生素子の上方となる部分に、前記インク吐出口を形成する工程と、
   （７）前記インク流路パターンを形成している感光性樹脂組成物を有する層に、前記第二の波長域の電離放射線を照射する工程と、
   （８）前記第二の波長域の電離放射線が照射された感光性樹脂組成物を有する層を溶解除去して、前記インク吐出口に連通するインク流路を形成する工程と、
   を有し、
   前記感光性樹脂組成物が、下記一般式（２）で示される構造単位を有する樹脂と、光カチオン重合開始剤と、下記一般式（３）で示される架橋剤と、を含有する感光性樹脂組成物であって、第一の波長域の電離放射線の照射により前記樹脂の分子間で前記架橋剤を介した架橋反応が進行し、該第一の波長域と異なる第二の波長域である２００〜２８０ｎｍの波長域の電離放射線の照射により前記樹脂の主鎖分解型の分子崩壊反応が進行する感光性樹脂組成物である
   ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
   

   

   式中Ｒ ³ は水素原子、アルキル基、又は、ハロゲン原子を示す。Ｒ ⁴ はＲ ⁴¹ 又はＲ ⁴¹ Ｏ（Ｒ ⁴¹ はアルキル基、置換若しくは未置換の芳香環基、又は、置換若しくは未置換の複素環基）を示す。
   

   

   式中、Ｒ ¹ 〜Ｒ ⁶ は水素原子、またはメチロール基、または炭素数１〜４のアルコキシ基が結合したアルコキシメチル基、を示し、互いに同一でも異なっていても良い。
2. 前記第一の波長域が前記第二の波長域よりも長波長域であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
3. 前記光カチオン重合開始剤が、芳香族ホスホニウム塩であることを特徴する請求項１または２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 前記一般式（２）における架橋剤と架橋可能な構造単位が、活性水素を含む置換基を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5. 前記被覆樹脂層を形成するための樹脂組成物が、硬化可能なエポキシ化合物を少なくとも含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
6. 前記被覆樹脂層を形成するための樹脂組成物が、光カチオン重合開始剤を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
7. 前記エネルギー発生素子が、電気熱変換素子であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法により製造されたインクジェットヘッド。

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