JP2006198830A - エポキシ樹脂組成物およびそれを用いたインターネットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】長尺化したインクジェットヘッドにおいて、被覆樹脂の剥離を防止する。
【解決手段】インク吐出圧力発生素子１が形成された基板２上に信頼性のある液流路を形成するために、液状光カチオン硬化型エポキシ樹脂組成物は、少なくとも脂環式エポキシ樹脂とビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とシランカップリング剤と硬化剤とからなる構成とし、その主剤である脂環式エポキシ樹脂に、平均分子量９００〜６００００のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を１０〜４５ｗｔ％混合させることにより、被膜樹脂の応力を緩和させる。
【選択図】図１

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発生するためのインクジェットヘッドに用いるエポキシ樹脂組成物に関する。

インクの小滴を発生させ、それを紙等の被プリント媒体に付着せしめてプリントを行うインクジェットプリント方式は、プリント時の騒音が極めて少なく、かつ高速プリントが可能であり、しかもインクジェットヘッドを極めて小型化できるため、カラー化及びコンパクト化が容易であるプリント方式である。該インクジェットプリント方式のひとつに発熱素子によってインクを発泡せしめ、この気泡の成長を利用してインクを吐出するタイプがある。

近年記録技術の進展に伴い、インクジェット記録技術にもより高密度高精度な記録が求められている。この要求を満たすインクジェットヘッドとして、特開平６−２８６１４９に示されるようなフォトリソ技術を用いて溶解可能な樹脂でインク液流路をパターニングし、該パターンをエポキシ樹脂等で被覆、硬化し、基板を切断した後に、その後溶解可能な樹脂を溶出除去する方法が提案されている。
特開平６−２８６１４９号公報

前述した製造方法において、高密度かつ高精度のインクジェットヘッドを得ることをできるものの、近年、プリントスピードの高速化を達成するために、該ヘッドに搭載される吐出エレメントを長尺化する必要がある。

しかしながら、吐出エレメントの長尺化（特に０．５インチ以上）は、該構成部材の線膨張率の違い、液流路壁や吐出孔を形成する樹脂層の応力等により、液流路壁や吐出孔を形成する被覆樹脂層５と平坦化層やヒーター基板との間で剥離が発生してしまう。その結果、良好な印字が得られなかったり、長期に渡る品質信頼性を確保することが困難であった。

本発明の目的は、該吐出エレメントを長尺化しても、液流路壁や吐出孔を形成する被覆樹脂層５がヒーターボード基板と良好に密着することにより、良好な印字状態と長期に渡る信頼性を確保することである。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に信頼性ある液流路を形成するために、液状光カチオン硬化型エポキシ樹脂組成物は、少なくとも脂環式エポキシ樹脂とビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とシランカップリング剤と硬化剤からなる構成とすることにより、高精度に液流路形状を形成することとクラックのない信頼性に優れたインクジェットヘッドを得ることを目的としている。さらに、０．５インチ以上に長尺化されたインクジェットヘッドにおいても、長期に渡り高い信頼性を得ることを目的としている。

主剤となる脂環式エポキシ樹脂としては、他の樹脂との相溶性の観点や優れた光カチオン硬化性などから、ＥＨＰＥ−３１５０（ダイセル化学製）が望ましい。さらに、応力を制御するためのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂としては、エピコート１００１、１００７、１０１０等（分子量９００〜５５００）（ジャパンエポキシレジン製）から適宜選択することができる。さらに、エピコート１２５６（分子量５００００）（ジャパンエポキシレジン製）のようなエポキシ基を有するフェノキシ樹脂からも適宜選択することができる。

シランカップリング剤としては、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメチルジエトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。シランカップリング剤として汎用的なアミノ系シランカップリング剤は、光硬化反応に寄与するカチオンをトラップしてしまうため、本発明に適用することはできない。上市されている好適な例としては、Ａ−１８７（日本ユニカー製）が挙げられる。

硬化剤としては、光カチオン重合開始剤として、芳香剤ジアゾニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルフォニウム塩、芳香族セレニウム塩等が挙げられる。上市されている好適なものとして、ＳＰ−１７０やＳＰ−１７２（旭電化工業製）が挙げられる。

また本発明の組成物には、さらにフッ素含有ジオール等の各種添加物を適宜選択して加えることができる。

本件出願人らが鋭意検討した結果、インクジェットヘッドを０．５インチ以上に長尺化しても剥がれない高い信頼性を得るためには、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の平均分子量は９００〜６００００であり、かつ脂環式エポキシ樹脂に対して１０〜４５ｗｔ％含有することが望ましいという結論に到達した。

さらに、信頼性を高めるために被覆樹脂層の密着向上手段は、脂環式エポキシ樹脂とビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の総量に対して、シランカップリング剤の配合量は、１〜１０ｗｔ％であり、好ましくは、２〜６ｗｔ％であることが望ましいという結論に到達した。前記配合量が、１ｗｔ％より少ない場合は、シランカップリング剤としての添加効果が得られず、１０ｗｔ％より多く混合すると、ＵＶ光によりパターニングした際、良好な寸法精度を得られないということが判明した。

本発明における記載や図示は、サイドシューターであるが、本発明は、エッジシューターのインクジェットヘッドにも適用することができるのは言うまでもない。

以上、説明したように、本発明によれば、脂環式エポキシ樹脂とビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の混合系とすることで、０．５インチ以上の長尺化されたインクジェットヘッドの吐出エレメントを形成する際に、剥れのない吐出性能の安定した長期に渡って信頼性の高いインクジェットヘッドを提供することができる。

以下、本発明のインクジェットヘッドの製造方法の一例を、図１を参照しつつ説明する。

まず、図１に示すようにシリコンウエハ上に液体吐出エネルギー発生素子であるヒーター１を設け、ヒーターボード基板２とする。該ヒーター基板２上にスピンコート法にて、最終的にインク液流路となるべく溶解可能な固体層３として、レジストを塗布する。該レジスト材料は、ポリメチルイソプロペニルケトンからなり、ネガ型のレジストとして作用し、インク液流路の形状にフォトリソ技術によりパターニングされる。

続いて、液流路壁や吐出孔を形成すべく被覆樹脂層５を形成する。該被覆樹脂層５は、従来より知られているコーティング法を適宜選択することができ、インク液流路パターンが形成されたヒーター基板上に塗布することができる。塗布された被覆樹脂層５は、フォトリソ技術にてパターニングされる。下記記載の実施例および比較例の組成物を用いて該被覆樹脂層５を形成した。

（感光性樹脂組成物溶液Ａ）
脂環式エポキシ樹脂（ＥＨＰＥ−３１５０、ダイセル化学製）９０重量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート１０１０、ジャパンエポキシレジン社製）１０重量部、重合開始剤（ＳＰ−１７２、旭電化工業社製）１重量部、シランカップリング剤（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）（Ａ−１８７、日本ユニカー製）５重量部をジグライムに溶解し、感光性樹脂組成物溶液Ａを得た。

（感光性樹脂組成物溶液Ｂ）
脂環式エポキシ樹脂（ＥＨＰＥ−３１５０、ダイセル化学社製）８０重量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート１００７、ジャパンエポキシレジン社製）２０重量部、重合開始剤（ＳＰ−１７２、旭電化工業社製）１重量部、シランカップリング剤（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）（Ａ−１８７、日本ユニカー製）５重量部をジグライムに溶解し、感光性樹脂組成物溶液Ｂを得た。

（感光性樹脂組成物溶液Ｃ）
脂環式エポキシ樹脂（ＥＨＰＥ−３１５０、ダイセル化学製）９０重量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート１２５６、ジャパンエポキシレジン社製）１０重量部、重合開始剤（ＳＰ−１７２、旭電化工業社製）１重量部、シランカップリング剤（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）（Ａ−１８７、日本ユニカー製）５重量部をジグライムに溶解し、感光性樹脂組成物溶液Ｃを得た。

（感光性樹脂組成物溶液Ｄ）
脂環式エポキシ樹脂（ＥＨＰＥ−３１５０、ダイセル化学製）１００重量部、重合開始剤（ＳＰ−１７２、旭電化工業社製）１重量部、シランカップリング剤（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）（Ａ−１８７、日本ユニカー製）５重量部をジグライムに溶解し、感光性樹脂組成物溶液Ｄを得た。

（感光性樹脂組成物溶液Ｅ）
脂環式エポキシ樹脂（ＥＨＰＥ−３１５０、ダイセル化学製）６０重量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート１２５６、ジャパンエポキシレジン社製）４０重量部、重合開始剤（ＳＰ−１７２、旭電化工業社製）１重量部、シランカップリング剤（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）（Ａ−１８７、日本ユニカー製）５重量部をジグライムに溶解し、感光性樹脂組成物溶液Ｅを得た。

前記、実施例および比較例の樹脂組成物を用いて、スピンコート法により前記被膜樹脂層５を形成した後、フォトリソ技術にて重合硬化反応させ、液流路壁及び吐出孔形状を形成する。その後、ヒーター基板裏面よりインク液供給孔７として、異方性エッチング法、サンドプラスト法、異方性プラズマエッチング法などにより、ヒーター基板裏面からインク供給孔を形成する。最も好ましくは、テトラメチルヒドロキシアミン（ＴＭＡＨ）、ＮａＯＨやＫＯＨ等を用いた化学的シリコン異方性エッチング法により、インク液供給孔７を形成した。

続いて、溶解可能な固体層３、４を除去すべく、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行った後、現像、乾燥を行った。

以上の工程によりノズル部が作成された基板を、ダイシングソーなどにより分離切断、チップ化し、発熱抵抗体１を駆動するための電気的接合とインク供給部材の接合を行い、インクジェットヘッドが完成する。

前記感光性樹脂組成物溶液Ａを用いて、前記工程に基づいてインクジェットヘッドＡを得た。該ヘッドＡは、ｐＨ１０の強アルカリインクにおいても安定な吐出を実現し、さらに、該インクに６０℃、３ヶ月浸漬した後も放置した後も良好な印字結果を得ることができた。被膜樹脂層５を観察したところ、ヒーター基板２との間に剥れは観察されなかった。

前記感光性樹脂組成物溶液Ｂを用いて、前記工程に基づいてインクジェットヘッドＢを得た。該ヘッドＢは、ｐＨ１０の強アルカリインクにおいても安定な吐出を実現し、さらに、該インクに６０℃、３ヶ月浸漬した後も良好な印字結果を得ることができた。被膜樹脂層５を観察したところ、ヒーター基板２との間に剥れは観察されなかった。

前記感光性樹脂組成物溶液Ｃを用いて、前記工程に基づいてインクジェットヘッドＣを得た。該ヘッドＣは、ｐＨ１０の強アルカリインクにおいても安定な吐出を実現し、さらに、該インクに６０℃、３ヶ月浸漬した後も良好な印字結果を得ることができた。被膜樹脂層５を観察したところ、ヒーター基板２との間に剥れは観察されなかった。

（比較例１）
前記感光性樹脂組成物溶液Ｄを用いて、前記工程に基づいてインクジェットヘッドＤを得た。該ヘッドＤは、ｐＨ１０の強アルカリインクにおいても安定な吐出を実現したものの、該インクに６０℃、３ヶ月浸漬した後の印字結果は、ヨレや不吐出により、不良であった。該インクジェットヘッドの被覆樹脂層５を観察したところ、剥れが確認された。

（比較例２）
前記感光性樹脂組成物溶液Ｅを用いて、前記工程に基づいてインクジェットヘッドＥを得た。しかしながら、露光、現像後に被膜樹脂層５にクラックと剥れが観察され、良好なインクジェットヘッドを形成することはできなかった。

吐出エレメントの基本的な製造工程の一例を示す模式断面図。

符号の説明

１ インク吐出圧力発生素子
２ 基板
３ 溶解可能な固体層（インク流路部）
４ 溶解可能な固体層（土台部）
５ 被覆樹脂層
６ インク吐出孔
７ インク供給孔
８ 溶解可能な固体層除去のための貫通孔

Claims (4)

1. インク吐出圧力発生素子が形成された基板上に、液流路自体を溶解可能な固体層にてパターニングした後に、該固体層を被覆し、かつ重合硬化することにより液流路壁の少なくとも一部を構成するインクジェットヘッドにおいて、
   該液流路壁部材がエポキシ樹脂硬化物からなり、前記エポキシ樹脂組成物が、少なくとも脂環式エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、シランカップリング剤、硬化剤とから構成されるエポキシ樹脂組成物からなることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の平均分子量は９００〜６００００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。
3. 前記ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が、前記脂環式エポキシ樹脂に対して１０〜４５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１、２記載のインクジェットヘッド。
4. 前記シランカップリング剤が、脂環式エポキシ樹脂とビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の総量に対して１〜１０ｗｔ％からなることを特徴とする請求項１、２、３記載のインクジェットヘッド。

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