DE69935777T2

DE69935777T2 - Hydrophile struktur

Info

Publication number: DE69935777T2
Application number: DE69935777T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Suwa-shi KARASAWA; Mitsuro Suwa-shi ATOBE
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: EP1027988A1; DE69935777D1; EP1027988A4; EP1027988B1; AU2640199A; ATE359177T1; WO2000012313A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegend Erfindung betrifft eine in Bezug auf Hydrophilie überlegene hydrophile Struktur, einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf mit einer in Bezug auf Hydrophilie überlegenen Tintenstrahloberfläche, Verfahren zur Herstellung einer solchen hydrophilen Struktur und eines solchen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes, eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät und Strukturbauteile für eine Mikropumpe, Mattglas, ein Lager, eine Badewanne, eine Badezimmerfliese, ein Waschbecken, ein Rohr für einen Wärmetauscher, einen Blutkreislauf für eine künstliche Lunge usw.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Im Stand der Technik bestehen verschiedene Erfindungen in Bezug auf Hydrophiliebehandlung zum Verhindern des Beschlagens von Fensterscheiben oder dgl. in einem Gebäude, einem Kraftfahrzeug oder dgl., zum Verhindern einer Verschmutzung einer festen Oberfläche oder für eine andere Zwecke. Von diesen Hydrophiliebehandlungsverfahren offenbaren die JP-B-61-83106 und das Japanische Patent Nr. 2756474 ein Hydrophiliebehandlungsverfahren unter Verwendung von optischem Halbleiter-Metalloxid. Bei diesem Hydrophiliebehandlungsverfahren wird optisches Halbleiter-Metalloxid wie Titanoxid oder dgl. auf einer festen Oberfläche aufgebracht, und diese feste Oberfläche wird mit Licht im UV-Bereich bestrahlt, so dass sich auf der festen Oberfläche Hydrophilie entwickelt.
Übrigens wird bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf Glas, Metall oder dgl. als Materialbestandteil für eine Tintenstrahloberfläche (mit Ausnahme von Tintenstrahlöffnungen) verwendet. Wenn an einem Abschnitt Tintentropfen z. B. wegen anhaftenden Fetts oder Öls aus der Umgebung anscheinend schwer haften, besteht daher die Befürchtung, dass die Linearität der auszustoßenden Tropfen verloren geht, so dass Störungen wie instabiles Drucken oder dgl. eine gute Aufzeichnung behindern können. Es wird deshalb gefordert, dass entweder ein hydrophiler Zustand, in dem mit Tinte leicht benetzt werden kann, oder ein Wasser abweisender Zustand, in dem mit Tinte nur mit Schwierigkeiten benetzt werden kann, auf der Tintenstrahloberfläche des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes längere Zeit aufrecht erhalten werden kann.
Das oben genannte Hydrophiliebehandlungsverfahren des Standes der Technik mit optischem Halbleiter-Metalloxid erfüllt allerdings eine solche Aufgabe nicht zufriedenstellend. Besonders wenn das Hydrophiliebehandlungsverfahren auf einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf angewendet wird, besteht folgendes Problem.
Dieses besteht darin, dass das Hydrophiliebehandlungsverfahren mit optischem Halbleiter-Metalloxid eine Bestrahlung des optischen Halbleiter-Metalloxids mit Licht mit einem UV-Anteil erforderte, aber die Struktur eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes so kompliziert war, dass seine Tintenstrahloberfläche nicht immer mit Licht mit einem UV-Anteil bestrahlt werden konnte. Im Ergebnis konnte ein guter hydrophiler Zustand in einem Abschnitt, der nicht mit Licht bestrahlt wurde, nicht erreicht werden. Auch wenn ein hydrophiler Zustand kurzzeitig erreicht werden konnte, konnte er nicht über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden.
Auch die PCT/WO96/29375 schlägt ein Verfahren vor, bei dem eine Oberfläche einer Spiegellinse, eines Fensterglases, einer Brille, einer Badewanne oder anderer Gegenstände mit einem photokatalytischen Halbleitermaterial beschichtet und dann mit Licht bestrahlt wird, um Hydrophilie, Antibeschlageigenschaften und eine leichte Reinigung durch Spülen zu erreichen. Allerdings ist auch bei diesem Verfahren eine Bestrahlung mit Licht mit einer verhältnismäßig kurzen Wellenlänge nötig, so dass ein guter hydrophiler Zustand in einem Abschnitt, der nicht mit Licht bestrahlt wird, nicht erreicht werden kann. Außerdem kann, da es ein Problem mit der Haltbarkeit gibt, der hydrophile Zustand nicht über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten werden, auch wenn er kurzzeitig g erreicht werden kann.
Weiterhin schlägt die JP-A-5-312153 ein Verfahren vor, bei dem die Oberfläche eines Kanals einer Mikropumpe einer Einsetzbehandlung (graft treatment) unterzogen wird, um das Entstehen von Blasen im Kanal zu verhindern und die konstante Durchflussgeschwindigkeit zu verbessern. Auch bei diesem Verfahren besteht die Möglichkeit, dass ein hydrophiler Zustand nicht über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden kann, da es ein Problem mit der Haltbarkeit gibt.
Auch die JP-A-1-250265 schlägt ein Verfahren vor, bei dem ein Blutkreislauf einer künstlichen Lunge mit HEMA oder dgl. beschichtet wird, um seine Benetzbarkeit mit Blut und seine Gasaustauschfähigkeit zu verbessern. Auch bei diesem Verfahren besteht ein Problem in den Hafteigenschaften des Beschichtungspolymers und ein Nachteil bei der Haltbarkeit.
Die JP-A-06 210 859 offenbart einen Tintenstrahlkopf und die besondere Struktur seiner Düsenoberfläche. Ein Wasser abweisender Bereich ist nahe den Düsenöffnungen und ein hydrophiler Bereich gürtelartig in einem vorbestimmten Abstand von den Düsenöffnungen vorgesehen. Der hydrophile Bereich weist an beiden Seiten der Düsenöffnungen nutenförmige Bereiche auf, die parallel zu einer Düsenreihe verlaufen. Ein äußerer hydrophiler Abschnitt hat an der von den Düsen entfernt liegenden Seite der Nuten eine Mehrzahl inselartiger hydrophiler Bereiche. In diesem Dokument werden keine Einzelheiten bezüglich der inselartigen hydrophilen Bereiche geliefert.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydrophile Struktur, die Hydrophilie für eine längere Zeitdauer aufrechterhalten kann, bereitzustellen.

(1) Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine hydrophile Struktur gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
(2) Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Die hydrophile Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Struktur, bei der auf deren Grundfläche eine künstliche unregelmäßige Form angeordnet wird, um nicht nur eine stabile hydrophile Funktion, sondern auch eine hohe Haltbarkeit und eine große Kratzfestigkeit zu erzielen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden mit der oben genannten hydrophilen Struktur nicht nur eine superhydrophile Funktion, sondern auch eine hohe Haltbarkeit und eine große Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung erzielt. Die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung einschließlich ihres Funktionsprinzips werden in der Ausführungsform 1 erläutert, die im Folgenden beschrieben wird. Außerdem ist gemäß der vorliegenden Erfindung festgelegt, dass das Konzept der Superhydrophilie Lipophilie einschließt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine erläuternde Ansicht einer Struktur gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Abmessungen einer Vertiefung und einer Erhebung in 1;
3 zeigt verschiedene Draufsichten der Struktur 100 in 1;
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Reihe von Schnittansichten eines Herstellungsverfahrens zum Bilden einer Struktur auf der Oberfläche einer zweiten Platte in Ausführungsform 2;
6 ist eine Draufsicht der zweiten Platte, auf der die Struktur gebildet wird;
7 ist eine Reihe von Schnittansichten eines Herstellungsverfahrens für eine zweite Platte in einem Vergleichsbeispiel;
8 ist eine Reihe von Schnittansichten eines Herstellungsverfahrens zum Bilden einer Struktur auf der Oberfläche einer zweiten Platte in Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Reihe von Schnittansichten eines Herstellungsverfahrens zum Bilden einer Struktur auf der Oberfläche einer zweiten Platte in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine Reihe von Schnittansichten eines Herstellungsverfahrens zum Bilden einer Struktur auf der Oberfläche einer zweiten Platte in Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine Reihe von Schnittansichten eines Herstellungsverfahrens zum Bilden einer Struktur auf der Oberfläche einer zweiten Platte in Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine erläuternde Ansicht eines Beispiels für einen Mechanismus in der Nähe eines Tintenstrahlkopfes, der in einem der Herstellungsverfahren der Ausführungsformen 2 bis 6 hergestellt wird;
13 ist eine Außenansicht eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsgeräts, an das der Mechanismus von 12 angebaut ist;
14 ist eine Schnittansicht einer Mikropumpe gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung;
15 zeigt erläuternde Ansichten eines Mechanismus zur Herstellung eines Rohrs in 14;
16 zeigt Schnittansichten verschiedener Mattgläser gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
17 ist eine Schnittansicht eines Mechanismus einer Uhr gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung; und
18 zeigt perspektivische Ansichten eines Badezimmers und eines Waschbeckens gemäß Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung.
BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsform 1
1 ist eine erläuternde Ansicht einer hydrophilen Struktur gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. In 1 werden in einer hydrophilen Struktur 100 auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats 11 Vertiefungen 17 und Erhebungen 18 gebildet, und ein hydrophiler Film 20 wird auf den Oberflächen der Vertiefungen 17 und der Erhebungen 18 gebildet. Bei dieser Struktur dringt zusätzlich zur Wirkung des hydrophilen Films 20 durch Kapillarwirkung Flüssigkeit 21 in die Vertiefungen 17 ein, so dass die Hydrophilie der Oberfläche der Struktur verbessert wird. Deshalb werden diese Unregelmäßigkeiten so auf die Abmessungen eingestellt, dass die Flüssigkeit 21 durch Kapillarwirkung leicht in die Vertiefungen 17 eindringen kann. Nach Bildung der Unregel mäßigkeiten kann der hydrophile Film 20 z. B. durch Veredelungspolymerisation, Siliziumdioxidverbindung, Siliziumoxidation oder dgl. gebildet werden. Bei dieser Ausführungsform wird der hydrophile Film 20 durch Siliziumoxidation gebildet, da das Siliziumsubstrat 11 als Basis verwendet wird. Obwohl diese Ausführungsform den Fall zeigt, in dem der hydrophile Film 20 gebildet wird, kann eine Basis mit hydrophiler Funktion wie z. B. Glas oder dgl. mit darauf gebildeten Unregelmäßigkeiten verwendet werden.
2 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Abmessungen jeder Vertiefung 17 und jeder Erhebung 18 in 1. In 2 bezeichnet: der Buchstabe A die Breite einer Erhebung (je nach der Form der Maske); B die Breite einer Nut (je nach der Form der Maske); C das Arbeitsmaß (je nach der Tiefe und der Ätzzeit); und D den Winkel einer Seitenwand (je nach den Ätzbedingungen).
Bei einem Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät zum Ausstoßen von Tintentröpfchen mit je einem Durchmesser von Zehntel μm sind die oben genannten Breiten A und B durch sich selbst beschränkt, um eine stabile hydrophile Funktion in der Nähe der Düsenöffnungen zu erhalten. Außerdem benötigt das oben genannte Maß C ein bestimmtes Ausmaß an Tiefe, die für ein stabiles Ausbreiten eindringender Tintentröpfchen in der Vertiefung ausreicht. Daher sind die oben genannten Breiten A und B auf einen Bereich von 0,2 bis 500 μm, vorzugsweise von 0,5 bis 30 μm, besser von 1 bis 10 μm begrenzt. Ferner ist das oben genannte Maß C auf eine Tiefe von 1 μm oder mehr, vorzugsweise auf 3 μm oder mehr oder noch besser auf 5 μm oder mehr begrenzt. Vom Standpunkt der Kratzfestigkeit aus gesehen ist die Ebenheit der Höhe der Hervorhebungen maximal auf das 0,5-Fache des Wertes der Breiten A und B, vorzugsweise maximal auf das 0,3-Fache oder noch besser maximal auf das 0,1-Fache begrenzt.
3 ist eine Draufsicht der hydrophilen Struktur 100 in 1. 3(A) zeigt ein Beispiel, bei dem die Erhebungen 18 gleichmäßig verteilt sind. 3(B) zeigt ein Beispiel, bei dem die Erhebungen 18 zeilenförmig angeordnet sind. 3(C) zeigt ein Beispiel, bei dem die Erhebungen 18 gitterförmig angeordnet sind. Obwohl 3(A) ein Beispiel zeigt, bei dem die Erhebungen 18 quadratische Prismen sind, können sie unterschiedliche Stützpfeiler wie z. B. dreieckige Prismen, fünfeckige Prismen, sechseckige Prismen, runde Säulen usw. oder Kegel sein.
Ausführungsform 2
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, hat der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf eine Konfiguration, bei der eine erste Platte 1 und eine zweite Platte 2 so aneinander laminiert sind, dass ein Tintenversorgungsabschnitt 3, Druckkammern 4 zum Ausstoßen von Tinte und Kanäle 5 zum Hindurchleiten gebildet werden. Die Druckkammern 4 stoßen mit Hilfe von Schwingungen einer Membran wie z. B. einer durch statische Elektrizität in Schwingungen versetzten elektrostatischen Membran, eines piezoelektrischen Vibrators wie z. B. eines PZT (piezoelektrischer Messgrößenwandler; Bleizirkonnitrat) oder dgl. oder durch Aufheizen eines Heizelements Tinte aus. In der zweiten Platte 2 sind Düsenöffnungen 6 senkrecht zu den Kanälen 5 gebildet. Die hydrophile Struktur 100 in 1 wird auf der Oberfläche der zweiten Platte 2 gebildet, und der hydrophile Film 20 wird auf der Oberfläche der hydrophilen Struktur 100 gebildet.
5 ist eine Schnittansicht eines Herstellungsverfahrens zum Bilden der hydrophilen Struktur auf der Oberfläche der zweiten Platte 2. 6 ist eine Draufsicht der zweiten Platte 2, bei der die hydrophile Struktur auf der Oberfläche gebildet worden ist. An dieser Stelle wird der Fall beschrieben, in dem die Oberfläche eines Siliziumsubstrats in einem Fotolithografieverfahren und einem trockenen Tiefätzverfahren bearbeitet wird, so dass eine hydrophile Struktur gebildet wird.

➀ Zuerst wird ein 4-Zoll-Einkristall-Siliziumwafer mit der (100) Kristallausrichtung als Basis der zweiten Platte 2 vorbereitet. Wie in 5(a) dargestellt ist, wird mittels eines Wärmeoxidationsverfahrens ein Siliziumoxidfilm 12 mit einer Dicke von ungefähr 1000 Å auf mindestens einer Oberfläche des Einkristall-Siliziumsubstrats 11 gebildet
➁ Als nächstes werden, wie in 5(b) gezeigt, ungefähr 2 ml eines lichtempfindlichen Harzes OFPR-800 (Viskosität: 30 cps), hergestellt von TOKYO OHKA CO., LTD, auf den durch das Wärmeoxidationsverfahren gebildeten Siliziumfilm des Einkristall-Siliziumsubstrats 11 geträufelt und 30 Sekunden lang mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 5000/min schleuderbeschichtet, so dass sich eine lichtempfindliche Harzschicht 13 bildet. Durch diese Schleuderbeschichtung kann das lichtempfindliche Harz so aufgetragen werden, dass die durchschnittliche Filmdicke ungefähr 1 μm und die Änderung in der Wafer-Oberfläche 10% betragen. Dann wird die Filmdicke nach Wunsch je nach den Abmessungen einer zu bearbeitenden Nut oder dgl. verändert. Der maximale Wert der Dicke des aus einem lichtempfindlichen Material bestehenden Films, der aufgetragen werden soll, beträgt 2 μm, wenn die Abmessung einer Seite der Nut 2 μm beträgt.
➂ Als nächstes wird das Substrat 11 30 Minuten lang in einem Ofen bei einer Temperatur von 90°C getrocknet und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Wie in 5(c) gezeigt ist, werden Bereiche 13, die Erhebungen werden sollen und von denen jeder 0,2 μm² bis 200 μm² beträgt, im Substrat 11 mit dem Fotolithographieverfahren herausgearbeitet. Dann wird das lichtempfindliche Harz im Ofen bei einer Temperatur von 120°C ausgehärtet, so dass die Ätzfestigkeit verbessert wird.
➃ Wie in 5(d) gezeigt, wird der Siliziumoxidfilm in den Bereichen, die Nuten werden sollen, mit Flusssäure geätzt, und das lichtempfindliche Harz wird in einer Abbeizlösung entfernt.
➄ Als nächstes wird mittels eines Trench-Trockenätzgeräts ein synthetischer Plasmafilm 14 mit C und F enthaltendem Gas wie in 5(e) gezeigt gebildet. Dann wird, nachdem das Trench-Trockenätzgerät evakuiert worden ist, im Bereich einer Siliziumsubstrat-Bodenschicht 15 Silizium mit einem Gasplasma mit der chemischen Formel SF6 oder CF4 wie in 5(f) gezeigt geätzt. Dann ist der Siliziumoxidfilm 12 wie in 5(f) gezeigt in Abschnitten vorhanden, die Erhebungen sein sollen, so dass die Abschnitte nicht geätzt werden. Andererseits werden die Abschnitte, die Vertiefungen sein sollen, wirksam durch den synthetischen Plasmafilm, der auf den Abschnitten gebildet wird, die die Seitenwände der Erhebungen sein sollen, anisotrop geätzt. Dieser Schritt der Plasmasynthese und dieser Schritt des Plasmaätzens werden wiederholt. Als Ergebnis werden in der Oberfläche des Einkristall-Siliziumsubstrats 11 Nuten mit je einer Tiefe von ungefähr 5 μm geätzt, so dass die Vertiefungen 17 und die Erhebungen 18 wie in 5(g) gezeigt gebildet werden. Diese Erhebungen 18 sind auf der Oberfläche des Einkristall-Siliziumsubstrats 11 wie in 3 gezeigt regelmäßig angeordnet.
➅ Als nächstes werden Düsenöffnungen 6 (siehe 4) bearbeitet, und ein Siliziumoxidfilm wird in einem Wärmeoxidationsverfahren (alternativ kann ein Sprühverfahren oder ein Sol-Gel-Verfahren angewendet werden) auf dem Einkristall-Siliziumsubstrat 11 gebildet, um einen hydrophilen Film 20 zu erhalten (5(h)).
➆ Abschließend wird eine erste Platte 1 mit der so gebildeten zweiten Platte 2 verbunden, so dass ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf fertig gestellt worden ist.

(Beispiel 1)
Als Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung wurden die in Tabelle 1 gezeigten Beispiele in der oben genannten Ausführungsform 2 versucht. Zuerst wurden die Basismaterialien der Proben 1 bis 7 für das Substrat 11 der zweiten Platte vorbereitet. Dann wurden die für die Erhebungen vorgesehenen Bereiche 13 (siehe 5(c)) durch Ausformen von Quadraten in einem Bereich von 0,2 μm bis 1000 μm gebildet. Ferner wurde der auf der zweiten Platte 2 zu bildende hydrophile Film durch Auftragen von Siliziumoxid gebildet
Diese Hydrophiliebehandlung wurde mit den Proben 2, 4 und 6 nicht durchgeführt. [Tabelle 1]
(Vergleichsbeispiel)
7 ist eine Schnittansicht eines Herstellungsverfahrens als ein Vergleichsbeispiel, bei dem eine Hydrophiliebehandlung auf eine zweite Platte aus nicht rostendem Stahl in einem Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf angewendet wird, die in derselben Weise wie in Ausführungsform 2 konfiguriert ist. Der Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf in diesem Vergleichsbeispiel hat dieselbe Konfiguration wie die in 4 gezeigte.

➀ Zuerst wurde eine Basis 31 für die zweite Platte bearbeitet, so dass Düsenöffnungen 32 gebildet wurden. Dann wurde die Basis 31 einer Ultraschallreinigung mit einem alkalischen Reinigungsmittel wie in 7(a) gezeigt unterzogen
➁ Als nächstes wurde wie in 7(b) gezeigt Titanoxid 33 auf der Basis 31 der zweiten Platte aufgebracht.
➂ Abschließend wurde eine erste Platte 1 mit der so gebildeten zweiten Platte 2 verbunden, so dass ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf vollständig wurde.

Tabelle 2 zeigt Kontaktwinkel der zweiten Platten zu Tinte und Wasser in diesem Beispiel und im Vergleichsbeispiel. Außerdem wurden die Daten des Vergleichsbeispiels unmittelbar nach der Bestrahlung mit UV-Strahlen erhalten. [Tabelle 2]
Jede Probe mit Ausnahme derjenigen, bei denen Silizium verwendet wurde, die keiner Hydrophiliebehandlung unterzogen wurde, war bei einem Kontaktwinkel zu Tinte von nicht mehr als 10° in Bezug auf Hydrophilie überlegen.
Jeder Tintenstrahlaufzeichnungskopf in Ausführungsform 1 wurde in ein Aufzeichnungsgerät eingebaut und einer Druckprüfung bei Ausgangsbedingungen und bei beschleunigten Bedingungen entsprechend zwei Jahren in Dunkelheit unterzogen. So wurden die in Tabelle 3 dargestellten Ergebnisse erhalten. Die Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Beurteilung der Druckqualität, wobei das Symbol ⊙ eine überlegene Druckqualität ohne auf der Oberfläche der zweiten Platte haftenden Tintennebel, das Symbol O eine überlegene Druckqualität trotz an der Oberfläche der zweiten Platte haftenden Tintennebels und das Symbol X einen Fehler wegen Abbiegens des fliegenden Tintentröpfchen bezeichnet. [Tabelle 3]
Wie oben beschrieben war bei den Tintenstrahlaufzeichnungsköpfen in Beispiel 1 die Druckqualität überlegen, und es wurde auch Reproduzierbarkeit bei den Ausgangsbedingungen und bei den beschleunigten Bedingungen entsprechend zwei Jahren bestätigt. Darunter war die Druckqualität der zweiten Platte mit Erhebungen in einem Bereich von 0,2 μm bis 500 μm und mit einer Beschichtung mit einem hydrophilen Mittel, das einen hydrophilen Film bildete, weit überlegen. Beim Vergleichsbeispiel jedoch war wegen der Umgebung, die das Licht nicht erreichen konnte, die hydrophile Wirkung verringert und auch die Druckqualität verschlechtert.
(Beispiel 2)
Im Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung wurden Untersuchungen über die Kontaktwinkel zwischen Wasser/Tinte und den Formen der Erhebungen hydrophiler Strukturen, die in viereckigen Prismen, in Linien und in Form eines Gitters angeordnet wurden (siehe 3(A), (B) und (C)). Die Tabelle 4 zeigt Daten dieser Winkel. Es versteht sich, dass jede der hydrophilen Strukturen gemäß der vorliegenden Erfindung einen Kontaktwinkel zu Tinte von 10 Grad oder weniger hatte, um überlegene hydrophile Eigenschaften ohne Bestrahlung mit UV-Strahlen zu erhalten. [Tabelle 4]
(Beispiel 3)
Unter Verwendung von Harz als Rohmaterial wurde mit der Struktur des Beispiels 1 oder 2 als Gussform ein Guss durchgeführt. Die Oberfläche eines so erhaltenen Gussteils hatte ein unregelmäßiges Muster, das von der Oberfläche auf die Gussform übertragen wurde. Es wurde bestätigt, dass eine solche einer Hydrophiliebehandlung unterzogene Struktur ebenfalls überlegene Eigenschaften ähnlich denen in den Beispielen 1 und 2 hatte.
Ausführungsform 3
8 ist eine Schnittansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. 8 zeigt ein Herstellungsverfahren zum Bilden einer hydrophilen Struktur auf der Oberfläche der zweiten Platte 2. An dieser Stelle wird der Fall beschrieben, in dem die Oberfläche eines Siliziumsubstrats in einem Fotolithografieverfahren und einem anodischen Elektrolyseverfahren bearbeitet wird, so dass eine hydrophile Struktur gebildet wird.

➀ Zuerst wird z. B. ein 200 μm dickes Einkristall-Siliziumsubstrat 11 des n-Typs mit der (100)-Ebenen Ausrichtung als Basis einer zweiten Platte vorbereitet.
➁ Auf diesem Siliziumsubstrat 11 werden mit einer CVD-Vorrichtung 0,3 μm dicke Siliziumnitridfilme 23 und 24 als ätzfeste Überzüge gebildet, wie in 8(a) dargestellt ist.
➂ Als nächstes wird nach Entfernen des Siliziumnitridfilms 24 mit einem Trockenätzverfahren der Siliziumnitridfilm 23 einem Foto-Litho-Ätzverfahren unterzogen, so dass der Siliziumnitridfilm 23 in Abschnitten 22 entsprechend den Vertiefungen 17 der Struktur geätzt wird, wie in 8(b) dargestellt ist.
➃ Als nächstes werden keilnutförmige Ätzpyramiden 25 mit einem anisotropen Ätzverfahren unter Verwendung einer wässrigen Lösung Kaliumhydrat mit dem Siliziumnitridfilm 23 als Maske in das Siliziumsubstrat 11 gearbeitet. Ein Indium-Zinnoxidfilm (ITO-Film) 26 wird auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 11 gegenüber der Oberfläche gebildet, wo der Siliziumnitridfilm 23 gebildet worden ist, wie in 8(c) dargestellt ist.
➄ Anschließend wird eine elektrolytische Zelle zusammengesetzt, so dass die oben genannte Oberfläche, wo der Siliziumnitridfilm 23 gebildet worden ist, in Kontakt mit dem Elektrolyten ist. Während das Siliziumsubstrat 11 an seiner Oberfläche gegenüber der Oberfläche, wo der Siliziumnitridfilm 23 gebildet worden ist, mit Licht bestrahlt wird, werden ungefähr 5 μm tiefe Nuten 27 wie in 8(d) gezeigt geätzt, so dass die Vertiefungen 17 und Erhebungen 18 erzeugt werden (8(e)).
➅ Düsenöffnungen 6 (siehe 4) werden eingearbeitet, und auf der zweiten Platte 2 wird mit einem Vakuum-Aufdampfverfahren ein Siliziumoxidfilm als hydrophiler Film 20 aufgetragen (8(f)).
➆ Abschließend wird eine erste Platte 1 mit der so gebildeten zweiten Platte 2 verbunden, so dass ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf vollständig ist.

Ausführungsform 4
9 ist eine Schnittansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. 9 zeigt ein Herstellungsverfahren zum Bilden einer hydrophilen Struktur auf der Oberfläche einer zweiten Platte 2. An dieser Stelle wird der Fall beschrieben, in dem die Oberfläche eines Siliziumsubstrats in einem Fotolithografieverfahren und einem anisotropen Nassätzverfahren bearbeitet wird, so dass eine hydrophile Struktur gebildet wird.

➀ Zuerst wird ein 4-Zoll-Einkristall-Siliziumwafer mit der (100) Kristallausrichtung als Basis der zweiten Platte 2 vorbereitet. Wie in 9(a) dargestellt ist, wird mittels eines Wärmeoxidationsverfahrens ein Siliziumoxidfilm 112 mit einer Dicke von ungefähr 1000 Å auf mindestens einer Oberfläche eines Einkristall-Siliziumsubstrats 111 gebildet.
➁ Als nächstes werden, wie in 9(b) gezeigt, ungefähr 2 ml eines lichtempfindlichen Harzes OFPR-800 (Viskosität: 30 cps), hergestellt von TOKYO OHKA CO., LTD, auf den durch das Wärmeoxidationsverfahren gebildeten Siliziumfilm 112 des Einkristall-Siliziumsubstrats 111 geträufelt und 30 Sekunden lang mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 5000/min schleuderbeschichtet, so dass sich eine lichtempfindliche Harzschicht 113 bildet. Durch diese Schleuderbeschichtung kann das lichtempfindliche Harz so aufgetragen werden, dass die durchschnittliche Filmdicke ungefähr 1 μm und die Änderung in der Wafer-Oberfläche 10% betragen. Dann wird die Schichtdicke nach Wunsch je nach den Abmessungen einer zu bearbeitenden Nut oder dgl. verändert. Der maximale Wert der Dicke des aus einem lichtempfindlichen Material bestehenden Films, der aufgetragen werden soll, beträgt 2 μm, wenn das Maß einer Seite der Nut 2 μm beträgt.
➂ Als nächstes wird das Substrat 111 30 Minuten lang in einem Ofen bei einer Temperatur von 90°C getrocknet und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Wie in 9(c) dargestellt ist, werden Bereiche 113, die Erhebungen werden sollen und von denen jeder 0,2 μm bis 200 μm im Quadrat beträgt, im Substrat 111 mit dem Fotolithographieverfahren herausgearbeitet. Dann wird das lichtempfindliche Harz im Ofen bei einer Temperatur von 120°C ausgehärtet, so dass die Ätzfestigkeit verbessert wird.
➃ Wie in 9(d) dargestellt ist, wird der Siliziumoxidfilm in den Bereichen, die Nuten werden sollen, mit Flusssäure geätzt, und das lichtempfindliche Harz wird in einer Abbeizlösung entfernt.
➄ Als nächstes werden wie in 9(e) gezeigt keilnutförmige Ätzpyramiden 114 mit einem anisotropen Ätzverfahren unter Verwendung einer wässrigen Lösung Kaliumhydrat mit dem Siliziumoxidfilm 112 als Maske in das Siliziumsubstrat 111 gearbeitet. Dann wird der Siliziumoxidfilm 112 entfernt (9(f)). Die so gebildeten Ätzpyramiden 114 entsprechen den Vertiefungen 17 in 1. Durch die Erzeugung der Vertiefungen 17 werden notwendigerweise die Erhebungen 18 erzeugt, so dass die Erhebungen 18 auf der Oberfläche des Einkristall-Siliziumsubstrats 111 in regelmäßiger Anordnung angelegt werden, wie in 6 dargestellt ist.
➅ Als nächstes werden Düsenöffnungen 6 (siehe 4) eingearbeitet, und auf dem Einkristall-Siliziumsubstrat 111 wird mit einem Vakuum-Aufdampfverfahren ein Siliziumoxidfilm als der hydrophile Film 20 aufgetragen (9(g)).
➆ Abschließend wird eine erste Platte 1 mit der so gebildeten zweiten Platte 2 verbunden, so dass ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf fertig gestellt worden ist.

Ausführungsform 5
10 ist eine Schnittansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung. 10 zeigt ein Herstellungsverfahren zum Bilden einer porösen Struktur auf der Oberfläche einer zweiten Platte 2. An dieser Stelle wird der Fall beschrieben, in dem die Oberfläche eines Siliziumsubstrats in einem Fotolithografieverfahren und einem isotropen Nassätzverfahren bearbeitet wird, so dass eine poröse Struktur gebildet wird.
➀ Zuerst wird z. B. ein 200 μm dickes Glassubstrat 211 als Basis der zweiten Platte 2 vorbereitet.
➁ Als nächstes wird auf diesem Glassubstrat 211 mit einem Sprühgerät ein 0,3 μm dicker Siliziumnitridfilm 212 als ätzfester Überzug gebildet, wie in 10(b) dargestellt ist.
➂ Als nächstes wird der Siliziumnitridfilm 212 einem Foto-Litho-Ätzverfahren unterzogen, so dass der Siliziumnitridfilm in Abschnitten entsprechend den Vertiefungen 17 der Struktur geätzt wird, wie in 10(b) dargestellt ist.
➃ Als nächstes werden wie in 10(c) gezeigt Ätzvertiefungen 215 mit einem isotropen Ätzverfahren unter Verwendung einer wässrigen Lösung Flusssäure mit dem Siliziumnitridfilm 212 als Maske in das Glassubstrat 211 eingearbeitet.
➄ Als nächstes wird wie in 10(d) gezeigt der Siliziumnitridfilm mit heißer Phosphorsäure entfernt, so dass die Unregelmäßigkeiten vollständig sind.
➅ Als nächstes werden Düsenöffnungen 6 (siehe 4) eingearbeitet und auf dem Glassubstrat 211 wird mit einem Vakuum-Aufdampfverfahren ein Siliziumoxidfilm als hydrophiler Film 20 aufgetragen (10(e)).
➆ Abschließend wird eine erste Platte 1 mit der so gebildeten zweiten Platte 2 verbunden, so dass ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf fertig gestellt worden ist.
Ausführungsform 6
11 ist eine Schnittansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung. 11 zeigt ein Herstellungsverfahren zum Bilden einer porösen Struktur auf der Oberfläche einer zweiten Platte 2. An dieser Stelle wird der Fall beschrieben, in dem die Oberfläche eines Siliziumsubstrats in einem Fotolithografieverfahren und einem isotropen Trockenätzverfahren bearbeitet wird, so dass eine poröse Struktur gebildet wird.

➀ Zuerst wird z. B. ein 200 μm dickes Glassubstrat 311 als Basis der zweiten Platte 2 vorbereitet.
➁ Als nächstes wird auf diesem Glassubstrat 311 mit einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung ein ungefähr 5 μm dicker lichtempfindlicher Harzfilm 312 als ätzfester Überzug gebildet, wie in 11(a) dargestellt ist.
➂ Als nächstes wird der lichtempfindliche Harzfilm 312 wie in 11(b) gezeigt in einem Foto-Litho-Ätzverfahren in Abschnitten entsprechend den Vertiefungen 17 in der Struktur geätzt.
➃ Als nächstes werden wie in 11(c) gezeigt Ätzvertiefungen 315 mit einem isotropen Plasma-Ätzverfahren unter Verwendung von CF4-Gas mit dem lichtempfindlichen Harzfilm als Maske in das Glassubstrat 311 eingearbeitet.
➄ Als nächstes wird wie in 11(d) gezeigt der lichtempfindliche Harzfilm 312 mit heißer Schwefelsäure entfernt, so dass die Unregelmäßigkeiten vollständig sind.
➅ Als nächstes werden Düsenöffnungen 6 (siehe 4) eingearbeitet und auf dem Glassubstrat 311 wird mit einem Vakuum-Aufdampfverfahren ein Siliziumoxidfilm als hydrophiler Film 20 aufgetragen (11(e)).
➆ Abschließend wird eine erste Platte 1 mit der so gebildeten zweiten Platte 2 verbunden, so dass ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf fertig gestellt worden ist.

Bei den in den oben genannten Ausführungsformen 4 bis 6 erzeugten hydrophilen Strukturen wurde ebenfalls bestätigt, dass die Erhebungen in der Höhe gleich sind und es deshalb möglich ist, eine hydrophile Funktion, Haltbarkeit und Kratzfestigkeit ähnlich denen der oben genannten Ausführungsform 2 zu erzielen.
Bei den oben genannten Ausführungsformen 2 bis 6 wird eine hydrophile Struktur durch ein Fotolithografieverfahren und ein Ätzverfahren erzeugt, und die Oberfläche der Basis der hydrophilen Struktur kann durch die Spitzen der Erhebungen ersetzt werden. Daher werden die Erhebungen notwendigerweise mit großer Genauigkeit gleichmäßig hoch.
Ferner ist der Werkstoff der zweiten Platte 2, obwohl in den oben genannten Ausführungsformen 2 bis 6 Beispiele mit Silizium- oder Glassubstraten als Werkstoff der zweiten Platte 2 beschrieben worden sind, nicht auf die Werkstoffe in der vorliegenden Erfindung beschränkt. Es können gleiche Funktionen auch bei metallischen Werkstoffen wie nichtrostendem Stahl oder bei einem organischen polymeren Werkstoff gezeigt werden.
Ausführungsform 7
12 ist eine erläuternde Ansicht eines Beispiels für einen Mechanismus in der Nähe eines Tintenstrahlkopfes, der in einem der Herstellungsverfahren der Ausführungsformen 2 bis 6 hergestellt wird. Ein Tintenstrahlkopf 50 ist an einem Schreibwagen 51 befestigt und dieser Schreibwagen 51 ist beweglich an Führungsschienen 52 befestigt. Dann wird die Position des Schreibwagens 51 in Richtung der Breite des von einer Walze 53 zugeführten Papiers 54 gesteuert. Dieser Mechanismus in 12 ist an einem Tintenstrahlaufzeichnungsgerät 55, das in 13 dargestellt ist, angebaut. Es hat sich bestätigt, dass beim Drucken mit diesem Tintenstrahlaufzeichnungsgerät 55 eine hohe Druckqualität erreicht werden kann. Insbesondere im Hinblick auf Reiben beim Reinigen, hat sich bestätigt, dass durch die Struktur des Basismaterials des Tintenstrahlkopfes eine hydrophile Eigenschaft erreicht wird, so dass der Tintenstrahlkopf genügend Abriebfestigkeit bei Langzeitgebrauch besitzt.
Ausführungsform 8
14 ist eine Schnittansicht einer Mikropumpe gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung. Wenn in 14 ein piezoelektrisches Element 69 angesteuert wird, um eine Membran 70 in Schwingungen zu versetzen, wird an einem Einlass 65 angesaugte Flüssigkeit über einen geschlossenen Raum 71 an einem Auslass 66 ausgestoßen. Die hydrophile Struktur gemäß den oben genannten Ausführungsformen wird auf der Oberfläche eines Kanals, der den geschlossenen Raum 71 enthält, gebildet. Es konnte eine Mikropumpe mit äußerst konstantem Durchsatz ohne irgendwelche im Kanal erzeugte Blasen, als die Mikropumpe tatsächlich angesteuert wurde, um reines Wasser in den Kanal zu fördern, verwirklicht werden, da die oben genannte hydrophile Struktur wie oben erwähnt in der Mikropumpe gebildet wurde.
Die 15(A) und (B) sind erläuternde Ansichten eines Mechanismus zur Herstellung eines Rohrs 73, das mit dem Einlass 65 oder dem Auslass 66 in 14 in Verbindung steht. 15(A) ist eine Schnittansicht von vorn, und 15(B) ist eine vergrößerte Schnittansicht durch B-B in 15(A). Bei diesem Mechanismus wird z. B. in einem Behälter 75 enthaltenes Polyvinylchlorid in der Phase ausgestoßen, in der ein Stempel 76, auf dem Erhebungen und Vertiefungen gebildet worden sind, durch einen Ausstoßabschnitt des Behälters 75 hindurchgeht, so dass sich an der Innenwand jedes Rohrs 73 Unregelmäßigkeiten bilden.
Ausführungsform 9
Die 16(A) und (B) sind Schnittansichten von Mattgläsern gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung. Wie in den 16(A) und (B) dargestellt ist, wird auf der Oberfläche jedes Mattglases 80, 81 eine hydrophile Struktur 82 gebildet. Daher kann auf der Oberfläche Schmutz nur schwer haften, und wenn wirklich Schmutz auf der Oberfläche haftet, kann er leicht entfernt werden.
Ausführungsform 10
17 ist eine Schnittansicht eines Mechanismus für eine Uhr gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung. Wie in 17 dargestellt ist, wird an der Innenwand jedes Lagerteils 85 bis 90 eine hydrophile Struktur gebildet. Allerdings werden in diesem Fall von der hydrophilen Struktur sowohl Lipophilie als auch Hydrophilie gefordert. Es ist daher eine solche Hydrophiliebehandlung durchzuführen, dass nach der Behandlung (Hydrophilie-/Lipophiliebehandlung) hydrophile und lipophile Eigenschaften erzielt werden können. Da die Oberfläche einer Struktur, die einer solchen Hydrophilie-/Lipophiliebehandlung unterzogen worden ist, in Bezug auf Hydrophilie und Lipophilie überlegen ist, wird lange Zeit kein Schmieröl benötigt. Auch wenn z. B. die Uhr entsprechend einem Zeitraum von 10 Jahren in Gang gehalten wird, ohne geölt zu werden, geht sie normal.
Ausführungsform 11
Die 18(A) und (B) sind perspektivische Ansichten eines Badezimmers und eines Wasch beckens gemäß Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung. Auf den Oberflächen einer Badewanne 91, von Badezimmerfliesen 92 und eines Waschbeckens 93 werden hydrophile Strukturen 100 gemäß den oben genannten Ausführungsformen gebildet. Daher kann auf den Oberflächen Schmutz nur schwer haften, und wenn dort wirklich Schmutz haftet, kann er leicht entfernt werden.
Ausführungsform 12
Die hydrophile Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist in verschiedenen Anwendungen verwendbar. Beispielsweise kann die hydrophile Struktur an der Innenwand eines Rohrs eines Wärmetauschers gebildet werden, um dessen thermischen Wirkungsgrad zu verbessern. Ebenso kann die hydrophile Struktur an der Innenwand eines Blutkreislaufes einer künstlichen Lunge gebildet werden, um deren Gasaustauschfähigkeit oder dgl. zu verbessern.

Claims

Hydrophile Struktur, aufweisend: eine Basis (11) mit einer hydrophilen Oberfläche, wobei die Basis (11) aus der aus Silizium, Siliziumoxid und Glas bestehenden Gruppe ausgewählt ist; bei der die hydrophile Oberfläche ein Muster von in gleichen Abständen angeordneten Erhebungen (18) und Vertiefungen (17) enthält, die eine Flüssigkeit durch Kapillarwirkung in die Vertiefungen (17) ziehen, ein Siliziumoxidfilm (20) die hydrophile Oberfläche einschließlich der Erhebungen und der Vertiefungen (17) vollständig bedeckt, und die Erhebungen (18) und Vertiefungen (17) eine Breite im Bereich von 0,5 μm bis 30 μm und die Vertiefungen (17) eine Tiefe von 1 μm oder mehr haben.
Hydrophile Struktur nach Anspruch 1, bei der sich die Spitzen der Erhebungen (18) auf der hydrophilen Oberfläche im Wesentlichen auf gleicher Höhe befinden.
Hydrophile Struktur nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Muster der in gleichen Abständen angeordneten Erhebungen (18) und Vertiefungen (17) auf der hydrophilen Oberfläche parallele Linien bildet.
Hydrophile Struktur nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Muster der in gleichen Abständen angeordneten Erhebungen (18) und Vertiefungen (17) auf der hydrophilen Oberfläche eine Gitterstruktur bildet.