JP2007130816A - 液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産効率が高く、不良発生率の低い液滴吐出ヘッドの製造方法及びその方法で製造した液滴吐出ヘッド並びにインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】ノズル基板シート４０８には、液滴を吐出する側に撥水膜４０５を形成し、加圧室４９が配列された流路基板４７には、スリット４０６を少なくとも一つ形成し、ノズル基板シート４０８の撥水膜４０５とは反対側の面に流路基板４７を接合し、ノズル基板シート４０８に対し、スリット４０６に相対する箇所へのスリット４６Ｓの形成及びノズル４６の形成を行い、ノズル基板シート４０８を所定の形状に切断し、ノズル形成部材４０１を流路基板４７と接合する。
【選択図】図３

Description

本発明は、液滴を吐出させるための液滴吐出ヘッドに関し、特に、生産効率が高く、不良発生率の低い液滴吐出ヘッドの製造方法及びその方法で製造した液滴吐出ヘッド並びにインクジェット記録装置に関する。

ノンインパクト記録装置は、記録時の騒音発生が無視できる程度に小さいため、オフィス用としての利用が期待されている。

ノンインパクト記録装置の中でも、高速記録可能で、かつ特別な定着処理を要せずに普通紙に記録できるインクジェット記録装置が近年多く使用されている。

このインクジェット記録装置のなかでも特にオンデマンド方式のものは、従来のインパクト方式の記録装置などと比べると動作音が小さいことや、高精細な画像を出力できるため、急速に普及しつつある。

インクジェット記録装置の液滴吐出ヘッドは、ノズルから液滴を吐出させるため、ノズルの形状や精度が液滴の噴射特性に大きな影響を与える。また、ノズル孔を形成しているノズル形成材料の表面の特性も液滴の噴射特性に影響を与える。

例えば、ノズル形成材料表面のノズル孔周辺部に液が付着して不均一な液だまりが発生すると、液滴の吐出方向が曲げられたり、液滴の大きさにバラツキが生じたり、あるいは、液滴の飛翔速度が不安定になるなどの不都合が生じる。

このため、例えば特許文献１に開示される「ノズルプレートの製造方法」のように、ノズル形成部材の一方の面に粘着部材を貼り付け、その反対側面からレーザビームを照射し、ノズル形成材料の一部が残るように加工した後、粘着部材をはがして残った一部を除去して、ノズル孔の出射側に未加工な部分をなくす」ことで液滴の飛翔方向にばらつきが生じないようにしている。
また、特許文献２に開示される「インクジェット記録ヘッドのノズル形成方法」は、ノズル形成材料の表面に含フッ素重合体からなるコーティング層を設け、その背面側からエキシマレーザを照射してノズル孔加工を行うとともに、ノズル孔上のコーティング層を除去している。
また、特許文献３に開示される「インクジェット式プリントノズルヘッド」は、ノズル形成部材の一方の面にテトラフルオロエチレンを成分とする共重合体を含む有機樹脂層で撥水膜を形成し、ノズル形成部材の表面の均一性を高め、液滴の飛翔特性の安定化を図るものである。
特許第２９１４１４６号公報 特開平６−８７２１６号公報 特開平１０−３０５５８２号公報

ノズル形成材料として樹脂材料を使用する場合、上記のように撥水膜を樹脂材料の表面に形成するが、樹脂材料と撥水剤との密着性があまり良くないため、直接塗布して使用することは非常に困難である。そこで、樹脂材料の表面を粗面化して微細な凹凸を形成し、その上に撥水剤を塗布して密着力の向上を図ったりしているが、十分な密着性の確保には至っていない。例えば、ノズルプレート表面やノズル開口部に付着した液滴やゴミ等の除去のために行われるワイピング動作によって表面が擦られるため、塗布後の初期には撥水性が得られていても、密着性が十分でないと徐々に撥水層のはがれが発生し、撥水性が劣化してしまう。

また、フッ素系撥水剤を使用する場合などでは、ノズル形成部材である樹脂材料などの表面にＳｉＯ₂膜を形成し、その上にフッ素系撥水剤を塗布して密着力を向上することも試みられている。この場合、ＳｉＯ₂膜をある程度厚く（概ね２０ｎｍ以上）にしないと十分な密着力を得ることができない。
また、ノズル孔加工をエキシマレーザ加工で行う場合、ノズル形成部材の樹脂材料としてポリイミドなどを使用すればエキシマレーザによる加工性を確保できるが、ＳｉＯ₂膜はエキシマレーザによる加工性が悪いため、きれいなノズル孔加工ができなくなり、異形ノズル孔が発生してしまう。
また、ノズル形成部材と液室形成部材とは、１ヘッド単位（１チップ単位）に切断分割してから接合しているため、ノズル形成部材と液室形成部材ともに分割後の部品の取り扱いや接合やエキシマレーザ加工及び洗浄などの各工程がチップ単位となり、量産ではその取り扱いだけで時間を要し、液滴吐出ヘッドの生産効率が悪くなってしまう。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、生産効率が高く、不良発生率の低い液滴吐出ヘッドの製造方法及びその方法で製造した液滴吐出ヘッド並びにインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、液滴を吐出するノズルを複数備えたノズル部材と、複数のノズルのそれぞれに連通する複数の液室を構成する液室構成部材と、複数のノズルのそれぞれに対応して設けられ、液室内の液体をノズルから液滴として吐出させる液滴吐出手段を備えたエネルギー発生部材とを有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、ノズルが形成される前のシート状のノズル部材には、液滴を吐出する側に撥水膜を形成し、液室構成部材が配列された液室構成部材集合体には、第１のスリットを少なくとも一つ形成し、シート状のノズル部材の撥水膜とは反対側の面に液室構成部材集合体を接合し、シート状のノズル部材に対し、第１のスリットに相対する箇所への第２のスリットの形成及びノズルの形成を行い、シート状のノズル部材を所定の形状に切断し、切断したノズル部材をエネルギー発生部材と接合することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法を提供するものである。

上記本発明の第１の態様においては、ノズル部材に対して、エキシマレーザを用いてノズルを形成することが好ましい。
又は、ノズル部材に対して、エキシマレーザを用いてノズル及び第２のスリットを形成することが好ましく、これに加えて、ノズル部材に対して、ノズルを第２のスリットよりも先に形成することがより好ましい。これらに加えて、ノズル部材にエキシマレーザ加工のビームを集光させて第２のスリットを形成を行うことがより好ましい。また、液室構成部材をマスクとしてノズル部材にエキシマレーザを照射し、ノズル部材に第２のスリットを形成することが好ましい。また、ノズル部材に対してノズルを形成する時と第２のスリットを形成するときとでは異なるマスクを用いることが好ましい。また、エキシマレーザの加工面内にでノズル部材の向きを変化させるか、エキシマレーザの照射領域の長手方向を変化させることにより、該エキシマレーザの照射領域の長手方向でノズル及び第２のスリットをノズル部材に形成することが好ましい。

本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、樹脂フィルムをノズル部材として用いることが好ましい。また、撥水膜を、ＳｉＯ₂膜とフッ素を含有する撥水剤とで形成することが好ましい。また、シリコンウエハを、液室構成部材集合体として用いることが好ましい。また、ノズル部材と液室構成部材との接合にエポキシ樹脂を含む接着剤を用いることが好ましい。また、ノズル部材の撥水膜の表面に紫外線硬化型粘着テープを貼り付け、液室構成部材側からエキシマレーザを照射してノズルを形成することが好ましく、これに加えて、ノズルを形成済みのノズル部材と液室構成部材集合体とを切断する際に、紫外線硬化型粘着テープの厚さ方向の一部まで切断することがより好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は第２の態様として、上記本発明の第１の態様のいずれかの液滴吐出ヘッドの製造方法で製造した液滴吐出ヘッドを提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、上記本発明の第２の態様にかかる液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置を提供するものである、

本発明によれば、生産効率が高く、不良発生率の低い液滴吐出ヘッドの製造方法及びその方法で製造した液滴吐出ヘッド並びにインクジェット記録装置を提供を提供できる。

本発明の好適な実施の形態について説明する。図１に本発明を好適に実施したインクジェット記録装置の構成を示す。インクジェット記録装置１は、印字機構部２と給紙カセット３と手差しトレイ４と排紙トレイ５とを有し、給紙カセット３又は手差しトレイ４から送られた記録用紙６に印字機構部２で所定の画像などを記録して排紙トレイ５に排出する。

図２に示すように、印字機構部２は、本体の左右の側板に横架した主ガイドロット１１及び従ガイドロット１２によって摺動自在に保持されたキャリッジ１３と、インク滴吐出方向が下方へ向けて装着され、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びブラック（Ｂｋ）の各色のインクを吐出する液滴吐出ヘッド１４と、キャリッジ１３の上側に着脱自在に装着され、液滴吐出ヘッド１４に各色インクを供給するインクカードリッジ１５とを有する。
キャリッジ１３は、主走査モータ１６の回転軸に連結された駆動プーリ１７と従動プーリ１８との間に巻き回されたタイミングベルト１９に連結され、主走査モータ１６の正逆回転に応じて主走査方向に往復運動をする。インクカードリッジ１５は、上方に大気と連通する大気導入口が設けられ、下方には液滴吐出ヘッド１４へインクを供給する供給口が設けられている。インクカートリッジ１５は、インクが充填された多孔質体を内部に備えており、多孔質体により液滴吐出ヘッド１４へ供給するインクをわずかな負圧に維持している。

また、給紙カセット３から液滴吐出ヘッド１４までの記録用紙６の搬送路には、給紙カセット３から記録用紙６を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、記録用紙６を案内するガイド部材２３と、給紙された記録用紙６を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、搬送ローラ２４の外周面に押しつけられる搬送コロ２５と、搬送ローラ２４からの記録用紙６の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを有する。
搬送ローラ２４は、副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。液滴吐出ヘッド１４の下方側には搬送ローラ２４から送り出された記録用紙６を案内する印写受け部材２８が設けられ、印写受け部材２８の搬送方向の下流側には、記録用紙６を送り出すために回転駆動される搬送コロ２９と及び拍車３０と、記録用紙６を排紙トレイ５へ送り出す排紙ローラ３１と、拍車３２及び排紙経路を形成するガイド部材３３及び３４とが設けられている。

インクジェット記録装置１で記録用紙６に記録する際は、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド１４を駆動して、停止している記録用紙６にインクを吐出して１行分を記録し、記録用紙６を所定量だけ搬送した後で次の行の分を記録する。そして記録終了信号又は記録用紙６の後端が記録領域に到達した信号を受けて記録動作を終了させ、記録用紙６を排出する。

また、キャリッジ１３の移動方向の記録領域を外れた位置には、液滴吐出ヘッド１４を吐出不良状態から回復させるための回復装置３５が設けられている。回復装置３５は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段とを有する。キャリッジ１３は、印字待機中には回復装置３５の位置に移動し、液滴吐出ヘッド１４のノズル部分がキャップ手段によって覆われる。これにより、液滴吐出ヘッド１４は、ノズル孔が湿潤状態に保たれ、インク乾燥による吐出不良が防止される。また、記録中などに記録と関係しないインクをパージすることにより、全てのノズル孔のインク粘度を一定にして安定した吐出性能を維持する。
液滴吐出ヘッド１４の吐出不良が発生した場合などには、回復装置３５は、液滴吐出ヘッド１４のノズル部分をキャップ手段で密封し、吸引手段によってノズルからインクとともに気泡などを吸い出し、ノズル面に付着したインクやゴミなどをクリーニング手段によって除去して吐出不良から回復させる。このとき吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インクタンクへ排出する。

図３に示すように、液滴吐出ヘッド１４は、ノズル基板４０と静電エネルギー発生素子４１とＦＰＣケーブル４２とフレーム４３とフィルタ４４及びジョイント部４５を有する。ノズル基板４０は、複数のノズル４６を有し、静電エネルギー発生素子４１の上部に設けられている。静電エネルギー発生素子４１は、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板あるいはＳＯＩ基板などのシリコン基板等で形成した流路基板４７と、シリコン基板や高機能セラミックスガラス基板あるいはセラミックス基板等で形成され、流路基板４７の下側に設けられた電極基板４８とを有する。図４に示すように、流路基板４７は、加圧室４９と、その底部をなす第１電極を兼ねた振動板５０を形成する凹部とを備える。ノズル基板４０は流体抵抗部５１を形成する溝を備える。流路基板４７と電極基板４８とは、共通液室流路５２を形成する貫通部を有する。

流路基板４７として単結晶シリコン基板を用いた場合、振動板５０とする厚さ方向の位置にボロンを注入してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を予め形成し、電極基板４８と接合した後、加圧室４９となる凹部をエッチング液（ＫＯＨ水溶液など）を用いて異方性エッチングする。このとき高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振動板５０が高精度に形成される。
また、多結晶シリコン基板で振動板５０を形成する場合は、流路基板４７上に振動板となる多結晶シリコン薄膜を形成する方法、又は、予め電極基板４８を犠牲材料で平坦化し、その上に多結晶シリコン薄膜を成膜した後、犠牲材料を除去する方法で形成できる。
なお、振動板５０に別途電極膜を形成してもよいが、上記のように本実施形態では不純物の拡散によって振動板５０が電極を兼ねるようにしている。
また、振動板５０の電極基板４８側の面に絶縁膜を形成することもできる。この絶縁膜としては、ＳｉＯ₂などの酸化膜系絶縁膜やＳｉ₃Ｎ₄などの窒化膜系絶縁膜を用いることができる。この絶縁膜の成膜は、振動板５０の表面を熱酸化して酸化膜を形成したり、公知の成膜手法（熱酸化法やＣＶＤ法など）を用いたりすることができる。
さらに、流路基板４７には共通電極を設けている。この共通電極は、Ａｌなどの金属をスパッタしてシンタリング（熱拡散）することによって付設しており、流路基板４７との導通を確保して、半導体基板からなる流路基板４７とオーミックコンタクトを取っている。

また、図５に示すように、電極基板４８には、酸化膜層４８ａを形成し、酸化膜層４８ａの部分に凹部５３を形成して、凹部５３の底面に振動板５０に対向する第２電極である電極５４を設け、振動板５０と電極５４との間に所定の間隔（例えば０．２μｍ）を形成している。電極５４の表面にはＳｉＯ₂膜などの酸化膜系絶縁膜やＳｉ₃Ｎ₄などの窒化膜系絶縁膜からなる電極保護膜５５を形成しているが、電極表面５４に電極保護膜５５を形成しないで、振動板５０側に絶縁膜を形成しても良い。

電極基板４８の電極５４としては、通常の半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点金属、又は不純物によって低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることが可能である。電極基板４８をシリコンウエハで形成する場合には、電極基板４８と電極５４との間に絶縁層となる酸化膜層４８ａを形成する必要があるが、電極基板４８にガラスなどの絶縁性材料を用いる場合には電極５４との間に絶縁層を形成する必要はない。また、電極４８にシリコン基板を用いる場合、電極５４としては、不純物拡散領域を用いることができる。この場合、拡散に用いる不純物は、基板シリコンの導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散領域周辺にｐｎ接合を形成し、電極５４と電極基板４８とを電気的に絶縁する。

流路基板４７と電極基板４８との接合は、接着剤による接合も可能であるが、より信頼性の高い物理的な接合法（例えば、電極基板４７がシリコンで形成される場合、酸化膜を介した直接接合法）を用いることができる。この直接接合法は、１０００℃程度の高温下で実施する。また、電極基板４８がガラスの場合、陽極接合を行うことができる。電極基板４８をシリコンで形成して、陽極接合を行う場合には、電極基板４８と流路基板４７との間に高機能セラミックガラスを成膜し、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。さらに、流路基板４７と電極基板４とにシリコン基板を使用して金などのバインダーを接合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。

ノズル基板４０は、多数のノズル４６を２列に配置して形成したものであり、吐出面には撥水処理が施されている。ノズル基板４０は流路基板４７と接着剤によって接着されている。ノズル基板４０の２列に配置したノズル４６に対応して、加圧室４９と振動板５０及び電極５４なども２列に配置されており、各ノズル列の中央部に共通液室流路５２を配置して、左右の加圧室４９にインクを供給するようにして、簡単な構成で多数のノズル４６を有するマルチノズルの液滴吐出ヘッド１３を実現している。

図６に示すように、電極基板４８の電極５４の外側に伸びた電極パッド部５４ａは、異方性導電膜などを介してＦＰＣケーブル４２に接続されている。ＦＰＣケーブル４２にはヘッド駆動回路であるドライバＩＣ５６が搭載されている。電極基板４８とノズル基板４０との間は、エポキシ樹脂などの接着剤を用いたギャップ封止剤によって気密封止している。

また、ノズル基板４０と静電エネルギー発生素子４１とはフレーム４３上で接合されている。フレーム４３には共通液室流路５２に外部からインクを供給するためのインク供給穴５８を有し、ＦＰＣケーブル４２などはフレーム４３に形成された穴部５９に収納される。フレーム４３とノズル基板４０との間は、エポキシ樹脂などの接着剤を用いたギャップ封止剤６０にて封止し、撥水性を有するノズル基板４０表面のインクが電極基板４８やＦＰＣケーブル４２等に回り込むことを防止している。フレーム４３はフィルタ４４を介してジョイント部４５に連結されている。ジョイント部４５は、インクカートリッジ１５に連結され、インクカートリッジ１５からはフィルタ４４とインク供給穴５８とを通して共通液室流路５２にインクが供給される。

そして、振動板５０を共通電極とし、電極５４を個別電極として、振動板５０と電極５４との間に駆動電圧を印加することにより、振動板５０と電極５４との間に発生する静電力によって振動板５０が電極５４側に変形変位し、この状態から振動板５０と電極５４との間の電荷を放電させることによって振動板５０が復帰変形して、加圧室４９の容積と圧力とを変化させて、ノズル４６からインク滴を吐出する。

インクジェット記録装置１の液滴吐出ヘッド１４のノズル基板４０に形成する複数のノズル４６は、エキシマレーザ加工機７０によって加工される。図７に示すように、エキシマレーザ加工機７０は、レーザ発振器７１から射出されたエキシマレーザビーム７２をミラー７３、７５、７８によって反射し、加工テーブル８０へと導く。レーザビーム７２が加工テーブル８０に至るまでの光路には、加工物に対して最適なビームが届くように、レーザビーム７２を所望のサイズに拡大するビームエキスパンダ７４と、レーザビーム７２を加工する孔に対応した形状にするマスク７６と、マスク７６を通過したレーザビームを結像光学系７９に導くフィールドレンズ７７とを有する。加工テーブル８０は、ＸＹテーブルなどで構成され、加工するノズル基板４０を載置して加工位置を位置決めする。加工テーブル８０は、少なくともＸＹの２自由度を備えていれば良く、これ以上の自由度を備えたＸＹＺテーブルなどであっても良い。

図８に示すように、エキシマレーザ加工機７０でノズル４６及びスリット４６Ｓが加工されるノズル基板４０は、ノズル４６及びスリット４６を有するノズル形成部材４０１と加圧室４９の一方の面を構成するとともに流体抵抗部５１を形成する溝を有する液室構成部材４０２とを接着剤４０３で接合し、ノズル形成部材４０１の表面にＳｉＯ₂薄膜４０４と撥水膜４０５とを順次積層して形成する。液室構成部材４０２には、あらかじめノズル４６及びスリット４６Ｓが加工される位置にノズル連通口４０６及びスリット開口４０６Ｓが設けられている。

図９を用いて、ノズル基板４０の製造方法を説明する。まず、図９（Ａ）に示すように、サイズが５００×１０００ｍｍのノズル形成部材４０１を準備する。ノズル形成部材４０１としてはＳｉＯ₂などの粒子が添加されていないポリイミドフィルムを使用する。すなわち、一般的なポリイミドフィルムは、ロールフィルム取扱装置などにおける取扱性（滑り）からフィルム材料の中にＳｉＯ₂（シリカ）や燐酸水素カルシウムなどの粒子が添加されている。エキシマレーザでノズル孔を加工する場合、このＳｉＯ₂などの粒子は、エキシマレーザによる加工性が悪く、エキシマレーザでノズル孔を加工する場合、加工したノズルに異形が発生する。このノズル孔の異形発生を防ぐためにノズル形成部材４０１としてはＳｉＯ₂などの粒子が添加されていないポリイミドフィルムを使用する。

ノズル形成部材４０１の表面に、図９（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ₂薄膜４０４を形成する。ＳｉＯ₂薄膜４０４を形成するときは、比較的熱を加えず、ノズル形成部材４０１に熱的影響の発生しない範囲の温度で成膜可能な方法で形成する。例えば、スパッタリングやイオンビーム蒸着、イオンプレーティング、ＣＶＤ（化学蒸着法）、Ｐ−ＣＶＤ（プラズマ蒸着法）などが適している。ＳｉＯ₂薄膜４０４の膜厚があまり厚くなると、エキシマレーザでのノズル孔加工に支障がでてくる場合がある、すなわちノズル形成部材４０１は、きれいに孔形状が加工されていてもＳｉＯ₂薄膜４０４の一部が十分に加工されず、加工残りになることがある。したがって、具体的には、密着力が確保でき、エキシマレーザ加工時にＳｉＯ₂薄膜４０４が残らない範囲として、膜厚１ｎｍ〜３０ｎｍの範囲が適している。中でも、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲が最も適している。

ＳｉＯ₂薄膜４０４を例えばスパッタリング方法によって膜厚２ｎｍで形成する。すなわち、ノズル形成部材４０１の表面にＳｉをスパッタリングした後、Ｓｉ表面Ｏ₂イオンを当てることにより、ＳｉＯ₂薄膜４０４を形成できる。このようにして形成したＳｉＯ₂薄膜４０４はノズル形成部材４０１に対する密着力が大きくかつ均質で緻密である。したがって、撥水膜４０５との密着性も良く、撥水膜４０５のワイピング耐久性を向上させることができる。

次に、ＳｉＯ₂薄膜４０４の表面に撥水膜４０５を形成する。撥水膜４０５の形成は、図９（Ｃ）に示す撥水剤層４０５ａの形成工程と、図９（Ｄ）に示す空中放置工程とを有する。撥水層剤４０５ａは、フッ素系撥水材料をスピンコータやロールコータあるいはスクリーン印刷又はスプレーコータなどの方法で塗布するが、より効果的には、真空蒸着で成膜する方法だと撥水膜４０５の密着性が向上し、ワイピング耐久性も向上する。さらに、撥水剤層４０５ａを真空蒸着で成膜するとき、ＳｉＯ₂薄膜４０４を形成後に真空チャンバ内で引き続いて形成すると、より撥水膜４０５の密着性を向上させられる。これは、ＳｉＯ₂薄膜４０４を形成した後でノズル形成材料４０１を真空チャンバから取り出すと、ＳｉＯ₂薄膜４０４の表面に不純物が付着して密着性を損なうためである。撥水剤層４０５ａを形成するフッ素系撥水材料は種々あるが、例えばシラン変性パーフルオロポリオキセタンを使用することにより、インクに対して必要な撥水性を得ることができる。また、撥水剤層４０５ａの膜厚を１ｎｍ〜３ｎｍとすることにより、必要とする撥水性を得られる。例えば、撥水剤層４０５ａの膜厚を１ｎｍ、２ｎｍ及び３ｎｍとして撥水性とワイピング耐久性とを調べたところ差は見られなかった。したがって、成膜時間やコストなどを考慮すると、０．１〜ｎｍが最も適している。
撥水剤層４０５ａの形成後、図９（Ｄ）に示す空中放置工程に移行する。この空中放置工程により、フッ素系の撥水剤層４０５ａとＳｉＯ₂薄膜４０４とが空気中の水分によって仲介されて科学的に結合し、撥水膜４０５となる。

図１０に、ＳｉＯ₂薄膜４０４と撥水剤層４０５ａとを真空チャンバ内で連続して形成する場合の成膜装置１０の構成を示す。この成膜装置は、メタモードプロセスと呼ばれる工法を装置化したものであり、ディスプレイなどの反射防止・防汚膜の作成に使用されている。図に示すように、ドラム８１の周囲４箇所にステーション８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄが配置され、全体が真空引きできるチャンバの中に収容されている。ドラム８１の直径は約１ｍあり、ドラム８１の外周部に５００×１０００ｍｍサイズのシート状の材料を７枚設置して、一括処理できる。ドラム８１の外周部にノズル形成部材４０１を設置し、ステーション８２ａでＳｉをスパッタし、その後、ステーション（２ｂでＳｉ表面にＯ₂イオンを当ててＳｉＯ₂薄膜４０４を形成する。その後、ステーション８２ｄでシラン変性パーフルオロポリオキセタンを蒸着する。反射防止膜の場合はステーション８２ｃでＮｂを蒸着し、ＮｂとＳｉＯ₂とを所定の厚さで必要層重ねた後、ステーション８２ｄでシラン変性パーフルオロポリオキセタンを蒸着するが、撥水膜４０５は反射防止膜としても機能はないため、ＳｉＯ₂薄膜４０４と撥水剤層４０５ａとを一層ずつ形成する。

次に、図９（Ｅ）に示すように、撥水膜４０５の表面にＵＶ硬化型密着テープ４０７を貼り付ける。ＵＶ硬化型密着テープ４０７を撥水膜４０５に貼るときには、気泡が生じないようにして貼り付ける。これは、撥水膜４０５とＵＶ硬化型密着テープ４０７との間に気泡があると、気泡の位置にあけたノズルは加工時の付着物で性能が劣化してしまうため、これを防ぐためである。

ＵＶ硬化型粘着テープ４０７を貼り付けたほぼ５００×１０００ｍｍサイズのノズル基板シート４０８を、図１１に示すように１５０×１２０ｍｍサイズに切断し、図９（Ｆ）に示すように、ノズル形成部材４０１にノズル連通口４０６及びスリット開口４０６Ｓを有する液室構成部材４０２を接着剤４０３で接合する。液室構成部材４０２は、図１２に示すように、一般的に知られている半導体製作用のフォトリソグラフプロセスなどを利用して、所定の液室構成パターン、例えば、６インチウエハで３８個の液室構成部材４０２のパターンを有する液室構成部材ウエハ４０９に形成する。また、図１３に示すように、チョッパーカット技術を使用し、取れ数増大やチップ大きさの自由度を持たせるために、スリット開口４０６Ｓを設けることにより、例えば、６インチウエハで４４個の液室構成部材４０２のパターンを有する液室構成部材ウエハ４０９を形成できる。

液室構成部材ウエハ４０９のノズル形成部材４０１の貼り付け面の必要部分に、接着剤薄膜転写装置などで接着剤４０３を１〜２μｍ程度塗布し、そこにカットフィルムを貼り付ける。このカットフィルムの貼り付けは、精度の高い位置合わせは必要なく、チップエリアからフィルムが外れない程度の位置合わせで良い。また、接着剤４０３は、エポキシ系接着剤、例えば、日本エイブルスティック社製エイブルボンド９３１−１などが薄膜転写に適している。また、硬化させる際にもあまり高い温度にする必要がなく、通常５０〜７０℃程度であるため、ノズル形成部材４０１と液室構成部材４０２との熱膨張係数差が問題となることなく接合できる。

その後、図９（Ｇ）に示すように、液室構成部材４０２側からエキシマレーザを照射してノズル４６及びスリット４６Ｓがきれいに加工されるように、ＵＶ硬化型粘着テープ４０７の一部まで加工できるように加工条件を設定する。エキシマレーザ加工は単ビーム加工でも良いが、加工速度を向上させるために、複数のノズル４６を同時に加工できるような光学系及びマスク７６を使用すると良い。

さらに、スリット４６Ｓを加工するとき、図１４に斜線部で示すレーザビーム有効エリアの例では、レーザ発振機７１、ミラー７３、８５、７８の光学系又は加工テーブル８０を９０度回転させてスリット４６Ｓ加工の加工回数及び処理時間を減少させることができる。
また、図１５に示すように、液室形成部材からのノズル形成部材のはみ出しを抑えるには、スリット４６Ｓを加工するときにスリット開口４０６Ｓを有する液室構成部材４０２をマスクにレーザ加工すると良い。

ノズル４６及びスリット４６Ｓを加工後、ＵＶ硬化型粘着テープ４０７を貼り付けた状態で次の工程に移行する。

このようにしてウエハ単位でノズル４６を形成したのち、次工程でチップごとの切断する。この切断は、ＩＣ製造工程で通常使用されているダイシング工程を応用したチョッパーカットで行う。すなわち、エキシマレーザ加工後のウエハを、ＵＶ硬化型粘着テープ４０７側を加工テーブル側としてダイシングマシンに載置し、図１２及び図１３に示す液室構成部材４０２のチップ外形に沿ってダイシング加工してノズル基板４０を形成する。このときダイシング深さは、ＵＶ硬化型粘着テープ４０７を厚さ方向の中間程度まで切断する深さとすると良い。このように切断することにより、ノズル基板４０を完全に切断することができるとともに、次工程のＵＶ硬化型粘着テープ４０７のエキスパンドを行いやすくできる。なお、ダイシングマシンには、洗浄ステーションが併設されていて、ダイシング後切粉などの洗浄を連続的に行うと洗浄効果をより向上させられる。
ノズル基板４０を静電エネルギー発生素子４１に接合する。

上記の説明では、液滴吐出ヘッド１２に静電エネルギー発生素子４１を使用した場合について説明したが、圧電素子方式やサーマル方式などのエネルギー発生素子を使用してもよい。また、液室構成部材４０２と静電エネルギー発生素子４１とを別部品として構成した場合について説明したが、両機能を統合して、すなわち静電エネルギー発生素子４１の流路基板４７のノズル基板側に対する面に、流路抵抗部５１やノズル連通口４０６を設けても良い。このようにして、部品点数を減らすことができ、大幅なコストダウンを図れる。

このように、本実施形態にかかる液滴吐出ヘッドによれば、以下に示す効果が得られる。

１．ノズル未加工で液滴吐出側表面に撥水膜を有したシート状のノズル形成部材と、液滴吐出側とは反対の面にスリット部を一箇所以上有した液室構成部材集合体を接合したのち、シート状のノズル形成部材へのズル加工と液室構成部材集合体のスリット部に対応する部位へのスリット加工とを施したのち、所定サイズに切断加工するようにした。このため、ノズル形成部材と液室構成部材とを接合する際の位置合わせや取扱などの処理回数を低減でき、製作工数を低減するとともに、取扱などによる不良の発生も低減することができる。また、各基板へのチップレイアウトの自由度を大きくしたり、形状の異なるチップを同一基板に配列したり、チップを千鳥状に配列して切り出すチップの数を増やすことができる。

２．ノズル形成部材と液室構成部材とを接合してからノズル形成部材にエキシマレーザ加工でノズルを加工することにより、精度の良いノズル孔加工を行えるとともに、ノズル形成部材と液室構成部材とを接合するときに高精度な位置合わせや接着剤硬化時の加熱による熱膨張に起因する位置ズレなどの影響を受けずにノズルを加工できる。

３．ノズル形成部材と液室構成部材とを接合してからノズル形成部材にエキシマレーザ加工でノズル及び分離のためのスリット部を加工することにより、ノズル及びスリット加工の精度を高められるとともに、ノズル形成部材と液室構成部材とを接合する際に、高精度な位置合わせや接着剤硬化時の加熱による熱膨張に起因する位置ズレなどの影響を受けずにノズルを加工できる。

４．エキシマレーザ加工でノズル加工後に分離のためのスリット部加工をすることにより、ノズル加工時とスリット部加工時のレーザ強度が可変となり、噴射特性に影響を及ぼすノズル加工精度を維持し、スリット加工時のレーザ強度向上による加工時間短縮によりスループット向上が可能となる。

５．ノズル形成部材にエキシマレーザ加工のビームを集光させてノズル形成部材スリット部を加工することにより、加工効率が向上するため、加工時間が短縮され、スループットが向上する。

６．ノズル形成部材に液室形成部材をマスクとしたエキシマレーザ加工でスリット部を加工することにより、スリット用のマスクが不要となり、コストが低減する。しかも、液室形成部材からのノズル形成部材のはみ出しが最小に抑えられ、ノズルカバー部材及びヘッドカバーのサイズを縮小できる。

７．ノズル形成部材にノズル用マスク及びスリット部マスクを入れ替えエキシマレーザ加工でノズル加工及び分離のためのスリット部加工をすることにより、それぞれの開口による最適条件で加工可能となり、加工精度が向上する。

８．ノズル形成部材又はレーザ光を回転調整し、エキシマレーザ加工の長手方向でノズル加工及び分離のためのスリット部加工をすることにより、単位加工エリアが拡大されるため、加工時間を短縮され、スループットが向上する。

９．ノズル形成部材を樹脂フィルムで形成することにより、材料のコストを低減するとともに、ノズル加工方法の選択範囲を広げられる。

１０．ノズル形成部材の表面に設けた撥水膜をＳｉＯ₂膜とフッ素系撥水剤とで構成することにより、ＳｉＯ₂膜とフッ素系撥水剤とが科学的結合によって密着するため、フッ素系撥水剤層を薄くすることができ、撥水剤の使用量を低減できる。さらに、ワイピング耐久性や加工性も向上する。

１１．液室構成部材集合体をＳｉウエハで構成することにより、複数の液室構成部材の集積化を高精度に行うことができ、後工程での加工や切断処理が容易となる。

１２．ノズル形成部材と液室構成部材集合体との接合にエポキシ系接着剤を使用することにより、液室構成部材の必要箇所に選択的に塗布することができ、ノズル形成部材のノズル形成部に接着剤を塗布しないで済み、ノズル加工を容易に行うことができるとともに、塗布厚さのムラに起因してノズル径にバラツキが生じることを防止できる。

１３．ノズルを加工するとき、ノズル形成部材の撥水膜の表面に、エキシマレーザによる加工性が良好なＵＶ硬化型テープ４０７を貼り付け、液室構成部材側からエキシマレーザを照射してノズルを加工することにより、ノズル形状を高精度に加工できる。

１４．ノズルを加工したノズル形成部材と液室構成部材とを所定サイズに切断するとき、ＵＶ硬化型粘着テープを厚さ方向に一部切断することで、ノズル形成部材と液室構成部材との確実に切断でき、後処理も容易となる。

上記の液滴吐出ヘッドは、高精度なノズルを有し、安定した吐出特性でインクを吐出できる。

上記の液滴吐出ヘッドをインクジェット記録装置に適用することにより、良質な画像を安定して記録することが可能となる。

なお、上記実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはない。
例えば、上記実施形態において示した数値（膜厚など）はあくまでも一例であり、本発明はこれらの数値に限定されるものではない。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

本発明を好適に実施したインクジェット記録装置の構成を示す図である。 印字機構部の構成を示す図である。 液滴吐出ヘッドの構成を示す図である。 流路基板の構成を示す図である。 電極基板の加圧室近傍の構成を示す図である。 電極基板の構成を示す図である。 エキシマレーザ加工機の光学系の構成を示す図である。 ノズル基板の構成を示す図である。 ノズル基板の製造工程の流れを示す図である。 メタモードプロセスによる成膜装置の構成を示す図である。 ノズル基板シートの切断の仕方を示す図である。 液室構成部材ウエハを示す図である。 スリット開口を設けた液室構成部材ウエハを示す図である。 レーザビーム有効エリアを示す図である。 スリット開口を有する液室構成部材をマスクとしてマスク基板にスリットを形成する状態を示す図である。

符号の説明

１ インクジェット記録装置
２ 印字機構部
３ 給紙トレイ
４ 手差しトレイ
５ 排紙トレイ
６ 記録用紙
１１ 主ガイドロッド
１２ 従ガイドロッド
１３ キャリッジ
１４ 液滴吐出ヘッド
１５ インクカートリッジ
１６ 主走査モータ
１７ 駆動プーリ
１８ 従動プーリ
１９ タイミングベルト
２１ 給紙ローラ
２２ フリクションパッド
２３、３３、３４ ガイド部材
２４ 搬送ローラ
２５、２９ 搬送コロ
２６ 先端コロ
２７ 副走査ローラ
２８ 印写受け部材
３０、３２ 拍車
３１ 排紙ローラ
３５ 回復装置
４０ ノズル基板
４１ 液滴吐出ヘッド
４２ ＦＰＣケーブル
４３ フレーム
４４ フィルタ
４５ ジョイント部
４６ ノズル
４７ 流路基板
４８ 電極基板
４０１ ノズル形成部材
４０２ 液室構成部材
４０３ 接着剤
４０４ ＳｉＯ₂薄膜
４０５ 撥水膜
４０６ ノズル連通口
４０６Ｓ スリット
４０７ ＵＶ硬化型密着テープ
４０８ ノズル基板シート
４０９ 液室構成部材ウエハ

Claims (16)

1. 液滴を吐出するノズルを複数備えたノズル部材と、
   前記複数のノズルのそれぞれに連通する複数の液室を構成する液室構成部材と、
   前記複数のノズルのそれぞれに対応して設けられ、前記液室内の液体を前記ノズルから液滴として吐出させる液滴吐出手段を備えたエネルギー発生部材とを有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記ノズルが形成される前のシート状の前記ノズル部材には、前記液滴を吐出する側に撥水膜を形成し、
   前記液室構成部材が配列された液室構成部材集合体には、第１のスリットを少なくとも一つ形成し、
   前記シート状のノズル部材の前記撥水膜とは反対側の面に前記液室構成部材集合体を接合し、
   前記シート状のノズル部材に対し、前記第１のスリットに相対する箇所への第２のスリットの形成及び前記ノズルの形成を行い、
   前記シート状のノズル部材を所定の形状に切断し、
   切断した前記ノズル部材を前記エネルギー発生部材と接合することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記ノズル部材に対して、エキシマレーザを用いて前記ノズルを形成することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記ノズル部材に対して、エキシマレーザを用いて前記ノズル及び前記第２のスリットを形成することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記ノズル部材に対して、前記ノズルを前記第２のスリットよりも先に形成することを特徴とする請求項３記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記ノズル部材にエキシマレーザ加工のビームを集光させて前記第２のスリットを形成を行うことを特徴とする請求項３又は４記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記液室構成部材をマスクとして前記ノズル部材に前記エキシマレーザを照射し、前記ノズル部材に前記第２のスリットを形成することを特徴とする請求項３から５のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記ノズル部材に対して前記ノズルを形成する時と前記第２のスリットを形成するときとでは異なるマスクを用いることを特徴とする請求項３から６のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記エキシマレーザの加工面内にで前記ノズル部材の向きを変化させるか、前記エキシマレーザの照射領域の長手方向を変化させることにより、該エキシマレーザの照射領域の長手方向で前記ノズル及び前記第２のスリットを前記ノズル部材に形成することを特徴とする請求項３から７のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
9. 樹脂フィルムを前記ノズル部材として用いることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記撥水膜を、ＳｉＯ₂膜とフッ素を含有する撥水剤とで形成することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
11. シリコンウエハを、前記液室構成部材集合体として用いることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
12. 前記ノズル部材と前記液室構成部材との接合にエポキシ樹脂を含む接着剤を用いることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
13. 前記ノズル部材の撥水膜の表面に紫外線硬化型粘着テープを貼り付け、前記液室構成部材側から前記エキシマレーザを照射して前記ノズルを形成することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
14. 前記ノズルを形成済みの前記ノズル部材と前記液室構成部材集合体とを切断する際に、前記紫外線硬化型粘着テープの厚さ方向の一部まで切断することを特徴とする請求項１３記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
15. 請求項１から１４のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドの製造方法で製造した液滴吐出ヘッド。
16. 請求項１５記載の液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置。

Images