JP2011121218A - ノズルプレート、吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ヘッドの信頼性が向上するノズルプレート、吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに吐出装置を提供する。
【解決手段】ノズルプレートは、厚み方向に貫通する並列されたノズル３６からなるノズル列を有する金属製のノズルプレート本体３８ａを有し、ノズルプレート本体３８ａの液滴吐出面７８のノズル３６の周縁部は、撥水膜４８が設けられ、撥水膜４８を除く、ノズルプレート本体３８ａの液滴吐出面７８の外周部の少なくとも一部は、プライマー処理されている。
【選択図】図６
【解決手段】ノズルプレートは、厚み方向に貫通する並列されたノズル３６からなるノズル列を有する金属製のノズルプレート本体３８ａを有し、ノズルプレート本体３８ａの液滴吐出面７８のノズル３６の周縁部は、撥水膜４８が設けられ、撥水膜４８を除く、ノズルプレート本体３８ａの液滴吐出面７８の外周部の少なくとも一部は、プライマー処理されている。
【選択図】図６
Description
本発明は、ノズルプレート、吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに吐出装置に関するものである。
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェットヘッド記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、このノズルプレートに接合されノズルプレートとの間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバー等のインク流路が形成されたキャビティプレートとを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている。駆動手段としては、静電気力を利用する方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等がある。
近年、インクジェットヘッドに対して、印字、画質等の高品位化の要求が一段と強まり、そのための高密度化並びに吐出性能の向上が強く要求されている。このような背景から、インクジェットヘッドのノズル部に関して、従来より様々な工夫、提案がなされている。
インクジェットヘッドにおいて、インク吐出特性を改善するためには、ノズル部の流路抵抗を調整し、最適なノズル長さになるように基板の厚さを調整することが望ましい。このようなノズルプレートを作製する場合、例えば特許文献１に示されるように、シリコン基板の一方の面からＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電を用いた異方性ドライエッチングを施すことにより、ノズル部を構成するための内径の異なる第１の凹部（ノズル孔の吐出口部分となる凹部）と第２の凹部（ノズル孔の導入口部分となる凹部）を２段に形成した後、反対側の面から一部分を異方性ウェットエッチングにより掘り下げてノズルの長さを調整する方法が採られていた（例えば、特許文献１参照）。
一方、例えば特許文献２に示されるように、予めシリコン基板を所望の厚さに研磨した後、シリコン基板の両面にそれぞれドライエッチングを施すことにより、ノズル孔の吐出口部分と導入口部分を形成する方法もある（例えば、特許文献２参照）。
しかし、特許文献１のように、ノズル孔が開口する吐出面が基板表面から深く一段下がった凹部の底面であると、インク滴の飛行曲がりが生じたり、あるいはノズル孔の目詰まりの原因となる紙粉、インク等が吐出面である凹部底面に付着した場合、それらの紙粉、インク等を排除するためにゴム片あるいはフェルト片等で凹部底面を払拭するワイピング作業が難しくなるという課題があった。
また、特許文献２の製造方法では、インクジェットヘッドの高密度化が進むとシリコンノズルプレート基板の厚さをさらに薄くしなければならないが、このようなシリコン基板は製造工程中に割れやすく、高価となる課題があった。さらに、ドライエッチング加工の際に、加工形状が安定するように基板裏面からＨｅガス等で冷却を行うが、ノズル孔の貫通時にＨｅガスがリークしてエッチングが不可能になる場合があった。そのため、特許文献３にあるように、予めシリコン基板にノズル孔となる凹部を形成し、例えば接着層の片面に紫外線又は熱などの刺激で容易に接着力が低下する剥離層を持った両面接着シートを用いて貼り合せてからシリコン基板を研削やＣＭＰ加工等により薄板化加工してノズル孔（凹部）を開口するノズルプレート製造方法が採られている。さらに、吐出面への撥インク膜の形成と、キャビティとの接着強度を強化するため、接着面へのプライマー処理が施されている。
しかしながら、このノズルプレートの製造方法では、吐出面全面が撥インク膜で被覆されるため、吐出面にインクジェットヘッドの外周部を保護するヘッド形成部材（カバーヘッド）を接着した際の接着強度が低く、ヘッドの信頼性が低下する課題があった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］厚み方向に貫通する並列されたノズルからなるノズル列を有する金属製のノズルプレート本体を有し、前記ノズルプレート本体の液滴吐出面の前記ノズルの周縁部は、撥水膜が設けられ、前記撥水膜を除く、前記ノズルプレート本体の前記液滴吐出面の外周部の少なくとも一部は、プライマー処理されていることを特徴とするノズルプレート。
これによれば、インク吐出面のチップ外周部の撥インク膜がテープマスクにより部分的に除去され、さらにはプライマー処理されている。ノズルプレートの吐出面チップ外周部にプライマー処理を施すことにより、カバーヘッドを装着する際の接着強度が高くなり、ヘッドの信頼性が向上する。
［適用例２］上記ノズルプレートであって、前記プライマー処理された領域は、前記ノズル列の両端部側であることを特徴とするノズルプレート。
これによれば、他のプレートと複数のノズル列との位置決めをさらに高精度に行うことができる。
［適用例３］上記ノズルプレートであって、前記プライマー処理された領域は、前記ノズルプレート本体を他のプレートと接着する際の接着面における接着部分に対応した前記液滴吐出面上の領域であることを特徴とするノズルプレート。
これによれば、接合時に接着部分を確実に押圧できるようになり、他のプレートとの良好な接着接合をより確実なものとすることができる。
［適用例４］被加工基板の一方の面に、液滴を吐出するためのノズルの吐出口部分となる第１の凹部と、導入口部分となる第２の凹部とを形成する工程と、前記被加工基板の一方の面に支持基板を貼り合わせる工程と、前記被加工基板を他方の面から所要の厚さに薄板化する工程と、前記被加工基板の他方の面並びに前記第１及び第２の凹部内に、撥水膜を成膜した後、島状テープを前記被加工基板の他方の面に貼付する工程と、前記被加工基板の他方の面の外周部の撥水膜を除去する工程と、前記支持基板を前記被加工基板から剥離する工程と、前記被加工基板の他方の面の外周部をプライマー処理（接着剤密着性強化）する工程と、前記島状テープを剥離する工程と、を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
これによれば、島状に加工した保護フィルムを使用し、吐出面を保護することにより、チップ外周部の撥インク膜のみをプラズマ処理で除去し、接合面と同時にプライマー処理を施すことができる。
［適用例５］上記ノズルプレートの製造方法であって、前記被加工基板を薄板化する工程において、バックグラインダー、ポリッシャー、又はＣＭＰ装置によって前記被加工基板を研磨加工することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
これによれば、被加工基板の表面（吐出面）を高精度に仕上げることができる。
［適用例６］上記ノズルプレートの製造方法であって、前記支持基板として、光透過性材料を用いることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
これによれば、レーザー光等の光を支持基板の裏面から剥離層に照射することができ、容易に支持基板を被加工基板から剥離することができる。
［適用例７］上記ノズルプレートの製造方法であって、前記第１及び第２の凹部は、ＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングにより形成されていることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
これによれば、第１および第２の凹部を高精度に加工することができる。
［適用例８］上記ノズルプレートの製造方法であって、前記異方性ドライエッチングを、エッチングガスとしてＣ4Ｆ8及びＳＦ6を用いて行うことを特徴とするノズルプレートの製造方法。
これによれば、Ｃ4Ｆ8は第１、第２の凹部の側面方向にエッチングが進行しないようにこれらの凹部の側面を保護する作用をし、ＳＦ6はこれらの凹部の垂直方向のエッチングを促進する作用をするため、これらの凹部を基板面に対して垂直に高精度に加工することができる。
［適用例９］並設されたノズルからなるノズル列の設けられた上記のいずれか一項のノズルプレートを有する複数のヘッド本体と、前記ヘッド本体の供給口側に固定されるヘッドケースと、前記ノズルを露出する露出開口部を画成すると共に前記ノズルプレートの吐出面の少なくとも前記ノズル列の両端部側に接合された接合部を有し、前記ヘッド本体を覆うカバーヘッドと、を有することを特徴とする吐出ヘッド。
これによれば、吐出ヘッドは、上記のいずれか一項に記載のノズルプレートを備えたものであり、ヘッドの信頼性を向上することができる。
［適用例１０］上記吐出ヘッドであって、前記ヘッド本体と前記カバーヘッドとの間に、前記ノズルを露出する露出開口部を画成すると共に前記吐出面の少なくとも前記ノズル列の両端部側に接合される接合部を有する固定板を具備し、前記ヘッド本体の前記吐出面と前記固定板とを接合することにより前記複数のヘッド本体が共通の前記固定板に位置決め固定されていることを特徴とする吐出ヘッド。
これによれば、固定板によって、複数のノズル列の相対的な位置決めを容易に且つ高精度に行い、固定板と複数のヘッド本体とを位置決め接合することができる。
［適用例１１］上記のいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法を適用して吐出ヘッドを製造することを特徴とする吐出ヘッドの製造方法。
これによれば、吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法を適用して吐出ヘッドを製造するものであり、ヘッドの信頼性を向上することができる吐出ヘッドを製造することができる。
［適用例１２］上記に記載の吐出ヘッドが搭載されていることを特徴とする吐出装置。
これによれば、吐出装置は、上記に記載の吐出ヘッドを搭載したものであり、ヘッドの信頼性を向上することができる吐出装置が得られる。
以下に本実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、また、駆動方式についても他の異なる駆動方式により液滴を吐出する吐出ヘッド及び吐出装置にも適用できるものである。
図１は、本実施形態に係る吐出装置としての液体吐出装置の一例であるインクジェット式記録装置の概略斜視図である。本実施形態に係るインクジェット式記録装置２は、図１に示すように、吐出ヘッドとしてのインク滴を吐出する液体吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッド（以下、液滴吐出ヘッドとも言う）１０がキャリッジ１２に固定され、この液滴吐出ヘッド１０には、ブラック（Ｂ）、ライトブラック（ＬＢ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等の複数の異なる色のインクが貯留された液体貯留手段であるインクカートリッジ１４がそれぞれ着脱可能に固定されている。
液滴吐出ヘッド１０が搭載されたキャリッジ１２は、装置本体１６に取り付けられたキャリッジ軸１８に軸方向移動自在に設けられている。そして、駆動モーター２０の駆動力が図示しない複数の歯車及びタイミングベルト２２を介してキャリッジ１２に伝達されることで、キャリッジ１２はキャリッジ軸１８に沿って移動される。一方、装置本体１６にはキャリッジ軸１８に沿ってプラテン２４が設けられており、図示しない給紙装置等により給紙された紙等の被記録媒体Ｓがプラテン２４上を搬送されるようになっている。
また、キャリッジ１２のホームポジションに対応する位置、すなわち、キャリッジ軸１８の一方の端部近傍には、液滴吐出ヘッド１０のノズル形成面を封止するキャップ部材２６を有するキャッピング装置２８が設けられている。このキャップ部材２６によってノズルが形成されたノズル形成面を封止することにより、インクの乾燥を防止している。また、このキャップ部材２６は、フラッシング動作時のインク受けとしても機能する。
ここで、本実施形態に係る液滴吐出ヘッド１０について説明する。なお、図２は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドの分解斜視図である。
図２に示すように、液滴吐出ヘッド１０は、液体貯留手段であるインクカートリッジ１４が固定されるカートリッジケース等のヘッドケースとしての供給部材３０と、供給部材３０のインクカートリッジ１４とは反対側の面に固定されたヘッド本体３２と、ヘッド本体３２の液体吐出面側に設けられたカバーヘッド３４とを具備する。
なお、ヘッド本体３２とカバーヘッド３４との間に、ノズル孔３６開口を露出する露出開口部を画成すると共にインク吐出面７８の少なくともノズル孔３６列の両端部側に接合される接合部を有する固定板（図示せず）を具備し、ヘッド本体３２のインク吐出面７８と固定板とを接合することにより複数のヘッド本体３２が共通の固定板に位置決め固定されていてもよい。
なお、ヘッド本体３２とカバーヘッド３４との間に、ノズル孔３６開口を露出する露出開口部を画成すると共にインク吐出面７８の少なくともノズル孔３６列の両端部側に接合される接合部を有する固定板（図示せず）を具備し、ヘッド本体３２のインク吐出面７８と固定板とを接合することにより複数のヘッド本体３２が共通の固定板に位置決め固定されていてもよい。
以下、本実施形態に係るノズルプレート（ノズル基板）を備えたヘッド本体３２の実施形態を図面に基づいて説明する。
図３は、本実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図であり、一部を断面で表してある。図４は、図３の右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図であり、図５は、図４のインクジェットヘッドの上面図である。なお、図３及び図４では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。
本実施形態のヘッド本体３２は、図３及び図４に示すように、複数のノズルとしてのノズル孔３６が所定のピッチで設けられたノズルプレート本体３８ａを有するノズル基板３８と、各ノズル孔３６に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板４０と、キャビティ基板４０の振動板４２に対峙して個別電極４４が配設された電極基板４６とを貼り合わせることにより構成されている。
ノズル基板３８は、後述する製造方法により、所要の厚さ（例えば厚さが２８０μｍから６０μｍ程度）に薄くされたシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。また、ノズル基板３８の表面全面、若しくはその一部、すなわち全てのノズル孔３６を含む吐出面領域に撥液膜の一例として撥水膜としての撥インク膜４８が形成されている。この撥インク膜４８は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）からなる耐インク保護膜５０の上に形成されている。なお、「吐出面領域」とは、前述のようにインクジェットヘッドのワイピング動作をカバーする範囲である。さらに、ノズル基板３８の液滴吐出面としてのインク吐出面７８の外周部がプライマー処理されている（図示せず）。
インク滴を吐出するためのノズル孔３６は、例えば中心軸線を同じとする径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち径の小さい第１のノズル部としての第１のノズル孔３６ａとこれよりも径の大きい第２のノズル部としての第２のノズル孔３６ｂとから構成されている。第１のノズル孔３６ａ及び第２のノズル孔３６ｂは基板面に対して垂直にかつ同軸上に設けられており、第１のノズル孔３６ａは先端がノズル基板３８のインク吐出面７８（キャビティ基板４０との接合面８２の反対側）に開口し、第２のノズル孔３６ｂはノズル基板３８の接合面８２（キャビティ基板４０と接合される接合側の面）に開口している。
上記のように、ノズル孔３６を第１のノズル孔３６ａとこれよりも径の大きい第２のノズル孔３６ｂとから２段に構成することにより、インク滴の吐出方向をノズル孔３６の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができる。すなわち、インク滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のばらつきを抑制することができる。また、ノズル密度を高密度化することが可能である。
キャビティ基板４０は、例えば厚さが５２５μｍの（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（この基板も以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。シリコン基板に異方性ウェットエッチングを施し、インク流路の吐出室５２となる凹部５４、オリフィス５６となる凹部５８、及びリザーバー６０となる凹部６２が形成される。凹部５４は前記ノズル孔３６に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、ノズル基板３８とキャビティ基板４０を接合した際、各凹部５４は吐出室５２を構成し、それぞれノズル孔３６に連通しており、またインク供給口である前記オリフィス５６ともそれぞれ連通している。そして、吐出室５２（凹部５４）の底壁が振動板４２となっている。
凹部５８は、細溝状のオリフィス５６を構成し、この凹部５８を介して凹部５４（吐出室５２）と凹部６２（リザーバー６０）とが連通している。
凹部６２は、インク等の液状材料を貯留するためのものであり、各吐出室５２に共通のリザーバー（共通インク室）６０を構成する。そして、リザーバー６０（凹部６２）はそれぞれオリフィス５６を介して全ての吐出室５２に連通している。なお、オリフィス５６（凹部５８）は前記ノズル基板３８の裏面（キャビティ基板４０との接合側の面）に設けることもできる。また、リザーバー６０の底部には後述する電極基板４６を貫通する孔が設けられ、この孔のインク供給孔６４を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
また、上述のように、キャビティ基板４０に（１１０）面方位のシリコン単結晶基板を用いるのは、このシリコン基板に異方性ウェットエッチングを行うことにより、凹部や溝の側面をシリコン基板の上面又は下面に対して垂直にエッチングすることができるためであり、これによりインクジェットヘッドの高密度化を図ることができるからである。
また、キャビティ基板４０の全面若しくは少なくとも電極基板４６との対向面には熱酸化やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりＳｉＯ2やＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜等からなる絶縁膜６６が膜厚０．１μｍで施されている。この絶縁膜６６は、インクジェットヘッドを駆動させた時の絶縁破壊や短絡を防止する目的で設けられる。
電極基板４６は、例えば厚さ約１ｍｍのガラス基板から作製される。中でも、キャビティ基板４０のシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。これは、電極基板４６とキャビティ基板４０を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板４６とキャビティ基板４０との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく電極基板４６とキャビティ基板４０を強固に接合することができるからである。なお、前記ノズル基板３８も同様の理由から硼珪酸系のガラス基板を用いることができる。
電極基板４６には、キャビティ基板４０の各振動板４２に対向する面の位置にそれぞれ凹部６８が設けられている。凹部６８は、エッチングにより深さ約０．３μｍで形成されている。そして、各凹部６８内には、一般に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極４４が、例えば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成される。したがって、振動板４２と個別電極４４との間に形成されるギャップ（空隙）は、この凹部６８の深さ、個別電極４４及び振動板４２を覆う絶縁膜６６の厚さにより決まることになる。このギャップはインクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響する。ここで、個別電極４４の材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を用いてもよいが、ＩＴＯは透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすい等の理由から、一般にＩＴＯが用いられる。
個別電極４４は、リード部４４ａと、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部４４ｂとを有する。これらの端子部４４ｂは、図３乃至図５に示すように、配線のためにキャビティ基板４０の末端部が開口された電極取り出し部７０内に露出している。
上述したように、ノズル基板３８、キャビティ基板４０、及び電極基板４６は、図４に示すように貼り合わせることによりインクジェットヘッド１０のヘッド本体３２が作製される。すなわち、キャビティ基板４０と電極基板４６は陽極接合により接合され、そのキャビティ基板４０の上面（図４において上面）にノズル基板３８が接着等により接合される。さらに、振動板４２と個別電極４４との間に形成される電極間ギャップの開放端部はエポキシ等の樹脂による封止材７２で封止される。これにより、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を高く保持することができる。
そして最後に、図４、図５に簡略化して示すように、ＩＣドライバー等の駆動制御回路７４が各個別電極４４の端子部４４ｂとキャビティ基板４０上に設けられた共通電極７６とに前記フレキシブル配線基板（図示せず）を介して接続される。
以上により、インクジェットヘッド１０のヘッド本体３２が完成する。
以上により、インクジェットヘッド１０のヘッド本体３２が完成する。
図６は、本実施形態に係るノズル基板３８をインク吐出面７８側から見た上面図である。図６に示すように、第１のノズル孔３６ａがノズル基板３８のインク吐出面７８側に複数開口している。なお第２のノズル孔３６ｂは、図６の個々の第１のノズル孔３６ａの紙面奥側に形成されている。またキャビティ基板４０の吐出室５２は、個々の第１のノズル孔３６ａ（ノズル孔３６）ごとに形成されており、個々の吐出室５２は図６のＡ−Ａ線方向に細長いものとする。
ノズル基板３８は、インク吐出面７８の外周部のプライマー処理領域７８ａがプライマー処理されている。プライマー処理領域７８ａは、インク吐出面７８の外周部の表面全面、若しくは一部であってもよい。プライマー処理領域７８ａは、撥インク膜４８を除くノズル基板３８のインク吐出面７８側の少なくともノズル孔３６列の両端部側の外周部であってもよい。プライマー処理領域７８ａは、ノズル基板３８を他のプレートと接着する際の接着面における接着部分に対応したインク吐出面７８側上の部位であってもよい。
次に、以上のように構成されるインクジェットヘッド１０の動作を説明する。インクジェットヘッド１０の駆動は、キャビティ基板４０と電極基板４６の電極に、駆動制御回路７４によりパルスを印加することにより行う。駆動制御回路７４は、個別電極４４に電荷の供給及び停止を制御する発振回路である。この発振回路は例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極４４に例えば０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路が駆動し、個別電極４４に電荷を供給して正に帯電させると、振動板４２は負に帯電し、個別電極４４と振動板４２間に静電気力（クーロン力）が発生する。したがって、この静電気力により振動板４２は個別電極４４に引き寄せられて撓む（変位する）。これによって吐出室５２の容積が増大する。そして、個別電極４４への電荷の供給を止めると振動板４２はその弾性力により元に戻り、その際、吐出室５２の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により吐出室５２内のインクの一部がインク滴としてノズル孔３６より吐出する。振動板４２が次に同様に変位すると、インクがリザーバー６０からオリフィス５６を通じて吐出室５２内に補給される。
本実施形態のインクジェットヘッド１０は、前述したように、ノズル孔３６がノズル基板３８の表面（インク吐出面７８）に対して垂直な筒状の第１のノズル孔３６ａと、この第１のノズル孔３６ａと同軸上に設けられ第１のノズル孔３６ａよりも径の大きい第２のノズル孔３６ｂとから構成されているため、インク滴をノズル孔３６の中心軸方向に真っ直ぐに吐出させることができ、きわめて安定した吐出特性を有する。
さらに、第２のノズル孔３６ｂの横断面形状を円形や四角形などに形成することができるので、インクジェットヘッド１０の高密度化を図ることができる。
さらに、第２のノズル孔３６ｂの横断面形状を円形や四角形などに形成することができるので、インクジェットヘッド１０の高密度化を図ることができる。
なお、ノズル孔３６の第１のノズル孔３６ａ及び第２のノズル孔３６ｂの横断面形状は特に限定されるものではなく、角形や円形などに形成される。ただし、円形にする方が吐出特性や加工性の面で有利となるので好ましい。
以下、ノズル基板３８が形成されるまでの工程を図７〜図１１に基づいて詳述する。図７〜１１は、本実施形態に係るノズル基板の製造方法を示す工程図である。
先ず、図７（Ａ）に示すように、基板厚み２８０μｍの被加工基板としてのシリコン基板９６を用意し、熱酸化装置にセットし、酸化温度１０７５℃、酸化時間４時間、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理を行い、Ｓｉ基板表面に膜厚１μｍのＳｉＯ2膜６６を均一に成膜する。
次に、図７（Ｂ）に示すように、シリコン基板９６の接合面８２にレジスト９８をコーティングし、接合面８２に第２のノズル孔３６ｂとなる部分３７ｄをパターニングする。
次に、図７（Ｃ）に示すように、ＳｉＯ2膜６６を薄くする。例えば、緩衝フッ酸水溶液（フッ酸水溶液：フッ化アンモニウム水溶液＝１：６）でハーフエッチングし、ＳｉＯ2膜６６を薄くする。このとき、裏面のＳｉＯ2膜６６もエッチングされ、厚みが薄くなる。
次に、図７（Ｄ）に示すように、レジストを硫酸洗浄などにより剥離する。
次に、図７（Ｅ）に示すように、再度シリコン基板９６の接合面８２にレジスト９８をコーティングし、接合面８２に第１のノズル孔３６ａとなる部分３７ｃをパターニングする。
次に、図８（Ａ）に示すように、ＳｉＯ2膜６６を開口する。例えば、緩衝フッ酸水溶液（フッ酸水溶液：フッ化アンモニウム水溶液＝１：６）でエッチングし、ＳｉＯ2膜６６を開口する。このとき、裏面のＳｉＯ2膜６６はエッチングされ、完全に除去される。
次に、図８（Ｂ）に示すように、レジストを硫酸洗浄などにより剥離する。
次に、図８（Ｃ）に示すように、ＩＣＰドライエッチング装置によりＳｉＯ2膜の開口部を、例えば、深さ２５μｍで垂直に異方性ドライエッチングし、第１のノズル孔３６ａとなる第１の凹部３７ａを形成する。この場合のエッチングガスとしては、例えば、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用すればよい。ここで、Ｃ4Ｆ8は形成される溝の側面にエッチングが進行しないように溝側面を保護するために使用し、ＳＦ6はＳｉ基板の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。
次に、図８（Ｄ）に示すように、第２のノズル孔３６ｂとなる部分３７ｄのＳｉＯ2膜のみがなくなるように、緩衝フッ酸水溶液でハーフエッチングする。
次に、図８（Ｅ）に示すように、再度ＩＣＰドライエッチング装置によりＳｉＯ2膜の開口部を、例えば、深さ４０μｍで垂直に異方性ドライエッチングし、第２のノズル孔３６ｂとなる第２の凹部３７ｂを形成する。
次に、図９（Ａ）に示すように、シリコン基板９６の表面に残るＳｉＯ2膜をフッ酸水溶液で除去した後、シリコン基板９６を熱酸化装置にセットし、酸化温度１０００℃、酸化時間２時間、酸素雰囲気中の条件で熱酸化よりを行い、ＩＣＰドライエッチング装置で加工した第１の凹部３７ａ及び第２の凹部３７ｂの側面、底面に膜厚０．１μｍのＳｉＯ2膜６６を均一に成膜する。
次に、図９（Ｂ）に示すように、透明材料（ガラス等）の支持基板１００に紫外線又は熱などの刺激で容易に接着力が低下する自己剥離層１０２を持った両面テープ１０４を貼り合わせる。支持基板１００に貼り合わせた両面テープ１０４の自己剥離層１０２の面と、シリコン基板９６の接合面８２を向かい合わせ、真空中で貼り合わせることによって接着界面に気泡が残らないきれいな接着が可能になる。ここで接着界面に気泡が残ると研磨加工で薄板化されるシリコン基板の板圧がばらつく原因となる。両面テープは、例えば、商品名：ＳＥＬＦＡ−ＢＧ（住友化学工業製）を用いる。
次に、図９（Ｃ）に示すように、シリコン基板９６のインク吐出面７８側からバックグラインダーで研削加工を行い、所望の板厚近傍、例えば７１μｍまでシリコン基板９６を薄くし、第１の凹部３７ａの先端を開口させ、第１のノズル孔３６ａ及び第２のノズル孔３６ｂを形成する。さらには、ポリッシャー、ＣＭＰ装置によってノズル面を研磨し、所定の板厚、例えば６５μｍにする。これにより、ノズルプレート本体３８ａが形成される。
次に、図９（Ｄ）に示すように、ノズルプレート本体３８ａのインク吐出面７８に、耐インク保護膜、且つ、撥インク膜の下地となる酸化物系金属膜、例えば、ＳｉＯ2膜６７をスパッタ装置で０．１μｍの厚みで成膜する。ここで、酸化物系金属膜の成膜は、自己剥離層１０２が劣化しない温度（１００℃程度）以下で実施できれば良く、スパッタリング法に限るものではない。酸化物系金属膜としては、酸化ハフニウム膜、酸化タンタル、酸化チタン、酸化インジウム錫、酸化ジルコニウムも使用できる。自己剥離層に影響しない温度で成膜することができ、ノズルプレート本体３８ａへの密着性を確保することができれば、成膜方法はスパッタ等に限らず、ＣＶＤ等の手法でもよい。
続いて、図９（Ｅ）に示すように、ノズルプレート本体３８ａのインク吐出面７８の表面に撥インク処理を施す。Ｆ原子を含む撥インク性を持った材料を蒸着やディッピングで成膜し、撥インク膜４８を形成する。このとき、第１のノズル孔３６ａ及び第２のノズル孔３６ｂの内壁にも撥インク処理される。
次に、図１０（Ａ）に示すように、インク吐出面７８にノズル穴列周辺の所定のエリアをマスク保護できるように島状にカットした島状テープとしての保護フィルム１０８を貼り付ける。ここでは、例えば、商品名：Ｅ−ＭＡＳＫ（日東電工製）を用いる。
次に、図１０（Ｂ）に示すように、ＡｒプラズマもしくはＯ2プラズマ処理によってインク吐出面７８の表面に形成された撥インク膜４８を除去する。
次に、図１０（Ｃ）に示すように、（図はノズルプレート本体３８ａの上下を反転）支持基板１００側からＵＶ光を照射し、図１０（Ｄ）に示すように、両面テープ１０４の自己剥離層１０２から支持基板１００と共にノズルプレート本体３８ａの接合面８２を剥離する。
次に、図１１（Ａ）に示すように、ＡｒプラズマもしくはＯ2プラズマ処理によって接合面８２の表面及び第１のノズル孔３６ａ、第２のノズル孔３６ｂの内壁に余分に形成された撥インク膜４８を除去する。その後、ノズル基板の接着強度を上げるため、プライマー処理液に７０ｍｉｎ浸漬した後、純水でリンスし、８０℃で１時間の条件でベーキングする。このとき、接合面８２及びノズル内壁及び保護フィルムでマスクされていないインク吐出面７８がプライマー処理される（プライマー処理層図示せず）。
このとき、プライマー処理液として、例えば、シランカップリング剤（型番：ＳＨ６０２０、東レダウ製）を用いる。調整濃度は、０．２ｖｏｌ％（純水に規定容量のＳＨ６０２０を溶かして調整）の条件で行った。
このとき、プライマー処理液として、例えば、シランカップリング剤（型番：ＳＨ６０２０、東レダウ製）を用いる。調整濃度は、０．２ｖｏｌ％（純水に規定容量のＳＨ６０２０を溶かして調整）の条件で行った。
次に、図１１（Ｂ）に示すように、ノズルプレート本体３８ａから保護フィルム１０８を剥す。
以上の方法により、図１１（Ｃ）に示すように、インク吐出面７８の外周部がプライマー処理されたノズル基板３８が形成される。
以降、図２に示すように、ノズル基板３８を有する複数のヘッド本体３２と、供給部材３０と、カバーヘッド３４と、を組み合わせて液滴吐出ヘッド１０が形成される。
以上の方法により、図１１（Ｃ）に示すように、インク吐出面７８の外周部がプライマー処理されたノズル基板３８が形成される。
以降、図２に示すように、ノズル基板３８を有する複数のヘッド本体３２と、供給部材３０と、カバーヘッド３４と、を組み合わせて液滴吐出ヘッド１０が形成される。
上記実施形態では、静電駆動方式のインクジェットヘッド及びその製造方法について述べたが、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、静電駆動方式以外の駆動方式によるインクジェットヘッドについても適用することができる。圧電方式の場合は、電極基板に代えて、圧電素子を設ければよい。また、上記実施形態に係るインクジェットヘッド１０は、図１に示されるインクジェットプリンターの他に、吐出液体の材料を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルターの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、プリント配線基板製造装置にて製造する配線基板の配線部分の形成、生体液体の吐出（プロテインチップやＤＮＡチップの製造）など、様々な用途の液滴吐出装置に適用することができる。
２…インクジェット式記録装置（吐出装置） １０…インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）（吐出ヘッド） １２…キャリッジ １４…インクカートリッジ １６…装置本体 １８…キャリッジ軸 ２０…駆動モーター ２２…タイミングベルト ２４…プラテン ２６…キャップ部材 ２８…キャッピング装置 ３０…供給部材 ３２…ヘッド本体 ３４…カバーヘッド ３６…ノズル孔（ノズル） ３６ａ…第１のノズル孔（第１のノズル部） ３６ｂ…第２のノズル孔（第２のノズル部） ３７ａ…第１の凹部 ３７ｂ…第２の凹部 ３７ｃ…部分 ３７ｄ…部分 ３８…ノズル基板（ノズルプレート） ３８ａ…ノズルプレート本体 ４０…キャビティ基板 ４２…振動板 ４４…個別電極 ４４ａ…リード部 ４４ｂ…端子部 ４６…電極基板 ４８…撥インク膜（撥水膜） ５０…耐インク保護膜 ５２…吐出室 ５４…凹部 ５６…オリフィス ５８…凹部 ６０…リザーバー ６２…凹部 ６４…インク供給孔 ６６，６７…ＳｉＯ2膜（絶縁膜） ６８…凹部 ７０…電極取り出し部 ７２…封止材 ７４…駆動制御回路 ７６…共通電極 ７８…インク吐出面（液滴吐出面） ７８ａ…プライマー処理領域 ８２…接合面 ９６…シリコン基板 ９８…レジスト １００…支持基板 １０２…自己剥離層 １０４…両面テープ １０８…保護フィルム。
Claims (12)
- 厚み方向に貫通する並列されたノズルからなるノズル列を有する金属製のノズルプレート本体を有し、
前記ノズルプレート本体の液滴吐出面の前記ノズルの周縁部は、撥水膜が設けられ、
前記撥水膜を除く、前記ノズルプレート本体の前記液滴吐出面の外周部の少なくとも一部は、プライマー処理されていることを特徴とするノズルプレート。 - 請求項１に記載のノズルプレートにおいて、
前記プライマー処理された領域は、前記ノズル列の両端部側であることを特徴とするノズルプレート。 - 請求項１又は２に記載のノズルプレートにおいて、
前記プライマー処理された領域は、前記ノズルプレート本体を他のプレートと接着する際の接着面における接着部分に対応した前記液滴吐出面上の領域であることを特徴とするノズルプレート。 - 被加工基板の一方の面に、液滴を吐出するためのノズルの吐出口部分となる第１の凹部と、導入口部分となる第２の凹部とを形成する工程と、
前記被加工基板の一方の面に支持基板を貼り合わせる工程と、
前記被加工基板を他方の面から所要の厚さに薄板化する工程と、
前記被加工基板の他方の面並びに前記第１及び第２の凹部内に、撥水膜を成膜した後、島状テープを前記被加工基板の他方の面に貼付する工程と、
前記被加工基板の他方の面の外周部の撥水膜を除去する工程と、
前記支持基板を前記被加工基板から剥離する工程と、
前記被加工基板の他方の面の外周部をプライマー処理（接着剤密着性強化）する工程と、
前記島状テープを剥離する工程と、
を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 請求項４に記載のノズルプレートの製造方法において、
前記被加工基板を薄板化する工程において、バックグラインダー、ポリッシャー、又はＣＭＰ装置によって前記被加工基板を研磨加工することを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 請求項４又は５に記載のノズルプレートの製造方法において、
前記支持基板として、光透過性材料を用いることを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 請求項４〜６のいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法において、
前記第１及び第２の凹部は、ＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングにより形成されていることを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 請求項４〜７のいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法において、
前記異方性ドライエッチングを、エッチングガスとしてＣ4Ｆ8及びＳＦ6を用いて行うことを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 並設されたノズルからなるノズル列の設けられた請求項１〜３のいずれか一項のノズルプレートを有する複数のヘッド本体と、
前記ヘッド本体の供給口側に固定されるヘッドケースと、
前記ノズルを露出する露出開口部を画成すると共に前記ノズルプレートの吐出面の少なくとも前記ノズル列の両端部側に接合された接合部を有し、前記ヘッド本体を覆うカバーヘッドと、
を有することを特徴とする吐出ヘッド。 - 請求項９に記載の吐出ヘッドにおいて、
前記ヘッド本体と前記カバーヘッドとの間に、前記ノズルを露出する露出開口部を画成すると共に前記吐出面の少なくとも前記ノズル列の両端部側に接合される接合部を有する固定板を具備し、前記ヘッド本体の前記吐出面と前記固定板とを接合することにより前記複数のヘッド本体が共通の前記固定板に位置決め固定されていることを特徴とする吐出ヘッド。 - 請求項４〜８のいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法を適用して吐出ヘッドを製造することを特徴とする吐出ヘッドの製造方法。
- 請求項９又は１０に記載の吐出ヘッドが搭載されていることを特徴とする吐出装置。
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