JP2011121357A - 流体吐出装置の非湿潤性コーティング - Google Patents
流体吐出装置の非湿潤性コーティング Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011121357A JP2011121357A JP2010186386A JP2010186386A JP2011121357A JP 2011121357 A JP2011121357 A JP 2011121357A JP 2010186386 A JP2010186386 A JP 2010186386A JP 2010186386 A JP2010186386 A JP 2010186386A JP 2011121357 A JP2011121357 A JP 2011121357A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wetting coating
- ejection device
- fluid ejection
- density
- wetting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 94
- 238000009736 wetting Methods 0.000 title claims abstract description 94
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 82
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- VIFIHLXNOOCGLJ-UHFFFAOYSA-N trichloro(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-heptadecafluorodecyl)silane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)CC[Si](Cl)(Cl)Cl VIFIHLXNOOCGLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 10
- 101710162828 Flavin-dependent thymidylate synthase Proteins 0.000 claims description 6
- 101710135409 Probable flavin-dependent thymidylate synthase Proteins 0.000 claims description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 239000002094 self assembled monolayer Substances 0.000 claims description 5
- 239000013545 self-assembled monolayer Substances 0.000 claims description 5
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 41
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 7
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 206010040844 Skin exfoliation Diseases 0.000 description 3
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000000560 X-ray reflectometry Methods 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical group 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- WEUBQNJHVBMUMD-UHFFFAOYSA-N trichloro(3,3,3-trifluoropropyl)silane Chemical compound FC(F)(F)CC[Si](Cl)(Cl)Cl WEUBQNJHVBMUMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1606—Coating the nozzle area or the ink chamber
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/1433—Structure of nozzle plates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1607—Production of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/161—Production of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/162—Manufacturing of the nozzle plates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/16—Production of nozzles
- B41J2/1621—Manufacturing processes
- B41J2/164—Manufacturing processes thin film formation
Abstract
【課題】流体吐出装置の非湿潤性コーティングを提供する。
【解決手段】流体吐出装置への非湿潤性コーティングの形成方法は、基板に酸素プラズマを当てて基板の内側部分の密度よりも高い密度を有する基板の外側部分を形成する工程と、外側部分の外表面上に非湿潤性コーティングを付与する工程と、を含む。外側部分の厚さは8nm未満である。
【選択図】図4F
【解決手段】流体吐出装置への非湿潤性コーティングの形成方法は、基板に酸素プラズマを当てて基板の内側部分の密度よりも高い密度を有する基板の外側部分を形成する工程と、外側部分の外表面上に非湿潤性コーティングを付与する工程と、を含む。外側部分の厚さは8nm未満である。
【選択図】図4F
Description
本発明は、一般に流体吐出装置のコーティングに関する。
一般に、流体吐出装置(例えばインクジェットプリントヘッド)は、内表面と、流体が吐出されるオリフィスと、外表面とを有する。オリフィスから流体が吐出されるとき、流体吐出装置の外表面に流体が溜まり得る。オリフィスに隣接した外表面に流体が溜まると、その後にオリフィスから吐出される流体が、溜まった流体との相互作用(例えば表面張力に起因する)により、意図された進行経路から逸らされたり完全に阻まれたりすることがある。流体吐出装置を作製する材料の一部(例えばシリコン)は親水性であり、そのことは流体が吐出されるときの滞溜の問題を一般に悪化させる。
テフロン(登録商標)及びフルオロカーボンポリマーなどの非湿潤性コーティングを、表面の被覆に用いることができる。
しかしながら、一般に、テフロン(登録商標)及びフルオロカーボンポリマーは、軟質であり、耐久性を有するコーティングではない。また、こうしたコーティングは、高価であり、パターニングが困難でもあり得る。
一般に、一態様において、流体吐出装置への非湿潤性コーティングの形成方法は、基板に酸素プラズマを当てて基板の内側部分の密度よりも高い密度を有する基板の外側部分を形成する工程と、外側部分の外表面上に非湿潤性コーティングを付与する工程と、を含む。外側部分の厚さは8nm未満である。
この実施形態及び他の実施形態は、任意に以下の特徴のうちの一つ又は複数を含み得る。外側部分の密度は2.5g/cm3以上であり得る。外側部分の密度は約2.6g/cm3であってもよい。内側部分の密度は2.0g/cm3〜2.5g/cm3であり得る。非湿潤性コーティングは、トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン(FOTS)及び1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシルトリクロロシラン(FDTS)の少なくとも一方を含む前駆物質蒸気から形成することができる。非湿潤性コーティングは自己組織化単分子膜であり得る。非湿潤性コーティングの厚さは0.5nm〜3nmであってもよい。非湿潤性コーティングの厚さは1nm〜2nmであってもよい。非湿潤性コーティングは分子凝集体であり得る。この非湿潤性コーティングの厚さは1nm〜100nmであってもよい。プラズマは1Torr(1.3×102Pa)未満の圧力で当てられてもよい。酸素プラズマは5分間〜60分間にわたって当てられてもよい。酸素プラズマはアノードカップリング型プラズマツールを用いて当てられてもよい。非湿潤性コーティングは化学気相成長法によって付与することができる。本方法は、基板内に形成された流体路の内表面に酸素プラズマを当てる工程と、内表面に非湿潤性コーティングを付与する工程と、を更に含み得る。この方法は、内表面から非湿潤性コーティングを除去する工程を更に含み得る。この方法は、内表面から非湿潤性コーティングを除去する工程中に外表面をマスキングする工程を更に含み得る。
一般に、一態様において、流体吐出装置は、基板と、非湿潤性コーティングと、を備える。基板は、外表面と、外表面内のオリフィスへの流体流路を画成する内表面と、を有する。基板は、内側部分と、外表面を備える外側部分と、を有する。内側部分は、第1の密度を有し、外側部分は、第1の密度より高い第2の密度を有する。外側部分の厚さは8nm未満である。非湿潤性コーティングは、外表面の少なくとも一部分に隣接する。
この実施形態及び他の実施形態は、任意に以下の特徴のうちの一つ又は複数を含み得る。内側部分は、実質的にシリコンのみからなり得る。第2の密度は2.5g/cm3以上であり得る。第2の密度は約2.6g/cm3であってもよい。第1の密度は2.0g/cm3〜2.5g/cm3であり得る。非湿潤性コーティングは、トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン(FOTS)及び1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシルトリクロロシラン(FDTS)の少なくとも一方を含む前駆物質蒸気から形成することができる。非湿潤性コーティングは自己組織化単分子膜であり得る。非湿潤性コーティングの厚さは0.5nm〜3nmであってもよい。非湿潤性コーティングの厚さは1nm〜2nmであってもよい。非湿潤性コーティングは分子凝集体であり得る。この非湿潤性コーティングの厚さは1nm〜100nmであってもよい。
ある実施態様は、以下の利点のうちの一つ又は複数を有し得る。非湿潤性コーティングをシリコン基板に直接的に結合させることにより、非湿潤性コーティングとノズル層との間の接着層が不要となる。接着層を有しないため、製造費及び材料費の両方が節減される。更に、接着層は侵蝕性のインクによる侵蝕を受け易いものであり得るため、非湿潤性コーティングをシリコン層に直接的に結合させることで、接着層が侵蝕された場合に起こり得る非湿潤性コーティングのノズル層からの剥離のリスクが低減される。
一つ又は複数の実施形態の詳細を、添付図面及び以下の説明において示す。本発明の他の特徴、目的及び利点は、説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかとなろう。
それぞれの図面における同様の参照符号は同様の要素を示す。
図1Aは、被覆されていない流体吐出装置100(例えばインクジェットプリントヘッドノズル)の断面図であり、本明細書で論じられないその態様については、内容が参照により本明細書に援用される米国特許出願公開第2008−0020573号明細書に記載されるように実施することができる。
被覆されていない流体吐出装置100は、中に複数の流体路を有する流路モジュール110と、ノズル層120と、を備え、これらはどちらもシリコン(例えば単結晶シリコン)で作製され得る。一実施態様においては、被覆されていない流体吐出装置100は単一のユニットであり、流路モジュール110とノズル層120とは別個の部品ではない。被覆されていない流体吐出装置100は、流体路137に沿った内表面150と、外表面160と、を有する。膜層182が、ポンプ室135の上方に置かれる。流路モジュール110、ノズル層120及び膜層182が、非湿潤性コーティングが付与され得る基板となる。
アクチュエータ172がポンプ室135内の流体(例えばインク、更に例えば水性インク)を加圧し、その流体は下降部130を通じて流れ、ノズル層120内のオリフィス140を通じて吐出される。アクチュエータ172は、圧電層176と、下側電極178(例えば接地電極)と、上側電極174(例えば駆動電極)と、を備え得る。膜層182及びアクチュエータ172は、これ以降の図では示されないが、存在し得る。或いは、他の構成の流路137及びアクチュエータを、本明細書で説明されるコーティング及び技術と共に用いることができる。
図1Bに示すように、被覆された流体吐出装置105は、流体吐出装置の外表面160に沿って非湿潤性コーティング170を備えることができる。図2は、非湿潤性コーティング170を有する被覆された流体吐出装置105の底面である。オリフィス140は、矩形の開口として示されているが、他の開口形状、例えば、円形、又は5つ以上の辺を有する形状などの多角形が適していることもある。下降部130及びノズルの壁は、想像線で示されている。
図3Aに示すように、非湿潤性コーティング170は、自己組織化単分子膜、即ち単一分子層であってもよい。かかる非湿潤性コーティング単分子膜170の厚さは、約0.5nm〜3nm、例えば約1nm〜2nm、更に例えば約1.5nmであってもよい。或いは、図3Bに示すように、非湿潤性コーティング170は分子凝集体であってもよい。分子凝集体において、分子152は、個別の分子であるが、イオン結合や共有結合ではなく分子間力(例えば水素結合及び/又はファンデルワールス力)により、凝集体として保持される。かかる非湿潤性コーティング凝集体170は、多層(例えば2層)状に形成することができ、その全厚は、約1nm〜100nm、例えば1nm〜50nm、更に例えば3nm〜5nmであってもよい。非湿潤性コーティングの厚さが増すほど、非湿潤性コーティングの耐久性及びより広範な流体に対する抵抗性が高まる。
非湿潤性コーティングの分子は、一方の末端が−CF3基で終端された一つ又は複数の炭素鎖を含むことができる。炭素鎖の他方の末端は、SiCl3基で終端されていてもよく、又は当該分子がシリコン酸化物層(不図示)と結合している場合には、シリコン酸化物層の酸素原子と結合しているSi原子(そのSi原子の残りの結合手は、隣接する非湿潤性コーティング分子の終端のSi原子と結び付いた酸素原子、若しくはOH基、又はそれらの両方と結合していてもよい)で終端されていてもよい。炭素鎖は、完全に飽和していても、又は部分的に不飽和であってもよい。炭素鎖中の炭素原子の一部について、水素原子がフッ素に置換されていてもよい。炭素鎖中の炭素数は3〜10個であってもよい。例えば、炭素鎖は、(CH2)M(CF2)NCF3(ここで、M≧2及びN≧0、かつM+N≧2)、例えば(CH2)2(CF2)7CF3であってもよい。
図3Cに示すように、ノズル層120に隣接する非湿潤性コーティングの分子、即ち、単分子膜又は分子凝集体のうち基板に隣接する部分は、ノズル層120の表面近傍に形成された酸化物又はノズル層120の表面上のOH基と結合を形成するシロキサンであってもよく、以下に更に説明するとおり、いずれとの結合もO2プラズマ処理によって強化することができる。
流体吐出装置(例えばインクジェットプリントヘッドノズル)への非湿潤性コーティングの形成方法は、図4Aに示すように、被覆されていないノズル層120を有する流路モジュール110から開始される。流路モジュール110及びノズル層120は、単結晶シリコンから形成することができる。実施態様によっては、流体吐出装置の表面上に、元来の酸化物層、即ちシリコン酸化物(その厚さは、例えば最大で約4nm、例えば約2nm〜3nmである)が存在する。しかしながら、元来の酸化物層は、密度が比較的低い傾向があり、非湿潤性コーティングと弱い結合を形成することがある。したがって、元来の酸化物を部分的に又は完全に除去して、元来の酸化物層を極めて薄く(例えば厚さ1nm未満だけ)残すか、又は実質的に純粋なシリコンで形成される表面を残すことができる。元来の酸化物層の密度は、2.0g/cm3未満、例えば1.9g/cm3であり得る。
流体吐出装置は、酸素(O2)プラズマ処理に供することができる。例えば、酸素プラズマ処理は、プラズマツール、例えばアノードカップリング型プラズマツール(例えばアメリカ合衆国カリフォルニア州リヴァーモアのYield Engineering Systems製)若しくはカソードカップリング型プラズマツール又は誘導結合プラズマ(ICP)ツールなどで行うことができる。流体吐出装置は、圧力が真空近く、例えば1Torr(1.3×102Pa)未満、例えば0.2Torr(27Pa)又は10−5Torr(1.3×10−3Pa)まで減圧されたプラズマツールの真空チャンバ内に置かれ得る。チャンバ内に酸素が例えば80sccmの流量で導入され得る。高周波電力(例えば500Wの電力)の印加が開始されると、O2プラズマが形成される。O2プラズマ処理は、1分間〜90分間、例えば5分間〜60分間にわたって行われ得る。流体吐出装置の内表面150及び外表面160の両方が、O2プラズマに曝露され得る。
図4Bに示すように、O2プラズマ処理により、ノズル層120の外側部分122の密度を高めることができる。例えば、O2プラズマによりノズル層120の外側部分に沿ってSiO2を形成して、外側部分122の密度を高めることができる(密度が高められた外側部分122を想像線で示す)。更に、プラズマによりチャンバの壁の原子(例えばアルミニウム原子)が壁から引き離されてノズル層120の外側部分に埋め込まれることにより、外側部分122の密度が高まり得る。例えば、AlOxが外側部分122に埋め込まれ得る。高密度化された外側部分122の厚さは、約1nm〜9nm、例えば2nm〜8nm、更に例えば2nm〜5nmであってもよい。更に、高密度化された外側部分122の密度は、2.5g/cm3より大きく、例えば2.6g/cm3であってもよく、一方、内側の高密度化されていない部分の密度は、2.5g/cm3未満、例えば2.0g/cm3〜2.5g/cm3、更に例えば2.33g/cm3であり得る。このような高密度の外側部分122は、非湿潤性層が結合することができる酸化物を増やし、非湿潤性層の物理的頑健性を向上させて、ノズル表面の機械的な払拭に対する非湿潤性層の耐久性を向上させることができる。材料の密度は、X線反射率法(XRR)を用いて測定することができる。
更に、O2プラズマ処理により、ノズル層120の表面上のOH基の密度を高めることができる。OH基の密度が高まると、非湿潤性コーティング170の被覆率が向上する。即ち、非湿潤性膜の前駆物質はノズル層120上のOH基と結合するので、OH基の密度が高いほど非湿潤性コーティング170の被覆率がより向上する。OH基の割合がより高いことは、飛行時間型二次イオン質量分析装置(TOF−SIMS)(例えばGa+イオンを用いてOH基を検出するもの)を用いて検証することができる。場合によっては、O2プラズマ処理された表面上のOH基の密度は、処理されていない表面上のOH基の密度の1.5〜2倍高い。OH基によってもたらされる非湿潤性コーティングの被覆率の向上は、非湿潤性コーティングの化学的頑健性を向上させて、吐出される流体のコーティングへの浸透をより起り難くする。膜の被覆率は、X線光電子分光法(XPS)によって測定することができる。
図4Cに示すように、非湿潤性コーティング170(例えば疎水性材料の層)は、流体吐出装置の露出した表面(外表面160及び内表面150の両方を含む)に付与される。非湿潤性コーティング170は、ブラッシング、ローリング又はスピンオンではなく、蒸着によって付与され得る。
非湿潤性コーティング170は、例えば、前駆物質及び水蒸気を化学気相成長(CVD)反応器に低圧で導入することにより、付与することができる。前駆物質の分圧は0.05Torr(6.7Pa)〜1Torr(1.3×102Pa)(例えば、0.1Torr(13Pa)〜0.5Torr(67Pa))であってもよく、H2Oの分圧は0.05Torr(6.7Pa)〜20Torr(2.7×103Pa)(例えば、0.1Torr(13Pa)〜2Torr(2.7×102Pa))であってもよい。堆積温度は、室温から約100℃の間であってもよい。このコーティング方法は、例として、アメリカ合衆国カリフォルニア州サンノゼのApplied MicroStructures,Inc.製のMolecular Vapor Deposition(MVD)(商標)装置を使用して実施することができる。
非湿潤性コーティング170の好適な前駆物質としては、例として、非湿潤性の末端と流体吐出装置の表面に付着可能な末端とを有する分子を含む前駆物質が挙げられる。例えば、一つの末端が−CF3基で終端され二つめの末端が−SiCl3基で終端された炭素鎖を含む前駆分子を用いることができる。シリコン表面に付着する好適な前駆物質の具体例としては、トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン(FOTS)及び1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシル−トリクロロシラン(FDTS)が挙げられる。非湿潤性コーティングの他の例としては、3,3,3−トリフルオロプロピルトリクロロシラン(CF3(CH2)2SiCl3)及び3,3,3,4,4,5,5,6,6−ノナフルオロヘキシルトリクロロシラン(CF3(CF2)3(CH2)2SiCl3)が挙げられる。いかなる特定の理論によっても制限されないが、分子が−SiCl3末端を含む前駆物質(FOTSやFDTSなど)が水蒸気と共にCVD反応器に導入されると、前駆物質が加水分解され、次いでシロキサン結合が生じて、−SiCl3基のシリコン原子がノズル層120の表面上の−OH基(例えばノズル層120に元来ある酸化物のOH基)の酸素原子と結合することにより、他方即ち非湿潤性の末端が露出した分子(例えば単分子層)のコーティングがもたらされるものと考えられる。
図4Dに示すように、任意に、流路の内部から非湿潤性コーティングを除去してもよい。流体吐出装置の外表面、例えば少なくともノズル140を取り囲む領域に、マスク165が施される。マスキング層は、様々な材料で形成され得る。例えば、テープ、ワックス又はフォトレジストをマスクとして使用することができる。マスク165は、それが施される表面を、クリーニング工程中に生ずる剥離や損傷から(例えば酸素プラズマに対する曝露から)、及び/又はそれに続く堆積から(例えばオーバーコート層の堆積から)、保護する。マスク165は、その下の非湿潤性コーティング170に剥離若しくは損傷又はその他の材料変質をもたらすことなく取り外すことができるように十分に低い接着性を有することができる。
図4Eに示すように、流体吐出装置の流体路内の内表面150は、非湿潤性コーティングのマスク165によって被覆されていない部分を除去するクリーニング工程、例えばクリーニングガス、更に例えば酸素プラズマ処理に供される。酸素プラズマがチャンバ内で基板に当てられてもよく、又は酸素プラズマ源が流体路の入口に接続されてもよい。前者の場合、マスク165は、チャンバ内の酸素プラズマが流体吐出装置の外側で外表面上の非湿潤性コーティングを取り除くことを防止する。後者の場合、マスク165は、酸素プラズマがオリフィスを通じて漏出すること及び外表面上の非湿潤性コーティングを取り除くことを防止する(この場合、マスクはオリフィスそれ自体を被覆するだけでよい)。
図4Fに示すように、クリーニング工程後に、マスク165が取り外されて図1Bに示すような流体吐出装置が提供される。最終的に完成した装置は、外表面160上の非湿潤性層170と、非湿潤性表面よりも湿潤性が高い内表面150と、を有する流体吐出装置である。
別の実施形態では、非湿潤性コーティング170は、流体路モジュール110及びノズル層120が接合される前に、流体吐出装置の外表面上に付与される。
非湿潤性コーティングをシリコンノズル層に、接着層を用いないで、直接的に結合させることにより、非湿潤性コーティングをより強固に形成することができる。即ち、接着層(例えばSiO2、SiN2、TiO2、又はTa2O3)の厚さは、一般に少なくとも100nm、例えば約200nmである。もし非湿潤性コーティングを貫通して小さいピンホールができると、侵蝕性のインクが厚い接着層を侵蝕することがあり、非湿潤性コーティングが基板から剥離してしまう結果となる。しかしながら、非湿潤性コーティングをシリコンノズル層に直接的に結合させる場合には、侵蝕性のインクが侵蝕する接着層がないので、剥離のリスクが低減される。更に、基板上に元来の酸化物層が存在するとしても、かかる極めて薄い層は侵蝕性のインクによって侵蝕され難いので、非湿潤性コーティングが基板から剥離する可能性はやはり低い。
特定の実施形態について説明した。他の実施形態は以下の特許請求の範囲の内にある。
Claims (28)
- 流体吐出装置への非湿潤性コーティングの形成方法であって、
基板に酸素プラズマを当てて、前記基板の外側部分であって前記基板の内側部分の密度よりも高い密度を有し厚さが8nm未満である外側部分を形成する工程と、
前記外側部分の外表面に非湿潤性コーティングを付与する工程と、
を含む方法。 - 前記外側部分の密度は2.5g/cm3以上である、請求項1に記載の方法。
- 前記外側部分の密度は約2.6g/cm3である、請求項2に記載の方法。
- 前記内側部分の密度は2.0g/cm3乃至2.5g/cm3である、請求項1乃至3のいずれかに記載の方法。
- 前記非湿潤性コーティングは、トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン(FOTS)及び1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシルトリクロロシラン(FDTS)の少なくとも一方を含む前駆物質蒸気から形成される、請求項1乃至4のいずれかに記載の方法。
- 前記非湿潤性コーティングは自己組織化単分子膜である、請求項1乃至5のいずれかに記載の方法。
- 前記非湿潤性コーティングの厚さは0.5nm乃至3nmである、請求項6に記載の方法。
- 前記非湿潤性コーティングの厚さは1nm乃至2nmである、請求項7に記載の方法。
- 前記非湿潤性コーティングは分子凝集体である、請求項1乃至5のいずれかに記載の方法。
- 前記非湿潤性コーティングの厚さは1nm乃至100nmである、請求項9に記載の方法。
- 前記プラズマは1Torr(1.3×102Pa)未満の圧力で当てられる、請求項1乃至10のいずれかに記載の方法。
- 前記酸素プラズマは5分間乃至60分間にわたって当てられる、請求項1乃至11のいずれかに記載の方法。
- 前記酸素プラズマはアノードカップリング型プラズマツールを用いて当てられる、請求項1乃至12のいずれかに記載の方法。
- 前記非湿潤性コーティングは化学気相成長法によって付与される、請求項1乃至13のいずれかに記載の方法。
- 前記基板内に形成された流体路の内表面に前記酸素プラズマを当てる工程と、
前記内表面に前記非湿潤性コーティングを付与する工程と、
を更に含む、請求項1乃至14のいずれかに記載の方法。 - 前記内表面から前記非湿潤性コーティングを除去する工程を更に含む、請求項15に記載の方法。
- 前記内表面から前記非湿潤性コーティングを除去する工程中に前記外表面をマスキングする工程を更に含む、請求項16に記載の方法。
- 外表面と前記外表面内のオリフィスへの流体流路を画成する内表面とを有する基板であって、前記基板は内側部分と前記外表面を備える外側部分とを有し、前記内側部分は第1の密度を有し前記外側部分は前記第1の密度より高い第2の密度を有し、前記外側部分の厚さは8nm未満である、基板と、
前記外表面の少なくとも一部分に隣接する非湿潤性コーティングと、
を備える流体吐出装置。 - 前記内側部分は実質的にシリコンのみからなる、請求項18に記載の流体吐出装置。
- 前記第2の密度は2.5g/cm3以上である、請求項18又は19に記載の流体吐出装置。
- 前記第2の密度は約2.6g/cm3である、請求項20に記載の流体吐出装置。
- 前記第1の密度は2.0g/cm3乃至2.5g/cm3である、請求項18乃至21のいずれかに記載の流体吐出装置。
- 前記非湿潤性コーティングは、トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン(FOTS)及び1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシルトリクロロシラン(FDTS)の少なくとも一方を含む前駆物質蒸気から形成される、請求項18乃至22のいずれかに記載の流体吐出装置。
- 前記非湿潤性コーティングは自己組織化単分子膜である、請求項18乃至23のいずれかに記載の流体吐出装置。
- 前記非湿潤性コーティングの厚さは0.5nm乃至3nmである、請求項24に記載の流体吐出装置。
- 前記非湿潤性コーティングの厚さは1nm乃至2nmである、請求項25に記載の流体吐出装置。
- 前記非湿潤性コーティングは分子凝集体である、請求項18乃至23のいずれかに記載の流体吐出装置。
- 前記非湿潤性コーティングの厚さは1nm乃至100nmである、請求項27に記載の流体吐出装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US12/560,376 US8262200B2 (en) | 2009-09-15 | 2009-09-15 | Non-wetting coating on a fluid ejector |
US12/560,376 | 2009-09-15 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011121357A true JP2011121357A (ja) | 2011-06-23 |
Family
ID=43730115
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010186386A Pending JP2011121357A (ja) | 2009-09-15 | 2010-08-23 | 流体吐出装置の非湿潤性コーティング |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8262200B2 (ja) |
JP (1) | JP2011121357A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013099880A (ja) * | 2011-11-08 | 2013-05-23 | Fujifilm Corp | 液滴吐出ヘッドの製造方法 |
US10006564B2 (en) | 2016-08-10 | 2018-06-26 | Ckd Corporation | Corrosion resistant coating for process gas control valve |
JP2020019204A (ja) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 株式会社リコー | 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置及び液体吐出ヘッドの製造方法 |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1910085B1 (en) * | 2005-07-01 | 2012-08-01 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Non-wetting coating on a fluid ejector |
JP5357768B2 (ja) * | 2006-12-01 | 2013-12-04 | フジフィルム ディマティックス, インコーポレイテッド | 液体吐出装置上への非湿潤性コーティング |
BRPI0920169A2 (pt) | 2008-10-30 | 2016-08-30 | Fujifilm Corp | revestimento não-umectante sobre um ejetor de fluido |
CN102892775A (zh) * | 2010-03-26 | 2013-01-23 | 科罗拉多州立大学研究基金会 | 利用表面电荷的涂层自组装 |
JP5988612B2 (ja) * | 2012-02-24 | 2016-09-07 | キヤノン株式会社 | インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法 |
JP6017319B2 (ja) * | 2013-01-09 | 2016-10-26 | 富士フイルム株式会社 | 撥水膜の製造方法 |
JP6142991B2 (ja) * | 2013-03-29 | 2017-06-07 | セイコーエプソン株式会社 | インクジェット記録装置 |
US9321269B1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-04-26 | Stmicroelectronics S.R.L. | Method for the surface treatment of a semiconductor substrate |
Family Cites Families (40)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8906379D0 (en) * | 1989-03-20 | 1989-05-04 | Am Int | Providing a surface with solvent-wettable and solvent-non wettable zones |
GB9010289D0 (en) * | 1990-05-08 | 1990-06-27 | Xaar Ltd | Drop-on-demand printing apparatus and method of manufacture |
US5341161A (en) * | 1991-06-14 | 1994-08-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Ink recorder including a sealing member for an ink storage section |
US5434606A (en) * | 1991-07-02 | 1995-07-18 | Hewlett-Packard Corporation | Orifice plate for an ink-jet pen |
CA2272165C (en) * | 1992-07-31 | 2003-10-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Liquid storing container for recording apparatus |
GB9417445D0 (en) * | 1994-08-30 | 1994-10-19 | Xaar Ltd | Coating, coating composition and method of forming coating |
JPH0985956A (ja) | 1995-09-21 | 1997-03-31 | Rohm Co Ltd | インクジェットノズルの形成方法 |
US5812158A (en) * | 1996-01-18 | 1998-09-22 | Lexmark International, Inc. | Coated nozzle plate for ink jet printing |
WO1998000295A1 (de) * | 1996-06-28 | 1998-01-08 | Pelikan Produktions Ag | Antitrielbeschichtung für tintenstrahldruckköpfe |
JPH10235858A (ja) | 1997-02-24 | 1998-09-08 | Seiko Epson Corp | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
US7708372B2 (en) * | 1997-07-15 | 2010-05-04 | Silverbrook Research Pty Ltd | Inkjet nozzle with ink feed channels etched from back of wafer |
US6918654B2 (en) | 1997-07-15 | 2005-07-19 | Silverbrook Research Pty Ltd | Ink distribution assembly for an ink jet printhead |
US6312103B1 (en) * | 1998-09-22 | 2001-11-06 | Hewlett-Packard Company | Self-cleaning titanium dioxide coated ink-jet printer head |
US6511149B1 (en) * | 1998-09-30 | 2003-01-28 | Xerox Corporation | Ballistic aerosol marking apparatus for marking a substrate |
US6325490B1 (en) * | 1998-12-31 | 2001-12-04 | Eastman Kodak Company | Nozzle plate with mixed self-assembled monolayer |
JP3616732B2 (ja) * | 1999-07-07 | 2005-02-02 | 東京エレクトロン株式会社 | 基板の処理方法及び処理装置 |
JP4438918B2 (ja) | 1999-11-11 | 2010-03-24 | セイコーエプソン株式会社 | インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法、並びに多環系チオール化合物 |
US6561624B1 (en) * | 1999-11-17 | 2003-05-13 | Konica Corporation | Method of processing nozzle plate, nozzle plate, ink jet head and image forming apparatus |
AUPQ455999A0 (en) * | 1999-12-09 | 2000-01-06 | Silverbrook Research Pty Ltd | Memjet four color modular print head packaging |
US6364456B1 (en) * | 1999-12-22 | 2002-04-02 | Eastman Kodak Company | Replenishable coating for printhead nozzle plate |
US6472332B1 (en) * | 2000-11-28 | 2002-10-29 | Xerox Corporation | Surface micromachined structure fabrication methods for a fluid ejection device |
US6488357B2 (en) * | 2000-12-05 | 2002-12-03 | Xerox Corporation | Corrision resistant hydrophobic liquid level control plate for printhead of ink jet printer and process |
WO2002081588A1 (fr) * | 2001-04-02 | 2002-10-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Film hydrophobe et son procede de preparation, et tete a jet d'encre et dispositif d'enregistrement du type a jet d'encre utilisant celle-ci |
KR100552660B1 (ko) * | 2001-08-09 | 2006-02-20 | 삼성전자주식회사 | 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드 |
US6900083B2 (en) * | 2001-08-31 | 2005-05-31 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Method of forming multi-layers for a thin film transistor |
US6866366B2 (en) * | 2002-04-23 | 2005-03-15 | Hitachi, Ltd. | Inkjet printer and printer head |
US6938986B2 (en) * | 2002-04-30 | 2005-09-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Surface characteristic apparatus and method |
US7086154B2 (en) | 2002-06-26 | 2006-08-08 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Process of manufacturing nozzle plate for ink-jet print head |
US6972261B2 (en) * | 2002-06-27 | 2005-12-06 | Xerox Corporation | Method for fabricating fine features by jet-printing and surface treatment |
KR100468859B1 (ko) * | 2002-12-05 | 2005-01-29 | 삼성전자주식회사 | 일체형 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 |
WO2005007411A1 (en) | 2003-07-22 | 2005-01-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Ink jet head and its manufacture method |
US7758158B2 (en) | 2003-07-22 | 2010-07-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Ink jet head and its manufacture method |
KR101137643B1 (ko) | 2003-10-10 | 2012-04-19 | 후지필름 디마틱스, 인크. | 박막을 구비한 프린트 헤드 |
KR100561864B1 (ko) | 2004-02-27 | 2006-03-17 | 삼성전자주식회사 | 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트 표면에 소수성코팅막을 형성하는 방법 |
US7347532B2 (en) * | 2004-08-05 | 2008-03-25 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Print head nozzle formation |
WO2006047326A1 (en) * | 2004-10-21 | 2006-05-04 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Sacrificial substrate for etching |
EP1910085B1 (en) | 2005-07-01 | 2012-08-01 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Non-wetting coating on a fluid ejector |
JP5357768B2 (ja) * | 2006-12-01 | 2013-12-04 | フジフィルム ディマティックス, インコーポレイテッド | 液体吐出装置上への非湿潤性コーティング |
US8038260B2 (en) * | 2006-12-22 | 2011-10-18 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Pattern of a non-wetting coating on a fluid ejector and apparatus |
BRPI0920169A2 (pt) | 2008-10-30 | 2016-08-30 | Fujifilm Corp | revestimento não-umectante sobre um ejetor de fluido |
-
2009
- 2009-09-15 US US12/560,376 patent/US8262200B2/en active Active
-
2010
- 2010-08-23 JP JP2010186386A patent/JP2011121357A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013099880A (ja) * | 2011-11-08 | 2013-05-23 | Fujifilm Corp | 液滴吐出ヘッドの製造方法 |
US9090064B2 (en) | 2011-11-08 | 2015-07-28 | Fujifilm Corporation | Method of manufacturing liquid droplet ejection head |
US10006564B2 (en) | 2016-08-10 | 2018-06-26 | Ckd Corporation | Corrosion resistant coating for process gas control valve |
JP2020019204A (ja) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 株式会社リコー | 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置及び液体吐出ヘッドの製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20110063369A1 (en) | 2011-03-17 |
US8262200B2 (en) | 2012-09-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2011121357A (ja) | 流体吐出装置の非湿潤性コーティング | |
JP5690915B2 (ja) | 流体吐出装置上の非湿潤性被膜 | |
JP5357768B2 (ja) | 液体吐出装置上への非湿潤性コーティング | |
US8523322B2 (en) | Non-wetting coating on a fluid ejector | |
US7883180B2 (en) | Nozzle plate of inkjet printhead and method of manufacturing the nozzle plate | |
US20110080449A1 (en) | Non-wetting Coating on Die Mount | |
JP2008062525A (ja) | ノズルプレート、インクジェットヘッドおよびこれらの製造方法 | |
JPH05116324A (ja) | インクジエツト吐出用ノズル板およびその製造方法 | |
JP2023140839A (ja) | 液体吐出ヘッドの製造方法及び液体吐出ヘッド | |
JPH0976511A (ja) | インクジェットプリンターヘッド用ノズル板およびその製造方法 | |
JP2021024236A (ja) | 液体吐出ヘッド用基板およびその製造方法 |