JP2023140839A - 液体吐出ヘッドの製造方法及び液体吐出ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】吐出信頼性が良好な液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】第1の面に開口する液体の供給口と、第1の面とは反対側の第2の面に開口する液体の吐出口と、供給口と吐出口とが第1の面及び第2の面と交差する方向に直線的に連通しないように供給口と吐出口とをつなぐ流路と、を備える基板を備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、基板の表面にパーフルオロポリエーテルからなる撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、撥液膜のうち第2の面に形成された撥液膜の表面を保護部材で覆うマスキング工程と、第1の面の側から流路を介して第2の面の側に向かってプラズマを発生させて撥液膜を除去するプラズマ処理工程と、を備え、プラズマ処理工程において、撥液膜のうちプラズマ処理工程後に基板の吐出口の内部に残る部分が、親水化される。【選択図】図1
Description
本発明は、複数の基板を接合させた基板接合体、および、吐出エネルギー発生素子を利用して、液体を吐出させて被記録媒体に記録を行う液体吐出ヘッドに関する。
シリコンを微細加工した構造体はMEMS分野や電気機械の機能デバイスに幅広く用いられている。その一例として、液体を吐出する液体吐出ヘッドが挙げられる。その使用例としては、吐出液滴を被記録媒体に着弾させて記録を行う液体吐出記録方式の液体吐出ヘッドがある。液体吐出記録方式の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生させるエネルギー発生素子が設けられた基板と、基板に設けられた液体の供給口から供給されたインクを吐出する吐出口を備えている。
近年の液体吐出ヘッドにおいては、高解像度、高速印字といった印字性能の向上や製造における液体吐出ヘッドの小型化、高密度化が求められている。そのため、流路形成基板やノズル基板にシリコン基板を用いて、各基板を接着剤により接合して作製される。
液滴吐出ヘッドは、インク滴を吐出した際のインクミスト等の影響により、ノズル基板表面にインクが付着する場合がある。ノズル基板表面にインクが付着していると、吐出口からインク液滴を吐出したときに影響を受けて、インク液滴の吐出方向にばらつきが生じる可能性がある。そのため、一般的にはノズル基板表面に撥液膜を形成し、吐出口周辺へのインクの付着を防止することによりインク液滴の吐出特性を向上させている。
また、吐出口が開口されたノズル基板表面に撥水膜を形成する場合においては、ノズル内部にも撥水膜が付着してしまう。ノズル内部に撥水膜が形成されると、メニスカス位置がノズル内部で形成されるため、液滴体積や吐出方向が不安定になり印字品位が悪化する。そのため、ノズル内部に付着した撥水膜を除去する方法が検討されている。例えば、下記の特許文献1には、ノズル内部に回り込み付着した撥水膜を除去する方法として、ノズル基板表面上をフィルムで保護し、ノズル基板の裏面側からプラズマにより内部撥水膜を除去する方法が記載されている。
特許文献1に記載されている方法は、プラズマ処理をしてから流路基板を接合することを前提としており、ノズル基板表面の吐出口と裏面側の開口部が基板厚み方向に直線状に貫通形成されている形態でノズル基板裏面側からプラズマ処理を行っている。また、パーフルオロポリエーテル(PFPE)からなる撥液膜は、除去効果が低いという課題が挙げられている。基板の接合等によって屈曲した液体流路をもつ構成の場合は、さらに除去が困難になる。屈曲した液体流路内を経由してノズル内部に付着したPFPEからなる撥水膜を除去することは、開口の中心軸が直線状に連通した構成と比較して除去効率が低下することが課題である。
本発明は、吐出信頼性が良好な液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明における液体吐出ヘッドの製造方法は、
第1の面と、前記第1の面とは反対側の第2の面と、前記第1の面に開口する液体の供給口と、前記第2の面に開口する液体の吐出口と、前記供給口と前記吐出口とが前記第1の面及び前記第2の面と交差する方向に直線的に連通しないように前記供給口と前記吐出口とをつなぐ流路と、を備える基板を備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記基板の表面にパーフルオロポリエーテルからなる撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、
前記撥液膜のうち前記第2の面に形成された前記撥液膜の表面を保護部材で覆うマスキング工程と、
前記第1の面の側から前記流路を介して前記第2の面の側に向かってプラズマを発生させて前記撥液膜を除去するプラズマ処理工程と、
を備え、
前記プラズマ処理工程において、前記撥液膜のうち前記プラズマ処理工程の後に前記基板の前記吐出口の内部に残る部分が、親水化されることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明における液体吐出ヘッドは、
第1の面と、
前記第1の面とは反対側の第2の面と、
前記第1の面に開口する液体の供給口と、
前記第2の面に開口する液体の吐出口と、
前記供給口と前記吐出口とが前記第1の面及び前記第2の面と交差する方向に直線的に連通しないように前記供給口と前記吐出口とをつなぐ流路と、
前記第2の面に形成された撥液膜と、
を備える基板を備えた液体吐出ヘッドであって、
前記基板の前記吐出口の内部に形成されている膜が、前記撥液膜より高い親水性を有することを特徴とする。
第1の面と、前記第1の面とは反対側の第2の面と、前記第1の面に開口する液体の供給口と、前記第2の面に開口する液体の吐出口と、前記供給口と前記吐出口とが前記第1の面及び前記第2の面と交差する方向に直線的に連通しないように前記供給口と前記吐出口とをつなぐ流路と、を備える基板を備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記基板の表面にパーフルオロポリエーテルからなる撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、
前記撥液膜のうち前記第2の面に形成された前記撥液膜の表面を保護部材で覆うマスキング工程と、
前記第1の面の側から前記流路を介して前記第2の面の側に向かってプラズマを発生させて前記撥液膜を除去するプラズマ処理工程と、
を備え、
前記プラズマ処理工程において、前記撥液膜のうち前記プラズマ処理工程の後に前記基板の前記吐出口の内部に残る部分が、親水化されることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明における液体吐出ヘッドは、
第1の面と、
前記第1の面とは反対側の第2の面と、
前記第1の面に開口する液体の供給口と、
前記第2の面に開口する液体の吐出口と、
前記供給口と前記吐出口とが前記第1の面及び前記第2の面と交差する方向に直線的に連通しないように前記供給口と前記吐出口とをつなぐ流路と、
前記第2の面に形成された撥液膜と、
を備える基板を備えた液体吐出ヘッドであって、
前記基板の前記吐出口の内部に形成されている膜が、前記撥液膜より高い親水性を有することを特徴とする。
本発明によれば、吐出信頼性が良好な液体吐出ヘッドを提供することができる。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。なお、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。また、本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
上述した課題を解決するため本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、次のような知見を得ることができた。すなわち、パーフルオロポリエーテル(PFPE)は、撥水膜の一部が
残っていても撥水性を低下させることができる。よって、吐出口の内部(内側)の撥水膜を完全に除去しなくとも、液滴吐出時のメニスカス位置を安定化させることができる。また、接合等による屈曲流路をもつ基板であっても、液体流路内を経由して吐出口内部に付着した撥水膜をプラズマ処理することができる。よって、接合等による流路基板を完成させた後に撥水成膜を行うことができる。
残っていても撥水性を低下させることができる。よって、吐出口の内部(内側)の撥水膜を完全に除去しなくとも、液滴吐出時のメニスカス位置を安定化させることができる。また、接合等による屈曲流路をもつ基板であっても、液体流路内を経由して吐出口内部に付着した撥水膜をプラズマ処理することができる。よって、接合等による流路基板を完成させた後に撥水成膜を行うことができる。
<液体吐出ヘッドの概要説明>
図6は、本発明の実施形態における、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッド101の組み立て後の状態を示し、図7は、図6の液体吐出ヘッド101の構成と組み立て前の分解図を示している。以下で説明する液体吐出ヘッド101は、画像記録装置としてのインクジェットプリンタ等において、記録材に対して画像記録用液体としてのインクを吐出することで、記録材上に所望の画像を記録するために用いられるインクジェット記録ヘッドとして構成される。ただし、本発明は、インクジェット記録ヘッド以外の用途にも好適に適用し得るものである。
図6は、本発明の実施形態における、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッド101の組み立て後の状態を示し、図7は、図6の液体吐出ヘッド101の構成と組み立て前の分解図を示している。以下で説明する液体吐出ヘッド101は、画像記録装置としてのインクジェットプリンタ等において、記録材に対して画像記録用液体としてのインクを吐出することで、記録材上に所望の画像を記録するために用いられるインクジェット記録ヘッドとして構成される。ただし、本発明は、インクジェット記録ヘッド以外の用途にも好適に適用し得るものである。
まず、液体吐出ヘッド101の全体構成についての概略を説明する。図示される液体吐出ヘッド101は、記録用の液体として、例えば、黒色(ブラック)のインクと、黒色以外の6色のカラーインクを吐出するものである。黒色インク及びカラーインクを総称して記録液と称する場合がある。
液体吐出ヘッド101は、サブタンクユニット110、第一弾性部材111、ヘッド本体部112および記録素子ユニット114から構成される。このとき、第一弾性部材111をサブタンクユニット110とヘッド本体部112で挟持し、外周部をビス止めすることでシールしている。また、第二弾性部材113をヘッド本体部112と記録素子ユニット114で挟持し、外周部をビス止めすることでシールしている。記録素子ユニット114は、支持部材131、電気基板132、電気配線基板133、および記録素子130で構成される。
図8は、図6の液体吐出ヘッド101のA-A断面を示しており、液体吐出ヘッド101の内部のインク供給経路を示している。インクは、外部に存在する不図示のインクタンク(例えば、プリンタ本体に設けられた液体収容部)から、ジョイント部121を介して液体吐出ヘッド101の内部に供給される。液体吐出ヘッド101の内部に供給されたインクは、インク室122、フィルター123を通過し、内部流路124を介し、記録素子ユニット114に到達する。
<接合基板の形成工程>
図1は、液体吐出ヘッド101における液体吐出素子である記録素子130を構成する基板部分であるノズルプレート12の断面構成を示す模式的断面図である。
図1は、液体吐出ヘッド101における液体吐出素子である記録素子130を構成する基板部分であるノズルプレート12の断面構成を示す模式的断面図である。
ノズルプレート12は、流路基板1と、アクチュエータ基板2と、ノズル基板3と、を含み、各基板は接着剤4を介して接合される。ノズルプレート12は、第1の面としての、流路基板1のアクチュエータ基板2との接合面とは反対側の面に、インクが供給される供給口11を有している。また、ノズルプレート12は、第1の面と反対側の第2の面としての、ノズル基板3のアクチュエータ基板2との接合面とは反対側の面に、インクを吐出するための吐出口7を有している。ノズルプレート12は、供給口11と吐出口7とをつなぐインクの流路として液体流路部6を有している。液体流路部6は、供給口11と吐出口7とがノズルプレート12の厚み方向(ノズルプレート12の上記第1の面及び第2の面と交差する方向、典型的には直交する方向)において、直線的に連通しないように構成されている。すなわち、液体流路部6は、ノズルプレート12の厚み方向と交差する方向、典型的には、ノズルプレート12の上記第1の面及び第2の面に平行な方向に延びる
流路部分(液体流路部62)を含む。よって、液体流路部6は、ノズルプレート12の厚み方向(基板面に垂直な方向)に見たときに、供給口11と吐出口7とが互いに重ならない流路構成となっている。
流路部分(液体流路部62)を含む。よって、液体流路部6は、ノズルプレート12の厚み方向(基板面に垂直な方向)に見たときに、供給口11と吐出口7とが互いに重ならない流路構成となっている。
なお、ここで示す液体流路部6の流路構成はあくまで一例である。例えば、ノズルプレート12の厚み方向と交差する方向(ノズルプレート12の面に平行な方向)に延びる流路部分を複数備えるような流路構成であってもよい。また、複数の吐出口7に対してそれぞれ分岐するように延びる分岐流路を含む流路構成であってもよい。すなわち、後述するように、プラズマ処理においてイオンを利用した撥液膜の除去が困難な流路構成を備える基板が、本発明の適用対象として好適である。
アクチュエータ基板2は、その表面に、インクを吐出させる際のエネルギーを発生するエネルギー発生素子の一例としての圧電素子5が配置されている。圧電素子5としては、たとえば、ゾルゲル法またはスパッタ法によって形成されたPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)膜を適用することができる。このような圧電素子5は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。圧電素子5は、アクチュエータ基板2において第2の液体流路部62の形成のための凹部の形成によって薄肉化された領域である膜部25に設けられる。
シリコン(Si)からなる流路基板1は、キャビティ15を形成する凹部によって圧電素子5を覆うように配置され、アクチュエータ基板2の表面に接着剤4を介して接合されている。また、アクチュエータ基板2の裏面に接着剤を介してノズル基板3が接合されている。流路基板1のアクチュエータ基板2との接合面とは反対側の面上には、液体収容部としてのインクタンク(不図示)が配置されており、供給口11が開口している。流路基板1には、供給口11を含み、流路基板1を貫通するように第1の液体流路部61が形成されている。また、アクチュエータ基板2とノズル基板3との間には第2の液体流路部62が形成されている。また、ノズル基板3には、ノズル基板3を貫通するように吐出口7が形成されている。ノズルプレート12は、第1の液体流路部61と第2の液体流路部62からなる液体流路部6によって、インクタンク(不図示)から吐出口7へインクが供給される液体流路が形成される。すなわち、第1の液体流路部61が、アクチュエータ基板2とノズル基板3との間に設けられた第2の液体流路部62と連通し、ノズル基板3の吐出口7につながっている。インクタンク(不図示)から供給されるインクは、液体流路部6を通り、圧電素子5が発生するエネルギーを受けて吐出口7から吐出される。吐出口7から吐出されたインクは、吐出口7に対向して配置された記録材の画像記録面に付着し、記録材上に画像を形成する。
駆動IC(不図示)から圧電素子5に駆動電圧が印可されると、逆圧電効果によって、圧電素子5が変形する。Pull-Push-Pull波形の駆動電圧を印可することによる圧電素子5の変形によって、アクチュエータ基板2において第2の液体流路部62を形成する壁部の一部である膜部25が弾性変形する。これにより、キャビティ15内が膨張、収縮されることで液体流路部6の容積変化がもたらされ、液体流路内の液体が加圧されると吐出口7表面にメニスカスが張られる。その後、収縮することで加圧された液体が吐出口7から液滴となって吐出される。
ここで、ノズル内部が撥水していると、ノズル奥でメニスカスを張ることになるため、吐出口7から突出される流体の吐出体積や吐出方向が不安定になることがわかっている。
<撥液膜の形成方法>
図2(a)~図2(d)は、本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの撥液膜の形成方法を工程順に示す模式的断面図であり、図1に示す領域Aを拡大して示した図である。
図2(a)~図2(d)は、本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの撥液膜の形成方法を工程順に示す模式的断面図であり、図1に示す領域Aを拡大して示した図である。
撥液膜の形成は、接着剤を介して接合された基板に対する、次の工程により行われる。(1)液体流路部6内部の表面を含むノズルプレート12の表面に、撥液膜としての撥水膜を形成する撥液膜形成工程
(2)ノズル基板3の表面(第2の面)に保護部材10を形成する表面保護工程
(3)プラズマ処理により、撥水膜を保護部材10に覆われた部分を残して除去するとともに、ノズル基板3の吐出口7内部に残る撥水膜を親水化させるプラズマ処理工程
(4)保護部材10を剥離する保護部材剥離工程
(2)ノズル基板3の表面(第2の面)に保護部材10を形成する表面保護工程
(3)プラズマ処理により、撥水膜を保護部材10に覆われた部分を残して除去するとともに、ノズル基板3の吐出口7内部に残る撥水膜を親水化させるプラズマ処理工程
(4)保護部材10を剥離する保護部材剥離工程
(1)撥水膜形成工程
図2(a)に示すように、複数の吐出口7が形成されたノズル基板3にパーフルオロポリエーテル(PFPE)からなる撥水膜8を形成する。ノズル基板3は、流路基板1及びアクチュエータ基板2が接合された状態のものを使用することが好ましい。撥水形成を行う前に、ノズル基板3の表面を洗浄してもよい。例えば、プラズマ処理やイオンビーム洗浄、UVオゾン洗浄等を用いることができる。
図2(a)に示すように、複数の吐出口7が形成されたノズル基板3にパーフルオロポリエーテル(PFPE)からなる撥水膜8を形成する。ノズル基板3は、流路基板1及びアクチュエータ基板2が接合された状態のものを使用することが好ましい。撥水形成を行う前に、ノズル基板3の表面を洗浄してもよい。例えば、プラズマ処理やイオンビーム洗浄、UVオゾン洗浄等を用いることができる。
撥水膜8の形成方法は、例えば、蒸着法などの物理的気相法で成膜できる。蒸着法では基板を真空室内に配置し、真空室内で撥水材料を気化させる方法である。また、ローラ塗布、ディッピング処理やスピンコート法による液相法で形成することもできる。
ここで、ノズル基板3には吐出口7が形成されているため、ノズル基板3の吐出口7の内部にも撥水膜8が形成される。メニスカスの安定のため、ノズル基板3の表面の撥水膜8は残し、吐出口7の内部に形成された撥水膜9は、除去、あるいは少なくとも親水化させる必要がある。
(2)保護部材形成工程(マスキング工程)
次に、図2(b)に示すように、撥水膜8を残したい箇所に保護部材10を形成する。
次に、図2(b)に示すように、撥水膜8を残したい箇所に保護部材10を形成する。
保護部材10は、特に制限はなく、樹脂材料やテープなどを適宜選択することが可能である。なお、吐出口7周辺において保護部材10が浮くと、後のプラズマ処理によってノズル基板3表面の撥水膜8が親水化されてしまう。この場合、この吐出口7はメニスカスが不安定になることで吐出不良になる。そのため、保護部材10の浮きを防止するため、減圧下で保護部材10を貼付することも可能である。
(3)プラズマ処理工程
次に、図2(c)に示すように、流路基板1側からプラズマ処理することにより、ノズル基板3の吐出口7内部の撥水膜9(図2(b))を親水化させ、撥水膜8よりも高い親水性を有する残存膜11に変質させる。ここで、図3は、ノズルプレート12全体、すなわち、液体流路部6全体で見たときのプラズマの経路を示す模式的断面図である。
次に、図2(c)に示すように、流路基板1側からプラズマ処理することにより、ノズル基板3の吐出口7内部の撥水膜9(図2(b))を親水化させ、撥水膜8よりも高い親水性を有する残存膜11に変質させる。ここで、図3は、ノズルプレート12全体、すなわち、液体流路部6全体で見たときのプラズマの経路を示す模式的断面図である。
プラズマ処理の方法の一例として、真空圧力室にノズルプレート12をセットし、酸素原子を含むガスにより酸素プラズマを発生させる。プラズマは、図3に示すように、流路基板1からアクチュエータ基板2を経由し、吐出口7へと到達する。プラズマの発生には、マイクロ波方式の装置やリモートプラズマ方式の装置等を目的に応じて用いることが可能である。
プラズマにはイオンとラジカルが存在し、通常、イオンは、直進性が高く、反応率が高いこと、一方、ラジカルは、等方性を有し、反応率は温度に依存することが知られている。特許文献1の基板のように、液体流路の供給口と吐出口との間が直線的(基板面と交差する方向に真っすぐ)に連通する基板に対しては、流路内の撥水膜除去においてプラズマを直進させることが好ましいため、イオンを利用することが効率的である。一方、本実施
形態の基板のように、液体流路が屈曲した流路、すなわち、供給口と吐出口との間が直線的に連通しない流路である基板に対しては、直進するイオンでは流路内の撥水膜除去に十分な効果が期待できず、ラジカルの効果を用いることが好適となる。
形態の基板のように、液体流路が屈曲した流路、すなわち、供給口と吐出口との間が直線的に連通しない流路である基板に対しては、直進するイオンでは流路内の撥水膜除去に十分な効果が期待できず、ラジカルの効果を用いることが好適となる。
また、イオンの効果を高める場合において、基板にバイアスをかけてエネルギーを上げる方法が用いられるが、屈曲流路のようにイオンによる撥水膜除去の効果が低い形態の基板に対して、バイアス印加による効果は見込めない。むしろ、基板にバイアスをかけると電荷によるダメージであったり、基板が昇温することによる弊害、例えば、半導体特性等の低下等が懸念される。
したがって、本実施形態の基板のように屈曲流路を経由するようにプラズマを発生させるプラズマ処理においては、基板へのバイアス印加をなくし、イオンアシストに頼らない条件が好ましい。それによってラジカルの反応を主体として等方的にラジカルを移動させることが可能になる。ラジカルの効果を得るための処理温度について、下限温度は、処理速度に関係するためスループットを考慮し、上限温度は、用いる保護部材10の耐熱の観点から決定する。ラジカルを活性化させるための所定の処理温度として、例えば、5℃~70℃程度が好ましく、10℃~50℃が好適である。
図4、図5に、発明者らの検討の結果得られた、基板印加バイアス0W、基板加熱温度16℃、酸素流量30sccmとしたときの、パーフルオロエーテルからなる撥水膜に対する、酸素プラズマ処理時間と純水接触角及び表面組成の関係を示す。図4、図5に示すように、表面のフッ素が一部残存していても十分に親水化させることが可能であることを見出した。これは、酸素アッシングによってパーフルオロエーテルのエーテル結合部が切れ、末端が-OH化したため、親水化したと想定される。撥水膜の接触角を変化させているため、撥水膜の下地膜自体の接触角によらずに接触角を制御することができる。
(4)保護フィルム剥離工程(マスキング除去工程)
最後に、図2(d)に示すように、保護部材10をノズル基板3から剥離する。そして、保護部材10が剥離されたノズルプレート12を用いて、液体吐出ヘッド101を作製する(図6~図8)。保護部材10としてマイクロステープを用いた場合、テープを剥離する際に、60℃程度の熱を付与することで離形性を向上させることができる。
最後に、図2(d)に示すように、保護部材10をノズル基板3から剥離する。そして、保護部材10が剥離されたノズルプレート12を用いて、液体吐出ヘッド101を作製する(図6~図8)。保護部材10としてマイクロステープを用いた場合、テープを剥離する際に、60℃程度の熱を付与することで離形性を向上させることができる。
(実施例1)
本発明の実施例として、図1に示すノズルプレート12を製作した。図1に示すように、ノズルプレート12は、シリコン基板からなる流路基板1、アクチュエータ基板2及びノズル基板3を、接着剤を介して接合して製作される。本実施例では、ノズル基板3の表面に複数の吐出口7が配列されている。各基板の加工は、ドライエッチングによって形成される。液体流路6及び吐出口7の形状は、ここに例示したものには限定されない。ノズル基板3表面は、撥水膜8との密着性を考慮し、蒸着法にてSiO2を10nm成膜した(不図示)。シリコン基板を熱酸化することによって得られる熱酸化シリコンや自然酸化膜を下地膜として使用してもよい。
本発明の実施例として、図1に示すノズルプレート12を製作した。図1に示すように、ノズルプレート12は、シリコン基板からなる流路基板1、アクチュエータ基板2及びノズル基板3を、接着剤を介して接合して製作される。本実施例では、ノズル基板3の表面に複数の吐出口7が配列されている。各基板の加工は、ドライエッチングによって形成される。液体流路6及び吐出口7の形状は、ここに例示したものには限定されない。ノズル基板3表面は、撥水膜8との密着性を考慮し、蒸着法にてSiO2を10nm成膜した(不図示)。シリコン基板を熱酸化することによって得られる熱酸化シリコンや自然酸化膜を下地膜として使用してもよい。
次に、下地膜が形成されたノズル基板3に、蒸着法にてパーフルオロポリエーテルからなる撥水膜8を形成した。抵抗加熱法で200A、1分間成膜した。基板は無加熱、ガスは導入せず、真空度は3×10-3Paになった時点で行った。撥水膜8を形成したノズルプレート12は、常温(25℃)24時間静置し、定着させた。吐出口7内部の撥水膜9は、ノズル基板3表面側から奥の方向に向かってF濃度が下がっていく傾向がある。
次に、撥水膜8が形成されたノズル基板3表面に保護部材10として保護テープを貼り付けた。次に、ノズルプレート12の流路基板1側からプラズマ照射を行った。プラズマ
照射には、キヤノンマーケティングジャパン株式会社製プラズマ処理装置(MAS-8220)を用いた。吐出口7内部に屈曲流路を経由してプラズマを晒す必要があるため、基板バイアスは特に必要としない。むしろ、アッシング処理時の基板温度が上昇しやすくなるため保護テープの剥離等の懸念があり、基板バイアスはないほうがが好ましい。今回、プラズマの処理方法としては、酸素プラズマを基板バイアスなし、16℃とした。
照射には、キヤノンマーケティングジャパン株式会社製プラズマ処理装置(MAS-8220)を用いた。吐出口7内部に屈曲流路を経由してプラズマを晒す必要があるため、基板バイアスは特に必要としない。むしろ、アッシング処理時の基板温度が上昇しやすくなるため保護テープの剥離等の懸念があり、基板バイアスはないほうがが好ましい。今回、プラズマの処理方法としては、酸素プラズマを基板バイアスなし、16℃とした。
吐出口7内部の撥水膜9を親水化させるために必要なアッシング処理時間は、純水接触角(協和界面化学社製接触角計にて純水を用いて測定)及びXPS法による表面分析を行った。得られた結果を図4の表に示す。
アッシング処理時間が10分以上であれば、残存膜11のF(フッ素)原子濃度は3%以下で、純水接触角は25°以下と十分に親水化していることがわかる。一方、アッシング処理時間1分以上10分以下の場合の残存膜11では、F原子の一部残っているものの接触角が低下していることがわかる。これはパーフルオロエーテルのエーテル結合が切れ、撥水膜の末端が水酸基となったためと想定される。アッシング処理を行っていない撥水膜(撥水膜8)のF原子濃度を1とした場合、アッシング処理時間1分以上での残存膜11のF原子濃度の比率は0.9以下となり、接触角は50°以下となる。
吐出口7内部の接触角は、上記数値に限定されず、ノズル基板3表面側の接触角に対して十分親水化していればよく、インク種などにより適宜選択可能である。ただし、プラズマ照射時間が長くなると保護部材10へのダメージが懸念され、保護部材10の浮き等によるノズル基板3の表面の撥水膜を親水化させてしまう懸念がある。そのため処理時間はできるだけ短いほうが好ましい。
今回の検討結果により、プラズマ照射条件は、基板バイアスなし、基板温度16℃の場合、1分が好適となる。以上の方法により製造された液体吐出ヘッドを用いて、インクを用いた吐出評価を行ったところ、吐出口表面でメニスカス位置が安定し、良好な印字品位を獲得することができた。
1…流路基板、2…アクチュエータ基板、3…ノズル基板、4…接着剤、5…エネルギー発生素子、6…液体流路部、7…液体吐出口、8…撥水膜、9…吐出口側壁部の撥水膜、10…吐出口面の保護部材、11…親水化した撥水膜、12…ノズルプレート
Claims (13)
- 第1の面と、前記第1の面とは反対側の第2の面と、前記第1の面に開口する液体の供給口と、前記第2の面に開口する液体の吐出口と、前記供給口と前記吐出口とが前記第1の面及び前記第2の面と交差する方向に直線的に連通しないように前記供給口と前記吐出口とをつなぐ流路と、を備える基板を備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記基板の表面にパーフルオロポリエーテルからなる撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、
前記撥液膜のうち前記第2の面に形成された前記撥液膜の表面を保護部材で覆うマスキング工程と、
前記第1の面の側から前記流路を介して前記第2の面の側に向かってプラズマを発生させて前記撥液膜を除去するプラズマ処理工程と、
を備え、
前記プラズマ処理工程において、前記撥液膜のうち前記プラズマ処理工程の後に前記基板の前記吐出口の内部に残る部分が、親水化されることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記プラズマ処理工程において、イオンの効果を高めるための前記基板に対するバイアス印加を行わないことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記プラズマ処理工程において、酸素原子を含むガスによってプラズマを発生させることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記プラズマ処理工程において、ラジカルを活性化させるための所定の温度でプラズマを発生させることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記プラズマ処理工程において、前記撥液膜のうち前記吐出口の内側に親水化されて残った部分のF原子濃度が、前記第2の面に形成された前記撥液膜のF原子濃度を1とした場合に、0.9以下であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記流路は、前記第1の面及び前記第2の面に平行な方向に延びる部分を含むことを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記供給口と前記吐出口は、前記第1の面及び前記第2の面に垂直な方向に見たとき互いに重ならないことを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記保護部材を取り除くマスキング除去工程をさらに備える請求項1~7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 第1の面と、
前記第1の面とは反対側の第2の面と、
前記第1の面に開口する液体の供給口と、
前記第2の面に開口する液体の吐出口と、
前記供給口と前記吐出口とが前記第1の面及び前記第2の面と交差する方向に直線的に連通しないように前記供給口と前記吐出口とをつなぐ流路と、
前記第2の面に形成された撥液膜と、
を備える基板を備えた液体吐出ヘッドであって、
前記基板の前記吐出口の内部に形成されている膜が、前記撥液膜より高い親水性を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記基板の前記吐出口の内側に形成されている膜は、前記撥液膜に連なって形成されていることを特徴とする請求項9に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記基板の前記吐出口の内側に形成されている膜のF原子濃度が、前記撥液膜のF原子濃度を1とした場合に、0.9以下であることを特徴とする請求項9又は10に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記流路は、前記第1の面及び前記第2の面に平行な方向に延びる部分を含むことを特徴とする請求項9~11のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記供給口と前記吐出口は、前記第1の面及び前記第2の面に垂直な方向に見たとき互いに重ならないことを特徴とする請求項9~12のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
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