JP4692534B2 - シリコン製ノズル基板、シリコン製ノズル基板を備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、及びシリコン製ノズル基板の製造方法 - Google Patents
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そして、ノズル基板は、ノズル孔の内壁にインク耐久膜をスパッタで形成して、ノズル面に中間膜をスパッタで形成し、続いてノズル面に撥水膜をスプレー塗布して形成する(例えば、特許文献1参照)。
さらに、ノズル孔内壁の成膜にスパッタ法を用いているが、スパッタには指向性があるため、ノズル孔内壁を均一に被覆するのは困難である。また、ノズル面の撥水膜形成にスプレー塗布を用いているため、撥水膜がノズル孔壁面の一部にも形成され、その領域を制御することは困難である。
酸化物がタンタル酸化物であるときは、吐出液、特にアルカリ性の吐出液に対する耐性が高く、酸化物がニオブ酸化物であるときはタンタル酸化物と同等の耐薬品性を有し、しかもタンタル酸化物よりも安価なため、コストを低減することができる。
撥水膜がフッ素含有有機ケイ素化合物からなるので、撥水膜は酸化物からなる耐吐出液保護膜と強固に結合し、かつ撥水性にも優れる。
耐吐出液保護膜が液滴吐出側の面からノズル孔内壁まで連続して形成されているので、液滴吐出面及びノズル孔の内壁が吐出液によって浸食されず、吐出液に対する耐久性に優れ、また、耐吐出液保護膜が酸化物からなり撥水膜と強固に結合しているため、耐吐出液保護膜と撥水膜との密着性に優れて、液滴吐出が良好で安定した液滴吐出ヘッドを提供することができる。
吐出液に対する耐久性に優れ、液滴吐出が良好で安定した液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を提供することができる。
そして、薄板化した側の面(液滴吐出面)から開口した凹部(ノズル孔)の内壁まで連続する耐吐出液保護膜を形成するようにしたので、かかる基材を用いて製造したノズル基板では、液滴吐出面及びノズル孔の内壁が吐出液によって浸食されず、吐出液に対する耐久性を向上することができる。
また、耐吐出液保護膜の全面に撥水膜を形成し、液滴吐出面以外の面を親水化処理するようにしたので、被覆性と耐久性に優れた撥水膜を安価に形成することができる。
さらに、親水化処理は液滴吐出面を保護した状態で、液滴吐出面と反対の面から行うようにしたので、ノズル孔の吐出口縁部を境にして、ノズル孔の内壁を確実に親水化することができる。
耐吐出液保護膜をCVD法によって形成するようにしたので、被覆性の良好な保護膜を得ることができる。
耐吐出液保護膜のCVD法による成膜を160℃以下の低温領域で実施するようにしたので、基材に樹脂等で支持基板を接着した状態で成膜することができ、ハンドリング性や処理効率が向上し、コストを削減することができる。
図1は本実施の形態1に係るインクジェットヘッド(液滴吐出ヘッドの一例)の一部を断面で示した分解斜視図、図2は図1を組立てた状態の要部を示す縦断面図、図3は図2のノズル孔の近傍を拡大して示した縦断面図である。
インクジェットヘッド10は、図1および図2に示すように、複数のノズル孔11が所定のピッチで設けられたノズル基板1と、各ノズル孔11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2と、キャビティ基板2の振動板22に対峙して個別電極31が配設された電極基板3とを貼り合わせることにより構成されている。
上記の説明では、保護膜12及び耐吐出液保護膜13としてタンタル酸化物を用いているが、ニオブ酸化物のような酸化物を用いてもよい。この場合も、これらの保護膜12、および耐吐出液保護膜13は同一の材料によって構成されるため、強固に密着する。
なお、ノズル孔11の吐出口縁部11dを境にして、ノズル孔11の内壁11cは親水化(親インク化)処理されている。
凹部240はノズル孔11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1とキャビティ基板2を接合した際、各凹部240は吐出室24を構成し、それぞれがノズル孔11に連通し、またインク供給口であるオリフィス23ともそれぞれ連通している。そして、吐出室24(凹部240)の底壁が振動板22となっている。
また、キャビティ基板2の全面、もしくは少なくとも電極基板3との対向面には、シリコン酸化膜等からなる絶縁膜26が形成されており、この絶縁膜26は、インクジェットヘッドを駆動させたときに、絶縁破壊や短絡を防止する。
まず、最初に、図5〜図9により、ノズル基板1の製造方法を説明する。なお、以下に記載の数値はその一例を示すもので、これに限定するものではない。
次に、シリコン基材100の表面に残るシリコン酸化膜101を除去する。
なお、熱CVDではなく、プラズマCVDによって、タンタル酸化膜120を形成してもよい。この場合は、薄板化する側の面100cには、タンタル酸化膜120は形成されない。
なお、保護膜12と耐吐出液保護膜13とは同一の材料であるタンタル酸化物からなるため、良好に密着する。
また、撥水膜14を耐吐出液保護膜13の全面にディップ形成し、液滴吐出面1a以外の面を親水化処理するようにしたので、被覆性と耐久性に優れた撥水膜14を安価に得ることができる。
さらに、親水化処理は、液滴吐出面100aを保護した状態で、接合面100b側からスパッタ処理するようにしたので、ノズル孔11の吐出口縁部11dを境にして、ノズル孔11の内壁11cを確実に親水化することができる。
ここでは、電極基板3にシリコン基材200を接合した後、そのシリコン基材200からキャビティ基板2を製造する方法について、図10、図11を用いて説明する。
そして、凹部32の底部に、例えばスパッタによりITO(Indium Tin Oxide)からなる個別電極31を形成する。
その後、ドリル等によってインク供給孔34となる孔部34aを形成することにより、電極基板3が作製される。
その後、シリコン基材200を水酸化カリウム水溶液等でエッチングして、図11(e)に示すように、吐出室24となる凹部240、オリフィス23となる凹部230、及びリザーバ25となる凹部250を形成する。このとき、配線のための電極取り出し部となる部分29aもエッチングして薄板化しておく。なお、図11(e)のウェットエッチングの工程では、例えば初めに35重量%の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後、3重量%の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。これにより、振動板22の面荒れを抑制することができる。
そして最後に、このキャビティ基板2に、前述のようにして作製されたノズル基板1を接着剤等により接合することにより、図2に示したインクジェットヘッド10の本体部が作製される。
図12は、実施の形態1に係るインクジェットヘッド10を搭載したインクジェット記録装置を示す斜視図である。図12に示すインクジェット記録装置400は、インクジェットプリンタであり、実施の形態1のインクジェットヘッド10を搭載しているため、吐出液に対する耐久性が向上し、また、耐吐出液保護膜13と撥水膜14との密着性も良いので、液滴吐出が安定し、高品質の印字が可能である。
なお、実施の形態1に係るインクジェットヘッド10は、図12に示すインクジェットプリンタの他に、液滴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の製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
Claims (1)
- 液滴を吐出するためのノズル孔を有し、
前記ノズル孔の内壁から前記ノズル孔における液滴吐出側とは反対側の面にかけて、タンタル酸化物またはニオブ酸化物からなる第1の保護膜が連続して形成し、
前記ノズル孔の液滴吐出側の面から前記ノズル孔の内壁まで前記タンタル酸化物またはニオブ酸化物からなり、かつ前記第1の保護膜と同一の材料の組み合わせとなる前記第2の保護膜を連続して形成し、
前記第1の保護膜と前記第2の保護膜とは、前記ノズル孔の内壁において前記第2の保護膜が前記第1の保護膜の上になるようにして積層し、
前記第2の保護膜の上にフッ素含有有機ケイ素化合物からなる撥水膜を形成したシリコン製ノズル基板を備えた液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
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