JP5657328B2 - インクジェットヘッドの製造方法およびインクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明はインクジェットヘッドの製造方法およびインクジェットヘッドに係り、特に、ノズル開口に精度良く微細な段差（ザグリ）を形成することができるインクジェットヘッドの製造方法およびインクジェットヘッドに関する。

インクジェット記録装置で用いられるインクジェットヘッドでは、ノズルプレート表面のノズル近傍を保護するため、微細な段差（ザグリ）を形成している。ザグリ部を設けることにより、メンテナンスによるワイピング時や、紙ジャムによりノズル近傍に生じるキズなどを防止し、インクの吐出安定性を図っている。

このようなザグリ部を有するノズルプレートの製造方法として、例えば、下記の特許文献１および２には、ドライエッチングによりノズル孔を形成した後、ウェットエッチングによりザグリ部を形成する方法が記載されている。また、特許文献３には、エッチングによりザグリ部を形成した後、ザグリ部を形成したシリコン基板の反対側のシリコン基板のザグリ部に対応する位置に、エッチングによりノズルを形成する方法が記載されている。

特開２００９−２４８４４４号公報 特開２００６−７６１０６号公報 特開２００８−６８４９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている方法では、ノズルエッジとなる部分にエッチングストップ層が無いため、エッチング時のノズル長がばらつくという問題があった。また、犠牲基板を用いているため、プロセスが複雑であった。特許文献２についても、同様に、エッチングストップ層を設けていないため、エッチング時のノズル長がばらつくという問題があった。

また、特許文献１〜３に記載のインクジェットヘッドのザグリ構造は、ノズル孔から吐出方向に広がるように開口している、あるいは、ノズル孔から真っ直ぐに開口しているため、ザグリ部に付着したゴミ、増粘したインクがワイピングにより掻き出され、ノズル表面あるいは別のノズル内部に再付着するといった問題があった。また、ノズルに対して、ザグリ部の構造が大きいため、ノズル近傍をきれいにワイピングすることができていなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、長期信頼性を確保できる高精度なインクジェットヘッドの製造方法、および、インクジェットヘッドを提供する。

本発明の請求項１は前記目的を達成するために、凹部を有する第１のシリコン基板と、ＳｉＯ_２層を備える平滑な第２のシリコン基板と、を前記第１のシリコン基板の前記凹部側と、前記第２のシリコン基板の前記ＳｉＯ_２層側で貼りあわせ、Ｓｉ−ＳｉＯ_２接合体を形成する工程と、前記第２のシリコン基板の非接合側から前記第１のシリコン基板の凹部に対応した位置に、エッチングによりノズル穴部を形成する工程と、前記第２のシリコン基板に設けられたＳｉＯ_２層で前記第１のシリコン基板と接していないＳｉＯ_２層を、前記第２のシリコン基板側からエッチングにより除去する工程と、前記第１のシリコン基板と前記第２のシリコン基板とを加熱し、前記第１のシリコン基板と前記第２のシリコン基板との露出部に、前記ＳｉＯ_２層より膜厚の薄い熱酸化膜を形成する工程と、前記第１のシリコン基板を除去する工程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法を提供する。

請求項１によれば、第２のシリコン基板に形成されているＳｉＯ_２層において、第１のシリコン基板の凹部に対応する位置のＳｉＯ_２層を除去し、その部分にＳｉＯ_２層より膜厚の薄い熱酸化膜を形成している。したがって、ＳｉＯ_２層と熱酸化膜の膜厚の差によって微細な段差（ザグリ）を形成することができるので、ノズル近傍の、紙ジャムやワイピングによる耐性を向上させることができるので、キズによる吐出不良を改善することができる。

また、ノズル穴部を形成後、ＳｉＯ_２層を除去することでノズル孔を形成する際、第２のシリコン基板側（ヘッドの流路側）からエッチングにより除去しているため、ノズルプレートの表面とノズル穴部との位置の調整を行なう必要がない。したがって、ノズル孔を精度良く形成することができる。

請求項２は請求項１において、前記ノズル穴部に連通する流路が形成された流路構造体を別工程で製造し、前記熱酸化膜を形成する工程の後、前記第２のシリコン基板の前記非接合側に前記流路構造体を接合する工程と、を有することを特徴とする。

請求項２によれば、別工程で圧力構造体を製造し接合することで、容易にインクジェットヘッドを製造することができる。

請求項３は請求項１または２において、前記ノズル穴部を形成する工程は、ＫＯＨによるウェットエッチングにより行なうことを特徴とする。

請求項３によれば、ＫＯＨによるウェットエッチングにより第２のシリコン基材にノズル穴部を形成しているので、簡便に精度良く形成することができる。

請求項４は請求項１から３いずれか１項において、前記ＳｉＯ_２層を除去する工程は、前記第１のシリコン基板に形成された前記凹部に対応するＳｉＯ_２層のすべてを除去することを特徴とする。

請求項４によれば、第１のシリコン基板の凹部に対応するＳｉＯ_２層のすべてを除去しているので、精度良くＳｉＯ_２層を除去することができる。また、凹部の形状に依存してＳｉＯ_２層を残すことができる。

請求項５は請求項２または４いずれか１項において、前記流路構造体に熱酸化膜が形成されていることを特徴とする。

請求項５によれば、流路構造体に熱酸化膜が形成されているため、第２のシリコン基板に形成された酸化膜とで、ＳｉＯ_２−ＳｉＯ_２結合をすることができる。したがって、より強度な結合とすることができる。

請求項６は請求項１から５いずれか１項において、前記第１のシリコン基板を除去する工程の後、前記ＳｉＯ_２層上、前記熱酸化膜上、前記ノズル穴部、および、前記流路構造体内部に撥水膜を形成する工程と、前記ＳｉＯ_２層上および前記熱酸化膜上の前記撥水膜上に保護部材を形成する工程と、前記ノズル穴部および前記流路構造体内部の前記撥水膜を除去する工程と、前記保護部材を除去する工程と、を有することを特徴とする。

請求項６によれば、ＳｉＯ_２層上および熱酸化膜上に撥水膜を形成することができる。ＳｉＯ_２は撥水膜と化学的に強固に接合し、密着性を向上させることができる。また、撥水膜の成膜後、保護膜を形成し、ノズル内面に形成された撥水膜の除去を行なうといった従来の撥水膜の形成プロセスを用いて撥水膜の除去を行なうことができる。

請求項７は請求項６において、前記撥水膜を除去する工程は、プラズマ処理により行われることを特徴とする。

請求項７によれば、プラズマ処理により撥水膜を除去することで、容易に行なうことができる。

請求項８は請求項１から７いずれか１項において、前記ＳｉＯ_２層の膜厚が０．１〜１０μｍであり、前記熱酸化膜の膜厚が、２００ｎｍ〜１μｍであることを特徴とする。

本発明によれば、ＳｉＯ_２層と熱酸化膜の膜厚の差により、ザグリ部を形成している。ＳｉＯ_２層の膜厚と熱酸化膜の膜厚は上記範囲とすることが好ましい。

本発明の請求項９は前記目的を達成するために、インクを吐出するノズル孔を有するノズルプレートと、前記ノズル孔に流路を介して繋がる圧力室と、前記圧力室の前記インクに圧力を加える駆動素子と、を備える流路構造体と、からなり、前記ノズルプレート表面には、前記ノズル孔近傍に熱酸化膜が形成されており、前記熱酸化膜の外側にＳｉＯ _２ 層が形成されており、前記ノズルプレート表面は、前記ノズル孔近傍が凹んだザグリ部を備え、前記ザグリ部は、前記熱酸化膜が前記ＳｉＯ _２ 層より膜厚が薄いことにより形成されており、前記ザグリ部は、インクの吐出方向に対して、開口が狭くなるテーパー形状であることを特徴とするインクジェットヘッドを提供する。

請求項９によれば、ノズルプレート表面に形成されたザグリ部は、インクの吐出方向に対して開口が狭くなるテーパー形状となっているため、増粘したミストインク、付着物などをテーパー部でトラップすることができる。これにより、メンテナンス時におけるワイピングなどによってミストインク、付着物が描き出されノズル表面、または、他のザグリ部に再付着することを防止することができる。したがって、長期にわたり、吐出安定性を維持することができる。

また、ザグリ部は、熱酸化膜がＳｉＯ _２ 層より膜厚が薄いことにより形成されているので、研磨、エッチングなどの精度を必要とせず、ザグリ部の段差を形成することができる。

請求項１０は請求項９において、前記テーパー形状のテーパー角度が３０°以上７０°以下であることを特徴とする。

請求項１１は請求項９または１０において、前記ザグリ部の段差が０．１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする。

請求項１０および請求項１１によれば、ザグリ部のテーパー形状のテーパー角度、および、ザグリ部の段差を上記範囲とすることにより、より効果的に異物のトラップとしての効果を発揮することができる。
請求項１２は請求項９から１１いずれか１項において、前記ザグリ部は、前記ノズル孔から５０μｍから３００μｍの範囲に形成されていることを特徴とする。

本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、ノズルプレートに最初に形成されているＳｉＯ_２層と製造工程中に形成される熱酸化膜との厚みの差で微細な段差（ザグリ）を有するインクジェットヘッドを形成することができる。ザグリ部を微細な形状とすることで、ザグリ部にインクたまりが生じることを防止することができる。また、製造されたインクジェットヘッドのザグリ部は、ノズルから吐出方向に向かって狭まる逆テーパー構造となっているため、ノズル近傍のミズトが増粘したインク、付着物などを、ワイピング時にテーパー部でトラップすることができるので、長期の信頼性を確保することができる。

インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。 インクジェットヘッドの構造例を示す平面透視図である。 図２中ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 インクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。 インクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。 インクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。

以下、添付図面に従って、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法およびインクジェットヘッドの好ましい実施の形態について説明する。

＜インクジェット記録装置の全体構成＞
まず、本発明のインクジェットヘッドを備えるインクジェット記録装置について説明する。

図１は、インクジェット記録装置の構成図である。このインクジェット記録装置１００は、描画部１１６の圧胴（描画ドラム１７０）に保持された記録媒体１２４（便宜上「用紙」と呼ぶ場合がある。）にインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙから複数色のインクを打滴して所望のカラー画像を形成する圧胴直描方式のインクジェット記録装置であり、インクの打滴前に記録媒体１２４上に処理液（ここでは凝集処理液）を付与し、処理液とインク液を反応させて記録媒体１２４上に画像形成を行なう２液反応（凝集）方式が適用されたオンデマンドタイプの画像形成装置である。

図示のように、インクジェット記録装置１００は、主として、給紙部１１２、処理液付与部１１４、描画部１１６、乾燥部１１８、定着部１２０、および排出部１２２を備えて構成される。

（給紙部）
給紙部１１２は、記録媒体１２４を処理液付与部１１４に供給する機構であり、当該給紙部１１２には、枚葉紙である記録媒体１２４が積層されている。給紙部１１２には、給紙トレイ１５０が設けられ、この給紙トレイ１５０から記録媒体１２４が一枚ずつ処理液付与部１１４に給紙される。

（処理液付与部）
処理液付与部１１４は、記録媒体１２４の記録面に処理液を付与する機構である。処理液は、描画部１１６で付与されるインク中の色材（本例では顔料）を凝集させる色材凝集剤を含んでおり、この処理液とインクとが接触することによって、インクは色材と溶媒との分離が促進される。

図１に示すように、処理液付与部１１４は、給紙胴１５２、処理液ドラム１５４、および処理液塗布装置１５６を備えている。処理液ドラム１５４は、記録媒体１２４を保持し、回転搬送させるドラムである。処理液ドラム１５４は、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１５５を備え、この保持手段１５５の爪と処理液ドラム１５４の周面の間に記録媒体１２４を挟み込むことによって記録媒体１２４の先端を保持できるようになっている。

処理液ドラム１５４の外側には、その周面に対向して処理液塗布装置１５６が設けられる。処理液塗布装置１５６は、処理液が貯留された処理液容器と、この処理液容器の処理液に一部が浸漬されたアニックスローラと、アニックスローラと処理液ドラム１５４上の記録媒体１２４に圧接されて計量後の処理液を記録媒体１２４に転移するゴムローラとで構成される。この処理液塗布装置１５６によれば、処理液を計量しながら記録媒体１２４に塗布することができる。

処理液付与部１１４で処理液が付与された記録媒体１２４は、処理液ドラム１５４から中間搬送部１２６を介して描画部１１６の描画ドラム１７０へ受け渡される。

（描画部）
描画部１１６は、描画ドラム（第２の搬送体）１７０、用紙抑えローラ１７４、およびインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙを備えている。描画ドラム１７０は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１７１を備える。描画ドラム１７０に固定された記録媒体１２４は、記録面が外側を向くようにして搬送され、この記録面にインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙからインクが付与される。

インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙはそれぞれ、記録媒体１２４における画像形成領域の最大幅に対応する長さを有するフルライン型のインクジェット方式の記録ヘッド（インクジェットヘッド）とすることが好ましい。インク吐出面には、画像形成領域の全幅にわたってインク吐出用のノズルが複数配列されたノズル列が形成されている。各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙは、記録媒体１２４の搬送方向（描画ドラム１７０の回転方向）と直交する方向に延在するように設置される。

描画ドラム１７０上に密着保持された記録媒体１２４の記録面に向かって各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙから、対応する色インクの液滴が吐出されることにより、処理液付与部１１４で予め記録面に付与された処理液にインクが接触し、インク中に分散する色材（顔料）が凝集され、色材凝集体が形成される。これにより、記録媒体１２４上での色材流れなどが防止され、記録媒体１２４の記録面に画像が形成される。

描画部１１６で画像が形成された記録媒体１２４は、描画ドラム１７０から中間搬送部１２８を介して乾燥部１１８の乾燥ドラム１７６へ受け渡される。

（乾燥部）
乾燥部１１８は、色材凝集作用により分離された溶媒に含まれる水分を乾燥させる機構であり、図１に示すように、乾燥ドラム１７６、および溶媒乾燥装置１７８を備えている。

乾燥ドラム１７６は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１７７を備え、この保持手段１７７によって記録媒体１２４の先端を保持できるようになっている。

溶媒乾燥装置１７８は、乾燥ドラム１７６の外周面に対向する位置に配置され、複数のハロゲンヒータ１８０と、各ハロゲンヒータ１８０の間にそれぞれ配置された温風噴出しノズル１８２とで構成される。

乾燥部１１８で乾燥処理が行われた記録媒体１２４は、乾燥ドラム１７６から中間搬送部１３０を介して定着部１２０の定着ドラム１８４へ受け渡される。

（定着部）
定着部１２０は、定着ドラム１８４、ハロゲンヒータ１８６、定着ローラ１８８、およびインラインセンサ１９０で構成される。定着ドラム１８４は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１８５を備え、この保持手段１８５によって記録媒体１２４の先端を保持できるようになっている。

定着ドラム１８４の回転により、記録媒体１２４は記録面が外側を向くようにして搬送され、この記録面に対して、ハロゲンヒータ１８６による予備加熱と、定着ローラ１８８による定着処理と、インラインセンサ１９０による検査が行われる。

定着部１２０によれば、乾燥部１１８で形成された薄層の画像層内の熱可塑性樹脂微粒子が定着ローラ１８８によって加熱加圧されて溶融されるので、記録媒体１２４に固定定着させることができる。また、定着ドラム１８４の表面温度を５０℃以上に設定することで、定着ドラム１８４の外周面に保持された記録媒体１２４を裏面から加熱することによって乾燥が促進され、定着時における画像破壊を防止することができるとともに、画像温度の昇温効果によって画像強度を高めることができる。

また、インク中にＵＶ硬化性モノマーを含有させた場合は、乾燥部で水分を充分に揮発させた後に、ＵＶ照射ランプを備えた定着部で、画像にＵＶを照射することで、ＵＶ硬化性モノマーを硬化重合させ、画像強度を向上させることができる。

（排出部）
図１に示すように、定着部１２０に続いて排出部１２２が設けられている。排出部１２２は、排出トレイ１９２を備えており、この排出トレイ１９２と定着部１２０の定着ドラム１８４との間に、これらに対接するように渡し胴１９４、搬送ベルト１９６、張架ローラ１９８が設けられている。記録媒体１２４は、渡し胴１９４により搬送ベルト１９６に送られ、排出トレイ１９２に排出される。

また、図には示されていないが、本例のインクジェット記録装置１００には、上記構成の他、各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙにインクを供給するインク貯蔵／装填部、処理液付与部１１４に対して処理液を供給する手段を備えるとともに、各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙのクリーニング（ノズル面のワイピング、パージ、ノズル吸引等）を行なうヘッドメンテナンス部や、用紙搬送路上における記録媒体１２４の位置を検出する位置検出センサ、装置各部の温度を検出する温度センサなどを備えている。

なお、図１においてはドラム搬送方式のインクジェット記録装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、ベルト搬送方式のインクジェット記録装置などにおいても用いることができる。

〔インクジェットヘッドの構造〕
次に、インクジェットヘッド１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙの構造について説明する。なお、各インクジェットヘッド１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙの構造は共通しているので、以下では、これらを代表して符号２５０によってヘッドを示すものとする。

図２（ａ）は、インクジェットヘッド２５０の構造例を示す平面透視図であり、図２（ｂ）は、インクジェットヘッド２５０の他の構造例を示す平面透視図である。図３は、インク室ユニットの立体的構成を示す断面図（図２（ａ）中、IV−IV線に沿う断面図）である。

記録紙面上に形成されるドットピッチを高密度化するためには、インクジェットヘッド２５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のインクジェットヘッド２５０は、図２（ａ）に示すように、インク滴の吐出孔であるノズル２５１と、各ノズル２５１に対応する圧力室２５２などからなる複数のインク室ユニット２５３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙搬送方向と直交する主走査方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。

紙搬送方向と略直交する方向に記録媒体１２４の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図２（ａ）の構成に代えて、図２（ｂ）に示すように、複数のノズル２５１が２次元に配列された短尺のヘッドブロック（ヘッドチップ）２５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録媒体１２４の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。また、図示は省略するが、短尺のヘッドを一列に並べてラインヘッドを構成してもよい。

図３に示すように、各ノズル２５１は、インクジェットヘッド２５０のインク吐出面２５０ａを構成するノズルプレート２６０に形成されている。ノズルプレート２６０は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、石英ガラスのようなシリコン系材料、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕまたはこれらを含む合金のような金属系材料、アルミナ、酸化鉄のような酸化物材料、カーボンブラック、グラファイトのような炭素系材料、ポリイミドのような樹脂系材料で構成されている。

ノズルプレート２６０の表面（インク吐出側の面）には、インクに対して撥液性を有する撥水膜２６２が形成されており、インクの付着防止が図られている。

各ノズル２５１に対応して設けられている圧力室２５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル２５１と供給口２５４が設けられている。各圧力室２５２は供給口２５４を介して共通流路２５５と連通されている。共通流路２５５はインク供給源たるインク供給タンク（不図示）と連通しており、該インク供給タンクから供給されるインクは共通流路２５５を介して各圧力室２５２に分配供給される。

圧力室２５２の天面を構成し共通電極と兼用される振動板２５６には個別電極２５７を備えた圧電素子２５８が接合されており、個別電極２５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子２５８が変形してノズル２５１からインクが吐出される。インクが吐出されると、共通流路２５５から供給口２５４を通って新しいインクが圧力室２５２に供給される。

なお、ノズルの配置構造は図示の例に限定されず、副走査方向に１列のノズル列を有する配置構造など、様々なノズル配置構造を適用できる。

また、ライン型ヘッドによる印字方式に限定されず、記録媒体１２４の幅方向（主走査方向）の長さに満たない短尺のヘッドを記録媒体１２４の幅方向に走査させて当該幅方向の印字を行い、１回の幅方向の印字が終わると記録媒体１２４を幅方向と直交する方向（副走査方向）に所定量だけ移動させて、次の印字領域の記録媒体１２４の幅方向の印字を行い、この動作を繰り返して記録媒体１２４の印字領域の全面にわたって印字を行なうシリアル方式を適用してもよい。

＜インクジェットヘッドの製造方法＞
図４〜図６は本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法である。

（工程１）：まず、図４（ａ）に示すように、ハンドル層に相当する第１のシリコン基板１２に、ノズルプレート形成後のザグリ部に該等する位置に凹部１４を形成する。凹部１４の形成方法としては、特に限定されず、例えば、ウェットエッチングにより形成することができる。

（工程２）：次に図４（ｂ）に示すように、表面に熱酸化法で形成された酸化膜（ＳｉＯ_２）１８を有する第２のシリコン基板１６を、第１のシリコン基板１２に接合する。第１のシリコン基板１２と第２のシリコン基板１６の接合は、酸化膜１８が第１のシリコン基板１２と第２のシリコン基板１６の間に設けられるように接合する。第２のシリコン基板の１６の厚みは、１０〜３００μｍの範囲であることが好ましく、本実施形態においては約２０μｍであった。また、酸化膜１８の厚みは０．１〜１０μｍとすることが好ましく、本実施形態においては２μｍであった。

（工程３）：次に図４（ｃ）に示すように、第２のシリコン基板１６を異方性ウェットエッチングする。当該エッチング処理の工程では、酸化膜１８が、ストッパー（エッチングストップ層）となる。エッチング液としては、例えば、ＫＯＨ水溶液を好適に用いることができる。このようにして、流路断面積が次第に小さくなり先細り（テーパー）形状のノズル穴部２０を形成することができる。なお、本工程においては、ウェットエッチングに限定されず、ドライエッチングにより行なうこともできる。

（工程４）：次に図４（ｄ）に示すように、ノズル穴部２０および凹部１４に形成されている酸化膜１８を除去する。酸化膜１８の除去は、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより行なうことができる。ウェットエッチングで用いるエッチング液としては、フッ酸溶液を用いることができる。

工程４において、ノズル穴部２０に形成されている酸化膜１８を除去することにより、ノズル孔が形成される。本実施形態においては、酸化膜１８の除去をノズル内部からのエッチングにより除去を行なっているため、ノズル孔を精度良く形成することができる。例えば、ノズル孔の形成をインクジェットヘッドの製造の最終段階で行なう場合、ノズルプレートの表面側からエッチングにより除去する場合がある。この場合、ノズル孔の位置とマスクの位置とを、ノズルプレート表面側からアライメントする必要があり、位置ずれにより吐出ばらつきが発生する場合がある。ノズル内部からエッチングにより除去することで、精度良くノズル孔を形成することができ、吐出ばらつきを低減することができる。

また、酸化膜１８は、工程１で形成される凹部１４に対応する酸化膜１８が除去される。この場合、凹部１４の形状に依存して酸化膜１８が除去される。本実施形態においては、図４（ａ）で示すように、第１のシリコン基板１２の外側から内側にいくにつれ、開口が狭くなる形状としているため、工程４で残る酸化膜１８の形状を、凹部１４の形状に依存した第１のシリコン基板１２側に狭まる形状とすることができる。

（工程５）：工程４の後、基板の洗浄を行い、図５（ｅ）に示すように、第１のシリコン基板１２および第２のシリコン基板１６の露出面に熱酸化膜２２を形成する。この工程により、ノズル穴部２０の内側側面に流路保護用のインク耐性の高い熱酸化膜２２が形成される。また、凹部１４の内側にも熱酸化膜２２が形成される。熱酸化膜２２を形成する方法としては、例えば、基板全体を１１００℃程度の酸化炉で熱処理することで行なうことができる。熱酸化膜２２の膜厚は２００ｎｍ〜１μｍの範囲とすることが好ましく、本実施形態においては、２００ｎｍであった。また、他の方法として、湿式熱酸化プロセスにより行なうこともできる。湿式熱酸化プロセスは、熱酸化膜で被覆する部材の上に、気化した水を循環させる方法であり、約８００℃〜１０００℃の温度で、３０分〜５時間行なうことにより熱酸化膜２２を形成することができる。なお、図示の便宜上、各シリコン層および各酸化膜層の膜厚は適宜修正して描いており、実際の膜厚比率を正確に反映したものではない。

（工程６）：次に、図５（ｆ）に示すように、上記の工程１〜５を経て得られたノズルプレート部分の基板（「ノズル基板」という）２４と、別途の工程で作製した流路構造体２６と、を接合する。

流路構造体には、ノズル穴部２０に繋がる流路２８（圧力室、ノズル連通路、共通流路などを含む）が形成されている。また、流路２８内には、全面に流路保護膜用の熱酸化膜３０（ＳｉＯ_２膜）が形成されている。流路構造体２６に熱酸化膜を設けることで、ノズル基板２４と流路構造体２６でＳｉＯ_２−ＳｉＯ_２接合することができるので、より強固な接合をすることができる。

更に、本実施形態の流路構造体には、振動板３２および圧電体膜３４が接合されている。また、図示されていないが、振動板３２と圧電体膜３４との境界面には、共通電極に相当する電極層が形成され、圧電体膜３４層の上面には、各ノズルに対応した圧電素子の上部電極に相当する個別電極がパターニングされている。

このように、流路構造体２６については、ノズル基板２４とは別途の製作工程で、内部流路の形成と圧電素子の形成などを行い、ノズル基板２４と接合できる状態の流路構造体２６を制作しておくものとする。

（工程７）：次に図５（ｇ）に示すように、工程６で接合したノズル基板２４の第１のシリコン基板１２を粗研削加工、ポリッシングを行い、ノズル穴部２０を露出させる。次に、仕上げとして必要に応じて、ＳｉをＳＦ_６などのガスを用いて等方性ドライエッチングで完全に除去し、ノズルプレート表面を酸化膜１８または熱酸化膜２２のＳｉＯ_２層とする。なお、工程７におけるエッチング工程では、酸化膜１８がストッパーとなる。

（工程８）：次に図６（ｈ）に示すように、酸化膜１８、熱酸化膜２２上、および流路２８を含めた面に撥水膜３８を形成する。撥水膜３８を形成する方法としては、例えば、フッ素系撥水材をスピンコータ、ロールコータ、ディッピング、スクリーン印刷、スプレーコータなどで塗布する方法や、真空蒸着やＣＶＤ装置で成膜する方法などを適用することができる。

図５（ｈ）に示すように、酸化膜１８および熱酸化膜２２が、撥水膜３８の下地層になっている。酸化膜１８および熱酸化膜２２であるＳｉＯ_２層は、撥水膜３８と化学的に強固に接着し、密着性を向上させることができる。

（工程９）：撥水膜３８を形成後、図６（ｉ）に示すように、ノズルプレート表面上の撥水膜３８上に保護膜４０を形成する。例えば、保護膜４０として、紫外線硬化樹脂などの樹脂部材や、ノズルプレート表面を覆い保護するような金属性またはセラミックス製の治具、マスキングテープ等の保護テープを用いることができる。好適には、ハンドリング性に優れ、容易に形成・脱離が可能なテープ状の部材が好ましい。具体的には、ノズルプレート表面の撥水膜３８上に当該保護テープを貼り付ければよい。

保護膜４０として、ノズルプレート表面に再剥離型アクリル系粘着剤を有するマスキングテープを好ましく用いることができる。この態様によれば、保護膜４０として、弾性体板を貼付する技術ではなく、マスキングテープを貼り付ける技術を採用しているので生産性を向上させることができる。また、溶剤を用いないので環境負荷の問題が生じず、また、ノズルプレート表面に再剥離型アクリル系粘着剤を有するマスキングテープを用いているのでマスキングテープの剥離が容易であり、この点でも生産性を向上させることができる。

また、保護膜４０として、シリコーンゴムやフッ素ゴムからなる弾性体板や、ドライフィルムを用いる態様もある。但し、弾性体板を用いる態様では、生産性が悪いといった問題がある。また、ドライフィルムを用いる態様では、ノズル内壁面の撥水膜３８を除去した後に酢酸ブチルによってドライフィルムを溶解除去しなければならず、環境負荷の問題がある。保護膜４０として保護テープ（より好ましくは再剥離型アクリル系粘着剤を有するマスキングテープ）を用いることにより、生産性が高く、環境負荷の問題もない。

（工程１０）：次に図６（ｊ）に示すように、インク供給側（インク吐出面とは反対面側）からプラズマ処理を行なう。例えば、特開２００７−２６１０７０号公報明細書に記載されるように、１２０〜１８０Ｗ、流量４５〜１８０Ｗ、流量４５〜７５ｓｃｃｍ、大気圧下でプラズマ化したアルゴンガスで５〜２０秒間のプラズマ処理を行えばよい。これにより、保護膜４０によってマスキングされていない部分の撥水膜３８はプラズマ化したアルゴンガスにより分解され、ノズル内壁面から撥水膜３８を除去することができる。また、プラズマに用いることができるガスは、ヘッド構造体３６への影響が小さく、撥水膜３８の除去が可能であれば良い。例えば、ＡｒやＨｅなどの不活性ガスや、窒素、酸素、または、それらの混合ガスなどがある。特に、酸素を含んだガスによるプラズマ処理の場合、撥水膜３８の除去と同時にノズル内壁面を親液化することができる。

撥水膜３８の除去方法としては、上述したプラズマ処理に限定されず、例えば、紫外線や電子線等のエネルギー線による照射処理やオゾンガス処理（より好ましくは高純度オ
ゾンガス処理）も好適であり、プラズマ処理と同様の効果を得ることができる。

（工程１１）：ノズル穴部２０および流路２８内の撥水膜３８を除去した後、図６（ｋ）に示すように、ノズルプレート表面の撥水膜３８上の保護膜４０を除去する。例えば、保護膜４０として再剥離型アクリル系粘着剤を有するマスキングテープが用いられる場合には、撥水膜３８上に貼り付けられたマスキングテープを容易に剥離することができる。

＜インクジェットヘッド表面の構造＞
このようにして形成されたインクジェットヘッドの表面における、ノズル穴部２０近傍は、第２のシリコン基板１６に設けられた酸化膜１８と、工程５で形成された熱酸化膜２２と、の膜厚の差により段差（ザグリ）が形成され、ノズル近傍がノズルプレート表面よりノズル穴部２０側にへこんだ凹部を形成している。段差は、酸化膜１８と熱酸化膜２２の膜厚の差であるため、０．１μｍ〜１０μｍと微細な段差となっている。したがって、ザグリ部のサイズが、非常に小さいため、メンテナンス時のワイピングによりノズル近傍まで拭き取ることができる。

また、ザグリ部の形状は、図４（ａ）で形成した凹部１４の構造に依存するため、本実施形態においては、ノズル穴部２０から吐出方向に向かって、ザグリ部の開口が狭まる逆テーパー状にザグリ部が形成されている。これにより、増粘したミストインク、付着物などをテーパー部でトラップすることができるので、ワイピング時にミストインク、付着物などが、描き出されることがなく、長期間にわたり、安定してインクの吐出を行なうことができる。テーパー形状のテーパー角度は３０°以上７０°以下とすることが好ましい。上記範囲とすることで、ミストインク、付着物などを効率良くトラップすることができる。

また、ザグリ部を形成する範囲は、ノズル孔から５０μｍから３００μｍの範囲に形成することが好ましい。ザグリ部を広く形成するとワイピング時のキズ防止の効果を得ることができなくなる。

このように、本発明のインクジェットヘッドによれば、微細なザグリ部を設けることで、ノズル近傍においては、ワイピングにより拭き取りながらも、他のノズルプレート表面に比べ、へこんでいるため、キズの発生を防止することができる。また、ザグリ部を逆テーパー形状とすることで、ザグリ部の境目で異物をトラップすることができる。

１２…第１のシリコン基板、１４…凹部、１６…第２のシリコン基板、１８…酸化膜（ＳｉＯ２）、２０…ノズル穴部、２２、３０…熱酸化膜、２４…ノズル基板、２６…流路構造体、２８…流路、３０…熱酸化膜、３２…振動板、３４…圧電体膜、３６…ヘッド構造体、３８…撥水膜、４０…保護膜、１００…インクジェット記録装置、１１２…給紙部、１１４…処理液付与部、１１６…描画部、１１８…乾燥部、１２０…定着部、１２２…排出部、１２４…記録媒体、１５４…処理液ドラム、１５６…処理液塗布装置、１７０…描画ドラム、１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙ…インクジェットヘッド、１７６…乾燥ドラム、１８０…温風噴出しノズル、１８２…ＩＲヒータ、１８４…定着ドラム、１８６…ハロゲンヒータ、１８８…定着ローラ、１９２…排出トレイ、１９６…搬送ベルト

Claims (12)

1. 凹部を有する第１のシリコン基板と、ＳｉＯ_２層を備える平滑な第２のシリコン基板と、を前記第１のシリコン基板の前記凹部側と、前記第２のシリコン基板の前記ＳｉＯ_２層側で貼りあわせ、Ｓｉ−ＳｉＯ_２接合体を形成する工程と、
   前記第２のシリコン基板の非接合側から前記第１のシリコン基板の凹部に対応した位置に、エッチングによりノズル穴部を形成する工程と、
   前記第２のシリコン基板に設けられたＳｉＯ_２層で前記第１のシリコン基板と接していないＳｉＯ_２層を、前記第２のシリコン基板側からエッチングにより除去する工程と、
   前記第１のシリコン基板と前記第２のシリコン基板とを加熱し、前記第１のシリコン基板と前記第２のシリコン基板との露出部に、前記ＳｉＯ_２層より膜厚の薄い熱酸化膜を形成する工程と、
   前記第１のシリコン基板を除去する工程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
2. 前記ノズル穴部に連通する流路が形成された流路構造体を別工程で製造し、
   前記熱酸化膜を形成する工程の後、前記第２のシリコン基板の前記非接合側に前記流路構造体を接合する工程と、を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
3. 前記ノズル穴部を形成する工程は、ＫＯＨによるウェットエッチングにより行うことを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 前記ＳｉＯ_２層を除去する工程は、前記第１のシリコン基板に形成された前記凹部に対応するＳｉＯ_２層のすべてを除去することを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5. 前記流路構造体に熱酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項２から４いずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
6. 前記第１のシリコン基板を除去する工程の後、
   前記ＳｉＯ_２層上、前記熱酸化膜上、前記ノズル穴部、および、前記流路構造体内部に撥水膜を形成する工程と、
   前記ＳｉＯ_２層上および前記熱酸化膜上の前記撥水膜上に保護部材を形成する工程と、
   前記ノズル穴部および前記流路構造体内部の前記撥水膜を除去する工程と、
   前記保護部材を除去する工程と、を有することを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
7. 前記撥水膜を除去する工程は、プラズマ処理により行われることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
8. 前記ＳｉＯ_２層の膜厚が０．１〜１０μｍであり、前記熱酸化膜の膜厚が、２００ｎｍ〜１μｍであることを特徴とする請求項１から７いずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
9. インクを吐出するノズル孔を有するノズルプレートと、
   前記ノズル孔に流路を介して繋がる圧力室と、前記圧力室の前記インクに圧力を加える駆動素子と、を備える流路構造体と、からなり、
   前記ノズルプレート表面には、前記ノズル孔近傍に熱酸化膜が形成されており、前記熱酸化膜の外側にＳｉＯ _２ 層が形成されており、
   前記ノズルプレート表面は、前記ノズル孔近傍が凹んだザグリ部を備え、
   前記ザグリ部は、前記熱酸化膜が前記ＳｉＯ _２ 層より膜厚が薄いことにより形成されており、
   前記ザグリ部は、インクの吐出方向に対して、開口が狭くなるテーパー形状であることを特徴とするインクジェットヘッド。
10. 前記テーパー形状のテーパー角度が３０°以上７０°以下であることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットヘッド。
11. 前記ザグリ部の段差が０．１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項９または１０に記載のインクジェットヘッド。
12. 前記ザグリ部は、前記ノズル孔から５０μｍから３００μｍの範囲に形成されていることを特徴とする請求項９から１１いずれか１項に記載のインクジェットヘッド。

Images