JP5828369B2 - 接合方法及び接合体 - Google Patents

Description

本発明は、凹凸を有する表面を平坦化して接合する方法、及び接合体に関する。

２つの部材（基材）同士を接着する際には、従来、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤等の接着剤を用いて行う方法が多く用いられている。接着剤は、部材の材質によらず、接着性を示すことができる。このため、種々の材料で構成された部材同士を、様々な組み合わせで接着することができる。例えば、インクジェットプリンターが備える液滴吐出ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）は、樹脂材料、金属材料、シリコン系材料等の異種材料で構成された部品同士を、接着剤を用いて接着することにより組み立てられている。このように接着剤を用いて部材同士を接着する際には、液状またはペースト状の接着剤を接着面に塗布し、塗布された接着剤を介して部材同士を貼り合わせる。その後、熱または光の作用により接着剤を硬化させることにより、部材同士を接着する。

ところが、このような接着剤では、以下のような問題がある。
・接着強度が低い。
・寸法精度が低い。
・硬化時間が長いため、接着に長時間を要する。
また、多くの場合、接着強度を高めるためにプライマーを用いる必要があり、そのためのコストと手間が接着工程の高コスト化・複雑化を招いている。

一方、接着剤を用いない固体接合による方法が特許文献１に開示されている。これによると、固体接合は、接着剤等の中間層が介在することなく、部材同士を直接接合している。固体接合によれば、接着剤のような中間層を用いないので、接着剤の厚み方向において寸法精度の高い接合体を得ることができる。

しかしながら、固体接合には、以下のような問題がある。
・接合される部材の材質に制約がある。
・接合プロセスにおいて高温（例えば、７００〜８００℃程度）での熱処理を伴う。
・接合プロセスにおける雰囲気が減圧雰囲気に限られる。
・表面の凹凸に制約がある（例えばＲａで１０ｎｍ以下）。

特開平５−８２４０４号公報

接着された部材に液状体を流動させることがある。このとき、接着面に隙間ができると液状体が漏れることがある。また、部材の形状を形成するとき、部材の材質によっては平滑な面を形成し難いことがある。このようなときにおいても隙間なく部材を接着する必要がある。従って、一方の被着面が平滑でない被着体に対して、密着性が高い接合が可能な方法が求められていた。

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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる接合体は、第１基材の一部にポリシルセスキオキサン膜が設置された第１被着体と、第２基材の一部にシロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含みランダムな原子構造を有するＳｉ骨格と該Ｓｉ骨格に結合するアルキル基とを含むポリオルガノシロキサン膜が設置された第２被着体と、を有し、前記第１基材の前記ポリシルセスキオキサン膜が設置された面は前記第２基材の前記オルガノシロキサン膜が設置された面より表面が粗く、前記第１被着体と前記第２被着体とは、前記ポリシルセスキオキサン膜と前記ポリオルガノシロキサン膜とを介して接合されていることを特徴とする。

尚、Ｓｉはシリコンを示す。本適用例によれば、第１被着体の一部の表面にポリシルセスキオキサン膜が設置されている。従って、第１基材の表面が粗いときにも表面粗さを小さくすることが可能となる。第２基材は第１基材より表面粗さが小さいので、第２被着体の表面粗さは第１基材より小さくなる。そして、ポリシルセスキオキサン膜と平坦なポリオルガノシロキサン膜とが接して配置されている。従って、平坦化されたポリシルセスキオキサンの表面分子とポリオルガノシロキサンの表面分子とが接触する確率が高くなっている。その結果、密着性の高い接合ができる。

［適用例２］上記適用例に記載の接合体において、前記ポリシルセスキオキサン膜は、エポキシ基、ポリエステル基、アクリル基、アルキル基からなる群から選ばれる少なくとも１つ以上の有機成分を有していることが好ましい。

本適用例によれば、エポキシ基、ポリエステル基、アクリル基、アルキル基の有機成分の架橋とシロキサンの重合反応によって液体材料を容易に固体化することができる。従って、被着面の表面が粗いときにも、粗い面を平坦にすることができる。

［適用例３］上記適用例に記載の接合体は、前記ポリオルガノシロキサン膜は、Ｓｉ−Ｈを含み、該ポリオルガノシロキサン膜の赤外吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピーク強度を１としたとき、Ｓｉ−Ｈに帰属するピーク強度が０．００１〜０．２であることが好ましい。

本適用例によれば、ポリオルガノシロキサン膜がＳｉ−Ｈを含んでいる為、規則的なシロキサン骨格が阻害され不規則なシロキサン骨格となる。従って、ポリオルガノシロキサン膜は柔軟性を発現し貼り合せ面に追従してより密着性を高める事が可能となる。赤外吸収スペクトルのピーク強度が０．００１以上のときポリオルガノシロキサン膜は柔軟性を発現する。ピーク強度が０．２を超える場合は、ポリオルガノシロキサン膜が不安定な状態となり、接合面が剥離しやすくなる。その結果、ポリオルガノシロキサン膜の赤外吸収スペクトルのピーク強度が０．００１〜０．２のとき品質良い接合面を得ることができる。

［適用例４］上記適用例に記載の接合体は、前記第２被着体に設置される前記ポリオルガノシロキサン膜を構成する原子からＨ原子を除いたうち、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が、１０〜９０原子％である接合体であることが好ましい。

本適用例によれば、シロキサン骨格以外の有機成分が少なすぎると、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が９０％を超え、殆どＳｉＯ₂に近くなり柔軟性を無くしてしまう。またＳｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が１０％を下回る場合は、基本骨格としてのシロキサンが少くバルクとしての強度が低下してしまう。従って、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が、１０〜９０原子％のとき品質良い接合体を形成することができる。

［適用例５］上記適用例に記載の接合体は、前記第２被着体に設置される前記ポリオルガノシロキサン膜が結晶化しない、もしくは結晶化度が４５％以下である接合体であることが好ましい。

本適用例によればポリオルガノシロキサン膜に含まれる比結晶部分の効果で膜自体が柔軟性を持つことが可能である。従って、接合体は柔軟性を発現し、貼り合せ面に追従してより密着性を高める事ができる。結晶成分が４５％を超えて含まれるような膜の場合、結晶部分の硬さによって膜全体の柔軟性が損なわれ、密着性が低下してしまう。従って、ポリオルガノシロキサン膜の結晶化度を４５％以下にすることにより品質良い接合体を形成することができる。

［適用例６］本適用例にかかる接合方法は、第１基材の一部にポリシルセスキオキサン膜を成膜する第１工程と、前記ポリシルセスキオキサン膜の少なくとも一部の領域にエネルギーを付与し、前記ポリシルセスキオキサン膜の表面の分子結合を切って大気中の水分と反応させることによりシラノール基を発現させる第２工程と、第２基材の一部にポリオルガノシロキサン膜を成膜する第３工程と、前記ポリオルガノシロキサン膜の少なくとも一部の領域にエネルギーを付与し、前記ポリオルガノシロキサン膜に存在するアルキル基をＳｉ骨格から脱離させ、前記ポリオルガノシロキサン膜に接着性を発現させる第４工程と、前記ポリオルガノシロキサン膜と前記ポリシルセスキオキサン膜とを貼り合わせる第５工程と、を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、第２工程にてポリシルセスキオキサン膜にエネルギー付与される。これにより、ポリシルセスキオキサン膜はＳｉ−Ｃ結合が切断されダングリングボンドまたはＳｉ−ＯＨ基となり接着性を発現する。また、第４工程にてポリオルガノシロキサン膜に含まれる有機成分にエネルギー付与される。これにより、ポリオルガノシロキサン膜はＳｉ−Ｃ結合が切れてダングリングボンドを生成する。ポリオルガノシロキサン膜は接着性を発現すると共に、大気中の水分を反応してＳｉ−ＯＨ基となった場合でも接着性を発現する。接着性を発現したポリオルガノシロキサン膜とポリシルセスキオキサン膜は表面に接着性をもつ状態で且つ柔軟性がある。従って、貼りあわせることによって水素結合や共有結合を行い高い接着性を発現する事ができる。

［適用例７］上記適用例に記載の接合方法において、前記ポリシルセスキオキサン膜を成膜する前記第１工程はポリシルセスキオキサン溶液を塗布後、加熱重合を用いて成膜される接合方法であることが好ましい。

本適用例によれば、ポリシルセスキオキサン溶液を塗布した後に加熱している。これにより溶媒を揮発させる工程とポリシルセスキオキサンを重合させる工程とを一度に行う事ができる。従って、単純な工程で液体から成膜することができる。

［適用例８］上記適用例に記載の接合方法において、前記ポリオルガノシロキサン膜はプラズマ重合により成膜されることが好ましい。

本適用例によれば、被着面がプラズマに曝されながらポリオルガノシロキサン膜が成膜される、またプラズマ重合は不規則な分子結合を生成する特性を有する為、ポリオルガノシロキサン膜は柔軟性の高い膜となる。従って、ポリオルガノシロキサン膜の被着体への密着性とポリシルセスキオキサンとの密着性が高くなる。またプラズマ重合により成膜する場合、薄く均一に成膜することが可能となる。従って、微細なパターン形状を有する被着体の形状へ影響を与えることなく成膜が可能となり、高精度な接合をすることができる。

［適用例９］上記適用例に記載の接合方法において、前記エネルギーの付与は、波長１２６ｎｍ〜３００ｎｍの紫外線照射によることが好ましい。

本適用例によれば、波長１２６ｎｍ〜３００ｎｍの紫外線を用いて広い範囲をムラなく、より短時間に処理することができる。このため、プラズマ重合膜表面の活性化をより効率よく行うことができる。また、紫外光には、紫外ランプ等の簡単な設備で発生させることができるという利点もある。

［適用例１０］上記適用例に記載の接合方法において、前記エネルギーの付与は、プラズマ放電によることが好ましい。

本適用例によれば、プラズマ放電を用いてエネルギーの付与を行っている。従って、接合膜の最表面のみを処理することができる。その結果、成膜した膜質を著しく低下させる事無く活性化することができる。

［適用例１１］上記適用例に記載の接合方法において、前記エネルギーの付与は、コロナ放電によることが好ましい。

本適用例によれば、コロナ放電を用いてエネルギーの付与を行っている。従って、大気圧下でスキャンによる表面処理が可能である為、非常に簡単にエネルギーを付与することができる。単純な機構の装置でエネルギーが付与できる。

実施形態１にかかわり、（ａ）は、接合体の構造を示す模式断面図、（ｂ）は製造工程を示すフローチャート。 接合の工程を説明するための模式図。 実施形態２にかかわり、（ａ）は、インクジェット式記録ヘッドを示す概略分解斜視図。（ｂ）は、インクジェット式記録ヘッドの構成を示す模式断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（実施形態１）
図１は、接合体の構造を示す模式断面図である。である。まず、接合体の概略構成について説明する。接合体１００は、表面粗さＲａが１０ｎｍ以上ある第１基材１を備えている。第１基材１上にはポリシルセスキオキサン膜３が設置され、ポリシルセスキオキサン膜３と重ねてポリオルガノシロキサン膜４が設置されている。ポリオルガノシロキサン膜４はシロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含みランダムな原子構造を有するＳｉ骨格と該Ｓｉ骨格に結合するアルキル基とを含んだ膜となっている。

そして、ポリオルガノシロキサン膜４上に第２基材２が重ねて設置されている。第２基材２の表面粗さＲａは１０ｎｍ未満で表面に形状がパターニングされている。従って、第１基材１と第２基材２とがポリシルセスキオキサン膜３及びポリオルガノシロキサン膜４を挟んで配置されている。第１基材１にポリシルセスキオキサン膜３が設置された部分を第１被着体１５とする。そして、第２基材２にポリオルガノシロキサン膜４が設置された部分を第２被着体１６とする。

図１（ｂ）は製造工程を示すフローチャートである。次に、製造工程を説明する。図１（ｂ）に示すように、まず、ステップＳ１の第１工程において、第１基材１を用意し、第１基材１の表面上にポリシルセスキオキサン膜３を成膜する。次に、ステップＳ２の第２程において、ポリシルセスキオキサン膜の表面を活性化する。次にステップＳ５に移行する。ステップＳ１及びステップＳ２とステップＳ３及びステップＳ４とは並行して行われる。ステップＳ３の第３工程において、第２基材２を用意し、第２基材２の表面上にポリオルガノシロキサン膜４を成膜する。次に、ステップＳ４の第４工程において、ポリオルガノシロキサン膜４の表面を活性化させる。続いて、ステップＳ５の第５工程において、活性化させたポリシルセスキオキサン膜３と活性化させたポリオルガノシロキサン膜４との表面とが接触するように、第１基材１と第２基材２とを常温で貼り合わせて接合体１００が完成する。

以下、各工程について順次詳細に説明する。図２は、接合の工程を説明するための模式図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）はステップＳ１の第１工程に対応する図である。図２（ａ）に示すように、まず、第１基材１を用意する。第１基材１において、第２基材２と接合する予定の側の面を第１接合面１ａとする。第１接合面１ａは表面粗さが粗い面となっている。第１基材１の構成材料は、特に限定されないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレートのような樹脂材料、ステンレス鋼、アルミニウム、タンタル、チタン、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）のような金属材料、アルミナのようなセラミックス材料、またはこれらの材料の１種または２種以上を組み合わせた複合材料等が挙げられる。

次に、第１基材１上にポリシルセスキオキサン溶液を塗布する。そして、ポリシルセスキオキサン溶液は、エポキシ基、ポリエステル基、アクリル基、アルキル基のうちの少なくとも１つ以上の有機成分を有するのが好ましい。エポキシ基、ポリエステル基、アクリル基、アルキル基の有機成分の架橋とシロキサンの重合反応によって液体材料を容易に固体化することができる。従って、第１基材１の表面が粗いときにも、粗い面を平坦にする効果を得ることができる。

ポリシルセスキオキサン溶液を塗布する方法はスピンコート法やインクジェット法、オフセット印刷法等の各種の方法を用いることができる。次に、図２（ｂ）に示すようにポリシルセスキオキサン溶液を加熱する。そして、ポリシルセスキオキサン溶液が加熱重合することにより、ポリシルセスキオキサン膜３が形成される。ポリシルセスキオキサン膜３は固化するときに表面張力の作用により表面が平滑な面となっている。

図２（ｄ）〜図２（ｇ）はステップＳ３の第３工程に対応する図である。図２（ｄ）に示すように、まず、第２基材２を用意する。第２基材２には所定の溝部２ａが形成されている。第２基材２の構成材料は、特に限定されないが、第１基材１と同様な材料を用いることができる。第２基材２において第１基材１と接合する予定の側の面を第２接合面２ｂとする。

次に、図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示すように、第２接合面２ｂ面に、プラズマ重合させてポリオルガノシロキサン膜４を形成する。これにより、第２基材２とポリオルガノシロキサン膜４とを有する第２被着体１６を形成する。ポリオルガノシロキサン膜４は、強電界中に、原料ガスとキャリアガスとの混合ガスを供給することにより、原料ガス中の分子を重合して得ることができる。

原料ガスとしては、例えば、メチルシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、メチルフェニルシロキサンのようなオルガノシロキサン、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、トリメチル亜鉛、トリエチル亜鉛のような有機金属系化合物、各種炭化水素系化合物、各種フッ素系化合物等が挙げられる。

また、ポリオルガノシロキサンの中でも、特に、オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするものが好ましい。オクタメチルトリシロキサンの重合物を主成分とするプラズマ重合膜は、接着性に特に優れることから、本実施形態の接合方法において、特に好適に用いられるものである。また、オクタメチルトリシロキサンを主成分とする原料は、常温で液状をなし、適度な粘度を有するため、取り扱いが容易であるという利点もある。

また、ポリオルガノシロキサンは、Ｓｉ−Ｈ結合を含んでいるのが好ましい。このＳｉ−Ｈ結合を適度に含んだポリオルガノシロキサンにおいては、Ｓｉ−Ｈ結合がシロキサン結合の生成が規則的に行われるのを阻害すると考えられる。これにより、シロキサン結合は、Ｓｉ−Ｈ結合を避けるように形成されることとなり、ポリオルガノシロキサン中のＳｉ骨格の規則性が低下する。その結果、ポリオルガノシロキサンを主材料とするポリオルガノシロキサン膜４は、結晶性が低いものとなる。

第２被着体１６に設置されるポリオルガノシロキサン膜４が結晶化しない、もしくは結晶化度が４５％以下である接合体であることが好ましい。このとき、ポリオルガノシロキサン膜４に含まれる比結晶部分の効果で膜自体が柔軟性を持つことが可能である。従って、接合体は柔軟性を発現し、貼り合せ面に追従してより密着性を高める事ができる。結晶成分が４５％を超えて含まれるような膜の場合、結晶部分の硬さによって膜全体の柔軟性が損なわれ、密着性が低下してしまう。従って、ポリオルガノシロキサン膜４の結晶化度が４５％以下にすることにより品質良い接合体１００を形成することができる。

このような結晶性の低いプラズマ重合膜は、結晶材料特有の結晶粒界における転位やズレ等の欠陥が生じ難くなる。このため、ポリオルガノシロキサン膜４自体が接合強度、耐薬品性及び寸法精度の高いものとなり、最終的に得られる接合体においても、接合強度、耐薬品性及び寸法精度の高いものが得られる。

一方、ポリオルガノシロキサン中のＳｉ−Ｈ結合の含有率が多ければ多いほど前述したポリオルガノシロキサン膜４の特性が向上するわけではなく、Ｓｉ−Ｈ結合の含有率は所定の範囲内にあるのが好ましい。すなわち、ポリオルガノシロキサンの赤外光吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピークの強度を１としたとき、Ｓｉ−Ｈ結合に帰属するピークの強度は、０．００１〜０．２程度であるのが好ましく、０．００２〜０．０５程度であるのがより好ましく、０．００５〜０．０２程度であるのがさらに好ましい。Ｓｉ−Ｈ結合のシロキサン結合に対する割合が前記範囲内であることにより、シロキサン結合によってポリシルセスキオキサン膜３の骨格部分が構築され、これにより膜強度が高くなる作用と、Ｓｉ−Ｈ結合によるポリオルガノシロキサンの結晶性低下の作用とを、高度に両立することができる。その結果、ポリオルガノシロキサン膜４は、接合強度、耐薬品性及び寸法精度において特に優れたものとなる。

ポリオルガノシロキサン膜４を構成する全原子からＨ原子を除いたうち、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が、１０〜９０原子％である接合体であることが好ましい。シロキサン骨格以外の有機成分が少なすぎると、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が９０％を超え、殆どＳｉＯ₂に近くなり柔軟性を無くしてしまう。またＳｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が１０％を下回る場合は、基本骨格としてのシロキサンが少くバルクとしての強度が低下してしまう。従って、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が、１０〜９０原子％のとき品質良い接合体１００を形成することができる。

また、ステップＳ４の第４工程においてポリオルガノシロキサンに活性化処理を施す。これより、ポリシルセスキオキサン膜３から脱離基が脱離する。この脱離基は、ポリオルガノシロキサン中のＳｉ骨格から脱離する。これによって、ポリオルガノシロキサン膜４に活性手を生じさせるよう振る舞うものである。したがって、脱離基には、エネルギーを付与されることによって、比較的簡単に、かつ均一に脱離するものの、エネルギーが付与されないときには、脱離しないようＳｉ骨格に確実に結合しているものである必要がある。

このような脱離基としては、例えば、Ｈ原子、Ｂ原子、Ｃ原子、Ｎ原子、Ｏ原子、Ｐ原子、Ｓ原子及びハロゲン系原子、またはこれらの各原子を含み、これらの各原子がポリオルガノシロキサン中のＳｉ骨格に結合するよう配置された原子団からなる群から選択される少なくとも１種で構成されたものが好ましく用いられる。かかる脱離基は、エネルギーの付与による結合／脱離の選択性に比較的優れている。このため、このような脱離基は、上記のような必要性を十分に満足し得るものとなり、接合膜付き第１基材１の接着性をより高度なものとすることができる。

また、上記のような各原子がポリオルガノシロキサン中のＳｉ骨格に結合するように配置された原子団（基）としては、例えば、メチル基、エチル基のようなアルキル基、ビニル基、アリル基のようなアルケニル基、アルデヒド基、ケトン基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、ニトロ基、ハロゲン化アルキル基、メルカプト基、スルホン酸基、シアノ基、イソシアネート基等の有機基が挙げられる。

これらの各基の中でも、前述の有機基は、特にアルキル基であるのが好ましい。アルキル基は化学的な安定性が高いため、アルキル基を含むポリオルガノシロキサン膜４は、耐候性及び耐薬品性に優れたものとなる。ここで、前述の有機基がメチル基（−ＣＨ₃）である場合、その好ましい含有率は、赤外吸収スペクトルにおけるピーク強度から以下のように規定される。

すなわち、ポリオルガノシロキサンの赤外吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピークの強度を１としたとき、メチル基に帰属するピークの強度は、０．０５〜０．４５程度であるのが好ましく、０．１〜０．４程度であるのがより好ましく、０．２〜０．３程度であるのがさらに好ましい。メチル基のピーク強度がシロキサン結合のピーク強度に対する割合が前記範囲内であることにより、メチル基がシロキサン結合の生成を必要以上に阻害してしまうのを防止しつつ、ポリオルガノシロキサン中に必要かつ十分な数の活性手が生じるため、ポリオルガノシロキサン膜４に十分な接着性が生じる。また、ポリオルガノシロキサン膜４には、メチル基に起因する十分な耐候性及び耐薬品性が発現する。

図２（ｃ）はステップＳ２の第２工程に対応する図であり、図２（ｈ）はステップＳ４の第４工程に対応する図である。図２（ｃ）に示すように、ステップＳ２の第２工程において、ポリシルセスキオキサン膜３の表面の所定の領域に対してエネルギーを付与する。そして、ポリシルセスキオキサン膜３の表面の分子結合を切って大気中の水分と反応させることによりシラノール基を発現させる。同様に、図２（ｈ）に示すように、ステップＳ４の第４工程において、ポリオルガノシロキサン膜４の表面の所定の領域に対してエネルギーを付与する。これにより、表面付近の結合の一部が切断され、表面を活性化させる。そして、ポリオルガノシロキサン膜４の表面付近に存在するアルキル基をＳｉ骨格から脱離させ、ポリオルガノシロキサン膜４に接着性を発現させる。

ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４との表面にエネルギーを付与する方法としては、表面を活性化し得る方法であれば良く、特に限定されない。各種の方法の中でエネルギー線を照射する方法が好ましい。かかる方法によれば、ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４との表面を効率よく活性化させる。また、この方法によれば、ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４との分子構造を必要以上に（例えば、第１基材１との界面に至るまで）切断しないので、ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４との特性が低下してしまうのを避けることができる。

エネルギー線としては、例えば、紫外光、レーザー光のような光、電子線、粒子線等が挙げられる。また、エネルギー線には、特に、波長１２６〜３００ｎｍ程度の紫外光を照射する方法を用いるのが好ましい。かかる紫外光によれば、ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４との特性の著しい低下を防止しつつ、広い範囲をムラなく、より短時間に処理することができる。このため、ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４との表面の活性化をより効率よく行うことができる。また、紫外光には、紫外ランプ等の簡単な設備で発生させることができるという利点もある。

尚、紫外光の波長は、より好ましくは、１６０〜２００ｎｍ程度とされる。また、紫外光を照射する時間は、ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４との表面付近の結合を切断し得る程度の時間であればよく、特に限定されないが、０．５〜３０分程度であるのが好ましく、１〜１０分程度であるのがより好ましい。

また、ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４とに対するエネルギー線の照射は、いかなる雰囲気中で行うようにしてもよいが、大気雰囲気中で行われるのが好ましい。これにより、雰囲気を制御することに手間やエネルギーをかける必要がなくなり、活性化処理をより簡単に行うことができる。尚、ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４との表面のうち一部の所定領域に対してエネルギー線を照射する場合がある。このとき、レーザー光や電子線のような指向性の高いエネルギー線であれば、目的の方向に向けて照射することができる。従って、所定領域に対してエネルギー線を選択的にかつ簡単に照射することができる。

また、指向性の低いエネルギー線であっても、ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４との表面のうち、所定領域以外の領域を覆うようにして照射すれば、所定領域に対してエネルギー線を選択的に照射することができる。

このようにして活性化されたポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４との表面には、周囲の水分が接触することにより、水酸基（ＯＨ基）が自然に結合する。尚、前述の「活性化させる」とは、表面付近及び内部の結合が切断されて、終端化されていない結合手（ダングリングボンド）が生じた状態や、その切断された結合手に水酸基が結合した状態のいずれか一方、または、これらの状態が混在した状態のことを言う。

図２（ｉ）は、ステップＳ５の第５工程に対応する図である。図２（ｉ）に示すように、ステップＳ５の第５工程において、ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４とが接触するように、２つの基材を貼り合わせる。これにより、第１基材１のポリシルセスキオキサン膜３と第２基材２のポリオルガノシロキサン膜４とが所定領域において接合される。その結果、接合体１００が完成する。

この場合活性化されたポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４とは常温で活性な接合手を持つため、３０℃以下の室温で接合が可能となる。このように３０℃以下と低い温度で接合できるため、第１基材１及び第２基材２の熱膨張率はほぼ等しいのが好ましいが、互いに異なっていてもよい。第１基材１及び第２基材２の熱膨張率がほぼ等しければ、第１基材１及び第２基材２を接合した際に加熱する工程を必要とした場合でも、その接合界面に熱膨張に伴う応力が発生し難くなる。その結果、最終的に得られる接合体１００において剥離を確実に防止することができる。また、第１基材１及び第２基材２の熱膨張率が互いに異なる場合でも、第１基材１と第２基材２とを貼り合わせる際の条件を３０℃以下にすることにより、第１基材１と第２基材２とを高い寸法精度で強固に接合することができる。

このようにして得られた接合体１００は、従来の接合方法で用いられていた接着剤のように、アンカー効果のような物理的結合に基づく接着ではなく、共有結合のように短時間で起こる強固な化学的結合に基づいて、第１基材１と第２基材２とが接合されている。このため、接合体１００は極めて剥離し難く接合ムラ等も生じ難いものとなる。

また、本発明の接合方法によれば、従来の固体接合のように、高温（７００〜８００℃程度）での熱処理を必要としないことから、耐熱性の低い材料で構成された基材をも接合に供することができる。これにより、基材の構成材料の選択の幅を広げることができる。

また、本発明の接合方法によれば、第１基材１と第２基材２とを接合する際に、これらの接合面全体を接合するのではなく、一部の領域のみを選択的に接合することができる。この接合の際、ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４とに付与するエネルギーを制御することのみで、接合される領域を簡単に選択することができる。これにより、例えば、第１基材１と第２基材２との接合部の面積を制御することにより、接合体１００の接合強度を容易に調整することができる。その結果、接合部を容易に分離可能な接合体１００が得られる。

また、第１基材１と第２基材２との接合部の面積を制御することにより、接合部に生じる応力の局所集中を緩和することができる。これにより、例えば、第１基材１と第２基材２との間で熱膨張率差が大きい場合でも、各基材１、２を確実に接合することができる。

尚、このため第２工程と第４工程に該当する活性化工程にて活性化されたポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４との表面は、活性状態が経時的に緩和してしまう。このため第２工程及び第４工程の終了後はできるだけ早く貼り合わせ（第５工程）を行うようにする。具体的には、活性化工程（第２工程及び第４工程）の終了後６０分以内に貼り合わせ（第５工程）を行うようにするのが好ましく、５分以内に行うのがより好ましい。かかる時間内であれば、ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４との表面が十分な活性状態を維持しているので、貼り合せたときに十分な接合強度を得ることができる。

換言すれば、活性化させる前のポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４とは、化学的に安定であり、耐候性に優れている。このため、成膜時点のポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４とは、長期にわたる保存に適したものである。したがって、そのようなポリシルセスキオキサン膜３を備えた第１被着体１５とポリオルガノシロキサン膜４を備えた第２被着体１６を多量に製造または購入して保存しておくことができる。そして、第５工程にて貼り合わせる直前に、必要な個数のみに活性化工程（第２工程及び第４工程）を行うようにすれば、接合体１００を効率良く製造できる。

尚、従来のシリコン直接接合のような固体接合では、表面を活性化させても、その活性状態は、大気中では数μ秒〜数十秒程度の極めて短時間しか維持されない。このため、表面の活性化を行った後、接合する２つの部材を貼り合わせる等の作業を行う時間を十分に確保することができないという問題があった。これに対し、本実施形態の方法では、ポリシルセスキオキサン膜３とポリオルガノシロキサン膜４との作用により、数分以上の比較的長時間にわたって活性状態を維持することができる。従って、第５工程で製造に要する時間を十分に確保することができ、品質良く接合体１００を製造することができる。

以上のようにして接合体１００を得ることができる。接合体１００は、第１基材１と第２基材２との間の所定領域における接合強度が５ＭＰａ（５０ｋｇｆ／ｃｍ²）以上であるのが好ましく、１０ＭＰａ（１００ｋｇｆ／ｃｍ²）以上であるのがより好ましい。所定領域において、このような接合強度を有する接合体１００は剥離を十分に防止し得るものとなる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、第１被着体１５のある表面にポリシルセスキオキサン膜３が設置されている。従って、第１基材１の表面が粗いときにも表面粗さを小さくすることが可能となる。第２基材２は第１基材１より表面粗さが小さいので、第２被着体１６の表面粗さは第１基材１より小さくなる。そして、ポリシルセスキオキサン膜３と平坦なポリオルガノシロキサン膜４とが接して配置されている。従って、平坦化されたポリシルセスキオキサン膜３の表面分子とポリオルガノシロキサン膜４の表面分子とが接触する確率が高くなっている。その結果、密着性の高い接合ができる。

（２）本実施形態によれば、ポリシルセスキオキサン膜３の材料にはエポキシ基、ポリエステル基、アクリル基、アルキル基のうちの少なくとも１つ以上の有機成分を有している。これにより、エポキシ基、ポリエステル基、アクリル基、アルキル基の有機成分の架橋とシロキサンの重合反応によって液体材料を容易に固体化することができる。従って、第１基材１の表面が粗いときにも、粗い面を平坦にすることができる。

（３）本実施形態によれば、ポリオルガノシロキサン膜４はＳｉ−Ｈを含んでいる。これにより、ポリオルガノシロキサン膜４は、規則的なシロキサン骨格が阻害され不規則なシロキサン骨格を有する。従って、ポリオルガノシロキサン膜４は柔軟性を発現し貼り合せ面に追従してより密着性を高める事が可能となる。赤外吸収スペクトルのピーク強度が０．００１以上のときポリオルガノシロキサン膜４は柔軟性を発現する。ピーク強度が０．２を超える場合は、ポリオルガノシロキサン膜４が不安定な状態となり、第１被着体１５と第２被着体１６との接合面が剥離しやすくなる。その結果、ポリオルガノシロキサン膜４の赤外吸収スペクトルのピーク強度が０．００１〜０．２のとき品質良い接合体１００を得ることができる。

（４）本実施形態によれば、ポリオルガノシロキサン膜４を構成する全原子からＨ原子を除いたうち、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が、１０〜９０原子％となっている。シロキサン骨格以外の有機成分が少なすぎてＳｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が９０％を超えるとき、殆どＳｉＯ₂に近くなり柔軟性を無くしてしまう。またＳｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が１０％を下回る場合は、基本骨格としてのシロキサンが少いためバルクとしての強度が低下してしまう。従って、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が１０〜９０原子％である為、品質良い接合体１００を形成することができる。

（５）本実施形態によれば、第２被着体１６に設置されるポリオルガノシロキサン膜４が結晶化しない、もしくは結晶化度が４５％以下である接合体１００であることが好ましい。このとき、ポリオルガノシロキサン膜４に含まれる比結晶部分の効果で膜自体が柔軟性を持つことが可能である。従って、接合体は柔軟性を発現し、貼り合せ面に追従してより密着性を高める事ができる。結晶成分が４５％を超えて含まれるような膜の場合、結晶部分の硬さによって膜全体の柔軟性が損なわれ、密着性が低下してしまう。従って、ポリオルガノシロキサン膜４の結晶化度が４５％以下にすることにより品質良い接合体１００を形成することができる。

（６）本実施形態によれば、第２工程にてポリシルセスキオキサン膜３にエネルギー付与される。これにより、ポリシルセスキオキサン膜３はＳｉ−Ｃ結合が切断されダングリングボンドまたはＳｉ−ＯＨ基となり接着性を発現する。また、第４工程にてポリオルガノシロキサン膜４に含まれる有機成分にエネルギー付与される。これより、ポリオルガノシロキサン膜４はＳｉ−Ｃ結合が切れてダングリングボンドを生成する。ポリオルガノシロキサン膜４は接着性を発現すると共に、大気中の水分を反応してＳｉ−ＯＨ基となった場合でも接着性を発現する。接着性を発現したポリオルガノシロキサン膜４とポリシルセスキオキサン膜３は表面に接着性をもつ状態で且つ柔軟性がある。従って、貼りあわせることによって水素結合や共有結合を行い高い接着性を発現する事ができる。

（７）本実施形態によれば、ポリシルセスキオキサン溶液を塗布した後に加熱している。これにより溶媒を揮発させる工程とポリシルセスキオキサンを重合させる工程とを一度に行う事ができる。従って、単純な工程で液体から成膜することができる。

（８）本実施形態によれば、ステップＳ３の第３工程において、第２基材２がプラズマに曝されながらポリオルガノシロキサン膜４が成膜される。プラズマ重合は不規則な分子結合を生成する特性を有する為、ポリオルガノシロキサン膜４は柔軟性の高い膜となる。従って、ポリオルガノシロキサン膜４の第２基材２への密着性とポリシルセスキオキサン膜３との密着性が高くなる。またプラズマ重合法で成膜する場合、薄く均一に成膜することが可能となる。従って、第２基材２が微細なパターン形状を有するときにも、第２基材２の形状へ影響を与えることなく成膜が可能となり、高精度な接合をすることができる。

（９）本実施形態によれば、ステップＳ２の第２工程において、ポリシルセスキオキサン膜３の表面にエネルギーを付与している。同様に、ステップＳ４の第４工程において、ポリオルガノシロキサン膜４の表面にエネルギーを付与している。これにより、表面付近の結合の一部が切断され、表面を活性化させている。エネルギーの付与は、波長１２６ｎｍ〜３００ｎｍの紫外線を用いて行われている。このとき、波長１２６ｎｍ〜３００ｎｍの紫外線を用いて広い範囲をムラなく、より短時間に処理することができる。このため、プラズマ重合膜表面の活性化をより効率よく行うことができる。さらに、紫外光は、紫外ランプ等の簡単な設備で発生させることができる。

（１０）本実施形態によれば、第１被着体１５と第２被着体１６とが大きな接合強度で接合された接合体１００を効率よく製造することができる。

（１１）本実施形態によれば、第１基材１と第２基材２との接合部の面積を制御することができるので、これにより、接合体１００の接合強度を調整可能であると同時に、接合体１００を分離する際の強度（割裂強度）を調整可能である。分離可能な接合体１００を製造する場合、接合体１００の接合強度は、人の手で接合体１００を分離可能な程度の大きさであるのが好ましい。これにより、接合体１００を分離する際に、装置等を用いることなく、簡単に行うことができる。

（１２）本実施形態によれば、表面粗さの粗い第１基材１の表面にその表面を平坦化する効果のあるポリシルセスキオキサン膜３があることで、表面の粗い第１基材１でもリークの無い接合をすることができる。

（実施形態２）
次に、接合体をインクジェット式記録ヘッドに適用した場合の実施形態について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、インクジェット式記録ヘッドを示す概略分解斜視図である。図３（ｂ）は、インクジェット式記録ヘッドの構成を示す模式断面図である。本実施形態が実施形態１と異なるところは、インクジェット式記録ヘッドの部品が接合体となっている点にある。尚、実施形態１と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態において、ヘッド３００は、ノズル板５と、インク室基板６と、振動板７と、振動板７に接合された圧電素子（振動源）８とを備える。尚、このヘッド３００は、オンデマンド型のピエゾジェット式ヘッドを構成する。

ノズル板５は、例えば、ＳｉＯ₂、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系材料、カーボンブラック、グラファイトのような炭素系材料等で構成されている。このノズル板５には、インク滴を吐出するための多数のノズル孔９が形成されている。これらのノズル孔９間のピッチは、印刷精度に応じて適宜設定される。

ノズル板５には、インク室基板６が固着されている。インク室基板６は、ノズル板５、側壁（隔壁）及び後述する振動板７により、複数のインク室１０と、インクカートリッジから供給されるインク１４を貯留するリザーバ室１１と、リザーバ室１１から各インク室１０に、それぞれインク１４を供給する供給路１２とが区画形成されている。インク室１０は別名キャビティまたは圧力室とも称す。

各インク室１０は、それぞれ短冊状（直方体状）に形成され、各ノズル孔９と連通して配設されている。インク室基板６の母材としては、例えば、シリコン単結晶基板、各種ガラス基板、各種樹脂基板等を用いることができる。これらの基板は、いずれも汎用的な基板であるので、これらの基板を用いることにより、ヘッド３００を容易に製造することができる。

一方、ノズル板５と反対側のインク室基板６には振動板７が接合されている。さらに、インク室基板６と反対側の振動板７には複数の圧電素子８が設けられている。また、振動板７の所定位置には振動板７の厚さ方向に貫通してインク供給口１３が形成されている。このインク供給口１３を介して、図示しないインクカートリッジからリザーバ室１１にインク１４が供給される。

圧電素子８は振動源として機能し、振動板７は圧電素子８により振動される。そして、振動板７の振動はインク室１０の内部圧力を瞬間的に高め、インク室１０の容積を変化させる。容積の変化によりインク１４がノズル孔９から吐出される。

以上のような、ノズル板５とインク室基板６との接合、インク室基板６と振動板７との接合において実施形態１の接合方法と同様の方法が適用されている。換言すれば、ノズル板５とインク室基板６との接合体、インク室基板６と振動板７との接合体は実施形態１の接合体１００と同様な接合体となっている。

ヘッド３００は、微細なパターンを有するインク室基板６とノズル板５とが密着良く接合されている。さらに、インク室基板６と振動板７とが密着良く接合されている。ノズル板５と振動板７とが例えば金属や樹脂にて形成されており被着面の表面粗さが大きいときにもリークの無い接合が可能となる。これにより、各インク室１０に貯留されたインク１４に対する耐久性及び液密性が高くなっている。その結果、ヘッド３００は、信頼性の高いものとなる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、インク室基板６とノズル板５とが密着良く接合されている。さらに、インク室基板６と振動板７とが密着良く接合されている。従って、ノズル板５とインク室基板６、振動板７とインク室基板６との被着面の表面粗さが大きいときにもリークの無い接合ができる。

尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記実施形態１では、ステップＳ２の第２工程において、ポリシルセスキオキサン膜３の表面に紫外線を照射した。さらに、ステップＳ４の第４工程において、ポリオルガノシロキサン膜４の表面に紫外線を照射した。ポリシルセスキオキサン膜３及びポリオルガノシロキサン膜４に対してエネルギーを付与する方法はこれに限らない。エネルギーの付与はプラズマ放電をもちいて行っても良い。このとき、接合膜の最表面のみを処理することができる。その結果、成膜した膜質を著しく低下させる事無く活性化することができる。さらに好適には大気圧プラズマであることが好ましい。また大気圧プラズマでは真空装置も不要となり、簡単に表面処理を行うことが可能になる。

エネルギーの付与は、コロナ放電をもちいて行っても良い。大気圧下でスキャンによる表面処理が可能である為、非常に簡単にエネルギーを付与することができる。そして、単純な機構の装置でエネルギーが付与できる。

前記実施形態１では、ステップＳ１及びステップＳ２の工程とステップＳ３及びステップＳ４の工程とが並行して行われた。これに限らず、ステップＳ１及びステップＳ２の工程を行った後にステップＳ３及びステップＳ４の工程を行っても良い。他にも、ステップＳ３及びステップＳ４の工程を行った後にステップＳ１及びステップＳ２の工程を行っても良い。製造上の自由度を増すことができる。

１…第１基材、２…第２基材、３…ポリシルセスキオキサン膜、４…ポリオルガノシロキサン膜、１５…第１被着体、１６…第２被着体。

Claims (11)

1. 第１基材に設置されたポリシルセスキオキサン膜と、
   第２基材に設置されたシロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含みランダムな原子構造を有するＳｉ骨格と該Ｓｉ骨格に結合するアルキル基とを含むポリオルガノシロキサン膜と、を有し、
   前記第１基材の前記ポリシルセスキオキサン膜が設置された面の表面粗さＲａは１０ｎｍ以上で、かつ前記第２基材の前記ポリオルガノシロキサン膜が設置された面の表面粗さＲａは１０ｎｍ未満であり、
   前記第１基材と前記第２基材とは、前記ポリシルセスキオキサン膜と前記ポリオル
   ガノシロキサン膜とを介して接合されていることを特徴とする接合体。
2. 請求項１に記載の接合体であって、
   前記ポリシルセスキオキサン膜は、エポキシ基、ポリエステル基、アクリル基、アルキ
   ル基からなる群から選ばれる少なくとも１つ以上の有機成分を有していることを特徴とす
   る接合体。
3. 請求項１または２に記載の接合体であって、
   前記ポリオルガノシロキサン膜は、Ｓｉ−Ｈを含み、該ポリオルガノシロキサン膜の赤
   外吸収スペクトルにおいて、シロキサン結合に帰属するピーク強度を１としたとき、Ｓｉ
   −Ｈに帰属するピーク強度が０．００１〜０．２であることを特徴とする接合体。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の接合体であって、
   前記第２基材に設置される前記ポリオルガノシロキサン膜を構成する原子からＨ原子を除いたうち、Ｓｉ原子の含有率とＯ原子の含有率の合計が、１０〜９０原子％であることを特徴とする接合体。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の接合体であって、
   前記第２基材に設置される前記ポリオルガノシロキサン膜が結晶化しない、もしくは
   結晶化度が４５％以下であることを特徴とする接合体。
6. 第１基材の一部にポリシルセスキオキサン膜を成膜する第１工程と、
   前記ポリシルセスキオキサン膜の少なくとも一部の領域にエネルギーを付与し、前記ポ
   リシルセスキオキサン膜の表面の分子結合を切って大気中の水分と反応させることにより
   シラノール基を発現させる第２工程と、
   第２基材の一部にポリオルガノシロキサン膜を成膜する第３工程と、
   前記ポリオルガノシロキサン膜の少なくとも一部の領域にエネルギーを付与し、前記ポ
   リオルガノシロキサン膜に存在するアルキル基をＳｉ骨格から脱離させ、前記ポリオルガ
   ノシロキサン膜に接着性を発現させる第４工程と、
   前記ポリオルガノシロキサン膜と前記ポリシルセスキオキサン膜とを貼り合わせる第５
   工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
7. 請求項６に記載の接合方法であって、
   前記ポリシルセスキオキサン膜を成膜する前記第１工程はポリシルセスキオキサン溶液
   を塗布後、加熱重合を用いて成膜されることを特徴とする接合方法。
8. 請求項６または７に記載の接合方法であって、
   前記ポリオルガノシロキサン膜はプラズマ重合により成膜されることを特徴とする接合
   方法。
9. 請求項６ないし８のいずれか一項に記載の接合方法であって、
   前記エネルギーの付与は、波長１２６ｎｍ〜３００ｎｍの紫外線照射によることを特徴
   とする接合方法。
10. 請求項６ないし８のいずれかに記載の接合方法であって、
    前記エネルギーの付与はプラズマ放電によることを特徴とする接合方法。
11. 請求項６ないし８のいずれか一項に記載の接合方法であって、
    前記エネルギーの付与は、コロナ放電によることを特徴とする接合方法。

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