JP6163752B2 - ノズルプレートの製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液滴を吐出するためのノズル開口を有するノズルプレートの製造方法並びにそれを具備する液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射装置の製造方法に関する。
液体噴射ヘッドの代表例として知られているインクジェット式記録ヘッドは、一般に、液滴を吐出するための複数のノズル開口が形成されたノズルプレートと、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板を具備する。このような液体噴射ヘッドにおいては、ノズルの高密度化に伴い、流路形成基板やノズルプレートにシリコン基板が用いられ、両者は接着剤により接合されて用いられる。
このようなシリコンノズルプレートの流路形成基板との接合面やノズル開口の内面には、熱酸化による酸化シリコン膜からなる第１の耐インク保護膜と、熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤにより形成された五酸化タンタル膜などの金属酸化物からなる第２の耐インク保護膜とを具備し、また、インクの吐出面には、さらに、熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤにより形成された五酸化タンタル膜などの金属酸化物からなる第３のインク保護膜（下地膜）及び撥液膜（撥インク膜）を形成し、上記のインク残留を抑制する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、ノズル吐出面の撥液膜としては、シリコーン材料のプラズマ重合膜等の下地膜と、下地膜上に設けた金属アルコキシドが重合した分子膜等の撥液膜とを設けた構造が知られている（特許文献２参照）。
しかしながら、特にノズルを高密度化した場合、ＣＶＤで金属酸化物からなる耐インク保護膜を設けると、ノズル開口内面の、特に吐出面近傍まで均一な膜が形成でき難く、耐インク性に問題が生じ易い、また、全面に十分な膜を形成しようとすると、膜厚が厚く且つ不均一な状態となり易い、吐出されるインク滴が不均一になるなどの問題が生じる場合がある。上述のノズルプレートがシリコン基板に異方性エッチングを用いてノズル孔を形成したシリコンノズルプレートである場合、インク保護膜の密着性が問題となる場合がある。
また、特許文献２のシリコーン材料のプラズマ重合膜等の下地膜は微細欠陥が生じる可能性があり、このような微細欠陥に起因して撥液膜が剥離する等の問題が生じる場合がある。
本発明はこのような事情に鑑み、ノズル開口内面や吐出面が耐液性に優れるノズルプレート並びにそれを用いた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の態様は、シリコン基板に液体を吐出する複数のノズル開口を設けたノズルプレートの製造方法であって、前記シリコン基板の両面及び前記ノズル開口内面には原子層堆積により形成された酸化タンタル膜が設けられ、前記シリコン基板の吐出面の前記酸化タンタル膜には、シリコーン材料のプラズマ重合膜が積層され、前記酸化タンタル膜の密度は、７ｇ／ｃｍ２以上であることを特徴とするノズルプレートの製造方法にある。
かかる態様では、原子層堆積により成膜された酸化タンタル膜がノズル開口内周面などの小さな領域にも均一で且つ緻密に形成されるので、強アルカリ液や強酸液に対する保護膜として有効に機能する。
かかる態様では、原子層堆積により成膜された酸化タンタル膜がノズル開口内周面などの小さな領域にも均一で且つ緻密に形成されるので、強アルカリ液や強酸液に対する保護膜として有効に機能する。
ここで、前記酸化タンタル膜の厚さは、０．３Å以上、５０ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。これによれば、耐液性が十分に確保され、また、ノズル開口内の開口状態に影響を与えることがない。
また、前記酸化タンタル膜の下層には、シリコンの熱酸化膜が形成されていることが好ましい。これにより、耐液性がさらに向上する。
また、前記シリコーン材料のプラズマ重合膜上には、金属アルコキシド膜をアニールした撥液膜が積層されていることが好ましい。これによれば、吐出面の撥液性がさらに向上し、また、ノズル開口内やノズル開口の近傍の撥液膜が形成された領域との境界部で撥液膜が形成されていない部分の耐液性が高度に確保され、シリコン基板が液体に浸食されるなどの問題に起因する撥液膜の剥がれなどの問題が解消される。
さらに、本発明の他の態様は、前記態様のノズルプレートの製造方法によりノズルプレートを製造する工程と、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板を前記ノズルプレートに接合する工程と、を具備し、前記流路形成基板は、前記ノズルプレートとは反対側に設けられ前記圧力発生室内の圧力変化を生じさせる圧力発生手段を備えることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、耐液性に優れ、撥液膜の剥がれの問題もなく、ノズル開口の開口バラツキの少ないノズルプレートを有するので、耐久性に優れ且つ吐出バラツキのない液体噴射ヘッドが実現できる。
かかる態様では、耐液性に優れ、撥液膜の剥がれの問題もなく、ノズル開口の開口バラツキの少ないノズルプレートを有するので、耐久性に優れ且つ吐出バラツキのない液体噴射ヘッドが実現できる。
また、本発明の他の態様は、前記態様の液体噴射ヘッドの製造方法により液体噴射ヘッドを製造する工程を具備することを特徴とする液体噴射装置の製造方法にある。これによれば、耐久性に優れ且つ吐出バラツキのない液体噴射装置が実現できる。
（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係るノズルプレートの一例について説明する。図１は、ノズルプレートの斜視図及びその要部拡大断面図である。
まず、本発明の実施形態１に係るノズルプレートの一例について説明する。図１は、ノズルプレートの斜視図及びその要部拡大断面図である。
図１に示すように、ノズルプレート２０は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口２１を列状に形成したシリコン単結晶基板からなる部材である。本実施形態では、１８０ｄｐｉのピッチで１８０個のノズル開口２１を列設することでノズル列が構成されている。また、各ノズル開口２１は、ドライエッチングによって形成され、内径が異なる連続する２つの円筒状の空部から構成されている。即ち、ノズルプレート２０の板厚方向におけるインクが吐出される側に形成された内径の小さい第１円筒部２２と、インクが吐出される側とは反対側（インク流路側）に形成された内径の大きい第２円筒部２３と、からノズル開口２１が構成されている。ノズル開口２１の形状については、例示したものには限られず、例えば、内径が一定な円筒部（ストレート部）と、噴射側からインク流路側に向けて内径が次第に拡大するテーパー部と、からノズル開口２１が構成されていてもよい。上記ノズルプレート２０の両面及びノズル開口２１の内周面には、シリコンの熱酸化膜２００、及び原子層堆積により形成された酸化タンタル膜からなる保護膜２０１が順次形成されている。また、ノズルプレート２０のインクが吐出される側の面（以下、吐出側表面）には、シリコーン材料をプラズマ重合することにより形成されるプラズマ重合膜（ＰＰＳｉ（Plasma Polymerization Silicone）膜）２０２と、撥液性を有する金属アルコキシドの分子膜を成膜し、その後、乾燥処理、アニール処理等を経て撥液膜（ＳＣＡ（silane coupling agent）膜）２０３とが順次積層されている。
ここで、シリコンの熱酸化膜２００は、シリコン基板を熱酸化することにより形成されるもので、両面及びノズル開口２１の内周面に形成されている。厚さは例えば１００ｎｍ程度である。
かかる熱酸化膜２００は必ずしも設ける必要はなく、この場にはシリコン基板に直接保護膜２０１が形成される。なお、熱酸化膜２００を設けない場合にもシリコン基板と保護膜２０１との間にはシリコンの自然酸化膜が形成されている場合があるが、これも勿論本発明に包含されるものである。
一方、保護膜２０１は、五酸化タンタルに代表される酸化タンタル（ＴａＯｘ）を含むものである。かかる保護膜２０１は、原子層堆積により形成されたものであり、ＣＶＤ法などの他の気相法で形成した膜と比較して薄い膜厚で形成でき、また、小さなノズル開口２１の内周面にも確実に且つ均一な膜厚で形成できるという特徴がある。なお、原子層堆積により形成されたとは、原子層堆積法（ＡＬＤ法）により成膜されたことを言う。さらに、ＡＬＤ法によると、高い膜密度で形成できるという利点がある。つまり、保護膜２０１を高い膜密度で形成することで、保護膜２０１の耐インク性（耐液体性）を向上して、シリコン基板がインク（液体）によって侵食されるのを抑制することができる。特に、耐インク性で問題が生じ易いノズル開口２１の内周面や、吐出面側の表面とノズル開口２１との境界の角部にも確実に且つ膜密度の高い保護膜２０１が形成されるので、ノズルプレート２０の耐インク性が著しく向上する。
このような保護膜２０１の厚さは、０．３Å以上、５０ｎｍ以下の範囲とすればよく、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の範囲が好適である。このように原子層堆積法によって形成される保護膜２０１は、ＣＶＤ法などにより形成される１００ｎｍ程度の膜よりかなり薄い膜である。これより薄いと全体に均一な膜が形成されない虞があり、また、これより厚いと、成膜に時間がかかりコスト高になり、共に好ましくない。
プラズマ重合膜２０２は、原料として、例えば、シリコーン油、アルコキシシラン、具体的には、ジメチルポリシロキサン等が挙げられ、製品としては、ＴＳＦ４５１（ジーイー東芝シリコーン社製）、ＳＨ２００（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）等を用い、成膜装置でプラズマ重合することにより成膜されたものである。
撥液膜２０３は、撥液性（撥水性および撥油性）を有していれる金属アルコキシドを成膜し、その後、乾燥処理、アニール処理等を経て成膜された分子膜である。
原料となる金属アルコキシドは撥水性および撥油性を有していればいかなるものでもよいが、好ましくはフッ素を含む長鎖高分子基（以下、長鎖ＲＦ基という）を有する金属アルコキシドまたは撥液基を有する金属酸塩を用いる。前記金属アルコキシドとしては、例えばＴｉ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｔ、Ｂａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ等を使用する様々なものがあるが、ケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム等が一般的に用いられる。本実施形態ではケイ素を用いた物を使用し、好ましくはフッ素を含む長鎖ＲＦ基を有するアルコキシシラン、または撥液基を有する金属酸塩がよい。
長鎖ＲＦ基としては、分子量は１０００以上であり、例えば、パーフルオロアルキル鎖、パーフルオポリエーテル鎖等が挙げられる。
この長鎖ＲＦ基を有するアルコキシシランとして、例えば、長鎖ＲＦ基を有するシランカップリング剤等が挙げられる。
撥液膜２０３を成膜するものとして適している長鎖ＲＦ基を有するシランカップリング剤としては、例えば、ヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシランなどが挙げられるが、製品としてはオプツールＤＳＸ（商標、ダイキン工業社製）、ＫＹ−１３０（商標、信越化学工業社製）が挙げられる。
フッ化炭素基（ＲＦ基）はアルキル基より表面自由エネルギーが小さいため、金属アルコキシドにＲＦ基を含有させることにより、形成する撥液膜の撥液性を向上させることができると共に、耐薬品性、耐候性、耐摩擦性等の特性も向上させることができる。また、ＲＦ基としては、長鎖構造が長いものが、より撥液性を持続させることができる。さらに、撥液基を有する金属酸塩として、例えばアルミネートおよびチタネート等が挙げられる。
次に、ノズルプレート２０の詳細、特にその製造工程について説明する。
図２は、ノズルプレート２０の製造工程について説明する模式図である。
本実施形態におけるノズルプレート２０の材料としては、上述したシリコン単結晶基板（シリコン基板）２５が用いられ、１つのシリコン基板２５から複数のノズルプレート２０が作製される。このシリコン基板２５に対して、図２（ａ）に示すように、まずドライエッチングによって第１円筒部２２及び第２円筒部２３からなるノズル開口２１が形成される。
図２は、ノズルプレート２０の製造工程について説明する模式図である。
本実施形態におけるノズルプレート２０の材料としては、上述したシリコン単結晶基板（シリコン基板）２５が用いられ、１つのシリコン基板２５から複数のノズルプレート２０が作製される。このシリコン基板２５に対して、図２（ａ）に示すように、まずドライエッチングによって第１円筒部２２及び第２円筒部２３からなるノズル開口２１が形成される。
次に、図２（ｂ）に示すように、インクが吐出される側の吐出側面（図で下側の面。以下、第１の面）、この面とは反対側の面（図で上側の面。以下、第２の面）、及びノズル開口２１の内周面に、熱処理によりシリコンの熱酸化膜２００が形成される。熱酸化膜２００は、二酸化シリコンからなり、厚さは約１００ｎｍである。
なお、かかる熱酸化膜２００の形成工程は省略してもよい。
なお、かかる熱酸化膜２００の形成工程は省略してもよい。
次に、図２（ｃ）に示すように、インクが吐出される側の第１の面、第２の面、及びノズル開口２１の内周面に、原子層堆積法により酸化タンタルからなる保護膜２０１が成膜される。原子層堆積法により酸化タンタルを成膜する際の酸化剤はＨ２Ｏ又はＯ３を用い、成膜温度は１２０℃〜３５０℃とする。また、保護膜２０１の厚さは、原子層堆積法では均一且つ緻密（高膜密度）に成膜されるので、０．３Å以上、５０ｎｍ以下の範囲とすればよく、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の範囲が好適である。また、Ｔａ２Ｏ５（ＴａＯｘ）は、アルカリに可溶だが、膜密度が高ければ（７ｇ／ｃｍ２程度）アルカリに溶けにくくなり、耐酸性は、フッ化水素酸以外の溶液には溶けないという特徴をもつので、強アルカリ液や強酸液に対する保護膜として有効である。
続いて、図２（ｄ）に示すように、第１の面の保護膜２０１上に、シリコーン材料をプラズマ重合することにより形成されるプラズマ重合膜２０２が成膜され、このプラズマ重合膜２０２上に、撥液性を有する金属アルコキシドの分子膜を成膜し、その後、乾燥処理、アニール処理等を経て撥液膜２０３が形成される。
ここで、上記のプラズマ重合膜２０２及び撥液膜２０３は、保護膜２０１と比較して電気的に絶縁性が高いので、第１の面において導電部材が取り付けられて導通をとる場合には、導通領域以外の領域のみに形成される。この導通領域に関し、第１の面の全体に撥液膜２０３を形成した後に該当する部分のみプラズマ重合膜２０２及び撥液膜２０３を除去してもよいし、プラズマ重合膜２０２及び撥液膜２０３を形成する際に該当する部分だけマスクすることで当該部分に最初からプラズマ重合膜２０２及び撥液膜２０３が形成されないようにしてもよい。
撥液膜２０３を形成した後、シリコン基板２５を分割することにより複数のノズルプレート２０を得る。このような工程を経て、ノズルプレート２０が作製される。
（実施形態２）
以下、上述した実施形態１のノズルプレート２０を用いた液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドについて説明する。
以下、上述した実施形態１のノズルプレート２０を用いた液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドについて説明する。
図３は、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図４は、図３の平面図及びそのＡ−Ａ′線断面図であり、図５は、図４（ｂ）のＢ−Ｂ′線断面図である。
図示するように、本実施形態の液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドＩが備える流路形成基板１０は、本実施形態では、例えば、シリコン単結晶基板からなる。この流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、この第１の方向Ｘと直交する方向を、以降、第２の方向Ｙと称する。
また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向の一端部側、すなわち第１の方向Ｘに直交する第２の方向Ｙの一端部側には、インク供給路１３と連通路１４とが複数の隔壁１１によって区画されている。連通路１４の外側（第２の方向Ｙにおいて圧力発生室１２とは反対側）には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１５が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５からなる液体流路が設けられている。
ここで、流路形成基板１０の圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５からなる液体流路の内壁表面（内面）には、耐インク性（耐液性）を有する材料、例えば、五酸化タンタルなどの酸化タンタル（ＴａＯｘ；アモルファス）からなる耐液膜２１０が設けられている。なお、このような耐液膜２１０の材料は、酸化タンタルに限定されず、使用するインクのｐＨ値によっては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等を用いてもよい。
また、耐液膜２１０は、スパッタリング法、原子層堆積法（ＡＬＤ）等の気相法によって形成することができるが、特に耐液膜２１０は、原子層堆積法（ＡＬＤ）を用いて形成するのが好ましい。原子層堆積法によれば、耐液膜２１０を比較的薄い膜厚で、高い膜密度で形成することができる。つまり、耐液膜２１０を高い膜密度で形成することで、耐液膜２１０の耐インク性（耐液性）を向上して、振動板５０や流路形成基板１０等がインク（液体）によって侵食されるのを抑制することができる。したがって、耐液膜２１０の厚さを薄くすることができる。また、原子層堆積法によって耐液膜２１０を形成することで、ＣＶＤ法等に比べて薄く形成することができる。ただし、原子層堆積法は、スパッタリング法に比べて成膜に時間がかかるため、厚さのある膜の形成には向かない。
流路形成基板１０の一方面側、すなわち圧力発生室１２等の液体流路が開口する面には、各圧力発生室１２に連通するノズル開口２１が形成された実施形態１のノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって接合されている。すなわち、ノズルプレート２０には、第１の方向Ｘにノズル開口２１が並設されている。
流路形成基板１０の他方面側には、熱酸化により形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性膜５１と、弾性膜５１上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を含む材料で形成された絶縁体層５２と、が積層されている。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面側（ノズルプレート２０が接合された面側）から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２等の液体流路の他方面は、弾性膜５１で画成されている。
絶縁体層５２上には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とを有する圧電アクチュエーター３００が形成されている。ここで、圧電アクチュエーター３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電アクチュエーター３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０という。本実施形態では、第１電極６０を圧電アクチュエーター３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電アクチュエーター３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、Ａは、鉛を含み、Ｂは、ジルコニウムおよびチタンのうちの少なくとも一方を含むことができる。前記Ｂは、例えば、さらに、ニオブを含むことができる。具体的には、圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、シリコンを含むニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮＳ）などを用いることができる。
また、圧電体層７０は、鉛を含まない非鉛系圧電材料、例えば、鉄酸ビスマスや鉄酸マンガン酸ビスマスと、チタン酸バリウムやチタン酸ビスマスカリウムとを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物などとしてもよい。
さらに、このような圧電アクチュエーター３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１３側の端部近傍から引き出され、振動板５０上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。
このような圧電アクチュエーター３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、振動板５０及びリード電極９０上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホールド部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このマニホールド部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１５と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１５を圧力発生室１２毎に複数に分割して、マニホールド部３１のみをマニホールドとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する振動板５０にマニホールドと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１３を設けるようにしてもよい。
保護基板３０には、圧電アクチュエーター３００に対向する領域に、圧電アクチュエーター３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電アクチュエーター保持部３２が設けられている。なお、圧電アクチュエーター保持部３２は、圧電アクチュエーター３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電アクチュエーター３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
また、保護基板３０上には、信号処理部として機能する駆動回路１２０が固定されている。駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、貫通孔３３を挿通させたボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
また、保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルムからなり、この封止膜４１によってマニホールド部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等で形成される。この固定板４２のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、振動板５０、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
以上説明したように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、実施形態１のノズルプレート２０を具備するので、耐インク性に優れ、インク滴が均一な吐出が実現できる。すなわち、ノズルプレート２０の両面及びノズル開口２１の内周面に原子層堆積法により形成された酸化タンタル膜からなる保護膜２０１が形成され、その上の吐出面にプラズマ重合膜２０２及び撥液膜２０３が形成されているので、ノズル開口２１内面の、特に吐出面近傍まで均一な酸化タンタル膜からなる保護膜２０１が形成され、耐インク性に優れたものとなる。また、酸化タンタル膜からなる保護膜２０１はノズル開口２１の内周面に比較的薄い膜で均一に形成されるので、吐出されるインク滴が不均一になるなどの問題もない。
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１、２について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
以上、本発明の実施形態１、２について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
上述した実施形態２では、ノズル開口２１からインク滴を吐出する圧力発生手段として、薄膜型の圧電アクチュエーター３００を用いて説明したが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターを用いてもよい。
また、上述した実施形態２では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電アクチュエーター３００を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターなどを使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。
また、上述した実施形態２では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図６は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
図６に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
また、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、インクジェット式記録ヘッドＩ（記録ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
なお、上記実施の形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを、また液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドや液体噴射装置にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられ、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用できる。
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ＩＩ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ インク供給路、 １４ 連通路、 １５ 連通部、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 振動板、 ５１ 弾性膜、 ５２ 絶縁体層、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ マニホールド、 １２０ 駆動回路、 ２００ 熱酸化膜、 ２０１ 保護膜、 ２０２ プラズマ重合膜、 ２０３ 撥液膜、 ２１０ 耐液膜、 ３００ 圧電アクチュエーター
Claims (8)
- シリコン基板に液体を吐出する複数のノズル開口を設けたノズルプレートの製造方法であって、
前記シリコン基板の両面及び前記ノズル開口内面には原子層堆積により形成された酸化タンタル膜が設けられ、
前記シリコン基板の吐出面の前記酸化タンタル膜には、シリコーン材料のプラズマ重合膜が積層され、
前記酸化タンタル膜の密度は、７ｇ／ｃｍ２以上であることを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 前記シリコーン材料のプラズマ重合膜上には、金属アルコキシド膜をアニールした撥液膜が積層されていることを特徴とする請求項１に記載するノズルプレートの製造方法。
- 前記酸化タンタル膜の厚さは、０．３Å以上、５０ｎｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載するノズルプレートの製造方法。
- 前記酸化タンタル膜の下層には、シリコンの熱酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載するノズルプレートの製造方法。
- 請求項１〜４の何れか一項に記載のノズルプレートの製造方法によりノズルプレートを製造する工程と、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板を前記ノズルプレートに接合する工程と、を具備し、
前記流路形成基板は、前記ノズルプレートとは反対側に設けられ前記圧力発生室内の圧力変化を生じさせる圧力発生手段を備えることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 請求項５に記載の液体噴射ヘッドの製造方法により液体噴射ヘッドを製造する工程を具備することを特徴とする液体噴射装置の製造方法。
- 前記酸化タンタル膜の成膜温度は、１２０℃〜３５０℃の範囲であることを特徴とする請求項１に記載するノズルプレートの製造方法。
- 前記酸化タンタル膜の厚さは、０．３Å以上、１０ｎｍ未満の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載するノズルプレートの製造方法。
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