JP7087702B2 - ノズルプレートの製造方法、インクジェットヘッドの製造方法、ノズルプレート及びインクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明は、ノズルプレートの製造方法、インクジェットヘッドの製造方法、ノズルプレート及びインクジェットヘッドに関する。

従来、インクジェットヘッドに設けられたノズルからインクを吐出させて画像などを形成するインクジェット記録装置がある。インクジェット記録装置のインクジェットヘッドは、ノズルが設けられたノズルプレートを備えており、このノズルプレートのうちノズルの開口部が設けられたインク吐出面には、インクを付着しにくくするための撥液膜が形成されている。また、撥液膜は、当該撥液膜の形成面に対する密着性を向上させるための下地膜に重ねて形成される。

インクジェット記録装置では、用途に応じてアルカリ性のインクや酸性のインクが用いられる場合がある。このようなインクにより、ノズルプレートがインクにより侵食されたり、インクが下地膜に接触することで下地膜が撥液膜とともに剥離したりする問題が生じ得る。

これに対し、従来、耐インク性を有する保護膜をノズルプレートの表面に形成し、また当該保護膜を下地膜として撥液膜を形成することで、上記の問題の発生を抑制する技術がある。このような保護膜は、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法や、原子層堆積法により形成することができる（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

特開２００４－３５１９２３号公報 特開２０１４－１２４８８１号公報

しかしながら、従来のプラズマＣＶＤ法による保護膜の成膜では、短時間で保護膜を形成可能な反面、形成された保護膜が微小な欠陥を有していることが多いため、この欠陥を起点として保護膜が剥離し易く、十分な耐久性を有する保護膜が得られ難い。
一方で、原子層堆積法を用いると、欠陥の少ない高品質な保護膜が得られるものの、成膜に時間が掛かる。
このように、上記従来の技術では、耐久性に優れた保護膜を効率良く形成するのが容易でないという課題がある。

この発明の目的は、耐久性に優れた保護膜を効率良く形成することができるノズルプレートの製造方法、インクジェットヘッドの製造方法、当該保護膜を有するノズルプレート及びインクジェットヘッドを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法の発明は、
ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに用いられる、前記ノズルを有するノズルプレートの製造方法であって、
前記ノズルをなす貫通孔が設けられた基板の表面のうち、前記ノズルの開口部が設けられているノズル開口面及び前記貫通孔の内壁面のうち少なくとも一部に、プラズマＣＶＤ法により第１の保護膜を形成する第１の成膜工程、
前記第１の保護膜に対し、減圧環境下でイオンボンバード処理を行うことにより前記第１の保護膜の内部応力を緩和する保護膜表面処理工程、
前記保護膜表面処理工程の後に、前記第１の保護膜の表面に、プラズマＣＶＤ法により前記第１の保護膜と同一組成の第２の保護膜を形成する第２の成膜工程、
を含む。

上記目的を達成するため、請求項２に記載のノズルプレートの製造方法の発明は、
ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに用いられる、前記ノズルを有するノズルプレートの製造方法であって、
前記ノズルをなす貫通孔が設けられた基板の表面のうち、前記ノズルの開口部が設けられているノズル開口面及び前記貫通孔の内壁面のうち少なくとも一部に、プラズマＣＶＤ法により第１の保護膜を形成する第１の成膜工程、
前記第１の保護膜に対し、減圧環境下でイオンボンバード処理を行う保護膜表面処理工程、
前記保護膜表面処理工程の後に、前記第１の保護膜の表面に、プラズマＣＶＤ法により前記第１の保護膜と同一組成の第２の保護膜を形成する第２の成膜工程、
を含み、
前記第１の保護膜及び前記第２の保護膜の材料が炭化ケイ素である。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法において、
前記第１の保護膜及び前記第２の保護膜は、炭化ケイ素、炭化酸化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化タンタル又はタンタルシリケートからなる。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法において、
前記第１の成膜工程の前に、前記基板に対し、減圧環境下でイオンボンバード処理を行う基板表面処理工程を含む。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法において、
前記第１の成膜工程では、前記基板の表面のうち、少なくとも前記ノズル開口面及び前記貫通孔の内壁面に前記第１の保護膜を形成する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のノズルプレートの製造方法において、
前記第２の成膜工程の後に、前記第２の保護膜のうち前記ノズル開口面に沿って形成されている部分に重ねて撥液膜を形成する撥液膜形成工程を含む。

また、上記目的を達成するため、請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法の発明は、
請求項１から６のいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法を含む。

また、上記目的を達成するため、請求項８に記載のノズルプレートの発明は、
ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに用いられる、前記ノズルを有するノズルプレートであって、
前記ノズルをなす貫通孔が設けられた基板と、
前記基板の表面のうち、前記ノズルの開口部が設けられているノズル開口面及び前記貫通孔の内壁面のうち少なくとも一部に設けられた第１の保護膜と、
前記第１の保護膜の表面に設けられた、前記第１の保護膜と同一組成の第２の保護膜と、
を備え、
前記第１の保護膜と前記第２の保護膜との間には、前記第１の保護膜及び前記第２の保護膜の応力の相違による界面があり、
前記第１の保護膜及び前記第２の保護膜の材料が炭化ケイ素である。

また、上記目的を達成するため、請求項９に記載のインクジェットヘッドの発明は、
請求項８に記載のノズルプレートを備える。

本発明に従うと、耐久性に優れた保護膜を効率良く形成することができるという効果がある。

インクジェット記録装置の概略構成を示す図である。 インクジェットヘッドを側面側（－Ｘ方向側）から見た断面図である。 ノズルプレートの構成を示す断面図である。 保護膜の走査型電子顕微鏡による断面写真である。 ノズルプレート製造処理の手順を示すフローチャートである。 ノズルプレートの製造方法を説明する断面図である。 ノズルプレートの製造方法を説明する断面図である。 実験１の評価結果を示す図である。 実験２の評価結果を示す図である。

以下、本発明のノズルプレートの製造方法、インクジェットヘッドの製造方法、ノズルプレート及びインクジェットヘッドに係る実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、インクジェット記録装置１００の概略構成を示す図である。
インクジェット記録装置１００は、搬送ベルト１０１、搬送ローラー１０２、ヘッドユニット１０３などを備える。

搬送ローラー１０２は、図示しない搬送モーターの駆動によって、図１のＸ方向に平行な回転軸を中心に回転する。搬送ベルト１０１は、一対の搬送ローラー１０２により内側が支持された輪状のベルトであり、搬送ローラー１０２が回転動作するのに従って一対の搬送ローラー１０２の回りを周回移動する。インクジェット記録装置１００は、搬送ベルト１０１上に記録媒体Ｍが載置された状態で、搬送ローラー１０２の回転速度に応じた速度で搬送ベルト１０１が周回移動することで記録媒体Ｍを搬送ベルト１０１の移動方向（図１のＹ方向）に搬送する搬送動作を行う。

図１では、記録媒体Ｍとして、長尺のロール紙が用いられているが、これに限られず、一定の寸法に裁断された枚葉紙等の短尺の記録媒体Ｍが用いられても良い。また、記録媒体Ｍとしては、普通紙や塗工紙といった紙のほか、布帛又はシート状の樹脂等、表面に着弾したインクを定着させることが可能な種々の媒体を用いることができる。

ヘッドユニット１０３は、搬送ベルト１０１により搬送される記録媒体Ｍに対して画像データに基づいてノズルからインクを吐出して記録媒体Ｍ上に画像を記録する。本実施形態のインクジェット記録装置１００では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクにそれぞれ対応する４つのヘッドユニット１０３が記録媒体Ｍの搬送方向上流側から順に所定の間隔で並ぶように配列されている。

各ヘッドユニット１０３は、平板状の基部１０３ａと、当該基部１０３ａを貫通する孔部に篏合した状態で基部１０３ａに固定された複数の（ここでは７つの）インクジェットヘッド１とを有する。

インクジェットヘッド１では、インクを吐出する複数のノズルが記録媒体Ｍの搬送方向と交差する方向（本実施形態では搬送方向と直交する幅方向、すなわちＸ方向）に配列されている。また、各インクジェットヘッド１では、Ｘ方向に一次元配列されたノズルからなるノズル列が複数（例えば４列）設けられており、当該複数のノズル列は、ノズルの位置が互いにＸ方向にずれる位置関係で設けられている。

各ヘッドユニット１０３に設けられた７つのインクジェットヘッド１は、ノズルのＸ方向についての配置範囲が、搬送ベルト１０１上の記録媒体Ｍのうち画像が記録可能な領域のＸ方向についての幅をカバーするように千鳥格子状に配置されている。このようにインクジェットヘッド１が配置されたインクジェット記録装置１００では、ヘッドユニット１０３を固定した状態でインクジェットヘッド１から画像データに応じた適切なタイミングでインクを吐出することで、搬送される記録媒体Ｍ上に画像を記録することができる。すなわち、インクジェット記録装置１００は、シングルパス方式で画像を記録する。

インクジェットヘッド１から吐出されるインクは、用途に応じて各種公知のものを用いることができる。これらのインクには、アルカリ性のインクや酸性のインクが含まれる。例えば、布帛に対して染料インクを吐出して画像を記録する場合、染料の発色性などを向上させるための機能性インク（前処理剤）を吐出するヘッドユニット１０３が設けられる場合があるが、この前処理剤は、通常、アルカリ性である。また、綿や麻といった天然繊維などの記録媒体Ｍに対して好適に用いられる反応染料インクは、酸性のものが多い。また、顔料を分散させた顔料インクは、通常、アルカリ性の分散剤が用いられることから、アルカリ性となる場合が多い。
本実施形態のインクジェットヘッド１では、これらのアルカリ性のインクや酸性のインクからインクジェットヘッド１を保護するために保護膜１２（図３参照）が設けられている。この保護膜１２の形成位置や形成方法については後に詳述する。

図２は、インクジェットヘッド１を側面側（－Ｘ方向側）から見た断面図である。図２では、４つのノズル列に含まれる４つのノズル１４１を含む面でのインクジェットヘッド１の断面が示されている。
インクジェットヘッド１は、ヘッドチップ２と、共通インク室７０と、支持基板８０と、配線部材３と、駆動部４などを備える。

ヘッドチップ２は、ノズル１４１からインクを吐出させるための構成であり、複数、ここでは、４枚の板状の基板が積層形成されている。ヘッドチップ２における最下方の基板は、ノズルプレート１０である。ノズルプレート１０には複数のノズル１４１が形成されており、当該ノズル１４１の開口部が設けられているインク吐出面１ａ（ノズルプレート１０の露出面）に対して略垂直にインクが吐出可能とされる。ノズルプレート１０のインク吐出面１ａとは反対側には、上方（＋Ｚ方向）に向かって順番に圧力室基板２０（チャンバープレート）、スペーサー基板４０及び配線基板５０が接着されて積層されている。以下では、これらノズルプレート１０、圧力室基板２０、スペーサー基板４０及び配線基板５０の各基板を各々又はまとめて積層基板１０、２０、４０、５０などとも記す。

これらの積層基板１０、２０、４０、５０には、ノズル１４１に連通するインク流路が設けられており、配線基板５０の露出される側（＋Ｚ方向側）の面で開口されている。この配線基板５０の露出面上には、全ての開口を覆うように共通インク室７０が設けられている。共通インク室７０のインク室形成部材７０ａ内に貯留されるインクは、配線基板５０の開口から各ノズル１４１へ供給される。

インク流路の途中には、圧力室２１が設けられている。圧力室２１は、圧力室基板２０を上下方向（Ｚ方向）に貫通して設けられており、圧力室２１の上面は、圧力室基板２０とスペーサー基板４０との間に設けられた振動板３０により構成されている。圧力室２１内のインクには、振動板３０を介して圧力室２１と隣り合って設けられている格納部４１内の圧電素子６０の変位（変形）によって振動板３０（圧力室２１）が変形することで、圧力変化が付与される。圧力室２１内のインクに適切な圧力変化が付与されることで、圧力室２１に連通するノズル１４１からインク流路内のインクが液滴として吐出される。

支持基板８０は、ヘッドチップ２の上面に接合されており、共通インク室７０のインク室形成部材７０ａを保持している。支持基板８０には、インク室形成部材７０ａの下面の開口とほぼ同じ大きさ及び形状の開口が設けられており、共通インク室７０内のインクは、インク室形成部材７０ａの下面の開口、及び支持基板８０の開口を通ってヘッドチップ２の上面に供給される。

配線部材３は、例えば、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）などであり、配線基板５０の配線に接続されている。この配線を介して格納部４１内の配線５１及び接続部５２（導電部材）に伝えられる駆動信号により圧電素子６０が変位動作する。配線部材３は、支持基板８０を貫通して引き出されて駆動部４に接続される。

駆動部４は、インクジェット記録装置の制御部からの制御信号や、電力供給部からの電力供給などを受けて、各ノズル１４１からのインク吐出動作や非吐出動作に応じて、圧電素子６０の適切な駆動信号を配線部材３に出力する。駆動部４は、ＩＣ（Integrated Circuit）などで構成されている。

図３は、ノズルプレート１０の構成を示す断面図である。図３では、ノズルプレート１０のうちノズル１４１の近傍部分の断面が拡大して示されている。

ノズルプレート１０は、ノズル１４１をなす貫通孔１４が設けられているシリコンからなる基板１１と、基板１１の板面（上面、下面）及び貫通孔１４の内壁面に設けられた保護膜１２と、基板１１の下面側で保護膜１２に重ねて形成された撥液膜１３と、を有している。

基板１１は、厚さ６０～３００μｍ程度のシリコンからなる板状部材である。本実施形態では、厚さ１５０μｍの基板１１が用いられている。ノズルプレート１０の基材としてシリコンの基板１１を用いることで、高精度にノズル１４１の加工を行うことができ、位置の誤差や形状のばらつきの少ないノズル１４１を形成することができる。なお、基板１１の表層には熱酸化膜が形成されていても良い。

基板１１に設けられた貫通孔１４は、ノズル１４１と、当該ノズル１４１に連通する連通路１４２とからなる。
ノズル１４１は、基板１１の下面に円形の開口部を有する円筒状の孔である。ノズル１４１は、開口部とは反対側が連通路１４２に連通している。以下では、基板１１のうちノズル１４１の開口部が設けられている面をノズル開口面１１ａと記す。
連通路１４２は、ノズル１４１よりも大きな直径を有しノズル１４１と同心の円筒状の孔であり、基板１１の上面に開口部を有する。
ノズル１４１の開口部の直径は、１５～３０μｍ程度、ノズル１４１のＺ方向の長さ（ノズル長）は、１０～３０μｍ程度とすることができ、連通路１４２の直径は、１００～２００μｍ程度とすることができる。

保護膜１２は、第１の保護膜１２１及び第２の保護膜１２２からなる２層構造となっている。第１の保護膜１２１は、基板１１の板面及び貫通孔１４の内壁面に形成されており、第２の保護膜１２２は、第１の保護膜１２１に重ねて形成されている。第２の保護膜１２２は、第１の保護膜１２１と組成が同一であり、また厚さも第１の保護膜１２１とほぼ等しくなっている。第１の保護膜１２１及び第２の保護膜１２２としては、インクとの接触により溶解しない材質のもの、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）及び酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）の他、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）及び酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₃）といった金属酸化膜や、金属酸化膜にシリコンを含有させた金属シリケート膜（タンタルシリケート（ＴａＳｉＯ）等）などを用いることができる。
保護膜１２の厚さは、特には限られないが、例えば５０ｎｍ～５００ｎｍ程度とすることが望ましい。
このような耐インク性を有する材質からなる保護膜１２は、基板１１がインク（特に、アルカリ性のインクや酸性のインク）により浸食されるのを抑制する。また、保護膜１２は、後述する撥液膜１３の下地膜の役割も果たす。耐インク性を有する保護膜１２は、インクと接触しても剥離が生じにくいため、保護膜１２を下地膜とすることで、撥液膜１３が下地膜としての保護膜１２とともに剥離する不具合の発生を抑制することができる。

また、保護膜１２のうち第１の保護膜１２１は、基板１１の表面に形成された後に、後述するイオンボンバード処理が施されることによって、形成直後の状態よりも内部の応力（膜応力）が緩和された状態となっている。このように第１の保護膜１２１の応力が緩和されていることで、第１の保護膜１２１の基板１１に対する密着性が高くなっている。このため、第１の保護膜１２１に微小な欠陥が生じていても、これらを起点として第１の保護膜１２１（及びその上に積層された第２の保護膜１２２）が剥離する不具合が生じにくくなっている。より詳しくは、第１の保護膜の基板１１に対する密着性が高められていることで、第１の保護膜１２１の欠陥にインクが侵入しても、第１の保護膜１２１と基板１１との界面のインクによる浸食が進みにくいため、インクとの接触に起因した第１の保護膜１２１の剥離が生じにくくなっている。

一方で、第１の保護膜１２１に重ねて形成されている第２の保護膜１２２にはイオンボンバード処理が施されておらず、応力が緩和されていない。このため、第１の保護膜１２１及び第２の保護膜１２２は、応力が相違した状態となっている。
図４（ａ）は、従来の単層の保護膜の走査型電子顕微鏡による断面写真であり、図４（ｂ）は、本実施形態の２層構造の保護膜１２の走査型電子顕微鏡による断面写真である。
図４（ｂ）の断面写真から、本実施形態の保護膜１２では、第１の保護膜１２１と第２の保護膜１２２との間に、応力の相違による界面１２ａがあることが分かる。他方で、図４（ａ）に示される従来の単層の保護膜には、界面がない。

本実施形態のように、第１の保護膜１２１に第２の保護膜１２２を重ねて形成することで、第１の保護膜１２１が有する微小な欠陥や、イオンボンバード処理による応力緩和時に生じたクラックなどを第２の保護膜１２２で覆ってインクから保護することができる。また、第２の保護膜１２２に対してイオンボンバード処理を行わないことで、第２の保護膜１２２は、応力緩和によるクラックが生じていない状態となっているため、下層の第１の保護膜１２１や基板１１を効果的にインクから保護することが可能となっている。

撥液膜１３は、第２の保護膜１２２のうちノズル開口面１１ａに沿って設けられている部分に重ねて形成されており、その表面がインク吐出面１ａをなす。撥液膜１３は、インク吐出面１ａにインクに対する撥液性を持たせて、インク吐出面１ａへのインクや異物の付着を抑制するために設けられている層である。撥液膜１３としては、フッ素を含有した有機ケイ素化合物からなる樹脂などを用いることができる。
また、撥液膜１３には、ノズル１４１の形成位置に撥液膜１３を貫通する開口部が設けられており、ノズル１４１から吐出されるインクは、当該開口部から射出される。

次に、本実施形態のインクジェットヘッド１の製造方法について、ノズルプレート１０の製造方法を中心に説明する。
図５は、ノズルプレート１０の製造方法に係る処理（ノズルプレート製造処理）の手順を示すフローチャートである。
図６及び図７は、ノズルプレート１０の製造方法を説明する断面図である。

ノズルプレート製造処理では、まず、基板１１に対してレジスト９１、９２をマスクとしたエッチングを行うことでノズル１４１及び連通路１４２からなる貫通孔１４を形成する（ステップＳ１０１）。
すなわち、まず基板１１の下面に形成されたレジスト９１に対し、フォトリソグラフィー法により、ノズル１４１の位置に開口部９１ａを形成する（図６（ａ））。次に、レジスト９１をマスクとして基板１１に対する垂直方向のエッチングを行い、ノズル１４１の開口パターンを形成する（図６（ｂ））。このエッチングは、深掘りＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）を行うＲＩＥ装置や、放電形式に誘導結合方式を採用したドライエッチング装置であるＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）－ＲＩＥエッチング装置等のドライエッチング装置を用いて行うことができる。また、プロセスガスとして、ＳＦ₆やＣ₄Ｆ₈などを用い、エッチング開口の側面を保護する保護層の形成と垂直方向へのドライエッチングとを繰り返し行うボッシュプロセスによって垂直性に優れたエッチング加工を行うことができる。また、基板１１としてＳＯＩ基板を用いた場合、エッチングストッパー層までエッチングが進んだ段階でエッチングを停止させることができるため、ノズル１４１のノズル長を高精度に作り込むことができる。
次に、基板１１の上面に形成されたレジスト９２に対し、フォトリソグラフィー法により、連通路１４２の位置に開口部９２ａを形成する（図６（ｂ））。このレジスト９２をマスクとして、ノズル１４１の形成と同様に基板１１に対して垂直方向のエッチングを行うことで、ノズル１４１に連通する連通路１４２を形成する（図６（ｃ））。これにより、基板１１にノズル１４１及び連通路１４２からなる貫通孔１４が形成される。

次に、基板１１の表面からレジストを除去し（ステップＳ１０２、図６（ｄ））、基板１１の表面を洗浄して、基板１１に付着している異物を除去する（ステップＳ１０３）。基板１１の洗浄方法は、例えばＲＣＡ洗浄とすることができる。

次に、基板１１の表面に対してイオンボンバード処理を行う（ステップＳ１０４）（基板表面処理工程）。イオンボンバード処理は、減圧環境下で処理対象の部材に対してイオンを衝突させることで処理対象の部材に物理的作用を及ぼす処理である。
具体的には、基板１１が設置されたチャンバー内を０．０３Ｐａに減圧した上で、チャンバー内にアルゴンガス（１０ｓｃｃｍ）及び水素ガス（２０ｓｃｃｍ）を導入し、基板１１と所定の対向電極との間に２００Ｖのバイアス電圧を３００Ｗの電力で印加する。これにより、アルゴンガス及び水素ガスがイオン化（プラズマ化）されるとともに、基板１１がマイナスに帯電し、アルゴンイオン及び水素イオンが基板１１の表面に向かって飛翔して衝突する。アルゴンイオンを衝突させることで、基板１１の表面に付着した不純物や薄い酸化被膜が除去されて清浄化される。また、水素イオンを衝突させることで、基板１１の表面の酸化が抑制される。
このようなイオンボンバード処理により、基板１１に対する第１の保護膜１２１の密着性を向上させることができる。

次に、基板１１の表面にプラズマＣＶＤ法により第１の保護膜１２１を形成する（ステップＳ１０５、図６（ｅ））（第１の成膜工程）。例えば、第１の保護膜１２１として炭化ケイ素の膜を形成する場合には、上記のチャンバー内の圧力を０．０８Ｐａに調整してＴＭＳガス（テトラメチルシランガス）（３０ｓｃｃｍ）及びアルゴンガス（１０ｓｃｃｍ）を導入し、基板１１と対向電極との間に２００Ｖのバイアス電圧を４００Ｗの電力で印加する。これにより、チャンバー内でＴＭＳガス及びアルゴンガスがプラズマ化し、炭化ケイ素薄膜として基板１１の表面に堆積して、第１の保護膜１２１が形成される。

次に、第１の保護膜１２１の表面に対してイオンボンバード処理を行う（ステップＳ１０６）（保護膜表面処理工程）。ステップＳ１０６における具体的な処理条件は、上述のステップＳ１０４におけるイオンボンバード処理と同一である。第１の保護膜１２１に対するイオンボンバード処理では、第１の保護膜１２１にアルゴンイオンを衝突させた衝撃（物理的作用）によって第１の保護膜１２１の内部の応力が緩和される。また、水素イオンを衝突させることで、第１の保護膜１２１の表面の酸化が抑制される。

次に、第１の保護膜１２１の表面にプラズマＣＶＤ法により第２の保護膜１２２を形成する（ステップＳ１０７、図７（ａ））（第２の成膜工程）。この処理では、上述のステップＳ１０５におけるプラズマＣＶＤ法による処理と同様の条件で成膜を行うことで、第１の保護膜１２１に重ねて、炭化ケイ素からなる第２の保護膜１２２を形成する。

ステップＳ１０４からステップＳ１０７までの処理は、いずれも真空（減圧）環境下で行われるが、間に大気圧下での処理を挟まないため、途中で真空を破る必要がない。このため、同一のチャンバー内でステップＳ１０４からステップＳ１０７までの各処理を連続して行って、第１の保護膜１２１及び第２の保護膜１２２からなる保護膜１２を形成することができる。

次に、保護膜１２が形成された基板１１を洗浄して、保護膜１２に付着している異物を除去する（ステップＳ１０８）。基板１１の洗浄方法は、ステップＳ１０３と同様に、ＲＣＡ洗浄とすることができる。

次に、基板１１に形成された保護膜１２の表面全体に撥液膜１３を形成する（ステップＳ１０９、図７（ｂ））。具体的には、撥液膜１３の材料であるフッ素含有有機ケイ素化合物をフッ素系溶剤で薄めた液に基板１１を浸漬（ディッピング）して引き上げ、高温高湿環境下（６０℃９０％）に１時間程度置く。これにより、材料の加水分解が促進されて、基材（基板１１上の保護膜１２）との間にシロキサン結合が形成されて、表面に撥液性を有する撥液膜１３が形成される。上述のフッ素含有有機ケイ素化合物としては、例えば、オプツール（登録商標）（ダイキン工業株式会社製）、ＳＵＲＥＣＯ（登録商標）（旭硝子株式会社製）、フロロサーフＦＧ－５０４０（登録商標）（株式会社フロロテクノロジー製）等を用いることができる。
撥液膜１３の形成後、フッ素系溶剤（例えば、ノベック１２００（スリーエムジャパン株式会社製））で洗浄して、未反応のフッ素含有有機ケイ素化合物を除去する。

次に、インク吐出面１ａ以外に形成された撥液膜１３を除去する（ステップＳ１１０、図７（ｃ）、図７（ｄ））。具体的には、まずインク吐出面１ａをポリイミドテープ９３でマスキングして基板１１をアッシング装置に設置し、Ｏ₂プラズマに数十秒晒すことで、インク吐出面１ａ以外に形成された撥液膜１３を除去する（図７（ｃ））。その後、ポリイミドテープ９３を除去して洗浄する（図７（ｄ））。
ステップＳ１０９からステップＳ１１０までの処理は、撥液膜形成工程に対応する。

以上の方法により、基板１１の表面全体に保護膜１２が形成され、またインク吐出面１ａのみに撥液膜１３が形成されたノズルプレート１０が得られる。このノズルプレート１０と、圧力室基板２０、スペーサー基板４０及び配線基板５０とを積層させてヘッドチップ２を製造し、共通インク室７０、支持基板８０、配線部材３及び駆動部４などと組み合わせて所定の外装部材に組み込むことで、インクジェットヘッド１が完成する。

続いて、上記実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。

（実験１）
実験１では、本実施形態の方法で形成された保護膜１２の耐インク性（耐食性）を評価した。
具体的には、シリコンの基板１１上に、プラズマＣＶＤ法により炭化ケイ素からなる第１の保護膜１２１を形成し、当該第１の保護膜１２１に対してイオンボンバード処理を行い、これにプラズマＣＶＤ法により炭化ケイ素からなる第２の保護膜１２２を積層させ、厚さ５００ｎｍの保護膜１２を形成したものを実施例とした。
また、途中でイオンボンバード処理を行わずに厚さ５００ｎｍの炭化ケイ素からなる保護膜を形成したものを比較例とした。
実験１では、実施例及び比較例を、アルカリ性のインクに浸漬して、保護膜の剥離状態を観察した。より詳しくは、一般的に流通しているアルカリ性のインクよりも高いｐＨ（ｐＨ１１）のインクを用いるとともに、インクが変性しない程度に温度を上げることで、加速試験を行った。

図８は、実験１の評価結果を示す図である。
このうち、図８（ａ）は、比較例のサンプルに対して６か月相当の加速試験を行った後の保護膜の表面を撮影した写真である。この図に示されるように、途中でイオンボンバード処理を行わない比較例では、６か月相当の加速試験で保護膜の剥離（図８（ａ）中の領域９０）が観察された。
一方、図８（ｂ）は、実施例のサンプルに対して２４か月相当の加速試験を行った後の保護膜１２の表面を撮影した写真である。この図に示されるように、途中でイオンボンバード処理を行った実施例では、２４か月相当の加速試験を行っても保護膜１２の剥離は見られず、優れた耐久性を有していることが確認された。

（実験２）
実験２では、本実施形態の方法で形成された保護膜１２を下地膜として形成した撥液膜１３の耐インク性（耐食性）を評価した。
具体的には、基板１１上に、実験１の実施例と同一の方法で形成した保護膜１２を下地膜として撥液膜１３を形成したものを実施例とした。
また、基板１１上に、実験１の比較例と同一の方法で形成した保護膜を下地膜として撥液膜１３を形成したものを比較例とした。
撥液膜１３は、上述のオプツール（登録商標）を用いて形成した。
実験２では、実施例及び比較例の各サンプルをアルカリ性のインクに浸漬し、一定期間ごとに取り出して、所定の基準インクを滴下して静的接触角を測定した。当該基準インクに対して所望の撥液性が得られる接触角の範囲の下限値は、５０度である。

図９は、実験２の評価結果を示す図である。
図９では、各サンプルをアルカリ性のインクに浸漬した浸漬時間（加速試験による換算浸漬時間）ごとの基準インクに対する接触角がグラフ上にプロットされている。
図９のグラフに示されるように、比較例のサンプルでは、６か月相当の換算浸漬期間で接触間が６０度を下回って劣化が激しくなり、１２か月相当の換算浸漬期間の経過後には、基準値を大きく下回って完全に撥液性を失う結果となった。
一方、実施例のサンプルでは、１２か月相当の換算浸漬期間の経過後も、基準値より大きい接触角が維持されており、優れた耐久性を有していることが確認された。

以上のように、上記実施形態に係るノズルプレート１０の製造方法は、ノズル１４１からインクを吐出するインクジェットヘッド１に用いられる、ノズル１４１を有するノズルプレート１０の製造方法であって、ノズル１４１をなす貫通孔１４が設けられた基板１１の表面に、プラズマＣＶＤ法により第１の保護膜１２１を形成する第１の成膜工程、第１の保護膜１２１に対し、減圧環境下でイオンボンバード処理を行う保護膜表面処理工程、保護膜表面処理工程の後に、第１の保護膜１２１の表面に、プラズマＣＶＤ法により第１の保護膜１２１と同一組成の第２の保護膜１２２を形成する第２の成膜工程、を含む。
このような方法によれば、第１の保護膜１２１に対するイオンボンバード処理によって第１の保護膜１２１の応力が緩和されることで、第１の保護膜１２１の基板１１に対する密着性を高めることができる。よって、プラズマＣＶＤ法による成膜で第１の保護膜１２１に微小な欠陥が生じていても、当該欠陥にインクが侵入した場合の第１の保護膜１２１と基板１１との界面のインクによる浸食が進みにくいため、当該欠陥を起点として第１の保護膜１２１（及びその上に積層された第２の保護膜１２２）が剥離する不具合の発生を抑制することができる。
また、第１の保護膜１２１に第２の保護膜１２２を重ねて形成することで、第１の保護膜１２１が、微小な欠陥や、応力の緩和時に生じた微小なクラックなどを有していても、これらの欠陥やクラックを第２の保護膜１２２で覆ってインクが侵入しにくい構造とすることができる。
また、第１の保護膜１２１及び第２の保護膜１２２の形成をプラズマＣＶＤ法で行うことで、第１の保護膜１２１及び第２の保護膜１２２を短時間で形成することができ、ノズルプレート１０の生産性を高めることができる。また、第１の保護膜１２１の形成、第１の保護膜１２１に対するイオンボンバード処理、及び第２の保護膜１２２の形成は、いずれも真空（減圧）環境下で行われ、途中で真空を破る必要がないため、同一のチャンバー内でこれらの各処理を連続して行うことでノズルプレート１０の生産性を高めることができる。
よって、上記実施形態の方法によれば、耐久性に優れた保護膜１２を効率良く形成することができる。

また、第１の成膜工程の前に、基板１１に対し、減圧環境下でイオンボンバード処理を行う基板表面処理工程を行うことで、基板１１に対する第１の保護膜１２１の密着性を向上させることができる。よって、より耐久性に優れた保護膜１２を形成することができる。

また、第１の成膜工程では、基板１１の表面のうち、少なくともノズル開口面１１ａ及び貫通孔１４の内壁面に第１の保護膜１２１を形成することで、ノズル１４１から吐出されたインクが付着しやすいノズル開口面１１ａや、インクが通過する貫通孔１４を効果的に保護することができる。

また、第２の成膜工程の後に、第２の保護膜１２２のうちノズル開口面１１ａに沿って形成されている部分に重ねて撥液膜１３を形成する撥液膜形成工程を行うことで、ノズル開口面１１ａに、耐インク性の高い保護膜１２を下地膜として撥液膜１３を形成することができる。これにより、撥液膜１３が下地膜とともに剥離する不具合を生じにくくすることができるため、撥液膜１３の耐久性を高めることができる。

また、第１の保護膜１２１及び第２の保護膜１２２として、炭化ケイ素、炭化酸化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化タンタル又はタンタルシリケートからなるものを用いることで、アルカリ性のインクや酸性のインクに対する耐インク性に優れた保護膜１２が得られる。

また、上記実施形態のインクジェットヘッド１の製造方法は、上記ノズルプレート１０の製造方法を含むため、耐久性に優れたインクジェットヘッド１を効率良く製造することができる。

また、上記実施形態のノズルプレート１０は、ノズル１４１をなす貫通孔１４が設けられた基板１１と、基板１１の表面に設けられた第１の保護膜１２１と、第１の保護膜１２１の表面に設けられた、第１の保護膜１２１と同一組成の第２の保護膜１２２と、を備え、第１の保護膜１２１と第２の保護膜１２２との間には、第１の保護膜１２１及び第２の保護膜１２２の応力の相違による界面１２ａがある。
このような構成によれば、応力が緩和されて基板１１に対する高い密着性を有する第１の保護膜１２１が設けられていることで、第１の保護膜１２１が微小な欠陥を有していても、当該欠陥を起点として第１の保護膜１２１（及びその上に積層された第２の保護膜１２２）が剥離する不具合の発生を抑制することができる。
また、第１の保護膜１２１に第２の保護膜１２２が積層されていることで、第１の保護膜１２１が有する微小な欠陥やクラックを第２の保護膜１２２で覆って当該欠陥やクラックにインクが侵入しにくい構造とすることができる。

また、上記ノズルプレート１０を用いることで、耐久性に優れたインクジェットヘッド１が得られる。

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、保護膜１２を第１の保護膜１２１及び第２の保護膜１２２からなる２層構造とする例を用いて説明したが、保護膜１２の構成はこれに限られず、３層以上の保護膜を積層させた構成としても良い。この場合には、最下層の保護膜に加え、最上層を除く各層の保護膜に対してイオンボンバード処理を行うことで、各層の膜応力を小さくして層間での剥離を抑制することができる。

また、第１の保護膜１２１及び第２の保護膜１２２は、必ずしも厚さがほぼ均等になっていなくても良く、耐インク性が確保できる範囲で各保護膜の膜厚を調整しても良い。

また、イオンボンバード処理に用いるイオンとして、アルゴンイオン及び水素イオンを例に挙げて説明したが、これに限定する趣旨ではなく、他の任意のイオン（例えば、ヘリウムイオンやガリウムイオン等）を用いることができる。

また、基板１１の表面に対するイオンボンバード処理、及び第１の保護膜１２１の表面に対するイオンボンバード処理は、処理の条件（チャンバー内の圧力や、バイアス電圧、衝突させるイオン等）を互いに異ならせても良い。

また、基板１１の表面に対するイオンボンバード処理は、基板１１に対する第１の保護膜１２１の密着性が十分に得られる場合には省略しても良い。

また、上記実施形態では、基板１１の表面全体に第１の保護膜１２１及び第２の保護膜１２２を形成する例を用いて説明したが、これに限られず、第１の保護膜１２１及び第２の保護膜１２２は、基板１１の表面のうち、ノズル開口面１１ａ及び貫通孔１４の内壁面のうち少なくとも一部（すなわち、インクが接触する可能性があり耐インク性を持たせる必要のある任意の範囲）に設けることとしても良い。

また、ノズルプレート１０の基板１１は、シリコンからなるものに限られず、ポリイミド等の樹脂や、ＳＵＳ等の金属からなるものを用いても良い。

また、ノズル１４１の内壁面は、ノズル１４１の開口部に近いほどノズル開口面１１ａに平行な断面積が小さくなるようにテーパー形状をなしていても良い。

また、ノズルプレート１０に設けられる貫通孔１４は、ノズル１４１及び連通路１４２を有する構成に限られず、ノズル１４１のみからなるものであっても良い。

また、ノズルプレート１０には、貫通孔１４の他に、ノズル１４１から吐出されずに排出されるインクを導くインク流路などが設けられていても良い。

また、インクジェットヘッド１のインク吐出面１ａに撥液性を付与する必要がない場合などでは、ノズルプレート１０には必ずしも撥液膜１３を設けなくても良い。

また、上記実施形態では、圧電素子６０を変形させることで圧力室２１内のインクの圧力を変動させてインクを吐出させるベントモードのインクジェットヘッド１を例に挙げて説明したが、これに限定する趣旨ではない。例えば、圧電体の内部に圧力室を設け、圧力室の壁面の圧電体にシアモード型の変位を生じさせて圧力室内のインクの圧力を変動させるシアモードのインクジェットヘッドに対して本発明を適用しても良い。また、圧力室を変形させる方式に限られず、例えば、加熱によりインクに気泡を生じさせてインクを吐出するサーマル方式のインクジェットヘッドに対して本発明を適用しても良い。

また、上記実施形態では、シングルパス方式のインクジェット記録装置１００を例に挙げて説明したが、ヘッドユニットやインクジェットヘッドを走査させながら画像の記録を行うインクジェット記録装置に本発明を適用しても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。

１ インクジェットヘッド
１ａ インク吐出面
２ ヘッドチップ
３ 配線部材
４ 駆動部
１０ ノズルプレート
１１ 基板
１１ａ ノズル開口面
１２ 保護膜
１２１ 第１の保護膜
１２２ 第２の保護膜
１２ａ 界面
１３ 撥液膜
１４ 貫通孔
１４１ ノズル
１４２ 連通路
２０ 圧力室基板
２１ 圧力室
３０ 振動板
４０ スペーサー基板
５０ 配線基板
６０ 圧電素子
７０ 共通インク室
８０ 支持基板
１００ インクジェット記録装置
１０１ 搬送ベルト
１０２ 搬送ローラー
１０３ ヘッドユニット
Ｍ 記録媒体

Claims (9)

1. ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに用いられる、前記ノズルを有するノズルプレートの製造方法であって、
   前記ノズルをなす貫通孔が設けられた基板の表面のうち、前記ノズルの開口部が設けられているノズル開口面及び前記貫通孔の内壁面のうち少なくとも一部に、プラズマＣＶＤ法により第１の保護膜を形成する第１の成膜工程、
   前記第１の保護膜に対し、減圧環境下でイオンボンバード処理を行うことにより前記第１の保護膜の内部応力を緩和する保護膜表面処理工程、
   前記保護膜表面処理工程の後に、前記第１の保護膜の表面に、プラズマＣＶＤ法により前記第１の保護膜と同一組成の第２の保護膜を形成する第２の成膜工程、
   を含むノズルプレートの製造方法。
2. ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに用いられる、前記ノズルを有するノズルプレートの製造方法であって、
   前記ノズルをなす貫通孔が設けられた基板の表面のうち、前記ノズルの開口部が設けられているノズル開口面及び前記貫通孔の内壁面のうち少なくとも一部に、プラズマＣＶＤ法により第１の保護膜を形成する第１の成膜工程、
   前記第１の保護膜に対し、減圧環境下でイオンボンバード処理を行う保護膜表面処理工程、
   前記保護膜表面処理工程の後に、前記第１の保護膜の表面に、プラズマＣＶＤ法により前記第１の保護膜と同一組成の第２の保護膜を形成する第２の成膜工程、
   を含み、
   前記第１の保護膜及び前記第２の保護膜の材料が炭化ケイ素であるノズルプレートの製造方法。
3. 前記第１の保護膜及び前記第２の保護膜は、炭化ケイ素、炭化酸化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化タンタル又はタンタルシリケートからなる請求項１に記載のノズルプレートの製造方法。
4. 前記第１の成膜工程の前に、前記基板に対し、減圧環境下でイオンボンバード処理を行う基板表面処理工程を含む請求項１から３のいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法。
5. 前記第１の成膜工程では、前記基板の表面のうち、少なくとも前記ノズル開口面及び前記貫通孔の内壁面に前記第１の保護膜を形成する請求項１から４のいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法。
6. 前記第２の成膜工程の後に、前記第２の保護膜のうち前記ノズル開口面に沿って形成されている部分に重ねて撥液膜を形成する撥液膜形成工程を含む請求項５に記載のノズルプレートの製造方法。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のノズルプレートの製造方法を含むインクジェットヘッドの製造方法。
8. ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに用いられる、前記ノズルを有するノズルプレートであって、
   前記ノズルをなす貫通孔が設けられた基板と、
   前記基板の表面のうち、前記ノズルの開口部が設けられているノズル開口面及び前記貫通孔の内壁面のうち少なくとも一部に設けられた第１の保護膜と、
   前記第１の保護膜の表面に設けられた、前記第１の保護膜と同一組成の第２の保護膜と、
   を備え、
   前記第１の保護膜と前記第２の保護膜との間には、前記第１の保護膜及び前記第２の保護膜の応力の相違による界面があり、
   前記第１の保護膜及び前記第２の保護膜の材料が炭化ケイ素であるノズルプレート。
9. 請求項８に記載のノズルプレートを備えるインクジェットヘッド。

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