KR101123261B1 - 접합방법, 접합체, 액적 토출 헤드 및 액적 토출 장치 - Google Patents

접합방법, 접합체, 액적 토출 헤드 및 액적 토출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 접합 방법은, 제1 기재의 표면 위에, 플라스마 중합막을 형성하여, 제1 피착체를 얻는 제1 공정과, 플라스마 중합막의 표면에 자외광을 조사하여, 표면을 활성화시키는 제2 공정과, 적어도 제1 피착체와의 접합에 제공되는 면에 플라스마 중합막을 구비하지 않는 제2 피착체(제2 기재)를 준비하고, 이 제2 피착체와, 활성화시킨 플라스마 중합막의 표면이 접촉하도록, 제1 피착체와 제2 피착체를 첩합(貼合)시켜, 접합체를 얻는 제3 공정을 갖는다.
플라스마 중합막, 액적 토출 헤드

Description

접합 방법, 접합체, 액적 토출 헤드 및 액적 토출 장치{BONDING METHOD, BONDED BODY, DROPLET EJECTION HEAD, AND DROPLET EJECTION DEVICE}
본 발명은, 접합 방법, 접합체, 액적 토출 헤드 및 액적 토출 장치에 관한 것이다.
두 부재(기재)끼리를 접합(접착)할 때에는, 종래, 에폭시계 접착제, 우레탄계 접착제, 실리콘계 접착제 등의 접착제를 사용하여 행하는 방법이 많이 사용되고 있다.
접착제는, 부재의 재질에 의존하지 않고, 접착성을 나타낼 수 있다. 이 때문에, 여러가지 재료로 구성된 부재끼리를, 다양한 조합으로 접착할 수 있다.
예를 들면, 잉크젯 프린터가 구비하는 액적 토출 헤드(잉크젯식 기록 헤드)는, 수지 재료, 금속 재료, 실리콘계 재료 등의 이종 재료로 구성된 부품끼리를, 접착제를 사용하여 접착함으로써 구성되어 있다.
이와 같이 접착제를 사용하여 부재끼리를 접착할 때에는, 액상 또는 페이스트상의 접착제를 접착면에 도포하고, 도포된 접착제를 거쳐 부재끼리를 첩합(貼合)시킨다. 그 후, 열 또는 광의 작용에 의해 접착제가 경화하면, 부재끼리가 앵커 효과와 같은 물리적 상호 작용이나, 화학 결합과 같은 화학적 상호 작용에 의거하 여 접착된다.
그런데, 부재의 접착면에 접착제를 도포할 때에는, 인쇄법 등의 번잡한 방법을 사용할 필요가 있다. 또한, 도포된 접착제의 두께는, 접착제의 점도, 기온, 습도, 인쇄 장치의 조건 등의 많은 파라미터의 영향을 받기 때문에, 엄밀하게 제어하는 것은, 극히 곤란하다. 이 때문에, 접합체의 치수 정밀도를 충분하게 높일 수 없다는 문제를 안고 있다. 그 결과, 상술한 액적 토출 헤드와 같이, 높은 치수 정밀도가 요구되는 구조물을 접착제를 사용하여 제조하는 경우, 액적 토출 헤드의 치수 정밀도가 저하하여, 프린터의 인쇄 결과에 악영향을 미치는 등의 문제를 일으킬 우려가 있다.
또한, 접착제의 경화 시간이 매우 길어지기 때문에, 접착에 장시간을 요한다는 문제도 있다.
또한, 많은 경우, 접착 강도를 높이기 위해서 프라이머를 사용할 필요가 있고, 그러기 위한 비용과 수고가 접착 공정을 복잡화하고 있다.
한편, 접착제를 사용하지 않는 접합 방법으로서, 고체 접합에 의한 방법이 있다.
고체 접합은, 접착제 등의 중간층이 개재하지 않고, 부재끼리를 직접 접합하는 방법이다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
이와 같은 고체 접합에 의하면, 접착제와 같은 중간층을 사용하지 않으므로, 치수 정밀도가 높은 접합체를 얻을 수 있다.
그러나, 부재의 재질에 제약이 있다는 문제가 있다. 구체적으로는, 일반적 으로, 고체 접합은, 동종 재료끼리의 접합 밖에 행할 수 없다. 또한, 접합 가능한 재료는, 실리콘계 재료나 일부의 금속 재료 등에 한정되어 있다.
또한, 고체 접합을 행하는 분위기가 감압 분위기로 한정되는 데다, 고온(700～800℃ 정도)의 열처리를 필요로 하는 등, 접합 프로세스에 있어서의 문제도 있다.
이와 같은 문제를 받아, 두 부재끼리를, 높은 치수 정밀도로 강고하게, 또한 효율좋게 접합하는 방법이 요구되고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특개평5-82404호 공보
[발명의 개시]
본 발명의 목적은, 두 부재끼리를, 높은 치수 정밀도로 강고하고 효율좋게 접합 가능한 접합 방법, 두 부재끼리를 높은 치수 정밀도로 강고하게 접합하여 이루어지는 접합체, 이러한 접합체를 구비한 신뢰성이 높은 액적 토출 헤드, 및 이러한 액적 토출 헤드를 구비한 액적 토출 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
기재 위에 플라스마 중합막을 구비한 제1 피착체를 준비한 제1 공정과,
상기 플라스마 중합막의 표면에 에너지를 부여하여, 그 플라스마 중합막의 표면을 활성화시키는 제2 공정과,
적어도 상기 제1 피착체와 접합되는 면에 플라스마 중합막을 구비하지 않는 제2 피착체를 준비하고, 상기 활성화시킨 플라스마 중합막의 표면과 상기 제2 피착체를 밀착시키도록, 상기 제1 피착체와 상기 제2 피착체를 첩합시켜, 접합체를 얻 는 제3 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 접합 방법이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 두 기재끼리를, 높은 치수 정밀도로 강고하고 효율좋게 접합할 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 제2 피착체는, 그 표면에, 수산기, 및 상기 제2 피착체 중의 결합이 끊어져 이루어지는 활성의 결합수(結合手) 중 적어도 한쪽이 존재하고 있고,
상기 제3 공정에 있어서, 상기 플라스마 중합막과, 상기 제2 피착체의 상기 표면을 밀착시키는 것이 바람직하다.
이에 의해, 제2 피착체와 플라스마 중합막과의 접합 강도가 향상하게 되어, 두 피착체를 보다 강고하게 접합할 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 제2 피착체는, 그 표면이 산화막으로 덮여 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 제2 피착체의 표면에 수산기를 결합시키는 처리를 실시하지 않아도, 두 피착체를 보다 강고하게 접합할 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 플라스마 중합막은, 폴리오르가노실록산 또는 유기 금속 폴리머를 주재료로 하여 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 제1 피착체와 제2 피착체를 보다 강고하게 접합할 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 폴리오르가노실록산은, 옥타메틸트리실록산의 중합물을 주성분으로 하는 것임이 바람직하다.
이에 의해, 접착성이 특히 뛰어난 플라스마 중합막이 얻어진다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 폴리오르가노실록산은, Si-H 결합을 함유하고 있는 것이 바람직하다.
Si-H 결합은, 실록산 결합의 생성이 규칙적으로 행해지는 것을 저해한다고 생각된다. 이 때문에, 실록산 결합은, Si-H 결합을 피하도록 형성되게 되어, 폴리오르가노실록산 중의 Si 골격의 규칙성이 저하한다. 그 결과, 폴리오르가노실록산을 주재료로 하는 플라스마 중합막은, 결정성이 낮아지고, 접합 강도, 내약품성 및 치수 정밀도가 높은 것이 된다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 Si-H 결합을 함유하는 폴리오르가노실록산에 대한 적외광 흡수 스펙트럼에 있어서, 실록산 결합에 귀속하는 피크 강도를 1로 했을 때, Si-H 결합에 귀속하는 피크 강도가 0.001～0.2인 것이 바람직하다.
이에 의해, 실록산 결합에 의해 플라스마 중합막 중의 골격 부분이 구축되고, 이에 의해 막강도가 높아지는 작용과, Si-H 결합에 의한 폴리오르가노실록산의 결정성 저하의 작용을, 고도로 양립할 수 있다. 그 결과, 플라스마 중합막은, 접합 강도, 내약품성 및 치수 정밀도에 있어서 특히 뛰어난 것이 된다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 폴리오르가노실록산에 대한 적외광 흡수 스펙트럼에 있어서, 실록산 결합에 귀속하는 피크 강도를 1로 했을 때, 메틸기에 귀속하는 피크 강도가 0.05～0.45인 것이 바람직하다.
이에 의해, 메틸기가 실록산 결합의 생성을 필요 이상으로 저해해 버리는 것을 방지하면서, 폴리오르가노실록산 중에 필요하고 충분한 수의 활성수(活性手)가 생기기 때문에, 플라스마 중합막에 충분한 접착성이 생긴다. 또한, 플라스마 중합막에는, 메틸기에 기인하는 충분한 내후성 및 내약품성이 발현한다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 유기 금속 폴리머는, 트리메틸갈륨 또는 트리메틸알루미늄의 중합물을 주성분으로 하는 것임이 바람직하다.
이에 의해, 제1 피착체와 제2 피착체를 특히 강고하게 접합함과 함께, 플라스마 중합막에 도전성을 부여할 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 플라스마 중합막의 평균 두께는, 10～10000nm인 것이 바람직하다.
이에 의해, 제1 피착체와 제2 피착체를 접합한 접합체의 치수 정밀도가 현저하게 저하하는 것을 방지하면서, 보다 강고하게 접합할 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 제2 공정에 있어서, 상기 플라스마 중합막의 표면에, 에너지선을 조사하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 플라스마 중합막의 표면을 효율좋게 활성화시킬 수 있다. 또한, 플라스마 중합막 중의 구조를 필요 이상으로 절단하지 않으므로, 플라스마 중합막의 특성이 저하해 버리는 것을 피할 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 광은, 파장 150～300nm의 자외광인 것이 바람직하다.
이에 의해, 플라스마 중합막의 특성의 현저한 저하를 방지하면서, 넓은 범위를 불균일없이, 보다 단시간에 처리할 수 있다. 이 때문에, 플라스마 중합막의 표면의 활성화를 보다 효율좋게 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 제2 공정은, 대기 분위기 중에서 행해지는 것이 바람직하다.
이에 의해, 분위기를 제어하는 것에 수고나 비용이 들 필요가 없어져, 활성화 처리를 보다 간단하게 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 제3 공정 후, 상기 접합체에 열처리를 실시하는 공정을 갖는 것이 바람직하다.
이에 의해, 접합체에 있어서의 접합 강도를 보다 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 열처리의 온도는, 25～100℃인 것이 바람직하다.
이에 의해, 접합체가 열에 의해 변질?열화하는 것을 확실하게 방지하면서, 접합 강도를 확실하게 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 제3 공정 후, 상기 접합체를 가압하는 공정을 갖는 것이 바람직하다.
이에 의해, 접합체에 있어서의 접합 강도를 보다 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 접합체를 가압할 때의 압력은, 1～10MPa인 것이 바람직하다.
이에 의해, 기재에 손상 등을 발생시키지 않고, 접합체의 접합 강도를 확실하게 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 제2 공정의 종료 후, 60분 이내에, 상기 제3 공정을 개시하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 플라스마 중합막의 표면을 충분한 활성 상태로 유지할 수 있어, 첩합시켰을 때에 충분한 접합 강도를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에서는, 상기 제1 피착체는, 미리, 상기 제1 기재 위에 플라스마에 의한 하지(下地) 처리를 실시한 후, 그 하지 처리를 실시한 영역에 상기 플라스마 중합막을 형성하여 이루어지는 것임이 바람직하다.
이에 의해, 기재의 접합면을 청정화 및 활성화하여, 접합면 위에 플라스마 중합막을 형성했을 때, 접합면과 플라스마 중합막과의 접합 강도를 높일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
제1 기재 및 제2 기재와,
플라스마 중합막을 갖고,
상기 제1 기재 위에 마련된 상기 플라스마 중합막을 거쳐, 상기 제1 기재와 상기 제2 기재가 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 접합체이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 두 기재끼리를, 높은 치수 정밀도로 강고하게 접합하여 이루어지는 접합체가 얻어진다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
본 발명의 접합체를 갖는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 신뢰성이 높은 액적 토출 헤드가 얻어진다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
본 발명의 액적 토출 헤드를 구비하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 신뢰성이 높은 액적 토출 장치가 얻어진다.
도 1은, 본 발명의 접합 방법에 사용되는 플라스마 중합 장치를 모식적으로 나타내는 종단면도.
도 2는, 본 발명의 접합 방법을 설명하기 위한 도면(종단면도).
도 3은, 본 발명의 접합 방법을 설명하기 위한 도면(종단면도).
도 4는, 본 발명의 접합체를 적용하여 얻어진 잉크젯식 기록 헤드(액적 토출 헤드)를 나타내는 분해 사시도.
도 5는, 도 4에 나타내는 잉크젯식 기록 헤드의 주요부의 구성을 나타내는 단면도.
도 6은, 도 4에 나타내는 잉크젯식 기록 헤드를 구비하는 잉크젯 프린터의 실시 형태를 나타내는 개략도.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 본 발명의 접합 방법, 접합체, 액적 토출 헤드 및 액적 토출 장치를, 첨부 도면에 나타내는 호적(好適) 실시 형태에 의거하여 상세하게 설명한다.
<접합 방법>
본 발명의 접합 방법은, 두 기재(제1 기재(21) 및 제2 기재(22))를, 플라스마 중합막(3)을 거쳐 접합하는 방법이다. 이러한 방법에 의하면, 두 기재(21, 22)를, 높은 치수 정밀도로 강고하고 효율좋게 접합할 수 있다.
여기서는, 본 발명의 접합 방법을 설명하기에 앞서, 우선, 제1 기재(21) 위 에 형성되는 플라스마 중합막(3)을 제작하기 위해서 사용되는 플라스마 중합 장치에 대해 설명한다.
도 1은, 본 발명의 접합 방법에 사용되는 플라스마 중합 장치를 모식적으로 나타내는 종단면도이다. 또, 이하의 설명에서는, 도 1 중의 상측을 「상」, 하측을 「하」라 한다.
도 1에 나타내는 플라스마 중합 장치(100)는, 챔버(101)와, 제1 기재(21)를 지지하는 제1 전극(130)과, 제2 전극(140)과, 각 전극(130, 140)간에 고주파 전압을 인가하는 전원 회로(180)와, 챔버(101)내에 가스를 공급하는 가스 공급부(190)와, 챔버(101)내의 가스를 배기하는 배기 펌프(170)를 구비하고 있다. 이들 각부 중, 제1 전극(130) 및 제2 전극(140)이 챔버(101)내에 마련되어 있다. 이하, 각부에 대해 상세하게 설명한다.
챔버(101)는, 내부의 기밀을 유지할 수 있는 용기이며, 내부를 감압(진공) 상태로 하여 사용되기 때문에, 내부와 외부의 압력차에 견딜 수 있는 내압 성능을 갖는 것으로 된다.
도 1에 나타내는 챔버(101)는, 축선이 수평 방향에 따라 배치된 거의 원통형을 이루는 챔버 본체와, 챔버 본체의 좌측 개구부를 밀봉하는 원형의 측벽과, 우측 개구부를 밀봉하는 원형의 측벽으로 구성되어 있다.
챔버(101)의 상방에는 공급구(103)가, 하방에는 배기구(104)가, 각각 마련되어 있다. 그리고, 공급구(103)에는 가스 공급부(190)가 접속되고, 배기구(104)에는 배기 펌프(170)가 접속되어 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 챔버(101)는, 도전성이 높은 금속 재료로 구성되어 있고, 접지선(102)을 거쳐 전기적으로 접지되어 있다.
제1 전극(130)은, 판상을 이루고 있고, 제1 기재(21)를 지지하고 있다.
이 제1 전극(130)은, 챔버(101)의 측벽의 내벽면에, 연직 방향에 따라 마련되어 있고, 이에 의해, 제1 전극(130)은, 챔버(101)를 거쳐 전기적으로 접지되어 있다. 또, 제1 전극(130)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버 본체와 동심상(同心狀)으로 마련되어 있다.
제1 전극(130)의 제1 기재(21)를 지지하는 면에는, 정전척(흡착 기구)(139)이 마련되어 있다.
이 정전척(139)에 의해, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 기재(21)를 연직 방향에 따라 지지할 수 있다. 또한, 제1 기재(21)에 다소 휨이 있어도, 정전척(139)에 흡착시킴으로써, 그 휨을 교정한 상태로 제1 기재(21)를 플라스마 처리에 제공할 수 있다.
제2 전극(140)은, 제1 기재(21)를 거쳐, 제1 전극(130)과 대향하여 마련되어 있다. 또, 제2 전극(140)은, 챔버(101)의 측벽의 내벽면으로부터 이간한(절연된) 상태로 마련되어 있다.
이 제2 전극(140)에는, 배선(184)을 거쳐 고주파 전원(182)이 접속되어 있다. 또한, 배선(184)의 도중에는, 매칭 박스(정합기)(183)가 마련되어 있다. 이들 배선(184), 고주파 전원(182) 및 매칭 박스(183)에 의해, 전원 회로(180)가 구성되어 있다.
이와 같은 전원 회로(180)에 의하면, 제1 전극(130)은 접지되어 있으므로, 제1 전극(130)과 제2 전극(140) 사이에 고주파 전압이 인가된다. 이에 의해, 제1 전극(130)과 제2 전극(140)의 간극에는, 높은 주파수로 방향이 반전하는 전계가 유기(誘起)된다.
가스 공급부(190)는, 챔버(101)내에 소정의 가스를 공급하는 것이다.
도 1에 나타내는 가스 공급부(190)는, 액상의 막 재료(원료액)를 저류(貯留)하는 저액부(貯液部)(191)와, 액상의 막 재료를 기화하여 가스상으로 변화시키는 기화 장치(192)와, 캐리어 가스를 저류하는 가스 봄베(193)를 갖고 있다. 또한, 이들 각부와 챔버(101)의 공급구(103)가, 각각 배관(194)으로 접속되어 있고, 가스상의 막 재료(원료 가스)와 캐리어 가스의 혼합 가스를, 공급구(103)로부터 챔버(101)내에 공급하도록 구성되어 있다.
저액부(191)에 저류되는 액상의 막 재료는, 플라스마 중합 장치(100)에 의해, 중합하여 제1 기재(21)의 표면에 중합막을 형성하는 원 재료가 되는 것이다.
이와 같은 액상의 막 재료는, 기화 장치(192)에 의해 기화되어, 가스상의 막 재료(원료 가스)가 되어 챔버(101)내에 공급된다. 또, 원료 가스에 대해서는, 후에 상술한다.
가스 봄베(193)에 저류되는 캐리어 가스는, 전계의 작용에 의해 방전하고, 및 이 방전을 유지하기 위해서 도입하는 가스이다. 이와 같은 캐리어 가스로서는, 예를 들면, Ar 가스, He 가스 등을 들 수 있다.
또한, 챔버(101)내의 공급구(103)의 근방에는, 확산판(195)이 마련되어 있 다.
확산판(195)은, 챔버(101)내에 공급되는 혼합 가스의 확산을 촉진하는 기능을 갖는다. 이에 의해, 혼합 가스는, 챔버(101)내에, 거의 균일한 농도로 분산할 수 있다.
배기 펌프(170)는, 챔버(101)내를 배기하는 것이며, 예를 들면, 유(油)회전 펌프, 터보 분자 펌프 등으로 구성된다. 이와 같이 챔버(101)내를 배기하여 감압함으로써, 가스를 용이하게 플라스마화할 수 있다. 또한, 대기 분위기와의 접촉에 의한 제1 기재(21)의 오염?산화 등을 방지함과 함께, 플라스마 처리에 의한 반응 생성물을 챔버(101)내로부터 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 배기구(104)에는, 챔버(101)내의 압력을 조정하는 압력 제어 기구(171)가 마련되어 있다. 이에 의해, 챔버(101)내의 압력이, 가스 공급부(190)의 동작 상황에 따라, 적절히 설정된다.
다음으로, 본 발명의 접합 방법의 실시 형태에 대해, 상기 플라스마 중합 장치(100)를 사용한 경우를 예로 설명한다.
도 2 및 도 3은, 본 발명의 접합 방법을 설명하기 위한 도면(종단면도)이다. 또, 이하의 설명에서는, 도 2 및 도 3 중의 상측을 「상」, 하측을 「하」라 한다.
본 실시 형태에 따른 접합 방법은, 제1 기재(21)를 준비하고, 제1 기재(21)의 표면 위에, 플라스마 중합막(3)을 형성하는 공정(제1 공정)과, 플라스마 중합막(3)의 표면에 에너지를 부여하여, 표면을 활성화시키는 공정(제2 공정)과, 적어도 플라스마 중합막(3)과 접합되는 면에 플라스마 중합막을 구비하지 않는 제2 기 재(22)를 준비하고, 이 제2 기재(22)와, 활성화시킨 플라스마 중합막(3)의 표면이 접촉하도록, 제1 기재(21)와 제2 기재(22)를 첩합시켜, 접합체를 얻는 공정(제3 공정)과, 접합체를 가열하면서 가압하는 공정을 갖는다.
즉, 본 발명의 접합 방법에서는, 접합에 제공되는 제1 피착체는, 제1 기재(21)와, 제1 기재(21) 위에 마련된 플라스마 중합막(3)을 갖고 있고, 접합에 제공되는 제2 피착체는, 제2 기재(22)를 갖는다.
환언하면, 제1 기재(21)의 접합면에는, 미리 플라스마 중합막(3)이 마련되어 있지만, 제2 기재(22)의 접합면에는, 미리 플라스마 중합막이 마련되어 있지 않다.
이하, 본 실시 형태에 따른 접합 방법의 각 공정에 대해 순차 설명한다.
[1]우선, 제1 기재(21)를 준비한다.
제1 기재(21)의 구성 재료는, 특별히 한정되지 않지만, 폴리페닐설파이드, 아라미드계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리프로필렌, 시클로올레핀폴리머, 폴리아미드, 폴리에테르설폰, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트와 같은 수지 재료, 스테인리스강, 알루미늄, 탄탈, 티탄, 산화인듐주석(ITO)과 같은 금속 재료, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 석영 유리와 같은 실리콘계 재료, 알루미나와 같은 세라믹스 재료, 또는 이들 재료의 1종 또는 2종 이상을 조합한 복합 재료 등을 들 수 있다.
다음으로, 필요에 따라, 제1 기재(21)의 접합면(23)에 하지 처리를 실시한다. 이에 의해, 접합면(23)을 청정화 및 활성화한다. 그 결과, 후술하는 공정에 있어서, 접합면(23) 위에 플라스마 중합막(3)을 형성했을 때, 접합면(23)과 플라스 마 중합막(3)과의 접합 강도를 높일 수 있다.
이 하지 처리로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 산소 플라스마 처리, 에칭 처리, 전자선 조사 처리, 자외광 조사 처리 등을 들 수 있다.
또, 하지 처리를 실시하는 제1 기재(21)가, 수지 재료(고분자 재료)로 구성되어 있는 경우에는, 특히, 코로나 방전 처리, 질소 플라스마 처리 등이 호적하게 사용된다.
[2]다음으로, 도 2(a)～(c)에 나타내는 바와 같이, 제1 기재(21)의 접합면(23)에, 플라스마 중합막(3)을 형성한다(제1 공정).
이러한 플라스마 중합막(3)은, 강전계 중에, 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스를 공급함으로써, 원료 가스 중의 분자를 중합하여 얻을 수 있다.
구체적으로는, 우선, 챔버(101)내에 제1 기재(21)를 수납하여 밀봉 상태로 한 후, 배기 펌프(170)의 작동에 의해, 챔버(101)내를 감압 상태로 한다.
다음으로, 가스 공급부(190)를 작동시켜, 챔버(101)내에 원료 가스와 캐리어 가스의 혼합 가스를 공급한다. 공급된 혼합 가스는, 챔버(101)내에 충전된다(도 2(a) 참조).
혼합 가스 중에서의 원료 가스가 차지하는 비율(혼합비)은, 원료 가스나 캐리어 가스의 종류나 목적으로 하는 성막 속도 등에 따라 약간 다르지만, 예를 들면, 혼합 가스 중의 원료 가스의 비율을 20～70% 정도로 설정하는 것이 바람직하고, 30～60% 정도로 설정하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 중합막의 형성(성막)의 조건의 최적화를 도모할 수 있다.
또한, 공급하는 가스의 유량은, 가스의 종류나 목적으로 하는 성막 속도, 막두께 등에 의해 적절히 결정되고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상은, 원료 가스 및 캐리어 가스의 유량을, 각각, 1～100ccm 정도로 설정하는 것이 바람직하고, 10～60ccm 정도로 설정하는 것이 보다 바람직하다.
이어서, 전원 회로(180)를 작동시켜, 한쌍의 전극(130, 140)간에 고주파 전압을 인가한다. 이에 의해, 한쌍의 전극(130, 140)간에 존재하는 가스의 분자가 전리하여, 플라스마가 발생한다. 이 플라스마의 에너지에 의해 원료 가스 중의 분자가 중합하여, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 중합물이 제1 기재(21) 위에 부착?퇴적한다. 이에 의해, 제1 기재(21) 위에 플라스마 중합막(3)이 형성된다(도 2(c) 참조).
원료 가스로서는, 예를 들면, 메틸실록산, 옥타메틸트리실록산, 데카메틸테트라실록산, 데카메틸시클로펜타실록산, 옥타메틸시클로테트라실록산, 메틸페닐실록산과 같은 오르가노실록산, 트리메틸갈륨, 트리에틸갈륨, 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리메틸인듐, 트리에틸인듐, 트리메틸아연, 트리에틸아연과 같은 유기 금속계 화합물, 각종 탄화수소계 화합물, 각종 불소계 화합물 등을 들 수 있다.
이와 같은 원료 가스를 사용하여 얻어지는 플라스마 중합막(3)은, 이들 원료가 중합하여 이루어지는 것(중합물), 즉, 폴리오르가노실록산, 유기 금속 폴리머, 탄화수소계 폴리머, 불소계 폴리머 등으로 구성되게 된다.
이들 중에서도, 플라스마 중합막(3)은, 특히, 폴리오르가노실록산 또는 유기 금속 폴리머를 주재료로 하여 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 플라스마 중합막(3)은, 제1 기재(21)와 제2 기재(22)를 보다 강고하게 접합할 수 있다.
또한, 이 중, 폴리오르가노실록산은, 통상, 발수성(撥水性)을 나타내지만, 각종 활성화 처리를 실시함으로써, 용이하게 유기기 등의 탈리기를 탈리시킬 수 있어, 친수성으로 변화할 수 있다. 즉, 플라스마 중합막(3)의 발수성과 친수성의 제어를 용이하게 행할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 발수성을 나타내는 폴리오르가노실록산으로 구성된 플라스마 중합막(3)은, 후술하는 공정에 있어서, 제2 기재와 접촉시켜도, 플라스마 중합막(3)의 표면에 있는 유기기 등의 탈리기에 의해 접착이 저해되게 되어, 극히 접착하기 어렵다. 한편, 친수성을 나타내는 폴리오르가노실록산으로 구성된 플라스마 중합막(3)은, 제2 기재에 접촉시키면, 양자의 접착이 가능하게 된다. 즉, 발수성과 친수성의 제어를 용이하게 행할 수 있다는 이점은, 접착성의 제어를 용이하게 행할 수 있다는 이점으로 이어지기 때문에, 폴리오르가노실록산으로 구성된 플라스마 중합막(3)은, 본 발명의 접합 방법에 있어서 호적하게 사용되는 것이 된다.
또한, 폴리오르가노실록산은, 비교적 유연성이 풍부하므로, 예를 들면, 제1 기재(21)와 제2 기재(22)의 각 구성 재료가 서로 다른 경우이어도, 각 기재(21, 22)간에 생기는 열팽창에 수반하는 응력을 완화할 수 있다. 이에 의해, 최종적으로 얻어지는 접합체(1)에 있어서, 박리를 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 폴리오르가노실록산은, 내약품성이 뛰어나기 때문에, 약품류 등에 장기간에 걸쳐 폭로되는 부재의 접합시에 효과적으로 사용할 수 있다. 구체적으로 는, 예를 들면, 수지 재료를 침식하기 쉬운 유기계 잉크가 사용되는 공업용 잉크젯 프린터의 액적 토출 헤드를 제조할 때에, 폴리오르가노실록산을 주재료로 하는 플라스마 중합막(3)을 사용함으로써, 그 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 폴리오르가노실록산 중에서도, 특히, 옥타메틸트리실록산의 중합물을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 옥타메틸트리실록산의 중합물을 주성분으로 하는 플라스마 중합막은, 접착성이 특히 뛰어나므로, 본 발명의 접합 방법에 있어서, 특히 호적하게 사용되는 것이다. 또한, 옥타메틸트리실록산을 주성분으로 하는 원료는, 상온에서 액상을 이루어, 적당한 점도를 갖기 때문에, 취급이 용이하다는 이점도 있다.
또한, 폴리오르가노실록산은, Si-H 결합을 함유하고 있는 것이 바람직하다. 이 Si-H 결합을 적당히 함유한 폴리오르가노실록산에 있어서는, Si-H 결합이 실록산 결합의 생성이 규칙적으로 행해지는 것을 저해한다고 생각된다. 이에 의해, 실록산 결합은, Si-H 결합을 피하도록 형성되게 되어, 폴리오르가노실록산 중의 Si 골격의 규칙성이 저하한다. 그 결과, 폴리오르가노실록산을 주재료로 하는 플라스마 중합막(3)은, 결정성이 낮은 것이 된다.
이와 같은 결정성이 낮은 플라스마 중합막은, 결정 재료 특유의 결정립계에 있어서의 전위나 어긋남 등의 결함이 생기기 어려워진다. 이 때문에, 플라스마 중합막(3) 자체가 접합 강도, 내약품성 및 치수 정밀도가 높은 것이 되고, 최종적으로 얻어지는 접합체에 있어서도, 접합 강도, 내약품성 및 치수 정밀도가 높은 것이 얻어진다.
한편, 폴리오르가노실록산 중의 Si-H 결합의 함유율이 많으면 많을수록 상술한 플라스마 중합막(3)의 특성이 향상하는 것은 아니고, Si-H 결합의 함유율은 소정의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 즉, 폴리오르가노실록산의 적외광 흡수 스펙트럼에 있어서, 실록산 결합에 귀속하는 피크의 강도를 1로 했을 때, Si-H 결합에 귀속하는 피크의 강도는, 0.001～0.2 정도인 것이 바람직하고, 0.002～0.05 정도인 것이 보다 바람직하고, 0.005～0.02 정도인 것이 더욱 바람직하다. Si-H 결합의 실록산 결합에 대한 비율이 상기 범위 내임으로써, 실록산 결합에 의해 플라스마 중합막(3)의 골격 부분이 구축되고, 이에 의해 막강도가 높아지는 작용과, Si-H 결합에 의한 폴리오르가노실록산의 결정성 저하의 작용을, 고도로 양립할 수 있다. 그 결과, 플라스마 중합막(3)은, 접합 강도, 내약품성 및 치수 정밀도에 있어서 특히 뛰어난 것이 된다.
또한, 폴리오르가노실록산에 활성화 처리를 실시함으로써, 플라스마 중합막(3)으로부터 탈리하는 상술한 탈리기는, 폴리오르가노실록산 중의 Si 골격으로부터 탈리함으로써, 플라스마 중합막(3)에 활성수를 발생시키도록 행동하는 것이다. 따라서, 탈리기에는, 에너지를 부여됨으로써, 비교적 간단하게, 또한 균일하게 탈리하지만, 에너지가 부여되지 않을 때에는, 탈리하지 않도록 Si 골격에 확실하게 결합하여 있는 것일 필요가 있다.
이와 같은 탈리기로서는, 예를 들면, H 원자, B 원자, C 원자, N 원자, O 원자, P 원자, S 원자 및 할로겐계 원자, 또는 이들 각 원자를 함유하고, 이들 각 원자가 폴리오르가노실록산 중의 Si 골격에 결합하도록 배치된 원자단으로 이루어지 는 군에서 선택되는 적어도 1종으로 구성된 것이 바람직하게 사용된다. 이러한 탈리기는, 에너지의 부여에 의한 결합/탈리의 선택성이 비교적 뛰어나다. 이 때문에, 이와 같은 탈리기는, 상기와 같은 필요성을 충분하게 만족할 수 있는 것이 되고, 접합막 부착 기재의 접착성을 보다 고도의 것으로 할 수 있다.
또한, 상기와 같은 각 원자가 폴리오르가노실록산 중의 Si 골격에 결합하도록 배치된 원자단(기)으로서는, 예를 들면, 메틸기, 에틸기와 같은 알킬기, 비닐기, 알릴기와 같은 알케닐기, 알데히드기, 케톤기, 카르복시기, 아미노기, 아미드기, 니트로기, 할로겐화알킬기, 메르캅토기, 설폰산기, 시아노기, 이소시아네이트기 등을 들 수 있다.
이들 각 기 중에서도, 상술한 유기기는, 특히 알킬기인 것이 바람직하다. 알킬기는 화학적인 안정성이 높기 때문에, 알킬기를 함유하는 플라스마 중합막(3)은, 내후성 및 내약품성이 뛰어난 것이 된다.
여기서, 상술한 유기기가 메틸기(-CH3)인 경우, 그 바람직한 함유율은, 적외광 흡수 스펙트럼에 있어서의 피크 강도로부터 이하와 같이 규정된다.
즉, 폴리오르가노실록산의 적외광 흡수 스펙트럼에 있어서, 실록산 결합에 귀속하는 피크의 강도를 1로 했을 때, 메틸기에 귀속하는 피크의 강도는, 0.05～0.45 정도인 것이 바람직하고, 0.1～0.4 정도인 것이 보다 바람직하고, 0.2～0.3 정도인 것이 더욱 바람직하다. 메틸기의 피크 강도가 실록산 결합의 피크 강도에 대한 비율이 상기 범위 내임으로써, 메틸기가 실록산 결합의 생성을 필요 이상으로 저해해 버리는 것을 방지하면서, 폴리오르가노실록산 중에 필요하고 충분한 수의 활성수가 생기기 때문에, 플라스마 중합막(3)에 충분한 접착성이 생긴다. 또한, 플라스마 중합막(3)에는, 메틸기에 기인하는 충분한 내후성 및 내약품성이 발현한다.
한편, 유기 금속 폴리머는, 활성화 처리를 거침으로써, 뛰어난 도전성을 발현함과 함께, 두 기재(21, 22)를 보다 강고하게 접합할 수 있다. 따라서, 유기 금속 폴리머로 구성된 플라스마 중합막(3)은, 후술하는 활성화 처리를 거침으로써, 박리 등을 확실하게 방지할 수 있는 신뢰성이 높은 배선 등으로서 사용하는 것이 가능한 접합체(1)를 구성할 수 있는 것이 된다.
또한, 유기 금속 폴리머 중에서도, 특히, 트리메틸갈륨 또는 트리메틸알루미늄의 중합물을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 이들 성분은, 유기 금속 폴리머 중에서도, 두 기재(21, 22)를 특히 강고하게 접합함과 함께, 활성화 처리를 거침으로써, 플라스마 중합막에 높은 도전성을 부여할 수 있다.
플라스마 중합시, 한쌍의 전극(130, 140)간에 인가하는 고주파의 주파수는, 특별히 한정되지 않지만, 1kHz～100MHz 정도인 것이 바람직하고, 10～60MHz 정도인 것이 보다 바람직하다.
또한, 고주파의 출력 밀도는, 특별히 한정되지 않지만, 0.01～100W/cm2 정도인 것이 바람직하고, 0.1～50W/cm2 정도인 것이 보다 바람직하고, 1～40W/cm2 정도인 것이 더욱 바람직하다. 고주파의 출력 밀도를 상기 범위 내로 함으로써, 고주 파의 출력 밀도가 너무 높아 원료 가스에 필요 이상의 플라스마 에너지가 부가되는 것을 방지하면서, 플라스마 중합막(3)을 확실하게 형성할 수 있다. 즉, 고주파의 출력 밀도가 상기 하한값을 밑돈 경우, 원료 가스 중의 분자에 중합 반응을 발생시킬 수 없어, 플라스마 중합막(3)을 형성할 수 없을 우려가 있다. 한편, 고주파의 출력 밀도가 상기 상한값을 웃돈 경우, 원료 가스가 분해하여, 탈리기가 될 수 있는 구조가 폴리오르가노실록산 중의 Si 골격으로부터 분리해 버려, 얻어지는 플라스마 중합막(3)에 있어서 탈리기의 함유율이 현저하게 낮아지기 때문에, 플라스마 중합막(3)의 접합 강도가 저하할 우려가 있다.
또한, 성막시의 챔버(101)내의 압력은, 133.3×10-5～1333Pa(1×10-5～10Torr) 정도인 것이 바람직하고, 133.3×10-4～133.3Pa(1×10-4～1Torr) 정도인 것이 보다 바람직하다.
원료 가스 유량은, 0.5～200sccm 정도인 것이 바람직하고, 1～100sccm 정도인 것이 보다 바람직하다. 한편, 캐리어 가스 유량은, 5～750sccm 정도인 것이 바람직하고, 10～500sccm 정도인 것이 보다 바람직하다.
처리 시간은, 1～10분 정도인 것이 바람직하고, 4～7분 정도인 것이 보다 바람직하다.
또한, 제1 기재(21)의 온도는, 25℃ 이상인 것이 바람직하고, 25～100℃ 정도인 것이 보다 바람직하다.
이와 같은 조건을 적절히 설정함으로써, 치밀한 플라스마 중합막(3)을 불균 일없이 형성할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 플라스마 중합 장치를 사용하여, 제1 기재(21) 위에 플라스마 중합막(3)을 형성하는 수순에 대해 설명하고 있지만, 플라스마 중합막을 구비한 기재(피착체)를 미리 준비해두고, 그 피착체를 사용하도록 해도 좋다.
또한, 플라스마 중합막(3)의 평균 두께는, 10～10000nm 정도인 것이 바람직하고, 50～5000nm 정도인 것이 보다 바람직하다. 플라스마 중합막(3)의 평균 두께를 상기 범위 내로 함으로써, 제1 기재(21)와 제2 기재(22)를 접합한 접합체의 치수 정밀도가 현저하게 저하하는 것을 방지하면서, 보다 강고하게 접합할 수 있다.
즉, 플라스마 중합막(3)의 평균 두께가 상기 하한값을 밑돈 경우는, 충분한 접합 강도가 얻어지지 않을 우려가 있다. 한편, 플라스마 중합막(3)의 평균 두께가 상기 상한값을 웃돈 경우는, 접합체의 치수 정밀도가 현저하게 저하할 우려가 있다.
또한, 플라스마 중합막(3)의 평균 두께가 상기 범위 내이면, 플라스마 중합막(3)에 어느 정도의 형상 추종성이 확보된다. 이 때문에, 예를 들면, 제1 기재(21)의 접합면(플라스마 중합막(3)에 인접하는 면)에 요철이 존재하고 있는 경우이어도, 그 요철의 높이에도 의존하지만, 요철의 형상으로 추종하도록 플라스마 중합막(3)을 피착시킬 수 있다. 그 결과, 플라스마 중합막(3)은, 요철을 흡수하여, 그 표면에 생기는 요철의 높이를 완화할 수 있다.
또, 상기와 같은 형상 추종성의 정도는, 플라스마 중합막(3)의 두께가 두꺼울수록 현저해진다. 따라서, 형상 추종성을 충분하게 확보하기 위해서는, 플라스 마 중합막(3)의 두께를 가능한 한 두껍게 하면 좋다.
[3]다음으로, 얻어진 플라스마 중합막(3)의 표면(31)에 에너지를 부여한다. 이에 의해, 에너지를 부여된 영역의 표면(31) 부근의 결합의 일부가 절단되어, 표면(31)을 활성화시킨다(제2 공정).
플라스마 중합막(3)의 표면(31)에 에너지를 부여하는 방법으로서는, 표면(31)을 활성화할 수 있는 방법이면, 어떠한 방법이어도 좋지만, 에너지선을 조사하는 방법이 바람직하다. 이러한 방법에 의하면, 플라스마 중합막(3)의 표면(31)을 효율좋게 활성화시킨다. 또한, 이 방법에 의하면, 플라스마 중합막(3) 중의 구조를 필요 이상으로(예를 들면, 제1 기재(21)와의 계면에 이를 때까지) 절단하지 않으므로, 플라스마 중합막(3)의 특성이 저하해 버리는 것을 피할 수 있다.
에너지선으로서는, 예를 들면, 자외광, 레이저-광과 같은 광, 전자선, 입자선 등을 들 수 있다.
또한, 에너지선에는, 특히, 도 2(d)에 나타내는 바와 같이, 파장 150～300nm 정도의 자외광을 조사하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 자외광에 의하면, 플라스마 중합막(3)의 특성의 현저한 저하를 방지하면서, 넓은 범위를 불균일없이, 보다 단시간에 처리할 수 있다. 이 때문에, 플라스마 중합막(3)의 표면(31)의 활성화를 보다 효율좋게 행할 수 있다. 또한, 자외광에는, 자외 램프 등의 간단한 설비로 발생시킬 수 있다는 이점도 있다.
또, 자외광의 파장은, 보다 바람직하게는, 160～200nm 정도가 된다.
또한, 자외광을 조사하는 시간은, 플라스마 중합막(3)의 표면(31) 부근의 결 합을 절단할 수 있는 정도의 시간이면 좋고, 특별히 한정되지 않지만, 0.5～30분 정도인 것이 바람직하고, 1～10분 정도인 것이 보다 바람직하다.
또한, 플라스마 중합막(3)에 대한 에너지선의 조사는, 어떠한 분위기 중에서 행하도록 해도 좋지만, 대기 분위기 중에서 행해지는 것이 바람직하다. 이에 의해, 분위기를 제어하는 것에 수고나 비용이 들 필요가 없어져, 활성화 처리를 보다 간단하게 행할 수 있다.
이와 같이 하여 활성화된 플라스마 중합막(3)의 표면(31)에는, 주위의 수분이 접촉함으로써, 수산기(OH기)가 자연적으로 결합한다. 또, 상술한 「활성화시킨다」함은, 표면(31) 부근 및 내부의 결합이 절단되어, 종단화되어 있지 않는 결합수(댕글링 본드)가 생긴 상태나, 그 절단된 결합수에 수산기가 결합한 상태 중 어느 한쪽, 또는, 이들의 상태가 혼재한 상태의 것을 말한다.
또, 플라스마 중합막(3)이 유기 금속 폴리머로 구성되어 있는 경우에는, 플라스마 중합막(3)에 에너지가 부여되면, 플라스마 중합막(3) 중으로부터 유기 성분이 제거되어, 도전성 성분이 지배적이 된다. 그 결과, 에너지가 부여된(활성화 처리를 거친) 플라스마 중합막(3)에 도전성이 발현한다.
[4]다음으로, 적어도 제1 피착체(제1 기재(21)와 플라스마 중합막(3))와 접합되는 면에 플라스마 중합막을 구비하지 않는 제2 기재(본 실시 형태에서는, 플라스마 중합막을 구비하지 않는 제2 기재(22))를 준비한다. 그리고, 이 제2 기재(22)와, 상기 공정[3]에서 활성화시킨 플라스마 중합막(3)의 표면이 접촉하도록, 두 기재(21, 22)를 첩합시킨다(도 3(e) 참조).
이에 의해, 플라스마 중합막(3)의 활성화된 표면과 제2 기재(22)가 접합된다. 그 결과, 접합체(1)를 얻는다.
여기서, 준비한 제2 기재(22)의 구성 재료는, 제1 기재(21)와 달라도 동일해도 좋다.
또, 두 기재(21, 22)의 열팽창률은, 거의 동등한 것이 바람직하지만, 서로 달라도 좋다. 각 기재(21, 22)의 열팽창률이 거의 동등하면, 두 기재(21, 22)를 접합했을 때에, 그 접합 계면에 열팽창에 수반하는 응력이 발생하기 어려워진다. 그 결과, 최종적으로 얻어지는 접합체(1)에 있어서, 박리를 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 후에 상술하지만, 각 기재(21, 22)의 열팽창률이 서로 다른 경우이어도, 후술하는 공정에 있어서, 두 기재(21, 22)끼리를 첩합시킬 때의 조건을 최적화함으로써, 두 기재(21, 22)끼리를 높은 치수 정밀도로 강고하게 접합할 수 있다.
또한, 두 기재(21, 22)는, 서로 강성이 다른 것이 바람직하다. 이에 의해, 두 기재(21, 22)를 보다 강고하게 접합할 수 있다.
또한, 두 기재(21, 22) 중, 적어도 한쪽의 구성 재료는, 수지 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 수지 재료는, 그 유연성에 의해, 두 기재(21, 22)를 접합했을 때에, 그 접합 계면에 발생하는 응력(예를 들면, 열팽창에 수반하는 응력 등)을 완화할 수 있다. 이 때문에, 접합 계면이 파괴하기 어려워져, 결과적으로, 접합 강도가 높은 접합체(1)를 얻을 수 있다.
이와 같이 하여 얻어진 접합체(1)에서는, 종래의 접합 방법에서 사용되고 있던 접착제와 같이, 앵커 효과와 같은 물리적 결합에 의거한 접착이 아니라, 공유 결합과 같이 단시간에 일으키는 강고한 화학적 결합에 의거하여, 제1 기재(21)와 제2 기재(22)가 접합되어 있다. 이 때문에, 접합체(1)는, 극히 박리하기 어렵고, 접합 불균일 등도 생기기 어려운 것이 된다.
또한, 본 발명의 접합 방법에 의하면, 종래의 고체 접합과 같이, 고온(700～800℃ 정도)에서의 열처리를 필요로 하지 않으므로, 내열성이 낮은 재료로 구성된 기재도, 접합에 제공할 수 있다. 이에 의해, 기재의 구성 재료의 선택의 폭을 넓힐 수 있다.
또한, 본 발명의 접합 방법에 의하면, 두 기재(21, 22) 중, 한쪽의 제1 기재(21)만에 플라스마 중합막(3)이 마련되고, 피착체를 구성하고 있다. 이에 의해, 플라스마 중합막(3)을 형성할 때에, 제1 기재(21)는 비교적 장시간에 걸쳐 플라스마에 폭로되게 되지만, 제2 기재(22)는, 플라스마에 폭로되는 것은 아니다. 이 때문에, 예를 들면, 제2 기재(22)의 플라스마에 대한 내구성이 현저하게 낮은 경우이어도, 본 발명의 접합 방법에 의하면, 제1 기재(21)와 제2 기재(22)를 강고하게 접합할 수 있다. 따라서, 제2 기재(22)를 구성하는 재료에는, 플라스마에 대한 내구성을 그다지 고려하지 않고, 폭넓은 재료에서 선택할 수 있다는 이점도 있다.
여기서, 제2 기재(22) 중, 본 공정에 있어서, 제1 기재(21) 위에 형성된 플라스마 중합막(3)과 접촉하는 영역, 즉, 플라스마 중합막(3)을 밀착(접합)시키고자 하는 영역의 표면에는, 수산기(OH기)가 결합하여 있는 상태로 되어 있는 것이 바람직하다. 제2 기재(22)의 표면이 이와 같은 상태로 되어 있으면, 제2 기재(22)와 플라스마 중합막(3)과의 접합 강도가 향상하게 되어, 두 기재(21, 22)를 보다 강고 하게 접합할 수 있다. 또, 이러한 효과는, 이하와 같은 현상에 의한 것으로 추찰된다.
즉, 본 공정에 있어서, 제2 기재(22)와 플라스마 중합막(3)을 접촉(밀착)시켰을 때에, 제2 기재(22)의 표면에 존재하는 수산기와, 플라스마 중합막(3)의 활성화시킨 표면에 존재하는 수산기가, 수소 결합에 의해 서로 당겨, 수산기끼리의 간에 인력이 발생한다.
또한, 이 수소 결합에 의해 서로 당기는 수산기끼리는, 온도 조건 등에 따라, 탈수 축합을 수반하여 표면으로부터 탈리한다. 그 결과, 플라스마 중합막(3)과 제2 기재(22)의 접촉 계면에서는, 탈리한 OH기가 결합하여 있던 결합수끼리가 결합한다. 이에 의해, 플라스마 중합막(3)과 제2 기재(22)가 화학적으로 강고하게 접합된다.
또, 제2 기재(22) 중, 플라스마 중합막(3)을 밀착시키고자 하는 영역의 표면에, 수산기가 결합하여 있는 상태를 형성하기 위해서는, 어떠한 방법을 사용해도 좋다. 구체예를 들면, 제2 기재(22)에 산소 플라스마 등의 플라스마 처리를 실시하는 방법, 에칭 처리를 실시하는 방법, 전자선을 조사하는 방법, 자외광을 조사하는 방법, 오존에 폭로하는 방법, 또는 이들을 조합한 방법 등이 있다. 이와 같은 방법을 사용함으로써, 제2 기재(22)의 표면을 청정화함과 함께, 표면 부근의 결합의 일부를 절단하여, 표면을 활성화할 수 있다. 이와 같은 상태의 표면에는, 주위의 수분이 접촉함으로써, 수산기(OH기)가 자연적으로 결합한다. 이와 같이 하여, 수산기가 결합하여 있는 상태를 형성할 수 있다.
또한, 제2 기재(22)의 구성 재료에 따라서는, 상기와 같은 처리를 실시하지 않아도, 표면에 수산기가 결합하여 있는 것도 있다. 이러한 구성 재료로서는, 예를 들면, 스테인리스강, 알루미늄과 같은 각종 금속 재료, 실리콘, 석영 유리와 같은 실리콘계 재료, 알루미나와 같은 산화물계 세라믹스 재료 등을 들 수 있다. 또, 제2 기재(22)는, 그 전체가 상기와 같은 재료로 구성되어 있지 않아도 좋고, 적어도 표면 부근이 상기와 같은 재료로 구성되어 있으면 된다.
이와 같은 재료로 구성된 제2 기재(22)는, 그 표면이 산화막으로 덮여 있고, 이 산화막의 표면에는, 수산기가 결합하여 있다. 따라서, 이와 같은 재료로 구성된 제2 기재(22)를 사용하면, 수산기를 노출시키는 처리를 실시하지 않아도, 제1 기재(21)와 제2 기재(22)를 강고하게 접합할 수 있다.
또한, 제2 기재(22)의 표면 및 내부에는, 제2 기재(22)의 결합이 절단되어, 종단화되어 있지 않는 활성의 결합수(댕글링 본드)가 포함되어 있어도 좋다. 또한, 수산기와 댕글링 본드가 혼재한 상태이어도 좋다. 제2 기재(22)의 표면 및 내부에 댕글링 본드가 포함되어 있으면, 플라스마 중합막(3)의 표면에 노출한 댕글링 본드 사이에서, 네트워크상으로 구축된 공유 결합에 유래하는 보다 강고한 접합이 이루어진다. 그 결과, 플라스마 중합막(3)을 거쳐 제1 기재(21)와 제2 기재(22)를 보다 강고하게 접합할 수 있다.
또, 상기 공정[3]에서 활성화된 플라스마 중합막(3)의 표면은, 그 활성 상태가 경시적으로 완화해 버린다. 이 때문에, 상기 공정[3]의 종료 후, 가능한 한 빨리 본 공정[4]을 행하도록 한다. 구체적으로는, 상기 공정[3]의 종료 후, 60분 이 내에 본 공정[4]을 행하도록 하는 것이 바람직하고, 5분 이내에 행하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 시간 내이면, 플라스마 중합막(3)의 표면이 충분한 활성 상태를 유지하고 있으므로, 첩합시켰을 때에 충분한 접합 강도를 얻을 수 있다.
환언하면, 활성화시키기 전의 플라스마 중합막(3)은, 화학적으로 안정하며, 내후성이 뛰어나다. 이 때문에, 상기 공정[2]을 마친 시점의 플라스마 중합막(3)은, 장기간에 걸친 보존에 적합한 것이다. 따라서, 그와 같은 플라스마 중합막(3)을 구비한 제1 기재(21)(피착체)를 다량으로 제조 또는 구입하여 보존해두고, 본 공정[4]의 첩합을 행하기 직전에, 필요한 개수만으로 상기 공정[3]을 행하도록 하면, 접합체의 제조 효율의 관점에서 유효하다.
또, 종래의 실리콘 직접 접합과 같은 고체 접합에서는, 표면을 활성화시켜도, 그 활성 상태는, 대기 중에서는 수초～수십초 정도의 극히 단시간 밖에 유지되지 않는다. 이 때문에, 표면의 활성화를 행한 후, 접합하는 두 부재를 첩합시키는 등의 작업을 행하는 시간을 충분하게 확보할 수 없다는 문제가 있었다.
이것에 대해, 본 발명에 의하면, 플라스마 중합막의 작용에 의해, 수분 이상의 비교적 장시간에 걸쳐 활성 상태를 유지할 수 있다. 이 때문에, 작업에 요하는 시간을 충분하게 확보할 수 있어, 접합 작업의 효율화를 높일 수 있다.
이상과 같이 하여 접합체(본 발명의 접합체)(1)를 얻을 수 있다.
이와 같이 하여 얻어진 접합체(1)는, 제1 기재(21)와 제2 기재(22) 사이의 접합 강도가 5MPa(50kgf/cm2) 이상인 것이 바람직하고, 10MPa(100kgf/cm2) 이상인 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 접합 강도를 갖는 접합체(1)는, 그 박리를 충분하게 방지할 수 있는 것이 된다. 그리고, 후술하는 바와 같이, 접합체(1)를 사용하여 액적 토출 헤드를 구성한 경우, 내구성이 뛰어난 액적 토출 헤드가 얻어진다. 또한, 본 발명의 접합 방법에 의하면, 제1 기재(21)와 제2 기재(22)가 상기와 같은 큰 접합 강도로 접합된 접합체(1)를 효율좋게 제작할 수 있다.
또한, 플라스마 중합막(3)이 유기 금속 폴리머로 구성되어 있는 경우에는, 이 플라스마 중합막(3)을 활성화시킴으로써, 도전성이 발현한다. 이와 같은 활성화 처리를 거친 플라스마 중합막(3)의 저항률은, 구성 재료의 조성에 따라 약간 다르지만, 1×10-3Ω?cm 이하인 것이 바람직하고, 1×10-4Ω?cm 이하인 것이 보다 바람직하다. 활성화 처리를 거쳐 도전성이 발현한 플라스마 중합막(3)의 저항률이 이와 같이 충분하게 낮으면, 이러한 플라스마 중합막은, 손실이 작은 배선으로서 충분하게 이용할 수 있다.
또한, 플라스마 중합막(3)은, 그 두께에도 의존하지만 비교적 높은 투광성을 가진 것이 된다. 그리고, 플라스마 중합막(3)의 형성 조건(플라스마 중합시의 조건이나 원료 가스의 조성 등)을 적절히 설정함으로써, 플라스마 중합막(3)의 굴절률을 조정할 수 있다. 구체적으로는, 플라스마 중합시의 고주파의 출력 밀도를 높임으로써, 플라스마 중합막(3)의 굴절률을 높일 수 있고, 반대로, 플라스마 중합시의 고주파의 출력 밀도를 낮게 함으로써, 플라스마 중합막(3)의 굴절률을 낮게 할 수 있다.
구체적으로는, 실란계 가스를 원료로 하는 플라스마 중합법에 의하면, 굴절률의 범위가 1.35～1.6 정도의 플라스마 중합막(3)이 얻어진다. 이와 같은 플라스마 중합막(3)은, 그 굴절률이, 수정이나 석영 유리의 굴절률에 가깝기 때문에, 예를 들면 플라스마 중합막(3)을 광로가 관통하게 하는 구조의 광학 부품을 제조할 때에 호적하게 사용된다. 또한, 플라스마 중합막(3)의 굴절률을 조정할 수 있으므로, 원하는 굴절률의 플라스마 중합막(3)을 제작할 수 있다.
또, 접합체(1)를 얻은 후, 이 접합체(1)에 대해, 필요에 따라, 이하의 두 공정[5A], [5B] 중 어느 하나 또는 쌍방을 행하도록 해도 좋다.
[5A]도 3(g)에 나타내는 바와 같이, 얻어진 접합체(1)를, 제1 기재(21)와 제2 기재(22)가 서로 접근하는 방향으로 가압한다.
이에 의해, 제2 기재(22)의 표면에 플라스마 중합막(3)의 표면이 보다 근접하여, 접합체(1)에 있어서의 접합 강도를 보다 높일 수 있다.
이 때, 접합체(1)를 가압할 때의 압력은, 가능한 한 높은 쪽이 바람직하다. 이에 의해, 이 압력에 비례하여 접합체(1)에 있어서의 접합 강도를 높일 수 있다.
또, 이 압력은, 각 기재(21, 22)의 구성 재료나 두께, 접합 장치 등의 조건에 따라, 적절히 조정하면 좋다. 구체적으로는, 기재(21, 22)의 구성 재료나 두께 등에 따라 약간 다르지만, 1～10MPa 정도인 것이 바람직하고, 1～5MPa 정도인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 접합체(1)의 접합 강도를 확실하게 높일 수 있다. 또, 이 압력이 상기 상한값을 웃돌아도 상관없지만, 각 기재(21, 22)의 구성 재료에 따라서는, 각 기재(21, 22)에 손상 등이 생길 우려가 있다.
또한, 가압하는 시간은, 특별히 한정되지 않지만, 10초～30분 정도인 것이 바람직하다. 또, 가압하는 시간은, 가압할 때의 압력에 따라 적절히 변경하면 좋다. 구체적으로는, 접합체(1)를 가압할 때의 압력이 높을수록, 가압하는 시간을 짧게 할 수 있다.
[5B]도 3(g)에 나타내는 바와 같이, 얻어진 접합체(1)를 가열한다.
이에 의해, 접합체(1)에 있어서의 접합 강도를 보다 높일 수 있다.
이 때, 접합체(1)를 가열할 때의 온도는, 실온보다 높고, 접합체(1)의 내열 온도 미만이면, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 25～100℃ 정도가 되고, 보다 바람직하게는 50～100℃ 정도가 된다. 이러한 범위의 온도로 가열하면, 접합체(1)가 열에 의해 변질?열화하는 것을 확실하게 방지하면서, 접합 강도를 확실하게 높일 수 있다.
또한, 가열 시간은, 특별히 한정되지 않지만, 1～30분 정도인 것이 바람직하다.
또한, 상기 공정[5A], [5B]의 쌍방을 행하는 경우, 이들을 동시에 행하는 것이 바람직하다. 즉, 도 3(g)에 나타내는 바와 같이, 접합체(1)를 가압하면서, 가열하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 가압에 의한 효과와, 가열에 의한 효과가 상승적으로 발휘되어, 접합체(1)의 접합 강도를 특히 높일 수 있다.
또, 두 기재(21, 22)의 열팽창률이 거의 동등한 경우에는, 상기와 같이 하여 접합체(1)를 가열하는 것이 바람직하지만, 두 기재(21, 22)의 열팽창률이 서로 다른 경우에는, 가능한 한 저온 하에서 접합을 행하는 것이 바람직하다. 접합을 저 온 하에서 행함으로써, 접합 계면에 발생하는 열응력의 더더욱 저감을 도모할 수 있다.
구체적으로는, 두 기재(21, 22)의 열팽창률차에도 의존하지만, 25～50℃ 정도의 온도에서 접합을 행하는 것이 바람직하고, 25～40℃ 정도의 온도에서 접합을 행하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 온도 범위이면, 두 기재(21, 22)의 열팽창률차가 어느 정도 커져도, 접합 계면에 발생하는 열응력을 충분하게 저감할 수 있다. 그 결과, 접합체(1)에 있어서의 휨이나 박리 등의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.
이 경우, 두 기재(21, 22)의 열팽창 계수의 차가, 5×10-5/K 이상인 경우에는, 상기와 같이 하여, 가능한 한 저온 하에서 접합을 행하는 것이 강하게 추장(推奬)된다.
이상과 같은 공정을 행함으로써, 접합체(1)에 있어서의 접합 강도의 더더욱 향상을 도모할 수 있다.
<액적 토출 헤드>
다음으로, 본 발명의 접합체를 잉크젯식 기록 헤드에 적용한 경우의 실시 형태에 대해 설명한다.
도 4는, 본 발명의 접합체를 적용하여 얻어진 잉크젯식 기록 헤드(액적 토출 헤드)를 나타내는 분해 사시도, 도 5는, 도 4에 나타내는 잉크젯식 기록 헤드의 주요부의 구성을 나타내는 단면도, 도 6은, 도 4에 나타내는 잉크젯식 기록 헤드를 구비하는 잉크젯 프린터의 실시 형태를 나타내는 개략도이다. 또, 도 4는, 통상 사용되는 상태와는, 상하 반대로 나타나 있다.
도 4에 나타내는 잉크젯식 기록 헤드(본 발명의 액적 토출 헤드)(10)는, 도 6에 나타내는 잉크젯 프린터(본 발명의 액적 토출 장치)(9)에 탑재되어 있다.
도 6에 나타내는 잉크젯 프린터(9)는, 장치 본체(92)를 구비하고 있고, 상부 후방에 기록 용지(P)를 설치하는 트레이(921)와, 하부 전방에 기록 용지(P)를 배출하는 배지구(排紙口)(922)와, 상부면에 조작 패널(97)이 마련되어 있다.
조작 패널(97)은, 예를 들면, 액정 디스플레이, 유기EL 디스플레이, LED 램프 등으로 구성되고, 에러 메세지 등을 표시하는 표시부(도시하지 않음)와, 각종 스위치 등으로 구성되는 조작부(도시하지 않음)를 구비하고 있다.
또한, 장치 본체(92)의 내부에는, 주로, 왕복 이동하는 헤드 유닛(93)을 구비하는 인쇄 장치(인쇄 수단)(94)와, 기록 용지(P)를 1매씩 인쇄 장치(94)에 송입하는 급지 장치(급지 수단)(95)와, 인쇄 장치(94) 및 급지 장치(95)를 제어하는 제어부(제어 수단)(96)를 갖고 있다.
제어부(96)의 제어에 의해, 급지 장치(95)는, 기록 용지(P)를 1매씩 간헐 이송한다. 이 기록 용지(P)는, 헤드 유닛(93)의 하부 근방을 통과한다. 이 때, 헤드 유닛(93)이 기록 용지(P)의 이송 방향과 거의 직교하는 방향으로 왕복 이동하여, 기록 용지(P)에의 인쇄가 행해진다. 즉, 헤드 유닛(93)의 왕복 이동과 기록 용지(P)의 간헐 이송이, 인쇄에 있어서의 주(主)주사 및 부(副)주사가 되어, 잉크젯 방식의 인쇄가 행해진다.
인쇄 장치(94)는, 헤드 유닛(93)과, 헤드 유닛(93)의 구동원이 되는 캐리지 모터(941)와, 캐리지 모터(941)의 회전을 받아, 헤드 유닛(93)을 왕복 이동시키는 왕복 이동 기구(942)를 구비하고 있다.
헤드 유닛(93)은, 그 하부에, 다수의 노즐공(111)을 구비하는 잉크젯식 기록 헤드(10)(이하, 단순히 「헤드(10)」라 한다)와, 헤드(10)에 잉크를 공급하는 잉크 카트리지(931)와, 헤드(10) 및 잉크 카트리지(931)를 탑재한 캐리지(932)를 갖고 있다.
또, 잉크 카트리지(931)로서, 옐로우, 시안, 마젠타, 블랙(흑)의 4색의 잉크를 충전한 것을 사용함으로써, 풀컬러 인쇄가 가능하게 된다.
왕복 이동 기구(942)는, 그 양단을 프레임(도시하지 않음)에 지지된 캐리지 가이드축(943)과, 캐리지 가이드축(943)과 평행하게 연재(延在)하는 타이밍 벨트(944)를 갖고 있다.
캐리지(932)는, 캐리지 가이드축(943)에 왕복 이동 자재(自在)로 지지됨과 함께, 타이밍 벨트(944)의 일부에 고정되어 있다.
캐리지 모터(941)의 작동에 의해, 풀리(pulley)를 거쳐 타이밍 벨트(944)를 정역주행시키면, 캐리지 가이드축(943)에 안내되어, 헤드 유닛(93)이 왕복 이동한다. 그리고, 이 왕복 이동시에, 헤드(10)로부터 적절히 잉크가 토출되어, 기록 용지(P)에의 인쇄가 행해진다.
급지 장치(95)는, 그 구동원이 되는 급지 모터(951)와, 급지 모터(951)의 작동에 의해 회전하는 급지 롤러(952)를 갖고 있다.
급지 롤러(952)는, 기록 용지(P)의 이송 경로(기록 용지(P))를 끼고 상하로 대향하는 종동 롤러(952a)와 구동 롤러(952b)로 구성되고, 구동 롤러(952b)는 급지 모터(951)에 연결되어 있다. 이에 의해, 급지 롤러(952)는, 트레이(921)에 설치한 다수매의 기록 용지(P)를, 인쇄 장치(94)를 향해 1매씩 송입하도록 되어 있다. 또, 트레이(921) 대신에, 기록 용지(P)를 수용하는 급지 카세트를 착탈 자재로 장착할 수 있도록 하는 구성이어도 좋다.
제어부(96)는, 예를 들면 퍼스널 컴퓨터나 디지털 카메라 등의 호스트 컴퓨터로부터 입력된 인쇄 데이터에 의거하여, 인쇄 장치(94)나 급지 장치(95) 등을 제어함으로써 인쇄를 행하는 것이다.
제어부(96)는, 어느 것도 도시하지 않지만, 주로, 각부를 제어하는 제어 프로그램 등을 기억하는 메모리, 압전 소자(진동원)(14)를 구동하여, 잉크의 토출 타이밍을 제어하는 압전 소자 구동 회로, 인쇄 장치(94)(캐리지 모터(941))를 구동하는 구동 회로, 급지 장치(95)(급지 모터(951))를 구동하는 구동 회로, 및, 호스트 컴퓨터로부터의 인쇄 데이터를 입수하는 통신 회로와, 이들에 전기적으로 접속되어, 각부에서의 각종 제어를 행하는 CPU를 구비하고 있다.
또한, CPU에는, 예를 들면, 잉크 카트리지(931)의 잉크 잔량, 헤드 유닛(93)의 위치 등을 검출 가능한 각종 센서 등이, 각각 전기적으로 접속되어 있다.
제어부(96)는, 통신 회로를 거쳐, 인쇄 데이터를 입수하여 메모리에 격납한다. CPU는, 이 인쇄 데이터를 처리하고, 이 처리 데이터 및 각종 센서로부터의 입력 데이터에 의거하여, 각 구동 회로에 구동 신호를 출력한다. 이 구동 신호에 의 해 압전 소자(14), 인쇄 장치(94) 및 급지 장치(95)는, 각각 작동한다. 이에 의해, 기록 용지(P)에 인쇄가 행해진다.
이하, 헤드(10)(본 발명의 액적 토출 헤드)에 대해, 도 4 및 도 5를 참조하면서 상술한다.
헤드(10)는, 노즐판(11)과, 잉크실 기판(12)과, 진동판(13)과, 진동판(13)에 접합된 압전 소자(진동원)(14)를 구비하는 헤드 본체(17)와, 이 헤드 본체(17)를 수납하는 기체(16)를 갖고 있다. 또, 이 헤드(10)는, 온-디맨드형의 피에조 제트식 헤드를 구성한다.
노즐판(11)은, 예를 들면, SiO2, SiN, 석영 유리와 같은 실리콘계 재료, Al, Fe, Ni, Cu 또는 이들을 함유하는 합금과 같은 금속계 재료, 알루미나, 산화철과 같은 산화물계 재료, 카본 블랙, 그라파이트와 같은 탄소계 재료 등으로 구성되어 있다.
이 노즐판(11)에는, 잉크 방울을 토출하기 위한 다수의 노즐공(111)이 형성되어 있다. 이들의 노즐공(111)간의 피치는, 인쇄 정밀도에 따라 적절히 설정된다.
노즐판(11)에는, 잉크실 기판(12)이 고착(고정)되어 있다.
이 잉크실 기판(12)은, 노즐판(11), 측벽(격벽)(122) 및 후술하는 진동판(13)에 의해, 복수의 잉크실(캐비티, 압력실)(121)과, 잉크 카트리지(931)로부터 공급되는 잉크를 저류하는 리저버실(123)과, 리저버실(123)로부터 각 잉크실(121) 에, 각각 잉크를 공급하는 공급구(124)가 구획 형성되어 있다.
각 잉크실(121)은, 각각 단책상(직방체상)으로 형성되고, 각 노즐공(111)에 대응하여 배설되어 있다. 각 잉크실(121)은, 후술하는 진동판(13)의 진동에 의해 용적 가변이며, 이 용적 변화에 따라, 잉크를 토출하도록 구성되어 있다.
잉크실 기판(12)을 얻기 위한 모재로서는, 예를 들면, 실리콘 단결정 기판, 각종 유리 기판, 각종 수지 기판 등을 사용할 수 있다. 이들 기판은, 어느 것도 범용적인 기판이므로, 이들 기판을 사용함으로써, 헤드(10)의 제조 비용을 저감할 수 있다.
한편, 잉크실 기판(12)의 노즐판(11)과 반대측에는, 진동판(13)이 접합되어, 또한 진동판(13)의 잉크실 기판(12)과 반대측에는, 복수의 압전 소자(14)가 마련되어 있다.
또한, 진동판(13)의 소정 위치에는, 진동판(13)의 두께 방향으로 관통하여 연통공(131)이 형성되어 있다. 이 연통공(131)을 거쳐, 상술한 잉크 카트리지(931)로부터 리저버실(123)에, 잉크가 공급 가능하게 되어 있다.
각 압전 소자(14)는, 각각, 하부 전극(142)과 상부 전극(141) 사이에 압전체층(143)을 개삽(介揷)하여 이루어지고, 각 잉크실(121)의 거의 중앙부에 대응하여 배설되어 있다. 각 압전 소자(14)는, 압전 소자 구동 회로에 전기적으로 접속되어, 압전 소자 구동 회로의 신호에 의거하여 작동(진동, 변형)하도록 구성되어 있다.
각 압전 소자(14)는, 각각, 진동원으로서 기능하고, 진동판(13)은, 압전 소 자(14)의 진동에 의해 진동하여, 잉크실(121)의 내부 압력을 순간적으로 높이도록 기능한다.
기체(16)는, 예를 들면 각종 수지 재료, 각종 금속 재료 등으로 구성되어 있고, 이 기체(16)에 노즐판(11)이 고정, 지지되어 있다. 즉, 기체(16)가 구비하는 오목부(161)에, 헤드 본체(17)를 수납한 상태로, 오목부(161)의 외주부에 형성된 단차(162)에 의해 노즐판(11)의 연부(緣部)를 지지한다.
이상과 같은, 노즐판(11)과 잉크실 기판(12)의 접합, 잉크실 기판(12)과 진동판(13)의 접합, 및 노즐판(11)과 기체(16)의 접합 중, 적어도 1개소에 본 발명의 접합 방법이 이용되고 있다.
환언하면, 노즐판(11)과 잉크실 기판(12)의 접합체, 잉크실 기판(12)과 진동판(13)의 접합체, 및 노즐판(11)과 기체(16)의 접합체 중, 적어도 1개소에 본 발명의 접합체가 적용되어 있다.
이와 같은 헤드(10)는, 상기 접합 계면에 플라스마 중합막이 개삽(介揷)되어 접합되어 있다. 이 때문에, 접합 계면의 접합 강도 및 내약품성이 높아져 있고, 이에 의해, 각 잉크실(121)에 저류된 잉크에 대한 내구성 및 액밀성(液密性)이 높아져 있다. 그 결과, 헤드(10)는, 신뢰성이 높은 것이 된다.
또한, 매우 저온에서 신뢰성이 높은 접합이 가능하기 때문에, 선팽창 계수가 다른 재료이어도 대면적의 헤드가 가능한 점에서도 유리하다.
또한, 헤드(10)의 일부에 본 발명의 접합체가 적용되어 있으면, 치수 정밀도가 높은 헤드(10)를 구축할 수 있다. 이 때문에, 헤드(10)로부터 토출된 잉크 방 울의 토출 방향이나, 헤드(10)와 기록 용지(P)의 이간 거리를 고도로 제어할 수 있어, 잉크젯 프린터(9)에 의한 인자(印字) 결과의 품위를 높일 수 있다.
이와 같은 헤드(10)는, 압전 소자 구동 회로를 거쳐 소정의 토출 신호가 입력되어 있지 않은 상태, 즉, 압전 소자(14)의 하부 전극(142)과 상부 전극(141) 사이에 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서는, 압전체층(143)에 변형이 생기지 않는다. 이 때문에, 진동판(13)에도 변형이 생기지 않고, 잉크실(121)에는 용적 변화가 생기지 않는다. 따라서, 노즐공(111)으로부터 잉크 방울은 토출되지 않는다.
한편, 압전 소자 구동 회로를 거쳐 소정의 토출 신호가 입력된 상태, 즉, 압전 소자(14)의 하부 전극(142)과 상부 전극(141) 사이에 일정 전압이 인가된 상태에서는, 압전체층(143)에 변형이 생긴다. 이에 의해, 진동판(13)이 크게 휘어, 잉크실(121)의 용적 변화가 생긴다. 이 때, 잉크실(121) 내의 압력이 순간적으로 높아져, 노즐공(111)으로부터 잉크 방울이 토출된다.
1회의 잉크의 토출이 종료하면, 압전 소자 구동 회로는, 하부 전극(142)과 상부 전극(141) 사이에의 전압의 인가를 정지한다. 이에 의해, 압전 소자(14)는, 거의 원래의 형상으로 되돌아가, 잉크실(121)의 용적이 증대한다. 또, 이 때, 잉크에는, 잉크 카트리지(931)로부터 노즐공(111)을 향하는 압력(정 방향으로의 압력)이 작용하고 있다. 이 때문에, 공기가 노즐공(111)으로부터 잉크실(121)로 유입하는 것이 방지되어, 잉크의 토출량으로 맞춘 양의 잉크가 잉크 카트리지(931)(리저버실(123))로부터 잉크실(121)로 공급된다.
이와 같이 하여, 헤드(10)에 있어서, 인쇄시키려는 위치의 압전 소자(14)에, 압전 소자 구동 회로를 거쳐 토출 신호를 순차 입력함으로써, 임의의(원하는) 문자나 도형 등을 인쇄할 수 있다.
또, 헤드(10)는, 압전 소자(14) 대신에 전기-열 변환 소자를 갖고 있어도 좋다. 즉, 헤드(10)는, 전기-열 변환 소자에 의한 재료의 열팽창을 이용하여 잉크를 토출하는 구성(이른바, 「버블젯 방식」(「버블젯」은 등록상표))의 것이어도 좋다.
이러한 구성의 헤드(10)에 있어서, 노즐판(11)에는, 발액성(撥液性)을 부여하는 것을 목적으로 형성된 피막(114)이 마련되어 있다. 이에 의해, 노즐공(111)으로부터 잉크 방울이 토출될 때에, 이 노즐공(111)의 주변에 잉크 방울이 잔존하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 그 결과, 노즐공(111)으로부터 토출된 잉크 방울을 목적으로 하는 영역에 확실하게 착탄시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 접합 방법, 접합체, 액적 토출 헤드 및 액적 토출 장치를, 도시한 실시 형태에 의거하여 설명했지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 본 발명의 접합 방법에서는, 필요에 따라, 1 이상의 임의의 목적의 공정을 추가해도 좋다.
또한, 본 발명의 접합체는, 액적 토출 헤드 이외의 것에 적용 가능한 것은 말할 것도 없다. 구체적으로는, 본 발명의 접합체는, 예를 들면, 반도체 장치, MEMS, 마이크로리액터 등에 적용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 구체적 실시예에 대해 설명한다.
1. 접합체의 제조
이하, 각 실시예 및 각 비교예에서는, 각각 접합체를 20개 제작한다.
(실시예1)
우선, 제1 기재로서, 종20mm×횡20mm×평균 두께1mm의 단결정 실리콘 기판을 준비하고, 제2 기재로서, 종20mm×횡20mm×평균 두께1mm의 유리 기판을 준비했다.
이어서, 단결정 실리콘 기판(제1 기재)을 도 1에 나타내는 플라스마 중합 장치(100)의 챔버(101)내에 수납하여, 산소 플라스마에 의한 하지 처리를 행했다.
다음으로, 하지 처리를 행한 면에, 평균 두께 200nm의 플라스마 중합막을 성막했다. 또, 성막 조건은 이하에 나타내는 대로다.
<성막 조건>
?원료 가스의 조성 : 옥타메틸트리실록산
?원료 가스의 유량 : 50sccm
?캐리어 가스의 조성 : 아르곤
?캐리어 가스의 유량 : 100sccm
?고주파 전력의 출력 : 100W
?고주파 출력 밀도 : 25W/cm2
?챔버 내 압력 : 1Pa(저진공)
?처리 시간 : 15분
?기판 온도 : 20℃
다음으로, 얻어진 플라스마 중합막에 이하에 나타내는 조건에서 자외선을 조사했다.
<자외선 조사 조건>
?분위기 가스의 조성 : 대기(공기)
?분위기 가스의 온도 : 20℃
?분위기 가스의 압력 : 대기압(100kPa)
?자외선의 파장 : 172nm
?자외선의 조사 시간 : 5분
한편, 유리 기판(제2 기재)의 편면에 대해, 산소 플라스마에 의한 하지 처리를 행했다.
다음으로, 플라스마 중합막의 자외선을 조사한 면과, 유리 기판의 하지 처리를 실시한 면이 접촉하도록, 단결정 실리콘 기판과 유리 기판을 중첩했다.
그리고, 각 기재를 3MPa로 가압하면서, 80℃로 가열하고, 15분간 유지했다. 이에 의해, 각 기재를 접합하여, 접합체를 얻었다.
(실시예2)
가열의 온도를 80℃에서 25℃로 변경한 이외는, 상기 실시예1과 같이 하여 접합체를 얻었다.
(실시예3～12)
제1 기재의 구성 재료 및 제2 기재의 구성 재료를, 각각 표 1에 나타내는 재 료로 변경한 이외는, 상기 실시예1과 같이 하여 접합체를 얻었다.
(실시예13)
고주파 전력의 출력을 150W(고주파 출력 밀도를 37.5W/cm2)로 변경한 이외는, 상기 실시예1과 같이 하여 접합체를 얻었다.
(실시예14)
고주파 전력의 출력을 200W(고주파 출력 밀도를 50W/cm2)로 변경한 이외는, 상기 실시예1과 같이 하여 접합체를 얻었다.
(실시예15～17)
원료 가스를 표 1에 나타내는 조성의 가스로 변경하고, 플라스마 중합막의 조성을 변경한 이외는, 각각 상기 실시예1, 3, 4와 같이 하여 접합체를 얻었다.
(비교예1～3)
각 기재 간을 에폭시계 접착제로 접착한 이외는, 상기 실시예1, 3, 4와 같이 하여, 접합체를 얻었다.
(비교예4)
플라스마 중합막 대신에, 이하와 같이 하여 접합막을 형성하도록 한 이외는, 상기 실시예1과 같이 하여, 접합체를 얻었다.
우선, 실리콘 재료로서 폴리디메틸실록산 골격을 갖는 것을 함유하여, 용매로서 톨루엔 및 이소부탄올을 함유하는 액상 재료(신에츠가가쿠고교사제, 「KR-251」 : 점도(25℃) 18.0mPa?s)를 준비했다.
이어서, 단결정 실리콘 기판의 표면에 산소 플라스마에 의한 표면 처리를 행한 후, 이 면에 액상 재료를 도포했다.
이어서, 얻어진 액상 피막을 상온(25℃)에서 24시간 건조시켰다. 이에 의해, 접합막을 얻었다.
또한, 이것과 같이 하여, 유리 기판에 산소 플라스마에 의한 표면 처리를 행한 후, 이 면에 접합막을 얻었다.
그리고, 각 접합막의 주연부(周緣部)의 폭3mm의 액자상의 영역에 선택적으로 자외선을 조사했다.
이어서, 접합막끼리가 밀착하도록 실리콘 기판과 유리 기판을 가압하면서 가열했다. 이에 의해, 실리콘 기판과 유리 기판이 접합막을 거쳐 접합된 접합체를 얻었다.
(비교예5～10)
제1 기재의 구성 재료 및 제2 기재의 구성 재료를, 각각 표 1에 나타내는 재료로 변경한 이외는, 상기 비교예4와 같이 하여 접합체를 얻었다.
(비교예11)
플라스마 중합막 대신에, 이하와 같이 하여 접합막을 형성하도록 한 이외는, 상기 실시예1과 같이 하여, 접합체를 얻었다.
우선, 단결정 실리콘 기판의 표면에 산소 플라스마에 의한 표면 처리를 행한 후, 이 면의 주연부의 폭3mm의 액자상의 영역에 선택적으로 헥사메틸디실라잔(HMDS)의 증기를 닿게함으로써, HMDS로 구성된 접합막을 얻었다.
또한, 이것과 같이 하여, 유리 기판에 산소 플라스마에 의한 표면 처리를 행한 후, 이 면에 HMDS로 구성된 접합막을 얻었다.
그리고, 각 접합막의 주연부의 폭3mm의 액자상의 영역에 선택적으로 자외선을 조사했다.
이어서, 접합막끼리가 밀착하도록 실리콘 기판과 유리 기판을 가압하면서 가열했다. 이에 의해, 실리콘 기판과 유리 기판이 접합막을 거쳐 접합된 접합체를 얻었다.
2. 접합체의 평가
2.1 접합 강도(할열(割裂) 강도)의 평가
각 실시예 및 각 비교예에서 얻어진 접합체에 대해, 각각 접합 강도를 측정했다.
접합 강도의 측정은, 각 기재를 벗겼을 때, 벗겨지기 직전의 강도를 측정함으로써 행했다. 또한, 접합 강도의 측정은, 접합 직후와, 접합 후에 -40℃～125℃의 온도 사이클을 100회 반복한 후의 각각에 있어서 행했다. 그리고, 접합 강도를 이하의 기준에 따라 평가했다.
<접합 강도의 평가 기준>
◎ : 10MPa(100kgf/cm2) 이상
○ : 5MPa(50kgf/cm2) 이상, 10MPa(100kgf/cm2) 미만
△ : 1MPa(10kgf/cm2) 이상, 5MPa(50kgf/cm2) 미만
× : 1MPa(10kgf/cm2) 미만
2.2 치수 정밀도의 평가
각 실시예 및 각 비교예에서 얻어진 접합체에 대해, 각각 두께 방향의 치수 정밀도를 측정했다.
치수 정밀도의 측정은, 정방형의 접합체의 각 각부(角部)의 두께를 측정하여, 4개소의 두께의 최대값과 최소값의 차를 산출함으로써 행했다. 그리고, 이 차를 이하의 기준에 따라 평가했다.
<치수 정밀도의 평가 기준>
○ : 10㎛ 미만
× : 10㎛ 이상
2.3 내약품성의 평가
각 실시예 및 각 비교예에서 얻어진 접합체 중 각 10개를, 80℃로 유지한 잉크젯 프린터용 잉크(엡손사제, HQ4)에, 이하의 조건에서 3주간 침지했다. 또한, 접합체의 남은 10개를, 같은 잉크에 50일간 침지했다. 그리고, 각 기재를 벗겨, 접합 계면에 잉크가 침입하여 있지 않은지를 확인했다. 그리고, 그 결과를 이하의 기준에 따라 평가했다.
<내약품성의 평가 기준>
◎ : 전혀 침입하여 있지 않음
○ : 각부에 조금 침입하여 있음
△ : 연부에 따라 침입하여 있음
× : 내측에 침입하여 있음
2.4 적외선 흡수(FT-IR)의 평가
각 실시예 및 각 비교예에서 얻어진 접합체 중의 접합막에 대해, 각각 적외광 흡수 스펙트럼을 취득했다. 그리고, 각 스펙트럼에 대해, (1)실록산(Si-O) 결합에 귀속하는 피크에 대한 Si-H 결합에 귀속하는 피크의 상대 강도와, (2)실록산 결합에 귀속하는 피크에 대한 메틸기에 귀속하는 피크의 상대 강도를 산출했다.
2.5 굴절률의 평가
각 실시예 및 각 비교예에서 얻어진 접합체 중의 접합막에 대해, 각각 굴절률을 측정했다.
2.6 광투과율의 평가
각 실시예 및 각 비교예에서 얻어진 접합체 중, 광투과율의 측정이 가능한 것에 대해, 광투과율을 측정했다. 그리고, 얻어진 광투과율을 이하의 평가 기준에 따라 평가했다.
<광투과율의 평가 기준>
◎ : 95%초과
○ : 90%초과 95% 미만
△ : 85%초과 90% 미만
× : 85% 미만
이상, 2.1～2.6의 각 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure 112009075952944-pct00001
표 1에서 명백한 바와 같이, 각 실시예에서 얻어진 접합체는, 접합 강도, 치수 정밀도 및 내약품성 중 어느 항목에 있어서도 뛰어난 특성을 나타냈다.
한편, 각 비교예에서 얻어진 접합체는, 접합 강도 및 내약품성이 충분하지 않았다. 또한, 치수 정밀도는, 특히 낮은 것이 인정되었다.
본 발명의 접합 방법은, 기재 위에 플라스마 중합막을 구비한 제1 피착체를 준비한 제1 공정과, 상기 플라스마 중합막의 표면에 에너지를 부여하여, 그 플라스마 중합막의 표면을 활성화시키는 제2 공정과, 적어도 상기 제1 피착체와 접합되는 면에 플라스마 중합막을 구비하지 않는 제2 피착체를 준비하고, 상기 활성화시킨 플라스마 중합막의 표면과 상기 제2 피착체를 밀착시키도록, 상기 제1 피착체와 상기 제2 피착체를 첩합시켜, 접합체를 얻는 제3 공정을 갖는다. 그 때문에, 제1 피착체와 제2 피착체를, 높은 치수 정밀도로 강고하고 효율좋게 접합할 수 있다. 또한, 플라스마 중합막을 구비하지 않는 제2 피착체는, 플라스마에 폭로되는 것이 아니므로, 제2 피착체의 구성 재료를, 플라스마에 대한 내구성을 고려하지 않고, 폭넓은 재료에서 선택할 수 있다. 따라서, 본 발명의 접합 방법은, 산업상의 이용 가능성을 갖는다.

Claims (22)

  1. 기재 위에 플라스마 중합막을 구비한 제1 피착체를 준비한 제1 공정과,
    상기 플라스마 중합막의 표면에 에너지를 부여하여, 그 플라스마 중합막의 표면을 활성화시키는 제2 공정과,
    적어도 상기 제1 피착체와 접합되는 면에 플라스마 중합막을 구비하지 않는 제2 피착체를 준비하고, 상기 활성화시킨 플라스마 중합막의 표면과 상기 제2 피착체를 밀착시키도록, 상기 제1 피착체와 상기 제2 피착체를 첩합시켜, 접합체를 얻는 제3 공정을 갖고,
    상기 제2 피착체는, 그 표면에, 수산기, 및 상기 제2 피착체 중의 결합이 끊어져 이루어지는 활성의 결합수(結合手) 중 적어도 한쪽이 존재하고 있고,
    상기 제3 공정에 있어서, 상기 플라스마 중합막과, 상기 제2 피착체의 상기 표면을 밀착시키는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 피착체는, 그 표면이 산화막으로 덮여 있는 접합 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라스마 중합막은, 폴리오르가노실록산 또는 유기 금속 폴리머를 주재료로 하여 구성되어 있는 접합 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 폴리오르가노실록산은, 옥타메틸트리실록산의 중합물인 접합 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 폴리오르가노실록산은, Si-H 결합을 함유하고 있는 접합 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 Si-H 결합을 함유하는 폴리오르가노실록산에 대한 적외광 흡수 스펙트럼에 있어서, 실록산 결합에 귀속하는 피크 강도를 1로 했을 때, Si-H 결합에 귀속하는 피크 강도가 0.001～0.2인 접합 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 폴리오르가노실록산에 대한 적외광 흡수 스펙트럼에 있어서, 실록산 결합에 귀속하는 피크 강도를 1로 했을 때, 메틸기에 귀속하는 피크 강도가 0.05～0.45인 접합 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 유기 금속 폴리머는, 트리메틸갈륨 또는 트리메틸알루미늄의 중합물인 접합 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 플라스마 중합막의 평균 두께는, 10～10000nm인 접합 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공정에 있어서, 상기 플라스마 중합막의 표면에, 에너지선을 조사하는 접합 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 에너지선은, 파장 150～300nm의 자외광인 접합 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공정은, 대기 분위기 중에서 행해지는 접합 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제3 공정 후, 상기 접합체에 열처리를 실시하는 공정을 갖는 접합 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 열처리의 온도는, 25～100℃인 접합 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제3 공정 후, 상기 접합체를 가압하는 공정을 갖는 접합 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 접합체를 가압할 때의 압력은, 1～10MPa인 접합 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공정의 종료 후, 60분 이내에, 상기 제3 공정을 개시하는 접합 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 피착체는, 미리, 상기 제1 기재 위에 플라스마에 의한 하지(下地) 처리를 실시한 후, 그 하지 처리를 실시한 영역에 상기 플라스마 중합막을 형성하여 이루어지는 것인 접합 방법.
  20. 제1 기재 및 제2 기재와,
    플라스마 중합막을 갖고,
    상기 제1 기재 위에 마련된 상기 플라스마 중합막을 거쳐, 상기 제1 기재와 상기 제2 기재가 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 접합체.
  21. 제20항에 기재된 접합체를 갖는 것을 특징으로 하는 액적 토출 헤드.
  22. 제21항에 기재된 액적 토출 헤드를 구비하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
KR1020097025697A 2007-06-18 2008-06-16 접합방법, 접합체, 액적 토출 헤드 및 액적 토출 장치 KR101123261B1 (ko)

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