WO2014119418A1 - 液滴吐出ヘッド基板及び液滴吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

　積層されたチップを接合して液滴吐出ヘッド基板を製造する方法において、ノズル孔を傷つけずに高い吐出性能を維持した形で接合できる接合方法を提供する。　前記第１～第２プレートの各接合面を表面活性化処理する第１工程と、前記第１～第２プレートを、前記第１のプレートに形成された複数のノズル孔と前記第２プレートに形成された前記複数の貫通孔とが互いに連通するよう位置合わせして積層する第２工程と、積層された前記第１、第２プレートの各接合面をイオン移動による共有結合を伴わない原子結合により接合する第３工程と、を有し、前記第３工程は、大気圧下で荷重を前記第１プレートの前記液滴吐出側の面から前記複数のノズル孔を避けた位置で接触させて、押圧すると共に、各接合面間に生じさせた静電吸引力で接近させて接合する。

Description

液滴吐出ヘッド基板及び液滴吐出ヘッドの製造方法

本願発明は液体をノズル孔から吐出する液滴吐出ヘッド基板及び液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。

プリンタなどの印刷装置や、半導体装置の製造に用いられる成膜装置においては近年、インクや当該製膜装置で用いられる成膜材料としての液滴を対象物に吐出、飛翔させる技術、いわゆる液滴吐出技術が用いられる。

このような液滴吐出技術には、印刷画質の向上や成膜精度の向上が望まれるため、それに応じて液滴吐出技術で用いられる液滴吐出ヘッドについても、より微小な液体を精度よく対象物に着弾できるような吐出特性を備える事が望まれている。また近年の液滴吐出ヘッドの小型化、高解像化に対応し、高い吐出特性を維持しつつ、液滴を吐出するノズルが高密度に形成された液滴吐出ヘッドの供給が望まれる。複数のノズル孔が高密度に形成された液滴吐出ヘッド基板の製造には、基板を構成するプレートの位置合わせや各プレート間の接合において高い加工精度が求められる。

このような液滴吐出ヘッド基板の一例を液滴吐出ヘッドの分解斜視図である図１で示す。液滴吐出ヘッド基板２は、ノズルプレート２１、中間プレート２２、及びボディプレート２３からなる。ノズルプレート２１は、複数のノズル孔２１１が高密度に形成されている。中間プレート２２は、ノズル孔２１１の各々に連通する複数の流路を形成する複数の連通孔２２１が形成されている。ボディプレート２３は、これらの各貫通孔に個別に連通する流路と当該流路に連通し、液滴を吐出するための圧電素子２３４が対応箇所に配置された圧力室を備えている。吐出ヘッドとして高い吐出特性を維持するためには、これらのプレートを精度よく接合する事が必要となる。

従来、このようなプレートの接合方法としては各接合面を接着剤によって接着する方法を用いていた。しかしながら、接着剤による接合は、プレートに設けられた開口部を接着剤によって塞いでしまう可能性があり、吐出特性に影響を及ぼすおそれがある。特に高密度に形成されたノズル孔、流路等の開口部を備える液滴吐出ヘッド基板ではその可能性が高い。
そこで接着剤を用いない接合方法として陽極接合や、陽極接合に比して低い温度で部材表面を表面活性化して接合する表面活性化接合方法が考えられる。

ここで陽極接合法とは、ガラスプレートに含まれる陽イオンの移動による共有結合を用いた接合方法である。例えば特許文献１に開示されている通り、接着剤を必要とせずに部材間を強固に接合できる。Si基板とガラス部材とを接合する液滴吐出ヘッドを陽極接合によって形成する場合、引用文献１では接合面を軟化させて接近させつつ、陽イオンの移動を行うために３００℃以上の高温をかける必要がある。

また表面活性化接合法とは、シリコン基材とガラス基材の接合面に対して、原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるエネルギー波を照射することによって表面活性化処理を行い、接合面表面にＯＨ基またはＯＮ基を付加した後に基材間の原子結合によって接合を行う方法である。陽極接合と同様、表面活性化接合は、特許文献２に開示されているように接着剤を使わずに接合面どうしを接合できるものである。なお、表面活性化接合法では、陽極接合のように高温を要するイオン移動によって接合を行わない代わりに、上述した低温条件下で接合面を軟化させつつ、高い押圧力でプレート同士を押し付けて各接合面を接近させて接合することが必要である。

特開２００５－１８７３２１号公報 特開２００３－３１８２１７号公報

引用文献１で用いられる陽極接合は一般に、接合面を軟化させて密着させて、上述した陽イオンを移動させるイオン移動を起こすために、両プレートを接触させた状態でガラス側をカソードとして直流の高電圧を印加し、かつ３００℃以上５００℃以下程度の高温加熱を併用しなければならない。図９は、大気圧下において２００℃と３００℃の条件下での陽イオンの移動量を示したグラフである。図９のグラフの縦軸は、陽イオンの移動によって生じる電流であり、電流が流れると陽極接合を示す陽イオンの移動が起こっていることを示している。また、２００℃条件下で流れる電流は０μＡで陽イオンの移動が起こっていないことが分かる。従って、２００℃程度の温度条件では陽イオン移動を要する陽極接合を行うことができないことを示している。

引用文献１では、仮接合で表面活性化接合を行った後、本接合として陽極接合を行うことによって、陽極接合のみで接合する場合と比較して陽極接合時の温度を低くできるが、依然として２００℃以上４００℃以下程度の高い温度をかける構成となっており、液滴吐出ヘッドのような高密度に多数のノズル孔等の開口部を形成したプレート部材を接合する場合に、開口部が変形、プレート部材の割れ、反りといった問題が生じ、上述したような吐出性能を維持した形で接合する事は困難である。

また、引用文献２に記載の表面活性化接合は引用文献１に記載の陽極接合と比べて更に低い温度で接合を行うことができる。しかしながら、特許文献２のようなウエハー部材の接合とは異なり、液滴吐出ヘッド基板のような高密度に多数のノズル孔等の開口部を形成したプレート部材をこのような表面活性化接合で接合を行う場合には新たな問題が生じる。即ち、高密度に形成されたノズル孔等の開口部を備える液滴吐出ヘッド基板用プレート部材の全表面に直接接触して高い押圧力を付与してしまうと、ノズル孔の傷つきや、割れ、欠けといった問題が生じる可能性があり、液滴吐出ヘッド基板の接合としての採用は困難である。

そこで、本発明は、積層されたプレートを接合して液滴吐出ヘッド基板を製造する方法において、ノズル孔を傷つけずに高い吐出性能を維持した形で接合できる接合方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明の第１の態様は、液滴を吐出する複数のノズル孔が形成された第１プレートと、前記第１プレートの液滴吐出側の面とは反対の面に接合され、前記複数のノズル孔にそれぞれ連通して複数の流路を形成する複数の貫通孔を備えた第２プレートと、を有する液滴吐出ヘッド基板の製造方法であって、
前記第１、及び第２プレートの各接合面を原子ビーム、イオンビーム、またはプラズマであるエネルギー波で表面活性化処理する第１工程と、前記第１及び第２プレートを、前記第１のプレートに形成された複数のノズル孔と前記第２プレートに形成された前記複数の貫通孔とが互いに連通するよう位置合わせして積層する第２工程と、積層された前記第１、及び第２プレートの各接合面をイオン移動による共有結合を伴わない原子結合により接合する第３工程と、を有し、前記第３工程は、大気圧下で荷重を前記第１プレートの前記液滴吐出側の面の前記複数のノズル孔を避けた位置で接触させて、押圧すると共に、各接合面間に生じさせた静電吸引力で接近させて接合することを特徴とする。

また第２の態様は、前記第１の態様における第３工程で付加される荷重は、０．１９６Ｎ以上４．９０Ｎ以下の範囲の荷重である事を特徴とする。

また第３の態様は、前記第１又は第２の態様における第３工程が、１００℃以上２００℃以下の温度条件下で行う事を特徴とする。

また第４の態様は、前記第１乃至第３の態様のいずれかにおける第１プレートがシリコンからなり、第２プレートはガラスからなり、前記第１，第２プレートはそれぞれのプレート厚みが１００μｍ以上３００μｍ以下である事を特徴とする。

また第５の態様は、前記第１乃至第４の態様のいずれかにおける第１プレートの液滴吐出側の面には撥液膜が形成されている事を特徴とする。

また本願発明における第６の態様は、液滴を吐出する複数のノズル孔が形成された第１のプレートと、前記第１プレートの液滴吐出側の面とは反対の面に接合され、前記複数のノズル孔にそれぞれ連通して複数の流路を形成する複数の貫通孔を備えた第２プレートと、前記第２プレートの前記第１プレートとの接合面とは反対側の面に接合され、前記貫通孔と連通して設けられた複数の圧力室が形成された第３プレートと、を有し、
前記複数の圧力室各々の対応位置に圧電素子が配置され、前記圧電素子の変形により前記圧力室内の容積変化により生ずる圧力により前記圧力室内に供給される液体を前記ノズル孔から液滴として吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記第１、第２プレート及び第３プレートの各接合面を原子ビーム、イオンビーム、またはプラズマであるエネルギー波で表面活性化処理する第１工程と、前記第１、第２及び第３プレートを、前記第１のプレートに形成された複数のノズル孔と前記第２プレートに形成された前記複数の貫通孔とが互いに連通するよう位置合わせして積層する第２工程と、積層された前記第１、第２及び第３プレートの各接合面をイオン移動による共有結合を伴わない原子結合により接合する第３工程と、を有し、前記第３工程は、大気圧下で荷重を前記第１プレートの前記液滴吐出側の面から前記複数のノズル孔を避けた位置で接触させて、押圧すると共に、各接合面間に生じさせた静電吸引力で接近させて接合することを特徴とする。

また第７の態様は、前記第６の態様における第３工程で付加される荷重は、０．１９６Ｎ以上４．９０Ｎ以下の範囲の荷重である事を特徴とする。

また第８の態様は、前記第６又は第７の態様における第３工程は、１００℃以上２００℃以下の温度条件下で行う事を特徴とする。

また第９の態様は、前記第６乃至第９の態様のいずれかの態様における前記第１及び第３プレートはシリコンからなり、第２プレートはガラスからなり、前記第１，第２及び第３プレートはそれぞれのプレート厚みが１００μｍ以上３００μｍ以下である事を特徴とする。

また第１０の態様は、前記第６乃至第１０の態様のいずれかの態様における前記第１プレートの液滴吐出側の面には撥液膜が形成されている事を特徴とする。

本願発明によれば、高い吐出特性を維持した形で接合がなされた液滴吐出ヘッド基板、液滴吐出ヘッドを提供する事ができる。また、液滴吐出ヘッド基板を構成する各プレート間の接合に際してプレートの反りや、割れ、傷つきを極力抑制した形で接合を行う事ができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図 図１に示す液滴吐出ヘッドにおけるヘッド基板の層構成を示す部分断面図 本願に係るヘッド基板製造方法のフローチャート 表面活性化処理を行う際の模式図 荷重をかけて密着させる際の概略を示した側面図であって荷重をかける前の状態を示す図 図５Ａにおいて積層されたプレートの側面拡大図 荷重をかけて密着させる際の概略を示した側面図であって荷重をかけたときの状態を示す図 図５Ｃにおいて積層されたプレートの側面拡大図 針状荷重の模式図 荷重をかけて密着させる際の配置概略を示した上面図 荷重をかけて密着させる際の配置概略を示した上面図 荷重をかけて密着させる際の配置概略を示した上面図 静電吸引時の模式図 温度による陽イオン移動の変化

まず、本願発明に係る液滴吐出ヘッド及び液滴吐出ヘッド基板について説明する。
図１は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドにおける液滴吐出ヘッド基板２の層構成を示す部分断面図である。
以下、図１及び図２を用いて説明する。

図１において、１は液滴吐出ヘッドであり、液滴吐出ヘッド１は、液滴吐出ヘッド基板２と保持基板３と外部配線部材４とインク流路部材５とを有している。

液滴吐出ヘッド基板２は、ノズルプレート２１（第１プレート）、中間プレート２２（第２プレート）、ボディプレート２３（第３プレート）の３枚の基板が積層一体化されることによって構成されている。

ノズルプレート２１は、厚みが１００μｍ以上３００μｍ以下程度のＳｉ基板からなり、中間プレート２２と積層された際に、中間プレート２２の連通孔２２１に対応する位置に、それぞれインク滴を吐出するノズル孔２１１が形成されている。各ノズル孔２１１はノズルプレート２１における中間プレート２２とは反対面に備えられる。中間プレート２２側の面には、ノズル孔２１１に対応した開口部（大径部２１２）が備えられる。大径部２１２はノズル孔２１１よりも大径な凹部からなっており、ノズル孔２１１と連通する構造となっている。

なお、ノズルプレート２１においてノズル孔２１１を備えるノズルの形成面（ノズル面）２１０に、不図示の撥液膜を形成することにより、液滴吐出ヘッドの射出安定性を向上させることができる。液滴吐出ヘッドの射出安定性を向上させるためには、ノズル孔から吐出される液滴に応じて好適な撥液膜を形成することが好ましく、例えば液滴としてインクを射出する場合は、フッ素系の樹脂、例えばオプツールを用いることが好ましい。

上述したように液滴としてインクを吐出する場合、ノズルプレート２１に形成するオプツール等の撥液膜の耐熱温度は一般に２００℃以下である。本発明に係る製造方法によればノズルプレート２１に予め上述した撥液膜を形成した後、接合して液滴吐出ヘッド基板を構成しても２００℃以下で接合を行うことができるので、撥液性能は良好に保たれ、液滴吐出ヘッドの射出安定性を向上することができる。撥液膜を形成した後に陽極接合によって液滴吐出ヘッド基板を形成しようとした場合、撥液膜の耐熱温度（２００℃以下）を超える温度で接合を行うので撥液膜が劣化してしまい、液滴吐出ヘッドの射出安定性を良好に保つことができない。

中間プレート２２は、ボディプレート２３と平面視形状が同一形状で、厚みが１００μｍ以上３００μｍ以下程度のガラス基板からなり、ボディプレート２３と積層された際に、ボディプレート２３の圧力室２３１に形成された膨出部２３１ａに対応する位置に、それぞれ中間プレート２２を表裏に貫通し、吐出時のインク流路となる連通孔２２１が個別に形成されている。

ボディプレート２３は、図１中のＡ方向に沿って長さが長く、厚みが１００μｍ以上３００μｍ以下程度のＳｉ基板からなり、一方の面（図１における下面）をエッチングすることによって、平面視で略円形状となる複数の圧力室２３１と、複数の圧力室２３１に対して共通にインクを供給するための凹溝からなる共通流路２３２と、共通流路２３２と各圧力室２３１とを個別に連通し、共通流路２３２内のインクを圧力室２３１に供給するための細溝からなるインク供給路２３３とが凹設された流路形成基板である。

各圧力室２３１は、前述する中間プレート２２に形成された連通孔２２１との連通部となるための、一部が外側に膨出する形状となる膨出部２３１ａを有している。図１では、１６個の圧力室２３１をＡ方向に沿って配列したボディプレート２３を示しており、一つおきの８個ずつの圧力室２３１に対してそれぞれインクを供給するための２本の共通流路２３２が、間に圧力室２３１の列を挟むように配置されている。

ボディプレート２３の他方の面（図１における上面）には、各圧力室２３１の位置に対応するように圧力発生手段であるＰＺＴ等からなる圧電素子２３４が積層されており、この圧電素子２３４の変形により、該圧電素子２３４と圧力室２３１との間の変形壁２３５を変形させて、圧力室２３１内のインクに吐出のための圧力を付与するようになっている。なお、各圧電素子２３４は、上下両面に電極（図示せず）を有しており、上面電極は個別電極となり、下面電極はボディプレート２３上面に設けられた共通電極と接している。

各共通流路２３２は、ボディプレート２３の長手方向であるＡ方向に沿って延びており、その端部は、ボディプレート２３のＡ方向の両端部近傍においてボディプレート２３を表裏に貫通するように形成されている貫通口２３６にそれぞれ連通している。貫通口２３６は、ボディプレート２３の各端部において、２つずつがＡ方向と直交するボディプレート２３の短手方向であるＢ方向に沿うように並んで配置されており、各々共通流路２３２の端部と連通している。

なお上記説明では、液滴吐出ヘッドとして吐出する液体をインクとする液滴吐出ヘッドを例として説明しているが、本願発明に係る液体は特にインクには限定されず、UVインク、水溶性インクの他に半導体の回路を形成する金属を含有する液体等を吐出するヘッドであっても良い。
また上記説明では、ヘッド基板としてノズルプレート２１、中間プレート２２、ボディプレート２３の３プレート部材のみで説明しているが、４枚以上のプレート部材を積層するものであっても良い事は言うまでもない。

次に本願に係る液滴吐出ヘッド基板の製造法について、図１で示した液滴吐出ヘッド基板を例に詳細に説明する。当該製造方法は、以下の工程で構成される。（図３参照）
（１）表面活性化処理工程
（２）積層・位置合わせ工程
（３）固定工程
（４）荷重付加工程
（５）静電吸引工程
以下、各工程について詳細に説明する。

（１）表面化処理工程
表面活性化処理は、原子ビーム、イオンビームまたはプラズマであるエネルギー波を接合面に照射することで達成される。具体例として、窒素プラズマや酸素プラズマなどのプラズマを用いて、ＯＨ基またはＯＮ基を化学処理によって付加する表面活性化処理が行われる。この他、Ａｒイオンビームの照射によって接合面を活性化させた後、大気中に含まれる水分子と反応させてＯＨ基を付加する方法も使用することができる。

図４に示すように、表面活性化処理は、減圧下でプラズマ発生源７０の下にノズルプレート２１、中間プレート２２、ボディプレート２３を照射台７１に並べ、各接合面に酸素プラズマ又は窒素プラズマを照射する。プラズマの照射によりノズルプレート２１、中間プレート２２、ボディプレート２３の接合面であるＳｉ（シリコン）表面にＯＨ基またはＯＮ基が付着し、親水化される。

（２）積層・位置合わせ工程
表面活性化処理が施された各プレートは、ノズルプレート２１の貫通口、中間プレート２２の連通孔、ボディプレート２３の貫通口が連通するように位置合わせされた後、積層される。位置合わせ工程は、ＣＣＤカメラ等を用いて各プレートの隅に形成されるアライメントマーク（図示しない）を目視しながらプレートを操作して行う。アライメントマークは積層・位置合わせ工程の前に、各プレートを合わせて積層するとノズルプレート２１の貫通口、中間プレート２２の連通孔、ボディプレート２３の貫通口が連通するような場所に予め設けておく。エッチング等を用いてプレート隅の２か所に切削孔を設け、これをアライメントマークとして用いることが好ましい。

（３）固定工程
図５を用いて固定工程を以下で説明する。
装置は、台６４、固定部材６１、支持部材６３、弾性部材６５からなっている。台６４は、ノズルプレート２１、中間プレート２２、ボディプレート２３を置く場所であるとともに、支持部材６３が固定される。台６４は、一般に用いられる金属であれば用いることができるが、導電性のある部材であればよく、静電吸引の際の加熱に対して変形等を生じない部材であれば良い。

ノズルプレート２１，中間プレート２２，ボディプレート２３は、この後の接合工程２において位置ずれしないように固定部材６１によってノズルプレート２１に形成されたノズル孔形成領域ａ（ノズルプレート２１の長手方向に沿って複数のノズル孔によって形成された領域：図１）を避けた両端部分を台６４との間で挟持して固定される（図５Ａ、図５Ｃ）。支持部材６３は、固定部材６１を支持すると共に、弾性部材６５を備える。ノズルプレート２１、中間プレート２２、ボディプレート２３を固定部材によって挟むと、積層されたプレートの高さが固定部材に支持されている弾性部材の高さよりも高い場合に当該弾性部材６５の弾性による復元力によってノズルプレートをボディプレートへの方向に押し付ける力が生じて固定部材６１が積層された各プレートの両端を押圧して固定できるようになっている。

なお、固定工程として固定部材によってプレートの両端を押圧して固定する方法を示したが、位置合わせして積層された各プレートが後述する工程で位置ずれをおこさないように固定できればよい。例えば、プレートの四隅のうち対角線状に位置した二隅に位置ずれ防止枠（図示しない）を設け、積層方向に対して垂直方向のずれを防止するようにしてもよい。

（４）荷重付加工程
荷重付加工程は主にプレート自体の反りを矯正するための押圧力をプレートに付加する工程である。なお、本工程のみで接合面同士を接近、接合させるのではなく、後述する静電吸引力と組み合わせて各プレートの接合面同士を接合に十分な距離まで接近させるものである。

本来、プレート全面に対して荷重をかければ、反りを矯正することができる。しかしながら、プレート全面に荷重をかけるとノズル孔形成領域ａにも荷重がかかってしまい、当該領域に傷が付いてしまう。そこで、荷重を付加する位置は図７のようにノズル孔形成領域ａを避けて構成されると共に、ノズル孔形成領域ａを避けた領域において均等に荷重が掛かるように配置する。荷重がノズル孔形成領域ａを避けた領域で均等にかかるように配置すれば、各プレート固有の中央部に凸状の反りをより少ない荷重で矯正することができる。上述したように、荷重とノズルプレートとの接触面積を抑えることができるので射出特性に影響を及ぼすノズルの傷つきが防止される。また、荷重付加工程は大気圧下で行う事により、接合時に貫通口を通じて空気を逃がすことができるので、より接合面間の距離を接近させる事ができ、液滴吐出ヘッド基板の製造に必要な接合を行うことができる。なお荷重は、部材自体の反りを矯正する程度で十分である。部材自体の反りの矯正に必要な荷重は、部材の厚みによって異なるが、例えば各プレート厚み１００μｍ以上３００μｍ以下、各プレートの表面積４８０ｍｍ²以上５５０ｍｍ²の場合には、０．１９６Ｎ以上～４．９０Ｎ以下の押圧力をプレートにかけると、プレート固有の反りの矯正に使う荷重をより少なくすることができ、ノズルの傷つきや、プレートの割れを防ぐことができるので好ましい。

反りを矯正し、ノズル孔形成領域ａを避けるような荷重６２の配置としては図７Ａ～図７Ｃに示すように様々な配置を取る事が可能である。特に図７Ａは、ノズル孔形成領域ａを避けるように板状の荷重６２を置くことによってノズル孔形成領域ａを避けた領域に対して均等に荷重をかけるという観点で好ましく、図７Ｂは、荷重とノズルプレートの接触面積をできるだけ抑えつつ、ノズル孔形成領域ａを避けた領域に対して均等に荷重をかけるという観点で好ましい。また図７Ｃのようにノズル孔形成領域ａを挟んで千鳥状に配列すれば、図７Ｂと比較してノズル孔形成領域ａを避けた領域に対して均等に荷重をかけることが出来ると共に、さらに荷重とノズルプレートとの接触面積を抑制できるという観点でより好ましい。

荷重６２には様々な材料を用いることができ、一般に使われる金属であれば荷重６２として用いることができる。荷重は図７Ａに示されるように板状の形状を用いることもできるが、開口部の密度が高い場合、図６のように針状の荷重を開口部に当たらないような針状荷重６２１を配置して使用することもできる。針状荷重６２１は針状部６２２と基部６２３で構成される。針状部６２２及び基部６２３は静電吸引の際にかける熱によって変形しない部材、例えば金属等を用いることが好ましい。ノズルの開口部の位置パターンに合わせてノズル孔形成領域ａを避けた領域に対して均等に荷重を配置できるような針状荷重６２１を用意しておくと、複数の荷重を１つずつかけていく方法に比べて、１度に荷重を掛けることができるので生産効率を向上させることができる。特に荷重を多く分割することにより、ノズル孔形成領域ａを避けた領域に対して均等に荷重をかける必要がある高密度にノズルが配置されるノズルプレートにおいて、上述した針状荷重６２１を用いることが好ましい。

（５）静電吸引工程
次に静電吸引について図８を用いて詳細に説明する。
本願発明に係る接合方法においては、荷重６２によってノズルプレート２１、中間プレート２２、ボディプレート２３の反りを矯正しつつ、被接合面表面に付加されたＯＨ基またはＯＮ基がファンデルワールス力により分子レベルで接合できるように接近させる必要がある。

そこで、図８のように中間プレート２２に－電位をつなぐと共に、ノズルプレート２１とボディプレート２３にＧＮＤを接続すると、中間プレート２２がノズルプレート２１とボディプレート２３と比較して低い電位を持ち、ＧＮＤに接続されたノズルプレート２１とボディプレート２３は電位が高い状態となるため電位差によって積層されたプレートの分子間が接近する方向の静電引力が生じる。

その結果、静電引力によって各プレート間が引きつけられ、隙間に残留した空気がボディプレートからノズルまで連通した流路を通じて排出されて密着し、基材間距離を数百ｎｍまで近づけることができる。基材間距離を数百ｎｍまで近づけるとＯＨ基またはＯＮ基がファンデルワールス力により分子レベルで密着することができるので水素結合が生じ、表面活性化接合を行うことができる。なお、各プレート表面に微小な凹凸があり、当該凹凸によってプレート間に隙間が生じている場合、１００℃以上２００℃以下の条件で各プレートの接合面を軟化させつつ、静電吸引で各プレート間をさらに接近させると、軟化された各プレート間の接合面の隙間が埋められ、密着性を高めて接合できるのでより好ましい。

つまり本願発明に係る静電吸引は、部材との接触を要さない静電吸引力を利用してプレート間の隙間を無くし、プレート間を後の原子結合による接合が可能な程度に近づけるためのものである。従って、通常の表面活性化接合のような接合のための高い加圧を必要とせず、前段の荷重付加工程と併せてプレート部材表面の割れや反り、傷つきを極力低減させる事が可能となる。

静電吸引時における条件は、常圧下で直流高電圧５００Ｖ以上２０００Ｖ以下である。また、上述したように各プレート表面に微小な凹凸がある場合においても、１００℃以上２００℃以下の温度条件で行うことができるので、最低でも２５０℃以上の温度と高電圧を必要とする陽極接合と比較して低温条件で接合を行うことができ、再び各プレートが反る現象を防ぐことができる。

ノズルを傷つけないような位置に反りを矯正するために必要な荷重をかけ、各プレート間の微小な凹凸の隙間を静電吸引で埋める接合工程２の荷重付加工程と静電吸引工程の組み合わせによって、液滴吐出ヘッド基板を構成するプレートの反りや、割れ、傷つきを極力抑制した形で各プレート間の接合を行う事ができる。

また、上述したようにイオン移動を行わない静電吸引力を利用するため、中間プレート２２としてホウケイ酸ガラス（テンパックスガラス）やＳＷシリーズ陽極接合用ガラス等の高価な陽極接合用ガラスを用いずに接合を行うことができる。本発明に係る接合方法に適用できる陽極接合用ガラス以外のガラスには、ソーダ石灰ガラス等があり、陽極接合用ガラスと比較して安価なため製造コストを抑制することができる。

以上、実施例について述べたが、本発明は上述した実施例で開示した表面活性化方法や、荷重の配置には限定されない。なお、便宜上実施例では、ノズルプレート、中間プレート、ボディプレートの接合面に対して行う全ての接合を本発明に係る接合方法によって行ったが、この方法に限定されることはない。例えばノズルプレートと中間プレートを本発明に係る接合方法で接合し、中間プレートとボディプレートは接着剤や陽極接合等の従来の接合方法によって液滴吐出ヘッド基板を形成する場合も本願発明の範囲に含まれる。

液体をノズル孔から吐出する液滴吐出ヘッド基板及び液滴吐出ヘッドを製造する分野において利用可能性がある。

１　　　　液滴吐出ヘッド
２　　　　液滴吐出ヘッド基板
２１　　　ノズルプレート
２１０　　ノズルの形成面（ノズル面）
２１１　　ノズル孔
２１２　　大径部
２２　　　中間プレート
２２１　　連通孔
２３　　　ボディプレート
２３１　　圧力室
２３１ａ　膨出部
２３２　　共通流路
２３３　　インク供給路
２３４　　圧電素子
２３５　　変形壁
２３６　　貫通口
３　　　　保持基板
４　　　　外部配線部材
５　　　　インク流路部材
６１　　　固定部材
６２　　　荷重
６２１　　針状荷重
６２２　　針状部
６２３　　基部
６３　　　支持部材
６４　　　台
６５　　　弾性部材
７０　　　プラズマ発生源
７１　　　照射台
ａ　　　　ノズル孔形成領域

Claims (10)

1. 液滴を吐出する複数のノズル孔が形成された第１プレートと、前記第１プレートの液滴吐出側の面とは反対の面に接合され、前記複数のノズル孔にそれぞれ連通して複数の流路を形成する複数の貫通孔を備えた第２プレートと、を有する液滴吐出ヘッド基板の製造方法であって、
   前記第１、及び第２プレートの各接合面を原子ビーム、イオンビーム、またはプラズマであるエネルギー波で表面活性化処理する第１工程と、前記第１及び第２プレートを、前記第１のプレートに形成された複数のノズル孔と前記第２プレートに形成された前記複数の貫通孔とが互いに連通するよう位置合わせして積層する第２工程と、積層された前記第１、及び第２プレートの各接合面をイオン移動による共有結合を伴わない原子結合により接合する第３工程と、を有し、前記第３工程は、大気圧下で荷重を前記第１プレートの前記液滴吐出側の面の前記複数のノズル孔を避けた位置で接触させて、押圧すると共に、各接合面間に生じさせた静電吸引力で接近させて接合することを特徴とする液滴吐出ヘッド基板の製造方法。
2. 前記第３工程で付加される荷重の合計は、０．１９６Ｎ以上４．９０Ｎ以下の範囲の荷重である事を特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド基板の製造方法。
3. 前記第３工程は、１００℃以上２００℃以下の温度条件下で行う事を特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド基板の製造方法。
4. 前記第１プレートはシリコンからなり、前記第２プレートはガラスからなり、前記第１，第２プレートはそれぞれのプレート厚みが１００μｍ以上３００μｍ以下である事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の液滴吐出ヘッド基板の製造方法。
5. 前記第１プレートの液滴吐出側の面には撥液膜が形成されている事を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の液滴吐出ヘッド基板の製造方法。
6. 液滴を吐出する複数のノズル孔が形成された第１のプレートと、
   前記第１プレートの液滴吐出側の面とは反対の面に接合され、前記複数のノズル孔にそれぞれ連通して複数の流路を形成する複数の貫通孔を備えた第２プレートと、
   前記第２プレートの前記第１プレートとの接合面とは反対側の面に接合され、前記貫通孔と連通して設けられた複数の圧力室が形成された第３プレートと、を有し、
   前記複数の圧力室各々の対応位置に圧電素子が配置され、前記圧電素子の変形により前記圧力室内の容積変化により生ずる圧力により前記圧力室内に供給される液体を前記ノズル孔から液滴として吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記第１、第２プレート及び第３プレートの各接合面を原子ビーム、イオンビーム、またはプラズマであるエネルギー波で表面活性化処理する第１工程と、
   前記第１、第２及び第３プレートを、前記第１のプレートに形成された複数のノズル孔と前記第２プレートに形成された前記複数の貫通孔とが互いに連通するよう位置合わせして積層する第２工程と、
   積層された前記第１、第２及び第３プレートの各接合面をイオン移動による共有結合を伴わない原子結合により接合する第３工程と、を有し、
   前記第３工程は、大気圧下で荷重を前記第１プレートの前記液滴吐出側の面から前記複数のノズル孔を避けた位置で接触させて、押圧すると共に、各接合面間に生じさせた静電吸引力で接近させて接合することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記第３工程で付加される荷重の合計は、０．１９６Ｎ以上４．９０Ｎ以下の範囲の荷重である事を特徴とする請求項６記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記第３工程は、１００℃以上２００℃以下の温度条件下で行う事を特徴とする請求項６又は７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記第１及び第３プレートはシリコンからなり、前記第２プレートはガラスからなり、前記第１，第２及び第３プレートはそれぞれのプレート厚みが１００μｍ以上３００μｍ以下である事を特徴とする請求項６乃至８のいずれか一つに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記第１プレートの液滴吐出側の面には撥液膜が形成されている事を特徴とする請求項６乃至９のいずれか一つに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。

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