JP4674619B2 - ノズルプレート、ノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置 - Google Patents
ノズルプレート、ノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置 Download PDFInfo
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Description
ところで、このような液滴吐出ヘッドは、ノズルプレートと、インク室を画成する基板との間を、感光性接着剤または弾性接着剤で接着することによって組み立てられている(例えば、特許文献2参照)。
本発明のノズルプレートは、吐出液を液滴として吐出するノズル孔を有し、一方の面に前記液滴が付着するのを抑制する撥液膜、他方の面に基板と接合する接合膜を備えるノズルプレートであって、
前記撥液膜は、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骨格に結合する有機基からなる脱離基とを含むプラズマ重合膜に、前記液滴に対する撥液性を付与するカップリング剤が結合してなるものであり、
前記接合膜は、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骨格に結合する有機基からなる脱離基とを含むプラズマ重合膜で構成されており、
前記各プラズマ重合膜はそれぞれSi−H結合を含んでおり、前記各プラズマ重合膜について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強度を1としたとき、Si−H結合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。
これにより、液滴吐出ヘッドに適用した際に、長期間にわたって高品位の印字を可能とするノズルプレートを得ることができる。
また、Si−H結合は、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。このため、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、Si骨格の規則性が低下する。このようにして、プラズマ重合膜中にSi−H結合が含まれることにより、結晶化度の低いSi骨格を効率よく形成することができる。その結果、プラズマ重合膜で構成された接合膜は、より優れた接着性を発現するものとなる。
また、これにより、プラズマ重合膜中の原子構造は、相対的に最もランダムなものとなる。このため、プラズマ重合膜で構成された接合膜は、より優れた接着性を発現するものとなる。また、このようなプラズマ重合膜は、特に優れた耐薬品性を有するものとなる。
これにより、Si骨格は十分にランダムな原子構造を含むものとなる。このため、Si骨格の特性が顕在化し、プラズマ重合膜の寸法精度がより高いものとなる。また、このようなプラズマ重合膜で構成された接合膜は、より優れた接着性を発現するものとなる。
アルキル基は化学的な安定性が高いため、脱離基としてアルキル基を含むプラズマ重合膜は、耐候性および耐薬品性に優れたものとなる。
本発明のノズルプレートでは、前記脱離基としてメチル基を含むプラズマ重合膜について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強度を1としたとき、メチル基に帰属するピーク強度が0.05〜0.45であることが好ましい。
これにより、メチル基の含有率が最適化され、メチル基がシロキサン結合の生成を必要以上に阻害するのを防止しつつ、プラズマ重合膜中に必要かつ十分な数の活性手が生じる。したがって、接合膜に十分な接着性が発現するとともに、撥液膜を構成するプラズマ重合膜に、十分な量のカップリング剤を結合させることができる。また、プラズマ重合膜には、メチル基に起因する十分な耐候性および耐薬品性が発現する。
これにより、プラズマ重合膜自体が優れた機械的特性を有するものとなる。そのため、接合膜は、ノズルプレートと基板とを強固に接合するものとなるとともに、撥液膜は、耐久性に優れ、長期間にわたって撥液性が維持されるものとなる。
これにより、接合膜を介して、ノズルプレートと基板とをより強固に接合することができるとともに、撥液膜の吐出液に対する撥液性が特に優れたものとなる。
これにより、撥液膜を構成するプラズマ重合膜とシランカップリング剤とがより強固に結合し、撥液膜の耐久性は特に優れたものとなる。
本発明のノズルプレートでは、シリコン材料またはステンレス鋼を主材料として構成されていることが好ましい。
これらの材料は、耐薬品性に優れることから、長時間にわたって吐出液に曝されたとしても、ノズルプレートが変質・劣化するのを確実に防止することができる。また、これらの材料は、加工性に優れるため、かかるノズルプレートを液滴吐出ヘッドに適用した際に、液滴吐出ヘッドの寸法精度を特に高いものとすることができる。このため、吐出液貯留室の容積の精度が高くなり、高品位の印字が可能となる。
平板状の母材の両面に、プラズマ重合法を用いて、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骨格に結合する有機基からなる脱離基とを含むプラズマ重合膜を形成する工程と、
前記母材の一方の面に形成された前記プラズマ重合膜に前記エネルギーを付与し、前記母材の一方の面に形成された前記プラズマ重合膜の表面に、前記カップリング剤との反応性を発現させる工程と、
前記母材の一方の面に形成された前記プラズマ重合膜に、前記カップリング剤を結合させる工程と、
前記母材および前記プラズマ重合膜を貫通するノズル孔を形成する工程とを有し、
前記プラズマ重合法において、プラズマを発生させる際の高周波の出力密度は、0.01〜100W/cm 2 であることを特徴とする。
これにより、寸法精度に優れ、液滴吐出ヘッドに適用した際に、長期間にわたって高品位の印字が可能となるノズルプレートを効率良く得ることができる。
これにより、ノズルプレートの製造過程の簡素化を図ることができる。
本発明のノズルプレートの製造方法では、前記カップリング剤を含有する溶液に、前記母材の一方の面に形成された前記プラズマ重合膜を浸漬することにより、該プラズマ重合膜の表面に前記カップリング剤を結合させることが好ましい。
これにより、プラズマ重合膜の表面に均一にシランカップリング剤を結合させることができる。
これにより、プラズマ重合膜に対して比較的簡単に効率よくエネルギーを付与することができる。
これにより、付与されるエネルギー量が最適化されるので、プラズマ重合膜中のSi骨格が必要以上に破壊されるのを防止しつつ、Si骨格と脱離基との間の結合を選択的に切断することができる。これにより、プラズマ重合膜の特性(機械的特性、化学的特性等)が低下するのを防止しつつ、接合膜に接着性を発現させることができるとともに、撥液膜を構成するプラズマ重合膜にシランカップリング剤との反応性を確実に発現することができる。
これにより、ノズルプレートとプラズマ重合膜との間の密着性をより高めることができ、ひいては、かかるノズルプレートを液滴吐出ヘッドに適用した際に、液滴吐出ヘッドの寸法精度を特に優れたものとすることができる。
本発明のノズルプレートの製造方法では、前記表面処理は、プラズマ処理であることが好ましい。
これにより、プラズマ重合膜を形成するために、ノズルプレートの表面を特に最適化することができる。
前記ノズルプレートと前記接合体とにより、前記吐出液を貯留する吐出液貯留室が形成されており、
前記ノズルプレートの一方の面に備えられた前記接合膜の少なくとも一部の領域にエネルギーが付与されることにより、前記接合膜の表面付近に存在する前記脱離基が前記Si骨格から脱離し、前記接合膜の表面の前記領域に接着性を発現させ、その接着性によって、前記ノズルプレートと前記接合体の前記基板とが前記接合膜を介して接合していることを特徴とする。
これにより、寸法精度に優れ、長期間にわたって高品位の印字が可能な信頼性の高い液滴吐出ヘッドを提供することができる。
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記接合膜は、その一部の領域のみに接着性が発現しており、前記ノズルプレートと前記接合体の前記基板との接合界面のうち、前記一部の領域のみが接合されていることが好ましい。
これにより、吐出液貯留室の液密性はさらに優れたものとなるとともに、液滴吐出ヘッドの寸法安定性をさらに優れたものとすることができる。その結果、より長期間にわたって、高品位な印字が可能な液滴吐出ヘッドを得ることができる。
前記積層体中の層のうち、隣接する少なくとも1組の層の層間を、前記接着性が発現した前記接合膜と同様の接合膜を介して接合することが好ましい。
これにより、層間の密着性および歪みの伝搬性が高くなる。このため、振動手段による歪みを吐出液貯留室内の圧力変化に確実に変換することができる。すなわち、封止板の変位のレスポンスを高めることができる。
前記封止板と前記振動手段とを、前記接着性が発現した前記プラズマ重合膜と同様のプラズマ重合膜を介して接合することが好ましい。
これにより、封止板と振動手段との間の密着性および歪みの伝搬性が高くなる。その結果、振動手段による歪みを吐出液貯留室内の圧力変化に確実に変換することができる。
これにより、封止板に発生する撓みの程度を容易に制御することができる。これにより、吐出液の液滴の大きさを容易に制御することができる。その結果、得られる液滴吐出ヘッドは、より高精細な印字が可能なものとなる。
前記封止板と前記ケースヘッドとを、前記接着性が発現した前記プラズマ重合膜と同様のプラズマ重合膜を介して接合することが好ましい。
これにより、封止板とケースヘッドとの密着性が高くなる。その結果、ケースヘッドによって、封止板を確実に支持し、封止板、基板およびノズルプレートのよじれや反り等を確実に防止することができる。
本発明の液滴吐出装置は、本発明の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い液滴吐出装置が得られる。
<インクジェット式記録ヘッド>
まず、本発明のノズルプレートを備える本発明の液滴吐出ヘッドをインクジェット式記録ヘッドに適用した場合について説明する。
図3に示すインクジェットプリンタ9は、装置本体92を備えており、上部後方に記録用紙Pを設置するトレイ921と、下部前方に記録用紙Pを排出する排紙口922と、上部面に操作パネル97とが設けられている。
また、装置本体92の内部には、主に、往復動するヘッドユニット93を備える印刷装置(印刷手段)94と、記録用紙Pを1枚ずつ印刷装置94に送り込む給紙装置(給紙手段)95と、印刷装置94および給紙装置95を制御する制御部(制御手段)96とを有している。
ヘッドユニット93は、その下部に、多数のノズル孔11を備えるヘッド1と、ヘッド1にインクを供給するインクカートリッジ931と、ヘッド1およびインクカートリッジ931を搭載したキャリッジ932とを有している。
往復動機構942は、その両端をフレーム(図示せず)に支持されたキャリッジガイド軸943と、キャリッジガイド軸943と平行に延在するタイミングベルト944とを有している。
キャリッジ932は、キャリッジガイド軸943に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト944の一部に固定されている。
給紙装置95は、その駆動源となる給紙モータ951と、給紙モータ951の作動により回転する給紙ローラ952とを有している。
制御部96は、いずれも図示しないが、主に、各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、印刷装置94(キャリッジモータ941)を駆動する駆動回路、給紙装置95(給紙モータ951)を駆動する駆動回路、および、ホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うCPUとを備えている。
制御部96は、通信回路を介して、印刷データを入手してメモリに格納する。CPUは、この印刷データを処理して、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づいて、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により印刷装置94および給紙装置95は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Pに印刷が行われる。
図1および図2に示すように、ヘッド1は、ノズルプレート80と、吐出液貯留室形成基板(基板)20と、封止シート30と、封止シート30上に設けられた振動板40と、振動板40上に設けられた圧電素子(振動手段)50およびケースヘッド60とを有する。また、本実施形態では、封止シート30と振動板40との積層体により、封止板を構成している。なお、このヘッド1は、ピエゾジェット式ヘッドを構成する。
図1および図2に示すように、各吐出液貯留室21および吐出液供給室22は、それぞれ、平面視において、ほぼ長方形状をなし、各吐出液貯留室21の幅(短辺)は、吐出液供給室22の幅(短辺)より細幅となっている。
なお、吐出液供給室22は、平面視において、本実施形態のように長方形状のものの他、例えば、台形状、三角形状または俵形状(カプセル形状)のものであってもよい。
これらの中でも、基板20の構成材料は、シリコン材料またはステンレス鋼であるのが好ましい。このような材料は、耐薬品性に優れることから、長時間にわたってインクに曝されたとしても、基板20が変質・劣化するのを確実に防止することができる。また、これらの材料は、加工性に優れるため、寸法精度の高い基板20が得られる。このため、吐出液貯留室21や吐出液供給室22の容積の精度が高くなり、高品位の印字が可能なヘッド1が得られる。
また、吐出液貯留室21と吐出液供給室22との内面に、あらかじめ、親水処理を施しておいてもよい。これにより、吐出液貯留室21および吐出液供給室22に貯留されたインク中に気泡が含まれるのを防止することができる。
このようなノズルプレート(本発明のノズルプレート)80は、ノズル孔11を有するノズルプレート本体10と、ノズルプレート本体10の基板20とは反対側の面に設けられた撥液膜14と、ノズルプレート本体10の基板20側の面に設けられた接合膜15とを有している。そして、ノズルプレート80は、接合膜15を介して、基板20と接合(接着)されている。
ノズルプレート80が備える接合膜15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骨格に結合する脱離基とを含むプラズマ重合膜で構成されたものである。
このようなプラズマ重合膜は、後述するエネルギーが付与されることにより、脱離基がSi骨格から脱離し、その表面に接着性が発現するものである。そのため、このようなプラズマ重合膜をノズルプレート本体10の基板20側に設ければ、かかるプラズマ重合膜にエネルギーを付与したことにより発現した接着性により、ノズルプレート本体10と基板20とを接合する機能を有する接合膜15となる。
基膜141を構成するプラズマ重合膜は、後述するエネルギーが付与されることにより、脱離基がSi骨格から脱離し、その表面に接着性が発現するものであるが、かかる接着性とともに、カップリング剤との反応性も発現するものである。
このような撥液性官能基は、例えば、フルオロアルキル基、アルキル基等や、カルボキシル基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、メルカプト基、イソシアネート基、スルフィド基等、またはこれらを含有するもの(例えば、これらを末端に導入させたアルキル基)等が挙げられる。
このような撥液性官能基が有する長鎖アルキル基の炭素数は、4以上が好ましく、6以上がより好ましい。これにより、撥液膜14(ノズルプレート本体10)にインク中の有機成分が付着するのをより確実に防止することができる。また、かかる範囲の炭素数の長鎖アルキル基を有するシランカップリング剤(単分子膜142)は、耐久性に優れたものとなり、撥液膜14の長寿命化を図ることができる。
なお、プラズマ重合膜(撥液膜14の基膜141および接合膜15)の構成については、後に詳述する。
ノズルプレート本体10には、各吐出液貯留室21に対応するように、それぞれノズル孔11が形成(穿設)されている。このノズル孔11に、吐出液貯留室21に貯留されたインクを押し出させることにより、インクを液滴として吐出することができる。なお、前述したノズルプレート80が有する撥液膜14および接合膜15は、このノズル孔11を、平面視で塞がないように、ノズルプレート本体10に設けられている。
このようなノズルプレート本体10を構成する材料としては、例えば、前述したようなシリコン材料、金属材料、ガラス材料、セラミックス材料、炭素材料、樹脂材料、またはこれらの各材料の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。
また、ノズルプレート本体10の厚さは、特に限定されないが、0.01〜1mm程度であるのが好ましい。
一方、基板20の上面には、接合膜25を介して、封止シート30が接合(接着)されている。
封止シート30を構成する材料としては、例えば、前述したようなシリコン材料、金属材料、ガラス材料、セラミックス材料、炭素材料、樹脂材料、またはこれらの各材料の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。
また、このような接合膜25として、前述した接合膜15と同様の接合膜を用いることができる。
振動板40を構成する材料としては、例えば、前述したようなシリコン材料、金属材料、ガラス材料、セラミックス材料、炭素材料、樹脂材料、またはこれらの各材料の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。そして、振動板40が封止シート30と確実に接合されていることにより、圧電素子50に発生した歪みを、封止シート30の変位、すなわち各吐出液貯留室21の容積変化に確実に変換している。
このような振動板40と封止シート30とを接合する接合膜35は、封止シート30と振動板40とを接合または接着し得るものであれば、いかなる材料で構成されていてもよく、封止シート30や振動板40の各構成材料によって適宜選択されるが、例えば、エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、ウレタン系接着剤のような接着剤、半田、ろう材等が挙げられる。
また、本実施形態では、封止シート30と振動板40とを積層してなる積層体により封止板を構成しているが、この封止板は、1層であってもよく、3層以上の層が積層してなる積層体で構成されていてもよい。
振動板40の上面の一部(図2では、振動板40の上面の中央部付近)に、接合膜45aを介して、圧電素子(振動手段)50が接合(接着)されている。
圧電素子50のうち、圧電体層51を構成する材料としては、例えば、チタン酸バリウム、ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶等が挙げられる。
このような圧電素子50と振動板40とを接合する接合膜45aは、振動板40と圧電素子50とを接合または接着し得るものであれば、いかなる材料で構成されていてもよく、振動板40や圧電素子50の各構成材料によって適宜選択されるが、例えば、エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、ウレタン系接着剤のような接着剤、半田、ろう材等が挙げられる。
ここで、前述した振動板40は、圧電素子50に対応する位置を取り囲むように環状に形成された凹部53を有している。すなわち、圧電素子50に対応する位置では、振動板40の一部が、この環状の凹部53を隔てて島状に孤立している。
また、圧電素子50の電極膜52は、図示しない駆動ICと電気的に接続されている。これにより、駆動素子50の動作を駆動ICによって制御することができる。
また、振動板40の上面の一部には、接合膜45bを介して、ケースヘッド60が接合(接着)されている。このように、ケースヘッド60が振動板40と確実に接合されていることにより、ノズルプレート10、基板20、封止シート30および振動板40の積層体で構成された、いわゆるキャビティ部分を補強し、キャビティ部分のよじれや反り等を確実に抑制することができる。
これらの中でも、ケースヘッド60の構成材料は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ザイロンのような変性ポリフェニレンエーテル樹脂(「ザイロン」は登録商標)またはステンレス鋼であるのが好ましい。これらの材料は、十分な剛性を備えていることから、ヘッド1を支持するケースヘッド60の構成材料として好適である。
また、このような接合膜45bとして、前述した接合膜15と同様の接合膜を用いることができる。
なお、ヘッド1は、前述したような構成のものに限らず、例えば、振動手段として圧電素子50をヒータで代替した構成(サーマル方式)のヘッドであってもよい。このようなヘッドは、ヒータでインクを加熱して沸騰させ、それによって吐出液貯留室内の圧力を高めることにより、インクをノズル孔11から液滴として吐出するよう構成されているものである。
さらに、振動手段のその他の例としては、静電アクチュエータ方式等が挙げられる。
なお、本実施形態のように、振動手段が圧電素子で構成されていることにより、振動板40および封止シート30に発生する撓みの程度を容易に制御することができる。これにより、インク滴の大きさを容易に制御することができる。
このようなプラズマ重合膜は、プラズマ重合法により形成されたものであり、図4に示すように、シロキサン(Si−O)結合302を含み、ランダムな原子構造を有するSi骨格301と、このSi骨格301に結合する脱離基303とを含むものである。
そして、このプラズマ重合膜にエネルギーを付与すると、図5に示すように、一部の脱離基303がSi骨格301から脱離し、代わりに活性手304が生じる。
このように、エネルギーが付与され、活性手304が生じたプラズマ重合膜の表面には、接着性が発現する。
また、このようなプラズマ重合膜は、流動性を有しない固体状のものとなる。このため、従来の流動性を有する液状または粘液状の接着剤に比べて、接着層(接合膜15)の厚さや形状がほとんど変化しない。このため、接合膜15を用いて製造されたヘッド1の寸法精度は、従来に比べて格段に高いものとなる。さらに、接着剤の硬化に要する時間が不要になるため、短時間で強固な接合を可能にするものである。
このような活性手304は、カップリング剤と強固に結合するものとなる。そのため、カップリング剤で構成された単分子膜142は、プラズマ重合膜で構成された基膜141と剥離し難い、強固に結合したものとなる。
なお、プラズマ重合膜中のSi骨格301の結晶化度は、45%以下であるのが好ましく、40%以下であるのがより好ましい。これにより、Si骨格301は十分にランダムな原子構造を含むものとなる。このため、前述したSi骨格301の特性が顕在化し、接合膜15の寸法精度および接着性がより優れたものとなる。
また、プラズマ重合膜中に含まれる脱離基303が、メチル基(−CH3)である場合、その好ましい含有率は、赤外光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。
このようなポリオルガノシロキサンは、エネルギーが付与されることにより、容易に有機基を脱離させることができ、すぐれた接着性およびカップリング剤との反応性を発現する。その結果、接合膜15は、ノズルプレート本体10と基板20とをより強固に接合するものとなるとともに、撥液膜14は、基膜141と単分子膜142とが強固に結合したものとなり、より優れた撥液性を有するものとなる。また、ポリオルガノシロキサンで構成されたプラズマ重合膜は、それ自体が優れた機械的特性を有するものである。これにより、ポリオルガノシロキサンで構成された撥液膜14および接合膜15を有するノズルプレート80を備えるヘッド1の信頼性を特に優れたものとすることができる。
また、接合膜15の平均厚さは、1〜1000nm程度であるのが好ましく、2〜800nm程度であるのがより好ましい。接合膜15の平均厚さを前記範囲内とすることにより、基板20とノズルプレート10との間の寸法精度が著しく低下するのを防止しつつ、これらをより強固に接合することができる。
また、接合膜15の平均厚さが前記範囲内であれば、接合膜15にある程度の形状追従性が確保される。このため、例えば、基板20の接合面(接合膜15に隣接する面)に凹凸が存在している場合でも、その凹凸の高さにもよるが、凹凸の形状に追従するように接合膜15を被着させることができる。その結果、接合膜15は、凹凸を吸収して、その表面に生じる凹凸の高さを緩和することができる。そして、接合膜15を備えるノズルプレーと80と基板20とを貼り合わせた際に、接合膜15の基板20に対する密着性を高めることができる。
このようなヘッド1は、例えば、次のようにして製造することができる。以下、ヘッド1の製造方法(本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法)について説明する。
図6ないし図10は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明するための図(縦断面図)である。なお、以下の説明では、図6ないし図10中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、各工程について順次説明する。
[1A]まず、ノズルプレート本体10を作製するための母材として、母材10’を用意する(図6(a)参照)。母材10’は後述する工程においてノズル孔11を形成することにより、ノズルプレート本体10になり得るものである。
以下、基膜141および接合膜15をプラズマ重合法にて形成する方法について詳述するが、まず、基膜141および接合膜15の形成方法を説明するのに先立って、母材10’上にプラズマ重合法を行いて基膜141および接合膜15を作製する際に用いるプラズマ重合装置について説明し、その後、基膜141および接合膜15の形成方法について説明する。
図11に示すプラズマ重合装置100は、チャンバー101と、第1の電極130と、第2の電極140と、各電極130、140間に高周波電圧を印加する電源回路180と、チャンバー101内にガスを供給するガス供給部190と、チャンバー101内のガスを排気する排気ポンプ170とを備えている。これらの各部のうち、第1の電極130および第2の電極140がチャンバー101内に設けられている。以下、各部について詳細に説明する。
図11に示すチャンバー101は、軸線が水平方向に沿って配置されたほぼ円筒形をなすチャンバー本体と、チャンバー本体の左側開口部を封止する円形の側壁と、右側開口部を封止する円形の側壁とで構成されている。
なお、本実施形態では、チャンバー101は、導電性の高い金属材料で構成されており、接地線102を介して電気的に接地されている。
第1の電極130と第2の電極140との間には、母材10’を一対の電極130、140間に支持、固定するホルダー(図示せず)が設けられている。かかるホルダーにより、母材10’が、チャンバー101内の一対の電極130、140間に固定され、後述する電源回路180を作動させた際に、母材10’の両面に対して、同時にプラズマ重合膜を成膜することができる。
この第2の電極140には、配線184を介して高周波電源182が接続されている。また、配線184の途中には、マッチングボックス(整合器)183が設けられている。これらの配線184、高周波電源182およびマッチングボックス183により、電源回路180が構成されている。
ガス供給部190は、チャンバー101内に所定のガスを供給するものである。
このような液状の膜材料は、気化装置192により気化され、ガス状の膜材料(原料ガス)となってチャンバー101内に供給される。なお、原料ガスについては、後に詳述する。
また、チャンバー101内の供給口103の近傍には、拡散板195が設けられている。
拡散板195は、チャンバー101内に供給される混合ガスの拡散を促進する機能を有する。これにより、混合ガスは、チャンバー101内に、ほぼ均一の濃度で分散することができる。
次に、母材10’の両面に、プラズマ重合膜(撥液膜14の基膜141および接合膜15)を形成する方法について説明する。
次に、ガス供給部190を作動させ、チャンバー101内に原料ガスとキャリアガスの混合ガスを供給する。供給された混合ガスは、チャンバー101内に充填される。
また、供給するガスの流量は、ガスの種類や目的とする成膜速度、膜厚等によって適宜決定され、特に限定されるものではないが、通常は、原料ガスおよびキャリアガスの流量を、それぞれ、1〜100ccm程度に設定するのが好ましく、10〜60ccm程度に設定するのがより好ましい。
このような原料ガスを用いて得られるプラズマ重合膜、すなわち基膜141および接合膜15は、これらの原料が重合してなるもの(重合物)、すなわちポリオルガノシロキサンで構成されることとなる。
プラズマ重合の際、一対の電極130、140間に印加する高周波の周波数は、特に限定されないが、1kHz〜100MHz程度であるのが好ましく、10〜60MHz程度であるのがより好ましい。
原料ガス流量は、0.5〜200sccm程度であるのが好ましく、1〜100sccm程度であるのがより好ましい。一方、キャリアガス流量は、5〜750sccm程度であるのが好ましく、10〜500sccm程度であるのがより好ましい。
以上のようにして、ノズルプレート本体10の両面に基膜141および接合膜15が形成されたノズルプレート80を得ることができる。
なお、母材10’に形成する接合膜15を、基板20と接合する領域のみに部分的に形成する場合、例えば、母材10’の接合膜15が形成され得る側の面に、この領域に対応する形状の窓部を有するマスクを設けて、このマスク上から接合膜15を形成するようにすればよい。
また、母材10’のプラズマ重合膜(基膜141および接合膜15)を成膜する領域には、あらかじめ、プラズマ重合膜との密着性を高める表面処理を施すのが好ましい。これにより、ノズルプレート本体10とプラズマ重合膜との間の接合強度をより高めることができる。結果として、撥液膜14の耐久性が優れたものとなるとともに、接合膜15を介して、ノズルプレート本体10と基板20との接合強度を特に優れたものとすることができる。
なお、表面処理を施す母材10’が、樹脂材料(高分子材料)で構成されている場合には、特に、コロナ放電処理、窒素プラズマ処理等が好適に用いられる。
また、母材10’の構成材料によっては、上記のような表面処理を施さなくても、プラズマ重合膜との接合強度が十分に高くなるものがある。このような効果が得られる母材10’の構成材料としては、例えば、前述したような各種金属系材料、各種シリコン系材料、各種ガラス系材料等を主材料とするものが挙げられる。
なお、この場合、母材10’の全体が上記のような材料で構成されていなくてもよく、少なくともプラズマ重合膜を成膜する領域の表面付近が上記のような材料で構成されていればよい。
このような基や物質としては、例えば、水酸基、チオール基、カルボキシル基、アミノ基、ニトロ基、イミダゾール基のような官能基、ラジカル、開環分子、2重結合、3重結合のような不飽和結合、F、Cl、Br、Iのようなハロゲン、過酸化物からなる群から選択される少なくとも1つの基または物質が挙げられる。
また、表面処理に代えて、母材10’の少なくともプラズマ重合膜を成膜する領域には、あらかじめ、中間層を形成しておくのが好ましい。
この中間層は、いかなる機能を有するものであってもよく、例えば、プラズマ重合膜との密着性を高める機能、クッション性(緩衝機能)、応力集中を緩和する機能等を有するものが好ましい。このような中間層を介して母材10’上にプラズマ重合膜を成膜することにより、母材10’とプラズマ重合膜(基膜141および接合膜15)との接合強度を高め、信頼性の高いノズルプレート80、ひいては、信頼性の高いヘッド1を得ることができる。
また、これらの各材料で構成された中間層の中でも、酸化物系材料で構成された中間層によれば、母材10’とプラズマ重合膜との間の接合強度を特に高めることができる。
エネルギーが付与されると、基膜141では、図4に示すように、脱離基303がSi骨格301から脱離する。そして、脱離基303が脱離した後には、図5に示すように、基膜141の表面および内部に活性手304が生じる。これにより、基膜141の表面に、カップリング剤(カップリング剤が有する反応性官能基)との反応性が生じる。
このうち、基膜141にエネルギーを付与する方法として、特に、上記(I)、(II)の各方法のうち、少なくとも1つの方法を用いるのが好ましい。これらの方法は、基膜141に対して比較的簡単に効率よくエネルギーを付与することができるので、エネルギー付与方法として好適である。
以下、上記(I)、(II)の各方法について詳述する。
なお、紫外線の波長は、より好ましくは、160〜200nm程度とされる。
また、UVランプを用いる場合、その出力は、基膜141の面積に応じて異なるが、1mW/cm2〜1W/cm2程度であるのが好ましく、5mW/cm2〜50mW/cm2程度であるのがより好ましい。なお、この場合、UVランプと基膜141との離間距離は、3〜3000mm程度とするのが好ましく、10〜1000mm程度とするのがより好ましい。
一方、レーザー光としては、例えば、エキシマレーザー(フェムト秒レーザー)、Nd−YAGレーザー、Arレーザー、CO2レーザー、He−Neレーザー等が挙げられる。
また、基膜141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く、具体的には、大気、酸素のような酸化性ガス雰囲気、水素のような還元性ガス雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧(真空)雰囲気等が挙げられるが、特に大気雰囲気中で行うのが好ましい。これにより、雰囲気を制御することに手間やコストをかける必要がなくなり、エネルギー線の照射をより簡単に行うことができる。
また、エネルギー線を照射する方法によれば、基膜141の表面および内部に、効率良くエネルギーを付与することができ、脱離基303の脱離量を十分なものとすることができる。これにより、基膜141の表面にカップリング剤をより確実に結合させることができ、撥液膜14の撥液性を特に優れたものとすることができる。
さらに、エネルギー線を照射する方法によれば、短時間で大きなエネルギーを付与することができるので、エネルギーの付与をより効率よく行うことができる。
また、加熱時間は、基膜141の分子結合を切断し得る程度の時間であればよく、具体的には、加熱温度が前記範囲内であれば、1〜30分程度であるのが好ましい。
以上のような(I)、(II)の各方法により、基膜141にエネルギーを付与することができる。
なお、後者の状態(未結合手が水酸基によって終端化された状態)は、例えば、基膜141に対して大気雰囲気中でエネルギー線を照射することにより、大気中の水分が未結合手を終端化することによって、容易に生成することができる。
基膜141の表面に、カップリング剤を付与(結合)させる方法としては、例えば、カップリング剤を含有する溶液に基膜141を浸漬する浸漬法、基膜141の表面にカップリング剤を含有する溶液を塗布する塗布法、基膜141の表面にカップリング剤を含有する溶液を噴霧(シャワー)する噴霧法によって行うことができるが、これらの中でも、浸漬法を用いるのが好ましい。
以下では、浸漬法によって単分子膜142を形成する場合について説明する。
カップリング剤を溶解する溶媒としては、各種のものが用いられるが、例えば、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼンのような芳香族炭化水素系溶媒を用いることができる。
この処理溶液におけるカップリング剤の濃度は、0.01〜0.5wt%程度であるのが好ましく、0.1〜0.3wt%程度であるのがより好ましい。
この母材10’を、カップリング剤の処理溶液中に浸漬すると、カップリング剤の反応性官能基と、基膜141の表面の活性手304とが反応し、カップリング剤が基膜141に結合する。これにより、基膜141上に単分子膜142が形成される。
母材10’の浸漬時間は、0.1〜180sec程度であるのが好ましく、10〜60sec程度であるのがより好ましい。
母材10’の引き上げ速度は、0.5〜50mm/sec程度であるのが好ましく、10〜30mm/sec程度であるのがより好ましい。
基膜141が形成された母材10’を前記処理溶液に浸漬する際の条件を、上述したような条件の範囲とすることにより、基膜141上にカップリング剤を確実に結合させることができる。
ノズル孔11の形成方法は特に限定されないが、例えば、ドライエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウエットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これにより、接合膜15、単分子膜142が設けられた基膜141が形成された母材10’の所定位置を貫通するノズル孔11を形成することができる。
これにより、ノズル孔11を有するノズルプレート本体10の両面に撥液膜14および接合膜15を備えるノズルプレート80を得ることができる。このようなノズルプレート80を用いることにより、ヘッド1の製造過程の簡素化を図ることができるとともに、寸法精度の高いヘッド1を効率良く得ることができる。
そして、図7(a)に示すように、母材20’上に、接合膜25を形成する。なお、このような接合膜25としては、前述したような材料を用いることができる。
[1F]次に、封止シート30を用意する。そして、接合膜25と封止シート30とが密着するように、母材20’と封止シート30とを貼り合わせる。これにより、図7(b)に示すように、母材20’と封止シート30とが、接合膜25を介して接合(接着)される。
[1H]次に、振動板40を用意する。そして、接合膜35と振動板40とが密着するように、封止シート30を備えた母材20’と振動板40とを貼り合わせる。これにより、封止シート30と振動板40とが、接合膜35を介して接合(接着)される。その結果、図7(d)に示すように、母材20’、封止シート30および振動板40が接合される。
また、振動板40のうち、圧電素子50が組み立てられる位置を取り囲む環状の領域に、凹部53を形成する。
貫通孔23および凹部53の形成は、上述したようなノズル孔11の形成方法として用いることのできる各種エッチング方法を好適に用いることができる。
[1K]次に、圧電素子50を用意する。そして、接合膜45aと圧電素子50とが密着するように、振動板40と圧電素子50とを貼り合わせる。これにより、振動板40と圧電素子50とが、接合膜45aを介して接合(接着)される。その結果、図8(g)に示すように、母材20’、封止シート30、振動板40および圧電素子50が接合される。
[1M]次に、ケースヘッド60を用意する。そして、接合膜45bとケースヘッド60とが密着するように、振動板40とケースヘッド60とを貼り合わせる。これにより、振動板40とケースヘッド60とが、接合膜45bを介して接合(接着)される。その結果、図7(i)に示すように、母材20’、封止シート30、振動板40、圧電素子50およびケースヘッド60が接合される。
なお、ここでは、封止シート30、振動板40、圧電素子50およびケースヘッド60が接合された母材20’に対して加工を施すことにより、各吐出液貯留室21および吐出液供給室22を形成する場合について説明したが、前記工程[1E]の時点で、あらかじめ母材20’に各吐出液貯留室21および吐出液供給室22を設けておいてもよい。
[2A]まず、ノズルプレート80が備える接合膜15に対してエネルギーを付与する。
エネルギーが付与されると、接合膜15では、上述した基膜141と同様にして、図4に示すように、脱離基303がSi骨格301から脱離する。そして、脱離基303が脱離した後には、図5に示すように、接合膜15の表面および内部に活性手304が生じる。これにより、接合膜15の表面に、ノズルプレート10との接着性が発現する。
接合膜15にエネルギー線を照射する方法によれば、ノズルプレート80が備える接合膜15に効率良くエネルギーを付与することができ、接合膜15に効率良く接着性を発現させることができる。
すなわち、脱離基303の脱離量を多くすることにより、接合膜15の表面および内部に、より多くの活性手が生じるため、接合膜15に発現する接着性をより高めることができる。一方、脱離基303の脱離量を少なくすることにより、接合膜15の表面および内部に生じる活性手を少なくし、接合膜15に発現する接着性を抑えることができる。
さらに、エネルギー線を照射する方法によれば、短時間で大きなエネルギーを付与することができるので、エネルギーの付与をより効率よく行うことができる。
また、前述したような加熱する方法を用いて、接合膜15にエネルギーを付与する際に、ノズルプレート本体10および基板20の熱膨張率がほぼ等しい場合には、上記のような条件で接合膜15を加熱すればよいが、ノズルプレート本体10および基板20の熱膨張率が互いに異なっている場合には、後に詳述するが、できるだけ低温下で接合を行うのが好ましい。接合を低温下で行うことにより、接合界面に発生する熱応力のさらなる低減を図ることができる。
この場合、ノズルプレート80と基板20とが互いに近づく方向に、0.2〜10MPa程度の圧力で圧縮するのが好ましく、1〜5MPa程度の圧力で圧縮するのがより好ましい。これにより、単に圧縮するのみで、接合膜15に対して適度なエネルギーを簡単に付与することができ、接合膜15に十分な接着性が発現する。なお、この圧力が前記上限値を上回っても構わないが、ノズルプレート本体10および接合体90の各構成材料によっては、接合体90やノズルプレート本体10に損傷等が生じるおそれがある。
なお、仮接合体の状態では、ノズルプレート80と基板20との間が接合されていないので、これらの相対的な位置を容易に調整する(ずらす)ことができる。したがって、一旦、仮接合体を得た後、ノズルプレート80と基板20との相対位置を微調整することにより、最終的に得られるヘッド1の組み立て精度(寸法精度)を確実に高めることができる。
以上のような各方法により、接合膜15にエネルギーを付与することができる。
すなわち、ノズルプレート本体10および基板20の熱膨張率が互いに異なっている場合には、できるだけ低温下で接合を行うのが好ましい。接合を低温下で行うことにより、接合界面に発生する熱応力のさらなる低減を図ることができる。
また、ノズルプレート本体10および基板20は、互いに剛性が異なっているのが好ましい。これにより、ノズルプレート本体10と基板20とをより強固に接合することができる。
なお、この表面処理には、ノズルプレート本体10の母材10’に対して施す前述したような表面処理と同様の処理を適用することができる。
かかる中間層の構成材料には、前述の母材10’に形成する中間層の構成材料と同様のものを用いることができる。
なお、基板20に対する前述の表面処理および中間層の形成は、言うまでもなく、封止シート30、振動板40、圧電素子50およびケースヘッド60に対して行うようにしてもよい。これにより、各部の接合強度をより高めることができる。
例えば、基板20のノズルプレート80(ノズルプレート本体10)との接合に供される領域に、水酸基が露出している場合を例に説明すると、本工程において、接合膜15と基板20とが接触するように、ノズルプレート80と基板20とを貼り合わせたとき、接合膜15の表面に存在する水酸基と、基板20の前記領域に存在する水酸基とが、水素結合によって互いに引き合い、水酸基同士の間に引力が発生する。この引力によって、接合膜15を備えるノズルプレート80と基板20とが接合されると推察される。
なお、前記工程[2A]で活性化された接合膜15の表面は、その活性状態が経時的に緩和してしまう。このため、前記工程[2A]の終了後、できるだけ早く本工程[2B]を行うようにするのが好ましい。具体的には、前記工程[2A]の終了後、60分以内に本工程[2B]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、接合膜15の表面が十分な活性状態を維持しているので、本工程で接合膜15を備えるノズルプレート80と基板20とを貼り合わせたとき、これらの間に十分な接合強度を得ることができる。
以上のような工程を経て、ヘッド1が製造される。
また、プラズマ重合膜は、基板20のノズルプレート80と接合される領域にも設けられていてもよい。すなわち、ノズルプレート本体10および基板20の双方に成膜されていてもよい。
図12に示すヘッド1では、ノズルプレート80の上面に成膜された接合膜15と、基板20の下面に成膜された接合膜15とが密着するように、ノズルプレート80と基板20とを貼り合わせることにより、これらが接合(接着)されている。
また、これと同様に、図12に示すヘッド1では、基板20の上面に成膜された接合膜25と、封止シート30の下面に成膜された接合膜25とが密着するように、基板20と封止シート30とを貼り合わせることにより、これらが接合(接着)されている。
また、振動板40の上面に成膜された接合膜45aと、圧電素子50の下面に成膜された接合膜45aとが密着するように、振動板40と圧電素子50とを貼り合わせることにより、これらが接合(接着)されている。
なお、本構成例において、接合膜25、接合膜35、接合膜45a、および接合膜45bは、接合膜15と同様のプラズマ重合膜で構成されている。
なお、この場合、例えば、接合膜15に対するエネルギーの付与は、ノズルプレート80が備える接合膜15と、基板20の下面に成膜された接合膜15のそれぞれに対して行うようにすればよい。
このような単分子膜16は、接合膜15に上述したようなエネルギーが付与されて発現する反応性により、接合膜15上の非接合領域1552にカップリング剤が結合して形成されたものである。このような単分子膜16を構成するカップリング剤としては、インクに対する親液性を有する官能基を備えたものが用いられる。
なお、本構成例のヘッド1では、接合膜15上の非接合領域1552に単分子膜16が設けられたものについて説明したが、使用するインクの特性および接合膜15を構成するプラズマ重合膜の特性によっては、このような単分子膜16を設けることなく、ヘッド1の吐出液貯留室21内の親液性を高めることができる。
また、ヘッド1を得た後、このヘッド1に対して、必要に応じ、以下の2つの工程([3A]および[3B])のうちの少なくとも1つの工程(ヘッド1の接合強度を高める工程)を行うようにしてもよい。これにより、ヘッド1の各部の接合強度のさらなる向上を図ることができる。
これにより、上記各部の表面と隣接する各接合膜の表面とがより近接し、ヘッド1における接合強度をより高めることができる。
また、ヘッド1を加圧することにより、ヘッド1中の接合界面に残存していた隙間を押し潰して、接合面積をさらに広げることができる。これにより、ヘッド1における接合強度をさらに高めることができる。
なお、この圧力は、ヘッド1の各部の構成材料や形状、接合装置等の条件に応じて、適宜調整すればよい。具体的には、上記条件に応じて若干異なるものの、0.2〜10MPa程度であるのが好ましく、1〜5MPa程度であるのがより好ましい。これにより、ヘッド1の接合強度を確実に高めることができる。なお、この圧力が前記上限値を上回っても構わないが、ヘッド1の各部の構成材料によっては、ヘッド1に損傷等が生じるおそれがある。
また、加圧する時間は、特に限定されないが、10秒〜30分程度であるのが好ましい。なお、加圧する時間は、加圧する際の圧力に応じて適宜変更すればよい。具体的には、ヘッド1を加圧する際の圧力が高いほど、加圧する時間を短くしても、接合強度の向上を図ることができる。
これにより、ヘッド1における接合強度をより高めることができる。
このとき、ヘッド1を加熱する際の温度は、室温より高く、ヘッド1の耐熱温度未満であれば、特に限定されないが、好ましくは25〜100℃程度とされ、より好ましくは50〜100℃程度とされる。かかる範囲の温度で加熱すれば、ヘッド1が熱によって変質・劣化するのを確実に防止しつつ、接合強度を確実に高めることができる。
なお、前記工程[3A]、[3B]の双方を行う場合、これらを同時に行うのが好ましい。すなわち、ヘッド1を加圧しつつ、加熱するのが好ましい。これにより、加圧による効果と、加熱による効果とが相乗的に発揮され、ヘッド1の接合強度を特に高めることができる。
以上のような工程を行うことにより、ヘッド1における接合強度のさらなる向上を容易に図ることができる。
例えば、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法では、前記実施形態の構成に限定されず、工程の順序が前後してもよい。また、任意の目的の工程が1または2以上追加されていてもよく、不要な工程を削除してもよい。
また、接合膜25、接合膜35、接合膜45a、および接合膜45bのうち少なくとも1つの接合膜は設けられていなくてもよい。この場合、各接合膜を介して接合される部材同士を、融着(溶接)、または、シリコン直接接合、陽極接合のような固体接合等の直接接合法によって接合(接着)することができる。
また、上述した接合膜を用いる接合方法を、液滴吐出ヘッドの上記以外の部材の接合に適用してもよい。
1.インクジェット式記録ヘッドの製造
(実施例1)
<1>まず、ステンレス鋼製の第1の母材、単結晶シリコン製の板状の第2の母材、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)製の封止シート、ステンレス鋼製の振動板、ジルコン酸鉛の焼結体で構成された圧電体層とAgペーストを焼成した電極膜との積層体からなる圧電素子と、PPS製のケースヘッドとを用意した。
次いで、第1の母材を図11に示すプラズマ重合装置のチャンバー内に収納し、酸素プラズマによる表面処理を行った。
次に、表面処理を行った面に、平均厚さ200nmのプラズマ重合膜(接合膜)を成膜した。なお、成膜条件は以下に示す通りである。
・原料ガスの組成 :オクタメチルトリシロキサン
・原料ガスの流量 :10sccm
・キャリアガスの組成:アルゴン
・キャリアガスの流量:10sccm
・高周波電力の出力 :100W
・チャンバー内圧力 :1Pa(低真空)
・処理時間 :15分
・基板温度 :20℃
次に、第1の母材の一方の面に成膜されたプラズマ重合膜に対して、以下に示す条件で紫外線を照射した。
・雰囲気ガスの組成 :大気(空気)
・雰囲気ガスの温度 :20℃
・雰囲気ガスの圧力 :大気圧(100kPa)
・紫外線の波長 :172nm
・紫外線の照射時間 :5分
その後、プラズマ重合膜が形成された第1の母材を、この処理溶液中に浸漬した後、一定の速度で引き上げることにより、第1の母材の紫外線が照射された方のプラズマ重合膜の表面にシランカップリング剤で構成される単分子膜を形成した。
なお、この単分子膜形成時の処理条件は、以下に示す通りである。
・浸漬時間 :0.1〜180秒間
・引き上げ速度 :0.5〜50mm/sec
次に、両面にプラズマ重合膜、シランカップリング剤で構成された単分子膜が形成された第1の母材に、エッチング法によりノズル孔を形成し、ノズルプレートを得た。
次に、前記工程<2>と同様にして、紫外線を照射した。
一方、封止シートの片面に対して、酸素プラズマによる表面処理を行った。
次に、紫外線を照射してから1分後に、プラズマ重合膜の紫外線を照射した面と、封止シートの表面処理を施した面とが接触するように、第2の母材と封止シートとを貼り合わせた。これにより、第2の母材と封止シートとの接合体を得た。
次に、得られたプラズマ重合膜に、前記工程<2>と同様にして、紫外線を照射した。一方、振動板の片面に対して、酸素プラズマによる表面処理を行った。
そして、紫外線を照射してから1分後に、プラズマ重合膜の紫外線を照射した面と、振動板の表面処理を施した面とが接触するように、接合体と振動板とを貼り合わせた。これにより、第2の母材、封止シートおよび振動板の接合体を得た。
<5>次に、第2の母材、封止シートおよび振動板が接合された接合体の振動板上のうち、圧電素子が組み立てられる位置(環状の貫通孔の内側の領域)に、前記工程<1>と同様にして、プラズマ重合膜を成膜した。
そして、紫外線を照射してから1分後に、プラズマ重合膜の紫外線を照射した面と、圧電素子の表面処理を施した面とが接触するように、接合体と圧電素子とを貼り合わせた。これにより、第2の母材、封止シート、振動板および圧電素子の接合体を得た。
次に、得られたプラズマ重合膜に、前記工程<2>と同様にして、紫外線を照射した。一方、ケースヘッドの接合面に対して、酸素プラズマによる表面処理を行った。
そして、紫外線を照射してから1分後に、プラズマ重合膜の紫外線を照射した面と、ケースヘッドの表面処理を施した面とが接触するように、接合体とケースヘッドとを貼り合わせた。これにより、第2の母材、封止シート、振動板、圧電素子およびケースヘッドの接合体を得た。
<8>次に、両面にプラズマ重合膜が形成されたノズルプレートの片面のプラズマ重合膜に対して、前記工程<2>と同様にして、紫外線を照射した。一方、吐出液貯留室形成基板の接合面に対して、酸素プラズマによる表面処理を行った。
<9>次に、得られたインクジェット式記録ヘッドを、3MPaで圧縮しつつ、80℃で加熱し、15分間維持した。これにより、インクジェット式記録ヘッドの接合強度の向上を図った。
全ての接合部、すなわち、ノズルプレートと吐出液貯留室形成基板との間、母材と封止シートとの間、封止シートと振動板との間、振動板と圧電素子との間、振動板とケースヘッドとの間の各接合部を、それぞれエポキシ接着剤で接合するようにした以外は、前記実施例1と同様にしてインクジェット式記録ヘッドを製造した。
2.1 寸法精度の評価
実施例および比較例で得られたインクジェット式記録ヘッドについて、それぞれ寸法精度を測定した。
その結果、実施例で得られたインクジェット式記録ヘッドでは、いずれも、比較例で得られたインクジェット式記録ヘッドに比べて寸法精度が高かった。
また、各インクジェット式記録ヘッドをインクジェットプリンタに組み込み、印刷用紙に印字したところ、各実施例で得られたヘッドを組み込んだプリンタでは、比較例で得られたヘッドを組み込んだプリンタに比べ、印字品位が優れていることが認められた。
実施例および比較例で得られたインクジェット式記録ヘッドに、80℃に維持したインクジェットプリンタ用インク(エプソン社製)を充填し、3週間保持した。その後、インクジェット式記録ヘッドの状態を評価した。
その結果、実施例で得られたインクジェット式記録ヘッドでは、接合部へのインクの浸入がほとんど認められなかった。これに対し、比較例で得られたインクジェット式記録ヘッドでは、接合部へのインクの浸入が認められた。
Claims (23)
- 吐出液を液滴として吐出するノズル孔を有し、一方の面に前記液滴が付着するのを抑制する撥液膜、他方の面に基板と接合する接合膜を備えるノズルプレートであって、
前記撥液膜は、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骨格に結合する有機基からなる脱離基とを含むプラズマ重合膜に、前記液滴に対する撥液性を付与するカップリング剤が結合してなるものであり、
前記接合膜は、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骨格に結合する有機基からなる脱離基とを含むプラズマ重合膜で構成されており、
前記各プラズマ重合膜はそれぞれSi−H結合を含んでおり、前記各プラズマ重合膜について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強度を1としたとき、Si−H結合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ノズルプレート。 - 前記Si骨格の結晶化度は、45%以下である請求項1に記載のノズルプレート。
- 前記脱離基は、アルキル基である請求項1または2に記載のノズルプレート。
- 前記脱離基としてメチル基を含むプラズマ重合膜について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強度を1としたとき、メチル基に帰属するピーク強度が0.05〜0.45である請求項3に記載のノズルプレート。
- 前記プラズマ重合膜は、ポリオルガノシロキサンを主材料として構成されている請求項1ないし4のいずれかに記載のノズルプレート。
- 前記ポリオルガノシロキサンは、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である請求項5に記載のノズルプレート。
- 前記カップリング剤は、撥液性を有する官能基を備えたシランカップリング剤である請求項1ないし6のいずれかに記載のノズルプレート。
- ノズルプレートは、シリコン材料またはステンレス鋼を主材料として構成されている請求項1ないし7のいずれかに記載のノズルプレート。
- 請求項1ないし8のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法であって、
平板状の母材の両面に、プラズマ重合法を用いて、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骨格に結合する有機基からなる脱離基とを含むプラズマ重合膜を形成する工程と、
前記母材の一方の面に形成された前記プラズマ重合膜に前記エネルギーを付与し、前記母材の一方の面に形成された前記プラズマ重合膜の表面に、前記カップリング剤との反応性を発現させる工程と、
前記母材の一方の面に形成された前記プラズマ重合膜に、前記カップリング剤を結合させる工程と、
前記母材および前記プラズマ重合膜を貫通するノズル孔を形成する工程とを有し、
前記プラズマ重合法において、プラズマを発生させる際の高周波の出力密度は、0.01〜100W/cm 2 であることを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 前記プラズマ重合膜は、前記母材の両面に、同時に形成する請求項9に記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記カップリング剤を含有する溶液に、前記母材の一方の面に形成された前記プラズマ重合膜を浸漬することにより、該プラズマ重合膜の表面に前記カップリング剤を結合させる請求項9または10に記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記エネルギーの付与は、前記プラズマ重合膜にエネルギー線を照射する方法により行われる請求項9ないし11のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記エネルギー線は、波長126〜300nmの紫外線である請求項12に記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記母材の前記プラズマ重合膜が形成される領域には、あらかじめ、前記プラズマ重合膜との密着性を高める表面処理が施されている請求項9ないし13のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記表面処理は、プラズマ処理である請求項14に記載のノズルプレートの製造方法。
- 請求項1ないし8のいずれかに記載のノズルプレートと、基板と封止板とが接合された接合体と、を備え、
前記ノズルプレートと前記接合体とにより、前記吐出液を貯留する吐出液貯留室が形成されており、
前記ノズルプレートの一方の面に備えられた前記接合膜の少なくとも一部の領域にエネルギーが付与されることにより、前記接合膜の表面付近に存在する前記脱離基が前記Si骨格から脱離し、前記接合膜の表面の前記領域に接着性を発現させ、その接着性によって、前記ノズルプレートと前記接合体の前記基板とが前記接合膜を介して接合していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 前記接合膜は、その一部の領域のみに接着性が発現しており、前記ノズルプレートと前記接合体の前記基板との接合界面のうち、前記一部の領域のみが接合されている請求項16に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記接合体は、前記基板と前記封止板とを、前記接合膜と同様の接合膜を介して接合することにより得られるものである請求項16または17に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記封止板は、複数の層を積層してなる積層体で構成されており、
前記積層体中の層のうち、隣接する少なくとも1組の層の層間を、前記接着性が発現した前記接合膜と同様の接合膜を介して接合する請求項16ないし18のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。 - 当該液滴吐出ヘッドは、さらに、前記封止板の前記基板と反対側に設けられ、前記封止板を振動させる振動手段を有し、
前記封止板と前記振動手段とを、前記接着性が発現した前記プラズマ重合膜と同様のプラズマ重合膜を介して接合する請求項16ないし19のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。 - 前記振動手段は、圧電素子で構成されている請求項20に記載の液滴吐出ヘッド。
- 当該液滴吐出ヘッドは、さらに、前記封止板の前記基板と反対側に設けられたケースヘッドを有し、
前記封止板と前記ケースヘッドとを、前記接着性が発現した前記プラズマ重合膜と同様のプラズマ重合膜を介して接合する請求項16ないし21のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。 - 請求項16ないし22のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする液滴吐出装置。
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