JP5145985B2 - ノズル基板及びノズル基板の製造方法 - Google Patents
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例えば、特許文献1では、チャンネルウェハとヒータウェハとから構成されるノズル孔の内面からノズル面(吐出面)にかけて疎水性被膜を連続して形成し、さらにノズル孔の内面にのみその疎水性被膜上に親水性被膜を形成する。
特許文献2では、ノズル孔の内面にインク保護膜をスパッタで形成し、吐出面に中間膜をスパッタで形成し、続いて吐出面の中間膜上に撥水膜をスプレー塗布で形成する。
また、特許文献3のように、ステンレス製のノズル基板にフッ素系高分子共析メッキを行い、吐出面からノズル孔の内面にかけて共析メッキによる撥水性被膜を形成する方法もある。
(1)特許文献1の場合
(a)チャンネルウェハとヒータウェハを接着剤で接合した後に、チャンネルウェハに形成されたインク流路の内壁にウェット処理で疎水性被膜を形成し、続いて親水性被膜を形成しているため、それらの被膜を焼結する際のべーク温度に制約がある。
(b)インク流路の内壁に親水性被膜を形成した後で、ダイシングによりノズル孔を開口し、ノズル面に撥水膜を形成しているが、ノズル面に露出しているインク流路内壁の撥水膜(疎水性被膜)の断面は僅かであるため、新たにノズル面に形成した撥水膜との結合が不十分となり、ノズル孔口縁での撥水膜の耐久性を確保することができない。このため、アルカリ性のインクによりノズル孔の内壁が浸食されやすい。
(c)ノズル面に撥水膜を形成する際に、インク流路内への回り込みを制御することができない。
ノズル孔内壁への保護膜成膜にスパッタ法を用いているが、スパッタには指向性があるため、ノズル孔内壁という狭くて垂直な壁面を均一に被膜するのは困難である。従って、アルカリ性インクに対する被覆・保護が十分でない。
(a)共析メッキではノズル面のみに撥水膜を形成することは困難であり、ノズル孔内壁まで撥水膜が形成される。本来、ノズル孔内壁は親水性であることが望ましいが、ノズル孔内壁のメッキ被膜を後処理で親水化することは困難である。
(b)共析メッキ被膜はアルカリ性のインクに対する耐久性が不十分である。
(c)メッキ被膜の厚みは数μm必要で、ノズル径精度を確保するのが困難である。
このように構成することにより、ノズル孔の内壁は耐アルカリ性の複数層の耐吐出液保護膜で被覆され耐吐出液保護膜同士の結合が十分なため、アルカリ性の吐出液に対する耐性が向上し、ノズル孔の内壁の浸食を防止することができる。
これによって、ノズル基板の両面から耐吐出液保護膜が形成され、ノズル孔の内壁は少なくとも2層の耐吐出液保護膜で被覆されるため、アルカリ性の吐出液に対する耐性が向上し、ノズル孔の内壁の浸食を防止することができる。
これによって、ノズル孔の内壁は3層の耐吐出液保護膜で被覆されるため、アルカリ性の吐出液に対する耐性がさらに向上し、ノズル孔の内壁の浸食を防止することができる。
撥水膜は、吐出面側の第3の耐吐出液保護膜上にのみ形成され、ノズル孔の吐出口縁部を境界にしてノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面には形成されない。従って、ノズル孔の内面は親水性であり、吐出面はノズル孔の出口縁部まで撥水性であるため、吐出時ノズル孔の先端より液滴をノズル基板に対して垂直にスムーズに離脱させることができ、液滴の吐出安定性が向上する。また、撥水膜により、吐出面のワイピング(クリーニング)に対する耐久性が向上する。
この製造方法により、ノズル孔の内壁を複数層の耐吐出液保護膜で被覆することができ、アルカリ性吐出液に対する耐性の高いノズル基板を製造することができる。
この場合、CVDは、160℃以下の低温領域で実施する。ノズル基板の製造の際、ノズル基板に樹脂等でサポート基板を接着した状態で成膜でき、ハンドリング性や処理効率が向上し、コスト低減が可能になる。
なお、第2の耐インク保護膜13は省略することも可能である。
そして、図2、図4に簡略化して示すように、静電アクチュエータ4を駆動するために、ドライバIC等の駆動手段5を搭載したFPC(Flexible Print Circuit)を、電極取り出し部36において、導電性接着剤により、各個別電極31の端子部31aと、キャビティ基板2上に設けられた金属製の共通電極27に配線接続する。以上のようにしてインクジェットヘッド10が完成する。
駆動手段5により当該個別電極31と共通電極である振動板22間にパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加によって発生する静電気力により振動板22が個別電極31側に引き寄せられて当接し、吐出室21内に負圧を発生させ、リザーバ23内のインクを吸引し、インクの振動(メニスカス振動)を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で、電圧を解除すると、振動板22は個別電極31から離脱して、その時の振動板22の復元力によりインクを当該ノズル孔11から押出し、インク滴を吐出する。
(c)そして、このシリコン基板100を、例えば緩衝フッ酸水溶液(フッ酸水溶液:フッ化アンモニウム水溶液=1:6)でハーフエッチングし、SiO2 膜101を薄くする。このとき、インク吐出側の面1aのSiO2 膜101もエッチングされ、SiO2 膜101の厚みが減少する(図5(c))。
(d)ついで、シリコン基板100のレジスト102を硫酸洗浄などにより剥離する(図5(d))。
(f)そして、シリコン基板100を緩衝フッ酸水溶液(フッ酸水溶液:フッ化アンモニウム水溶液=1:6)でエッチングし、ノズル部11aとなる部分110aのSiO2 膜101を開口する。このとき、インク吐出側の面110aのSiO2 膜101はエッチングされ、完全に除去される(図6(f))。
(g)シリコン基板100の接合面100b側に設けたレジスト103を、硫酸洗浄などにより剥離する(図6(g))。
(i)次に、導入部11bとなる部分110bのSiO2 膜101のみがなくなるように、緩衝フッ酸水溶液でハーフエッチングする(図7(i))。
(j)再度、Deep−RIEドライエッチング装置により、SiO2 膜101の開口部を深さ20μmまで垂直に異方性ドライエッチングし、導入部11bを形成する(図7(j))。
あるいは、ノズル部11aの先端部の開口を、ドライエッチングで行っても良い。例えば、SF6 をエッチングガスとするドライエッチングで、ノズル部11aの先端部までシリコン基板100を薄くし、表面に露出したノズル部11aの先端部のSiO2 膜12aを、CF4 又はCHF3 等のエッチングガスとするドライエッチングによって除去してもよい。
(q)そして、支持基板120側からUV光を照射する(図9(q))。
(r)両面テープ50の自己剥離層51をシリコン基板100の接合面100bから剥離させ、支持基板120をシリコン基板100から取り外す(図9(r))。
その後、ノズル基板100の接着強度を上げるため、プライマー処理液に1時間浸漬した後、純水でリンスし、80℃で1時間の条件でベーキングする。このとき、プライマー処理液として、例えば、シランカップリング剤(型番:SH6020、東レダウ製)を用いる。
以上の工程を経ることにより、シリコン基板100よりノズル基板1が作製される。
また、接合面100bに、両面テープ50を介して支持基板120を貼り合わせ、シリコン基板100をインク吐出側の面100aより薄板化してノズル孔11を開口するようにしたので、ノズル孔11の製造工程において、シリコン基板100が割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングが容易で、歩留まりが向上する。
さらに、上記の製造工程において、シリコン基板100のインク吐出側の面100aに、耐インク性の高い酸化タンタル等からなる金属系酸化膜すなわち第3の耐インク保護膜14を形成し、そのうえに撥水膜15を形成するようにしたので、下地材が侵食されることによって起こる撥水膜15の剥れがなくなる。このことにより、長期にわたり、インク吐出側の面100aの撥水性を保持することができ、インク吐出の安定性を確保することができる。
ここでは、電極基板3に単結晶シリコン基板(以下、シリコン基板という)200を接合した後、そのシリコン基板200からキャビティ基板2を製造する方法について、図11、図12を用いて説明する。
その後、シリコン基板200を水酸化カリウム水溶液等でエッチングすることにより、吐出室21となる凹部210、オリフィス24となる溝部240及びリザーバ23となる凹部230を形成する(図12(e))。このとき、配線のための電極取り出し部36となる部分もエッチングして薄板化しておく。なお、ウェットエッチングの工程では、例えば初めに35重量%の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後、3重量%の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。これにより、振動板22の面荒れを抑制することができる。
最後に、キャビティ基板2に、前述のようにして作製されたノズル基板1を接着等により接合することにより、図13に示したインクジェットヘッド10が完成する。
Claims (4)
- 液滴を吐出するノズル部と、前記ノズル部より断面積が大きく前記ノズル部と同軸上に設けられた導入部とを少なくとも備えたノズル孔を複数備えたノズル基板であって、
少なくとも前記ノズル孔の内壁に耐アルカリ性の複数層の耐吐出液保護膜を形成し、
前記複数層の耐吐出液保護膜として、
前記ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面に形成されたSiO 2 膜からなる第1の耐吐出液保護膜と、
前記ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面で前記第1の耐吐出液保護膜の上に形成された金属酸化物を主成分とする第2の耐吐出液保護膜と、
前記吐出面、及び前記ノズル孔の内壁上の前記第1の耐吐出液保護膜の上に、形成された金属酸化物を主成分とする第3の耐吐出液保護膜とを有し、
前記ノズル孔の内壁及び前記吐出面と反対側の面を除く前記吐出面側で前記第3の耐吐出液保護膜の上に撥水膜を有することを特徴とするノズル基板。 - 前記金属酸化物は、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、または酸化ジルコニウムのいずれかであることを特徴とする請求項1記載のノズル基板。
- シリコン基板に、ノズル部と、このノズル部より断面積が大きく前記ノズル部と同軸上に位置する導入部とからなるノズル孔を異方性ドライエッチングにより複数形成する工程と、
前記ノズル孔が形成された前記シリコン基板に対し、前記ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面にSiO 2 膜からなる第1の耐吐出液保護膜を熱酸化により形成する工程と、
前記ノズル孔の内壁及び吐出面と反対側の面で前記第1の耐吐出液保護膜の上に、金属酸化物を主成分とする第2の耐吐出液保護膜をCVDにより形成する工程と、
前記吐出面、及び前記ノズル孔の内壁上の前記第1の耐吐出液保護膜の上に、金属酸化物を主成分とする第3の耐吐出液保護膜をCVDにより形成する工程と、
前記ノズル孔の内壁及び前記吐出面と反対側の面を除く前記吐出面側で前記第3の耐吐出液保護膜の上に撥水膜を形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴とするノズル基板の製造方法。 - 前記金属酸化物として、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、または酸化ジルコニウムのいずれかを用いることを特徴とする請求項3記載のノズル基板の製造方法。
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