(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出させるためのエネルギー発生素子が配置される液流路を備えたヘッド基体に、前記液流路と連通する吐出口を備えるとともにフッ素樹脂を材料とするオリフィスプレートを接合する工程を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記ヘッド基体の、前記オリフィスプレートとの接合面にフッ素樹脂を転写または塗布する工程と、
前記ヘッド基体の、前記フッ素樹脂が転写または塗布された接合面および、前記オリフィスプレートの、前記ヘッド基体との接合面をグラフト重合化させる工程と、
前記ヘッド基体の、前記フッ素樹脂が転写または塗布された接合面および、前記オリフィスプレートの、前記ヘッド基体との接合面を加熱して、前記ヘッド基体および前記オリフィスプレートの接合面同士を圧着により接合する工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記ヘッド基体の、前記オリフィスプレートとの接合面に凹部を形成し、かつ、前記ヘッド基体に前記オリフィスプレートを接合した状態で前記凹部に嵌合する凸部を前記オリフィスプレートに形成し、前記ヘッド基体に前記オリフィスプレートを接合する際に前記凹部に前記凸部を嵌合させることで前記ヘッド基体と前記オリフィスプレートとの位置合わせを行う請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記ヘッド基体に前記オリフィスプレートを接合する工程の前に、前記オリフィスプレートの前記凸部および前記吐出口を、高輝度Ｘ線を用いたエッチングプロセスによって形成する請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、ワープロ、ホストコンピュータなどの出力用端末としてのプリンタ、ビデオプリンタなどに用いられる液体吐出ヘッドの製造方法に関する。特に、本発明は、液体を吐出させるために利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換素子が形成された素子基板を有する液体吐出ヘッドの製造方法に関する。即ち、インクなどの記録用の液体を飛翔液滴として吐出口(オリフィス)から吐出させて、その液体を記録媒体に付着させることによって記録を行うために用いられる液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液体吐出ヘッドのオリフィスから記録液としてのインクを吐出することによって記録を行なう液体吐出記録装置としてのインクジェット記録装置が、低騒音、高速記録などの点で優れた記録装置として知られている。このインクジェット記録装置におけるインクジェット記録方法について、これまでにもさまざまな方式が提案されており、改良が加えられて商品化されたものもあれば、現在、実用化への研究が続けられているものもある。
【０００３】
インクジェット記録装置に用いられる液体吐出ヘッドとしては、例えば、図１０および図１１に示されるものがある。図１０が、従来の技術による液体吐出ヘッドを示す断面図であり、図１１が、図１０に示した液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【０００４】
従来の液体吐出ヘッドでは、図１０および図１１に示されるように、インクを吐出するための複数の吐出口（オリフィス）４４１を有するオリフィスプレート４４０と、それぞれの吐出口４４１に連通した液流路４０１を複数形成するための天板４００と、液流路４０１の一部を構成し、かつ、吐出口４４１からインクを吐出させるための熱エネルギーを発生する電気熱変換体１０１（ヒーター）を複数有する素子基板１００とから構成されている。従って、複数の電気熱変換体１０１および液流路４０１を有するヘッド基体が素子基板１００と天板４００とから構成されており、そのヘッド基体にオリフィスプレート４４０が接合されている。
【０００５】
オリフィスプレート４４０には、インクを吐出させるための微細の吐出口４４１が形成されており、この吐出口４４１が、液体吐出ヘッドの吐出性能を左右する重要な構成要素となっている。そして、吐出口４４１から吐出されるインク滴の吐出方向を安定させるためには、オリフィスプレート４４０の、吐出口４４１の周りの部分が撥インク性を有していることが望ましいということが知られている。従って、従来から、オリフィスプレートの表面に撥インク層を設けることにより、吐出口の周囲に撥インク性を付与していた。しかしながら、オリフィスプレートの、撥インク層が設けられた面は、回復処理のためのワイピングによって擦られるため、撥インク層が摩耗し長期的に良好な撥インク性を維持しがたいものであった。この撥インク層の摩耗の問題点に着目し、撥インク性を有する材料でオリフィスプレートを形成することも提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オリフィスプレートの材料として撥インク性を有するものを用いた場合、一般的に撥インク性の高い材料ほど、その撥インク性によって、オリフィスプレートとヘッド基体との接合力が低くなるという問題点がある。このため、オリフィスプレートの良好な撥インク性を維持しつつ、オリフィスプレートをヘッド基体に強固に接合した、信頼性の高い液体吐出ヘッドは実現されていなかった。
【０００７】
本発明の目的は、撥インク性を有するオリフィスプレートと、ヘッド基体との接合力が確保され、また、オリフィスプレートが長期にわたって良好な撥インク性を維持することができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出させるためのエネルギー発生素子が配置される液流路を備えたヘッド基体に、前記液流路と連通する吐出口を備えるとともにフッ素樹脂を材料とするオリフィスプレートを接合する工程を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記ヘッド基体の、前記オリフィスプレートとの接合面にフッ素樹脂を転写または塗布する工程と、
前記ヘッド基体の、前記フッ素樹脂が転写または塗布された接合面および、前記オリフィスプレートの、前記ヘッド基体との接合面をグラフト重合化させる工程と、
前記ヘッド基体の、前記フッ素樹脂が転写または塗布された接合面および、前記オリフィスプレートの、前記ヘッド基体との接合面を加熱して、前記ヘッド基体および前記オリフィスプレートの接合面同士を圧着により接合する工程と、
を有することを特徴とする。
【００２１】
上記の発明では、ヘッド基体のオリフィスプレートとの接合面にフッ素樹脂を転写または塗布し、ヘッド基体およびオリフィスプレートの両者の接合面をグラフト重合化し、その後、両接合面を加熱し、両接合面同士を圧着することによってオリフィスプレートを接合することにより、オリフィスプレートの材料としてフッ素樹脂を用いた場合でも、撥インク性を有するオリフィスプレートと、ヘッド基体とを確実に接合することができる。また、ヘッド基体の、オリフィスプレートとの接合面における液流路の周囲の部分をオリフィスプレートに確実に接合することができる。従って、オリフィスプレートが長期にわたって良好な撥インク性を維持できると共に、液体吐出ヘッドの駆動時に吐出エネルギー発生素子からの熱による液体吐出ヘッドの各構成部品の熱膨張がもたらす影響が低減された、吐出特性が安定した液体吐出ヘッドを製造することができる。
【００２２】
上記の液体吐出ヘッドの製造方法において、オリフィスプレートの材料としてフッ素樹脂を用いる。オリフィスプレートの材料としてフッ素樹脂を用いることにより、上述したようにオリフィスプレートが撥インク性を有し、オリフィスプレートの吐出口から吐出されるインクの吐出方向が安定すると共に、オリフィスプレートが長期にわたって良好な撥インク性を維持できる液体吐出ヘッドを製造することができる。
【００２４】
さらに、ヘッド基体の、オリフィスプレートとの接合面に凹部を形成し、かつ、ヘッド基体にオリフィスプレートを接合した状態で前記凹部に嵌合する凸部をオリフィスプレートに形成し、ヘッド基体にオリフィスプレートを接合する際に前記凹部に前記凸部を嵌合させることでヘッド基体とオリフィスプレートとの位置合わせを行うことが好ましい。ここで、ヘッド基体に自着によってオリフィスプレートを接合する工程の前に、オリフィスプレートの前記凸部および吐出口を、高輝度Ｘ線を用いたエッチングプロセスによって形成することが好ましい。
【００２５】
上記のように、ヘッド基体にオリフィスプレートを接合する際に、ヘッド基体に形成された凹部にオリフィスプレートの凸部を嵌合させて、ヘッド基体とオリフィスプレートとの位置合わせを行うことにより、位置合わせのために画像処理などの複雑な装置を用いることなく、容易な装置で位置合わせを行うことができる。また、ヘッド基体にオリフィスプレートを接合する前に、オリフィスプレートの凸部および吐出口を、高輝度Ｘ線を用いたエッチングプロセスによって形成することにより、そのエッチングプロセスに使用されるマスクは、フォトリソグラフィプロセスを用いて作製されるため、その凸部および吐出口を高精度で高密度に形成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドの基本的な構造を説明するための、液流路方向に沿った断面図である。本実施形態の液体吐出ヘッドは、図１に示すように、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与える吐出エネルギー発生素子としての、複数個（図１では、１つのみ示す）の発熱体２が並列に設けられた素子基板１と、この素子基板１上に接合された天板３と、素子基板１および天板３の前端面に接合されたオリフィスプレート４とを有する。
【００２８】
素子基板１は、後述するように、シリコンなどの基板上に絶縁および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜または窒化シリコン膜を成膜し、その上に、発熱体２を構成する電気抵抗層および配線をパターニングしたものである。この配線から電気抵抗層に電圧を印加し、電気抵抗層に電流を流すことで発熱体２が発熱する。そして、この配線と電極抵抗層の上には、それらをインクから保護する保護膜が形成されており、さらにその保護膜の上にはインク消泡によるキャビテーションから保護する耐キャビテーション膜が形成されている。
【００２９】
天板３は、各発熱体２に対応した複数の液流路７および、各液流路７に液体を供給するための共通液室８を構成するためのもので、天井部分から各発熱体２の間に延びる流路側壁９が一体的に設けられている。天板３はシリコン系の材料で構成され、液流路７および共通液室９のパターンをエッチングで形成したり、シリコン基板上にＣＶＤなどの公知の成膜方法により窒化シリコン、酸化シリコンなど、流路側壁９となる材料を堆積した後、液流路７の部分をエッチングして形成することができる。
【００３０】
オリフィスプレート４には、各液流路７に対応し、それぞれの液流路７を介して共通液室８に連通する複数の吐出口５が形成されている。オリフィスプレート４の材料としてはフッ素樹脂が用いられている。オリフィスプレート４の材質としてフッ素樹脂を用いることによってオリフィスプレート４は撥インク性を有することになり、その撥インク性によって、吐出口５から吐出されるインクの吐出方向が安定する。
【００３１】
素子基板１と天板３とを接合することにより複数の発熱体２および液流路７を備えたヘッド基体が構成されていて、そのヘッド基体の前端面にオリフィスプレート４が、後述するように自着によって接合されている。
【００３２】
さらに、この液体吐出ヘッドには、液流路７を吐出口５に連通した第１の液流路７ａと、発熱体２を有する第２の液流路７ｂとに分けるように、発熱体２に対面して配置された片持梁状の可動部材６が設けられている。可動部材６は、窒化シリコンや酸化シリコンなどのシリコン系の材料で形成された薄膜である。
【００３３】
この可動部材６は、液体の吐出動作によって共通液室８から可動部材６を経て吐出口５側へ流れる大きな流れの上流側に支点６ａを持ち、この支点６ａに対して下流側に自由端６ｂを持つように、発熱体２に面した位置に発熱体２を覆うような状態で発熱体２から所定の距離を隔てて配されている。この発熱体２と可動部材６との間が気泡発生領域１０となる。
【００３４】
上記構成に基づき、発熱体２を発熱させると、可動部材６と発熱体２との間の気泡発生領域１０の液体に熱が作用し、これにより発熱体２上に膜沸騰現象に基づく気泡が発生して成長する。この気泡の成長に伴う圧力は可動部材６に優先的に作用し、可動部材６は図１に破線で示されるように、支点６ａを中心に吐出口５側に大きく開くように変位する。可動部材６の変位もしくは変位した状態によって、気泡の発生に基づく圧力の伝播や気泡自身の成長が吐出口５側に導かれ、吐出口５から液体が吐出する。
【００３５】
つまり、気泡発生領域１０上に、液流路７内の液体の流れの上流側（共通液室８側）に支点６ａを持ち下流側（吐出口５側）に自由端６ｂを持つ可動部材６を設けることによって、気泡の圧力伝播方向が下流側へ導かれ、気泡の圧力が直接的に効率よく吐出に寄与することになる。そして、気泡の成長方向自体も圧力伝播方向と同様に下流方向に導かれ、上流より下流で大きく成長する。このように、気泡の成長方向自体を可動部材によって制御し、気泡の圧力伝播方向を制御することで、吐出効率や吐出力または吐出速度などの根本的な吐出特性を向上させることができる。
【００３６】
一方、気泡が消泡工程に入ると、可動部材６の弾性力との相乗効果で気泡は急速に消泡し、可動部材６も最終的には図１に実線で示した初期位置に復帰する。このとき、気泡発生領域１０での気泡の収縮体積を補うため、また、吐出された液体の体積分を補うために、上流側すなわち共通液室８側から液体が流れ込み、液流路７への液体の充填（リフィル）が行われるが、この液体のリフィルは、可動部材６の復帰作用に伴って効率よく合理的かつ安定して行われる。
【００３７】
図２は、図１に示した素子基板１の断面図である。素子基板１では、図２に示すように、シリコン基板１１の表面に、蓄熱層としての熱酸化膜１２および、蓄熱層を兼ねる層間膜１３がこの順番で積層されている。蓄熱層１２としては、ＳｉＯ２膜またはＳｉ３Ｎ４膜が用いられている。層間膜１３の表面に部分的に抵抗層１４が形成され、抵抗層１４の表面に部分的に配線１５が形成されている。配線１５としては、Ａｌまたは、Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−ＣｕなどのＡｌ合金配線が用いられている。この配線１５、抵抗層１４および層間膜１３の表面に、ＳｉＯ２膜またはＳｉ３Ｎ４膜から成る保護膜１６が形成されている。保護膜１６の表面の、抵抗層１４に対応する部分およびその周囲には、抵抗層１４の発熱に伴う化学的および物理的な衝撃から保護膜１６を守るための耐キャビテーション膜１７が形成されている。抵抗層１４表面の、配線１５が形成されていない領域は、抵抗層１４の熱が作用する部分となる熱作用部１８である。
【００３８】
この素子基板１上の膜は半導体の製造技術によりシリコン基板１１の表面に順に形成され、シリコン基板１１上に熱作用部１８が備えられている。
【００３９】
図３は、図１および図２に示した駆動素子１の主要素子を縦断するように駆動素子１を断面にした時の模式的断面図である。
【００４０】
図３に示すように、Ｐ導電体であるシリコン基板１１の表層にはＮ型ウェル領域２２およびＰ型ウェル領域２３が部分的に備えられている。そして、一般的なＭｏｓプロセスを用いてイオンプラテーションなどの不純物導入および拡散によって、Ｎ型ウェル領域２２にＰ−Ｍｏｓ３８が、Ｐ型ウェル領域２３にＮ−Ｍｏｓ３９が備えられている。Ｐ−Ｍｏｓ３８は、Ｎ型ウェル領域２２の表層に部分的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソース領域２５およびドレイン領域２６や、Ｎ型ウェル領域２２の、ソース領域２５およびドレイン領域２６を除く部分の表面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜２８を介して堆積されたゲート配線３５などから構成されている。また、Ｎ−Ｍｏｓ３９は、Ｐ型ウェル領域２３の表層に部分的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソース領域２５およびドレイン領域２６や、Ｐ型ウェル領域２３の、ソース領域２５およびドレイン領域２６を除く部分の表面に厚さ数百Åのゲート絶縁膜２８を介して堆積されたゲート配線３５などから構成されている。ゲート配線３５は、ＣＶＤ法により堆積した、厚さ４０００Å〜５０００Åのポリシリコンから成るものである。これらのＰ−Ｍｏｓ３８およびＮ−Ｍｏｓ３９からＣ−Ｍｏｓロジックが構成されている。
【００４１】
Ｐ型ウェル領域２３の、Ｎ−Ｍｏｓ３９と異なる部分には、電気熱変換素子駆動用のＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０が備えられている。Ｎ−Ｍｏｓトランジスタ３０も、不純物導入および拡散などの工程によりＰ型ウェル領域２３の表層に部分的に備えられたソース領域３２およびドレイン領域３１や、Ｐ型ウェル領域２３の、ソース領域３２およびドレイン領域３１を除く部分の表面にゲート絶縁膜２８を介して堆積されたゲート配線３３などから構成されている。
【００４２】
本実施形態では、電気熱変換素子駆動用のトランジスタとしてＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０を用いたが、複数の電気熱変換素子を個別に駆動できる能力を持ち、かつ、上述したような微細な構造を得ることができるトランジスタであれば、このトランジスタに限られない。
【００４３】
Ｐ−Ｍｏｓ３８とＮ−Ｍｏｓ３９との間や、Ｎ−Ｍｏｓ３９とＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０との間など各素子間には、５０００Å〜１００００Åの厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域２４が形成されており、その酸化膜分離領域２４によって、各素子が分離されている。酸化膜分離領域２４の、熱作用部１８に対応する部分は、シリコン基板１１の表面側から見て一層目の蓄熱層３４としての役割を果たす。
【００４４】
Ｐ−Ｍｏｓ３８、Ｎ−Ｍｏｓ３９およびＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０の各素子の表面には、ＣＶＤ法により形成された厚さ約７０００ÅのＰＳＧ膜またはＢＰＳＧ膜などから成る層間絶縁膜３６が形成されている。熱処理により層間絶縁膜３６を平坦化した後に、層間絶縁膜３６およびゲート絶縁膜２８を貫通するコンタクトホールを介して第１の配線層となるＡｌ電極３７により配線が行われている。層間絶縁膜３６およびＡｌ電極３７の表面には、厚さ１００００Å〜１５０００ÅのＳｉＯ２膜から成る層間絶縁膜３８がプラズマＣＶＤ法により形成されている。層間絶縁膜３８の表面の、熱作用部１８およびＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０に対応する部分には、厚さ約１０００ÅのＴａＮ０．８，ｈｅｘ膜から成る抵抗層１４がＤＣスパッタ法により形成されている。抵抗層１４は、層間絶縁膜３８に形成されたスルーホールを介してドレイン領域３１の近傍のＡｌ電極３７と電気的に接続されている。抵抗層１４の表面には、各電気熱変換素子への配線となる第２の配線層としての、Ａｌの配線１５が形成されている。
【００４５】
配線１５、抵抗層１４および層間絶縁膜３８の表面に形成された保護膜１６は、プラズマＣＶＤ法により形成された厚さ１００００ÅのＳｉ３Ｎ４膜から成るものである。保護膜１６の表面に形成された耐キャビテーション膜１７は、厚さ約２５００ÅのＴａなどの膜から成るものである。
【００４６】
図４は、図１に示した液体吐出ヘッドの一部を分解した、液体吐出ヘッドの各構成部品を模式的に示す斜視図である。天板３の素子基板１側の面には、図１に示した流路側壁９を構成し、第１の液流路７ａを複数形成するためのＳｉＮ膜４４が形成されている。天板３の、素子基板１側と反対側の面には、ＳｉＯ２膜４３が形成されている。また、素子基板１の表面には、複数の第１の液流路７ａのそれぞれに対応する発熱体２が並列に複数個並べられている。一方、オリフィスプレート４には、複数の第１の液流路７ａのそれぞれに対応する吐出口５が一列に並べられている。この図では、図１に示した可動部材６、第２の液流路７ｂなどが省略されている。
【００４７】
図５は、図１および図４に示した天板３の製造方法について説明するための図である。図６は、図５に基づいて説明する製造方法の工程を経て作製される天板３の斜視図である。天板３は図５（ａ）および図５（ｂ）の工程を経て作製される。
【００４８】
まず、図５（ａ）において、シリコンウェハ４１の一方の面にＳｉＯ２膜４２を、シリコンウェハ４１の他方の面にＳｉＯ２膜４３をそれぞれ、熱酸化により厚さ約１μｍ形成する。その後、ＳｉＯ２膜４２表面の、図１に示した共通液室８に対応する部分を、フォトリソグラフィ法などの公知の方法を用いてパターニングして、その上に、図１に示した流路側壁９となる厚さ約２０μｍのＳｉＮ膜４４をマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いて形成する。ここで、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜４４を形成する際に使用するガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ４）、窒素（Ｎ２）およびアルゴン（Ａｒ）を用いた。そのガスの組み合わせとしては、上記以外にも、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）やアンモニア（ＮＨ３）などとの組み合わせや、混合ガスを用いてもよい。また、周波数が２．４５［ＧＨｚ］のマイクロ波のパワーを１．５［ｋＷ］とし、ガス流量としてはモノシランを１００［ｓｃｃｍ］、窒素を１００［ｓｃｃｍ］、アルゴンを４０［ｓｃｃｍ］でそれぞれのガスを供給して、圧力が５［ｍＴｏｒｒ］の真空下でＳｉＮ膜４４を形成した。また、ガスのそれ以外の成分比でのマイクロ波プラズマＣＶＤ法や、ＲＦ電源を使用したＣＶＤ法などでＳｉＮ膜４４を形成してもよい。
【００４９】
次に、ＳｉＮ膜４４の、図１に示した第１の液流路７ａに対応する部分を除去するために、フォトリソグラフィ法などの公知の方法を用いてＳｉＮ膜４４をパターニングする。
【００５０】
そして、図５（ｂ）に示すように、誘電結合プラズマを使ったエッチング装置を用いてエッチングを行い、ＳｉＮ膜４４の、第１の液流路７ａに対応する部分を溝状に除去する。これにより、ＳｉＮ膜４４にトレンチ構造が形成される。その後、シリコンウェハ４１の、共通液室８を形成した部分の一部を、ＴＭＡＨ（テキサメチルアンモニウムハイドライド）を使って、エッチングにより除去し、シリコンウェハ４１のその部分を貫通させる。これにより、図６に示す天板３が作製される。
【００５１】
図７は、図１および図４に示したオリフィスプレート４の製造方法について説明するための図である。オリフィスプレート４は、図７（ａ）から図７（ｃ）の工程を経て作製される。
【００５２】
まず、図７（ａ）において、厚さ１００μｍのフッ素樹脂板５１を準備する。
【００５３】
次に、図７（ｂ）において、フッ素樹脂板５１の表面に、あらかじめパターニングされたマスク５３を介して高輝度Ｘ線としてのシンクロトロン放射光５４ａを照射し、フッ素樹脂板５１の表面に高さ５０μｍの凸部５２を形成する。
【００５４】
次に、図７（ｃ）において、吐出口５に対応する部分に開口部を有するマスク５５を介して、フッ素樹脂板５１の表面にシンクロトロン放射光５４ｂを照射し、テーパー状の吐出口５を形成する。シンクロトロン放射光５４ａおよび５４ｂは、シンクロトロンに蓄積された電子から光軸に沿って放射されたものである。ここでは、吐出口５の断面形状をテーパー状にするために、マスク５５の開口部の周囲の部分のみが、その部分を除くマスク５５の遮光部分の厚みよりも薄くなっている。また、ここで使用したマスク５３および５５としては銅板を用いたが、シンクロトロン放射光を遮蔽するものであれば、これに限られない。
【００５５】
上述したように、シンクロトロン放射光を用いたエッチングプロセスにより、オリフィスプレート４に凸部５２および吐出口５を形成することにより、シンクロトロン放射光用のマスク５３および５５はフォトリソグラフィプロセスを用いて作製されるため、凸部５２および吐出口５を高精度で、かつ高密度に形成することができる。また、シンクロトロン放射光による吐出口５の形成では、高アスペクト比での形成が可能であるため、ハンドリング上で利点となる厚みのある材料に対して、高精度で、かつ高密度の加工が可能である。
【００５６】
また、素子基板１および天板３の端面にオリフィスプレート４を接合する前に、オリフィスプレート４に凸部５２および吐出口５を形成することにより、従来の液体吐出ヘッドのように、素子基板および天板の端面にオリフィスプレートを接合した後に吐出口を形成することで液体吐出ヘッドのノズル内にごみが進入するということがなくなる。
【００５７】
図８は、図１および図４に基づいて説明した液体吐出ヘッドの製造方法について説明するための図である。本実施形態の液体吐出ヘッドは、図８（ａ）から図８（ｄ）の工程を経て製造される。図８（ａ）および図８（ｂ）は、図１に示した液流路７の流路方向に対して垂直な方向に沿った断面図であり、図８（ｃ）および図８（ｄ）は、液流路７の流路方向に沿った断面図である。
【００５８】
まず、図８（ａ）において、素子基板１の発熱体２側の表面の、シリコンの天板３と接合させる部分を、フォトリソグラフィ法などを用いてパターニングする。
【００５９】
次に、図８（ｂ）および図８（ｃ）において、素子基板１の、天板３との接合面および、天板３の、素子基板１との接合面に、真空中でＡｒガスなどを照射して、それらの接合面の表面を活性な状態にした後、常温接合装置を用いて常温で素子基板１および天板３の接合面同士を接合する。これにより、複数の発熱体２および液流路７を有するヘッド基体が作製される。
【００６０】
ここで用いた常温接合装置は予備室と圧接室の２つのチャンバーからなり、それぞれのチャンバーの真空度は１〜１０Ｐａにしてある。まず、常温接合装置の予備室において、素子基板１および天板３の接合面の位置決めをするために、素子基板１および天板３のアライメント位置を、画像処理を用いて合わせた状態にする。その後、アライメント位置を合わせた状態を保持したまま、素子基板１および天板３を圧接室に搬送する。圧接室では、サドルフィールド型の高速原子ビームによって素子基板１および天板３の接合面の表面にエネルギー粒子を照射する。このエネルギー粒子の照射により素子基板１および天板３の接合面の表面を活性化させた後、素子基板１と天板３とを接合する。この時、素子基板１と天板３との接合部分の強度を上げるために、素子基板１および天板３を２００度以下で加熱したり、加圧したりする。
【００６１】
素子基板１と天板３とを接合する方法としては、それぞれの接合面の表面を活性化させてから接合したが、その方法の代わりに、接着剤としてエポキシ樹脂や水ガラスなどを介して素子基板１と天板３とを接合してもよい。
【００６２】
次に、図８（ｄ）において、接合された素子基板１および天板３から成るヘッド基体の前端面にオリフィスプレート４を接合する。このオリフィスプレート４を接合する前に、図７に基づいて説明したオリフィスプレート４の凸部５２が嵌合する凹部（不図示）をヘッド基体の前端面に形成しておき、ここでは、その穴に凸部５２を挿入してオリフィスプレート４の位置決めを行う。例えば、実際に液体が吐出される液流路とは異なる別のダミー用の液流路を、凸部５２が嵌合する凹部として予め形成しておくとよい。このように、素子基板１および天板３から構成されるヘッド基体の、オリフィスプレート４との接合面に形成された凹部と、オリフィスプレート４の凸部５２とを嵌合させてヘッド基体とオリフィスプレート４との位置合わせを行うことにより、その位置合わせのために画像処理などの複雑な液体吐出記録装置を用いることなく、容易な装置で位置合わせを行うことができる。
【００６３】
素子基板１および天板３の前端面にオリフィスプレート４を接合する際には、素子基板１および天板３の前端面に、フッ素樹脂を含む水性塗料をコーティングした後に、素子基板１および天板３の前端面をプラズマ処理する。そして、素子基板１および天板３の前端面を、６０℃のメタクリル酸（ＭＡＡ）、アクリル酸（ＡＡ）及びメタクリル酸−２−（ジメチルアミノ）エチル（ＤＭＡＥＭＡ）モノマー水溶液に浸漬すると共に、その前端面に紫外線を照射した。本実施形態では、フッ素樹脂を含む水性塗料を素子基板１および天板３の前端面に塗布したが、フッ素樹脂を含む水性塗料を塗布する代わりに、素子基板１および天板３の前端面にフッ素樹脂を転写させてもよい。
【００６４】
オリフィスプレート４の、素子基板１および天板３の前端面との接合面もプラズマ処理をした後、上記のモノマー水溶液中に浸漬すると共に、その接合面に紫外線を照射した。
【００６５】
その後、図８（ｄ）に示したように、素子基板１と天板３とを接合して成るヘッド基体、およびオリフィスプレート４を１５０℃に加熱し、素子基板１および天板３の前端面にオリフィスプレート４を圧着した。この際のオリフィスプレート４の接合方法は、接着剤を用いていない、自着特性を利用したものである。自着特性とは、２つの物質の分子鎖が相互に拡散し合うことにより２つの物質が接合し、その接合部分において、接合した２つの物質の分離を防ぐ強力な結合を形成する性質のことを意味する。そして、自着とは、接触した２つの同一の高分子材の間でのポリマー分子のマクロブラウン運動および拡散によって２つの高分子材が接合することをいう。従って、素子基板１および天板３にコーティングしたフッ素樹脂を含む水性塗料および、オリフィスプレート４の接合面をそれぞれ膨潤させ、グラフト重合化した各々の接合面を加熱圧着して十分な接触を保つことで、素子基板１および天板３と、フッ素樹脂から成るオリフィスプレート４との接合が強固なものとなる。
【００６６】
このように、オリフィスプレート４の材料として、撥インク性を有するフッ素樹脂を用いた場合でも、オリフィスプレート４を自着により素子基板１および天板３の前端面に接合することにより、その前端面の、液流路の周囲の部分と、オリフィスプレート４とを確実に接合することができ、オリフィスプレート４の接着強度が十分に得られる。
【００６７】
図９は、図１および図４に基づいて説明した液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出記録装置の一例であるインクジェット記録装置を示す斜視図である。図９に示されるインクジェット記録装置６００に搭載されたヘッドカートリッジ６０１は、図１および図４に基づいて説明した液体吐出ヘッドと、その液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容器とを有するものである。ヘッドカートリッジ６０１は、図９に示すように、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギヤ６０３および６０４を介して回転するリードスクリュー６０５の螺旋溝６０６に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されている。駆動モータ６０２の動力によってヘッドカートリッジ６０１がキャリッジ６０７と共にガイド６０８に沿って矢印ａおよびｂの方向に往復移動される。インクジェット記録装置６００には、ヘッドカートリッジ６０１から吐出されたインクなどの液体を受ける被記録媒体としてのプリント用紙Ｐを搬送する被記録媒体供給装置（不図示）が備えられている。その被記録媒体供給装置によってプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押さえ板６１０は、キャリッジ６０７の移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。
【００６８】
リードスクリュー６０５の一端の近傍には、フォトカプラ６１１および６１２が配設されている。フォトカプラ６１１および６１２は、キャリッジ６０７のレバー６０７ａの、フォトカプラ６１１および６１２の領域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向の切り換えなどを行うためのホームポジション検知手段である。プラテン６０９の一端の近傍には、ヘッドカートリッジ６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ部材６１４を支持する支持部材６１３が備えられている。また、ヘッドカートリッジ６０１から空吐出などされてキャップ部材６１４の内部に溜まったインクを吸引するインク吸引手段６１５が備えられている。このインク吸引手段６１５によりキャップ部材６１４の開口部を介してヘッドカートリッジ６０１の吸引回復が行われる。
【００６９】
インクジェット記録装置６００には本体支持体６１９が備えられている。この本体支持体６１９には移動部材６１８が、前後方向、すなわちキャリッジ６０７の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持されている。移動部材６１８には、クリーニングブレード６１７が取り付けられている。クリーニングブレード６１７はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニングブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段６１５による吸引回復操作にあたって吸引を開始するためのレバー６２０が備えられており、レバー６２０は、キャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換えなどの公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカートリッジ６０１に設けられた発熱体に信号を付与したり、上記の各機構の駆動制御を行ったりするインクジェット記録制御部はインクジェット記録装置の本体に設けられており、図９では示されていない。
【００７０】
上述した構成を有するインクジェット記録装置６００では、前記の被記録媒体供給装置によりプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対して、ヘッドカートリッジ６０１がプリント用紙Ｐの全幅にわたって往復移動しながら記録を行う。
【００７１】
以上で説明したように本実施形態の液体吐出ヘッドでは、インクの吐出方向を安定させるためにオリフィスプレート４の材料として撥インク性を有するフッ素樹脂を用いた場合でも、オリフィスプレート４を自着によってヘッド基体に接合することにより、オリフィスプレート４とヘッド基体との接合力が確保される。また、オリフィスプレート４が長期にわたって良好な撥インク性を維持することができる。さらに、素子基板１および天板３の、オリフィスプレート４との接合面における液流路７の周囲の部分をオリフィスプレート４に確実に接合することができる。このように、オリフィスプレート４を自着により素子基板１および天板３の端面に確実に接合することにより、液体吐出ヘッドの駆動時に発熱体２からの熱による液体吐出ヘッドの各構成部品の熱膨張がもたらす影響が低減される。その結果、吐出特性が安定した液体吐出ヘッドが得られる。
【００７２】
また、インクジェット記録装置６００は、上述した吐出特性が安定した液体吐出ヘッドを有していることにより、温度変化などに対しても安定して被記録媒体に記録を行うことができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、液体の吐出方向を安定させるためにオリフィスプレートの材料としてフッ素樹脂などを用いて、撥インク性を有するオリフィスプレートと、オリフィスプレートとの接合面にフッ素樹脂を転写または塗布したヘッド基体とを、各々の接合面をグラフト重合化し、加熱圧着して接合することにより、ヘッド基体とオリフィスプレートとの接着強度が十分に得られると共に、オリフィスプレートが長期にわたって良好な撥インク性を維持できる。従って、液体吐出ヘッドの吐出特性が安定し、熱などの環境変化にも十分対応が可能な液体吐出ヘッドが得られるという効果がある。
【００７４】
また、ヘッド基体にオリフィスプレートを接合する際、ヘッド基体の、オリフィスプレートとの接合面に形成された凹部に、オリフィスプレートに形成された凸部を嵌合させて、ヘッド基体とオリフィスプレートとの位置決めを行うことにより、その位置合わせのために画像処理などの複雑な装置を用いる必要がなくなる。従って、簡易な装置で液体吐出ヘッドを製造することができるという効果がある。
【００７５】
さらに、オリフィスプレートの凸部および吐出口を、高輝度Ｘ線を用いたエッチングプロセスによって形成することにより、そのエッチングプロセスに使用されるマスクは、フォトリソグラフィプロセスを用いて作製されるため、その凸部および吐出口をオリフィスプレートに高精度で高密度に形成することができる。従って、高精細な画像を形成できる液体吐出ヘッドを製造することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドの基本的な構造を説明するための、液流路方向に沿った断面図である。
【図２】図１に示した素子基板の断面図である。
【図３】図１および図２に示した駆動素子の主要素子を縦断するように駆動素子を断面にした時の模式的断面図である。
【図４】図１に示した液体吐出ヘッドの一部を分解した、液体吐出ヘッドの各構成部品を模式的に示す斜視図である。
【図５】図１および図４に示した天板の製造方法について説明するための図である。
【図６】図５に基づいて説明する製造方法の工程を経て作製される天板の斜視図である。
【図７】図１および図４に示したオリフィスプレートの製造方法について説明するための図である。
【図８】図１および図４に基づいて説明した液体吐出ヘッドの製造方法について説明するための図である。
【図９】図１および図４に基づいて説明した液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出記録装置の一例であるインクジェット記録装置を示す斜視図である。
【図１０】従来の技術による液体吐出ヘッドを示す断面図である。
【図１１】図１０に示した液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【符号の説明】
１    素子基板
２    発熱体
３    天板
４    オリフィスプレート
５    吐出口
６    可動部材
７    液流路
７ａ    第１の液流路
７ｂ    第２の液流路
８    共通液室
９    流路側壁
１０    気泡発生領域
１１    シリコン基板
１２    熱酸化膜
１３    層間膜
１４    抵抗層
１５    配線
１６    保護膜
１７    耐キャビテーション膜
１８    熱作用部
２２    Ｎ型ウェル領域
２３    Ｐ型ウェル領域
２４    酸化膜分離領域
２５、３２    ソース領域
２６    ドレイン領域
２８    ゲート絶縁膜
３０    Ｎ−Ｍｏｓトランジスタ
３１    ドレイン領域
３３、３５    ゲート配線
３４    蓄熱層
３６、３８    層間絶縁膜
３７    Ａｌ電極
３８    Ｐ−Ｍｏｓ
３９    Ｎ−Ｍｏｓ
４１    シリコンウェハ
４２、４３    ＳｉＯ２膜
４４    ＳｉＮ膜
５１    フッ素樹脂板
５２    凸部
５３、５５    マスク
５４ａ、５４ｂ    シンクロトロン放射光
６００    インクジェット記録装置
６０１    ヘッドカートリッジ
６０２    駆動モータ
６０３、６０４    駆動力伝達ギヤ
６０５    リードスクリュー
６０６    螺旋溝
６０７    キャリッジ
６０７ａ    レバー
６０８    ガイド
６０９    プラテン
６１０    紙押さえ板
６１１、６１２    フォトカプラ
６１３    支持部材
６１４    キャップ部材
６１５    インク吸引手段
６１７    クリーニングブレード
６１８    移動部材
６１９    本体支持体
６２０    レバー
６２１    カム
Ｐ    プリント用紙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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