(57)【要約】【課題】ノズルプレートの液滴吐出面の凹凸構造の間隔及び深さを一定に形成することができ、使用に伴って液滴吐出方向が定まりにくくなることを抑制可能な液体吐出ヘッド用基板、および液体吐出ヘッド用基板の製造方法を提供する。【解決手段】液滴を吐出する吐出口を備えたノズルプレートを有する液体吐出ヘッド用基板において、前記ノズルプレートの液滴吐出面に、凸部が１μｍ以下の深さの凹部で分離され、該凸部が１０μｍ以下の一定間隔で複数配設される配設される凹凸構造部を有し、  該凹凸構造部がロータス効果による撥水性を有する部位を含むことを特徴とする。このような凹凸構造部は直線偏光のレーザー、特にパルスレーザーを加工閾値近傍の照射強度で照射することで形成できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する吐出口を備えたノズルプレートを有する液体吐出ヘッド用基板において、
前記ノズルプレートの液滴吐出面に、凸部が１μｍ以下の深さの凹部で分離され、該凸部が１０μｍ以下の一定間隔で複数配設される配設される凹凸構造部を有し、
該凹凸構造部がロータス効果による撥水性を有する部位を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板。
【請求項２】
前記吐出口は、その複数が第一の方向に配列された吐出口列を構成し、前記凹凸構造部が、前記凹部となる溝と、該溝で分離された前記凸部となる畝とで構成され、該第一の方向と該溝の伸展方向とが成す角度が、０度以上９０度未満である、請求項１に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項３】
前記第一の方向と前記溝の伸展方向との成す角度が０度以上４５度以下の範囲内である、請求項２に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項４】
前記吐出口の外郭から所定の距離までに形成される凹凸構造部の凸部の間隔が、前記吐出口から前記所定の距離を超えて形成される凹凸構造部の凸部の間隔よりも小さい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項５】
前記ノズルプレートを平面視した際の前記吐出口の開口重心から該吐出口の外郭までの距離のうち最大の距離をＲとし、
該吐出口の外郭から距離２Ｒまでの領域における前記凹凸構造部の凸部の間隔が１０００ｎｍ以下である、請求項４に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項６】
前記ノズルプレートを平面視した際の前記吐出口の開口重心から該吐出口の外郭までの距離のうち最大の距離をＲとし、
該吐出口の外郭から距離Ｒまでの領域における前記凹凸構造部の凸部の間隔が１０００ｎｍ以下である、請求項４に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項７】
前記所定の距離を超えて形成される前記凹凸構造部の凸部の間隔が前記吐出口から離れるにしたがって大きくなる、請求項５又は６に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項８】
前記ノズルプレートの液滴吐出面が無機材料から成る、請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項９】
前記ノズルプレートが第一の材料と該第一の材料よりも撥水性の高い第二の材料の積層構造であり、前記液滴吐出面が該第二の材料で形成される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板。
【請求項１０】
液滴を吐出させる吐出口を備えたノズルプレートを有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法において、
前記ノズルプレートの液滴吐出面に、直線偏光のレーザーを加工閾値近傍の照射強度で照射し、前記ノズルプレートの液滴吐出面に凹部と凸部とが交互に所定間隔で配設される凹凸構造部を自己組織的に形成する工程、
を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１１】
前記レーザーとしてパルスレーザーを用いる、請求項１０に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１２】
前記パルスレーザーとしてフェムト秒レーザーを用いる、請求項１１に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１３】
前記凹凸構造部を自己組織的に形成する工程は、前記レーザーの照射領域をオーバーラップさせながら前記ノズルプレートに対して相対移動させることにより、前記凹部となる溝と、該溝で分離された前記凸部となる畝とで構成される凹凸構造部を形成する工程であり、該液体吐出ヘッド用基板の使用時におけるワイピングの方向と該溝の伸展方向とが成す角度が、０度以上９０度未満となるように前記レーザーの偏光方向を制御する、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１４】
前記ワイピングの方向と前記溝の伸展方向との成す角度が０度以上４５度以下の範囲内となるように前記レーザーの偏光方向を制御する、請求項１３に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１５】
前記凹凸構造部を自己組織的に形成する工程は、前記吐出口の外郭から所定の距離までの前記ノズルプレートに対して前記レーザーを垂直に照射する工程と、前記吐出口から前記所定の距離を超える領域の前記ノズルプレートに対して前記レーザーを傾けて照射する工程とを含む、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１６】
前記ノズルプレートとして、前記液滴吐出面が撥水性の無機材料となるものを準備する工程を有し、該無機材料に前記凹凸構造部を形成する、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１７】
前記ノズルプレートが第一の材料と該第一の材料よりも撥水性の高い第二の材料の積層構造であり、前記液滴吐出面が該第二の材料で形成される請求項１６に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１８】
前記ノズルプレートとして、前記液滴吐出面が非撥水性の無機材料となるものを準備する工程を有し、該無機材料に前記凹凸構造部を形成したのち、前記凹凸構造部の形状に沿って撥水性の膜を形成する工程をさらに有する、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【請求項１９】
前記凹凸構造部を自己組織的に形成する工程の後に、前記吐出口を形成する工程を有する、請求項１０ないし１８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液滴を吐出口から吐出する液体吐出ヘッド用基板、および該液体吐出ヘッド用基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、印刷品位の一層の高性能化が求められるようになり、インクジェット方式によりインクを吐出するインクジェット記録用基板等の液体吐出ヘッド用基板に対しては吐出性能の向上が強く要求されている。例えば、インクジェット記録用基板に設けられた吐出口近傍にインクが付着すると、吐出されたインクの進行方向が定まらないことがある。このため、吐出口が形成されたノズルプレートの液滴吐出面を撥水処理することが行われている。
【０００３】
特許文献１では、ノズルプレートの液滴吐出面に耐摩耗性に優れ、酸やアルカリ性の溶液に対する耐性が高いダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣ）膜を形成し、該ＤＬＣ膜の表面にラビング等の手法により凹凸を形成している。ＤＬＣ膜の表面に形成された凹凸は構造的に撥水性を発現する働きをしている。その結果、特許文献１に開示されているノズルプレートは、長期に亘り安定した撥水性を維持することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０７３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インクジェット記録用基板のノズルプレートの液滴吐出面は、その使用に際して、インクと接触することによる化学的な影響や、付着したインク滴をふき取ること（ワイピング）による物理的な摩耗等によって、撥水性が徐々に低下する。特許文献１に記載の方法で撥水層を形成した場合、ラビングで形成できる凹凸構造は、間隔や深さが一定でない。そのため、インクジェット記録用基板の使用に伴う撥水性の低下の程度がノズルプレート上の場所により異なってしまう。その結果、ノズルプレート上で撥水性に意図しないバラつきが発生し、液滴吐出方向が定まらないことがあるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたもので、ノズルプレートの液滴吐出面の凹凸構造の間隔及び深さを一定に形成した液体吐出ヘッド用基板、および液体吐出ヘッド用基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述のような課題を解決するための本発明に係る液体吐出ヘッド用基板は、液滴を吐出するためのノズル孔を備えたノズルプレートと、前記ノズルプレートの液滴吐出面に、微小の凹部と微小の凸部とが交互に所定間隔で配設される凹凸構造部と、を有する。
【０００８】
すなわち、本発明の一態様は、液滴を吐出する吐出口を備えたノズルプレートを有する液体吐出ヘッド用基板において、前記ノズルプレートの液滴吐出面に、凸部が１μｍ以下の深さの凹部で分離され、該凸部が１０μｍ以下の一定間隔で複数配設される凹凸構造部を有し、該凹凸構造部がロータス効果による撥水性を有する部位を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板に関する。
【０００９】
また、本発明の別の態様は、液滴を吐出させる吐出口を備えたノズルプレートを有する液体吐出ヘッド用基板の製造方法において、前記ノズルプレートの液滴吐出面に、直線偏光のパルスレーザーを加工閾値近傍の照射強度で照射し、該照射領域をオーバーラップさせながら前記ノズルプレートに対して相対移動させることにより、前記ノズルプレートの液滴吐出面に凹部と凸部とが交互に所定間隔で配設される凹凸構造部を自己組織的に形成する工程、を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド用基板の製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、間隔や深さが揃った凹凸構造を所望の位置に形成できるため、使用に伴う撥水性変化に起因する撥水性のバラつきによる液滴吐出方向のブレが抑制可能となり、従来技術よりも印刷品位の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の模式的断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の製造方法を説明する工程断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板において、ノズルプレートに撥水層を形成した変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るノズルプレート上のインク滴の状態を表す概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るノズルプレート表面の凹凸構造を説明する斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の吐出口近傍の撥水性の異なる領域を形成する平面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド用基板の吐出口近傍の撥水性の異なる領域を形成する平面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るに係る液体吐出ヘッド用基板の完成断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るに係る液体吐出ヘッド用基板の完成断面図である。
【図１２】ノズルプレート上の凹凸構造の溝の向きとワイピング方向の関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図である。本発明に係る液体吐出ヘッドは、プリンター、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンター部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用可能である。例えば、バイオチップ作製や電子回路印刷などの用途としても用いることができる。また、以下に述べる実施形態は本発明の適切な具体例であるため、技術的に好ましい様々な限定が付与されている。しかしながら、本発明の思想に沿うものであれば、本実施形態は本明細書の実施形態やその他の具体的な方法に限定されるものではない。以下、インクジェット方式によりインクを吐出するインクジェットヘッドを例に説明するが、本発明はこれに限定されず、ノズルプレート上に液滴が付着し、それを除去するワイピング等が必要な液体吐出ヘッド全般に適用することができる。また、以下において、液体吐出ヘッド用基板は、インクジェット記録用基板として説明する。
【００１３】
インクジェットヘッド１０２は、インクジェット記録用基板３００とインクジェット記録用基板の一部である基体５の周囲に設けられた封止部材１１１としての基板周囲封止材が設けられている。インクジェット記録用基板３００は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子６を複数有する基体５と、当該素子に対応して設けられた吐出口９を有する吐出口部材１０９を有する。さらに吐出口９と連通する流路１１３が設けられている。インクジェット記録用基板３００は支持部材１０５により支持固定されている。また、封止部材１１１は基体５の外周に設けられ、基板の側面である端面の少なくとも一部に接して設けられ、これにより液体などが基板の側面である端面に接することを防ぐことが可能である。また封止部材１１１は、支持部材１０５とも接している。インクジェット記録用基板３００と電気配線部材１０１がリード１０６により接続され、リード１０６はリード封止部材１１２によって封止されている。
【００１４】
図２は本発明の実施形態に係るインクジェット記録用基板の斜視図である。
基体５はシリコン基板上に半導体製造技術を用いてインクを発泡させる為のエネルギー発生素子６とそれを駆動させる駆動回路（不図示）などが形成されている。また、基体５のエネルギー発生素子６の形成面とその対向する裏面に連通するインクの供給口７が基体５を貫通して形成されている。更に、エネルギー発生素子６上にはノズル形成部材８により基板の裏面側から供給されたインクを吐出するための吐出口９が形成されている。各吐出口に対応したエネルギー発生素子６を駆動させ、インクを発泡すること等によりその圧力を利用してインクを吐出させ印字を行うことができる。図２において、吐出口の列が２列配置された構成を示しているが、これに限定されず、１列又は３列以上配置されていてもよい。また、吐出口の配列される方向を第一の方向Ｆ、それと直交する方向を第二の方向Ｓ、基板面に垂直な方向を第三の方向Ｔという。
【００１５】
次に、本実施形態のインクジェット記録用基板の製造方法を説明する。図３は、図２に示すインクジェット記録用基板をＸ−Ｘ’で切断した断面図を示す。
基体５は、シリコンなどの基板１０の上に様々な層が形成されており、吐出口９に対応してエネルギー発生素子６が形成される。ノズル形成部材８は、ノズルプレート２１とも称し、ノズルプレート２１の最表面となる液滴吐出面に、凸部が１μｍ以下の深さの凹部で分離され、該凸部が１０μｍ以下の一定間隔で複数配設される凹凸構造部２２を有する。また、該凹凸構造部はロータス効果による撥水性を有する部位を含む。
以下、図４を参照してインクジェット記録用基板を製造する工程について説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、図３と同じ断面を示す。
【００１６】
まず、図４（ａ）に示すような基体５を用意する。トランジスタ等の駆動素子（不図示）が設けられたＳｉ基板１０の上に、Ｓｉ基板１０の一部を熱酸化して設けた熱酸化層１１と、蓄熱層１２とを設ける。熱酸化層１１の厚みは５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とすることができる。蓄熱層１２は例えばプラズマＣＶＤ法等により成膜されるシリコン化合物で形成されており、厚みは５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とすることができる。またＳｉ基板１０上には、供給口７の形成時に用いられるアルミニウム等からなる犠牲層１４が形成されている。蓄熱層１２の上には、抵抗体層１５が形成されている。抵抗体層１５は、通電することで発熱する材料で形成されている。このような材料としては、例えばＴａＳｉＮやＷＳｉＮが挙げられる。抵抗体層１５のシート抵抗は１００Ω／□以上１０００Ω／□以下とすることができる。抵抗体層１５の上には、抵抗体層１５に接するように、抵抗体層１５より抵抗の低い電極層１６が形成されている。電極層１６は例えばアルミニウムで形成されており、厚みは１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とすることができる。電極層１６は一対設けられており、一対の電極層１６の間の露出している抵抗体層１５がエネルギー発生素子６となる発熱抵抗体１７である。即ち、抵抗体層１５の一部が発熱抵抗体１７を構成している。一対の電極層１６に電圧を印加すると発熱抵抗体１７が発熱する。発熱抵抗体１７及び電極層１６は、被覆層１８で連続的に被覆されている。ここでは、被覆層１８はＳｉＮ等で形成された絶縁層である。被覆層１８は発熱抵抗体１７や電極層１６を吐出する液体（インク）と絶縁させるものである。その後、必要に応じて、発熱抵抗体１７の上にＴａ等からなる保護層１９を形成する。該保護層１９は発熱抵抗体１７で液体を加熱して発泡させた後、泡の消失時の衝撃を緩和するキャビテーション膜として機能する。
【００１７】
次に、図４（ｂ）に示すように、発熱抵抗体１７を覆うように流路の型となる型材２０を設ける。型材２０は、例えば樹脂で形成する。樹脂が感光性樹脂である場合には、基板上に感光性樹脂を塗布し、感光性樹脂を露光、現像してパターニングすることで、流路の型となる型材２０とすることができる。感光性樹脂ではない場合には、型材となる樹脂上に感光性樹脂を設け、感光性樹脂をパターニングしてレジストマスクを形成し、レジストマスクを用いてＲＩＥ（Reactive-Ion Etching）等によって樹脂をエッチングする方法が挙げられる。また、型材２０は樹脂に限らず、アルミニウム等の金属等で形成してもよい。アルミニウムを用いる場合には、基板１０上にアルミニウムをスパッタにより成膜し、アルミニウム上に感光性樹脂等でレジストマスクを形成し、レジストマスクを用いてＲＩＥ等によってアルミニウムをエッチングする方法が挙げられる。次に、型材２０を覆って、基体５の上面にノズルプレート２１となる層を形成する。
ノズルプレート２１は公知のいずれの材料も使用することができるが、プラズマＣＶＤ法で形成できる無機材料であることが好ましい。また、ノズルプレート２１は単層に限定されず、多層構成であってもよい。特に、ノズルプレートの最表面となる液滴吐出面は撥水性材料で構成されていることが好ましい。
【００１８】
例えば、図５（ａ）に示すように、ノズルプレート２１は、非撥水性の基材層２３と撥水性の撥水層２４の積層構造とし、撥水層２４に凹凸構造部２２を設ける構成とすることができる。ノズルプレート２１の材料自身が撥水性を有する場合には別途撥水層を設けなくてもよい。また、図５（ｂ）に示すように、凹凸構造部２２を非撥水性の基材層２５に形成した後、撥水層２６を凹凸構造部２２に沿うように被覆させたものでもよい。このような構成をとることで、ノズルプレート２１の材料自身が非撥水性の場合でも、本発明の効果を奏することができる。撥水層としては、フッ素樹脂やフッ素添加ＤＬＣなどを用いることができる。撥水層の形成方法としては、塗布などの液相法、スパッタや真空蒸着などの気相法を用いることができる。なお、本発明において、水の接触角が９０°以上の場合を撥水性といい、水の接触角が９０°未満の場合を非撥水性と呼ぶ。また、撥水性の中でも水の接触角が１３５°以上の場合を高撥水性ということがある。
【００１９】
ノズルプレート２１となる層は、型材２０上から延在させて、被覆層１８上や、保護層１９が存在する場合には保護層１９上にも形成することができる。尚、ノズルプレートとは、吐出口が形成されるノズル形成部材のことである。ノズルプレートの型材２０上の厚みは、１μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以下であることが好ましい。また、２μｍ以上であることがより好ましく、５μｍ以上がさらに好ましい。このようにしてノズルプレートを準備する。
【００２０】
次に、図４（ｃ）に示すように、ノズルプレート表面に凹部で分離された複数の凸部から凹凸構造部２２を形成する。なお凹凸構造部２２は実際より大きく拡大して記載しており、また、凹部の開口幅と凸部の底辺の幅がほぼ同等の断面三角形状として示している。実際には、凹部の開口幅と凸部の底辺の幅は必ずしも同じでは無く、断面形状も三角形状に限定されない。例えば、凹部（溝）の断面形状を略Ｕ字形状とし、凸部頂部に平坦な部分を有してもよい。凹凸構造部２２の凸部の間隔（一つの凸部頂部中心点から隣接する凸部頂部中心点までの距離）を１０μｍ以下とし、凹凸構造部２２の凹部の深さを十分なノズルプレート厚みを保持できる深さまでとするのが好ましい。具体的には、１μｍ以下の深さとする。凹凸構造部２２は、レーザー照射により自己組織的に形成することができる。レーザーには例えば、フェムト秒（１×１０−１５秒以上、１×１０−１２秒未満）レーザー、ピコ秒（１×１０−１２秒以上、１×１０−９秒未満）レーザー、およびナノ秒（１×１０−９秒以上、１×１０−６秒未満）レーザーといったパルスレーザーを用いることができる。具体的には加工閾値近傍の照射強度で直線偏光のレーザーを照射し、その照射領域をオーバーラップさせながら走査する。パルスレーザーを使用すると、照射スポット内に複数の溝（凹部）を同時に加工することができる。すなわち、入射光とノズルプレートの表面に沿った散乱光またはプラズマ波の干渉により、波長オーダーの間隔と深さを持つ回折格子状の周期構造（凹凸構造）を偏光方向に直交して自己組織的に形成することができる。このように、ノズルプレートの液滴吐出面に凹部と凸部とが交互に所定間隔で配設される凹凸構造部を自己組織的に形成する。また、照射領域をオーバーラップさせながら走査することで図７（ａ）に示すように凹部が溝３２として繋がって加工できる。なお、レーザーの照射領域は、ノズルプレートに対して相対移動させればよく、レーザーを固定し、基板をＸ−Ｙステージなどに配置して基板側を移動させてもよい。また、上記の方法で溝状の凹凸構造を形成したのち、レーザーの偏光方向を変化させて再び走査する。これにより、他方向の溝を形成して図７（ｂ）に示すようなドット状（モスアイ状ともいう）のドット状凹凸構造部３３を形成することができる。
【００２１】
凹凸構造部が、図７（ａ）に示すような凹部となる溝３２と、該溝で分離された凸部となる畝３１とで構成される場合、該溝の伸展方向とワイピングの方向とが成す角度θが、０度以上９０度未満であることが好ましい。角度θは０度以上４５度以下の範囲内であることがより好ましい。これは、角度θが小さいほど、ワイピングにより凸部となる畝３１がワイピングブレードにより削られる量が少なくなり、撥水性の低下が抑制されるためと考えられる。なお、ワイピングの方向は、吐出口９の配列方向（第一の方向Ｆ）あるいは配列方向と直交する第二の方向Ｓに通常設定されることから、吐出口９の配列方向を基準に溝の伸展方向を設定することができる。
【００２２】
また、凹凸構造部２２の凸部の間隔は、レーザー光とノズルプレート面が成す角度によっても制御することができる。すなわち、レーザー光をノズルプレートの表面に対して直交する角度で照射した場合が最も凹凸構造部２２の周期（凸部間隔）が小さく、おおよそレーザーの波長と一致する。レーザー光をノズルプレートの表面に対して傾けた角度で照射すると、凹凸構造部２２の周期が大きくなり、傾ける角度が大きくなる（基板面への入射角度が小さくなる）ほど、凹凸構造部２２の周期が大きくなる。この現象を利用すれば、同じ波長のレーザーを用いてノズルプレート上で凹凸構造部２２の周期が段階的あるいは連続的に変化する領域を設けることができる。図６（ａ）に示すように、凸部の間隔（Ｐｓ）がインク滴３０のサイズよりも十分に小さい場合、インク滴３０と凸部２２ａがおおよそ点接触するため、凹部２２ｂに存在する空気の層の働きにより、高い撥水性を発現する（ロータス効果）。一方、図６（ｂ）に示すように、凹凸構造部２２の周期が大きくなると、液滴が凹部２２ｂに落ち込むようになるため、空気の層が相対的に小さくなり、撥水性が低下していく。このことから、上記のような方法で凹凸構造部２２の周期を変化させることで、ノズルプレート上の撥水性に勾配を持たせることができる。具体的には、吐出口近傍が最も凸部間隔が狭く、吐出口から離れるほど凸部間隔が大きくなるような構成にすることで、吐出口近傍が最も撥水性が高く、吐出口から離れるほど撥水性が小さくなる構成とすることができる。このような構成にすることで、インクジェット記録用基板として以下のような効果を奏することができる。
【００２３】
ノズルプレートに到達したインク滴は、自身が持つ運動エネルギーや、記録ヘッドの移動で発生する慣性力や紙送りで発生する風などの力により、ノズルプレート上を移動する。ノズルプレートの全面が高い撥水性を有する場合はインク滴とノズルプレートの接触面積が小さいため、インク滴がノズルプレートから脱離し、印刷対象物に付着して印刷品位を落とすことも考えられる。そこで上記のように、吐出口近傍で凹凸構造部の周期が最も小さく、吐出口から離れるにしたがって周期が大きくなる構成にする。これにより、吐出されたインク滴の付着を抑制したい領域はロータス効果により高撥水状態（高撥水領域という）にし、それ以外の領域の撥水性を小さくする（低撥水領域という）ことで、インク滴の移動方向を一定の方向に制御することができる。すなわち、高撥水領域に付着したインク滴がノズルプレート上を移動した際に、低撥水領域に捕捉することができる。このような構成により、吐出口近傍にインク滴が付着したとしても、インク滴は長時間そこに滞留せず、吐出方向に影響しない低撥水領域で液滴を捕捉することができる。この結果、吐出方向に影響する吐出口近傍のインク滴は速やかに移動して吐出方向への影響を抑え、しかも低撥水領域でインク滴を捉えて印刷対象物に付着することなく、印刷品位の低下を抑制することができる。
【００２４】
このように、吐出口から所定の距離までに形成される凹凸構造部の凸部の間隔が、吐出口から前記所定の距離を超えて形成される凹凸構造部の凸部の間隔よりも小さくなるように形成することが好ましい。該所定の距離とは、図８（ａ）に示すように、ノズルプレートを平面視した際の吐出口９の開口重心９ａから該吐出口の外郭までの距離のうち最大の距離をＲとし、吐出口９の外郭から距離２Ｒまでの領域であることが好ましい。また、図８（ｂ）に示すように、吐出口９の外郭から距離Ｒまでの領域であることがより好ましい。該領域（高撥水領域４１）における凹凸構造部の凸部の間隔は１０００ｎｍ以下であることが好ましい。高撥水領域４１の外側には低撥水領域４２が存在し、インク滴を捕捉することができる。
なお、実際には、高撥水領域４１の外郭は吐出口９の外郭の相似形である必要は無く、インク滴の移動とは関係しない方向に延在してもよい。図９は、吐出口９が第一の方向Ｆに複数配列されており、第一の方向Ｆと直交する方向を第二の方向Ｓとしている。図９（ａ）では、インク滴の移動方向が第二の方向Ｓとして、高撥水領域４１を第一の方向Ｆに延在させて形成している。図９（ｂ）では、インク滴の移動方向が第一の方向Ｆとして、高撥水領域４１を第二の方向Ｓに延在させて形成している。
【００２５】
次に、図４（ｄ）に示すように、ノズルプレート２１に、液体を吐出する吐出口９を形成する。吐出口９は、例えばノズルプレート２１をＲＩＥによってエッチングしたり、凹凸構造部を形成する場合より高強度のレーザーを照射したりすることで形成する。吐出口９はノズルプレート２１を貫通するように形成する。吐出口９を形成するにあたりレジストを塗布する場合、ノズルプレート表面の撥水性によりレジスト層形成が難しいことがある。その場合は、スプレー塗布やドライフィルム貼付けなどの手法によりレジスト膜を形成することができる。
【００２６】
次に、基板１０にインクを流路に供給する供給口７を形成する。供給口７は、例えば基板１０にレーザー照射をしたり、異方性エッチングを行ったりすることで形成する。また、同図に示すように、供給口７を形成する領域の基板１０上に犠牲層１４を形成しておくことで、シリコン基板のアルカリ液による異方性エッチングの際に、供給口７の開口形状を所定の範囲に確実に制御することができる。基板１０上に被覆層１８が形成されている場合には、供給口の開口部分に存在する被覆層１８をＲＩＥ等によって除去することで、基板１０に供給口７を貫通させる。尚、供給口７はこの時点で形成しなくてもよい。例えば図４（ａ）の段階で基板にあらかじめ形成しておいてもよい。但し、型材２０等の成膜性を考慮すると、型材２０及びノズルプレート２１を形成した後で供給口７を形成することが好ましい。最後に、型材２０を等方性ドライエッチングや適当な溶媒等によって除去し、液体の流路２７を形成する。流路２７の一部は各エネルギー発生素子による吐出エネルギーを発生させる液室２８にもなる。
【００２７】
凹凸構造部２２の形成は上記の工程だけでなく、ノズルプレート２１となる層の成膜工程以降であれば、いずれのタイミングで実施しても本発明の効果を奏するインクジェット記録用基板を製造することは可能である。しかしながら、凹凸構造部２２を形成する工程と、型材２０を除去する工程は、この順序で実施することが好ましい。型材２０を除去してから凹凸構造部２２を形成しようとすると、レーザーが発熱抵抗体１７上に設けた被覆層１８もしくは保護層１９にも照射され、インク滴の吐出特性に影響を及ぼす可能性があるからである。
以上の工程によって、図３に示す本実施形態のインクジェット記録用基板が製造される。
【００２８】
本発明に係る液体吐出ヘッド用基板は、ノズルプレート表面に間隔や深さが揃った凹凸構造部を有する。したがって、使用に伴って撥水性の低下が発生したとしても、ノズルプレート上で意図しない撥水性のバラつきが発生しにくくなるため、液滴吐出方向のブレが抑制でき、従来技術を用いるよりも印刷品位の低下を抑制することができる。
【実施例】
【００２９】
以下に、実施例により本発明の実施形態のインクジェット記録用基板について具体的に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３０】
（実施例１）
本発明の第１の実施形態に基づく製造工程を図３及び図４を用いて説明する。
【００３１】
トランジスタ等の駆動素子が設けられたシリコンからなる基板１０の上に、基板１０の一部を熱酸化して設けた熱酸化層１１を１μｍ厚に形成し、さらに供給口を形成する部分に犠牲層１４となるアルミニウム層を形成した。次にプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜からなる蓄熱層１２を１μｍ厚に形成した。蓄熱層１２の上に、ＴａＳｉＮ（シート抵抗：３００Ω/□）からなる抵抗体層１５、および、抵抗体層１５より抵抗の低いアルミニウム合金（Ａｌ−Ｃｕ、１μｍ）をスパッタ法により連続で成膜した。抵抗体層１５とアルミニウム合金をドライエッチングでパターニングし、配線層を形成した。さらに、ウェットエッチングで、発熱抵抗体１７となる領域のアルミニウム合金を除去し、一対の電極層１６を形成した。一対の電極層１６の間に電圧を供給し、抵抗体層１５の一対の電極層１６の間に位置する部分を発熱させることで、抵抗体層１５の部分を発熱抵抗体１７として用いる。これらの発熱抵抗体１７と一対の電極層１６を覆うように、プラズマＣＶＤ法により、ウエハ全面に、４００ｎｍのＳｉＮからなる被覆層１８を堆積した。さらに発熱抵抗体１７上を覆うように３００ｎｍのタンタル膜をスパッタ法により成膜し、ドライエッチングでパターニングして保護層１９を形成した。ここまでの工程で図４（ａ）の構造が形成される。
【００３２】
次に、発熱抵抗体１７上を覆うようにポリイミドを厚み２０μｍでスピンコートした。成膜したポリイミド上に感光性樹脂からなるレジストを塗布し、レジストを露光、現像してマスクとした。マスクとしたレジストを用い、ＲＩＥによってポリイミドをエッチングし、流路２７の型となる型材２０を形成した。次に、型材２０の上面から型材２０を覆うようにプラズマＣＶＤ法によって、１０μｍ厚のフッ素添加ＤＬＣから成るノズルプレート２１となる層を形成した。ここまでの工程で図４（ｂ）の構造が形成される。
【００３３】
次に、直線偏光のフェムト秒レーザーを加工閾値近傍のエネルギー密度でノズルプレート２１となる層の表面に照射し、回折格子状の凹凸構造部２２を形成した。
このようにして形成された凹凸構造部２２の凸部の間隔は約７００ｎｍ、凹部の深さは約２００ｎｍであった。ここまでの工程で図４（ｃ）の構造が形成される。なお、凹凸構造部２２は凹部が溝形状であり凸部が畝形状であり、溝が伸展する方向と、ノズルプレート表面に付着したインク滴をふき取るワイピングの方向とが成す角度が平行（０度）となるようにした。なお、ワイピングの方向は、吐出口列の配列される第一の方向Ｆとした。また、フッ素添加ＤＬＣ膜は材料自身が撥水性を有するため、別途撥水層を設けない。
【００３４】
次に、ノズルプレート２１となる層にインクを吐出する吐出口９を形成し、ノズルプレート２１とした（図４（ｄ））。吐出口９は、ノズルプレート２１となる層上に感光性樹脂からなるレジストをスプレー塗布し、レジストを露光、現像してマスクとし、さらにこのマスクを用いてＲＩＥによってエッチングを行うことで形成した。次に、基板１０に供給口７を形成した。供給口７は、シリコンからなる基板１０を、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）溶液を用いて異方性エッチングすることで形成した。供給口７上の被覆層１８は、ＲＩＥによって除去し、供給口７を貫通させた。最後に、型材２０を、酸素ガスを導入してマイクロ波でプラズマを励起してエッチングする等方性ドライエッチング（Ｏ２プラズマアッシング）により除去し、流路２７を形成した。ここまでの工程で図３の構造が形成される。
【００３５】
上記の通り作製したインクジェット記録用基板をキヤノン製プリンター「ＭＡＸＩＦＹ（登録商標）  ＭＢ５３３０」（商品名）にセットし、Ａ４紙を用いて１５万枚の印刷耐久試験を行ったところ、印刷品位の低下はほとんど確認できなかった。なお、印刷耐久試験中、２枚毎にワイピングを行った。
【００３６】
（実施例２）
次に本発明の第２の実施形態を説明する。実施例１は、ノズルプレート２１の材料自身が撥水性を有する例であった。実施例２においては、図５（ａ）に示すように、ノズルプレート２１の基材層２３が非撥水性となり、ノズルプレート２１の表面層として撥水層２４を設ける構成が異なるのみであり、その他の構成、製造方法は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００３７】
第２の実施形態においては、ノズルプレート２１の基材層２３を、プラズマＣＶＤ法によって１５μｍ厚の炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）を成膜することで形成した。ＳｉＣＮは非撥水性である。次に、基材層２３上にスパッタ法によって撥水層２４として２μｍ厚のフッ素添加ＤＬＣ膜を成膜し、次いで実施例１と同様にしてフェムト秒レーザーを加工閾値近傍のエネルギー密度で撥水層２４の表面に照射し、回折格子状の凹凸構造部２２を形成した。凹凸構造部２２の凸部の間隔は約７００ｎｍ、凹部の深さは約２００ｎｍであった。このような構成を取ることによって、ノズルプレート２１の材料自身が撥水性を有しない場合でも、撥水性材料が最表面にある凹凸構造部２２をノズルプレート２１表面に形成することができる。この後、実施例１と同様に製造し、図１０の構造が形成される。
【００３８】
上記の通り作製したインクジェット記録用基板を用いて、実施例１と同様にして印刷耐久試験を行ったところ、印刷品位の低下はほとんど確認できなかった。
【００３９】
（実施例３）
次に本発明の第３の実施形態を説明する。実施例２は、基材層２３上に形成した撥水層２４に対してレーザー照射して凹凸構造部２２を形成する構成であった。実施例３においては、基材層２５自身に凹凸加工を施してから撥水層２６を形成する構成が異なるのみであり、その他の構成、製造方法は実施例２と同様であるので説明を省略する。
【００４０】
まず、図４（ｂ）の型材２０を形成する工程までは実施例１と同様に行う。ノズルプレート２１の基材層２５として、プラズマＣＶＤ法によって１５μｍの炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）を成膜した。ＳｉＣＮは非撥水性である。次いでフェムト秒レーザーを加工閾値近傍のエネルギー密度で基材層２５の表面に照射し、回折格子状の凹凸構造部２２を形成した。
凹凸構造部２２の間隔は約７００ｎｍ、深さは約２００ｎｍであった。次に、凹凸構造部２２上にフッ素樹脂をスプレー塗布し、５ｎｍ厚の撥水層２６を形成した。フッ素樹脂としては、単分子膜を形成できるものが好適に使用でき、凹凸構造部に沿って被着した単分子膜以外の余剰の樹脂を洗浄等で除去することで溝が埋まることはない。このような構成を取ることによって、ノズルプレート２１の基材層自体（基材層の形成材料）が撥水性を有しない場合でも、撥水性材料が最表面にある凹凸構造部２２をノズルプレート２１表面に形成することができる。この後、実施例１と同様に製造し、図１１の構造が形成される。
【００４１】
上記の通り作製したインクジェット記録用基板を用いて、実施例１と同様にして印刷耐久試験を行ったところ、印刷品位の低下はほとんど確認できなかった。
【００４２】
（実施例４）
次に本発明の第４の実施形態を説明する。本実施形態では、ノズルプレート２１上に形成した凹凸構造部２２を構成する溝の方向と、使用時にノズルプレート２１表面に付着したインク滴をふき取るワイピングの方向とが成す角度（以下、θ）が、印刷品位の低下に及ぼす影響について説明する。凹凸構造部２２を構成する溝の方向は、レーザーの偏光方向によって制御することができる。本実施形態では、凹凸構造部２２を形成する際のレーザーの偏光方向が異なるのみであり、その他の構成、製造方法は実施例３と同様であるので説明を省略する。
【００４３】
第４の実施形態においては、レーザーの偏光方向を変化させて照射することで、０度から９０度の間のθを有するインクジェット記録用基板を作製した。図１２は、ワイピング方向５０と溝の方向５１との関係を示す平面模式図であり、ここではθを１５度ずつ変更した７方向（５１ａ〜５１ｇ）に作製した。０度（５１ａ）はワイピングの方向と平行であり、９０度（５１ｇ）はワイピングの方向と直交する方向である。
【００４４】
上記の通り作製したインクジェット記録用基板を用いて、実施例１と同様にして印刷耐久試験を行った。角度θが０度から４５度の水準では、１５万枚印刷後でも印刷品位の低下がほとんど確認されなかった。角度θが６０度と７５度の水準では、１０万枚印刷後では印刷品位の低下がほとんど確認されなかったが、１５万枚印刷後では印刷品位の低下が確認された。また、角度θが９０度の水準では、１０万枚印刷までに印刷品位の低下が確認された。試験後のヘッドを解析したところ、角度θが大きくなるにしたがって、撥水層が減少していた。上記試験の結果のまとめを表１に示す。
【００４５】
【表１】
2019147350.tif 000003
【００４６】
（実施例５）
次に本発明の第５の実施形態を説明する。第５の実施形態では、凹凸構造部２２の周期がノズルプレート２１上で変化する場合について説明する。なお、第５の実施形態で使用するインクジェット記録用基板は、レーザーの照射方法が異なるのみであり、その他の構成、製造方法は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００４７】
凹凸構造部２２を構成する凸部の間隔は、レーザー光とノズルプレート２１面が成す角度によって制御することができる。すなわち、レーザー光をノズルプレート２１に対して直交する角度で照射した場合が最も溝の間隔が狭く、おおよそレーザーの波長と一致する。レーザー光をノズルプレートに対して傾けた角度で照射すると、溝の間隔が大きくなり、角度が大きくなるほど溝の間隔が大きくなる。この現象を利用し、本実施例では、同じ波長のレーザーを走査しながら照射角度を変化させることで、吐出口９近傍は凸部の間隔が狭く、吐出口９から遠い部分は凸部の間隔が広くなるように凹凸構造部２２を形成した。より具体的には、吐出口９近傍ではレーザーをノズルプレート２１に直交する角度で照射し高撥水領域４１を形成し、吐出口９から離れるにしたがってレーザーの入射角度を小さくして低撥水領域４２を形成した。このようにして作製したインクジェット記録用基板のノズルプレート面を図９（ａ）に示す。
【００４８】
凹凸構造部２２の間隔は次のＡ〜Ｃ水準を設けた。水準Ａは、吐出口９の外郭から吐出口の半径Ｒに相当する距離Ｒの領域が凸部の間隔を約７００ｎｍ、溝深さが約２００ｎｍとなる高撥水領域４１とした。また、それよりも吐出口９から離れている領域は凸部の間隔が約２０００ｎｍ、溝深さが約６００ｎｍの低撥水領域４２とした。水準Ｂは、吐出口９の端から吐出口の直径に相当する距離２Ｒの領域が高撥水領域４１、その外側を低撥水領域４２とした。水準Ｃは、吐出口９近傍の凸部間隔が約７００ｎｍ、深さは約２００ｎｍであり、吐出口９から離れるにしたがって徐々に凸部間隔を広げて、凹凸構造部の端部で凸部間隔約２０００ｎｍ、溝深さ約６００ｎｍとなるようにした。なお、水準Ｃではレーザーの照射角度を変更しながら走査しており、高撥水領域４１と低撥水領域４２との明確な境界は存在しない。
【００４９】
上記の通り作製したインクジェット記録用基板を用いて、実施例１と同様にして印刷耐久試験を行ったところ、いずれの水準でも印刷品位の低下はほとんど確認できなかった。印刷耐久試験後のノズルプレート表面を観察したところ、吐出口から離れた部分にはインク滴の付着が見られたが、インク吐出口近傍ではインク滴の付着はほとんど見られなかった。
【００５０】
水準間の優劣を確認するため印刷耐久試験を継続したところ、水準Ｃ、水準Ａ、水準Ｂの順に印刷品位の低下が見られた。
【００５１】
本発明により、従来技術と比較して、間隔や深さが揃った凹凸構造を所望の位置に形成できるため、使用に伴う撥水性変化に起因する撥水性のバラつきによる液滴吐出方向のブレが抑制可能である。このように本発明によれば、従来技術よりも印刷品位の低下を抑制できる液体吐出ヘッド用基板を提供することができる。
【００５２】
（比較例）
比較例では、ノズルプレート２１上の凹凸構造部２２をラビングによって形成した場合の例を示す。比較例においては、ノズルプレート２１上の凹凸構造部２２をラビングによって形成することが異なるのみであり、その他の構成は実施例１と同様であるので説明を省略する。ラビングはコットンベルベット布を用いて行った。実施例１と比較して、凹凸構造部２２はランダムに形成され、凸部の間隔は、１０ｎｍ〜１μｍの範囲に広く分布しており、凹部深さもばらついていた。このように作製したインクジェット記録用基板で実施例１と同様に１０万枚の印刷を行ったところ、インク滴の吐出方向にバラつきが発生し、印刷品位の低下が確認された。
【符号の説明】
【００５３】
３００  インクジェット記録用基板（液体吐出ヘッド用基板）
９      吐出口
２１    ノズルプレート
２２    凹凸構造部
３１    凸部（畝）
３２    凹部（溝）
【図１】
2019147350.tif 000004
【図２】
2019147350.tif 000005
【図３】
2019147350.tif 000006
【図４】
2019147350.tif 000007
【図５】
2019147350.tif 000008
【図６】
2019147350.tif 000009
【図７】
2019147350.tif 000010
【図８】
2019147350.tif 000011
【図９】
2019147350.tif 000012
【図１０】
2019147350.tif 000013
【図１１】
2019147350.tif 000014
【図１２】
2019147350.tif 000015