(57)【要約】【課題】高分子材料の基材におけるノズルプレート裏面の親液性を経時的に劣化することのないようにし、パーティクルや添加剤類の混入によるインク劣化を抑制する。【解決手段】ノズルプレート１の基材２においてヘッド本体７と接合するノズルプレート裏面１Ｂの少なくとも一部に基材２よりも親液性が高い親液膜５を成膜し、ノズルプレート表面１Ａに密着層３を介して撥水膜４を成膜した。この後に、ノズルプレート１にノズル孔６を穿孔した。密着層３及び親液膜５は、無機酸化物であるＳｉＯ2 を材料としてスパッタ法により、１００ｎｍ好ましく３０ｎｍの膜厚で成膜する。【選択図】図１
2007106050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するノズル孔が設けられたノズルプレートと、前記ノズル孔に連通するインク路を有するヘッド本体と、を接合してなるインクジェットヘッドであって、
前記ノズルプレートは、高分子材料からなる基材における前記ヘッド本体との接合面の少なくとも一部に前記高分子材料よりも親液性が高い親液膜を形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記親液膜は、膜厚が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記親液膜は、膜厚が３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記基材は、前記接合面と反対側の面に、密着層を介してフッ素系シランカップリング剤からなる撥水膜を有することを特徴とする請求項１乃至３記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記密着層は、膜厚が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記密着層は、膜厚が３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記親液膜と前記密着層とが、同一材料からなることを特徴とする請求項４乃至６記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記親液膜が、無機酸化物からなることを特徴とする請求項１乃至７記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記親液膜が、アモルファス状態で形成されていることを特徴とする請求項１乃至８記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
前記ノズルプレートの、少なくともヘッド本体と接合される領域では、前記親液膜が形成されている領域と、形成されていない領域と、が混在していることを特徴とする請求項１乃至９記載のインクジェットヘッド。
【請求項１１】
請求項１乃至３の何れかに記載のインクジェットヘッドを製造する製造方法であって、
前記親液膜を形成する工程の後に、ノズル孔を形成する工程を有していることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
請求項４乃至１０の何れかに記載のインクジェットヘッドを製造する製造方法であって、
前記親液膜を成膜する工程及び前記撥水膜を成膜する工程の後に、ノズル孔を形成する工程を有していることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記親液膜を前記密着層と同一の装置で連続的に又は同時に形成する成膜工程を含むことを特徴とする請求項１２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１４】
請求項１１記載のインクジェットヘッドを製造する製造方法であって、
前記親液膜を成膜する工程が、前記親液膜が連続膜となる前に成膜を終了させることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高分子材料を基材とするノズルプレートを用いたインクジェットヘッド及びインクジェットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のノズル孔を備えたインクジェットヘッドを走査し、所望の位置へインクを塗布するインクジェット装置は、広く家庭用プリンタとして用いられている。また近年では、微細な金属配線やカラーフィルタの形成、有機ＥＬデバイスの形成など産業用途への適用が注目されており、高精度の印刷能力、長期間の使用に対する耐久性、各種インク材料に対する耐薬品性など、インクジェット装置には様々な特性が要求されている。
【０００３】
インクジェットヘッドにおけるインクの吐出方式として、圧電方式と熱交換方式とが知られている。圧電方式は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電体を用い、圧電体の歪みによりインク室の体積を変化させ、力学的な作用によってインクをノズルから吐出させる。熱交換方式は、ノズル内に配置したヒータを通電過熱することによって瞬間的に気泡を発生させ、その圧力によってインクを吐出させる。
【０００４】
一例として、圧電方式のインクジェットヘッドは、図５に示すように、圧電素子１０１は圧電素子上部１０１Ａと圧電素子下部１０１Ｂとで分極方向が異なって構成されている。そして、圧電素子１０１には隔壁１０１Ｃによって分離される複数の溝が形成されており、溝部の空間、すなわち隔壁１０１Ｃと、圧電素子１０１の上部に接合されるカバー用圧電体１０２とによって囲まれる空間がインク流路１０３となる。また、カバー用圧電体１０２には、インク室１０４が上記インク流路１０３と接続するように形成されており、インク室１０４からインク流路１０３へとインクが供給される形態をとる。
【０００５】
そして、圧電素子１０１とカバー用圧電体１０２を主構成要素とするヘッド本体１０５は、インク流路１０３と対応する位置にノズル孔１０６を形成したノズルプレート１０７と接合されて、インクジェットヘッド１０８となる。
【０００６】
なお、インク室１０４へはさらに、側方よりインクが供給されるように構成されているが、ここでは説明を省略する。
【０００７】
このようなインクジェットヘッド１０８において、隔壁１０１Ｃの両側面に形成された図示しない電極対間に電圧を印加することによって、隔壁１０１Ｃが変形し、インク流路１０２の体積が変化する。これにより、インク流路１０２内部に充填されているインクの圧力が変化し、ノズルプレート１０７に形成されているノズル孔１０６よりインクが吐出される。
【０００８】
このようなインクジェットヘッドより吐出したインクの着弾位置を高精度に制御するためには、インク液滴を垂直に吐出できるノズルプレートが必要となり、複数のノズルは再現良く、高精度に形成される必要がある。そこで、例えば紫外光の吸収特性に優れるポリイミドなどの高分子フィルムをノズルプレートの基材とし、エキシマレーザによるアブレーションを利用したノズル孔の加工が行われている。
【０００９】
また、ノズル孔からインクが漏れ出してノズル孔近傍にインクが溜まると、吐出されたインクとノズル孔近傍に溜まったインクとが干渉して、吐出されたインクの進行方向がずれてしまう。このためノズルプレートの吐出側の面（ノズルプレート表面）には、撥水膜をコーティングするなどの撥液処理が行われており、ノズルプレート表面にインクを極力存在させない工夫がなされている。
【００１０】
撥水膜の材料は様々に提案されているが、ノズルプレート表面に残留したインク成分を物理的に除去するワイピング動作が行われるため、耐摩耗性に優れるフッ素系シランカップリング剤を用いて形成した撥水膜が多く提案されている。
【００１１】
また、フッ素系シランカップリング剤を用いて形成した撥水膜には、接触角が４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）よりも大きいものも報告されており、良好な撥水特性が得られることが期待できる。
【００１２】
ノズルプレートのヘッド本体との接合面（以下、ノズルプレート裏面と言う。）に着目すると、ノズルプレートをヘッド本体と接着剤によって接合するため親液性を有していることが要求される。また、ノズルプレート裏面はインクと接する面でもある。このため、ノズルプレート裏面が撥液性を有していれば、インクジェットヘッドへのインクの充填時などに気泡を発生し易くなる。そして気泡が存在すれば、インクの吐出量、吐出速度などの吐出特性が変化してしまい、安定したインク吐出を行うことができない。
【００１３】
したがって、ノズルプレート表面に撥液性を付与するとともに、ノズルプレート裏面に親液性を付与する必要がある。
【００１４】
そこで、従来より、ノズルプレート裏面を、エッチング処理や微小固体を衝突させる処理によって親液化させる技術がある（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、ノズルプレート裏面に生じる変化について仔細な記載は無いが、表層を粗化して凹凸形状を付与することによって親液化されるものと解される。また、撥液性を有するめっき層を両面に形成した後に、片側の面にプラズマ処理を施して親液化させる技術もある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平７−３０４１７６公報
【特許文献２】特開平９−２１６３７０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
フィルム状の高分子材料を基材とするノズルプレートをノズルプレート裏面においてヘッド本体と接着剤によって接合する際には、高分子フィルムと接着剤との濡れ性が悪く、ノズルプレートとヘッド本体との接合を十分に強固に行うことができない問題がある。また、インクをインクジェットヘッド内へ充填する際に、ノズルプレート裏面がインクと馴染まず、インク流路内に気泡を発生させてしまう問題がある。
【００１６】
特許文献１及び２に開示されている技術でもノズルプレート裏面に親液性を与えることはできる。しかしながら、特許文献１に示すような粗面を高分子フィルムの基材からなるノズルプレート表面に形成する場合、凹凸形状を制御することが難しく、凸部先端が尖鋭化しすぎて脱離し、インク中にパーティクルとして混入するおそれがある。また、特許文献２に示すようなプラズマ処理は、反応基を一時的にノズルプレート裏面の表層に形成できるので、親液性が向上するものの、この反応基は一般に不安定であり、経時的に親液性が劣化していく。
【００１７】
さらに、高分子フィルムをノズルプレートの基材として用いると、ノズルプレート裏面において高分子フィルムにインクが常時接する。インクジェットヘッドのノズルプレートに使用される高分子フィルムはポリイミドに代表される耐薬品性に優れる材料が選択されるものの、一般に高分子フィルムには、その製造過程で種々の添加剤が付与される。このため、高分子フィルムが、長期間インクと接触すると、添加剤がインク中に溶け出し、インクを劣化させる危険性がある。特に、有機ＥＬ素子の形成工程のようにインクによって形成する薄膜層に電気特性を要求する場合には、インクの劣化が大きな問題となり得る。
【００１８】
この発明の目的は、高分子材料の基材におけるノズルプレート裏面の親液性を経時的に劣化することのないようにし、パーティクルや添加剤類の混入によるインク劣化を抑制することができるノズルプレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するための手段として、この発明のインクジェットヘッドは、高分子材料からなるノズルプレートにおけるヘッド本体との接合面の少なくとも一部に高分子材料よりも親液性が高い親液膜を形成したことを特徴とする。
【００２０】
この構成においては、高分子材料よりもインクとの親液性の高い親液膜が高分子材料の基材におけるノズルプレート裏面に形成される。したがって、ヘッド本体とノズルプレートとの接合に使用する接着剤がノズルプレートと濡れやすくなり、ヘッド本体とノズルプレートとの密着性が向上する。
【００２１】
また、インクと常時接するノズルプレート裏面の親液性が高くなり、インク充填時などの気泡の発生が低減される。
【００２２】
さらに、例えばノズルプレートがカールしている場合に、親液膜の膜応力を適切に制御することによって、ノズルプレートのカールが抑制される。ノズルプレートのカールは、基材である高分子材料自体の残留応力、又は、ノズルプレート表面に形成する撥水膜や撥水膜の密着性を向上させるために形成する密着層の膜応力によって生じる。
【００２３】
親液薄膜の膜応力は、例えばスパッタ成膜時における成膜条件の設定によって制御できる。一般的な成膜材料においては、スパッタ成膜時のガス圧力を低圧力から高圧力へ変化させると膜応力が圧縮応力から引張応力へと変化することが知られている。したがって、スパッタ成膜時のガス圧力の調整によって親液膜の膜応力を制御できる。また、応力強度は膜厚によって制御できる。
【００２４】
ノズルプレートの基材が高分子材料である場合、基材の強度が小さいため特にカール量が大きくなる。また成膜工程は一般にノズルプレートを多数切り出せる程度の例えばＡ５〜Ｂ４サイズの高分子フィルムに対して行われた後に所定サイズに分割される。このため、高分子フィルムにカールが発生している場合には、成膜工程においてフィルムを取り扱う作業が難しくなる。例えば、高分子フィルムが丸くカールし、ノズルプレート表面に形成した撥水膜が擦れて撥水特性が劣化するなどの問題が生じる。製造工程におけるノズルプレートの取り扱いを容易にするためにも、カール量を抑制することが望ましい。
【００２５】
親液膜の膜厚は１００ｎｍ以下にされる。これによって、親液膜の成膜にエキシマレーザによるアブレーション加工が困難な材料を用いた場合でも、高分子材料からなるノズルプレートの基材にエキシマレーザによるノズル孔を容易に穿孔することができる。
【００２６】
さらに、親液膜の膜厚を３０ｎｍ以下とすることにより、加工形状をより良好に維持することが可能になる。
【００２７】
ノズルプレート表面には、密着層を介してフッ素系シランカップリング剤を用いて撥水膜が形成される。
【００２８】
一般に、フッ素系シランカップリング剤は、Ｙn ＳｉＸ4-n （ｎ＝１，２，３）で表される化合物であり、Ｘはハロゲン、メトキシ基、エトキシ基などを加水分解することによりシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）となる。フッ素系シランカップリング剤を下地材料の表面に被覆形成すると、このシラノール基が下地材料表面の水酸基などと縮合反応を起こし、下地材料と化学的に結合する。Ｙは、フッ素を含む分子構造を持つものであり、撥水特性を有している。フッ素系シランカップリング剤は、下地材料と化学的に結合するために耐摩耗性に優れる。
【００２９】
本発明では、密着層を形成した後にフッ素系シランカップリング剤を用いて撥水膜を形成する。密着層は、表面の水酸基密度が高い材料を選定すればよく、これによって縮合反応して形成される撥水膜密度を上げ、高い撥水特性が実現できる。また、耐摩耗性に優れているために、ノズルプレートへの物理的なワイピング動作を行っても、物理的に基材と密着している他の撥水膜に比べて剥離し難い。
【００３０】
密着層の膜厚は１００ｎｍ以下にされる。したがって、密着層がエキシマレーザによるアブレーション加工が困難な材料であっても、高分子材料からなるノズルプレートの基材にエキシマレーザによるノズル孔を容易に穿孔することができる。
【００３１】
密着層の膜厚を３０ｎｍ以下にすることにより、加工形状をより良好に維持することが可能になる。
【００３２】
ノズルプレート裏面に形成する親液膜と、ノズルプレート表面に形成する密着層と、が同一材料とされる。親液性の高い特性とフッ素系シランカップリング剤との結合に適した特性とを同時に満たす材料を選択することにより、ノズルプレート裏面に対する親液膜の形成とノズルプレート表面に対する密着層の形成とを同時に行うことができる。例えばスパッタ法によって親液膜及び密着層を成膜する場合には、ターゲット数が一つとなり、１カソードのみを保有するスパッタ装置であっても、ターゲットを交換することなく、簡便に親液膜と密着層とを成膜できる。このため、親液膜と密着層とを互いに異なる材料で成膜する場合に比べて、製造コストが削減される。
【００３３】
また、成膜装置が基材の表裏それぞれを成膜する機能を有しておれば、チャンバを開放することなく、連続的に又は同時に親液膜と密着層とを成膜できる。もちろん、表裏を同時に成膜できる機能を有する成膜装置であれば、異種材料が反対面に回り込む問題も発生しない。
【００３４】
親液膜は、無機酸化物を材料とすることができる。親液膜は常時インクに接しているためにインクによって化学的に侵される危険性があるが、酸化反応が進行した無機酸化物は化学的に安定であるため、他の化学反応を起しにくい。このため、無機酸化物を材料とする親液膜は、耐薬品性に優れ、多様なインクを扱うインクジェットヘッドに好適に使用できる。特に、ＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2 などの無機酸化物は表面に水酸基を多く有しており、ノズルプレート表面のフッ素系シランカップリング剤との密着層としても使用することが可能である。
【００３５】
また、純水に対する接触角を例にとれば、高分子材料のポリイミドフィルムは６０°以上であるのに対して、上記ＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2 などは５°以下であり、急激に親液性を改善できる。インクジェットに使用するインクは必ずしも水系ではないが、アルコール系、エーテル系、ケトン系などの各種有機溶媒においても、接触角が１／２以下になる等、濡れ性が大きく改善する。
【００３６】
親液膜は、アモルファス状態で形成することができる。親液膜をアモルファス状態で成膜すると、多結晶状態で成膜する場合に比べて連続膜になり易い。アモルファス状態で形成される親液膜は、数ｎｍ程度の極薄膜で連続膜となり、ノズルプレート裏面の全域にわたって親液性の高い状態を形成できる。このため、ノズル孔加工にエキシマレーザを使用する場合、親液膜の材料がエキシマレーザによる加工に適さない場合であっても、親液膜をアモルファス状態で成膜することで、ノズル孔の形状を良好に保ち易い。
【００３７】
ノズルプレート裏面において少なくともヘッド本体と接合される部分に、親液膜が形成されている領域と形成されていない領域とを混在させることができる。親液膜が形成されている領域と親液膜よりも親液性が低い基材が露出している領域と、を微視的に混在させることで、ノズルプレート裏面の親液性が、基材の材料と親液膜の材料との中間の値となる。また、それぞれの領域の比率を調整することにより、ノズルプレート裏面の親液性を制御することができる。
【００３８】
ノズルプレート裏面において少なくともヘッド本体と接合される部分に、親液膜が形成されている領域と形成されていない領域とを混在させることにより、親液性を適切に低下させることがでる。これによって、例えばヘッド本体とノズルプレートとの接合時に接着剤が濡れすぎてノズルプレート裏面におけるヘッド本体との接合部外へ接着剤が大きく濡れ出ることを防止できる。
【００３９】
親液膜の成膜工程において連続膜になる前に成膜を中止すれば、親液膜が形成されている領域とノズルプレートが露出している領域とを微視的に混在させることができる。また、成膜時間を変化させることによって、それぞれの領域の存在比率を制御することもできる。
【００４０】
この発明のインクジェットヘッドの製造方法は、撥水膜及び／又は親液膜を成膜する工程の後に、ノズル孔を形成する工程を有していることを特徴とする。
【００４１】
この構成においては、撥水膜及び／又は親液膜の成膜後にノズル孔を形成するため、撥水膜及び／又は親液膜の成膜工程において撥水膜及び／又は親液膜がノズル孔の内部又はノズルプレート裏面に回り込んで成膜されることがない。
【００４２】
親液膜と密着層とを同一の装置で連続的に又は同時に成膜する工程を含むことができる。これによって、ノズルプレート表面及びノズルプレート裏面に親液膜と密着層とを単一の成膜装置で成膜することができる。また、成膜工程を真空のチャンバ内で行う一般的な成膜装置において、チャンバを大気に開放する処理が不要になり、処理時間を短縮することができる。
【００４３】
また、親液膜が連続膜となる前に親液膜の成膜処理を終了させる。
【００４４】
この構成においては、成膜時において連続膜に至るまでの膜の成長過程に着目し、島状の非連続膜から連続膜へと移行する前に親液膜の成膜を中止するため、ノズルプレート裏面は親液膜が形成されている領域と形成されていない領域とが混在した状態にされる。
【００４５】
また、連続膜になる前に成膜を中止するため、一般に数ｎｍ程度の膜厚を実現できる。このため、ノズル孔加工にエキシマレーザを使用する場合、親液膜の材料がエキシマレーザによる加工に適さない場合であっても、ノズル孔の形状を良好に保ち易い。さらに、親液膜が形成されている領域の割合を調整することで、ノズルプレート裏面の親液性を適宜制御することが容易になる。
【発明の効果】
【００４６】
この発明によれば、ノズルプレートとヘッド本体との接合強度を十分に高くすることができる。また、インクジェットヘッドへインクを充填する際の気泡発生を低減することができる。さらに、インクの劣化を起こし難くすることができる。
【００４７】
また、高分子材料を基材としながらも、高い撥水特性を示すフッ素系シランカップリング剤の撥水膜をノズルプレート表面に密着性よく形成でき、ノズル孔の形状も良好に形成できる。このため、インク液滴の着弾精度に優れ、かつワイピング動作に対する耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。まず、ノズルプレート１の構成を図１を用いて説明する。図１はノズルプレート１に形成される膜の構成を示しており、ノズルプレート表面１Ａには、基材２上に密着層３を介して撥水膜４が形成されている。ノズルプレート裏面１Ｂには、親液膜５が形成されている。
【００４９】
（基材選定）
基材２は、エキシマレーザによる加工特性に優れている高分子材料が望ましく、具体的にはポリイミドフィルムが挙げられる。ポリイミドフィルムはアブレーションを利用したエキシマレーザ加工特性に優れている。ポリイミドフィルムの厚みは適宜選択すれば良いが、適度の強度を維持するためには５０μｍ程度以上の厚みが良く、エキシマレーザによるノズル孔加工時間を短縮するためには１００μｍ以下程度であることが望ましい。
【００５０】
（親液膜の成膜）
ここで、ノズルプレート裏面１Ｂにおける基材２への親液膜５の成膜について説明する。成膜する親液膜５の材料は、使用する高分子フィルムよりも親液性が高い特性を有していればこの発明の効果は得られるが、接着剤の密着性などを考慮すれば、水との接触角が２０°以下程度の材料が望ましい。
【００５１】
高分子フィルムよりも親液性が高いとは、平滑な面上で同一の液体を用いて接触角を比較した場合に、接触角が高分子フィルムよりも小さいことを意味する。ノズルプレート１では、接着剤及び吐出するインクが上記の液体に相当するので、これらに対して親液性を比較すれば良い。ただし、多くの場合、接触角の大小関係は液体の組成に影響されないため、簡便には水に対する接触角で比較することができる。
【００５２】
親液膜５の材料は、具体的にはＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2 などの無機酸化物が挙げられる。これらの材料は酸化反応が進行しているので化学的に安定であり、耐薬品性に優れており、各種インク材料を使用しても化学的に劣化する危険性が少ない。また、上記材料で形成した薄膜の水との接触角は５°以下を示し、極めて親液性の良い表面を形成できる。
【００５３】
しかし、これらの無機酸化物は、安定な材料であるがゆえに、原子間の結合エネルギーが高く、エキシマレーザによる加工に適さない材料でもある。したがって、親液膜５の膜厚は１００ｎｍ以下とすることが望ましい。ＳｉＯ2 膜であっても１００ｎｍ以下の膜厚であれば、エキシマレーザによる穿孔加工が可能であることが実験により確認されている。
【００５４】
親液膜５の膜厚は、３０ｎｍ以下であることがより望ましい。膜厚が１００ｎｍ程度ある場合には、機械加工時に発生するバリのような小片がノズル孔のエッジに散見され、これがインク中に混入する危険性がある。親液膜５の膜厚を３０ｎｍ以下とすることにより、小片は発生せず、加工エッジに乱れの無いノズル孔を形成することができた。
【００５５】
なお、親液膜５の膜厚の下限値は特に限定されない。微量でも形成されていれば、基材２に比べて親液性が向上する。ただし、親液膜５の有する親液性を十分に発現させるためには、親液膜５が基材２の表面全域に連続的につながって成膜されている状態、いわゆる連続膜の状態とする必要がある。連続膜となるための設定膜厚は基材２の表面の粗度、基材２の材質及び親液膜５の材料などによるが、概ね５ｎｍ以上であれば連続膜となり、基材２の表面全域に親液膜５が成膜される。
【００５６】
親液膜５をできるだけ薄い膜厚で連続膜とするための方策としては、基材２の表面の粗度を下げて平坦な基材２を採用する他に、親液膜５をアモルファス状態で成膜することが挙げられる。アモルファス状態で成膜される薄膜は、多結晶状態で成膜される薄膜に比べて薄い膜厚で連続膜となり易い。ＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2 などの無機酸化物は、一般的なスパッタ法により成膜を行えばアモルファス状態となるので、薄膜で十分な親液性を発揮し易い材料である。
【００５７】
また、親液性が高くなり過ぎる場合には、より薄い膜厚とすることによって親液膜５を不連続に成膜し、基材２の表層と親液膜５とがノズルプレート裏面１Ｂに混在して存在する状態としても良い。微視的に２種類の領域が混在すれば、Ｃａｓｓｉｅの式に従い、ノズルプレート１の裏面の接触角は、親液膜５の存在割合に応じて基材２が示す接触角から親液膜５が示す接触角までの値に変化する。即ち、親液膜５の膜厚を適宜変化させることによって接触角を調整することができ、所望の接触角（親液性）を得ることができる。
【００５８】
親液膜５の成膜方法として、Ｓｉ，Ｔｉなどの未酸化状態のターゲットを用い、酸素を導入しながらスパッタ成膜を行う反応性スパッタ法を採用しても良い。また、Ｓｉ，Ｔｉなどをスパッタ法により成膜後、酸化プラズマなどによって酸化処理を行っても良い。
【００５９】
親液膜５をスパッタ法によって成膜を行う場合、成膜中に基材２の温度が数十度以上、上昇することがある。使用する高分子フィルムが高温度に耐えない場合には、基材２におけるノズルプレート表面１Ａを水冷した基材ホルダなどに押し当てて冷却すれば良い。また、成膜時の投入電力を小さくし、成膜速度を下げることによって温度上昇を抑制しても良い。成膜時のプラズマと基材２とが接近し過ぎている場合には、基材２をスパッタカソードから遠ざけることによっても温度上昇を抑制できる。成膜時の投入電力値及び基材２とスパッタカソードとの距離等の成膜条件は、使用するスパッタ装置や基材２の材料などを考慮して設定すれば良い。
【００６０】
なお、親液膜５の成膜工程をノズルプレート１を多数切り出せる程度の例えばＡ５〜Ｂ４サイズ程度の基材２に対して行い、その後に基材２をノズルプレート１のサイズに分割すれば、一回の成膜処理によって多数のノズルプレート１を作製することができる。
【００６１】
また、親液膜５が有する膜応力は、スパッタ法における成膜条件を変更することで制御できる。一般的な成膜材料において、スパッタ成膜時のガス圧力を低圧力から高圧力へ変化させると、膜応力が圧縮応力から引張応力へと変化することが知られている。したがって、スパッタ成膜時のガス圧力を調整することにより、親液膜５の膜応力を制御できる。一般的に、スパッタ法では、１０-5Ｔｏｒｒ以下の真空状態にしてＡｒガスを導入した後、プラズマを発生させて成膜を行う。このときのＡｒガスの圧力は、０．５ｍＴｏｒｒから２０ｍＴｏｒｒ程度であり、この圧範囲内でガス圧を変更すれば良い。
【００６２】
スパッタ成膜における成膜速度は、投入電力などに依存するが、０．１ｎｍ／秒程度とすることは容易であり、数ｎｍ程度の膜厚に対して成膜時間を制御することも比較的容易に行うことができる。
【００６３】
（密着層の形成）
ノズルプレート表面１Ａには、基材２上に密着層３を形成した後に、フッ素系シランカップリング剤を用いて撥水膜４を形成する。フッ素系シランカップリング剤は、加水分解によってシラノール基を形成し、水酸基等と縮合して強固な撥水膜４を形成する。
【００６４】
ポリイミドフィルムなどの基材２に対して紫外線照射又は軽度のアッシング等の処理によって反応基を基材２上に出現させ、縮合反応を促進させれば密着層３を形成することなく撥水膜４を形成することも可能ではある。
【００６５】
しかし、紫外線照射又はアッシング等の処理を行っても、生成される反応基の密度は低く、十分な撥水特性を得ることが難しい。
【００６６】
そこで、シラノール基と縮合反応する水酸基が表層に多く存在する密着層３、具体的にはＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2 などの無機酸化物の薄膜層を形成することが望ましい。
【００６７】
これらの材料の特性や、成膜方法については既述のとおり、耐薬品性に優れる無機酸化物を選択することが望ましく、エキシマレーザによるノズル孔６の穿孔を考慮して、膜厚は１００ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下とすべきである。
【００６８】
なお、密着層３は、後工程であるフッ素系シランカップリング剤による撥水層の成膜時に縮合反応を密に行うことが望ましいため、連続膜とすべきである。このため、密着層３は５ｎｍ以上の膜厚に成膜することが望ましい。
【００６９】
また、密着層３に要求される特性は親液膜５に要求される特性とは必ずしも一致するものではないが、使用する材料としてＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2 などの無機酸化物が望ましい点で密着層３と親液膜５とは共通している。よって、密着層３の材料と親液膜５の材料とを同一とすることにより、成膜装置及び／又は成膜源を共通化でき、ノズルプレート１の製造工程を簡略化することができる。
【００７０】
この場合に、両面スパッタ成膜が可能な装置を用いれば、単一の成膜装置で密着層３と親液膜５とを同時に成膜することができる。
【００７１】
両面スパッタ成膜は、例えば、チャンバ内でスパッタカソードが対向して配置されたスパッタ装置によって行うことができる。基材２の外周部の非成膜領域において基材２を機械的に固定し、スパッタカソード対の間に基材２を配置して両面のスパッタカソードから、それぞれの面にスパッタ成膜を行う。
【００７２】
また、両面スパッタ成膜によって同一材料を同一の膜厚で両面から成膜すれば、密着層３と親液膜５とのそれぞれの膜応力が相殺され、成膜された密着層３又は親液膜５によってノズルプレート１がカールするといった応力の問題を回避できる。
【００７３】
密着層３と親液膜５とを、同一の材料を用いて同一の膜厚で同一の成膜条件下で成膜すれば、密着層３又は親液膜５の膜応力に起因するノズルプレート１のカールの問題を回避できるので、基材２自体のカールの有無と撥水膜４の膜応力によるカールとを考慮すれば良い。既述のとおり、成膜条件によって膜応力を制御することは可能ではあるが、膜応力を制御する必要がないために成膜条件の調整が不要になり、成膜工程を簡便に行うことができる。
【００７４】
（撥水膜の成膜）
撥水膜４は、フッ素系シランカップリング剤を用いて形成する。フッ素系シランカップリング剤とは、Ｙn ＳｉＸ4-n （ｎ＝１，２，３）で表される化合物において、Ｙがフッ素を含む材料である。フッ素系シランカップリング剤の特性を有しておれば、密着層３と化学的に結合するため、ワイピング耐性に優れた撥水膜となる。
【００７５】
フッ素系シランカップリング剤は、具体的には、ＹＳｉＸ3 で示されるＳｉ化合物である。ここに、Ｙとしては、ＣＦ3 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＨ2 ＣＨ2 、ＣＦ3 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＨ2 ＣＨ2 、ＣＦ3 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＨ2 ＣＨ2 、ＣＦ3 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＨ2 ＣＨ2 、（ＣＦ3 ）2 ＣＦＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＨ2 ＣＨ2 、（ＣＦ3 ）2 ＣＦＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＨ2 ＣＨ2 、（ＣＦ3 ）2 ＣＦＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＨ2 ＣＨ2 、などが挙げられる。Ｘとしては、Ｃｌ，ＯＣＨ3 ，ＯＣＨ2 ＣＨ3 などが挙げられる。
【００７６】
なおＸは加水分解によってシラノール基を形成する特性を備えている必要があるが、反応性を抑制するために加水分解しないＣＨ3 を３基のうちの１乃至２基に選択しても良い。フッ素系シランカップリング剤は、これらＸ、Ｙを組み合わせた各種Ｓｉ化合物から適宜選択される。
【００７７】
なお、上記のフッ素系シランカップリング剤は、Ｙが直鎖状であり、かつ、その直鎖が長い材料において良好な撥水性を示す傾向がある。これは基材表面上に密に整列しやすく、その結果、臨界表面エネルギーの低いＣＦ3 基が表層に高密度に配列できるためであると予想される。このため、Ｙとしては、ＣＦ3 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＨ2 ＣＨ2 、ＣＦ3 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＦ2 ＣＨ2 ＣＨ2 などを選択することが望ましい。
【００７８】
撥水膜４の成膜方法としては、ディッピング法、スピンコート法又は蒸着法など、一般的に知られる手法を用いることができる。この時、高濃度にフッ素系シランカップリング剤が存在していると、フッ素系シランカップリング剤同士の結合が進行してしまい、密着層３表面に密にフッ素系シランカップリング剤を整列させることが難しくなるので、適当量の有機溶媒で希釈することが望ましい。
【００７９】
有機溶媒としては、クロロフルオロカーボン、パーフルオロヘキサンなどのフッ素系溶剤の他、メタノール、エタノール、酢酸エチル、ベンゼン、トルエン、クロロホルムなどが挙げられ、２０％以下程度まで希釈して用いることが望ましい。特に、ディッピング法やスピンコート法などにおいて、液体状態のフッ素系シランカップリング剤が密着層３の表面に接触する場合には、１％以下に希釈することが望ましい。
【００８０】
なお、フッ素系シランカップリング剤を有機溶媒で希釈した市販の製品として、オプツールＤＳＸ（ダイキン工業社製）がある。
【００８１】
また、ディッピング法などによって密着層３の表面にフッ素系シランカップリング剤をコートした場合には、上記の有機溶媒によって洗浄することが望ましい。
【００８２】
また、一旦密着層３と結合したフッ素系シランカップリング剤同士がシロキサンネットワークを形成して安定な撥水膜４が形成されるために、５０〜１００℃程度で１〜２時間程度加熱処理を行っても良い。或いは常温大気雰囲気で１日程度以上放置しても良い。
【００８３】
なお、撥水膜４を成膜する工程において、ノズルプレート１の裏面にフッ素系シランカップリング剤が回り込むと、裏面側が撥水化する問題が生じる。よって、フッ素系シランカップリング剤が基材２の裏面に回り込まないような工夫をする必要がある。
【００８４】
例えば、スピンコート法による撥水膜４の成膜を行う場合には、成膜を行うフィルムサイズよりも大きなガラス基板上に高分子フィルムを載置し、高分子フィルムの外周全域を粘着性のテープでガラス基板と貼り付けて固定する。また、高分子フィルムにおけるノズルプレート１の裏面側に相当する面全域を粘着テープやレジストでカバーして保護しても良い。
【００８５】
（インクジェットヘッドの作製）
図１（Ａ）に示すように、密着層３、撥水膜４及び親液膜５が成膜されたノズルプレート１に対して、図１（Ｂ）に示すノズル孔６をエキシマレーザにより穿孔する。ノズル孔６の内径は、マスクサイズによって規定され、所望するインク吐出量に応じて適宜設定できる。インクジェットヘッドのノズルプレート１では、ノズル孔６の内径は１０μｍから１００μｍの円形に加工される。
【００８６】
このように、ノズルプレート１の製造工程において、撥水膜４を形成した後にノズル孔６の加工を行うので、撥水膜４の形成工程においてノズル孔６を通してノズルプレート裏面１Ｂにシランカップリング剤などの材料が回り込んでノズルプレート裏面１Ｂに撥水膜４が形成される問題を回避できる。
【００８７】
そして、エキシマレーザや、ナイフ切断などによって図２に示すヘッド本体７と接合させるのに適当なサイズに切り出した後、ヘッド本体７の端面に接着剤を塗布し、ノズルプレート１を押し当てる。これによりノズルプレート１をヘッド本体７に接合し、インクジェットヘッド８を作製する。
【００８８】
使用する接着剤は特に指定されないが、耐薬品性に優れていることが要求され、エポキシ系熱硬化性樹脂などを用いることが望ましい。
【００８９】
図３は、ノズルプレート１を接合した状態のインクジェットヘッド８の局部断面構造を示している。隔壁１０によって仕切られるインク流路９に対向して、ノズルプレート１にはノズル孔６が配置されており、図示しない電極対に電圧を印加することにより隔壁１０が駆動しインク流路１０内に充填されているインクがノズル孔６を通して吐出される。
【００９０】
接着剤は、ノズルプレート１とヘッド本体７とを接合するために用いられ、図３ではノズルプレート１と隔壁１０との接合部がヘッド本体７との接合部である。この時、ノズルプレート裏面１Ｂには親液膜５が形成されているため、接着剤はノズルプレート１とよく濡れ、ノズルプレート１とヘッド本体７とを密着性よく接着させて接合することができる。また、インク流路９に充填されているインクはノズルプレート裏面１Ｂと接するが、ノズルプレート裏面１Ｂのインク流路に対向する領域にも親液膜５が形成されているため、ノズルプレート裏面１Ｂはインクと良く馴染み、インク充填時に気泡が発生することを抑制できる。
【００９１】
（密着層の膜厚に関する試験結果）
ここで、密着層３の膜厚がエキシマレーザによるノズル孔加工の形状に及ぼす影響を調べた結果について説明する。
【００９２】
サンプルは、基材２として宇部興産社製ユーピレックスＳ５０を用い、密着層３の形成前に中性洗剤及び純水を用いて洗浄した後に、基材２上に密着層３として膜厚が３ｎｍ，５ｎｍ，３０ｎｍ，１００ｎｍであるＳｉＯ2 膜をＲＦスパッタ法にて形成した。次に、フッ素系カップリング剤であるダイキン社製のオプツールＤＳＸを用い、真空蒸着によって上記ＳｉＯ2 膜上に撥水膜４を形成した。
【００９３】
以上の手順で作製したサンプルに対して、エキシマレーザを用いてノズル孔加工を行った。エキシマレーザは撥水膜４が形成された面の裏側より、波長２４８ｎｍ、照射パワー約０．６Ｊ／ｃｍ2 の条件で４００〜５００回繰り返し照射し、直径が約２０μｍの円形のノズル孔６を形成した。
【００９４】
図４に撥水膜４が形成された面側の、ノズル孔６周辺のＳＥＭ観察写真を示す。図４（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ膜厚を３ｎｍ、５ｎｍ、３０ｎｍ、１００ｎｍとしてＳｉＯ2 の密着層３を成膜した基材２にノズル孔６を穿孔したものである。ＳｉＯ2 はエキシマレーザによるアブレーション加工が困難な材料であるが、図４（Ｄ）に示すように、ＳｉＯ2 層である密着層３が１００ｎｍの場合でもノズル孔６を形成できる。ただし、ノズル孔６のエッジ部にバリのような加工ムラが観察され、真円度が著しく低下している。
【００９５】
これに対して、（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、密着層３の膜厚が３〜３０ｎｍでは加工したノズル孔６のエッジ部に加工ムラなどが見られない。したがって、ノズル孔６の加工の観点からは密着層３は極力薄く設定すべきであることがわかり、１００ｎｍ以下、より望ましくは３０ｎｍ以下に設定するとよいことが分かる。
【００９６】
なお、本試験では密着層３上にフッ素系シランカップリング剤に基づく撥水膜４を形成しているが、撥水膜４の厚みは１〜２ｎｍ程度であるので、エキシマレーザ加工に及ぼす影響は無視できる。
【００９７】
したがって、ノズルプレート裏面１Ｂに成膜する親液膜５が密着層３と同一の材料を用いることから、親液膜５についても膜厚がノズル孔６の加工に及ぼす影響は、密着層３と同様であると考えられる。
【００９８】
なお、上記の実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】この発明の実施形態に係るインクジェットヘッド８に用いられるノズルプレート１の構成を説明する断面図である。
【図２】インクジェットヘッド８におけるノズルプレート１とヘッド本体７との構成を説明する図である。
【図３】インクジェットヘッド８におけるノズルプレート１とヘッド本体７との接合部分の構成を示す断面図である。
【図４】密着層３の膜厚を変化させた場合のエキシマレーザによるノズル孔６の穿孔状態を示す図である。
【図５】圧電方式のインクジェットヘッド１０８の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
１  ノズルプレート
２  基材
３  密着層
４  撥水膜
５  親液膜
６  ノズル孔
７  ヘッド本体
８  インクジェットヘッド
９  インク流路
１０  隔壁
１０１  圧電素子
１０１Ａ  圧電素子上部
１０１Ｂ  圧電素子下部
１０１Ｃ  隔壁
１０２  カバー用圧電体
１０３  インク流路
１０４  インク室
１０５  ヘッド本体
１０６  ノズル孔
１０７  ノズルプレート
１０８  インクジェットヘッド
【図１】
2007106050.tif 000003
【図２】
2007106050.tif 000004
【図３】
2007106050.tif 000005
【図４】
2007106050.tif 000006
【図５】
2007106050.tif 000007