(57)【要約】      （修正有）【課題】撥水層の密着性を高くすると共に、簡易に製造可能な液滴吐出ノズルプレート製造方法を提供する。【解決手段】プールプレート１８とシート材１２とを接合し、シート材１２へ金属膜１４を積層した後、撥水層１６を形成する。その後、レーザーを、プールプレート１８の貫通口１８Ｂ側から照射して、一括してノズル１９を穿孔する。【選択図】  図２−３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート材に金属膜を積層し、前記金属膜に撥水層を積層して、ノズルプレート積層体を形成し、
前記ノズルプレート積層体の所定位置にレーザー加工によりノズル孔を穿孔する、液滴吐出ノズルプレート製造方法。
【請求項２】
前記シート材は、液滴吐出用の貫通口が形成された貫通口プレートに積層され、
前記ノズル孔は、前記ノズルプレート積層体の前記貫通口に対応する位置に穿孔されることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法。
【請求項３】
前記レーザー加工のレーザーが、前記シート材側から照射されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法。
【請求項４】
前記金属膜の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法。
【請求項５】
前記金属膜の積層前、前記シート部材の表面処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法。
【請求項６】
前記金属膜を、スパッタリング法により形成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法。
【請求項７】
前記金属膜は、熱伝導率がシリコンよりも低い金属で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法。
【請求項８】
前記金属膜は、線膨張係数が、シリコン酸化膜よりも高いことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法。
【請求項９】
前記撥水層が、フッ素系樹脂であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法。
【請求項１０】
シート材と、
前記シート材上に積層された金属膜と、
前記金属膜上に形成された撥水層と、
前記シート材、前記金属膜、及び、前記撥水層を連通させて構成されるノズル孔と、
を備え、
前記金属膜の前記ノズル孔を構成するノズル壁が、前記ノズル孔に露出されていること、を特徴とする液滴吐出ノズルプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出して画像を記録する液滴吐出ヘッドに用いられる液滴吐出ノズルプレート、及び、この液滴吐出ノズルプレートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数のノズルから液滴を吐出し、用紙等の記録媒体に印字を行う液滴吐出装置には、インクジェット記録装置があり、このインクジェット記録装置は、小型で安価、静寂性等の種々の利点があり、広く市販されている。特に、圧電素子を用いて圧力室内の圧力を変化させてインク滴を吐出するピエゾインクジェット方式や、熱エネルギーの作用でインクを膨張させてインク滴を吐出する熱インクジェット方式の記録装置は、高速印字、高解像度が得られる等、多くの利点を有している。
【０００３】
このようなインクジェット方式の記録装置においては、複数のノズルからインク滴を吐出した際に、インク滴がノズルの周辺に付着するのを防ぐため、ノズル表面に撥水層が塗布されている。しかし、この撥水層は、一般的に密着性が弱く、メンテナンス時におけるブレード・ワイピング等による擦れにより、剥離してしまうおそれがある。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載の技術では、樹脂膜上に金属薄膜を積層し、金属薄膜表面に撥水層を形成している。金属膜を介して撥水層を形成することにより、金属膜なしで撥水層を形成する場合と比較して、撥水層の密着性は強まり、剥離は抑制される。しかしながら、特許文献１では、ノズル孔の穿孔は、金属薄膜層上にレジストパターンを形成してエッチングにより行うため、製造工程を多く要してしまう。
【特許文献１】特開平１１−１８８８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮してなされたものであり、撥水層の密着性を高くすると共に、簡易に製造可能な液滴吐出ノズルプレート、及び、この液滴吐出ノズルプレート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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法は、シート材に金属膜を積層し、前記金属膜に撥水層を積層して、ノズルプレート積層体を形成し、前記ノズルプレート積層体の所定位置にレーザー加工によりノズル孔を穿孔するものである。
【０００７】
上記液滴吐出ノズルプレート製造方法では、シート材、金属膜、及び撥水層を、この順に積層し、レーザー加工により一括でノズル孔を穿孔するので、レジストパターンの形成工程や、剥離工程が不要となり、簡易に製造することができる。
【０００８】
また、金属膜を介して撥水層が形成されているので、金属膜なしの場合と比較して撥水層の、密着性を高くすることができる。
【０００９】
請求項２に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法は、前記シート材が、液滴を吐出用の貫通口が形成された貫通口プレートに積層され、前記ノズル孔が、前記ノズルプレート積層体の前記貫通口に対応する位置に穿孔されることを特徴とする。
【００１０】
シート材を予め貫通口プレートに積層しておくことにより、貫通口プレートが支持基板として機能するので、後の工程を容易に行うことができる。
【００１１】
請求項３に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法は、前記レーザー加工のレーザーが、前記シート材側から照射されることを特徴とする。
【００１２】
このように、レーザーをシート材側から照射することにより、レジスト等なしで容易にノズル孔を穿孔することができる。
【００１３】
請求項４に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法は、前記金属膜の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
金属膜の膜厚が５ｎｍより薄いと、撥水層の密着性が低下し、金属膜の膜厚が５０ｎｍより厚いと、レーザーでの加工が難しい。したがって、金属膜の膜圧は、上記の範囲であることが好ましい。
【００１５】
請求項５に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法は、前記金属膜の積層前、前記シート部材の表面処理を行うことを特徴とする。
【００１６】
このように、シート部材の表面処理を行うことにより、金属膜のシート材への密着性を高くすることができる。
【００１７】
請求項６に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法は、前記金属膜を、スパッタリング法により形成することを特徴とする。
【００１８】
スパッタリング法により、密着性の高い金属膜を形成することができる。
【００１９】
請求項７に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法は、前記金属膜の熱伝導率がシリコンよりも低い金属で構成されていることを特徴とする。
【００２０】
熱伝導率が高いと、レーザー加工時に熱によりシート材が変形・変質してしまう可能性があるため、上記のように、熱伝導率がシリコンよりも低いことが好ましい。
【００２１】
請求項８に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法は、前記金属膜の線膨張係数が、シリコン酸化膜よりも高いことを特徴とする。
【００２２】
金属膜の線膨張係数がシート材よりも低いと、熱膨張によるせん断応力が発生し、ズレにより剥離する場合も考えられる。そのために、金属膜は、シート材の熱膨張による伸びに追従可能な線膨張係数とされていることが好ましい。
【００２３】
請求項９に記載の液滴吐出ノズルプレート製造方法は、前記撥水層が、フッ素系樹脂であることを特徴とする。
【００２４】
請求項１０に記載の液滴吐出ノズルプレートは、シート材と、前記シート材上に積層された金属膜と、前記金属膜上に形成された撥水層と、前記シート材、前記金属膜、及び、前記撥水層を連通させて構成されるノズル孔と、を備え、前記金属膜の前記ノズル孔を構成するノズル壁が、前記ノズル孔に露出されていること、を特徴とする。
【００２５】
上記構成の液滴吐出ノズルプレートでは、金属膜のノズル壁がノズル孔に露出されており、撥水層に覆われていない。したがって、金属膜のノズル壁を撥水層で覆う工程が必要なく、製造工程を簡易にすることができる。
【００２６】
また、金属膜のノズル壁を撥水層で覆う工程では、撥水剤が金属膜よりも内側のインク流路へ入り込んでしまうことがあるが、上記構成によれば、このようなことがない。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の液滴吐出ノズルプレート製造方法によれば、撥水層の密着性を高くすると共に、簡易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本実施形態のインクジェット記録ヘッド４０を示す断面図である。
【００３０】
図１に示すように、インクジェット記録ヘッド４０は、ノズルプレート１０、プールプレート１８、流路プレート２０、２２、圧力室プレート２４、及び、振動板２６が順に積層されて構成されている。
【００３１】
ノズルプレート１０は、インク吐出側から順に、撥水層１６、金属膜１４、シート材１２、が積層されて構成されている。
【００３２】
プールプレート１８には、インクを貯留するためのインクプール１８Ａ、及び、インクを吐出するための貫通口１８Ｂが形成されている。インクプール１８Ａへは、図示しないインクタンクからインクが供給される。
【００３３】
流路プレート２０は、プールプレート１８のインク吐出側と逆側に接合され、流路プレート２０によりインクプール１８Ａの上側が構成されている。流路プレート２０には、インクプール１８Ａと後述する圧力室２４Ａとを連通させる流路２０Ａ、及び、圧力室２４Ａと貫通口１８Ｂとを連通させる連通口２０Ｂが形成されている。
【００３４】
流路プレート２２は、流路プレート２０に接合され、流路プレート２２により圧力室２４Ａの下側が構成されている。流路プレート２２には、インクプール１８Ａと圧力室２４Ａとを連通させる流路２２Ａ、及び、圧力室２４Ａと貫通口１８Ｂとを連通させる連通口２２Ｂが形成されている。
【００３５】
圧力室プレート２４は流路プレート２２に接合され、圧力室プレート２４には圧力室２４Ａが形成されている。圧力室２４Ａは、後述するノズル１９毎に形成されている。
【００３６】
インクプール１８Ａに貯留されたインクは、流路２０Ａ、２２Ａを経て圧力室２４Ａに至り、圧力室２４Ａから連通口２２Ｂ、２０Ｂ、貫通口１８Ｂ、及びノズル１９を経て吐出される。
【００３７】
振動板２６は、圧力室基板２４の上側に配置されている。振動板２６は、圧力室２４Ａが形成されている部分では、圧力室２４Ａに露出されて圧力室２４Ａの一部を構成している。振動板２６の上には、アクチュエータ（図示省略）が設けられている。
【００３８】
シート材１２は、プールプレート１８のインク吐出側に積層され、金属膜１４はシート材１２に積層され、撥水層１６は金属膜１４に積層されている。シート材１２、金属膜１４、及び、撥水層１６の貫通口１８Ｂに対応する位置は穿孔され、インクを吐出させるノズル１９が構成されている。ノズル１９を構成する金属膜１４の側壁（以下「ノズル壁１４Ａ）という）には、撥水加工はされておらず、ノズル１９に露出されている。
【００３９】
次に、上記のインクジェット記録ヘッド４０を構成するノズルプレート１０の製造方法について説明する。
【００４０】
まず、図２（Ａ）に示すように、プールプレート１８とシート材１２とを接合する。プールプレート１８には、予めインクプール１８Ａ、及び、貫通口１８Ｂを形成しておく。プールプレート１８としては、ＳＵＳを用いることができ、シート材１２としては、ポリイミドなどの樹脂フィルムを用いることができる。
【００４１】
次に、図２（Ｂ）に示すように、シート材１２に対して酸素プラズマ処理を行う。これにより、シート材１２の表面が粗され、図２（Ｃ）に示すように、凹凸が形成される。なお、酸素プラズマ処理に代えて、エッチング、アッシングを行って、シート材１２の表面に凹凸を形成してもよい。
【００４２】
次に、図２（Ｄ）に示すように、シート材１２上に金属膜１４を形成する。金属膜１４は、スパッタリング法、蒸着法、メッキ法、などにより形成することができる。金属膜１４の膜厚は、後述するレーザー加工との関係等から、５ｎｍ〜５０ｎｍであることが好ましい。５ｎｍよりも薄いと、撥水層１６の密着性が低くなり、５０ｎｍよりの厚いと、レーザーにより穿孔することが困難となるためである。また、レーザー加工において、熱エネルギーを過大に消費しない膜厚であることが必要であり、この点からも、５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
金属膜１４を構成する金属は、シート材１２及び撥水層１６との親和性がよいことが好ましい。撥水層１６をポリイミドシート上に構成した場合、親和性のよい材料として、銅（Ｃｕ）、アルミ（Ａｌ）などをあげることができる。
【００４４】
また、後述するレーザー加工での発熱によってシート材１２が変形・変質するのを防止するために、熱伝導率の低い金属であることが好ましい。具体的には、シリコンよりも低い熱伝導率である、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）をあげることができる。
【００４５】
以下に実施例として具体的な金属膜厚値を示す。金属層１４を、チタン（Ｔｉ）で構成する場合には、金属膜１４の膜厚は１１．４０ｎｍ〜１７．４０ｎｍ、ルテニウム（Ｒｕ）で構成する場合には、金属膜１４の膜厚は１１．６８ｎｍ〜１３．６４ｎｍ、タンタル（Ｔａ）で構成する場合には、金属膜１４の膜厚は１５．３７ｎｍ〜２１．２５ｎｍとしたがこれに限定する事無く、後述するレーザー加工との関係等から、５ｎｍ〜５０ｎｍとすることが好ましい。
【００４６】
また、線膨張係数が、ポリイミドフィルムと同等、あるいは、ポリイミドフィルムよりも低く、シリコン酸化膜よりも高いことが好ましい。シート材１２として用いられるポリイミドフィルムの熱膨張による伸びに追従可能な金属とすることにより、熱膨張によるせん断応力を緩和するとともに、ズレによる剥離を防止するためである。
【００４７】
なお、ポリイミドフィルムの具体例として、宇部興産：ユーピレックス−２５Ｓ、東レデュポン：カプトン１００ＥＮをあげることができるが、各々の熱伝導率、線膨張係数はユーピレックス−２５Ｓ：熱伝導率→０．２９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、線膨張率→１２ｐｐｍ／Ｋ、カプトン１００ＥＮ：熱伝導率→０．１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、線膨張率→１６ｐｐｍ／Ｋ、である。図３に、ルテニウム、チタン、タンタル、銅、アルミニウム、ニッケル、スズ、金、及び、シリコンの、熱伝導率、気化熱、融解熱、線膨張係数の一覧表を示す。
【００４８】
次に、図２（Ｅ）に示すように、金属膜１４の表面に、撥水層１６を形成する。撥水層１６の形成は、蒸着法、スピンコート法で行うことができる。なお、撥水層１６は、フッ素系樹脂で構成することができ、その膜厚は、６００ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましい。
【００４９】
そして、図２（Ｆ）に示すように、プールプレート１８の貫通口１８Ｂ側から、レーザーを照射して、シート材１２、金属膜１４、及び、撥水層１６の貫通口１８Ｂに対応する位置を穿孔してノズル１９を形成する。これにより、図２（Ｇ）に示すように、ノズルプレート１０が形成される。なお、レーザー加工として、エキシマレーザー加工を用いることができる。
【００５０】
本実施形態によれば、シート材１２、金属膜１４、及び、撥水層１６へ、レーザー加工により一括してノズルを形成するので、金属膜にマスク等を施して金属エッチングで穿孔する場合と比較して、製造工程を少なくして容易にノズルプレートを製造することができる。
【００５１】
また、撥水層１６の形成後にノズル１９を穿孔するので、金属膜１４にノズル孔が構成されている状態で撥水層１６を形成する場合と比較して、撥水剤が貫通口１８Ｂ側へ入り込むことがない。
【００５２】
また、レーザー加工によりノズルの形成を行うので、レーザー径を調整することにより、所望のノズル径を容易に実現することができる。
【００５３】
また、ノズルプレート１０が金属膜１４を有しているので、撥水層１６との密着性が向上する。さらに、金属膜１４を有することにより、オリフィスからのキャビテーション振動が緩和され、撥水層１６の信頼性を向上させることができると共に、寿命を長くすることができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、プールプレート１８へシート材１２を積層した後に、シート材１２へ金属膜１４、撥水層１６を積層してノズル１９を穿孔したが、プールプレート１８なしで、シート材１２へ金属膜１４、撥水層１６を積層してノズル１９を穿孔してもよい。この場合には、図４（Ａ）に示すシート材１２へ、金属膜１４を積層した後（図４（Ｂ）、撥水層１６を形成し（図４（Ｃ））、その後、レーザーをシート材１２側から照射して（図４（Ｄ））所定のノズル位置にノズル１９を穿孔する（図４（Ｅ））。
【００５５】
なお、本実施形態では、インクジェット記録ヘッド４０の構成部材であるノズルプレート１０を液滴吐出ノズルプレートとして、説明したが、本発明は上述したインクジェット記録ヘッドに限らず、半導体等のパターン形成のために液滴を吐出するパターン形成装置等に使用される他の液滴吐出ヘッドに用いられるノズルプレートなどにも適用することができる。
【実施例】
【００５６】
次に、上記実施形態で説明した金属膜１４形成の実施例について説明する。
【００５７】
表１に示す条件で、スパッタリングにより、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）の各々を、ポリイミドシートへ着膜させた。金属膜の膜厚は、撥水層の密着性を確保するために必要で、かつ、レーザーによる穿孔を可能とし、熱エネルギーを過大に消費しないことを考慮して、２０ｎｍを狙いとした。６回の実施により形成された膜厚と、その平均は表２のとおりである。なお、スパッタリング装置として、ＴＯＫＵＤＡ  ＣＦＳ−８ＥＰを使用した。
【００５８】
【表１】
2007054978.tif 000003
【００５９】
【表２】
2007054978.tif 000004
【００６０】
形成された金属膜の密着力評価において、ルテニウムが最も密着力が高く、次いでタンタル、最も密着力が低かったのはチタンであった（インクによる接液試験、及び、超音波音響ストレス試験）。なお、ＳｉＯについても、同様にしてＳｉＯ膜を形成したところ、密着力はチタンと同程度であった。
【００６１】
次に、シート材１２を構成するポリイミドフィルムの表面処理の実施例について説明する。
【００６２】
ポリイミドフィルムの表面に対して、表３に示す条件で、酸素プラズマ処理を実施した。なお、プラズマ装置として、Ｔｅｃｈｎｉｃｓ  Ｍｉｃｒｏ−ＲＩＥを使用した。その結果、表４に示すように、酸素プラズマ処理を実施した場合の方が、酸素プラズマ処理を実施しない場合と比較して、液滴静止接触角評価において、６７度〜７６度程度の改善、親水性向上が図られた。
【００６３】
【表３】
2007054978.tif 000005
【００６４】
【表４】
2007054978.tif 000006
【００６５】
また、インクによる接液試験、及び、超音波音響ストレス試験においても、酸素プラズマ処理を実施した場合の方が、酸素プラズマ処理を実施しない場合と比較して、良好な結果を得ることができた。
【００６６】
なお、ＵＶ／Ｏ3洗浄（オゾン処理）、Ｏ2アッシングによる表面処理と比較した場合、インクによる接液試験、超音波音響ストレス試験において、酸素プラズマ処理＞Ｏ2アッシング＞ＵＶ／Ｏ3洗浄、の順で、ケミカルアタック、音響ストレスの影響を受けにくく、強固な密着力が得られていることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図２−１】本実施形態のノズルプレートの製造プロセス（Ａ）〜（Ｃ）を説明する図である。
【図２−２】本実施形態のノズルプレートの製造プロセス（Ｄ）〜（Ｅ）を説明する図である。
【図２−３】本実施形態のノズルプレートの製造プロセス（Ｆ）〜（Ｇ）を説明する図である。
【図３】本実施形態の金属膜の材料選択対象となりうる金属の物性についての表である。
【図４−１】本実施形態のノズルプレートの他の製造プロセス（Ａ）〜（Ｂ）を説明する図である。
【図４−２】本実施形態のノズルプレートの他の製造プロセス（Ｃ）〜（Ｄ）を説明する図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  ノズルプレート
１２  シート材
１４  金属膜
１６  撥水層
１８  プールプレート
１８Ｂ  貫通口
１９  ノズル
４０  インクジェット記録ヘッド
【図１】
2007054978.tif 000007
【図２−１】
2007054978.tif 000008
【図２−２】
2007054978.tif 000009
【図２−３】
2007054978.tif 000010
【図３】
2007054978.tif 000011
【図４−１】
2007054978.tif 000012
【図４−２】
2007054978.tif 000013