(57)【要約】【課題】基材の表面粗さが大きく表面に凹凸や段差が存在し、接合させる基材どうしが接する接触面積がわずかな場合でも、接合強度や耐久性を確保することが可能な接合基材を提供する。【解決手段】接合基材１００は、基材１１０の一面１１４上に接合膜１２０，１３０，１４０が重ねられて３層構造に形成された接合層１５０を有している。それぞれの接合膜１２０，１３０，１４０は、アルキル基を含むポリオルガノシロキサンを主材料とする薄膜にエネルギー線の一例としてのＵＶを照射することによる活性化処理が行われることによって形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材上に形成された接合層とを有し、
前記接合層は、シロキサン結合と脱離基とを含む薄膜に活性化処理を施して前記脱離基を脱離させた接合膜を複数重ねて形成されていることを特徴とする接合基材。
【請求項２】
前記活性化処理は、エネルギー線の照射を用いて行われていることを特徴とする請求項１に記載の接合基材。
【請求項３】
前記接合膜は、アルキル基を前記脱離基に含んでいることを特徴とする請求項１に記載の接合基材。
【請求項４】
前記接合膜は、ポリオルガノシロキサンを主材料とすることを特徴とする請求項１に記載の接合基材。
【請求項５】
前記接合膜は、前記基材の全面を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の接合基材。
【請求項６】
基材と、前記基材上に形成された接合層とを有し、前記接合層は、シロキサン結合と脱離基とを含む薄膜に活性化処理を施して前記脱離基を脱離させた接合膜を複数重ねて形成された接合基材の製造方法であって、
前記接合膜を前記基材上に重ねて設け、前記接合層を形成することを特徴とする接合基材の製造方法。
【請求項７】
基材と、前記基材上に形成された接合層とを有し、前記接合層が、シロキサン結合と脱離基とを含む薄膜に活性化処理を施して前記脱離基を脱離させた接合膜を複数重ねて形成された接合基材を用い、
前記接合基材の前記接合層と、他方の接合基材の前記接合層とが接するように加圧して貼り合わせることを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項８】
シロキサン結合と脱離基とを含む薄膜に活性化処理を施して前記脱離基を脱離させた接合膜が、第１の基材上に複数重ねて設けられた第１の接合層を有する第１の接合基材と、
前記接合膜が、第２の基材上に複数重ねて設けられた第２の接合層を有する第２の接合基材とを用い、
前記第１の接合層と前記第２の接合層とが接するように加圧して貼り合わせることを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項９】
基材と、
前記基材上に形成された接合層とを有し、
前記接合層は、シロキサン結合と脱離基とを含む薄膜に活性化処理を施して前記脱離基を脱離させた接合膜を複数重ねて形成された接合基材を用い、
前記接合基材を含む接合体を少なくとも一つ含んだ吐出ヘッドを有することを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接合膜が形成された接合基材、接合基材の製造方法、その接合基材を用いた接合体の製造方法、およびそれらを用いた液滴吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から製品の各基材を接合させるのに、接着剤や固体接合が使用されてきた。例えば、インクジェットプリンタの吐出ヘッド（以下、「ヘッド」と略す。）の基材においても接着剤や固体接合が使用されている。
接着剤は、各基材の表面粗さを吸収して、異なる材質の基材どうしを接合させることが可能であるため、広く使用されてきた。低温で硬化する接着剤やＵＶ硬化型接着剤、あるいはＵＶを透過しない部材については接着剤のはみ出し分を利用してＵＶ硬化で仮固定して、熱硬化により本接合させる熱硬化・ＵＶ硬化併用型の接着剤などが提案されている（例えば、特許文献１）。
固体接合（陽極接合や直接接合）は、これら接着剤を用いずにヘッドの基材を接合させる方法である。例えば、Ｓｉ製の部材をＭＥＭＳ加工することにより、ヘッドの高密度化を図り、Ｓｉ部材同士を陽極接合させるものである（例えば、特許文献２）。
Ｓｉ表面に熱酸化膜でＳｉＯ2を形成し、さらにほう珪酸ガラス薄膜をスパッタリングでする。２つのＳｉ基材を２００Ｖ、４５０℃の陽極接合させることでインク室とノズルプレートが形成される。熱酸化膜（ＳｉＯ2）がＳｉ部材の全面を覆っているため、インクと接するインク室の側壁もインク溶液から保護される構造になっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０２２９号公報
【特許文献２】特開２００６−１７５７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＵＶ硬化型接着剤を用いる方法によれば、位置合わせ精度は向上するが、接着剤が薬品へ溶出するという課題が残る。固体接合によれば、接着剤の薬品への溶出を回避して、基材どうしを接合させることができる。しかしながら、接合させる基材はＳｉウエハのような表面粗さがほとんどないフラットな表面でなければ接合させることができない。基材の表面粗さが大きくて、表面に凹凸や段差が存在しているような場合は、接合させる基材どうしが接する接触面積はわずかなものとなってしまうため、接合強度や耐久性を確保するのはむずかしいという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］接合基材であって、基材と、前記基材上に形成された接合層とを有し、前記接合層は、シロキサン結合と脱離基とを含む薄膜に活性化処理を施して前記脱離基を脱離させた接合膜を複数重ねて形成されていることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、基材表面に形成された薄膜が活性化処理されることによって、脱離基とＳｉの結合が切断されて、薄膜から脱離基が脱離し、脱離基が存在していた部分に空孔ができる（以下、脱離基の脱離によって空孔となった部分を「空孔サイト」という）。この空孔サイトにＳｉの未結合手が生成されて、薄膜に接着性が発現し、薄膜が接合膜となる。また、これと同時に、脱離基が脱離することで、薄膜はＳｉ骨格中に分子レベルで空孔が多数存在する低密度の薄膜となり、その硬度が減少して薄膜に弾性が発現する。このような接合膜を複数積層するに際して、薄膜堆積と活性化処理を繰り返すことによって接合膜の積層構造を形成すると、最上層の接合膜（最後に積層した層）から最下層の接合膜（第１層目）までの接合層全域に渡って接着性と弾性を発現させることができる。よって、基材の表面粗さを接合層で吸収するのに十分な膜厚まで接合層を厚く形成することができる。これにより、基材の表面粗さに影響されることなく十分な接合面積を得ることが可能となり、強固な接合強度を実現可能な接合基材を提供することができる。
【０００８】
［適用例２］上記接合基材であって、前記活性化処理は、エネルギー線の照射を用いて行われていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、活性化処理がエネルギー線の照射によるため、基材表面に形成した薄膜を室温で短時間に接合膜とすることができる。これにより、接合工程の生産性を向上させることができる。
【００１０】
［適用例３］上記接合基材であって、前記接合膜はアルキル基を前記脱離基に含んでいることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、基材表面に形成したＳｉ骨格から成る薄膜からアルキル基を脱離させることで、薄膜を接合膜にすることができる。アルキル基とＳｉの結合エネルギーは、Ｓｉ−Ｏ結合のエネルギーよりも遥かに低いため、アルキル基は容易に脱離する。このため、アルキル基を薄膜から均一に脱離させることが可能となり、基材上に均一な接合膜を形成することができる。これにより、強固な接合強度を得ることができる。
【００１２】
［適用例４］上記接合基材であって、前記接合膜はポリオルガノシロキサンを主材料とすることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、アルキル基を含むＳｉ骨格から構成されるポリオルガノシロキサンの薄膜を形成することができるため、アルキル基を脱離させた接合膜はＳｉ−Ｏ結合によって構成される。酸化シリコンには耐薬品性があり、このようなＳｉ−Ｏ結合による薄膜を接合膜とすることにより、耐薬品性を有する接合膜を形成することが可能となる。これにより、インク溶剤等の薬液への接合層の溶出を回避することができる。
【００１４】
［適用例５］上記接合基材であって、前記接合膜は前記基材の全面を覆うように形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、耐薬品性を有する接合膜が基材の保護膜としても機能するようにすることができる。これにより、基材が直接、インク等の薬液に触れることを回避できるため、耐薬品性を有しない部材を基材に用いることが可能となる。
【００１６】
［適用例６］接合基材の製造方法であって、基材と、前記基材上に形成された接合層とを有し、前記接合層は、シロキサン結合と脱離基とを含む薄膜に活性化処理を施して前記脱離基を脱離させた接合膜を複数重ねて形成された接合基材の製造方法であって、前記接合膜を前記基材上に重ねて設け、前記接合層を形成することを特徴とする。
【００１７】
この方法によれば、基材表面に形成された薄膜が活性化処理されることによって、脱離基とＳｉの結合が切断されて、薄膜から脱離基が脱離し、脱離基が存在していたサイトに空孔ができる。こうして空孔サイトにＳｉの未結合手が生成されて、薄膜に接着性が発現し、薄膜は接合膜となる。またこれと同時に、脱離基が脱離することで、薄膜はＳｉ骨格中に分子レベルの空孔が多数存在する低密度の薄膜となり、その硬度が減少して薄膜に弾性が発現する。このような接合膜を複数積層するに際して、薄膜堆積と活性化処理を繰り返すことによって接合膜の積層構造を形成すると、最上層の接合膜（最後に積層した層）から最下層の接合膜（第１層目）までの接合層全域に渡って接着性と弾性を発現させることができる。よって、基材の表面粗さを接合層で吸収するのに十分な膜厚まで接合層を厚く形成することができる。これにより、基材の表面粗さに影響されることなく十分な接合面積を得ることが可能となり、強固な接合強度を実現可能な接合基材を提供することができる。
【００１８】
［適用例７］接合体の製造方法であって、基材と、前記基材上に形成された接合層とを有し、前記接合層は、シロキサン結合と脱離基とを含む薄膜に活性化処理を施して前記脱離基を脱離させた接合膜を複数重ねて形成された接合基材を用い、前記接合基材の前記接合層と、他方の接合基材の前記接合層とが接するように加圧して貼り合わせることを特徴とする。
【００１９】
この方法によれば、接合基材と被接合基材としての他方の接合基材との接合において、活性化処理によって接着性と弾性を発現した薄膜を接合層とすることができる。接合基材の接合層と他方の接合基材の接合層とを接するようにして加圧すると、それぞれの接合層が弾性を発現しているために弾性変形し、接合基材と他方の接合基材の表面粗さを吸収する緩衝層として機能する。これにより、接合基材と他方の接合基材との接合面積を広くとることができるために、強固な接合強度を有する接合体を形成することができる。
【００２０】
［適用例８］接合体の製造方法であって、シロキサン結合と脱離基とを含む薄膜に活性化処理を施して前記脱離基を脱離させた接合膜が、第１の基材上に複数重ねて設けられた第１の接合層を有する第１の接合基材と、前記接合膜が、第２の基材上に複数重ねて設けられた第２の接合層を有する第２の接合基材とを用い、前記第１の接合層と前記第２の接合層とが接するように加圧して貼り合わせることを特徴とする。
【００２１】
この方法によれば、第１の接合基材と第２の接合基材との接合において、活性化処理によって接着性と弾性を発現した第１の接合層と第２の接合層による接合とすることができる。第１の接合基材と第２の接合基材のそれぞれに接合層が形成されているため、一方の基材のみに接合層が形成されている場合よりも、接合膜に生成された未結合手の量は多くなり、接合強度はより強くなる。また、弾性を発現している接合層どうしが接するように加圧することで、これらの接合層は十分に弾性変形し、基材の表面粗さを接合層で吸収するのが容易となる。これにより、第１の接合基材と第２の接合基材との接合面積を広くとることができるために、強固な接合強度を有する接合体を形成することができる。
【００２２】
［適用例９］インクジェットヘッドを有する液滴吐出装置であって、基材と、前記基材上に形成された接合層とを有し、前記接合層は、シロキサン結合と脱離基とを含む薄膜に活性化処理を施して前記脱離基を脱離させた接合膜を複数重ねて形成された接合基材を用い、前記接合基材を含む接合体を少なくとも一つ含んだ吐出ヘッドを有することを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、接着性と弾性を発現した薄膜を接合層にした接合体を用いて吐出ヘッドを構成することができるため、吐出ヘッドの基材の表面粗さに影響されることなく、十分な接合面積を得ることが可能となる。これにより、強固な接合強度を有する接合体で吐出ヘッドを作製することができるため、吐出ヘッドの耐久性が向上する。また、接合体を形成するための接合工程においては、活性化処理が室温で短時間に行われる。これにより、従来のような熱プロセスがないので、接合させる基材どうしの熱膨張率の差による位置合わせのズレを抑制できるため、吐出ヘッドの位置合わせ精度が向上する。また、接合工程の生産時間も短縮することができるので、生産性が向上する。これらにより、高品位で耐久性に優れた液滴吐出装置を生産性よく提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
本発明にかかる接合基材の第１の実施形態を説明する。図１は、基材上にシロキサン結合と脱離基を含む接合膜を複数の層に形成した接合基材の断面図である。図１に示すように、接合基材１００は、基材１１０の一面１１４上に接合膜１２０，１３０，１４０が重ねられて３層構造に形成された接合層１５０を有している。基材１１０は、例えば液滴吐出装置としてのインクジェットヘッド（吐出ヘッドの一例）に使用されるノズルプレートを用いて形成された基板である。基材１１０の表面には、凹部１１１、凸部１１２、或いは段差部１１３などが存在しており、一般的に基材１１０の表面粗さ１１０ａといわれている。それぞれの接合膜１２０，１３０，１４０は、アルキル基を含むポリオルガノシロキサンを主材料とする薄膜（以下、「ＰＰＳｉ膜」という。）が活性化処理されることによって形成される。なお、接合膜１２０，１３０，１４０は、他面１１５などに形成されていてもよい。また、接合層１５０は、接合膜１２０，１３０，１４０で構成される３層構造に限定されるものではなく複数層の構成であればよい。
【００２５】
図２は基材１１０に形成したＰＰＳｉ膜の模式図である。図２に示すように、ＰＰＳｉ膜はＳｉ骨格２００を有する構造からなっており、Ｓｉ−Ｏ結合２１０にアルキル基（本実施形態ではメチル基２２０）が含まれた非晶質な薄膜である。メチル基２２０はＰＰＳｉ膜の全域に渡ってランダムに存在している。このようなＰＰＳｉ膜に活性化処理としてエネルギー線の一例のＵＶを照射すると、Ｓｉ−Ｏ結合２１０の結合エネルギーよりもメチル基２２０とＳｉの結合エネルギーの方が遥かに低いので、メチル基２２０はＳｉ骨格２００と容易に切断され、ＰＰＳｉ膜から脱離する。この過程により、メチル基２２０が脱離したサイトは空孔となり、未結合手が生成されるとともに、Ｓｉ骨格２００の密度が減少してＰＰＳｉ膜の硬度も減少する。このため、ＵＶ照射による活性化処理により、ＰＰＳｉ膜は接着性と弾性を発現して接合膜となる。図１に示した接合層１５０はこのような接合膜１２０，１３０，１４０を３層構造に形成したものである。
【００２６】
ここで、接合層の形成および接合体の形成について詳細に説明する。
（１）基材表面の清浄化
はじめに、基材とＰＰＳｉ膜の密着性を高めるために、プラズマ処理またはＵＶ照射処理によって、基材表面を清浄化する（図示せず）。プラズマ処理とＵＶ照射処理の条件は以下のとおりである。
プラズマ処理（Ｏ2、Ｎ2等）。
ＵＶ照射処理（波長１５０ｎｍ〜３００ｎｍ、１ｍｉｎ程度）。
【００２７】
（２）接合膜の形成
ＰＰＳｉ膜を基材上に３層構造に形成するプロセスを図３（ａ）〜（ｄ）、及び図４（ｅ）〜（ｉ）を用いて説明する。（１）で述べた基材３１０の表面である一面３１１の清浄化をした後に、プラズマＣＶＤ法等の薄膜製造装置を用いて１層目のＰＰＳｉ膜３２０を基材３１０の一面３１１上に２００ｎｍ程度の膜厚で形成する（図３（ａ））。ＰＰＳｉ膜３２０の形成方法（薄膜堆積方法）には、プラズマ重合法、気相成膜法、液層成膜法等が挙げられるが、好ましくはプラズマＣＶＤ装置を用いたプラズマ重合法である。図５はプラズマＣＶＤ装置の一例である。プラズマＣＶＤ装置４００はチャンバー４１０内にキャリアガス４３０と原料ガス４３１を導入できるような構成になっている。チャンバー４１０内には平行平板型の２枚の電極（上部電極４１１、下部電極４１２）が設けられている。上部電極４１１には交流電源４２１とマッチングボックスが接続されている。なお、下部電極４１２には内蔵したヒータ４１３により基材３１０の加熱もできるようになっている。（１）で述べた基材表面の清浄化をプラズマ処理で実施する際に、８０℃程度に加熱するために使用する。なお、ＰＰＳｉ膜３２０の形成における基板温度は加熱、冷却は行わず常温で行う。
【００２８】
ＰＰＳｉ膜３２０を形成する基材３１０を下部電極４１２上に設置し、チャンバー４１０内を真空に保つ。キャリアガス４３０（例えば、Ａｒガス）をチャンバー４１０内に導入し、続いてオクタメチルトリシロキサンを気化装置４３２によって気化させて原料ガス４３１としてチャンバー内に導入する。この状態で平行平板電極間に交流電圧を印加してプラズマ４６０を発生させ、原料ガス４３１として導入したオクタメチルトリシロキサンを基材３１０上に形成する。この工程が図３（ａ）に示す１層目のＰＰＳｉ膜の形成工程であり、基材３１０の一面３１１上にＰＰＳｉ膜３２０が形成される。
【００２９】
次に、基材上に形成したＰＰＳｉ膜３２０を活性化処理する。図３（ｂ）に示す活性化処理の方法としては、エネルギー線の照射、加熱、プラズマ処理する方法等が挙げられる。エネルギー線の照射方法としては、ＵＶ（紫外線）、レーザ、Ｘ線、電子線、イオンビーム等が挙げられる。これらの中で、活性化処理の方法としては、ＵＶ照射による活性化処理が好ましい。ＵＶ照射は、ＰＰＳｉ膜３２０に、脱離基を脱離させるに十分なエネルギーを室温にて短時間で付与できる。基材３１０上に形成したＰＰＳｉ膜３２０は図２で示したようなＳｉ骨格２００で構成されている。ＰＰＳｉ膜３２０にＵＶを照射すると（図３（ｂ））、メチル基２２０がＳｉ骨格２００から脱離して、空孔が形成されることにより、ＰＰＳｉ膜３２０は接着性と弾性を発現した接合膜３２０ａとなる（図３（ｃ））。このようにして、接合膜３２０ａの１層目が形成される。成膜条件、ＵＶ照射条件は以下のとおりである。これらの条件は２００ｎｍ程度のＰＰＳｉ膜の形成、活性化処理の例である。
＜ＰＰＳｉ膜：プラズマ重合法（もしくは気相成膜法、液相成膜法）＞
真空：１．３×１０2〜１．３×１０-2 Ｐａ。
キャリアガス：Ａｒ   １ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ。
原料：オクタメチルトリシロキサン。
原料ガス：オクタメチルトリシロキサン   １０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ。
周波数：１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ、パワー：０．１Ｗ／ｃｍ2〜１Ｗ／ｃｍ2。
成膜時間：５ｍｉｎ程度（膜厚２００ｎｍ程度）。
ＵＶ照射：波長１５０ｎｍ〜３００ｎｍ、照射時間：１ｍｉｎ程度。
【００３０】
ＵＶ照射に用いるＵＶランプは波長が１５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度の紫外線が好ましい。ＵＶ照射光量は１ｍＷ／ｃｍ2〜１Ｗ／ｃｍ2程度であるのが好ましい。ＵＶ照射時間は０．５ｍｉｎ〜３０ｍｉｎ程度が好ましい。ＵＶの照射光量、照射時間は、ＰＰＳｉ膜の膜厚に対して、ＵＶ照射が膜厚の全領域に渡って照射されて、ＰＰＳｉ膜の全体が活性化処理されて、接着性及び弾性が発現するのに十分な照射光量、照射時間であればよい。
【００３１】
次に、２層目の接合膜を形成する。図３（ｄ）、及び図４（ｅ）〜（ｆ）は、２層目のＰＰＳｉ膜３３０の形成、ＵＶ照射、接合膜３３０ａの形成を示している。図３（ｄ）に示すように、２層目のＰＰＳｉ膜３３０を、プラズマＣＶＤ法等の薄膜形成方法を用い、接合膜３２０ａ上に形成する。形成された２層目のＰＰＳｉ膜３３０に活性化処理としてＵＶ（紫外線）の照射を行い（図４（ｅ））、接合膜３３０ａを形成する（図４（ｆ））。接合膜３３０ａは前述の接合膜３２０ａと同様に接着性と弾性を発現している。図４（ｇ）〜図４（ｉ）は、３層目のＰＰＳｉ膜３４０の形成、ＵＶ照射、接合膜３４０ａの形成を示している。３層目も同様に、ＰＰＳｉ膜３４０を接合膜３３０ａ上に形成し（図４（ｇ））、これにＵＶ照射による活性化処理をして（図４（ｈ））、接合膜３４０ａを形成する（図４（ｉ））。接合膜３４０ａは前述の接合膜３２０ａ，３３０ａと同様に、接着性と弾性を発現している。このようにして、接合膜３２０ａ，３３０ａ，３４０ａから構成される３層構造の接合層３５０を形成する。接合層３５０は、３層構造に限定されるものでなく複数層の構成であればよい。接合層３５０は、基材の表面粗さを接合層で吸収させるに十分な膜厚となるように、２００ｎｍ程度の膜厚の接合膜を積層して形成されてあればよい。
【００３２】
ＰＰＳｉ膜の膜厚は１ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が好ましいが、多層構造を形成するので、各層の膜厚は活性化処理がＰＰＳｉ膜の全域に渡って施され、接着性と弾性を発現させることが可能な膜厚であればよい。各層の膜厚を２００ｎｍ程度とし、ＰＰＳｉ膜を複数の層とした総膜厚が基材の表面粗さを吸収するのに十分な膜厚であればよい。例えば、基材の平均表面粗さが３００ｎｍ程度であれば、ＰＰＳｉ膜の各層を２００ｎｍ程度とした３層構造にして、総膜厚（接合層１５０の膜厚）が６００ｎｍ程度の接合基材を形成する。
【００３３】
（３）接合体の形成
図６は接合基材と他方の被接合基材を貼り合わせる前後の模式図である。図６（ａ）は貼り合わせ前、図６（ｂ）は貼り合わせ後である。前述の（２）接合層の形成で述べた方法により、基材５１０上に接合膜５２０〜接合膜５４０を積層して接合層５５０が形成された接合基材５０１と他方の被接合基材５６０とを、接合層５５０が他方の被接合基材５６０と接するように重ね合わせ、これらを室温で加圧して貼り合わせる。本実施形態は、例えば、接合基材５０１はインクジェットヘッドに使用されるノズルプレートで、他方の被接合基材５６０はインクジェットヘッドに使用されるキャビティである。図６（ａ）のように接合層５５０が形成されている接合基材５０１と他方の被接合基材５６０を室温で加圧して接合させると、接合基材５０１に形成した接合層５５０は活性化処理によって弾性を発現しているため、弾性変形する。このため、図６（ｂ）のように接合基材５０１と他方の被接合基材５６０の双方に存在する表面粗さを接合層５５０によって吸収することができ、接合面積を広くとることが可能となる。こうして形成した接合基材５０１と他方の被接合基材５６０から成る接合体５７０の接合強度は５０ｋｇｆ／ｃｍ2〜１００ｋｇｆ／ｃｍ2程度である。
【００３４】
このように基材５１０と他の被接合基材５６０の表面粗さを吸収して強固な接合体５７０を形成できるのは、ＰＰＳｉ膜からなる接合膜５２０，５３０，５４０を基材上に複数の層で形成したことによるものである。ＰＰＳｉを単層膜にした１層のみの接合層では基材の表面粗さを吸収するのは困難である。例えば、単層膜で６００ｎｍのＰＰＳｉ膜を形成することは可能であるが、膜厚が６００ｎｍのＰＰＳｉ膜にＵＶ照射による活性化処理を行うと、ＵＶ照射量はＰＰＳｉ膜の表面から基材との界面にかけて減衰していくため、メチル基の脱離量はＰＰＳｉ膜の表面では多いが、基材との界面付近では非常に少なくなる。この結果、接着性と弾性の発現は、ＰＰＳｉ膜表面と基材界面付近とでは大きな差異が生じることとなる。接合させる２つの基材の表面粗さを接合膜で吸収させるには、接合膜と基材との界面までの接合層の全域に渡って弾性が発現されていなければならない。表面が極めて平坦な基材、例えばＳｉウエハから成る基材では、基材の表面粗さが数ｎｍ程度であるため、ＰＰＳｉ膜の膜厚が２００ｎｍ程度の単層膜であっても表面粗さを吸収することができる。しかし、一般の基材、例えば、ノルプレートや振動板のような基材においては、少なくとも数１００ｎｍ程度の表面粗さが存在していることが通常であるため、単層膜で基材の表面粗さを吸収することは困難である。これに対して、本実施形態で示したように、２００ｎｍ程度のＰＰＳｉ膜を形成し、これに活性化処理を施して接合膜を形成する工程を繰り返し、このような接合膜を複数の層にした接合層５５０を形成すれば、総膜厚を例えば６００ｎｍ程度まで厚くしても、最上層の接合膜５４０（最後に積層した層）から最下層の接合膜５２０（１層目）までの接合層５５０の全域に渡って接着性と弾性を発現させることが可能となる。したがって、基材の表面粗さに影響されることなく十分な接合面積を得ることが可能となり、強固な接合体５７０を形成することができる。
【００３５】
また、接合基材５０１と他方の被接合基材５６０の材質が異なる場合、高温で接合させると、これらの熱膨張係数の差により、接合基材５０１と他方の被接合基材５６０とのアライメントにズレが生じる。しかし、本実施形態では室温で接合が可能であるため、熱膨張による位置合わせのズレを抑制し、位置合わせ精度を向上させることができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
本発明にかかる接合基材の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態として、ＰＰＳｉ膜からなる接合膜を複数積層して形成した接合基材どうしを貼り合わせて接合体を形成する一形態を示す。図７は接合基材どうしを貼り合わせて形成された接合体の貼り合わせ前後の模式図である。図７（ａ）は貼り合わせ前で、（ｂ）は貼り合わせ後である。（ａ）に示すように、第１の接合基材６０１には、第１の基材６１０に積層された接合膜６１１，６１２，６１３により第１の接合層６２０が形成されている。第２の接合基材６０２には、第２の基材６３０に積層された接合膜６３１，６３２，６３３により第２の接合層６４０が形成されている。例えば、ノズルプレートとキャビティを貼り合せる場合は、第１の基材６１０がノズルプレート、第２の基材６３０がキャビティである。
【００３７】
第１の基材６１０の接合膜６１１，６１２，６１３と第２の基材６３０の接合膜６３１，６３２，６３３は第１の実施形態で述べた接合層の形成方法と同様の方法で形成する。第１の実施形態では、一方の基材はＰＰＳｉ膜からなる接合層が形成された接合基材と接合層が形成されていない他方の被接合基材との貼り合わせによる接合体であるが、本実施形態では、２つの基材のそれぞれに接合層が形成された接合基材どうしの貼り合わせによる接合体である。
【００３８】
第１の基材６１０に形成した第１の接合層６２０と第２の基材６３０に形成した第２の接合層６４０が互いに接するように重ね合わせて位置合わせ調整をした後に、加圧すると、これらの第１の接合層６２０、第２の接合層６４０の弾性を利用して基材６１０と基材６３０の表面粗さを吸収することができる。接合基材６０１，６０２どうしを加圧接合させると、図７（ｂ）に示すように、２つの接合基材６０１，６０２のそれぞれの面に弾性を発現したＰＰＳｉ膜が形成されているために、これらの第１の接合層６２０、第２の接合層６４０は容易に弾性変形し、接合界面６５０は図の実線で示したように、２つの接合基材６０１，６０２の表面粗さの中間線を描くような曲面を形成して接合面積を広くとることができる。また、それぞれの第１の接合層６２０、第２の接合層６４０に未結合手が存在しているため、接合に寄与する未結合手の生成量は一方の基材のみにしか接合層がない場合（第１の実施形態）よりも２倍程度多くなる。これにより、より強固な接合強度を有する接合体６７０を形成することが可能となる。
【００３９】
（第３の実施形態）
本発明にかかる接合基材の第３の実施形態を説明する。第３の実施形態として、ＰＰＳｉ膜の複数の層からなる接合膜が基材の全面を覆うように形成された接合基材どうしを貼り合わせて接合体を形成する一形態を示す。図８はＰＰＳｉ膜からなる接合膜が基材の全面を覆うように形成された接合基材どうしを貼り合わせて形成された接合体の貼り合わせ前後の模式図である。図８（ａ）は貼り合わせ前で、図８（ｂ）は貼り合わせ後である。図８（ａ）に示すように、第１の接合基材７０１には、第１の基材７１０に積層された接合膜７１１，７１２，７１３により第１の接合層７２０が形成されている。第１の接合層７２０は、第１の基材７１０を覆うように、表面７１４、側面７１５、裏面７１６のすべての面上に形成されている。第２の接合基材７０２には、第２の基材７３０に積層された接合膜７３１，７３２，７３３により第２の接合層７４０が形成されている。第２の接合層７４０も、第２の基材７３０を覆うように、表面７３４、側面７３５、裏面７３６のすべての面上に形成されている。なお、第１の基材７１０、第２の基材７３０の表面粗さは、それぞれの基材７１０，７３０の表面７１４，７３４のみに図示し、裏面７１６，７３６には図示していない。
【００４０】
ここで、接合層が基材の全面を覆うような接合基材７０１，７０２の形成方法を図５を用いて説明する。図５に示すプラズマ重合法等により基材３１０にＰＰＳｉ膜を形成する。基材３１０をチャンバー４１０の下部電極４１２に接するように設置して成膜すると、ＰＰＳｉ膜はプラズマ４６０の雰囲気に曝されている基材３１０の表面のみに堆積するが、図５の例で示しているように支持ピン４１４を介して基材３１０を設置して成膜すると、基材３１０の全面（表面、裏面、側面）がプラズマ４６０の雰囲気に曝されるため、ＰＰＳｉ膜は基材３１０の全面を覆うように形成される。ＰＰＳｉ膜の活性化処理、複数の層の形成方法は、前述の第１の実施形態で述べた方法と同様である。
【００４１】
このようにして形成された第１の接合基材７０１と第２の接合基材７０２を、第１の接合層７２０の表面７１４と、第２の接合層７４０の表面７３４とが互いに接するように重ね合わせて位置合わせ調整した後に、第１の基材７１０の裏面７１６側および第２の基材７３０の裏面７３６側から加圧する。このように加圧すると、両基材の接合層７２０，７４０は接着性と弾性を発現しているため、図８（ｂ）に示すように、第１の接合層７２０の表面７１４上の部分と第２の接合層７４０の表面７３４上の部分は容易に弾性変形し、接合界面７５０は図８（ｂ）の実線で示したように、それぞれの基材７１０，７３０の表面粗さのほぼ中間線を描くような曲面を形成して接合面積を広くとることができるため、強固な接合強度を有する接合体７７０を形成することができる。
【００４２】
また、接合層７２０，７４０はそれぞれの基材７１０，７３０を覆うように形成されているため、これらの基材からなる接合体７７０が薬液と直接接する箇所に使用される場合、接合層７２０，７４０は耐薬液の保護膜としても機能する。例えば、第１の基材７１０はキャビティ、第２の基材７３０は振動板とすると、接合層７２０，７４０がキャビティと振動板を覆うように形成されているため、インク等の溶剤がキャビティや振動板に直接接しない構造にできる。従来は耐薬液性を確保するために、基材を耐薬液性を有する材質にしたり、別途、基材上に保護膜を形成する等の手段が講じられていたが、本実施形態によれば、基材の材質によらず、ＰＰＳｉ膜が接合膜及び耐薬液性の保護膜としての機能を兼ねる効果を奏する。
【００４３】
以下に実施例として、吐出ヘッドの一例としてのインクジェットヘッドに適用した例を示す。
【実施例１】
【００４４】
図９に本実施例１としてのインクジェットヘッドの構成を模式的に示す。インクジェットヘッド８００は、ケースヘッド８１０、圧電素子８２０、振動板８３０、キャビティ８４０、ノズルプレート８５０の各基材から構成されている。また、振動板８３０は、ＳＵＳプレート８３１と樹脂膜８３２（例えば、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド））とが重ねられて構成されている。そして、これら構成要素の各基材は、それぞれが接合されてインクジェットヘッド８００となっている。すなわち、ケースヘッド８１０と振動板８３０の間、圧電素子８２０と振動板８３０の間、ＳＵＳプレート８３１と樹脂膜８３２との間（この２つが接合されて振動板８３０が構成される）、振動板８３０とキャビティ８４０との間、キャビティ８４０とノズルプレート８５０との間が接合されている。このインクジェットヘッド８００において、インクは、ケースヘッド８１０の上方からインクジェットヘッド８００内に入り、振動板８３０を通って、キャビティ８４０内に貯められる。インクジェットヘッド８００は、圧電素子８２０の変位振動によりキャビティ８４０内の圧力を変化させて、キャビティ８４０内に貯められたインクをノズル孔８５１を経由して紙等のメディアに吐出する。
【００４５】
本実施例１は、図６を用いて説明したＰＰＳｉ膜を形成した接合基材と他方の被接合基材からなる接合体５７０を用いたインクジェットヘッド８００である。図９に示すように、ノズルプレート８５０上にそれぞれに活性化処理を施した複数のＰＰＳｉ膜からなる接合層８５２を形成し、同様に振動板８３０の表裏面上にもそれぞれに活性化処理を施した複数のＰＰＳｉ膜からなる接合層８４１，８３３を形成して、それぞれを接合基材とする。なお、振動板８３０を構成するＳＵＳプレート８３１と樹脂膜８３２との接合も、ＳＵＳプレート８３１上に形成され活性化処理を施した複数のＰＰＳｉ膜からなる接合層８３４によって行われている。接合基材であるノズルプレート８５０、振動板８３０と、他方の被接合基材としてのケースヘッド８１０、圧電素子８２０、キャビティ８４０を接合させてインクジェットヘッド８００を構成する。
【００４６】
それぞれの接合層８３３，８３４，８４１，８５２の形成方法、接合体の形成方法は第１の実施形態で述べた方法と同様である。基材表面の清浄化は、プラズマ処理やＵＶ照射処理で行う。樹脂膜８３２の表面の清浄化はプラズマ処理法で行うのが好ましい。樹脂膜８３２の表面の清浄化は、ＰＰＳ表面の清浄化になるため、ＵＶ照射処理で表面清浄化を行うと、樹脂成分が分解するが、プラズマ処理法では樹脂成分が分解しないためである。  また、ノズルプレート８５０や振動板８３０とキャビティ８４０の接合において、高い位置合わせ精度を要求されることがなく、むしろより強固な接合強度のみを要求される場合には、加圧する際に、加熱またはＵＶ照射を付加することでさらに強固に接合させることもできる。以下に接着工程の条件を示す。
加圧：１ＭＰａ〜５ＭＰａ、１０ｓｅｃ〜３０ｍｉｎ。
加熱：２５℃〜１００℃、１ｍｉｎ〜３０ｍｉｎ。
ＵＶ照射：波長１５０ｎｍ〜３００ｎｍ、１ｍｉｎ程度。
【００４７】
こうして形成したノズルプレート８５０とキャビティ８４０の接合強度は５０ｋｇｆ／ｃｍ2〜１００ｋｇｆ／ｃｍ2程度である。振動板８３０とキャビティ８４０の接合強度も同程度である。本実施例１によれば、ノズルプレート８５０、キャビティ８４０、振動板８３０の表面粗さを接合層８３３，８３４，８４１，８５２で吸収した強固な接合体を得ることができる。また、本実施例１では、インクジェットヘッドの接着工程おいて、接着剤を用いる方法や固体接合法のように熱プロセスを用いる必要がないため、室温での接合が可能である。これにより、熱プロセスに起因する位置合わせのズレを抑制することができる。さらに、従来の接着剤を使用した接着工程では、位置合わせ調整、仮固定、本硬化時間等を合わせて数時間〜数１０時間程度の長時間を必要としていたが、本実施例１のようにすれば短時間での接合が可能となり、生産性が大きく向上する。また、接合基材としてのノズルプレート８５０、振動板８３０と被接合基材としてのキャビティ８４０を一括して加圧接合させることも可能である。このようにすれば、より一層の生産性向上となる。
【実施例２】
【００４８】
本実施例２は、図７を用いて説明したＰＰＳｉ膜を形成した接合基材どうしからなる接合体６７０を用いたインクジェットヘッドである。ヘッドの構成要素は実施例１と同様に、ケースヘッド８１０、圧電素子８２０、振動板８３０、キャビティ８４０、ノズルプレート８５０の各基材から構成されているが、キャビティ８４０も接合基材としている点が実施例１の構成と異なる。図９において、ノズルプレート８５０、キャビティ８４０、振動板８３０のそれぞれに複数の活性化処理を施したＰＰＳｉ膜からなる接合層を形成し、それぞれを接合基材とする。例えば、接合層８５２は、ノズルプレート８５０に形成された接合層（図示せず）とキャビティ８４０に形成された接合層（図示せず）が貼り合わされて接合層８５２となっている。図７における、第１の基材６１０が図９のノズルプレート８５０であり、同じく第２の基材６３０がキャビティ８４０に該当する。これらの基材に形成した第１の接合層６２０と第２の接合層６４０が互いに接するように重ね合わせて加圧接合すると、これらの第１の接合層６２０、第２の接合層６４０の弾性を利用して第１の基材６１０と第２の基材６３０の表面粗さを吸収して接合することができる。なお、接合層８３３，８３４，８４１，８５２の形成方法、接合体の形成方法は第２の実施形態で述べた方法と同様である。
【００４９】
本実施例２によれば、２つの基材それぞれの接合層に未結合手が存在しているため、接合に寄与する未結合手の生成量は一方の基材のみにしか接合層がない場合よりも２倍程度多くなる。これにより、ノズルプレート８５０とキャビティ８４０、あるいは振動板８３０とキャビティ８４０を、より強固な接合強度で接合させることができる。このようにインクジェットヘッド８００を構成する各基材をより強固に接合することが可能となるため、インクジェットヘッド８００の耐久性が向上する。
【実施例３】
【００５０】
図１０に本実施例３のインクジェットヘッドの構成を模式的に示す。インクジェットヘッド９００はケースヘッド９１０、圧電素子９２０、振動板９３０、キャビティ９４０、ノズルプレート９５０の各基材から構成されている。そして、これら構成要素の各基材は、それぞれが接合されてインクジェットヘッド９００となっている。すなわち、ケースヘッド９１０と振動板９３０の間、圧電素子９２０と振動板９３０の間、振動板９３０とキャビティ９４０との間、キャビティ９４０とノズルプレート９５０との間が接合されている。
【００５１】
本実施例３は、振動板９３０とキャビティ９４０を、図８を用いて説明した接合膜が基材の全面を覆うように形成した接合基材どうしの接合体７７０としたインクジェットヘッド９００である。図１０に示すように、振動板９３０上にそれぞれ活性化処理を施した複数のＰＰＳｉ膜からなる接合層９３１が振動板９３０の全面を覆うように形成し、同様にキャビティ９４０上にもそれぞれ活性化処理を施した複数のＰＰＳｉ膜からなる接合層９４１がキャビティ９４０の全面を覆うように形成する。ノズルプレート９５０には撥水性の薄膜がコートされている（図示せず）。インクジェットヘッド９００において、インクは、ケースヘッド９１０を通って、キャビティ９４０内に入り、ノズルプレート９５０のノズル孔９５１から吐出されるような経路をたどる。接合層９３１，９４１は、それぞれ振動板９３０、キャビティ９４０の全面を覆うように形成されているため、振動板９３０とキャビティ９４０がインクと直接接していない構造となっている。なお、接合層９３１，９４１の形成方法、接合体の形成方法は第３の実施形態で述べた方法と同様である。
【００５２】
このようにして形成されたインクジェットヘッドにおいて、振動板９３０に形成した接合層９３１と、キャビティ９４０に形成した接合層９４１は接合膜として機能するだけではなく、振動板９３０、キャビティ９４０の耐薬液への保護膜としても機能する。このため、従来はヘッドの耐薬液性を確保するために、キャビティ等の基材を耐薬液性を有する材質にしたり、基材上に酸化シリコン等の保護膜を形成する等の手段が講じられていたが、本実施例３によれば、ヘッドに使用される基材の材質によらず、ＰＰＳｉ膜が接合膜及びインク等の薬液保護膜としての機能を兼ねる効果を奏する。このような接合体で構成されたインクジェットヘッド９００を用いれば、高品位で耐久性に優れた液滴吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ＰＰＳｉ膜を複数積層して形成した接合基材の断面図。
【図２】Ｓｉ骨格を有するＰＰＳｉ膜の構造を示す模式図。
【図３】基材上にＰＰＳｉ膜を複数積層する形成方法を示し、（ａ）〜（ｄ）は各工程における基材の断面図。
【図４】基材上にＰＰＳｉ膜を複数積層する形成方法を示し、（ｅ）〜（ｉ）は各工程における基材の断面図。
【図５】プラズマＣＶＤ装置の模式図。
【図６】第１の実施形態の接合体を模式的に示し、（ａ）は、貼り合わせ前の断面図、（ｂ）は、貼り合わせ後の断面図。
【図７】第２の実施形態の接合体を模式的に示し、（ａ）は、貼り合わせ前の断面図、（ｂ）は、貼り合わせ後の断面図。
【図８】第３の実施形態の接合体を模式的に示し、（ａ）は、貼り合わせ前の断面図、（ｂ）は、貼り合わせ後の断面図。
【図９】実施例１及び実施例２のインクジェットヘッドの構成を示す構造模式図。
【図１０】実施例３のインクジェットヘッドの構成を示す構造模式図。
【符号の説明】
【００５４】
１００…接合基材、１１０，３１０，５１０，５６０…基材、１１０ａ…表面粗さ、１１１…凹部、１１２…凸部、１１３…段差部、１１４，３１１…一面、１１５…他面、１２０，１３０，１４０，３２０ａ，３３０ａ，３４０ａ，５２０，５３０，５４０，６１１，６１２，６１３，６３１，６３２，６３３，７１１，７１２，７１３，７３１，７３２，７３３…接合膜、１５０，３５０，５５０，８３３，８３４，８４１，８５２，９３１，９４１…接合層、２００…Ｓｉ骨格、２１０…Ｓｉ−Ｏ結合、２２０…メチル基、３２０，３３０，３４０…薄膜（ＰＰＳｉ膜）、４００…プラズマＣＶＤ装置、４１０…チャンバー、４１１…上部電極、４１２…下部電極、４１３…ヒータ、４１４…支持ピン、４２１…交流電源、４３０…キャリアガス、４３１…原料ガス、４３２…気化装置、６０１，７０１…第１の接合基材、６０２，７０２…第２の接合基材、６１０，７１０…第１の基材、６２０，７２０…第１の接合層、６３０，７３０…第２の基材、６４０，７４０…第２の接合層、６５０，７５０…接合界面、７１４…表面、７１５…側面、７１６…裏面、７３４…表面、７３５…側面、７３６…裏面、８００，９００…インクジェットヘッド、８１０，９１０…ケースヘッド、８２０，９２０…圧電素子、８３０，９３０…振動板、８３１…ＳＵＳプレート、８３２…樹脂膜、８４０，９４０…キャビティ、８５０，９５０…ノズルプレート、８５１，９５１…ノズル孔。
【図１】
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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２】
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