プラズマ装置、重合膜生成および表面改質の方法、ノズルプレート、インクジェットヘッド、インクジェットプリンター
【課題】簡便な電位制御により、ノズルプレート等の被処理物に対しそれぞれに適した重合膜の生成および重合膜の表面改質が容易に行なえる、プラズマ装置を提供する。
【解決手段】プラズマ装置３０は、内部の圧力およびガス雰囲気を調整可能なチャンバー３１と、電力を供給する高周波電源３４と、チャンバー３１内に設けられ、高周波電源３４に接続された高周波電極３３およびアース３８に接続されノズルプレート２０を載置するための接地電極３６を有する放電電極と、を備え、アース３８と接地電極３６との間に、可変コイル４０ａおよび可変コンデンサー４０ｂを有する電位制御部４０をさらに備えていること、を特徴とする。
【解決手段】プラズマ装置３０は、内部の圧力およびガス雰囲気を調整可能なチャンバー３１と、電力を供給する高周波電源３４と、チャンバー３１内に設けられ、高周波電源３４に接続された高周波電極３３およびアース３８に接続されノズルプレート２０を載置するための接地電極３６を有する放電電極と、を備え、アース３８と接地電極３６との間に、可変コイル４０ａおよび可変コンデンサー４０ｂを有する電位制御部４０をさらに備えていること、を特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ装置と、該プラズマ装置を用いて重合膜形成および重合膜の表面改質をする方法と、該重合膜形成および該表面改質がなされたノズルプレートと、該ノズルプレートを有するインクジェットヘッドおよびインクジェットプリンターと、に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェットプリンター（液体吐出装置）において、インクの液滴を吐出するためのノズルが設けられているノズルプレートは、撥水性および撥油性を有している。このようなノズルプレートは、例えば、ノズルプレートの表面に、シリコーンをアルゴンプラズマにより重合反応させて成膜し、さらに膜表面をプラズマまたは紫外線等に曝して改質した重合膜と、この重合膜の改質された表面に生成され、撥水性および撥油性を有する金属アルコキシドの分子膜と、を有している。この場合、重合膜の表面は改質されているため、分子膜との親和性の向上が図られている。これにより、ノズルを含むノズルプレートには、インクの付着を防止する機能が備わっており、インクジェットプリンターは、常に、液滴の吐出を良好に維持することが可能である。そして、この場合、ノズルプレートへの重合膜の生成と重合膜の表面改質とは、プラズマ装置を用いて行なうことが可能である（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５１９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、プラズマ装置を用いた、重合膜の生成と重合膜の表面改質とでは、プラズマ装置で印加する電位等の処理条件が異なっている。そのため、従来の技術では、一例として、ノズルプレートを載置するチャンバーの他にプラズマを発生させるチャンバーを設けたプラズマ装置による、いわゆるリモートプラズマ方式が用いられている。この方式では、プラズマ発生源からノズルプレートまで距離があるため、均一な成膜および改質の処理をすることが困難であることに加え、成膜用および改質用の電源がそれぞれ必要である。また、直流電源によって、成膜用および改質用の電位をそれぞれ調整する方式も用いられているが、直流電源とプラズマ用電源が必要である。このように、従来の技術においては、複雑な電源構成を要する、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、上記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、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係るプラズマ装置は、内部の圧力およびガス雰囲気を調整可能なチャンバーと、電力を供給する高周波電源と、前記チャンバー内に設けられ、前記高周波電源に接続された第１電極およびアースに接続された第２電極を有し、前記第１電極または前記第２電極のいずれかに被処理物を載置可能な放電電極と、を備え、前記アースと前記第２電極との間に電位制御部をさらに備えていること、を特徴とする。
【０００７】
このプラズマ装置によれば、アースと第２電極との間に電位制御部を備えていて、この電位制御部の作用により、プラズマ装置における第２電極の電位は、マイナスまたはプラスのいずれの側へも自在に制御することが可能である。プラズマ装置が電位制御部を備えていなければ、そのプラズマ装置における第２電極の電位は、ゼロである。つまり、電位制御部を備えたプラズマ装置は、被処理物へ、例えば種々の機能膜等を生成したり、表面の改質等の処理をする場合、第１電極または第２電極へ載置された被処理物に対し、それぞれの処理に最適なプラズマ状態を発生させることが可能である。また、電位制御部は、プラズマ発生のための電位の制御を、容易に行うことが可能である。そのため、プラズマ装置は、高品質の成膜や改質等を効率的に行なうことができ、これら処理を、チャンバー内で、連続して行なうことも可能である。このように、電位制御部を備えたプラズマ装置は、複雑な電源構成を要することなく、被処理物への各種処理に対応することが可能である。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に係るプラズマ装置において、前記電位制御部は、可変コイルおよび可変コンデンサーを有することが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、電位制御部は、可変コイルおよび可変コンデンサーを有する簡便な構成であるが、被処理物への各種処理に対応して、第２電極の電位を適切に制御することが可能である。即ち、可変コイルおよび可変コンデンサーの値を選定することにより、第２電極の電位を任意に設定することが可能である。これにより、プラズマ装置は、各種処理に適したプラズマを発生させるための電位の制御を、より一層容易に行うことが可能である。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に係るプラズマ装置において、前記電位制御部は、前記第２電極の電位を制御して、前記チャンバー内に載置された前記被処理物の表面に重合膜を生成する成膜処理と、前記第２電極の電位を前記成膜処理の場合とは異なる制御をして、前記重合膜の表面を改質する表面改質処理と、をするための制御を少なくとも行なうことが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、プラズマ装置は、被処理物に対して、例えば撥液性や潤滑性や接着性等の機能性を付与するために、機能性を有する重合膜を生成する成膜処理と重合膜の表面改質処理とを、最適なプラズマによる処理によって容易に行なえる。ここで、プラズマ装置における成膜処理と表面改質処理とでは、最適な処理をするためのプラズマを発生させるために、第２電極に印加する電位がそれぞれ異なる。電位制御部は、第２電極にこれら異なる電位を印加するように、それぞれに適した制御をするためのものである。電位制御部により第２電極の電位を容易に制御可能であることにより、被処理物を載置する放電電極側の電位をマイナスにして、プラズマのプラスイオンを該電極側に引き寄せるようにすれば、効率的な成膜処理および表面改質処理が可能である。この場合、該電極側へ強く引き寄せられたプラスイオンの衝突で、重合膜や活性化した表面に、ダメージが発生することも考えられるが、電位制御部による制御により、効率的な成膜処理および表面改質処理とダメージ回避とが両立する電位を、適切に選択することが可能である。さらに、被処理物を載置する放電電極側の電位をプラスにすれば、電気的に中性な、いわゆるラジカルだけが被処理物等に作用するようにして、ダメージを回避することも可能である。このように、電位制御部を備えたプラズマ装置は、成膜処理および表面改質処理に適したプラズマを発生させるために、第２電極の電位を最適に制御することが可能である。
【００１２】
［適用例４］本適用例に係る重合膜生成および表面改質の方法は、内部の圧力およびガス雰囲気を調整可能なチャンバーと、電力を供給する高周波電源と、前記チャンバー内に設けられ、前記高周波電源に接続された第１電極およびアースに接続された第２電極を有する放電電極と、前記アースと前記第２電極との間に設けられた電位制御部と、を備えたプラズマ装置を用い、前記プラズマ装置の前記第１電極または前記第２電極へ被処理物を載置する載置ステップと、前記電位制御部により、前記第２電極の電位を制御して、前記チャンバー内に載置された前記被処理物の表面へ重合膜を生成する成膜処理ステップと、前記電位制御部により、前記第２電極の電位を前記成膜処理ステップとは異なる制御をして、前記重合膜の表面を改質する表面改質処理ステップと、を有していること、を特徴とする。
【００１３】
この重合膜生成および表面改質の方法によれば、アースと第２電極との間に電位制御部を備えたプラズマ装置を用いることにより、電位制御部は、プラズマ装置における第２電極の電位をマイナスまたはプラスのいずれの側へも自在に制御することが可能である。プラズマ装置が電位制御部を備えていなければ、そのプラズマ装置における第２電極の電位は、ゼロである。つまり、成膜処理ステップおよび表面改質処理ステップにおいて、電位制御部を備えたプラズマ装置を用いれば、第１電極または第２電極へ載置された被処理物に対し、それぞれの処理に最適なプラズマを発生させることが可能である。また、電位制御部は、プラズマ発生のための電位の制御を、容易に行うことが可能である。そのため、プラズマ装置は、高品質の重合膜の生成や重合膜の表面改質を効率的に行なうことができ、これら処理を、チャンバー内で、連続して行なうことも可能である。このように、電位制御部を備えたプラズマ装置は、複雑な電源構成を必要としない。従って、プラズマ装置を用いた重合膜生成および表面改質の方法では、被処理物への成膜処理および表面改質処理を容易に行なうことが可能である。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に係る重合膜生成および表面改質の方法において、前記成膜処理ステップおよび前記表面改質処理ステップでは、前記電位制御部が可変コイルおよび可変コンデンサーを有することが好ましい。
【００１５】
この方法によれば、電位制御部は、可変コイルおよび可変コンデンサーを有する簡便な構成であるが、成膜処理ステップおよび表面改質処理ステップにおいて、第２電極の電位を適切に制御することが可能である。即ち、可変コイルおよび可変コンデンサーの値を選定することにより、第２電極の電位を任意に設定することが可能であり、プラズマ発生のための電位の制御を、より一層容易に行うことが可能である。
【００１６】
［適用例６］本適用例に係るノズルプレートは、上記適用例に記載の重合膜生成および表面改質の方法によって、重合膜の生成および前記重合膜の表面の改質がなされ、前記改質がなされた前記表面に撥液膜をさらに有していること、を特徴とする。
【００１７】
このノズルプレートによれば、重合膜表面に形成されている撥液膜により、ノズルから噴射する液体がノズル部およびノズル部周辺に付着することを防止可能である。また、撥液膜は、ノズルプレートに強固に結合した重合膜の、活性化した表面に形成されているため、重合膜と密着性が良好な状態である。これにより、重合膜および撥液膜を有したノズルプレートには、液体や汚れ等の付着がし難いため、常に、清浄な状態を維持することが可能である。
【００１８】
［適用例７］本適用例に係るインクジェットヘッドは、上記適用例に記載のノズルプレートを備えていること、を特徴とする。
【００１９】
このインクジェットヘッドによれば、インク（液体）の付着を防止したノズルプレートを備えていることにより、インクの吐出を妨げるような、インクや汚れ等の付着を防止でき、常に、良好なインク吐出が可能である。
【００２０】
［適用例８］本適用例に係るインクジェットプリンターは、上記適用例に記載のノズルプレートを備えていること、を特徴とする。
【００２１】
このインクジェットプリンターによれば、常に、良好なインク吐出が可能であるため、吐出に関わるトラブルのない状態を維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】インクジェットヘッドの構成を示す断面図。
【図２】プラズマ装置の構成を示す模式図。
【図３】ノズルプレートに対する成膜等の処理方法を示すフローチャート。
【図４】ノズルプレートに生成された膜の結合状態を示す模式図。
【図５】電位制御部と接地電極電位との関係を示すグラフ図。
【図６】インクジェットプリンターの構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のプラズマ装置、重合膜生成および表面改質の方法、ノズルプレート、インクジェットヘッド、インクジェットプリンターにおける、好適な一例について、添付図面を参照して説明する。
（実施形態）
【００２４】
図１は、インクジェットヘッドの構成を示す断面図である。インクジェットヘッド１０は、インクカートリッジ２５が内蔵するインクをインクジェットヘッド１０の内部へ導入するためのインク導入口１２と、インク導入口１２から導入したインクを溜めておくインク溜り１４と、インク溜り１４と連通しインクに圧力を付与してインク溜り１４と異なる方向側へ送出する圧力室１６と、インクジェットヘッド１０を構成するノズルプレート（被処理物）２０と、ノズルプレート２０に設けられ圧力室１６からのインクを吐出するためのノズル１９と、を有している。
【００２５】
また、圧力室１６には、その壁面の一部に圧力を加えることが可能な振動板１７と、振動板１７の圧力室１６と反対側に位置する励振電極１８と、が設けられている。つまり、この場合圧電素子である、励振電極１８に電圧を印加することにより、振動板１７が振動して、圧力室１６の内部圧が変化する。この内部圧の変化により、インクがノズル１９から吐出することになる。
【００２６】
ここで、ノズルプレート２０は、ステンレス鋼で構成されており、インクジェットヘッド１０では、ＳＵＳ３１６を用いている。さらに、このノズルプレート２０の表面およびノズル１９の内部表面には、この場合シリコーン材料をプラズマ重合することにより、プラズマ重合膜（重合膜）２が成膜されている。また、プラズマ重合膜２の表面には撥液性を有する金属アルコキシドの分子膜（撥液膜）４が成膜されている。
【００２７】
プラズマ重合膜２の原料としては、シリコーン油、アルコキシシラン、具体的には、ジメチルポリシロキサン等のシリコーン材料が挙げられる。
【００２８】
金属アルコキシドの分子膜４は、撥液性としての撥水性および撥油性を有していればいかなるものでもよいが、フッ素を含む長鎖高分子基を有する金属アルコキシド、または撥液基を有する金属酸塩の単分子膜が好ましい。金属アルコキシドとしては、例えばＴｉ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｔ、Ｂａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ等を使用する様々なものがあるが、ケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム等が一般的に用いられている。長鎖高分子基は、分子量が１０００以上であり、例えば、パーフルオロアルキル鎖、パーフルオポリエーテル鎖等が挙げられ、この長鎖高分子基を有し撥液膜として適するものに、ヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシラン等が挙げられる。
【００２９】
次に、ノズルプレート（被処理物）２０の表面にプラズマ重合膜２を成膜する装置について説明する。図２は、プラズマ装置の構成を示す模式図である。プラズマ装置３０は、内部を密閉空間にすることが可能なチャンバー３１と、チャンバー３１に接続されチャンバー３１の内部の圧力を調整するためのポンプ３２と、チャンバー３１の内部に設けられた高周波電極（第１電極（放電電極））３３と、高周波電極３３へ電力を供給する高周波電源３４と、高周波電極３３と高周波電源３４との間に設けられ回路のインピーダンスを調整する整合器（マッチングボックス）３５と、チャンバー３１の内部に設けられ高周波電極３３と対向して位置する接地電極（第２電極（放電電極））３６と、チャンバー３１に接続しているアース３７と、接地電極３６に接続しているアース３８と、を有している。プラズマ装置３０の場合、接地電極３６は、被処理物であるノズルプレート２０を載置するためのステージであり、温度調整が可能に構成されている。
【００３０】
さらに、プラズマ装置３０は、接地電極３６とアース３８との間に、接地電極３６の電位を調整するための電位制御部４０と、チャンバー３１へガス（この場合アルゴンガスおよび酸素ガス）を供給するためのガス供給管４２およびガス供給部４３と、チャンバー３１へ成膜原料（この場合シリコーン材料）を供給するための原料供給管４４および原料供給部４５と、を有している。そして、ガス供給管４２には、流量制御弁（不図示）が設けられ、ガス供給部４３からのガス量を調整するようになっている。また、原料供給部４５には、プラズマ重合膜２の原料であるシリコーン材料を気化させてチャンバー３１へ供給するための、ヒーター（不図示）が設けられている。
【００３１】
また、電位制御部４０は、可変コイル４０ａと、可変コンデンサー４０ｂと、を有する構成である。接地電極３６とアース３８との間に電位制御部４０がなければ、接地電極３６の電位はゼロであるが、プラズマ装置３０のように電位制御部４０が設けられていることにより、接地電極３６の電位は、マイナス電位からプラス電位まで自在に調整可能となっている。電位制御部４０については、図３を参照する各ステップの説明の最後に後述する。
【００３２】
次に、このプラズマ装置３０を用いて、ノズルプレート２０の表面へ、シリコーン材料をプラズマ重合させたプラズマ重合膜２を生成する方法、およびプラズマ重合膜２の表面を改質する方法、について説明する。加えて、表面が改質されたプラズマ重合膜２へ、撥液性を有する分子膜４を生成する方法についても説明する。本実施形態では、プラズマ重合膜２の原料としてジメチルポリシロキサンを用い、分子膜４としてヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシランを用いた、一例について説明する。図３は、ノズルプレートに対する成膜等の処理方法を示すフローチャートである。また、図４は、ノズルプレートに生成された膜の結合状態を示す模式図である。
【００３３】
図３に示すように、まず、ステップＳ１において、チャンバー３１へノズルプレート２０を載置する。このノズルプレート２０は、その表面に生成されるプラズマ重合膜２との密着性等の向上を図るため、７０℃の温度に保持され、プラズマ重合膜２が生成される面の表面粗さ（Ｒａ）が６５ｎｍ以下（望ましくは３５ｎｍ以下）となっている。なお、ノズルプレート２０は、電位制御部４０と接続している接地電極３６へ載置されるが、例えば導電性のパレットに載置された状態で、接地電極３６へ載置されても良い。この場合、パレットは、接地電極３６の一部を構成することになる。このステップＳ１は、載置ステップに該当する。ノズルプレート２０の載置後、ステップＳ２へ進む。
【００３４】
ステップＳ２において、チャンバー３１の内部を減圧する。減圧は、ポンプ３２によって行なわれる。
【００３５】
そして、減圧後、ステップＳ３において、チャンバー３１の内部へ洗浄ガスを導入する。洗浄ガスとしては、酸素（Ｏ2）を用い、酸素（Ｏ2）は、ガス供給部４３からガス供給管４２を介して、この場合１００ｍＬ／ｍｉｎの流量で導入される。洗浄ガスの導入後、ステップＳ４へ進む。
【００３６】
ステップＳ４において、高周波を印加してノズルプレート２０の表面を洗浄する。まず、高周波電源３４からこの場合５００Ｗのパワーの電力を印加して、気体放電を発生させる。ここで、洗浄ガスとして酸素（Ｏ2）を用いることにより、気体放電によって酸素（Ｏ2）の励起活性種であるオゾンおよび活性酸素が生成され、いわゆる酸素プラズマ処理が可能となる。オゾンおよび活性酸素は、活性な状態であって、ノズルプレート２０の表面に存する不純物である有機物等と反応しやすくなっている。つまり、ノズルプレート２０の表面は、オゾンおよび活性酸素により、不純物が例えばＨ2ＯやＣＯ2等に分解されて除去される。その結果、ノズルプレート２０の表面は、プラズマ重合膜２に対して密着性の良好な状態になる。なお、チャンバー３１の内部において、より安定した気体放電を維持するために、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）等の不活性ガスを混合して用いても良い。洗浄後、ステップＳ５へ進む。
【００３７】
ステップＳ５において、高周波の印加および洗浄ガスの導入を停止する。即ち、ノズルプレート２０の表面の洗浄が終了した時点で、高周波電源３４およびガス供給部４３を遮断して、酸素プラズマ処理を停止する。酸素プラズマ処理の停止後、ステップＳ６へ進む。
【００３８】
ステップＳ６において、チャンバー３１の内部を成膜ガスに置換する。置換は、チャンバー３１の内部を減圧して洗浄ガスを排出した後に、ガス供給部４３からガス供給管４２を介して、成膜ガスをチャンバー３１の内部へ導入する。成膜ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガスを用い、チャンバー３１の内部を一定の圧力、この場合７Ｐａ、に保持する。置換後、ステップＳ７へ進む。
【００３９】
ステップＳ７において、高周波を印加してノズルプレート２０の表面に重合膜を生成する。この時、接地電極３６の温度を調整し、ノズルプレート２０を、プラズマ重合膜２の生成が促進される温度である、４０℃に保持する。そして、高周波電源３４からこの場合１００Ｗの電力を印加し、チャンバー３１の内部にアルゴンプラズマを発生させる。この時、接地電極３６の電位は、電位制御部４０によりプラス電位になるように調整されている。また、原料供給部４５からは、ヒーター等により加熱されて気化したシリコーン（ジメチルポリシロキサン）が、原料供給管４４を通って、チャンバー３１の内部へ供給される。これにより、気化状態のシリコーンは、アルゴンプラズマによって、結合の一部分が切断されて重合反応し、ノズルプレート２０の表面にプラズマ重合膜２として生成される。プラズマ重合膜２の表面は、シリコーンを構成するメチル基（ＣＨ3−）で終端され、このメチル基は、シリコーン原子と結合している。
【００４０】
そして、ノズルプレート２０には、ノズル１９（図１）が設けられているが、シリコーンをアルゴンプラズマによって重合することにより、ノズル１９の内部にもプラズマ重合膜２が生成されることになる。プラズマ重合膜２の生成後、ステップＳ８へ進む。
【００４１】
ステップＳ８において、高周波の印加および成膜ガスの導入を停止する。即ち、プラズマ重合膜２の生成が終了した時点で、高周波電源３４、ガス供給部４３および原料供給部４５を遮断して、プラズマ重合膜２の生成を停止する。これらステップＳ６〜Ｓ８は、成膜処理ステップに該当する。なお、このようにして生成された重合膜にアニールを施すことにより、重合膜にて架橋反応が進んで硬度が増し、被処理物と重合膜との密着性をより強固にすることも可能である。アニールは、窒素雰囲気中において１５０℃以上４５０℃以下で行い、本実施形態のようなプラズマ重合膜２では、２００℃が好ましい。成膜処理の停止後、ステップＳ９へ進む。
【００４２】
ステップＳ９において、チャンバー３１の内部を改質ガスに置換する。置換は、チャンバー３１の内部を減圧して成膜ガスを排出した後に、ガス供給部４３からガス供給管４２を介して、改質ガスをチャンバー３１の内部へ導入する。改質ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ2）等を用いることができ、ここでは、アルゴン（Ａｒ）を用いた。置換後、ステップＳ１０へ進む。
【００４３】
ステップＳ１０において、高周波を印加して重合膜の表面を改質する。ここでいう改質とは、プラズマ重合膜２の表面を終端するメチル基とシリコーン原子との結合を切断して、このシリコーン原子に未結合手、いわゆるダングリングボンド、をもたせるために行われる。プラズマ重合膜２の表面を改質する処理では、例えばアルゴンプラズマを用いる場合、プラズマ重合膜２の表面を１分程度、このアルゴンプラズマに曝す。アルゴンプラズマに曝した後、ステップＳ１１へ進む。
【００４４】
ステップＳ１１において、高周波の印加および改質ガスの導入を停止する。停止後、ステップＳ１２へ進む。
【００４５】
ステップＳ１２において、チャンバー３１を大気に開放する。つまり、表面を改質されたプラズマ重合膜２を大気に曝すことにより、プラズマ重合膜２が大気中のＨ2Ｏと反応し、シリコーン原子の未結合手の部位がシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）となる。このとき、プラズマ重合膜２表面の水酸基（−ＯＨ）の数は、ノズルプレート２０のみからなる表面の水酸基（−ＯＨ）の数よりも遥かに多くなっている。このようなプラズマ重合膜２は、図４に示す改質面部２ａを有することになる。これらステップＳ９〜Ｓ１２は、表面改質処理ステップに該当する。大気解放後、ステップＳ１３へ進む。
【００４６】
ステップＳ１３において、分子膜４を生成する。まず、プラズマ重合膜２が成膜されたノズルプレート２０を、２００〜４００℃の範囲に加熱した溶液に浸漬する。この溶液は、金属アルコキシド（ヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシラン）をシンナー等の溶媒と混合し、０．１ｗｔ％の濃度にした溶液である。これにより、ノズルプレート２０の表面に、金属アルコキシドの重合した分子膜４を生成することができる。
【００４７】
この分子膜４は、厚く且つ高密度であるため、耐擦性にすぐれた膜であり、図４に示すように、分子膜４のシリコーン原子４ａは、酸素原子を介してプラズマ重合膜２と結合し、このシリコーン原子４ａと結合しフッ素を含む長鎖高分子基の高分子４ｂが、プラズマ重合膜２と反対側に位置している。この分子膜４の状態は、シリコーン原子４ａが三次元的に結合し、長鎖高分子基の高分子４ｂ同士が複雑に絡み合った状態となっている。また、分子膜４は、プラズマ重合膜２の表面を終端する水酸基（−ＯＨ）と反応して結合するので、水酸基（−ＯＨ）の少ないノズルプレート２０に直接分子膜４を生成する場合に比べて、より密度の高い分子膜４を得ることができる。従って、分子膜４は高密度な状態であり、インク等が浸透しにくい特性を有している。
【００４８】
最後に、電位制御部４０の作用について説明する。図５は、電位制御部４０と接地電極３６の電位との関係を示すグラフ図である。図５は、電位制御部４０において、可変コイル４０ａのインダクタンスを１．６μＨに固定し、可変コンデンサー４０ｂの容量（μＦ）を変えた場合における、接地電極３６の電位（Ｖ）を表している。プラズマ重合膜２を生成するステップＳ７およびプラズマ重合膜２の表面改質をするステップＳ１０では、接地電極３６の電位がプラスとなるように、可変コンデンサー４０ｂの容量を調整し、プラス２０Ｖとした。その根拠は、接地電極３６の電位をマイナス、０Ｖおよびプラスにして、それぞれプラズマ重合膜２を生成した場合、接地電極３６の電位をプラスにして生成したプラズマ重合膜２が、ノズルプレート２０との密着性、インクの吐出性、インクに対する撥液性等、を維持して耐久性の高いことが確認できたことによる。より具体的には、ノズルプレート２０に対しては、接地電極３６の電位としてプラス２０Ｖが適切と判断した。
【００４９】
一般に、プラズマ装置３０において、高効率な成膜を可能にするためには、接地電極３６の側をマイナス電位にしてアルゴンプラズマにおいて、重合を促進させる作用の強いプラスイオンを接地電極３６に載置されたノズルプレート２０へ引きつけることが望ましい。しかし、プラスイオンは、引きつけられた際の衝突により、生成する重合膜へ与えるダメージが大きくなる場合があり、重合膜の品質が不安定になりやすい。同様に、表面改質においても、過度に改質が進んでしまったり、脆弱層の発生により、改質された表面の品質低下を生じやすくなる。
【００５０】
これに対し、接地電極３６の側に電位制御部４０を設けて、接地電極３６の電位を自在に調整できれば、マイナス電位を調整して重合膜へのダメージを抑制することが可能である。さらに、接地電極３６をプラス電位にし、この接地電極３６にノズルプレート２０を載置すれば、電気的に中性なラジカルを、ノズルプレート２０へ、主に作用させて成膜および表面改質を行うことが可能である。これにより、ノズルプレート２０のプラズマ重合膜２に対する、プラスイオンの影響を回避することができる。このように、電位制御部４０を備えるプラズマ装置３０によって、ノズルプレート２０に生成されたプラズマ重合膜２は、インクに対して良好な撥液性、耐久性等を有する高品質な膜である。同様に、プラズマ重合膜２の表面改質処理においても、高品質な改質面部２ａ（図４）を生成することができる。即ち、電位制御部４０を備えたプラズマ装置３０は、成膜処理および表面改質処理において、イオンダメージの抑制された高品質なプラズマ重合膜２の生成およびプラズマ重合膜２の表面改質を行うことができる。
【００５１】
次に、ノズルプレート２０を有するインクジェットヘッド１０を備えた装置として、インクジェットプリンターの一例について説明する。図６は、インクジェットプリンターの構成を示す斜視図である。インクジェットプリンター５０は、図６に示すように、インクカートリッジ２５が着脱可能であり、インクジェットヘッド１０を有するキャリッジ５３を備えている。このインクジェットヘッド１０は、プラズマ装置３０（図２）により成膜処理および表面改質処理がなされ、撥液性を有するノズルプレート２０を有している。この場合、インクカートリッジ２５は、黒インクを収容したものと、複数色のインクを収容したものと、が設けられ、それぞれに対応してインクジェットヘッド１０が設けられている。キャリッジ５３は、装置本体５４に取り付けられたキャリッジ軸５５に、軸方向の移動が自在となるように設けられている。そして、キャリッジ５３は、駆動モーター５６の駆動力が複数の歯車（不図示）およびタイミングベルト５７を介して伝達されることにより、キャリッジ軸５５に沿って移動する。一方、装置本体５４にはキャリッジ軸５５に沿ってプラテン５８が設けられており、給紙ローラー（不図示）などにより給紙された紙等の記録媒体である記録シート６０がプラテン５８上に搬送されるようになっている。インクジェットヘッド１０は、プラテン５８とインクジェットヘッド１０との間に位置する記録シート６０へ、インクを吐出する。プラズマ装置３０で処理されたノズルプレート２０を備えたインクジェットプリンター５０は、ノズルプレート２０のノズル１９（図１）周辺等にインクの付着がなく、常に、安定したインク吐出を維持することができる。
【００５２】
以上説明した実施形態におけるプラズマ装置３０および重合膜生成および表面改質の方法の主要な効果としては、被処理物であるノズルプレート２０が、高品質の撥液性および耐久性等を有するようになる、ことである。そのために、電位制御部４０を備えたプラズマ装置３０は、ノズルプレート２０へプラズマ重合膜２の成膜処理や表面改質処理をするために、最適なプラズマを発生させることができる構成を備えている。つまり、プラズマ装置３０は、可変コイル４０ａおよび可変コンデンサー４０ｂを有する簡便な構成の電位制御部４０を、アース３８と接地電極３６との間に備えていて、この電位制御部４０の作用により、接地電極３６の電位をマイナスまたはプラスのいずれの側へも自在に制御して、処理に最適なプラズマを発生することができる構成になっている。このノズルプレート２０は、インクジェットヘッド１０の構成部材としてインクジェットプリンター５０に備えられ、安定したインク吐出を維持することができる。このように、プラズマ装置３０を用いる重合膜生成および表面改質の方法は、ノズルプレート２０へ最適な成膜処理および表面改質処理を行うことができる。
【００５３】
また、プラズマ装置３０および重合膜生成および表面改質の方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、実施形態と同様な効果が得られる。
【００５４】
（変形例１）プラズマ装置３０の電位制御部４０は、可変コイル４０ａおよび可変コンデンサー４０ｂを有する構成であるが、この構成に限定されることなく、接地電極３６の電位を制御できる構成であれば良い。
【００５５】
（変形例２）被処理物であるノズルプレート２０は、ＳＵＳ３１６のステンレス鋼であるが、これに限定されることではない。ノズルプレート２０の材質としては、金属材料をはじめ複合材料や樹脂系材料等であっても良い。即ち、プラズマ装置３０は、被処理物として、広範な材料に適用できる。
【００５６】
（変形例３）プラズマ装置３０において、ノズルプレート２０は、接地電極３６へ載置されている構成であるが、被処理物は、重合膜の種類および特性に対応して、高周波電極３３の側へ載置されても良い。
【００５７】
（変形例４）プラズマ装置３０による重合膜生成および表面改質の方法は、インクジェットプリンター５０において、インクジェットヘッド１０のノズルプレート２０への重合膜生成および表面改質に限定されるものではなく、それ以外のインクジェットプリンター５０のシステム構成部材であるヘッドキャップ、ヘッドクリーニング用ワイパ、ワイパの保持レバー、ギア、プラテン５８またはキャリッジ５３等へ適用しても良い。これにより、インクジェットプリンター５０におけるインク付着等のトラブルを、より一層防止する効果が得られる。
【００５８】
（変形例５）インクジェットプリンター５０は、重合膜生成および表面改質されたノズルプレート２０のノズル１９からインクを吐出する構成であって、インク吐出は、圧力室１６において、振動板１７と励振電極１８とによってなされる。このインク吐出は、圧力室内に設けた発熱素子によってインクを噴出させる形態であっても、本実施形態のノズルプレート２０を適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
２…重合膜としてのプラズマ重合膜、２ａ…改質面部、４…撥液膜としての分子膜、４ａ…シリコーン原子、４ｂ…高分子、１０…インクジェットヘッド、２０…ノズルプレート、２５…インクカートリッジ、３０…プラズマ装置、３３…第１電極（放電電極）としての高周波電極、３６…第２電極（放電電極）としての接地電極、４０…電位制御部、４０ａ…可変コイル、４０ｂ…可変コンデンサー、５０…インクジェットプリンター。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ装置と、該プラズマ装置を用いて重合膜形成および重合膜の表面改質をする方法と、該重合膜形成および該表面改質がなされたノズルプレートと、該ノズルプレートを有するインクジェットヘッドおよびインクジェットプリンターと、に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェットプリンター（液体吐出装置）において、インクの液滴を吐出するためのノズルが設けられているノズルプレートは、撥水性および撥油性を有している。このようなノズルプレートは、例えば、ノズルプレートの表面に、シリコーンをアルゴンプラズマにより重合反応させて成膜し、さらに膜表面をプラズマまたは紫外線等に曝して改質した重合膜と、この重合膜の改質された表面に生成され、撥水性および撥油性を有する金属アルコキシドの分子膜と、を有している。この場合、重合膜の表面は改質されているため、分子膜との親和性の向上が図られている。これにより、ノズルを含むノズルプレートには、インクの付着を防止する機能が備わっており、インクジェットプリンターは、常に、液滴の吐出を良好に維持することが可能である。そして、この場合、ノズルプレートへの重合膜の生成と重合膜の表面改質とは、プラズマ装置を用いて行なうことが可能である（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５１９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、プラズマ装置を用いた、重合膜の生成と重合膜の表面改質とでは、プラズマ装置で印加する電位等の処理条件が異なっている。そのため、従来の技術では、一例として、ノズルプレートを載置するチャンバーの他にプラズマを発生させるチャンバーを設けたプラズマ装置による、いわゆるリモートプラズマ方式が用いられている。この方式では、プラズマ発生源からノズルプレートまで距離があるため、均一な成膜および改質の処理をすることが困難であることに加え、成膜用および改質用の電源がそれぞれ必要である。また、直流電源によって、成膜用および改質用の電位をそれぞれ調整する方式も用いられているが、直流電源とプラズマ用電源が必要である。このように、従来の技術においては、複雑な電源構成を要する、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、上記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、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係るプラズマ装置は、内部の圧力およびガス雰囲気を調整可能なチャンバーと、電力を供給する高周波電源と、前記チャンバー内に設けられ、前記高周波電源に接続された第１電極およびアースに接続された第２電極を有し、前記第１電極または前記第２電極のいずれかに被処理物を載置可能な放電電極と、を備え、前記アースと前記第２電極との間に電位制御部をさらに備えていること、を特徴とする。
【０００７】
このプラズマ装置によれば、アースと第２電極との間に電位制御部を備えていて、この電位制御部の作用により、プラズマ装置における第２電極の電位は、マイナスまたはプラスのいずれの側へも自在に制御することが可能である。プラズマ装置が電位制御部を備えていなければ、そのプラズマ装置における第２電極の電位は、ゼロである。つまり、電位制御部を備えたプラズマ装置は、被処理物へ、例えば種々の機能膜等を生成したり、表面の改質等の処理をする場合、第１電極または第２電極へ載置された被処理物に対し、それぞれの処理に最適なプラズマ状態を発生させることが可能である。また、電位制御部は、プラズマ発生のための電位の制御を、容易に行うことが可能である。そのため、プラズマ装置は、高品質の成膜や改質等を効率的に行なうことができ、これら処理を、チャンバー内で、連続して行なうことも可能である。このように、電位制御部を備えたプラズマ装置は、複雑な電源構成を要することなく、被処理物への各種処理に対応することが可能である。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に係るプラズマ装置において、前記電位制御部は、可変コイルおよび可変コンデンサーを有することが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、電位制御部は、可変コイルおよび可変コンデンサーを有する簡便な構成であるが、被処理物への各種処理に対応して、第２電極の電位を適切に制御することが可能である。即ち、可変コイルおよび可変コンデンサーの値を選定することにより、第２電極の電位を任意に設定することが可能である。これにより、プラズマ装置は、各種処理に適したプラズマを発生させるための電位の制御を、より一層容易に行うことが可能である。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に係るプラズマ装置において、前記電位制御部は、前記第２電極の電位を制御して、前記チャンバー内に載置された前記被処理物の表面に重合膜を生成する成膜処理と、前記第２電極の電位を前記成膜処理の場合とは異なる制御をして、前記重合膜の表面を改質する表面改質処理と、をするための制御を少なくとも行なうことが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、プラズマ装置は、被処理物に対して、例えば撥液性や潤滑性や接着性等の機能性を付与するために、機能性を有する重合膜を生成する成膜処理と重合膜の表面改質処理とを、最適なプラズマによる処理によって容易に行なえる。ここで、プラズマ装置における成膜処理と表面改質処理とでは、最適な処理をするためのプラズマを発生させるために、第２電極に印加する電位がそれぞれ異なる。電位制御部は、第２電極にこれら異なる電位を印加するように、それぞれに適した制御をするためのものである。電位制御部により第２電極の電位を容易に制御可能であることにより、被処理物を載置する放電電極側の電位をマイナスにして、プラズマのプラスイオンを該電極側に引き寄せるようにすれば、効率的な成膜処理および表面改質処理が可能である。この場合、該電極側へ強く引き寄せられたプラスイオンの衝突で、重合膜や活性化した表面に、ダメージが発生することも考えられるが、電位制御部による制御により、効率的な成膜処理および表面改質処理とダメージ回避とが両立する電位を、適切に選択することが可能である。さらに、被処理物を載置する放電電極側の電位をプラスにすれば、電気的に中性な、いわゆるラジカルだけが被処理物等に作用するようにして、ダメージを回避することも可能である。このように、電位制御部を備えたプラズマ装置は、成膜処理および表面改質処理に適したプラズマを発生させるために、第２電極の電位を最適に制御することが可能である。
【００１２】
［適用例４］本適用例に係る重合膜生成および表面改質の方法は、内部の圧力およびガス雰囲気を調整可能なチャンバーと、電力を供給する高周波電源と、前記チャンバー内に設けられ、前記高周波電源に接続された第１電極およびアースに接続された第２電極を有する放電電極と、前記アースと前記第２電極との間に設けられた電位制御部と、を備えたプラズマ装置を用い、前記プラズマ装置の前記第１電極または前記第２電極へ被処理物を載置する載置ステップと、前記電位制御部により、前記第２電極の電位を制御して、前記チャンバー内に載置された前記被処理物の表面へ重合膜を生成する成膜処理ステップと、前記電位制御部により、前記第２電極の電位を前記成膜処理ステップとは異なる制御をして、前記重合膜の表面を改質する表面改質処理ステップと、を有していること、を特徴とする。
【００１３】
この重合膜生成および表面改質の方法によれば、アースと第２電極との間に電位制御部を備えたプラズマ装置を用いることにより、電位制御部は、プラズマ装置における第２電極の電位をマイナスまたはプラスのいずれの側へも自在に制御することが可能である。プラズマ装置が電位制御部を備えていなければ、そのプラズマ装置における第２電極の電位は、ゼロである。つまり、成膜処理ステップおよび表面改質処理ステップにおいて、電位制御部を備えたプラズマ装置を用いれば、第１電極または第２電極へ載置された被処理物に対し、それぞれの処理に最適なプラズマを発生させることが可能である。また、電位制御部は、プラズマ発生のための電位の制御を、容易に行うことが可能である。そのため、プラズマ装置は、高品質の重合膜の生成や重合膜の表面改質を効率的に行なうことができ、これら処理を、チャンバー内で、連続して行なうことも可能である。このように、電位制御部を備えたプラズマ装置は、複雑な電源構成を必要としない。従って、プラズマ装置を用いた重合膜生成および表面改質の方法では、被処理物への成膜処理および表面改質処理を容易に行なうことが可能である。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に係る重合膜生成および表面改質の方法において、前記成膜処理ステップおよび前記表面改質処理ステップでは、前記電位制御部が可変コイルおよび可変コンデンサーを有することが好ましい。
【００１５】
この方法によれば、電位制御部は、可変コイルおよび可変コンデンサーを有する簡便な構成であるが、成膜処理ステップおよび表面改質処理ステップにおいて、第２電極の電位を適切に制御することが可能である。即ち、可変コイルおよび可変コンデンサーの値を選定することにより、第２電極の電位を任意に設定することが可能であり、プラズマ発生のための電位の制御を、より一層容易に行うことが可能である。
【００１６】
［適用例６］本適用例に係るノズルプレートは、上記適用例に記載の重合膜生成および表面改質の方法によって、重合膜の生成および前記重合膜の表面の改質がなされ、前記改質がなされた前記表面に撥液膜をさらに有していること、を特徴とする。
【００１７】
このノズルプレートによれば、重合膜表面に形成されている撥液膜により、ノズルから噴射する液体がノズル部およびノズル部周辺に付着することを防止可能である。また、撥液膜は、ノズルプレートに強固に結合した重合膜の、活性化した表面に形成されているため、重合膜と密着性が良好な状態である。これにより、重合膜および撥液膜を有したノズルプレートには、液体や汚れ等の付着がし難いため、常に、清浄な状態を維持することが可能である。
【００１８】
［適用例７］本適用例に係るインクジェットヘッドは、上記適用例に記載のノズルプレートを備えていること、を特徴とする。
【００１９】
このインクジェットヘッドによれば、インク（液体）の付着を防止したノズルプレートを備えていることにより、インクの吐出を妨げるような、インクや汚れ等の付着を防止でき、常に、良好なインク吐出が可能である。
【００２０】
［適用例８］本適用例に係るインクジェットプリンターは、上記適用例に記載のノズルプレートを備えていること、を特徴とする。
【００２１】
このインクジェットプリンターによれば、常に、良好なインク吐出が可能であるため、吐出に関わるトラブルのない状態を維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】インクジェットヘッドの構成を示す断面図。
【図２】プラズマ装置の構成を示す模式図。
【図３】ノズルプレートに対する成膜等の処理方法を示すフローチャート。
【図４】ノズルプレートに生成された膜の結合状態を示す模式図。
【図５】電位制御部と接地電極電位との関係を示すグラフ図。
【図６】インクジェットプリンターの構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のプラズマ装置、重合膜生成および表面改質の方法、ノズルプレート、インクジェットヘッド、インクジェットプリンターにおける、好適な一例について、添付図面を参照して説明する。
（実施形態）
【００２４】
図１は、インクジェットヘッドの構成を示す断面図である。インクジェットヘッド１０は、インクカートリッジ２５が内蔵するインクをインクジェットヘッド１０の内部へ導入するためのインク導入口１２と、インク導入口１２から導入したインクを溜めておくインク溜り１４と、インク溜り１４と連通しインクに圧力を付与してインク溜り１４と異なる方向側へ送出する圧力室１６と、インクジェットヘッド１０を構成するノズルプレート（被処理物）２０と、ノズルプレート２０に設けられ圧力室１６からのインクを吐出するためのノズル１９と、を有している。
【００２５】
また、圧力室１６には、その壁面の一部に圧力を加えることが可能な振動板１７と、振動板１７の圧力室１６と反対側に位置する励振電極１８と、が設けられている。つまり、この場合圧電素子である、励振電極１８に電圧を印加することにより、振動板１７が振動して、圧力室１６の内部圧が変化する。この内部圧の変化により、インクがノズル１９から吐出することになる。
【００２６】
ここで、ノズルプレート２０は、ステンレス鋼で構成されており、インクジェットヘッド１０では、ＳＵＳ３１６を用いている。さらに、このノズルプレート２０の表面およびノズル１９の内部表面には、この場合シリコーン材料をプラズマ重合することにより、プラズマ重合膜（重合膜）２が成膜されている。また、プラズマ重合膜２の表面には撥液性を有する金属アルコキシドの分子膜（撥液膜）４が成膜されている。
【００２７】
プラズマ重合膜２の原料としては、シリコーン油、アルコキシシラン、具体的には、ジメチルポリシロキサン等のシリコーン材料が挙げられる。
【００２８】
金属アルコキシドの分子膜４は、撥液性としての撥水性および撥油性を有していればいかなるものでもよいが、フッ素を含む長鎖高分子基を有する金属アルコキシド、または撥液基を有する金属酸塩の単分子膜が好ましい。金属アルコキシドとしては、例えばＴｉ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｔ、Ｂａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ等を使用する様々なものがあるが、ケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム等が一般的に用いられている。長鎖高分子基は、分子量が１０００以上であり、例えば、パーフルオロアルキル鎖、パーフルオポリエーテル鎖等が挙げられ、この長鎖高分子基を有し撥液膜として適するものに、ヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシラン等が挙げられる。
【００２９】
次に、ノズルプレート（被処理物）２０の表面にプラズマ重合膜２を成膜する装置について説明する。図２は、プラズマ装置の構成を示す模式図である。プラズマ装置３０は、内部を密閉空間にすることが可能なチャンバー３１と、チャンバー３１に接続されチャンバー３１の内部の圧力を調整するためのポンプ３２と、チャンバー３１の内部に設けられた高周波電極（第１電極（放電電極））３３と、高周波電極３３へ電力を供給する高周波電源３４と、高周波電極３３と高周波電源３４との間に設けられ回路のインピーダンスを調整する整合器（マッチングボックス）３５と、チャンバー３１の内部に設けられ高周波電極３３と対向して位置する接地電極（第２電極（放電電極））３６と、チャンバー３１に接続しているアース３７と、接地電極３６に接続しているアース３８と、を有している。プラズマ装置３０の場合、接地電極３６は、被処理物であるノズルプレート２０を載置するためのステージであり、温度調整が可能に構成されている。
【００３０】
さらに、プラズマ装置３０は、接地電極３６とアース３８との間に、接地電極３６の電位を調整するための電位制御部４０と、チャンバー３１へガス（この場合アルゴンガスおよび酸素ガス）を供給するためのガス供給管４２およびガス供給部４３と、チャンバー３１へ成膜原料（この場合シリコーン材料）を供給するための原料供給管４４および原料供給部４５と、を有している。そして、ガス供給管４２には、流量制御弁（不図示）が設けられ、ガス供給部４３からのガス量を調整するようになっている。また、原料供給部４５には、プラズマ重合膜２の原料であるシリコーン材料を気化させてチャンバー３１へ供給するための、ヒーター（不図示）が設けられている。
【００３１】
また、電位制御部４０は、可変コイル４０ａと、可変コンデンサー４０ｂと、を有する構成である。接地電極３６とアース３８との間に電位制御部４０がなければ、接地電極３６の電位はゼロであるが、プラズマ装置３０のように電位制御部４０が設けられていることにより、接地電極３６の電位は、マイナス電位からプラス電位まで自在に調整可能となっている。電位制御部４０については、図３を参照する各ステップの説明の最後に後述する。
【００３２】
次に、このプラズマ装置３０を用いて、ノズルプレート２０の表面へ、シリコーン材料をプラズマ重合させたプラズマ重合膜２を生成する方法、およびプラズマ重合膜２の表面を改質する方法、について説明する。加えて、表面が改質されたプラズマ重合膜２へ、撥液性を有する分子膜４を生成する方法についても説明する。本実施形態では、プラズマ重合膜２の原料としてジメチルポリシロキサンを用い、分子膜４としてヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシランを用いた、一例について説明する。図３は、ノズルプレートに対する成膜等の処理方法を示すフローチャートである。また、図４は、ノズルプレートに生成された膜の結合状態を示す模式図である。
【００３３】
図３に示すように、まず、ステップＳ１において、チャンバー３１へノズルプレート２０を載置する。このノズルプレート２０は、その表面に生成されるプラズマ重合膜２との密着性等の向上を図るため、７０℃の温度に保持され、プラズマ重合膜２が生成される面の表面粗さ（Ｒａ）が６５ｎｍ以下（望ましくは３５ｎｍ以下）となっている。なお、ノズルプレート２０は、電位制御部４０と接続している接地電極３６へ載置されるが、例えば導電性のパレットに載置された状態で、接地電極３６へ載置されても良い。この場合、パレットは、接地電極３６の一部を構成することになる。このステップＳ１は、載置ステップに該当する。ノズルプレート２０の載置後、ステップＳ２へ進む。
【００３４】
ステップＳ２において、チャンバー３１の内部を減圧する。減圧は、ポンプ３２によって行なわれる。
【００３５】
そして、減圧後、ステップＳ３において、チャンバー３１の内部へ洗浄ガスを導入する。洗浄ガスとしては、酸素（Ｏ2）を用い、酸素（Ｏ2）は、ガス供給部４３からガス供給管４２を介して、この場合１００ｍＬ／ｍｉｎの流量で導入される。洗浄ガスの導入後、ステップＳ４へ進む。
【００３６】
ステップＳ４において、高周波を印加してノズルプレート２０の表面を洗浄する。まず、高周波電源３４からこの場合５００Ｗのパワーの電力を印加して、気体放電を発生させる。ここで、洗浄ガスとして酸素（Ｏ2）を用いることにより、気体放電によって酸素（Ｏ2）の励起活性種であるオゾンおよび活性酸素が生成され、いわゆる酸素プラズマ処理が可能となる。オゾンおよび活性酸素は、活性な状態であって、ノズルプレート２０の表面に存する不純物である有機物等と反応しやすくなっている。つまり、ノズルプレート２０の表面は、オゾンおよび活性酸素により、不純物が例えばＨ2ＯやＣＯ2等に分解されて除去される。その結果、ノズルプレート２０の表面は、プラズマ重合膜２に対して密着性の良好な状態になる。なお、チャンバー３１の内部において、より安定した気体放電を維持するために、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）等の不活性ガスを混合して用いても良い。洗浄後、ステップＳ５へ進む。
【００３７】
ステップＳ５において、高周波の印加および洗浄ガスの導入を停止する。即ち、ノズルプレート２０の表面の洗浄が終了した時点で、高周波電源３４およびガス供給部４３を遮断して、酸素プラズマ処理を停止する。酸素プラズマ処理の停止後、ステップＳ６へ進む。
【００３８】
ステップＳ６において、チャンバー３１の内部を成膜ガスに置換する。置換は、チャンバー３１の内部を減圧して洗浄ガスを排出した後に、ガス供給部４３からガス供給管４２を介して、成膜ガスをチャンバー３１の内部へ導入する。成膜ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガスを用い、チャンバー３１の内部を一定の圧力、この場合７Ｐａ、に保持する。置換後、ステップＳ７へ進む。
【００３９】
ステップＳ７において、高周波を印加してノズルプレート２０の表面に重合膜を生成する。この時、接地電極３６の温度を調整し、ノズルプレート２０を、プラズマ重合膜２の生成が促進される温度である、４０℃に保持する。そして、高周波電源３４からこの場合１００Ｗの電力を印加し、チャンバー３１の内部にアルゴンプラズマを発生させる。この時、接地電極３６の電位は、電位制御部４０によりプラス電位になるように調整されている。また、原料供給部４５からは、ヒーター等により加熱されて気化したシリコーン（ジメチルポリシロキサン）が、原料供給管４４を通って、チャンバー３１の内部へ供給される。これにより、気化状態のシリコーンは、アルゴンプラズマによって、結合の一部分が切断されて重合反応し、ノズルプレート２０の表面にプラズマ重合膜２として生成される。プラズマ重合膜２の表面は、シリコーンを構成するメチル基（ＣＨ3−）で終端され、このメチル基は、シリコーン原子と結合している。
【００４０】
そして、ノズルプレート２０には、ノズル１９（図１）が設けられているが、シリコーンをアルゴンプラズマによって重合することにより、ノズル１９の内部にもプラズマ重合膜２が生成されることになる。プラズマ重合膜２の生成後、ステップＳ８へ進む。
【００４１】
ステップＳ８において、高周波の印加および成膜ガスの導入を停止する。即ち、プラズマ重合膜２の生成が終了した時点で、高周波電源３４、ガス供給部４３および原料供給部４５を遮断して、プラズマ重合膜２の生成を停止する。これらステップＳ６〜Ｓ８は、成膜処理ステップに該当する。なお、このようにして生成された重合膜にアニールを施すことにより、重合膜にて架橋反応が進んで硬度が増し、被処理物と重合膜との密着性をより強固にすることも可能である。アニールは、窒素雰囲気中において１５０℃以上４５０℃以下で行い、本実施形態のようなプラズマ重合膜２では、２００℃が好ましい。成膜処理の停止後、ステップＳ９へ進む。
【００４２】
ステップＳ９において、チャンバー３１の内部を改質ガスに置換する。置換は、チャンバー３１の内部を減圧して成膜ガスを排出した後に、ガス供給部４３からガス供給管４２を介して、改質ガスをチャンバー３１の内部へ導入する。改質ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ2）等を用いることができ、ここでは、アルゴン（Ａｒ）を用いた。置換後、ステップＳ１０へ進む。
【００４３】
ステップＳ１０において、高周波を印加して重合膜の表面を改質する。ここでいう改質とは、プラズマ重合膜２の表面を終端するメチル基とシリコーン原子との結合を切断して、このシリコーン原子に未結合手、いわゆるダングリングボンド、をもたせるために行われる。プラズマ重合膜２の表面を改質する処理では、例えばアルゴンプラズマを用いる場合、プラズマ重合膜２の表面を１分程度、このアルゴンプラズマに曝す。アルゴンプラズマに曝した後、ステップＳ１１へ進む。
【００４４】
ステップＳ１１において、高周波の印加および改質ガスの導入を停止する。停止後、ステップＳ１２へ進む。
【００４５】
ステップＳ１２において、チャンバー３１を大気に開放する。つまり、表面を改質されたプラズマ重合膜２を大気に曝すことにより、プラズマ重合膜２が大気中のＨ2Ｏと反応し、シリコーン原子の未結合手の部位がシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）となる。このとき、プラズマ重合膜２表面の水酸基（−ＯＨ）の数は、ノズルプレート２０のみからなる表面の水酸基（−ＯＨ）の数よりも遥かに多くなっている。このようなプラズマ重合膜２は、図４に示す改質面部２ａを有することになる。これらステップＳ９〜Ｓ１２は、表面改質処理ステップに該当する。大気解放後、ステップＳ１３へ進む。
【００４６】
ステップＳ１３において、分子膜４を生成する。まず、プラズマ重合膜２が成膜されたノズルプレート２０を、２００〜４００℃の範囲に加熱した溶液に浸漬する。この溶液は、金属アルコキシド（ヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシラン）をシンナー等の溶媒と混合し、０．１ｗｔ％の濃度にした溶液である。これにより、ノズルプレート２０の表面に、金属アルコキシドの重合した分子膜４を生成することができる。
【００４７】
この分子膜４は、厚く且つ高密度であるため、耐擦性にすぐれた膜であり、図４に示すように、分子膜４のシリコーン原子４ａは、酸素原子を介してプラズマ重合膜２と結合し、このシリコーン原子４ａと結合しフッ素を含む長鎖高分子基の高分子４ｂが、プラズマ重合膜２と反対側に位置している。この分子膜４の状態は、シリコーン原子４ａが三次元的に結合し、長鎖高分子基の高分子４ｂ同士が複雑に絡み合った状態となっている。また、分子膜４は、プラズマ重合膜２の表面を終端する水酸基（−ＯＨ）と反応して結合するので、水酸基（−ＯＨ）の少ないノズルプレート２０に直接分子膜４を生成する場合に比べて、より密度の高い分子膜４を得ることができる。従って、分子膜４は高密度な状態であり、インク等が浸透しにくい特性を有している。
【００４８】
最後に、電位制御部４０の作用について説明する。図５は、電位制御部４０と接地電極３６の電位との関係を示すグラフ図である。図５は、電位制御部４０において、可変コイル４０ａのインダクタンスを１．６μＨに固定し、可変コンデンサー４０ｂの容量（μＦ）を変えた場合における、接地電極３６の電位（Ｖ）を表している。プラズマ重合膜２を生成するステップＳ７およびプラズマ重合膜２の表面改質をするステップＳ１０では、接地電極３６の電位がプラスとなるように、可変コンデンサー４０ｂの容量を調整し、プラス２０Ｖとした。その根拠は、接地電極３６の電位をマイナス、０Ｖおよびプラスにして、それぞれプラズマ重合膜２を生成した場合、接地電極３６の電位をプラスにして生成したプラズマ重合膜２が、ノズルプレート２０との密着性、インクの吐出性、インクに対する撥液性等、を維持して耐久性の高いことが確認できたことによる。より具体的には、ノズルプレート２０に対しては、接地電極３６の電位としてプラス２０Ｖが適切と判断した。
【００４９】
一般に、プラズマ装置３０において、高効率な成膜を可能にするためには、接地電極３６の側をマイナス電位にしてアルゴンプラズマにおいて、重合を促進させる作用の強いプラスイオンを接地電極３６に載置されたノズルプレート２０へ引きつけることが望ましい。しかし、プラスイオンは、引きつけられた際の衝突により、生成する重合膜へ与えるダメージが大きくなる場合があり、重合膜の品質が不安定になりやすい。同様に、表面改質においても、過度に改質が進んでしまったり、脆弱層の発生により、改質された表面の品質低下を生じやすくなる。
【００５０】
これに対し、接地電極３６の側に電位制御部４０を設けて、接地電極３６の電位を自在に調整できれば、マイナス電位を調整して重合膜へのダメージを抑制することが可能である。さらに、接地電極３６をプラス電位にし、この接地電極３６にノズルプレート２０を載置すれば、電気的に中性なラジカルを、ノズルプレート２０へ、主に作用させて成膜および表面改質を行うことが可能である。これにより、ノズルプレート２０のプラズマ重合膜２に対する、プラスイオンの影響を回避することができる。このように、電位制御部４０を備えるプラズマ装置３０によって、ノズルプレート２０に生成されたプラズマ重合膜２は、インクに対して良好な撥液性、耐久性等を有する高品質な膜である。同様に、プラズマ重合膜２の表面改質処理においても、高品質な改質面部２ａ（図４）を生成することができる。即ち、電位制御部４０を備えたプラズマ装置３０は、成膜処理および表面改質処理において、イオンダメージの抑制された高品質なプラズマ重合膜２の生成およびプラズマ重合膜２の表面改質を行うことができる。
【００５１】
次に、ノズルプレート２０を有するインクジェットヘッド１０を備えた装置として、インクジェットプリンターの一例について説明する。図６は、インクジェットプリンターの構成を示す斜視図である。インクジェットプリンター５０は、図６に示すように、インクカートリッジ２５が着脱可能であり、インクジェットヘッド１０を有するキャリッジ５３を備えている。このインクジェットヘッド１０は、プラズマ装置３０（図２）により成膜処理および表面改質処理がなされ、撥液性を有するノズルプレート２０を有している。この場合、インクカートリッジ２５は、黒インクを収容したものと、複数色のインクを収容したものと、が設けられ、それぞれに対応してインクジェットヘッド１０が設けられている。キャリッジ５３は、装置本体５４に取り付けられたキャリッジ軸５５に、軸方向の移動が自在となるように設けられている。そして、キャリッジ５３は、駆動モーター５６の駆動力が複数の歯車（不図示）およびタイミングベルト５７を介して伝達されることにより、キャリッジ軸５５に沿って移動する。一方、装置本体５４にはキャリッジ軸５５に沿ってプラテン５８が設けられており、給紙ローラー（不図示）などにより給紙された紙等の記録媒体である記録シート６０がプラテン５８上に搬送されるようになっている。インクジェットヘッド１０は、プラテン５８とインクジェットヘッド１０との間に位置する記録シート６０へ、インクを吐出する。プラズマ装置３０で処理されたノズルプレート２０を備えたインクジェットプリンター５０は、ノズルプレート２０のノズル１９（図１）周辺等にインクの付着がなく、常に、安定したインク吐出を維持することができる。
【００５２】
以上説明した実施形態におけるプラズマ装置３０および重合膜生成および表面改質の方法の主要な効果としては、被処理物であるノズルプレート２０が、高品質の撥液性および耐久性等を有するようになる、ことである。そのために、電位制御部４０を備えたプラズマ装置３０は、ノズルプレート２０へプラズマ重合膜２の成膜処理や表面改質処理をするために、最適なプラズマを発生させることができる構成を備えている。つまり、プラズマ装置３０は、可変コイル４０ａおよび可変コンデンサー４０ｂを有する簡便な構成の電位制御部４０を、アース３８と接地電極３６との間に備えていて、この電位制御部４０の作用により、接地電極３６の電位をマイナスまたはプラスのいずれの側へも自在に制御して、処理に最適なプラズマを発生することができる構成になっている。このノズルプレート２０は、インクジェットヘッド１０の構成部材としてインクジェットプリンター５０に備えられ、安定したインク吐出を維持することができる。このように、プラズマ装置３０を用いる重合膜生成および表面改質の方法は、ノズルプレート２０へ最適な成膜処理および表面改質処理を行うことができる。
【００５３】
また、プラズマ装置３０および重合膜生成および表面改質の方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、実施形態と同様な効果が得られる。
【００５４】
（変形例１）プラズマ装置３０の電位制御部４０は、可変コイル４０ａおよび可変コンデンサー４０ｂを有する構成であるが、この構成に限定されることなく、接地電極３６の電位を制御できる構成であれば良い。
【００５５】
（変形例２）被処理物であるノズルプレート２０は、ＳＵＳ３１６のステンレス鋼であるが、これに限定されることではない。ノズルプレート２０の材質としては、金属材料をはじめ複合材料や樹脂系材料等であっても良い。即ち、プラズマ装置３０は、被処理物として、広範な材料に適用できる。
【００５６】
（変形例３）プラズマ装置３０において、ノズルプレート２０は、接地電極３６へ載置されている構成であるが、被処理物は、重合膜の種類および特性に対応して、高周波電極３３の側へ載置されても良い。
【００５７】
（変形例４）プラズマ装置３０による重合膜生成および表面改質の方法は、インクジェットプリンター５０において、インクジェットヘッド１０のノズルプレート２０への重合膜生成および表面改質に限定されるものではなく、それ以外のインクジェットプリンター５０のシステム構成部材であるヘッドキャップ、ヘッドクリーニング用ワイパ、ワイパの保持レバー、ギア、プラテン５８またはキャリッジ５３等へ適用しても良い。これにより、インクジェットプリンター５０におけるインク付着等のトラブルを、より一層防止する効果が得られる。
【００５８】
（変形例５）インクジェットプリンター５０は、重合膜生成および表面改質されたノズルプレート２０のノズル１９からインクを吐出する構成であって、インク吐出は、圧力室１６において、振動板１７と励振電極１８とによってなされる。このインク吐出は、圧力室内に設けた発熱素子によってインクを噴出させる形態であっても、本実施形態のノズルプレート２０を適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
２…重合膜としてのプラズマ重合膜、２ａ…改質面部、４…撥液膜としての分子膜、４ａ…シリコーン原子、４ｂ…高分子、１０…インクジェットヘッド、２０…ノズルプレート、２５…インクカートリッジ、３０…プラズマ装置、３３…第１電極（放電電極）としての高周波電極、３６…第２電極（放電電極）としての接地電極、４０…電位制御部、４０ａ…可変コイル、４０ｂ…可変コンデンサー、５０…インクジェットプリンター。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部の圧力およびガス雰囲気を調整可能なチャンバーと、
電力を供給する高周波電源と、
前記チャンバー内に設けられ、前記高周波電源に接続された第１電極およびアースに接続された第２電極を有し、前記第１電極または前記第２電極のいずれかに被処理物を載置可能な放電電極と、を備え、
前記アースと前記第２電極との間に電位制御部をさらに備えていること、を特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ装置において、
前記電位制御部は、可変コイルおよび可変コンデンサーを有すること、を特徴とするプラズマ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ装置において、
前記電位制御部は、
前記第２電極の電位を制御して、前記チャンバー内に載置された前記被処理物の表面に重合膜を生成する成膜処理と、
前記第２電極の電位を前記成膜処理の場合とは異なる制御をして、前記重合膜の表面を改質する表面改質処理と、をするための制御を少なくとも行なうこと、を特徴とするプラズマ装置。
【請求項４】
内部の圧力およびガス雰囲気を調整可能なチャンバーと、電力を供給する高周波電源と、前記チャンバー内に設けられ、前記高周波電源に接続された第１電極およびアースに接続された第２電極を有する放電電極と、前記アースと前記第２電極との間に設けられた電位制御部と、を備えたプラズマ装置を用い、前記プラズマ装置の前記第１電極または前記第２電極へ被処理物を載置する載置ステップと、
前記電位制御部により、前記第２電極の電位を制御して、前記チャンバー内に載置された前記被処理物の表面へ重合膜を生成する成膜処理ステップと、
前記電位制御部により、前記第２電極の電位を前記成膜処理ステップとは異なる制御をして、前記重合膜の表面を改質する表面改質処理ステップと、を有していること、を特徴とする重合膜生成および表面改質の方法。
【請求項５】
請求項４に記載の重合膜生成および表面改質の方法において、
前記成膜処理ステップおよび前記表面改質処理ステップでは、前記電位制御部が可変コイルおよび可変コンデンサーを有すること、を特徴とする重合膜生成および表面改質の方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の重合膜生成および表面改質の方法によって、重合膜の生成および前記重合膜の表面の改質がなされ、前記改質がなされた前記表面に撥液膜をさらに有していること、を特徴とするノズルプレート。
【請求項７】
請求項６に記載のノズルプレートを備えていること、を特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項６に記載のノズルプレートを備えていること、を特徴とするインクジェットプリンター。
【請求項１】
内部の圧力およびガス雰囲気を調整可能なチャンバーと、
電力を供給する高周波電源と、
前記チャンバー内に設けられ、前記高周波電源に接続された第１電極およびアースに接続された第２電極を有し、前記第１電極または前記第２電極のいずれかに被処理物を載置可能な放電電極と、を備え、
前記アースと前記第２電極との間に電位制御部をさらに備えていること、を特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ装置において、
前記電位制御部は、可変コイルおよび可変コンデンサーを有すること、を特徴とするプラズマ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ装置において、
前記電位制御部は、
前記第２電極の電位を制御して、前記チャンバー内に載置された前記被処理物の表面に重合膜を生成する成膜処理と、
前記第２電極の電位を前記成膜処理の場合とは異なる制御をして、前記重合膜の表面を改質する表面改質処理と、をするための制御を少なくとも行なうこと、を特徴とするプラズマ装置。
【請求項４】
内部の圧力およびガス雰囲気を調整可能なチャンバーと、電力を供給する高周波電源と、前記チャンバー内に設けられ、前記高周波電源に接続された第１電極およびアースに接続された第２電極を有する放電電極と、前記アースと前記第２電極との間に設けられた電位制御部と、を備えたプラズマ装置を用い、前記プラズマ装置の前記第１電極または前記第２電極へ被処理物を載置する載置ステップと、
前記電位制御部により、前記第２電極の電位を制御して、前記チャンバー内に載置された前記被処理物の表面へ重合膜を生成する成膜処理ステップと、
前記電位制御部により、前記第２電極の電位を前記成膜処理ステップとは異なる制御をして、前記重合膜の表面を改質する表面改質処理ステップと、を有していること、を特徴とする重合膜生成および表面改質の方法。
【請求項５】
請求項４に記載の重合膜生成および表面改質の方法において、
前記成膜処理ステップおよび前記表面改質処理ステップでは、前記電位制御部が可変コイルおよび可変コンデンサーを有すること、を特徴とする重合膜生成および表面改質の方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の重合膜生成および表面改質の方法によって、重合膜の生成および前記重合膜の表面の改質がなされ、前記改質がなされた前記表面に撥液膜をさらに有していること、を特徴とするノズルプレート。
【請求項７】
請求項６に記載のノズルプレートを備えていること、を特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項６に記載のノズルプレートを備えていること、を特徴とするインクジェットプリンター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１３１１４７（Ｐ２０１２−１３１１４７Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８５９７１（Ｐ２０１０−２８５９７１）
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２２日（２０１０．１２．２２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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