単分子膜の製造方法
【課題】高密度に単分子膜を製造することで、単分子膜の性能を向上させる。
【解決手段】基材３００の表面に樹脂層３１０を形成する樹脂層形成工程と、樹脂層３１０に凹凸形状３１２を形成する凹凸形状形成工程と、樹脂層３１０の凹凸形状３１０に単分子膜３２０を形成する単分子膜形成工程と、樹脂層３１０を加熱し溶融させ、樹脂層３１０を平坦化する加熱工程と、を有することを特徴とする単分子膜の製造方法である。
【解決手段】基材３００の表面に樹脂層３１０を形成する樹脂層形成工程と、樹脂層３１０に凹凸形状３１２を形成する凹凸形状形成工程と、樹脂層３１０の凹凸形状３１０に単分子膜３２０を形成する単分子膜形成工程と、樹脂層３１０を加熱し溶融させ、樹脂層３１０を平坦化する加熱工程と、を有することを特徴とする単分子膜の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単分子膜の製造方法に係り、特に、高密度に単分子膜を形成することができる単分子膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置で用いられるインクジェットヘッドでは、ノズルプレートの表面にインクが付着していると、ノズルから吐出されるインク液滴が影響を受けて、インク液滴の吐出方向にばらつきが生じることがある。インクが付着すると、記録媒体上の所定位置にインク液滴を着弾させることが困難となり、画像品質が劣化する要因となる。
【０００３】
そこで、ノズルプレート表面にインクが付着することを防止し吐出性能を向上させるため、またメンテナンス性能を向上させるため、ノズルプレート表面へ撥水膜を形成する方法が各種提案されている。ノズルプレート表面への撥水処理方法としては、フッ素樹脂やフッ素含有の単分子膜を用いる方法などがある。しかしながら、単分子膜を用いた場合は、インクジェットヘッド製造時に付着したパーティクルなどの影響で完全にノズル表面を成膜することは困難であった。また、フッ素含有の単分子膜は、電気陰性度が高いため、隣接する分子同士を高密度に配置することは困難であった。つまり、単分子膜は低密度にしか成膜することはできず、充分な撥水性能を実現することは困難であった。
【０００４】
例えば、下記の特許文献１では、加工が終了したノズルプレートの表面に、その表面の微細な凹凸を平滑にするための下地層としてポリイミド層を形成し、その上にフッ素を含む化学吸着単分子膜を形成して撥液膜を形成することが記載されている。また、下地層と単分子膜の間に中間層を形成することにより、単分子膜の密度をさらに上げることができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２０１００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のノズルプレートは、凹凸を平滑にするためにポリイミド膜などの下地層を用いているが、基板表面のパーティクルなどの影響や単分子膜の立体障害の問題により、単分子膜を高密度に形成することは困難であった。したがって、充分な撥液性を得ることができていなかった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高密度に単分子膜を形成することができる単分子膜の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、基材の表面に樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、前記樹脂層に凹凸形状を形成する凹凸形状形成工程と、前記樹脂層の前記凹凸形状に単分子膜を形成する単分子膜形成工程と、前記樹脂層を加熱し溶融させ、前記樹脂層を平坦化する加熱工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１によれば、凹凸形状を有する樹脂層を形成し、樹脂層表面の表面積を大きくした後、単分子膜を形成している。その後、加熱工程により樹脂層を平坦化させることにより、凹凸形状の凹部側面に形成されていた単分子膜を樹脂層表面に形成することができる。したがって、樹脂層表面の単分子膜の密度を、凹部側面に形成されている単分子膜の分だけ増やすことができるので、高密度の単分子膜を形成することができる。
【００１０】
請求項２は請求項１において、前記樹脂層は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２によれば、樹脂層が熱可塑性樹脂からなるので、加熱工程において樹脂層を加熱し軟化させ、樹脂層を平坦化することができる。
【００１２】
請求項３は、請求項１または２において、前記樹脂層を形成する樹脂のＴｇが前記単分子膜の分解温度以下であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３によれば、樹脂層を形成する樹脂のＴｇが、単分子膜の分解温度以下としているので、加熱工程により単分子膜が分解することを防止することができる。
【００１４】
請求項４は請求項１から３いずれか１項において、前記凹凸形状形成工程が、ナノインプリント法で行われることを特徴とする。
【００１５】
請求項５は請求項４において、前記ナノインプリント法が、熱ナノインプリント法、または、ＵＶナノインプリント法であることを特徴とする。
【００１６】
請求項４および請求項５によれば、凹凸形状をナノインプリント法で形成することで、簡便な操作で凹凸形状を形成することができる。ナノインプリント法としては、熱ナノインプリント法、ＵＶナノインプリント法を好ましく用いることができる。
【００１７】
請求項６は請求項１から５いずれか１項において、前記単分子膜形成工程の前に、前記樹脂層の表面処理工程を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項７は請求項６において、前記表面処理工程は、酸素プラズマ処理、または、ＵＶ処理であることを特徴とする。
【００１９】
請求項６および請求項７によれば、単分子膜形成工程の前に、樹脂層の表面処理を行っている。樹脂層の表面処理を行うことで、樹脂層上の有機物などのコンタミネーションを除去し、未結合手（ダングリングボンド）および酸化層を形成することができる。したがって、単分子膜を高密度に結合させることができるとともに、密着性を向上させることができる。表面処理工程としては、酸素プラズマ処理、ＵＶ処理を好ましく用いることができる。
【００２０】
請求項８は請求項１から７いずれか１項において、前記加熱処理は、前記樹脂層を形成する樹脂のＴｇ以上に加熱することを特徴とする。
【００２１】
請求項８によれば、加熱処理において、樹脂層を樹脂のＴｇ以上に加熱することで、樹脂層を軟化させ、樹脂層を平坦化することができる。
【００２２】
請求項９は請求項１から８いずれか１項において、前記単分子膜は、アルキルシランからなることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０は請求項１から９いずれか１項において、前記単分子膜は、形成する材料にフッ素原子を含有することを特徴とする。
【００２４】
請求項１０によれば、フッ素原子を有する単分子膜を用いることで、撥水性を有する単分子膜を製造することができる。
【００２５】
請求項１１は請求項１０において、前記基材がインクジェットヘッドのノズルプレートであることを特徴とする。
【００２６】
請求項１１によれば、基材としてインクジェットヘッドのノズルプレートを用いているので、ノズルプレート表面に撥水性を有する単分子膜を形成することができる。また、高密度な単分子膜を形成することができるので、撥水性能を向上させることができ、インクがノズルプレート表面に付着することを防止することができるので、吐出性能を向上させることができる。
【００２７】
請求項１２は請求項１から９いずれか１項において、前記単分子膜を形成する材料は、アルキル基に樹脂との接合性に優れた置換基を有し、前記単分子膜が、樹脂系材料の接合材であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１２によれば、単分子膜を形成する材料のアルキル基に、樹脂との接合性に優れた置換基を有しているので、単分子膜に樹脂系材料を接合することで基材と樹脂系材料の接合材として使用することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の単分子膜の製造方法によれば、樹脂層を形成後、樹脂層に凹凸を形成することで、樹脂層表面の表面積を大きくすることができる。その後、単分子膜を形成し、加熱により樹脂層を平坦化することで、樹脂層の凹部側面に形成されていた単分子膜を表面に出すことができるので、樹脂層表面の単分子膜を高密度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。
【図２】インクジェットヘッドの構造例を示す平面透視図である。
【図３】図２中ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図４】単分子膜の製造方法を説明する工程図である。
【図５】微細凹凸が形成されたノズルプレート表面の平面図である。
【図６】撥水膜を構成する分子の化学構造の概略図である。
【図７】他の単分子膜の製造方法を説明する工程図である。
【図８】他の単分子膜の製造方法を説明する工程図である。
【図９】他の単分子膜の製造方法を説明する工程図である。
【図１０】他の単分子膜の製造方法を説明する工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面に従って、本発明に係る単分子膜の製造方法の好ましい実施の形態について説明する。
【００３２】
＜インクジェット記録装置の全体構成＞
まず、本発明の単分子膜の製造方法により製造された単分子膜を適用した例として、ノズルプレート、および、ノズルプレートを備えるインクジェット記録装置について説明する。
【００３３】
図１は、インクジェット記録装置の構成図である。このインクジェット記録装置１００は、描画部１１６の圧胴（描画ドラム１７０）に保持された記録媒体１２４（便宜上「用紙」と呼ぶ場合がある。）にインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙから複数色のインクを打滴して所望のカラー画像を形成する圧胴直描方式のインクジェット記録装置であり、インクの打滴前に記録媒体１２４上に処理液（ここでは凝集処理液）を付与し、処理液とインク液を反応させて記録媒体１２４上に画像形成を行う２液反応（凝集）方式が適用されたオンデマンドタイプの画像形成装置である。
【００３４】
図示のように、インクジェット記録装置１００は、主として、給紙部１１２、処理液付与部１１４、描画部１１６、乾燥部１１８、定着部１２０、及び排出部１２２を備えて構成される。
【００３５】
（給紙部）
給紙部１１２は、記録媒体１２４を処理液付与部１１４に供給する機構であり、当該給紙部１１２には、枚葉紙である記録媒体１２４が積層されている。給紙部１１２には、給紙トレイ１５０が設けられ、この給紙トレイ１５０から記録媒体１２４が一枚ずつ処理液付与部１１４に給紙される。
【００３６】
（処理液付与部）
処理液付与部１１４は、記録媒体１２４の記録面に処理液を付与する機構である。処理液は、描画部１１６で付与されるインク中の色材（本例では顔料）を凝集させる色材凝集剤を含んでおり、この処理液とインクとが接触することによって、インクは色材と溶媒との分離が促進される。
【００３７】
図１に示すように、処理液付与部１１４は、給紙胴１５２、処理液ドラム１５４、及び処理液塗布装置１５６を備えている。処理液ドラム１５４は、記録媒体１２４を保持し、回転搬送させるドラムである。処理液ドラム１５４は、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１５５を備え、この保持手段１５５の爪と処理液ドラム１５４の周面の間に記録媒体１２４を挟み込むことによって記録媒体１２４の先端を保持できるようになっている。
【００３８】
処理液ドラム１５４の外側には、その周面に対向して処理液塗布装置１５６が設けられる。処理液塗布装置１５６は、処理液が貯留された処理液容器と、この処理液容器の処理液に一部が浸漬されたアニックスローラと、アニックスローラと処理液ドラム１５４上の記録媒体１２４に圧接されて計量後の処理液を記録媒体１２４に転移するゴムローラとで構成される。この処理液塗布装置１５６によれば、処理液を計量しながら記録媒体１２４に塗布することができる。
【００３９】
処理液付与部１１４で処理液が付与された記録媒体１２４は、処理液ドラム１５４から中間搬送部１２６を介して描画部１１６の描画ドラム１７０へ受け渡される。
【００４０】
（描画部）
描画部１１６は、描画ドラム（第２の搬送体）１７０、用紙抑えローラ１７４、及びインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙを備えている。描画ドラム１７０は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１７１を備える。描画ドラム１７０に固定された記録媒体１２４は、記録面が外側を向くようにして搬送され、この記録面にインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙからインクが付与される。
【００４１】
インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙはそれぞれ、記録媒体１２４における画像形成領域の最大幅に対応する長さを有するフルライン型のインクジェット方式の記録ヘッド（インクジェットヘッド）とすることが好ましい。インク吐出面には、画像形成領域の全幅にわたってインク吐出用のノズルが複数配列されたノズル列が形成されている。各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙは、記録媒体１２４の搬送方向（描画ドラム１７０の回転方向）と直交する方向に延在するように設置される。
【００４２】
描画ドラム１７０上に密着保持された記録媒体１２４の記録面に向かって各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙから、対応する色インクの液滴が吐出されることにより、処理液付与部１１４で予め記録面に付与された処理液にインクが接触し、インク中に分散する色材（顔料）が凝集され、色材凝集体が形成される。これにより、記録媒体１２４上での色材流れなどが防止され、記録媒体１２４の記録面に画像が形成される。
【００４３】
描画部１１６で画像が形成された記録媒体１２４は、描画ドラム１７０から中間搬送部１２８を介して乾燥部１１８の乾燥ドラム１７６へ受け渡される。
【００４４】
（乾燥部）
乾燥部１１８は、色材凝集作用により分離された溶媒に含まれる水分を乾燥させる機構であり、図１に示すように、乾燥ドラム１７６、及び溶媒乾燥装置１７８を備えている。
【００４５】
乾燥ドラム１７６は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１７７を備え、この保持手段１７７によって記録媒体１２４の先端を保持できるようになっている。
【００４６】
溶媒乾燥装置１７８は、乾燥ドラム１７６の外周面に対向する位置に配置され、複数のハロゲンヒータ１８０と、各ハロゲンヒータ１８０の間にそれぞれ配置された温風噴出しノズル１８２とで構成される。
【００４７】
乾燥部１１８で乾燥処理が行われた記録媒体１２４は、乾燥ドラム１７６から中間搬送部１３０を介して定着部１２０の定着ドラム１８４へ受け渡される。
【００４８】
（定着部）
定着部１２０は、定着ドラム１８４、ハロゲンヒータ１８６、定着ローラ１８８、及びインラインセンサ１９０で構成される。定着ドラム１８４は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１８５を備え、この保持手段１８５によって記録媒体１２４の先端を保持できるようになっている。
【００４９】
定着ドラム１８４の回転により、記録媒体１２４は記録面が外側を向くようにして搬送され、この記録面に対して、ハロゲンヒータ１８６による予備加熱と、定着ローラ１８８による定着処理と、インラインセンサ１９０による検査が行われる。
【００５０】
定着部１２０によれば、乾燥部１１８で形成された薄層の画像層内の熱可塑性樹脂微粒子が定着ローラ１８８によって加熱加圧されて溶融されるので、記録媒体１２４に固定定着させることができる。また、定着ドラム１８４の表面温度を５０℃以上に設定することで、定着ドラム１８４の外周面に保持された記録媒体１２４を裏面から加熱することによって乾燥が促進され、定着時における画像破壊を防止することができるとともに、画像温度の昇温効果によって画像強度を高めることができる。
【００５１】
また、インク中にＵＶ硬化性モノマーを含有させた場合は、乾燥部で水分を充分に揮発させた後に、ＵＶ照射ランプを備えた定着部で、画像にＵＶを照射することで、ＵＶ硬化性モノマーを硬化重合させ、画像強度を向上させることができる。
【００５２】
（排出部）
図１に示すように、定着部１２０に続いて排出部１２２が設けられている。排出部１２２は、排出トレイ１９２を備えており、この排出トレイ１９２と定着部１２０の定着ドラム１８４との間に、これらに対接するように渡し胴１９４、搬送ベルト１９６、張架ローラ１９８が設けられている。記録媒体１２４は、渡し胴１９４により搬送ベルト１９６に送られ、排出トレイ１９２に排出される。
【００５３】
また、図には示されていないが、本例のインクジェット記録装置１００には、上記構成の他、各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙにインクを供給するインク貯蔵／装填部、処理液付与部１１４に対して処理液を供給する手段を備えるとともに、各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙのクリーニング（ノズル面のワイピング、パージ、ノズル吸引等）を行うヘッドメンテナンス部や、用紙搬送路上における記録媒体１２４の位置を検出する位置検出センサ、装置各部の温度を検出する温度センサなどを備えている。
【００５４】
なお、図１においてはドラム搬送方式のインクジェット記録装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、ベルト搬送方式のインクジェット記録装置などにおいても用いることができる。
【００５５】
〔インクジェットヘッドの構造〕
次に、インクジェットヘッド１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙの構造について説明する。なお、各インクジェットヘッド１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙの構造は共通しているので、以下では、これらを代表して符号２５０によってヘッドを示すものとする。
【００５６】
図２（ａ）は、インクジェットヘッド２５０の構造例を示す平面透視図であり、図２（ｂ）は、インクジェットヘッド２５０の他の構造例を示す平面透視図である。図３は、インク室ユニットの立体的構成を示す断面図（図２（ａ）中、IV−IV線に沿う断面図）である。
【００５７】
記録紙面上に形成されるドットピッチを高密度化するためには、インクジェットヘッド２５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のインクジェットヘッド２５０は、図２（ａ）に示すように、インク滴の吐出孔であるノズル２５１と、各ノズル２５１に対応する圧力室２５２などからなる複数のインク室ユニット２５３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙搬送方向と直交する主走査方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。
【００５８】
紙搬送方向と略直交する方向に記録媒体１２４の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図２（ａ）の構成に代えて、図２（ｂ）に示すように、複数のノズル２５１が２次元に配列された短尺のヘッドブロック（ヘッドチップ）２５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録媒体１２４の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。また、図示は省略するが、短尺のヘッドを一列に並べてラインヘッドを構成してもよい。
【００５９】
図３に示すように、各ノズル２５１は、インクジェットヘッド２５０のインク吐出面２５０ａを構成するノズルプレート２６０に形成されている。ノズルプレート２６０は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、石英ガラスのようなシリコン系材料、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕまたはこれらを含む合金のような金属系材料、アルミナ、酸化鉄のような酸化物材料、カーボンブラック、グラファイトのような炭素系材料、ポリイミドのような樹脂系材料で構成されている。
【００６０】
ノズルプレート２６０の表面（インク吐出側の面）には、インクに対して撥液性を有する撥水膜２６２が形成されており、インクの付着防止が図られている。
【００６１】
各ノズル２５１に対応して設けられている圧力室２５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル２５１と供給口２５４が設けられている。各圧力室２５２は供給口２５４を介して共通流路２５５と連通されている。共通流路２５５はインク供給源たるインク供給タンク（不図示）と連通しており、該インク供給タンクから供給されるインクは共通流路２５５を介して各圧力室２５２に分配供給される。
【００６２】
圧力室２５２の天面を構成し共通電極と兼用される振動板２５６には個別電極２５７を備えた圧電素子２５８が接合されており、個別電極２５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子２５８が変形してノズル２５１からインクが吐出される。インクが吐出されると、共通流路２５５から供給口２５４を通って新しいインクが圧力室２５２に供給される。
【００６３】
なお、ノズルの配置構造は図示の例に限定されず、副走査方向に１列のノズル列を有する配置構造など、様々なノズル配置構造を適用できる。
【００６４】
また、ライン型ヘッドによる印字方式に限定されず、記録紙１６の幅方向（主走査方向）の長さに満たない短尺のヘッドを記録紙１６の幅方向に走査させて当該幅方向の印字を行い、１回の幅方向の印字が終わると記録紙１６を幅方向と直交する方向（副走査方向）に所定量だけ移動させて、次の印字領域の記録紙１６の幅方向の印字を行い、この動作を繰り返して記録紙１６の印字領域の全面にわたって印字を行うシリアル方式を適用してもよい。
【００６５】
＜単分子膜の製造方法＞
次に、上述した撥水膜２６２を構成する単分子膜の製造方法について説明する。
【００６６】
＜第１実施形態＞
図４は、本発明の第１実施形態に係る単分子膜の製造方法を説明した図である。本実施形態に係る単分子膜の製造方法では、ノズルプレート３００の表面に樹脂層３１０を形成する工程（樹脂層形成工程）と、樹脂層３１０に微細凹凸３１２を形成する工程（凹凸形状形成工程）と、微細凹凸３１２が形成された樹脂層３１０上に撥水膜（単分子膜）３２０を形成する工程（単分子膜形成工程）と、樹脂層３１０を加熱し樹脂層３１０を平坦化する工程（加熱工程）と、を含んで構成される。以下、各工程について説明する。
【００６７】
（１−１）樹脂層形成工程
まず、図４（ａ）に示すようにインク流路３０２、ノズル３０４が形成されたノズルプレート３００を準備する。ノズルプレート３００は上述した材料を用いて形成することができる。
【００６８】
次に、図４（ｂ）に示すように、ノズルプレート３００のノズル３０４側に樹脂層３１０を形成する。樹脂層３１０は、通常の塗布により形成することができる。樹脂層３１０に用いられる樹脂としては、ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂など、熱可塑性樹脂を用いることができる。また、樹脂のＴｇが、後述する単分子膜を構成する材料の分解温度以下であることが好ましい。下記の加熱工程で、単分子膜が分解することを防止することができる。本実施形態については、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）を用いて樹脂層を形成した。
【００６９】
樹脂層３１０の膜厚は１０ｎｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。樹脂層３１０をこの範囲とすることで、加熱工程で樹脂層の平坦化が可能となり、良好な平坦性を確保する効果がある。本実施形態においては、膜厚は１μｍであった。
【００７０】
（１−２）凹凸形状形成工程
次に、図４（ｃ）に示すように、樹脂層３１０上に微細凹凸３１２を形成する。微細凹凸３１２を形成することにより、樹脂層３１０の表面積が大きくなるので、次工程で形成される撥水膜３２０の面積を大きくすることができる。
【００７１】
微細凹凸３１２を形成する方法としては、ドライエッチング法、レーザー加工法、サンドブラスト法などの加工方法、また、ナノインプリント法により行うことができる。ナノインプリント法により行う場合、ＵＶナノインプラントや熱ナノインプラントにより行なうことができる。
【００７２】
例えば、熱ナノインプリント法により微細凹凸３１２を形成する場合、予め準備した微細な凹凸が形成された型を樹脂層３１０に押し付けることで形成する。型は、シリコン、石英、Ｎｉ（ニッケル）、樹脂などで形成することができる。微細凹凸３１２の形成は、樹脂層３１０が形成されたノズルプレートを加熱しておく。本実施形態においては、ＰＭＭＡを用いているので、約２００℃に加熱しておくことが好ましい。加熱されたノズルプレート３００に型を押し付け、型の反転型となる微細凹凸を樹脂層３１０に転写し、冷却することで樹脂層３１０を硬化させる。その後、型を剥離することで、微細凹凸３１２を形成する。
【００７３】
図５に微細凹凸３１２を形成した後の平面図を示す。図５（ａ）は樹脂層３１０にピラー状に凸部を形成し、微細凹凸３１２を形成した図であり、図５（ｂ）は樹脂層３１０にホール状に凹部を形成し、微細凹凸３１２を形成した図である。本発明においては、いずれの形状でも形成することができる。微細凹凸３１２の凸部または、凹部のサイズは、図５においては、直径約１０ｎｍ〜５μｍの円形とすることができる。また、一辺約１０ｎｍ〜５μｍの四角形、または、形状は限定されず、これらのサイズに準ずるサイズとすることが好ましい。また、深さは約１０ｎｍ〜５μｍとすることが好ましく、アスペクト比は、０．５以上とすることが好ましい。微細凹凸３１２のサイズを上記範囲とすることにより、後の加熱工程で、樹脂層の平坦化安定して行うことができる。微細凹凸３１２の凹部のサイズが、上記サイズより大きい、または、深さが深い場合は、加熱工程により樹脂層３１０が平坦化されない場合がある。また、微細凹凸３１２の凹部のサイズが、上記範囲より小さい、あるいは、深さが浅い場合は、表面積が大きくならず、密度の高い撥水膜が形成できない場合がある。
【００７４】
（１−３）単分子膜形成工程
次に、微細凹凸３１２が形成されたノズルプレート３００に撥水処理を行い、撥水膜３２０を形成する。撥水膜３２０は、例えば、物理的気相成長法（ベーパー法、蒸着法、スパッタリング法など）や化学気相蒸着（ＣＶＤ法、ＡＬＤ法など）のドライプロセス法、塗布法、スピンコート法、ディップコート法などのウエットプロセス法などにより形成することができる。
【００７５】
撥水膜３２０は、フッ素含有の単分子膜であることが好ましい。撥水膜３２０に用いられる材料としては、ＹｎＳｉＸ４−ｎ（ｎ＝１、２、３）であらわされるケイ素化合物を用いることができ、Ｙは、末端が−ＣＦ３基で終端された一つまたは複数の炭素鎖を含む置換基を用いることができる。炭素鎖は、完全に飽和していても、または部分的に不飽和であってもよく、炭素鎖中の炭素原子の一部については、水素原子がフッ素に置換されていてもよい。また、炭素鎖中の炭素数は３〜１０個であることが好ましい。例えば、炭素鎖は、（ＣＨ２）Ｍ（ＣＦ２）ＮＣＦ３（ここで、Ｍ≧２およびＮ≧０、かつＭ＋Ｎ≧２）の化学式で示すことができ、具体的には（ＣＨ２）２（ＣＦ２）７ＣＦ３を例示することができる。また、Ｘは、ハロゲン、メトキシ基、エトキシ基、またはアセトキシ基などの基質表面の水酸基あるいは吸着水との縮合により結合可能な基からなる。
【００７６】
撥水膜３２０に用いられる材料としては、上述したようなフルオロアルキルシランを用いることができ、具体的には、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン（ＦＯＴＳ）、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）を用いることができる。また、ダイキン工業社製のオプツールＤＳＸ［ＣＦ3ＣＦ２Ｏ−（ＣＦ２ＣＦ２）ｎ−Ｏ−Ｓｉ］、ティーアンドケー社製ＮＡＮＯＳを用いることができる。
【００７７】
樹脂層３１０には、酸素原子が含まれており、この酸素原子は、空気中の水分と反応し、樹脂層３１０の表面には、水酸基が存在する。そこで、上記撥水膜３２０を形成する材料であるケイ素化合物の置換基Ｘと反応して、樹脂層３１０の表面に撥水膜３２０が形成される。
【００７８】
撥水膜３２０を構成する分子の化学構造の概略図を図６に示す。図６に示すように、樹脂層３１０に隣接する撥水膜３２０の分子、すなわち、単分子膜のうち樹脂層３１０に隣接する部分は、樹脂層３１０の表面上のＯＨ基と結合することで、撥水膜３２０を形成する。また、Ｓｉ原子の残りの結合手は、隣接するケイ素化合物のＳｉと結びついた酸素原子、もしくはＯＨ基、またはそれらの両方と結合することができる。
【００７９】
撥水膜形成工程の前に、樹脂層３１０の表面を表面処理することが好ましい。表面処理としては、例えば、プラズマ処理、ＵＶ処理、ＶＵＶ処理、オゾン処理などによりノズルプレート３００の樹脂層３１０表面の親水化処理を行う。表面処理を行うことにより、樹脂層３１０表面の有機物などのコンタミネーションを除去し、未結合手（ダングリングボンド）および酸化層を形成することができ、ケイ素化合物をより高密度に結合させることができる。
【００８０】
本実施形態においては酸素（Ｏ２）プラズマ処理を１分行った。酸素プラズマ処理は、プラズマツール、例えばアノードカップリング型プラズマツール（例えばアメリカ合衆国カリフォルニア州リヴァーモアのＹｉｅｌｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ製）若しくはカソードカップリング型プラズマツール又は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ツールなどで行うことができる。樹脂層３１０が形成されたノズルプレート３００は、圧力が真空近く、例えば１Ｔｏｒｒ（１．３×１０２Ｐａ）未満、例えば０．２Ｔｏｒｒ（２７Ｐａ）又は１０−５Ｔｏｒｒ（１．３×１０−３Ｐａ）まで減圧されたプラズマツールの真空チャンバ内に置かれ得る。チャンバ内に酸素が例えば８０ｓｃｃｍの流量で導入され得る。高周波電力（例えば５００Ｗの電力）の印加が開始されると、Ｏ２プラズマが形成される。Ｏ２プラズマ処理は、１分間〜９０分間、例えば５分間〜６０分間にわたって行われ得る。ノズルプレートの内表面及び該表面の両方が、Ｏ２プラズマに曝露され得る。プラズマ処理の条件は、使用処理装置のチャンバ構造や、ノズルプレート３００の材質によって異なり、材料、条件により適宜変更し、最適な条件で行なうことが好ましい。
【００８１】
（１−４）加熱工程
次に、図４（ｅ）に示すように、微細凹凸３１２上に撥水膜３２０が形成されたノズルプレート３００を加熱処理して樹脂層３１０を平坦化する。加熱処理は、ホットプレートや加熱オーブンを用いて、樹脂層３１０を形成する樹脂のＴｇ（ガラス転移点）以上に加熱を行う。本実施形態で用いた樹脂は、ＰＭＭＡであるので、加熱温度を１７０℃とし、ホットプレートで５分間加熱処理を行った。加熱工程により、ノズルプレート３００上の樹脂層（ＰＭＭＡ層）３１０は平坦になった。
【００８２】
加熱工程において、加熱温度が高すぎたり、加熱時間が長いと、樹脂層３１０がノズル３０４内部に流れ込むことがある。したがって、加熱温度と時間は、ノズル３０４内に樹脂が流れ込まない温度、時間で行なう。逆に、加熱温度が低い、加熱時間が短いと樹脂層３１０が充分に平坦化しない場合がある。また、ノズル３０４内に樹脂が流れ込んだ場合は、ノズルの裏面側（図４においてインク流路３０２側）からドライエッチング処理を行い、樹脂を除去する必要がある。
【００８３】
図４（ｄ）に示すように、撥水膜形成工程により形成された撥水膜３２０は、微細凹凸３１２の凹部の底面、側面、および、凸部の表面に形成されていたが、加熱処理により樹脂層３１０を平坦にすることができたので、凹部の側面にあった撥水膜３２０も樹脂層３１０の表面に移動させることができるので、撥水膜３２０の密度を向上することができる。
【００８４】
＜第２実施形態＞
図７〜１０は、本発明の第２実施形態に係る単分子膜の製造方法を説明した図である。第２実施形態に係る単分子膜の製造方法は、ノズル内面に保護膜を形成し、撥水膜がノズル内部に形成されないようになっている点が第１実施形態と異なっている。
【００８５】
第２実施形態係る単分子膜の製造方法では、ノズルプレート４００にノズル孔を形成する工程（ノズル孔形成工程）と、ノズルプレート４００のノズル孔内面に保護膜５００を形成する工程（保護膜形成工程）と、ノズルプレート４００を薄板化し保護膜５００を露出させる工程（ノズルプレート薄板化工程）と、ノズルプレート４００の表面に樹脂層５１０を形成する工程（樹脂層形成工程）と、樹脂層５１０に微細凹凸５１２を形成する工程（凹凸形状形成工程）と、微細凹凸５１２が形成された樹脂層５１０上に撥水膜（単分子膜）５２０を形成する工程（単分子膜形成工程）と、樹脂層５１０を加熱し樹脂層５１０を平坦化する工程（加熱工程）と、ノズルの開口部に形成されている保護膜５００を除去しノズルを開口する工程（ノズル穴開口工程）と、を含んで構成される。以下、各工程について説明する。
【００８６】
（２−１）ノズル孔形成工程
本実施形態のノズルプレートは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板４００を用いて製造する。ＳＯＩ基板４００は、ハンドル層４１０、ハンドル層４１０の一面側に設けられたＢＯＸ（Buried Oxide）層（埋め込み酸化膜層）４１５、ＢＯＸ層４１５のハンドル層４１０の反対側に設けられたデバイス層４２０とから構成されている（図７（ａ））。
【００８７】
ここでは、ハンドル層４１０の厚さは約６００μｍ、デバイス層４２０の厚さは約３０μｍ、ＢＯＸ層４１５の厚さは約１μｍとなっている。
【００８８】
まず、マスクアライメント用のレチクルマーク４３０をデバイス層４２０にエッチングする。さらに、デバイス層４２０の表面に酸化膜４３５、及びハンドル層４１０の表面に酸化膜４４０を形成する（図７（ｂ））。これらの酸化膜は、例えば熱酸化法で形成することができ、厚さは少なくとも１μｍとする。
【００８９】
次に、酸化膜４３５をエッチングによりパターニングし、開口部４５０を形成する（図７（ｃ））。開口部４５０は、酸化膜４３５が完全に除去され、デバイス層４２０が露出された状態となっている。
【００９０】
エッチング方法としては、ＢＯＥ（Buffered Oxide Etch）等のウエットエッチングや、ドライエッチングを用いることができる。
【００９１】
続いて、酸化膜４３５の上に犠牲層４６０を形成する。次に、開口部４５０の位置に円形（又は楕円、長方形、正方形等）の開口部４６５を形成する（図７（ｄ））。ここで、開口部４５０の中心と開口部４６５の中心は一致しており、かつ開口部４６５の口径は開口部４５０の口径よりも小さくなっている。
【００９２】
また、開口部４６５は、デバイス層４２０及びＢＯＸ層４１５を貫通し、ハンドル層４１０の内部まで到達するように形成される。開口部４６５は、ハンドル層４１０の約１〜５μｍ（例えば２μｍ）だけ内部まで形成される。
【００９３】
この開口部４６５は、多数のエッチング工程によって形成することができる。また、開口部４６５のエッチング後、犠牲層４６０を除去する。
【００９４】
次に、開口部４６５を含む開口部４５０に、ライナー膜４７０を形成する（図８（ｅ））。このライナー膜４７０は、開口部４６５を含む開口部４５０の次工程のエッチングに対する保護膜として機能する。ライナー膜４７０としては、窒化物、二酸化ケイ素、あるいは金属を用いることができる。窒化物ライナーであれば、低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ）によって形成することができ、酸化物ライナーであれば、プラズマ（ＰＥＣＶＤ）や熱酸化処理により形成することができる。ライナー膜４７０の厚さは、最小で０．２μｍとする。
【００９５】
さらに、開口部４６５におけるライナー膜４７０の空洞部に、フォトレジスト４８０をパターニングする（図８（ｆ））。
【００９６】
次に、ライナー膜４７０をエッチングし、開口部４５０の位置のデバイス層４２０を露出させる（図８（ｇ））。このとき、酸化膜４３５もエッチングされ、その厚みが減少する。
【００９７】
開口部４５０の位置におけるデバイス層４２０の露出した部分をエッチングすることで、テーパー部４９０を形成する（図８（ｈ））。例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム）を用いた結晶異方性エッチングを行うことで、テーパー部４９０を四角錐状のテーパー形状に
形成することができる。
【００９８】
次に、リン酸あるいはフッ化水素によりライナー膜４７０およびフォトレジスト４８０を除去し、ノズル孔を形成する（図９（（ｉ））。
【００９９】
（２−２）保護膜形成工程
次に、酸化膜４３５、および、開口部４５０に保護膜５００を形成する（図９（ｊ））。保護膜５００は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、金属膜などにより形成することができる。保護膜５００の形成方法は、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法などのより形成することができる。保護膜５００の厚さは１μｍ未満とすることが好ましい。ここでは、熱酸化法でＳｉＯ２膜を形成した。
【０１００】
（２−３）ノズルプレート薄板化工程
次に、研磨やドライエッチングなどにより酸化膜４４０およびハンドル層４１０を除去する（図９（ｋ））。図９（ｋ）からは、図９（ｉ）のノズルプレート４００を反転させて説明を行う。酸化膜４４０の除去は、例えば、ドライエッチングにより行なうことができる。ハンドル層４１０は、研磨によりおおまかに除去した後、残りの部分を保護膜５００およびＢＯＸ層４１５と選択的にウエットエッチング又はドライエッチングをすることにより除去することができる。
【０１０１】
ここで、開口部４６５はハンドル層４１０の約１〜５μｍだけ内部まで形成され、さらに開口部４６５には保護膜５００が形成されているため、ハンドル層４１０が除去されてＢＯＸ層４１５が露出した面には、保護膜５００が突出した突出部５０５が存在している。
【０１０２】
（２−４）樹脂層形成工程
次に、ＢＯＸ層４１５上に樹脂層５１０を形成する（図９（ｌ））。樹脂層５１０の形成方法としては、（１−１）樹脂層形成工程と同様の方法により行なうことができる。
【０１０３】
（２−５）凹凸形状形成工程
次に、樹脂層５１０上に微細凹凸５１２を形成する（図１０（ｍ））。微細凹凸５１２の形成方法としては、（１−２）凹凸形状形成工程と同様の方法により行なうことができる。
【０１０４】
（２−６）単分子膜形成工程
次に、微細凹凸５１２上に撥水膜５２０を形成する（図１０（ｎ））。撥水膜５２０の形成方法としては、（１−３）単分子膜形成工程と同様の方法により行なうことができる。
【０１０５】
（２−７）加熱工程
次に、微細凹凸５１２上に撥水膜５２０が形成された樹脂層５１０を加熱処理して樹脂層５１０を平坦化する（図１０（ｏ））。加熱処理の方法としては、（１−４）加熱工程と同様の方法により行うことができる。
【０１０６】
（２−８）ノズル穴開口工程
最後に、開口部４６５の保護膜５００を除去し、ノズル穴開口部５５０を形成する（図１０（ｐ））。保護膜５００の除去は、ノズル表面（吐出面）側からドライエッチング法により除去することができる。
【０１０７】
第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、樹脂層５１０に微細凹凸５１２を設け、この微細凹凸５１２の凹部の底面、側面、および、凸部の表面に撥水膜５２０を形成する。そして、加熱処理により樹脂層５１０を平坦にすることで、微細凹凸の凹部の側面にあった撥水膜も樹脂層３１０の表面に移動させることができるので、撥水膜３２０の密度を向上させることができる。また、撥水膜３２０の形成時には、ノズル穴開口部５５０は保護膜５００により閉じられているので、撥水膜３２０を形成する材料が、ノズル内部に流れ込むことを防止することができる。
【０１０８】
＜単分子膜の他の例＞
単分子膜の形成方法について、インクジェット記録装置のノズルプレート表面に形成される撥水膜を例にして説明をしたが、本発明はこれに限定されず、次の用途に用いられる単分子膜に対しても使用することができる。
【０１０９】
［接着剤の下地層］
本発明の単分子膜の製造方法により製造された単分子膜は、接着剤の下地層として用いることができる。接着剤の下地層として用いられる材料として、ＹｎＳｉＸ４−ｎ（ｎ＝１、２、３）であらわされるケイ素化合物で、Ｙは、樹脂との接合性に優れたビニル基、メタクリル基、エポキシ基、アミノ基、メルカプト基の少なくとも１つの官能基を有する置換基であることが好ましい。
【０１１０】
基板上に上述した撥水膜の製造方法と同様の方法により、単分子膜の製造を行う。形成された単分子膜は、凹凸を形成し平坦化しているので、高密度に形成することができる。
【０１１１】
単分子膜の材料として、例えば、樹脂系材料との接合性に優れたアミノ基をもった材料を用いることで、アミノ基を介して単分子膜に第２の基材である樹脂系材料を接合させることができる。ビニル基、メタクリル基、エポキシ輝、アミノ基、メルカプト基などの官能基と第２の基材である樹脂系材料との接合は、従来公知の接着方法で使用される条件を採用することができ、例えば、熱、光などのエネルギーを付与することにより接合することができる。
【０１１２】
このように、単分子膜は撥水性を有する材料に限定されず、様々な材料の単分子膜の製造に対して、本発明の製造方法は使用することができる。また、他の単分子膜の用途として超親水膜、接着剤等の密着層としてのシランカップリング剤に用いることができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１００…インクジェット記録装置、１１２…給紙部、１１４…処理液付与部、１１６…描画部、１１８…乾燥部、１２０…定着部、１２２…排出部、１２４…記録媒体、１５４…処理液ドラム、１５６…処理液塗布装置、１７０…描画ドラム、１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙ…インクジェットヘッド、１７６…乾燥ドラム、１８０…温風噴出しノズル、１８２…ＩＲヒータ、１８４…定着ドラム、１８６…ハロゲンヒータ、１８８…定着ローラ、１９２…排出トレイ、１９６…搬送ベルト、３００…ノズルプレート、３０２…インク流路、３０４…ノズル、３１０、５１０…樹脂層、３１２、５１２…微細凹凸、３２０、５２０…撥水膜（単分子膜）、５５０…ノズル穴開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は単分子膜の製造方法に係り、特に、高密度に単分子膜を形成することができる単分子膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置で用いられるインクジェットヘッドでは、ノズルプレートの表面にインクが付着していると、ノズルから吐出されるインク液滴が影響を受けて、インク液滴の吐出方向にばらつきが生じることがある。インクが付着すると、記録媒体上の所定位置にインク液滴を着弾させることが困難となり、画像品質が劣化する要因となる。
【０００３】
そこで、ノズルプレート表面にインクが付着することを防止し吐出性能を向上させるため、またメンテナンス性能を向上させるため、ノズルプレート表面へ撥水膜を形成する方法が各種提案されている。ノズルプレート表面への撥水処理方法としては、フッ素樹脂やフッ素含有の単分子膜を用いる方法などがある。しかしながら、単分子膜を用いた場合は、インクジェットヘッド製造時に付着したパーティクルなどの影響で完全にノズル表面を成膜することは困難であった。また、フッ素含有の単分子膜は、電気陰性度が高いため、隣接する分子同士を高密度に配置することは困難であった。つまり、単分子膜は低密度にしか成膜することはできず、充分な撥水性能を実現することは困難であった。
【０００４】
例えば、下記の特許文献１では、加工が終了したノズルプレートの表面に、その表面の微細な凹凸を平滑にするための下地層としてポリイミド層を形成し、その上にフッ素を含む化学吸着単分子膜を形成して撥液膜を形成することが記載されている。また、下地層と単分子膜の間に中間層を形成することにより、単分子膜の密度をさらに上げることができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２０１００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のノズルプレートは、凹凸を平滑にするためにポリイミド膜などの下地層を用いているが、基板表面のパーティクルなどの影響や単分子膜の立体障害の問題により、単分子膜を高密度に形成することは困難であった。したがって、充分な撥液性を得ることができていなかった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高密度に単分子膜を形成することができる単分子膜の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、基材の表面に樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、前記樹脂層に凹凸形状を形成する凹凸形状形成工程と、前記樹脂層の前記凹凸形状に単分子膜を形成する単分子膜形成工程と、前記樹脂層を加熱し溶融させ、前記樹脂層を平坦化する加熱工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１によれば、凹凸形状を有する樹脂層を形成し、樹脂層表面の表面積を大きくした後、単分子膜を形成している。その後、加熱工程により樹脂層を平坦化させることにより、凹凸形状の凹部側面に形成されていた単分子膜を樹脂層表面に形成することができる。したがって、樹脂層表面の単分子膜の密度を、凹部側面に形成されている単分子膜の分だけ増やすことができるので、高密度の単分子膜を形成することができる。
【００１０】
請求項２は請求項１において、前記樹脂層は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２によれば、樹脂層が熱可塑性樹脂からなるので、加熱工程において樹脂層を加熱し軟化させ、樹脂層を平坦化することができる。
【００１２】
請求項３は、請求項１または２において、前記樹脂層を形成する樹脂のＴｇが前記単分子膜の分解温度以下であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３によれば、樹脂層を形成する樹脂のＴｇが、単分子膜の分解温度以下としているので、加熱工程により単分子膜が分解することを防止することができる。
【００１４】
請求項４は請求項１から３いずれか１項において、前記凹凸形状形成工程が、ナノインプリント法で行われることを特徴とする。
【００１５】
請求項５は請求項４において、前記ナノインプリント法が、熱ナノインプリント法、または、ＵＶナノインプリント法であることを特徴とする。
【００１６】
請求項４および請求項５によれば、凹凸形状をナノインプリント法で形成することで、簡便な操作で凹凸形状を形成することができる。ナノインプリント法としては、熱ナノインプリント法、ＵＶナノインプリント法を好ましく用いることができる。
【００１７】
請求項６は請求項１から５いずれか１項において、前記単分子膜形成工程の前に、前記樹脂層の表面処理工程を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項７は請求項６において、前記表面処理工程は、酸素プラズマ処理、または、ＵＶ処理であることを特徴とする。
【００１９】
請求項６および請求項７によれば、単分子膜形成工程の前に、樹脂層の表面処理を行っている。樹脂層の表面処理を行うことで、樹脂層上の有機物などのコンタミネーションを除去し、未結合手（ダングリングボンド）および酸化層を形成することができる。したがって、単分子膜を高密度に結合させることができるとともに、密着性を向上させることができる。表面処理工程としては、酸素プラズマ処理、ＵＶ処理を好ましく用いることができる。
【００２０】
請求項８は請求項１から７いずれか１項において、前記加熱処理は、前記樹脂層を形成する樹脂のＴｇ以上に加熱することを特徴とする。
【００２１】
請求項８によれば、加熱処理において、樹脂層を樹脂のＴｇ以上に加熱することで、樹脂層を軟化させ、樹脂層を平坦化することができる。
【００２２】
請求項９は請求項１から８いずれか１項において、前記単分子膜は、アルキルシランからなることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０は請求項１から９いずれか１項において、前記単分子膜は、形成する材料にフッ素原子を含有することを特徴とする。
【００２４】
請求項１０によれば、フッ素原子を有する単分子膜を用いることで、撥水性を有する単分子膜を製造することができる。
【００２５】
請求項１１は請求項１０において、前記基材がインクジェットヘッドのノズルプレートであることを特徴とする。
【００２６】
請求項１１によれば、基材としてインクジェットヘッドのノズルプレートを用いているので、ノズルプレート表面に撥水性を有する単分子膜を形成することができる。また、高密度な単分子膜を形成することができるので、撥水性能を向上させることができ、インクがノズルプレート表面に付着することを防止することができるので、吐出性能を向上させることができる。
【００２７】
請求項１２は請求項１から９いずれか１項において、前記単分子膜を形成する材料は、アルキル基に樹脂との接合性に優れた置換基を有し、前記単分子膜が、樹脂系材料の接合材であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１２によれば、単分子膜を形成する材料のアルキル基に、樹脂との接合性に優れた置換基を有しているので、単分子膜に樹脂系材料を接合することで基材と樹脂系材料の接合材として使用することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の単分子膜の製造方法によれば、樹脂層を形成後、樹脂層に凹凸を形成することで、樹脂層表面の表面積を大きくすることができる。その後、単分子膜を形成し、加熱により樹脂層を平坦化することで、樹脂層の凹部側面に形成されていた単分子膜を表面に出すことができるので、樹脂層表面の単分子膜を高密度に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。
【図２】インクジェットヘッドの構造例を示す平面透視図である。
【図３】図２中ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図４】単分子膜の製造方法を説明する工程図である。
【図５】微細凹凸が形成されたノズルプレート表面の平面図である。
【図６】撥水膜を構成する分子の化学構造の概略図である。
【図７】他の単分子膜の製造方法を説明する工程図である。
【図８】他の単分子膜の製造方法を説明する工程図である。
【図９】他の単分子膜の製造方法を説明する工程図である。
【図１０】他の単分子膜の製造方法を説明する工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面に従って、本発明に係る単分子膜の製造方法の好ましい実施の形態について説明する。
【００３２】
＜インクジェット記録装置の全体構成＞
まず、本発明の単分子膜の製造方法により製造された単分子膜を適用した例として、ノズルプレート、および、ノズルプレートを備えるインクジェット記録装置について説明する。
【００３３】
図１は、インクジェット記録装置の構成図である。このインクジェット記録装置１００は、描画部１１６の圧胴（描画ドラム１７０）に保持された記録媒体１２４（便宜上「用紙」と呼ぶ場合がある。）にインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙから複数色のインクを打滴して所望のカラー画像を形成する圧胴直描方式のインクジェット記録装置であり、インクの打滴前に記録媒体１２４上に処理液（ここでは凝集処理液）を付与し、処理液とインク液を反応させて記録媒体１２４上に画像形成を行う２液反応（凝集）方式が適用されたオンデマンドタイプの画像形成装置である。
【００３４】
図示のように、インクジェット記録装置１００は、主として、給紙部１１２、処理液付与部１１４、描画部１１６、乾燥部１１８、定着部１２０、及び排出部１２２を備えて構成される。
【００３５】
（給紙部）
給紙部１１２は、記録媒体１２４を処理液付与部１１４に供給する機構であり、当該給紙部１１２には、枚葉紙である記録媒体１２４が積層されている。給紙部１１２には、給紙トレイ１５０が設けられ、この給紙トレイ１５０から記録媒体１２４が一枚ずつ処理液付与部１１４に給紙される。
【００３６】
（処理液付与部）
処理液付与部１１４は、記録媒体１２４の記録面に処理液を付与する機構である。処理液は、描画部１１６で付与されるインク中の色材（本例では顔料）を凝集させる色材凝集剤を含んでおり、この処理液とインクとが接触することによって、インクは色材と溶媒との分離が促進される。
【００３７】
図１に示すように、処理液付与部１１４は、給紙胴１５２、処理液ドラム１５４、及び処理液塗布装置１５６を備えている。処理液ドラム１５４は、記録媒体１２４を保持し、回転搬送させるドラムである。処理液ドラム１５４は、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１５５を備え、この保持手段１５５の爪と処理液ドラム１５４の周面の間に記録媒体１２４を挟み込むことによって記録媒体１２４の先端を保持できるようになっている。
【００３８】
処理液ドラム１５４の外側には、その周面に対向して処理液塗布装置１５６が設けられる。処理液塗布装置１５６は、処理液が貯留された処理液容器と、この処理液容器の処理液に一部が浸漬されたアニックスローラと、アニックスローラと処理液ドラム１５４上の記録媒体１２４に圧接されて計量後の処理液を記録媒体１２４に転移するゴムローラとで構成される。この処理液塗布装置１５６によれば、処理液を計量しながら記録媒体１２４に塗布することができる。
【００３９】
処理液付与部１１４で処理液が付与された記録媒体１２４は、処理液ドラム１５４から中間搬送部１２６を介して描画部１１６の描画ドラム１７０へ受け渡される。
【００４０】
（描画部）
描画部１１６は、描画ドラム（第２の搬送体）１７０、用紙抑えローラ１７４、及びインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙを備えている。描画ドラム１７０は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１７１を備える。描画ドラム１７０に固定された記録媒体１２４は、記録面が外側を向くようにして搬送され、この記録面にインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙからインクが付与される。
【００４１】
インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙはそれぞれ、記録媒体１２４における画像形成領域の最大幅に対応する長さを有するフルライン型のインクジェット方式の記録ヘッド（インクジェットヘッド）とすることが好ましい。インク吐出面には、画像形成領域の全幅にわたってインク吐出用のノズルが複数配列されたノズル列が形成されている。各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙは、記録媒体１２４の搬送方向（描画ドラム１７０の回転方向）と直交する方向に延在するように設置される。
【００４２】
描画ドラム１７０上に密着保持された記録媒体１２４の記録面に向かって各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙから、対応する色インクの液滴が吐出されることにより、処理液付与部１１４で予め記録面に付与された処理液にインクが接触し、インク中に分散する色材（顔料）が凝集され、色材凝集体が形成される。これにより、記録媒体１２４上での色材流れなどが防止され、記録媒体１２４の記録面に画像が形成される。
【００４３】
描画部１１６で画像が形成された記録媒体１２４は、描画ドラム１７０から中間搬送部１２８を介して乾燥部１１８の乾燥ドラム１７６へ受け渡される。
【００４４】
（乾燥部）
乾燥部１１８は、色材凝集作用により分離された溶媒に含まれる水分を乾燥させる機構であり、図１に示すように、乾燥ドラム１７６、及び溶媒乾燥装置１７８を備えている。
【００４５】
乾燥ドラム１７６は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１７７を備え、この保持手段１７７によって記録媒体１２４の先端を保持できるようになっている。
【００４６】
溶媒乾燥装置１７８は、乾燥ドラム１７６の外周面に対向する位置に配置され、複数のハロゲンヒータ１８０と、各ハロゲンヒータ１８０の間にそれぞれ配置された温風噴出しノズル１８２とで構成される。
【００４７】
乾燥部１１８で乾燥処理が行われた記録媒体１２４は、乾燥ドラム１７６から中間搬送部１３０を介して定着部１２０の定着ドラム１８４へ受け渡される。
【００４８】
（定着部）
定着部１２０は、定着ドラム１８４、ハロゲンヒータ１８６、定着ローラ１８８、及びインラインセンサ１９０で構成される。定着ドラム１８４は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１８５を備え、この保持手段１８５によって記録媒体１２４の先端を保持できるようになっている。
【００４９】
定着ドラム１８４の回転により、記録媒体１２４は記録面が外側を向くようにして搬送され、この記録面に対して、ハロゲンヒータ１８６による予備加熱と、定着ローラ１８８による定着処理と、インラインセンサ１９０による検査が行われる。
【００５０】
定着部１２０によれば、乾燥部１１８で形成された薄層の画像層内の熱可塑性樹脂微粒子が定着ローラ１８８によって加熱加圧されて溶融されるので、記録媒体１２４に固定定着させることができる。また、定着ドラム１８４の表面温度を５０℃以上に設定することで、定着ドラム１８４の外周面に保持された記録媒体１２４を裏面から加熱することによって乾燥が促進され、定着時における画像破壊を防止することができるとともに、画像温度の昇温効果によって画像強度を高めることができる。
【００５１】
また、インク中にＵＶ硬化性モノマーを含有させた場合は、乾燥部で水分を充分に揮発させた後に、ＵＶ照射ランプを備えた定着部で、画像にＵＶを照射することで、ＵＶ硬化性モノマーを硬化重合させ、画像強度を向上させることができる。
【００５２】
（排出部）
図１に示すように、定着部１２０に続いて排出部１２２が設けられている。排出部１２２は、排出トレイ１９２を備えており、この排出トレイ１９２と定着部１２０の定着ドラム１８４との間に、これらに対接するように渡し胴１９４、搬送ベルト１９６、張架ローラ１９８が設けられている。記録媒体１２４は、渡し胴１９４により搬送ベルト１９６に送られ、排出トレイ１９２に排出される。
【００５３】
また、図には示されていないが、本例のインクジェット記録装置１００には、上記構成の他、各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙにインクを供給するインク貯蔵／装填部、処理液付与部１１４に対して処理液を供給する手段を備えるとともに、各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙのクリーニング（ノズル面のワイピング、パージ、ノズル吸引等）を行うヘッドメンテナンス部や、用紙搬送路上における記録媒体１２４の位置を検出する位置検出センサ、装置各部の温度を検出する温度センサなどを備えている。
【００５４】
なお、図１においてはドラム搬送方式のインクジェット記録装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、ベルト搬送方式のインクジェット記録装置などにおいても用いることができる。
【００５５】
〔インクジェットヘッドの構造〕
次に、インクジェットヘッド１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙの構造について説明する。なお、各インクジェットヘッド１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙの構造は共通しているので、以下では、これらを代表して符号２５０によってヘッドを示すものとする。
【００５６】
図２（ａ）は、インクジェットヘッド２５０の構造例を示す平面透視図であり、図２（ｂ）は、インクジェットヘッド２５０の他の構造例を示す平面透視図である。図３は、インク室ユニットの立体的構成を示す断面図（図２（ａ）中、IV−IV線に沿う断面図）である。
【００５７】
記録紙面上に形成されるドットピッチを高密度化するためには、インクジェットヘッド２５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のインクジェットヘッド２５０は、図２（ａ）に示すように、インク滴の吐出孔であるノズル２５１と、各ノズル２５１に対応する圧力室２５２などからなる複数のインク室ユニット２５３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙搬送方向と直交する主走査方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。
【００５８】
紙搬送方向と略直交する方向に記録媒体１２４の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図２（ａ）の構成に代えて、図２（ｂ）に示すように、複数のノズル２５１が２次元に配列された短尺のヘッドブロック（ヘッドチップ）２５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録媒体１２４の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。また、図示は省略するが、短尺のヘッドを一列に並べてラインヘッドを構成してもよい。
【００５９】
図３に示すように、各ノズル２５１は、インクジェットヘッド２５０のインク吐出面２５０ａを構成するノズルプレート２６０に形成されている。ノズルプレート２６０は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、石英ガラスのようなシリコン系材料、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕまたはこれらを含む合金のような金属系材料、アルミナ、酸化鉄のような酸化物材料、カーボンブラック、グラファイトのような炭素系材料、ポリイミドのような樹脂系材料で構成されている。
【００６０】
ノズルプレート２６０の表面（インク吐出側の面）には、インクに対して撥液性を有する撥水膜２６２が形成されており、インクの付着防止が図られている。
【００６１】
各ノズル２５１に対応して設けられている圧力室２５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル２５１と供給口２５４が設けられている。各圧力室２５２は供給口２５４を介して共通流路２５５と連通されている。共通流路２５５はインク供給源たるインク供給タンク（不図示）と連通しており、該インク供給タンクから供給されるインクは共通流路２５５を介して各圧力室２５２に分配供給される。
【００６２】
圧力室２５２の天面を構成し共通電極と兼用される振動板２５６には個別電極２５７を備えた圧電素子２５８が接合されており、個別電極２５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子２５８が変形してノズル２５１からインクが吐出される。インクが吐出されると、共通流路２５５から供給口２５４を通って新しいインクが圧力室２５２に供給される。
【００６３】
なお、ノズルの配置構造は図示の例に限定されず、副走査方向に１列のノズル列を有する配置構造など、様々なノズル配置構造を適用できる。
【００６４】
また、ライン型ヘッドによる印字方式に限定されず、記録紙１６の幅方向（主走査方向）の長さに満たない短尺のヘッドを記録紙１６の幅方向に走査させて当該幅方向の印字を行い、１回の幅方向の印字が終わると記録紙１６を幅方向と直交する方向（副走査方向）に所定量だけ移動させて、次の印字領域の記録紙１６の幅方向の印字を行い、この動作を繰り返して記録紙１６の印字領域の全面にわたって印字を行うシリアル方式を適用してもよい。
【００６５】
＜単分子膜の製造方法＞
次に、上述した撥水膜２６２を構成する単分子膜の製造方法について説明する。
【００６６】
＜第１実施形態＞
図４は、本発明の第１実施形態に係る単分子膜の製造方法を説明した図である。本実施形態に係る単分子膜の製造方法では、ノズルプレート３００の表面に樹脂層３１０を形成する工程（樹脂層形成工程）と、樹脂層３１０に微細凹凸３１２を形成する工程（凹凸形状形成工程）と、微細凹凸３１２が形成された樹脂層３１０上に撥水膜（単分子膜）３２０を形成する工程（単分子膜形成工程）と、樹脂層３１０を加熱し樹脂層３１０を平坦化する工程（加熱工程）と、を含んで構成される。以下、各工程について説明する。
【００６７】
（１−１）樹脂層形成工程
まず、図４（ａ）に示すようにインク流路３０２、ノズル３０４が形成されたノズルプレート３００を準備する。ノズルプレート３００は上述した材料を用いて形成することができる。
【００６８】
次に、図４（ｂ）に示すように、ノズルプレート３００のノズル３０４側に樹脂層３１０を形成する。樹脂層３１０は、通常の塗布により形成することができる。樹脂層３１０に用いられる樹脂としては、ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂など、熱可塑性樹脂を用いることができる。また、樹脂のＴｇが、後述する単分子膜を構成する材料の分解温度以下であることが好ましい。下記の加熱工程で、単分子膜が分解することを防止することができる。本実施形態については、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）を用いて樹脂層を形成した。
【００６９】
樹脂層３１０の膜厚は１０ｎｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。樹脂層３１０をこの範囲とすることで、加熱工程で樹脂層の平坦化が可能となり、良好な平坦性を確保する効果がある。本実施形態においては、膜厚は１μｍであった。
【００７０】
（１−２）凹凸形状形成工程
次に、図４（ｃ）に示すように、樹脂層３１０上に微細凹凸３１２を形成する。微細凹凸３１２を形成することにより、樹脂層３１０の表面積が大きくなるので、次工程で形成される撥水膜３２０の面積を大きくすることができる。
【００７１】
微細凹凸３１２を形成する方法としては、ドライエッチング法、レーザー加工法、サンドブラスト法などの加工方法、また、ナノインプリント法により行うことができる。ナノインプリント法により行う場合、ＵＶナノインプラントや熱ナノインプラントにより行なうことができる。
【００７２】
例えば、熱ナノインプリント法により微細凹凸３１２を形成する場合、予め準備した微細な凹凸が形成された型を樹脂層３１０に押し付けることで形成する。型は、シリコン、石英、Ｎｉ（ニッケル）、樹脂などで形成することができる。微細凹凸３１２の形成は、樹脂層３１０が形成されたノズルプレートを加熱しておく。本実施形態においては、ＰＭＭＡを用いているので、約２００℃に加熱しておくことが好ましい。加熱されたノズルプレート３００に型を押し付け、型の反転型となる微細凹凸を樹脂層３１０に転写し、冷却することで樹脂層３１０を硬化させる。その後、型を剥離することで、微細凹凸３１２を形成する。
【００７３】
図５に微細凹凸３１２を形成した後の平面図を示す。図５（ａ）は樹脂層３１０にピラー状に凸部を形成し、微細凹凸３１２を形成した図であり、図５（ｂ）は樹脂層３１０にホール状に凹部を形成し、微細凹凸３１２を形成した図である。本発明においては、いずれの形状でも形成することができる。微細凹凸３１２の凸部または、凹部のサイズは、図５においては、直径約１０ｎｍ〜５μｍの円形とすることができる。また、一辺約１０ｎｍ〜５μｍの四角形、または、形状は限定されず、これらのサイズに準ずるサイズとすることが好ましい。また、深さは約１０ｎｍ〜５μｍとすることが好ましく、アスペクト比は、０．５以上とすることが好ましい。微細凹凸３１２のサイズを上記範囲とすることにより、後の加熱工程で、樹脂層の平坦化安定して行うことができる。微細凹凸３１２の凹部のサイズが、上記サイズより大きい、または、深さが深い場合は、加熱工程により樹脂層３１０が平坦化されない場合がある。また、微細凹凸３１２の凹部のサイズが、上記範囲より小さい、あるいは、深さが浅い場合は、表面積が大きくならず、密度の高い撥水膜が形成できない場合がある。
【００７４】
（１−３）単分子膜形成工程
次に、微細凹凸３１２が形成されたノズルプレート３００に撥水処理を行い、撥水膜３２０を形成する。撥水膜３２０は、例えば、物理的気相成長法（ベーパー法、蒸着法、スパッタリング法など）や化学気相蒸着（ＣＶＤ法、ＡＬＤ法など）のドライプロセス法、塗布法、スピンコート法、ディップコート法などのウエットプロセス法などにより形成することができる。
【００７５】
撥水膜３２０は、フッ素含有の単分子膜であることが好ましい。撥水膜３２０に用いられる材料としては、ＹｎＳｉＸ４−ｎ（ｎ＝１、２、３）であらわされるケイ素化合物を用いることができ、Ｙは、末端が−ＣＦ３基で終端された一つまたは複数の炭素鎖を含む置換基を用いることができる。炭素鎖は、完全に飽和していても、または部分的に不飽和であってもよく、炭素鎖中の炭素原子の一部については、水素原子がフッ素に置換されていてもよい。また、炭素鎖中の炭素数は３〜１０個であることが好ましい。例えば、炭素鎖は、（ＣＨ２）Ｍ（ＣＦ２）ＮＣＦ３（ここで、Ｍ≧２およびＮ≧０、かつＭ＋Ｎ≧２）の化学式で示すことができ、具体的には（ＣＨ２）２（ＣＦ２）７ＣＦ３を例示することができる。また、Ｘは、ハロゲン、メトキシ基、エトキシ基、またはアセトキシ基などの基質表面の水酸基あるいは吸着水との縮合により結合可能な基からなる。
【００７６】
撥水膜３２０に用いられる材料としては、上述したようなフルオロアルキルシランを用いることができ、具体的には、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン（ＦＯＴＳ）、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）を用いることができる。また、ダイキン工業社製のオプツールＤＳＸ［ＣＦ3ＣＦ２Ｏ−（ＣＦ２ＣＦ２）ｎ−Ｏ−Ｓｉ］、ティーアンドケー社製ＮＡＮＯＳを用いることができる。
【００７７】
樹脂層３１０には、酸素原子が含まれており、この酸素原子は、空気中の水分と反応し、樹脂層３１０の表面には、水酸基が存在する。そこで、上記撥水膜３２０を形成する材料であるケイ素化合物の置換基Ｘと反応して、樹脂層３１０の表面に撥水膜３２０が形成される。
【００７８】
撥水膜３２０を構成する分子の化学構造の概略図を図６に示す。図６に示すように、樹脂層３１０に隣接する撥水膜３２０の分子、すなわち、単分子膜のうち樹脂層３１０に隣接する部分は、樹脂層３１０の表面上のＯＨ基と結合することで、撥水膜３２０を形成する。また、Ｓｉ原子の残りの結合手は、隣接するケイ素化合物のＳｉと結びついた酸素原子、もしくはＯＨ基、またはそれらの両方と結合することができる。
【００７９】
撥水膜形成工程の前に、樹脂層３１０の表面を表面処理することが好ましい。表面処理としては、例えば、プラズマ処理、ＵＶ処理、ＶＵＶ処理、オゾン処理などによりノズルプレート３００の樹脂層３１０表面の親水化処理を行う。表面処理を行うことにより、樹脂層３１０表面の有機物などのコンタミネーションを除去し、未結合手（ダングリングボンド）および酸化層を形成することができ、ケイ素化合物をより高密度に結合させることができる。
【００８０】
本実施形態においては酸素（Ｏ２）プラズマ処理を１分行った。酸素プラズマ処理は、プラズマツール、例えばアノードカップリング型プラズマツール（例えばアメリカ合衆国カリフォルニア州リヴァーモアのＹｉｅｌｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ製）若しくはカソードカップリング型プラズマツール又は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ツールなどで行うことができる。樹脂層３１０が形成されたノズルプレート３００は、圧力が真空近く、例えば１Ｔｏｒｒ（１．３×１０２Ｐａ）未満、例えば０．２Ｔｏｒｒ（２７Ｐａ）又は１０−５Ｔｏｒｒ（１．３×１０−３Ｐａ）まで減圧されたプラズマツールの真空チャンバ内に置かれ得る。チャンバ内に酸素が例えば８０ｓｃｃｍの流量で導入され得る。高周波電力（例えば５００Ｗの電力）の印加が開始されると、Ｏ２プラズマが形成される。Ｏ２プラズマ処理は、１分間〜９０分間、例えば５分間〜６０分間にわたって行われ得る。ノズルプレートの内表面及び該表面の両方が、Ｏ２プラズマに曝露され得る。プラズマ処理の条件は、使用処理装置のチャンバ構造や、ノズルプレート３００の材質によって異なり、材料、条件により適宜変更し、最適な条件で行なうことが好ましい。
【００８１】
（１−４）加熱工程
次に、図４（ｅ）に示すように、微細凹凸３１２上に撥水膜３２０が形成されたノズルプレート３００を加熱処理して樹脂層３１０を平坦化する。加熱処理は、ホットプレートや加熱オーブンを用いて、樹脂層３１０を形成する樹脂のＴｇ（ガラス転移点）以上に加熱を行う。本実施形態で用いた樹脂は、ＰＭＭＡであるので、加熱温度を１７０℃とし、ホットプレートで５分間加熱処理を行った。加熱工程により、ノズルプレート３００上の樹脂層（ＰＭＭＡ層）３１０は平坦になった。
【００８２】
加熱工程において、加熱温度が高すぎたり、加熱時間が長いと、樹脂層３１０がノズル３０４内部に流れ込むことがある。したがって、加熱温度と時間は、ノズル３０４内に樹脂が流れ込まない温度、時間で行なう。逆に、加熱温度が低い、加熱時間が短いと樹脂層３１０が充分に平坦化しない場合がある。また、ノズル３０４内に樹脂が流れ込んだ場合は、ノズルの裏面側（図４においてインク流路３０２側）からドライエッチング処理を行い、樹脂を除去する必要がある。
【００８３】
図４（ｄ）に示すように、撥水膜形成工程により形成された撥水膜３２０は、微細凹凸３１２の凹部の底面、側面、および、凸部の表面に形成されていたが、加熱処理により樹脂層３１０を平坦にすることができたので、凹部の側面にあった撥水膜３２０も樹脂層３１０の表面に移動させることができるので、撥水膜３２０の密度を向上することができる。
【００８４】
＜第２実施形態＞
図７〜１０は、本発明の第２実施形態に係る単分子膜の製造方法を説明した図である。第２実施形態に係る単分子膜の製造方法は、ノズル内面に保護膜を形成し、撥水膜がノズル内部に形成されないようになっている点が第１実施形態と異なっている。
【００８５】
第２実施形態係る単分子膜の製造方法では、ノズルプレート４００にノズル孔を形成する工程（ノズル孔形成工程）と、ノズルプレート４００のノズル孔内面に保護膜５００を形成する工程（保護膜形成工程）と、ノズルプレート４００を薄板化し保護膜５００を露出させる工程（ノズルプレート薄板化工程）と、ノズルプレート４００の表面に樹脂層５１０を形成する工程（樹脂層形成工程）と、樹脂層５１０に微細凹凸５１２を形成する工程（凹凸形状形成工程）と、微細凹凸５１２が形成された樹脂層５１０上に撥水膜（単分子膜）５２０を形成する工程（単分子膜形成工程）と、樹脂層５１０を加熱し樹脂層５１０を平坦化する工程（加熱工程）と、ノズルの開口部に形成されている保護膜５００を除去しノズルを開口する工程（ノズル穴開口工程）と、を含んで構成される。以下、各工程について説明する。
【００８６】
（２−１）ノズル孔形成工程
本実施形態のノズルプレートは、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板４００を用いて製造する。ＳＯＩ基板４００は、ハンドル層４１０、ハンドル層４１０の一面側に設けられたＢＯＸ（Buried Oxide）層（埋め込み酸化膜層）４１５、ＢＯＸ層４１５のハンドル層４１０の反対側に設けられたデバイス層４２０とから構成されている（図７（ａ））。
【００８７】
ここでは、ハンドル層４１０の厚さは約６００μｍ、デバイス層４２０の厚さは約３０μｍ、ＢＯＸ層４１５の厚さは約１μｍとなっている。
【００８８】
まず、マスクアライメント用のレチクルマーク４３０をデバイス層４２０にエッチングする。さらに、デバイス層４２０の表面に酸化膜４３５、及びハンドル層４１０の表面に酸化膜４４０を形成する（図７（ｂ））。これらの酸化膜は、例えば熱酸化法で形成することができ、厚さは少なくとも１μｍとする。
【００８９】
次に、酸化膜４３５をエッチングによりパターニングし、開口部４５０を形成する（図７（ｃ））。開口部４５０は、酸化膜４３５が完全に除去され、デバイス層４２０が露出された状態となっている。
【００９０】
エッチング方法としては、ＢＯＥ（Buffered Oxide Etch）等のウエットエッチングや、ドライエッチングを用いることができる。
【００９１】
続いて、酸化膜４３５の上に犠牲層４６０を形成する。次に、開口部４５０の位置に円形（又は楕円、長方形、正方形等）の開口部４６５を形成する（図７（ｄ））。ここで、開口部４５０の中心と開口部４６５の中心は一致しており、かつ開口部４６５の口径は開口部４５０の口径よりも小さくなっている。
【００９２】
また、開口部４６５は、デバイス層４２０及びＢＯＸ層４１５を貫通し、ハンドル層４１０の内部まで到達するように形成される。開口部４６５は、ハンドル層４１０の約１〜５μｍ（例えば２μｍ）だけ内部まで形成される。
【００９３】
この開口部４６５は、多数のエッチング工程によって形成することができる。また、開口部４６５のエッチング後、犠牲層４６０を除去する。
【００９４】
次に、開口部４６５を含む開口部４５０に、ライナー膜４７０を形成する（図８（ｅ））。このライナー膜４７０は、開口部４６５を含む開口部４５０の次工程のエッチングに対する保護膜として機能する。ライナー膜４７０としては、窒化物、二酸化ケイ素、あるいは金属を用いることができる。窒化物ライナーであれば、低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ）によって形成することができ、酸化物ライナーであれば、プラズマ（ＰＥＣＶＤ）や熱酸化処理により形成することができる。ライナー膜４７０の厚さは、最小で０．２μｍとする。
【００９５】
さらに、開口部４６５におけるライナー膜４７０の空洞部に、フォトレジスト４８０をパターニングする（図８（ｆ））。
【００９６】
次に、ライナー膜４７０をエッチングし、開口部４５０の位置のデバイス層４２０を露出させる（図８（ｇ））。このとき、酸化膜４３５もエッチングされ、その厚みが減少する。
【００９７】
開口部４５０の位置におけるデバイス層４２０の露出した部分をエッチングすることで、テーパー部４９０を形成する（図８（ｈ））。例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム）を用いた結晶異方性エッチングを行うことで、テーパー部４９０を四角錐状のテーパー形状に
形成することができる。
【００９８】
次に、リン酸あるいはフッ化水素によりライナー膜４７０およびフォトレジスト４８０を除去し、ノズル孔を形成する（図９（（ｉ））。
【００９９】
（２−２）保護膜形成工程
次に、酸化膜４３５、および、開口部４５０に保護膜５００を形成する（図９（ｊ））。保護膜５００は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、金属膜などにより形成することができる。保護膜５００の形成方法は、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法などのより形成することができる。保護膜５００の厚さは１μｍ未満とすることが好ましい。ここでは、熱酸化法でＳｉＯ２膜を形成した。
【０１００】
（２−３）ノズルプレート薄板化工程
次に、研磨やドライエッチングなどにより酸化膜４４０およびハンドル層４１０を除去する（図９（ｋ））。図９（ｋ）からは、図９（ｉ）のノズルプレート４００を反転させて説明を行う。酸化膜４４０の除去は、例えば、ドライエッチングにより行なうことができる。ハンドル層４１０は、研磨によりおおまかに除去した後、残りの部分を保護膜５００およびＢＯＸ層４１５と選択的にウエットエッチング又はドライエッチングをすることにより除去することができる。
【０１０１】
ここで、開口部４６５はハンドル層４１０の約１〜５μｍだけ内部まで形成され、さらに開口部４６５には保護膜５００が形成されているため、ハンドル層４１０が除去されてＢＯＸ層４１５が露出した面には、保護膜５００が突出した突出部５０５が存在している。
【０１０２】
（２−４）樹脂層形成工程
次に、ＢＯＸ層４１５上に樹脂層５１０を形成する（図９（ｌ））。樹脂層５１０の形成方法としては、（１−１）樹脂層形成工程と同様の方法により行なうことができる。
【０１０３】
（２−５）凹凸形状形成工程
次に、樹脂層５１０上に微細凹凸５１２を形成する（図１０（ｍ））。微細凹凸５１２の形成方法としては、（１−２）凹凸形状形成工程と同様の方法により行なうことができる。
【０１０４】
（２−６）単分子膜形成工程
次に、微細凹凸５１２上に撥水膜５２０を形成する（図１０（ｎ））。撥水膜５２０の形成方法としては、（１−３）単分子膜形成工程と同様の方法により行なうことができる。
【０１０５】
（２−７）加熱工程
次に、微細凹凸５１２上に撥水膜５２０が形成された樹脂層５１０を加熱処理して樹脂層５１０を平坦化する（図１０（ｏ））。加熱処理の方法としては、（１−４）加熱工程と同様の方法により行うことができる。
【０１０６】
（２−８）ノズル穴開口工程
最後に、開口部４６５の保護膜５００を除去し、ノズル穴開口部５５０を形成する（図１０（ｐ））。保護膜５００の除去は、ノズル表面（吐出面）側からドライエッチング法により除去することができる。
【０１０７】
第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、樹脂層５１０に微細凹凸５１２を設け、この微細凹凸５１２の凹部の底面、側面、および、凸部の表面に撥水膜５２０を形成する。そして、加熱処理により樹脂層５１０を平坦にすることで、微細凹凸の凹部の側面にあった撥水膜も樹脂層３１０の表面に移動させることができるので、撥水膜３２０の密度を向上させることができる。また、撥水膜３２０の形成時には、ノズル穴開口部５５０は保護膜５００により閉じられているので、撥水膜３２０を形成する材料が、ノズル内部に流れ込むことを防止することができる。
【０１０８】
＜単分子膜の他の例＞
単分子膜の形成方法について、インクジェット記録装置のノズルプレート表面に形成される撥水膜を例にして説明をしたが、本発明はこれに限定されず、次の用途に用いられる単分子膜に対しても使用することができる。
【０１０９】
［接着剤の下地層］
本発明の単分子膜の製造方法により製造された単分子膜は、接着剤の下地層として用いることができる。接着剤の下地層として用いられる材料として、ＹｎＳｉＸ４−ｎ（ｎ＝１、２、３）であらわされるケイ素化合物で、Ｙは、樹脂との接合性に優れたビニル基、メタクリル基、エポキシ基、アミノ基、メルカプト基の少なくとも１つの官能基を有する置換基であることが好ましい。
【０１１０】
基板上に上述した撥水膜の製造方法と同様の方法により、単分子膜の製造を行う。形成された単分子膜は、凹凸を形成し平坦化しているので、高密度に形成することができる。
【０１１１】
単分子膜の材料として、例えば、樹脂系材料との接合性に優れたアミノ基をもった材料を用いることで、アミノ基を介して単分子膜に第２の基材である樹脂系材料を接合させることができる。ビニル基、メタクリル基、エポキシ輝、アミノ基、メルカプト基などの官能基と第２の基材である樹脂系材料との接合は、従来公知の接着方法で使用される条件を採用することができ、例えば、熱、光などのエネルギーを付与することにより接合することができる。
【０１１２】
このように、単分子膜は撥水性を有する材料に限定されず、様々な材料の単分子膜の製造に対して、本発明の製造方法は使用することができる。また、他の単分子膜の用途として超親水膜、接着剤等の密着層としてのシランカップリング剤に用いることができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１００…インクジェット記録装置、１１２…給紙部、１１４…処理液付与部、１１６…描画部、１１８…乾燥部、１２０…定着部、１２２…排出部、１２４…記録媒体、１５４…処理液ドラム、１５６…処理液塗布装置、１７０…描画ドラム、１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙ…インクジェットヘッド、１７６…乾燥ドラム、１８０…温風噴出しノズル、１８２…ＩＲヒータ、１８４…定着ドラム、１８６…ハロゲンヒータ、１８８…定着ローラ、１９２…排出トレイ、１９６…搬送ベルト、３００…ノズルプレート、３０２…インク流路、３０４…ノズル、３１０、５１０…樹脂層、３１２、５１２…微細凹凸、３２０、５２０…撥水膜（単分子膜）、５５０…ノズル穴開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
前記樹脂層に凹凸形状を形成する凹凸形状形成工程と、
前記樹脂層の前記凹凸形状に単分子膜を形成する単分子膜形成工程と、
前記樹脂層を加熱し溶融させ、前記樹脂層を平坦化する加熱工程と、を有することを特徴とする単分子膜の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂層は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項３】
前記樹脂層を形成する樹脂のＴｇが前記単分子膜の分解温度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項４】
前記凹凸形状形成工程が、ナノインプリント法で行われることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項５】
前記ナノインプリント法が、熱ナノインプリント法、または、ＵＶナノインプリント法であることを特徴とする請求項４に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項６】
前記単分子膜形成工程の前に、前記樹脂層の表面処理工程を有することを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項７】
前記表面処理工程は、酸素プラズマ処理、または、ＵＶ処理であることを特徴とする請求項６に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項８】
前記加熱工程は、前記樹脂層を形成する樹脂のＴｇ以上に加熱することを特徴とする請求項１から７いずれか１項に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項９】
前記単分子膜は、アルキルシランからなることを特徴とする請求項１から８いずれか１項に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項１０】
前記単分子膜は、形成する材料にフッ素原子を含有することを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項１１】
前記基材がインクジェットヘッドのノズルプレートであることを特徴とする請求項１０に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項１２】
前記単分子膜を形成する材料は、アルキル基に樹脂との接合性に優れた置換基を有し、前記単分子膜が、樹脂系材料の接合材であることを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項１】
基材の表面に樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
前記樹脂層に凹凸形状を形成する凹凸形状形成工程と、
前記樹脂層の前記凹凸形状に単分子膜を形成する単分子膜形成工程と、
前記樹脂層を加熱し溶融させ、前記樹脂層を平坦化する加熱工程と、を有することを特徴とする単分子膜の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂層は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項３】
前記樹脂層を形成する樹脂のＴｇが前記単分子膜の分解温度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項４】
前記凹凸形状形成工程が、ナノインプリント法で行われることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項５】
前記ナノインプリント法が、熱ナノインプリント法、または、ＵＶナノインプリント法であることを特徴とする請求項４に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項６】
前記単分子膜形成工程の前に、前記樹脂層の表面処理工程を有することを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項７】
前記表面処理工程は、酸素プラズマ処理、または、ＵＶ処理であることを特徴とする請求項６に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項８】
前記加熱工程は、前記樹脂層を形成する樹脂のＴｇ以上に加熱することを特徴とする請求項１から７いずれか１項に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項９】
前記単分子膜は、アルキルシランからなることを特徴とする請求項１から８いずれか１項に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項１０】
前記単分子膜は、形成する材料にフッ素原子を含有することを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項１１】
前記基材がインクジェットヘッドのノズルプレートであることを特徴とする請求項１０に記載の単分子膜の製造方法。
【請求項１２】
前記単分子膜を形成する材料は、アルキル基に樹脂との接合性に優れた置換基を有し、前記単分子膜が、樹脂系材料の接合材であることを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の単分子膜の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−７６３７４（Ｐ２０１２−７６３７４Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２４０３２（Ｐ２０１０−２２４０３２）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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