液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出装置
【課題】 ノズルの吐出側表面の撥液性及び耐摩耗性に優れたノズルプレートを有する液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】 液滴を吐出する複数のノズル２０を有するノズルプレート３と、ノズルプレート３のノズル２０に連通し、液滴を収容する圧力発生室５と、圧力発生室５に液滴を飛翔させる圧力変化を与える圧力発生手段（振動板４とこの振動板４に対向して配置された個別電極１１とを有し、振動板４を静電気力で変形させる手段）とを有し、少なくともノズル２０の吐出側表面の周辺部に、カーボンナノチューブ膜からなる撥液膜２５が形成されているものである。
【解決手段】 液滴を吐出する複数のノズル２０を有するノズルプレート３と、ノズルプレート３のノズル２０に連通し、液滴を収容する圧力発生室５と、圧力発生室５に液滴を飛翔させる圧力変化を与える圧力発生手段（振動板４とこの振動板４に対向して配置された個別電極１１とを有し、振動板４を静電気力で変形させる手段）とを有し、少なくともノズル２０の吐出側表面の周辺部に、カーボンナノチューブ膜からなる撥液膜２５が形成されているものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出するための液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッドの代表的なものとして、プリンタ、複写機、複合機等に用いられるインクジェット式記録装置のインクジェットヘッドがある。インクジェットヘッドは、インク液滴を吐出する複数のノズルを有するノズルプレートと、ノズルプレートのノズルに連通し、インクを収容する圧力発生室と、圧力発生室にインク液滴を飛翔させる圧力変化を与える圧力発生手段とを有し、圧力発生手段により圧力発生室内に圧力変化を与えることにより、ノズルからインク液滴を吐出させるものである。
【０００３】
また、このようなタイプのインクジェットヘッドには、圧力発生手段として圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を静電気力により変形させてノズルからインク液滴を吐出させる静電駆動式や、振動板の変形を圧電素子により行なわせるようにした圧電振動式や、圧力発生室内に駆動信号によりジュール熱を発生する抵抗線を設けたバブルジェット（登録商標）式のものがある。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドにおいては、ノズルからインク液滴を吐出させて記録を行うため、ノズルの形状、精度がインク液滴の噴射特性に大きな影響を与えることが知られている。例えば、ノズルプレート表面のノズル開口周辺部にインクが付着して不均一なインク溜まりが発生すると、インク液滴の吐出方向が曲げられたり、インク液滴の大きさにバラツキが生じたり、インク液滴の飛翔速度が不安定になるなどの不都合が生じる。そこで、従来のインクジェットヘッドでは、ノズルの吐出側表面に撥インク膜を形成して撥インク性を持たせることで、ノズルプレートの表面の均一性を高め、インク滴の飛翔特性の安定化を図るようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０５５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１ではノズルプレートを樹脂材料から構成しており、その表面に撥インク膜を形成するようにしている。しかしながら、撥インク膜の樹脂材料基板に対する密着性が十分ではないことから、塗布後の初期では撥液性が得られていても、ワイピング（ノズルプレート表面やノズル開口部に付着したインク液滴やゴミ除去のための作業）によって表面が繰り返し擦られると、徐々に撥インク膜が剥がれ、撥液性が劣化してしまうという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、ノズルの吐出側表面の撥液性及び耐摩耗性に優れたノズルプレートを有する液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出装置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】
【０００８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルを有するノズルプレートと、ノズルプレートのノズルに連通し、液滴を収容する圧力発生室と、圧力発生室に液滴を飛翔させる圧力変化を与える圧力発生手段とを有し、少なくともノズルの吐出側表面の周辺部に、カーボンナノチューブ膜からなる撥液膜が形成されているものである。
これにより、ワイピングによる表面劣化を防止でき、耐摩耗性に優れ、撥液性を長期間に渡って維持することが可能なノズルプレートを有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。その結果、液滴の切れが良く、安定した液滴の飛翔特性を長期に渡って発揮することのできる液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【０００９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、撥液膜が、カーボンナノチューブが所定方向に配向されてなるものである。
このようにカーボンナノチューブが所定方向に配向されているため、カーボンナノチューブ間に適宜間隔で空気層が形成され、その空気層の作用により撥液性を発揮することができる。
【００１０】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズルプレートが、結晶性シリコン基板で構成され、撥液膜は、結晶性シリコン基板上に形成されたシリコンカーバイト膜の表面に形成されているものである。
このようにノズルプレートには結晶性シリコン基板を用いることができ、その場合、撥液膜は、結晶性シリコン基板上に形成されたシリコンカーバイト膜の表面に形成される。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズルプレートが、シリコンカーバイト基板で構成されてなるものである。
このようにノズルプレートにはシリコンカーバイト基板を用いることができる。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、圧力発生手段が、静電駆動式又は圧電駆動式であるものである。
このように圧力発生手段としては、静電駆動式又は圧電駆動式のどちらも採用可能である。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の何れかの液滴吐出ヘッドの製造方法であって、撥液膜を、シリコンカーバイト膜を真空加熱して形成するものである。
このように、撥液膜は、シリコンカーバイト膜を真空加熱することにより形成できる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の何れかの液滴吐出ヘッドの製造方法であって、撥液膜を、シリコンカーバイト基板を真空加熱して形成するものである。
このように、撥液膜は、シリコンカーバイト基板を真空加熱することにより形成できる。
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の何れかの液滴吐出ヘッドが搭載されているものである。
これにより、液滴の切れが良く、安定した液滴の飛翔特性を長期に渡って発揮することのできる液滴吐出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドの縦断面図である。
【００１７】
実施の形態１の液滴吐出ヘッドは、主にキャビティプレート１、電極基板２及びノズルプレート３が接合されることにより構成されている。キャビティプレート１は、例えば単結晶シリコン基板（以下、単にシリコン基板という）から構成される。なお、図１では、キャビティプレート１として（１００）面方位のシリコン基板を使用している。キャビティプレート１には、ノズルプレート３のノズル２０に連通し、液滴を収容する圧力発生室５と、各圧力発生室５に供給すべき液滴を溜めるリザーバー６とが形成されている。圧力発生室５は、その底壁が振動板４として形成されており、振動板４が変位して内部の液滴に圧力変化が与えられると、ノズル２０から液滴が飛翔するようになっている。圧力発生室５に圧力変化を与える圧力発生手段は、本例では振動板４とこの振動板４に対向して配置された後述の個別電極１１とを有し、振動板４を静電気力で変形させる静電駆動式のものを採用した場合を例に説明するが、圧電駆動方式のものとしても良い。また、図１の電極端子７は、図２に示す駆動回路２３と接続されている。
【００１８】
振動板４は、高濃度のボロン・ドープ層から形成されている。このボロン・ドープ層は、ボロンを高濃度（約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上）にドープして形成されており、例えばアルカリ性水溶液で単結晶シリコンをエッチングしたときに、エッチング速度が極端に遅くなるいわゆるエッチングストップ層となっている。ボロン・ドープ層がエッチングストップ層として機能するため、振動板４の厚み及び圧力発生室５の容積を高精度で形成することができるようになっている。なお、この振動板４は本例では厚さ４μｍで形成されている。かかる構成の振動板４は、各圧力発生室５側の共通電極として機能する。
【００１９】
また、キャビティプレート１の電極基板２側の面全体には、絶縁膜４ａが形成されている。この絶縁膜４ａは、各圧力発生室５側の共通電極として機能する振動板４と後述の個別電極１１との短絡及び絶縁破壊を防止するためのものである。
【００２０】
電極基板２は、例えば厚さが１ｍｍのホウ珪酸ガラスからなり、キャビティプレート１の振動板４側に接合されている。この電極基板２には、振動板４との間にギャップ１０を構成する例えば深さが０．２μｍの電極用凹部１０ａがエッチングにより形成されている。そして、この電極用凹部１０ａの内部には、振動板４に対向して個別電極１１が形成されている。個別電極１１は、酸化錫をドープしたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、インジウム錫酸化物）等からなり、例えばスパッタにより厚さ０．１μｍで形成されている。また、電極基板２には、リザーバー６に液滴を供給するための液体供給口１７が設けられている。さらに、個別電極１１は、リード部及び端子部１３（図１参照）を介して駆動回路２３と接続されている。また、ギャップ１０は封止材１０ｂによって封止されている。なお、電極基板２は、ホウ珪酸ガラスではなくシリコン基板等で形成してもよい。
【００２１】
ノズルプレート３は、例えば厚さ１００μｍの結晶性シリコン基板からなり、ノズルプレート３の厚さ方向に貫通するノズル２０が形成されている。ノズル２０は、ノズルプレート３の下面側が圧力発生室５に連通し、ノズルプレート３の上面側が液滴を吐出するための開口面となっている。このノズル２０は、ノズルプレート３の上面側が横断面の面積の小さい第１の溝２０ａからなり、ノズルプレート３の下面側が横断面の面積の広い第２の溝２０ｂとなっており、階段状の２段ノズルとなっている。また、ノズルプレート３の下面には、圧力発生室５とリザーバー６を連通するためのオリフィス２１と、リザーバーダイヤフラム２２が設けられている。ノズルプレート３の上面のリザーバーダイヤフラム２２に対応する部分は凹部になっている。このようにしてリザーバーダイヤフラム２２の部分を薄くすることにより、ノズル２０間でのリザーバー６を介した圧力干渉を防止し、駆動するノズル本数によらず液滴の吐出が安定して行えるようになっている。
【００２２】
また、ノズルプレート３のノズル２０の吐出面側の表面全体には、プラズマ化学的蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて結晶構造を有する例えば厚さ２００ｎｍのＳｉＣ（シリコンカーバイト）膜２４（図２参照）が形成されている。そして、ＳｉＣ膜２４のうち、ノズル２０の吐出側表面の周辺部に、カーボンナノチューブ膜からなる撥液膜２５が形成されている。
【００２３】
図３は、撥液膜を有するノズル部分の拡大図である。
図３に示すように、撥液膜２５は、所定方向（この例ではノズルプレート３に対して垂直方向）に配向した多数のカーボンナノチューブ２５ａからなるカーボンナノチューブ膜から構成されている。各カーボンナノチューブ２５ａがこのように所定方向に配向していることで、各カーボンナノチューブ２５ａ間に適宜間隔で空気層２５ｂが形成され、その空気層２５ｂの作用により撥液性が発揮されるようになっている。カーボンナノチューブ２５ａの高さは本例では５０ｎｍとしている。この高さは、液滴吐出ヘッドの繰り返し使用により液滴が空気層２５ｂ内に進入して乾燥固着してしまっても、表面に空気層２５ｂが残存し、長期に渡って撥液性を維持できる高さとされる。
【００２４】
ここで、カーボンナノチューブ２５ａは硬度が高いことから、このように硬度の高いカーボンナノチューブ２５ａから構成されるカーボンナノチューブ膜を撥液膜２５として用いることにより、ワイピングによる表面劣化を防止でき、耐摩耗性に優れ、撥液性を長期間に渡って維持することが可能なノズルプレート３を構成できる。
【００２５】
次に、図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドの動作について説明する。
駆動回路２３によりキャビティプレート１と個別電極１１の間にパルス電圧が印加されると、振動板４と個別電極１１との間に静電気力が発生し、その吸引作用により振動板４が個別電極１１側に引き寄せられて撓み、圧力発生室５の容積が拡大する。これによりリザーバー６の内部に溜まっていたインク等の液滴がオリフィス２１を通じて圧力発生室５に流れ込む。次に、個別電極１１への電圧の印加を停止すると、静電吸引力が消滅して振動板４が復元し、圧力発生室５の容積が急激に収縮する。これにより、圧力発生室５内の圧力が急激に上昇し、この圧力発生室５に連通しているノズル２０からインク等の液滴が吐出される。
【００２６】
ここで、液滴吐出ヘッドにおいては、上述したように、ノズル２０の吐出側表面の周辺部にカーボンナノチューブ膜から構成された撥液膜２５が形成されているので、液滴の切れが良く、安定した液滴の飛翔特性が発揮された液滴吐出が可能となっている。
【００２７】
このように本実施の形態１によれば、撥液膜２５をカーボンナノチューブ膜で構成したので、ワイピングによる表面劣化を防止でき、耐摩耗性に優れ、撥液性を長期間に渡って維持することが可能なノズルプレート３を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。これにより、液滴の切れが良く、安定した液滴の飛翔特性を長期に渡って発揮することのできる液滴吐出ヘッドを構成できる。
【００２８】
なお、図２では、撥液膜２５をノズル２０の吐出側表面の周辺部のみに形成した例を示したが、ノズルプレート３のノズル２０の吐出側表面全体に形成するようにしても良い。また、ノズルプレート３は、上述したように結晶性シリコン基板で構成する以外に、ＳｉＣ基板で構成してもよい。また、図１では、ノズル２０及び圧力発生室５が２列に並んだ液滴吐出ヘッドを示しているが、ノズル２０及び圧力発生室５が１列に並んだものであってもよい。また、図１及び図２では、吐出方式が、ノズルプレート３に平行に液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプのものを例に挙げて説明したが、サイドイジェクトタイプのものであってもよい。
【００２９】
実施の形態２．
次に、実施の形態１の液滴吐出ヘッドの製造方法について、図４〜図７を参照して説明する。なお、キャビティプレート１及び電極基板２は従来公知の方法を用いて形成でき、ここではその説明を省略し、以下では本発明の要部である撥液膜２５を有するノズルプレート３の製造方法について説明する。
【００３０】
まず、厚み約１００μｍの結晶性シリコン基板３１を準備し（図４（ａ）参照）、この結晶性シリコン基板３１に、水蒸気を含んだ酸素雰囲気の中で熱酸化処理を行い、表面３１ａ及び裏面３１ｂに約１．８μｍのシリコン酸化膜３２を形成する（図４（ｂ）参照）。次に結晶性シリコン基板３１の裏面３１ｂの、ノズル２０の第１の溝２０ａに対応する部分２０ｃをフォトリソグラフィーによりパターニングし、これらの部分のシリコン酸化膜３２をエッチングにより除去する（図４（ｃ）参照）。なおパターニングは、シリコン酸化膜３２を除去しない部分（結晶性シリコン基板３１の表面３１ａを含む）にレジストを塗布して行う。
【００３１】
そして結晶性シリコン基板３１の裏面３１ｂの、ノズル２０の第２の溝２０ｂに対応する部分２０ｄをフォトリソグラフィーによりパターニングし、これらの部分のシリコン酸化膜３２をハーフエッチングする（図４（ｄ）参照）。なおパターニングは図４（ｄ）と同様に行い、ハーフエッチングではシリコン酸化膜が１．０μｍの厚さに残るようにする。
【００３２】
図４（ｄ）でシリコン酸化膜３２をハーフエッチングした結晶性シリコン基板３１の裏面３１ｂに、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）放電による異方性ドライエッチングを施し２２μｍの深さにエッチングする。このときシリコン酸化膜３２の残った部分（ハーフエッチングされた部分を含む）はエッチングされない。その後、フッ酸水溶液で結晶性シリコン基板３１をエッチングし、ハーフエッチングされた部分に残っているシリコン酸化膜３２の厚みだけ薄くする。このとき、図４（ｄ）でハーフエッチングされた部分はシリコン酸化膜３２がすべて除去され、残りの部分はエッチングした分だけシリコン酸化膜３２が薄くなる。そして再び裏面３１ｂに、ＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングを行い、５５μｍエッチングする。これにより、ノズル２０の第１の溝２０ａに対応する部分２０ｃは７７μｍエッチングされ、ノズル２０の第２の溝２０ｂに対応する部分２０ｄは５５μｍエッチングされることとなる。その後、結晶性シリコン基板３１をフッ酸水溶液に浸し、残ったすべてのシリコン酸化膜３２を除去する（図４（ｅ）参照）。
【００３３】
図４（ｅ）の工程では、ノズル２０の第１の溝２０ａ及び第２の溝２０ｂをＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングで形成しているため、結晶性シリコン基板３１に垂直にエッチングすることができ、精度の高いノズル２０を形成することができる。また、ノズル２０は２段ノズルとなっているので、第２の溝２０ｂで液滴の流れが整えられ、液滴の吐出時の直進性を増すことができる。
【００３４】
その後、結晶性シリコン基板３１に水蒸気を含んだ酸素雰囲気中で熱酸化処理を施し、全面に厚さ１．２μｍのシリコン酸化膜３３を形成する（図４（ｆ）参照）。この熱酸化処理は、温度１０７５℃の水蒸気を含んだ酸素雰囲気中で４時間程度行う。そして結晶性シリコン基板３１の表面３１ａに、ノズル２０を開口させるための凹部２０ｅを形成する部分（図４（ｈ）参照）をフォトリソグラフィーによってパターニングし、これらの部分のシリコン酸化膜３３をエッチングにより除去する（図４（ｇ）参照）。また、パターニングは図４（ｃ）と同様に行う。
【００３５】
次に、結晶性シリコン基板３１を２５重量％の水酸化カリウム水溶液に浸し、図４（ｇ）の工程でシリコン酸化膜３３を除去した部分から２３μｍエッチングを行う（図４（ｈ）参照）。なおこの図４（ｇ）の工程では、結晶性シリコン基板３１の表面３１ａから斜めにエッチングが進むため、図４（ｇ）の工程ではそれに合わせたパターニングを行うようにする。凹部２０ｅを形成するのは、ノズル２０の周辺部以外の部分の結晶性シリコン基板３１の厚みを確保するためであるが、図４（ｇ）の工程で第１の溝２０ａと第２の溝２０ｂを深く形成して、凹部２０ｅを形成しないようにしてもよい。
【００３６】
そして、結晶性シリコン基板３１に残っているシリコン酸化膜３３をフッ酸水溶液によって除去し、ノズル２０の第１の溝２０ａを貫通させる（図４（ｉ）参照）。また、ノズル２０の形成と同時又は別のエッチング工程によってオリフィス２１、リザーバーダイヤフラム２２を形成する。
【００３７】
以上のようにしてノズルプレート３の外形形状が完成したところで、次に撥液膜２５を形成する。本例の撥液膜２５は、上述したようにカーボンナノチューブ膜で構成するもので、当該カーボンナノチューブ膜は特開２００３−６３８１３号公報に開示されるような、従来公知の手順に従い形成する。すなわち、まず、図５（ｊ）に示すように結晶構造を有する例えば厚さ２００ｎｍのＳｉＣ膜（炭化珪素多結晶体膜）２４を熱ＣＶＤ法により形成する。このＳｉＣ膜２４は、最終的に形成されるカーボンナノチューブ２５ａが高い配向性を持って構成されるように、所定の面方向に配向するように形成される。この所定の面方向とは、ＳｉＣ膜２４の結晶相がα−ＳｉＣの場合には（０００１）面とされ、β−ＳｉＣの場合には（１１１）面とされる。
【００３８】
かかる配向を有するＳｉＣ膜２４は、特開２００３−６３８１３号公報に開示されるように、まず、結晶性シリコン基板３１をエタノール、続いてアセトンにて超音波洗浄を行って脱脂した後、反応管の中に入れて、水素プラズマ中、８００℃で６０分間加熱する。基板温度が安定した後、原料ガスを導入し、成膜を開始する。Ｃの原料ガスとしてＣ2Ｈ2を、Ｓｉの原料ガスとしてＳｉＨ2Ｃｌ2を使用した。原料ガスは水素で１０％に希釈・充填したボンベから供給され、反応室へ入る前にキャリアガスの水素と混合する。それぞれのガス流量はＨ2 を３４３ｓｃｃｍ、ＳｉＨ2Ｃｌ2を１４ｓｃｃｍ、Ｃ2Ｈ2を９ｓｃｃｍとした。そして、結晶性シリコン基板３１上にＳｉＣ膜２４を厚さ２００ｎｍ堆積形成する。
【００３９】
以上の手順を行うことにより、結晶性シリコン基板３１上に、（１１１）面に配向したＳｉＣ膜（β−ＳｉＣ）２４を形成することができる。続いて、図５（ｋ）に示すようにＳｉＣ膜２４の表面全面に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉｘＮｙ（窒化珪素）膜３４を形成する。そして、図５（ｌ）に示すように、ＳｉｘＮｙ膜３４の表面全面にフォトレジストを塗布し、マスクアライナーでＳｉｘＮｙ膜３４の全面に塗布されたフォトレジストを露光した後、現像液で現像するフォトリソグラフィ（photolithography）技術を使用して、ＳｉｘＮｙ膜３４から不要な部分を除去するためのマスクパターンとなるフォトレジストパターン３５を形成する。そして、図５（ｍ）に示すようにフォトレジストパターン３５をマスクとしてＣＦ4 によるドライエッチングを行い、ＳｉｘＮｙ膜３４から不要な部分を除去し、その後、フォトレジストパターン３５を除去する。これにより、結晶性シリコン基板３１上の全体に形成されたＳｉＣ膜２４のうち、ノズル２０の吐出側表面のノズル周辺部のみにカーボンナノチューブ膜を形成するためのＳｉｘＮｙ膜パターン３４ａを得る。
【００４０】
そして、図５（ｎ）に示すように、結晶性シリコン基板３１を真空炉（図示せず）内にセットし、結晶性シリコン基板３１を、ＳｉＣ膜２４のＳｉＣが分解してその表面から珪素原子が失われる温度に加熱する。これによりＳｉＣから珪素原子が除去され、ＳｉＣ膜２４のうち、ＳｉｘＮｙ膜パターン３４ａの開口から表面が外部露呈している部分に、所定方向に配向する多数のカーボンナノチューブ２５ａが成長する。すなわち、ノズル２０の吐出側表面のノズル周辺部にカーボンナノチューブ膜（すなわち撥液膜２５）が構成され、ノズルプレート３が完成する。なお、本例では、１３５０℃で３０時間の条件で炭化珪素を昇華分解させるようにした。
【００４１】
なお、ここでは、結晶性シリコン基板３１の上面全体に形成したＳｉＣ膜２４のうち、ノズル２０の吐出側表面のノズル周辺部のみに撥液膜２５を形成するようにしたが、図５（ｎ）に示す状態の結晶性シリコン基板３１を真空炉にセットして、ノズルプレート３の吐出側表面全体を撥液膜化するようにしてもよい。また、ここではノズルプレート３のノズル加工（外形加工）を行ってから撥液膜２５を形成する例を説明したが、撥液膜２５を必要部分のみ又は全面に形成した後、ノズル加工（外形加工）を行うようにしてもよい。
【００４２】
また、ノズルプレート３は上述したようにＳｉＣ基板で構成してもよく、ＳｉＣ基板で構成した場合の製造方法を以下に説明する。基本的には結晶性シリコン基板３１で形成する場合と同じであり、ここでは異なる部分を中心に説明する。
【００４３】
図６及び図７は、ノズルプレートをＳｉＣ基板で構成した場合のノズルプレートの製造工程を示す図である。
まず、厚さ約５０μｍまで研削したＳｉＣ基板４１を準備する（図６（ａ）参照）。このＳｉＣ基板４１として、（０００１）面方位のＳｉＣ基板（α−ＳｉＣ）を使用する。なお、β−ＳｉＣの場合には（１１１）面方位のＳｉＣ基板を使用する。そして、続く図６（ｂ）〜図６（ｄ）の工程は、図４（ｂ）〜（ｄ）と同様の処理を行う。そして、図６（ｅ）では、図４（ｅ）と異なりＥＣＲプラズマエッチングによる異方性ドライエッチングを行いノズル２０を形成する。そして、図６（ｆ）〜図６（ｉ）の工程は、図４（ｆ）〜（ｉ）と同様の処理を行い、ノズルプレート３の外形形状を完成する。
【００４４】
次に、図７（ｊ）に示すようにＳｉＣ基板４１の表面全面に、プラズマＣＶＤ法により厚さ約１００ｎｍのＳｉｘＮｙ（窒化珪素）膜４２を形成する。そして、図７（ｋ）に示すように、ＳｉｘＮｙ膜４２の表面全面にフォトレジストを塗布し、マスクアライナーでＳｉｘＮｙ膜４２の全面に塗布されたフォトレジストを露光した後、現像液で現像するフォトリソグラフィ（photolithography）技術を使用して、ＳｉｘＮｙ膜４２から不要な部分を除去するためのマスクパターンとなるフォトレジストパターン４３を形成する。そして、図７（ｌ）に示すようにフォトレジストパターン４３をマスクとしてＣＦ4 によるドライエッチングを行い、ＳｉｘＮｙ膜４２から不要な部分を除去し、その後、フォトレジストパターン４３を除去する。これにより、ＳｉＣ基板４１のうち、ノズル２０の吐出側表面のノズル周辺部のみにカーボンナノチューブ膜を形成するためのＳｉｘＮｙ膜パターン４２ａを得る。
【００４５】
そして、図７（ｍ）に示すように、ＳｉＣ基板４１を真空炉（図示せず）内にセットし、ＳｉＣ基板４１を、ＳｉＣが分解してその表面から珪素原子が失われる温度に加熱する。これによりＳｉＣ基板４１から珪素原子が除去され、ＳｉＣ基板４１のうち、ＳｉｘＮｙ膜パターンの開口から表面が外部露呈している部分に、所定方向に配向する多数のカーボンナノチューブ２５ａが成長する。すなわち、ノズル２０の吐出側表面のノズル周辺部にカーボンナノチューブ膜（すなわち撥液膜）２５’が構成され、ノズルプレート３が完成する。本例では、１５００℃で１０時間の条件でＳｉＣを昇華分解させるようにした。なお、この図７（ｍ）に示す処理過程でＳｉｘＮｙ膜パターン４２ａは分解されて無くなるため、ＳｉｘＮｙ膜パターン４２ａを取り除くための工程は不要となっている。
【００４６】
なお、ここではＳｉＣ基板４１のうち、ノズル２０の吐出側表面のノズル周辺部のみに撥液膜を形成するようにしたが、図７（ｊ）に示す状態のＳｉＣ基板４１を真空炉にセットして、ノズルプレート３の吐出側表面全体を撥液膜化するようにしてもよい。また、ここではノズルプレート３のノズル加工（外形加工）を行ってから撥液膜２５’を形成する例を説明したが、撥液膜２５’を必要部分のみ又は全面に形成した後、ノズル加工（外形加工）を行うようにしてもよい。
【００４７】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置の一例を示す図で、図８では、特にインクを吐出するインクジェット記録装置の例で示している。図８に示されるインクジェット記録装置１００は、インクジェットプリンタであり、実施の形態１の液滴吐出ヘッドを搭載している。このため、インク滴に飛翔が損なわれるなどの原因による画質低下を防止でき、高解像度の印字が可能となる。従って、本実施の形態３では、安定して高品質の印字が可能なインクジェット記録装置１００を得ることができる。
【００４８】
なお、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドは、図８に示すインクジェットプリンタの他に、吐出する液体を種々変更することで、カラーフィルタのマトリクスパターンの形成、有機ＥＬ表示装置の発光部の形成、生体液体試料の吐出等を行う液滴吐出装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施形態１の液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドの概略縦断面図。
【図３】図１の要部断面図。
【図４】ノズルプレート（結晶性シリコン基板）の製造工程図（１／２）。
【図５】ノズルプレート（結晶性シリコン基板）の製造工程図（２／２）。
【図６】ノズルプレート（ＳｉＣ基板）の製造工程図（１／２）。
【図７】ノズルプレート（ＳｉＣ基板）の製造工程図（２／２）。
【図８】実施形態１の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の一例図。
【符号の説明】
【００５０】
３ ノズルプレート、５ 圧力発生室、２０ ノズル、２４ ＳｉＣ膜、２５ 撥液膜、２５ａ カーボンナノチューブ、２５ｂ 空気層、３１ 結晶性シリコン基板、３４，４２ ＳｉｘＮｙ膜、１００ インクジェット記録装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出するための液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッドの代表的なものとして、プリンタ、複写機、複合機等に用いられるインクジェット式記録装置のインクジェットヘッドがある。インクジェットヘッドは、インク液滴を吐出する複数のノズルを有するノズルプレートと、ノズルプレートのノズルに連通し、インクを収容する圧力発生室と、圧力発生室にインク液滴を飛翔させる圧力変化を与える圧力発生手段とを有し、圧力発生手段により圧力発生室内に圧力変化を与えることにより、ノズルからインク液滴を吐出させるものである。
【０００３】
また、このようなタイプのインクジェットヘッドには、圧力発生手段として圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を静電気力により変形させてノズルからインク液滴を吐出させる静電駆動式や、振動板の変形を圧電素子により行なわせるようにした圧電振動式や、圧力発生室内に駆動信号によりジュール熱を発生する抵抗線を設けたバブルジェット（登録商標）式のものがある。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドにおいては、ノズルからインク液滴を吐出させて記録を行うため、ノズルの形状、精度がインク液滴の噴射特性に大きな影響を与えることが知られている。例えば、ノズルプレート表面のノズル開口周辺部にインクが付着して不均一なインク溜まりが発生すると、インク液滴の吐出方向が曲げられたり、インク液滴の大きさにバラツキが生じたり、インク液滴の飛翔速度が不安定になるなどの不都合が生じる。そこで、従来のインクジェットヘッドでは、ノズルの吐出側表面に撥インク膜を形成して撥インク性を持たせることで、ノズルプレートの表面の均一性を高め、インク滴の飛翔特性の安定化を図るようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０５５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１ではノズルプレートを樹脂材料から構成しており、その表面に撥インク膜を形成するようにしている。しかしながら、撥インク膜の樹脂材料基板に対する密着性が十分ではないことから、塗布後の初期では撥液性が得られていても、ワイピング（ノズルプレート表面やノズル開口部に付着したインク液滴やゴミ除去のための作業）によって表面が繰り返し擦られると、徐々に撥インク膜が剥がれ、撥液性が劣化してしまうという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、ノズルの吐出側表面の撥液性及び耐摩耗性に優れたノズルプレートを有する液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出装置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】
【０００８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルを有するノズルプレートと、ノズルプレートのノズルに連通し、液滴を収容する圧力発生室と、圧力発生室に液滴を飛翔させる圧力変化を与える圧力発生手段とを有し、少なくともノズルの吐出側表面の周辺部に、カーボンナノチューブ膜からなる撥液膜が形成されているものである。
これにより、ワイピングによる表面劣化を防止でき、耐摩耗性に優れ、撥液性を長期間に渡って維持することが可能なノズルプレートを有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。その結果、液滴の切れが良く、安定した液滴の飛翔特性を長期に渡って発揮することのできる液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【０００９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、撥液膜が、カーボンナノチューブが所定方向に配向されてなるものである。
このようにカーボンナノチューブが所定方向に配向されているため、カーボンナノチューブ間に適宜間隔で空気層が形成され、その空気層の作用により撥液性を発揮することができる。
【００１０】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズルプレートが、結晶性シリコン基板で構成され、撥液膜は、結晶性シリコン基板上に形成されたシリコンカーバイト膜の表面に形成されているものである。
このようにノズルプレートには結晶性シリコン基板を用いることができ、その場合、撥液膜は、結晶性シリコン基板上に形成されたシリコンカーバイト膜の表面に形成される。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズルプレートが、シリコンカーバイト基板で構成されてなるものである。
このようにノズルプレートにはシリコンカーバイト基板を用いることができる。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、圧力発生手段が、静電駆動式又は圧電駆動式であるものである。
このように圧力発生手段としては、静電駆動式又は圧電駆動式のどちらも採用可能である。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の何れかの液滴吐出ヘッドの製造方法であって、撥液膜を、シリコンカーバイト膜を真空加熱して形成するものである。
このように、撥液膜は、シリコンカーバイト膜を真空加熱することにより形成できる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の何れかの液滴吐出ヘッドの製造方法であって、撥液膜を、シリコンカーバイト基板を真空加熱して形成するものである。
このように、撥液膜は、シリコンカーバイト基板を真空加熱することにより形成できる。
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の何れかの液滴吐出ヘッドが搭載されているものである。
これにより、液滴の切れが良く、安定した液滴の飛翔特性を長期に渡って発揮することのできる液滴吐出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドの縦断面図である。
【００１７】
実施の形態１の液滴吐出ヘッドは、主にキャビティプレート１、電極基板２及びノズルプレート３が接合されることにより構成されている。キャビティプレート１は、例えば単結晶シリコン基板（以下、単にシリコン基板という）から構成される。なお、図１では、キャビティプレート１として（１００）面方位のシリコン基板を使用している。キャビティプレート１には、ノズルプレート３のノズル２０に連通し、液滴を収容する圧力発生室５と、各圧力発生室５に供給すべき液滴を溜めるリザーバー６とが形成されている。圧力発生室５は、その底壁が振動板４として形成されており、振動板４が変位して内部の液滴に圧力変化が与えられると、ノズル２０から液滴が飛翔するようになっている。圧力発生室５に圧力変化を与える圧力発生手段は、本例では振動板４とこの振動板４に対向して配置された後述の個別電極１１とを有し、振動板４を静電気力で変形させる静電駆動式のものを採用した場合を例に説明するが、圧電駆動方式のものとしても良い。また、図１の電極端子７は、図２に示す駆動回路２３と接続されている。
【００１８】
振動板４は、高濃度のボロン・ドープ層から形成されている。このボロン・ドープ層は、ボロンを高濃度（約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上）にドープして形成されており、例えばアルカリ性水溶液で単結晶シリコンをエッチングしたときに、エッチング速度が極端に遅くなるいわゆるエッチングストップ層となっている。ボロン・ドープ層がエッチングストップ層として機能するため、振動板４の厚み及び圧力発生室５の容積を高精度で形成することができるようになっている。なお、この振動板４は本例では厚さ４μｍで形成されている。かかる構成の振動板４は、各圧力発生室５側の共通電極として機能する。
【００１９】
また、キャビティプレート１の電極基板２側の面全体には、絶縁膜４ａが形成されている。この絶縁膜４ａは、各圧力発生室５側の共通電極として機能する振動板４と後述の個別電極１１との短絡及び絶縁破壊を防止するためのものである。
【００２０】
電極基板２は、例えば厚さが１ｍｍのホウ珪酸ガラスからなり、キャビティプレート１の振動板４側に接合されている。この電極基板２には、振動板４との間にギャップ１０を構成する例えば深さが０．２μｍの電極用凹部１０ａがエッチングにより形成されている。そして、この電極用凹部１０ａの内部には、振動板４に対向して個別電極１１が形成されている。個別電極１１は、酸化錫をドープしたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、インジウム錫酸化物）等からなり、例えばスパッタにより厚さ０．１μｍで形成されている。また、電極基板２には、リザーバー６に液滴を供給するための液体供給口１７が設けられている。さらに、個別電極１１は、リード部及び端子部１３（図１参照）を介して駆動回路２３と接続されている。また、ギャップ１０は封止材１０ｂによって封止されている。なお、電極基板２は、ホウ珪酸ガラスではなくシリコン基板等で形成してもよい。
【００２１】
ノズルプレート３は、例えば厚さ１００μｍの結晶性シリコン基板からなり、ノズルプレート３の厚さ方向に貫通するノズル２０が形成されている。ノズル２０は、ノズルプレート３の下面側が圧力発生室５に連通し、ノズルプレート３の上面側が液滴を吐出するための開口面となっている。このノズル２０は、ノズルプレート３の上面側が横断面の面積の小さい第１の溝２０ａからなり、ノズルプレート３の下面側が横断面の面積の広い第２の溝２０ｂとなっており、階段状の２段ノズルとなっている。また、ノズルプレート３の下面には、圧力発生室５とリザーバー６を連通するためのオリフィス２１と、リザーバーダイヤフラム２２が設けられている。ノズルプレート３の上面のリザーバーダイヤフラム２２に対応する部分は凹部になっている。このようにしてリザーバーダイヤフラム２２の部分を薄くすることにより、ノズル２０間でのリザーバー６を介した圧力干渉を防止し、駆動するノズル本数によらず液滴の吐出が安定して行えるようになっている。
【００２２】
また、ノズルプレート３のノズル２０の吐出面側の表面全体には、プラズマ化学的蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて結晶構造を有する例えば厚さ２００ｎｍのＳｉＣ（シリコンカーバイト）膜２４（図２参照）が形成されている。そして、ＳｉＣ膜２４のうち、ノズル２０の吐出側表面の周辺部に、カーボンナノチューブ膜からなる撥液膜２５が形成されている。
【００２３】
図３は、撥液膜を有するノズル部分の拡大図である。
図３に示すように、撥液膜２５は、所定方向（この例ではノズルプレート３に対して垂直方向）に配向した多数のカーボンナノチューブ２５ａからなるカーボンナノチューブ膜から構成されている。各カーボンナノチューブ２５ａがこのように所定方向に配向していることで、各カーボンナノチューブ２５ａ間に適宜間隔で空気層２５ｂが形成され、その空気層２５ｂの作用により撥液性が発揮されるようになっている。カーボンナノチューブ２５ａの高さは本例では５０ｎｍとしている。この高さは、液滴吐出ヘッドの繰り返し使用により液滴が空気層２５ｂ内に進入して乾燥固着してしまっても、表面に空気層２５ｂが残存し、長期に渡って撥液性を維持できる高さとされる。
【００２４】
ここで、カーボンナノチューブ２５ａは硬度が高いことから、このように硬度の高いカーボンナノチューブ２５ａから構成されるカーボンナノチューブ膜を撥液膜２５として用いることにより、ワイピングによる表面劣化を防止でき、耐摩耗性に優れ、撥液性を長期間に渡って維持することが可能なノズルプレート３を構成できる。
【００２５】
次に、図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドの動作について説明する。
駆動回路２３によりキャビティプレート１と個別電極１１の間にパルス電圧が印加されると、振動板４と個別電極１１との間に静電気力が発生し、その吸引作用により振動板４が個別電極１１側に引き寄せられて撓み、圧力発生室５の容積が拡大する。これによりリザーバー６の内部に溜まっていたインク等の液滴がオリフィス２１を通じて圧力発生室５に流れ込む。次に、個別電極１１への電圧の印加を停止すると、静電吸引力が消滅して振動板４が復元し、圧力発生室５の容積が急激に収縮する。これにより、圧力発生室５内の圧力が急激に上昇し、この圧力発生室５に連通しているノズル２０からインク等の液滴が吐出される。
【００２６】
ここで、液滴吐出ヘッドにおいては、上述したように、ノズル２０の吐出側表面の周辺部にカーボンナノチューブ膜から構成された撥液膜２５が形成されているので、液滴の切れが良く、安定した液滴の飛翔特性が発揮された液滴吐出が可能となっている。
【００２７】
このように本実施の形態１によれば、撥液膜２５をカーボンナノチューブ膜で構成したので、ワイピングによる表面劣化を防止でき、耐摩耗性に優れ、撥液性を長期間に渡って維持することが可能なノズルプレート３を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。これにより、液滴の切れが良く、安定した液滴の飛翔特性を長期に渡って発揮することのできる液滴吐出ヘッドを構成できる。
【００２８】
なお、図２では、撥液膜２５をノズル２０の吐出側表面の周辺部のみに形成した例を示したが、ノズルプレート３のノズル２０の吐出側表面全体に形成するようにしても良い。また、ノズルプレート３は、上述したように結晶性シリコン基板で構成する以外に、ＳｉＣ基板で構成してもよい。また、図１では、ノズル２０及び圧力発生室５が２列に並んだ液滴吐出ヘッドを示しているが、ノズル２０及び圧力発生室５が１列に並んだものであってもよい。また、図１及び図２では、吐出方式が、ノズルプレート３に平行に液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプのものを例に挙げて説明したが、サイドイジェクトタイプのものであってもよい。
【００２９】
実施の形態２．
次に、実施の形態１の液滴吐出ヘッドの製造方法について、図４〜図７を参照して説明する。なお、キャビティプレート１及び電極基板２は従来公知の方法を用いて形成でき、ここではその説明を省略し、以下では本発明の要部である撥液膜２５を有するノズルプレート３の製造方法について説明する。
【００３０】
まず、厚み約１００μｍの結晶性シリコン基板３１を準備し（図４（ａ）参照）、この結晶性シリコン基板３１に、水蒸気を含んだ酸素雰囲気の中で熱酸化処理を行い、表面３１ａ及び裏面３１ｂに約１．８μｍのシリコン酸化膜３２を形成する（図４（ｂ）参照）。次に結晶性シリコン基板３１の裏面３１ｂの、ノズル２０の第１の溝２０ａに対応する部分２０ｃをフォトリソグラフィーによりパターニングし、これらの部分のシリコン酸化膜３２をエッチングにより除去する（図４（ｃ）参照）。なおパターニングは、シリコン酸化膜３２を除去しない部分（結晶性シリコン基板３１の表面３１ａを含む）にレジストを塗布して行う。
【００３１】
そして結晶性シリコン基板３１の裏面３１ｂの、ノズル２０の第２の溝２０ｂに対応する部分２０ｄをフォトリソグラフィーによりパターニングし、これらの部分のシリコン酸化膜３２をハーフエッチングする（図４（ｄ）参照）。なおパターニングは図４（ｄ）と同様に行い、ハーフエッチングではシリコン酸化膜が１．０μｍの厚さに残るようにする。
【００３２】
図４（ｄ）でシリコン酸化膜３２をハーフエッチングした結晶性シリコン基板３１の裏面３１ｂに、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）放電による異方性ドライエッチングを施し２２μｍの深さにエッチングする。このときシリコン酸化膜３２の残った部分（ハーフエッチングされた部分を含む）はエッチングされない。その後、フッ酸水溶液で結晶性シリコン基板３１をエッチングし、ハーフエッチングされた部分に残っているシリコン酸化膜３２の厚みだけ薄くする。このとき、図４（ｄ）でハーフエッチングされた部分はシリコン酸化膜３２がすべて除去され、残りの部分はエッチングした分だけシリコン酸化膜３２が薄くなる。そして再び裏面３１ｂに、ＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングを行い、５５μｍエッチングする。これにより、ノズル２０の第１の溝２０ａに対応する部分２０ｃは７７μｍエッチングされ、ノズル２０の第２の溝２０ｂに対応する部分２０ｄは５５μｍエッチングされることとなる。その後、結晶性シリコン基板３１をフッ酸水溶液に浸し、残ったすべてのシリコン酸化膜３２を除去する（図４（ｅ）参照）。
【００３３】
図４（ｅ）の工程では、ノズル２０の第１の溝２０ａ及び第２の溝２０ｂをＩＣＰ放電による異方性ドライエッチングで形成しているため、結晶性シリコン基板３１に垂直にエッチングすることができ、精度の高いノズル２０を形成することができる。また、ノズル２０は２段ノズルとなっているので、第２の溝２０ｂで液滴の流れが整えられ、液滴の吐出時の直進性を増すことができる。
【００３４】
その後、結晶性シリコン基板３１に水蒸気を含んだ酸素雰囲気中で熱酸化処理を施し、全面に厚さ１．２μｍのシリコン酸化膜３３を形成する（図４（ｆ）参照）。この熱酸化処理は、温度１０７５℃の水蒸気を含んだ酸素雰囲気中で４時間程度行う。そして結晶性シリコン基板３１の表面３１ａに、ノズル２０を開口させるための凹部２０ｅを形成する部分（図４（ｈ）参照）をフォトリソグラフィーによってパターニングし、これらの部分のシリコン酸化膜３３をエッチングにより除去する（図４（ｇ）参照）。また、パターニングは図４（ｃ）と同様に行う。
【００３５】
次に、結晶性シリコン基板３１を２５重量％の水酸化カリウム水溶液に浸し、図４（ｇ）の工程でシリコン酸化膜３３を除去した部分から２３μｍエッチングを行う（図４（ｈ）参照）。なおこの図４（ｇ）の工程では、結晶性シリコン基板３１の表面３１ａから斜めにエッチングが進むため、図４（ｇ）の工程ではそれに合わせたパターニングを行うようにする。凹部２０ｅを形成するのは、ノズル２０の周辺部以外の部分の結晶性シリコン基板３１の厚みを確保するためであるが、図４（ｇ）の工程で第１の溝２０ａと第２の溝２０ｂを深く形成して、凹部２０ｅを形成しないようにしてもよい。
【００３６】
そして、結晶性シリコン基板３１に残っているシリコン酸化膜３３をフッ酸水溶液によって除去し、ノズル２０の第１の溝２０ａを貫通させる（図４（ｉ）参照）。また、ノズル２０の形成と同時又は別のエッチング工程によってオリフィス２１、リザーバーダイヤフラム２２を形成する。
【００３７】
以上のようにしてノズルプレート３の外形形状が完成したところで、次に撥液膜２５を形成する。本例の撥液膜２５は、上述したようにカーボンナノチューブ膜で構成するもので、当該カーボンナノチューブ膜は特開２００３−６３８１３号公報に開示されるような、従来公知の手順に従い形成する。すなわち、まず、図５（ｊ）に示すように結晶構造を有する例えば厚さ２００ｎｍのＳｉＣ膜（炭化珪素多結晶体膜）２４を熱ＣＶＤ法により形成する。このＳｉＣ膜２４は、最終的に形成されるカーボンナノチューブ２５ａが高い配向性を持って構成されるように、所定の面方向に配向するように形成される。この所定の面方向とは、ＳｉＣ膜２４の結晶相がα−ＳｉＣの場合には（０００１）面とされ、β−ＳｉＣの場合には（１１１）面とされる。
【００３８】
かかる配向を有するＳｉＣ膜２４は、特開２００３−６３８１３号公報に開示されるように、まず、結晶性シリコン基板３１をエタノール、続いてアセトンにて超音波洗浄を行って脱脂した後、反応管の中に入れて、水素プラズマ中、８００℃で６０分間加熱する。基板温度が安定した後、原料ガスを導入し、成膜を開始する。Ｃの原料ガスとしてＣ2Ｈ2を、Ｓｉの原料ガスとしてＳｉＨ2Ｃｌ2を使用した。原料ガスは水素で１０％に希釈・充填したボンベから供給され、反応室へ入る前にキャリアガスの水素と混合する。それぞれのガス流量はＨ2 を３４３ｓｃｃｍ、ＳｉＨ2Ｃｌ2を１４ｓｃｃｍ、Ｃ2Ｈ2を９ｓｃｃｍとした。そして、結晶性シリコン基板３１上にＳｉＣ膜２４を厚さ２００ｎｍ堆積形成する。
【００３９】
以上の手順を行うことにより、結晶性シリコン基板３１上に、（１１１）面に配向したＳｉＣ膜（β−ＳｉＣ）２４を形成することができる。続いて、図５（ｋ）に示すようにＳｉＣ膜２４の表面全面に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉｘＮｙ（窒化珪素）膜３４を形成する。そして、図５（ｌ）に示すように、ＳｉｘＮｙ膜３４の表面全面にフォトレジストを塗布し、マスクアライナーでＳｉｘＮｙ膜３４の全面に塗布されたフォトレジストを露光した後、現像液で現像するフォトリソグラフィ（photolithography）技術を使用して、ＳｉｘＮｙ膜３４から不要な部分を除去するためのマスクパターンとなるフォトレジストパターン３５を形成する。そして、図５（ｍ）に示すようにフォトレジストパターン３５をマスクとしてＣＦ4 によるドライエッチングを行い、ＳｉｘＮｙ膜３４から不要な部分を除去し、その後、フォトレジストパターン３５を除去する。これにより、結晶性シリコン基板３１上の全体に形成されたＳｉＣ膜２４のうち、ノズル２０の吐出側表面のノズル周辺部のみにカーボンナノチューブ膜を形成するためのＳｉｘＮｙ膜パターン３４ａを得る。
【００４０】
そして、図５（ｎ）に示すように、結晶性シリコン基板３１を真空炉（図示せず）内にセットし、結晶性シリコン基板３１を、ＳｉＣ膜２４のＳｉＣが分解してその表面から珪素原子が失われる温度に加熱する。これによりＳｉＣから珪素原子が除去され、ＳｉＣ膜２４のうち、ＳｉｘＮｙ膜パターン３４ａの開口から表面が外部露呈している部分に、所定方向に配向する多数のカーボンナノチューブ２５ａが成長する。すなわち、ノズル２０の吐出側表面のノズル周辺部にカーボンナノチューブ膜（すなわち撥液膜２５）が構成され、ノズルプレート３が完成する。なお、本例では、１３５０℃で３０時間の条件で炭化珪素を昇華分解させるようにした。
【００４１】
なお、ここでは、結晶性シリコン基板３１の上面全体に形成したＳｉＣ膜２４のうち、ノズル２０の吐出側表面のノズル周辺部のみに撥液膜２５を形成するようにしたが、図５（ｎ）に示す状態の結晶性シリコン基板３１を真空炉にセットして、ノズルプレート３の吐出側表面全体を撥液膜化するようにしてもよい。また、ここではノズルプレート３のノズル加工（外形加工）を行ってから撥液膜２５を形成する例を説明したが、撥液膜２５を必要部分のみ又は全面に形成した後、ノズル加工（外形加工）を行うようにしてもよい。
【００４２】
また、ノズルプレート３は上述したようにＳｉＣ基板で構成してもよく、ＳｉＣ基板で構成した場合の製造方法を以下に説明する。基本的には結晶性シリコン基板３１で形成する場合と同じであり、ここでは異なる部分を中心に説明する。
【００４３】
図６及び図７は、ノズルプレートをＳｉＣ基板で構成した場合のノズルプレートの製造工程を示す図である。
まず、厚さ約５０μｍまで研削したＳｉＣ基板４１を準備する（図６（ａ）参照）。このＳｉＣ基板４１として、（０００１）面方位のＳｉＣ基板（α−ＳｉＣ）を使用する。なお、β−ＳｉＣの場合には（１１１）面方位のＳｉＣ基板を使用する。そして、続く図６（ｂ）〜図６（ｄ）の工程は、図４（ｂ）〜（ｄ）と同様の処理を行う。そして、図６（ｅ）では、図４（ｅ）と異なりＥＣＲプラズマエッチングによる異方性ドライエッチングを行いノズル２０を形成する。そして、図６（ｆ）〜図６（ｉ）の工程は、図４（ｆ）〜（ｉ）と同様の処理を行い、ノズルプレート３の外形形状を完成する。
【００４４】
次に、図７（ｊ）に示すようにＳｉＣ基板４１の表面全面に、プラズマＣＶＤ法により厚さ約１００ｎｍのＳｉｘＮｙ（窒化珪素）膜４２を形成する。そして、図７（ｋ）に示すように、ＳｉｘＮｙ膜４２の表面全面にフォトレジストを塗布し、マスクアライナーでＳｉｘＮｙ膜４２の全面に塗布されたフォトレジストを露光した後、現像液で現像するフォトリソグラフィ（photolithography）技術を使用して、ＳｉｘＮｙ膜４２から不要な部分を除去するためのマスクパターンとなるフォトレジストパターン４３を形成する。そして、図７（ｌ）に示すようにフォトレジストパターン４３をマスクとしてＣＦ4 によるドライエッチングを行い、ＳｉｘＮｙ膜４２から不要な部分を除去し、その後、フォトレジストパターン４３を除去する。これにより、ＳｉＣ基板４１のうち、ノズル２０の吐出側表面のノズル周辺部のみにカーボンナノチューブ膜を形成するためのＳｉｘＮｙ膜パターン４２ａを得る。
【００４５】
そして、図７（ｍ）に示すように、ＳｉＣ基板４１を真空炉（図示せず）内にセットし、ＳｉＣ基板４１を、ＳｉＣが分解してその表面から珪素原子が失われる温度に加熱する。これによりＳｉＣ基板４１から珪素原子が除去され、ＳｉＣ基板４１のうち、ＳｉｘＮｙ膜パターンの開口から表面が外部露呈している部分に、所定方向に配向する多数のカーボンナノチューブ２５ａが成長する。すなわち、ノズル２０の吐出側表面のノズル周辺部にカーボンナノチューブ膜（すなわち撥液膜）２５’が構成され、ノズルプレート３が完成する。本例では、１５００℃で１０時間の条件でＳｉＣを昇華分解させるようにした。なお、この図７（ｍ）に示す処理過程でＳｉｘＮｙ膜パターン４２ａは分解されて無くなるため、ＳｉｘＮｙ膜パターン４２ａを取り除くための工程は不要となっている。
【００４６】
なお、ここではＳｉＣ基板４１のうち、ノズル２０の吐出側表面のノズル周辺部のみに撥液膜を形成するようにしたが、図７（ｊ）に示す状態のＳｉＣ基板４１を真空炉にセットして、ノズルプレート３の吐出側表面全体を撥液膜化するようにしてもよい。また、ここではノズルプレート３のノズル加工（外形加工）を行ってから撥液膜２５’を形成する例を説明したが、撥液膜２５’を必要部分のみ又は全面に形成した後、ノズル加工（外形加工）を行うようにしてもよい。
【００４７】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置の一例を示す図で、図８では、特にインクを吐出するインクジェット記録装置の例で示している。図８に示されるインクジェット記録装置１００は、インクジェットプリンタであり、実施の形態１の液滴吐出ヘッドを搭載している。このため、インク滴に飛翔が損なわれるなどの原因による画質低下を防止でき、高解像度の印字が可能となる。従って、本実施の形態３では、安定して高品質の印字が可能なインクジェット記録装置１００を得ることができる。
【００４８】
なお、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドは、図８に示すインクジェットプリンタの他に、吐出する液体を種々変更することで、カラーフィルタのマトリクスパターンの形成、有機ＥＬ表示装置の発光部の形成、生体液体試料の吐出等を行う液滴吐出装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施形態１の液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドの概略縦断面図。
【図３】図１の要部断面図。
【図４】ノズルプレート（結晶性シリコン基板）の製造工程図（１／２）。
【図５】ノズルプレート（結晶性シリコン基板）の製造工程図（２／２）。
【図６】ノズルプレート（ＳｉＣ基板）の製造工程図（１／２）。
【図７】ノズルプレート（ＳｉＣ基板）の製造工程図（２／２）。
【図８】実施形態１の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の一例図。
【符号の説明】
【００５０】
３ ノズルプレート、５ 圧力発生室、２０ ノズル、２４ ＳｉＣ膜、２５ 撥液膜、２５ａ カーボンナノチューブ、２５ｂ 空気層、３１ 結晶性シリコン基板、３４，４２ ＳｉｘＮｙ膜、１００ インクジェット記録装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズルを有するノズルプレートと、該ノズルプレートの前記ノズルに連通し、液滴を収容する圧力発生室と、該圧力発生室に液滴を飛翔させる圧力変化を与える圧力発生手段とを有し、
少なくとも前記ノズルの吐出側表面の周辺部に、カーボンナノチューブ膜からなる撥液膜が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記撥液膜は、カーボンナノチューブが所定方向に配向されてなることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記ノズルプレートは、結晶性シリコン基板で構成され、前記撥液膜は、結晶性シリコン基板上に形成されたシリコンカーバイト膜の表面に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記ノズルプレートは、シリコンカーバイト基板で構成されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記圧力発生手段は、静電駆動式又は圧電駆動式であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜３、５の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記撥液膜は、シリコンカーバイト膜を真空加熱して形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項１、２、４、５の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記撥液膜は、シリコンカーバイト基板を真空加熱して形成することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れかに記載の液滴吐出ヘッドが搭載されていることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズルを有するノズルプレートと、該ノズルプレートの前記ノズルに連通し、液滴を収容する圧力発生室と、該圧力発生室に液滴を飛翔させる圧力変化を与える圧力発生手段とを有し、
少なくとも前記ノズルの吐出側表面の周辺部に、カーボンナノチューブ膜からなる撥液膜が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記撥液膜は、カーボンナノチューブが所定方向に配向されてなることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記ノズルプレートは、結晶性シリコン基板で構成され、前記撥液膜は、結晶性シリコン基板上に形成されたシリコンカーバイト膜の表面に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記ノズルプレートは、シリコンカーバイト基板で構成されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記圧力発生手段は、静電駆動式又は圧電駆動式であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜３、５の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記撥液膜は、シリコンカーバイト膜を真空加熱して形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項１、２、４、５の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記撥液膜は、シリコンカーバイト基板を真空加熱して形成することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れかに記載の液滴吐出ヘッドが搭載されていることを特徴とする液滴吐出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−４５１２４（Ｐ２００７−４５１２４Ａ）
【公開日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２３４７９０（Ｐ２００５−２３４７９０）
【出願日】平成１７年８月１２日（２００５．８．１２）
【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１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月１２日（２００５．８．１２）
【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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