液滴喷头及液滴喷出装置的制作方法

文档序号:2484599阅读:231来源:国知局
专利名称:液滴喷头及液滴喷出装置的制作方法
技术领域
本发明涉及液滴喷头及液滴喷出装置。
背景技术
例如喷墨打印机这样的液滴喷出装置,具备用于喷出液滴的液滴喷 头。作为这样的液滴喷头,已知例如具备与将油墨做成液滴喷出的喷嘴连 通且收容油墨的油墨室(空腔)和使该油墨室的壁面变形的驱动用压电元 件的结构。
这样的液滴喷头中,通过使驱动用的压电元件伸縮以使油墨室的一部 分(振动板)发生位移。由此,使油墨室的容积发生变化而从喷嘴喷出油 墨液滴。
然而,这样的液滴喷头是通过利用感光性粘接剂或弹性粘接剂将形成 有喷嘴的喷嘴板和划分油墨室的基板之间粘接而组装的结构(例如,参照 专利文献l)。
但是,在向喷嘴板和基板之间供给粘接剂时,严格控制粘接剂的供给 量是极为困难的。因此,不能使所供给的粘接剂的量达到均匀,进而造成 喷嘴板和基板的距离不一致。由此,造成多个设置于液滴喷头内的油墨室 各自的容积变得不一致,或使得每个液滴喷头内油墨室的容积变得不一 致。另夕卜,还使液滴喷头和印刷纸等印字介质之间的距离变得不一致。进 而,还有可能造成从粘接部位喷出粘接剂。因这样的问题而降低液滴喷头 的尺寸精度,进而降低喷墨打印机的印字质量。
另外,粘接剂被长期暴露在贮存于油墨室的油墨中。若这样使粘接剂 暴露在油墨中,则因油墨中的有机成分而使粘接剂产生变质/老化。因此, 有可能或者降低油墨室的液密性,或者使粘接剂中的成分向油墨偏析。
另一方面,已知有一种利用固体粘接法来粘接构成液滴喷头的各部件 的方法。固体接合是不用让粘接剂等粘接层介入而直接粘接各个部件的方法, 例如公知的方法有硅直接接合法、阳极接合法等。 但是,固体接合存在下述问题 可粘接的部件的材质有限
'在粘接工艺中伴有高温(例如700 800'C左右)下的热处理 粘接工艺的环境气体受限于减压气氛。 专利文献l:日本特幵平5 — 155017号公报

发明内容
本发明的目的在于,提供一种尺寸精度及耐药性优良、可长期进行高 品质印字及高可靠性的液滴喷头,以及具备这样的液滴喷头的高可靠性的 液滴喷出装置。
通过下述的本发明实现了这样的目的。
本发明提供一种液滴喷头,其特征在于,具有
形成有贮存喷出液的喷出液贮存室的基板;
以覆盖所述喷出液贮存室的方式设置于所述基板的一面,且具备将所
述喷出液作为液滴喷出的喷嘴孔的喷嘴板;
以覆盖所述喷出液贮存室的方式设置于所述基板的另一面的密封板, 所述基板和所述喷嘴板经由接合膜而接合,
所述接合膜通过等离子聚合法而形成,其包含含有硅氧烷(Si—O)
键且具有无规则的原子结构的Si骨架;与该Si骨架结合的脱离基团
(leaving group),
通过对所述接合膜至少一部分的区域赋予能量,而使存在于所述接合 膜的表面附近的所述脱离基团从所述Si骨架脱离,并利用所述接合膜的表 面的所述区域显现的粘接性,所述接合膜对所述基板和所述喷嘴板进行接 合。
由此,可得到尺寸精度及耐药性优良且可长期进行高品质的印字的高 可靠性的液滴喷头。另外,通过等离子聚合法而形成的接合膜为致密且均 质的物质。而且,可将基板和喷嘴板粘接得特别牢固。进而,用等离子聚 合法而制成的接合膜可在较长的时间内保持赋予能量且被活性化的状态。因此,可以实现液滴喷头制造过程的简单化、高效化。
本发明的液滴喷头中,优选从构成所述接合膜的所有原子中除去了 H
原子的原子中,Si原子的含有率和O原子的含有率的总计为10 90%原 子。
由此,接合膜就形成使Si原子和O原子形成牢固的网络(network), 以使接合膜本身更为牢固。因此,接合膜相对于基板及喷嘴板而显示出特 别高的接合强度。
本发明的液滴喷头中,优选所述接合膜中的Si原子和O原子的存在
比为3: 7 7: 3。
由此,可以提高接合膜的稳定性,从而更牢固地粘接基板和喷嘴板。 本发明的液滴喷头中,优选所述Si骨架的结晶度为45。/。以下。 由此,Si骨架成为充分含有无规则的原子结构的骨架。因此,Si骨架
的特性明显化,接合膜的尺寸精度及粘接性更加优良。 本发明的液滴喷中,优选所述接合膜含有Si—H键。 一般认为,Si—H键阻碍有规则地进行硅氧烷键的生成。因此,通过
避开Si—H键的方式形成硅氧烷键,而降低Si骨架的规则性。这样,通
过接合膜中含有Si—H键,可以有效形成低结晶度的Si骨架。
本发明的液滴喷头中,优选含有所述Si—H键的接合膜的红外光吸收
光谱中,在设置归属于硅氧烷键的峰值强度为1时,归属于Si—H键的峰
值强度为0.001 0.2。
由此,接合膜中的原子结构相对而言是最无规则。因此,接合膜在接
合强度、耐药性及尺寸精度方面特别优良。
本发明的液滴喷头中,优选所述脱离基团包含选自H原子、B原子、
C原子、N原子、O原子、P原子、S原子及卤素系原子,或者以这些各
原子与所述Si骨架相结合的方式配置的原子团构成的群中的至少一种而构成。
这些脱离基团在基于赋予能量的结合/脱离的选择性方面比较优良。因 此,这样的脱离基团可以实现接合膜的粘接性达到更高的高度。 本发明的液滴喷头中,优选所述脱离基团为垸基。 烷基的化学稳定性高,因此,作为脱离基团而含有烷基的接合膜在耐气候性及耐药品性方面优良。
本发明的液滴喷头中,优选作为所述脱离基团含有甲基的接合膜的红 外光吸收光谱中,在设置归属于硅氧烷基的峰值强度为1时,归属于甲基
的峰值强度为0.05 0.45。
由此,由于甲基的含有率达到最佳,不仅防止使甲基达到所需以上对 硅氧垸键的生成造成阻碍,同时还在接合膜中产生所需且充足的数量的活 性手,因此,接合膜产生充足的粘接性。另外,接合膜还显现由甲基引起 的充分的耐气候性及耐药品性。
本发明的液滴喷头中,优选所述接合膜以聚有机硅氧垸为主要材料构成。
由此,使得接合膜本身具有优良的机械特性。另外,相对于多数材料 而可获得展现特别优良的粘接性的接合膜。因此,使用该接合膜可更加牢 固地粘接基板和喷嘴板。另外,还形成了容易且可靠地执行非粘接性和粘 接性的控制的接合膜。进而,由于接合膜展现优良的疏液性,所以可得到 耐久性优良、可靠性高的头。
本发明的液滴喷头中,优选所述硅氧垸基以八甲基三硅氧垸 (octamethyltrisiloxane)的聚合物为主要成分。
由此,可得到粘接性特别优良的接合膜。
本发明的液滴喷头中,优选在所述等离子聚合法中,产生等离子时的 高频的输出密度为0.01 100W/cm2。
由此,不仅可以防止高频输出密度过高而在原料气体中附加所需以上 的等离子能,还可以可靠地形成具有无规则的原子结构的Si骨架。
本发明的液滴喷头中,优选所述接合膜的平均厚度为1 1000nm。
由此,既可以防止基板和喷嘴板之间的尺寸精度显著降低,又可以更 牢固地粘接它们。
本发明的液滴喷头中,优选所述接合膜为不具有流动性的固态状物质。
由此,可得到较之现有技术尺寸精度格外高的头。另外,由于不需要 粘接剂硬化所需的时间,所以可以在短时间进行牢固的粘接。
本发明的液滴喷头中,优选所述基板以硅材料或者不锈钢为主要材料构成。
由于这些材料耐药品性优良,所以即使长期暴露在喷出液中,也可以 可靠地防止基板或者喷嘴板的变质/老化。另外,由于这些材料的加工性优 良,所以可得到尺寸精度高的基板。因此,提高了喷出液贮存室的容积的 精度,从而得到可实现高质量印字的液滴喷头。
本发明的液滴喷头中,优选所述喷嘴板以硅材料或者不锈钢为主要材 料构成。
由于这些材料耐药品性优良,所以即使长期暴露在喷出液中,也可以
可靠地防止基板或者喷嘴板的变质/老化。另外,由于这些材料加工性优良,
所以可得到尺寸精度高的喷嘴板。
本发明的液滴喷头中,优选对与所述基板的所述接合膜相接的面预先
施加用于提高与所述接合膜的粘附性的表面处理。
由此,可以进一步提高基板和接合膜之间的接合强度,进而可提高基
板和喷嘴板的接合强度。
本发明的液滴喷头中,优选对与所述喷嘴板的所述接合膜相接的面预
先施加用于提高与所述接合膜的粘附性的表面处理。
由此,可以进一步提高喷嘴板和接合膜之间的接合强度,进而可提高
基板和喷嘴板的接合强度。
本发明的液滴喷头中,优选所述表面处理为等离子体处理。 由于这样形成接合膜,所以可以使基板或者喷嘴板的表面更加优化。 本发明的液滴喷头中,优选所述基板和所述接合膜之间具有中间层。 由此,可以提高所述基板和所述接合膜之间的接合强度,而得到高可
靠性的液滴喷头。
本发明的液滴喷头中,优选所述喷嘴板和所述接合膜之间具有中间层。
由此,可以提高所述喷嘴板和所述接合膜之间的接合强度,而得到高 可靠性的液滴喷头。
本发明的液滴喷头中,优选所述中间层以氧化物系材料为主材料构成。
由此,可以分别在基板和接合膜之间,以及在喷嘴板和接合膜之间提高接合强度。
本发明的液滴喷头中,优选所述能量的赋予,是利用对所述接合膜照 射能量线的方法、对所述接合膜进行加热的方法以及对所述接合膜赋予压 縮力的方法中的至少一种方法来进行。
由此,可以对接合膜比较容易且有效地赋予能量。
本发明的液滴喷头中,优选所述能量线为波长150 300nm的紫外线。 由此,由于所赋予的能量达到最佳,所以可防止接合膜中的Si骨架因
所需以上而受到破坏,同时可以选择性地切断Si骨架和脱离基团之间的化
学键。由此,既可以防止接合膜的特性(机械特性、化学特性)的降低,
又可以让接合膜显现粘接性。
本发明的液滴喷头中,优选所述加热温度为25 10(TC。
由此,可可靠地防止因热量使基板或者喷嘴板等发生变质/老化,同时
可可靠地让接合膜活性化。
本发明的液滴喷头中,优选所述压縮力为0.2 10MPa。
由此,可以避免在基板或者喷嘴板上产生损伤等,同时仅仅利用压縮
即可让接合膜显现充分的粘接性。
本发明提供一种液滴喷头,其特征在于,具有 形成有贮存喷出液的喷出液贮存室的基板;
以覆盖所述喷出液贮存室的方式设置于所述基板的一面,且具备将所 述喷出液作为液滴喷出的喷嘴孔的喷嘴板;
以覆盖所述喷出液贮存室的方式设置于所述基板的另一面的密封板, 所述基板和所述喷嘴板经由接合膜而接合,
所述接合膜包含金属原子、与该金属原子结合的氧原子、与所述金 属原子及所述氧原子的至少一方结合的脱离基团,
通过对所述接合膜至少一部分的区域赋予能量,使存在于所述接合膜 的表面附近的所述脱离基团从所述金属原子及所述氧原子的至少一方脱 离,并利用所述接合膜的表面的所述区域显现的粘接性,所述接合膜对所 述基板和所述喷嘴板进行接合。
由此,接合膜就成了脱离基团与金属氧化物相结合的物质,形成难以 变形且牢固的膜。其结果是,获得尺寸精度及耐药品性优良,并可长期进行高质量印字、高可靠性的液滴喷头。
本发明提供一种液滴喷头,其特征在于,具有 形成有贮存喷出液的喷出液贮存室的基板;
以覆盖所述喷出液贮存室的方式设置于所述基板的一面,且具备将所 述喷出液作为液滴喷出的喷嘴孔的喷嘴板 ,
以覆盖所述喷出液贮存室的方式设置于所述基板的另一面的密封板,
所述基板和所述喷嘴板经由接合膜而接合,
所述接合膜包含金属原子、由有机成分构成的脱离基团,
通过对所述接合膜至少一部分的区域赋予能量,使存在于所述接合膜 的表面附近的所述脱离基团从所述接合膜脱离,并利用所述接合膜表面的 所述区域显现的粘接性,所述接合膜对所述基板和所述喷嘴板进行接合。
由此,接合膜就成为含有由金属原子和有机成分构成的脱离基团的物 质,成为难以变形且牢固的膜。其结果是,获得尺寸精度及耐药品性优良, 并可长期进行高质量印字、高可靠性的液滴喷头。
本发明的液滴喷头中,优选所述基板和所述密封板经由与所述接合膜 相同的接合膜而接合。
由此,可以提高基板和喷嘴板的粘附性,从而能够进一步提高喷出液 C:存室的液密性。
本发明的液滴喷头中,优选所述密封板包括多层层叠的层叠体,
所述层叠体中的层中,邻接的至少一组层的层间,经由与所述接合膜 相同的接合膜而接合。
由此,提高了层间的粘附性及变形的传输性。因此,可以将由振动机 构引起的变形可靠地转换为喷出液贮存室内的压力变化。即,可以提高密 封板位移的灵敏度。
本发明的液滴喷头中,优选该液滴喷头还具有设置于所述密封板的与 所述基板的相反侧,并使所述密封板振动的振动机构,
所述密封板和所述振动机构经由与所述接合膜相同的接合膜而接合。
由此,提高了密封板和振动机构之间的粘附性及变形的传输性。其结 果是,可以将由振动机构引起的变形可靠地转换为喷出液贮存室内的压力 变化。本发明的液滴喷头中,优选所述振动机构包括压电元件。 由此,可容易地控制密封板产生的弯曲的程度。由此,可容易地控制 油墨滴的大小。
本发明的液滴喷头中,优选所述液滴喷头还具有设置于所述密封板的 与所述基板的相反侧的壳头,
所述密封板和所述壳头经由与所述接合膜相同的接合膜而接合。
由此,密封板和壳头的粘附性得以提高。其结果是,通过壳头而能够 可靠地支承密封板,并可靠地防止密封板、基板及喷嘴板的扭曲及弯曲等。
本发明的液滴喷出装置的特征在于,具备本发明的液滴喷头。
由此,可获得高可靠性的液滴喷出装置。


图1是表示本发明的液滴喷头应用于喷墨式记录头时的第一实施方式 的分解立体图。
图2是图1所示的喷墨式记录头的剖面图。
图3是表示具备图1所示的喷墨式记录头的喷墨打印机的实施方式的 概略图。
图4是表示具备第一实施方式的喷墨式记录头的接合膜在能量赋予前
的状态的局部放大图。
图5是表示具备第一实施方式的喷墨式记录头的接合膜在能量赋予后
的状态的局部放大图。
图6是用于说明喷墨式记录头的制造方法的图(纵剖面图)。 图7是用于说明喷墨式记录头的制造方法的图(纵剖面图)。 图8是用于说明喷墨式记录头的制造方法的图(纵剖面图)。 图9是用于说明喷墨式记录头的制造方法的图(纵剖面图)。 图10是示意性表示第一实施方式的喷墨式记录头具备的接合膜在制
作时使用的等离子聚合装置的纵剖面图。
图11表示第一实施方式的喷墨式记录头的另一结构例的剖面图。
图12是表示本发明的液滴喷头应用于喷墨式记录头时的第二实施方
式具备的接合膜在能量赋予前的状态的局部放大图。图13是表示本发明的液滴喷头应用于喷墨式记录头时的第二实施方 式具备的接合膜在能量赋予后的状态的局部放大图。
图14是示意性表示第二实施方式的喷墨式记录头具备的接合膜在制
作时使用的成膜装置的纵剖面图。
图15是表示图14所示的成膜装置具备的离子源的结构的示意图。 图16是示意性表示第三实施方式的喷墨式记录头具备的接合膜在制
作时使用的成膜装置的纵剖面图。
附图标号说明
1:喷墨式记录头10:喷嘴板11:喷嘴孔
15、 25、 35、 45a、 45b:接合膜20:喷出液贮存室形成基板
20':母材21:喷出液贮存室22:喷出液供给室 23:贯通孔30:密封板40:振动板50:压电元件51:压电体层 52:电极膜53:凹部60:壳头61:喷出液供给路70:贮存器 31:表面301: Si骨架302:硅氧烷键303:脱离基团304:活性手 100:等离子聚合装置101:腔室102:触地线103:供给口 104:排气口130:第一电极139:静电吸盘140:第二电极 170:泵171:压力控制机构180:电源电路182:高频电源 183:匹配箱184:配线190:气体供给部191:贮液部 192:汽化装置193:储气瓶194:配管195:扩散板 200:成膜装置211:腔室212:基板支架215:离子源 216:靶217:靶支架219:气体供给源220:第一幵闭器 221:第二开闭器230:排气机构231:排气管232:泵 233:阀250:开口 253:栅极254:栅极255:磁铁 256:离子发生室257:热源260:气体供给机构261:供气管 262:泵263:阀264:储气瓶400:成膜装置411:腔室 412:基板支架421:开闭器430:排气机构431:排气管432:泵 433:阀460:有机金属材料供给机构461:供气管462:贮存槽 463:阀464:泵465:储气瓶470:气体供给机构471:供气管 473:阀474:泵475:储气瓶9:喷墨打印机92:装置主体 921:托盘922:排纸口93:头单元931:墨盒932:滑架94:印刷装置941:滑架电动机942:往复移动机构
943:滑架导轴944:同步带95:进纸装置951:进纸电动机
952:进纸辊952a:从动辊952b:驱动辊96:控制部
97:操作面板P:记录用纸
具体实施例方式
下面,基于附图所示的最佳实施方式,详细说明本发明的液滴喷头及 液滴喷出装置。 [喷墨式记录头] 第一实施方式
首先,对本发明的液滴喷头应用于喷墨式记录头时的第一实施方式进 行说明。
图1是表示本发明的液滴喷头应用于喷墨式记录头时的第一实施方式
的分解立体图,图2是图1所示的喷墨式记录头的剖面图,图3是表示具
备图l所示的喷墨式记录头的喷墨打印机的实施方式的概略图。另外,在
以下说明中,图l及图2中的上侧称之为"上",下侧称之为"下"。
图1所示的喷墨式记录头1 (以下简称"头1")被搭载于图3所示的
喷墨打印机(本发明的液滴喷出装置)9中。
图3所示的喷墨打印机9具备装置主体92,其设置有将记录用纸P
设置于上部后方的托盘921、向下部前方排出记录用纸P的排纸口 922、
设于上部表面的操作面板97。
操作面板97例如包括液晶显示器、有机EL显示器、LED灯等,其
具备显示错误信息等的显示部(未图示)、由各种开关等构成的操作部 (未图示)。
另外,装置主体92的内部主要具有具备进行往复移动的头单元93 的印刷装置(印刷机构)94、将记录用纸P —张一张地送入印刷装置94 的进纸装置(给纸机构)95、对印刷装置94及进纸装置95进行控制的控 制部(控制机构)96。
通过控制部96的控制,进纸装置95 —张一张间歇输送记录用纸P。 该记录用纸P经过头单元93的下部附近。此时,头单元93在与记录用纸P的输送方向几乎垂直的方向上往复移动,执行对记录用纸P的印刷。艮卩,
头单元93的往复移动和记录用纸P的间歇输送作为印刷中的主扫描及副
扫面,从而实现执行喷墨方式的印刷。
印刷装置94具备头单元93、作为头单元93的驱动源的滑架电动机 941、承受滑架电动机的旋转并使头单元93往复移动的往复移动机构942。
头单元93中,在其下部具有具备多个喷嘴孔ll的头l、向头l供 给油墨的墨盒931、搭载有头1及墨盒931的滑架932。
另外,作为墨盒931,通过使用充填有黄色、青绿色、深红色、黑色 (黑)四种颜色的油墨的装置,可实现全彩色印刷。
往复移动机构942具有其两端被支承于机架(未图示)的滑架导轴 943、与滑架导轴943平行延伸的同步带944。
滑架932被往复移动自如地支承于滑架导轴943,并且被固定于同步 带944的局部。
若通过滑架电动机941的运转,经由带轮使同步带944进行正反行驶, 则由滑架导轴943引导而使头单元93往复移动。而且,在该往复移动过
程中,从头1喷出相应的油墨以执行对记录用纸P的印刷。
进纸装置95具有作为其驱动源的进纸电动机951、借助进纸电动机 951的运转而旋转的进纸辊952。
进纸辊952由夹持着记录用纸P的输送路径(记录用纸P)并上下对 置的从动辊952a和驱动辊952b构成,驱动辊952b与进纸电动机951连 结。由此,进纸辊952就可以将设置于托盘921的多张记录用纸P—张一 张地输送给印刷装置94。另外,也可制成如可装卸自如地安装收容记录用 纸P的进纸盒这样的结构,而取代托盘921。
控制部96,根据例如从个人计算机及数字照相机等主计算机输入的印 刷数据,通过控制印刷装置94及进纸装置95等进行印刷。
控制部96均未图示,但主要具备储存有对各部迸行控制的控制程 序的存储器、驱动印刷装置94 (滑架电动机941)的驱动电路、驱动进纸 装置95 (进纸电动机951)的驱动电路、以及输入来自主计算机的印刷数 据的通信电路、与它们电连接且进行在各部的各种控制的CPU。
另外,在CPU中分别电连接有例如可对墨盒931的油墨剩余量、头单元93的位置等进行检测的各种传感器等。
控制部96经由通信电路对印刷数据进行输入且储存于存储器。CPU 对该印刷数据处理后,基于该处理信息及来自各种传感器的输入数据,向 各驱动电路输出驱动信号。通过该驱动信号,印刷装置94及进纸装置95 分别运转。由此,可在记录用纸P上进行印刷。
以下,参照图l及图2详细说明头1。
如图1及图2所示,头1具有喷嘴板0、喷出液贮存室形成基板(基 板)20、密封板30、设置于密封板30上的振动板40、设置于振动板40 上的压电元件(振动机构)50及壳头60。另外,在本实施方式中,利用 密封板30和振动板40的层叠体而构成密封板。而且,该头1构成压电喷 射式头。
在喷出液贮存室形成基板20 (以下,简称为"基板20")上形成有 贮存油墨的多个喷出液贮存室(压力室)21、与各喷出液贮存室21连通 且向各喷出液贮存室21供给油墨的喷出液供给室22。
如图1及图2所示,从俯视方向观察,各喷出液贮存室21及喷出液 供给室22分别呈大致长方形状,各喷出液贮存室21的宽度(短边)窄于 喷出液供给室22的宽度(短边)。
另外,各喷出液贮存室21相对于喷出液供给室22以大致呈垂直的方 式配置,各喷出液贮存室22及喷出液供给室22在俯视图上作为整体呈梳 状。
另外,喷出液供给室22在俯视看,除了如本实施方式那样的长方形 形状之外,例如也可以是梯形形状、三角形形状或者草袋状(胶囊形状)。
作为构成基板20的材料,例如,可以举出单晶硅、多晶硅、无定形 硅之类的硅材料、不锈钢、钛、铝之类的金属材料、石英玻璃、硅酸玻璃 (石英玻璃)、硅酸钠玻璃、钠玻璃、钾钙玻璃、铅(钠)玻璃、钡玻璃、 硼酸玻璃之类的玻璃材料、氧化铝、二氧化锆、铁素体、氮化硅、氮化铝、 氮化硼、氮化钛、碳化硅、碳化硼、碳化钛、碳化钨之类的陶瓷材料、石 墨之类的碳材料、聚乙烯、聚丙烯、乙烯一丙烯共聚物、乙烯一醋酸乙烯 共聚物(EVA)等聚烯烃、环状聚烯烃、改性聚烯烃、聚氯乙烯、聚偏氯 乙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸酯、聚一 (4一 (甲基戊烯一l)、离聚物、丙烯酸系树脂、聚甲基丙烯酸酯、丙烯腈
丁二烯一苯乙烯共聚物(ABS树脂)、丙烯腈一苯乙烯共聚物(AS树脂)、 丁二烯一苯乙烯共聚物、聚甲醛、聚乙烯醇(PVA)、乙烯一乙烯醇共聚 物(EVOH)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚 对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚环己垸对苯二甲酸酯(PCT)等聚酯、聚 醚、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺、聚縮醛(POM)、 聚苯醚、改性聚苯醚、改性聚苯醚树脂(PBO)、聚砜、聚醚砜、聚苯硫 醚(PPS)、聚芳酯、芳香族聚酯(液晶聚合物)、聚四氟乙烯、聚偏氟乙 烯、其他氟系树脂、苯乙烯系、聚烯烃系、聚氯乙烯系、聚氨酯系、聚酯 系、聚酰胺系、聚丁二烯系、反式聚异丙烯系、氟橡胶系、氯化聚乙烯系 等各种热塑性弹性体、环氧树脂、苯酚树脂、尿素树脂、蜜胺树脂、芳族 聚酰胺系树脂、不饱和聚酯、硅酮树脂、聚氨酯等、或以这些为主的共聚 物、混合物体、聚合物合金等树脂材料、或组合这些的各材料的一种或两 种以上的复合材料等。
另外,对如上所述的材料实施了氧化处理(氧化膜形成)、镀敷处理、 钝化处理、氮化处理等各种处理的材料。
其中,优选基板20的构成材料为硅材料或者不锈钢。由于这样的材 料耐药品性优良,因而即使长期暴露于油墨中,也可以可靠地防止基板20 的变质/老化。另外,由于这些材料加工性优良,因而可得到尺寸精度高 的基板20。因此,可提高喷出液贮存室21及喷出液供给室20的容积的精
度,从而可获得实现高质量的印字的头l。
另外,喷出液供给室22与下述的设置于壳头60的喷出液供给路61 连通,且构成发挥作为向多个喷出液贮存室21供给油墨的共同油墨室的 作用的贮存器70的一部分。
另外,也可以对喷出液贮存室21和喷出液供给室22的内表面预先实 施亲水处理。由此,可以防止贮存于喷出液贮存室21及喷出液供给室22 的油墨中含有气泡。
另外,在基板20的下表面(与密封板30相反侧的面)经由接合膜15 而接合有(粘接)有喷嘴板io。
本发明的液滴喷头具有下述特征,即具有该接合膜15及使用接合膜15对基板20和喷嘴板10进行接合的方法。
该接合膜15含有包含硅氧垸(Si—O)键且具有无规则的原子结构 的Si骨架、与该Si骨架结合的脱离基团。
并且,通过对该接合膜15赋予能量,使脱离基团脱离Si骨架,利用 接合膜15的表面显现的粘接性,将基板20和喷嘴板10接合。
另外,关于接合膜15将在以后详细说明。
在喷嘴板10上,以与各喷出液贮存室21相对应的方式分别形成有(穿 设)喷嘴孔11。通过使贮存于喷出液贮存室21的油墨积压于该喷嘴孔11, 可将油墨做成液滴喷出。
另外,喷嘴板10构成各喷出液贮存室21及喷出液供给室22的内壁 面的底面。即,利用喷嘴板IO、基板20及密封板30来划分各喷出液贮存 室21及喷出液供给室22。
作为构成这样的喷嘴板10的材料,例如可列举如前所述的硅材料、 金属材料、玻璃材料、陶瓷材料、碳材料、树脂材料、或者将这些各种材 料的一种或者两种以上进行组合的复合材料。
其中,优选喷嘴板10的构成材料为硅材料或者不锈钢。由于这样的 材料耐药品性优良,因而即使长期暴露在油墨中,也可以可靠地防止喷嘴 板10的变质/老化。另外,由于这些材料加工性优良,因而可得到尺寸精 度高的喷嘴板IO。因此,可得到高可靠性的头l。
另外,优选喷嘴板10的构成材料的线膨胀系数在30(TC以下是2.5 4.5 (X10一6/ 。C)左右。
另外,喷嘴板10的厚度无特别限制,但优选0.01 lmm左右。
另外,在喷嘴板10的下表面,根据需要设置疏液膜(未图示)。由此, 可以防止从喷嘴孔喷出的油墨滴向未料想的方向喷出。
作为这样的疏水膜的构成材料,例如可列举具有显示出疏液性的官 能基的耦合剂、疏液性的树脂材料等。
作为耦合剂,例如可使用硅垸系耦合剂、钛系耦合剂、铝系耦合剂、 锆系耦合剂、有机磷酸系耦合剂、甲硅烷基过氧化物系耦合剂等。
作为显示出疏液性的官能基,例如可列举氟垸基、垸基、乙烯基、 环氧基、苯乙烯基、甲基丙烯酰氧基(methacryloxy group)等。另一方面,作为疏液性的树脂材料,例如可列举聚四氟乙烯(PTFE)、 四氟乙烯一全氟烃基乙烯醚共聚物(PFA)、乙烯一四氟乙烯共聚物 (ETFE)、全氟乙烯一丙烯共聚物(FEP)、乙烯一三氟氯乙烯共聚物 (ECTFE)之类的氟系树脂。
另一方面,在基板20的上表面经由接合膜25而接合有(粘接)密封 板30。
另外,密封板30构成各喷出液贮存室21及喷出液供给室22的内壁 的顶面。gp,由密封板30、基板20及喷嘴板10分隔成各喷出液贮存室 21及喷出液供给室22。并且,通过使密封板30与基板20可靠地接合, 确保了各喷出液贮存室21及喷出液供给室22的液密性。
作为构成密封板30的材料,例如可列举如前所述的硅材料、金属 材料、玻璃材料、陶瓷材料、碳材料、树脂材料、或者将这些各种材料的 一种或者两种以上进行了组合的复合材料。
其中,优选密封板30的构成材料为聚苯硫醚(PPS)、芳香族聚酰 胺树脂之类的树脂材料、硅材料或者不锈钢。由于这样的材料耐药品性优 良,因而即使长期暴露在油墨中也可可靠地防止密封板30的变质/老化。 因此,可以在喷出液贮存室21内及喷出液供给室22内长期贮存油墨。
只要这样的粘接密封板30和基板20的接合膜25,可接合或者粘接基 板20和密封板30,则可以用任意的材料构成,可以根据基板20及密封板 30的各构成材料适当选择,例如可列举环氧系粘接剂、硅酮系粘接剂、 尿烷系粘接剂之类的粘接剂、软钎料、钎料等。
另外,可以不必设置接合膜25,而可省略。在这种情况下,基板20 和密封板30之间可以通过熔融(焊接)或者硅酮直接接合、阳极接合之 类的固体接合等直接接合法进行接合(粘接)。
在本实施方式中,接合膜25具有与上述的接合膜15同样的接合功能 (粘接性)。
艮口,接合膜25包含含有硅氧烷(Si—O)键且具有无规则的原子结 构的Si骨架、与该Si骨架结合的脱离基团。
而且,通过赋予能量,接合膜25的脱离基团脱离Si骨架,利用接合 膜25的表面显现的粘接性将基板20和密封板30接合。另外,关于接合膜25,将与上述的接合膜15—起在后述详细说明。 在密封板30的上表面经由接合膜35而接合(粘接)有振动板40。 作为构成振动板40的材料,例如可列举如上述的硅材料、金属材 料、玻璃材料、陶瓷材料、碳材料、树脂材料、或者将这些各种材料的一 种或者两种以上组合起来的复合材料。而且,通过使振动板40与密封板 30可靠地接合,将由压电元件50产生的变形可靠地转换为密封板30的位 移,即各喷出液贮存室21的容积变化。
其中,优选振动板40的构成材料为硅材料或者不锈钢。这样的材料 可高速地发生弹性形变。因此,通过压电元件50使振动板40位移,可以 使喷出液贮存室21的容积进行高速变化。其结果是,可以高精度地喷出 油墨。
这样的将振动板40和密封板30接合的接合膜35,只要可以接合或者 粘接密封板30和振动板40,就可以用任意材料构成,根据密封板30和振 动板40的各构成材料适当选择,例如可列举环氧系粘接剂、硅酮系粘 接剂、尿垸系粘接剂之类的粘接剂、软钎料、钎料等。
另外,可以不必设定接合膜35,而可省略。在这种情况下,密封板 30和振动板40之间可以通过熔融(焊接)或者硅酮直接接合、阳极接合 之类的固体接合等直接接合法进行接合(粘接)。
在本实施方式中,接合膜35具有与上述的接合膜15同样的接合功能 (粘接性)。
艮口,接合膜35包含含有硅氧烷(Si—0)键且具有无规则的原子结 构的Si骨架、与该Si骨架结合的脱离基团。
而且,通过赋予能量,接合膜35的脱离基团脱离Si骨架,利用接合 膜35的表面显现的粘接性将基板20和密封板30接合。
而且,关于接合膜35,将与上述的接合膜15及接合膜35—起在后述 详细说明。
另外,在本实施方式中,利用对密封板30和振动板40层叠形成的层 叠体构成密封板,但该密封板可以是一层,也可以是包括层叠三层以上的 层层叠而成的层叠体。
而且,在通过层叠三层以上的层层叠而成的层叠体构成密封板的情况下,层叠体的层中,若邻接的至少一组的层间用接合膜35接合,则可以 提高层叠体的尺寸精度,进而可以提高头1的尺寸精度。
在振动板40的上表面的一部分(图2中,为振动板40的上表面的中 央部位附近)接合有(粘接)压电元件(振动机构)50。
压电元件50由下述的层叠体构成,该层叠体包括由压电材料构成 的压电体层51、对该压电体层51施加电压的电极膜52。在这样的压电元 件50中,通过经由电极膜52向压电体层51施加电压,在压电体层51上 产生与电压相对应的变形(逆压电效应)。该变形使振动板40及密封板30 具有挠曲(振动),而使喷出液贮存室21的容积发生变化。由此,通过将 压电元件50与振动板40可靠地接合,可以将压电元件50产生的变形可 靠地转换成振动板40及密封板30的位移,进而可靠地转换成各喷出液贮 存室21的容积变化。
另夕卜,压电体层51和电极膜52的层叠方向并无特别限制,相对于振 动板40,既可以是平行的方向也可以是垂直的方向。另外,在压电体层 51和电极膜52的层叠方向相对于振动板40为垂直方向时,将以该方式配 置的压电元件50特别称之为MLP (Multi Layer Piezo)。若压电元件50为 MLP,则由于可使振动板40的位移量变大,所以存在油墨喷出量的调节 范围较大的优点。
压电元件50中,与接合膜45a邻接(接触)的面,因压电元件50的 配置方法而不同,但不外乎是压电体层露出的面、电极膜露出的面、或者 压电体层和电极膜二者均露出的面的任一种。
压电元件50中,作为构成压电体层51的材料,例如可列举钛酸钡、 硅酸铅、钛酸硅酸铅、氧化锌、氮化铝、钽酸锂、铌酸锂、水晶等。
另一方面,作为构成电极膜52的材料,例如以可列举Fe、 Ni、 Co、 Zn、 Pt、 Au、 Ag、 Cu、 Pd、 Al、 W、 Ti、 Mo、或者含有他们的合金等各 种金属材料。
只要这样的接合压电元件50和振动板40的接合膜45a,可接合或者 粘接振动板40和压电元件50,就可以用任意的材料构成,可根据振动板 40及压电元件50的各构成材料适当选择,例如可列举环氧系粘接剂、 硅酮系粘接剂、尿烷系粘接剂之类的粘接剂、软钎料、钎料等。另外,可以不必设定接合膜45a,而可以省略。在这种情况下,振动 板40和压电元件50之间可以通过熔融(焊接)或者硅酮直接接合、阳极 接合之类的固体接合等直接接合法进行接合(粘接)。
在本实施方式中,接合膜45a具有与上述的接合膜15同样的接合功 能(粘接性)。
艮口,接合膜45a包含含有硅氧烷(Si—O)键且具有无规则的原子 结构的Si骨架、与该Si骨架结合的脱离基团。
而且,通过赋予能量,使接合膜45a的脱离基团脱离Si骨架,禾拥接 合膜45a的表面显现的粘接性将振动板40和压电元件50接合。
而且,关于接合膜45a,将与上述的接合膜15、接合膜25及接合膜 35—起在后述详细说明。
在此,上述的振动板40具有以环绕与压电元件50相对应的位置的方 式形成环状的凹部53。 S卩,在与压电元件50相对应的位置,振动板40 的一部分隔着该环状的凹部53而孤立成岛状。
另外,接合膜45a设置于环状的凹部53的内侧。
另外,压电元件50的电极膜52与未图示的驱动IC电连接。由此, 可以通过驱动IC控制压电元件50的动作。
另外,在振动板40的上表面的一部分经由接合膜45a而接合有(粘 接)壳头60。由此,通过使壳头60与振动板40可靠地接合,可以强化由 喷嘴板10、基板20、密封板30及振动板40的层叠体构成的所谓"空腔 部分",而可靠地抑制空腔部分的扭曲及翘曲等。
作为构成壳头60的材料,例如可列举如上所述的硅材料、金属材 料、玻璃材料、陶瓷材料、碳材料、树脂材料、或者将这些各种材料的一 种或者两种以上进行了组合的复合材料。
其中,优选壳头60的构成材料为聚苯硫醚(PPS)、齐龙那样的变 性聚苯醚树脂("齐龙"为注册商标)或者不锈钢。由于这样的材料具有 充分的刚性,所以作为支承头1的壳头60的构成材料最为合适。
只要这样的接合壳头60和振动板40的接合膜45b,可接合或者粘接 振动板40和壳头60,则可以用任意的材料构成,可以根据振动板40及壳 头60的各构成材料适当选择,例如可列举环环氧系粘接剂、硅酮系粘接剂、尿垸系粘接剂之类的粘接剂、软钎料、钎料等。
另外,可以不必设定接合膜45b,而也可省略。在这种情况下,振动 板40和壳头60之间可以通过熔融(焊接)或者硅酮直接接合、阳极接合 之类的固体接合等直接接合法进行接合(粘接)。
在本实施方式中,接合膜45b具有与上述的接合膜15同样的接合功 能(粘接性)。
艮P,接合膜45b包含含有硅氧烷(Si—0)键且具有无规则的原子 结构的Si骨架、与该Si骨架结合的脱离基团。
而且,通过赋予能量而使接合膜45b的脱离基团脱离Si骨架,利用 接合膜45b的表面显现的粘接性将振动板40和壳头60接合。
另外,关于接合膜45b,将与上述的接合膜15、接合膜25、接合膜 35及接合膜45a —起在后述详细说明。
另外,接合膜25、密封板30、接合膜35、振动板40及接合膜45b, 具有位于与喷出液供给室22对应的位置的贯通孔23,利用该贯通孔23, 将设置于壳头60的喷出液供给路61和喷出液供给室22连通。而且,利 用喷出液供给路61和喷出液供给室23,构成作为将油墨供给多个喷出液 DG存室21的共同油墨室起作用的贮存器70的一部分。
在这样的头l中,从未图示的外部喷出液供给机构吸入油墨,直至油 墨充满自贮存器70至喷嘴孔11内部,然后根据来自驱动IC的记录信息, 使与各喷出液贮存室21相对应的各个压电元件50开始运转。由此,通过 压电元件50的逆压电效应使振动板40及密封板39产生挠曲(振动)。其 结果是,若各喷出液贮存室21内的容积发生收缩,则各喷出液贮存室21 内的压力瞬时增高,而将油墨做成液滴从喷嘴孔ll挤压出去(喷出)。
由此,在头1内,可以经由驱动IC将电压施加到欲要印刷的位置的 压电元件,即,通过依次输入喷出信号,可以印刷出任意的文字及图形等。
而且,头1不限于上述的构成,例如也可以是作为振动机构用加热器 代替了压电元件50的构成(加热方式)的头。这种头是结构如下,即利 用加热器对油墨加热使之沸腾,通过以此提高喷出液贮存室内的压力,从 而将油墨做成液滴从喷嘴孔11喷出。
另外,作为振动机构的其它实例,可列举静电驱动方式等。如本实施方式所述,通过利用压电元件构成振动机构,可以容易地控
制振动板40及密封板39产生的挠曲的程度。由此,可容易控制油墨滴的 大小。
接着,说明接合膜15、接合膜25、接合膜35、接合膜45a及接合膜 45b共同使用的接合膜进行说明。另外,以下,以形成于基板20上的接合 膜15为代表进行说明。
接合膜15在赋予能量前的状态是通过等离子聚合法而形成,如图4 所示,其包含含有硅氧烷(Si—0)键302且具有无规则的原子结构的 Si骨架301、与该Si骨架301结合的脱离基团303。
然后,若对该接合膜15赋予能量,则如图5所示, 一部分的脱离基 团303从Si骨格301脱离,取而代之而生成活性手304。由此,接合膜15 的表面显示出粘接性。这样,利用显示出粘接性的接合膜15,将基板20 和喷嘴板30接合。
这样的接合膜15,受含有硅氧烷键302且具有无规则的原子结构的 Si骨架301的影响,而成为难以变形且牢固的膜。对此可认为,由于Si 骨架301的结晶性降低,而难以产生晶界中的位错及错动等缺陷。因此, 可以用高尺寸精度使基板20和喷嘴板10之间的距离保持恒定,并可以严 格控制各喷出液贮存室21及喷出液供给室22的各个容积。其结果是,可 以使多个设置于头1内的各喷出液贮存室22的容积均等,进而使从各个 喷嘴孔ll喷出的墨滴的大小一致。另外,由于可以严格控制喷嘴板io的 固定角度,所以可以使墨滴的喷出方向保持恒定。由于这些缘故,而可以 提高喷墨打印机9的印字质量。另外,在制作多个头l的情况下,由于可 以抑制每个头1的印字质量的标准离差,因而可以控制喷墨打印机9的印 字质量的个体差异。
另外,通过使用接合膜15接合基板20和喷嘴板10,不会产生以往使 用粘接剂接合时粘接剂溢出的问题。因此,可以避免溢出的粘接剂堵塞头 1内的油墨流路。另外,还有可省去去除溢出的粘接剂的麻烦的这一优点。
另外,粘接剂15借助上述的牢固的Si骨架301的作用,而耐药品性 优良。因此,即使长期暴露在油墨中也可防止接合膜15的变质/老化,可 以长期保持基板20和喷嘴板10的接合(粘接)。即,如果使用接合膜15而可充分确保头1的液密性,因此,可以提供高可靠性的头l。
进而,,粘接剂15借助化学性稳定的Si骨架301的作用,而耐热性 优良。因此,即使头1暴露在高温下也可可靠地防止接合膜15的变质/老 化。
另外,这样的接合膜15是不具有流动性的固态状物质。因此,与现 有的具有流动性的液态状或者粘液状的粘接剂相比,粘接层(接合膜15) 的厚度及形状几乎不发生变化。因此,使用接合膜15所制造的头1的尺 寸精度与现有技术相比尤为高。进而,由于不需要粘接剂硬化必需的时间, 所以可以在短时间实现牢固的接合。
作为这样的接合膜,特别是从构成接合膜15的所有原子消去了 H原 子的原子中,优选Si原子的含有率和O原子的含有率的合计为10 90% 原子左右,更优选20 80%原子左右。只要Si原子和O原子包含上述范 围的含有率,接合膜15的Si原子和0原子就形成牢固的网络,使接合膜 15本身更加牢固。另外,这种接合膜15相对于基板20及喷嘴板10,显
示出特别高的接合强度。
另外,优选接合膜15中的Si原子和0原子的存在比为3: 7 7: 3 左右,更优选4: 6 6: 4。通过将Si原子和O原子的存在比设定在上述 范围内,可以提高接合膜15的稳定性,进而可以更牢固地接合基板20和 喷嘴板10。
而且,优选接合膜15中的Si骨架301的结晶度为45。/。以下,更优选 40%以下。由此,Si骨架301含有充分的无规则的原子结构。因此,上述 的Si骨架301的特性显著化,接合膜15的尺寸精度及粘接性更加优良。
另外,优选接合膜15的结构中含有Si—H键。该Si—H键是利用等 离子聚合法使硅垸进行聚合反应时在聚合物中生成,但可认为,此时Si 一H键阻碍有规则地进行硅氧烷键的生成。因此,硅氧烷键以避开Si—O 键的方式形成,从而降低Si骨架301的原子结构的规则性。这样,利用等 离子聚合法,即可高效地形成结晶度低的Si骨架301。
另一方面,接合膜15中的Si—H键的含有率越多越无法降低结晶度。 具体而言,在接合膜15的红外光吸收光谱上,优选设定归属于硅氧垸键 的峰值强度为1时,归属于Si—H键的峰值强度为0.001 0.2左右,更优选0.002 0.05左右,最优选0.005 0.02左右。借助Si—H键相对于硅氧 烷键的比例位于上述范围内,由此接合膜15中的原子结构相对而言最无 规则。因此,在Si—H键的峰值强度相对于硅氧垸键的峰值强度位于上述 范围内时,接合膜15的接合强度、耐药品性及尺寸精度均特别优良。
另外,如上所述,通过与Si骨架301结合的脱离基团303从Si骨架 301脱离,可让接合膜15生成活性手304。因此,通过对脱离基团303赋 予能量而可容易且均匀地脱离,但在不赋予能量时,需要可靠地与Si骨架 301结合,以使其不脱离。
基于这种观点,优选使用脱离基团303包含选自H原子、B原子、C 原子、N原子、O原子、P原子、S原子及卤素系原子、或者包含这些各 原子且这些各原子与Si骨架结合的方式配置的原子团构成的组中的至少 一种构成。这种脱离基团303基于能量的赋予而引起的结合/脱离的选择 性比较优良。因此,这样的脱离基团301可充分满足上述的所需性,从而 可以使接合膜15的粘接性达到更高的高度。
而且,作为以使上述的各原子与Si骨架301结合的方式配置的原子 团(基),例如可列举如甲烷基、乙烷基之类的烷基;如乙烯基、烯丙 基之类的烯基、醛基、酮基、羧基、氨基、酰胺基、硝基、卤烷基、氢硫 基、磺基、氰基、异氰基等。
这些各个基中,特别优选脱离基团303为垸基。由于垸基化学稳定性 好,所以含有垸基的接合膜15耐气候性及耐药品性优良。
在此,若脱离基团303为甲烷基(一CH。,则以下述方式来规定其最
佳的含有率,即在红外光吸收光谱中的峰值强度以下。
艮P,在接合膜15的红外光吸收光谱中,设定归属于硅氧烷键的峰值 强度为1时,优选归属于甲烷基的峰值强度为0.05 0.45左右,更优选 0.1 0.4左右,最优选0.2 0.3左右。由于甲烷基的峰值强度相对于硅氧 烷键的峰值强度的比例位于上述范围内,所以不仅防止甲烷基阻碍硅氧烷 键的生成达到所需以上,而且由于在接合膜15中生成需要且充足的数量 的活性手,因此在接合膜15上产生充分的粘接性。另外,接合膜15展现 出基于甲烷基的充分的耐气候性及耐药品性。
作为具有这样的特征的接合膜15的构成材料,例如可列举含有如聚有机硅氧烷之类的硅氧烷键的聚合物等。
用聚有机硅氧垸构成的接合膜15其本身具有优良的机械特性。另外, 相对于多数材料而显示出特别优良的粘接性。因此,用聚有机硅氧烷构成
的接合膜15可以更牢固地接合基板20和喷嘴板10。
另外,虽然聚有机硅氧垸通常显示出疏液性(非粘接性),但通过赋 予能量,可以很容易地使有机基脱离,改变疏液性而显现粘接性,从而具 有容易且可靠地进行该非粘接性和粘接性的控制这一优点。
而且,该疏液性(非粘接性)主要是包含于聚有机硅氧垸的甲烷基的
作用。因此,用聚有机硅氧烷构成的接合膜15还具有下述优点,即在赋 予能量的区域显现粘接性,并且在未赋予能量的区域可得到由上述的甲烷 基引起的优良的疏液性。因此,通过控制赋予能量的区域,可以在接合膜 15的基板15及喷嘴板19未接触的区域显现出优良的疏液性。其结果是, 接合膜15例如在制造使用易于腐蚀树脂材料的有机类油墨的工业用喷墨 打印机的头l时,可提供耐久性优良、可靠性高的头l。
另外,在聚有机硅氧烷中,特别优选以八甲基三硅氧垸的聚合物为主 成分。由于以八甲基三硅氧烷的聚合物为主成分的接合膜15粘接性特别 优良,因而特别适合本发明的液滴喷头使用。另外,由于以八甲基三硅氧 烷的聚合物为主成分的原料在常温下呈液状而具有一定的粘度,所以还具 有容易使用的优点。
另外,优选接合膜15的平均厚度为1 1 OOOnrn左右,更优选2 800nm 左右。由于接合膜15的平均厚度设于上述范围内,所以不仅防止基板20 和喷嘴板IO之间的尺寸精度明显降低,同时也可更加牢固地接合它们。
艮口,若接合膜15的平均厚度低于上述下限值,有可能无法获得充分 的接合强度。另一方面,若接合膜15的平均厚度超过上述上限值,有可 能明显降低头1的尺寸精度。
进而,只要接合膜15的平均厚度处于上述范围内,则可确保接合膜 15具有一定程度的形状追随性。因此,例如即使基板20的接合面(与接 合膜15邻接的面)存在凹凸的情况下,也可以根据其凹凸的高差,以跟 随凹凸形状的方式被覆于接合膜15。其结果是,可以让接合膜15吸收凹 凸,缓和其表面生成的凹凸的高差。并且,在粘贴具备接合膜15的基板20和喷嘴板10时,可以提高接合膜15对喷嘴板10的粘附性。
而且,接合膜15的厚度越厚,上述的形状追随性的程度越显著。因 此,为了确保形状追随性,尽可能增加接合膜15的厚度即可。
这样的接合膜15,可以通过对利用等离子聚合法制作的膜赋予能量来 制作。使用等离子聚合法,最终可以高效地制造致密且均质的接合膜15。 由此,用等离子聚合法制成的接合膜15,可特别牢固地接合基板20和喷 嘴板10。进而,用等离子聚合法制成的赋予能量之前的接合膜15,可以 在较长的时间内保持赋予能量而被活性化的状态。因此,可以实现头l制 造过程的简单化、高效化。
另外,本实施方式中,由于经由接合膜35接合基板20和密封板30, 因此,可以提高它们之间的粘附性,特别是可以提高各喷出液贮存室21 及喷出液供给室22的液密性。
另外,在本实施方式中,由于经由接合膜35接合密封板30和振动板 40,因此,可以提高它们之间的粘附性及变形的传输性。因而,可以将压 电元件50的变形可靠地转换成各喷出液贮存室21的压力变化。g卩,可以 提高密封板30及振动板40的位移的灵敏度。
另外,在本实施方式中,由于经由接合膜45a接合振动板40和压电 元件50,因此,可以提高它们之间的粘附性。由于现有技术是用粘接剂粘 接压电元件和振动板,所以存在压电元件的变形在使振动板位移之前就产 生衰减等问题,但如果使用接合膜45a,就可以将压电元件50的变形可靠 地转换成各喷出液贮存室21的压力变化。
另外,在本实施方式中,由于经由接合膜45b接合振动板40和壳头 60,因此,可提高它们之间的粘附性。因此,可以借助壳头60可靠地支 承振动板40,并可靠地防止振动板40、密封板30、基板20及喷嘴板10 的扭曲及翘曲等。
以下,对制造接合膜15的方法及包含该方法的头1的制造方法进行 说明。 '
图6 图9是用于说明喷墨式记录头的制造方法的图(纵剖面图)。需 要说明的是,在以下的说明中,图6 图9中的上侧称之为"上",下侧称 之为"下"。本实施方式的头1的制造方法具有下述工序在母材20'上形成接合
膜25,并经由该接合膜25接合母材20'和密封板30的工序;在密封板 30上形成接合膜35,并经由该接合膜35接合密封板30和振动板40的工 序;在接合膜25、密封板30、接合膜35及振动板40的一部分形成贯通 孔23,并且在振动板40的一部分形成凹部53的工序;在振动板40上形 成接合膜45a,并经由该接合膜45a接合振动板40和压电元件50的工序; 在振动板40上形成接合膜45b,经由该接合膜45b接合振动板40和壳头 60的工序;对20'进行加工形成基板20的工序;在基板20的与密封板 30相反侧的面上形成接合膜15,并经由该接合膜15接合基板20和喷嘴 板10的工序。
以下,依次说明各工序。
(1) 首先,作为用于制造基板20的母材,预先准备母材20'。母材 20'通过在后述的工序进行加工而可制成基板20。
接着,如图6所示,在母材20'上形成赋予能量之前的状态的接合膜 25。该接合膜25的形成方法与后述的接合膜15的形成方法同样。
(2) 接着,对接合膜25赋予能量。由此可让接合膜25显现出与密 封板30的粘接性。而且,对接合膜25的能量的赋予,可以用与后述的对 接合膜15的能量的赋予方法同样的方法来进行。
(3) 然后,预先准备密封板30。并且,以粘附显现了粘接性的接合 膜25和密封板30的方式来粘贴母材20'和密封板30。由此,如图6(b) 所示,母材20'和密封板30经由接合膜25而接合(粘接)。
(4) 接着,如图6 (c)所示,在密封板30上形成赋予能量之前状态 的接合膜35。该接合膜35的形成方法与后述的接合膜15的形成方法同样。
(5) 然后,对接合膜35赋予能量。由此让接合膜35显现出与振动 板40的粘接性。而且,对接合膜35的能量的赋予,可以用与后述的对接 合膜15的能量的赋予方法同样的方法来进行。
(6) 然后,预先准备振动板40。以粘附显现了粘接性的接合膜35 和振动板40的方式来粘贴母材20'和振动板40。由此,密封板30和振 动板40经由接合膜35而接合(粘接)。其结果是,如图6 (d)所示,母 材20'、密封板30及振动板40得以接合。(7) 然后,如图6 (e)所示,接合膜25、密封板30、接合膜35及 振动板40中,在与头1的喷出液供给室相对应的位置形成贯通孔23。
另外,振动板40中,在环绕组装有压电元件50的位置的环状区域形 成凹部53。
贯通孔23及凹部53的形成,可以使用干式蚀刻、反应性离子蚀刻 (reactive ion etching)、离子束蚀刻、光辅助蚀刻等物理蚀刻法、湿式蚀 刻等化学蚀刻法等中的一种或者将两种以上组合。
(8) 然后,如图6 (f)所示,在振动板40上的组装有压电元件50 的位置形成赋予能量之前的状态的接合膜45a。该接合膜45a的形成方法 与后述的接合膜25的形成方法同样。
另外,在振动板40上的一部分区域局部地形成接合膜45a的情况下, 例如经由具有与要形成接合膜45a的区域相对应的形状的开口部的掩膜, 即可成膜接合膜45a。
(9) 接着,对接合膜45a赋予能量。由此,在接合膜45a上显现出 与压电元件50的粘接性。而且,对接合膜45a的能量的赋予,可以用与 后述的对接合膜15的能量的赋予方法同样的方法来进行。
(10) 然后,预先准备压电元件50。并且,以粘附显现了粘接性的接 合膜45a和压电元件50的方式来粘贴振动板40和压电元件50。由此,振 动板40和压电元件50经由接合膜45a而接合(粘接)。其结果是,如图7
(g)所示,接合母材20'、密封板30、振动板40及压电元件50得以接合。
(11) 接着,如图7 (h)所示,在振动板40上的组装有壳头60的位 置形成赋予能量之前的状态的接合膜45b。该接合膜45b的形成方法与后 述的接合膜15的形成方法同样。
另外,在振动板40上的一部分的区域局部地形成接合膜45b的情况 选,例如经由具有与要形成接合膜45b的区域相对应的形状的开口部的掩 膜,即可成膜接合膜45a成膜。
(12) 然后,对接合膜45b赋予能量。由此,让接合膜45b显现出与 壳头60的粘接性。而且,对接合膜45b的能量的赋予,可以用与后述的 对接合膜15的能量的赋予方法同样的方法来进行。(13) 然后,预先准备壳头60。并且,以粘附显现了粘接性的接合膜 45b和壳头60的方式来粘贴振动板40和壳头60。由此,振动板40和壳 头60经由接合膜45b而接合(粘接)。其结果是,如图7 (i)所示,接合 母材20'、密封板30、振动板40、压电元件50及壳头60得以接合。
(14) 然后,使接合有密封板30、振动板40、压电元件50及壳头60 的母材20'上下翻转。并且,对母材20'的与密封板30相反侧的面施加 加工,形成各喷出液贮存室21及喷出液供给室22。由此,由母材20'获 得基板20。由此,喷出液供给室22与形成于接合膜25、密封板30、接合 膜35及振动板40的贯通孔23以及设置于壳头60的喷出液供给路61连 通,从而形成贮存器70。
母材20'的加工方法中,例如可使用上述的各种蚀刻法。 需要说明的是,此处虽然说明了通过对接合密封板30、振动板40、 压电元件50及壳头60的母材20'进行加工,形成各喷出液贮存室21及 喷出液供给室22的情况,但也可以在上述工序(1)时,预先在母材20 '上设置各喷出液贮存室21及喷出液供给室22。
(15) 接着,在基板20的与密封板30相反侧的面上接合喷嘴板10。 以下详细说明接合基板20和喷嘴板10的方法。
首先,在接合密封板30、振动板40、压电元件50及壳头60的基板 20上,使用等离子聚合法形成赋予能量之前的状态的接合膜l5。等离子 聚合法是一种例如通过向强电场中供给原料气体和运载气体的混合气体, 使原料气体中的分子聚合,并使聚合物堆积于基板20上而得到膜的方法。
下面,详细说明使用等离子聚合法形成接合膜15的方法,首先,在 说明接合膜15的形成方法之前,先说明在基板20上执行等离子聚合法以 制造接合膜15时所使用的等离子聚合装置,然后说明接合膜15的形成方 法。
图10是示意性表示本实施方式的喷墨式记录头具备的接合膜在制作 时使用的等离子聚合装置的纵剖面图。而且,在以下的说明中,图10中
的上侧称之为"上",下侧称之为"下"。
图IO所示的等离子聚合装置IOO具备腔室IOI、支承基板20的第 一电极130、第二电极140、向各电极130和140之间施加高频电压的电源电路180、向腔室101内供给气体的气体供给部190、排放腔室101内 的气体的排气泵170。在这些各部中,第一电极130及第二电极140被设 置于腔室101内。以下详细说明各部。
腔室101是可获得保持内部的气密的腔室,由于使内部在减压(真空) 状态下使用,所以做成具有可经受内部和外部的压力差的耐压性能的形 状。
图10所示的腔室101的构成包括轴线沿水平方向配置的大致呈圆 筒状的腔室主体、对腔室主体的左侧开口部密封的圆形侧壁、对右侧幵口 部密封的圆形侧壁。
在腔室101的上方、下方分别设置有供给口 103、排气口 104。并且, 供给口 103连接有气体供给部190,排气口 104连接有排气泵170。
另外,在本实施方式中,腔室IOI由高导电性的金属材料构成,并经 由触地线102电接地。
第一电极130呈板状,并对基板20进行支承。
该第一电极130沿垂直方向设置于腔室101的侧壁的内壁面,由此, 第一电极可经由腔室101电接地。另外,如图10所示,第一电极130设 置成与腔室主体同心状。
在第一电极130的支承基板20的面上设置有静电吸盘(吸附机构)
139。
如图10所示,利用该静电吸盘139,可沿垂直方向支承基板20。另 外,即使基板20存在稍微的翘曲,也可使其吸附于静电吸盘139,在矫正 了其翘曲的状态下对基板20施加等离子处理。
第二电极140经由基板20而与第一电极130对置设置。而且,该第 二电极140以离开腔室101的侧壁的内壁面(被绝缘)的状态设置。
在该第二电极140上经由配线184连接有高频电源182。另外,在配 线182的中间设有匹配箱(匹配器)183。通过这些配线184、高频电源 182及匹配箱183从而构成电源电路180。
使用这样的电源电路180,由于第一电极130接地,所以可在第一电 极130和第二电极140之间施加高频电压。由此,在第一电极130和第二 电极140的间隙内,可用高频感应方向反转的电场。气体供给部190向腔室101内提供规定的气体。
图IO所示的气体供给部190具有贮存液态的膜材料(原料液)的
贮液部191、对液态的膜材料进行汽化而使其变成气体状的汽化装置192、 贮存运载气体的储气瓶193。另外,这些各部和腔室101的供给口 103分 别用配管194连接,并将气体状的膜材料(原料气体)和运载气体的混合 气体从供给口 103供给到腔室101内。
贮存于贮液部191的液态状的膜材料,是通过等离子聚合装置100进 行聚合并在基板20的表面形成聚合膜的原材料。
这样的液态状的膜材料被汽化装置192汽化,而成为气体状的膜材料 (原料气体)后供给腔室101内。另外,关于原料气体将在后面详细说明。
贮存于储气瓶193的运载气体,是在电场的作用下放电以及用于维持 该放电而导入的气体。作为这样的运载气体,例如可列举Ar气、He气等。
另外,在腔室101内的供给口 103的附近设有扩散板195。
扩散板195具有促进供给到腔室101内的混合气体的扩散的作用。由 此,可以使混合气体在腔室101内以大致均匀的浓度分散。
排气泵170是在腔室101内进行排气,例如可由旋转真空泵、涡轮分 子泵等构成。由此,通过对腔室101内进行排气形成减压,可以容易地等
离子化气体。另外,还可以防止与大气环境接触而引起基板io的污染/氧
化,并且可从腔室101内有效去除因等离子处理生成的反应生成物。
另外,在排气口 104设置有对腔室101内的压力进行调节的压力控制 机构171。由此,可根据气体供给部190的运转状况适当设定腔室101内 的压力。
以下,对在接合有密封板30、振动板40、压电元件50及壳头60的 基板20上形成接合膜15的方法进行说明。
(15 — 1)首先,将基板20收纳于等离子聚合装置100的腔室101内 并呈密封状态之后,通过排气泵170的运转,使腔室101内形成减压状态, 以使壳头60变成下侧。
然后,使气体供给部190运转,将原料气体和运载气体的混合气体供 给到腔室101内。供给的混合气体被充填至腔室101内。
在此,混合气体中的原料气体所占的比例(混合比)因原料气体及运载气体的种类及作为目的的成膜速度等而稍有差异,不过,例如优选设定
混合气体中的原料气体的比例为20 70%左右,更优选30 60%左右。由 此,可以实现聚合膜的形成(成膜)条件的最优化。
另外,供给的气体的流量可根据气体的种类及作为目的的成膜速度、 厚度等适当确定,而并无特别限制,不过通常情况下,优选设定原料气体 及运载气体的流量分别为1 100ccm左右,更优选10 60ccm左右。
接着,使电源电路180运转,并在一对电极130、 140之间施加高频 电压。由此,存在于一对电极130、 140之间的气体分子被电离,而产生 等离子体。借助该等离子体的能量使原料气体中的分子聚合,从而使聚合 物附着/堆积于基板20上。由此,如图8 (k)所示,在基板20上形成由 等离子聚合膜构成的接合膜15。
另外,利用等离子体的作用对基板20的表面进行活性化/洁净化。因 此,原料气体的聚合物易于堆积在基板20的表面,而可以稳定地进行接 合膜15的成膜。这样根据等离子聚合法,无论基板20的构成材料如何, 均可进一步提高基板20与接合膜15的粘附强度。
作为原料气体,例如,可以举出甲基硅氧烷、八甲基三硅氧垸、十甲. 基四硅氧烷、十甲基环戊垸硅氧垸、八甲基环四硅氧垸、甲基苯基硅氧烷 之类的有机硅氧垸等。
使用这样的原料气体得到的等离子聚合膜即接合膜15,是由对这些原 料聚合而成的物质(聚合物)即由聚有机硅氧烷构成。
等离子聚合时, 一对电极130、 140间施加的高频的频率并无特别限 制,但优选lkHz 100MHz左右,更优选10 60MHz左右。
另夕卜,高频的输出密度并无特别限制,但优选0.01 100W / cn^左右, 更优选0.1 50W/cn^左右。由于将高频的输出密度设于上述范围内,因
此可以防止高频的输出密度过高而附加所需以上的等离子能量,同时可以 可靠地形成具有无规则的原子结构的Si骨架301。 g卩,若高频的输出密度
低于上述的下限值,则不能使原料气体中的分子发生聚合反应,有可能无 法形成接合膜15。另一方面,若高频的输出密度超过上述的上限值,则等 于使原料气体进行分解,作为脱离基团303的结构与Si骨架301分离,导 致得到的接合膜15中脱离基团303的含有率明显降低,进而有可能降低Si骨格301的无规则性(规律性升高)。
另外,成膜时的腔室IOI内的压力优选133.3X10—5 1333Pa (1X10 —s 10Torr)左右,更优选133,3X 10—4 133.3Pa (1 X 10—4 lTorr)左右。
原料气体流量优选0.5 200sccm左右,更优选1 100sccm左右。另 一方面,运载气体流量优选5 750sccm左右,更优选10 500sccm左右。
处理时间优选1 10分钟左右,更优选4 7分钟左右。而且,成膜 的接合膜15的厚度主要与该处理时间成正比。因此,只需要调节该处理 时间,即可容易地调节接合膜15的厚度。因此,现有技术在使用粘合剂 粘接基板和喷嘴板时不能严格控制接合膜的厚度,但若使用接合膜15则 由于可以严格控制接合膜的厚度,因而可以严格控制基板20和喷嘴板10 的距离。
另外,基板20的温度优选25"以上,更优选25 100'C左右。 经过上述的工序,可得到接合膜15。
艮口,基板20上面内,只在接合喷嘴板10的区域局部地形成接合膜15 时,例如使用具有与该区域相对应的的形状的开口部的掩膜,即可从该掩 膜上形成接合膜15。
(15_2)然后,对形成于基板20上的接合膜15赋予能量。
若赋予能量,则如图4所示,在接合膜15内,脱离基团303脱离Si 骨格303。并且,在脱离基团303脱离之后,如图5所示,在接合膜15 的表面及内部产生活性手304。由此,在接合膜15的表面显现出与喷嘴板 IO的粘接性。
在此,对接合膜15所赋予的能量,可以用任意方法进行赋予,例如 代表性地列举(I )对接合膜15照射能量线的方法、(II )对接合膜15 进行加热的方法、(III)对接合膜15赋予压縮力(赋予物理能量)的方法, 除此之外,还可列举暴露在等离子体内(赋予等离子能量)的方法、暴露 在臭氧气体中(赋予化学能量)的方法等。
其中,作为对接合膜15赋予能量的方法,特别优选使用上述(1)、 (n)、 (III)的各方法中的至少一种方法。由于这些方法可以对接合膜15 比较简单且有效地赋予能量,所以适合作为能量赋予方法。
以下详细说明上述(I )、 (n)、 (III)的各方法。(I )在对接合膜15照射能量线时,作为能量线例如可列举紫外 线、如激光之类的光、X射线、Y射线、电子束、如离子束之类的粒子束、 或者将这些能量线进行了组合的能量线。
这些能量线中,特别优选使用波长为150 300nm左右的紫外线(参 照图8 (L))。由于利用这种紫外线使所赋予的能量最优化,所以可以防 止所需以上对接合膜15中的Si骨架301的破坏,同时可以选择性地切断 Si骨架301和脱离基团303之间的键。由此,可以防止接合膜15的特性 (机械特性、化学特性等)的降低,同时可在接合膜15上显现出粘接性。
另外,若使用紫外线,则由于可以在大范围内不会不均且短时间地进 行处理,所以可有效地进行脱离基团303的脱离。进而,紫外线还具有可 以用UV灯等简单的设备产生的优点。
另外,紫外线的波长更优选160 200nm左右。
另外,在使用UV灯的情况下,其输出因接合膜15的面积而不同, 不过优选lmW / cm2 lW / cm2左右,更优选5mW / cm2 50mW / cm2 左右。而且,在这种情况下,优选UV灯和接合膜15的间隔距离为3 3000mm左右,更优选10 1000mm左右。
另外,照射紫外线的时间优选设定为可使接合膜15的表面附近的脱 离基团303脱离的时间,即优选设定为不使接合膜15内部的脱离基团303 大量脱离的时间。具体而言,虽然紫外线的光量因接合膜15的构成材料 等而稍有差异,但照射紫外线的时间优选在0.5 30分钟左右,更优选l IO分钟左右。
另外,也可长时性地连续照射紫外线,也可间歇性地(脉冲状)照射。 另一方面,作为激光,例如可列举准分子激光(飞秒激光)、Nd— YAG激光、Ar激光、C02激光、He—Ne激光等。
另外,对接合膜15的能量线的照射,可以在任意气体介质中进行, 具体而言,可列举如空气、氧气之类的氧化性气体介质、如氢之类的还 原性气体介质、如氮气、氩气之类的惰性气体介质、或者对这些气体介质 进行了降压的减压(真空)气体介质等,但特别优选在空气环境中进行。 由此,在控制气体介质方面不需要增加劳力及成本,而可以更简单地进行 能量线的照射。由此,若使用照射能量线的方法,由于可选择性地对接合膜15容易
地进行赋予能量,所以例如可以防止赋予能量的基板20的变质/老化。
另外,若使用照射能量线的方法,则可以高精度且简单地对所赋予的
能量的大小进行调节。因此,可以调节脱离接合膜15的脱离基团303的 脱离量。这样,通过调节脱离基团303的脱离量,可以容易地控制接合膜 15和喷嘴板IO之间的接合强度。
艮P,由于通过增减脱离基团303的脱离量,在接合膜15的表面及内 部生成更多的活性手,所以可以提高接合膜15显现的粘接性。另一方面, 通过降低脱离基团303的脱离量,减少在接合膜15的表面及内部生成活 性手,可以抑制接合膜15显现的粘接性。
而且,为了调节赋予的能量的大小,例如只要对能量线的种类、能量 线的输出、能量线的照射时间等条件加以调节即可。
进而,利用照射能量线的方法,由于可以在短时间内赋予很大的能量, 所以可以更有效地进行能量的赋予。
(II)在对接合膜15进行加热的情况下(未图示)。加热温度优选设 定为25 100'C左右,更优选设定为50 10(TC左右。若用这样的范围的 温度进行加热,则可以可靠地防止因热而使基板20等变质/老化,同时可 以可靠地使接合膜15活性化。
另外,加热时间只要是可以切断接合膜15的分子键的时间即可。具 体而言,若加热温度在上述范围内则优选1 30分钟左右。
另外,可以用任意方法对接合膜15进行加热,例如可以通过使用加 热器的方法、照射红外线的方法、与火焰接触的方法等各种加热方法。
而且,在基板20和喷嘴头IO的热膨胀系数大致相等的情况下,只要 按照上述的条件对接合膜15进行加热即可,而在基板20和喷嘴板10的 热膨胀系数彼此不等的情况下,以后将详细说明,但优选尽可能在低温下 进行接合。通过在低温下进行接合,可以实现接合界面产生的热应力的进 一步降低。
(ni)本实施方式中,说明了在将基板2o和喷嘴板io粘贴之前,对
接合膜15赋予能量的情况,但这种能量的赋予,也可以在使基板20和喷 嘴板10叠合之后进行。g卩,在基板20上形成接合膜15之后且赋予能量之前,以粘附接合膜15和喷嘴板10的方式来叠合基板20和喷嘴板10而 制成准接合体。然后,通过对该准接合体中的接合膜15赋予能量,让接 合膜15显现粘接性,经由接合膜15而接合(粘接)基板20和喷嘴板10。
此时,对准接合体中的接合膜15的能量的赋予,可以是上述的(I )、 (II)的方法,也可以是使用对接合膜15赋予压縮力的方法。
此时,在基板20和喷嘴板10彼此靠近的方向优选利用0.2 10MPa 左右的压力进行压缩,更优选用1 5MPa左右的压力进行压缩。由此, 仅仅通过压縮即可简单地对接合膜15赋予适度的能量,.使接合膜显现充 分的粘接性。而且,该压力即便超出上述上限值也可以,但由于基板20 和喷嘴板10的各构成材料,有可能使基板20及喷嘴板10产生损伤等。
另外,赋予压缩力的时间并无特别限制,但优选10秒 30分钟左右。 而且,赋于压縮力的时间根据压縮力的大小进行适当变更即可。具体而言, 压縮力越大,赋予压縮力的时间就越短。
而且,在准接合体的状态下,由于基板20和喷嘴板10之间没有接合, 所以可以容易地调节(挪动)它们相对的位置。因此,暂时获得准接合体 之后,通过微调基板20和喷嘴板10的相对位置,可以可靠地提高最终得 到的头1的组装精度(尺寸精度)。
利用如上述的(I )、 (n)、 (III)的各方法,可以对接合膜15赋予 能量。
另外,可以在接合膜15的整个面上赋予能量,也可以只在一部分的 区域赋予能量。这样,可以控制接合膜15显现粘接性的区域,且通过适 当调整该区域的面积/形状等,可以缓和接合界面产生的应力的局部集中。 由此,例如在基板20和喷嘴板IO的热膨胀系数差较大的情况下,也可以
可靠地接合它们。
在此,如上所述,如图4所示,赋予能量之前状态的接合膜15具有 Si骨架301和脱离基团303。若对这种接合膜15赋予能量,则脱离基团 303 (本实施方式为甲基)脱离Si骨架301。由此,如图5所示,接合膜 15的表面31生成活性手304而被活性化。其结果是,接合膜15的表面显 现粘接性。
在此,所谓接合膜15 "被活性化",是指使接合膜15的表面31及内部的脱离基团303脱离,在Si骨架301生成末端化的接合键(以下,称为 "未接合键"或者"悬空键")的状态、及该未接合键被羟基(OH基)末 端化的状态、或者这些状态混杂的状态。
因此,所谓"活性手304",是指未接合键(悬空键)或者未接合键被 羟基末端化了的键。这样的活性手304可以对喷嘴板IO进行特别牢固的 接合。
而且,后者的状态(未接合键被羟基末端化了的状态),例如利用在 大气介质中对接合膜15照射能量线,且通过大气中的水分对未接合键进 行末端化,从而可以很容易地形成。
(15—3)接着,预先准备喷嘴板10。然后,如图9 (m)所示,以粘 附显现了粘接性的接合膜15和喷嘴板10的方式来粘贴基板20和喷嘴板 10。由此,如图9 (n)所示,经由接合膜15接合(粘接)基板20和喷嘴 板10。
在此,上述方式那样接合的基板20和喷嘴板10各自的热膨胀系数优 选大致相等。若基板20和喷嘴板10的热膨胀系数大致相等,则在粘贴基 板20和喷嘴板10时,其接合界面难以产生与热膨胀相伴随的应力。其结 果是,在最终得到的头1上可以可靠地防止发生剥离等不良状况。
另外,即使在基板20和喷嘴板IO各自的热膨胀系数互不相同的情况 下,通过将粘贴基板20和喷嘴板10时的条件以下述的方式进行最优化, 也可以以高尺寸精度牢固地接合基板20和喷嘴板10。
艮P,在基板20和喷嘴板10的热膨胀系数互不相同的情况下,优选尽 可能在低温下进行接合。通过在低温下进行接合,可以实现进一步降低接 合界面所生成的热应力。
具体而言,虽然基板20和喷嘴板10具有热膨胀系数差,但优选在基 板20和喷嘴板10的温度为25 5(TC左右的状态下来粘贴基板20和喷嘴 板10,更优选在25 4(TC左右的状态下迸行粘合。只要是这样的温度范 围,即使基板20和喷嘴板10的热膨胀系数差大到一定程度,也可以充分 降低接合界面产生的热应力。其结果是,可以可靠地防止头1中的扭曲及 剥离等。
另外,此时,在基板20和喷嘴板10之间的热膨胀系数之差在5X10一s/K以上的情况下,特别推荐以上述方式尽可能在低温下进行接合。而 且,通过使用接合膜15,即使在如上述的低温下,也可牢固地接合基板 20和喷嘴板10。
另外,优选基板20和喷嘴板10的刚性彼此不同。由此,可以更牢固 地接合基板20和喷嘴板10。
优选在形成基板20的接合膜20的区域,预先实施提高与接合膜15 的粘附性的表面处理。由此,可以进一步提高基板20和接合膜15之间的 接合强度,最终可以提高基板20和喷嘴板10的接合强度。
作为这种表面处理,例如可列举如溅射处理、喷丸处理之类的物理 性表面处理、使用氧等离子、氮等离子等的等离子处理、如电晕放电处理、 蚀刻处理、电子束照射处理、紫外线照射处理、臭氧暴露处理之类的化学 性表面处理、或者将它们组合了的处理等。通过实施这样的处理,可以清 洁形成基板20的接合膜15的区域,同时可以使该区域活性化。
另外,在这些各种表面处理中,通过使用等离子处理形成接合膜15, 可特别将基板20的表面最优化。
而且,在施行表面处理的基板20由树脂构成的情况下,特别优选使 用电晕处理、氮等离子处理等。
另外,根据基板20的构成材料,即使未实施上述的表面处理,接合 膜15的接合强度有时也特别高。作为可得到这样的效果的基板20的构成 材料,例如可列举以上述的各种金属、各种硅系材料、各种玻璃系材料等 为主材料的材料。
用这样的材料构成的基板20,其表面被氧化膜覆盖,在该氧化膜的表 面接合有活性度较高的羟基。因此,若使用这样的材料构成基板20,则即 使未实施如上述的表面处理,也可以使基板20和接合膜15牢固地粘附。
而且,在这种情况下,可以用如上述的材料构成基板20的整体,也 可以用如上述的材料构成至少形成接合膜15的区域的表面附近。
进而,形成基板20的接合膜15的区域,在具有下述的基及物质的情 况下,即使未实施如上述的表面材料,也可以充分提高基板20和接合膜 15的接合强度。
作为这样的基及物质,例如可列举如羟基、硫醇基、羧基、氨基、硝基、咪唑基之类的官能基、自由基、开环分子、双键、三键之类的不饱
和键、如F、 Cl、 Br、 I这样的卤素、选自过氧化物组成的组中的至少一种 基或物质。
另外,为了得到具有这样的基及物质的表面,优选适当选择并进行上 述的各种表面处理。
另外,优选在形成基板20的至少接合膜15的区域预先形成中间层。 而代替表面处理。
该中间层可以是具有某种功能的层,例如优选具有提高与接合膜15 的粘附性的功能、缓冲性(缓冲功能)、缓和应力集中的功能的层。通过 经由这种中间层在基板20上形成接合膜15,可以提高基板20和接合膜 15的接合强度,而得到可靠性高的接合体即头l。
作为这种中间层的构成材料,例如可列举如铝、钛之类的金属类材 料、如金属氧化物、硅氧化物之类的氧化物系材料、如金属氮化物、硅氮 化物之类的氮化物类材料、如石墨、类金刚石碳膜之类的碳类材料、硅烷 耦合剂、硫醇系化合物、金属烷氧化物、金属一卤素化合物之类的自由组 织化膜材料等,也可以组合这些材料中的一种或者两种以上使用。
另外,用这些各材料构成的中间层中,只要是用氧化物系材料构成的 中间层,就可以使基板20和接合膜15之间的接合强度特别高。
另一方面,还优选与喷嘴板10的接合膜15接触的区域也预先实施提 高与接合膜15的粘附性的表面处理。由此,可以使喷嘴板IO和接合膜15 之间的接合强度更高。
而且,该表面处理可以使用与对基板20实施的如上所述的表面处理 一样的处理。
另外,还优选在与喷嘴板10的接合膜15接触的区域预先形成具有提 高与接合膜15的粘附性的功能的中间层,而替代表面处理。由此,可以 使喷嘴板IO和接合膜15之间的接合强度更高。
这种中间层的构成材料,可以使用与形成于上述基板20的中间层的 构成材料一样的材料。
而且,自不待言,对基板20及喷嘴板10的上述表面处理及中间层的 形成也可以以对密封板30、振动板40、压电元件50及壳头60进行。由此,可以使各部的接合强度更高。
在此,对在本工序接合具备接合膜15的基板20和喷嘴板10的机制 进行说明。
例如在供喷嘴板10和基板20接合的区域,若以使羟基露出的情况为 例进行说明,则在本工序中,在以使接合膜15和喷嘴板10接触的方式来 粘贴基板20和喷嘴板10时,使存在于接合膜15的表面31的羟基和存在 于喷嘴板10的上述区域的羟基通过氢键相互吸引,从而在各氢键之间产 生引力。可推测出,通过该引力接合具备接合膜15的基板20和喷嘴板10。
另外,被该氢键相互吸引的各羟基,因温度条件等而进行脱水缩合。 其结果是,在接合膜15和喷嘴板10的接触界面上,经由氧原子使与羟基 接合的各接合键彼此接合。由此推测,经由接合膜15更牢固地接合基板 20和喷嘴板10。
另夕卜,上述工序(15—2)活性化的接合膜15的表面,其活性状态将 时效性地缓和。因此,优选上述工序(15 — 1)结束之后,尽可能地提早 执行本工序(15—3)。具体而言,优选上述工序(15—2)结束后在60分 钟以内执行本工序(15—3),更优选5分钟以内执行。如果在这样的时间 内,接合膜15的表面维持充分的活性状态,因此,在本工序中粘贴具备 接合膜15的基板20和喷嘴板10时,可以在它们之间得到充分的接合强 度。
以该方式接合的基板20和喷嘴板10之间,其接合强度优选5MPa (50kgf/cm2)以上,更优选lOMPa (100kgf/cm2)以上。这样的接合 强度可足够防止接合面的剥离。并且,可得到可靠性高的头l。 经过上述的工序,得到头l。
而且,在上述中,说明的是以粘附形成于基板20上的接合膜15和喷 嘴板10的方式来粘贴基板20和喷嘴板10的情况,但也可以以粘附形成 于喷嘴板10的下面的接合膜15和基板20的方式来粘贴基板20和喷嘴板 10。
另外,也可以将接合膜15形成于基板20和喷嘴板10 二者。 图11表示第一实施方式的喷墨式记录头的其它构成例的剖面图。在 以下的说明中,图11中的上侧称之为"上",下侧称之为"下"。图11所示的头1,通过以粘附形成于基板20的下面的接合膜15和形 成于喷嘴板10的上面的接合膜15的方式来粘贴基板20和喷嘴板10,从 而得以接合(粘接)它们。
另外,与此同样,图ll所示的头l,通过以粘附形成于基板20的上 面的接合膜25和形成于密封板30的下面的接合膜25的方式来粘贴基板 20和密封板30,从而得以接合(粘接)它们。
进而,通过以粘附形成于密封板30的上面的接合膜35和形成于振动 板40的下面的接合膜35的方式来粘贴密封板30和振动板40,从而得以 接合(粘接)它们。
另外,以粘附形成于振动板40的上面的接合膜45a和形成于压电元 件50的下面的接合膜45a的方式来粘贴振动板40和压电元件50,从而得 以接合(粘接)它们。
进而,以粘附形成于振动板40的上面的接合膜45b和形成于壳头60 的下面的接合膜45b的方式来粘贴振动板40和壳头60,从而得以接合(粘 接)它们。
根据这样的构成的头1,可以使各部的界面接合得更牢固。在这样的 头l内,由于被覆体(例如基板、喷嘴板、密封板、振动板、压电元件、 壳头等)的材质难以对接合强度造成影响,所以不论被覆体的材质,都可 得到牢固地接合各部的可靠性高的头1。
而且,在这种情况下,例如对接合膜15的能量的赋予,只要分别对 形成于基板20的下面的接合膜15和形成于喷嘴板10的上面的接合膜15 施加即可。
另外,得到头1之后,也可以根据需要对该头1执行以下两个工序 ((16A)及(16B))中的至少一个工序(提高头1的接合强度的工序)。 由此,可以实现头l的各部的接合强度的进一步提高。
(16A)按照对得到的头1进行压缩的方式,即在使喷嘴板IO、基板 20、密封板30、振动板40及壳头69相互靠近的方向加压。
由此,可以使上述各部的表面和邻接的接合膜的表面更加接近,从而 进一步提高头l中的接合强度。
另外,通过对头l加压,压搾残存于头1中的接合界面的间隙,可以使接合面积更广。由此,可以使头1中的接合强度更高。
此时,对头1加压时的压力为不至于使头1受到损伤的程度的压力,
优选尽可能高。由此,可以与该压力成正比地使头1中的接合强度更高。 另外,该压力只要根据头1各部的构成材料及形状、接合装置等条件
适当调整即可。具体而言,尽管因上述条件稍有不同,但该压力优选0.2
lOMPa左右,更优选1 5MPa左右。由此,可以可靠地提高头1的接合 强度。而且,即使该压力超出上述上限值也没有关系,但由于头l各部的 构成材料,所以有可能在头1上产生损伤等。
另外,加压的时间无特别限制,优选10秒 30分钟左右。加压的时 间也可以根据加压时的压力适当变更。具体而言,对头1加压时的压力越 高,即使加压的时间短也可以实现接合强度的提高。 (16B)对得到的头l进行加热。
由此可以进一步提高头1中的接合强度。
此时,对头1加工时的温度,只要是比室温高又未达到头1的耐热温 度就无特别限制,而优选25 10(TC左右,更优选50 10(TC左右。只要 按这种温度范围的温度进行加热,就可以可靠地防止因热而使头1发生变 质/老化,同时可以可靠地提高接合强度。
另外,加热时间无特别限制,而优选1 30分钟左右。
另外,在进行上述工序U6A)、 (16B)两者的情况下,优选两者同 时进行。即,优选对头1 一边进行加压一边进行加热。由此,可以协同发 挥加压的效果和加热的效果,使得头1的接合强度特别高。
通过执行如上所述的工序,可以容易地实现头1的接合强度的进一步 提高。
第二实施方式
下面,说明本发明的液滴喷头应用于喷墨式记录头时的第二实施方式。
图12是表示本发明的液滴喷头使用在喷墨式记录头时的第二实施方 式具备的接合膜在赋予能量前状态的局部放大图,图13是表示本发明的 液滴喷头使用在喷墨式记录头时的第二实施方式具备的接合膜在赋予能 量后状态的局部放大图。而且,在以下的说明中,图12及图13中的上侧称之为"上",下侧称之为"下"。
下面,说明喷墨式记录头的第二实施方式,但以与上述第一实施方式 的喷墨式记录头的不同之处为中心进行说明,对于同样的事项其说明从 略。
本实施方式的喷墨式记录头,除各接合膜的构成不同之外,其它与上 述第一实施方式同样。
艮P,本实施方式的喷墨式记录头在对各接合膜15、 25、 35、 45a、 45b 分别赋予能量前的状态下,含有金属原子、与该金属原子接合的氧原子、 与这些金属原子及氧原子中的至少一方结合的脱离基团303。换言之,可 以说赋予能量前的各接合膜15、 25、 35、 45a、 45b是将脱离基团分别导 入由金属氧化物构成的金属氧化膜的膜。
若对这样的各接合膜15、 25、 35、 45a、 45b赋予能量,则脱离基团 303从金属原子及氧原子中的至少一方脱离,使各接合膜15、 25、 35、 45a、 45b的至少表面附近生成活性手304。并且,由此在各接合膜15、 25、 35、 45a、 45b的表面显现出与上述第一实施方式同样的粘接性。
下面,说明本实施方式的各接合膜15、 25、 35、 45a、 45b,但由于这 些构成是共同的,因而以接合膜15为代表进行说明。
接合膜15由金属原子和与该金属原子结合的氧原子构成,即由于金 属氧化物结合有脱离基团303,因而成为难以变形且牢固的膜。因此,接 合膜15本身的尺寸精度得以提高,即使在最终得到的头1中,也可得到 高尺寸精度。
进而,接合膜15呈不具有流动性的固态状。因此,与现有以来使用 的具有流动性的液态状或者粘液状(半固态状)的粘接剂相比,粘接层(接 合膜15)的厚度及形状几乎不发生变化。因此,与现有技术相比,使用接 合膜15得到的头1的尺寸精度格外高。进而,由于不需要粘接剂硬化所 需的时间,因而可以在短时间内实现牢固的接合。
另外,本发明中,优选接合膜15具有导电性。由此,在后述的头1 中,可以抑制或者防止意想不到的带电。其结果是,可以可靠地控制油墨 的喷出方向。
另外,在接合膜15具有导电性的情况下,虽然接合膜15的电阻率因构成材料而稍有差异,但优选1X10—3Q "m以下,更优选1X10—4Q *cm以下。
而且,脱离基团303只要至少存在于接合膜15的表面31附近即可, 既可以存在于接合膜15的大致整体,也可以偏于接合膜15的表面31附 近。而且,通过使脱离基团303偏在于表面31附近的构成,可以良好地 发挥接合膜15作为金属氧化膜的功能。g卩,接合膜15除了承担接合的功 能之外,还具有可以良好地赋予作为导电性或透光性等特性优良的金属氧 化膜的功能的优点。换言之,可以可靠地防止脱离基团303妨碍接合膜15 的导电性或透光性等特性。
以可以很好地发挥作为上述的接合膜15的功能的方式来选择金属原子。
具体而言,作为金属原子无特别限制,例如可列举Li、 Be、 B、 Na、 Mg、 Al、 K、 Ca、 Sc、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Ga、 Rb、 Sr、 Y、 Zr、 Nb、 Mo、 Cd、 In、 Sn、 Sb、 Cs、 Ba、 La、 Hf、 Ta、 W、 Ti及Pb 等。其中,优选使用In (铟)、Sn (锡)、Zn (锌)、Ti (钛)及Sb (锑) 中的一种或者两种以上组合。通过接合膜15内含有这些金属原子,即将 脱离基团303导入含有这些金属原子的金属氧化物,从而使接合膜15发 挥优良的导电性及透明性。
更具体而言,作为金属氧化物,例如可列举铟锡氧化物(ITO)、铟 锌氧化物(IZO)、锑锡氧化(ATO )、含氟铟锡氧化物(ATO)、氧化锌(ZnO) 以及二氧化钛(Ti02)等。
还有,在作为金属氧化物使用铟锡氧化物(ITO)的情况下,铟和锡 的原子比(铟/锡比)优选99/1 80/20,更优选97/3 85/15。由此,能够 更显著地发挥如上所述的效果。
另外,接合膜151中的金属原子和氧原子的存在比优选3: 7 7: 3 左右,更优选4: 6 6: 4左右。通过将金属原子和氧原子的存在比设为 所述范围内,接合膜15的稳定性变高,能够更牢固地接合基板20和喷嘴 板10。
另外,脱离基团303如上所述,通过从金属原子及氧原子的至少一方 脱离,使接合膜15产生活性手。从而,脱离基团303选择通过被赋予能量,比较简单地且均一地脱离,但在不被赋予能量时选择不脱离地可靠地 与接合膜15结合的脱离基团。
从所述观点来说,脱离基团303适当使用氢原子、碳原子、氮原子、 磷原子、硫原子及卤素原子、或这些各原子构成的原子团中的至少一种。 所述脱离基团303的通过能量的赋予引起的结合/脱离的选择性比较优越。 因此,这样的脱离基团303能够充分满足如上所述的必要性,能够进一步 提高基板20和喷嘴板10的粘接性。
还有,作为由上述各原子构成的原子团(基团),例如,可以举出 甲基、乙基之类的烷基、甲氧基、乙氧基之类的垸基、羧基、氨基及磺酸 基等。
在以上的各原子及原子团中,脱离基团303尤其优选氢原子。由氢原 子构成的脱离基团303的化学稳定性高,因此,作为脱离基团303具备氢 原子的接合膜15的耐气候性及耐药品性优越。
若考虑以上情况,则作为接合膜15,适当选择在铟锡氧化物(ITO)、 铟锌氧化物(IZO)、锑锡氧化物(ATO)、含氟铟锡氧化物(FTO)、氧化 锌(ZnO)或二氧化钛(Ti02)的金属氧化物中导入作为脱离基团303的 氢原子的接合膜。
所述结构的接合膜15其自身具有优越的机械特性。另外,对多数材 料显示尤其优越的粘接性。从而,这样的接合膜15相对于基板20尤其牢 固地粘接,并且,相对于喷嘴板10也显示尤其强的粘接力,其结果,能 够牢固地接合基板20和喷嘴板10。
另外,接合膜15的平均厚度优选1 1000nm左右,更优选2 800nm 左右。通过将接合膜15的平均厚度设为所述范围内,能够防止头1的尺 寸精度显著降低的情况,同时,能够将基板20和喷嘴板10更牢固地接合。
艮口,在接合膜15的平均厚度小于所述下限值的情况下,有可能得不 到充分的接合强度。另一方面,在接合膜15的平均厚度大于所述上限值 的情况下,有可能头1的尺寸精度显著降低。
进而,若接合膜15的平均厚度为所述范围内,则确保接合膜15的某 种程度的形状追随性。因此,例如,在基板20的接合面(将接合膜15成 膜的面)存在有凹凸的情况下,虽然取决于其凹凸的高差,但能够以追随凹凸的形状的方式被覆接合膜15。其结果,接合膜15吸收凹凸,能够缓 和在其表面产生的凹凸的高差。还有,在贴合基板20和喷嘴板10时,能 够提高接合膜15的相对于喷嘴板10的粘附性。
还有,如上所述的形状追随性的程度是接合膜15的厚度越厚而越显 著。从而,为了充分地确保形状追随性,尽量增加接合膜15的厚度即可。
如上所述的接合膜15在接合膜15的大致整体上存在有脱离基团303 的情况下,例如,A:可以在含有构成脱离基团303的原子成分的气氛下, 利用物理气相成膜法,将含有金属原子和氧原子的金属氧化物材料成膜, 由此来形成。另外,脱离基团303在接合膜15的表面31附近偏移存在的 情况下,例如,B:可以在将含有金属原子和所述氧原子的金属氧化物膜 成膜后,在该金属氧化物膜的表面附近含有的金属原子及氧原子的至少一 方导入脱离基团303,由此来形成。
以下,对使用A及B的方法,在基板20上将接合膜15成膜的情况进 行详述。
<八>在A方法中,接合膜15是以上述方式,在含有构成脱离基团303 的原子成分的气氛下,通过利用物理气相成膜法(PVD)对含有金属原子 和氧原子的金属氧化物材料进行成膜而成。这样,只要根据使用PVD法 的构成,在金属氧化物材料向基板20飞来时,可以比较容易地将脱离基 团303导入金属原子及氧原子的至少一方。因此,可以将脱离基团303导 入接合膜15的大致整体上。
进而,根据PVD法可以有效地形成致密且均质的接合膜15。由此, 用PVD法成膜的接合膜15特别牢固地接合喷嘴板10。进而,用PVD法 成膜的接合膜15,可以长期地维持赋予能量后而被活性化的状态。因此, 可以实现头1制造过程的简单化、高效化。
另外,作为PVD法可列举真空蒸镀法、溅射法、离子镀法、激光 磨损法等,其中优选使用溅射法。使用溅射法不会切断金属原子和氧原子 的键,而是在含有构成脱离基团303的原子成分的气氛中,可以轰出金属 氧化物的粒子。而且,由于在轰出金属氧化物粒子的状态下,可以与含有 构成脱离基团303的原子成分的气体接触,因而可以更顺利地进行脱离基 团303向金属氧化物(金属原子或者氧原子)的导入。下面,作为利用PVD法形成接合膜15的方法,以利用溅射法(离子 束溅射法)形成接合膜15的情况为代表进行说明。
首先,在说明接合膜15的成膜方法之前,先说明利用离子束溅射法 在基板20上形成接合膜15时所使用的成膜装置200。
图14是示意性表示本实施方式的接合膜制作时所使用的成膜装置的 纵剖面图,图15是表示图14所示的成膜装置具备的离子源的构成的示意 图。在以下的说明中,图14中的上侧称之为"上",下侧称之为"下"。
图14所示的成膜装置200以下述方式构成,即可在腔室(装置)内 进行基于离子束溅射法的接合膜15的形成。
具体而言,成膜装置200具有腔室(真空腔室)211、设置于该腔 室211内且支承基板20 (成膜对象物)的基板支架(成膜对象支承部)212、 设置于腔室211内且向腔室211内照射离子束B的离子源(粒子供给部) 215、支承通过离子束B的照射产生含有金属离子和氧原子的金属氧化物 (例如ITO)的靶(金属氧化物材料)216的靶支架(靶支承部)217。
另外,腔室211具有向腔室211内供给含有构成脱离基团303的原 子成分的气体(例如氢气)的气体供给部260、对腔室211内进行排气并 控制压力的排气机构230。
本实施方式中,基板212安装于腔室211的顶板部。该基板支架212 可以转动。由此,可以在基板20上以均质且均匀的厚度成膜接合膜15。
如图15所示,离子源(离子枪)215具有形成有开口 (照射口)250 的离子发生室256、设置于离子发生室256内的灯丝257、栅极253和254、 设置于离子发生室256的外侧的磁铁255。
另外,如图14所示,在离子发生室256连接有向其内部供给气体(溅 射用气体)的气体供给源219。
该离子源215在将气体从气体供给源219供给离子发生室256内的状 态下,若对灯丝257通电加热,则从灯丝257释放出电子,释放出的电子 通过磁铁255的磁场运动而与供给于离子发生室256内的气体分子冲。由 此,气体分子被离子化。该气体的离子I+利用栅极253和栅极254之间的 电压梯度而从离子发生室256内被吸引出来,并且被加速,并经由开口部 250从离子源215作为离子束B释放(照射)。从离子源215射出的离子束B与靶216的表面碰撞,而从耙216轰出 粒子(溅射粒子)。该靶216由上述的金属氧化物材料构成。
在该成膜装置200内,离子源215以使其开口 250位于腔室211内的 方式被固定(配置)于腔室211的侧壁。另外,离子源215可配置于离开 腔室211的位置,且经由连接部与腔室211连接,但通过本实施方式这样 的结构,可以实现成膜装置200的小型化。
另外,离子源215的开口部250以朝向与基板支架212不同的方向的 方式,在本实施方式中是以朝向腔室211的底部侧的方式设置。
而且,离子源215的设置个数不限于一个,而可以多个设置。通过设 置多个离子源215,可以进一步加快接合膜15的成膜速度。
另外,在靶支架217及基板支架212的附近,分别设置有可以覆盖它 们的第一开闭器220及第二开闭器221 。
这些开闭器220、 221分别用于防止靶216、基板20及接合膜15暴露 在无用的气氛等中。
另外,排气机构230的构成包含泵232、使泵232和腔室211连通 的排气管231、设置于排气管231的中途的阀233,排气机构230可将腔 室211内减压到期望的压力。
进而,气体供给机构260的构成包含贮存含有构成脱离基团303的 原子成分的气体(例如氢气)的储气瓶264、将该气体从储气瓶264导入 腔室211的供气管261、设置于供气管261的中途的泵262及阀263,气 体供给机构260可将含有构成脱离基团303的原子成分的气体供给到腔室 211内。
使用如上述的构成的成膜装置200,从而以下述方式形成接合膜15。
在此,说明在基板20上成膜接合膜15的方法。
首先,准备基板20,将该基板20搬入成膜装置200的腔室211内, 并安装(固定)于基板支架212。
然后,使排气机构230运转,即通过在泵232运转的状态下打开阀233, 使腔室211内呈减压状态。该减压的程度(真空度)无特别限制,但优选 1X10—7 1X10—4丁orr左右,更优选1 X 10—6 1 X 10—5Torr左右。
另外,通过在气体供给机构260运转即在泵262运转的状态下打开阀263,将含有构成脱离基团303的原子成分的气体供给到腔室211内。由 此,可以将腔室内变成含有这种气体的气氛(氢气环境)。
优选含有构成脱离基团303的原子成分的气体的流量1 100ccm左 右,更优选10 60ccm左右。由此,可以可靠地将脱离基团303导入金属 原子及氧原子中的至少一方。
另外,腔室211内的温度只要是25'C以上即可,但优选25 10(TC左 右。通过设定在该范围内,可以有效地迸行金属原子或者氧原子和含有上 述原子成分的气体的反应,进而可以将含有上述原子成分的气体可靠地导 入金属原子及氧原子。
然后,打开第二开闭器221,进而将第一开闭器220设为打开的状态。
在该状态下,将气体导入离子源215的离子发生室256内,并且给灯 丝257通电进行加热。由此,从灯丝257释放电子,通过使该释放出的电 子和气体分子发生碰撞,对气体分子进行离子化。
利用栅极253和栅极254对该气体的离子I+进行加速后,从离子源215 释放,与由阴极材料构成的靶216发生碰撞。由此,可从靶216赶出金属 氧化物(例如ITO)的粒子。此时,由于腔室内是含有构成脱离基团303 的原子成分的气体的气氛(例如氢气气氛),因而可将脱离基团303导入 包含于从腔室211内被赶出的粒子的金属原子及氧原子。并且,通过使导 入有该脱离基团303的金属氧化物堆积在基板20上,从而形成接合膜15。
本实施方式说明的离子束溅射法中,在离子源215的离子发生室256 内进行放电并生成电子e—,而该电子e—被栅极253遮蔽,防止向腔室211 内的释放。
进而,由于离子束B的照射方向(离子源215的开口 250)朝向靶216 (与腔室211的底部侧不同的方向),因而更可靠地防止离子发生室256 内产生的紫外线照射到成膜的接合膜15的情况,进而可以可靠地防止在 接合膜15的成膜过程中被导入的脱离基团303发生脱离的情况。
如上所述,能够将在厚度方向的大致整体上成膜存在脱离基团303的 接合膜15。
<B>:另一方面,在B方法中,接合膜15通过将含有金属原子和氧原 子的金属氧化物膜成膜后,向在该金属氧化物膜的表面附近含有的金属原子及氧原子的至少一方导入脱离基团303而形成。根据所述方法可知,通 过比较简单的工序,即能够在金属氧化物膜的表面附近将脱离基团303以 偏移存在的状态导入,能够形成作为接合膜及金属氧化物膜的两者的特性 优越的接合膜15。
在此,金属氧化物膜通过任意方法来成膜也可,例如,可以通过PVD 法(物理气相成膜法)、CVD法(化学气相成膜法)、等离子体聚合法之 类的各种气相成膜法、或各种液相成膜法等来成膜,但其中,尤其优选利 用PVD法来成膜。根据PVD法可知,能够有效良好地成膜致密且均匀的 金属氧化物膜。
另外,作为PVD法可列举真空蒸镀法、溅射法、离子镀法及激光 磨损法等,其中优选使用溅射法。使用溅射法,不会切断金属原子和氧原 子的键,而是可以在气氛中轰出金属氧化物的粒子,并供给到基板20上, 因此,可以形成特性特别优良的金属氧化物膜。
进而,作为在金属氧化物膜的表面附近导入脱离基团303的方法,使 用各种方法,例如,可以举出Bl:在含有构成脱离基团303的原子成分 的气氛下将金属氧化物膜热处理(退火)的方法、B2:离子注A方法等, 但其中,尤其优先使用Bl的方法。根据B1的方法可知,能够比较容易地 将脱离基团303在金属氧化物膜的表面附近有选择地导入。另外,通过适 当设定在实施热处理时的气氛温度或处理时间等处理条件,能够可靠地进 行导入的脱离基团303的量,且进一步可靠地进行导入脱离基团303的金
属氧化物膜的厚度的控制。
以下,以利用溅射法(离子束溅射法)将金属氧化物膜成膜,其次, 将得到的金属氧化物膜在含有构成脱离基团303的原子成分的气氛下热处 理(退火),由此得到接合膜15的情况为代表进行说明。
还有,在使用B的方法来成膜接合膜15的情况下,也使用与在采用 A的方法成膜接合膜15时使用的成膜装置200相同的成膜装置,因此,
省略关于成膜装置的说明。 首先,准备基板20。还有,将该基板20送入成膜装置200的腔室 211内,安装(固定)于基板支架212。 其次,运行排气机构230,即运行了泵232的状态下打开阀233,由此将腔室2H内形成为减压状态。该减压的程度(真空度)不特别限定, 但优选1X10—7 1X10—4Torr左右,更优选1X1(T6 1X10—5Torr左右。
另外,此时,运行加热机构,加热腔室211内。腔室211内的温度为 25'C以上即可,但优选25 10(TC左右。通过设定在所述范围内,能够将 膜密度高的金属氧化物膜成膜。 其次,打开第二开闭器221,进而将第一开闭器220设为打开的状态。
在该状态下,向离子源215的离子产生室256内导入气体,并且,向 灯丝257通电而加热。由此,从灯丝257放出电子,该放出的电子与气体 分子冲撞,由此气体分子被离子化。
该气体的离子I+被栅极253和栅极254加速,从离子源215放出,与 由阴极材料构成的靶216冲撞。由此,从靶216赶出金属氧化物(例如, ITO)的粒子,堆积在基板20上,形成含有与该金属原子结合的氧原子的 金属氧化物膜。
还有,在本实施方式中说明的离子束溅射法中,在离子源215的离子 产生室256内进行放电,产生电子e、但该电子e-被栅极253遮蔽,防止 向腔室211内放出。
进而,离子束B的照射方向(离子源215的开口 250)朝向靶216(与 腔室211的底部侧不相同的方向),因此,更可靠地防止在离子产生室256 内产生的紫外线照射于成膜的接合膜15的情况,能够可靠地防止在接合 膜15的成膜中导入的脱离基团303脱离的情况。 其次,在打开了第二开闭器221的状态下,关闭第一开闭器220。 在该状态下,运行加热机构,进而加热腔室211内。腔室2H内的温
度设定为脱离基团303效率良好地导入金属氧化物膜的表面的温度,优选 100 60(TC左右,更优选150 30(TC左右。通过设定在所述范围内,在接 下来工序[v]中,不使基板20及金属氧化物膜变质/劣化,能够将脱离基团 303效率良好地导入金属氧化物膜的表面。中将腔室211内加热的状态下,若将腔室211内形 成为含有将构成脱离基团303的原子成分含有的气体的气氛下(例如,氢 气气氛下),则向在金属氧化物膜的表面附近存在的金属原子及氧原子的 至少一方导入脱离基团303,形成接合膜15。
含有构成脱离基团303的原子成分的气体的流路优选1 100ccm左 右,更优选10 60ccm左右。由此,能够向金属原子及氧原子的至少一方 可靠地导入脱离基团303。
还有,在所述工序[ii]中,腔室211内优选维持通过运行排气机构230 来调节的减压状态。由此,能够更顺畅地进行对金属氧化物膜的表面附近 的脱离基团303的导入。另外,通过形成为在维持所述工序[ii]的减压状态 的情况下,直接在本工序中将腔室211内减压的结构,省略再次减压的劳 力,因此,还得到能够削减成膜时间及成膜成本等的优点。
该减压的程度(真空度)不特别限定,但优选1X10—7 1X10—4Torr 左右,更优选1X10—6 1X10—5Torr左右。
另外,实施热处理的时间优选15 120分钟左右,更优选30 60分 钟左右。
根据导入的脱离基团303的种类等而不同,但通过将实施热处理时的 条件(腔室211内的温度、真空度、气体流量、处理时间)设定为上述范 围内,能够有选择地向金属氧化物膜的表面附近导入脱离基团303。
如上所述,能够将在表面31附近脱离基团303偏移存在的接合膜15 成膜。
如上所述在第二实施方式的喷墨式记录头1中,也得到与所述第一实 施方式相同的作用、效果。 第三实施方式
以下,对本发明的液滴喷头应用于喷墨式记录头时的第三实施方式进 行说明。
以下,说明喷墨式记录头的第三实施方式,但以与上述第一实施方式 及第二实施方式的喷墨式记录头的不同之处为中心进行说明,对于同样的 事项其说明从略。
本实施方式的喷墨式记录头,除各接合膜的构成不同之外,其它与上述第一实施方式同样。
艮P,本实施方式的喷墨式记录头,在对各接合膜15、 25、 35、 45a、 45b分别赋予能量前的状态下,含有金属原子、由有机成分构成的脱离基 团303。
若对这样的各接合膜15、 25、 35、 45a、 45b赋予能量,则脱离基团 303脱离各接合膜15、 25、 35、 45a、 45b,进而在各接合膜15、 25、 35、 45a、 45b的至少表面附近生成活性手304。而且,由此在各接合膜15、 25、 35、 45a、 45b的表面显现与上述第二实施方式同样的粘接性。
下面,说明本实施方式的各接合膜15、 25、 35、 45a、 45b,不过,由 于这些构成相同,因此以接合膜15为代表进行说明。
接合膜15被设于基板20,并具有金属原子和由有机成分构成的脱离 基团303。
若对这样的接合膜15赋予能量,则脱离基团303的结合键被切断后, 从接合膜15的至少表面31附近脱离,如图13所示,在接合膜15的至少 表面31附近产生活性手304。而且,由此在接合膜15的表面31显现粘接 性。若显现这样的粘接性,则可以以高尺寸精度牢固且有效地将基板20 接合于喷嘴板10。
另外,接合膜15含有金属原子和由有机成分构成的脱离基团303,即 由于是有机金属膜,所以构成不易变形且牢固的膜。因此,接合膜15本 身尺寸精度增高,即使在最终得到的头l中,也可得到高尺寸精度。
这样的接合膜15呈不具有流动性的固态状。因此,与现在所使用的 具有流动性的液态状或者粘液状(半固态状)的粘接剂相比,粘接层(接 合膜15)的厚度及形状几乎不发生变化。因此,使用这样对接合膜15得 到的头1的尺寸精度与现有的相比格外高。进而,由于不需要结合剂硬化 所需的时间,因而可以在短时间内进行牢固的接合。
另外,在本发明中,优选接合膜15具有导电性。由此,在后述的头l 中,可以抑制或者防止意想不到的带电。其结果是,可以可靠地控制油墨 的喷出方向。
以适当发挥作为以上的接合膜15的功能的方式,选择金属原子及脱 离基团303。具体而言,作为金属原子例如可列举如Sc、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Y、 Zr、 Nb、 Mo、 Tc、 Ru、 Rh、 Pd、 Ag、 Hf、 Ta、 W、 Re、 Os、 Ir、 Pt、 Au、各种镧系元素、各种锕系元素之类的过渡金属、如 Li、 Be、 Na、 Mg、 Al、 K、 Ca、 Zn、 Ga、 Rb、 Sr、 Cd、 In、 Sn、 Sb、 Cs、 Ba、 Tl、 Pd、 Bi、 Po之类的典型金属元素等。
在此,就过渡金属元素来说,在各过渡金属元素之间,最外层电子的 数量不同仅这一点不同,因此,物性类似。还有,通常过渡金属的硬度或 熔点高,导电性及热传导性高。因此,在作为金属原子使用了过渡金属元 素的情况下,能够进一步提高在接合膜15显示的粘接性。另外,与此同 时,能够进一步提高接合膜15的导电性。
另外,作为金属原子,在组合Cu、 Al、 Zn及Fe中的一种或两种以上 而使用的情况下,接合膜15发挥优越的导电性。另外,在使用后述的有 机金属化学气相生长法将接合膜15成膜的情况下,将含有这些金属的金 属配位化合物等作为原材料使用,能够比较容易且均一的接合膜15成膜。
另外,脱离基团303如上所述,通过从接合膜15脱离,使接合膜15 产生活性手。从而,脱离基团303适当选择通过被赋予能量,比较简单且 均一地脱离,但在不被赋予能量时,不脱离地可靠地结合于接合膜15的 脱离基团303。
具体来说,作为脱离基团303,适当选择将碳原子作为必须成分,且 含有氢原子、氮原子、磷原子、硫原子及卤素原子中的至少一种的原子团。 所述脱离基团303的通过能量的赋予的结合/脱离的选择性比较优越。因 此,这样的脱离基团303能够充分满足如上所述的必要性,能够进一步提 高接合膜15的粘接性。
更具体来说,作为原子团(基团),例如,除了甲基、乙基之类的烷 基、甲氧基、乙氧基之类的垸氧基、羧基之外,可以举出所述垸基的末端 由异氰酸酯基、氨基及磺酸基等末端的原子团等。
在以上的原子团中,脱离基团303尤其优选烷基。由烷基构成的脱离 基团303的化学稳定性高,因此,作为脱离基团303具备烷基的接合膜15 的耐气候性及耐药品性优越。
另外,在所述结构的接合膜15中,金属原子和氧原子的存在比优选3:7 7: 3左右,更优选4: 6 6: 4左右。通过将金属原子和碳原子的存在 比设为所述范围内,接合膜15的稳定性变高,能够更牢固地接合基板20 和喷嘴板10。另外,能够使接合膜15发挥优越的导电性。
另夕卜,接合膜15的平均厚度优选1 1000nm左右,更优选50 800nm 左右。通过将接合膜15的平均厚度设为所述范围内,能够防止头1的尺 寸精度显著降低,同时,能够更牢固地接合基板20和喷嘴板10。
艮P,在接合膜15的平均厚度小于所述下限值的情况下,有可能得不 到充分的接合强度。另一方面,在接合膜15的平均厚度大于所述上限值 的情况下,有可能头1的尺寸精度显著降低。
进而,只要接合膜15的平均厚度在上述范围内,则可确保接合膜15 一定程度的形状追随性。因此,例如即使基板20的接合面(与接合膜15 邻接的面)存在凹凸的情况下,也可以根据其凹凸的高差,以追随凹凸形 状的方式被覆接合膜15。其结果是,接合膜15吸收凹凸,缓和其表面生 成的凹凸的高差。并且,在粘贴基板20和喷嘴板10时,可以提高接合膜 15对喷嘴板10的粘附性。
而且,接合膜15的厚度越厚,则上述的形状追随性的程度越显著。 因此,尽可能提高接合膜15的厚度,以便充分确保形状追随性。
如上所述的接合膜15可以由任意方法来成膜,但例如,可以举出IIa: 在由金属原子构成的金属膜上,将含有脱离基团(有机成分)303向金属 膜的大致整体或表面附近有选择地赋予(化学修饰),形成接合膜15的方 法、lib:将具有金属原子和含有脱离基团(有机成分)303的有机物的有 机金属材料作为原材料,使用有机金属化学气相生长法,形成接合膜15 的方法(层叠的方法或形成由单原子层构成的接合层)、He:将具有金属 原子和含有脱离基团303的有机物的有机金属材料作为原材料,适当溶解 于溶剂中,使用旋涂法等,形成接合膜的方法等。其中,优选利用IIb方 法来将接合膜15成膜。根据所述方法可知,该方法是比较简单的工序, 且能够形成均一的接合膜15。
以下,以lib的方法即将具有金属原子和含有脱离基团(有机成分) 303的有机物的有机金属材料作为原材料,使用有机金属化学气相生长法, 形成接合膜15的方法,得到接合膜15的情况为代表进行说明。首先,在说明接合膜15的成膜方法之前,对将接合膜15成膜时使用 的成膜装置400进行说明。
图16是以示意性表示在本实施方式中的接合膜的制作中使用的成膜 装置的纵向剖面图。在以下的说明中,图15中的上侧称之为"上",下侧 称之为"下"。
图16所示的成膜装置400的结构为,在腔室(装置)411内进行利用 有机金属化学气相成长法(以下,有时也简称为"MOCVD"法)的接合 膜15的形成。
具体而言,成膜装置400具有腔室(真空腔室)211、设置于该腔 室411内且支承基板20 (成膜对象物)的基板支架(成膜对象支承部)412、 向腔室411内供给气化或者雾化的有机金属材料的供给机构460、供给用 于将腔室411内设为低还原性气氛的气体的气体供给机构470、对腔室411 内进行排气并控制压力的排气机构430、对基板支架412进行加热的加热 装置(未图示)。
本实施方式中,基板支架412安装于腔室411的底部。该基板支架412 可由电动机的运转而转动。由此,可以在基板20上以均质且均匀的厚度 形成接合膜15。
另外,在基板支架412的附近设置有可分别覆盖基板支架412的开闭 器421。该开闭器421用于防止基板20及接合膜15暴露在不需要的气氛 等中。
有机金属材料供给机构460与腔室411连接。该有机金属材料供给机 构460包括贮存固态状的有机金属材料的贮存槽462、贮存将汽化或者 雾化的有机金属材料送入腔室411内的运载气体的储气瓶465、将运载气 体和汽化或者雾化的有机金属材料导入腔室411内的供气管461、设于供 气管461的中途的泵464及阀463。这种构成的有机金属材料供给机构460 中,贮存槽462具有加热机构,通过该加热机构的运转可以对固态状的有 机金属材料进行加热而汽化。因此,在打开阀463的状态下,若使泵464 运转并将运载气体从储气瓶465供给贮存槽462,则与该运载气体一起使 汽化或者雾化的有机金属材料,通过供气管461供给到腔室411内。
另外,作为运载气体,无特别限制,适当使用氮气、氩气及氦气等。另外,在本实施方式中,气体供给机构470与腔室411连接。气体供 给机构470包括贮存用于将腔室411内设为低还原性气氛下的气体的储 气瓶475、将用于设为上述低还原性气氛下的气体导入腔室411内的供气 管471、设于供气管471的中途的泵474及阀473。在这种构成的气体供 给机构中,若在打开阀473的情况下使泵474运转,则将用于设为上述低 还原性气氛下的气体从储气瓶475经由供气管471供给到腔室411内。通 过将气体供给机构470做成这种构成,可以将腔室411内做成对有机金属 材料确实是低还原的气氛。其结果是,在以有机金属材料为原材料使用 MOCVD法形成接合膜15时,可在以包含于有机金属材料的有机成分中 的至少一部分为脱离基团303残留的状态下形成接合膜15。
作为将腔室411内设为低还原性气氛下的气体,不特别限定,但例如 可以举出氮气及氦气、氩气、氙气之类的稀有气体、 一氧化氮、二氧化氮 等,其中的一种或两种以上可以组合使用。
还有,作为有机金属材料,如后述的2, 4一戊二醇酯一铜(II)或[Cu (hfac) (VTMS)]等之类,使用在分子结构中含有氧原子的有机金属材料 的情况下,优选向用于设为低还原性气氛下的气体中添加氢气。由此,能 够提高对氧原子的还原性,能够在接合膜15不残留过度的氧原子的情况 下将接合膜15成膜。其结果,该接合膜15的膜中的金属氧化物的存在率 低,从而发挥优越的导电性。
另外,在作为运载气体使用氮气、氩气及氦气中的至少一种的情况下, 还能够使该运载气体发挥作为用于设为低还原性气氛下的气体的功能。
另外,排气机构430包括泵432;连通泵432和腔室411的排气线 路431;在排气线路431的中途设置的阀433,能够将腔室411内减压为 期望的压力。
通过使用如上所述的结构的成膜装置400,利用MOCVD法,如下所 述地在基板2上形成接合膜15。 首先,准备基板2。还有,将该基板20向成膜装置400的腔室411 内送入,将其安装(固定)于基板支架412。 然后,在排气机构430运转即泵432运转的状态下通过打开阀433, 将腔室411内做成减压状态。该减压的程度(真空度)无特别限制,但优选1X10—7 1X10—、orr左右,更优选1 X 10—6 1 X 10—5Torr左右。
另外,通过在使气体供给机构470运转,即在泵474运转的状态下打 开阀473,向腔室411内供给用于设为低还原气氛的气体,将腔室411内 设成低还原性气氛。气体供给机构470的上述气体的流量无特别限制,但 优选0.1 10sccm左右,更优选0.5 5sccm左右。
另外,此时使加热装置运转,对腔室基板支架412进行加热。基板支 架412的温度因所形成的接合膜15的种类,即因形成接合膜15时所使用 的原材料的种类而稍有差异,但优选80 600'C左右,更优选200 300'C 左右。通过设定在该范围内,可以使用后述的有机金属材料,形成具有优 良的粘接性的接合膜15。然后,将开闭器421设成打开的状态。
接着,通过使贮存固态状的有机金属材料的贮存槽462具备的加热装 置运转,在对有机金属材料进行了汽化的状态下,通过在泵464的运转的 并且打开阀463,将汽化或者雾化的有机金属材料与运载气体一起导入腔 室内。
这样,在通过上述工序[ii]对基板支架412进行加热的状态下,若将进 行了汽化或者雾化的有机金属材料供给到腔室411内,则通过在基板20 上对有机金属材料进行加热,可在在残留有包含于有机金属材料中的有机 物的一部分的状态下,在基板20上形成接合膜15。
艮口,根据MOCVD法可知,若能够以使含于有机金属材料的有机物的 一部分残留的方式形成含有金属原子的膜,则在基板20上形成该有机物 的一部分发挥作为脱离基团303的功能的接合膜15。
作为使用于这样的MOCVD法的有机金属材料不特别限定,但例如, 可以举出2, 4一戊二醇酯 铜(n)、三(8 —喹啉酯)铝(Alq3)、三(4 一甲基一8喹啉酯)铝(III) (Almq3)、 (8 —羟基喹啉)锌(Znq2)、铜酞 花青、Cu (六氟乙酰基丙酮酸酯)(乙烯基三甲基硅垸)[Cu (hfac) (VTMS)]、 Cu(六氟乙酰基丙酮酸酯)(2—甲基一1一己烯一3—烯)[Cu (hfac) (MHY) ]、 Cu (全氟乙酰基丙酮酸酯)(乙烯基三甲基硅垸)[Cu (pfac) (VTMS) ]、 Cu (全氟乙酰基丙酮酸酯)(2—甲基一1一己烯一3 一烯)[Cu (pfac) (MHY)]等含有各种过渡金属元素的酰胺系、乙酰基丙酮酸酯系、烷氧基系、含有硅的甲硅烷系、具有羧基的羰基系之类的金 属配位化合物、三甲基镓、三甲基铝、二乙基锌之类的烷基金属、或其衍 生物等。其中,作为有机金属材料,优选金属配位化合物。通过使用金属 配位化合物,能够在含于金属配位化合物中的有机物的一部分残留的状态
下,可靠地形成接合膜15。
另外,在本实施方式中,通过使气体供给机构470运转,将腔室411 内做成低还原性气氛,通过做成这样的气氛,不是在基板20上形成纯粹 的金属膜,而是可以在残存有包含于有机金属材料的有机物的一部分的状 态下进行成膜。即,可以形成作为接合膜及金属膜两者的特性都优良的接 合膜15。
汽化或者雾化的有机金属材料的流量优选0.1 100ccm左右,更优选 0.5 60ccm左右。由此,可以以均匀的膜厚且在残留有包含于有机金属材 料中的有机物的一部分的状态下形成接合膜15。
如上所述,通过作成将在形成接合膜15时残存于膜中的残存物作为 脱离基团303使用的构成,不需要将脱离基团导入所形成的金属膜中等, 可以用比较简单的工序形成接合膜15。
另外,残存于使用有机金属材料而形成的接合膜15的上述有机物的 一部分,既可以是其全体都作为脱离基团303发挥功能,也可以是其中一 部分作为脱离基团303发挥功能。
综上所述,可以形成接合膜15。
在上述的第三实施方式的喷墨式记录头1中,可以得到与上述的第一 实施方式及第二实施方式相同的作用、效果。
以上,基于图示的实施方式说明了本发明的液滴喷头及液滴喷出装 置,但本发明不限于此。
例如在制造本发明的液滴喷头的方法中,不限于上述实施方式的构 成,也可以将工序的顺序前后互换。另外,也可以追加一个或者两个以上 任意目的的工序,也可以撤销无用的工序。
另外,也可以将使用上述的接合膜的接合方法应用在液滴喷头的上述 以外的部件的接合中。
实施例下面,说明本发明的具体实施方式

。 1、喷墨式记录头的制造 实施例1
<1>首先,准备不锈钢制喷嘴板、单晶硅制板状母材、聚苯硫醚树脂 (PPS)制密封板、不锈钢制振动板、锆酸铅的烧结体构成的压电体层和 烧成Ag糊剂而成的电极膜的层叠体构成的压电元件和PPS制壳头。
其次,将母材收容于图10所示的等离子体聚合装置的腔室内,进行
利用氧等离子体的表面处理。
其次,在进行了表面处理的面将平均厚度200nm的等离子体聚合膜 (接合膜)成膜。还有,成膜条件如下所述。 成膜条件
*原料气体的组成八甲基三硅氧垸 原料气体的流量10sccm
运载气体的组成氩
运载气体的流量10sccm
高频功率的输出100W
'高频输出密度25W/cm2 *腔室内压力1Pa (低真空) 处理时间15分钟 .基板温度20°C
这样成膜的等离子体聚合膜由八甲基三硅氧院(原料气体)的聚合物
构成,包括含有硅氧烷键,且具有无规的原子结构的Si骨架、和烷基(脱
离基团)。
另外,与此相同,以如下所示的条件向等离子体聚合膜照射紫外线。 紫外线照射条件
*气氛气体的组成大气(空气) *气氛气体的温度20°C *气氛气体的压力大气压(100kPa) .紫外线的波长172nm
,紫外线的照射时间5分钟另一方面,对密封板的单面进行氧等离子体的表面处理。
然后,照射紫外线1分钟之后以使对等离子体聚合膜照射了紫外线的 面和对密封板实施了表面处理的面相接触的方式,粘贴母材和密封板。由 此,获得母材和密封板的接合体。
<2>然后,在母材和密封板的接合体的密封板上,与上述工序<1>同样 形成等离子聚合膜。
然后,对得到的等离子聚合膜以与上述工序<1>同样的方式照射紫外线。
接着,在照射紫外线1分钟后,以使对等离子聚合膜照射了紫外线的 面和对振动板实施了表面处理的面相接触的方式,粘贴接合体和振动板。 由此,得到母材、密封板及振动板的接合体。
<3>其次,在密封板、振动板以及与它们邻接的等离子聚合膜内应形
成头的喷出液供给室的位置形成贯通孔。另外,在振动膜上环绕安装压电 元件的位置的环状区域形成贯通孔。而且,这些贯通孔分别利用蚀刻法形成。
<4>然后,在接合有母材、密封板及振动板的接合体的振动板上安装 压电元件的位置(环状的贯通孔的内侧的位置),以与上述工序<1>同样的 方式形成等离子聚合膜。
然后,对得到的等离子聚合膜以与上述工序<1>同样的方式照射了紫 外线。另一方面,对压电元件的单面实施基于氧等离子的表面处理。
而且,照射紫外线l分钟后,以使对等离子聚合膜照射了紫外线的面 和对压电元件实施了表面处理的面相接触的方式,粘贴接合体和压电元 件。由此,得到母材、密封板、振动板及压电元件的接合体。
<5>然后,在接合有母材、密封板、振动板及压电元件的接合体内安 装壳头的位置,以与上述工序<1>同样的方式形成等离子聚合膜。
然后,对得到的等离子聚合膜以与上述工序<1>同样的方式照射了紫 外线。另一方面,对壳头的接合面实施基于氧等离子的表面处理。
而且,照射紫外线l分钟后,以使对等离子聚合膜照射了紫外线的面 和对壳头实施了表面处理的面相接触的方式,粘贴接合体和壳头。由此, 得到了母材、密封板、振动板、压电元件及壳头的接合体。<6>接着,使得到的接合体上下翻转,对与接合母材的密封板的面相
反侧的面,利用蚀刻法实施加工。而且,在母材上形成喷出液je存室和喷 出液供给室,由此,得到喷出液贮存室形成基板。
<7>然后,在喷出液贮存室形成基板上,以与上述工序(1)同样的方 式形成等离子聚合膜。
然后,对得到的等离子聚合膜以与上述工序<7>同样的方式照射紫外 线。另一方面,对喷嘴板的接合面实施基于氧等离子的表面处理。
而且,照射紫外线l分钟后,以使对等离子聚合膜照射了紫外线的面 和对喷嘴板实施了表面处理的面相接触的方式,粘贴喷出液贮存室形成基 板和喷嘴板。由此,得到了喷嘴板、母材、密封板、振动板、压电元件及 壳头的接合体。即由此得到喷墨式记录头。
<8>然后,对得到的喷墨式记录头,用3MPa进行压縮,同时在8(TC 下进行加热并保持15分钟。由此,实现喷墨式记录头的接合强度的提高。
实施例2
将喷嘴板和喷出液贮存室形成基板之间的接合部以外的接合部,即母 材和密封板之间、密封板和振动板之间、振动板和压电元件之间、振动板 和壳头之间的各接合部分别用环氧粘接剂进行了粘接,除此之外,其它与 上述实施例1同样,制造喷墨式记录头。
实施例3
除了以下述方式,将等离子聚合膜形成于接合界面的两侧,粘贴各等 离子聚合膜之外,其它与上述实施例1同样,制造喷墨式记录头。
具体而言,首先以与上述实施例1同样的方式,在母材上形成等离子 聚合膜。
另外,同样地,也在密封板上形成等离子聚合膜。 然后,对母材上的等离子聚合膜和密封板上的等离子聚合膜分别照射 紫外线。
接着,以使各等离子聚合膜彼此粘附的方式,粘贴母材和密封板。由 此使母材和密封板接合。
另外,与此同样,使密封板和振动板之间、振动板和压电元件之间、 振动板和壳头之间、喷出液贮存室形成基板和喷嘴板之间分别接合。实施例4
<1>首先,准备不锈钢制喷嘴板、单晶硅制板状母材、聚苯硫醚树脂 (PPS)制密封板、不锈钢制振动板、锆酸铅的烧结体构成的压电体层和 烧成Ag糊剂而成的电极膜的层叠体构成的压电元件、和PPS制壳头。
接着,将母材收纳于图14所示的成膜装置的腔室内,进行氧等离子
体的表面处理。
然后,在进行表面处理的面上,使用离子束溅射法,形成将氢原子导
入ITO的接合膜(平均厚度100nm)。而且,成膜条件如下。 离子束溅射成膜条件 耙ITO
.腔室的到达真空度2X10—6Torr
*成膜时的腔室内的压力1X10—3Torr
氢气的流量60sccm
*腔室内的温度20°C 粒子发生室侧的栅极的施加电压+400V 腔室侧的栅极的施加电压一200V
离子束电流200mA
供给离子发生室的气体种类Kr气
处理时间20分钟
这样,成膜的接合膜由向ITO导入氢原子的膜构成,其包含金属原
子(铟及锡)、与该金属原子结合的氧原子、与上述金属原子及上述氧原 子中的至少一方结合的脱离基团(氢原子)。
然后,对得到的接合膜按照以下所示的条件照射紫外线。
紫外线照射条件
,气氛气体的组成氮气 *气氛气体的温度20°C
-气氛气体的压力大气压(100kPa)
.紫外线的波长172nm
紫外线的照射时间5分钟
另一方面,对密封板的单面进行基于氧等离子体的表面处理。然后,照射紫外线l分钟之后,以使对接合膜照射了紫外线的面和对 密封板实施了表面处理的面相接触的方式来粘贴母材和密封板。由此,得 到母材和密封板的接合体。
<2>然后,在母材和密封板的接合体的密封板上,以与上述工序<1> 同样的方式形成接合膜。
接着,在照射紫外线l分钟后,以使对接合膜照射了紫外线的面和对 振动板实施了表面处理的面相接触的方式,粘贴接合体和振动板。由此, 得到母材、密封板及振动板的接合体。
<3>接着,在密封板、振动板以及与它们邻接的接合膜中应形成头的 喷出液供给室的位置形成贯通孔。另外,在振动膜中的、环绕组装有压电 元件的位置的环状区域形成贯通孔。而且,这些贯通孔分别利用蚀刻法形 成。
<4>然后,在接合有母材、密封板及振动板的接合体的振动板上安装 压电元件的位置(环状的贯通孔的内侧的位置),以与上述工序<1>同样的 方式形成接合膜。
然后,对得到的接合膜以与上述工序<1>同样的方式照射紫外线。另 一方面,对压电元件的单面实施了氧等离子的表面处理。
而且照射紫外线1分钟后,以使对接合膜照射了紫外线的面和对压电 元件实施了表面处理的面相接触的方式,粘贴接合体和压电元件。由此, 得到母材、密封板、振动板及压电元件的接合体。
<5>然后,在接合有母材、密封板、振动板及压电元件的接合体内安 装壳头的位置,以与上述工序<1>同样的方式形成接合膜。
然后,对得到的接合膜其与上述工序<1>同样的方式照射紫外线。另 一方面,对壳头的接合面实施基于氧等离子的表面处理。
而且,照射紫外线1分钟后,以使对接合膜照射了紫外线的面和对壳 头实施了表面处理的面相接触的方式,粘贴接合体和壳头。由此,得到母 材、密封板、振动板、压电元件及壳头的接合体。
<6>然后,使得到的接合体上下翻转,对与接合母材的密封板的面相 反侧的面,利用蚀刻法实施加工。而且,在母材上形成喷出液贮存室和喷 出液供给室,由此,得到喷出液贮存室形成基板。<7>然后,在喷出液贮存室形成基板上,以与上述工序<1>同样的方式 形成接合膜。
然后,对得到的接合膜以与上述工序<1>同样的方式照射紫外线。另 一方面,对喷嘴板的接合面实施基于氧等离子的表面处理。
而且,照射紫外线1分钟后,以使对接合膜照射了紫外线的面和对喷 嘴板实施了表面处理的面相接触的方式,粘贴喷出液贮存室形成基板和喷 嘴板。由此,得到喷嘴板、母材、密封板、振动板、压电元件及壳头的接 合体,即,得到喷墨式记录头。
<8>然后,对得到的喷墨式记录头,用3MPa进行压縮,同时在80'C 下进行加热并保持15分钟。由此,实现喷墨式记录头的接合强度的提高。 实施例5
除了按下述的方式形成接合膜之外,以与上述实施例4同样的方式得 到记录头。
将母材收纳于图16所示的成膜装置的腔室内,进行基于氧等离子的 表面处理。
其次,在进行了表面处理的面上,将原材料作为2, 4一戊二醇酯一铜 (n),使用MOCVD法,将平均厚度100nm的接合膜成膜。还有,成膜 条件如下所述。 成膜条件
-腔室内的气氛氮气+氢气
.有机金属材料(原材料)2, 4一戊二醇酯一铜(II) 有机金属材料的流量lsccm
,运载气体氮气
氢气的流量0.2sccm '腔室的到达真空度2X10—6Torr '成膜时的腔室内的压力1X10—3Torr .基板支架的温度275°C
处理时间10分钟
如上所述地成膜的接合膜含有铜原子作为金属原子,作为脱离基团残
留有含于2, 4一戊二醇酯一铜(II)的有机物的一部分。还有,用10MPa压縮如上所述地得到的模头,同时,以120。C加热, 维持15分钟。由此,提高喷墨式记录头的接合强度。 比较例
所有的接合部,即,喷嘴板和喷出液贮存室形成基板之间、母材和密 封板之间、密封板和振动板之间、振动板和压电元件之间、振动板和壳头 之间的各接合部,分别用环氧粘接剂进行了粘接,除此之外,其它与上述 实施例1同样,制造喷墨式记录头。
2.喷墨式记录头的评价
2. l尺寸精度的评价
分别对由各实施例及比较例得到的喷墨式记录头测量尺寸精度。
其结果表明,与各比较例得到的喷墨式记录头相比,各实施例得到的 喷墨式记录头具有高尺寸精度。
另夕卜,将各喷墨式记录头组装于喷墨打印机,在印刷用纸上进行印字 之后确认,与组装有在各比较例得到的头的打印机相比,组装有各实施例 得到的头的打印机的印字质量优良。
2. 2耐药品性的评价
将保持8(TC的喷墨打印机用油墨(爱普生公司制造)充填到各实施例 及比较例得到的喷墨式记录头中,保持3周。然后,对喷墨式记录头的状 态进行评价。
其结果表明,各实施例得到的喷墨式记录头,几乎看不出油墨侵入接 合部。与此相对,各比较例得到的喷墨式记录头,发现油墨侵入接合部。
权利要求
1、一种液滴喷头,其特征在于,具有基板,其形成有贮存喷出液的喷出液贮存室;喷嘴板,其以覆盖所述喷出液贮存室的方式设于所述基板的一面,并具备将所述喷出液作为液滴喷出的喷嘴孔;密封板,其以覆盖所述喷出液贮存室的方式设于所述基板的另一面,所述基板和所述喷嘴板经由接合膜而接合,所述接合膜通过等离子聚合法形成,其包含含有硅氧烷(Si—O)键且具有无规则的原子结构的Si骨架以及与该Si骨架结合的脱离基团,通过对所述接合膜至少的一部分区域赋予能量,使存在于所述接合膜的表面附近的所述脱离基团从所述Si骨架脱离,并利用所述接合膜的表面的所述区域显现的粘接性,所述接合膜对所述基板和所述喷嘴板进行接合。
2、 如权利要求1所述的液滴喷头,其中,在从构成所述接合膜的所有原子中除去了 H原子的原子中,Si原子的 含有率和O原子的含有率的总计为10 90 %原子。
3、 如权利要求1或者2所述的液滴喷头,其中, 所述接合膜中的Si原子和0原子的存在比为3: 7 7: 3。
4、 如权利要求1或者2所述的液滴喷头,其中, 所述Si骨架的结晶度为45%以下。
5、 如权利要求1或者2所述的液滴喷头,其中, 所述接合膜含有Si—H键。
6、 如权利要求5所述的液滴喷头,其中,含有所述Si—H键的接合膜的红外光吸收光谱中,在归属于硅氧烷键 的峰值强度设为1时,归属于Si — H键的峰值强度为0.001 0.2。
7、 如权利要求1所述的液滴喷头,其中, 所述脱离基团包含选自下述组中的至少一种,所述组包括H原子、B原子、C原子、N原子、O原子、P原子、S原子及卤素系原子、或者以这些各原子与所述Si骨架结合的方式配置的原子团构成的组。
8、 如权利要求7所述的液滴喷头,其中, 所述脱离基团为烷基。
9、 如权利要求8所述的液滴喷头,其中,含有作为所述脱离基团的甲基的接合膜的红外光吸收光谱中,在归属 于硅氧烷键的峰值强度设为1时,归属于甲基的峰值强度为0.05 0.45。
10、 如权利要求1所述的液滴喷头,其中, 所述接合膜以聚有机硅氧垸为主要材料构成。
11、 如权利要求10所述的液滴喷头,其中, 所述聚有机硅氧垸以八甲基三硅氧垸的聚合物为主要成分。
12、 如权利要求1所述的液滴喷头,其中,所述等离子聚合法中,使等离子产生时的高频的输出密度为0.01 100W/cm2。
13、 如权利要求l所述的液滴喷头,其中, 所述接合膜的平均厚度为1 1000nm。
14、 如权利要求l所述的液滴喷头,其中, 所述接合膜为不具有流动性的'固态状的膜。
15、 如权利要求l所述的液滴喷头,其中, 所述基板以硅材料或不锈钢为主要材料构成。
16、 如权利要求1所述的液滴喷头,其中, 所述喷嘴板以硅材料或不锈钢为主要材料构成。
17、 如权利要求l所述的液滴喷头,其中,对所述基板的与所述接合膜相接的面,预先实施用于提高与所述接合 膜的粘附性的表面处理。
18、 如权利要求l所述的液滴喷头,其中,对所述喷嘴板的与所述接合膜相接的面,预先实施用于提高与所述接 合膜的粘附性的表面处理。
19、 如权利要求17或者18所述的液滴喷头,其中,所述表面处理为等离子处理。
20、 如权利要求1所述的液滴喷头,其中, 所述基板和所述接合膜之间具有中间层。
21、 如权利要求1所述的液滴喷头,其中, 所述喷嘴板和所述接合膜之间具有中间层。
22、 如权利要求20或者21所述的液滴喷头,其中, 所述中间层以氧化物系材料为主要材料构成。
23、 如权利要求l所述的液滴喷头,其中,所述能量的赋予通过对所述接合膜照射能量线的方法、对所述接合膜 进行加热的方法、及对所述接合膜施加压缩力的方法中的至少一种方法而 进行。
24、 如权利要求23所述的液滴喷头,其中, 所述能量线为波长150 300nm的紫外线。
25、 如权利要求23所述的液滴喷头,其中, 所述加热温度为25 100'C。
26、 如权利要求23所述的液滴喷头,其中, 所述压縮力为0.2 10MPa。
27、 一种液滴喷头,其特征在于, 具有-基板,其形成有贮存喷出液的喷出液贮存室;喷嘴板,其以覆盖所述喷出液贮存室的方式设于所述基板的一面,并 具备将所述喷出液作为液滴喷出的喷嘴孔;密封板,其以覆盖所述喷出液贮存室的方式设于所述基板的另一面, 所述基板和所述喷嘴板经由接合膜而接合,所述接合膜包含金属原子、与该金属原子结合的氧原子以及与所述 金属原子及所述氧原子的至少一方结合的脱离基团,通过对所述接合膜至少的一部分区域赋予能量,使存在于所述接合膜 的表面附近的所述脱离基团从所述金属原子及所述氧原子的至少一方脱 离,并利用所述接合膜的表面的所述区域显现的粘接性,所述接合膜对所 述基板和所述喷嘴板进行接合。
28、 一种液滴喷头,其特征在于,具有基板,其形成有贮存喷出液的喷出液贮存室;喷嘴板,其以覆盖所述喷出液贮存室的方式设于所述基板的一面,并 具备将所述喷出液作为液滴喷出的喷嘴孔;密封板,其以覆盖所述喷出液贮存室的方式设于所述基板的另一面, 所述基板和所述喷嘴板经由接合膜而接合,所述接合膜包含金属原子以及由有机成分构成的脱离基团,通过对所述接合膜至少的一部分区域赋予能量,使存在于所述接合膜的表面附近的所述脱离基团从所述接合膜脱离,并利用所述接合膜的表面的所述区域显现的粘接性,所述接合膜对所述基板和所述喷嘴板进行接 合。
29、 如权利要求1或27或28中任一项所述的液滴喷头,其中,所述基板和所述密封板经由与所述接合膜同样的接合膜而接合。
30、 如权利要求1或27或28中任一项所述的液滴喷头,其中, 所述密封板包括多层层叠的层叠体,所述层叠体中的层中,邻接的至少一组层的层间经由与所述接合膜同 样的接合膜而接合。
31、 如权利要求1或27或28中任一项所述的液滴喷头,其中, 该液滴喷头还具有振动机构,该振动机构设于所述密封板的与所述基板的相反侧,并使所述密封板振动,所述密封板和所述振动机构经由与所述接合膜同样的接合膜而接合。
32、 如权利要求31所述的液滴喷头,其中, 所述振动机构包括压电元件。
33、 如权利要求1或27或28中任一项所述的液滴喷头,其中, 该液滴喷头还具有设于所述密封板的与所述基板的相反侧的壳头, 所述密封板和所述壳头经由与所述接合膜同样的接合膜而接合。
34、 一种液滴喷出装置,其特征在于,具备权利要求1 33中任一项 所述的液滴喷头。
全文摘要
本发明提供一种尺寸精度及耐药品性优良、可长期进行高质量的印字、可靠性高的液滴喷头,以及具备这种液滴喷头的可靠性高的液滴喷出装置。喷墨式记录头(1)具有形成有喷出液贮存室(21)的基板(20);设置于基板(20)的下面并具备喷嘴孔(11)的喷嘴板(10);以覆盖喷出液贮存室(20)的方式设于基板(20)的上面的密封板(30),其中,基板(20)和喷嘴板(10)经由接合膜(15)而接合,该接合膜(15)用等离子聚合法形成,其包含含有硅氧烷键且具有无规则的原子结构的Si骨架及与该Si骨架结合的脱离基团,其中,通过赋予能量,使存在于接合膜(15)的表面附近的脱离基团从Si骨架脱离,并利用接合膜(15)上显现的粘接性,对基板(20)和喷嘴板(10)进行接合。
文档编号B41J2/14GK101428501SQ20081017480
公开日2009年5月13日 申请日期2008年11月5日 优先权日2007年11月5日
发明者大塚贤治, 松尾泰秀, 樋口和央, 若松康介 申请人:精工爱普生株式会社
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