JP5207544B2 - インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明はインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェット記録装置に係り、特に、ノズル面に形成される撥液膜の耐擦性及び耐液性を高める製造技術及びこれを適用したインクジェット記録装置に関する。

インクジェットプリンタ等に用いられるインクジェットヘッドは、液滴の飛翔特性の安定化等を図るために、ノズルプレートの吐出側表面（ノズル面）に撥液膜が形成される（特許文献１、２）。特許文献１では、ノズルプレートの基材（樹脂部材）とフッ素系撥水層の間にＳｉＯ_２薄膜を形成し、フッ素系撥水層の密着性と耐久性を高める技術が開示されており、ＳｉＯ_２薄膜層の形成には、スパッタリング、イオンビーム蒸着、イオンプレーティング、ＣＶＤ（化学蒸着法）、Ｐ−ＣＶＤ（プラズマ蒸着法）が適していると記載されている。

特許文献２では、ノズル孔を有するオリフィス基板をシリコン素材のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）加工により作製した後、このオリフィス基板の表面にＳｉＯｘ（ｘ＜２）酸化シリコン層を形成し、その上にフッ素系高分子膜の撥インク膜を形成する方法が提案されている。

特開２００３−３４１０７０号公報 特開２００６−１７５７６５号公報

しかしながら、ノズル面の撥液膜の下地としてプラズマ重合膜（シリコン酸化膜）を用いた場合、プラズマ重合膜は、熱酸化膜に比べて緻密性が低く、シリコン基板や撥液膜との密着性、耐薬品性、耐擦性等の膜質が劣る。その結果、撥液膜を形成後も、耐インク性、耐擦性の観点で十分なインクジェットヘッドを実現できないという問題がある。

一方、特許文献２によれば、オリフィス基板、インクチャンバ基板及びダイヤフラム基板が一体に接合された構造では、オリフィス基板の表面のみに撥インク処理を施すことが困難であるとの理由から、オリフィス基板とインクチャンバ基板を陽極接合した後、ダイヤフラム板を接合する前に、当該オリフィス基板とインクチャンバ基板の接合体の全面に撥インク膜を形成し、不要な領域の撥インク膜を酸素プラズマで除去する方法が提案されているが、オリフィス基板を接合後にプラズマ処理を行うため、本体ヘッドに破損ダメージを与えるという問題がある。

また、特許文献２では、上記とは別の撥インク膜の形成方法として、オリフィス基板とインクチャンバ基板を陽極接合後、ダイヤフラム板を接合する前に、インク室内に水溶性マスキング剤を注入してインク室の側壁にマスク層を形成し、オリフィス基板の表面のみに撥インク膜を形成後、水溶性マクス層を除去する方法も提案されている。しかし、かかる方法もオリフィス基板の撥インク膜を完成させた後にダイヤフラム板の接合や圧電素子の接着などの作業が必要であり、これら作業の工程においてオリフィス基板にダメージを与える可能性がある。

多数の微小孔（ノズル）を有するオリフィス基板（ノズルプレート）は外力等に弱い部材であるため、当該部材へのダメージが極力発生しないように、ハンドリング性や工程順にも配慮が必要である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、撥液膜の耐擦性及び耐液性を向上させることができるインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とし、併せて、ノズル部やヘッド本体等の破損を回避し、作業性良く目的のヘッドを製造し得る方法並びにそのヘッドを用いたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、第１シリコン層と第２シリコン層の間に第１熱酸化膜を有するＳＯＩ基板を用い、前記ＳＯＩ基板の前記第２シリコン層及び前記第１熱酸化膜を貫いて前記第１シリコン層に達するノズル開口部を形成する開口部形成工程と、前記開口部形成工程の後に、前記第１シリコン層を除去する第１シリコン層除去工程と、第１シリコン層除去工程によって露出した前記第１熱酸化膜の表面上に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ＳＯＩ基板に埋め込まれた熱酸化膜（第１熱酸化膜）をノズル面の撥液膜の下地層として用いており、当該熱酸化膜は、プラズマ重合膜に比べて緻密性が高く、シリコン層（第２シリコン層）や撥液膜との密着性が高い。これにより、撥液膜とその下地の熱酸化膜とからなるノズル表面層の耐液性及び耐擦性が向上する。

また、本発明によれば、第１シリコン層が除去されるまでノズル開口部と第１熱酸化膜は第１シリコン層に覆われ保護されているため、ハンドリングも容易である。したがって、ノズル開口部の形成や熱酸化処理などを終えたＳＯＩ基板と、流路部や圧電素子などを形成したヘッド本体部分（流路構造体）とを接合した後に、第１シリコン層を除去することにより、ノズル部を保護しつつ、ヘッド本体や圧電素子等を破損せずに、目的のヘッドを製造することができる。

本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図 本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の構成図 ヘッドの構造例を示す平面透視図 ヘッドの他の構造例を示す平面透視図 図５中のＡ−Ａ線に沿う断面図

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜インクジェトヘッドの製造方法＞
図１〜図３は本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。

（工程１）：まず、図１（ａ）に示すように、ハンドル層に相当する第１シリコン層１２と活性層に相当する第２シリコン層１４との間に酸化膜１６の絶縁層（Ｓｉ０_２層）が介在されるＳＯＩ（Silicon on insulator）構造の基板（ＳＯＩウェーハ）１８を用意する。第１シリコン層１２と第２シリコン層１４の間の酸化膜１６（「埋め込み酸化膜」と呼ぶ場合がある。）は、熱酸化法で形成された熱酸化膜である。本例の場合、この埋め込み酸化膜１６（「第１熱酸化膜」に相当）は、後に形成されるノズル面の撥液膜５８の下地層として用いられる（図３（ｊ）参照）。

そして、上記用意したＳＯＩウェーハ１８の第２シリコン層１４の表面に熱酸化膜２０を形成する。熱酸化膜２０（「第２熱酸化膜」に相当）は、後に形成される圧力室などの流路部を保護する流路保護膜として機能する。

図１（ａ）に示した各シリコン層（１２，１４）の厚さ及び各酸化膜（１６，２０）の厚さについては、特に限定されず、目的に応じて様々な設計が可能である。例えば、第２シリコン層１４の厚みは１０〜３００μｍの範囲とし、酸化膜１６、２０の厚みは０．５〜１０μｍの範囲とするのが好ましい。

（工程２）：次に、図１（ｂ）に示すように、熱酸化膜２０の上にフォトレジストによってレジスト層２２を形成し、ノズル孔の形成パターンに対応したパターニング（ノズルマスクパターニング）を行う。そして、このパターニングされたレジスト層２２をマスクとして、図１（ｂ）のようにノズル面を下にし、上方の熱酸化膜２０のＳｉＯ_２層をウエットエッチング又はドライエッチングする。当該エッチング処理の工程では第２シリコン層１４がストッパー（エッチングストップ層）となる。なお、ウエットエッチング剤としてはバッファードフッ酸（ＨＦ）が好適である。

（工程３）：次に、図１（ｃ）に示すように、ノズル面側を下にして、上方のシリコン層（第２シリコン層１４）を異方性ウエットエッチングする。当該エッチング処理の工程では埋め込み酸化膜１６がストッパーとなる。なお、このときのエッチング液としては例えば、ＫＯＨ水溶液が好適である。こうして、符号２４で示すように、下側に向かって流路断面積が次第に小さくなる先細り（テーパ）形状のノズル穴部が形成される。

（工程４）：次に、図１（ｄ）に示すように、ノズル面を下にして、ノズル穴に対応する部分の埋め込み酸化膜１６を異方性ドライエッチングする。当該エッチング処理の工程では下層のシリコン層（第１シリコン層１２）がストッパーとなる。こうして、熱酸化膜２０、第２シリコン層１４及び埋め込み酸化膜１６を貫いて第１シリコン層１２に達するノズル開口部３０が形成される。

（工程５）：工程４の後、レジスト層２２を剥離し、図２（ｅ）に示すように、シリコン層（１２，１４）の露出面に熱酸化法によって熱酸化膜２６、２７を形成する。この工程により、ノズル開口部３０の内側側面に流路保護膜用の熱酸化膜２６（「第３熱酸化膜」に相当）が形成される。熱酸化膜２６、２７の膜厚は、０．５〜１μｍ程度が好ましい。なお、図示の便宜上、各シリコン層（１２，１４）や各酸化膜層（１６，２０，２６，２７）の膜厚は適宜修正して描いており、実際の膜厚比率を正確に反映したものではない。

（工程６）：次に、図２の（ｆ）に示すように、工程５で形成された第１シリコン層１２上の熱酸化膜２７を異方性ドライエッチングにより除去する。当該エッチング工程では下層のシリコン層（第１シリコン層１２）がストッパーとなる。なお、異方性ドライエッチングのためノズル内周面の熱酸化膜２６は残る。

（工程７）：次に、図３（ｇ）に示すように、上記の工程１〜６を経て得られたノズルプレート部分のウェーハ（「ノズルウェーハ」と呼ぶ。）３４と、別途の工程で作製した流路構造体４０のウェーハ（「ベースウェーハ」という。）４２とを接合する。

ベースウェーハ４２には、ノズル開口部３０に繋がる流路４４（圧力室、ノズル連通路、共通流路などを含む）が形成されている。また、流路４４内は全面に流路保護膜用の熱酸化膜４６（ＳｉＯ_２膜）が形成されている。更に、本例のベースウェーハ４２には、振動板４８及び圧電体膜５０が接合されている。図示されていないが、振動板４８と圧電体膜５０との境界面には共通電極に相当する電極層が形成され、圧電体膜５０層の上面には、各ノズルに対応した圧電素子の上部電極に相当する個別電極がパターニングされている。

このように、流路構造体４０を形成したベースウェーハ４２については、ノズルウェーハ３４とは別途の製作工程で、内部流路の形成と圧電素子の形成等を行い、ノズルウェーハ３４と接合できる状態のベースウェーハ４２を制作しておくものとする。

（工程８）：次に図３（ｈ）に示すように、工程７で接合したヘッド構造体５５の第１シリコン層１２を研磨加工し、第１シリコン層１２の厚みを薄くする。例えば、０．１〜３００μｍ程度の厚みを残すように研磨を行う。

（工程９）：次に図３（ｉ）に示すように、工程８で残した第１シリコン層１２をドライエッチングし、第１シリコン層１２を完全に除去する。なお、当該エッチング工程では、埋め込み酸化膜１６がストッパーとなる。

工程８の研磨は工程９のエッチングに比べて加工速度が速いため、工程８の研磨によって第１シリコン層１２の大部分を除去し、残り僅かの部分を工程９のエッチングで除去することにより、加工速度の大幅な短縮と加工精度を両立でき、ノズル部へのダメージも少ない。

（工程１０）：次に、図３（ｊ）に示すように、工程９で露出した埋め込み酸化膜１６の表面上（図の下面）に、撥液膜５８を形成する。撥液膜５８を形成する方法としては、例えば、フッ素系撥水剤をスピンコータ、ロールコータ、ディッピング、スクリーン印刷、スプレーコータなどで塗布する方法や、真空蒸着やＣＶＤ装置で成膜する方法などを適用できる。

こうして、撥液膜５８と熱酸化膜（埋め込み酸化膜１６）の積層からなるノズル表面層６０を形成する。熱酸化膜（埋め込み酸化膜１６）は撥液膜５８と化学的に強固に接合し、密着性を向上させる。上述した工程１〜１０により、インクジェットヘッド７０が完成する。

本実施形態に係る製造方法によれば、ノズル面の撥液膜５８の下地をＳＯＩウェーハ１８の埋め込み酸化膜（熱酸化膜）１６で形成したため、従来のプラズマ重合膜等に比べて緻密性が向上するとともに、下地シリコン層（第２シリコン層１４）や撥液膜５８との密着性が向上し、ノズル表面層の耐インク性、耐擦性を向上させることができる。

＜変形例１＞
図２で説明したノズル内の熱酸化膜２６の形成工程（（ｅ），（ｆ））は省略することも可能である。

＜変形例２＞
流路構造体４０における流路４４内の流路保護用の熱酸化膜４６に代えて、別の保護膜を形成してもよい。また、図１（ａ）で説明した熱酸化膜２０を省略する態様も可能である。

＜変形例３＞
図３では、流路構造体４０に圧電素子が接合されている場合を例示したが、これに限定されず、圧電素子が接合されていない流路構造体、或いは、振動板も接合されていない流路構造体などの態様も可能であり、ノズルウェーハとの接合工程の前、或いは後に、振動板の接合工程や、圧電体膜の接合工程、個別電極の形成工程などを実施してもよい。

＜変形例４＞
また、インクジェットヘッドにおける各ノズルから液滴を吐出させるための吐出用の圧力（吐出エネルギー）を発生させる手段は、圧電素子に限らず、サーマル方式におけるヒータ（加熱素子）や他の方式による各種アクチュエータなど様々な圧力発生素子（エネルギー発生素子）を適用し得る。ヘッドの吐出方式に応じて、相応のエネルギー発生素子が流路構造体に設けられる。

流路構造体にエネルギー発生素子を形成する工程は、流路構造体をノズルウェーハに接合する前に実施することも可能であるし、流路構造体をノズルウェーハに接合した後に実施することも可能である。

なお、ノズルウェーハと流路構造体とを接合する前に、流路構造体にエネルギー発生素子を形成しておくことにより、エネルギー発生素子を破損させずに、ノズル部を形成することが可能である。また、エネルギー発生素子を具備した構造体のユニット単独でエネルギー発生素子の駆動試験等を行うことも可能である。

＜インクジェット記録装置の構成例＞
次に、上述した製造方法により製造されたインクジェットを用いるインクジェット記録装置の例について説明する。

図４は、本発明の実施形態に係る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。

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。

（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。

本例のインクジェット記録装置１００では、記録媒体１２４として、紙種や大きさ（用紙サイズ）の異なる複数種類の記録媒体１２４を使用することができる。給紙部１１２において各種の記録媒体をそれぞれ区別して集積する複数の用紙トレイ（不図示）を備え、これら複数の用紙トレイの中から給紙トレイ１５０に送る用紙を自動で切り換える態様も可能であるし、必要に応じてオペレータが用紙トレイを選択し、若しくは交換する態様も可能である。なお、本例では、記録媒体１２４として、枚葉紙（カット紙）を用いるが、連続用紙（ロール紙）から必要なサイズに切断して給紙する構成も可能である。

（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。

図４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。処理液ドラム１５４は、その外周面に吸引孔を設けるとともに、吸引孔から吸引を行う吸引手段を接続してもよい。これにより記録媒体１２４を処理液ドラム１５４の周面に密着保持することができる。

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。

本実施形態では、ローラによる塗布方式を適用した構成を例示したが、これに限定されず、例えば、スプレー方式、インクジェット方式などの各種方式を適用することも可能である。

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。

（描画部）
描画部１１６は、描画ドラム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。

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）であり、そのインク吐出面には、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７１０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。

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。

なお、本例では、ＣＭＹＫの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組合せについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するインクジェットヘッドを追加する構成も可能であり、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。

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。

（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４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。

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。

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。

各温風噴出しノズル１８２から記録媒体１２４に向けて吹き付けられる温風の温度と風量、各ハロゲンヒータ１８０の温度を適宜調節することにより、様々な乾燥条件を実現することができる。

また、乾燥ドラム１７６の表面温度は５０℃以上に設定されている。記録媒体１２４の裏面から加熱を行う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。なお、乾燥ドラム１７６の表面温度の上限については、特に限定されるものではないが、乾燥ドラム１７６の表面に付着したインクをクリーニングするなどのメンテナンス作業の安全性（高温による火傷防止）の観点から７５度以下（より好ましくは６０℃以下）に設定されることが好ましい。

乾燥ドラム１７６の外周面に、記録媒体１２４の記録面が外側を向くように（即ち、記録媒体１２４の記録面が凸側となるように湾曲させた状態で）保持し、回転搬送しながら乾燥することで、記録媒体１２４のシワや浮きの発生を防止でき、これらに起因する乾燥ムラを確実に防止することができる。

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。

（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。

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。

ハロゲンヒータ１８６は、所定の温度（例えば、１８０℃）に制御される。これにより、記録媒体１２４の予備加熱が行われる。

定着ローラ１８８は、乾燥させたインクを加熱加圧することによってインク中の自己分散性ポリマー微粒子を溶着し、インクを被膜化させるためのローラ部材であり、記録媒体１２４を加熱加圧するように構成される。具体的には、定着ローラ１８８は、定着ドラム１８４に対して圧接するように配置されており、定着ドラム１８４との間でニップローラを構成するようになっている。これにより、記録媒体１２４は、定着ローラ１８８と定着ドラム１８４との間に挟まれ、所定のニップ圧（例えば、０．１５ＭＰａ）でニップされ、定着処理が行われる。

また、定着ローラ１８８は、熱伝導性の良いアルミなどの金属パイプ内にハロゲンランプを組み込んだ加熱ローラによって構成され、所定の温度（たとえば６０〜８０℃）に制御される。この加熱ローラで記録媒体１２４を加熱することによって、インクに含まれるラテックスのＴｇ温度（ガラス転移点温度）以上の熱エネルギーが付与され、ラテックス粒子が溶融される。これにより、記録媒体１２４の凹凸に押し込み定着が行われるとともに、画像表面の凹凸がレベリングされ、光沢性が得られる。

なお、図４の実施形態では、定着ローラ１８８を１つだけ設けた構成となっているが、画像層厚みやラテックス粒子のＴｇ特性に応じて、複数段設けた構成でもよい。

一方、インラインセンサ１９０は、記録媒体１２４に定着された画像について、チェックパターンや水分量、表面温度、光沢度などを計測するための計測手段であり、ＣＣＤラインセンサなどが適用される。

上記の如く構成された定着部１２０によれば、乾燥部１１８で形成された薄層の画像層内のラテックス粒子が定着ローラ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の表面温度は５０℃以上に設定されている。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。

（排出部）
図４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２０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。

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。

＜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の構造について説明する。各色に対応する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、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。

図５(ａ) はヘッド２５０の構造例を示す平面透視図であり、図５(ｂ) はその一部の拡大図である。また、図６はヘッド２５０の他の構造例を示す平面透視図、図７は記録素子単位となる１チャンネル分の液滴吐出素子（１つのノズル２５１に対応したインク室ユニット）の立体的構成を示す断面図（図５中のＡ−Ａ線に沿う断面図）である。

図５に示したように、本例のヘッド２５０は、インク吐出口であるノズル２５１と、各ノズル２５１に対応する圧力室２５２等からなる複数のインク室ユニット（液滴吐出素子）２５３をマトリクス状に２次元配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影（正射影）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。

記録媒体１２４の送り方向（矢印Ｓ方向；副走査方向）と略直交する方向（矢印Ｍ方向；主走査方向）に記録媒体１２４の全幅Ｗmに対応する長さ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５(ａ) の構成に代えて、図６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モジュール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。

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（図５(ａ)、(ｂ) 参照）、対角線上の両隅部の一方にノズル２５１への流出口が設けられ、他方に供給インクの流入口（供給口）２５４が設けられている。なお、圧力室２５２の形状は、本例に限定されず、平面形状が四角形（菱形、長方形など）、五角形、六角形その他の多角形、円形、楕円形など、多様な形態があり得る。 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タンク（不図示）と連通しており、インク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に供給される。

圧力室２５２の一部の面（図７において天面）を構成する振動板４８には、個別電極２５７を備えた圧電素子２５８が接合されている。本例の振動板４８は、共通電極２５９として機能するニッケル（Ｎｉ）導電層付きのシリコン（Ｓｉ）から成り、各圧力室２５２に対応して配置されるアクチュエータ（ここでは、圧電素子）２５８の共通電極を兼ねる。なお、樹脂などの非導電性材料によって振動板を形成する態様も可能であり、この場合は、振動板部材の表面に金属などの導電材料による共通電極層が形成される。また、ステンレス鋼（ＳＵＳ）など、金属（導電性材料）によって共通電極を兼ねる振動板を構成してもよい。

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が変形して圧力室２５２の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル２５１からインクが吐出される。インク吐出後、圧電素子２５８が元の状態に戻る際、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に再充填される。

かかる構造を有するインク室ユニット２５３を図５（ｂ）に示す如く、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向に沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。即ち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット２５３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向については、実質的に各ノズル２５１が一定のピッチＰ＝ｄ× cosθで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。

なお、本例では、ヘッド２５０に設けられたノズル２５１から吐出させるインクの吐出力発生手段として圧電素子２５８を適用したが、圧力室２５２内にヒータを備え、ヒータの加熱による膜沸騰の圧力を利用してインクを吐出させるサーマル方式を適用することも可能である。

また、本発明の実施に際してヘッド２５０におけるノズル２５１の配列形態は図示の例に限定されず、様々なノズル配置構造を適用できる。例えば、図５で説明したマトリクス配列に代えて、一列の直線配列、Ｖ字状のノズル配列、Ｖ字状配列を繰り返し単位とするジグザク状（Ｗ字状など）のような折れ線状のノズル配列なども可能である。

上述のように、記録媒体１２４の画像形成領域の全幅をカバーするノズル列を有するフルラインヘッドがインク色毎に設けられる構成によれば、描画ドラム１７０によって記録媒体１２４を一定の速度で搬送し、この搬送方向（副走査方向）について、記録媒体１２４と各インクジェットヘッド１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙを相対的に移動させる動作を１回行うだけで（即ち１回の副走査で）、記録媒体１２４の画像形成領域に画像を記録することができる。かかるフルライン型（ページワイド）ヘッドによるシングルパス方式の画像形成は、記録媒体の搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシリアル（シャトル）型ヘッドによるマルチパス方式を適用する場合に比べて高速印字が可能であり、プリント生産性を向上させることができる。

なお、本発明の適用範囲はライン型ヘッドによる印字方式に限定されず、記録媒体１２４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媒体１２４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媒体１２４の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媒体１２４の幅方向の印字を行い、この動作を繰り返して記録媒体１２４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。

＜インクについて＞
本発明の実施に用いられるインクは、溶媒不溶性材料として、色材（着色剤）である顔料やポリマー微粒子などを含有する水性顔料インクが用いられる。

溶媒不溶性材料の濃度は、吐出に適切な粘度２０ｍＰａ・ｓ以下を考慮して１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であることが好ましい。より好ましくは画像の光学濃度を得るために４ｗｔ％以上の顔料濃度である。

インクの表面張力は、吐出安定性を考慮して２０ｍＮ／ｍ以上４０ｍＮ／ｍ以下であることが好ましい。

インクに使用される色材は、顔料あるいは染料と顔料とを混合して用いることができる。処理液との接触時における凝集性の観点から、インク中で分散状態にある顔料の方がより効果的に凝集するため好ましい。顔料の中でも、分散剤により分散されている顔料、自己分散顔料、樹脂により顔料表面を被覆された顔料（マイクロカプセル顔料）、及び高分子グラフト顔料が特に好ましい。また、顔料凝集性の観点から、解離度の小さいカルボキシル基によって修飾されている形態がより好ましい。

本発明に用いる着色インク液には、処理液と反応する成分として、着色剤を含まないポリマー微粒子を添加することが好ましい。ポリマー微粒子は、処理液との反応によりインクの増粘作用、凝集作用を強め、画像品位の向上させることができる。特に、アニオン性のポリマー微粒子をインクに含有せしめることにより、安全性の高いインクが得られる。

処理液と反応して、増粘・凝集作用を起こすポリマー微粒子をインクに用いることにより、画像の品位を高めることができると同時に、ポリマー微粒子の種類によっては、ポリマー微粒子が記録媒体で皮膜を形成し、画像の耐擦性、耐水性をも向上させる効果を有する。

ポリマーインクでの分散方法はエマルジョンに限定するものではなく、溶解していても、コロイダルディスパージョン状態で存在していてもよい。

ポリマー微粒子は、乳化剤を用いてポリマー微粒子を分散させたものであっても、また、乳化剤を用いないで分散させたものであってもよい。乳化剤としては、通常、低分子量の界面活性剤が用いられているが、高分子量の界面活性剤を乳化剤として用いることもできる。外殻がアクリル酸、メタクリル酸などにより構成されたカプセル型のポリマー微粒子（粒子の中心部と外縁部で組成を異にしたコア・シェルタイプのポリマー微粒子）を用いることも好ましい。

インクにポリマー微粒子として添加する樹脂成分としては、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル−スチレン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン系樹脂などが挙げられる。

ポリマー微粒子への高速凝集性付与の観点から、解離度の小さいカルボン酸基を有するものがより好ましい。カルボン酸基はｐＨ変化によって影響を受けやすいので、分散状態が変化しやすく、凝集性が高い。

ポリマー微粒子のｐＨ変化に対する分散状態の変化は、アクリル酸エステルなどのカルボン酸基を有する、ポリマー微粒子中の構成成分の含有割合によって調整することができ、分散剤として用いるアニオン性の界面活性剤によっても調整可能である。

ポリマー微粒子の樹脂成分は、親水性部分と疎水性部分とを併せ持つ重合体であるのが好ましい。疎水性部分を有することで、ポリマー微粒子の内側に疎水部分が配向し、外側に親水部分が効率よく外側に配向され、液体のｐＨ変化に対する分散状態の変化がより大きくなる効果があり、凝集がより効率よく行われる。

また、ポリマー微粒子を、インク内に２種以上混合して含有させて使用してもよい。

本発明のインクに添加するｐＨ調整剤としては中和剤として、有機塩基、無機アルカリ塩基を用いることができる。ｐＨ調整剤はインクジェット用インクの保存安定性を向上させる目的で、該インクジェット用インクがｐＨ６〜１０となるように添加するのが好ましい。

本発明のインクは、乾燥によってインクジェットヘッドのノズルが詰まるのを防止する目的から、水溶性有機溶媒を含有することが好ましい。このような水溶性有機溶媒には、湿潤剤及び浸透剤が含まれる。

水溶性有機溶媒としては、処理液の場合と同様に、例えば、多価アルコール類、多価アルコール類誘導体、含窒素溶媒、アルコール類、含硫黄溶媒等が挙げられる。

その他必要に応じ、界面活性剤、ｐＨ緩衝剤、酸化防止剤、防カビ剤、粘度調整剤、導電剤、紫外線吸収剤、等も添加することができる。

＜処理液について＞
本発明の実施に際して用いる処理液（凝集処理液）として、インクのｐＨを変化させることにより、インクに含有される顔料およびポリマー微粒子を凝集させ、凝集物を生じさせるような処理液が好ましい。

処理液の成分として、ポリアクリル酸、酢酸、グリコール酸、マロン酸、リンゴ酸、マレイン酸、アスコルビン酸、コハク酸、グルタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、スルホン酸、オルトリン酸、ピロリドンカルボン酸、ピロンカルボン酸、ピロールカルボン酸、フランカルボン酸、ビリジンカルボン酸、クマリン酸、チオフェンカルボン酸、ニコチン酸、若しくはこれらの化合物の誘導体、又はこれらの塩等の中から選ばれることが好ましい。

また、処理液の好ましい例として、多価金属塩あるいはポリアリルアミンを添加した処理液を挙げることができる。これらの化合物は、１種類で使用されてもよく、２種類以上併用されてもよい。

処理液はインクとのｐＨ凝集性能の観点からｐＨは１〜６であることが好ましく、ｐＨは２〜５であることがより好ましく、ｐＨは３〜５であることが特に好ましい。

また、処理液は、乾燥によってインクジェットヘッドのノズルが詰まるのを防止する目的から、水、その他添加剤溶性有機溶媒を含有することが好ましい。このような水、その他添加剤溶性有機溶媒には、湿潤剤及び浸透剤が含まれる。これらの溶媒は、水,その他添加剤と共に単独若しくは複数を混合して用いることができる。

処理液には、定着性および耐擦性を向上させるため、樹脂成分を更に含有してもよい。樹脂成分は、処理液をインクジェット方式によって打滴する場合ヘッドからの吐出性を損なわないもの、保存安定性があるものであればよく、水溶性樹脂や樹脂エマルジョンなどを自由に用いることができる。

その他必要に応じ、界面活性剤、ｐＨ緩衝剤、酸化防止剤、防カビ剤、粘度調整剤、導電剤、紫外線、吸収剤、等も添加することができる。

＜他の装置構成への適用例＞
上記の実施形態では、印刷用のインクジェット記録装置への適用を例に説明したが、本発明の適用範囲はこの例に限定されない。例えば、電子回路の配線パターンを描画する配線描画装置、各種デバイスの製造装置、吐出用の機能性液体として樹脂液を用いるレジスト印刷装置、カラーフィルター製造装置、マテリアルデポジション用の材料を用いて微細構造物を形成する微細構造物形成装置など、液状機能性材料を用いて様々な形状やパターンを得るインクジェット記録装置にも広く適用できる。

＜付記＞
上記に詳述した実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書では以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。

（発明１）：第１シリコン層と第２シリコン層の間に第１熱酸化膜を有するＳＯＩ基板を用い、前記ＳＯＩ基板の前記第２シリコン層及び前記第１熱酸化膜を貫いて前記第１シリコン層に達するノズル開口部を形成する開口部形成工程と、前記開口部形成工程の後に、前記第１シリコン層を除去する第１シリコン層除去工程と、前記第１シリコン層除去工程によって露出した前記第１熱酸化膜の表面上に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

ＳＯＩ基板に埋め込まれた第１熱酸化膜を撥液膜の下地に用いたことにより、撥液膜の耐擦性及び耐液性が向上する。また、第１シリコン層を除去するまでノズル開口部が保護されるため、操作性が良く、ノズルプレートへのダメージを回避することができる。

（発明２）：発明１に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記ＳＯＩ基板の前記第２シリコン層の上に流路保護膜用の第２熱酸化膜を形成する第２熱酸化膜形成工程を有し、前記第２熱酸化膜、前記第２シリコン層及び前記第１熱酸化膜を貫いて前記第１シリコン層に達する前記ノズル開口部が形成されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

かかる態様によれば、ノズルプレートに接合される流路構造体とともに、ノズルプレートの上面（吐出面と反対側の面）が流路の一部を形成する構成において、流路保護膜を容易に形成することができる。

（発明３）：発明１又は２に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記ノズル開口部が形成される前記ＳＯＩ基板とは別に、前記ノズル開口部に連通する流路が形成された流路構造体が作製され、前記開口部形成工程により前記ノズル開口部が形成された前記ＳＯＩ基板に前記流路構造体を接合する接合工程を有し、前記接合工程の後に前記第１シリコン層除去工程が行われることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

かかる態様によれば、ヘッド本体等を破損せずに、操作性良くノズルプレート部分を形成することができる。

（発明４）：発明３に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記流路構造体にはエネルギー発生素子が設けられており、前記接合工程では、前記エネルギー発生素子を備えた前記流路構造と、前記ノズル開口部が形成された前記ＳＯＩ基板とが接合されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

かかる態様によれば、圧電素子などのエネルギー発生手段を破損せずに、操作性良くノズルプレート部分を形成することができる。また、ノズル開口部が形成されたＳＯＩ基板と流路構造体とを接合する前に、流路構造体のユニット単独で圧電素子などのエネルギー発生手段の駆動試験等を行うことも可能である。

（発明５）：発明１乃至４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記開口部形成工程は、前記第２シリコン層を前記第１熱酸化膜までエッチングする第２シリコン層エッチング工程と、前記第２シリコン層をエッチングした後に前記第１熱酸化膜を前記第１シリコン層までエッチングする第１熱酸化膜エッチング工程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

ノズル開口部を形成する手段としてエッチングが好適であり、第２シリコン層をエッチングする工程では、第１熱酸化膜がストップ層となり、第１熱酸化膜をエッチングする工程では第１シリコン層がストップ層となる。

（発明６）：発明５に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記第２シリコン層エッチング工程では異方性ウエットエッチングを行い、前記第１熱酸化膜エッチング工程では異方性ドライエッチングを行うことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

（発明７）：発明１乃至６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記第１シリコン層除去工程は、前記第１シリコン層の一部を研磨により除去する研磨工程と、前記研磨工程後に残る前記第１シリコン層を前記第１熱酸化膜までエッチングする第１シリコン層エッチング工程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

かかる態様によれば、エッチングのみで第１シリコン層を除去する場合と比較して、除去加工に要する時間を短縮することができる。また、本態様は、研磨のみで第１シリコン層を除去する場合と比較して、加工精度が高く、ノズル部へのダメージも少ない。

（発明８）：発明１乃至７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記開口部形成工程後、前記第１シリコン層除去工程前に、前記ノズル開口部のノズル内周面に流路保護膜用の第３熱酸化膜を形成する第３熱酸化膜形成工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

ノズル内周面にも流路保護用の熱酸化膜を形成する態様が好ましい。

（発明９）：発明８に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記第３熱酸化膜形成工程は、前記ノズル開口部の前記第２シリコン層及び第１シリコン層に熱酸化膜を形成する熱酸化工程と、前記熱酸化工程後に前記第１シリコン層上の熱酸化膜を除去する異方性ドライエッチング工程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。

ノズル内周面に第３熱酸化膜を形成する手法として、ノズル開口部形成後、第１シリコン層除去前に、熱酸化処理を行い、ノズル開口部の内周面（第２シリコン層）と底部（第１シリコン層）に熱酸化膜を形成し、余分な第１シリコン層上の熱酸化膜を異方性エッチングで選択的に除去する態様が好ましい。

（発明１０）：発明１乃至９のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法により製造されたインクジェットヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。

１２…第１シリコン層、１４…第２シリコン層、１６…酸化膜、１８…ＳＯＩウェーハ、２０…熱酸化膜、２６，２７…熱酸化膜、４０…流路構造体、４４…流路、４８…振動板、５０…圧電体膜、５８…撥液膜、７０…インクジェットヘッド、１００…インクジェット記録装置、１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙ…インクジェットヘッド

Claims (10)

1. 第１シリコン層と第２シリコン層の間に第１熱酸化膜を有するＳＯＩ基板を用い、前記ＳＯＩ基板の前記第２シリコン層及び前記第１熱酸化膜を貫いて前記第１シリコン層に達するノズル開口部を形成する開口部形成工程と、
   前記開口部形成工程の後に、前記第１シリコン層を除去する第１シリコン層除去工程と、
   前記第１シリコン層除去工程によって露出した前記第１熱酸化膜の表面上に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、
   を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
2. 請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記ＳＯＩ基板の前記第２シリコン層の上に流路保護膜用の第２熱酸化膜を形成する第２熱酸化膜形成工程を有し、
   前記第２熱酸化膜、前記第２シリコン層及び前記第１熱酸化膜を貫いて前記第１シリコン層に達する前記ノズル開口部が形成されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記ノズル開口部が形成される前記ＳＯＩ基板とは別に、前記ノズル開口部に連通する流路が形成された流路構造体が作製され、
   前記開口部形成工程により前記ノズル開口部が形成された前記ＳＯＩ基板に前記流路構造体を接合する接合工程を有し、
   前記接合工程の後に前記第１シリコン層除去工程が行われることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
4. 請求項３に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記流路構造体にはエネルギー発生素子が設けられており、
   前記接合工程では、前記エネルギー発生素子を備えた前記流路構造と、前記ノズル開口部が形成された前記ＳＯＩ基板とが接合されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記開口部形成工程は、
   前記第２シリコン層を前記第１熱酸化膜までエッチングする第２シリコン層エッチング工程と、
   前記第２シリコン層をエッチングした後に前記第１熱酸化膜を前記第１シリコン層までエッチングする第１熱酸化膜エッチング工程と、
   を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
6. 請求項５に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記第２シリコン層エッチング工程では異方性性ウエットエッチングを行い、
   前記第１熱酸化膜エッチング工程では異方性ドライエッチングを行うことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記第１シリコン層除去工程は、
   前記第１シリコン層の一部を研磨により除去する研磨工程と、
   前記研磨工程後に残る前記第１シリコン層を前記第１熱酸化膜までエッチングする第１シリコン層エッチング工程と、
   を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記開口部形成工程後、前記第１シリコン層除去工程前に、前記ノズル開口部のノズル内周面に流路保護膜用の第３熱酸化膜を形成する第３熱酸化膜形成工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
9. 請求項８に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記第３熱酸化膜形成工程は、
   前記ノズル開口部の前記第２シリコン層及び第１シリコン層に熱酸化膜を形成する熱酸化工程と、
   前記熱酸化工程後に前記第１シリコン層上の熱酸化膜を除去する異方性ドライエッチング工程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法により製造されたインクジェットヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。

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