JP2001146017A

JP2001146017A - インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2001146017A
Application number: JP2000275532A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Usui; 隆寛臼井; Yoshihiro Hirata; 嘉裕平田
Original assignee: Seiko Epson Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Seiko Epson Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 2000-09-11
Publication date: 2001-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】高密度・高精度のインクジェットヘッド部品
を製造する。【解決手段】レジスト１０１を塗布した導電性基板１
０４にシンクロトロン放射光（ＳＲ）１０８を照射して
リソグラフィを行い、ニッケル電鋳によりニッケル層１
１０を形成する。その後基板除去、レジスト除去を行っ
て金型１１１を得る。当該金型を用い、ホットエンボス
を行い、導電性基板上に樹脂の構造体を形成し、さらに
電鋳によりニッケル層を形成し、金属部品を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットヘッ
ドの製造方法およびその製造方法で製作されたインクジ
ェットヘッドに関する。更に詳しくは、キャビテイある
いはノズル等の微細部品の製造方法とその製造方法で製
作された微細部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、プリンタはパソコンの進化と普及
に、歩調を合わせて急激に普及している。またネットワ
ークの発達による電子メール・ホームページの利用者が
急増している。さらに安価なＣＤロムが製造されるよう
になり、この利用者も急増している。そこで、これらの
画像情報を印刷するプリンタの需要も急激に増えてい
る。このようなプリンタのなかでもインクジェットプリ
ンタは高速印字、低騒音、高印字品位、カラー印刷の対
応が良好であり、かつ安価に市場に提供できる等の利点
により、他の印字方式を抑えて、急速に発展している。
しかしながらインクジェットプリンタに於いても、カラ
ー印刷に長時間を要するという課題が顕在化してきた。
これは取り扱う画像情報量が急激に増えていることによ
る。パソコンの取り扱う画像情報は従来のテキストから
カラーグラッフィクスになり、さらに動画も取り扱い、
急速な進化を見せている。さらにグラフィックスの表示
も、より高解像度に進化し、画像情報量が飛躍的に増加
していることによる。このような進化はパソコン等で扱
う画像情報がより高度化すると同時に、より高速で取り
扱いたいという傾向を生んでいる。このような傾向のな
かで、プリンタの印刷時間は長くなってきている。フル
カラーのグラフィクスの印刷に要する時間は、従来のモ
ノクロのキャラクターベースの印刷時間と比べ、１００
倍以上となってしまう。

【０００３】ここでインクジェットプリンタの構造の一
例を図１９をもとに説明する。図１９はインクジェット
プリンタの斜視図である。図１９に於いて、１００１は
本体、１００２はインクジェットヘッド、１００３はト
レイ、１００４は用紙、１００５および１００６はロー
ル、１００７は排出口、１００８は操作パネル、１００
９は制御回路、１０１０はインクジェトヘッドの動作方
向を示す。インクジェットプリンタはその本体１００１
内にインクジェットヘッド１００２を内蔵している。ト
レイ１００３にセットされた用紙１００４は、二本のロ
ール１００５、１００６により本体１００１内部に送り
こまれ、所定の位置に配置される。インクジェットヘッ
ド１００２は用紙１００４を横切るように矢印のインク
ジェットヘッドの動作方向１０１０にそって移動し、特
定の箇所でインクを吐出し、印刷する。インクジェット
ヘッド１００２は制御回路１００９が接続され、これら
の動作を制御する。また印刷の様々な設定は操作パネル
１００８でなされる。印刷が終わった用紙は、ロール１
００５、１００６により、排出口１００７に排出され
る。

【０００４】また代表的なインクジェットヘッドの構造
の例とその動作を説明する。まずインクジェットの構造
の一例を、図２０を用いて説明する。図２０はインクジ
ェットヘッドの部分斜視図である。図２０に於いて、１
１０１はノズル、１１０２はノズルプレート、１１０３
は壁、１１０４はキャビテイ、１１０５は振動板、１１
０６は圧電素子、１１０７はリザーバ、１１０８は供給
口、１１０９はインクタンク口を示す。複数のキャビテ
イ１１０４が平行に一定間隔をもって配列している。キ
ャビテイ１１０４の一面には、それぞれのキャビテイ１
１０４に対応する圧電素子１１０７が配接された振動板
１１０５が形成されている。圧電素子１１０６には図示
されていない信号回路より電気信号が送られ、動作す
る。振動板１１０５の反対面はノズルプレート１１０２
が形成されている。そこにはそれぞれのキャビテイ１１
０４に対応するノズル１１０１が形成されている。個々
のキャビテイ１１０４の配列方向と垂直の位置にリザー
バ１１０７が形成されている。リザーバ１１０７は、リ
ザーバ１１０７上にある図示されていないインクタンク
とインクタンク口１１０９により接続されている。リザ
ーバ１１０７とキャビテイ１１０１は細長いスリット状
の供給口１１０８により接続される。インクタンクのイ
ンクはリザーバ１１０７に供給され、リザーバ１１０７
からそれぞれのキャビテイ１１０４に供給される。

【０００５】次にインク滴の吐出動作を図２１をもとに
説明する。図２１は図２０の点線部Ａ−Ｂでの断面図で
ある。図２０に於いて、１２０１はノズル、１２０２は
壁、１２０３はキャビテイ、１２０４は振動板、１２０
５は圧電素子、１２０６はリザーバ、１２０７は供給
口、１２１１インク滴、１２１２はインクの流れ、１２
２１は変形後の振動板、１２２２は変形後の圧電素子を
示す。圧電素子１２０５は、図示されていない信号回路
より電気信号が送られると、収縮する。それにより圧電
素子と振動板は変形し、それぞれ変形後の圧電素子１２
２２、変形後の振動板１２２１の形状に変形する。する
とキャビテイ１２０３の体積が減少し、圧力が発生す
る。この時キャビテイ１２０３内に満たされたインクは
圧力の低いノズル１２０１と供給口１２０７の側に移動
しようとする。供給口１２０７側にはリザーバ１２０６
があり、インクに満たされている。そのためインクはノ
ズル１２０１側により移動していく。結果として、イン
クはノズル１２０１から、インク滴１２１１となって吐
出する。そして電気信号が解除されると圧電素子は収縮
を終え、圧電素子と振動板は最初の位置（１２０５と１
２０４）の位置に戻る。これによりキャビテイ１２０３
は負圧になる。リザーバ１２０６に満たされたインクが
キャビテイ１２０３に移動する。キャビテイは常圧にな
る。さらにインクタンクからインクがリザーバに充たさ
れる。この際のインクの流れは、図２１のインクの流れ
１２１２の矢印に示すようなものとなる。

【０００６】前述したようにインクジェットプリンタの
印刷時間は長くなる傾向にある。そこで印刷速度を早く
する方策が検討されている。インクジェットプリンタの
印刷時間を短くする、すなわち印刷速度を速くする方法
は、以下に述べる二方法がある。

【０００７】第一の方法はインクジェットプリンタヘッ
ドの駆動周波数を高くすることである。インクジェット
ヘッドにはインクを充たされキャビテイとそれに圧力を
与える圧力発生素子が配列されている。圧力発生素子は
パソコンからの電気信号により駆動され、電気信号が送
られると動作し、インクを吐出する。この電気信号の駆
動周波数を高くすると、印刷速度も高くできる。しかし
第一の方法は技術的に限界に近づいており、飛躍的な向
上は期待できない。電気信号の周波数を高めることは可
能であるが、インクジェットヘッドのインク滴の形成と
吐出には、一定の時間が必要であり、電気信号をいくら
早くしても、印刷速度はそれに支配されれ、早くできな
い。

【０００８】第二の方法はインクジェットプリンタのヘ
ッドのノズル数を増やすことである。ノズル数を倍に増
やせば、印刷速度も倍にできる。この場合には単にノズ
ル数を増やせばよいのではなく、ノズル密度もあわせて
高くする必要がある。この理由を以下に述べる。

【０００９】ノズル密度が低いインクジェットヘッドで
高解像度の印刷をおこなうには、インクジェトヘッド自
体を微細に移動し、この移動とインク滴のの吐出を同期
させることにより行われる。この移動の制御には高い精
度が必要となる。解像度が高くなればなるほど難しくな
る。また高速印字を狙うため、ノズルを増やすとインク
ジェットヘッド自体が大きくなる。大きくなれば、その
制御も困難になる。さらにフルカラー印刷をイエロー、
マゼンタ、シアン、ブラックの４色でおこなうと、それ
ぞれの色に対応するノズルが必要となる。結果としてイ
ンクジェットヘッドが大きくなり、ノズル列間の位置合
わせに高精度を要求され、高価で大きなインクジェット
プリンタになってしまう。例として１８０ＤＰＩ（ドッ
ト／インチ）のノズル密度のインクジェットプリンタヘ
ッドで１４４０ＤＰＩのフルカラー印刷を行おうとする
と、ノズル列は１色あたり８列必要となり、４色で３２
列必要となる。ノズル列の間隔が５ｍｍであれば、ノズ
ル列の総長さは５＊３１＝１５５ｍｍ以上をようする。
したがって高解像度の印刷を高速にかつ精度よくおこな
おうとすると、ノズル密度を高くしてノズル列を少なく
する必要がある。

【００１０】ノズル密度を高くするには、インクジェッ
トプリンタヘッドのキャビテイとノズルを微小にしなけ
ればならない。例をあげると、ノズル密度９０ＤＰＩで
は隣接するキャビテイおよびノズルの間隔は２８２μｍ
である。これの半分がキャビテイの幅とすると１４１μ
ｍとなる。ノズル密度７２０ＤＰＩでは隣接するキャビ
テイおよびノズルの間隔は３５μｍである。同じくこれ
の半分がキャビテイの幅とすると１７．５μｍとなる。
ノズルの大きさも同程度になる。

【００１１】このような状況の下、ノズル密度を高くす
るために技術開発が進められている。

【００１２】その一つは、リソグラフィを用いて金型を
製作し、プラスチックによる射出成形を行って前述のよ
うなインクジェットヘッドのキャビテイ、ノズル等の微
細部品を製造する方法である。このような方法として
は、例えば特開平７−８１０６９号に開示のものが挙げ
られる。当該方法の概略を図２２に沿って説明する。

【００１３】（１）金属基板１３０１の上に第１レジス
ト層１３０２を形成し、第１マスク１３０３を介して紫
外線１３０５を照射する。第１マスク１３０３には所定
の形状の第１遮光部１３０４が形成されている。これに
より第１レジスト層１３０２には第１未照射部１３０６
が形成される。次に第１レジスト層１３０２を現像液に
より現像する。第１未照射部１３０６のみ選択的に溶解
除去される。

【００１４】（２）次に、第１レジスト層１３０２の上
に第２レジスト層１３０７を形成する。第２マスク１３
０８を介して紫外線を照射する。第２マスク１３０８に
は所定の形状の第２遮光部１３０９が形成されている。
これにより第２レジスト層１３０９には第２未照射部１
３１０が形成される。次に第２レジスト層１３０７を現
像液により現像する。第２未照射部１３１０のみ選択的
に溶解される。

【００１５】（３）（２）で得られたレジスト層による
原盤上にＮｉ等の金属を電析し、金属層１３１１を形成
する。

【００１６】（４）金属層１３１１を金属基板１３０１
から分離し、金型１３１２を作成する。

【００１７】（５）金型１３１２を用いて射出成形によ
りキャビテイ板１３１３を形成する。キャビテイ板には
ノズル１３１５、キャビテイ１３１４が形成されてい
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、今後
インクジェットヘッドにおいてはキャビティやノズルの
高密度化が重要となるが、従来の製造方法では限界があ
る。とくに、エッジだれやバリ等によってプレートを積
層する際に問題が生じたり、インク滴の制御性が失われ
る可能性が高い。またフォトリソグラフィとエッチング
の組み合わせは微細化には適するものの、側壁の垂直性
が低いため、得られたヘッドにおいて同じくインク滴の
制御性が低くなり適さない。

【００１９】また、特開平７−８１０６９に開示された
方法では材料がプラスチックに限定される。インクには
印字品質、インク滴の吐出性能を向上するために様々な
溶剤、薬品を使用している。これらの薬品の中にはプラ
スチックを溶解、酸化等の化学変化により、劣化させる
ものがある。従来の方法では問題のある溶剤、薬品を使
用できなかった。

【００２０】さらに、インク滴を吐出する際の圧力によ
り、剛性の低いプラスチックは変形しやすく、インク滴
の吐出性能を劣化せしめる要因の一つとなり、ヘッドの
高密度化が困難であった。

【００２１】そこで本発明は、このような問題点を解決
するためになされたものであり、インクジェットヘッド
部品を、精度よく安価に製造する方法を提供することを
目的とする。さらに様々なインクを適用でき、シンプル
な構造のインクジェットヘッドの製造方法を提供するこ
とも目的とする。さらに剛性の高い材料を高密度のイン
クジェットヘッド部品に製造でき、良好な吐出性能を持
ち高精細なインクジェットヘッドを提供できる。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドの製造方法の第一は、インクを満たすキャビティ
とその一面に配列された圧力発生素子とノズルを有する
インクジェットヘッドの製造方法であって、Ｘ線を用
いたリソグラフィにより金型を形成する工程と、該金型
を用いて前記キャビティ及びノズルの少なくとも一つを
備える金属製基板を形成する工程を具備することを特徴
とする。

【００２３】上記構成によれば、高密度の金属製キャビ
ティ板やノズル板を精度良く、かつ歩留まりの高い製造
が可能となる。

【００２４】また、上記第一の方法において、圧力発
生素子が配列された部品上に直接電鋳で金属からなるキ
ャビティおよび金属からなるノズルを形成することが好
ましい。この場合、圧力発生素子とキャビテイ、及び
ノズルの位置合わせを精度良くでき、かつ歩留まりの高
い製造ができるという効果が得られる。さらに、接着剤
を使用しないことにより、種々の溶剤を使用できる効果
を得られる。

【００２５】本発明のインクジェットヘッドの製造方法
の第二は、インクを満たすキャビティとその一面に配列
された圧力発生素子とノズルを有するインクジェットヘ
ッドの製造方法であって、Ｘ線を用いたリソグラフィ
により金型を形成する工程と、該金型を用いて前記キャ
ビティ及びノズルの少なくとも一つを備えるセラミック
製基板を形成する工程を具備することを特徴とする。

【００２６】上記第二の方法によれば、高密度のセラミ
ックスのキャビティ板やノズル板を精度良く、かつ歩留
まりの高い製造ができるという効果が得られる。耐薬品
性に優れるセラミックスにより、種種の薬品を使用でき
るという効果も得られる。

【００２７】上記第二の方法において、セラミックスが
ジルコニア、アルミナ、シリカのいずれか、あるいは複
数を含むことが好ましい。この場合、比較的安価なセラ
ミックス材料を使用できるという効果が得られる。

【００２８】前記Ｘ線を用いたリソグラフィにより金型
を形成する工程において、フィルム状に形成したレジス
ト膜を基板上に張り付けることを特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方
法。

【００２９】更に本発明によれば、上記第一及び第二の
インクジェットヘッドの製造方法において、更に下記の
特徴を有する方法が提供される。

【００３０】前記Ｘ線を用いたリソグラフィにより金型
を形成する工程において、フィルム状に形成したレジス
ト膜を基板上に張り付けることを特徴とするインクジェ
ットヘッドの製造方法。

【００３１】当該方法は、レジスト膜の厚さを精度良く
管理でき、それにより基板の厚さを精度良く管理できる
とういう効果を有する。

【００３２】前記Ｘ線を用いたリソグラフィで作製した
金型を用いてホットエンボスを行い樹脂型を形成する工
程と、該樹脂型を用いて前記基板を形成する工程を有
し、前記ホットエンボスの工程で、導電性基板上にフィ
ルム状に形成した樹脂膜を張り付けることを特徴とする
インクジェットヘッドの製造方法。

【００３３】当該方法は、容易にホットエンボス加工が
できるという効果を有する。

【００３４】前記Ｘ線としてシンクロトロン放射光を用
いることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方
法。

【００３５】当該方法は、高エネルギーのエックス線を
容易に発生でき、精度良いフォトリソができ、高密度か
つ高精度のインクジェット部品を製造できるという効果
を有する。

【００３６】前記Ｘ線を用いたリソグラフィにより金型
を形成する工程において、Ｘ線リソグラフィ用基板に金
属膜を蒸着したシリコン基板を用いることを特徴とする
インクジェットヘッドの製造方法。

【００３７】当該方法は、高平滑面の基板を、比較的安
価に利用できるという効果を有する。

【００３８】前記Ｘ線を用いたリソグラフィにより金型
を形成する工程において、金型製作後に基板を溶解して
除去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。

【００３９】当該方法は、金型と基板の分離を無応力で
でき、金型の破壊がないという効果を有する。

【００４０】更に、本発明によれば、インクを満たすキ
ャビティとその一面に配列された圧力発生素子とノズル
を有するインクジェットヘッドの製造方法であって、
圧力発生素子が配列された部品上に直接電鋳で金属から
なるキャビティおよび金属からなるノズルを形成するこ
と特徴とする方法が提供される。

【００４１】加えて、本発明によれば、上記方法により
製造されたインクジェットヘッドが提供される。

【００４２】こうして、高密度のインクジェットヘッド
を安価に提供される。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。

【００４４】製作するキャビティ板、ノズル板の概略設
計は図１７、１８に示すとおりである。

【００４５】図１７はキャビテイ板を説明する斜視図で
ある。キャビテイ板８０１には複数のキャビテイ８０２
が等間隔で設けられている。それぞれのキャビテイ８０
２はリザーバ８０３とそれぞれのキャビテイ８０２に対
応する供給口８０４を介して連結されている。

【００４６】図１８はノズル板を説明する斜視図であ
る。ノズル板９０１には複数のノズル９０２が図示され
ていないキャビテイに対応する等間隔で設けられてい
る。

【００４７】（実施形態１）まず、金属製のキャビティ
板とノズル板を別々に製作する例について、図１〜３を
用いて説明する。

【００４８】図１（１）に示すように、Ｘ線リソグラフ
ィ用マスク１０７を介して、Ｘ線に感度のあるレジスト
１０１を塗布した導電性基板１０４（レジスト塗布基
板）にシンクロトロン放射光（ＳＲ）１０８を照射して
リソグラフィを行った。Ｘ線リソグラフィ用マスク１０
７は、例えば支持膜１０５に２μｍ厚さの窒化シリコン
を用い、その上に５μｍ厚さのタングステンより成る吸
収体パターン１０６が配置されている。導電性基板１０
４としては銅などの金属をそのまま用いることも可能だ
が、シリコン基板１０３上にスパッタによって金属膜１
０２を形成したものを用いることも可能である。

【００４９】レジスト塗布基板は、メタクリル酸メチル
とメタクリル酸のモノマーを部分的に重合させたシロッ
プを調製し、これを基板（導電性基板）上に塗布した
後、完全に重合させる方法により形成することができ
る。また、同様の材料で作製した樹脂板を別途作製し、
これを導電性基板に貼り付ける方法を採用することもで
きる。後者の方法は、樹脂の重合収縮による基板の反り
がより低減され、とくに有効な方法である。

【００５０】ＳＲ照射後、レジスト塗布基板を現像し
て、図１（２）に示すようにレジスト構造体１０９を作
製する。このレジスト構造体は、図１７に示す構造での
キャビティ板８０１又は図１８に示す構造でのノズル板
９０１の反転形状になっている。キャビティ板を作製す
る場合では、キャビティ８０２、リザーバ８０３、供給
口８０４に相当する形状がレジストにより形成されてい
る。ここで、キャビティの幅は例えば１７．５μｍとす
る。また、ノズル板を作製する場合では、ノズル９０２
に相当する形状がレジストで形成されている。ここで、
ノズルの直径は例えば１７．５μｍとする。

【００５１】続いて図１（３）に示すように、ニッケル
電鋳を行ってニッケル層１１０を形成する。

【００５２】ニッケル電鋳は、例えば、内部応力が低く
且つ高速で行うことができるスルファミン酸浴を使用し
５０℃の条件で行う。微細パターンの形成のため、底部
へのめっき液循環が遅くなり、電流密度を２０ｍＡ／ｃ
ｍ²に抑制する。こうして、ニッケル層、即ち金型の硬
度としてビッカース硬度で５００程度を得ることができ
る。電鋳の材料には、ニッケル以外にニッケルクロム合
金を用いることもできる。

【００５３】また、電鋳層を金型として使用するために
は治具に装着することが必要であるため、レジスト構造
体より数ｍｍ程度厚く電鋳を行う必要がある。

【００５４】その後基板除去、レジスト除去を行って図
１（４）に示す金型１１１を得る。このとき、基板にシ
リコンを用いていれば、加熱した水酸化カリウム溶液に
漬ける等して溶解して除去することが可能で、金型にも
影響を与えないのでメリットがある。

【００５５】この金型を用いて、ホットエンボスを行
う。まず、図２（１）に示すように導電性基板１１５上
に樹脂膜１２１を形成する。導電性基板１１５として
は、図１（１）に示すリソグラフィ工程で用いた基板と
同様に、銅などの基板をそのまま用いることも可能だ
が、シリコン基板１１４上にスパッタによって金属膜１
１３を形成したものを用いることも可能である。

【００５６】ここでは、樹脂膜の材料として、例えばア
クリル樹脂を使用することができる。予備重合したアク
リル樹脂のシロップを密着助剤（シランカップリング剤
等）を塗布した基板上に塗布し硬化させる。このとき、
金型との離型性を向上させるため、アクリル樹脂シロッ
プに離型剤を添加する。樹脂硬化後に研磨を行って所定
の厚みに調整する。その他、予め厚さを調整したアクリ
ル樹脂板を基板に貼り付ける方法を採用することもでき
る。

【００５７】続いて、金型１１１を用い、図２（２）に
示すように、樹脂膜１２１に対して押圧し、樹脂の構造
体１１２を得る。このとき、例えば、温度１７０℃、金
型を押圧する圧力は３５ＭＰａとする。

【００５８】続いて図２（３）に示すように反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）を行って、イオン１１６によっ
て構造体１１２のうち基板上に残る薄い樹脂膜を除去
し、図２（４）に示すように必要な樹脂部分１１７以外
の部分は基板表面が露出するような状態とする。このと
き、ＲＩＥにおいて、例えばフロン及び酸素の混合ガス
を使用することができる。

【００５９】その後、図３（１）に示すように導電性基
板１１５を電極としてニッケル電鋳を行いニッケル層１
１８を形成し、研磨や研削、切削などにより厚さ調整お
よび平滑化を行って、図３（２）に示す状態とする。こ
のとき、ニッケル電鋳は、金型作製時と同様の方法で行
う。

【００６０】最後に基板除去、樹脂除去を行って図３
（３）に示す金属部品１１９を製作する。尚、基板とし
て、例えばシリコン１１４上にチタン膜１１３をスパッ
タしたものを用いた場合、基板除去は１００℃程度に加
熱した水酸化カリウム溶液中に基板を浸漬させることに
より行う。また、樹脂除去は例えばプラズマエッチング
により行う。

【００６１】図２（１）以降に示したモールド工程につ
いては、射出成型を用いる方法を採用することもでき
る。図４（１）に示すように、樹脂注入孔４０２の空い
た基板４０１を金型１２０（図１に示す工程で得られた
金型１１１）に押しつけ、図４（２）に示すように樹脂
注入孔４０２から樹脂４０３を注入し、硬化させる。注
入する樹脂は、通常射出成形で使用されるアクリル、Ｐ
ＯＭ等が使用可能である。また、反応性成形に用いるア
クリル樹脂シロップやエポキシ樹脂を用いることもでき
る。この樹脂の注入工程で、場合によっては若干の樹脂
が金型の下に入り込み、膜を形成する。そのため、図４
（３）に示すようにＲＩＥによって基板上に残る薄い樹
脂を除去し、図４（４）のように樹脂構造体４０５以外
の部分は基板表面が露出している状態とする。

【００６２】続いて、図５（１）に示すように樹脂構造
体４０５を基にして、電鋳を行って金属部品４０６を得
る。研磨や研削、切削などにより厚さ調整および平滑化
を行って、図５（２）に示すように金属層４０７を形成
し、最後に基板除去、樹脂除去を行って図５（３）に示
すように金属部品４０８を得る。図２〜３、あるいは図
４〜５に示した工程は、さらに別の方法に変えることも
可能である。金型２３２を用いて、図２３（１）に示す
ようなモールドを行い、プラスチック板（樹脂型２３
３）を製作する。このときモールドの方法は、射出成
形、ホットエンボス、反応性射出成形など、いずれの方
法でもよい。次に、このプラスチック板表面を導電化処
理し、続いて電解メッキを行う。導電化処理の方法は金
属膜のスパッタあるいは銀鏡反応等が利用可能である。
すると図２３（２）のようにニッケル層２３４が得ら
れ、研磨あるいは研削で厚さを調節し、図２３（３）の
ように金属部品２３５を形成し、最後にプラスチック板
を除去すると、図２３（４）に示すようなキャビテイと
ノズルが一体になった基板を製作できる。このとき、プ
ラスチック板の除去方法は、溶解、熱分解、プラズマエ
ッチング等が利用可能である。

【００６３】上記プロセスはキャビティ板、ノズル板い
ずれについても適用され得る方法である。

【００６４】（実施形態２）次に、キャビティ板とノズ
ル板を一体化して製作するプロセスについて図６〜８を
用いて説明する。

【００６５】図６（１）に示すように、Ｘ線リソグラフ
ィ用マスク２０７を介して、Ｘ線に感度のあるレジスト
２０１を塗布した導電性基板２０４にシンクロトロン放
射光（ＳＲ）２０８を照射してリソグラフィを行った。
この第１回目のリソグラフィではノズル板のパターンお
よび位置合わせ用マークのパターンが転写される。Ｘ線
リソグラフィ用マスク２０７は、例えば支持膜２０５に
厚さ２μｍの窒化シリコン膜を用い、その上に５μｍ厚
さのタングステンより成るＸ線吸収体パターンが配置さ
れている。ノズルのパターンに対応する吸収体は図中２
０６、位置合わせマークに対応する吸収体は図中２２６
で示している。導電性基板２０４としては銅などの金属
をそのまま用いることも可能だが、シリコン基板２０３
上にスパッタによって金属膜２０２を形成したものを用
いることも可能である。

【００６６】ＳＲ照射後、レジスト塗布基板を現像し
て、図６（２）に示すようにレジスト構造体２０９及び
位置合わせ用マーク２２３を形成する。レジスト構造体
２０９は、例えば、直径１７．５μｍの柱状構造となっ
ている。また、位置合わせ用マーク２２３は、幅２０μ
ｍ、長さ２００μｍのラインからなる十字形状とした。
位置合わせ用マーク２２３は、面内に２箇所形成し、配
置場所はノズル板及びキャビティ板作製に支障を来たさ
ない場所としている。また、かかる部分は最終的な製品
では切除される。

【００６７】続いて図６（３）に示すように、ニッケル
電鋳を行いニッケル層２１０を形成する。その後基板除
去、レジスト除去を行って図６（４）に示す金型２２０
を得る。このとき、基板にシリコンを用いていれば、１
００℃程度に加熱した水酸化カリウム溶液に漬ける等し
て溶解して除去することが可能で、金型にも影響を与え
ないのでメリットがある。

【００６８】この金型を用いて、図７（１）に示すよう
にホットエンボスを行い、導電性基板２１４上にレジス
ト構造体２１１を製作する。リソグラフィ用基板と同
様、導電性基板２１４としては銅などの金属をそのまま
用いることも可能だが、シリコン基板２１３上にスパッ
タによって金属膜２１２を形成したものを用いることも
可能である。レジスト構造体２１１の厚さはキャビティ
の厚さと同等にする必要があるので、金型２２０と基板
２１４の間隔は制御される必要がある。

【００６９】続いて、図７（２）に示すように、Ｘ線マ
スク２１８を介してＳＲ２１５を照射する。Ｘ線マス
ク２１８には、位置合わせ用吸収体パターン２２５と、
キャビティ対応の吸収体２１７が設けられている。この
とき、Ｘ線マスク２１８上の位置合わせ用吸収体パター
ン２２５と、レジスト構造体２１１上に形成された位置
合わせマーク２２４とを合わせてセッティングする必要
がある。このマスクで形成するキャビティと、先のモー
ルドで形成したノズルパターンは精度よく位置合わせさ
れる必要があるためである。

【００７０】現像すると図７（３）に示すようなレジス
ト構造体２１９が得られる。

【００７１】次いで、図８（１）に示すように導電性基
板２１４を電極として電鋳を行うことで金属層２２１を
得る。研磨や研削、切削などにより厚さ調整および平滑
化を行い、位置合わせ用マークのある部分等の不要部を
切除する。最後に基板除去、樹脂除去を行って図８
（２）に示すような金型２２２を得る。

【００７２】その後は、図２及び図３で説明したものと
同様の工程、図４及び図５で説明したものと同様の工
程、あるいは図２３で説明したものと同様の工程に沿っ
て、キャビティとノズルが一体となった基板を製作する
ことができる。

【００７３】（実施形態３）キャビティ板とノズル板を
一体化して製作するための金型製作方法の他の態様を、
図９及び１０に示す。

【００７４】まず図９（１）に示すように、Ｘ線リソグ
ラフィ用マスク３０７を介して、Ｘ線に感度のあるレジ
スト３０１を塗布した金型の母型３０４にシンクロトロ
ン放射光（ＳＲ）３０８を照射してリソグラフィを行
う。この第１回目のリソグラフィではノズル板のパター
ン及び位置合わせ用マークが転写される。Ｘ線リソグラ
フィ用マスク３０７は、例えば支持膜３０５に２μｍ厚
さの窒化シリコンを用い、その上に５μｍ厚さのタング
ステンより成る位置合わせマークに対応するＸ線吸収体
パターン３０６とノズルのパターンに対応するＸ線吸収
体パターン３１７が配置されている。金型の母型３０４
としてはニッケルを用いる。

【００７５】ＳＲ照射後、レジスト塗布基板を現像し
て、図９（２）に示すようにレジスト構造体３０９を得
る。

【００７６】続いてニッケル電鋳を行い、研磨、研削、
切削などによって平滑化、厚さ調整を行い図９（３）に
示すように位置合わせマーク３２０を含むニッケル層３
１０を得る。その上にレジスト層３１１を塗布し、図１
０（１）に示すように再度ＳＲ３１２の照射を行う。こ
こではＸ線マスク３１３はキャビティの吸収体パターン
３２１及び位置合わせ用マークのパターン３２２を含ん
でいる。マスク３１３と金型の母型３０４はマスク上の
位置合わせマークおよびニッケル層３１０の位置合わせ
マーク３２０を使って、位置あわせを行った上で照射を
行う必要がある。そして、図１０（２）に示すように現
像してレジスト構造体３１４を得る。

【００７７】次いで、図１０（３）に示すようにニッケ
ル電鋳を行い、研磨、研削、切削などによって平滑化、
厚さ調整を行いニッケル層３１５を形成する。最後にレ
ジストをすべて除去して位置合わせマーク部などを含む
不要部分を切除して図１０（４）に示すように金型３１
６を得る。その後は、図２及び図３に示したものと同様
の工程、又は図５に示したものと同様の工程、あるいは
図２３で説明したものと同様の工程に沿ってキャビティ
とノズルが一体となった基板を製作することができる。

【００７８】（実施形態４）続いてセラミックス製のキ
ャビティ板、ノズル板、あるいはそれらが一体化した基
板を製作する方法について図１１及び図１２を用いて説
明する。なお、図中では段付き金型を用いているが、キ
ャビティ板、ノズル板を別々に製作する場合は、段のな
い金型を用いればよい。

【００７９】まず、図１１（１）に示すように金型６０
１を用いてモールドを行い、樹脂型６０２を製作する。
続いて図１１（２）に示すようにこの樹脂型にセラミッ
クス材料６０３を充填する。このとき、セラミックス材
料の形態はスラリー状、ペースト状、粉体状などいずれ
でも良い。充填方法との組み合わせで決めることができ
る。セラミックスを充填した樹脂型を加熱して脱バイン
ダーを行う。このとき、樹脂型も同時に焼失され図１２
（１）に示す構造体６０４を得る。続いてセラミックス
を所定の雰囲気で、焼成を行うと図１２（２）に示すよ
うにセラミックス基板６０５となる。こうして得られた
セラミックス基板６０５を研磨し厚さを調整して、図１
２（３）に示すようにインクジェットヘッド用セラミッ
クス基板６０６を得る。

【００８０】（実施形態５）その他の例として、圧力発
生素子の配列された金属基板上に、直接キャビティ、ノ
ズルを形成する方法を示す。なお、ここではすでに圧力
発生素子が配列された基板を想定してるが、まず基板上
に直接キャビテイ、ノズルを形成した後に、圧力発生素
子を配列することも可能である。さらに、図１３〜１６
では圧力発生素子（５０２、７０２）はインクと触れる
ような構造としているが、図２０、２１に示すようにイ
ンクと触れない側に設けられる構造とすることもでき
る。

【００８１】まず図６，７に示す工程で、段付き金型５
０１を製作する。この金型を用いて、図１３（１）に示
すようにホットエンボスを行い、圧力発生素子５０２が
配列された金属基板５０３上に樹脂の構造体５０６を製
作する。このとき、金型と基板とは所定の精度で合わせ
る必要がある。また、金属基板５０３が薄く機械的強度
が低いので、裏打ち５０５を接着して剛性を高める場合
もある。あるいは５０５をシリコンとし、その上にメッ
キした金属５０３を形成することもあり得る。続いて、
図１３（２）及び（３）に示すように反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）を行って基板上に残る薄い樹脂膜を除
去し、図１４（１）に示すようにニッケル電鋳を行って
ニッケル層を形成し金属構造体５０９を得る。次いで、
図１４（２）に示すように研磨による平滑化および厚さ
調整を行って金属構造体５１０とした後、裏打ち５０５
を取り外し、インクタンク口５０４から樹脂型除去を行
って図１４（３）に示す金属部品５１１を製作する。な
お、ここで５０５を溶解して除去することも可能であ
る。これによって、圧力発生素子の配列された基板５０
３上に、直接キャビティ板とノズル板を形成することが
できる。

【００８２】なお、モールドについては、射出成型を用
いる方法もある。図１５（１）に示すように、圧力発生
素子が配列された金属基板７０３を金型７０１に押しつ
け、インクタンク口７０４から樹脂を注入し、硬化させ
る。このときも、基板と金型は所定の精度で位置合わせ
して固定する必要がある。図１５（２）及び（３）に示
すように離型した後ＲＩＥで基板上に残る薄い樹脂を除
去し、図１６（１）に示すようにニッケル電鋳を行いニ
ッケル層を形成し、金属構造体７０９を得る。図１６
（２）に示すように研磨による平滑化および厚さ調整を
行った後、図１６（３）に示すように樹脂型除去を行っ
て金属部品７１１を製作する。これによって、圧力発生
素子の配列された基板７０３上に、直接キャビティ板と
ノズル板を形成することができる。

【００８３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、安
定したインク吐出できる微細な高密度のインクジェット
ヘッドの部品を高精度でかつ容易に製造できる。これに
より高解像度かつ高速の印刷をするインクジェットヘッ
ドおよびインクジェットプリンタを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１にかかるインクジェットヘ
ッドの製造方法をその工程に沿って示す断面図。

【図２】本発明の実施形態１にかかるインクジェットヘ
ッドの製造方法をその工程に沿って示す断面図。

【図３】本発明の実施形態１にかかるインクジェットヘ
ッドの製造方法をその工程に沿って示す断面図。

【図４】本発明の実施形態１にかかるインクジェットヘ
ッドの製造方法におけるモールド工程の変形例をその工
程に沿って示す断面図。

【図５】本発明の実施形態１にかかるインクジェットヘ
ッドの製造方法におけるモールド工程の変形例をその工
程に沿って示す断面図。

【図６】本発明の実施形態２にかかるインクジェットヘ
ッドの製造のための金型の形成方法をその工程に沿って
示す断面図。

【図７】本発明の実施形態２にかかるインクジェットヘ
ッドの製造のための金型の形成方法をその工程に沿って
示す断面図。

【図８】本発明の実施形態２にかかるインクジェットヘ
ッドの製造のための金型の形成方法をその工程に沿って
示す断面図。

【図９】本発明の実施形態３にかかるインクジェットヘ
ッドの製造のための金型の形成方法をその工程に沿って
示す断面図。

【図１０】本発明の実施形態３にかかるインクジェット
ヘッドの製造のための金型の形成方法をその工程に沿っ
て示す断面図。

【図１１】本発明の実施形態４にかかるインクジェット
ヘッドの製造方法をその工程に沿って示す断面図。

【図１２】本発明の実施形態４にかかるインクジェット
ヘッドの製造方法をその工程に沿って示す断面図。

【図１３】本発明の実施形態５にかかるインクジェット
ヘッドの製造方法をその工程に沿って示す断面図。

【図１４】本発明の実施形態５にかかるインクジェット
ヘッドの製造方法をその工程に沿って示す断面図。

【図１５】本発明の実施形態５にかかるインクジェット
ヘッドの製造方法におけるモールド工程の変形例をその
工程に沿って示す断面図。

【図１６】本発明の実施形態５にかかるインクジェット
ヘッドの製造方法におけるモールド工程の変形例をその
工程に沿って示す断面図。

【図１７】キャビテイ板の構造の一例を示す図。

【図１８】ノズル板の構造の一例を示す図。

【図１９】インクジェットプリンタの構造の一例を示す
図。

【図２０】インクジェットヘッドの構造の一例を示す
図。

【図２１】インクジェットヘッドの動作を説明する図。

【図２２】従来のインクジェットヘッドの製造方法をそ
の工程に沿って示す断面図。

【図２３】本発明の実施形態１にかかるインクジェット
ヘッドの製造方法における変形例をその工程に沿って示
す断面図。

【符号の説明】

１０１．レジスト１０２．金属膜１０３．シリコン基板１０４．導電性基板１０５．支持膜１０６．吸収体パターン１０７．Ｘ線リソグラフィ用マスク１０８．シンクロトロン放射光（ＳＲ）１０９．レジスト構造体１１０．ニッケル層１１１．金型１１２．樹脂の構造体１１３．金属膜１１４．シリコン基板１１５．導電性基板１１６．イオン１１７．樹脂部分１１８．ニッケル層１１９．金属部品１２０．金型１２１．樹脂膜２０１．レジスト２０２．金属膜２０３．シリコン基板２０４．導電性基板２０５．支持膜２０６．吸収体（ノズルに対応）２０７．Ｘ線リソグラフィ用マスク２０８．シンクロトロン放射光（ＳＲ）２０９．レジスト構造体（ノズル対応）２１０．ニッケル層２１１．レジスト構造体２１２．金属膜２１３．シリコン基板２１４．基板２１５．ＳＲ２１６．支持膜２１７．吸収体（キャビティに対応）２１８．Ｘ線マスク２１９．レジスト構造体２２０．金型２２１．金属層２２２．金型２２３．レジスト構造体（位置合わせ用マーク対応）２２４．位置合わせマーク２２５．吸収体（位置合わせマークに対応）２２６．吸収体（位置合わせマークに対応）２３２．金型２３３．樹脂型２３４．ニッケル層２３５．金属部品３０１．レジスト３０４．金型の母型３０５．支持膜３０６．吸収体パターン３０７．Ｘ線リソグラフィ用マスク３０８．ＳＲ３０９．レジスト構造体３１０．ニッケル層３１１．レジスト層３１２．ＳＲ３１３．マスク３１４．レジスト構造体３１５．ニッケル層３１６．金型３２０．位置合わせマーク３２１．吸収体（キャビティに対応）３２２．吸収体（位置合わせマークに対応）４０１．樹脂注入孔４０２．基板４０６．金属部品４０７．金属構造体４０８．金属部品５０１．段付き金型５０２．圧力発生素子５０３．金属基板５０４．インクタンク口５０５．裏打ち５０６．樹脂の構造体５０９．金属構造体５１０．金属構造体５１１．金属部品６０１．金型６０２．樹脂型６０２６０３．セラミックス材料６０４．構造体６０５．セラミックス基板６０６．インクジェットヘッド用セラミックス基板７０１．金型７０２．圧力発生素子７０３．金属基板７０４．インクタンク口７１１．金属部品８０１．キャビテイ板８０２．キャビテイ８０３．リザーバ８０４．供給口９０１．ノズル板９０２．ノズル１００１．本体、１００２．インクジェットヘッド１００３．トレイ１００４．用紙１００５．ロール１００６．ロール１００７．排出口１００８．操作パネル１００９．制御回路１０１０．インクジェトヘッドの動作方向１１０１．ノズル１１０２．ノズルプレート１１０３．壁１１０４．キャビテイ１１０５．振動板１１０６．圧電素子１１０７．リザーバ１１０８．供給口１１０９．インクタンク口１２０１．ノズル１２０２．壁１２０３．キャビテイ１２０４．振動板１２０５．圧電素子１２０６．リザーバ１２０７．供給口１２１１．インク滴１２１２．インクの流れ１２２１．変形後の振動板１２２２．変形後の圧電素子１３０１．金属基板１３０２．第１レジスト層１３０３．第１マスク１３０４．第１遮光部１３０５．紫外線１３０６．第１未照射部１３０７．第２レジスト層１３０８．第２マスク１３０９．第２遮光部１３１０．第２未照射部１３１１．金属層１３１２．金型１３１３．キャビテイ板１３１４．ノズル１３１５．キャビテイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを満たすキャビティとその一面に
配列された圧力発生素子とノズルを有するインクジェッ
トヘッドの製造方法であって、Ｘ線を用いたリソグラ
フィにより金型を形成する工程と、該金型を用いて前記
キャビティ及びノズルの少なくとも一つを備える金属製
基板を形成する工程を具備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。
【請求項２】圧力発生素子が配列された部品上、ある
いは圧力発生素子が後工程で配列される部品上に直接電
鋳で金属からなるキャビティおよび金属からなるノズル
を形成することを特徴とする請求項１記載のインクジェ
ットヘッドの製造方法。
【請求項３】インクを満たすキャビティとその一面に
配列された圧力発生素子とノズルを有するインクジェッ
トヘッドの製造方法であって、Ｘ線を用いたリソグラ
フィにより金型を形成する工程と、該金型を用いて前記
キャビティ及びノズルの少なくとも一つを備えるセラミ
ック製基板を形成する工程を具備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。
【請求項４】前記セラミックスがジルコニア、アルミ
ナ、及びシリカから選択される少なくとも一種を含むこ
とを特徴とする請求項２３記載のインクジェットヘッド
の製造方法。
【請求項５】前記Ｘ線を用いたリソグラフィにより金
型を形成する工程において、フィルム状に形成したレジ
スト膜を基板上に張り付けることを特徴とする請求項１
乃至４のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造
方法。
【請求項６】前記Ｘ線を用いたリソグラフィで作製し
た金型を用いてホットエンボスを行い樹脂型を形成する
工程と、該樹脂型を用いて前記基板を形成する工程を有
し、前記ホットエンボスの工程で、導電性基板上にフィ
ルム状に形成した樹脂膜を張り付けることを特徴とする
請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットヘッ
ドの製造方法。
【請求項７】前記Ｘ線としてシンクロトロン放射光を
用いることを特徴とするインクジェットヘッド請求項１
乃至４のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造
方法。
【請求項８】前記Ｘ線を用いたリソグラフィにより金
型を形成する工程において、Ｘ線リソグラフィ用基板に
金属膜を蒸着したシリコン基板を用いることを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットヘ
ッドの製造方法。
【請求項９】前記Ｘ線を用いたリソグラフィにより金
型を形成する工程において、金型製作後に基板を溶解し
て除去することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】インクを満たすキャビティとその一面
に配列された圧力発生素子とノズルを有するインクジェ
ットヘッドの製造方法であって、圧力発生素子が配列
された部品上、あるいは圧力発生素子が後工程で配列さ
れる部品上に直接電鋳で金属からなるキャビティおよび
金属からなるノズルを形成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。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれかに記載の
製造方法により製造されたインクジェットヘッド。