JP2006175765A - シリコン部材の陽極接合法及びこれを用いたインクジェットヘッド製造方法並びにインクジェットヘッド及びこれを用いたインクジェット記録装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガラス層を介して第1及び第2のシリコン部材を陽極接合する方法において、第1のシリコン部材37aの表面にSiO2酸化シリコン層4を形成後、更にその表面にガラス層を形成するとともに、第2のシリコン部材37bの表面にはSiO2よりも酸素が欠乏したSiOx(x<2)酸化シリコン層を形成し、上記ガラス層面と上記SiOX(x<2)酸化シリコン層面を接触させ、両部材を加熱しながら両部材間に電圧を印加することにより、第1及び第2のシリコン部材を接合する。
【選択図】図1−2
Description
本発明の他の特徴は、前記ダイアフラム基板はシリコン素材のMEMS加工によるものではなく金属あるいは高分子樹脂フィルムにより形成されていることも可能である点である。
(イ)少なくとも、微小なノズルを多数配列したオリフィス基板と、各ノズルに対応した圧力室を有するインクチャンバ基板を、単結晶シリコン部材をMEMS加工法であるドライエッチング法により製作したので、高精度なヘッドを製作することができる。
(ロ)インクジェットヘッドのインク室の側壁には、酸化シリコン層が形成されているので耐腐食性に優れ、極めて広範な用途に使用できる。
(ハ)陽極接合する際のガラス層をインクチャンバ基板に蒸着し、オリフィス基板には蒸着しないため、ノズルの穴部に蒸着物が付着することがなく、ノズル径を極めて小さくして微小液滴の吐出を行うことが可能となる。
(ニ)オリフィス基板とインクチャンバ基板との接合に接着剤を用いないため、ノズル近傍での接着剤のはみ出しに起因するインクの吐出不安定、インクの吐出方向の曲がり等の問題を生じない。
図1−1、1−2は本発明にかかるシリコン部材の陽極接合法の一実施例を示す。まず図1−1の(a)に示すように、第1のシリコン部材37aの表面を水蒸気雰囲気中で例えば1150℃で酸化することにより厚み1μm程度のSiO2酸化シリコン層4を形成する。次に同図(b)のようにSiO2酸化シリコン層4の表面にほう珪酸ガラス層或いはパイレックスガラス層等のガラス層5をスパッタにより形成する。
前述の陽極接合法を用いた本発明のインクジェットヘッド製造方法及びその構造について以下説明する。
図2及び図3は本発明にかかるインクジェットヘッド製造方法の第1の実施例を示す。図2の1はダイアフラム基板、3はインクチャンバ基板、6はオリフィス基板を示し、それぞれ単結晶シリコンをMEMS加工することにより製作される。図2の(a)のダイアフラム基板1は、インクチャンバ基板3との接合部1aと、圧電素子(図示せず)と接着され、振動する部分1dと、インク流入部となりフィルタ(図示せず)が形成される部分1eとを有する。また1bは電圧を印加するための端子となる部分であり、1cは接合後に端子部分1bを切断除去するための切欠部である。
図4及び図5は本発明にかかるインクジェットヘッドの製造方法の第2の実施例を示す。第1の実施例との違いは、ダイアフラム基板1に電圧を印加するための端子部1bを無くした点にある。また基板の表面への酸化シリコン膜の形成は、酸素を供給した状態で高温で保持することにより、単結晶シリコン部材の表面層を酸化させることにより行った。オリフィス基板6とダイアフラム基板1は酸素雰囲気下で600℃の低温熱酸化により、表面に酸素が欠乏したSiOx(x<2)酸化シリコン層2を形成した。なお、SiOx(x<2)酸化シリコン層2の厚みは0.1μmと薄くした。
図6及び図7は本発明にかかるインクジェットヘッドの製造方法の第3の実施例を示す。第1及び第2の実施例ではオリフィス基板6、インクチャンバ基板3、ダイアフラム基板1をシリコン部材により形成したが、本実施例ではダイアフラム基板1をポリイミド樹脂、アラミド樹脂、ポリサルファン樹脂等の高分子フィルムで形成した。
図10、図11は本発明にかかるインクジェット記録装置の一実施例を示す構成図である。この実施例は、複数個のヘッドを配列したライン配列ヘッド(以下、ラインヘッドと称する)の構成を示す。図11の25a〜25fは図8或いは、図9の断面構造を有するインクジェットヘッドで、少なくともオリフィス基板6とインクチャンバ基板3はシリコン単結晶基板のMEMS加工により製作された後、陽極接合されている。本発明のインクジェットヘッドは、オリフィス基板6のノズル7がMEMS加工で製作されているため、極めて高精度で、同一ヘッド内及びヘッド間でのノズル径及び深さ方向等の寸法のバラツキが極めて少なく、また位置精度も優れている。インクチャンバ基板3もインク吐出性能に影響を及ぼすインク室(圧力室、リストリクタ、マニホールド等)の形状、寸法ともヘッド内及びヘッド間でのばらつきが極めて少ない。
次に本発明にかかるインクジェット記録装置の使用例、適用例について説明する。
インクジェットヘッドとして図8に示した構造のヘッド24aを用い、ポリイミド樹脂のNMP溶液をTFT(薄膜トランジスタ)を含む回路、或いは、カラーフィルタが形成されたガラス或いはプラスチック等からなる液晶パネル基板30上に吐出し、均一なベタ膜を印刷する用途に用いることができる。
図10には1本のラインヘッド26が搭載された構成を示したが、3本のラインヘッドを搭載し、それぞれのラインヘッドからR、G、Bの3色の材料(カラーフィルタ材料や発光材料)を吐出することにより、ガラス或いはプラスチック等のパネル基板30上にパターニングする用途に適用できる。なおインクジェットヘッドとしては、図8の24a,図9の24bのいずれのヘッドも使用できる。
4本のラインヘッドを搭載し、それぞれのラインヘッドからY、M、C、Kの4色のカラーインク材料を紙或いはプラスチックからなる被印刷物30上に吐出させることにより、カラー印刷を行うことができる。水性、油性、通常溶媒タイプのカラーインクの場合は、図9に示したヘッドを用いることができる。
インクジェットヘッドにより、銀や銅等の金属ナノ粒子を用いた導電性インクをポリイミド樹脂フィルムやセラミック基板の表面に吐出・パターニングし、回路配線パターンを印刷することが出来る。50μm幅より狭い配線を形成するには3ピコリットル以下の微小液滴を所定位置に精度良く吐出する必要があるが、そのような用途にも対応できる。
3:インクチャンバ基板、4:SiO2酸化シリコン層、5:ほう珪酸ガラス層、
6:オリフィス基板、7:ノズル、8:台座、8a:電極膜、8b:ヒータ、
9:加圧熱板、9a:電極膜、9b:ヒータ、10a、10b、10c:電極端子、
11a:マニホールド、11b:圧力室、12:インク室の側壁、
13:直流電源、14:スイッチ、15:撥インク膜、16:接着剤、
17:ダイアフラム板、18:圧電素子、19:接着剤、20:ハウジング、
22:インク流路、23:インク滴、
25a、25b、25c、25d、25e、25f:インクジェットヘッド、
26:ラインヘッド、27:ベースプレート、
28a、28b、28c、28d、28e、28f:インク滴列、
29:ラインヘッド取付台、30:被印刷物、31:搬送機構、32:装置ベース筺体、
33:ラインヘッド駆動装置、34:吐出信号生成装置、
35:被印刷物搬送機構駆動装置、36:制御装置、
37a:第1シリコン部材、37b:第2シリコン部材、38:3層構造基板、
39:SiOX(x<2)酸化シリコン層
Claims (15)
- ガラス層を介して第1及び第2のシリコン部材を陽極接合する方法において、第1のシリコン部材の表面にSiO2酸化シリコン層を形成後、更にその表面にガラス層を形成するとともに、第2のシリコン部材の表面にはSiO2よりも酸素が欠乏したSiOx(x<2)酸化シリコン層を形成し、上記ガラス層面と上記SiOX(x<2)酸化シリコン層面を接触させ、両部材を加熱しながら両部材間に電圧を印加することにより、第1及び第2のシリコン部材を接合することを特徴とするシリコン部材の陽極接合法。
- 請求項1において、前記SiOX(x<2)酸化シリコン層は、第2のシリコン部材の表面に熱酸化膜を形成する工程と、該熱酸化膜に紫外線あるいは電子線を照射することによって酸素原子を遊離させる工程により形成されることを特徴とする請求項1記載のシリコン部材の陽極接合法。
- 請求項1において、前記SiOX(x<2)酸化シリコン層は、第2のシリコン部材の表面に熱酸化膜を形成する際の酸化温度、酸素濃度を変えることにより、酸化度の異なる酸化シリコン層を形成することを特徴とするシリコン部材の陽極接合法。
- 圧力室を有するインクチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラムを有するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル孔を有するオリフィス基板とを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、前記インクチャンバ基板と前記オリフィス基板をシリコン素材のMEMS加工により製作する工程と、前記インクチャンバ基板の表面にSiO2酸化シリコン層を形成する工程と、該SiO2酸化シリコン層の表面にガラス層を形成する工程と、前記オリフィス基板の表面に酸素が欠乏したSiOX(x<2)酸化シリコン層を形成する工程と、前記インクチャンバ基板とオリフィス基板とを加熱しながら両基板間に電圧を印加して両基板を接合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。
- 圧力室を有するインクチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラムを有するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル孔を有するオリフィス基板とを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、前記ダイアフラム基板、オリフィス基板及びインクチャンバ基板をシリコン素材のMEMS加工により製作する工程と、前記インクチャンバ基板の表面にSiO2酸化シリコン層を形成する工程と、該SiO2酸化シリコン層の表面にガラス層を形成する工程と、前記ダイアフラム基板と前記オリフィス基板の表面にSiO2よりも酸素が欠乏したSiOX(x<2)酸化シリコン層を形成する工程と、前記ダイアフラム基板と前記オリフィス基板で前記インクチャンバ基板をはさみ、前記インクチャンバ基板と他の二つの基板との間に直流電圧を印加して前記3つの基板を陽極接合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において、前記インクチャンバに前記ダイアフラム基板を接着剤により接着する工程を含むことを特徴とするインクジェットの製造方法。
- 請求項6において、前記ダイアフラム基板は金属あるいは高分子樹脂フィルムにより形成されて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
- 請求項4において、前記オリフィス基板の表面に撥インク膜を形成する工程と、該撥インク膜形成後に前記インクチャンバにダイアフラム基板を接着する工程とを含む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5において、前記陽極接合する工程は、ヒータを内蔵する台座と加圧熱板との間にオリフィス基板、インクチャンバ基板及びダイアフラム基板をはさみ、前記インクチャンバと、前記台座及び加圧熱板との間に直流電圧を印加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5において、前記陽極接合する工程は、ヒータを内蔵する台座と加圧熱板との間にオリフィス基板、インクチャンバ基板及びダイアフラム基板をはさみ、前記インクチャンバと、前記ダイアフラム基板及び前記台座との間に直流電圧を印加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。
- 圧力室を有するインクチャンバ基板と、該インクチャンバ基板に接合されたダイアフラム基板と、該ダイアフラム基板に接着され、電気信号に応じて前記圧力室を加圧する圧電素子と、前記インクチャンバ基板に接合され、前記ダイアフラム基板により加圧されたインクを吐出するノズル孔を有するオリフィス基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、少なくとも前記圧力室を形成するインクチャンバの壁面と、インクと接触する前記ダイアフラム基板及びオリフィス基板の面に酸化シリコン膜が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
- 圧力室を有するインクチャンバ基板と、該インクチャンバ基板に接合されたダイアフラム基板と、該ダイアフラム基板に接着され、電気信号に応じて前記圧力室を加圧する圧電素子と、前記インクチャンバ基板に接合され、前記ダイアフラム基板により加圧されたインクを吐出するノズル孔を有するオリフィス基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記インクチャンバは、シリコン部材の表面にSiO2酸化シリコン層とガラス層を形成したものからなり、前記オリフィス基板は、シリコン部材の表面に、SiO2よりも酸素が欠乏したSiOX(x<2)酸化シリコン層を形成したものからなり、両シリコン部材を陽極接合した接合体により前記インクチャンバとオリフィス基板が構成されることを特徴とするインクジェットヘッド。
- 請求項12において、前記ダイアフラム基板は前記インクチャンバ基板に接着された金属あるいは高分子樹脂フィルムにより形成されることを特徴とするインクジェットヘッド。
- 圧力室を有するインクチャンバ基板と、該インクチャンバ基板に接合されたダイアフラム基板と、該ダイアフラム基板に接着され、電気信号に応じて前記圧力室を加圧する圧電素子と、前記インクチャンバ基板に接合され、前記ダイアフラム基板により加圧されたインクを吐出するノズル孔を有するオリフィス基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記インクチャンバは、シリコン部材の表面にSiO2酸化シリコン層とガラス層を形成したものからなり、前記オリフィス基板及びダイアフラム基板はシリコン部材の表面にSiOX(x<2)酸化シリコン層を形成したものからなり、上記3つのシリコン部材を陽極接合した接合体により、前記インクチャンバとオリフィス基板とダイアフラム基板が構成されることを特徴とするインクジェットヘッド。
- 請求項11乃至14の何れか1項に記載したインクジェットヘッドを搭載したことを特徴とするインクジェット記録装置。
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