JP2008093902A

JP2008093902A - 薄膜振動板の転写方法およびそれを用いたインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2008093902A
Application number: JP2006276626A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Nozu; 智史野津
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2008-04-24

Abstract

【課題】ガラスを研磨して薄膜の振動板として用いる際に、ガラスの割れや破損をなくし歩留まりよく振動板を形成する。
【解決手段】振動板となるほう珪酸ガラスをあらかじめ支持基板となる青板ガラスなどにワックスで接着し所定の振動板厚まで研磨する。その後支持基板と一体となった振動板を溝の形成された流路基板に紫外線硬化型接着剤を用いて接着し、最後に支持基板を除去することで薄膜の振動板を流路基板に転写する。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜の振動板を備えたインクジェットヘッドの製造方法に関する。

一般に、プリンターやファクシミリ等の画像記録装置として用いられるインクジェット記録装置において使用するマイクロアクチュエーターを含むインクジェットヘッドは、微少な液滴を吐出するノズル、ノズルと連通する加圧室（インク流路）、加圧室内を加圧するための圧力発生手段等から構成され、加圧室内の液滴を加圧してノズルから液滴を吐出させている。

圧力発生手段としては、加圧室内に設置された発熱体により液体を発砲させて液滴を吐出させるバブル型のもの、加圧室の一部を形成している振動板を圧電素子により変形させることで液滴を形成させるピエゾ型のもの、静電気力で振動板を変形させることで液滴を吐出させる静電型と大きく3つに分類される。

上記3つのうち、振動板を用いるピエゾ型や静電型のインクジェットヘッドにおいては、高密度化、高精細化に伴い、振動板の薄膜化、大面積化が求められている。

特開平9-94965号ではシリコンの異方性エッチングを利用し複数のインク流路に相当する連通する溝を形成したシリコン製の流路基板に、取り扱い上で破損する心配のない厚さのほう珪酸ガラス板を静電接合し、静電接合されたほう珪酸ガラスを所定の厚さまで研磨して振動板を形成、シリコン製のインク室を作製している。その後、この振動板上に導電性層を形成し、導電性層の上に圧電素子を接着、接着された圧電素子を所定の厚さまで研磨し、研磨された圧電素子の表面に導電性を形成している。最後に導電性層を形成された圧電素子をインク加圧室の位置に合わせて不要部分を除去し細分化し、個々の記録ヘッドに切断するという工程で記録ヘッドを作製している。シリコン製の流路基板の作製に際して、シリコンの両面から加工できるので、ノズル、加圧室を比較的自由な形状にすることができる。
特開平9-94965号公報

上述のようなインク室作製における振動板形成に際しては、静電接合されたほう珪酸ガラスを研磨することで所定の厚みの振動板を得ている。しかし、図3に示すように振動板となるほう珪酸ガラスはシリコン301と静電接合されているガラス面302と溝303の上にあるメンブレンとなっているガラス面304とが存在する。これらのうち溝上のメンブレンとなっているほう珪酸ガラスは研磨工程に対して強度が弱いので、研磨する過程でひび割れ等が生じやすい。研磨が進み振動板厚が薄くなるにつれて、メンブレン部の振動板が割れる可能性はさらに高くなる。また、研磨工程前の静電接合時に、シリコンとほう珪酸ガラスとの間に未接合部があるとその部分のほう珪酸ガラスが研磨中に割れやすくなるといった問題点がある。

つまりほう珪酸ガラス板を静電接合した後研磨することで薄膜の振動板を歩留まりよく安定して作製するには限界がある。

このような背景を鑑みて、薄膜の振動板を精度よく形成する手段として以下のものが考えられている。すなわち、振動板となるほう珪酸ガラスをあらかじめ支持基板となる青板ガラスなどにワックスで接着し、所定の振動板厚まで研磨する。その後支持基板と一体となった振動板を溝の形成されたインク室に紫外線硬化型接着剤を用いて接着し、最後に支持基板を除去することで、薄膜の振動板をインク室に転写する方法である。

本発明では、振動板となるほう珪酸ガラスを支持基板にワックスで接着する。ワックスは研磨冶具にサンプルを貼り付ける際に一般的によく用いられるもので、70℃程度の温度で溶解するもので構わない。加圧によりワックスは均一に伸び、支持基板とガラスは精度よく接着することができる。

その後支持基板と一体となったほう珪酸ガラスを研磨する。ほう珪酸ガラスは溝が形成されていない支持基板に貼り合わせているのでメンブレン部となっている個所はなく、研磨時のほう珪酸ガラスにかかる応力でひび割れや破壊が起こる可能性は大幅に減少する。また、支持基板と一体となったメンブレン部のないガラスを研磨するので、ガラスが薄くなっても割れる可能性は大幅に減少し、振動板となる薄膜のガラスを歩留まりよく作製することができる。

振動板としての厚みは所望のインクジェットヘッドの構成により異なるが、例えば10μm以下の振動板厚が必要ならば、その厚みのほう珪酸ガラス単体をハンドリングすることは困難であり、支持基板からほう珪酸ガラスをはずすことなく溝の形成されたシリコン製の流路基板に形成する必要がある。よって本発明では支持基板と一体となったほう珪酸ガラスを支持基板から取り外すことなく、シリコン製の流路基板に貼り合わせ、貼り合わせ後支持基板を除去する。支持基板が流路基板への貼り合わせの冶具の役割を果たしている。

シリコン製の流路基板とほう珪酸ガラスとは接着剤で貼り合わせる。本発明で用いる接着剤としては、数μm以下の厚みで均一に塗布でき、かつ支持基板の除去の際の工程及びその後のインクジェットヘッド作製プロセスに耐えうるものでなければならない。

接着剤としては、熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤等があるが、一般的には加温により溶媒を飛ばす熱硬化性接着剤が多く用いられている。基板に塗布後、加温することで接着剤中の溶媒を揮発させ接着剤を硬化させるものである。しかし、本発明では支持基板とほう珪酸ガラスとをワックスで固定しており、加温することでガラスとシリコン製の流路基板との接着前にワックスが溶けてしまう恐れがある。よって本発明の接着剤としては、紫外線硬化型接着剤を用いる。この接着剤は光硬化型樹脂からなり、液状のモノマーやオリゴマーに紫外線を照射することでたちまち硬化するものである。これによりシリコン製の流路基板とほう珪酸ガラスとの接着は室温で可能となる。また支持基板としては紫外線を透過しなければならないので、青板ガラスなどの紫外線透過材料を用いる必要がある。

シリコン製の流路基板とほう珪酸ガラスとの接着後、支持基板を除去する。加温によりワックスは溶けるので、容易に支持基板からはずすことができ、薄膜のガラスの振動板をシリコン製の流路基板に容易に転写することができる。

以上説明してきたように、インク加圧室、ノズル、及びインク供給路が連結する溝として形成されている流路基板上に、ガラスからなる振動板を形成するインクジェットヘッドにおいて、ガラスを支持基板にワックスで接着した後所定の厚みに研磨し、支持基板と一体となったガラスを流路基板上に紫外線硬化型接着剤で接着し、支持基板のみを除去しガラスの振動板を流路基板上に転写することで、ガラスの研磨工程におけるひび割れ、破損をなくし、歩留まりよく振動板を形成することができる。

（実施例1）
本発明の第1実施例を示す。図1(a)に示すように、50μm厚のほう珪酸ガラス101を青板ガラスからなる厚さ2mmの支持基板102にエレクトロンワックス103に貼り合わせる。エレクトロンワックス103は室温では硬化しているが、70℃以上の温度に加熱することで溶解する。

まず、支持基板102をホットプレート上で70℃に加熱しその上にエレクトロンワックス103を薄く塗る。その後ほう珪酸ガラス101を貼り合わせ、荷重を印加してほう珪酸ガラス101と支持基板102を密着させる。室温に戻すとエレクトロンワックス103は硬化し接着が完了する。接合面からはみ出したエレクトロンワックス103をふき取り、再度70℃の温度下で加圧後、室温に戻してもよい。これにより接着面のエレクトロンワックス103がより均一に伸び、ほう珪酸ガラス101と支持基板102とがムラなく接着することができる。

次に支持基板102と一体となったほう珪酸ガラス101を所望の振動板厚にするためにラッピング研磨を行う。研磨剤としては流形1μmのダイヤモンドスラリーを用いた。ほう珪酸ガラス101はメンブレン部がないので、研磨途中にひび割れ等の破損がなく、精度よく研磨でき、図1(b)のように薄膜の振動板104が得られる。本実施例では4μmの振動板厚にしている。

所望の厚みが得られたら、インクを加圧するためのインク加圧室、インクを噴射するためのノズル、及びインク供給路が連結する溝として形成されているシリコンでできた流路基板105と前記支持基板102と一体となった薄膜の振動板104とを接着する。なお前記溝はシリコンの異方性エッチングを利用したウエットエッチングあるいはドライエッチングにより形成する。また流路基板105としては必ずしもシリコンである必要はなく、ポリイミドやポリエーテルイミド等のプラスチック材料であっても構わない。

まず、図1(c)に示すように研磨された薄膜の振動板104に紫外線硬化型接着剤106を塗布し、スピンコートする。スピンコートされた紫外線硬化型接着剤106の厚みは1μm以下と薄いものであった。

次に図１(d)に示すようにシリコン製の流路基板105と前記紫外線硬化型接着剤106をスピンコートした薄膜の振動板104とを貼り合わせる。この際に適度な荷重を印加してもよい。

前記貼り合わせの後、図１(e)のように支持基板102側から紫外線107を照射する。本実施例では照度4.0ｍW/cm²の紫外線を5分間照射した。青板ガラスからなる支持基板102及びほう珪酸ガラスからなる薄膜の振動板104は紫外線107を透過するので、液状の紫外線硬化型接着剤106は硬化し、研磨された薄膜の振動板104と流路基板105とを接着させることができる。一般に熱硬化型接着剤は接着剤中の溶媒を揮発させて硬化させるので接着剤の厚みが減少するが、紫外線硬化型接着剤にはその心配がない。よって薄膜の振動板104上にスピンコートする接着剤の厚みの制御により、接着層の厚みを制御することができる。

支持基板102と一体となった薄膜の振動板104と流路基板105との接着後、支持基板102を除去する。支持基板102はワックスで接着されていることより、70℃の加温によりワックスは溶け支持基板102を容易に除去することができる。ガラス上に付着しているワックスは拭き取ればよい。（図1(f)）紫外線硬化型接着剤106は硬化しており、加温しても溶解することはない。

以上により、薄膜な振動板を流路基板上に歩留まりよく転写することができる。

流路基板105上に薄膜の振動板104を転写後、振動板上に電極、圧電体素子、電極を積層し、前記電極及び圧電体素子をパターニングし圧力室に対応した個別素子を作製することでインクジェット記録装置を作製することができる。

（実施例２）
本発明の第2実施例を示す。図2(a)に示すように、100μm厚のほう珪酸ガラス201を支持基板202にエレクトロンワックス203に貼り合わせる。本実施例では支持基板202の材料としては特に限定せず、平行度のよいものであればよい。

まず、支持基板202をホットプレート上で80℃に加熱しその上でエレクトロンワックス203を溶かし薄く塗る。その後ほう珪酸ガラス201を貼り合わせ、荷重を印可して密着させる。室温に戻すとエレクトロンワックス203は硬化し接着が完了する。

次に支持基板202と一体となったほう珪酸ガラス201を所望の振動板厚にするために研磨を行う。ほう珪酸ガラス201はメンブレン部がないので、研磨途中にひび割れ等の破損がなくかつ精度よく研磨でき、図2(b)のように薄膜の振動板204が得られる。本実施例では7μm厚まで研磨している。

所望の厚みが得られたら、インクを加圧するためのインク加圧室、インクを噴射するためのノズル、及びインク供給路が連結する溝として形成されているシリコン製の流路基板205と前記支持基板202と一体となった薄膜の振動板204とを接着する。なお前記流路基板としては必ずしもシリコンでなくてもよくポリイミドやポリエーテルイミドなどのプラスチック製材料であっても構わない。

まず、図2(c)に示すように研磨された薄膜の振動板204に紫外線硬化型接着剤206を塗布し、スピンコートする。スピンコートされた紫外線硬化型接着剤206の厚みは1μm以下と薄いものである。なお、この紫外線硬化型接着剤206としては、紫外線照射後すぐには硬化せず、ある時間経過した後硬化が始まる遅延硬化タイプの紫外線硬化型接着剤を用いている。

次に図2(d)に示すように、紫外線硬化型接着剤206に直接紫外線207を照射する。その後、図2(e)に示すように流路基板205と薄膜の振動板204とを貼り合わせる。この際に適度な荷重を印加してもよい。液状の紫外線硬化型接着剤206は所定の時間経過後、硬化が開始され、研磨された薄膜の振動板204と流路基板205とを接着させることができる。

支持基板202と一体となった薄膜の振動板204と流路基板205との接着後、支持基板202を除去する。支持基板202はワックスで接着されていることより、80℃の加温によりワックスは溶け支持基板202を容易に除去することができる。（図2(f)）紫外線硬化型接着剤206は硬化しており、加温しても溶解することはない。またその後のインクジェットヘッドの作製工程で溶解および変質することもない。

本実施例では紫外線硬化型接着剤として遅延硬化型のものを用いていることより、支持基板としては必ずしも紫外線を透過する材料を用いる必要はない。

流路基板205上に薄膜の振動板204を転写後、振動板上に電極、圧電体素子、電極を積層し、前記電極及び圧電体素子をパターニングし圧力室に対応した個別素子を作製することでインクジェット記録装置を作製することができる。

本発明の第１実施例を説明する図。本発明の第２実施例を説明する図。課題の項目で述べた研磨工程の振動板の破壊を説明するための図。

符号の説明

101 ほう珪酸ガラス
102 支持基板
103 エレクトロンワックス
104 薄膜の振動板
105 流路基板
106 紫外線硬化型接着剤
107 紫外線
201 ほう珪酸ガラス
202 支持基板
203 エレクトロンワックス
204 薄膜の振動板
205 流路基板
206 紫外線硬化型接着剤
207 紫外線
301 シリコン
302 静電接合されているガラス面
303 溝
304 メンブレンとなっているガラス面

Claims

インクを加圧するためのインク加圧室、インクを噴射するためのノズル、及びインク供給路が連結する溝として形成されている流路基板上に、ガラスからなる振動板を形成するインクジェットヘッドにおいて
１ガラスを支持基板に接着後、所定の厚みに研磨し
２支持基板と一体となったガラスを流路基板上に接着し
３支持基板のみを除去し
振動板を流路基板上に転写することを特徴とする薄膜振動板の転写方法。
請求項１に記載の支持基板と一体となったガラスを流路基板上に接着する際、紫外線硬化材料を用いることを特徴とする薄膜振動板の転写方法。
請求項１に記載のガラスと支持基板とを接着する際、ワックスを用いることを特徴とする薄膜振動板の転写方法。
請求項２に記載の紫外線硬化材料の軟化温度は請求項３に記載のワックスの軟化温度より高いことを特徴とする薄膜振動板の転写方法。
請求項４に記載のワックスの軟化温度が８０℃以下であることを特徴とする薄膜振動板の転写方法。
請求項１に記載の支持基板として紫外線透過材料を用いることを特徴とする薄膜振動板の転写方法。
インクを加圧するためのインク加圧室、インクを噴射するためのノズル、及びインク供給路が連結する溝として形成されている流路基板上に、振動板を形成するインクジェットヘッドにおいて
１振動板を支持基板に接着後、所定の厚みに研磨し
２振動板上に遅延硬化する紫外線硬化材料を塗布し、紫外線を照射後
３支持基板と一体の振動板を流路基板上に接着し
４支持基板のみを除去し
振動板を流路基板上に転写することを特徴とする薄膜振動板の転写方法。
請求項７に記載の振動板と支持基板とを接着する際、遅延硬化する紫外線硬化材料の軟化温度より低い軟化温度のワックスを用いることを特徴とする薄膜振動板の転写方法。
請求項１及び請求項７に記載の流路基板上に転写した振動板上に電極、アクチュエータ、電極を積層して、前期アクチュエータの変形により前記振動板を変形させて圧力室内の液滴を飛翔させることを特徴とするインクジェット記録装置。
請求項９に記載のアクチュエータが圧電体材料で形成されていることを特徴とするインクジェット記録装置。