JP2010105391A - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び、液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】貫通孔20が形成された流路形成基板22と圧力室12を有する圧力室形成基板18とを接着剤24を介して接着してなる液滴吐出ヘッドであって、流路形成基板22における貫通孔20の、接着剤24との接触面端部が1〜100μmのR形状を有する。貫通孔端部のR形状は、パターン状のマスクを加熱してパターン状のマスクの端部にR形状を形成するキュア工程と、ドライエッチングによりに貫通孔を形成した後、さらに、形成された貫通孔の端部に低選択比でドライエッチングを行う貫通孔形成工程とを含む製造方法により簡易に形成しうる。
【選択図】図7
Description
図1に一般的な液滴吐出ヘッドの構成例を示す。ここで、液滴吐出ヘッド10は液体を保持し、圧力を付与するための圧力室12と液滴吐出用開口部14と圧力室12に液体を供給する液体供給用の開口部16とを備えた圧力室形成基板18と、液滴を満たしたタンク(図示せず)などから吐出用の液体を供給する液体流路20を備えた流路形成基板22とが接着剤24を介して接着されて構成される。流路形成基板22には、圧力室12に保持された液体に圧力を付与するための圧力供給手段26を形成するための逃げ部28が形成され、その空間に圧力供給手段26が配置される。圧力供給手段26には、圧力供給手段26を駆動させるための電力を供給する配線27が接続している。
ここで、両者を押圧して接着する際に、未硬化の接着剤の一部が押し出されて貫通孔に突出した状態で硬化される事態が生じることがある。このような接着剤の突出部は、液体の流路に影響を与える、或いは、液体がインクなどの溶剤や油成分を含む場合には、これにより硬化した接着剤の一部が溶融して混入したり、表面の強度が低下して一部が剥離して、液体に混入したりして、液滴の組成に影響を与える、或いは、剥離した接着剤によりノズルが詰まるなどの悪影響が懸念される。
これを防止するために接着剤の量を減少させると基板同士の接着性が弱まり、吐出ヘッドの耐久性が低下する。
即ち、本発明の構成は以下の通りである。
<1> 画像情報に基づき記録媒体に対して液滴を吐出して当該記録媒体にドットを形成することにより、前記画像情報により示される画像を前記記録媒体に形成する、少なくとも貫通孔20が形成された流路形成基板22及び圧力室12と該圧力室12へ液体を供給する開口部16と液体吐出用の開口部14とを有する圧力室形成基板18とを接着剤24を介して接着してなる液滴吐出ヘッドであって、
前記流路形成基板における貫通孔の、接着剤との接触面端部が1〜100μmのR形状を有する液滴吐出ヘッド。
<2> 前記接着剤が前記流路形成基板の貫通孔内側に沿って延設される<1>記載の液滴吐出ヘッド。
貫通孔端部に上記条件のR形状を設けることで、接着剤の延伸性が改良され、流路に対する接着剤のはみ出しもなく、高強度の接着が実現する。
流路形成基板作製用のシリコン基板に流路を貫通させるためのパターン状のマスクを形成するマスクパターン形成工程、
パターン状のマスクを加熱してパターン状のマスクの端部にR形状を形成するキュア工程、
ドライエッチングによりに貫通孔を形成し、その後、形成された貫通孔の端部にドライエッチングによりR形状を付与することで、端部がR形状をなす貫通孔を有する流路形成基板を形成する貫通孔形成工程、
得られた流路形成基板の貫通孔と、前記圧力室成形基板における圧力室へ液体を供給する開口部とが一致するように、接着剤を介して両者を接着する接着工程、
を有する液滴吐出ヘッドの製造方法。
この方法により、上記構成の液滴吐出ヘッドを簡易な方法で製造しうる。
<4> 前記キュア工程における加熱温度が、マスクを形成する材料の融点をT℃としたとき、T℃以上(T+100)℃以下の範囲である<3>記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
キュア工程においてこの温度条件を選択することで、レジストとなるマスクパターンを矩形から適切なR形状に形成することができ、これをドライエッチングすることで、貫通孔端部に良好なR形状を簡易に与えることができる。
<5> 前記貫通孔形成工程における、貫通孔の形成後、マスクを形成する材料と、流路形成基板材料とのドライエッチングの選択比が1以下の条件でドライエッチングが行われる<3>又は<4>記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
ドライエッチングの選択比を低くすることで、貫通孔の形成後に、貫通孔端部おける良好なR形状の形成を簡易に行うことができる。
流路形成基板及び貫通孔内部に酸素プラズマ処理などの接着剤との濡れ性を向上させる処理を行うことで、接着剤の貫通孔内即への延設が良好に行われ、接着剤の突出を効果的に抑制すると共に、接着強度も向上する。
<7> 前記接着工程が、流路形成基板表面に接着剤層を形成する工程、該接着剤層表面に、前記流路形成基板の貫通孔と前記圧力室成形基板における圧力室へ液体を供給する開口部とが、一致するように圧力室成形基板を圧接させる工程、及び、接着剤を硬化させる工程を含む<3>〜<6>記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
接着工程で、R形状が形成された流路形成基板を圧接することで、接着剤がR形状の貫通孔の内壁面に添って延接されるため、接着剤の突出を抑制すると共に、十分な接着面積を確保できる。
<8> 前記接着剤層表面に、圧力室成形基板を圧接させる工程の後に、接着剤が貫通孔内部へ延接される<7>記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
<9> <3>〜<8>のいずれか1項記載の液滴吐出ヘッドの製造方法により得られる液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
また、本発明の製造方法によれば、貫通孔端部のR形状は、貫通孔を形成するのに用いられるマスクをキュアすることで容易に形成されるため、煩雑な工程を経ることなく、基板間の接着の問題を解決し得たものである。
ここでは、流路形成基板を形成するための基板を準備する。図2(A)は、流路形成基板22の基体となるシリコン基板の概略断面図である。
このシリコン基板に、まず、圧力供給手段26を形成するための逃げ部28となる凹部を形成する。即ち、シリコン基板上に凹部形成用のマスク30をパターニングする〔図2(B)参照〕。
パターン状のマスク30は、汎用のフォトリソグラフィ法を適用しうるレジスト材料を適宜選択して用いることができる。基板の厚みは目的に応じて適宜選択されるが、一般には200〜700μm程度である。
マスクパターン30の形成に用いる材料としては、例えば、フォトレジストなどの感光性樹脂を用いればよい。フォトレジストは、市販品を適宜用いることができ、例えば、東京応化工業のOFPRシリーズTSMRシリーズやAZ社の1500シリーズや6000シリーズなどが挙げられる。
その後、フォトマスクのパターンを露光によりレジストへ転写する。露光装置としては、汎用のアライナーやステッパーを用いることができ、用いるレジスト材料に最適な露光量で行えばよい。例えば、レジスト材料としてOFPR−800(東京応化工業社製)を用いてレジスト膜厚1μmで形成した場合には、アライナーでの露光量は120mJ/cm2程度が適当である。
例えば、基板を現像液に浸漬後、純水にてリンスし基板を乾燥させる方法などが挙げられる。より具体的には、例えば、レジスト材料として前記OFPR−800(東京応化工業社製)を用いた場合、現像液としてNMD−3(東京応化工業社製)を満たした現像槽へ60sec程度浸漬後、純水によるリンスを60secで2回行い、流水洗浄を300sec行った後、スピンドライヤ等で基板に付いた水分を取り除く方法が挙げられる。
現像後は、所望によりポストベークを行ってレジストの硬化性を促進させることもできる。ポストベークは、ホットプレートやオーブンを用いて基板を加熱することにより行われ、加熱温度は、100〜200℃程度で1〜60min行えば良い。前記レジスト材料としてOFPR−800を用いた場合、ホットプレートにより、温度110℃で1.5min加熱することが適切である。
シリコン基板をドライエッチング法によりトレンチエッチングする。
ドライエッチングの方法は、エッチングと保護膜形成を繰り返し行うボッシュプロセスやフッ素系のガスに酸素を添加したドライエッチング法を適用することができる。これらの方法により、シリコン基板を所定の深さまでエッチングすることで、圧力供給手段26を形成するための逃げ部28である凹部を形成する。
これらのうち、レジストマスクを用いることが出来るボッシュプロセスが好ましい。
ボッシュプロセスは、エッチング時には、SF6やSF6とO2の混合ガスを用い、保護膜形成時は、C4F8用いて行い、エッチングと保護膜形成を繰り返して行う方法である。ボッシュプロセスの例は、エッチングプロセスにおいては、SF6の流量を200sccmで真空度を3Pa、プラズマ生成用のRF出力を2000W、Bias出力を15Wで15sec行い、続いて保護膜形成プロセスは、C4F8を100sccmで真空度を1Pa、プラズマ生成用RF出力を1500Wとし、Bias出力は、0Wで10secとする。エッチングプロセスと保護膜形成プロセスを繰り返し行う。
ボッシュプロセスを適用する際は、市販の装置である、住友精密工業社製のPEGASUSやHRM/HRMX、SR/SREやAlcatel社製のMS3200/MS4200、MS200 I−Productivityなどを用いることができる。
凹部の深さは、エッチング時間により任意に決めることができるが、圧力供給手段26の形成の場合、100μm程度の深さで形成する。
マスクを除去するには、専用の剥離液やアッシング処理を行えば良い。レジスト剥離液は、例えば、東京応化工業社製のSTRIPPER−502AやAZ社製のAZリムーバー100などを用いれば良い。アッシング処理は、酸素プラズマを用いたアッシング処理を行えば良い。ICPやマイクロ波アッシャーやバレル式のアッシャーを用いれば良い。例えば、アッシング処理条件は、マイクロ波を用いたSWPなどで酸素ガスを200sccm、30Pa、マイクロ波出力1kWで行えばよい。
凹部が作製された基板上へ貫通穴を形成するためのマスク32を形成する。パターン状のマスク形成には、上述と同様のレジスト材料を用いれば良く、例えば、東京応化工業のOFPRシリーズTSMRシリーズやAZ社のAZ1500シリーズやAZ6000シリーズ、10XTなどを用いることができる。
マスクに用いるレジストの膜厚は、ドライエッチング時の選択比から任意の厚みにすれば良い。マスクには、レジスト以外にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、アルミニウムやチタン、クロムなどのハードマスクを用いても良い。ハードマスクを用いるとドライエッチング時の選択比は高いが工程が増える。
シリコン基板へのマスクパターン32の形成方法としては、レジスト材料をスピンコート法やスプレーコート法などでシリコン基板上に塗布してレジスト膜を形成する。
次に、レジスト膜のプリベークを行う。ホットプレートやオーブンなどで各種レジスト材料の最適温度で行えばよく、一般的には、90〜120℃であることが好ましい。
その後、フォトマスクのパターンを露光によりレジストへ転写する。露光装置としては、汎用のアライナーやステッパーを用いることができ、用いるレジスト材料に最適な露光量で行えばよい。使用するレジストによっては、露光後にPEBを行っても良い。
なお、パターン状のマスクをキュアし、基板の貫通孔端部にR形状を与えやすいという観点からは、マスクの厚みは、3〜15μmであることが好ましい。
現像液は、市販品を用いてもよく、例えば、東京応化社製NMD−3、AZ社のAZ300MIFディベロッパー、AZ400Kディベロッパーなどを挙げることができる。
その後、ポストベークを行う。ホットプレートやオーブンを用いて基板を加熱する。加熱温度は、100〜200℃程度で1〜60min行えば良い。
本態様においては、レジスト材料として、AZ社製のAZ10XT(220cP)を用いる。スピンコート法により、1000rpmにて60secスピンすることで、膜厚約10μmのレジスト膜を形成し、続いてポストベークを行う。ポストベークは、ホットプレートにて110℃で180sec加熱する。
形成されたパターン状のマスク(レジスト膜)32に対し、コンタクトアライナーを用いてパターン露光を行う。レジスト膜厚が10μmの場合、露光量は、825mJ/cm2で行えばよい。
現像は、現像液AZ300MIFディベロッパーに600sec浸漬後、純水リンス60secを2回行い、流水中へ180sec浸漬し、スピンドライまたは、窒素ブローして水分を除去する。
このようにして貫通孔形成用のパターン状のマスク32が形成される。
形成されたパターン状のマスクを加熱し、マスク32を変形させる〔図2(F)〕。
レジスト材料により形成されたマスク32を高温加熱する「キュア工程」を行うことで、レジストをリフローし、矩形のマスクの角を丸める。図3(A)は形成されたマスクパターンの断面図であり、図3(B)は加熱工程を行った後のマスクパターンの断面図であり、これらの対比において図3Aのマスクパターンは加熱処理により図3Bに示すなだらかな形状に変形したことがわかる。
加熱は、ホットプレートやオーブンで行えばよく、キュア温度は、マスクを構成するレジスト材料(硬化した材料)の融点をT℃とした場合、T℃以上の温度で加熱すればよい。但し、温度が高すぎるとマスクがその形状を維持し得ない可能性があるため、加熱温度の上限が(T+100)℃程度とすることが好ましい。
次に、ドライエッチングにより貫通孔20を形成する〔図2(G)〕。
貫通孔は、液体の流路となる貫通孔である。この場合のドライエッチング方法は、前記シリコン基板への凹部の形成において行ったのと同様の条件で行うことができる。
本工程では、貫通孔を形成するので、シリコン基板を事前にダミー基板等へ接合してから、ドライエッチングを行えばよい。
貫通孔の大きさ、形状は液滴吐出ヘッドを適用する目的により適宜選択されるが、形状は、一般的には、開口形状が円形、正方形、長方形などから選択され、通常、開口径は円形であればφ100〜800μm程度であり、矩形の場合も同様の断面積となる程度で選択することができる。
このとき、レジストマスクとシリコン基板のエッチングレートの選択比が1以下となる条件でドライエッチングを行えば良い。
例えば、フッ素系のガスと酸素ガスとの混合ガス、フッ素系ガスと酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて行えば良い。フッ素系ガスは、六フッ化硫黄:SF6、四フッ化炭素:CF4、三フッ化窒素:NF3、三フッ化メタン:CHF3、ヘキサフルオロエタン(フロン116):C2F6、オクタフルオロシクロブタン:C4F8などを用いれば良く、不活性ガスは、アルゴン:Ar、ヘリウム:He、窒素:N2、キセノン:Xeなどを用いればよい。これらの混合ガスを1Pa以下の真空度でドライエッチングを行う。
例えば、SF6を75sccm、O2を25sccmで真空度を1Paにし、プラズマ生成用のRF出力を1000W、Bias出力を100Wでドライエッチングすることでレジストとの選択比を1以下にすることが出来る。このようにレジストとの選択比が1以下でシリコンをエッチングすることで、マスク形状のR形状をシリコン基板へ転写することができる。Rのサイズは、一般的には、1〜100μmの範囲が好ましく、さらに好ましくは、5〜50μmである。また、流路を形成する周辺の壁面の厚みは100〜300μm程度であることが好適である。
マスク32を除去するには、専用の剥離液やアッシング処理を行えば良い。レジスト剥離液は、例えば、東京応化工業社製のSTRIPPER−502AやAZ社製のAZリムーバー100などを用いれば良い。アッシング処理は、酸素プラズマを用いたアッシング処理を行えば良い。ICPやマイクロ波アッシャーやバレル式のアッシャーを用いれば良い。例えば、アッシング処理条件は、マイクロ波を用いたSWPなどで酸素ガスを200sccm、30Pa、マイクロ波出力1kWで行えばよい。
最後にシリコンのドライエッチング時に形成されたフッ素系のポリマーを除去すればよく、例えば、住友3M社製のノベックシリーズや日本ゼオン社製のゼオローラシリーズを用いれば良い。
続いて、シリコン基板の親水化処理、即ち、接着剤との濡れ性を向上させる処理を行うことが好ましい。例えば、酸素プラズマを用いたプラズマ処理や紫外線や真空紫外線を照射する方法などにより、シリコン基板を親水化処理することが効果の観点から好ましい。この処理により、接着剤との親和性が向上し、接着工程における接着剤の流路への突出を効果的に抑制することができる。
この工程では、まず、少なくともいずれかの基板表面に、接着剤を塗布して接着剤層を形成する〔図4(J)〕。
流路形成基板22及び圧力室形成基板18の少なくとも片方の接着面表面に接着剤24を塗布する。接着剤の延伸性の観点からは、流路形成基板22へ接着剤を塗布して、圧力室成形基板18を圧接させることが好ましい。
接着剤は、粘度が100〜100000cP程度の材料を選択することが、接着剤が流路形成基板の貫通孔内側に沿って延伸されるという観点から好ましい。また、接着性と耐久性の観点からは、エポキシ系の接着剤を用いることが好ましい。ここで、接着剤の粘度は、汎用の粘度計を適宜選択して用いることで測定することができる。
また、接着剤としては、市販のものを適宜使用することができ、例えば、住友スリーエム社製のEWシリーズやSWシリーズ、スリーボンド社製の2000シリーズ、セメダイン社製のEPシリーズなどが挙げられる。
接着剤はディスペンサー等で所定部分のみに塗布すれば良い。接着剤層の膜厚は5〜100μm程度であることが好ましい。
なお、接着剤を塗布する前に、それぞれの基板の接着面にシランカップリング剤を塗布してもよい。シランカップリング剤を用いることで、接着剤との密着性が向上する。
必要に応じ加熱、加圧し接着剤を硬化させる。例えば、常温から200℃程度に加熱して行えばよい。
両者を圧接することで、接着剤が流路形成基板22の貫通孔のR形状に添って延伸され、接着剤層24通孔の内壁面に延接された状態で硬化し、接着剤層24と流路形成基板22との接触面積が増加することで接着強度が向上する。
このようにして、圧力室形成基板18と流路形成基板22とが強固に接着され、前記した逃げ部に圧力付与手段が設けられて、本発明の液滴吐出ヘッドが形成される。
得られた液滴吐出ヘッドは、液滴を、電気的、物理的に加圧することで吐出する各種の液滴吐出装置に好適に使用される。
本発明の構成では、液滴吐出ヘッドを構成する各部位の表面エネルギーの関係は以下の式で表される通りに調整される。
(式)
圧力室形成基板の流路側面の表面エネルギー<圧力室形成基板表面の表面エネルギー≦流路形成基板の表面及び貫通孔内側の表面エネルギー
圧力室形成基板18は、シリコン基板であり、シリコンをドライエッチングで加工した際に保護膜であるフッ素系ポリマーが形成された状態である。本発明においては、このフッ素系ポリマーの除去を行わず、接着工程までこのポリマー付着状態を維持することが好ましい。なお、接着工程の後、所望によりフッ素系ポリマーの除去を行うことができる。
圧力室形成基板18においては、流路側、即ち液体供給用の開口部内側にシリコン酸化膜が形成されている場合の表面エネルギーは、200〜400(mN/m)であり、水に対する接触角は、30〜50度程度である。また、その表面に上述のフッ素系ポリマーが付着されている場合の表面エネルギーは、18〜40(mN/m)であり、水に対する接触角は、90度以上を示し撥水状態である。
両基板の接着に使用される接着剤24の表面エネルギーは、一般に、水の表面エネルギー74(mN/m)以下であり、水よりの接着剤の方が基板に対する濡れ性が高いため、各部材の表面エネルギーの関係が上記の式を満たすことになり、接着剤を塗布して接着剤層を形成し、圧力室形成基板18と流路形成基板22とを圧接した場合、圧力により空隙から押し出された接着剤24は、より濡れやすい流路形成基板22貫通孔20内側に、R形状に沿うようにして延伸され、インク流路側へ接着剤が突出して凸部を形成することがなく、圧力室形成基板の開口部側方面に延伸することがないものと考えている。
このような効果を向上させる観点からは、流路形成基板22の表面には、貫通孔内側も含め、接着剤に対する濡れ性を向上させる前記の如き処理を行うことが好ましい。また、圧力室形成基板18においては、接着剤層との接触面である上面には接着剤に対する濡れ性を向上させる処理を行ってもよいが、液体供給用開口部16内側は、接着工程終了後まで、撥水性(低表面エネルギー状態)を維持させることが好ましい。
上記のようにして、本発明の液滴吐出ヘッドが得られる、この液滴吐出ヘッドは、各種の液滴吐出装置に好適に使用される。以下、本発明の液滴吐出ヘッドを用いることができる液滴吐出装置について、画像記録装置の一態様を例に挙げて説明するが、本発明の液滴吐出ヘッドを適用できる装置はこれに限定されない。
本発明においては、この複数のインクジェット記録ヘッド112K、112C、112M、112Yの少なくともいずれかに、前記本発明の製造方法で得られた液滴吐出ヘッドが適用される。
図5では、給紙部118の一例としてロール紙(連続用紙)のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
給紙部118から送り出される記録紙116はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部120においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム130で記録紙116に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
デカール処理後、カットされた記録紙116は、ベルト搬送部122へと送られる。ベルト搬送部122は、ローラ131、132間に無端状のベルト133が巻き掛けられた構造を有するように構成されている。
ベルト133が巻かれているローラ131、132の少なくとも一方に図示しないモータの動力が伝達されることにより、ベルト133は図5上の時計回り方向に駆動され、ベルト133上に保持された記録紙116は図5の左から右へと搬送される。
縁無しプリント等を印字するとベルト133上にもインクが付着するので、ベルト133の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部136が設けられている。ベルト清掃部136の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組合せなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。
ベルト搬送部122により形成される用紙搬送路上において印字部112の上流側には、加熱ファン140が設けられている。加熱ファン140は、印字前の記録紙116に加熱空気を吹き付け、記録紙116を加熱する。印字直前に記録紙116を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
ヘッド112K、112C、112M、112Yは、記録紙116の送り方向に沿って上流側から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の色順に配置され、それぞれのヘッド112K、112C、112M、112Yが記録紙116の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。
ベルト搬送部122により記録紙116を搬送しつつ各ヘッド112K、112C、112M、112Yからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙116上にカラー画像を形成し得る。
図5に示した印字検出部124は、印字部112の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ(ラインセンサ又はエリアセンサ)を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりや着弾位置誤差などの吐出特性をチェックする手段として機能する。
また、エリアセンサに代えてラインセンサを用いることも可能である。この場合、ラインセンサは、少なくとも各ヘッド112K、112C、112M、112Yによるインク吐出幅(画像記録幅)よりも幅の広い受光素子列(光電変換素子列)を有する構成が好ましい。
多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパーの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
後乾燥部142の後段には、加熱・加圧部144が設けられている。加熱・加圧部144は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ145で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
こうして生成されたプリント物は排紙部126から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置110では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排紙部126A、126Bへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。
本発明の製造方法により得られた本発明の液滴吐出ヘッドは、耐久性、吐出安定性に優れるため、上記画像記録装置以外にも、例えば、カラーフィルターの形成や配線等の描画などに広く適用することができ、その応用範囲は広い。
厚さ625μmのシリコン基板を準備する〔図2(A)〕。
該シリコン基板上に、レジスト材料としてOFPR−800(東京応化工業社製)を用いてレジスト膜厚1μmで塗膜を形成し、アライナー(ユニオン社製)で、露光量120mJ/cm2でパターン露光を行い、その後、現像液としてNMD−3(東京応化工業社製)を満たした現像槽へ60sec程度浸漬後、純水によるリンスを60secで2回行い、流水洗浄を300sec行った後、スピンドライヤ等で基板に付いた水分を取り除いて、パターン状のマスク30を形成した〔図2(B)〕。
現像後、ホットプレートにより、110℃で1.5min加熱してポストベークした。
ボッシュプロセス用の装置として、住友精密工業社製のPEGASUSを用い、圧力供給手段26の形成用の100μm程度の深さの凹部を形成した。
レジストマスクの除去は、東京応化工業社製のSTRIPPER−502Aを用い、アッシング処理条件として、マイクロ波を用いたSWPなどで酸素ガスを200sccm、30Pa、マイクロ波出力1kWで行った。
マスクパターン32は、レジスト材料として、AZ社製のAZ10XT(220cP)を用い、スピンコート法により、1000rpmにて60secスピンすることで、膜厚約10μmのレジスト膜を形成し、続いてプリベークをホットプレートにて110℃で180sec加熱することにより行った。
形成されたレジスト膜に対し、コンタクトアライナーを用いてパターン露光を、露光量は、825mJ/cm2で行った。現像は、現像液AZ300MIFディベロッパーに600sec浸漬後、純水リンス60secを2回行い、流水中へ180sec浸漬し、スピンドライまたは、窒素ブローして水分を除去し、貫通孔形成用のパターン状のマスク32を得た。
形成されたパターン状のマスクを、ホットプレートにて130℃にて120sec加熱してキュアした。この加熱によりレジストパターンを矩形形状から、R形状にすることができた〔図2(F)〕。このときの貫通孔は直径200μmの円形であり、形成されたR形状の曲率半径(R)は、10μmであった。
最後にシリコンのドライエッチング時に形成されたフッ素系のポリマーを、住友3M社製のノベックを用いて除去し、シリコン基板の親水化処理を、酸素プラズマを用いたプラズマ処理により行った。
この工程では、まず、流路形成基板22にエポキシ系接着剤(住友スリーエム社製、EW2050)を塗布して厚さ10μmの接着剤層24を形成した〔図4(J)〕。
その後、120℃に加熱して、接着剤24を硬化させて圧力室形成基板18と流路形成基板22とが一体化して、本発明の液滴吐出ヘッド10が形成された。
得られた液滴吐出ヘッドを、インクジェットプリントヘッドとしてインクジェット記録装置に組み込み、インクとしてシアンインクを供給しながら、100時間、断続的にインクを吐出させた(条件:A4用紙2000枚の印字)。この間、ノズル詰まりなどの吐出不良は起こらなかった。
その後、液滴吐出ヘッドを取りだして圧力室形成基板と流路形成基板との接合部を目視にて観察したところ、接合部に異常は見られなかった。また、接着剤層表面にも、インクによる接着剤層の溶融、剥離などの損傷は見られなかった。
このことから、本発明の製造方法により得られた本発明の液滴吐出ヘッドは、耐久性に優れ、接着剤のはみ出しに起因する経時的な問題の発生が抑制されていることがわかる。
18 圧力室形成基板
22 流路形成基板
24 接着剤層
Claims (9)
- 画像情報に基づき記録媒体に対して液滴を吐出して当該記録媒体にドットを形成することにより、前記画像情報により示される画像を前記記録媒体に形成する、少なくとも貫通孔が形成された流路形成基板及び圧力室と該圧力室へ液体を供給する開口部と液体吐出用の開口部とを有する圧力室形成基板とを接着剤を介して接着してなる液滴吐出ヘッドであって、
前記流路形成基板における貫通孔の、接着剤との接触面端部が1〜100μmのR形状を有する液滴吐出ヘッド。 - 前記接着剤が前記流路形成基板の貫通孔内側に沿って延設される請求項1記載の液滴吐出ヘッド。
- 請求項1又は請求項2に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
流路形成基板作製用のシリコン基板に流路を貫通させるためのパターン状のマスクを形成するマスクパターン形成工程、
パターン状のマスクを加熱してパターン状のマスクの端部にR形状を形成するキュア工程、
ドライエッチングによりに貫通孔を形成し、その後、形成された貫通孔の端部にドライエッチングによりR形状を付与することで、端部がR形状をなす貫通孔を有する流路形成基板を形成する貫通孔形成工程、
得られた流路形成基板の貫通孔と、前記圧力室成形基板における圧力室へ液体を供給する開口部とが一致するように、接着剤を介して両者を接着する接着工程、
を有する液滴吐出ヘッドの製造方法。 - 前記キュア工程における加熱温度が、マスクを形成する材料の融点をT℃としたとき、T℃以上(T+100)℃以下の範囲である請求項3記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記貫通孔形成工程における、貫通孔の形成後、マスクを形成する材料と、流路形成基板材料とのドライエッチングの選択比が1以下の条件でドライエッチングが行われる請求項3又は請求項4記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記貫通孔形成工程の後、接着工程に先立って、端部がR形状を有する貫通孔を有する流路形成基板表面に、接着剤の濡れ性を向上させる表面処理を行う表面処理工程を有する請求項3から請求項5のいずれか1項記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記接着工程が、流路形成基板表面に接着剤層を形成する工程、該接着剤層表面に、前記流路形成基板の貫通孔と前記圧力室成形基板における圧力室へ液体を供給する開口部とが、一致するように圧力室成形基板を圧接させる工程、及び、接着剤を硬化させる工程を含む請求項3から請求項6のいずれか1項記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記接着剤層表面に、圧力室成形基板を圧接させる工程の後に、接着剤が流路形成基板の貫通孔内側に沿って延設される請求項7記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 請求項3から請求項8のいずれか1項記載の液滴吐出ヘッドの製造方法により得られる液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
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