JP2011000754A - 微細構造体の製造方法及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液体を吐出するための吐出口と、該吐出口と連通する液体の流路と、が設けられた流路壁部材を備えた基板を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記流路壁部材を形成するための有機樹脂からなる有機樹脂層、を備えた基板を提供する工程と、パルス幅が2ピコ秒以上20ピコ秒以下のレーザー光を、前記レーザー光の集光の焦点の位置が前記有機樹脂層の内部になるように前記有機樹脂層に照射しながら、前記焦点を移動させることにより前記有機樹脂層を部分的に除去して前記流路及び前記吐出口を形成することにより前記流路壁部材を形成する工程とを有する。
【選択図】図1
Description
を有することを特徴とする微細構造体の製造方法である。但し、E(単位[W/cm2・Pulse])は、前記有機樹脂に照射されるレーザー光の単位面積当たり、単位発振パルス時間当たりのエネルギーである。
実施例1の液体吐出ヘッドのノズル形状を図1〜3に示す。液滴を吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子101(以下、「ヒーター」と呼ぶ)設けられた素子基板100上に、複数の吐出口102と複数の流路103とが1対1に対応して連通している。そして、該複数の流路103が、大きな供給室105に連通している。前記流路103と前記供給室105が連通する近傍には、ノズルフィルター104が配置されている。これは、ヒーター101上で発生した気泡によって吐出口102から飛翔したインク液滴を補充するために供給室105から充填されるインク中に含まれるゴミなどが、前記流路103や吐出口102に詰まってしまい、不吐出の要因になるのを防ぐためである。
・EHPE−3150(商品名、ダイセル化学工業(株)製) 50重量部
・SP−172(商品名、旭電化工業(株)製、光カチオン重合開始剤) 1重量部
・A−187(商品名、日本ユニカー(株)製、シランカップリング剤) 2.5重量部
塗布はスピンコートにて行い、プリベークはホットプレートにて90℃、3分間行った。
・EHPE−3158(商品名、ダイセル化学工業(株)製) 34重量部
・2,2−ビス(4−グリシジルオキシフェニル)ヘキサフロロプロパン 25重量部
・1,4−ビス(2−ヒドロキシヘキサフロロイソフ゜ロピル)ベンゼン 25重量部
・3−(2−パーフルオロヘキシル)エトキシ−1、2−エポキシプロパン 16重量部
・A−187(商品名、日本ユニカー(株)製) 4重量部
・SP−170(商品名、旭電化工業(株)製) 1.5重量部
・ジエチレングリコールモノエチルエーテル 200重量部
からなる感光性撥水材を用いることができる。
但し、I0は、レーザー光が前記有機樹脂層に入射する前の強度、Iはレーザー光が前記有機樹脂層を透過した後のその透過光の強度、αは前記有機樹脂固有の吸光係数、Lは有機樹脂層の厚さである。かつ、Aは、0<A<10を満たし、Lは、10μm<L<1.0mmを満たす。
E≦2.69/π×(NA)2/λ2×Pp (I)
の条件が満たされることがより好ましい。但し、E(単位[W/cm2・Pulse])は、前記有機樹脂層に照射されるレーザーパルス光の、単位面積当たり、単位発振パルス時間当たりのパワーである。λ(単位[cm])は、前記レーザー光の波長である。Pp(単位[W])は、前記有機樹脂層に照射されるレーザーパルス光のピークパワー(ピーク出力)である。
実施例1と同様の方法で作製した、実施例2の液体吐出ヘッドのノズル形状を図4〜6に示す。その際の条件としては、図7(d)に示すように、短パルスレーザー光のフルエンス(単位面積当たり、単位発振パルス時間当たりのエネルギー)を0.077J/cm2として、XYZ方向に走査しながら短パルスレーザー光を照射した。短パルスレーザー発振器は、Lumera社製:Hyper Rapidを使用し、次の条件で、レーザー発振をさせた。レーザー波長:1064nm、出力:0.00109W、繰り返し周波数:200kHz、パルスエネルギー:0.00545μJ、パルス幅:10ps、ピーク出力:545kW、ビーム品質:1.1であった。この時、開口数(NA)が0.9のレンズを使用し、集光面でのスポット径は、Φ1.0μmであった。エネルギー密度は、7.7×109[W/cm2・Pulse]であった。流路幅:14μm、流路ピッチ:21μm(1200dpi)、流路高さ:15μmの領域の前記有機樹脂層の、分子結合の切断、又はガス化を行った。
図8に示すようにして、短パルスレーザー光を用いた3次元構造を有する空洞が形成された微細構造体を形成する方法を、図9に示す。
図8に示すようにして、短パルスレーザー光を用いた3次元構造を有する空洞が形成された微細構造体を形成する方法を、図9に示す。
図8に示すようにして、短パルスレーザー光を用いた3次元構造を有する空洞が形成された微細構造体を形成する方法を、図9に示す。
なお、他の実施例についても同様に計算できる。
101 吐出エネルギー発生素子(ヒータ)
102 吐出口(オリフィス)
103 流路
104 ノズルフィルター
105 供給室
200 シリコン基板
201 ヒーター
202 有機膜
203 酸化膜
204 有機樹脂層
205 インク供給口
206 流路
207 吐出口(オリフィス)
1 短パルスレーザー光
2 集光レンズ
5 加工サンプル
10 レーザー光
11 シャッター
12 NDフィルタ
13 ミラー
14 ビーム整形器
15 加工サンプル
16 ステージ
301 基板
302 有機樹脂層
303 開口形状
304 空洞形状
Claims (8)
- 液体を吐出するための吐出口と、該吐出口と連通する液体の流路と、が設けられた流路壁部材を備えた基板を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記流路壁部材を形成するための有機樹脂からなる有機樹脂層、を備えた基板を提供する工程と、
パルス幅が2ピコ秒以上20ピコ秒以下のレーザー光を、前記レーザー光の集光の焦点の位置が前記有機樹脂層の内部になるように前記有機樹脂層に照射しながら、前記焦点を移動させることにより前記有機樹脂層を部分的に除去して前記流路及び前記吐出口を形成することにより前記流路壁部材を形成する工程と
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記レーザー光は波長200nm以上2000nm以下の光であり、前記レーザー光が前記有機樹脂層を透過する透過率は20パーセント以上である請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記レーザー光に関する前記有機樹脂層の吸光度Aについて下記式が満たされる請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
A=log10(I0/I)=0.434αL
但し、I0は、前記レーザー光が前記有機樹脂層に入射する前の強度、Iは前記レーザー光が前記有機樹脂層を透過した後のその透過光の強度、αは前記有機樹脂固有の吸光係数、Lは有機樹脂層の厚さである。かつ、Aは、0<A<10を満たし、Lは、10μm<L<1.0mmを満たす。 - 前記レーザー光を集光させるためにはレンズを使用し、前記吐出口を形成する際には、前記レンズの開口数をNAとして、NA≧0.3のレンズを用い、前記流路を形成する際には、NA≧0.5のレンズを用いる請求項1乃至3のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
- 前記吐出口を形成する際には、2.0×109[W/cm2・Pulse]≦E≦3.0×1011[W/cm2・Pulse]の条件で前記レーザー光を前記有機樹脂層に照射し、前記流路を形成する際には、5.0×109[W/cm2・Pulse]≦E≦3.0×1011[W/cm2・Pulse]の条件で前記レーザー光を前記有機樹脂層に照射する請求項1乃至4のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
但し、E(単位[W/cm2・Pulse])は、前記有機樹脂層に照射されるレーザーパルス光の、単位面積当たり、単位発振パルス時間当たりのパワーである。 - 前記流路を形成する際には、前記レーザー光を集光させるためにはレンズを使用し、前記有機樹脂層の表層から前記レーザー光の集光の焦点の位置まで、前記有機樹脂層を透過させるように前記レーザー光を照射し、前記焦点の位置で、前記有機樹脂層の内部の部分に対してレーザーアブレーション加工を行い、加工条件として、NA≧0.5であり、かつ5.0×109[W/cm2・Pulse]≦E≦3.0×1011[W/cm2・Pulse]の条件を満たし、かつ、E≦2.69/π×(NA)2/λ2×Pp[W/cm2・Pulse]の条件が満たされる請求項1乃至5のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
但し、E(単位[W/cm2・Pulse])は、前記有機樹脂層に照射されるレーザーパルス光の、単位面積当たり、単位発振パルス時間当たりのパワーであり、λ(単位[cm])は前記レーザー光の波長であり、Pp(単位[W])は前記有機樹脂層に照射されるレーザーパルス光のピークパワーである。 - 基板上に設けられた樹脂からなる微細構造体の製造方法であって、
有機樹脂からなる有機樹脂層、を備えた基板を提供する工程と、
パルス幅が2ピコ秒以上20ピコ秒以下のレーザー光を、5.0×109[W/cm2・Pulse]≦E≦3.0×1011[W/cm2・Pulse]を満たす条件で、前記レーザー光の集光の焦点の位置が前記有機樹脂層の内部になるように前記有機樹脂層に照射しながら、前記焦点を移動させることにより前記有機樹脂層を部分的に除去して前記微細構造体を形成する工程と
を有することを特徴とする微細構造体の製造方法。
但し、E(単位[W/cm2・Pulse])は、前記有機樹脂層に照射されるレーザー光の単位面積当たり、単位発振パルス時間当たりのエネルギーである。 - レンズを使用して前記レーザー光を集光させ、前記有機樹脂層の表層から前記レーザー光の集光の焦点の位置まで、前記有機樹脂層を透過させるように前記レーザー光を照射し、前記焦点の位置で、前記有機樹脂層の内部の部分に対してレーザーアブレーション加工を行い、加工条件として、前記レンズの開口数をNAとして、NA≧0.5であり、かつ、E≦2.69/π×(NA)2/λ2×Pp[W/cm2・Pulse]の条件が満たされる請求項7に記載の微細構造体の製造方法。
但し、E(単位[W/cm2・Pulse])は、前記有機樹脂層に照射されるレーザーパルス光の、単位面積当たり、単位発振パルス時間当たりのパワーであり、λ(単位[cm])は前記レーザー光の波長であり、Pp(単位[W])は前記有機樹脂層に照射されるレーザーパルス光のピークパワーである。
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