JP2024082955A - Manufacturing method of passage plate for inkjet head, manufacturing method of inkjet head, passage plate for inkjet head, and inkjet head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法、インクジェットヘッドの製造方法、インクジェットヘッド用の流路プレート、およびインクジェットヘッドに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head, a method for manufacturing an inkjet head, a flow path plate for an inkjet head, and an inkjet head.
インクジェットプリンタ等に用いられるインクジェットヘッドとして、電圧の印加により変形する圧電体を有するピエゾ式インクジェットヘッドが知られている。このようなインクジェットヘッドは、通常、圧電体と、圧電体の変形に伴って変形する振動板との積層体と、圧電体および振動板の変形により体積変動する圧力室を有する。 Piezo inkjet heads, which have a piezoelectric element that deforms when a voltage is applied, are known as inkjet heads used in inkjet printers and the like. Such inkjet heads usually have a laminate of a piezoelectric element and a diaphragm that deforms as the piezoelectric element deforms, and a pressure chamber whose volume changes as the piezoelectric element and the diaphragm deform.
このようなインクジェットヘッドにおいて、上記積層体に含まれる振動板は、圧電体よりも広い領域に形成され、その後、インクを流通させる部分に貫通孔が形成される。このような貫通孔を振動板に形成する方法として、例えば、特許文献1では、二酸化シリコンを材料とする弾性膜(振動板)をエッチングすることで貫通孔を形成する方法が開示されている。 In such an inkjet head, the vibration plate included in the laminate is formed over an area larger than the piezoelectric body, and then through holes are formed in the portions through which the ink flows. As a method for forming such through holes in the vibration plate, for example, Patent Document 1 discloses a method for forming through holes by etching an elastic film (vibration plate) made of silicon dioxide.
ところで、インクの吐出速度の向上や、高粘度のインクの吐出を可能にするインクジェットヘッドへの要望が高まっている。このようなインクジェットヘッドを製造する上で、上述のような貫通孔を有する振動板を含むプレート(以下、流路プレートと称する)の剛性を高めることが要求される。 However, there is a growing demand for inkjet heads that can improve the ink ejection speed and eject high-viscosity ink. In manufacturing such inkjet heads, it is necessary to increase the rigidity of the plate (hereinafter referred to as the flow path plate) that includes the diaphragm having the above-mentioned through holes.
流路プレートの剛性を高めるため、本発明者らは、金属製の振動板を用いることを検討した。しかしながら、金属製の振動板を含む流路プレートにおいて、特許文献1のようにエッチングにより貫通孔を形成しようとすると、金属の種類によっては、加工精度および製造効率が低下してしまった。 To increase the rigidity of the flow path plate, the inventors considered using a metallic diaphragm. However, when attempting to form through holes by etching in a flow path plate including a metallic diaphragm as in Patent Document 1, depending on the type of metal, the processing accuracy and manufacturing efficiency decreased.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、金属製の振動板を含む流路プレートの製造方法において、上記金属の種類によらず、加工精度および製造効率を高めて貫通孔を形成することができるインクジェット用の流路プレートの製造方法、上記流路プレートを含むインクジェットヘッドの製造方法、流路プレート、および上記流路プレートを含むインクジェットヘッドを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a method for manufacturing a flow path plate including a metallic diaphragm, which is capable of forming through holes with improved processing accuracy and manufacturing efficiency regardless of the type of metal, a method for manufacturing an inkjet flow path plate, an inkjet head including the flow path plate, a flow path plate, and an inkjet head including the flow path plate.
上記課題を解決するための、本発明の一態様は、下記[1]~[8]のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法に関する。
[1]支持板上に、圧電体と、前記圧電体を露出する第1開口部および前記圧電体とは異なる位置に形成された第2開口部を有する第1絶縁層と、が形成された基板を用意する工程と、前記第2開口部を被覆するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンが形成された前記基板の表面に金属膜を形成する工程と、前記レジストパターンを、前記レジストパターンを被覆する金属膜と共に除去する工程と、を有する、インクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。
[2]前記金属膜を形成する工程では、金属の組成が異なる複数層の積層体を前記金属膜として形成する、[1]に記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。
[3]前記金属膜を形成する工程では、複数の金属層の積層体を形成し、前記積層体は、タングステン、モリブデン、クロム、チタン、ニッケル、イリジウム、白金、銅、金、およびこれらの合金からなる群から選択される金属を材料とし、かつ組成が異なる2層以上の金属層を含む[2]に記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。
[4]前記金属膜を形成する工程では、ヤング率が150GPa以上250GPa以下である金属膜を形成する、[1]~[3]のいずれかに記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。
[5]前記用意する工程は、支持板上に圧電体を形成する工程と、前記圧電体が形成された支持板上に第1絶縁層を形成する工程と、を有する、[1]~[4]のいずれかに記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。
[6]前記レジストパターンが除去された前記基板の表面に第2絶縁層を形成する工程と、前記第2絶縁層のうち、前記第2開口部を被覆する部位を除去する工程と、をさらに有する、[1]~[5]のいずれかに記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。
[7]圧力室を構成する隔壁を前記第2絶縁層上に形成して圧力室を形成する工程をさらに有し、前記第2絶縁層を除去する工程は、前記圧力室を形成する工程の後に行われる、[6]に記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。
[8]前記用意する工程では、支持板上に電極膜が形成され、前記電極膜上に前記圧電体および前記第1絶縁層が形成された基板を用意し、前記圧力室を形成する工程の後に、前記支持板を前記電極膜から取り外し、前記電極膜をパターニングして電極パターンを形成する工程をさらに有し、前記第2絶縁層を除去する工程は、前記電極パターンを形成する工程の後に行われる、[7]に記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。
In order to solve the above problems, one aspect of the present invention relates to a method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head according to the following items [1] to [8].
[1] A method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head, comprising the steps of: preparing a substrate on a support plate on which a piezoelectric body and a first insulating layer having a first opening exposing the piezoelectric body and a second opening formed in a position different from that of the piezoelectric body are formed; forming a resist pattern covering the second opening; forming a metal film on a surface of the substrate on which the resist pattern is formed; and removing the resist pattern together with the metal film covering the resist pattern.
[2] The method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head described in [1], wherein in the step of forming the metal film, a laminate of multiple layers having different metal compositions is formed as the metal film.
[3] The method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head described in [2], wherein in the step of forming the metal film, a laminate of a plurality of metal layers is formed, and the laminate is made of a metal selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, chromium, titanium, nickel, iridium, platinum, copper, gold, and alloys thereof, and includes two or more metal layers having different compositions.
[4] The method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head according to any one of [1] to [3], wherein in the step of forming the metal film, a metal film having a Young's modulus of 150 GPa or more and 250 GPa or less is formed.
[5] The method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head described in any one of [1] to [4], wherein the preparing step includes a step of forming a piezoelectric body on a support plate, and a step of forming a first insulating layer on the support plate on which the piezoelectric body has been formed.
[6] The method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head described in any one of [1] to [5], further comprising the steps of: forming a second insulating layer on the surface of the substrate from which the resist pattern has been removed; and removing a portion of the second insulating layer that covers the second opening.
[7] A method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head described in [6], further comprising a step of forming a pressure chamber by forming a partition wall that constitutes a pressure chamber on the second insulating layer, and a step of removing the second insulating layer is performed after the step of forming the pressure chamber.
[8] The method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head described in [7], wherein the preparing step includes preparing a substrate having an electrode film formed on a support plate, the piezoelectric body and the first insulating layer formed on the electrode film, and after the step of forming the pressure chamber, further including a step of removing the support plate from the electrode film and patterning the electrode film to form an electrode pattern, and a step of removing the second insulating layer is performed after the step of forming the electrode pattern.
上記課題を解決するための、本発明の一態様は、下記[9]のインクジェットヘッドの製造方法に関する。
[9][7]または[8]に記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法によって製造された、圧力室を構成する隔壁を有する流路プレートを用意する工程と、インク液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートを、前記隔壁に接合させる工程を有する、インクジェットヘッドの製造方法。
In order to solve the above problems, one aspect of the present invention relates to a method for manufacturing an inkjet head as described below in [9].
[9] A method for manufacturing an inkjet head, comprising the steps of: preparing a flow path plate having partition walls forming pressure chambers, the flow path plate being manufactured by the method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head according to [7] or [8]; and bonding a nozzle plate having nozzle holes for ejecting ink droplets to the partition walls.
上記課題を解決するための、本発明の一態様は、下記[10]~[11]のインクジェットヘッド用の流路プレートに関する。
[10]第1絶縁層と、圧電体と、第2絶縁層とがこの順で積層してなる積層体を有し、前記積層体は、インクを流通させるための貫通孔を有し、前記貫通孔の、前記インクの流通方向に直交する平面における断面積は、前記流通方向の下流側に向けて大きくなり、前記貫通孔の壁面は、前記貫通孔の内部に対して凸状に湾曲している、インクジェットヘッド用の流路プレート。
[11]前記第2絶縁層上に形成された、圧力室を構成する隔壁をさらに有する、[10]に記載のインクジェットヘッド用の流路プレート。
In order to solve the above problems, one aspect of the present invention relates to a flow path plate for an inkjet head as set forth in [10] to [11] below.
[10] A flow path plate for an inkjet head, comprising a laminate formed by stacking a first insulating layer, a piezoelectric body, and a second insulating layer in this order, the laminate having a through hole for allowing ink to flow, a cross-sectional area of the through hole in a plane perpendicular to the ink flow direction increases toward the downstream side in the ink flow direction, and a wall surface of the through hole is convexly curved toward the inside of the through hole.
[11] The flow path plate for an inkjet head according to [10], further comprising a partition wall that constitutes a pressure chamber and is formed on the second insulating layer.
上記課題を解決するための、本発明の一態様は、下記[12]のインクジェットヘッドに関する。
[12][11]に記載のインクジェットヘッド用の流路プレートと、インク液滴を吐出するためのノズル孔を有し、前記流路プレートの圧力室の隔壁に接合されたノズルプレートと、を有する、インクジェットヘッド。
In order to solve the above problems, one aspect of the present invention relates to an inkjet head as set forth in [12] below.
[12] An inkjet head comprising: a flow path plate for an inkjet head according to [11]; and a nozzle plate having nozzle holes for ejecting ink droplets and joined to a partition wall of a pressure chamber of the flow path plate.
本発明によれば、金属製の振動板を含む流路プレートの製造方法において、上記金属の種類によらず、加工精度および製造効率を高めて貫通孔を形成することができるインクジェット用の流路プレートの製造方法、上記流路プレートを含むインクジェットヘッドの製造方法、流路プレート、および上記流路プレートを含むインクジェットヘッドが提供される。 The present invention provides a method for manufacturing a flow path plate including a metallic diaphragm, which can form through holes with improved processing accuracy and manufacturing efficiency regardless of the type of metal, a method for manufacturing an inkjet flow path plate, an inkjet head including the flow path plate, a flow path plate, and an inkjet head including the flow path plate.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。 The following describes in detail the embodiments of the present invention with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.
1.インクジェットヘッド用流路プレートの製造方法
図1、2は、本実施形態におけるインクジェットヘッド用流路プレート(以下、単に流路プレートと称する)の製造方法を示すフローチャートである。図1に示されるように、流路プレートの製造方法は、圧電体と、上記圧電体を露出する第1開口部および上記圧電体とは異なる位置に形成された第2開口部を有する第1絶縁層と、が形成された基板を用意する工程(工程S10)と、上記第2開口部を被覆するレジストパターンを形成する工程(工程S20)と、上記レジストパターンが形成された上記基板の表面に金属膜を形成する工程(工程S30)と、上記レジストパターンを、上記レジストパターンを被覆する金属膜と共に除去する工程(工程S40)と、を有する。
1. Manufacturing method of a flow path plate for an inkjet head Figures 1 and 2 are flowcharts showing a manufacturing method of a flow path plate for an inkjet head (hereinafter simply referred to as a flow path plate) in this embodiment. As shown in Figure 1, the manufacturing method of a flow path plate includes a step (step S10) of preparing a substrate on which a piezoelectric body and a first insulating layer having a first opening exposing the piezoelectric body and a second opening formed at a position different from that of the piezoelectric body are formed, a step (step S20) of forming a resist pattern covering the second opening, a step (step S30) of forming a metal film on the surface of the substrate on which the resist pattern is formed, and a step (step S40) of removing the resist pattern together with the metal film covering the resist pattern.
本実施形態において、上記流路プレートの製造方法は、任意の構成要素である、上記レジストパターンが除去された上記基板の表面に第2絶縁層を形成する工程(工程S50)と、上記第2絶縁層のうち、上記第2開口部を被覆する部位を除去する工程(工程S80)と、を有する。 In this embodiment, the method for manufacturing the flow path plate includes a step (step S50) of forming a second insulating layer on the surface of the substrate from which the resist pattern has been removed, which is an optional component, and a step (step S80) of removing the portion of the second insulating layer that covers the second opening.
また、本実施形態において、上記流路プレートの製造方法は、任意の構成要素である、圧力室を構成する隔壁を上記第2絶縁層上に形成する工程(工程S60)、支持板上に形成された電極膜を、支持板から取り外し、パターニングして電極パターンを形成する工程(工程S70)をさらに有する。なお、本実施形態では、流路プレートの製造方法が工程S60を有さないとき、製造される流路プレートは圧電プレートとして機能することができる。 In addition, in this embodiment, the manufacturing method of the flow channel plate further includes a step of forming a partition wall that constitutes a pressure chamber, which is an optional component, on the second insulating layer (step S60), and a step of removing the electrode film formed on the support plate from the support plate and patterning it to form an electrode pattern (step S70). Note that in this embodiment, when the manufacturing method of the flow channel plate does not include step S60, the manufactured flow channel plate can function as a piezoelectric plate.
上述のように、剛性を高めた流路プレートへの要望が存在する。これに対して、本発明者らは、特許文献1に記載の二酸化シリコン製の振動板の厚さを増加させることを検討した。 As mentioned above, there is a demand for a flow path plate with increased rigidity. In response to this demand, the inventors have considered increasing the thickness of the silicon dioxide diaphragm described in Patent Document 1.
しかしながら、厚さを増加させた振動板に対して、特許文献1のようにエッチングにより貫通孔を形成しようとすると、ウェットエッチングの場合は、サイドエッチングがより進行しやすくなり、貫通孔を所望の形状で形成できず加工精度が低下してしまった。また、ドライエッチングの場合は、厚さが大きい分、貫通孔を形成するのに時間がかかり、製造効率が低下してしまった。 However, when trying to form through-holes in a diaphragm with increased thickness by etching as in Patent Document 1, in the case of wet etching, side etching tends to progress more, making it impossible to form the through-holes in the desired shape, and reducing processing accuracy. In addition, in the case of dry etching, it takes more time to form the through-holes due to the larger thickness, reducing manufacturing efficiency.
そこで、本発明者らは、金属製の振動板を形成し、流路プレートの剛性を高めようとした。これにより流路プレートの剛性を高めることができた一方で、上記金属の種類によっては、貫通孔の加工精度および製造効率が低下してしまった。 The inventors therefore attempted to increase the rigidity of the flow path plate by forming a metallic diaphragm. While this succeeded in increasing the rigidity of the flow path plate, depending on the type of metal, the machining accuracy of the through holes and the manufacturing efficiency decreased.
これは、エッチング液に対する溶解性が金属によって異なるためであると考えられる。例えば、エッチング液に溶解しやすい金属は、サイドエッチングがより進行しやすいため、上記加工精度が低下すると考えられる。 This is thought to be because the solubility of metals in the etching solution differs depending on the metal. For example, metals that dissolve easily in the etching solution tend to undergo side etching more easily, which is thought to result in a decrease in the processing accuracy.
また、金属製の振動板に対して、ドライエッチングにより貫通孔を形成しようとすると、エッチング速度が遅いため、製造効率を高めることができなかった。 In addition, when trying to form through holes in a metal diaphragm using dry etching, the etching speed is slow, making it impossible to improve manufacturing efficiency.
本発明者らが鋭意検討したところ、上述した流路プレートの製造方法により、これらの問題を解決できることがわかった。図3A~図3Eは、本実施形態に係る流路プレートの製造方法を示す模式図である。 After extensive research, the inventors discovered that these problems can be solved by the above-described method for manufacturing a flow path plate. Figures 3A to 3E are schematic diagrams showing the method for manufacturing a flow path plate according to this embodiment.
上記製造方法では、リフトオフ法により、インクを流通させるための貫通孔を形成する。具体的には、支持板10上に圧電体20と、第1開口部31と第2開口部32とを有する第1絶縁層30と、が形成された基板11において、第2開口部32を被覆するレジストパターン40を形成し(図3A)、上記レジストパターン40が形成された基板11の表面に金属膜50を形成する(図3B)。その後、上記レジストパターン40を、上記レジストパターン40を被覆する金属膜50とともに除去して、貫通孔70を有する流路プレート100を製造する(図3C、E)。 In the above manufacturing method, through holes for ink flow are formed by lift-off. Specifically, in a substrate 11 having a piezoelectric body 20 and a first insulating layer 30 having a first opening 31 and a second opening 32 formed on a support plate 10, a resist pattern 40 is formed to cover the second opening 32 (FIG. 3A), and a metal film 50 is formed on the surface of the substrate 11 on which the resist pattern 40 is formed (FIG. 3B). The resist pattern 40 is then removed together with the metal film 50 covering the resist pattern 40 to manufacture a flow channel plate 100 having through holes 70 (FIGS. 3C and 3E).
上記のリフトオフ法では、金属膜50に対して直接エッチングせずに、金属膜50が被覆されたレジストパターン40を除去して貫通孔70を形成するため、金属種によらず貫通孔の加工精度を高め、かつ流路プレートの製造効率を高めることができる。 In the above-mentioned lift-off method, the metal film 50 is not directly etched, but the resist pattern 40 coated with the metal film 50 is removed to form the through-hole 70, which improves the processing accuracy of the through-hole regardless of the type of metal, and increases the manufacturing efficiency of the flow path plate.
1-1.基板を用意する工程(工程S10)
本工程では、支持板上に圧電体と、上記圧電体を露出する第1開口部および上記圧電体とは異なる位置に形成された第2開口部を有する第1絶縁層と、が形成された基板を用意する。
1-1. Substrate preparation step (step S10)
In this process, a substrate is prepared in which a piezoelectric body is formed on a support plate, and a first insulating layer having a first opening exposing the piezoelectric body and a second opening formed in a position different from the piezoelectric body.
図2に示されるように、本工程は、支持板上に圧電体を形成する工程(工程S12)と、上記圧電体が形成された支持板上に第1絶縁層を形成する工程(工程S13)とを有してもよい。本工程が工程S12と工程S13とを有するとき、本工程では、工程S12および工程S13で、支持板上に圧電体および第1絶縁層が形成された基板を用意する。本工程が、工程S12と工程S13とを有さないときは、予め支持板上に圧電体および第1絶縁層が形成された基板を用意する。 As shown in FIG. 2, this process may include a step of forming a piezoelectric body on a support plate (step S12) and a step of forming a first insulating layer on the support plate on which the piezoelectric body has been formed (step S13). When this process includes steps S12 and S13, a substrate on which a piezoelectric body and a first insulating layer have been formed on a support plate is prepared in steps S12 and S13. When this process does not include steps S12 and S13, a substrate on which a piezoelectric body and a first insulating layer have been formed on a support plate is prepared in advance.
また、本工程は、工程S12および工程S13を有するとき、支持板上に電極膜を形成する工程(工程S11)をさらに有してもよい。 When this process includes steps S12 and S13, it may further include a step (step S11) of forming an electrode film on the support plate.
1-1-1.電極膜を形成する工程(工程S11)
本工程では、支持板上の表面全体に電極膜を形成する。
1-1-1. Step of forming electrode film (step S11)
In this step, an electrode film is formed on the entire surface of the support plate.
上記電極膜を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、スパッタリング法、および蒸着法である。 The method for forming the electrode film is not particularly limited, but examples include sputtering and vapor deposition.
上記電極膜の材料の例には、イリジウム、白金などが含まれる。 Examples of materials for the electrode film include iridium, platinum, etc.
1-1-2.圧電体を形成する工程(工程S12)
本工程では、支持板上に圧電体を形成する。
1-1-2. Step of forming a piezoelectric body (step S12)
In this step, a piezoelectric body is formed on a support plate.
上記支持板の種類は、特に限定されず、例えば、シリコン基板、酸化マグネシウム基板や酸化亜鉛基板などである。 The type of the support plate is not particularly limited, and may be, for example, a silicon substrate, a magnesium oxide substrate, or a zinc oxide substrate.
支持板上に圧電体を形成する方法は、特に限定されない。例えば、スパッタリングにより圧電体膜を支持上の表面に形成した後、エッチングによりパターニングすることで圧電体を形成する方法や、予め作製された圧電体を基板上に接合する方法などが挙げられる。本工程では、電極膜が形成された基板上に、圧電体を形成することが好ましい。 The method for forming the piezoelectric body on the support plate is not particularly limited. For example, a method of forming a piezoelectric film on the surface of the support by sputtering, and then patterning the film by etching to form the piezoelectric body, or a method of bonding a prefabricated piezoelectric body onto a substrate, etc., are available. In this process, it is preferable to form the piezoelectric body on a substrate on which an electrode film has been formed.
圧電体に含まれる材料は、特に限定されず、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)である。 The material contained in the piezoelectric body is not particularly limited, but is, for example, PZT (lead zirconate titanate).
本工程では、圧電体の電極膜が予め形成された支持板上に圧電体を形成してもよい。工程S10が工程S11を有するとき、本工程では、工程S11で電極膜が形成された支持板上に圧電体を形成する。 In this process, the piezoelectric body may be formed on a support plate on which an electrode film of the piezoelectric body has been formed in advance. When step S10 includes step S11, in this process, the piezoelectric body is formed on the support plate on which the electrode film has been formed in step S11.
1-1-3.第1絶縁層を形成する工程(工程S13)
本実施形態における、流路プレートの製造方法は、工程S12で圧電体が形成された支持板上に、第1絶縁層を形成する工程を有していてもよい。
1-1-3. Step of forming first insulating layer (step S13)
The method for manufacturing a flow path plate in this embodiment may include a step of forming a first insulating layer on the support plate on which the piezoelectric body is formed in step S12.
上述のように、本工程で形成される第1絶縁層は、上記圧電体を露出する第1開口部および上記圧電体とは異なる位置に形成された第2開口部を有する。本実施形態では、第2開口部を、流路プレートの貫通孔が形成される位置に形成する。上記第1絶縁層は、例えば、樹脂膜を、圧電体が形成された支持板上の表面に形成し、フォトリソグラフィによりパターニングすることで形成することができる。このとき、第1絶縁層に含まれる材料は、ポジ型感光性樹脂組成物であってもよいし、ネガ型感光性樹脂組成物であってもよい。これらのうち、ネガ型感光性樹脂組成物が好ましい。 As described above, the first insulating layer formed in this process has a first opening that exposes the piezoelectric body and a second opening formed at a position different from the piezoelectric body. In this embodiment, the second opening is formed at a position where the through hole of the flow path plate is formed. The first insulating layer can be formed, for example, by forming a resin film on the surface of a support plate on which the piezoelectric body is formed, and patterning the resin film by photolithography. At this time, the material contained in the first insulating layer may be a positive photosensitive resin composition or a negative photosensitive resin composition. Of these, a negative photosensitive resin composition is preferred.
第1絶縁層の材料として、ポジ型感光性樹脂組成物を用いるときは、支持板上の表面に形成された絶縁層のうち、第1開口部および第2開口部を形成する部位以外の部位をマスキングし、マスキングされていない部位を露光する。その後、現像液を用いて露光部分を溶解させることにより、第1開口部および第2開口部を有する第1絶縁層を形成することができる。 When a positive-type photosensitive resin composition is used as the material for the first insulating layer, the insulating layer formed on the surface of the support plate is masked except for the areas where the first and second openings are to be formed, and the unmasked areas are exposed to light. The exposed areas are then dissolved using a developer to form a first insulating layer having a first and second openings.
第1絶縁層の材料として、ネガ型感光性樹脂組成物を用いるときは、支持板上の表面に形成された絶縁層のうち、第1開口部および第2開口部を形成する部位をマスキングし、マスキングされていない部位を露光する。その後、現像液を用いてマスキングした部位を溶解させることにより、第1開口部および第2開口部を有する第1絶縁層を形成することができる。 When a negative photosensitive resin composition is used as the material for the first insulating layer, the portions of the insulating layer formed on the surface of the support plate where the first opening and the second opening are to be formed are masked, and the unmasked portions are exposed to light. The masked portions are then dissolved using a developer to form a first insulating layer having the first opening and the second opening.
ポジ型感光性樹脂組成物は、樹脂成分、および感光剤、などを含む。上記樹脂成分の例には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリシロキサン、ポリイミド、ポリアミド、ポリベンゾオキサゾールなどのアルカリ可溶性の樹脂が含まれる。 The positive-type photosensitive resin composition contains a resin component and a photosensitizer. Examples of the resin component include alkali-soluble resins such as acrylic resins, epoxy resins, phenolic resins, polysiloxanes, polyimides, polyamides, and polybenzoxazoles.
上記感光剤の例には、キノンジアジド化合物、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩などが含まれる。 Examples of the photosensitizer include quinone diazide compounds, sulfonium salts, phosphonium salts, diazonium salts, iodonium salts, etc.
ネガ型感光性樹脂組成物は、樹脂成分、光重合性化合物および光重合開始剤などを含む。上記樹脂成分の例には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリシロキサン、ポリイミド、ポリアミド、ポリベンゾオキサゾールなどのアルカリ可溶性樹脂が含まれる。 The negative photosensitive resin composition contains a resin component, a photopolymerizable compound, and a photopolymerization initiator. Examples of the resin component include alkali-soluble resins such as acrylic resins, epoxy resins, phenolic resins, polysiloxanes, polyimides, polyamides, and polybenzoxazoles.
上記光重合性化合物は、ラジカル重合性化合物であることが好ましい。ラジカル重合性化合物は、ラジカル重合可能なエチレン性不飽和結合を有する化合物である。ラジカル重合性化合物の例には、不飽和カルボン酸エステル、および(メタ)アクリレートなどが含まれる。これらのうち、(メタ)アクリレートが好ましい The photopolymerizable compound is preferably a radically polymerizable compound. The radically polymerizable compound is a compound having an ethylenically unsaturated bond capable of radical polymerization. Examples of radically polymerizable compounds include unsaturated carboxylic acid esters and (meth)acrylates. Of these, (meth)acrylates are preferred.
上記(メタ)アクリレートの例には、イソアミルアクリレート、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、オクチルアクリレートなどの単官能(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートなどの多官能(メタ)アクリレートなどが含まれる。 Examples of the above (meth)acrylates include monofunctional (meth)acrylates such as isoamyl acrylate, stearyl acrylate, lauryl acrylate, and octyl acrylate, and multifunctional (meth)acrylates such as triethylene glycol di(meth)acrylate, tetraethylene glycol di(meth)acrylate, polyethylene glycol di(meth)acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, and pentaerythritol tri(meth)acrylate.
なお、(メタ)アクリレートは、例えば、エチレンオキサイド(EO)やプロピレンオキサイド(PO)などのアルキレンオキサイドや、カプロラクトンによって変性されたもの(変性(メタ)アクリレート)であってもよい。 The (meth)acrylate may be, for example, an alkylene oxide such as ethylene oxide (EO) or propylene oxide (PO), or may be modified with caprolactone (modified (meth)acrylate).
上記光重合開始剤は、ラジカル重合開始剤であることが好ましい。ラジカル重合開始剤の例には、分子内結合開裂型のラジカル重合開始剤と分子内水素引き抜き型のラジカル重合開始剤とが含まれる。 The photopolymerization initiator is preferably a radical polymerization initiator. Examples of radical polymerization initiators include intramolecular bond cleavage type radical polymerization initiators and intramolecular hydrogen abstraction type radical polymerization initiators.
分子内結合開裂型のラジカル重合開始剤の例には、ジエトキシアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、ベンジルジメチルケタール、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトンなどのアセトフェノン系の開始剤、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテルなどのベンゾイン系の開始剤、2,4,6-トリメチルベンゾインジフェニルホスフィンオキシドなどのアシルホスフィンオキシド系の開始剤などが含まれる。 Examples of intramolecular bond cleavage type radical polymerization initiators include acetophenone-based initiators such as diethoxyacetophenone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, benzyl dimethyl ketal, 1-(4-isopropylphenyl)-2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, and 4-(2-hydroxyethoxy)phenyl-(2-hydroxy-2-propyl)ketone, benzoin-based initiators such as benzoin and benzoin methyl ether, and acylphosphine oxide-based initiators such as 2,4,6-trimethylbenzoindiphenylphosphine oxide.
分子内水素引き抜き型のラジカル重合開始剤の例には、ベンゾフェノン、o-ベンゾイル安息香酸メチル、4-フェニルベンゾフェノンなどのベンゾフェノン系の開始剤、2-イソプロピルチオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントンなどのチオキサントン系の開始剤、4,4’-ジエチルアミノベンゾフェノンなどのアミノベンゾフェノン系の開始剤などが含まれる。 Examples of intramolecular hydrogen abstraction type radical polymerization initiators include benzophenone-based initiators such as benzophenone, o-benzoylmethylbenzoate, and 4-phenylbenzophenone, thioxanthone-based initiators such as 2-isopropylthioxanthone, 2,4-dimethylthioxanthone, and 2,4-diethylthioxanthone, and aminobenzophenone-based initiators such as 4,4'-diethylaminobenzophenone, etc.
上記現像液の例には、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液およびコリン水溶液などの有機アルカリ水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液および炭酸リチウム水溶液などの無機アルカリ水溶液、などが含まれる。 Examples of the developer include organic alkaline aqueous solutions such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution and choline aqueous solution, and inorganic alkaline aqueous solutions such as potassium hydroxide aqueous solution, sodium hydroxide aqueous solution, potassium carbonate aqueous solution, sodium carbonate aqueous solution, and lithium carbonate aqueous solution.
上記露光に用いる光源は、紫外線であることが好ましい。 The light source used for the above exposure is preferably ultraviolet light.
本工程で形成する第1絶縁層の厚さは、特に限定されないが、1μm以上5μm以下であることが好ましく、2μm以上4μm以下であることがより好ましい。 The thickness of the first insulating layer formed in this process is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more and 5 μm or less, and more preferably 2 μm or more and 4 μm or less.
本工程では、形成した第1絶縁層を加熱して硬化させてもよい。これにより、第1開口部および第2開口部の端部が湾曲しやすくなる。上記湾曲が形成されることで、後述するレジストパターンを除去する工程で、レジストパターンが除去されやすくなる。 In this process, the first insulating layer may be heated and hardened. This makes it easier for the ends of the first opening and the second opening to curve. The formation of the above-mentioned curvature makes it easier to remove the resist pattern in the process of removing the resist pattern, which will be described later.
なお、本工程では、第1絶縁層の材料となる活性線硬化型インクを支持板に付与し、硬化させて、第1絶縁層を形成してもよい。 In this process, the actinic radiation curable ink that is the material for the first insulating layer may be applied to the support plate and cured to form the first insulating layer.
1-2.レジストパターンを形成する工程(工程S20)
本工程では、第1絶縁層の第2開口部を被覆するレジストパターンを形成する。
1-2. Step of forming a resist pattern (step S20)
In this step, a resist pattern is formed to cover the second opening of the first insulating layer.
具体的には、工程S10で用意された基板表面にレジストを付与した後、第2開口部にレジストパターンが形成されるようにフォトマスクを使用して露光し、現像液を用いて上記レジストパターンを形成する。これにより、第2開口部のみを被覆するレジストパターンを形成することができる。 Specifically, after applying resist to the substrate surface prepared in step S10, a photomask is used to expose the resist so that a resist pattern is formed in the second opening, and the resist pattern is formed using a developer. This makes it possible to form a resist pattern that covers only the second opening.
形成されるレジストパターンは、第2開口部のほぼ全体を被覆するが、第2開口部近傍の第1絶縁層を僅かに被覆していてもよいし、第2開口部よりも僅かに小さくてもよい。 The resist pattern that is formed covers almost the entire second opening, but may also cover only a small portion of the first insulating layer near the second opening, or may be slightly smaller than the second opening.
上記レジストパターンは、ポジ型感光性樹脂組成物を用いて形成してもよいし、ネガ型感光性樹脂組成物を用いて形成してもよいが、パターン精度に優れるポジ型感光性樹脂を用いて形成することが好ましい。 The resist pattern may be formed using a positive-type photosensitive resin composition or a negative-type photosensitive resin composition, but it is preferable to form it using a positive-type photosensitive resin, which has excellent pattern accuracy.
本工程で用いることができるポジ型感光性樹脂組成物およびネガ型感光性樹脂組成物は、リフトオフ用レジストとして用いられる公知の樹脂組成物を用いることができる。 The positive-type photosensitive resin composition and negative-type photosensitive resin composition that can be used in this process can be any known resin composition used as a lift-off resist.
後述する金属膜を形成する工程において、金属膜の厚さとレジストパターンの厚さの差が大きいほど、レジストパターンの影(レジストパターンと第1絶縁層との間の細かい隙間)ができやすい。この影部分に金属膜は入り込みにくいため、レジストパターンの付根部部分は金属膜で被覆されにくい。その結果、後述するレジストパターンを除去する工程において、レジストパターンの底部に剥離液が浸透しやすくなり、レジストパターンが除去されやすくなる。レジストパターンの厚さは、例えば、金属膜の厚さの2倍以上とすることができる。 In the process of forming the metal film described below, the greater the difference between the thickness of the metal film and the thickness of the resist pattern, the more likely it is that a shadow of the resist pattern (a fine gap between the resist pattern and the first insulating layer) will be formed. Because the metal film is less likely to penetrate into this shadowed area, the base portion of the resist pattern is less likely to be covered with the metal film. As a result, in the process of removing the resist pattern described below, the stripping solution will more easily penetrate into the bottom of the resist pattern, making it easier to remove the resist pattern. The thickness of the resist pattern can be, for example, at least twice the thickness of the metal film.
1-3.金属膜を形成する工程(工程S30)
本工程では、工程S20でレジストパターンが形成された基板の表面に金属膜を形成する。具体的には、第1絶縁層、圧電体、および上記レジストパターンのすべてを被覆する金属膜を形成する。
1-3. Step of forming metal film (step S30)
In this step, a metal film is formed on the surface of the substrate on which the resist pattern was formed in step S20. Specifically, a metal film is formed so as to cover all of the first insulating layer, the piezoelectric body, and the resist pattern.
本工程で形成される金属膜は、インクジェットヘッドにおける振動板として機能することができる。 The metal film formed in this process can function as a diaphragm in an inkjet head.
金属膜を形成する方法の例には、蒸着法およびスパッタリング法などが含まれる。また、金属膜の材料となる金属の例には、タングステン、モリブデン、クロム、チタン、ニッケル、イリジウム、白金、銅、金、およびこれらの合金などが含まれる。これらのうち、金属膜の剛性をより高める観点から、タングステン、モリブデン、クロム、ニッケル、イリジウム、白金およびこれらの合金が好ましい。また、銅、金は、導電性に優れるため、これらを材料とする金属膜(振動板)は、圧電体の電極としても機能することができる。 Examples of methods for forming the metal film include vapor deposition and sputtering. Examples of metals that can be used to form the metal film include tungsten, molybdenum, chromium, titanium, nickel, iridium, platinum, copper, gold, and alloys thereof. Of these, tungsten, molybdenum, chromium, nickel, iridium, platinum, and alloys thereof are preferred from the viewpoint of increasing the rigidity of the metal film. Furthermore, copper and gold have excellent electrical conductivity, so metal films (diaphragms) made of these materials can also function as electrodes for piezoelectric bodies.
本工程では、金属の組成が異なる複数層の積層体を前記金属膜として形成することが好ましい。これにより、例えば、剛性を高めることができる金属を材料とする層と、電気抵抗率が低い金属を材料とする層とを積層させて、金属膜の剛性を高めつつ、金属膜を圧電体の電極として機能させることができる。このような観点から、本工程では、タングステン、モリブデン、クロム、チタン、ニッケル、イリジウム、白金、銅、金、およびこれらの合金からなる群から選択される金属を材料とし、かつ組成が異なる2層以上の金属層を含む積層体を前記金属膜として形成することが好ましい。 In this process, it is preferable to form the metal film as a laminate of multiple layers with different metal compositions. This makes it possible to, for example, stack a layer made of a metal that can increase rigidity and a layer made of a metal with low electrical resistivity, thereby increasing the rigidity of the metal film while allowing the metal film to function as an electrode for the piezoelectric body. From this perspective, it is preferable to form the metal film as a laminate including two or more metal layers with different compositions, made of a metal selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, chromium, titanium, nickel, iridium, platinum, copper, gold, and alloys thereof.
従来は、金属の組成が異なる複数層の積層体を金属膜として形成すると、形成された金属膜を振動板として用いたとき、振動板がインクに晒されることで、異種金属接触腐食が生じやすかった。これに対して、本実施形態では、後述する第2絶縁層を形成する工程により、第2絶縁層が金属膜(振動板)を被覆するため、金属膜(振動板)がインクに晒されにくくなり、異種金属接触腐食を生じにくくすることができる。 Conventionally, when a laminate of multiple layers with different metal compositions is formed as a metal film, when the formed metal film is used as a diaphragm, the diaphragm is exposed to ink, which easily causes galvanic corrosion. In contrast, in this embodiment, the process of forming the second insulating layer described below causes the second insulating layer to cover the metal film (diaphragm), making the metal film (diaphragm) less likely to be exposed to ink and less likely to cause galvanic corrosion.
また、本工程では、ヤング率が150GPa以上250GPa以下である金属膜を形成することが好ましい。上記ヤング率は、複数の層の積層体を金属膜として形成するときは、上記積層体のヤング率の値を指す。上記ヤング率が150GPa以上であると、金属膜の剛性をより高めることができる。上記ヤング率が250GPa以下であると、金属膜(振動板)が圧電体の変形に伴ってより変形しやすくなる。これにより、圧力室の体積変化を生じさせやすくして、インクを吐出させやすくすることができる。上記ヤング率は、振動リード法により測定することができる。ヤング率が上記範囲の金属膜は、金属膜の材料と膜厚を適宜選択、調整することで形成することができる。 In addition, in this process, it is preferable to form a metal film having a Young's modulus of 150 GPa or more and 250 GPa or less. When a laminate of multiple layers is formed as the metal film, the Young's modulus refers to the Young's modulus value of the laminate. If the Young's modulus is 150 GPa or more, the rigidity of the metal film can be increased. If the Young's modulus is 250 GPa or less, the metal film (vibration plate) is more likely to deform in response to the deformation of the piezoelectric body. This makes it easier to cause a change in volume of the pressure chamber, making it easier to eject ink. The Young's modulus can be measured by a vibrating reed method. A metal film having a Young's modulus in the above range can be formed by appropriately selecting and adjusting the material and film thickness of the metal film.
本工程で形成する金属膜の厚さは、例えば、1μm以上8μm以下とすることができ、3μm以上6μm以下であることが好ましい。 The thickness of the metal film formed in this process can be, for example, 1 μm or more and 8 μm or less, and preferably 3 μm or more and 6 μm or less.
1-4.レジストパターンを除去する工程(工程S40)
本工程では、レジストパターンを、上記レジストパターンを被覆する金属膜と共に除去する。具体的には、レジストパターンを除去するための剥離液を用いて本工程を行う。
1-4. Step of removing resist pattern (step S40)
In this step, the resist pattern is removed together with the metal film covering the resist pattern. Specifically, this step is performed using a stripping solution for removing the resist pattern.
図4は、図3Bにおけるα部の部分拡大図である。工程S30では、レジストパターン40の影が形成されやすいため、レジストパターン40と第1絶縁層30との間に生じる隙間32aを、金属膜50で完全に被覆しにくい。そのため、上記隙間32aから剥離液を浸透させることができるため、レジストパターン40を、上記レジストパターン40を被覆する金属膜50と共に除去することができる。本工程では、例えば、レジストパターン40が、第1絶縁層30上に僅かに残存しており、レジストパターン40と第1絶縁層30の境界がある場合であっても、レジストパターン40を、レジストパターン40を被覆する金属膜50とともに除去することができる。 Figure 4 is a partial enlarged view of the α portion in Figure 3B. In step S30, the shadow of the resist pattern 40 is easily formed, so that it is difficult to completely cover the gap 32a between the resist pattern 40 and the first insulating layer 30 with the metal film 50. Therefore, the stripping solution can be permeated from the gap 32a, so that the resist pattern 40 can be removed together with the metal film 50 covering the resist pattern 40. In this step, for example, even if the resist pattern 40 remains slightly on the first insulating layer 30 and there is a boundary between the resist pattern 40 and the first insulating layer 30, the resist pattern 40 can be removed together with the metal film 50 covering the resist pattern 40.
本工程では、例えば、基板を剥離液中に浸漬させる方法や、上記隙間に剥離液を注入する方法によってレジストパターンを除去することができる。 In this process, the resist pattern can be removed, for example, by immersing the substrate in a stripping solution or by injecting the stripping solution into the gap.
剥離液の例には、Nメチルピロリドン(NMP)、アセトンなどが含まれる。 Examples of stripping solutions include N-methylpyrrolidone (NMP) and acetone.
1-5.第2絶縁層を形成する工程(工程S50)
本実施形態では、流路プレートの製造方法は、第2絶縁層を形成する工程を有してもよい(図3D参照)。図3Dに示されるように、本工程では、工程S40でレジストパターン40が除去された基板11の表面に第2絶縁層60を形成する。具体的には、圧電体20および第1絶縁層30(第2開口部32以外)を被覆する金属膜50、並びに第1絶縁層30の第2開口部32を被覆する第2絶縁層60を形成する。
1-5. Step of forming second insulating layer (step S50)
In this embodiment, the method for manufacturing a flow path plate may include a step of forming a second insulating layer (see FIG. 3D ). As shown in FIG. 3D , in this step, a second insulating layer 60 is formed on the surface of the substrate 11 from which the resist pattern 40 has been removed in step S40. Specifically, a metal film 50 that covers the piezoelectric body 20 and the first insulating layer 30 (other than the second opening 32), and a second insulating layer 60 that covers the second opening 32 of the first insulating layer 30 are formed.
第2絶縁層を形成する工程により、上記金属膜を被覆する第2絶縁層を形成できるため、金属膜(振動板)がインクや空気に晒されることによる金属膜(振動板)の腐食を抑制することができる。また、工程S30で、金属の組成が異なる複数層の積層体を金属膜として形成するときは、上述のように、本工程により、金属膜(振動板)の異種金属接触腐食を抑制することができる。 The process of forming the second insulating layer allows the formation of a second insulating layer that covers the metal film, thereby suppressing corrosion of the metal film (diaphragm) caused by exposure to ink or air. In addition, when a laminate of multiple layers with different metal compositions is formed as the metal film in step S30, this process can suppress bimetallic corrosion of the metal film (diaphragm), as described above.
第2絶縁層の材料の例には、シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素などのケイ素化合物、ポリイミド樹脂、パリレン樹脂などが含まれる。これらのうち、炭化ケイ素、ポリイミド樹脂が好ましい。 Examples of materials for the second insulating layer include silicon compounds such as silica, silicon nitride, and silicon carbide, polyimide resin, and parylene resin. Of these, silicon carbide and polyimide resin are preferred.
第2絶縁層を形成する方法は、特に限定されないが、スパッタ法、CVD法、スピンコート法により第2絶縁層を形成することができる。 The method for forming the second insulating layer is not particularly limited, but the second insulating layer can be formed by sputtering, CVD, or spin coating.
本工程では、厚さが1μm以上5μm以下の第2絶縁層を形成することが好ましく、2μm以上4μm以下の第2絶縁層を形成することがより好ましい。 In this process, it is preferable to form a second insulating layer having a thickness of 1 μm or more and 5 μm or less, and it is more preferable to form a second insulating layer having a thickness of 2 μm or more and 4 μm or less.
1-6.隔壁を形成する工程(工程S60)
本実施形態では、流路プレートの製造方法は、圧力室を構成する隔壁を第2絶縁層上に形成する工程を有していてもよい。
1-6. Step of forming partition walls (step S60)
In this embodiment, the method for manufacturing the flow path plate may include a step of forming partition walls that constitute the pressure chambers on the second insulating layer.
圧力室は、圧電体および振動板の変形により、インクに圧力を付与する。そのため、本工程では、圧力室を、圧電体を覆う第2絶縁層上に形成できるように隔壁を形成する。 The pressure chamber applies pressure to the ink by deformation of the piezoelectric body and the diaphragm. Therefore, in this process, a partition is formed so that the pressure chamber can be formed on the second insulating layer that covers the piezoelectric body.
上記隔壁を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、予め作製した隔壁を第2絶縁層に接合する方法や、電気めっき(電鋳)法によって、隔壁を第2絶縁層上に形成することができる。 The method for forming the partition wall is not particularly limited, but for example, the partition wall can be formed on the second insulating layer by joining a previously prepared partition wall to the second insulating layer or by electroplating (electroforming).
1-7.電極パターンを形成する工程(工程S70)
本実施形態では、工程S10において支持板上に電極膜、圧電体、および第1絶縁層が形成された基板を用意するとき、上記支持板を上記電極膜から取り外し、上記電極膜をパターニングして電極パターンを形成する工程を有していてもよい。本工程は、工程S60の後に行われる。上記電極パターンは、圧電体と電気的に接続された電極と、を形成上記電極と電気的に接続された配線パターンとを含む。
1-7. Step of forming electrode pattern (step S70)
In this embodiment, when preparing a substrate having an electrode film, a piezoelectric body, and a first insulating layer formed on a support plate in step S10, a step of removing the support plate from the electrode film and patterning the electrode film to form an electrode pattern may be included. This step is performed after step S60. The electrode pattern includes an electrode electrically connected to the piezoelectric body and a wiring pattern electrically connected to the electrode.
電極膜をパターニングする方法は、特に限定されないが、例えば、ドライエッチング法、およびウェットエッチング法である。 The method for patterning the electrode film is not particularly limited, but examples include dry etching and wet etching.
なお、電極パターンを形成した後、電極パターンを被覆する保護膜を形成する工程を行ってもよい。上記保護膜の材料の例には、ポリイミド、などが含まれる。後述する第2開口部を被覆する第2絶縁層を除去する工程で、第2開口部を被覆する部位の第2絶縁層のみを除去しやすくする観点から、第2開口部が露出した保護膜を形成した後、保護膜の第2開口部を被覆する部位のみを除去することが好ましい。 After the electrode pattern is formed, a process of forming a protective film that covers the electrode pattern may be performed. Examples of materials for the protective film include polyimide, etc. From the viewpoint of making it easier to remove only the second insulating layer that covers the second opening in the process of removing the second insulating layer that covers the second opening, which will be described later, it is preferable to form a protective film that exposes the second opening and then remove only the portion of the protective film that covers the second opening.
上記保護膜は、例えば、スピンコート法などにより形成することができる。 The protective film can be formed, for example, by a spin coating method.
1-8.第2絶縁層を除去する工程(工程S80)
本実施形態では、流路プレートの製造方法が第2絶縁層を形成する工程(工程S50)を有するとき、上記製造方法は、第2絶縁層を除去する工程を有する(図3E参照)。図3Eに示されるように、本工程では、工程S50で形成された第2絶縁層60のうち、第2開口部32を被覆する部位61を除去する。
1-8. Step of removing the second insulating layer (step S80)
In this embodiment, when the method for manufacturing a flow path plate includes a step of forming a second insulating layer (step S50), the manufacturing method includes a step of removing the second insulating layer (see FIG. 3E ). As shown in FIG. 3E , in this step, a portion 61 of the second insulating layer 60 formed in step S50 that covers the second opening 32 is removed.
本工程で、第2開口部を被覆する第2絶縁層を除去することで、第1絶縁層、金属膜(振動板)および第2絶縁層の積層体に、インクを流通させるための貫通孔(流路)を形成することができる。 In this process, by removing the second insulating layer that covers the second opening, a through hole (flow path) for the flow of ink can be formed in the laminate of the first insulating layer, the metal film (vibration plate), and the second insulating layer.
第2開口部を被覆する第2絶縁層を除去する方法の例には、ドライエッチング法、ウェットエッチング法、レーザー加工法などが含まれる。これらのうち、ドライエッチング法が好ましい。 Examples of methods for removing the second insulating layer covering the second opening include dry etching, wet etching, laser processing, and the like. Of these, dry etching is preferred.
本工程を行う順番は、第2絶縁層を形成する工程(工程S50)の後であればよいが、本実施形態における流路プレートの製造方法が、隔壁を形成する工程(工程S60)を有するとき、本工程は、工程S60の後に行われることが好ましい。また、本実施形態における流路プレートの製造方法が、電極膜をパターニングする工程(工程S70)を有するとき、本工程は、工程S70の後に行われることが好ましい。 This step may be performed after the step of forming the second insulating layer (step S50), but when the method for manufacturing a flow channel plate in this embodiment includes a step of forming a partition wall (step S60), this step is preferably performed after step S60. Also, when the method for manufacturing a flow channel plate in this embodiment includes a step of patterning the electrode film (step S70), this step is preferably performed after step S70.
本工程が工程S60の後に行われることで、隔壁の形成時の、貫通孔内部への異物の付着を抑制できる。また、支持板上に電極膜が形成されている場合には、本工程が工程S70の後に行われることで、例えば、工程S70で、第2開口部に位置する電極膜を予め除去してパターニングすることができるため、本工程で第2開口部を被覆する第2絶縁層のみを除去するだけで、貫通孔を形成することができる。そのため、貫通孔の加工時間をより短縮して製造効率を高めることができ、加工精度をより高めることができる。 By carrying out this step after step S60, it is possible to suppress adhesion of foreign matter inside the through-hole during the formation of the partition wall. In addition, if an electrode film is formed on the support plate, by carrying out this step after step S70, for example, the electrode film located at the second opening can be removed and patterned in advance in step S70, so that the through-hole can be formed by simply removing the second insulating layer covering the second opening in this step. Therefore, it is possible to further shorten the processing time for the through-hole, improve manufacturing efficiency, and further increase processing accuracy.
2.インクジェットヘッドの製造方法
本実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上述の流路プレートの製造方法により製造された、圧力室を構成する隔壁を有する流路プレートを用意する工程と、インク液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートを、上記用意された流路プレートの上記隔壁に接合させる工程と、を有する。
2. Manufacturing Method of Inkjet Head A manufacturing method of an inkjet head according to this embodiment includes the steps of: preparing a flow path plate having partition walls that form pressure chambers, which is manufactured by the above-described manufacturing method of a flow path plate; and bonding a nozzle plate having nozzle holes for ejecting ink droplets to the partition walls of the prepared flow path plate.
2-1.流路プレートを用意する工程
本工程では、上述の流路プレートの製造方法により製造された、圧力室を構成する隔壁を有する流路プレートを用意する。
2-1. Step of Preparing a Flow Channel Plate In this step, a flow channel plate having partition walls that form pressure chambers and manufactured by the above-mentioned method of manufacturing a flow channel plate is prepared.
2-2.ノズルプレートを接合する工程
本工程では、上記用意する工程で用意された流路プレートの圧力室を構成する隔壁に、インク液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートを、上記ノズル孔が上記圧力室と連通する位置で、接合させる。より具体的には、上記ノズル孔が圧電体の直下に位置するように位置合わせをして、ノズルプレートを上記隔壁に接合させる。
In this step, a nozzle plate having nozzle holes for ejecting ink droplets is bonded to the partition walls constituting the pressure chambers of the flow path plate prepared in the preparation step, at a position where the nozzle holes communicate with the pressure chambers. More specifically, the nozzle plate is aligned so that the nozzle holes are located directly below the piezoelectric body, and then the nozzle plate is bonded to the partition walls.
上記接合させる方法は、特に限定されないが、例えば、接着剤を用いて接合する方法などである。 The method for joining the above is not particularly limited, but may be, for example, a method of joining using an adhesive.
なお、本実施形態において、インクジェットヘッドの製造方法は、共通インク室を有する共通インク室形成部材を、流路プレートの第1絶縁層側の面と接合する工程をさらに有してもよい。 In this embodiment, the method for manufacturing the inkjet head may further include a step of bonding a common ink chamber forming member having a common ink chamber to the surface of the flow path plate facing the first insulating layer.
3.流路プレート
図5は、本実施形態に係るインクジェットヘッド用の流路プレート100の構成を示す模式断面図である。図5に示されるように、上記流路プレートは、圧電体111と、第1絶縁層112と、振動板113と、第2絶縁層114とが積層してなる積層体110を有する。上記流路プレートは、上述の流路プレートの製造方法により製造されうる。
3. Flow Channel Plate Fig. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a flow channel plate 100 for an inkjet head according to this embodiment. As shown in Fig. 5, the flow channel plate has a laminate 110 formed by laminating a piezoelectric body 111, a first insulating layer 112, a vibration plate 113, and a second insulating layer 114. The flow channel plate can be manufactured by the above-mentioned flow channel plate manufacturing method.
上記積層体は、インクを流通させるための貫通孔115を有する。貫通孔115の、インクの流通方向(図5における矢印Xの方向)に直交する平面における断面積は、前記流通方向の下流側に向けて大きくなる。さらに、貫通孔115の壁面は、貫通孔115の内部に対して凸状に湾曲している。 The laminate has through holes 115 for allowing ink to flow. The cross-sectional area of the through holes 115 in a plane perpendicular to the ink flow direction (the direction of the arrow X in FIG. 5) increases toward the downstream side of the ink flow direction. Furthermore, the wall surface of the through holes 115 is curved in a convex shape toward the inside of the through holes 115.
貫通孔115は、上記積層体110において、第1絶縁層112、振動板113、および第2絶縁層114のそれぞれ同じ位置に形成されている。すなわち、貫通孔115は、インクの流通方向が、水平面に対して垂直になるように貫通された孔である。 The through holes 115 are formed at the same positions in the first insulating layer 112, the vibration plate 113, and the second insulating layer 114 in the laminate 110. In other words, the through holes 115 are holes that are pierced so that the flow direction of the ink is perpendicular to the horizontal plane.
上述の流路プレートの製造方法により壁面が上記のように湾曲した第2開口部を有する第1絶縁層と振動板(金属膜)との積層体を形成することで、貫通孔115は上述のような形状を有するに至る。そして、貫通孔115が上述のような形状を有することでインク中の気泡付着を抑制することができる。 By forming a laminate of the first insulating layer and the vibration plate (metal film) having a second opening whose wall surface is curved as described above using the above-mentioned method of manufacturing the flow path plate, the through hole 115 has the above-mentioned shape. And, by having the through hole 115 have the above-mentioned shape, it is possible to suppress the adhesion of air bubbles in the ink.
圧電体111の材料の種類および厚さについては、流路プレートの製造方法で述べたものと同様とすることができる。 The type of material and thickness of the piezoelectric body 111 can be the same as that described in the manufacturing method of the flow path plate.
第1絶縁層112の材料の種類および厚さについても、流路プレートの製造方法で述べたものと同様とすることができる。 The type and thickness of the material of the first insulating layer 112 can be the same as those described in the manufacturing method of the flow path plate.
振動板113の材料および厚さについては、流路プレートの製造方法における金属膜の材料および厚さと同様とすることができる。 The material and thickness of the vibration plate 113 can be the same as the material and thickness of the metal film in the manufacturing method of the flow path plate.
第2絶縁層114の材料の種類および厚さについても、流路プレートの製造方法で述べたものと同様とすることができる。 The type and thickness of the material of the second insulating layer 114 can be the same as those described in the manufacturing method of the flow path plate.
なお、本実施形態では、流路プレート100は、第2絶縁層114上に形成された、圧力室を構成する隔壁120をさらに有してもよい。また、圧電体111の振動板113が積層されている面とは反対側の面に形成された電極130、および上記反対側の面に形成された配線パターン140をさらに有してもよい。上記配線パターン140は、電極130と電気的に接続されている。 In this embodiment, the flow path plate 100 may further include a partition 120 that constitutes a pressure chamber and is formed on the second insulating layer 114. The flow path plate 100 may further include an electrode 130 formed on the surface of the piezoelectric body 111 opposite to the surface on which the vibration plate 113 is laminated, and a wiring pattern 140 formed on the opposite surface. The wiring pattern 140 is electrically connected to the electrode 130.
また、流路プレート100は、電極130および配線パターン140を被覆する保護膜(不図示)をさらに有してもよい。 The flow path plate 100 may further have a protective film (not shown) that covers the electrodes 130 and the wiring pattern 140.
4.インクジェットヘッド
図6は、本実施形態に係るインクジェットヘッド200の構成を示す模式断面図である。図6に示されるように、インクジェットヘッド200は、圧力室を構成する隔壁120を有する流路プレート100と、隔壁120に接合されたノズルプレート210と、を有する。
6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an inkjet head 200 according to this embodiment. As shown in Fig. 6, the inkjet head 200 has a flow path plate 100 having a partition wall 120 that forms a pressure chamber, and a nozzle plate 210 joined to the partition wall 120.
ノズルプレート210は、インク液滴を吐出するためのノズル孔211を有し、ノズル孔211が隔壁120によって形成される圧力室121と連通する位置で、隔壁120と接合されている。ノズル孔211の断面形状は、例えば、円形である。また、インクの吐出安定性を向上させる観点から、ノズル孔211は、テーパー形状を有することが好ましい。 The nozzle plate 210 has a nozzle hole 211 for ejecting ink droplets, and is joined to the partition wall 120 at a position where the nozzle hole 211 communicates with a pressure chamber 121 formed by the partition wall 120. The cross-sectional shape of the nozzle hole 211 is, for example, circular. From the viewpoint of improving the ejection stability of the ink, it is preferable that the nozzle hole 211 has a tapered shape.
本実施形態において、インクジェットヘッド200は、流路プレート100の第1絶縁層112側の面に接合された、共通インク室221を形成するための共通インク室形成部材220をさらに有してもよい。 In this embodiment, the inkjet head 200 may further include a common ink chamber forming member 220 for forming a common ink chamber 221, which is bonded to the surface of the flow path plate 100 on the side of the first insulating layer 112.
本発明のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法を用いることにより、金属の種類によらず、加工精度および製造効率を高めて貫通孔を形成することができ、かつ振動板の腐食を抑制できる。そのため、本発明は、金属製の振動板を用いたインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法に有用である。 By using the method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head of the present invention, it is possible to form through holes with improved processing accuracy and manufacturing efficiency regardless of the type of metal, and to suppress corrosion of the diaphragm. Therefore, the present invention is useful as a method for manufacturing a nozzle plate for an inkjet head that uses a metallic diaphragm.
10 支持板
11 基板
20、111 圧電体
30、112 第1絶縁層
40 レジストパターン
50 金属膜
60、114 第2絶縁層
70、115 貫通孔
100 流路プレート
110 積層体
120 隔壁
200 インクジェットヘッド
210 ノズルプレート
220 共通インク室形成部材
REFERENCE SIGNS LIST 10 Support plate 11 Substrate 20, 111 Piezoelectric body 30, 112 First insulating layer 40 Resist pattern 50 Metal film 60, 114 Second insulating layer 70, 115 Through hole 100 Flow path plate 110 Laminated body 120 Partition wall 200 Inkjet head 210 Nozzle plate 220 Common ink chamber forming member
Claims (12)
前記第2開口部を被覆するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンが形成された前記基板の表面に金属膜を形成する工程と、
前記レジストパターンを、前記レジストパターンを被覆する金属膜と共に除去する工程と、
を有する、
インクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。 A step of preparing a substrate on a support plate, the substrate including a piezoelectric body and a first insulating layer having a first opening exposing the piezoelectric body and a second opening formed at a position different from that of the piezoelectric body;
forming a resist pattern covering the second opening;
forming a metal film on the surface of the substrate on which the resist pattern is formed;
removing the resist pattern together with a metal film covering the resist pattern;
having
A method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head.
請求項1に記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。 In the step of forming the metal film, a laminate of multiple layers having different metal compositions is formed as the metal film.
The method for manufacturing the flow path plate for an ink jet head according to claim 1 .
前記積層体は、いずれもタングステン、モリブデン、クロム、チタン、ニッケル、イリジウム、白金、銅、金、およびこれらの合金からなる群から選択される金属を材料とし、かつ組成が異なる2層以上の金属層を含む、
請求項2に記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。 In the step of forming the metal film, a laminate of a plurality of metal layers is formed,
The laminate includes two or more metal layers each made of a metal selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, chromium, titanium, nickel, iridium, platinum, copper, gold, and alloys thereof, and each having a different composition.
The method for manufacturing the flow path plate for an ink jet head according to claim 2 .
支持板上に圧電体を形成する工程と、
前記圧電体が形成された支持板上に第1絶縁層を形成する工程と、を有する、
請求項1に記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。 The preparing step includes:
forming a piezoelectric body on a support plate;
forming a first insulating layer on the support plate on which the piezoelectric body is formed;
The method for manufacturing the flow path plate for an ink jet head according to claim 1 .
前記第2絶縁層のうち、前記第2開口部を被覆する部位を除去する工程と、
をさらに有する、請求項1に記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。 forming a second insulating layer on the surface of the substrate from which the resist pattern has been removed;
removing a portion of the second insulating layer that covers the second opening;
The method for manufacturing a flow path plate for an ink jet head according to claim 1 , further comprising:
前記第2絶縁層を除去する工程は、前記隔壁を形成する工程の後に行われる、
請求項6に記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。 The method further includes a step of forming a partition wall that constitutes a pressure chamber on the second insulating layer,
The step of removing the second insulating layer is performed after the step of forming the partition wall.
The method for manufacturing a flow path plate for an ink jet head according to claim 6.
前記隔壁を形成する工程の後に、
前記支持板を前記電極膜から取り外し、前記電極膜をパターニングして電極パターンを形成する工程をさらに有し、
前記第2絶縁層を除去する工程は、前記電極パターンを形成する工程の後に行われる、
請求項7に記載のインクジェットヘッド用の流路プレートの製造方法。 In the preparing step, a substrate is prepared in which an electrode film is formed on a support plate, and the piezoelectric body and the first insulating layer are formed on the electrode film;
After the step of forming the partition wall,
The method further includes a step of removing the support plate from the electrode film and patterning the electrode film to form an electrode pattern;
The step of removing the second insulating layer is performed after the step of forming the electrode pattern.
The method for manufacturing a flow path plate for an ink jet head according to claim 7.
インク液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートを、前記用意された前記流路プレートの前記隔壁に接合させる工程を有する、インクジェットヘッドの製造方法。 a step of preparing a flow path plate having a partition wall, the flow path plate being manufactured by the method for manufacturing a flow path plate for an inkjet head according to claim 7 or 8;
A method for manufacturing an inkjet head, comprising: bonding a nozzle plate having nozzle holes for ejecting ink droplets to the partition walls of the prepared flow path plate.
前記積層体は、インクを流通させるための貫通孔を有し、
前記貫通孔の、前記インクの流通方向に直交する平面における断面積は、前記流通方向の下流側に向けて大きくなり、
前記貫通孔の壁面は、前記貫通孔の内部に対して凸状に湾曲している、
インクジェットヘッド用の流路プレート。 A laminate including a piezoelectric body, a first insulating layer, a vibration plate, and a second insulating layer,
the laminate has through holes for allowing ink to flow therethrough;
a cross-sectional area of the through hole in a plane perpendicular to a flow direction of the ink increases toward a downstream side in the flow direction,
The wall surface of the through hole is curved convexly toward the inside of the through hole.
A flow path plate for inkjet heads.
インク液滴を吐出するためのノズル孔を有し、前記流路プレートの圧力室を構成する隔壁に接合されたノズルプレートと、
を有する、インクジェットヘッド。 A flow path plate for an inkjet head according to claim 11;
a nozzle plate having nozzle holes for ejecting ink droplets and joined to partition walls constituting pressure chambers of the flow path plate;
An inkjet head comprising:
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