JP3697861B2 - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットヘッドの製造方法に関するものである。更に詳しくは、本発明は、インク取入れ口が形成されたインクジェットヘッドのインク取入れ口の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドの製造方法としては、シリコン基板にエッチングを施し、インク流路を形成した流路基板を挟み込むように２枚のガラス基板を接合してインクジェットヘッドを製造する方法が、本出願人によって特開平５−５０６０１号、同６−７０８８２号公報に開示されている。
【０００３】
又、インクジェットヘッドに、外部からインクを供給するための供給口を設ける方法として従来、特開昭６２−１５２８６２に示されるものがある。これは、インク供給管を接続するための穴をヘッドチップに開孔し、凹状に形成してインクを供給できるようにしたものである。
【０００４】
又、特開昭５６−８９９５６に示されるように、ガラスにスクリーン印刷を施すことによりインクを供給する穴を形成するものもあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの製造方法を、前述の特開平５−５０６０１号等に示されるインクジェットヘッドに適用する場合、インクジェットヘッド一つ一つにインク取入れ口用の穴明け加工が必用となり、大量生産に向かないという不具合があった。
【０００６】
一方、予め穴明けがなされたウエハ状の基板によりで複数のインクジェットヘッドを作成して、これらを切断して一度に多くのインクジェットヘッドを作成する場合には、ウエハ状の基板にエッチングにより細密な電極を形成する必要が生ずる。しかしながら、穴明けが成された基板へ細密な電極を形成しようとすると、エッチングを行なうための細密なパターニングを行なうためのスピンコート法による感光性のフォトレジストを薄く且つ均一に塗布することが不可能となってしまい、高精度で高密度な電極を形成することができないという不具合があった。特に、静電吸引を行なうための０．１〜０．２ミクロン程度の浅い溝や、５〜１０ミクロンピッチの配線パターンの作成においてはスピンコートによるフォトレジスト塗布が不可欠でありながら且つ穴明けを切断工程に先立って予め行なう必要が生じていた。
【０００７】
これらの課題に対して、前述の従来の技術では、何等その解決手段が示されていなかった。
【０００８】
又、上述の課題に対して、基板に貫通穴を設けず、インクジェットヘッド製造工程の切断工程で生じたインクジェットヘッドの切断端面に流路に連通するインク取入れ口を開口させてインクを供給するヘッドが考案されている。しかしながら、インクジェットヘッド端面へインク取入れ口を設けた場合、フェイスイジェクトタイプのインクジェットヘッドでは、印刷面に対向し、ノズルが開口する面よりインク供給管の部材が突出することを回避することが難しく、印刷面に供給管が当接してしまう場合が生じた。
【０００９】
本発明は上記インクジェットヘッド製造上の課題を解決するためのものであり、高密度で高精度のエッチングによる電極の形成と、基板に一度に多くの穴を明け加工を施すことを可能とし、量産性に優れたインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
更に、本発明はインクジェットヘッドへの流路へのインクの供給及び導入が容易に可能な構造をしたインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インク滴を吐出するノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該インク流路にインクを供給するインク取入れ口と、該流路の一部に設けられた電気機械変換素子と、該電気機械変換素子に対応して設けられた電極とを有するインクジェットヘッドの製造方法において、絶縁性の第１の基板に前記電極のパターンを形成するパターン形成工程と、前記電極パターンが形成された第１の基板に前記インク取入れ口を形成する貫通穴を加工する第１の穴明け工程と、前記第１の基板と前記インク流路が形成された第２の基板を接合する接合工程と、前記接合工程の後、前記第２の基板の前記第１の基板穴明け位置当該位置に穴明けを行なう第２の穴明け工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
又、前記穴明け加工工程ではドリルによる研削加工により穴明け加工を行なうことを特徴とする。
【００１３】
更に、前記穴明け加工工程がレーザ光による溶融または昇華により穴明け加工することを特徴とする。
【００１４】
又更に、前記穴明け加工工程が超音波加工により穴明け加工することを特徴とする。
【００１５】
更に又、前述までの製造方法のいずれかにおいて、前記パターン形成工程に先立って溝形成工程を有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。
【００１６】
加えて、前述までの製造方法のいずれかにおいて、前記接合工程の後、第２の基板の第１の基板穴明け位置当該位置に穴明けを行なう第２の穴明け工程を有することを特徴とする。
【００１７】
更に、前述のインクジェットヘッドの製造方法において、前記第２の穴明け工程はピンによるせん断打ち抜き加工することを特徴とする。
【００１８】
加えて、前述までの製造方法において、前記接合工程に先立って前記第２の基板の前記第１の基板と接合する側の面の穴明け当該位置に前記第２の穴明け加工を補助するためのピットを付与するピット形成工程を有することを特徴とする。
又、前述のインクジェットヘッドの製造方法において、前記ピット形成工程は前記第２の基板を異方性エッチングすることによることを特徴とする。
【００１９】
又更に、前述までの製造方法のいずれかにおいて、前記電気機械変換素子が前記インク流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に一定間隔で対向配置された個別電極からなる静電アクチュエータであることを特徴とする。
【００２０】
前述の課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは前述までの製造方法のいずれかにより形成されたことを特徴とする。
【００２１】
又、前記ノズルからのインク吐出方向と前記インク取入れ口のインク取入れ方向が略平行であり、該インク取り入れ口が前記ノズルが開口する面と反対側の面に開口していることを特徴とする。
【００２２】
更に、前記絶縁性の第１の基板がホウ珪酸ガラスであることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したインクジェットヘッド及びその製造方法について説明する。なお、同一物は同一番号で示し説明をする。
【００２４】
（全体構成）
図１は、本発明の１実施形態を示すインクジェットヘッドの分解斜視図であり図２は組立てられたインクジェットヘッドのインク流路全体の略断面構成図である。
【００２５】
本例のインクジェットヘッド１０は、静電気力を利用して振動板を吸引、振動させることによりノズルに連通したインク室の容積を変化させてインク液滴の吐出を行なう形式のものである。勿論、圧電素子等を利用してノズルに連通したインク室の容積を変化させてインク液滴の吐出を行なう形式のものを採用することもできるし、発熱素子を利用してインク室内のインクを膨張させてインク液滴の吐出を行う形式のものを採用することもできる。また、本例では、基板上面に設けたノズル孔からインク液滴を吐出させるフェイスイジェクトタイプであるが、インク液滴を基板の端部に設けたノズル孔から吐出させるエッジイジェクトタイプでもよい。
【００２６】
これら図１、２を参照してインクジェットヘッド１０の構造を説明する。本例のインクジェットヘッド１０は、３枚の基板１、２、３を重ね合わせた積層構造をしている。３は第１の基板であるところの電極ガラス基板、２は第２の基板であるところのシリコン基板、１は第３の基板であるところのノズルプレートである。シリコン基板２は、例えば単結晶シリコンよりなり、底壁が振動板５として機能する吐出室６（インク室）を構成することになる凹部２２と、凹部２２の後部に設けられたオリフィス７を構成することになるインク流入口のための細溝２３と、各々の吐出室６にインクを供給するための共通のインクキャビティ（リザーバ）８を構成することになる凹部２４とを有する。オリフィス７を構成することになる細溝２３は後述する第３の基板であるノズルプレート１に形成してもよい。また、シリコン基板２の下面には、インクジェットヘッド１０の駆動時に、振動板５と後述する個別電極３１の短絡を防止するため、ＳｉＯ２からなる絶縁層２５が形成されている。また、図２に示すように、シリコン基板２の上面には、共通電極２６が形成されている。
【００２７】
シリコン基板２の上面に接合されるノズルプレート１は、例えばガラスまたはプラスチック、ステンレス等の金属、シリコン等の薄板からなり、吐出室６に対応する位置に吐出室の個数分のノズル４が形成されている。このノズルプレート１とシリコン基板２の接合によって、ノズル４に連通する吐出室６、オリフィス７およびリザーバ８が区画形成される。
【００２８】
シリコン基板２の下面に接合される電極ガラス基板３は、厚み１ｍｍのホウ珪酸ガラスからなり、その上面には、振動室９を構成することになる凹部３５が設けられており、凹部３５の底面には、リード部３２および端子部３３を有する個別電極３１が形成されている。この電極ガラス基板３の接合によって前記振動室９を構成すると共に、各振動板５に対応する各々の位置に個別電極３１が配置される。また、この電極ガラス基板３には、インク取入れ口１４の一部となる貫通穴３６が設けられている。この貫通穴３６は、シリコン基板２と電極ガラス基板３を接合したときに、リザーバ８の下側に配置されるように設けられている。この貫通穴３６は、リザーバ８の大きさ、ノズル数に応じて複数箇所に設けられている。
【００２９】
電極ガラス基板３とシリコン基板２とを接合した後、振動室９をエポキシ樹脂等の封止材４１で、外気から気密封止される。なお、このとき振動室９の電極３１と振動板５の間隔は、０．２μｍ程度に保持される。
【００３０】
その後、後述するように、電極ガラス基板３の穴３６が開いた部分のみについて、シリコン基板２に再度の穴明け加工が施され、シリコン基板２、電極ガラス基板３を貫通する穴を開けることにより、インク取入れ口１４が形成されている。
【００３１】
共通電極１７、各個別電極３１の端子部３３に、例えばリード線をボンディングして、ドライバ２２０が接続され、図２に示すインクジェットヘッド１０が駆動可能となる。
【００３２】
更に、インクジェットヘッド１０のインク取入れ口１４にインク供給管を接着して接続することにより、リザーバ８、吐出室６等のインク流路は、インクタンク（不図示）からインク取入れ口１４を通して供給されたインクが充填されることが可能となる。
【００３３】
なお、使用されるインクは、水、アルコール、トルエン等の主溶媒にエチレングリコール等の界面活性剤と、染料または顔料とを溶解または分散させることにより調製される。さらに、インクジェットヘッドにヒーター等を付設すれば、ホットメルトインクも使用できる。
【００３４】
個別電極３１に対して、ドライバ２２０により、例えば、正の電圧パルスを印加して電極３１の表面が正の電位に帯電すると、対応する振動板５の下面は負の電位に帯電する。したがって、振動板５は静電気力によって吸引されて個別電極３１との間隔が狭まる方向へ撓む。この時、振動板５が撓むことにより、インクがリザーバ８からオリフィス７を経由して吐出室６に供給される。次に、個別電極３１へ印加している電圧パルスをオフにし、蓄えられている電荷を放電すると、振動板５は元の位置に復元する。この復元動作によって、吐出室６の内圧が急激に上昇して、ノズル穴４からインク液滴が記録紙（不図示）に向けて吐出する。
【００３５】
なお、図１においては、１個のインクジェットヘッドの一部分を示しているが、実際は、ウエハ状のシリコン基板２に複数個分のインクジェットヘッド１０の流路パターンをエッチングし、複数個分のインクジェットヘッドのノズル４、個別電極３１がそれぞれ形成された電極ガラス３及びノズルプレート１を接合した後、所定箇所をダイシングにより切断して個々のインクジェットヘッド１０に分割して得る。この様に、複数個（多数個）のインクジェットヘッド１０を同時に製造することが可能であり、量産性に優れている。
【００３６】
（製造方法）
図３には上記構成のインクジェットヘッド１０の製造工程の概略フローチャートを示してある。以下順を追って説明する。この図の示すように、まず、ステップＳＴ１１において、インクジェットヘッド１０の第１の基板となる電極ガラス基板３の電極パターンのウエハ加工を行なう。ここでは、電極ガラス基板に、凹部３５、リード部３２、端子部３３、個別電極３１を複数ヘッド当該数が区画形成される。 次に、ステップＳＴ１２では、個別電極３３等の微細なパターンが形成された電極ガラス基板３にインク取入れ口３６を形成する穴明け加工を行なう。穴明け加工工程ステップＳＴ１２ではウエハ加工により区画形成される複数のインクジェットヘッド１０に相当する数の貫通穴３６を明ける。
【００３７】
又、ステップＳＴ２１の工程ではステップＳＴ１１とは別に第２の基板となるシリコン基板に前述の凹部２２、２４の各溝をエッチング等による溝加工によってウエハ加工により復数ヘッド分を区画形成する。
【００３８】
更に、ステップＳＴ４１では前述までにウエハ加工さらたシリコン基板２と電極ガラス基板３を接合する。図１に示すようにシリコン基板２と電極ガラス基板３とを振動板５と個別電極３１が対向するように貼り合わせる。接合方法としては陽極接合を用いるのが良い。陽極接合によれば、高精度にて振動室９の電極３１と振動板５の間隔を保持し、基板材料の強度にほぼ等しい接合強度と気密性を得ることが可能である。
【００３９】
陽極接合は、シリコン基板２側をプラス電極、ガラス製の電極ガラス基板３をマイナス電極に接続し、３００〜４００℃の温度で、５分間程度、７００〜９００Ｖ印加する。これによりシリコン基板２とガラス基板３を完全に密着させた接合を行なうことができる。また、シリコン基板２と電極ガラス基板３が完全に密着さえすれば接着剤にて貼り合わる接着接合でも良い。接着接合によれば、簡略な装置にて容易に接合が可能である。
【００４０】
ステップＳＴ４２では振動室９を気密封止する。ここでは熱硬化タイプのエポキシ樹脂を個別電極リード部３２に塗布・硬化することにより振動室９の気密封止を行なう。
【００４１】
ステップＳＴ４３では、電極ガラス基板３に形成されたインク取入れ口１４となる貫通穴３６のシリコン基板２との接合面当該位置でかつリザーバ８の底壁面に相当する位置に穴を明け、リザーバ８にインクを供給するためのインク取入れ口１４を貫通させて形成する。
【００４２】
ステップＳＴ３１ではノズルプレート１に流路溝２３等をエッチング等により加工する。ノズルプレート１に溝形成を必要としない場合は、この工程ＳＴ３１は省略可能である。ノズルプレート１加工のステップ３２ではノズルプレートにノズル穴を形成する。溝加工及びノズル穴加工は複数ヘッド分がウエハ加工され、細溝２３等の溝及びノズル穴４が区画形成される。ここではノズル穴４はシリコンを腐食性のガスによるプラズマエッチングにより異方性エッチングして１度に開口される。
【００４３】
ステップＳＴ５１ではステップＳＴ４３でインク取入れ口１４が形成された電極ガラス基板３に接合されたシリコン基板２とノズルプレート１を接合する。ここで、シリコン基板２とノズルプレート１は接着により、接合される。
【００４４】
ステップＳＴ５２では、この工程までにウエハ加工されたインクジェットヘッドを切断加工により個々のインクジェットヘッド１０に分割する。切断はダイシングによる研削切断により行なわれる。
【００４５】
その後、ステップＳＴ５３のヘッド組立工程にてインクジェットヘッド１０にはインク取入れ口１４に供給管が、個別電極３３にはドライバ回路２２０が接続される。更に記録装置に搭載されて、インクジェット記録装置が完成する。
【００４６】
図４は、前述の第１の基板の電極ガラス基板３の電極形成工程部分のフローを示すフローチャートである。
【００４７】
ステップＳＴ１１１では、振動室９を形成するための溝３５を電極ガラス基板３に加工する。溝３５はＣｒ−Ａｕにより、マスクさられたパターンを弗化アンモニユウムと過酸化水素水の混合液にて常温でエッチングすることにより加工する。ここでは溝３５の深さはエッチングの時間を管理することにより、０．２８ミクロンの深さに加工される。振動室９は、第２の基板であるシリコン基板２のＳｉＯ２からなる絶縁層２５に同様に溝加工しても得られる。この場合は、ステップＳＴ１１１を省略してもよい。
【００４８】
ステップＳＴ１１２は電極用材料を薄膜として電極ガラス３の前述の溝３５が形成された面に形成する。ここでは、透明電極であるＩＴＯ薄膜をスパッタリングにより０．１ミクロンの厚みに成膜している。
【００４９】
ステップＳＴ１１３ではステップＳＴ１１２で成膜された薄膜の上面に感光性の樹脂を塗布して、マスクパターンにより電極部以外を露光して、現像する。ここで、感光性の樹脂は東京応化製のポジレジストＯＦＰＲ８００をスピンコートすることにより、約１ミクロンの厚みに均一に塗布する。均一に且つ薄く塗布することにより、電極となるパターンの幅やピッチを正確に形成することが可能となる。又、レジストのピンホールによる欠陥もスピンコートによれば少なく、電極のパターン切れ等の不具合も少なく、信頼性の高い電極加工が可能となる。
【００５０】
ステップＳＴ１１４では現像されたレジストパターンが形成された薄膜をエッチングにより電極パターンに加工する。ここではＩＴＯ薄膜を４０℃で王水によりエッチングする。エチングにより、個別電極３１、リード部３２、端子部３３が形成される。ウエハ加工によれば、インクジェットヘッド１０複数個分に相当する電極パターンが区画形成される。
【００５１】
図５は、前述の図３による説明における第１の基板の電極ガラス基板３の穴明け加工工程のフローを示すフローチャートである。図５に示す穴明け加工工程のフローは、後述する各種の穴明け加工方法に共通する基本的な加工フローを示している。穴明け加工は前述の電極形成工程の次に行われる工程であり、穴明け加工に先だって電極形成することにより、電極形成工程ではレジスト塗布による各種の微細加工が可能となる。
【００５２】
ステップＳＴ１２１では、電極パターンとこれから明ける穴の位置を合わせるための位置決めを行う。電極ガラス３の電極パターン形成時に設けられた位置決め用のマークと穴明けを行うための加工装置の基準の位置を合わせる。ステップＳＴ１２１において、精密に位置を決めることにより個別電極３１とインク取入れ口１４の位置を正確に合わせることが可能となる。シリコン基板２は個別電極３１と振動板５の位置とが正確に合わせられて電極ガラス基板３に接合されており、且つ、シリコン基２の板振動板５はノズルプレート１のノズル４との位置が正確に合わせられてノズルプレート１に接合されている。結局、ステップＳＴ１２１で位置あわせすることにより、インク取入れ口１４とノズル４の位置が精度よく確保できるようになる。
【００５３】
ステップＳＴ１２２では、まず、個別電極３１等が形成されている面、これをパターン面と呼ぶとすると、パターン面より穴を明ける。加工方法によっては穴を貫通させて加工した場合、貫通側、すなわちパターン面の裏面に、形成された穴の周囲にチッピングと呼ばれる細かい割れが生ずることがある。このチッピングが発生すると供給管の継目よりインクが漏れたり、インク流路の中に気泡が侵入したりする等の不具合を生ずる。これら不具合を防止するためにチッピングを生じる可能性のある穴明け加工方法において、ステップＳＴ１２２では穴を貫通させずに形成する。加えて、パターン面と裏面の位置決めを行うための貫通穴を最低２箇所加工する。
【００５４】
ステップＳＴ１２３では、ステップＳＴ１２２で形成された貫通穴を用いてパターン面反対側の裏面の穴明けの位置あわせを行ない、インク取入れ口１４を形成する貫通穴３６を裏面より加工する。工具の射出側でチッピングを生じない加工方法では、ステップ１２２で貫通穴３６をパターン面より行なうことにより、ステップＳＴ１２３の工程は省略することが可能である。
【００５５】
ステップＳＴ１２４は穴明け加工後の洗浄工程である。穴明け加工により生じた砥粒や切り屑等の異物は全て完全にステップＳＴ１２４にて除去する。ここでは、界面活性剤による超音波洗浄後、純水によるリンスを十分行なった後、イソプロピルアルコールによる蒸気乾燥を行う。
【００５６】
（インク取入れ口１４の穴明け加工方法）
電極ガラス基板３への穴明け加工は細密パターン形成後、パターンにダメージを与えず、ガラス等の脆性材料を加工することができ、穴の位置と形状が精密に形成することができる加工方法であれば、どの様な加工方法でもよい。以下に、穴明け加工方法について例を挙げて述べる。
【００５７】
ドリルによる研削加工によりインク取入れ口１４の貫通穴３６を形成することが可能である。図６はダイヤモンドドリルによる穴明け加工の様子を示した図である。３００はダイヤモンドドリルまたはダイヤモンドグリッタの刃具で３０１は表面にダイヤモンドが付けられれた研削工具部分である。刃具の先端３０１の直径はインク取入れ口１４よりも０．０３ｍｍ小さい０．６ｍｍである。図６（１）では刃具３００は矢印Ａ方向に回転し矢印Ｂ方向に送られて、電極ガラス基板に接近する。この時、刃具は９０００ｒｐｍで回転し、２００ｍｍ／ｓｅｃの速度で送られる。０．１５ｍｍまで刃具３００の先端が電極ガラス基板３に接近すると、刃具３００は１０ｍｍ／ｓｅｃ送られ、電極ガラス基板３を加工する。刃具３００が電極ガラス基板３を０．１ｍｍ切り込んだ時点で送り速度を１５ｍｍ／ｓｅｃで送る。 図６（２）に示すように、刃具３００が、電極ガラス基板に０．６ｍｍまで切り込んだ時点で、送りを停止し、刃具３００を戻し、次の穴を明けに移る。この様にして、次々と穴明け加工を繰り返して、パターン面へ貫通穴３６を形成するための穴３６ａを開けていく。送り速度は全て数値制御されてた工作機械により行われる。刃具３００の入射時の送りを遅くしているのは入射時のチッピングを防ぐための工夫である。又、それ以外の送り速度の設定は、加工時間短縮のための工夫の結果である。刃具の回転が９０００ｒｐｍと高速に設定しているのは、脆性材料を効率よく且つ、精度良く研削加工するためであり、刃具３００は図示されていない高剛性のエアースピンドルにより軸支されている。
【００５８】
図６（３）では、今度は裏面より刃具３００より太い刃具３０２により、穴開け加工を行い、穴３６ｂを形成し、貫通穴３６を明ける。刃具３０２の先端の直径は０．８ｍｍであり、これにより穴３６ｂの直径は０．８３ｍｍとなる。穴３６ｂの直径を穴３６ａの直径よりも大きくする事により、電極ガラス基板３のパターン面３ａと裏面３ｂでの穴の位置ズレによる貫通穴３６の穴の通り違いが生じないようにするためである。貫通穴３６に通り違いが生ずると、インク取入れ口１４の内部で気泡の引っかかりを生じ、インクを十分供給することができなかったり、次工程での第２の穴開けができなくなる等の不具合が生ずるので、これらを防ぐのが目的である。又、パターン面３ａと裏面３ｂの両面から穴を明けるのは、前述したように、貫通穴形成時の刃具射出時のチッピングを防止するのが目的である。
【００５９】
ダイヤモンドドリルによる穴明け加工に依れば、熱や振動が伴わないため、精密に穴の位置・寸法と形状が管理できる。加工時間も比較的短時間でよく、量産性に適している。
【００６０】
上述のドリル加工では主にダイヤモンドの刃具を用いた例により、加工方法を説明した。ドリル加工はその工具がダイヤモンドに限られるものではなく、非削材よりも硬い刃具材料であれば何でも良い。非削材がガラスの場合は、ダイヤモンドの代わりに、ＣＢＮ（立方晶窒化ボロン）の微粒子によるドリルでも良い。この場合、刃具はダイヤモンドの場合よりも安価で済む。
【００６１】
上述のドリル加工に替えて超音波加工により、インク取入れ口１４を形成する貫通穴３６を形成しても良い。超音波加工とは、砥粒を１６ｋＨｚ以上の高い振動数で電極ガラス基板３に衝突させて穴明けを行う衝撃破砕加工法の一種である。
【００６２】
図７に超音波加工による穴明け方法を示す。３０３は振動子である。振動子３０３は超音波発信機に接続されて、超音波で振動する。３０４は振動子３０３にハンダ付けされ、振動子３０３の振動を増幅する第１ホーンである。。３０６は更に振動を増幅するホーンである。３０５はホーン３０６と３０３を継ぐ締結部で継ぎ手である。ホーン３０６は継ぎ手３０３にネジ止め締結されている。３０７はホーン３０６の先端に付けられた工具である。工具３０７を矢印Ｃ方向に超音波振動させ、工具３０７と電極ガラス基板３の間に介在する砥粒を振動させて、ガラス基板３を加工し、貫通穴３６を形成する。砥粒により、パターン面の個別電極３１が傷付かないように、パターン面３ａ表面にはレジスト３１０が塗布されている。又、裏面３ｂには電極ガラス基板と同じ材質であり、大きさの捨てガラス３０９が松やにやビーズワックス等のワックスにより密着されていて、工具３０７は捨てガラスまで加工を行う。これは、工具３０７が裏面３ｂに射出する時に電極ガラス基板３の貫通穴３６の周囲にチッピングを生ずるの防止するためである。３０９は本超音波加工機のベッドであり、捨てガラス３０８を固定している。
【００６３】
本超音波加工による穴明けの実施例においては、工具３０７の振動の周波数を２８ｋＨｚとし、振幅を約１ミクロンに設定した。又、砥粒は、炭化珪素の＃１０００を用いた。この時、砥粒の平均径は工具３０７の振幅にほぼ等しい１ミクロンのものを用いた。又、加工液には純水を用いた。
【００６４】
超音波による貫通穴３６が明けられた後、レジスト３１０及び捨てガラス３０８は電極ガラス基板３より剥離される。
【００６５】
超音波加工による穴明け加工では、専用のホーン３０６を作成することにより、複数のインクジェットヘッド１０に該当する貫通穴３６を一度に作成することが可能であり、一穴当りの加工時間が短時間で穴明けを行うことができる。又、形成される貫通穴３６の形状と位置・寸法精度が比較的良好である特長を有する。更に超音波加工によれば、ホーン３０６の工具３０７の断面形状を任意に作成することにより、丸穴以外の断面形状を有する貫通穴３６を開口することも可能である。
【００６６】
更に、上述の穴明け方法にかえて、レーザによる穴明けが可能である。図８にレーザ加工による穴明け加工方法を示す。３１１はレーザ光３１２を照射するヘッドである。電極ガラス基板３の貫通穴明け加工を行うレザー加工には炭酸ガスレーザを用いる。図８（１）はレーザ光の焦点を電極ガラス基板上の穴あけ位置に合わせて、ガラスを溶融もしくは昇華せしめて貫通穴３６を明けるピアッシングと呼ばれる穴明け方法である。ピアッシングでは焦点を絞って一度に所望の貫通穴を明ける。このため、短時間で小さい貫通穴３６をあけることが可能である。ピアッシングにより大きな穴を明ける場合は貫通の後レーザヘッド３１１を矢印Ｄ方向に移動させて、焦点をずらして、徐々に貫通穴を広げて行く。
【００６７】
又、図８（２）に示すように、ピアッシングにより小さな貫通穴３１３を明けスクライビングと呼ぶ溝堀加工により溝３１４を堀ながら貫通穴３６を形成することも可能である。この場合、ピアッシングに比べて大きな穴を明けることと穴の形状を精度良く明けることが可能となる。
【００６８】
更に図８（３）に示すように、溝加工による溝３１４を繰り返し形成して貫通穴３６を得ることも可能である。この場合は、少ないエネルギーにより加工が可能であるため、加工後の割れを防止することが可能である。
【００６９】
ピアッシングの場合のレーザ発振条件は、ピーク出力３３００Ｗ、周波数２０Ｈｚ、パルス幅は７０マイクロ秒である。更に、スクライビングではこれに加えて、レーザ光の走査速度を１００ｍ／分とした。
【００７０】
レーザ光による穴明けでは加工時の熱により、加工後、貫通穴３６の廻りにクラックが生ずる不具合を生ずる場合がある。この様な場合には、穴明け加工後１時間以内に３００〜５００℃に加熱し１時間保持する焼き鈍しにより割れ・クラックの進展を防止することが可能である。電極ガラス基板３の電極材料にダメージを与えないように、本実施形態においては３４０℃にて焼き鈍しを行った。
【００７１】
又、レーザ光による穴明けではレーザ光の射出側にドロスと呼ばれる溶融異物が生ずることがある。これは、レーザ加工時に窒素やアルゴン等のアシストガスを用い、レーザ加工をする際に加工部位にガスを吹き付けることにより防止することができる。
【００７２】
レーザ光により貫通穴３６を形成することにより比較的安価な穴明け加工が可能である。
【００７３】
加えて、上述の穴明け方法にかえて、サンドブラスト（パウダービーム）加工による穴明け方法による貫通穴形成が可能である。図９にパウダービーム加工による穴明け加工方法を示す。パウダービーム加工とは、噴射加工（サンドブラスト）の一種で、約１ミクロンの大きさの窒化珪素及びＣＢＮ砥粒の吹き付け加工による穴明け加工方法である。３１６は砥粒を高圧で吹き出す噴射ノズルである。３１５はステンレスのマスクである。マスク３１５は貫通穴３６を形成する当該位置に穴が明いている。パウダービーム加工では砥粒をＥ方向に噴射ノズル３１６から高圧の空気ににより２００ｍ／秒の速度で噴射させて、電極ガラス基板３の穴明け当該位置に衝突させて穴明け加工を行う。
【００７４】
パウダービーム加工によ依れば、精密で任意の形状の貫通穴３６を形成することが可能である。又、チッピング等の割れや欠けを生ずることは無い。
【００７５】
更に加えて、上述の穴明け方法にかえて、電解放電加工による穴明け方法による貫通穴形成が可能である。図１０に電解放電加工による穴明け方法を示す。電解放電加工による穴明け加工は電極ガラス基板３を水酸化ナトリウム水溶液３２１中に漬けて行われる。３１７は加工電極である。３１９は被覆チューブで、絶縁を確保している。３１８は電極、３２０は直流電源を示している。加工電極３１７はマイナス側に接続され、直径０．３ｍｍのＳＵＳ３０３材を使用した。又、プラス側電極３１８にはプラチナを使用した。水酸化ナトリウム水溶液３２１は３０％の濃度となるようにし、電源３２０は３２Ｖに設定した。加工電極３１７をＦ方向に移動して電極ガラス基板３に加工電極３１７の約７０ｇｆの自重で電極ガラス基板３に接触させると放電が起こり、気泡３２２を生じて貫通穴３６が明く。
【００７６】
電解放電加工によれば、大がかりな装置なくして簡単に貫通穴３６を形成することが可能で、多品種の小量生産のインクジェットヘッド１０の生産をする場合に有利である。
【００７７】
電極ガラス基板３の貫通穴３６の加工方法について幾つかの実施例を挙げた。発明者らは、最終的にこれらの加工方法のなかから、ダイヤモンドドリルによる加工方法をベストモードとして選択した。ダイヤモンドドリルによる加工方法は、加工能率と加工された貫通穴３６の形状と寸法及び位置精度が最も良好であったからである。
【００７８】
（第２の穴明け加工工程について）
図１１に第２の穴明け工程のステップＳＴ４３の穴明け方法を示す。シリコン基板２と電極ガラス基板３を陽極接合したシリコン基板２のリザーバ溝２４の低面の電極ガラス基板の貫通穴３６当該位置に穴を明ける方法であり、ピンを用いた穴明け方法を示す。
【００７９】
図１１（１）は陽極接合後のシリコン基板２と電極ガラス基板３の貫通穴３６とリザーバ８となる凹部２４付近の断面図である。３２４は、シリコン基板の溝形成加工工程のステップＳＴ２１にて流路溝と同時に形成されたピットである。ピット３２４は貫通穴形成時の加工を容易にするために予め付されている。凹状の溝２４の底の厚みが薄い場合はピット３２４は省略することも可能である。３２３はシリコン基板２に穴を明けるためのピンである。シリコン基板２に穴を明けるために矢印Ｇ方向から電極ガラス基板３の貫通穴３６にピン３２３を挿入する。
【００８０】
図１１（２）はシリコン基板２に穴を明けている様子を示す断面図である。ピン３２３は貫通穴３６に規制されてシリコン基板２の凹状溝２４の低面をせん断し、ピット３２４に応力集中せしめて、破断し穴明けがなされる。破断片３２５は窒素ガスを吹き付けることにより取り除かれ、図１１（３）に示すようなインク取入れ口１４が完成する。インク取り入れ口１４の破断面からの異物発生を防止するために、更に、後処理として、フッ酸水溶液や、水酸化ナトリウム水溶液あるいはアンモニア過水にて軽く洗浄してもよい。
【００８１】
これら一連の第２の穴明け加工方法によれば、単純な加工方法であり、穴の形成が容易で、電極ガラス基板３の貫通穴３６に規制されて穴が明くので貫通穴３６に対する穴の位置精度がよい。
【００８２】
前述のシリコン基板２の穴明けに用いたピット３２４について説明する。図１２に、シリコン基板２の溝加工ステップＳＴ２１後の流路溝の平面図を示す。裏面に形成されている３０４個のピット３２４は透視図にて示されている。図１２に示される実施形態は、左記に図１にて示した形態よりも流路の本数が多くなっている。又、供給口７用の溝はノズルプレート１側に設けられるように流路が構成されている。前述の２点以外は全て同様であり、同一物は同一番号にて示されている。
【００８３】
図１２においてシリコン基板２の電極ガラス基板３との接合面側に設けられたピット３２４はその機能から通称ミシン目と呼ばれている。ミシン目３２４はステップＳＴ２１にて異方性エッチングにより形成されていて、この場合シリコンの（１１１）面で構成されるピット３２４が、インク取入れ口１４を形成する位置に設けられている。接合される電極ガラス基板３の貫通穴３６の位置がどの位置に該当するかは接合工程ステップＳＴ４１以降に決定されるため、ステップ２１の溝形成工程では正確には不定であるため、ピット３２４はトーラス状の貫通穴３６が接合される可能性のある領域に設けられている。
【００８４】
図１３（１）はピット３２４の平面透視形状の拡大図であり、図１３（２）はピット３２４のＪ−Ｊ断面を示す拡大図である。前述の様に、ピット３２４は異方性のエッチングにより形成される。この場合、（１１０）面をパターニングにより溝形成しているので、（１１１）面で構成されるピット３２４の平面形状は菱形となる。エッチングにより加工するため、小さな、多くのピット３２４を一度に形成する
ことが可能である。ピット３２４の大きさは、本実施形態では、Ｈ寸法が１４．1ミクロン、Ｉ寸法が２０ミクロンである。
【００８５】
シリコン基板２のこの部位に同様な方法にて貫通穴を予め明けることは可能である。しかしながら、出現する結晶面がエッチングの条件によって変化して安定しないので、大きな穴があいてしまい、リザーバ８の下の個別電極３１の配線が露出してしまうという不具合が生ずる。
【００８６】
このように、予め、ステップＳＴ２１の第２の基板の溝形成工程にてピット３２４を形成することにより、第２の穴明け加工時のシリコン基板２の割れ防止、と加工抗力の低減等の効果がある。
【００８７】
（本発明の製造方法により作成されたインクジェットヘッドとその記録装置）図１４に本発明のインクジェットヘッドの製造方法によって作成されたインクジェットヘッド１０を適用した記録装置の側面略図を示す。４０１は記録用紙である。４０２及び４０５は記録紙４０１を搬送するそれぞれ送りローラで、４０３及び４０４は、送りローラ４０２、４０５と対になって記録紙４０１をバネ力等により挟持して押さえる押えローラである。
【００８８】
４１はインクジェットヘッド１０のインク取入れ口１４に接続するインク供給管で、４３はインクジェットヘッド１０及びインク供給管４１を保持するベース部材である。４４はインクジェットヘッド１０のノズル４が開口するノズル面で、４５はインクジェットヘッド１０のノズル面４４の反対側の面でガラス面である。インクジェットヘッド１０のガラス面４５にはインク取り入れ口１４が開口する。供給管４１はガラス面４５のインク取り入れ口１４に接着により接合されて組み立てられている。
【００８９】
想像線にて示される４０９はインク供給管４３に接続される、インクタンク部材である。インクタンク部材４０９は主たるインクタンクよりインクの供給を受けるサブタンクであっていも、主たるインクタンクからインクの供給を受けるインクの供給圧力を緩衝するダンパー部材であってもよい。主たるインクタンクをキャリッジ４０６以外の位置に設置することにより、インクタンクの重量を大きくすることが可能となり、インクタンクのインクの寿命が長い記録装置を実現することが可能となる。
【００９０】
４０６はインクジェットヘッド１０とインクタンク部材４０９を搭載するキャリッジであり、４０８はキャリジ４０６を規制して摺動するキャリッジ軸で、４０７はキャリッジを移動させるベルトである。
【００９１】
インクジェットヘッド１０はインク滴４２を矢印Ｌ方向に吐出し、キャリッジ４０６は図面に垂直方向に移動し、走査して、情報を記録紙４０１の印刷面に記録する。
【００９２】
矢印Ｋで示されるインク取入れ口の方向とノズルのインク射出方向Ｌが同一であることにより、記録装置の構成が簡略になる。特に、インクジェットヘッド１０を記録紙４０１に近接することが可能であり、印刷品位を高めることが可能となる。又、記録紙４０１を搬送するローラ４０２、４０５をインクジェットヘッド１０に近接して設けることが、供給管が一切ないので、可能となり、記録紙４０１の浮き上がりによって、紙を、ベース部材４１に引っかけて、紙ジャムを生ずることもなくなる。
【００９３】
第１の基板の材料は、本実施形態では、ホウ珪酸ガラスを用いたが、これはシリコン基板２と陽極接合する際にシリコンと線膨張率が等しくなるため好都合であることに依る。陽極接合によらない接合であれば、第１の基板の材料としてホウ珪酸ガラス以外を用いてもよい。第１の基板の材料として、ジルコン酸ガラスを用いた場合、インクによる溶解性が少ないために、保存性に優れたインクジェットヘッドを得ることができる。又、第１の基板の材料として、ガラス以外の脆性材料、例えば酸化アルミナを用いれば、熱伝導がよく放熱しやすい特長を利用することが可能である。ホットメルトインクを適用する場合や、熱力学的な電気機械変換素子をヘッドの駆動手段として適用する場合に有利である。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、
高密度で高精度のエッチングによる電極の形成と、基板に一度に多くの穴を明け加工を施すことが切断工程に先立って可能となり、高密度で高精度なパターンを必用とするインクジェットヘッドの大量生産を可能とした。
【００９５】
更に、本発明はインクジェットヘッドへのインク流路へのインクの供給及び導入が容易でインクタンクとヘッドチップのインク取入れ口とをつなぐインク供給管等の部材の取付が簡単な構造とすることを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドを示す分解斜視図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドを示す概略断面図である。
【図３】本発明のインクジェットヘッドの製造工程を示す概略フローチャートである。
【図４】本発明のインクジェットヘッドの第１の基板の電極パターン形成工程を示すフローチャートである。
【図５】本発明のインクジェットヘッドの穴明け加工工程を示すフローチャートである。
【図６】本発明のインクジェットヘッドの穴明け加工工程の工程図である。
【図７】本発明のインクジェットヘッドの超音波加工による穴明け工程を示す図である。
【図８】本発明のインクジェットヘッドのレーザビーム加工による穴明け工程を示す図である。
【図９】本発明のインクジェットヘッドのパウダービーム加工による穴明け工程を示す図である。
【図１０】本発明のインクジェットヘッドの電解放電加工による穴明け工程を示す図である。
【図１１】本発明のインクジェットヘッドの第２の穴明け工程を示す図である。
【図１２】本発明のインクジェットヘッドの別の実施例の第２の基板の平面図である。
【図１３】本発明のインクジェットヘッドの第２の基板に設けられたピットの拡大図である。
【図１４】本発明のインクジェットヘッドによるインクジェット記録装置の略図である。
【符号の説明】
１・・・・ノズルプレート
２・・・・シリコン基板
３・・・・電極ガラス基板
４・・・・ノズル
５・・・・振動板
６・・・・吐出室（キャビティ）
８・・・・リザーバ（共通インク室）
１０・・・・インクジェットヘッド
１４・・・・インク取入れ口
３１・・・・個別電極
３６・・・・貫通穴

Claims (12)

1. インク滴を吐出するノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該インク流路にインクを供給するインク取入れ口と、該流路の一部に設けられた電気機械変換素子と、該電気機械変換素子に対応して設けられた電極とを有するインクジェットヘッドの製造方法において、
   絶縁性の第１の基板に前記電極のパターンを形成するパターン形成工程と、
   前記電極パターンが形成された第１の基板に前記インク取入れ口を形成する貫通穴を加工する第１の穴明け工程と、
   前記第１の基板と前記インク流路が形成された第２の基板を接合する接合工程と、前記接合工程の後、前記第１の基板の前記貫通穴に相当する前記第２の基板の位置に穴明けを行なう第２の穴明け工程と、を有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。
2. 請求項１において、前記第１の穴明け工程ではドリルによる研削加工により穴明け加工を行なうことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
3. 請求項１において、前記第１の穴明け工程がレーザ光による溶融または昇華により穴明け加工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。
4. 請求項１において、前記第１の穴明け工程が超音波加工により穴明け加工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。
5. 請求項１乃至４のうちのいずれかの項において、前記パターン形成工程に先立って溝形成工程を有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。
6. 請求項５において、前記第２の穴明け工程ではピンによるせん断打ち抜き加工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。
7. 請求項５乃至６のいずれかの項において、前記接合工程に先立って前記第２の基板の前記第１の基板と接合する側の面の穴明け当該位置に前記第２の穴明け加工を補助するためのピットを付与するピット形成工程を有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。
8. 請求項７において、前記ピット形成工程は前記第２の基板を異方性エッチングすることによることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
9. 請求項１乃至８のいずれかの項において、前記電気機械変換素子が前記インク流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に一定間隔で対向配置された個別電極からなる静電アクチュエータであることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
10. 請求項１乃至９のいずれかの項に記載の製造方法で形成されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
11. 前記ノズルからのインク吐出方向と前記インク取入れ口のインク取入れ方向が略平行であり、該インク取り入れ口が前記ノズルが開口する面と反対側の面に開口していることを特徴とする請求項１０記載のインクジェットヘッド。
12. 前記絶縁性の第１の基板がホウ珪酸ガラスであることを特徴とする請求項１１記載のインクジェットヘッド。

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