JP4277705B2 - インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッド並びにインクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
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、ノズルの孔の部分の流路抵抗を調整し、ノズルの長さが最適になるようにノズル基板の厚さを調整するのが望ましい。
インクを吐出する側となる第1のノズル孔部分となる凹部を異方性エッチングにより形成し、この凹部にエッチングマスクを形成する。その後、この凹部の底面のエッチングマスクを除去して、そこから第1のノズル孔よりも大きい孔径である第2のノズル孔部分となる凹部を等方性エッチングによって形成する。このため、第1のノズル孔部分と第2のノズル孔部分の中心軸がずれてしまうことがなく、インク液滴の吐出の際にインク液滴の飛ぶ方向にバラツキがなくなり、インク吐出性能が高くなる。
1枚のシリコン基板から複数のノズル基板を製造するため、多数のノズル基板を製造することができ、製造コストを低くすることができる。
例えば、シリコン基板に第1のノズル孔部分となる凹部と第2のノズル孔部分となる凹部を形成した後に、シリコン基板の第1のノズル孔部分となる凹部が形成された面の反対側の面を研削して、ノズルがノズル基板を貫通するようにする。これにより、比較的厚さの厚いシリコン基板を使用することができ、製造中にシリコン基板が割れたり、欠けたりするのを防止でき、歩留まりを高くすることができる。
異方性エッチング及び等方性エッチングを行うときに、シリコン基板に分離部となる凹部を形成し、研削のときに分離部から個々のノズル基板を分離するため、ダイシングによりシリコン基板を切断する必要がなく、製造工程を簡略化することができ、製造コストを低くすることができる。
第1のノズル孔部分となる凹部を凹状のクレータの部分に形成するため、例えば印刷用紙との接触でノズルの周辺部分が摩耗したり、ノズルの周辺に施された撥水層が摩耗してしまったりするのを防止することができる。
シリコン酸化膜からなるエッチングマスクを形成するようにすれば、高精度のエッチングマスクを容易に形成することができる。
熱酸化によりエッチングマスクを形成するようにすれば、CVD(Chemical Vapor Deposition)等に比べて、容易にエッチングマスクを形成することができる。
第1のノズル孔部分となる凹部をドライエッチングで形成することにより、短時間で高精度の凹部を形成することができる。
第1のノズル孔部分となる凹部をICP(Inductively Coupled Plasma、誘導結合プラズマ)放電によるドライエッチングで形成することにより、短時間で高精度の凹部を形成することができる。
第2のノズル孔部分となる凹部をドライエッチングで形成することにより、第1のノズル孔部分よりも径の大きい第2のノズル孔部分を短時間で高精度に形成することができる。
上記のいずれかのインクジェットヘッドの製造方法で製造されているため、第1のノズル孔部分と第2のノズル孔部分の中心軸のずれがなく、インク吐出性能が高いインクジェットヘッドである。
上記のインク吐出性能が高いインクジェットヘッドが搭載されているため、印字性能の高いインクジェット記録装置である。
図1は、本発明の実施形態1に係るインクジェットヘッドを示した縦断面図である。なお図1では、駆動回路21の部分を模式的に示している。また図1では、インクジェットヘッドの例として、静電駆動方式でフェイスイジェクトタイプのインクジェットヘッドを示している。
本実施形態1に係るインクジェットヘッド1は、主にキャビティ基板2、電極基板3及びノズル基板4が接合されることにより構成されている。ノズル基板4は、シリコンからなり、例えば円筒状の第1のノズル孔部分6と釣鐘状の第2のノズル孔部分7を有するノズル8が形成されている。第1のノズル孔部分6は、インク吐出面10(キャビティ基板2との接合面11の反対側の面)の側に形成されており、第2のノズル孔部分7は、第1のノズル孔部分6と連通し、接合面11に向かって径が大きくなるようになっている。
なおノズル基板4は、後に示す所定の加工を施しやすように単結晶シリコンを使用するのが望ましい。
また本実施形態1のインクジェットヘッドは、後に示す製造方法でノズル基板4を製造しているため、第1のノズル孔部分6と第2のノズル孔部分7の中心軸が高い精度で一致している。
なお本実施形態1では、インクジェットヘッドの例として静電駆動方式のインクジェットヘッドを示しているが、本実施形態1で示すインクジェットヘッドの製造方法は圧電駆動方式やバブルジェット(登録商標)方式等のインクジェットヘッドにも適用することができる。
さらにインク吐出面10の、第1のノズル孔部分6の周辺には凹状のクレータ20が形成されている。
まず、例えば厚さが525μmのシリコン基板30を準備し、このシリコン基板30の一方の面にレジスト31を塗布し、クレータ20となる部分20aをパターニングする(図3(A))。なおこのレジスト31が塗布された面は、後にノズル基板4のインク吐出面10となる。
なお、第1のノズル孔部分6となる凹部6bと分離部33の一部33bを異方性ウェットエッチングにより形成することもできる。
そして、エッチングガスをSF6のみに切り替え、第1のノズル孔部分6となる凹部6bと分離部33の一部33bの底面から等方性ドライエッチングを行い、第2のノズル孔部分7となる凹部7aと分離部33の一部33cを形成する(図4(G))。このとき、本実施形態1のようにシリコン基板30に厚さが厚いもの(例えば、厚さ525μmのもの)を使用している場合には、第2のノズル孔部分7となる凹部7aと分離部33の一部33cは、図4(G)に示すように球状(若干縦長の球状の場合もある)の空洞となる。
また、シリコン基板30に厚さが薄いものを使用している場合には、第2のノズル孔部分7となる凹部7aと分離部33の一部33cは、ノズル基板30のクレータ20の形成された面の反対側の面に到達する。この場合、図4(G)の工程の後にシリコン基板30からシリコン酸化膜32を剥離して、シリコン基板30に撥インク処理等を行ってノズル基板4を完成させてもよい。
なお、第2のノズル孔部分7となる凹部7aと分離部33の一部33cをXeF2(フッ化キセノン)等による等方性ドライエッチングで形成してもよい。
最後に、個々のノズル基板4にシリコン酸化膜等からなる耐インク保護膜を形成したり、インク吐出面10に撥インク処理を施すことによりノズル基板4が完成する。
なお、分離部33(分離部33の一部33b、分離部33の一部33c)を形成せずに、図4(H)の工程でダイシングにより個々のノズル基板4を分離してもよいが、製造工程が簡略化できる等の理由により、分離部33を形成するのが望ましい。
また、シリコン基板30に第1のノズル孔部分6となる凹部6bと第2のノズル孔部分7となる凹部7aを形成した後に、シリコン基板30の第1のノズル孔部分6となる凹部6bが形成された面の反対側の面を研削して、ノズル8がノズル基板30を貫通するようにしているため、比較的厚さの厚いシリコン基板30を使用することができ、製造中にシリコン基板30が割れたり、欠けたりするのを防止でき、歩留まりを高くすることができる。
図5は、本発明の実施形態2に係るインクジェット記録装置の例を示した図である。図5に示されるインクジェット記録装置100は、インクジェットプリンタであり、実施形態1のインクジェットヘッドの製造方法で得られたインクジェットヘッドを搭載している。実施形態1のインクジェットヘッドの製造方法で得られるインクジェットヘッドは、インク吐出性能の高いノズル基板を備えているため、本実施形態2のインクジェット記録装置100は、印字性能が高いものである。
Claims (12)
- 所定の加工が施されたシリコンからなり複数のノズルを有するノズル基板を備え、個々のノズルが、インクを吐出する側となる第1のノズル孔部分と、該第1のノズル孔部分と連通し、前記第1のノズル孔よりも大きい孔径である第2のノズル孔部分とを少なくとも有するインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記第1のノズル孔部分となる凹部を異方性エッチングにより形成する工程と、前記第1のノズル孔部分となる凹部の側面及び底面にエッチングマスクを形成する工程と、前記第1のノズル孔部分となる凹部の底面に形成されたエッチングマスクを除去する工程と、該エッチングマスクの除去された部分から等方性エッチングを行って前記第2のノズル孔部分となる凹部を形成する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。 - 1枚のシリコン基板から複数のノズル基板を製造することを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記シリコン基板の第1のノズル孔部分となる凹部が形成された面の反対側の面を研削することにより、前記ノズルがノズル基板を貫通するようにすることを特徴とする請求項2記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記異方性エッチング及び前記等方性エッチングを行うときに、前記シリコン基板に分離部となる凹部を形成し、前記研削のときに分離部から個々のノズル基板を分離することを特徴とする請求項3記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記シリコン基板に凹状のクレータを形成し、前記第1のノズル孔部分となる凹部を前記クレータの部分に形成することを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記エッチングマスクが、シリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記エッチングマスクを、熱酸化により形成することを特徴とする請求項6記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記異方性エッチングが、ドライエッチングであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記異方性エッチングが、ICP放電によるドライエッチングであることを特徴とする請求項8記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記等方性エッチングが、ドライエッチングであることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 請求項1〜10のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法で製造されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
- 請求項11記載のインクジェットヘッドが搭載されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
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