JP4303331B2 - 微細形状部品及び微細形状部品を用いたインクジェットヘッド - Google Patents

微細形状部品及び微細形状部品を用いたインクジェットヘッド Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は小型機器、精密機器などに用いられる微細形状を有した微細形状部品及び微細形状部品を用いたインクジェットヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の小型機器や精密機器を構成する部品には、多様な種類の微細形状部品が使われている。それらの多くの微細形状部品の中で、斜めに傾斜した壁を有する微細形状部品が必要とされる場合も多々ある。近年、プレーナー技術(フォトリソグラフィー、成膜、エッチングなどを用いて形状化する技術)と呼ばれる平面的に形状を形成していく加工法が多くの部品製造に用いられているが、この手法は微細な平面形状を形成するには有効であるが、上記のような、ある傾斜角をもった形状を形成する場合には利用できないという欠点があった。
【0003】
そのため、従来このような傾斜角を有する微細形状部品の製造は、切削加工によって行われていた。図5は従来の切削加工による傾斜壁を有する微細形状部品の製造方法を示した図である。従来は図5(a)に示すように部材3000の加工面に対して切削工具2000を所定の角度だけ傾けて切削加工を行い、最終的に図5(b)に示すような微細形状部品1000を製造していた。この製造方法の場合、高い加工精度を得るには長い加工時間が必要とされた。またこの製造場合、加工可能な微細寸法は切削工具2000の大きさで決まり、そのため微細で精密な形状を形成するには、微細で寸法精度の高い切削工具2000が必要とされた。この微細で寸法精度の高い切削工具2000をつくるのにも多大な労力と時間が費やされていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述の通り、従来、傾斜角を有する微細形状部品の製造には切削加工法が用いられていたが、加工時間が非常にかかり、生産性が非常に悪かった。また、加工可能な寸法は切削工具の大きさで決定され、50μm以下の加工はできず、微細形状の加工には不適であった。
【0005】
本発明は、高精度で微細な傾斜壁を有する微細形状部品を提供すると共に微細形状部品を用いたインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【0006】
【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微細形状部品は透明基板と、該透明基板の表面に所望の形状にパターン化されて形成された不透明膜と、該不透明膜または前記透明基板の表面のうちいずれか一方に前記パターン化された形状に対応して形成される壁とを有し、該
は、その両壁面が前記透明基板の平面に垂直な面に対して所定の角度で一方向に傾斜し、互いに一定の微細間隔で配置された複数の微細な傾斜壁であることを特徴とする。また、透明基板の表面に形成される傾斜壁が感光性材料で形成されていることを特徴とする。また、不透明膜の表面に形成される傾斜壁がメッキ層で形成されていることを特徴とする。
また、本発明のインクジェットヘッドはインクを溜めておくマニホールドと、インクの加圧を行う液室と、該液室の端部に設けるノズル板とからなるインクジェットヘッドにおいて、マニホールドと液室とを有する液室部品と、該液室部品に接合される請求項1から3のいずれかに記載の微細形状部品とを備え、該微細形状部品は前記マニホールドに対応する位置に傾斜壁を有し、その傾斜壁が前記液室側に傾斜するように配置されていることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
図1は本発明の傾斜壁を有する微細形状部品の製造方法を示した図である。図1(a)では紫外光を透過する透明基板10上に紫外光を遮光する不透明膜20が所望の形状でパターン化して形成されている。そのパターン化されている不透明膜20上には感光性材料であるレジスト30aが透明基板10、不透明膜20を覆うようにして所定の厚みで塗被されている。
【0008】
本実施の形態では、透明基板10として0.4mm厚のガラス基板を使用し、不透明膜20には0.1μm厚のクロム(Cr)膜を使用した。Cr膜はスパッタリング法により成膜した後、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法によりパターン化した。また、レジスト30aには感光不溶性材料であるJSR社製厚膜ネガ型レジスト(商品名:THB−130N)を用い、スピンコート法で1000rpmの回転数で10秒間コーティングする工程を2回行い、最終的に100μmの厚みで透明基板10上に塗布した。
【0009】
次に図1(b)に示すようにレジスト30aを透明基板10側から紫外光により露光する。この時、不透明膜20は露光マスクの役目をし、レジスト30aには露光部と未露光部が生じることになる。このような露光方法を一般にバック露光法と呼んでいる。本発明で特徴とするところは、透明基板10の平面に垂直な面(図1(b)中では一点破線で描かれている。)対して所定の傾斜角θだけ傾けた方向から紫外光を照射するところにある。以降この傾斜角θを露光角度と呼ぶことにする。本実施の形態では露光角度θを30度に設定し、600mJ/cm2の露光量で露光を行った。
【0010】
最後に現像を行い、レジスト30bをパターン化して形成する(図1(c))。本実施の形態では、THB−130N専用現像液を使用して、40℃の温度で5分間現像を行った。このようにして形成されたレジスト30bは透明基板10の平面に対して斜めに傾斜した壁としてパターン化される事となる。本実施の形態では傾斜した壁と壁の間の間隔を40μmにすることができた。これは従来の切削加工法による加工限界を超えた微細な寸法である。このようにして本実施の形態では、ガラス基板上に基板垂直方向に対して約30度の角度の傾斜壁を有する微細形状部品を形成することができた。
【0011】
本発明において、露光角度θは、5度〜45度の間、及び−5度〜−45度の間で選ばれるのが好ましい。なぜなら、45度から90度或いは、−45度から−90度の角度では、透明基板10上で全反射が生じてしまう可能性があり、一方、−5度以上で5度下の範囲では、レジスト30aの感度限界の理由から本発明の傾斜効果がそれほど得られないからである。ただし、以上に示した範囲は透明基板10及びレジスト30aとして選ばれる材質によって多少変わると考えられる。
【0012】
またこの製造方法によれば、透明基板10上に一括して傾斜壁形状のレジスト30bを形成することができ、一度に大量の微細形状部品を形成することができる。この点が従来の研削加工と大きく異なる特徴である。
【0013】
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態ではインクジェットヘッド部品に本発明の製造方法を用いた場合を例に挙げる。図3は本発明によって製造されたインクジェットヘッド部品を用いたインクジェットヘッドの構成図である。基台100が本発明によって製造された部品であり、基台100には、傾斜壁形状のレジスト30bと発熱素子110が配設されている。液室部品300にはインクを溜めておくマニホールド320(図中では破線で表されている。)とインクの加圧を行う液室310とが構成されており、基台100と位置合わせがなされて接合される。この接合の結果、液室310内には発熱素子110が、マニホールド320内には傾斜壁形状のレジスト30bが配置されることになる。また、液室310の端部を覆うようにしてインク吐出口410が穴あけされたノズル板400は接合される。
【0014】
以上の構成のインクジェットヘッドでは、マニホールド320からインクを液室310に供給し、液室310内部で発熱素子110によりインクを加圧することによって、インクをインク吐出口410から吐出させる。このようなインクの吐出動作において、液室内で加圧されたインクがマニホールド320内に逆流してしまうと吐出力が著しく低下し、インク吐出口410からインクを勢い良く吐出させることができない。一方、インクが吐出した後には無くなった分のインク量を素早くマニホールド320から液室310に供給する必要がある。
【0015】
これらの理由から、インクがマニホールド320から液室310にスムーズに流れ、液室310からマニホールド320には流れ難くするような構造が必要となる。図3のインクジェットヘッドでは傾斜壁形状をしたレジスト30bがその役目をしている。レジスト30bは液室310側に傾斜して倒れており、液室310からのインクの逆流防止をしている。
【0016】
本実施の形態で基台100は第1の実施の形態で説明した製造方法および材質を用いて製造されている。ただし、本実施の形態では透明基板上にパターン化された不透明膜上に発熱素子110を予め形成した後に、レジストのコーティングを行っている。この点が唯一第1の実施の形態と異なる点である。
【0017】
(第3の実施の形態)
図4は本発明によって製造された一方向のみ透光性を示す微細形状部品とそれを用いた液晶表示機構を示した図である。図4では液晶表示板500の表示面側に本発明で製造された一方向透光性部品200が配置されている。一方向透光性部品200には透明基板10と遮光部40が構成されている。本実施の形態では、遮光部40は透明基板10の垂直方向に対して約40度の角度で傾いた壁形状をしており、その幅40μmで形成された多数の遮光部40は透明基板10上に100μmの間隔で整然と形成されている。
【0018】
図4のような液晶表示板500と一方向透光性部品200の配置において、矢視A方向からは液晶表示板500の表示を見ることができるが、矢視Bおよび矢視C方向からは遮光部40で遮られ液晶表示板500の表示を見ることはできない。
【0019】
この構造は、例えば時計の表示板に利用でき、遮光部40に装飾性をもたせることで、時計としての時間表示の機能と装飾品としての装飾機能とを両立することができる。
【0020】
次に、一方向透光性部品200の製造方法を説明する。まず第1の実施の形態と同様に、図1に示される方法によって透明基板10上にレジスト30bを形成した。本実施形態では、不透明膜20をニッケル(Ni)で形成した。また、図1(b)において露光角度θを40度に設定した。各々のレジスト30bの間の幅は第1の実施の形態と同様に40μmに設定した。またそれ以外の材質及び製造条件に関しても第1の実施の形態と同じである。
【0021】
図2は本実施の形態の図1(c)の後の製造方法を示した図である。図1(c)の状態の後、本実施の形態では図2(a)に示すように不透明膜20上に電解Niメッキを施し、Niからなる遮光部40を形成した。上述の設定により遮光部40の幅は40μmに形成された。本実施の形態で使用したNiメッキ浴は以下に示す組成からなり、1A/dcm2の電流密度で10時間メッキすることによって100μmの厚みで形成することができた。
純水 5L
スルファミン酸ニッケル 1650g
塩化ニッケル 150g
硼酸 225g
ラウリル硫酸ナトリウム 5g
【0022】
最後に、レジスト30bを専用の剥離液を用いて溶解し、図2(b)に示すような透明基板10上にNiからなる遮光部40が形成されている一方向透光性部品200が形成される。
【0023】
このようにして製造された一方向透光性部品200は図4において、矢視B、矢視C方向から見ると、Niからなる遮光部40により、白銀色に輝き、装飾性としての機能を十分に果たす。
【0024】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によると、従来よりも微細で高精度の傾斜壁を有する微細形状部品を製造することができる。また、その工程も容易で、且つ一度に多くの部品を製造できるため、従来に比べて生産性が著しく向上した。
【0025】
また、本発明によれば、インクジェットヘッド用部品や時計用部品など、小型機器、精密機器に用いられる微細形状部品を製造可能であり、広い分野で適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における微細形状部品の製造方法を示した図である。
【図2】本発明の第3の実施の形態における微細形状部品の製造方法の一部を示した図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態における微細形状部品を用いたインクジェットヘッドの構成図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態における微細形状部品を用いた液晶表示機構の構成図である。
【図5】従来の傾斜形状を有する微細形状部品の製造方法を示した図である。
【符号の説明】
10 透明基板
20 不透明膜
30a、30b レジスト
40 遮光部
100 基台
110 発熱素子
200 一方向透光性部品
300 液室部品
310 液室
320 マニホールド
400 ノズル板
410 インク吐出口
500 液晶表示板
1000 微細形状部品
2000 切削工具
3000 部材

Claims (4)

  1. 透明基板と、該透明基板の表面に所望の形状にパターン化されて形成された不透明膜と、該不透明膜または前記透明基板の表面のうちいずれか一方に前記パターン化された形状に対応して形成される壁とを有し、該壁は、その両壁面が前記透明基板の平面に垂直な面に対して所定の角度で一方向に傾斜し、互いに一定の微細間隔で配置された複数の微細な傾斜壁であることを特徴とする微細形状部品。
  2. 前記透明基板の表面に形成される傾斜壁が感光性材料で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の微細形状部品。
  3. 前記不透明膜の表面に形成される傾斜壁がメッキ層で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の微細形状部品。
  4. インクを溜めておくマニホールドと、インクの加圧を行う液室と、該液室の端部に設けるノズル板とからなるインクジェットヘッドにおいて、マニホールドと液室とを有する液室部品と、該液室部品に接合される請求項1から3のいずれかに記載の微細形状部品とを備え、該微細形状部品は前記マニホールドに対応する位置に傾斜壁を有し、その傾斜壁が前記液室側に傾斜するように配置されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
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