JP4402931B2 - 液体吐出ヘッドおよびその作製方法 - Google Patents

Description

本発明は荷電粒子を分散させた溶液を静電力により飛翔させ、記録媒体上へ付着させることにより、画像を形成する静電式液体吐出ヘッドおよびその作製方法に関する。

今日、画像形成装置として、インクを発熱抵抗素子により加熱し、瞬間的に気泡を発生させ、この気泡の圧力でインクを飛ばすサーマルタイプ、圧電素子を用いて電気信号を機械振動に変換して圧力パルスを発生させ、この圧力パルスでインクを飛ばすピエゾタイプのインクジェット等、種々のインクジェットが提案されている。しかし、例えばサーマルタイプのインクジェットでは、インクが３００℃以上に加熱されるためにインクの材質が限定されるという問題がある。また、ピエゾタイプのインクジェットでは、ヘッド構造自体が複雑になるため、装置コストが高くなるという問題がある。

また、このような方式は、いずれもインクノズルを用いているが、解像度を高めるために、インクノズルの大きさを小さくすると溶媒の蒸発や揮発によって局部的なインクの濃縮が発生し、インクの目詰まりが発生しやすくなる。また、従来のノズルを用いたインクジェット記録装置では、２０μｍ以下のインク滴の形成が難しいため解像度の向上に適していないという問題点もある。

そこで、高解像度の画像を形成するインクジェット記録装置として、静電力によりインクを飛翔させて画像形成する方法を採用するインクジェット記録装置が提案されている。この方式では、ノズルレスであるためインクの目詰まりによる障害を回避でき、また、帯電した粒子成分を先端部分に凝縮させることで、非常に小さい径のインク滴を安定に飛翔させることが可能である。
しかし、この方法においても、長時間インクを吐出していないヘッドの先端部で、インクが固着してしまう。また、連続的に吐出した場合に、インクの供給が間に合わず、インク液滴のサイズのばらつきの発生、あるいは記録周波数が大きく低下するという問題点があった。

上記問題を解決するために、例えば特許文献１、２等が提案されている。
特許文献１は、インクジェットプリンタ等の静電式の画像形成装置に関するものである。特許文献１に開示のインクジェットプリンタの記録ヘッドは、その図１４に示されているように、内部に複数の溝を形成した一対の支持部材と、支持部材の間に挟持され、先端に複数の突起を並んで有するガイドフィルムと、を有している。突起は、一対の支持部材を組み合わせた際に形成された開口に対応して設けられ、開口から吐出した尖鋭な先端を有している。また、各開口の間には、開口より突出した隔壁が設けられ、隣接した隔壁の間であって、開口の縁から支持部材の外周面に向かって傾斜したインク回収溝が形成されている。
特許文献１によれば、トナーから分離されたキャリア液は、インク回収溝の毛管作用により吸引されて排出され、インクメニスカスが安定して維持されるとしている。
次に、特許文献２は、静電式のプリンタヘッド、プリンタおよびプリンタヘッド用電極の製造方法に関するものである。特許文献２に開示のプリンタヘッド用電極の製造方法は、その図４に示されているように、第１の基板にエッチングにより深さの異なる複数の凹部を設ける工程と、凹部を含む基板表面にエッチング停止層を形成する工程と、エッチング停止層が設けられた凹部内を埋めつつエッチング停止層上に電極を形成する工程と、構造基板からなる第２の基板を、電極層に対して、第１の基板を反対側に接合する工程と、第１の基板をエッチングにより除去する工程と、エッチング停止層を除去して凸状の電極を露出させて形成する工程と、凸状の電極の側面に溝を形成するためのエッチングを行う工程を有する。
特許文献２によれば、このような工程によって製作されたインクジェットプリンタヘッドは、異方性エッチングにより設けられた凹部を有するＳｉ単結晶基板上にＳｉＯ₂ 熱酸化絶縁層をまず形成し、その後、プリンタヘッドとなる物質をこの凹部に充填して形成している。このため、この凹部の形状に応じて均一性・再現性に優れたプリンタヘッドを形成することができるとしている。
特開平９−２５４３７２号公報 特開平１０−６７１１４号公報

しかしながら、特許文献１に開示のインクジェットプリンタでは、記録ヘッドの構造が複雑であり、１次元配列構造にせざるを得ない。また、複数を重ね合わせて２次元アレイ構造にしても、重ね合わせる際の位置精度の影響が記録位置精度に影響を与えてしまうため、作製が困難であり、コストが高くなるという問題点があった。
また、特許文献２に開示の記録ヘッドの作製方法では、通常の半導体微細加工技術を応用して加工するため、２次元アレイ構造を精度良く作製することができるが、作製方法が複雑であるため、製造コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明では上記問題を解決し、インクガイド間の位置精度が高く、安定した記録が可能な２次元アレイ構造の液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドを高精度に高い生産性で製造できる液体吐出ヘッドの製造方法とを提供することを目的とする。

そこで、本発明では、上記目的を達成するために、２次元的に配置された複数の吐出部を備え、荷電粒子を含む溶液に静電力を作用させて前記溶液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記複数の吐出部に対応して複数の吐出孔が形成された絶縁性の第１の基板と、この第１の基板と所定の間隔を離して重なるように配置され、当該第１の基板との間に前記溶液の流路を形成する絶縁性の第２の基板と、前記第１の基板の前記第２の基板とは反対側の表面上に、前記複数の吐出孔のそれぞれの周辺を囲むように配置された、前記溶液の吐出を制御する複数の電極と、前記流路における流入側と流出側とを分離すると共に前記第１の基板に形成された前記複数の吐出孔に対応する位置を通過するように、前記第２の基板の前記第１の基板側の表面上に蛇行して配置された隔壁と、前記隔壁の前記第１の基板側の表面上の前記複数の吐出孔に対応する位置にそれぞれ配置されると共に先端部分が対応する吐出孔を貫通してこの吐出孔の周辺に配置された前記電極の前記第２の基板とは反対側の表面よりも突出するような凸状に形成された複数の溶液ガイドと、前記隔壁の前記第１の基板側の表面上で且つ前記複数の溶液ガイドの両側に形成されると共に前記流路における流入側から流出側へ前記溶液を案内する複数の溶液案内溝とを備え、前記溶液が流入側から流出側へ各溶液案内溝を介して案内されることにより、前記溶液が各溶液ガイドの先端部分に供給され、各電極から前記溶液に静電気を作用させることで各溶液ガイドの先端部分から前記溶液の液滴が吐出されることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
また、前記隔壁は、直線部と湾曲部とが繰り返し配置されることで蛇行した形状を有し、前記隔壁の湾曲部に前記溶液の流路穴が開孔されていることが好ましい。

また、２次元的に配置された複数の吐出部を備え、荷電粒子を含む溶液に静電力を作用させて前記溶液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記複数の吐出部に対応して複数の吐出孔が形成された絶縁性の第１の基板と、この第１の基板と所定の間隔を離して重なるように配置され、当該第１の基板との間に前記溶液の流路を形成する絶縁性の第２の基板と、前記第１の基板の前記第２の基板とは反対側の表面上に、前記複数の吐出孔のそれぞれの周辺を囲むように配置された、前記溶液の吐出を制御する複数の電極と、前記流路における溶液の流入側から流出側への流れの方向に沿って蛇行して並列に配置されると共に蛇行に伴って生じる複数の湾曲部が前記第１の基板に形成された前記複数の吐出孔に対応する位置を通過するように、前記第２の基板の前記第１の基板側の表面上に形成された複数の隔壁と、前記複数の隔壁の前記第１の基板側の表面上で且つ前記複数の湾曲部上にそれぞれ配置されると共に先端部分が対応する吐出孔を貫通してこの吐出孔の周辺に配置された前記電極の前記第２の基板とは反対側の表面よりも突出するような凸状に形成された複数の溶液ガイドと、前記隔壁の前記第１の基板側の表面上で且つ前記複数の溶液ガイドの両側に形成されると共に前記湾曲部の内側と外側を流れる溶液の流速の差に起因して前記湾曲部の内側から外側へ前記溶液を案内する複数の溶液案内溝とを備え、前記溶液が前記複数の隔壁の前記複数の湾曲部の内側から外側へ各溶液案内溝を介して案内されることにより、前記溶液が各溶液ガイドの先端部分に供給され、各電極から前記溶液に静電気を作用させることで各溶液ガイドの先端部分から前記溶液の液滴が吐出されることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
さらに、前記第１の基板と前記隔壁との間は、所定の間隔離間されていることが好ましい。

また、いずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記第２の基板の一方の表面上に所定膜厚のフォトレジストを塗布し、前記フォトレジストのガラス転移点以上に加熱した後、互いに並列に配置された複数の線状パターンが第１の方向に形成され、それぞれの前記線状パターンの表面上に、所定の深さを持つＶ溝状の谷部と、前記Ｖ溝状の谷部の、前記第１の方向と略直交する第２の方向の両側に所定の高さを持つ山部とを備える第３の基板を前記フォトレジストの表面に押圧して、当該第３の基板に形成された線状パターンの反転パターンを前記フォトレジストの表面に転写し、前記フォトレジストのガラス転移点以下に冷却した後、前記第３の基板を前記フォトレジストの表面から剥離して、当該フォトレジストの表面上に、それぞれが前記第１の方向に延在し、互いに並列に配置された複数の前記反転パターンを形成し、それぞれが前記第２の方向に延在し、互いに並列に配置された複数の線状パターンを持つマスクを介して前記フォトレジストを露光し、加熱処理して当該フォトレジストの前記露光された部分を硬化させた後、前記フォトレジストの前記露光されていない部分を除去して前記隔壁を形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。

また、上記いずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記第２の基板として、透明性を有する基板を用い、前記第２の基板の一方の表面上に、それぞれが第１の方向に延在し、互いに並列に配置された複数の線状パターンを持つマスクを形成し、前記マスクが形成された前記第２の基板の一方の表面上に所定膜厚のフォトレジストを塗布し、前記フォトレジストのガラス転移点以上に加熱した後、互いに並列に配置された複数の線状パターンが前記第１の方向と略直交する第２の方向に形成され、それぞれの前記線状パターンの表面上に、所定の深さを持つＶ溝状の谷部と、前記Ｖ溝状の谷部の、前記第１の方向の両側に所定の高さを持つ山部とを備える第３の基板を前記フォトレジストの表面に押圧して、当該第３の基板に形成された線状パターンの反転パターンを前記フォトレジストの表面に転写し、前記フォトレジストのガラス転移点以下に冷却した後、前記第３の基板を前記フォトレジストの表面から剥離して、当該フォトレジストの表面上に、それぞれが前記第２の方向に延在し、互いに並列に配置された複数の前記反転パターンを形成し、前記第２の基板の他方の表面から前記マスクを介して前記フォトレジストを露光し、加熱処理して当該フォトレジストの前記露光された部分を硬化させた後、前記フォトレジストの前記露光されていない部分を除去して前記隔壁を形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。

また、上記のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、絶縁性の第３の基板の一方の表面上に単結晶基板を接合し、この単結晶基板の表面上の前記吐出部に対応する位置に、所定形状のパターンが２次元的に配列された第１のマスクを形成し、前記第１のマスクに応じて前記単結晶基板を異方性エッチングして、前記第３の基板の一方の表面上に前記溶液ガイドとなる凸部を形成し、前記凸部が形成された前記第３の基板の一方の表面上に第１のフォトレジストを塗布し、この第１のフォトレジストをパターニングして、それぞれが前記凸部の上を通過するように第１の方向に延在する複数の線状パターンが互いに並列に配置された第２のマスクを形成し、前記第２のマスクを用いて、前記第３の基板の一方の表面をエッチングし、当該第３の基板の一方の表面上に、前記第１の方向に延在し、互いに並列に配置された前記溶液案内溝となる複数の凹部を形成し、前記第２のマスクを除去した後、前記第３の基板の一方の表面上に第２のフォトレジストを塗布し、この第２のフォトレジストをパターニングして、前記第１の方向と略直交する第２の方向に延在する複数の線状パターンが互いに並列に配置された第３のマスクを形成し、前記第３のマスクを用いて、前記第３の基板の一方の表面を所定量エッチングし、当該第３の基板の一方の表面側に前記隔壁を形成し、かつ当該第３の基板の他方の表面側を前記第２の基板として残すことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。

また、上記のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、絶縁性の第３の基板の一方の表面上に単結晶基板を接合し、この単結晶基板の表面上の前記吐出部に対応する位置に、所定形状のパターンが２次元的に配列された第１のマスクを形成し、前記第１のマスクを用いて前記単結晶基板をエッチングし、前記第３の基板の一方の表面上の前記吐出部に対応する位置に、前記所定形状のパターンが２次元的に配列された複数の柱状部を形成し、前記柱状部を異方性エッチングして、前記第３の基板の一方の表面上に前記溶液ガイドとなる凸部を形成し、前記凸部が形成された前記第３の基板の一方の表面上に第１のフォトレジストを塗布し、この第１のフォトレジストをパターニングして、それぞれが前記凸部の上を通過するように第１の方向に延在する複数の線状パターンが互いに並列に配置された第２のマスクを形成し、前記第２のマスクを用いて、前記第３の基板の一方の表面をエッチングし、当該第３の基板の一方の表面上に、前記第１の方向に延在し、互いに並列に配置された前記溶液案内溝となる複数の凹部を形成し、前記第２のマスクを除去した後、前記第３の基板の一方の表面上に第２のフォトレジストを塗布し、この第２のフォトレジストをパターニングして、前記第１の方向と略直交する第２の方向に延在する複数の線状パターンが互いに並列に配置された第３のマスクを形成し、前記第３のマスクを用いて、前記第３の基板の一方の表面を所定量エッチングし、当該第３の基板の一方の表面側に前記隔壁を形成し、かつ当該第３の基板の他方の表面側を前記第２の基板として残すことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。

本発明によれば、溶液の流路を隔壁によって、流入側と流出側に分断し、溶液が通過口を流れ、流入側から流出側へ移動する構造とすることにより、溶液を効率良く溶液ガイドに供給することが可能となる。
また、本発明によれば、隔壁を流入側から流出側への流れの方向に沿って蛇行し並列に配置することによって、溶液を滞留させることなく、溶液ガイド部に供給することが可能となる。
さらに、本発明によれば、隔壁が第２の基板を支持することにより、第２の基板の製造時の反りや、溶液の圧力による変形の影響を低下することができる。
また、本発明によれば、上記の作製方法によって作製することで、高精度で、生産性が高く、かつ、製造コストを安価にすることが可能となる。

以下、添付の図面を参照して、本発明の液体吐出ヘッドおよびその作製方法について詳細に説明する。
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の液体吐出ヘッドの一例となるインクジェットヘッドの上面概略図およびＡ−Ａ’線における断面概略図である。
同図に示すインクジェットヘッド１０は、２次元的に配置された２７個（図中横３×縦９）の吐出部を備えるもので、インクガイド１２、ヘッド基板１４、隔壁１６、制御基板１８、吐出電極２０等によって構成されている。なお、吐出部の個数や配置は何ら限定されるものではない。

ここで、ヘッド基板１４には、図１（ａ）中左側（インクの流入側）にインク流入口２８が開口され、同右側（インクの流出側）にインク流出口３０が開口されている。インク流入口２８とインク流出口３０は、図１（ａ）の紙面の裏面側から、図示していないインクの循環手段に接続されており、画像の記録時には、このインクの循環手段によってインク流入口２８からインクが供給され、記録に使用されなかった余分なインクはインク流出口３０から回収される。

隔壁１６は、図示例の場合、ヘッド基板１４上のほぼ中央部に配置されている。隔壁１６は、インクの流入側（インク流入口２８側）と流出側（インク流出口３０側）とを分離するように、その直線部が吐出部の配置に対応する位置を通過し、かつインクの流入側から流出側への流れの方向とほぼ直交する方向に向かって蛇行して配置されている。隔壁１６により、インクの流入側とインクの流出側が交互に配置される構造となるため、インク流入口２８から供給されたインクは、その流速が所定の速度に速められる。

隔壁１６の直線部の上には、吐出部の配置に対応する位置にインクガイド１２が配置されている。図１（ｂ）に示すように、インクガイド１２は、その先端部分が先鋭化された逆Ｖ字型形状のもので、隔壁１６表面のインクガイド１２の両側には、インクの流入側から流出側へインクを案内するインク案内溝が形成されている。なお、インクガイド１２およびインク案内溝の形状、サイズ等は何ら限定されず、必要に応じて適宜決定すればよい。

制御基板１８には、吐出部の配置に対応する位置にインクの吐出孔２２が開孔されており、制御基板１８上の吐出孔２２周辺を囲むように、インクの吐出を制御する吐出電極２０が配置されている。制御基板１８は、各々のインクガイド１２が対応する吐出孔２２の内部を通過するように隔壁１６の上に配置されており、ヘッド基板１４と制御基板１８との間の空間によりインクの流路が構成される。また、インクガイド１２の高さは、その先端部分が吐出電極２０の表面よりも突出するように形成されている。

なお、制御基板１８は隔壁１６の表面と接触し、隔壁１６によって支持されていることが好ましいが、その間隔を通過するインクが所定量以下になるように、両者の間を所定の間隔離間してもよい。

また、図２に示すように、隔壁１６には、そのインク流入側（図１（ａ）左側）およびインク流出側（図１（ａ）右側）の湾曲部の少なくとも一方の側壁にスリット状のインク流路穴３２が開孔されていてもよい。インク流路穴３２は、インクの流入側から流出側へのインクの流れの方向とほぼ平行に形成されていることが好ましい。

以下、上記装置の作用について詳細に説明する。
インクジェットヘッド１０では、記録媒体上に画像を形成するに際し、吐出電極２０に印加される電圧極性と同極性に帯電した色材成分を含むインクが、図示していないインクの循環手段により、インク流入口２８から供給される。インク流入口２８から供給されたインクはインクの流入側から、隔壁１６の上表面のインクガイド１２の両側に形成されたインク案内溝を通過して、インク流出側へ流れ、インク回収口３０から回収される。この時、インク案内溝を流れるインクのうち一部が、制御基板１８に開孔された吐出孔を介し、インクガイド１２に沿って、その先端部分に供給される。

インクは隔壁１６により、その流速が速められ、インクガイド１４の先端部分には常に安定してインクが供給される。また、隔壁にインク流路穴を設けることにより、インクの供給量が過剰になることなく、吐出孔へ供給されるインクの量を最適化できる。

吐出電極がオフ状態の時、インクの流動エネルギーおよび吐出孔２２における毛細管現象の力を受けて、吐出電極２０の表面から突出したインクガイド１２の先端部分にインクが上昇し、所定のメニスカスが形成される。
この状態で、画像データに応じて、吐出電極２０に所定の電圧が印加されると、インクガイド１２の先端部分に位置するインクは帯電した色材成分に作用する静電力によりインク液滴として吐出される。吐出されたインク滴は、吐出部に対向する位置に配置され、インクとは逆極性の電圧レベルにバイアスされた対向電極（図示省略）に引き寄せられ、その上に配置されている図示しない記録媒体に着弾する。
このようにして、インクジェットヘッド１０と、対向電極上に配置された記録媒体とを、相対的に移動させながら記録媒体に所望の画像を記録することができる。

本実施形態のインクジェットヘッドは、隔壁によってインク流路を流入側と流出側に分離し、インクの流入側と流出側とが交互に配置される構造とすることによって、インクの流速を速め、インクをインクガイドの先端部分に効率よく供給することが可能となる。また、制御基板が隔壁によって支持されるようにすることにより、制御基板の製造時の反りや、溶液の圧力による変形の影響を低下することができる。

次に、本発明の液体吐出ヘッドの第２の実施形態を説明する。
図３（ａ）および（ｂ）は、本発明の液体吐出ヘッドの第２の実施形態となるインクジェットヘッドの上面概略図およびそのＢ−Ｂ’線における断面概略図である。同図に示すインクジェットヘッド４０は、２次元的に配置された５６個（図中横８×縦７）の吐出部を備えるものである。なお、図１に示すインクジェットヘッド１０と図３に示すインクジェットヘッド４０との違いは、隔壁の構造だけであるから、同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

インクジェットヘッド４０では８本の隔壁４６が用いられており、これら８本の隔壁４６は、その湾曲部が吐出部の配置に対応する位置を通過し、かつインクの流入側から流出側への流れの方向に向かって蛇行して並列に配置されている。すなわち、インクガイド１２は、図４に示すように、吐出部の配置に対応する、隔壁４６の湾曲部の頂部の上に配置されている。なお、隔壁４６の本数は、吐出部の配置に応じて適宜決定される。また、隔壁４６の形状は、図示例のように正弦波形状に限定されず、例えば三角波形状等であってもよい。

インクジェットヘッド４０では、隔壁の形状に応じて、その湾曲部の凸部側と凹部側とで流速に差が生じ、凹部側から凸部側へインクが流れる。これにより、インク案内溝を通過するインクの一部がインクガイドの先端部分に効率よく供給される。また、本実施形態では、インク流路２６が分離されていないので、インクの滞留が発生することなく、メンテナンス等でインクを入れ替えるなどの作業に支障をきたすことがないという利点もある。

また、第１および第２の実施形態では、吐出電極２０は単層であるが、何層構造としてもよく、例えば２層にしてマトリックス状に配置し制御してもよい。また、吐出電極の形状の限定はなくどのような形状でもよい。

次に、本発明の液体吐出ヘッドの作製方法について説明する。
まず、図５（ａ）〜（ｅ）を参照して、尖鋭な先端部分を持つインクガイドおよびインク案内溝を作製するための型基板を作製する方法を説明する。
図５（ａ）に示すように、例えばＳｉ等の単結晶基板６２の上に、例えばＣｒ等をスパッタリング等により成膜して厚さ３０〜５０ｎｍの遮光膜を形成する。そして、この遮光膜の上に単結晶基板６２の（０１０）または（００１）方向に延在する複数ライン状（線状）のレジストパターンを通常のフォトリソグラフィ法にて形成し、このレジストパターンを用いて遮光膜をエッチングすることにより遮光膜のマスク６４を形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、例えば７０℃に加熱したＫＯＨ３０％水溶液を用いて、Ｓｉを所定量ウェットエッチング（異方性エッチング）することにより、単結晶基板６２の表面に、並列して配置された複数の凸部６６を形成する。

その後、マスク６４を除去し、再度遮光膜を単結晶基板６２上に例えばスパッタリングなどで厚さ３０〜５０ｎｍ成膜し、図５（ｃ）に示すように、前記と同様のフォトリソグラフィ法にて、凸部６６の中央部がその延在方向にわたって露出するマスク６８を形成する。

そして、図５（ｄ）に示すように、単結晶基板６２を異方性エッチングしてＶ字溝７０を形成し、図５（ｅ）に示すように、マスク６８を除去して、尖鋭な先端形状を持つインクガイドおよびインク案内溝を作製するためのＶ字溝７０および凸部７２を備える型基板６０を作製する。

なお、型基板の作製方法は、上記の方法に限定されず、例えばレーザー加工やマイクロ放電加工などの一般的な微細加工方法によっても作製することができる。また、次工程において、本型基板の剥離を容易にするためのコーティング処理を施してもよい。また、この型基板６０表面の所定の位置の少なくとも一ヶ所にアライメント用ターゲットマークを形成し、型基板６０による成型の際にアライメント用ターゲットマークが感光性樹脂層にも転写されるようにすることが好ましい。

次に、図６（ａ）〜（ｄ）を参照して、隔壁とインクガイドの作製方法を説明する。
まず、図６（ａ）の絶縁性基板７４の所定位置にインク流入口およびインク流出口となるスルーホールを形成する。スルーホールは、例えばレーザー加工、超音波加工、サンドブラストなどの一般に公知な微細加工法で形成される。スルーホールを形成した絶縁性基板７４の表面に、例えばＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製ＮＡＮＯ ＳＵ−８等の感光性樹脂材料（フォトレジスト）をスピンコート法などで、例えば２００μｍ〜１ｍｍの厚さに塗布し、感光性樹脂層７６を形成する。ここで、本実施形態では感光性樹脂材料として、紫外線等の照射により、重合または架橋して現像液に難溶性となり、現像後まで基板表面に残る特性を持つネガ型レジストを使用する。

次に、型基板６０のＶ字溝７０および凸部７２の形成面を絶縁性基板７４の感光性樹脂層７６が塗布されている面に対向する位置に配置した状態で加熱プレス機にセットし、ＳＵ−８のガラス転移点である５０〜６０℃以上に加熱し、型基板６０と感光性樹脂層７６の間隙を真空ポンプで脱気しながら、例えば０．１ＭＰａ以上の圧力で型基板を感光性樹脂層に押し付けて、その形状を転写する。
この際、絶縁性基板７４と型基板６０の間にスペーサーを設置することで感光性樹脂層７６の高さを制御することが好ましい。また、押し付ける前に雰囲気を減圧することで、感光性樹脂層７６中の泡状欠陥発生を防止することが可能である。

次に、全体をガラス転位点以下に冷却後、型基板６０を感光性樹脂層７６から取り外す。これにより、図６（ｂ）に示すように、感光性樹脂層７６には、尖鋭な先端形状を持つインクガイドおよびインク案内溝となる凸部７８および凹部８０が形成される。また、この感光性樹脂層７６の表面に、型基板６０によって、次工程におけるアライメント用ターゲットマークが少なくとも一ヶ所形成されることが好ましい。次に感光性樹脂層７６上に感光性樹脂層７６と略同等の屈折率のマッチングオイル層８２を形成する。

その後、図７に示すように、例えば図１に示すインクジェットヘッド１０のインク流路穴３２を備えた隔壁１６を形成するためのパターンが形成されたマスク８４を、図６（ｃ）に示すように、マッチングオイル層８２と密着するように配置する。ここでマスクの所定の位置に形成されているアライメント用ターゲットマークと感光性樹脂層７６のアライメント用ターゲットマークを位置合わせすることで、感光性樹脂層７６に成型された凸部７８および凹部８０とマスク８４の透過部とが所望の位置になるようにすることが好ましい。そして、波長３５０〜４００ｎｍの紫外線をマスク８４の配置されている側から照射し、感光性樹脂材層７６を露光する。この際、露光する光は絶縁性基板７４に垂直に照射される平行光であることが好ましい。

次に絶縁性基板７４を５０〜１００℃に加熱し、感光性樹脂層７６の露光部分を硬化させた後、絶縁性基板７４を例えばダイシングソーなどで所定のヘッドサイズに切断する。続いて、現像液で感光性樹脂層７６の未露光部分を除去し、純水リンスで全体を洗浄し現像液を取り除いたのち、露光部を例えば１００〜２００℃で再度硬化処理する。これにより、図６（ｄ）に示すように、その上にインクガイド１２が２次元的に配列され、かつ図２に示すようにその湾曲部側壁にインク流路穴３２が形成された隔壁１６を備えるヘッド基板が作製される。
その後、インクガイドの位置に対応してスルーホールが開孔され、電界印加用の電極（吐出電極２０）が形成された制御基板１８をヘッド基板の上に配置することで、インクジェットヘッドが作製される。

本実施形態では、感光性樹脂材料としてネガ型の感光性樹脂材料を用いたが、これとは逆に、紫外線等の照射によって現像液に可溶性となり、現像時に基板表面から除去される特性を持つポジ型の感光性樹脂材料を用いてもよい。この場合は、感光性樹脂層の露光において最終的にインクガイド部材となる領域が遮光され、これ以外の部分が露光されることにより所望の位置に所望形状のパターンが形成される。

また、本実施形態では、感光性樹脂層を部分的に露光する際に、マッチングオイル層を感光性樹脂層上に形成し、そのマッチングオイル層とマスクとを密着して露光する密着露光方式により行われている。しかし、本発明における作製方法は本実施形態の方法に限定されず、マッチングオイル層を形成せず、感光性樹脂層と一定間隔離間した状態でマスクが配置されるプロキシミティー露光方式により露光してもよい。ただし、マスクを通過する紫外線を開口パターンで回折させず、高精度の尖鋭先端部を備えるインクガイド部材を作製するためには、本実施形態のようにマッチングオイルを用い密着露光することが好ましい。また、露光の際、投影露光方式を用いて露光すれば、マスクおよびマッチングオイルを用いずに所定の位置に所定の形状で露光することも可能である。

次に図８（ａ）〜（ｅ）を参照して、本発明の液体吐出ヘッドの一例となるインクジェットヘッドの作製方法の第２の実施形態について説明する。
図８（ａ）に示すように、例えばガラス基板などの透明性を有する絶縁性基板９０に、上記第１の実施形態と同様にインク流入口および流出口となるスルーホールを形成する。次に、絶縁性基板９０上に、スパッタリングなどにより例えばＣｒなどで遮光膜を成膜し、フォトリソグラフィ法によりこの遮光膜を選択的にエッチングして、絶縁性基板９０上に、例えば図７に示すようなパターンを持つマスク９２を形成する。

次に、図８（ｂ）に示すように、マスク９２が形成された絶縁性基板９０の表面に例えばＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製ＮＡＮＯ ＳＵ−８等の感光性樹脂材料をスピンコート法などで所定の厚さ以上になるように塗布し、感光性樹脂層７６を形成する。本実施形態では感光性樹脂材料として、ネガ型レジストを使用する。
その後、第１の実施形態と同様にして、型基板６０を用いて感光性樹脂層７６の表面にインクガイドおよびインク案内溝となる凸部７８および凹部８０を形成する。
そして、波長３５０〜４００ｎｍの紫外線を、絶縁性基板９０の感光性樹脂層７６が形成されている面と反対側の面（図中下側）から絶縁性基板９０に向かって照射することにより、感光性樹脂層７６を所定量露光する。

以下、第１の実施形態と同様に、露光部分を硬化し、絶縁性基板９０を切断し、露光部分を現像し、洗浄し、再度硬化させることで、図８（ｄ）に示すように、その上にインクガイド１２が形成された隔壁１６を備えるヘッド基板１４を作製する。

次に、図９（ａ）〜（ｆ）を参照して、本発明の液体吐出ヘッドの一例となるインクジェットヘッドの作製方法の第３の実施形態を説明する。図９（ａ）に示すように、例えば両面研磨されたガラス基板１０４上に、例えばＳｉを表面活性化接合法により接合することで単結晶基板１０６を形成する。続いて、単結晶基板１０６上に、例えばＳｉＯ₂ を熱酸化法により成膜した後、フォトリソグラフィ法により、単結晶基板１０６の（１１０）と（１−１０）方向を辺とする正方形パターンにＳｉＯ₂ 層をエッチングして、複数の正方形パターンが吐出部に対応する位置に２次元的に配列されたマスク１０８を作製する。

次に、例えば３４ｗｔ％のＫＯＨ水溶液を７０℃程度に加熱した液体に浸し、マスク１０８に応じて単結晶基板１０６を異方性エッチングする。マスク１０８が離脱するまで単結晶基板１０６をエッチングをすることにより、図９（ｂ）に示すような、基板１０４上に先端角が約６０°以下（曲率半径４μｍ以下）の尖った先端を持つインクガイドとなる凸部１１０を作製する。

次に、図９（ｃ）に示すように、例えばスピンコート法によりフォトレジストを塗布してレジスト層を形成し、フォトリソグラフィ法により、レジスト層をパターニングして、凸部１１０の上を通過するように、インク案内溝に対応する複数のライン状パターンが並列に配置されたマスク１１２を形成する。そして、例えばＣＦ₄ ガスを用いてドライエッチングを行い、基板１０４にインク案内溝となる凹部１１４を形成した後、図９（ｄ）に示すように、マスク１１２を除去する。

その後、再び基板１０４上にレジスト層を形成し、図９（ｅ）に示すように、例えば、フォトリソグラフィ法により、レジスト層をパターニングして、凹部１１４の延在方向と略直交する方向に延在し、凸部１１０を挟んで、隔壁に対応する複数のライン状パターンが並列に配置されたマスク１１６を形成する。

そして、図９（ｆ）に示すように、例えばＣＦ₄ ガスを用いてドライエッチングを行うことで、基板１０４上部に隔壁１２０を作製する。この際、基板１０４上部を所定量エッチングし、基板１０４下部をヘッド基板として残す。その後、マスク１１６を除去することにより、その上に尖鋭な先端形状を持つインクガイド１１７およびインク案内溝１１５を有する隔壁１２０を備えるヘッド基板１１８を作製することができる。

本実施形態では、インクガイドを形成する際に使用するマスク１０８を正方形パターンとしたが、これに限定されずマスク１０８のパターンを変えることにより、インクガイドの先端形状を所望の形状にしてもよい。例えば、マスク１０８の形状をライン状にすることにより、第１の実施形態と同様に一列の凸部を作製し、その後インクガイドとして使用されない部分をエッチングすることにより、第１の実施形態のような先端形状を持つインクガイドを作製することもできる。

次に、本発明の液体吐出ヘッドの一例となるインクジェットヘッドの作製方法の第４の実施形態を図１０（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。なお、本実施形態はインクガイドの作製方法を除いて、上記第３の実施形態と同様の作製方法であるので異なる点を中心に説明する。
図１０（ａ）に示すように、例えば両面研磨されたガラス基板１０４上に、例えばＳｉを表面活性化接合法により接合することで単結晶基板１２４を形成する。この単結晶基板１２４上に、例えばＳｉＯ₂ 膜を熱酸化法により成膜する。次に、フォトリソグラフィ法により、単結晶基板１２４の（１１０）と（１−１０）方向を辺とする正方形パターンにＳｉＯ₂ 膜をエッチングして、複数の正方形パターンが、吐出部に対応する位置に２次元的に配列されたマスク１２６を作製する。

その後、図１０（ｂ）に示すように、例えばＳＦ₆ ガスを用いてドライエッチングを行い、マスク１２６によりマスクされていない部分の単結晶基板１２４を所定量エッチング除去し、続いて、ＣＦ₄ ガスを用いてドライエッチングを行ってＳｉＯ₂ 膜を除去し、単結晶基板１２４からなる四角柱構造１２８を形成する。

その後、例えば３４ｗｔ％のＫＯＨ水溶液を７０℃程度に加熱した液に浸すことで、四角柱構造１２８を異方性エッチングして、図１０（ｃ）に示すような、基板１０４上に先端角が約６０°以下（曲率半径４μｍ以下）の尖った先端を持つインクガイドとなる凸部１３０を作製する。
これ以後の工程は、凸部１１０の代りに凸部１３０を使用する点を除いて第３の実施形態の場合と同じである。

本実施形態でもマスクを正方形パターンしたが、これに限定されず、パターンを変えることにより、先端形状を所望の形状にしてもよい。

また、上記いずれの作製方法の実施形態においても、隔壁形成の際に使用するマスクを図７に示すようなマスクを使用することで、その湾曲部の側壁にインク流路穴となるスリットを形成することができる。
なお、上記いずれの作製方法の実施形態においても、図１に示すの構造のインクジェットヘッドの作成方法として説明したが、図３に示すの構造のインクジェットヘッドも同様の方法で作製することが可能である。
また、本発明における液体吐出ヘッドは、色材粒子を含むインクの吐出に限定されず溶媒中に分散された帯電性粒子を含む溶液を吐出する静電式の液体吐出ヘッドであればよく、溶液の種類は限定されない。

本発明の液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの作製方法は、基本的に以上のようなものである。
以上本発明の液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの作製方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

本発明の液体吐出ヘッドの一例となるインクジェットヘッドの上面概略図およびＡ−Ａ’線における断面概略図である。 図１に示した液体吐出ヘッドの隔壁およびその周辺に注目した概略斜視図である。 本発明の液体吐出ヘッドの一例となるインクジェットヘッドの上面概略図およびＢ−Ｂ’線における断面概略図である。 図３に示した液体吐出ヘッドの隔壁およびその周辺に注目した概略斜視図である。 本発明の液体吐出ヘッドの作製方法の第１の実施形態および第２の実施形態に使用する型基板の作製方法の一実施形態を説明する概略図である。 本発明の液体吐出ヘッドの作製方法の第１の実施形態を説明する概略図である。 図１に示す隔壁形状を作製する際に使用するマスクの概略図である 本発明の液体吐出ヘッドの作製方法の第２の実施形態を説明する概略図である。 本発明の液体吐出ヘッドの作製方法の第３の実施形態を説明する概略図である。 本発明の液体吐出ヘッドの作製方法の第４の実施形態を説明する概略図である。

符号の説明

１０、４０ インクジェットヘッド
１２、１１７、１３２ インクガイド
１４、１１８ ヘッド基板
１６、４６、１２０ 隔壁
１８ 制御基板
２０ 吐出電極
２２ 吐出孔
２４、１１５ インク案内溝
２６ インク流路
２８ インク流入口
３０ インク回収口
３２ インク流路穴
６０ 型基板
６２、１０６、１２４ 単結晶基板
６４、６８、８４、９２、１０８、１１２、１１６、１２６ マスク
６６、７２、７８、１１０、１３０ 凸部
７０ Ｖ字溝
７４、９０ 絶縁性基板
７６ 感光性樹脂層
８０、１１４ 凹部
８２ マッチングオイル層
１０４ 基板
１２８ 四角柱構造

Claims (8)

1. ２次元的に配置された複数の吐出部を備え、荷電粒子を含む溶液に静電力を作用させて前記溶液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、
   前記複数の吐出部に対応して複数の吐出孔が形成された絶縁性の第１の基板と、
   この第１の基板と所定の間隔を離して重なるように配置され、当該第１の基板との間に前記溶液の流路を形成する絶縁性の第２の基板と、
   前記第１の基板の前記第２の基板とは反対側の表面上に、前記複数の吐出孔のそれぞれの周辺を囲むように配置された、前記溶液の吐出を制御する複数の電極と、
   前記流路における流入側と流出側とを分離すると共に前記第１の基板に形成された前記複数の吐出孔に対応する位置を通過するように、前記第２の基板の前記第１の基板側の表面上に蛇行して配置された隔壁と、
   前記隔壁の前記第１の基板側の表面上の前記複数の吐出孔に対応する位置にそれぞれ配置されると共に先端部分が対応する吐出孔を貫通してこの吐出孔の周辺に配置された前記電極の前記第２の基板とは反対側の表面よりも突出するような凸状に形成された複数の溶液ガイドと、
   前記隔壁の前記第１の基板側の表面上で且つ前記複数の溶液ガイドの両側に形成されると共に前記流路における流入側から流出側へ前記溶液を案内する複数の溶液案内溝とを備え、
   前記溶液が流入側から流出側へ各溶液案内溝を介して案内されることにより、前記溶液が各溶液ガイドの先端部分に供給され、各電極から前記溶液に静電気を作用させることで各溶液ガイドの先端部分から前記溶液の液滴が吐出されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記隔壁は、直線部と湾曲部とが繰り返し配置されることで蛇行した形状を有し、
   前記隔壁の湾曲部に前記溶液の流路穴が開孔されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. ２次元的に配置された複数の吐出部を備え、荷電粒子を含む溶液に静電力を作用させて前記溶液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、
   前記複数の吐出部に対応して複数の吐出孔が形成された絶縁性の第１の基板と、
   この第１の基板と所定の間隔を離して重なるように配置され、当該第１の基板との間に前記溶液の流路を形成する絶縁性の第２の基板と、
   前記第１の基板の前記第２の基板とは反対側の表面上に、前記複数の吐出孔のそれぞれの周辺を囲むように配置された、前記溶液の吐出を制御する複数の電極と、
   前記流路における溶液の流入側から流出側への流れの方向に沿って蛇行して並列に配置されると共に蛇行に伴って生じる複数の湾曲部が前記第１の基板に形成された前記複数の吐出孔に対応する位置を通過するように、前記第２の基板の前記第１の基板側の表面上に形成された複数の隔壁と、
   前記複数の隔壁の前記第１の基板側の表面上で且つ前記複数の湾曲部上にそれぞれ配置されると共に先端部分が対応する吐出孔を貫通してこの吐出孔の周辺に配置された前記電極の前記第２の基板とは反対側の表面よりも突出するような凸状に形成された複数の溶液ガイドと、
   前記隔壁の前記第１の基板側の表面上で且つ前記複数の溶液ガイドの両側に形成されると共に前記湾曲部の内側と外側を流れる溶液の流速の差に起因して前記湾曲部の内側から外側へ前記溶液を案内する複数の溶液案内溝とを備え、
   前記溶液が前記複数の隔壁の前記複数の湾曲部の内側から外側へ各溶液案内溝を介して案内されることにより、前記溶液が各溶液ガイドの先端部分に供給され、各電極から前記溶液に静電気を作用させることで各溶液ガイドの先端部分から前記溶液の液滴が吐出されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 前記第１の基板と前記隔壁との間は、所定の間隔離間されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記第２の基板の一方の表面上に所定膜厚のフォトレジストを塗布し、
   前記フォトレジストのガラス転移点以上に加熱した後、互いに並列に配置された複数の線状パターンが第１の方向に形成され、それぞれの前記線状パターンの表面上に、所定の深さを持つＶ溝状の谷部と、前記Ｖ溝状の谷部の、前記第１の方向と略直交する第２の方向の両側に所定の高さを持つ山部とを備える第３の基板を前記フォトレジストの表面に押圧して、当該第３の基板に形成された線状パターンの反転パターンを前記フォトレジストの表面に転写し、
   前記フォトレジストのガラス転移点以下に冷却した後、前記第３の基板を前記フォトレジストの表面から剥離して、当該フォトレジストの表面上に、それぞれが前記第１の方向に延在し、互いに並列に配置された複数の前記反転パターンを形成し、
   それぞれが前記第２の方向に延在し、互いに並列に配置された複数の線状パターンを持つマスクを介して前記フォトレジストを露光し、加熱処理して当該フォトレジストの前記露光された部分を硬化させた後、前記フォトレジストの前記露光されていない部分を除去して前記隔壁を形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記第２の基板として、透明性を有する基板を用い、
   前記第２の基板の一方の表面上に、それぞれが第１の方向に延在し、互いに並列に配置された複数の線状パターンを持つマスクを形成し、
   前記マスクが形成された前記第２の基板の一方の表面上に所定膜厚のフォトレジストを塗布し、前記フォトレジストのガラス転移点以上に加熱した後、互いに並列に配置された複数の線状パターンが前記第１の方向と略直交する第２の方向に形成され、それぞれの前記線状パターンの表面上に、所定の深さを持つＶ溝状の谷部と、前記Ｖ溝状の谷部の、前記第１の方向の両側に所定の高さを持つ山部とを備える第３の基板を前記フォトレジストの表面に押圧して、当該第３の基板に形成された線状パターンの反転パターンを前記フォトレジストの表面に転写し、
   前記フォトレジストのガラス転移点以下に冷却した後、前記第３の基板を前記フォトレジストの表面から剥離して、当該フォトレジストの表面上に、それぞれが前記第２の方向に延在し、互いに並列に配置された複数の前記反転パターンを形成し、
   前記第２の基板の他方の表面から前記マスクを介して前記フォトレジストを露光し、加熱処理して当該フォトレジストの前記露光された部分を硬化させた後、前記フォトレジストの前記露光されていない部分を除去して前記隔壁を形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   絶縁性の第３の基板の一方の表面上に単結晶基板を接合し、この単結晶基板の表面上の前記吐出部に対応する位置に、所定形状のパターンが２次元的に配列された第１のマスクを形成し、
   前記第１のマスクに応じて前記単結晶基板を異方性エッチングして、前記第３の基板の一方の表面上に前記溶液ガイドとなる凸部を形成し、
   前記凸部が形成された前記第３の基板の一方の表面上に第１のフォトレジストを塗布し、この第１のフォトレジストをパターニングして、それぞれが前記凸部の上を通過するように第１の方向に延在する複数の線状パターンが互いに並列に配置された第２のマスクを形成し、
   前記第２のマスクを用いて、前記第３の基板の一方の表面をエッチングし、当該第３の基板の一方の表面上に、前記第１の方向に延在し、互いに並列に配置された前記溶液案内溝となる複数の凹部を形成し、
   前記第２のマスクを除去した後、前記第３の基板の一方の表面上に第２のフォトレジストを塗布し、この第２のフォトレジストをパターニングして、前記第１の方向と略直交する第２の方向に延在する複数の線状パターンが互いに並列に配置された第３のマスクを形成し、
   前記第３のマスクを用いて、前記第３の基板の一方の表面を所定量エッチングし、当該第３の基板の一方の表面側に前記隔壁を形成し、かつ当該第３の基板の他方の表面側を前記第２の基板として残すことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   絶縁性の第３の基板の一方の表面上に単結晶基板を接合し、この単結晶基板の表面上の前記吐出部に対応する位置に、所定形状のパターンが２次元的に配列された第１のマスクを形成し、
   前記第１のマスクを用いて前記単結晶基板をエッチングし、前記第３の基板の一方の表面上の前記吐出部に対応する位置に、前記所定形状のパターンが２次元的に配列された複数の柱状部を形成し、
   前記柱状部を異方性エッチングして、前記第３の基板の一方の表面上に前記溶液ガイドとなる凸部を形成し、
   前記凸部が形成された前記第３の基板の一方の表面上に第１のフォトレジストを塗布し、この第１のフォトレジストをパターニングして、それぞれが前記凸部の上を通過するように第１の方向に延在する複数の線状パターンが互いに並列に配置された第２のマスクを形成し、
   前記第２のマスクを用いて、前記第３の基板の一方の表面をエッチングし、当該第３の基板の一方の表面上に、前記第１の方向に延在し、互いに並列に配置された前記溶液案内溝となる複数の凹部を形成し、
   前記第２のマスクを除去した後、前記第３の基板の一方の表面上に第２のフォトレジストを塗布し、この第２のフォトレジストをパターニングして、前記第１の方向と略直交する第２の方向に延在する複数の線状パターンが互いに並列に配置された第３のマスクを形成し、
   前記第３のマスクを用いて、前記第３の基板の一方の表面を所定量エッチングし、当該第３の基板の一方の表面側に前記隔壁を形成し、かつ当該第３の基板の他方の表面側を前記第２の基板として残すことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。

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