JP4635480B2 - インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法に関し、特に感光性ガラスを用いてノズルおよびチャンバー部分が形成されたインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法に関する。

近年、インクジェットノズルは、高画質に伴って、微細なサイズと高精度を要求されている。同時に高速化のためにインクジェット記録ヘッド自体のサイズの拡大が求められている。また当然のことながら低コストであることも要求されており、これらを達成するインクジェットノズルの作成方法として各種の方式、材料が提案されている。

微細形状を得る材料としては感光性ガラスがある。感光性ガラスは貴金属を核生成剤として加えて溶融したガラスであり、露光してから加熱すると、露光した部分だけに貴金属のコロイドが生成し、露光した部分だけを選択的に結晶化させることができる。ガラスの組成を選択し、露光・加熱で化学的耐久性の悪い結晶を析出させ、その部分を酸などでエッチング処理し、除去することによって精密な形状の部品を製造することができる。

また感光性ガラスは８００℃程度の熱処理をすることによりアモルファス化し、耐インク性の高い安定した材料となる。

感光性ガラスを使った発明では、多段階の凹形状を得るため、それぞれガラス基板を加工し、接着する方法、１枚の感光性ガラスを使った場合のエッチング制御のための保護膜導入などが提案されているが、いずれも２段階の凹形状を得るものである。（例えば、特許文献１参照）。

２重露光で段差付形状を得る特許文献１では感光性ガラスの特性のみで３段以上の凹形状を得ることは難しい。特許文献１などの先行技術においては同一基板上で３段以上の段差を形成するものはない。しかしインク供給の制御を考えると、インク供給路・チャンバー・ノズルで３段以上の段差形状が必要となる。
特開平６―２２７８４３号公報 （図１、第２〜５頁）

本発明は上記事実を考慮し、感光性ガラスを用いて３段以上の段差を持つインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、アモルファス化された感光性ガラスの基板の一方の面に形成されたチャンバーと、前記チャンバーに連通するとともに前記基板の他方の面に開口するノズルと、前記基板における前記一方の面において前記チャンバーに連通するインク供給路と、を備えるとともに、前記ノズルの周囲に前記ノズルの口径よりも大きな直径を有する凹陥部が形成されているインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、感光性ガラスの基板のノズルを形成する領域を露光し、次いで加熱、結晶化させた後、弗酸エッチングしてノズルを形成する工程と、前記ノズルを形成した基板の一方の面におけるチャンバーを形成する領域とインク供給路を形成する領域とを露光し、次いで加熱、結晶化させる工程と、前記露光および加熱、結晶化を行った基板の一方の面において、チャンバーを形成する領域をパターニングし、次いでブラストまたはドライエッチングでチャンバーとなる段差を形成する工程と、前記チャンバーとなる段差を形成した基板を弗酸エッチングして前記基板の前記一方の面にインク供給路となる段差を、他方の面のノズル開口部周囲に凹陥部を形成する工程と、前記インク供給路および前記凹陥部を形成した基板を熱処理してアモルファス化する工程と、を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。

上記構成の発明では、感光性ガラスの基板にチャンバーとノズルとインク供給路とを形成後、熱処理でアモルファス化することにより、微細で正確な加工精度で形成されたチャンバーとノズルとインク供給路と有し、且つ耐インク性の優れたインクジェット記録ヘッドが提供される。また、ノズルの周囲に凹陥部、言い換えれば浅い段差が設けられているから、ノズルの表面をメンテナンスのためにゴム製ブレードで擦られた際、直接ブレードがノズル周囲を擦ることがない。

本発明は上記構成としたので、感光性ガラスを用いて３段以上の段差を持つインクジェット記録ヘッドの製造方法とすることができた。

図１には、本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法が示されている。

まず図１（ａ）に示されているように、感光性ガラス１０にノズル形成用のマスク１２Ａを通して露光し、潜像１４Ａが形成される。５００℃で熱処理することでこの潜像１４Ａ部分を選択的に結晶化させ、酸によるエッチングが進みやすくする。

次に図１（ｂ）のようにレジスト１６でインク供給路形成用のパターンをパターニングする。

図１（ｃ）のようにブラスト、ドライエッチングなどを用いてレジスト１６で保護されていない箇所をエッチングし、浅い凹部１８すなわちインク供給絞りを形成する。

さらに濃度３〜６％の弗酸でエッチングを行うと、図１（ｄ）のように潜像１４Ａの部分だけ選択的に結晶化しているので酸による選択エッチングが進行し、ノズル２０が貫通孔として形成される。

次に図１（ｅ）のように再度マスク１２Ｂをかけて露光を行う。これにより潜像１４Ｂが形成されるが、これはチャンバー２２の部分をエッチングするためのパターンとなる。これを５００℃で熱処理することで、図１（ａ）のように潜像１４Ｂの部分だけを選択的に結晶化させ、酸によるエッチングが進みやすくする。

次いで図１（ｆ）のように、感光性ガラス１０のインク吐出面に固定基板２６を接着層２４で貼り付ける。これはインク吐出面を弗酸によるエッチングから保護し、ノズル２０の周辺を薄いノズルプレートとして残すためである。

これを濃度３〜６％の弗酸でエッチングし、チャンバー２２となる段差を形成する。このとき過度にエッチングが進行してノズル板部分が消失しないようにエッチング進行を制御する必要がある。

さらに図１（ｇ）のように固定基板２６を感光性ガラス１０から剥離し、８００℃で熱処理を行う。これにより感光性ガラス１０全体がアモルファス化し、物性・耐インク性に優れたノズルおよびチャンバー部分とすることができる。

また、凹部１８などをサンドブラストで加工すると微細なひび割れ（マイクロクラック）が発生する場合があるが、アモルファス化の際の熱処理でマイクロクラックを消失させることができるという利点もある。

図２には、本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの構造が示されている。

図２（ａ）はノズルプレートとして形成された感光性ガラス１０をインク供給側から見た平面図である。大きい円はチャンバー２２、小さい円はノズル２０となる。この中でも特にインク供給口１９とノズル２０の精度は重要となる。

図２（ａ）中のＡ−Ａ’線の断面図が図２（ｂ）であり、図１（ｇ）までの工程で形成された３段の段差構造を覆う形で振動板３０が設けられ、その上にＰＺＴ電極３２が設けられる。ＰＺＴ電極３２は振動板３０を振動させ、チャンバー２２内のインクをノズル２０からインク滴として吐出させることで圧電式インクジェット記録ヘッドとして作動する。

図３には、本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法が示されている。本実施例ではインク供給路をチャンバーと同時に形成する。

まず図３（ａ）に示されているように、感光性ガラス１０にノズル形成用のマスク１２Ａを通して露光し、潜像１４Ａが形成される。５００℃で熱処理することでこの潜像１４Ａ部分を選択的に結晶化させ、酸によるエッチングが進みやすくする。

次に図３（ｂ）のようにレジスト１６でインク供給路形成用のパターンをパターニングする。

図３（ｃ）のようにブラスト、ドライエッチングなどを用いてレジスト１６で保護されていない箇所をエッチングし、浅い凹部１８すなわちインク供給絞りを形成する。

さらに濃度３〜６％の弗酸でエッチングを行うと、図３（ｄ）のように潜像１４Ａの部分だけ選択的に結晶化しているので酸による選択エッチングが進行し、ノズル２０が貫通孔として形成される。

次に図３（ｅ）のように再度マスク１２Ｂをかけて露光を行う。これにより潜像１４Ｂが形成されるが、これはチャンバー２２およびインク供給路２３の部分をエッチングするためのパターンとなる。これを５００℃で熱処理することで、図３（ａ）のように潜像１４Ｂの部分だけを選択的に結晶化させ、酸によるエッチングが進みやすくする。

次いで図３（ｆ）のように、感光性ガラス１０のインク吐出面に固定基板２６を接着層２４で貼り付ける。これはインク吐出面を弗酸によるエッチングから保護し、ノズル２０の周辺を薄いノズルプレートとして残すためである。

これを濃度３〜６％の弗酸でエッチングし、チャンバー２２およびインク供給路２３となる段差を形成する。このとき過度にエッチングが進行してノズル板部分が消失しないようにエッチング進行を制御する必要がある。

さらに図３（ｇ）のように固定基板２６を感光性ガラス１０から剥離し、８００℃で熱処理を行う。これにより感光性ガラス１０全体がアモルファス化し、物性・耐インク性に優れたノズル、チャンバー部分およびインク供給路とすることができる。

図４（ａ）はノズルプレートとして形成された感光性ガラス１０をインク供給側から見た平面図である。大きい円はチャンバー２２、小さい円はノズル２０となる。この中でも特にインク供給路２３とチャンバー２２をつなぐ凹部１８、およびノズル２０の精度は重要となる。

図４（ａ）中のＡ−Ａ’線の断面図が図４（ｂ）であり、図３（ｇ）までの工程で形成された３段の段差構造を覆う形で振動板３０が設けられ、その上にＰＺＴ電極３２が設けられる。ＰＺＴ電極３２は振動板３０を振動させ、チャンバー２２内のインクをノズル２０からインク滴として吐出させることで圧電式インクジェット記録ヘッドとして作動する。

図５には、本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法が示されている。本実施例ではノズルを弗酸でエッチングして開口する際、細く深い（アスペクト比の高い）穴を空けることになるため、寸法精度を向上させるには一度で開口せず、二度に分割して開口することを特徴とする。

まず図５（ａ）に示されているように、感光性ガラス１０にインク供給絞り形成用のパターンをレジスト１６でパターニングする。

次に図５（ｂ）のようにブラスト、ドライエッチングなどを用いてレジスト１６で保護されていない箇所をエッチングし、浅い凹部１８すなわちインク供給絞りを形成する。

次に図５（ｃ）のように感光性ガラス１０にノズル形成用のマスク１２Ａを通して露光し、潜像１４Ａが形成される。５００℃で熱処理することでこの潜像１４Ａ部分を選択的に結晶化させ、酸によるエッチングが進みやすくする。

さらに濃度３〜６％の弗酸でエッチングを行うと、図５（ｄ）のように潜像１４Ａの部分だけ選択的に結晶化しているので酸による選択エッチングが進行し、ノズル２０の両端部が貫通孔の入口・出口部分として形成される。このとき感光性ガラス１０を弗酸に浸漬するＤｉｐ処理のため両面からノズル２０部分がエッチングされることになる。

次に図５（ｅ）のように再度マスク１２Ｂをかけて露光を行う。これにより潜像１４Ｂが形成されるが、これはチャンバー２２およびインク供給路２３の部分をエッチングするためのパターンとなる。これを５００℃で熱処理することで、図５（ａ）のように潜像１４Ｂの部分だけを選択的に結晶化させ、酸によるエッチングが進みやすくする。

次いで感光性ガラス１０のインク吐出面に固定基板２６を接着層２４で貼り付ける。これはインク吐出面を弗酸によるエッチングから保護し、ノズル２０の周辺を薄いノズルプレートとして残すためである。

これを図５（ｆ）のように濃度３〜６％の弗酸でエッチングし、チャンバー２２およびノズル２０となる段差を形成する。このとき過度にエッチングが進行してノズル２０周囲のノズル板部分が消失しないようにエッチング進行を制御する必要がある。この段階でノズル２０は貫通口として形成されるが、細い孔の形状をエッチングする距離は短くて済むので、ノズル２０の加工精度を高くすることが出来る。

さらに図５（ｇ）のように固定基板２６を感光性ガラス１０から剥離し、８００℃で熱処理を行う。これにより感光性ガラス１０全体がアモルファス化し、物性・耐インク性に優れたノズル、チャンバー部分およびインク供給路とすることができる。

図６には、本発明の第４実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法が示されている。本実施例では３段以上の段差を設けることを特徴とする。

例えばノズルの周囲に浅い段差を設けておけば、ノズルの表面をメンテナンスのためにゴム製ブレードで擦られた際、直接ブレードがノズル周囲を擦ることはない。このため、ノズル表面に撥水膜を塗布した場合でも、ノズル周辺の撥水膜がブレードで擦られて剥離する恐れはない。

まず図６（ａ）に示されているように、感光性ガラス１０にノズル形成用のマスク１２Ａを通して露光し、潜像１４Ａが形成される。５００℃で熱処理することでこの潜像１４Ａ部分を選択的に結晶化させ、酸によるエッチングが進みやすくする。

次に図６（ｂ）のように濃度３〜６％の弗酸でエッチングを行うと、潜像１４Ａの部分だけ選択的に結晶化しているので酸による選択エッチングが進行し、ノズル２０が貫通孔として形成される。

次に図６（ｃ）のように再度マスク１２Ｂをかけて露光を行う。これにより潜像１４Ｂが形成されるが、これはチャンバー２２およびインク供給路２３の部分をエッチングするためのパターンとなる。これを５００℃で熱処理することで、図６（ａ）のように潜像１４Ｂの部分だけを選択的に結晶化させ、酸によるエッチングが進みやすくする。

次に図６（ｄ）のようにレジスト１６を塗布、またはドライフィルムでチャンバー形成用のパターンをパターニングする。

次いで図６（ｅ）のようにブラスト、ドライエッチングなどを用いてレジスト１６で保護されていない箇所をエッチングし、チャンバー２２を形成する。本実施例では、この段階で深くエッチングを行い、インク供給絞りのような浅い凹部ではなく深いチャンバー２２を形成している点が上記の各実施例と異なる。

次に図６（ｆ）のようにレジスト１６を剥離する。

次いで図６（ｇ）のように濃度３〜６％の弗酸でエッチングし、インク供給絞り１８Ａとなる段差を形成する。このとき過度にエッチングが進行してノズル２０周囲のノズル板部分が消失しないようにエッチング進行を制御する必要がある。

この工程では吐出面を保護していないので、感光性ガラス１０に形成された潜像１４Ｂは両面からエッチングが進行する。このため、吐出面すなわちノズル表面側のノズル２０周囲部分もエッチングにより凹部１８Ｂが形成される。

さらに図６（ｈ）のように８００℃で熱処理を行うことにより感光性ガラス１０全体がアモルファス化し、物性・耐インク性に優れたノズル、チャンバー部分およびインク供給路とすることができる。その後、吐出面すなわちノズル表面側に撥水膜２８をスプレーコートなどで塗布する。

図６（ｈ）までの工程で形成されたインク供給側３段の段差構造を覆う形で、図６（ｉ）のように振動板３０が設けられ、その上にＰＺＴ電極３２が設けられる。ＰＺＴ電極３２は振動板３０を振動させ、チャンバー２２内のインクをノズル２０からインク滴として吐出させることで圧電式インクジェット記録ヘッドとして作動する。

使用する際は前述のようにノズル２０の表面をメンテナンスのためにゴム製ブレードで擦られた際、ノズル２０の周囲に凹部１８Ｂが設けられているので直接ブレードがノズル２０の周囲を擦ることはない。このため、ノズル表面に撥水膜２８を塗布した場合でも、ノズル２０周辺の撥水膜２８がブレードで擦られて剥離する恐れはない。

本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの構造を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの構造を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。

符号の説明

１０ 感光性ガラス
１２ マスク
１４ 潜像
１６ レジスト
１８ 凹部
２０ ノズル
２２ チャンバー
２４ 接着層
２６ 固定基板
３０ 振動板
３２ ＰＺＴ電極

Claims (1)

1. アモルファス化された感光性ガラスの基板の一方の面に形成されたチャンバーと、前記チャンバーに連通するとともに前記基板の他方の面に開口するノズルと、前記基板における前記一方の面において前記チャンバーに連通するインク供給路と、を備えるとともに、前記ノズルの周囲に前記ノズルの口径よりも大きな直径を有する凹陥部が形成されているインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
   感光性ガラスの基板のノズルを形成する領域を露光し、次いで加熱、結晶化させた後、弗酸エッチングしてノズルを形成する工程と、
   前記ノズルを形成した基板の一方の面におけるチャンバーを形成する領域とインク供給路を形成する領域とを露光し、次いで加熱、結晶化させる工程と、
   前記露光および加熱、結晶化を行った基板の一方の面において、チャンバーを形成する領域をパターニングし、次いでブラストまたはドライエッチングでチャンバーとなる段差を形成する工程と、
   前記チャンバーとなる段差を形成した基板を弗酸エッチングして前記基板の前記一方の面にインク供給路となる段差を、他方の面のノズル開口部周囲に凹陥部を形成する工程と、
   前記インク供給路および前記凹陥部を形成した基板を熱処理してアモルファス化する工程と、
   を有するインクジェット記録ヘッドの製造方法。

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