JP4978996B2 - 貫通孔構造体の製造方法 - Google Patents

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この発明は、インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動しながら、インクジェットヘッドから吐出するインク滴で、用紙・OHPフィルム等の記録媒体に画像を記録するインクジェットプリンタ等のインクジェット記録装置において、インクジェットヘッドにおける複数のノズルを有するノズルプレートやフィルタ付き振動板など、微細孔を有する貫通孔構造体を製造する製造方法に関する。

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)に代表される微細構造体の製造方法として、従来の機械加工や光リソグラフィの限界に制限されない分解能を持つナノインプリント法が注目されている。このナノインプリント法について、特許文献1や特許文献2を参照しながら、以下に説明する。

まず、下記の特許文献1に開示されている、一般に熱インプリントと呼ばれているナノインプリント法によれば、まず図9(A)に示すように、表面に、PMMA等のレジスト膜からなる被加工材料1が形成された基板2と、25nm程度以下の微細な凹凸状の転写パターン3が例えば格子状に形成されたインプリント金型4を用意する。

次に、図9(B)に示すように、ガラス転移点以上にまで加熱することで軟化した被加工材料1にインプリント金型4を押し付ける。このとき、転写パターン3で被加工材料1を完全に打ち抜くには、非常に高い圧力で転写パターン3を押し付ける必要がある。しかし、このとき高い圧力で押し付けて、例え完全に打ち抜くことができたとしても、基板2との衝突により転写パターン3の先端を破損する可能性が大きかった。そこで、被加工材料1は、完全に打ち抜かずに、残部5を残すことが一般的である。そして、図9(C)に示すように、ガラス転移点以下になるまで冷却することにより固化した被加工材料1からインプリント金型4を引き離す。このようにして、インプリント金型4の転写パターン3の形状を転写して被加工材料1に反転パターンを形成していた。

他方、下記の特許文献2に開示されている、一般に光インプリントと呼ばれているナノインプリント法によれば、図10(A)に示すように、表面に、UV効果樹脂等のエネルギ硬化性の物質からなる被加工材料1が形成された基板2と、石英やパイレックス(登録商標)等の光透過性の材料からなり、微細な凹凸状の転写パターン形状3が例えば格子状に形成されたインプリント金型4を用意する。

次に、図10(B)に示すように、被加工材料1にインプリント金型4を押し付ける。このときも、転写パターン3で被加工材料1を完全に打ち抜くには、非常に高い圧力で転写パターン3を押し付ける必要がある。しかし、このとき高い圧力で押し付けて、例え完全に打ち抜くことができたとしても、基板2との衝突により転写パターン3の先端を破損する可能性が大きかった。そこで、被加工材料1は、完全に打ち抜かずに、残部5を残すことが一般的である。その後、インプリント金型4を透して光を照射することにより硬化された被加工材料1から、図10(C)に示すようにインプリント金型4を引き離す。このようにして、インプリント金型4の転写パターン3の形状を転写して被加工材料1に反転パターンを形成していた。

これらの方法により転写パターン3の形状が転写された被加工材料1は、基板2のエッチング用マスクとして使用することができ、また基板2をドライエッチングやウェットエッチングにより除去することにより分離された被加工材料1そのものを、微細構造体として使用することもできる。

以上のように、ナノインプリント法では、所望の転写パターン3が形成されたインプリント金型4を用意することができれば、いたって簡単なプロセスで微細パターンを複製することができる。インプリント金型4としては、数nm〜数十nmの解像度を持つ電子ビーム露光技術とエッチング技術により製造したシリコンや石英の型、またはこれらの型をマスタとした金属の型や数十nm〜数μmの解像度を持つリソグラフィ技術、および金属めっき技術により製造した金属の型を使用することができる。

従来、このようなナノインプリント法を用いて、インクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドのノズルプレートのような微細孔を有する貫通孔構造体を製造する方法も開示されている。例えば、下記の特許文献3に記載の発明には、軟化した被加工材料1にインプリント金型4を押し付け、その後、冷却することにより固化した被加工材料1から図11(A)に示すようにインプリント金型4を引き離し、インプリント金型4をホットエンボス(熱インプリント)することにより被加工材料1に残部5を有する非貫通穴6を形成してから、図11(B)に示すように、超音波を用いて残部5を除去することで、貫通孔7を形成して貫通孔構造体とする方法が開示されている。

ところが、このような従来の方法では、インプリントとは別の工程で残部5を除去して貫通孔7を形成することから、生産性が悪い問題があった。このため、従来のノズルプレート製造方法の中には、例えば下記の特許文献4に記載されるように、図12に示すごとく下型8に熱可塑性樹脂よりなる被加工材料1を流し込み、インプリント金型4でスタンピングすることによって熱インプリントで貫通孔7をあけ、インプリント金型4を引き離すことによりインクジェットヘッドのノズルプレートを製造する方法なども提案されている。

しかしながら、このような製造方法では、インプリント金型4の先が下型8と衝突して損傷するおそれがあり、また貫通孔7の周囲にバリを生ずるおそれがあった。このようなおそれを解消すべく、図13に示すように被加工材料1を保護シート9の上に形成して図12に示すような下型8内に設け、インプリント金型4でスタンピングすることも考えられている。

一方、インクジェット記録装置に用いられているフィルタ付き振動板としては、特許文献5に記載されるように、ポリイミドとステンレスからなる被加工材料のポリイミドの部分に、レーザにより貫通孔を形成し、これをインク中の異物を取り除くためのフィルタ孔とする方法が提案されている。

米国特許第5,772,905号公報 特開2000−194142号公報 特開2005−280182号公報 特開2006−7712号公報 特開2006−69106号公報

ところが、被加工材料1を保護シート9の上に形成してインプリント金型4でスタンピングする従来の製造方法では、変形しやすい保護シート9上に被加工材料1を形成することから、インプリント金型4でスタンピングするとき、被加工材料1がのびまたはその一部が破けるだけで、被加工材料1を完全に貫通することができない場合があることが判った。また、レーザにより貫通孔を形成する方法では、加工形状の制御性、バリや加工屑の発生、生産性、装置コストなど、レーザ加工を用いることによる製造上の種々の問題があった。

そこで、この発明の第1の目的は、インプリント金型の転写パターンを破損するおそれがなく、しかもインプリント法のみを用いて低コストで生産性を損なうことなく、かつ製造上の種々の問題を生ずることなく、確実に貫通する貫通孔を有する貫通孔構造体を製造する製造方法を提供することにある。

この発明の第2の目的は、工程数を増やしたり、使用する部材を増加したりすることなく、確実に貫通する貫通孔を有する貫通孔構造体を製造する製造方法を提供することにある。

この発明の第3の目的は、簡便かつ効率的に、より確実に貫通する貫通孔を有する貫通孔構造体を製造する製造方法を提供することにある。

この発明の第4の目的は、位置合わせ精度よく、より確実に貫通する貫通孔を有する貫通孔構造体を製造する製造方法を提供することにある。

この発明の第5の目的は、インプリント金型の転写パターンを破損するおそれがなく、しかもインプリント法のみを用いて低コストで生産性を損なうことなく、かつ製造上の種々の問題を生ずることなく、確実に貫通する貫通孔を有する貫通孔構造体を提供することにある。

この発明の第6の目的は、インプリント金型の転写パターンを破損するおそれがなく、しかもインプリント法のみを用いて低コストで生産性を損なうことなく、かつ製造上の種々の問題を生ずることなく、確実に貫通する貫通孔を有する貫通孔構造体を使用するインクジェットヘッドを提供することにある。

この発明の第7の目的は、そのようなインクジェットヘッドを使用するインクジェット記録装置を提供することにある。

このため、この発明は、上述した第1の目的を達成すべく、金型の転写パターンを、貫通孔を形成するために保持部材上の被加工材料に、残部を残して押し込むパターン押し込み工程と、貫通孔形成部分に残した残部を保持部材に固着する残部固着工程と、被加工材料を硬化する材料硬化工程と、被加工材料から金型を引き離す金型引き離し工程と、保持部材から被加工材料を分離すると同時に、その被加工材料から前記残部を分離する構造体取り出し工程とからなることを特徴とする貫通孔構造体の製造方法である。

ここで、上述した第2の目的も達成すべく、残部固着工程では、圧着により残部を保持部材に固着するとよい。また、転写パターンの押し込み方向突出高さは、被加工材料の厚さより大きく形成するとよい。さらに、保持部材を形成する材料としては、被加工材料よりも硬い材料を使用するとよい。

また、上述した第3の目的も達成すべく、パターン押し込み工程を行う前にあらかじめ、貫通孔を形成しない領域よりも形成する領域の方が、保持部材に対する付着力が強くなるように、被加工材料に表面処理を施したり、前記残部を固着しない領域よりも固着する領域の方が、被加工材料に対する付着力が強くなるように、保持部材に表面処理を施したり、残部を固着しない領域よりも固着する領域の保持部材の表面を粗面化したりするとよい。保持部材の表面の粗面化は、例えば粗面化された転写パターンの先端部を保持部材の表面に押し付けることにより行うとよい。

さらに、上述した第4の目的も達成すべく、保持部材の表面を粗面化して後、金型と保持部材の位置を固定したまま、その後のパターン押し込み工程、残部固着工程、材料硬化工程、金型引き離し工程、構造体取り出し工程を行うとよい。

この発明によれば、パターン押し込み工程で金型の転写パターンを保持部材上の被加工材料に押し込むとき、残部を残すので、インプリント金型の転写パターンを破損するおそれがなく、しかもパターン押し込み工程で押し込み後、残部固着工程で残部を保持部材に固着し、材料硬化工程で被加工材料を硬化してから、金型引き離し工程で被加工材料から金型を引き離して後、構造体取り出し工程で保持部材から被加工材料を分離すると同時に、その被加工材料から残部を分離するので、インプリント法のみを用いて低コストで生産性を損なうことなく、かつ製造上の種々の問題を生ずることなく、確実に貫通する貫通孔を有する貫通孔構造体を製造する製造方法を提供することができる。

ここで、残部固着工程で、圧着により残部を保持部材に固着し、また転写パターンの押し込み方向突出高さを、被加工材料の厚さより大きく形成し、さらには保持部材を形成する材料として、被加工材料よりも硬い材料を使用すると、工程数を増やしたり、使用する部材を増加したりすることなく、確実に貫通する貫通孔を有する貫通孔構造体を製造する製造方法を提供することができる。

また、パターン押し込み工程を行う前にあらかじめ、貫通孔を形成しない領域よりも形成する領域の方が、保持部材に対する付着力が強くなるように、被加工材料に表面処理を施したり、残部を固着しない領域よりも固着する領域の方が、被加工材料に対する付着力が強くなるように、保持部材に表面処理を施したり、残部を固着しない領域よりも固着する領域の保持部材の表面を粗面化したりすると、簡便かつ効率的に、より確実に貫通する貫通孔を有する貫通孔構造体を製造する製造方法を提供することができる。

さらに、保持部材の表面を粗面化して後、金型と保持部材の位置を固定したまま、その後のパターン押し込み工程、残部固着工程、材料硬化工程、金型引き離し工程、構造体取り出し工程を行うと、位置合わせ精度よく、より確実に貫通する貫通孔を有する貫通孔構造体を製造する製造方法を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態につき説明する。
図1(A)ないし(F)には、微細貫通孔を有する貫通孔構造体の製造方法を示す。図1(A)ないし(F)は、それぞれ1つの微細貫通孔列に沿う縦断面であり、発明内容を理解しやすくするために、各構成部材の縮尺は違えてなる。

図示貫通孔構造体の製造方法では、図1(A)に示すように、プレス台19に固定された保持部材10の上に被加工材料11を配置する。保持部材10としては、各種の金属基板、セラミック基板、半導体基板、樹脂基板などを用いることができる。プレス台19が保持部材10を兼ねてもよい。この例では、保持部材10を形成する材料として、被加工材料11よりも硬い材料であるSUSを用いている。他方、被加工材料11としては、各種の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エネルギ線硬化性樹脂などの樹脂材料を用いることができ、スピンコート法、ドクターブレード法、高周波スパッタリング法などの方法を用いて、保持部材10上に形成することができる。この例では、厚さ40μmの熱可塑性ポリイミドフィルムを用い、保持部材10の上に密着させている。

次に、図1(B)に示すように、プレスヘッド20に固定されたインプリント金型12の表面につくられた転写パターン13を、上から保持部材10上の被加工材料11に押し込む(パターン押し込み工程)。そして、転写パターン13の形状に合わせて被加工材料11を変形させると同時に、貫通孔を形成する位置において、転写パターン13の先端部14と保持部材10の表面16との間に被加工材料11の残部15を残す。

次いで、この残部15を、保持部材10の表面16に固着する(残部固着工程)。固着方法としては、接着性物質を用いる方法や化学反応を用いる方法などもあるが、この例では、圧着により簡便に固着している。つまり、被加工材料11に転写パターン13の形状を転写すると同時に、転写パターン13を押し付けることにより先端部14で残部15を保持部材10の表面16に押し付けて固着してなる。

この例では、転写パターン13の先端部14に圧力を集中させてより効率的にかつより確実に圧着を行うべく、前述したように保持部材10を形成する材料として、被加工材料11よりも硬い材料を使用するとともに、転写パターン13の押し込み方向高さHを、被加工材料11の厚さTより大きく形成してなる。この例では、厚さTが40μmの被加工材料11に対して、転写パターン13の高さHを50μm以上とする。

また、より効率的にかつより確実に圧着を行うために、前述のパターン押し込み工程を行う前にあらかじめ、被加工材料11と保持部材10のいずれか一方、または双方に表面処理を施すとよい。つまり、被加工材料11の場合には、残部15の表面エネルギを増加させる表面処理、または残部15以外の被加工材料11の表面エネルギを減少させる表面処理のいずれか一方または双方を行い、貫通孔を形成しない領域よりも形成する領域の方が、保持部材10に対する付着力が強くなるように、被加工材料11に表面処理を施す。

一方、保持部材10の場合には、残部15を固着させる部分の保持部材10の表面エネルギを増加させる表面処理、または残部15を固着させる部分以外の表面エネルギを減少させる表面処理のいずれか一方または双方を行い、残部15を固着しない領域よりも固着する領域の方が、被加工材料11に対する付着力が強くなるように、保持部材10に表面処理を施す。

この例では、被加工材料11の残部15の表面にコロナ放電処理を行い、残部15を固着させる保持部材10の表面に図2に示すような粗面化処理を施し、双方の表面エネルギを増加させている。粗面化は、より簡便な方法で行うために、プレス台19上の保持部材10と、プレスヘッド20に固定するインプリント型12を互いに対向するように設け、粗面化された転写パターン13の先端部14を保持部材10の表面に押し付けることにより行う。

図3には、粗面化工程の一例を示す。
すなわち、(A)に示すように、転写パターン13が破壊しない程度の圧力で、転写パターン13の先端部14を保持部材10に押し付ける。この例では、2kgfの荷重で押し付け、この状態を1分間保持している。その後、(B)に示すように保持部材10から転写パターン13を離すと、残部15を固着させる保持部材10の表面に粗面化処理を施すことができる。これにより、前述のパターン押し込み工程を行う前にあらかじめ、残部15を固着しない領域よりも固着する領域の保持部材10の表面を粗面化してなる。転写パターン13の先端部14は、例えば腐食処理により粗面化する。

なお、以上のように、粗面化された転写パターン13の先端部14を押し付けることにより保持部材10の表面を粗面化してもよいが、この他にも、例えば超音波などの振動を与えた状態で転写パターン13の先端部14を押し付けることにより保持部材10の表面を粗面化することもできる。

ところで、保持部材10の表面を粗面化して後、インプリント金型12と保持部材10の位置をプレスヘッド20およびプレス台19に固定したまま、その後のパターン押し込み工程からはじまる貫通孔構造体の製造工程を行うことにより、残部15と保持部材10の位置合わせが不要となり、高精度な位置合わせが可能となる。このように、保持部材10は繰り返して使用されることになるが、表面処理を施した保持部材10を固定しない場合でも、繰り返し使用することができる。

次に、この発明で用いるインプリント金型12は、シリコンのドライエッチング技術やLIGA(Lithographie Galvanoformung Adformung)技術などのMEMS製造技術、機械加工技術で製作することができる。この例では、インプリント金型12として、LIGA技術で製作したNi製のものを使用している。その表面には、直径40〜50μm、高さ50〜60μmの円柱パターンを多数設けて転写パターン13を形成してなる。

転写パターン13を押し込む際の条件は、使用する被加工材料11の特性に依存する。例えば、被加工材料11が熱可塑性樹脂である場合は、被加工材料11をガラス転移点以上に加熱し、軟化させてから、転写パターン14を押し込むようにするのが一般的であるし、被加工材料11がエネルギ線硬化樹脂である場合は、被加工材料11が最初から流動可能な状態であることがほとんどであるため、加熱などの工程を経ずに直ちに転写パターン13を押し込むようにするのが一般的である。この例では、金型12と熱可塑性樹脂である被加工材料11を、プレス台19やプレスヘッド20に組み込まれたヒータ(不図示)により280℃にまで加熱して、流動可能な状態にしてから、転写パターン13を5kgfの荷重で押し込み、この状態で5分間保持している。

さて、次に上述した残部固着工程終了後は、図1(C)に示すように、転写パターン13を押し込んだ状態のままで、被加工材料11を硬化する(材料硬化工程)。この硬化の条件は、使用する被加工材料11の特性に依存する。例えば、被加工材料11が熱可塑性樹脂であるならば冷却で、熱硬化性樹脂であるならば加熱で、エネルギ線硬化樹脂であるならばUV光などのエネルギ線の照射で硬化を行う。この例では、金型12と熱可塑性樹脂である被加工材料11をガラス転移点以下、例えば200℃程度にまで冷却することにより、被加工材料11を硬化している。

次いで、図1(D)に示すように、被加工材料11からインプリント金型12を引き離す(金型引き離し工程)。この引き離す方法としては、超音波を利用する方法、離型ピンを利用する方法などを用いることができ、金型12への被加工材料11の付着を防止し、より引き離しやすくするために、転写パターン13を含むインプリント金型12の表面に離型剤の被覆などによる離型処理を施してもよい。この例では、インプリント金型12が固定されているプレスヘッド20を単に上昇することにより、インプリント金型12を引き離している。また、転写パターン13を含むインプリント金型12の表面には、フッ素系材料のコーティングを施している。

それから、図1(E)に示すように、保持部材10から被加工材料11を分離すると同時に、その被加工材料11から残部15を分離する(構造体取り出し工程)。分離する方法としては、真空吸着やピンセットなどを用いて物理的に分離してもよいし、保持部材10をエッチングなどにより除去してもよい。この例では、真空吸着装置(不図示)を用いて、被加工材料11を分離している。

この工程にて、残部15は保持部材10の表面16に固着しているので、この構造体取り出し工程で保持部材10から被加工材料11を分離するとき、残部15が被加工材料11から分離され、図1(F)に示すような貫通孔21が形成された貫通孔構造体22が完成する。なお、保持部材10の表面に固着した残部15は、ドライエッチング等で除去する。

以上のとおり、パターン押し込み工程で金型12の転写パターン13を保持部材10上の被加工材料11に押し込むとき、残部15を残すので、インプリント金型12の転写パターン13を破損するおそれがない。しかも、パターン押し込み工程で押し込み後、残部固着工程で残部15を保持部材10に固着し、材料硬化工程で被加工材料11を硬化してから、金型引き離し工程で被加工材料11から金型12を引き離して後、構造体取り出し工程で保持部材10から被加工材料11を分離すると同時に、その被加工材料11から残部15を分離するので、インプリント法のみを用いて低コストで生産性を損なうことなく、かつ製造上の種々の問題を生ずることなく、確実に貫通する貫通孔21を有する貫通孔構造体を製造することができる。

図4(A)ないし(F)には、インクジェットヘッド用ノズルプレートとして使用する貫通孔構造体の製造方法を示す。
図4(A)に示すように、プレス台19上のSUS製の保持部材10の表面に、厚さTが40μmの熱可塑性ポリイミドフィルムからなる被加工材料11を密着させる。

次に、図4(B)に示すように、LIGA技術により、表面に、先端径がφ20μm、押し込み方向突出高さHが60μm程度で、テーパ加工された転写パターン13を100個以上形成したNi基合金製のインプリント金型12があり、この金型12と被加工材料11をプレス台19およびプレスヘッド20に組み込まれたヒータ(不図示)により280℃にまで加熱して後、転写パターン13を被加工材料11に押し込み、転写パターン13の形状に合わせて被加工材料11を変形させると同時に、貫通孔を形成する位置において、転写パターン13の先端部14と保持部材10の表面16との間に被加工材料11の残部15を残す(パターン押し込み工程)。

残部15は、上述した例と同様に、保持部材10の表面16に固着する(残部固着工程)。必要により、残部15にはコロナ放電処理による表面エネルギの増加処理、保持部材10の表面16には転写パターン13の先端部14を押し付けることによる粗面化処理、転写パターン13の先端部14には腐食処理による粗面化処理が施される。なお、保持部材10の表面を粗面化して後、インプリント金型12と保持部材10の位置をプレスヘッド20およびプレス台19に固定したまま、その後のパターン押し込み工程からはじまる貫通孔構造体の製造工程を行うことにより、残部15と保持部材10の位置合わせが不要となり、高精度な位置合わせを可能となる。

次いで、残部固着工程終了後は、図4(C)に示すように、転写パターン13を押し込んだ状態のままで、被加工材料11を200℃程度になるまで冷却して被加工材料11を硬化する(材料硬化工程)。それから、図4(D)に示すように、金型12が固定されたプレスヘッド20を上昇させることにより、被加工材料11から金型12を引き離す(金型引き離し工程)。その後、図4(E)に示すように、真空吸着装置(不図示)を用いて、保持部材10から被加工材料11を分離すると同時に、その被加工材料11から残部15を分離する(構造体取り出し工程)。

以上のとおり、パターン押し込み工程で金型12の転写パターン13を保持部材10上の被加工材料11に押し込むとき、残部15を残すので、インプリント金型12の転写パターン13を破損するおそれがない。しかも、パターン押し込み工程で押し込み後、残部固着工程で残部15を保持部材10に固着し、材料硬化工程で被加工材料11を硬化してから、金型引き離し工程で被加工材料11から金型12を引き離して後、構造体取り出し工程で保持部材10から被加工材料11を分離すると同時に、その被加工材料11から残部15を分離するので、インプリント法のみを用いて低コストで生産性を損なうことなく、かつ製造上の種々の問題を生ずることなく、図4(F)に示すような貫通孔(ノズル孔)21が形成されたインクジェットヘッド用ノズルプレート35を得ることができる。

図5(A)ないし(F)には、インクジェットヘッド用フィルタ付き振動板として使用する貫通孔構造体の製造方法を示す。
図5(A)に示すように、プレス台19上のSUS製の保持部材10の表面に、被加工材料11を密着させる。この例の被加工材料11は、厚さ30μm程度のSUS箔からなる剛性体層と、この剛性体層の上にスピンコーティングで形成した、厚さ10μm程度の熱可塑性ポリイミドからなる弾性体層から構成されており、貫通孔を形成する部分を含め、不要な部分の剛性体層は、フォトリソグラフィとエッチングにより事前に除去している。本製造方法で加工されるのは、弾性体層であるため、剛性体層の図示は省略し、図5では被加工材料11として弾性体層のみを表している。

次に、図5(B)に示すように、LIGA技術により、表面に、先端径がφ20μm、押し込み方向突出高さが40μm程度で、テーパ加工された転写パターン13を100個以上形成したNi基合金製のインプリント金型12があり、この金型12と被加工材料11をプレス台19およびプレスヘッド20に組み込まれたヒータ(不図示)により280℃にまで加熱して後、転写パターン13を被加工材料11の弾性体層に押し込み、転写パターン13の形状に合わせて被加工材料11を変形させると同時に、貫通孔を形成する位置において、転写パターン13の先端部14と保持部材10の表面16との間に被加工材料11の残部15を残す(パターン押し込み工程)。

残部15は、上述した例と同様に、保持部材10の表面16に固着する(残部固着工程)。必要により、残部15にはコロナ放電処理による表面エネルギの増加処理、保持部材10の表面16には転写パターン13の先端部14を押し付けることによる粗面化処理、転写パターン13の先端部14には腐食処理による粗面化処理が施される。なお、保持部材10の表面を粗面化して後、インプリント金型12と保持部材10の位置をプレスヘッド20およびプレス台19に固定したまま、その後のパターン押し込み工程からはじまる貫通孔構造体の製造工程を行うことにより、残部15と保持部材10の位置合わせが不要となり、高精度な位置合わせを可能となる。

次いで、残部固着工程終了後は、図5(C)に示すように、転写パターン13を押し込んだ状態のままで、被加工材料11を200℃程度になるまで冷却して被加工材料11を硬化する(材料硬化工程)。それから、図5(D)に示すように、金型12が固定されたプレスヘッド20を上昇させることにより、被加工材料11から金型12を引き離す(金型引き離し工程)。その後、図5(E)に示すように、真空吸着装置(不図示)を用いて、保持部材10から被加工材料11を分離すると同時に、その被加工材料11から残部15を分離する(構造体取り出し工程)。

以上のとおり、パターン押し込み工程で金型12の転写パターン13を保持部材10上の被加工材料11に押し込むとき、残部15を残すので、インプリント金型12の転写パターン13を破損するおそれがない。しかも、パターン押し込み工程で押し込み後、残部固着工程で残部15を保持部材10に固着し、材料硬化工程で被加工材料11を硬化してから、金型引き離し工程で被加工材料11から金型12を引き離して後、構造体取り出し工程で保持部材10から被加工材料11を分離すると同時に、その被加工材料11から残部15を分離するので、インプリント法のみを用いて低コストで生産性を損なうことなく、かつ製造上の種々の問題を生ずることなく、図4(F)に示すような貫通孔(フィルタ孔)21が形成されたインクジェットヘッド用フィルタ付き振動板31を得ることができる。

なお、この例では、貫通孔を形成する部分を含め、不要な部分の剛性体層は、フォトリソグラフィとエッチングにより事前に除去するが、これに限らず、剛性体層は残したままで、被加工材料11にインプリント金型12を押し込んでもよい。また、保持部材10の表面に弾性体層ではなく剛性体層を密着させるようにしてもよい。剛性体層は残したままでインプリントした場合は、貫通孔を形成した後に、剛性体層を除去する。

図6には、インクジェット記録装置で用いるインクジェットヘッドを分解して示す。
図中符号30は、エネルギ発生手段の一例として示す圧電素子である。31は上述した図5に示す方法により形成したフィルタ付き振動板であり、フィルタ孔32(図5に示す製造方法であけた「貫通孔21」である)を複数あけてなる。このフィルタ付き振動板31は、SUS等からなる剛性体層と、ポリイミド等からなる弾性体層とからなる積層体であるが、図示例では、簡略化のため、積層体としては表していない。

図中符号33は、液流路34を有する流路板である。35は上述した図4に示す方法により形成したノズルプレートであり、流路板33に重ね合わせて設けたとき液流路34に連通する複数のノズル孔36(図4に示す製造方法であけた「貫通孔21」である)を並べて二列にあけてなる。なお、フィルタ孔32は、フィルタ付き振動板31を流路板33に重ね合わせたとき、インク供給路(不図示)に連通してインク中のごみを捕獲する。

そして、印字時は、圧電素子30に通電してフィルタ付き振動板31のダイアフラム部に振動を発生し、インクが蓄積された液流路34から押し出すことにより、ノズルプレート35のノズル孔36からインク滴を吐出して飛翔し、記録媒体に印字を行う。

図7には、図6に示すインクジェットヘッドを使用するインクジェット記録装置の一例であるインクジェットプリンタを正面から見て示す。図8には、その一部を斜め上から見て示す。

図中符号50は、筐体である。筐体50の左右の側板51、52には、ガイドシャフト53とガイド板54を平行に掛け渡して設ける。それらガイドシャフト53とガイド板54で、キャリッジ55を支持する。キャリッジ55には、不図示の無端ベルトを取り付ける。無端ベルトは、筐体50内の左右に設ける図示しない駆動プーリと従動プーリに掛けまわす。そして、駆動プーリの回転とともに従動プーリを従動回転して無端ベルトを走行し、キャリッジ55を図中矢示するごとく左右に摺動自在に備える。

キャリッジ55には、イエロ、シアン、マゼンタ、ブラックのインクを吐出する図6に示す構成の4色のインクジェットヘッド56y、56c、56m、56bをキャリッジ55の移動方向に並べて搭載する。各インクジェットヘッド56は、下向きにヘッド面56Aを備え、各ヘッド面56Aに複数のノズル孔(図6に示すノズル孔36)を有する。各ヘッド面56Aの複数のノズル孔36は、キャリッジ55の移動方向と直交する方向に、図6に示すように千鳥状に直線的に並べて形成してなる。

そして、キャリッジ55を図示する左端とすると、各インクジェットヘッド56を、筐体50内の底板57上に設置する回復装置58と対向する。回復装置58は、インク滴吐出不良のノズル孔36からインクを吸い出し、吐出不良を回復する装置である。

筐体50内の底板57上には、回復装置58の隣りにヘッド面清掃装置60を設ける。ヘッド面清掃装置60には、洗浄液供給装置70とクリーニング装置71を設ける。

ヘッド面清掃装置60に隣接する位置には、板状のプラテン62を設置する。そのプラテン62の背面側には、プラテン62上に、記録媒体である用紙63を供給する給紙台64を斜めに立てて設ける。また、図示省略するが、給紙台64上の用紙63をプラテン62上に送り出す給紙ローラを備える。さらには、プラテン62上の用紙63を図8中矢示方向に搬送して正面側に排出する搬送ローラ65を設ける。

筐体50の底板57上には、さらに右端に駆動装置66を設置する。駆動装置66は、不図示の給紙ローラや搬送ローラ65などを駆動するとともに、上述した駆動プーリを駆動することにより無端ベルトを走行してキャリッジ55を移動する。

そして、記録時は、駆動装置66で駆動して用紙63をプラテン62上に移動し、所定位置に位置決めするとともに、キャリッジ55を移動して用紙63上を走査し、右方向に移動しながら4色のインクジェットヘッド56y、56c、56m、56bを用いて順にそれぞれのノズル孔36からインク滴を吐出して用紙63上に画像を記録する。画像記録後、キャリッジ55を左方向に戻すとともに、用紙63を矢示方向に所定量搬送する。

次いで、再びキャリッジ55を右方向に移動しながら往路で4色のインクジェットヘッド56y、56c、56m、56bを用いて順にそれぞれのノズル孔36からインク滴を吐出して用紙63上に画像を記録する。そして、同様に画像記録後、キャリッジ55を左方向に戻すとともに、用紙63を矢示方向に所定量搬送する。以下同様に繰り返し、1枚の用紙63上に画像を記録する。

この例では、使用によりインクジェットヘッド56y、56c、56m、56bのノズル孔36にインク詰まりが生じないように、またはインク詰まりが生じた場合にはすぐに解消するように、適宜の間隔でキャリッジ55を左方向へと移動して回復装置58と対向するインク詰まり回復位置とし、回復装置58でインクジェットヘッド56y、56c、56m、56bのノズル孔36のインクを吸引してインク詰まりを解消する。

また、適宜の間隔でキャリッジ55を左方向へと移動して後、戻してヘッド面清掃装置60を通過するとき、インクジェットヘッド56y、56c、56m、56bのヘッド面56Aに洗浄液を付着してそのヘッド面56Aに摺接するクリーニング部材で拭いてヘッド面56Aを清掃する。

(A)ないし(F)は、微細貫通孔を有する貫通孔構造体の製造方法を示す製造工程図である。 図1(B)のパターン押し込み工程後の1つの貫通孔部分の拡大断面図である。 (A)および(B)は保持部材の表面に施す粗面化工程の一例を示す図である。 (A)ないし(F)は、インクジェットヘッド用ノズルプレートとして使用する貫通孔構造体の製造方法を示す別の製造工程図である。 (A)ないし(F)は、インクジェットヘッド用フィルタ付き振動板として使用する貫通孔構造体の製造方法を示す別の製造工程図である。 インクジェット記録装置で用いるインクジェットヘッドの分解図である。 図6に示すインクジェットヘッドを使用するインクジェット記録装置の一例であるインクジェットプリンタの正面図である。 そのインクジェットプリンタの一部を斜め上から見て示す斜視図である。 (A)ないし(C)は、従来のナノインプリント法を用いた貫通孔構造体の製造工程図である。 (A)ないし(C)は、従来のナノインプリント法を用いた別の製造工程図である。 (A)ないし(C)は、ナノインプリント法を用いたインクジェットヘッド用ノズルプレートの従来の製造工程図である。 ナノインプリント法を用いたインクジェットヘッド用ノズルプレートの従来の製造工程図である。 ナノインプリント法を用いたインクジェットヘッド用ノズルプレートの従来の別の製造工程図である。

符号の説明

10 保持部材
11 被加工材料
12 インプリント金型
13 転写パターン
14 転写パターンの先端部
15 残部
16 保持部材の表面
19 プレス台
20 プレスヘッド
21 貫通孔
22 貫通孔構造体
31 インクジェットヘッド用フィルタ付き振動板(貫通孔構造体)
32 フィルタ孔(貫通孔)
35 インクジェットヘッド用ノズルプレート(貫通孔構造体)
36 ノズル孔(貫通孔)
56、56y、56c、56m、56b インクジェットヘッド

Claims (10)

  1. 金型の転写パターンを、貫通孔を形成するために保持部材上の被加工材料に、残部を残して押し込むパターン押し込み工程と、
    前記残部を前記保持部材に固着する残部固着工程と、
    前記被加工材料を硬化する材料硬化工程と、
    前記被加工材料から前記金型を引き離す金型引き離し工程と、
    前記保持部材から前記被加工材料を分離すると同時に、その被加工材料から前記残部を分離する構造体取り出し工程と、
    からなることを特徴とする貫通孔構造体の製造方法。
  2. 前記残部固着工程で、圧着により前記残部を前記保持部材に固着することを特徴とする、請求項1に記載の貫通孔構造体の製造方法。
  3. 前記転写パターンの押し込み方向突出高さを、前記被加工材料の厚さより大きく形成してなることを特徴とする、請求項1または2に記載の貫通孔構造体の製造方法。
  4. 前記保持部材を形成する材料として、前記被加工材料よりも硬い材料を使用してなることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか1に記載の貫通孔構造体の製造方法。
  5. 前記パターン押し込み工程を行う前にあらかじめ、前記貫通孔を形成しない領域よりも形成する領域の方が、前記保持部材に対する付着力が強くなるように、前記被加工材料に表面処理を施しておくことを特徴とする、請求項1ないし4のいずれか1に記載の貫通孔構造体の製造方法。
  6. 前記パターン押し込み工程を行う前にあらかじめ、前記残部を固着しない領域よりも固着する領域の方が、前記被加工材料に対する付着力が強くなるように、前記保持部材に表面処理を施しておくことを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか1に記載の貫通孔構造体の製造方法。
  7. 前記パターン押し込み工程を行う前にあらかじめ、前記残部を固着しない領域よりも固着する領域の前記保持部材の表面を粗面化してなることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれか1に記載の貫通孔構造体の製造方法。
  8. 前記転写パターンの先端部を押し付けて前記保持部材の表面を粗面化してなることを特徴とする、請求項7に記載の貫通孔構造体の製造方法。
  9. 粗面化された前記転写パターンの先端部を押し付けることを特徴とする、請求項8に記載の貫通孔構造体の製造方法。
  10. 前記保持部材の表面を粗面化して後、前記金型と前記保持部材の位置を固定したまま、その後の前記パターン押し込み工程、前記残部固着工程、前記材料硬化工程、前記金型引き離し工程、前記構造体取り出し工程を行うことを特徴とする、請求項7または8に記載の貫通孔構造体の製造方法。
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