JP5648262B2 - シリコン製ノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置の製造方法 - Google Patents
シリコン製ノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置の製造方法 Download PDFInfo
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Description
ノズル孔の内壁は吐出口縁部まで親水性であるため、液滴吐出面への吐出液残留がなく、飛行曲がりのない良好な吐出特性を有する。
耐久性に優れ、良好な吐出特性を有する液滴吐出ヘッドを得ることができる。
耐久性に優れ、良好な吐出特性を有する液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を得ることができる。
また、シリコン基材はノズル孔の形成前に薄板化するため、基板厚みの均一性がよく、かつ、ノズルの周りに異常が発生することがない。そして、研削屑がノズル孔に詰まることがなく、研削屑の洗浄工程を省くことができる。
シリコン基材と石英ガラスの支持基板とをポリシリコンを介して活性化接合するため、高温下であっても支持基板が剥離することがなく、熱酸化による新たな保護膜の形成が可能である。
耐久性に優れ吐出特性の良い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
耐久性に優れ吐出特性の良い液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を得ることができる。
図1は本発明の形態1に係るインクジェットヘッド(液滴吐出ヘッドの一例)の一部を断面で示した分解斜視図、図2は図1の組立てた状態の要部を示す縦断面図、図3は図2のノズル孔の近傍を拡大して示した縦断面図である。
インクジェットヘッド10は、図1および図2に示すように、複数のノズル孔11が所定のピッチで設けられたノズル基板1と、各ノズル孔11に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板2と、キャビティ基板2の振動板22に対峙して個別電極31が配設された電極基板3とを貼り合わせることにより構成されている。
耐吐出液保護膜Aの液滴吐出面1a側にはシロキサンを原材料とするプラズマ重合膜12が形成されており、その上にはフッ素原子を含むシリコン化合物を主成分とする撥水膜(撥インク膜)13が形成されている。一方、ノズル孔11の吐出口縁部11dを境にして、ノズル孔11の内壁11cから接合面1bには、親水膜(親インク膜)14が形成されている。
凹部240はノズル孔11に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、ノズル基板1とキャビティ基板2を接合した際、各凹部240は吐出室24を構成し、それぞれがノズル孔11に連通し、またインク供給口であるオリフィス23ともそれぞれ連通している。そして、吐出室24(凹部240)の底壁が振動板22となっている。
また、キャビティ基板2の全面、もしくは少なくとも電極基板3との対向面には、シリコン酸化膜等からなる絶縁膜26が形成されており、この絶縁膜26は、インクジェットヘッドを駆動させたときに、絶縁破壊や短絡を防止する。
まず、最初に、図5〜図10により、ノズル基板1の製造方法を説明する。なお、以下に記載の数値はその一例を示すもので、これに限定するものではない。
次に、シリコン酸化膜102に、第2のノズル孔部110b(図7(i)参照)に対応する第2の凹部101bと、これと同心的に第1のノズル孔部110a(図7(i)参照)に対応する第1の凹部101aとを、パターニング形成する。
この場合、まず、第2の凹部101bをBHF(Buffered HF)によりハーフエッチングして形成し、次に、第1の凹部101aをその残し厚みが零になるようにBHFによりエッチングして形成する。こうして、フォトリソグラフィー技術により2段のノズルパターニングを行う。
次に、シリコン基材100の表面に残るシリコン酸化膜102をフッ酸水溶液で除去する。
第2のシリコン酸化膜103を形成する際、第1のシリコン酸化膜101も同一の条件下で再度加熱されるため、第2のシリコン酸化膜103と第1のシリコン酸化膜101とは、連続して一体化した耐吐出液保護膜Aとなる。
こうして、シリコン基材100からノズル基板1が完成する。
さらに、研削屑がノズル孔11に詰まることがなく、研削屑の洗浄工程を省くことができる。
ここでは、電極基板3にシリコン基材200を接合した後、そのシリコン基材200からキャビティ基板2を製造する方法について、図11、図12を用いて説明する。
そして、凹部32の底部に、例えばスパッタによりITO(Indium Tin Oxide)からなる個別電極31を形成する。
その後、ドリル等によってインク供給孔34となる孔部34aを形成することにより、電極基板3が作製される。
その後、シリコン基材200を水酸化カリウム水溶液等でエッチングして、図12(e)に示すように、吐出室24となる凹部240、オリフィス23となる凹部230、及びリザーバ25となる凹部250を形成する。このとき、配線のための電極取り出し部となる部分29aもエッチングして薄板化しておく。なお、図12(e)のウェットエッチングの工程では、例えば初めに35重量%の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後、3重量%の水酸化カリウム水溶液を使用することができる。これにより、振動板22の面荒れを抑制することができる。
そして最後に、このキャビティ基板2に、前述のようにして作製されたノズル基板1を接着剤等により接合することにより、図2に示したインクジェットヘッド10の本体部が作製される。
図13は、実施の形態1に係るインクジェットヘッド10を搭載したインクジェット記録装置を示す斜視図である。図13に示すインクジェット記録装置800はインクジェットプリンタであり、実施の形態1のインクジェットヘッド10を搭載しているため、吐出液に対する耐久性に優れ、良好な吐出特性を有し、高品質の印字が可能である。
なお、実施の形態1に係るインクジェットヘッド10は、図13に示すインクジェットプリンタの他に、液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
Claims (4)
- 熱酸化によってシリコン基材の表面に第1のシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン基材の一方の面の前記シリコン酸化膜上に、ポリシリコン膜を形成する工程と
前記シリコン基材上に前記ポリシリコン膜が形成された面と石英ガラスの支持基板の表面に、アルゴンビームを照射後、前記ポリシリコン膜と前記石英ガラスの支持基板を活性化接合する工程と、
前記石英ガラスの支持基板を接合した側の面と反対側の面を薄板化する工程と、
前記薄板化された側の面から前記シリコン基材にノズル孔を形成する工程と、
前記シリコン基材を熱酸化処理して、前記薄板化された側の面から前記ノズル孔の内壁まで第2のシリコン酸化膜を形成し、前記第1のシリコン酸化膜と前記第2のシリコン酸化膜とを一体化して耐吐出液保護膜とする工程と、
前記薄板化された側の面を第1のサポート部材によって保護して前記石英ガラスの支持基板を剥離し、剥離した側の面に撥水膜を形成する工程と、
前記薄板化された側の面と反対側の面を第2のサポート部材によって保護して前記第1のサポート部材を剥離し、剥離した側の面から親水化処理し、前記第2のサポート部材を剥離する工程と、
を有することを特徴とするシリコン製ノズル基板の製造方法。 - 前記シリコン基材上に前記ポリシリコン膜が形成された面と石英ガラスの支持基板の表面に、アルゴンビームを照射後、前記シリコン基材上の前記ポリシリコン膜と前記石英ガラスの支持基板を活性化接合する工程は、
前記シリコン基材に前記ポリシリコン膜を介して前記石英ガラスの支持基板を活性化接合することを特徴とする請求項1記載のシリコン製ノズル基板の製造方法。 - 請求項1記載のシリコン製ノズル基板の製造方法を適用して、液滴吐出ヘッドのノズル基板部分を形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 請求項3記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
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