JPS59137345A - 結晶化ガラス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、感光性ガラスを用いた結晶化ガラスに関する
もので、特に結晶粒径分布の異なる領域間で発生する諸
弊害を改良した結晶化ガラスに関するものである。

従来技術 感光性ガラスは、少量の金、銀、銅などの金属を加えて
溶融したガラスであり、紫外線照射と熱現像を行なった
後に酸処理することにより、高精度を要する形状の孔や
溝が工、チング加工により得られる。

更に再熱処理により結晶化される結晶化ガラスは、化学
的、物理的特性に優れ、高温にも耐えられ、精密形状を
作り得るので、工業用、電子工業用に広（使われるよう
になった。

従来、結晶化ガラスの製造工程においては、紫外線によ
る所要形状のパターン露光を行なった後、熱現像を行な
い、次の化学エツチング工程によりパターン露光部を取
り除く加工方法が主にとられてきた。

更に化学的安定性、機械的強度を増すために再炭熱処理
することによってセラミック化が行なわれてきた。この
際、セラミック化された材料の熱膨張率又は機械的強度
を一定に制御するためにパターン露光部以外のガラス中
に生成される結晶粒の大きさも一定に保たれていた。こ
の方法として前記熱現像工程と前記化学エツチング工程
の間に全面露光工程を設け、パターン露光部以外のガラ
ス中に生成される結晶粒が数μ〜数１０μの大きさをも
つ様に全面露光が行なわれていた。

しかしながら、この様な結晶化ガラスを用いて複雑精緻
な加工を行うに到って下記のような問題点が発生した。

その１例をあげると、５　ｃＲＸ　５　ｃｒＩＬＸ　０
．７　ＭＮの板状の感光性ガラスに深さ０．５　ｍ、幅
１．７ｉ！ｉＥ、長さ４ｃＩＩＬ１ヒツチ２．１關の溝
を加重、化学エツチング工程を経て形成した場合、結晶
化ガラスとなされた板面にそりが発生した。

また、この化学エツチングされた感光性ガラスと５　ｃ
ｒＩＬＸ　５　ｃｒｎ　Ｘ　１　ｘｘのパターン露光を
されていない感光性ガラス板材を重ね、熱処理により融
着をはかり、加重の空洞を含む１板の結晶化ガラスを作
成した場合、そり又はクラ、りが発生した。

他の１例によると、板状の感光性ガラスに高さ５００μ
、幅（資）μ、長さ２關の凸部を化学エツチング工程を
経て形成した場合、結晶化ガラスとなされた凸部の形状
の乱れが著しかった。

また、深さ刃μ、幅間μ、長さ１關の凹部な同様に形成
した場合、（、結晶化ガラスとなされた凹部の形状の乱
れが同様に著しかった。

これらの例で示されるように、結晶化ガラスを用いて複
雑精緻で微細なパターンを含む形状を形成するにあたっ
ては、そり、ゆがみ、クラック、形状のダレ等の発生が
非常に大きな問題点となっていた。

これらの問題点の原因については、結晶粒の大きさが異
なる領域間で発生する歪が主要であることが判明した。

結晶化ガラス中で平均結晶粒径が異なると熱膨張率が変
わる点は従来知られているところであるが、セラミック
化させる熱処理温度では結晶化ガラスの粘度も低下して
おり、平均結晶粒径の異なる領域間での熱歪の発生は、
この粘度低下により十分緩和されていると考えられてき
た。

しかし、複雑微細な形状の形成に於いては、粘度の低下
が形状の変形を招（という事態に至り、比較的高粘度、
比較的低温度でセラミック化のための熱処理を行なわな
ければならない必要が生じた。ところが比較的高粘度状
態でセラミック化熱処理を行なうと、平均結晶粒径の異
なる領域間の熱応力を十分緩和することができず、そり
、クラック等の発生の原因となっていた。

発明の目的 本発明は上記セラミック化熱処理時に発生する結晶化ガ
ラスのもつ欠点を改善すべくなされたものである。

発明の構成 而し【、上記目的を達成する本発明は、感光性ガラスを
熱処理することにより形成される結晶化ガラスに於いて
、複数の結晶粒径分布の異なる領域が存在し、前記複数
の結晶粒径分布の異なる領域のうち１つの領域の平均結
晶粒径Ｄ１と前記１つの領域に隣り合う前記複数の結晶
粒径分布の異なる領域のうち他の領域の平均結晶粒径り
、が（イ）式を満すことを特徴としている。

また、本発明の結晶化ガラスは、金、銀、銅のうち少く
とも１つを含むリチウム系ガラスより成る感光性ガラス
を用いることを特徴とするものである。

作用 更に、本発明の結晶化ガラスは、前記感光性ガラスの少
（とも−面に微細溝を形成した基板となし、この基板を
複数枚積層し熱融着することによって微―孔を形成して
インクジェット記録装置用記録ヘッドの基体を構成する
ことができる。

実施例 以下、本発明の結晶化ガラスの一実施例としてこの結晶
化ガラスをインクジェット記録装置の記録ヘッドを構成
する基体に用いた場合を詳説する。

インクジェット記録装置は、一般に極めて低騒音で高速
記録が可能なほか、安価な普通紙が使え、現像一定着時
の複雑な処理を必要としない利点をもっている。更に小
径ドツトやドツト間隔縮少により高解像力画像記録を可
能とし、漢字・図形などの記録にも有効である。

インクジェット記録装置の記録ヘッドについては、従来
いくつかの方式が開発・実用化されている。

例えば、特公昭５３−１２１３８号公報に示されるよう
な、オンデマンド方式と呼ばれるインクジェット記録方
式が近年開発され、注目されている。

これは記録のための電気信号に応答して電気パルスが記
録ヘッドに印加される都度、圧力室の容積変化によって
ノズルからインク小滴を噴射する方式のインクジェット
記録装置である。

このオンデマンド方式の特徴は、画像信号に対応して、
必要な時だけインクを噴出するので、不要インクを回収
するシステムが不要となり、このため、インクの消費量
が少なく、高信頼性を得ることが出来、また記録装置自
体も小屋軽量で低価格にすることが可能である。また、
別の特徴としては、ひとつの記録へ、ド上に、容易に多
数のチャンネルを実装できるため、高解像力や高速印字
性能を得ることが出来、またカラー化も容易である。

更に上記方式を実用化したオンデマンド型インクジェッ
ト記録装置として、特公昭５７−２０９０４号公報があ
る。これは、一つの記録ヘッド内に複数のノズルを実装
するという方式をとっている。

第１図（５）、第１図（Ｂ）はこの方式を説明する模式
的概略図で、それぞれ断面図、平面図を示す。

図において、複数のノズル１と、該ノズル１に連通ずる
複数の圧力室２と、該圧力室２内にインクタンク６から
のインクを分配供給する共通の共同インク室３とを備え
、かつ上記部分１，２，３が同一面内に配置された構造
をなすものである。

記録用インクはインクタンク６からフィルタ５を経てイ
ンク供給管４を通って記録ヘッドの共同インク室３へ供
給される。共同インク室３は、両画像のたて方向の画素
釦対応する複数のノズル１に連通ずる複数の圧力室２に
分岐される。また圧力室２の壁の一部には、電子パルス
発生器８に電気的に接続された圧電変換素子７が接着さ
れている。圧電変換素子７は、前記発生器８から電気信
号を受けると圧力室２の内側へ撓むことのできる適当な
可撓板で、例えばピエゾ電気クリスタルから成り、導電
性薄膜によって圧力室の外壁面に接着されている。

この方法においては、電子パルス発生器８からの電気信
号により圧電変換素子７は圧力室２の内方に急激に撓み
、このため生ずる圧力室２の容積の急激な減少は内部の
インクをノズル１がらインク小滴として放出、飛翔させ
、対向する記録紙上に到達させてドツト記録を達成する
。

第２図は上記記録方法により７個のノズル系列より、成
る具体的構成のインクジェット記録装置である。図にお
いて、１１は７個の微細なノズル１ｏとへ基板に接合さ
れていて外表面には７個の圧電変換素子１７が接着され
ている。

第３図は前記記録ヘッドを構成する結晶化ガラスより成
る２枚の基板１１および１２の接合前の形状を示す分解
斜視図である。図において、ノズル１０、圧力室１３、
共同インク室１４は接続したインク流路溝をなしていて
入口通路、インク供給管を介してインクタンク（何れも
図示せず）に通じている。

第４図は、前記記録ヘッドのノズル１０付近の詳細を示
す拡大分解斜視図である。エツチング等により化学的削
成された７個のノズル１０は、幅数μｍ以上、深さ数μ
ｍ以上の断面寸法を有する微細かつ高精度の溝であって
、ピッチ１０　ＥｍＪ＋を上の間隔で形成されている。

上記微細形状の溝を有するへ基板１１と、これらの溝を
掩蔽して微細な穴形状になすノズル１０を形成するＢ基
板１１とは、密に接合される。この接合する際に、接着
剤等を使用すると、接着剤が微細な溝に進入してノズル
形状を損ね、このため記録時にノズル１０から吐出され
るインク滴の大きさや吐出方向が一定とならず、インク
滴の不安定吐出が続（ことになる。よって接合は接着剤
を使用せず熱的接合が用いられる。これはＡ基板１１と
Ｂ基板１２とを位置決めして重ね合わせ、電気炉中で高
温になして基板をなす感光性ガラスの軟化点以上になし
て熱融着（サーマルボンディング）させるものである。

第５図は、上記インクジェット記録装置用記録ヘッドの
２種の基板１１．１２を熱融着して結晶化する実施例を
示す製造工程図であり、第６図は両基板の加工形状を示
す断面図である。以下、本発明をこの工程図、断面図に
従って詳述する。

（１）　　先ず感光性ガラスよりなるへ基板に、所要パ
ターンを形成するネガ像のマスクを通して紫外線を照射
する。これにより感光性ガラス内に潜像が形成される。

（２）　　次に上記へ基板に適切な熱処理を施すと露光
部の結晶化が進みその部分が弗酸に溶は一易（なる。こ
の加熱は３００〜６５０℃によって行なわれる。

（３）更に、上記へ基板全体に紫外線を照射する。

先に述べたように、従来この露光の目的は、結晶化ガラ
スの結晶粒径を安定に保ち、熱膨張率、機械的強度等の
物性条件を安定化するところにあった。

本発明による実施例では、結晶化ガラス中の平均結晶粒
径の異なる領域間での歪発生を抑制する目的で照射され
る。

（４）　　必要に応じてへ基板の両面又は片面を研削し
て、平面性の修正と所定板厚および所要表面粗さにする
。

（５９フッ酸をへ基板の１方の表面のみに流すと、前記
結晶化した露光部Ｘは溶解除去される。所屋の溝深さま
で溶解したところで上記エツチング工程を終える。

Ｂ基板もへ基板とほぼ同様の工程で形成されるが、溝加
工がなければこの工程を省略してもよい。

（６）以上のようにして形成されたＡ基板とＢ基板とを
正確に重ね合わせるのが積層工程である。

（７）　この積層部品を電気炉等に入れて加熱する。

ヒートサイクルとしては、例えば平均昇温速度５０〜５
００°Ｃ／　ｈｏｕｒで昇温し、保持温度７８０〜９０
０℃で０．５〜８時間保持後降温するものがとられる。

これによって積層されたＡ基板とＢ基板はセラミック化
するとともに完全に一体化する。

（サーマルボンディング工程） 尚、結晶化ガラス中に生成されている結晶粒は、結晶化
ガラス表面を鏡面にした後、弗酸でエツチングすること
により、光学顕微鏡又は走査型電子顕微鏡で観察が可能
となる。異形をなす結晶粒の長手方向の長さをとって結
晶粒径を定義した。

サーマルボンドによる加熱後の状態の結晶粒をもつガラ
スを結晶化ガラス又はガラスセラミ、クスなどと呼ばれ
、商品名としてはフォトセラム、パイロセラムと称され
ている。結晶化ガラスは微細な結晶粒の集合体からなる
セラミックスの一種であって、機械的に強く、耐熱性、
低熱膨張率、化学的不活性、気孔がなく吸水性もなく均
質である等の各種優れた特性を有している。

また本発明に用いる感光性ガラスとしては、少量の金、
銀、銅などの貴金属のうち少な（とも１つを含むリチウ
ムガラスであることを特徴とする系のガラスは紫外線照
射によって感光して生じた例えば銀コロイドを結晶の核
として５８０℃付近の加熱によりＬｉ、０−８１０．　
　が生じるが、さらにＳＯＯ〜９００℃に加熱すること
によってＬｉ、０−２８１０．等が析出して機械的強度
が非常に強い化学的にも安定な結晶化ガラスとなる。

このような工程で製作された結晶化ガラスによる積層基
板は、正確な精度でエツチングされ、積層して熱処理さ
れることにより、結晶化と同時に完全に一体化され、か
つ微細な加工形状が損なわれることがないので、微細な
ノズルを近接して多数並列状態になしたマルチノズル記
録ヘッドの基体に適している。また更にノズル等のイン
ク流路を有する感光性ガラス基板を多数枚重ね合せて多
層構成となした超マルチノズル記録ヘッドも製作可能で
ある。これは微細なノズルを近接して多数並べた形状の
記録ヘッド基体にお〜・でも、本発明によるクラックを
防止した低温サーマルボンディングが行なえるので、熱
によるノズル等インク流路の変形が少な（、よって多数
のノズル形状を均一に７’Ｚ　Ｌ得、更に相隣るノズル
等のインク流路間の漏れを皆無とすることができるので
流路間相互干渉（チャンネルーインタージクション）モ
ナくなる。

以下に実施例を掲げ、本発明を更に詳しく説明する。

（実施例１） 前記した工程により、第２図、第３図で示されるような
インクジェットヘッドを作成した。結晶化ガラスの作成
条件ととして下記のような条件を用いた。

０化学エツチング終了後のＡ基板の微細形状・インク流
路溝の間（最小幅付近の値）（幅）９０μＸ（長さ）２
ｍＸ（高さ）５００μ噂ノズル部溝 （幅）５０μ×（深さ）５０μ Ｏパターン露光時間　　１０．７秒 Ｏ全面露光時間　　　　　２１秒 Ｏヒートサイクル 一昇温速度　〜２００℃／　ｈｏｕｒ −保持温度　　８３０℃ ・保持時間　　　２　ｈｏｕｒ ノズル部空洞の形状の乱れはなく、インク流路間の融着
不良も発生せず、インクジェットヘッドとして良好な飛
翔特性を示した。

パターン露光部の平均結晶粒径（Ｄｌ）とその他の部分
の平均結晶粒径（Ｄ、）の比はＤ１／Ｄ、〜０．８であ
った。

（実施例２）（比較例） 下記の条件以外は実施例１と同様の条件で結晶化ガラス
を作成した。

０全面露光時間　３秒 工程（７）において電気炉内の温度が室温になった後に
結晶化ガラスを取り出したところ結晶化ガラスにクラッ
クが発生した。

このときＤＩ／Ｄ２〜０．０８であった。

（実施例３）（比較例） 下記の条件以外は実施例１と同様の条件で結晶化ガラス
を作成した。

０全面露光時間　３秒 ０ヒートサイクル中の保持温度　８８０℃ノズル部空洞
の形状が角形から丸形に変形しており、インク流路間の
融着不良が発生した。

このときＤＩ／／Ｄ２〜０．０９であった。

発明の効果 以上に詳説した本発明により、インクジｚ　ｙ　ト記録
装置用記録ヘッドの基本を製作すれば、下記のとおり、
多大な効果が得られる。

即ち、精密なインク流路の加工が容易かつ安定して行な
えるために、高密度のマルチノズル記録ヘッドを作成し
た場合、その製造収率を大きく向上させることができる
。この効果は、ノズルが高密度化し、ノズル数が大きく
なるほど著しくなるまた、本発明による結晶化ガラスの
製造方法を用いれば、流体素子（フルイディックス）や
各種電子薄状基板にも広く応用し、理想的な精密形状が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はオンデマンド形インクジェット記録装置の記録
方式を説明する模式的概略図、第２図は上記インクジェ
ット記録装置用記録ヘッドの具体的構成を示す斜視図、
第３図は上記記録ヘッドを構成する結晶化ガラスより成
る２枚の基板の接合前の状態を示す分解斜視図、第４図
は上記記録ヘッドの基板の一部詳細を示す拡大分解斜視
図、第５図および第６図は、本発明による結晶化ガラス
の製造過程を説明する工程図および加工形状断面図であ
る。 １．１０・・・ノズル　　　２，１３・・・圧力室３１
，１４・・・共同インク室 １１・・・Ａ基板　　　　　臣・・・、Ｂ基板代理人　
桑原義美 塙５図 Ａ氷板　　　　　Ｂ基鈑 Ｒ＋１がクス　　　　　　　、感ζむ生がう人（１）　
　　　パターンブト尤− （２）　　　　熱逢イ象 （５）　　　企萄蕗尤　　　　　　　、む酢４シ尤（４
）　　　　　　、コ５６）石井ｘ゛ｌ　　　　　　　　
　　　　；＠　ｈ閃−Ａｉ（５）　　　　　ユ１、レナ
、り゛ （４）　　　　耽　盾 もら図 ↓ し 【 」 ↑ じ レ じ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）感光性ガラスを熱処理することにより形成される
   結晶化ガラスに於いて、複数の結晶粒径分布の異なる領
   域が存在し、前記複数の結晶粒径分布の異なる領域のう
   ち１つの領域の平均結晶粒径り、と前記１つの領域に隣
   り合う前記複数の結晶粒径分布の異なる領域のうち他の
   領域の平均結晶粒径Ｄ２が（イ）式を満たすことを特徴
   とする結晶化ガラス。
2. （２）　　前記感光性ガラスが、金゛、銀、銅のうち少
   の結晶化ガラス。