(57)【要約】【課題】  ノズルの位置精度および真直度を向上させることが可能な液滴吐出ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】  形成すべきノズルプレート９２より厚肉の母材９２ａの裏面に、母材９２ａの構成材料より硬い材料からなる補強層９２ｂを形成する工程と、母材９２ａの表面におけるノズルの形成位置に凹部７５を形成する工程と、補強層９２ｂを除去するとともに、母材９２ａの裏面を追い込んで凹部７５の先端部を開口させ、ノズル９１を形成する工程と、を有する構成とした。【選択図】        図３
2006312246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板に微細孔を形成する方法であって、
形成すべき前記薄板より厚肉の母材の裏面に、前記母材の構成材料より硬い材料からなる補強層を形成する工程と、
前記母材の表面における前記貫通孔の形成位置に凹部を形成する工程と、
前記補強層を除去するとともに、前記母材の裏面を追い込んで、前記凹部の先端部を開口させる工程と、
を有することを特徴とする微細孔形成方法。
【請求項２】
液滴の吐出口となるノズルが、圧力室を構成する部材に形成された液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
形成すべき前記圧力室構成部材より厚肉の母材の裏面に、前記母材の構成材料より硬い材料からなる補強層を形成する工程と、
前記母材の表面における前記ノズルの形成位置に凹部を形成する工程と、
前記補強層を除去するとともに、前記母材の裏面を追い込んで、前記凹部の先端部を開口させる工程と、
を有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】
液滴の吐出口となるノズルが形成されたノズルプレートを有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
形成すべき前記ノズルプレートより厚肉の母材の裏面に、前記母材の構成材料より硬い材料からなる補強層を形成する工程と、
前記母材の表面における前記ノズルの形成位置に凹部を形成する工程と、
前記補強層を除去するとともに、前記母材の裏面を追い込んで、前記凹部の先端部を開口させる工程と、
を有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４】
前記母材の構成材料はステンレスであり、前記補強層の構成材料は硬質クロムであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記母材の構成材料はステンレスであり、前記補強層の構成材料はチタンであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記補強層の除去は、研磨加工によって行うことを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記補強層の除去は、エッチング加工によって行うことを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項２ないし請求項７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を使用して製造したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細孔形成方法、液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属配線やカラーフィルタ等の機能膜の形成手法として、インクジェット法が開発されている。インクジェット法は、機能膜の形成材料を含むインクを液滴吐出ヘッドから吐出して機能膜を形成する手法である。その液滴吐出ヘッドには、少なくともインクの液滴を吐出するノズルと、そのノズルに連通するインク室（圧力室）と、その圧力室内に圧力変化を生じさせるピエゾ素子等の駆動素子とが設けられている。そして、その駆動素子に駆動電圧を印加し、圧力室内のインクに圧力変化を生じさせ、インクの液滴をノズルから吐出する。また、機能膜を形成すべき基板に対して液滴吐出ヘッドを相対移動させつつ、複数の液滴を吐出して基板上に着弾させる。その後、吐出された液滴を乾燥させれば、基板上に所定形状の機能膜が形成される。このインクジェット法を採用することにより、所定量のインクを所定位置に正確に塗布することが可能になり、寸法精度に優れた機能膜を形成することができる。また、インクを効率的に使用することが可能になり、機能膜の製造コストを低減することができる。
【０００３】
一般に、液滴吐出ヘッドはステンレス材料等からなるノズルプレートを備え、そのノズルプレートに複数の前記ノズルが形成されている。
図４は、従来技術に係るノズルプレートの形成方法の説明図である。ノズルプレートを形成するには、まず図４（ａ）に示すように、窪み７３が形成されたテーブル７２上に、厚肉の母材９２ａを載置する。その母材９２ａのノズル形成位置にダイポンチ７４を押圧して、その先端部を母材９２ａの内部に進入させる。これにより、図４（ｂ）に示すように凹部７５が形成される。次に図４（ｃ）に示すように、テーブル７２上で母材９２ａを送り、他のノズル形成位置にダイポンチ７４を押圧して他の凹部を形成する。このようにして、母材９２ａの全てのノズル形成位置に凹部７５を形成する。そして図４（ｄ）に示すように、ノズルプレート９２の母材の裏面を研磨加工して凹部７５の先端部を開口させることにより、複数のノズル９１を備えたノズルプレート９２が形成される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１０７９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図４（ｃ）に示すように他の凹部を形成すると、その部分に存在していた母材９２ａの構成材料が、矢印７８のように水平方向に流動し、隣接する凹部７５を圧迫する。この肉寄り現象により、図５（ａ）に示すように隣接するノズル９１がゆがんで形成され、ノズル９１の位置精度および真直度が低下するという問題がある。このノズルプレート９２を備えた液滴吐出ヘッドでインクの液滴を吐出すると、液滴を所定位置に着弾させることができなくなる。その結果、液滴吐出ヘッドによる描画品質を低下させることになる。
【０００５】
また図４（ａ）に示すように、テーブル７２に形成された窪み７３の上方で母材９２ａを押圧すると、母材９２ａが窪み７３に沿ってたわむ。このたわみ変形は主に弾性変形であるが、変形量の増加とともに塑性変形の割合が増加する。その場合、図５（ｂ）に示すようにノズルプレート９２にたわみ変形が残り、ノズル９１の位置精度および真直度が低下するという問題がある。
【０００６】
近時では、高精細なパターンを描画するため、ノズルの狭ピッチ化が要求されている。ノズルの狭ピッチ化には、ノズルの位置精度および真直度の向上が不可欠である。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、ノズル等の微細孔の位置精度および真直度を向上させることが可能な微細孔形成方法、液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出ヘッドの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る微細孔形成方法は、薄板に微細孔を形成する方法であって、形成すべき前記薄板より厚肉の母材の裏面に、前記母材の構成材料より硬い材料からなる補強層を形成する工程と、前記母材の表面における前記貫通孔の形成位置に凹部を形成する工程と、前記補強層を除去するとともに、前記母材の裏面を追い込んで、前記凹部の先端部を開口させる工程と、を有することを特徴とする。
母材の裏面に補強層を形成する構成としたので、母材の表面に凹部を形成する際に、母材の構成材料が水平方向へ流動するのを抑制することができる。これにより、隣接する微細孔のゆがみを防止することが可能になり、微細孔の位置精度および真直度を向上させることができる。また母材の裏面に補強層を形成する構成としたので、母材の表面に凹部を形成する際に、母材のたわみ変形量を抑制することができる。これにより、薄板のたわみ変形を防止することが可能になり、微細孔の位置精度および真直度を向上させることができる。
【０００８】
一方、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴の吐出口となるノズルが、圧力室を構成する部材に形成された液滴吐出ヘッドの製造方法であって、形成すべき前記圧力室構成部材より厚肉の母材の裏面に、前記母材の構成材料より硬い材料からなる補強層を形成する工程と、前記母材の表面における前記ノズルの形成位置に凹部を形成する工程と、前記補強層を除去するとともに、前記母材の裏面を追い込んで、前記凹部の先端部を開口させる工程と、を有することを特徴とする。
また、液滴の吐出口となるノズルが形成されたノズルプレートを有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、形成すべき前記ノズルプレートより厚肉の母材の裏面に、前記母材の構成材料より硬い材料からなる補強層を形成する工程と、前記母材の表面における前記ノズルの形成位置に凹部を形成する工程と、前記補強層を除去するとともに、前記母材の裏面を追い込んで、前記凹部の先端部を開口させる工程と、を有することを特徴とする。
母材の裏面に補強層を形成する構成としたので、母材の表面に凹部を形成する際に、母材の構成材料が水平方向へ流動するのを抑制することができる。これにより、隣接するノズルのゆがみを防止することが可能になり、ノズルの位置精度および真直度を向上させることができる。また母材の裏面に補強層を形成する構成としたので、母材の表面に凹部を形成する際に、母材のたわみ変形量を抑制することができる。これにより、圧力室構成部材やノズルプレートのたわみ変形を防止することが可能になり、ノズルの位置精度および真直度を向上させることができる。
【０００９】
また前記母材の構成材料はステンレスであり、前記補強層の構成材料は硬質クロムであることが望ましい。
また前記母材の構成材料はステンレスであり、前記補強層の構成材料はチタンであることが望ましい。
これらの構成によれば、母材の表面に凹部を形成する際に、母材の構成材料が水平方向へ流動するのを効果的に抑制することが可能になり、また母材のたわみ変形量を効果的に抑制することが可能になる。したがって、ノズルの位置精度および真直度を向上させることができる。
【００１０】
また前記補強層の除去は、研磨加工によって行うことが望ましい。
また前記補強層の除去は、エッチング加工によって行うことが望ましい。
これらの構成によれば、補強層の除去および母材の追い込みを連続して行うことが可能になり、製造プロセスを簡略化することができる。
【００１１】
一方、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上述した液滴吐出ヘッドの製造方法を使用して製造したことを特徴とする。
この構成によれば、位置精度および真直度に優れたノズルを備えているので、液滴を所定位置に着弾させることが可能になり、液滴吐出ヘッドの描画品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１３】
（液滴吐出装置）
図１は、液滴吐出装置の斜視図である。図１において、Ｘ方向はベース１２の左右方向であり、Ｙ方向は前後方向であり、Ｚ方向は上下方向である。液滴吐出装置１０は、機能膜を形成すべき基板３１を載置するテーブル４６と、基板３１に対して液滴を吐出する液滴吐出ヘッド２０とを主として構成されている。
【００１４】
基板３１を載置するテーブル４６は、第１移動手段１４によりＹ方向に移動および位置決め可能とされ、モータ４４によりθｚ方向に揺動および位置決め可能とされている。一方、基板３１に対して液滴を吐出する液滴吐出ヘッド２０は、第２移動手段１６によりＸ方向に移動および位置決め可能とされ、リニアモータ６２によりＺ方向に移動および位置決め可能とされている。また液滴吐出ヘッド２０は、モータ６４，６６，６８により、それぞれα，β，γ方向に揺動および位置決め可能とされている。これにより、液滴吐出装置１０は、テーブル４６に載置される基板３１と、液滴吐出ヘッド２０のインク吐出面２０Ｐとの相対的な位置および姿勢を、自在かつ正確にコントロールすることができるようになっている。
【００１５】
なお液滴吐出装置１０には、液滴吐出ヘッド２０におけるノズルの乾燥を防止するため、液滴吐出ヘッド２０の待機時にインク吐出面２０Ｐをキャッピングするキャッピングユニット２２が設けられている。またノズルの目詰まりを取り除くため、ノズルの内部を吸引するクリーニングユニット２４が設けられている。なおクリーニングユニット２４は、インク吐出面２０Ｐの汚れを取り除くため、ワイピングを行うこともできるようになっている。
【００１６】
（液滴吐出ヘッド）
図２は、液滴吐出ヘッドの側面断面図である。液滴吐出ヘッド２０は、ヘッド本体９０と、ヘッド本体９０の一方面に装着されたノズルプレート９２と、ヘッド本体９０の他方面に装着されたピエゾ素子９８とを主として構成されている。
【００１７】
インク吐出面を構成するノズルプレート９２には、液滴の吐出口となる複数のノズル９１が整列配置されている。またヘッド本体９０には、各ノズル９１と連通する複数の圧力室９３が形成されている。各圧力室９３はリザーバ９５に接続され、リザーバ９５はインク導入口９６に接続されている。そしてインク２１は、インク導入口９６からリザーバ９５を通って各圧力室９３に供給されるようになっている。一方、ヘッド本体９０の上端面には、可撓性を有する振動板９４が装着されている。その振動板９４を挟んで各圧力室９３の反対側には、それぞれピエゾ素子９８が設けられている。ピエゾ素子９８は、ＰＺＴ等の圧電材料を電極で挟持したものであり、その電極は制御部７０に接続されている。
【００１８】
そして制御部７０からピエゾ素子９８に駆動電圧を印加すると、ピエゾ素子９８が膨張変形または収縮変形する。ピエゾ素子９８が収縮変形すると、圧力室９３内の圧力が低下して、リザーバ９５から圧力室９３にインク２１が流入する。またピエゾ素子９８が膨張変形すると、圧力室９３内の圧力が増加して、ノズル９１からインク２１の液滴が吐出される。そしてピエゾ素子９８に印加する駆動電圧の波形を制御することにより、液滴の吐出条件を制御しうるようになっている。
【００１９】
なお液滴吐出方式として、ピエゾ素子の変形により圧力室内の圧力を変化させる上記ピエゾ方式の他に、インクを加熱して気泡（バブル）を発生させることにより圧力室内の圧力を変化させる方式など、公知の種々の方式を採用することができる。このうちピエゾ方式は、インクを加熱しないので材料の組成に悪影響を与えないなどの点で優れている。
【００２０】
（ノズルプレート）
図３（ｄ）に示すノズルプレート９２は、ステンレス等の金属材料により、例えば厚さ１００μｍ程度に形成されている。このノズルプレート９２は、液滴の吐出口となる複数のノズル９１を備えている。一例を挙げれば、１８０個程度のノズルが千鳥状に２列に配置されている。ノズル９１は、ノズルプレート９２の下面からプレート内部に向かって垂直に穿設された小径部９１ａと、その小径部９１ａをノズルプレート９２の上面にかけて拡径するように形成されたテーパ部９１ｂとで構成されている。この小径部９１ａの直径は、例えば２０μｍ程度とされている。そしてノズルプレート９２は、小径部９１ａを外側に向けテーパ部９１ｂを内側に向けて液滴吐出ヘッドに装着される（図２参照）。
【００２１】
次に、上述したノズルプレートの製造方法について説明する。なお本実施形態に係るノズルプレートの形成には、従来技術に係るノズルプレートの形成装置を流用することが可能である。これにより、製造コストを削減することができる。
【００２２】
図３は、本実施形態に係るノズルプレートの形成方法の説明図である。まず図３（ａ）に示すように、ノズルプレート形成用のベースプレート１９２を作成する。ベースプレート１９２は、ノズルプレートの母材９２ａおよび補強層９２ｂを積層して形成する。母材９２ａは、形成すべきノズルプレートと同じステンレス材料等により、形成すべきノズルプレートよりも厚肉に形成する。一例を挙げれば、母材９２ａは厚さ１５０μｍ程度に形成する。その母材９２ａの裏面に、母材９２ａよりも硬い材料により補強層９２ｂを形成する。例えば硬質クロムをめっきする方法や、チタンをスパッタリングする方法等により、補強層９２ｂを形成することが可能である。一例を挙げれば、補強層９２ｂは厚さ４０μｍ程度に形成する。なお、塩化ビニル等の樹脂材料により補強層９２ｂを構成することも可能である。この場合には、補強層９２ｂを金属材料で構成する場合に比べて、補強層９２ｂを厚肉に形成することが望ましい。
【００２３】
上述したベースプレート１９２を、テーブル７２の表面に載置する。その際、母材９２ａにおけるノズル形成位置をダイポンチ７４の下方に配置する。次に母材９２ａの表面にダイポンチ７４を押圧する。このダイポンチ７４は、母材９２ａより硬質の材料で構成され、形成すべきノズルの逆形状をその先端部に備えている。このダイポンチ７４の先端部を母材９２ａの内部に進入させ、母材９２ａの裏面の手前で停止させる。これにより、図３（ｂ）に示すように、母材９２ａの表面に凹部７５が形成される。
【００２４】
なお従来技術に係るノズルプレートの形成装置では、図４（ａ）に示すようにテーブル７２の表面に窪み７３が形成されている。この窪み７３の上方で母材９２ａにダイポンチ７４を押圧すると、母材９２ａが窪み７３に沿ってたわむ。このたわみ変形は主に弾性変形であるが、変形量の増加とともに塑性変形の割合が増加する。その結果、図５（ｂ）に示すようにノズルプレートにたわみ変形が残る場合がある。
これに対して本実施形態では、図３（ａ）に示すように母材９２ａの裏面に補強層９２ｂを形成している。これにより、窪み７３が形成されたテーブル７２を流用し、その窪み７３の上方で母材９２ａにダイポンチ７４を押圧しても、補強層９２ｂのたわみ剛性が大きいので、母材９２ａのたわみ変形量を抑制することができる。そのため、たわみ変形はもっぱら弾性変形となり、形成されたノズルプレートにたわみ変形が残らない。したがって、ノズルの位置精度および真直度を向上させることができる。
【００２５】
次に図３（ｃ）に示すように、テーブル７２上でベースプレート１９２を送り、母材９２ａにおける他のノズル形成位置をダイポンチ７４の下方に配置する。次に母材９２ａの表面にダイポンチ７４を押圧し、他の凹部を形成する。このようにして、母材９２ａのすべてのノズル形成位置に、複数の凹部７５を順次形成する。
【００２６】
なお従来技術に係るノズルプレートの形成方法では、図４（ｃ）に示すように他の凹部を形成する。すると、その部分に存在していた母材９２ａの構成材料が、矢印７８のように水平方向に流動し、隣接する凹部７５を圧迫する。この肉寄り現象により、図５（ａ）に示すように隣接するノズル９１がゆがんで形成される場合がある。
これに対して本実施形態では、図３（ｃ）に示すように母材９２ａの裏面に補強層９２ｂを形成している。この補強層９２ｂの構成材料の流動性は母材より低いので、母材９２ａの表面に凹部を形成する際に、母材９２ａの構成材料が水平方向に流動するのを抑制することができる。その結果、肉寄り現象によるノズルのゆがみを防止することが可能になり、ノズルの位置精度および真直度を向上させることができる。
【００２７】
次に図３（ｄ）に示すように、ベースプレート１９２の補強層９２ｂを除去するとともに、母材９２ａの裏面を追い込む。これらの作業は、化学機械研磨（ＣＭＰ）等の研削加工によって行うことが望ましい。ＣＭＰは、ベースプレートと研磨布（パッド）と研磨液（スラリー）との間の機械研磨および化学研磨の兼ね合いにより、ベースプレート１９２の研磨を行うものである。本実施形態では、まず母材９２ａの裏面に形成された補強層９２ｂを研削して除去する。続けて母材９２ａの裏面を研削して追い込み、凹部７５の先端部を開口させる。これにより、母材９２ａを貫通するノズル９１が形成される。このように研削加工を採用することにより、補強層９２ｂの除去および母材９２ａの追い込みを連続して行うことが可能になり、製造プロセスを簡略化することができる。
【００２８】
なお補強層９２ｂを樹脂材料で構成した場合には、補強層９２ｂの除去をエッチング加工によって行うことも可能である。この場合にも、補強層９２ｂの除去および母材９２ａ
の追い込みをエッチング加工により連続して行うことができる。
以上により、複数のノズル９１を備えた所定厚さのノズルプレート９２が形成される。
【００２９】
以上に詳述したように、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法では、母材の裏面に補強層を形成した上で、母材の表面におけるノズルの形成位置に凹部を形成する構成とした。母材の裏面に補強層を形成する構成としたので、母材の表面に凹部を形成する際に、母材の構成材料が水平方向へ流動するのを抑制することができる。これにより、隣接するノズルのゆがみを防止することが可能になり、ノズルの位置精度および真直度を向上させることができる。また母材の裏面に補強層を形成する構成としたので、母材の表面に凹部を形成する際に、母材のたわみ変形量を抑制することができる。これにより、ノズルプレートのたわみ変形を防止することが可能になり、ノズルの位置精度および真直度を向上させることができる。
【００３０】
上述した液滴吐出ヘッドの製造方法を使用して液滴吐出ヘッドを形成することにより、ノズルの位置精度および真直度に優れた液滴吐出ヘッドを提供することができる。そのノズルから液滴を吐出することにより、液滴を所定位置に着弾させることが可能になり、液滴吐出ヘッドの描画品質を向上させることができる。
そして、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法を使用して製造した液滴吐出ヘッドは、金属配線の形成やカラーフィルタの形成、有機ＥＬ素子の形成、液晶材料の塗布などに工業応用が可能であり、また民生用プリンタにも応用が可能である。いずれの場合にも、描画品質を向上させることができる。
【００３１】
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。特に本発明の微細孔形成方法は、液滴吐出ヘッドのノズルプレートを形成する場合に限られず、ディスプレイ用高精度電子銃や光ファイバコネクタ等において、ステンレス薄板に直径１０μｍから５０μｍ程度の微細孔を形成する場合等にも適用することが可能である。また本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、ノズルプレートに対してノズルを形成する場合に限られず、それ以外の圧力室を構成する部材に対してノズルを形成する場合にも適用することが可能である。さらに本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、ノズルを１個ずつ形成する場合に限られず、複数のノズルを同時に形成する場合にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】液滴吐出装置の斜視図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの側面断面図である。
【図３】実施形態に係るノズルプレートの形成方法の説明図である。
【図４】従来技術に係るノズルプレートの形成方法の説明図である。
【図５】従来技術に係るノズルプレートの説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
７５‥凹部  ９１‥ノズル  ９２‥ノズルプレート  ９２ａ‥母材  ９２ｂ‥補強層
【図１】
2006312246.tif 000003
【図２】
2006312246.tif 000004
【図３】
2006312246.tif 000005
【図４】
2006312246.tif 000006
【図５】
2006312246.tif 000007