(57)【要約】【課題】  高精度のインクジェットヘッドを歩留まりよく作製する。【解決手段】  流路基板とオリフィスプレートを接着剤を用いた接合を行わず、一体的に形成する。すなわち、流路基板裏面に設けた金属層をエッチングマスクとしてドライエッチングにより流路を形成、その後、金属層をシード層としてオリフィスプレートを電鋳法により形成する。【選択図】  図２
2008142967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを加圧するためのインク加圧室、ノズル面と貫通する貫通路、及びインク供給路が連結する溝として形成されている流路基板と、前記貫通路に対応した吐出口が形成されたオリフィスプレートからなるインクジェットヘッドにおいて
１  流路基板裏面に、少なくとも下層に金属層が形成された前記貫通路と前記インク供給路のエッチングマスク層を形成し、
２  流路基板に前記貫通路と前記供給路及びインク加圧室をエッチングにより形成後、
３  流路基板裏面上に金属層を介して電鋳法によりオリフィスプレートを形成
することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】
請求項1に記載のエッチングマスク層が金属層と、感光性樹脂もしくはアルミニウムとの多層で構成されていることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項1に記載の流路基板がシリコンで、エッチングマスク層をマスク材としてドライエッチングにより、貫通路及びインク供給路を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
請求項1および2に記載の金属層が耐食金属で形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項1に記載のオリフィスプレート形成に際し、溝内に犠牲層を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項1に記載のオリフィスプレート形成後、オリフィスプレート表面に撥水処理を施した後、犠牲層を除去することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項1に記載の流路基板上に振動板、電極、アクチュエータ、電極からなるアクチュエータ部を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項7に記載のアクチュエータが圧電体材料で形成され、前期アクチュエータの変形により振動板を変形させてインク加圧室内の液滴を飛翔させることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オリフィスプレートを備えたインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、カラー化が容易であり、記録品位が高く、また高速記録が可能であるという利点を有している。さらに普通紙等にも記録でき、装置を小型化し易いといった多くの優れた利点を有していることより、プリンターやファクシミリ等の画像記録装置として用いられている。
【０００３】
インクジェット記録装置の一例としては、液体の流路が設けられた流路基板と、流路基板の第１の面に設けられたインク加圧室と、インク加圧室から流路基板の第２の面に貫通する貫通路と、流路基板の第２の面に接着され貫通路と連通する吐出口を備えたオリフィスプレートを有するインクジェットヘッドが用いられている。インク滴の吐出を行うためにはインク加圧室を加圧させる必要があるが、その圧力発生手段としては、インク加圧室内に設置された発熱体により液体を発砲させて液滴を吐出させるバブル型のもの、インク加圧室の一部を形成している振動板を圧電素子により変形させることで液滴を形成させるピエゾ型のもの、静電気力で振動板を変形させることで液滴を吐出させる静電型が一般的に用いられている。このようなインクジェットヘッドにおいては、近年の画像形成の高精細化の要求に伴い、流路基板の貫通路、インク加圧室、及び圧電素子等の圧力発生源を高密度かつ多数配列した高集積化が行われている。
【０００４】
流路基板としてはシリコンウエハがよく用いられ、フォトリソグラフィとウエットエッチングまたはドライエッチングによって高密度なインク加圧室を形成している。また、オリフィスプレートはSUS製で、パンチにより吐出口を設けたものが多く用いられている。
【０００５】
インク加圧室に対応した圧電素子等の圧力発生源を形成後、これら流路基板とオリフィスプレートは一般的には接着剤により接合される。流路基板の裏面にエポキシ系接着剤等を塗布し、オリフィスプレートと位置合わせを行い所定の圧力で押し付けた状態とし、100-200℃程度で接着剤を硬化させ接合を行うものである。
【０００６】
また、特開平10-34920号公報では基板と基板上に配置する部材のいずれか一方に位置決め孔を、他方に前記位置決め孔にはめ込み可能な位置決めピン部材とを設けたものが提案されている。この従来例においては、位置決め孔と位置決めピン部材とを精度良く嵌合する径寸法で形成し、精度良く位置決めを行なうことができる。
【特許文献１】特開平10-34920号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的に高精度に作製された流路基板とオリフィスプレートは接着剤で接着させることが多いが、その際、いくつかの問題点が挙げられる。
【０００８】
まず、接着剤を用いた熱硬化による接着では、流路基板とオリフィスプレートの熱膨張係数差により、接着後、室温で位置ずれや基板の反りが生じるという問題点がある。熱応力により流路基板とオリフィスプレートが剥がれたり、流路基板にクラックが生じることもある。
【０００９】
次に、使用する接着剤の接着剤層の厚さや量を正確に制御することが難しいという問題点がある。接着剤の量に狂いが生じると、接着不良や寸応精度のずれが生じる。また流路基板とオリフィスプレートを押し付けた際に接着剤がノズル及び貫通路に漏れ出しノズルが目詰まりする恐れもある。
【００１０】
特開平10-34920号公報に開示されている例では、流路基板とノズルプレートなどの部材が位置決めをして接着される工程では、接着剤を塗布して、位置決めピン部材を位置決め孔に挿入して位置決めしながら接着する。この際、位置決め孔とピン部材をはめ合わせた際に両者が精度良く嵌合されるため、嵌合部周辺の接着剤の逃げ場がなく、余剰の接着剤による変形や位置ずれが生じる。この問題は、特に高集積化されたインクジェットヘッドではごく薄く強度の小さな流路基板やノズルプレートが用いられるため深刻であり、部材の破損につながる場合もある。
【００１１】
さらに、接着剤を用いた接合では接着剤とインクなどの液体との接液の問題がある。用いるインクの種類によっては接着剤を溶かしてしまう恐れがある。
【００１２】
以上の問題点より、高集積化されたインクジェットヘッドにおいては、接着剤を用いて高精度に作製された流路基板とノズルプレートを高い精度で歩留まりよく接合することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような背景を鑑みて、本発明は高密度に作製した流路基板と別途作製したオリフィスプレートとを接着剤で接合せずに、これらを一体的に作製する。
【００１４】
すなわち、流路基板上に電鋳法でオリフィスプレートを直接作製するものである。
【００１５】
まず流路基板としてはシリコンを用い、シリコンの深溝形成技術を利用したボッシュプロセスによるドライエッチングによりシリコンに深い溝を精度よく形成する。流路基板となるシリコン基板裏面のノズル面に密着層であるチタン等を成膜し、金属層として金そしてアルミニウムを成膜、エッチングマスク層を形成する。次にエッチングマスク層をパターニングし貫通路及びインク供給路のマスクを作製する。ノズル面はアルミニウムをマスク材表面としてドライエッチングにより溝を形成する。シリコン表面からもドライエッチングを行いインク加圧室の溝を形成する。シリコンの深溝形成技術を利用してシリコン基板の両面から溝の加工を行っていることより、自由な流路形状を作製することができる。また、マスク材としてアルミニウムを用いることにより、高精度に溝を形成することができる。
【００１６】
次にノズル面にオリフィスプレートを電鋳法で形成する。シリコンの溝形成時のマスク材の一部として用いたアルミニウムを熱リン酸によるウエットエッチングを行い除去する。次に溝内を感光性樹脂材料または金属等の後に除去可能な犠牲層で埋める。そして、金表面上に感光性樹脂材料をフォトリソグラフィー法を用いて形状化して電鋳型を形成する。その後、電鋳型上にニッケルを電鋳して、オリフィスプレートを形成する。最後にオリフィスプレート表面に撥水処理を施した後、犠牲層及び電鋳型をウエットエッチング等で除去する。
【００１７】
シリコンの深溝形成技術を利用し高精度に流路を形成、その後、電鋳法によりオリフィスプレートを流路基板と一体して作製しているので、流路基板とオリフィスプレートの接着が必要なく、高精度な位置合わせが可能となる。また接着剤を用いていないので、用いるインクや液体に対する接液の問題も考慮しなくてよい。
【００１８】
次にシリコン表面には、流路基板とは別基板上に形成した振動板、圧電素子、電極を転写し、アクチュエータ部を形成、インクジェットヘッドを作製する。
【００１９】
以上により流路基板とオリフィスプレートとを接着剤等による接合を行わず、一体的に作製できることで、高精度のインクジェットヘッドを歩留まりよく作製することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上、説明してきたようにインクを加圧するためのインク加圧室、ノズル面と貫通する貫通路、及びインク供給路が連結する溝として形成されている流路基板と、貫通路に対応した吐出口を備えたオリフィスプレートからなるインクジェットヘッドにおいて、流路基板裏面に形成された溝形成時のエッチングマスク材の一部となる金属層を介し、電鋳法でオリフィスプレートを流路基板と一体で作製することで、オリフィスプレートの接着を不要とし、かつ位置ずれのない高精度なインクジェットヘッドを作製することができる。また接着剤を用いていないことより、インクに対する接液の問題も考慮する必要がない。さらに、溝を形成する際のエッチングマスクの一部を形成している金属層が、オリフィスプレート形成の際のシード層となるので、作製工程の簡略化が図られコストダウンにつながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施例１）
本発明の第１実施例を示す。図1(a)に示すようにシリコン製の流路基板101の裏面側のノズル面102に密着層103であるチタン、金属層104である金、最後にアルミニウム105をスパッタリング法、蒸着法等で連続的に成膜し、ノズル面102上にエッチングマスク層106を形成する。本実施例での膜厚はチタンが20nm、金が500nm、アルミニウムが800nmとした。
【００２２】
次に図1(b)のように貫通路107及びインク供給路108の溝を形成するためのパターン109をエッチングマスク層106上に形成する。なお流路基板101の表面110にはインク加圧室111に対応するパターンをアルミニウムで形成する。流路基板101の表面110からインク加圧室111を、その後ノズル面102から貫通路107及びインク供給路108をシリコンのドライエッチングにより形成する。選択比の高いアルミニウムをマスク材とし、シリコンの深溝形成技術を利用したボッシュプロセスを用いることで高精度にシリコンに溝を形成することができる。（図1(c)）また、シリコン基板を用いてシリコンの両面から加工を行っていることより、所望の流路形状を自由に形成することができる。なお本実施例では300dpi相当の配列でシリコンの流路基板101に溝を形成している。
【００２３】
次にシリコン基板裏面側のノズル面102にオリフィスプレートを電鋳法で形成する。まず、シリコンの溝形成時のマスク材表面として用いたアルミニウム105を熱リン酸によるウエットエッチングで除去する。次に図2(a)のように、貫通路107、インク供給路108、インク加圧室111内を後に除去可能な材料、たとえばポリビニルアルコールを犠牲層112として埋める。犠牲層112はノズル面102付近の貫通路107に埋まっていればよく、インク供給路108やインク加圧室111内に完全に埋まっていなくてもよい。
【００２４】
その後、ノズル面102上に感光性樹脂材料で電鋳型113を形成する。電鋳型113は犠牲層112と同種の感光性樹脂材料であっても異なっていても構わない。本実施例ではいわゆる二段レジスト法により電鋳型を形成する。まず図2(b)のように貫通路107の孔径サイズに対応し、かつ適度の厚みの第一パターン114をフォトリソグラフィーを用いて形成する。本実施例では孔径35μm、高さ20μmとした。貫通路107に犠牲層112がきれいに埋まらず、ノズル面102付近で犠牲層112が凹凸形状となってしまう場合があるが、この第一パターン114でこれらを平坦化することができる。次に図2(c)のように第一パターン114上に実際の吐出孔径115に対応した第二パターン116をフォトリソグラフィーを用いて形成する。本実施例では孔径を20μm、厚さを60μmとした。これら第一パターン114と第二パターン116で電鋳型113とする。
【００２５】
次に金属層104である金を電鋳のためのシード層として使用し、ニッケル117を電鋳し、オリフィスプレート118を形成する。（図2(d)）
その後、オリフィスプレート118表面に撥水処理を施す。電鋳型113の存在により、オリフィスプレート内深くまで撥水処理されることはない。最後に、電鋳型113及び犠牲層112を流路内から除去し、ノズル面102上にオリフィスプレートを形成する。（図2(e)）
なお、本実施例では金属層104上にアルミニウム105を形成したが、アルミニウム105を形成せずに密着層103と金属層104でエッチングマスク層106を形成し、金属層104がSiドライエッチング時のマスク材表面となっても構わない。また金属層104は必ずしも金でなくてもよく、白金、パラジウム等の金属であっても構わない。
【００２６】
このようにしてシリコン基板に流路となる溝を形成、ノズル面102にオリフィスプレート118を形成した後、シリコン基板101の表面110にアクチュエータ部119を形成する。本実施例ではアクチュエータ部119を転写により形成する方法を示す。
【００２７】
まず図3(a)に示すようにシリコン基板からなる成膜基板120を用意し、上電極121となるPt電極をスパッタ法で150nm成膜する。Pt成膜前に密着層としてTiを4nm程成膜しても構わない。
【００２８】
次に図3(ｂ)に示すように圧電素子122を成膜する。圧電素子122としては鉛、チタン、ジルコニウムから構成されたPb(Zr,Ti)O3ペロブスカイト型酸化物（以下、PZTと略す）をスパッタ法で3μm形成する。スパッタ装置から取り出した後、酸素雰囲気中で700℃で焼成を行い、PZT膜を結晶化させる。良好な圧電性を得るため、PZT薄膜の組成がPb(Zr0.52Ti0.48)O3となるようにする。PZT膜の組成としては必ずしも上記組成に限定されず、他の組成でも構わない。またPZT膜厚も3μmに限定しているものではない。その後図3(c)に示すように厚さ100nmのPt電極を成膜し下電極123とする。
【００２９】
次に図3(d)に示すように振動板124となるCrをスパッタで3μｍ成膜する。振動板材料としてはCrに限らず、ZrO2やSiO2、W、Ni、Al、Au、Ptなどスパッタ法等で低温成膜できるものであれば構わない。また振動板の膜厚は3μmに限定するものではない。
【００３０】
これら成膜基板120上に作製したアクチュエータ部119をシリコン基板101の表面110に転写する。接合面同士に金を形成、金同士の圧着を用いて接合する。または接着剤による接合でも構わない。転写後、成膜基板120をドライエッチングで除去する。（図3(e)）
アクチュエータ部119を転写後、図3(f)に示すように上電極121及び圧電素子122をパターニングし、インク加圧室111に対応した個別素子を作製、インクジェットヘッドを作製することができる。
【００３１】
なお、アクチュエータ部119は転写前にあらかじめパターニングしておいても構わない。また本実施例では、オリフィスプレート118と一体となったシリコン基板101の表面110上にアクチュエータ部119を転写により形成する方法を述べたが、形成方法はこれに限るものではない。
【００３２】
（実施例２）
本発明の第２実施例を示す。図４(a)に示すようにシリコン製の流路基板201の裏面側のノズル面202に密着層203のクロムを50nm、金属層204である金を500nmをスパッタリング法、蒸着法等で成膜する。最後に金属層204上にフォトレジスト205を4μm塗布し、エッチングマスク層206を形成する。
【００３３】
次に図4(b)のように貫通路207及びインク供給路208の溝を形成するためのパターン209をエッチングマスク層206をパターニングして形成する。なお流路基板201の表面210にはインク加圧室211に対応するパターンを形成する。流路基板201の表面210からインク加圧室211を、その後ノズル面202から貫通路207及びインク供給路208をシリコンのドライエッチングにより形成する。（図4(c)）シリコン基板を用いてシリコンの両面から加工を行っていることより、所望の流路形状を自由に形成することができる。なお本実施例では200dpi相当の配列でシリコンの流路基板201に溝を形成している。
【００３４】
次にシリコン基板裏面側のノズル面202にオリフィスプレートを電鋳法で形成する。まず、フォトレジストを除去した後、金属層204である金を有機洗浄する。その後、図5(a)のように貫通路207、インク供給路208、インク加圧室211内を後に除去可能な感光性樹脂材料からなる犠牲層212で埋める。
【００３５】
その後、ノズル面202上に感光性樹脂材料で電鋳型213を形成する。電鋳型213は犠牲層212と同種の感光性樹脂材料であっても異なっていても構わない。本実施例では孔径を20μm、厚さを70μmとしたストレートなオリフィス形状とした。（図5（b））
次に金属層204を電鋳のための電極として使用し、ニッケル214を電鋳し、オリフィスプレート215を形成する。（図5(c)）最後に、電鋳型213及び犠牲層212を流路内から除去する。（図5(d)）
このようにしてシリコン基板に流路となる溝を形成、ノズル面202にオリフィスプレート215を形成した後、シリコン基板202の表面210にアクチュエータ部を転写法や、また表面210に成膜技術等で直接形成することで形成、インクジェットヘッドを作製する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】流路基板に溝を形成することを説明する図
【図２】オリフィスプレートを形成することを説明する図
【図３】アクチュエータ部を形成することを説明する図
【図４】流路基板に溝を形成することを説明する図
【図５】オリフィスプレートを形成することを説明する図
【符号の説明】
【００３７】
101  流路基板
102  ノズル面
103  密着層
104  金属層
105  アルミニウム
106  エッチングマスク層
107  貫通路
108  インク供給路
109  パターン
110  表面
111  インク加圧室
112  犠牲層
113  電鋳型
114  第１パターン
115  吐出孔径
116  第2パターン
117  ニッケル
118  オリフィスプレート
119  アクチュエータ部
120  成膜基板
121  上電極
122  圧電素子
123  下電極
124  振動板
201  流路基板
202  ノズル面
203  密着層
204  金属層
205  フォトレジスト
206  エッチングマスク層
207  貫通路
208  インク供給路
209  パターン
210  表面
211  インク加圧室
212  犠牲層
213  電鋳型
214  ニッケル
215  オリフィスプレート
【図１】
2008142967.tif 000003
【図２】
2008142967.tif 000004
【図３】
2008142967.tif 000005
【図４】
2008142967.tif 000006
【図５】
2008142967.tif 000007