(57)【要約】【課題】ノズルプレートを簡素で容易に作製することができる作製法を提供すること。【解決手段】搬送する液体が収容される液体室と、該液体室から搬送された液体を加圧して搬出する加圧室と該加圧室からノズルを介してインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、Ｓｉプレートに１つ以上の凹部を作製し、該Ｓｉプレートの凹部側の面にガラスプレートを陽極接合し、その後、凹部がＳｉプレートを貫通する孔になるまで該Ｓｉプレートの片面を薄片化し、薄片化したＳｉプレートをマスクとして用いてガラスプレートのみを優先的にエッチングする手法でＳｉプレートの孔明け箇所のガラスプレートに貫通孔を設け、その後、更にＳｉプレートのみを研磨によって除去し、ガラスプレートの貫通孔と加圧室が互いに相対向するようにアライメントし、ガラスプレートを加圧室に陽極接合することによってガラスプレートに設けた孔をノズルとする。【選択図】図４
2005119222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送する液体が収容される液体室と、該液体室から搬送された液体を加圧して搬出する加圧室と該加圧室からノズルを介してインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、Ｓｉプレートに１つ以上の凹部を作製し、該Ｓｉプレートの凹部側の面にガラスプレートを陽極接合し、その後、凹部がＳｉプレートを貫通する孔になるまで該Ｓｉプレートの片面を薄片化し、薄片化したＳｉプレートをマスクとして用いてガラスプレートのみを優先的にエッチングする手法でＳｉプレートの孔明け箇所のガラスプレートに貫通孔を設け、その後、更にＳｉプレートのみを研磨によって除去し、ガラスプレートの貫通孔と加圧室が互いに相対向するようにアライメントし、ガラスプレートを加圧室に陽極接合することによってガラスプレートに設けた孔をノズルとすることを特徴とするノズルプレートの作製法。
【請求項２】
前記ガラスプレートの厚さは５μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のノズルプレートの作製法。
【請求項３】
搬送する液体が収容される液体室と、該液体室から搬送された液体を加圧して搬出する加圧室と該加圧室からノズルを介してインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、Ｓｉプレートに１つ以上の凹部を作製し、該Ｓｉプレートの凹部側の面にガラスを陽極接合し、その後、孔がＳｉプレートを貫通する孔になるまで該Ｓｉプレートの片面を薄片化し、更に薄片化したＳｉプレートをマスクとして用いてガラスプレートのみを優先的にエッチングする手法でＳｉプレートの孔明け箇所のガラスプレートに貫通孔を設け、その後、貫通孔と加圧室が互いに相対向するようにアライメントし、その後、Ｓｉ基板を電極としてガラスプレートを加圧室に陽極接合することによってＳｉプレートに設けた孔をノズルとすることを特徴とするノズルプレートの作製法。
【請求項４】
前記ガラスプレートの厚さは５μｍ以上１００μｍ以下であり、且つ、Ｓｉプレートの厚さは５μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載のノズルプレートの作製法。  
【請求項５】
エッチャントはフッ化水素水溶液、或ははフッ化アンモニウムであることを特徴とする請求項１又は３記載のノズルプレートの作製法。
【請求項６】
ガラスはアルミノケイ酸ガラス、或はボロンシリケートガラスであることを特徴とする請求項１又は３記載のノズルプレートの作製法。
【請求項７】
搬送する液体が収容される液体室と、該液体室から搬送された液体を加圧して搬出する加圧室と該加圧室からノズルを介してインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、ガラスプレートをノズルプレートとし、該ノズルプレートに１つ以上の貫通孔を設け、該貫通孔をノズルとし、該ノズルと前記加圧室が互いに相対向するようにアライメントし、その後、ノズルプレートを加圧室に接合することを特徴とするノズルプレートを有するインクジェット記録装置。
【請求項８】
ノズルプレートに明けたノズル孔の大きい径の面を加圧室側に、ノズル孔の小さい径の面を吐出側にすることを特徴とするノズルプレートを有することを特徴とする請求項８記載のインクジェット記録装置。
【請求項９】
搬送する液体が収容される液体室と、該液体室から搬送された液体を加圧して搬出する加圧室と該加圧室からノズルを介してインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、ガラスプレートとＳｉプレートの接合体をノズルプレートとし、該ノズルプレートに１つ以上の貫通孔を設け、該貫通孔をノズルとし、該ノズルプレートのガラスプレート側の貫通孔と前記加圧室が互いに相対向するようにアライメントし、その後、ノズルプレートを加圧室に接合することを特徴とするノズルプレートを有するインクジェット記録装置。
【請求項１０】
前記接合は陽極接合であることを特徴とする請求項７又は９記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度インクジェットヘッドのノズルプレートの作製法及び該ノズルプレートを有するインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッド記録装置に用いられるインクジェットヘッドは、近年、次第に高密度化・高解像度化・高速化の方向に向かっており、ヘッド作製において精密微細加工と複雑な所望形状が要求されるようになり、様々な構造及び製法が開発されている。このような背景から、圧力室と１対１に対応しているノズルはその孔径においては次第に小さく、且つ、高密度化してきている。
【０００３】
その中で、特許文献１に記載されているように、エッジシュータータイプのインクジェットヘッドのノズルは、Ｓｉ基板を用いて異方性エッチングにより作製している。
【０００４】
更に、特許文献２に記載されているように、サイドシュータータイプのインクジェットヘッドのノズルはＳｉ基板に予めレーザーで未貫通孔を形成し、その後、異方性エッチングを用いてノズルを形成している。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−５０６０１号公報
【特許文献２】特開平１１−００１０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されている従来の異方性湿式エッチング加工で形成されるノズルの断面形状は三角形となり、このノズルの流路の断面積はノズル占有面積に比較して小さくなり、ノズルの高密度配置に課題が残る。
【０００７】
そして、特許文献２に開示されているように、予めレーザーで未貫通孔を施し、その後、異方性湿式エッチングを施すことによって貫通孔を設けているが、このノズルの流路の断面形状は（１１０）面を用いた場合でも平行四辺形型の角型となり、ノズルの高密度実装に課題が残る。更に、ノズル孔の断面積はエッチングの温度と時間に大きく依存するため、均一な形状のノズル作製において課題が残る。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ノズルプレートを簡素で容易に作製することができる作製法とこの方法によって作製されたノズルプレートを備えるインクジェット記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係るインクジェットヘッドのノズルは、Ｓｉプレートに１つ以上のノズルを設け、その後、該Ｓｉプレートにガラスプレートを陽極接合し、更にガラスプレートにＳｉプレートのノズルと同様な位置に該ノズルよりも大きな直径の孔を設け、ガラスプレートを圧力室を有するＳｉ基板に陽極接合することによってノズルと圧力室を流体的に繋げ、且つ、ノズルの吐出方向は圧力室に設けた振動板の振動方向と同一方向にする。
【００１０】
或はガラスプレートに１つ以上のノズルを設け、該ガラスプレートを圧力室を有するＳｉ基板に陽極接合することによって、該ノズルと該圧力室は流体的に繋がり、且つ、ノズルの吐出方向は圧力室に設けた振動板の振動方向と同一方向にする。
【００１１】
本発明に係るインクジェットヘッドのノズルは、Ｓｉプレートに１つ以上の凹部を設け、該Ｓｉプレートにガラスプレートを陽極接合し、凹部が貫通孔になるまでＳｉプレートを薄片化し、孔をマスクとしてＨＦ（フッ化水素）水溶液或はＢＨＦ（フッ化アンモニウム）液を用いて該ガラスプレートに孔を明け、その後、ガラスプレートを圧力室を有するＳｉ基板に陽極接合し、この方法によってＳｉプレート及びガラスプレートに貫通孔を形成できる、即ちノズルを形成できる。尚、本発明において、Ｓｉプレートを電極として用いるので、圧力室を有するＳｉ基板にガラスプレートを陽極接合することは容易である。
【００１２】
或は、本発明に係るインクジェットヘッドのノズルは、Ｓｉプレートに１つ以上の凹部を設け、該Ｓｉプレートにガラスプレートを陽極接合し、凹部が貫通孔になるまでＳｉプレートを薄片化し、孔をマスクとしてＨＦ水溶液或はＢＨＦ液を用いてガラスプレートに貫通孔を明け、更にＳｉプレートを除去し、その後、ガラスプレートを圧力室を有するＳｉ基板に陽極接合する。この方法によってガラスプレートに貫通孔、即ちノズルを形成することができる。
【００１３】
上記方法において、高密度で微小な円形の断面形状を有するノズルを提供できる。
【００１４】
尚、本発明の構造体及び作成法からノズルを有するＳｉプレート或はガラスプレートを圧力室を有するＳｉ基板に接着剤を使用しないで陽極接合可能であるため、強固に接合できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、１つ以上のノズル孔を明けたＳｉプレートにガラスプレートを陽極接合し、このＳｉプレートをマスクとして該Ｓｉプレートのノズル孔からガラスプレートを湿式エッチングすることによって、接合体であるＳｉプレートとガラスプレートに貫通孔を設け、該貫通孔をノズルとし、ガラスプレートを圧力室を有するＳｉ基板に陽極接合するため、或は該ガラスプレートをエッチングによって貫通孔を形成した後、Ｓｉプレートを除去し、その後、ガラスプレートを圧力室を有するＳｉ基板に陽極接合することから、圧力室とノズルプレートを別々に作製することが可能となり、一体もので作製する必要がないため、製作が容易になる。そして、圧力室を有するＳｉ基板とノズルを有するノズルプレートを陽極接合によって接合するため、強固に接合できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
＜実施の形態１＞
図１〜図５は本発明の特徴を良く表す図面であり、これらの図において、１はＳｉプレート、２はガラスプレート、３はＳｉプレート１に明けたノズル孔、４はガラスプレート３に明けたノズル孔、５はロウ材、６は研磨台、７は流路を有するＳｉ基板、８は圧力室、９は振動板、１０は圧電体である。
【００１８】
次に、上記構成において、図１に示すように、Ｓｉ基板１に圧力室８（圧力室と流体的に連結しているインク供給口、流路及びオリフィスの図示無し）を形成し、該圧力室上にガラスから成る振動板を陽極接合し、更に振動板９上に駆動用の圧電体を搭載し、更に振動板圧力室８の出口側（インク供給口の反対側）にノズル孔４を設けたガラスプレート２とノズル孔３を設けたＳｉプレート１を予め陽極接合（図２及び図３参照）したものをＳｉ基板７にアライメントして二重陽極接合する。該二重陽極接合によってＳｉ基板７とガラスプレート２は強固に接合する。
【００１９】
前記ノズル孔３及び４は次の方法で作製した。
【００２０】
即ち、図４に示すように、先ず、Ｓｉプレート１にＩＣＰでノズル３となる凹部を形成し、該Ｓｉプレート１にアルミノケイ酸ガラスのＳＤ２ガラス（ＨＯＹＡ社の商標登録）から成るガラスプレート２を陽極接合し、その後、該ガラスプレート２を研磨台６に低融点ロウ材５で固定する。そして、Ｓｉ基板１をラッピング研磨及びポリッシング研磨によって薄片化し、先ず、Ｓｉ基板１に貫通した孔、即ちノズル３を形成し、その後、図５（５）に示すように、露出しているガラスプレート２を低温ロウで覆い、そして、その後、ＢＨＦ溶液中に浸漬し、該ガラスプレート２のみを優先的にエッチングし、そして、ノズル孔４が貫通した段階でエッチングを停止する。このようにしてノズル孔３，４を形成する。
【００２１】
上記方法で作製したノズル孔４の直径は図５に示すようにエッチングの進行と共に次第に小さくなり、即ち、テーパ状になるが、これを回避するためにガラスプレート２の厚さを小さくする必要がある。
【００２２】
上記方法で作製したノズル孔３，４を有するそれぞれＳｉプレート１とガラスプレート２をＳＤ２ガラスの転移点以上の温度で熱処理し、その後、Ｓｉ基板１にガラスプレート２を二重陽極接合した。この二重陽極接合は、Ｓｉ基板１の圧力室出口（図示無し）とノズル孔３が互いに重なり合うように整合した状態で、該Ｓｉプレート１を陽極電極として行った。
【００２３】
本実施の形態において、Ｓｉプレート１は研磨で２０μｍまで薄片化し、ＳＤ２ガラスは厚さ２０μｍのものを用いた。このため、上記したようなＳＤ２ガラスから成るガラスプレートの孔明けによるテーパによる影響は少なかった。尚、Ｓｉプレート１及びガラスプレート２の厚さは、それぞれは５μｍ以上２００μｍ以下及び５μｍ以上１００μｍ以上の場合、強度的に及び薄片化において好ましい。
【００２４】
そして、本実施の形態において、ノズル孔３及び４は直径１０μｍ、ピッチ８５μｍで１５０個を直列に配列したものである
尚、本実施の形態において、Ｓｉ基板７に振動板９を陽極接合し、更に振動板９上に圧電体１０を形成し、その後、ガラスプレート２をＳｉ基板７に陽極接合した。
【００２５】
上記方法で製作したインクジェットヘッドを用いてインクジェット記録装置として組み込み、圧電体に電圧（圧電体に電圧を印加する電極の図示無し）を印加したところ、ノズル孔３からインクが吐出した。
【００２６】
＜実施の形態２＞
図６〜図１０は本発明の特徴を良く表わす図面であり、これらの図において、１はＳｉプレート、２はガラスプレート、３はＳｉプレート１に明けた孔、４はガラスプレート２に明けたノズル孔、５はロウ材、６は研磨台、７はＳｉ基板、８はＳｉ基板８に設けた圧力室、９は振動板、１０は圧電体である。
【００２７】
次に、上記構成において、図６に示すように、Ｓｉ基板１に圧力室８（圧力室と流体的に連結しているインク供給口、流路及びオリフィスの図示無し）を形成し、圧力室上にガラスから成る振動板を陽極接合し、更に振動板９上に駆動用の圧電体を形成し、更に圧力室８の出口側（インク供給口の反対側）面にノズル孔４を設けたガラスプレート２を二重陽極接合する。この二重陽極合によってＳｉ基板１とガラスプレート２は強固に接合する。
【００２８】
ノズル孔４は次の方法で作製した。
【００２９】
即ち、図９に示すように、先ず、Ｓｉプレート１にＩＣＰで凹部を形成し、Ｓｉプレート１にボロンシリケートガラスであるパイレックスガラス（コーニング社の商標登録）から成るガラスプレート２を陽極接合し、その後、パイレックスガラスを研磨台に低融点ロウ材で固定する。そして、Ｓｉ基板１をラッピング研磨及びポリッシング研磨によって薄片化し、先ず、Ｓｉプレート１に貫通孔の孔３を形成し、その後、図９（５）に示すように、露出しているガラスプレート２を低温ロウで覆い、その後、ＢＨＦ溶液中に浸漬し、ガラスのみを優先的にエッチングし、そして、ノズル孔４が貫通した段階でエッチングを停止する。
【００３０】
上記方法で作製したノズル孔４の直径は、図１０に示すようにエッチングの進行と共に次第に小さくなり、即ちテ−パ状になる。本実施の形態において、ガラスプレート２として板厚の厚い１００μｍのものを用いた。このため、ノズル孔はテーパ状に形成されるため、ガラスプレート２のノズル孔４の大きい方の面をＳｉ基板７に陽極接合する。尚、ガラスプレート２は、５μｍ以上２００μｍ以下の厚さが強度的に及び薄片化の上で好ましい。
【００３１】
上記方法で作製したノズル４を有するガラスプレート２をガラス転移点温度以上の温度で熱処理し、その後、Ｓｉ基板７の圧力室出口（図示無し）とノズル孔４が互いに重なり合うように整合した状態で、ガラスプレート２をＳｉ基板７に陽極接合した。
【００３２】
そして、本実施の形態において、ノズル孔３，４は直径２０μｍ、ピッチ８５μｍで１５０個を直列に配列したものである。
【００３３】
上記方法で製作したインクジェットヘッドを用いてインクジェット記録装置として組み込み、圧電体に電圧（圧電体に電圧を印加する電極の図示なし）を印加したところ、インク孔４からインクが吐出した。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、高密度インクジェットヘッドのノズルプレートの作製法及び該ノズルプレートを有するインクジェット記録装置に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインクジェット吐出装置の流路及びノズルを説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るノズルの断面構造を説明する図である。
【図３】図２のＡ矢視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るノズルの作成工程を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るエッチング後のガラスプレートのノズル断面の形状を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るインクジェット吐出装置の流路及びノズルを説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るノズルの断面構造を説明する図である。
【図８】図７のＡ矢視図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るノズルの作成工程を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るエッチング後のガラスプレートのノズル断面の形状を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  Ｓｉプレート
２  ガラスプレート
３  Ｓｉプレートのノズル孔又は孔
４  ガラスプレートのノズル孔又は孔
５  ロウ材
６  研磨台
７  Ｓｉ基板
８  圧力室
９  振動板
１０  圧電体
【図１】
2005119222.tif 000003
【図２】
2005119222.tif 000004
【図３】
2005119222.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2005119222.tif 000008
【図７】
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【図８】
2005119222.tif 000010
【図９】
2005119222.tif 000011
【図１０】
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