(57)【要約】【課題】  流路基板とノズルプレートを歩留まりよく高精度に接合する。【解決手段】  アルミニウムマスクを用いてシリコン製の流路基板に高密度の溝を形成する。流路基板とノズルプレートとの接合面に金を用いて、金同士の圧着により流路基板とノズルプレートの接合を行う。【選択図】  図１
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【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、貫通路に対応するノズル孔を備えたノズルプレートが接合されるインクジェットヘッドにおいて、
１  流路基板裏面のノズル面にチタン、金、アルミニウムを順に成膜し、
２  流路基板に溝を形成後、アルミニウムを除去し、
３  流路基板上に振動板、アクチュエータ部を形成した後、
４  金を介して流路基板とノズルプレートを接合、
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に記載の流路基板がシリコンで、アルミニウム層をマスク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３】
請求項１に記載のアルミニウムを除去する手段が、熱リン酸によるウエットエッチングによりなされ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に記載のノズルプレート上に金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５】
請求項１に記載のアクチュエータ部が振動板上に電極、アクチュエータ、電極を積層すること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６】
請求項５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、ノズル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ノズル孔を備えたノズル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】
流路基板としては一般的にシリコンウエハを用い、フォトリソグラフィとドライエッチングによって高密度なインクジェットヘッドを作製している。シリコンの深溝形成技術として公知であるボッシュプロセスを利用することで高密度のインク室を作製することができる。
【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、これら流路基板とノズルプレート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、ノズル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、特許文献１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】
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は、シリコンに深い溝を精度よく形成するための高い選択比のマスクが必要である。ＳｉＯ２やレジストがマスク材として使われるが、より高い選択比を必要とする場合はノーエッチマスクとして知られるアルミニウムをマスクとして用いることが必要である。アルミニウムをマスクとして用い、それをノズルプレートとの接着面に利用する場合は接着剤により流路基板とノズルプレートとを接着する必要が生じる。
【０００８】
しかし、接着剤により流路基板とノズルプレートを接着させる場合、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挙げられる。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。また流路基板とノズル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。
【０００９】
特許文献１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。
【００１０】
また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。また、用いたノズルプレートの熱膨張係数が流路基板であるシリコンの熱膨張係数と大きく異なる場合は接着剤を硬化させる際に１００−２００℃もの温度下で行うので、その際の熱応力により素子変形する恐れがある。
【００１１】
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】
【００１２】
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ノズルプレートとを接着剤を用いずに、接合を行う。すなわち、流路基板及びノズルプレートの接合面に金を形成して金−金同士の圧着により接合を行うものである。金同士の圧着は低圧力、低温度で可能である。また金は安定した金属であり、アルカリ性のインクに接液しても特に問題はない。
【００１３】
まず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を成膜し、金そしてアルミニウムを成膜する。次にアルミニウム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。シリコンノズル面にアルミニウムマスク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。
【００１４】
アルミニウムはアルカリ性のインクと反応して溶解する恐れがあり、インクが接液する個所に形成しておくことは望ましくない。よってマスクとして使用したアルミニウムは熱リン酸によりエッチングを行い除去する。
【００１５】
次に振動板となるガラスをインク加圧室上に陽極接合により形成する。ガラスとしては耐熱性のあるＳＤ２などが好ましい。その後、振動板上に電極、圧電体素子、電極を積層し、前記電極及び圧電体素子をパターニングしインク加圧室に対応した個別素子を形成する。その後、流路基板とノズルプレートとの接合を行う。ノズルプレートの材質はレーザー等で微細な加工が施せるＳＵＳなどの材料で流路基板との接合面に金が形成されてあればよい。流路基板とノズルプレートは金を介して圧着する。金同士の圧着は低圧力、低温度で可能であり、容易に強固な接合を行うことができる。
【００１６】
以上により流路基板とノズルプレートとの接合を接着剤を用いずに、高い精度で歩留まりよく行なうことができる。
【発明の効果】
【００１７】
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、貫通路に対応するノズル孔を備えたノズルプレートが接合されるインクジェットヘッドにおいて、金を介して流路基板とノズルプレートを圧着することで歩留まりよく高精度にノズルプレートを接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
(実施例)
本発明の実施例を示す。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に下引き層のチタン１０３、金１０４、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上に金属層１０６を形成する。本実施例での膜厚はチタン１０３が２０ｎｍ、金１０４が５００ｎｍ、アルミニウム１０５が８００ｎｍとした。
【００１９】
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を金属層１０６に形成する。なお流路基板１０１の表面１１０はレジストでパターンを形成する。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））。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。
【００２０】
次に流路基板１０１の表面１１０上のインク加圧室１１１を覆うように振動板１１２を形成する。振動板１１２の材料としてはシリコンと熱膨張係数が近く耐熱性の高いＳＤ２ガラスを使用する。まず図２（ａ）のように５０μｍ厚のＳＤ２ガラスを流路基板１０１の表面１１０に陽極接合する。その後所定の振動板厚にラッピング研磨することにより作製する（図２（ｂ））。本実施例では４００℃の加温下で３５０Ｖの電圧を印加して陽極接合を行い、ラッピング研磨により５μｍの振動板厚にしている。
【００２１】
溝の掘られた流路基板１０１上に振動板１１２を形成した後、マスクとして用いたアルミニウム１０５を熱リン酸により完全に除去し、ノズル面１０２表面に金１０４を露出させる（図２（ｃ））。
【００２２】
金１０４は熱リン酸に溶けず、アルミニウム１０５のウエットエッチングの際のエッチストップ層の役割も果たしてくれる。
【００２３】
次に図３のように前記振動板１１２上にアクチュエータ部１１３を形成する。前記アクチュエータ部１１３は電極、圧電体素子、電極を積層することで形成される。成膜技術により形成してもよいし、転写により形成しても構わない。本実施例では電極及び圧電体素子を成膜技術により形成した後に６５０℃の温度で圧電体素子を焼成している。その後、アクチュエータ部１１３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することができる。
【００２４】
個別素子が形成された後、流路基板１０１とノズルプレート１１４を接合する。図４（ａ）に示すようにノズルプレートの材質はＳＵＳで、レーザー加工等で貫通路１０７に対応するノズル孔１１５が形成され、プレート表面１１６のノズル孔１１５以外には金薄膜１１７が形成されている。なお金薄膜１１７とノズルプレート１１４の密着性を向上させるために下引き層としてチタンを形成してもよい。
【００２５】
貫通路１０７とノズル孔１１５が対応するよう位置合わせを行い、図４（ｂ）のように流路基板１０１上の金１０４とノズルプレート１１４上の金薄膜１１７とを貼り合せ、圧着して接合を行う。接合は室温中で５ｋｇ／ｃｍ２の加圧下で行っている。金−金の圧着は精度よく容易に行うことができ、また室温で接合を行っていることより基板の反り等の問題も生じない。
【００２６】
ノズルプレート１１４の材質はＳＵＳ以外の材質でも構わない。また接合時の条件は上記に限ったものではなく、圧力は数ｋｇ／ｃｍ２から数十ｋｇ／ｃｍ２程度、処理温度は２０℃−５００℃の温度下で行っても構わない。またノズルプレート１１４の接合は、個別素子作製後でなくてもよく、アルミニウム１０５の除去後や振動板１１２の形成後でも構わない。
【００２７】
上記により流路基板１０１とノズルプレート１１４を接着剤を用いずに強固に接合することができる。流路基板１０１とノズルプレート１１４との接合が接着剤ではなく金を介しての接合であるのでアルカリ性のインクの接液の問題やノズル孔の目詰まり等の問題もなく、歩留まりよく接合することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】流路基板に溝を形成することを説明する図
【図２】流路基板上に振動板を形成することを説明する図
【図３】振動板上にアクチュエータ部を形成することを説明する図
【図４】流路基板とノズルプレートとの接合を説明する図
【符号の説明】
【００２９】
１０１  流路基板
１０２  ノズル面
１０３  チタン
１０４  金
１０５  アルミニウム
１０６  金属層
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  振動板
１１３  アクチュエータ部
１１４  ノズルプレート
１１５  ノズル孔
１１６  プレート表面
１１７  金薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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