液滴吐出ヘッドの製造方法
【課題】ノズルプレートと流路形成基板とを接合する際、位置決めピンとの接触面積を減少することによりチッピングを防止し、歩留まりの向上および製造コストの低減を図った液滴吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル孔５を有するノズルプレート１と、ノズル孔５のそれぞれに連通する吐出室１３を加圧するアクチュエーターを備える流路形成基板２とを具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、ノズルプレート１及び流路形成基板２にそれぞれ複数箇所に多角形からなる位置決め孔６、７、１１、１２を形成する工程と、位置決め孔に治具５０に設けられた円柱状の位置決めピン８を挿入し、ノズルプレート１と流路形成基板２とを位置決めして接合する工程とを有し、位置決め孔のうち一方６、１１は、基準となる正多角形に形成され、他方７、１２は、位置決めピン８との位置ずれを吸収するように長孔状の多角形に形成する。
【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル孔５を有するノズルプレート１と、ノズル孔５のそれぞれに連通する吐出室１３を加圧するアクチュエーターを備える流路形成基板２とを具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、ノズルプレート１及び流路形成基板２にそれぞれ複数箇所に多角形からなる位置決め孔６、７、１１、１２を形成する工程と、位置決め孔に治具５０に設けられた円柱状の位置決めピン８を挿入し、ノズルプレート１と流路形成基板２とを位置決めして接合する工程とを有し、位置決め孔のうち一方６、１１は、基準となる正多角形に形成され、他方７、１２は、位置決めピン８との位置ずれを吸収するように長孔状の多角形に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。特に、本発明は、ノズルプレートと流路形成基板とを接合する際における位置決め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、このノズルプレートに接合されノズルプレートとの間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバー等のインク流路が形成された流路形成基板とを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることでインク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている。駆動手段としては、静電気力を利用する静電駆動方式や、圧電素子（ピエゾ素子）による圧電駆動方式、発熱素子を利用する駆動方式等がある。
【０００３】
近年、インクジェットヘッドに対して、印字、画質等の高品位化の要求が一段と強まり、そのため高密度化並びに吐出性能の向上が強く要求されている。このような背景からインクジェットヘッドのノズル孔もますます微小化・多ノズル化する傾向にある。
このようなインクジェットヘッドを製造する場合、それぞれ別工程で作製されたノズルプレートと流路形成基板とを治具を用いて各ノズル孔にそれぞれの流路溝が高精度に連通するように位置決めし接合することが必要となる。
【０００４】
従来のインクジェットヘッドでは、ノズルプレートと流路形成基板とを接合する際、これらノズルプレート及び流路形成基板の端部近傍に設けられた２箇所の位置決め孔を基準として、両基板の位置決めを行っている。この場合、位置決め孔は位置決めピンの円柱状の形状に合わせて円形になっているため、位置決めピンとの接触面積が大きくなり、そのため少しでも位置ずれ（位置決め孔の間隔寸法誤差）があるとチッピングが起こり、高精度の位置決めをすることが困難になっている。
【０００５】
一方、位置決め孔の形状に関して、例えば四角形としたものがある（例えば、特許文献１参照）。このように位置決め孔を四角形とした場合は、円形のものに比べて位置決めピンとの接触面積は減少するが、正四角形であるため、位置決めピンとの位置ずれによってチッピングが生じることに変わりはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１４３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に、近年のノズル孔の微小化・多ノズル化に伴いノズルプレートは薄肉化しているため、位置決めピンとの位置ずれによってチッピングが起こりやすくなり、歩留まりが悪いという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑み、ノズルプレートと流路形成基板とを接合する際、位置決めピンとの接触面積を減少することによりチッピングを防止し、歩留まりの向上および製造コストの低減を図った液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズルプレートと、ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室を加圧するアクチュエーターを備える流路形成基板とを具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、
ノズルプレート及び流路形成基板にそれぞれ複数箇所に多角形からなる位置決め孔を形成する工程と、
位置決め孔に治具に設けられた円柱状の位置決めピンを挿入し、ノズルプレートと流路形成基板とを位置決めして接合する工程とを有し、
位置決め孔のうち一方は、基準となる正多角形に形成され、他方は、位置決めピンとの位置ずれを吸収するように長孔状の多角形に形成されているものである。
【００１０】
このように構成することにより、ノズルプレートと流路形成基板とを接合する際、ノズルプレートおよび流路形成基板に配設された位置決め孔はすべて多角形に形成されているので、円柱状の位置決めピンとの接触面積が減少する。さらに、一方の位置決め孔は正多角形に、他方の位置決め孔は長孔状の多角形に形成されているので、正多角形の位置決め孔を基準として位置決め精度を確保できるとともに、位置決めピンとの位置ずれを長孔状の多角形に形成されている他方の位置決め孔で吸収することができる。従って、ノズルプレートや流路形成基板のチッピングを防止することができ、歩留まりが向上する結果、液滴吐出ヘッドの製造コストの低減が可能となる。
【００１１】
また、ノズルプレートの位置決め孔は、異方性ドライエッチングによりノズル孔を加工すると同時に形成するものである。これにより、容易かつ高精度に位置決め孔をノズルプレートに形成することができる。
【００１２】
また、流路形成基板の位置決め孔についても、異方性ウェットエッチングにより吐出室となる凹部を加工すると同時に形成するもので、容易かつ高精度に位置決め孔を流路形成基板に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】組立状態におけるインクジェットヘッドの断面図である。
【図３】インクジェットヘッドのノズルプレートと流路形成基板との接合時における位置決め状況を示す断面図である。
【図４】ノズルプレートの上面図である。
【図５】実施の形態１に係るインクジェットヘッドのノズルプレートの製造工程を示す概略断面図である。
【図６】実施の形態１に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す概略断面図である。
【図７】本発明のインクジェットヘッドを適用したインクジェットプリンタの一例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、ノズルプレートの表面に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するフェイス吐出型の静電駆動方式のインクジェットヘッドを挙げるが、これに限られるものでないことはいうまでもない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図で、一部を断面であらわしてある。図２は組立状態におけるインクジェットヘッドの断面図、図３はインクジェットヘッドのノズルプレートと流路形成基板との接合時における位置決め状況を示す断面図、図４はノズルプレートの上面図である。
本実施の形態のインクジェットヘッド１０は、複数のノズル孔５が所定のピッチで形成されたノズルプレート１と、各ノズル孔５に連通する流路溝として吐出室１３、リザーバー１９等が区画形成された流路形成基板２とを貼り合わせて構成される。
流路形成基板２は、ここではシリコン製のキャビティー基板３と、吐出室１３を加圧する駆動手段として静電アクチュエーター２０が区画形成されたガラス製の電極基板４とを陽極接合することによって構成されている。
【００１６】
ノズルプレート１は、シリコン基板からなり、図４に示すように、基板端部近傍の２箇所に多角形からなる位置決め孔６、７が形成されている。ここでは、位置決め孔６、７は八角形で形成されているが、四角形以上の多角形であればよい。このうち一方の位置決め孔６は位置決めの基準となる基準孔であり、正八角形に形成されている。他方の位置決め孔７は、位置決めピン８との位置ずれを吸収するための孔で長孔状の多角形（八角形）に形成されている。なお、位置決め孔６、７はノズル孔５と同時に異方性ドライエッチングで形成される。
【００１７】
基準となる位置決め孔６の多角形（八角形）の外形寸法Ｄ１、Ｄ２は、位置決め精度の観点からＤ１＝Ｄ２＝６００〜８００μｍとしている。他方の位置決め孔７の多角形（八角形）の外形寸法Ｄ３、Ｄ４は、Ｄ３＝６００〜８００μｍ、Ｄ４＝８００〜２０００μｍとしている。長孔状の位置決め孔７は、多角形の２辺が位置決め間隔方向に若干伸びるよう長めに形成されている。
【００１８】
流路形成基板２には、位置決め孔６、７とそれぞれ対応する位置に、それぞれ同じ形状及び同じ外形寸法の正八角形の位置決め孔１１および長孔状の八角形の位置決め孔１２が形成されている。位置決め孔１１、１２の加工方法については後述する。
【００１９】
断面円形からなる２本の位置決めピン８は、図３に示すように、治具５０のベース板５１に立設されており、上記の位置決め孔６、７及び１１、１２にそれぞれ対応する位置に設けられている。そして、流路形成基板２とノズルプレート１とを接着接合する際には、流路形成基板２の接合面（図３の上面）に接着剤が転写された当該流路形成基板２を、位置決め孔１１、１２にそれぞれ位置決めピン８を挿通してベース板５１上に載置する。ついで、ノズルプレート１の位置決め孔６、７にそれぞれ位置決めピン８を挿通して、ノズルプレート１を流路形成基板２と位置決めし、押圧板５２でノズルプレート１を押圧・加熱することにより、流路形成基板２とノズルプレート１とを接着接合する。これによって、ノズルプレート１の各ノズル孔５と流路形成基板２の各吐出室１３とが連通するよう高精度に位置決めされる。また、特に薄肉に形成されるノズルプレート１は、位置決め孔６、７が多角形で形成されているため、断面円形の位置決めピン８との接触面積が減少し、かつ、基準となる一方の位置決め孔６は正多角形に、他方の位置決め孔７は長孔状の多角形に形成されているため、位置決めピン８との位置ずれを吸収することができ、その結果、ノズルプレート１のチッピングを防止することができる。従って、歩留まりが向上し、製造コストの低減が可能となる。
【００２０】
さらに、各基板の構成について説明する。
電極基板４は、ガラス基板にエッチング加工により複数の凹部１５を区画形成し、各凹部１５内にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる個別電極１６を形成することによって構成されている。そして、各個別電極１６が、シリコン製のキャビティー基板３に形成された各吐出室１３の底壁で構成される振動板１４と所定のギャップ１７を隔てて対向するように位置合わせして、キャビティー基板３と電極基板４とが陽極接合される。このように、所定のギャップ１７を隔てて対向配置された振動板１４と個別電極１６とにより静電アクチュエーター２０が構成される。そして、電極取り出し部２３において、各個別電極１６とキャビティー基板３上の共通電極２２には、ドライバーＩＣなどの駆動制御回路３０を搭載したＦＰＣ（図示せず）が配線接続される。なお、静電アクチュエーター２０の動作時における絶縁破壊や短絡等を防止するために、キャビティー基板３の電極基板４との接合面にはシリコンの熱酸化膜からなる絶縁膜２１が形成されている。また、ギャップ１７はエポキシ樹脂等の封止材２５により外部連通部を気密に封止されている。
【００２１】
シリコン基板からなるキャビティー基板３には、水酸化カリウム水溶液を用いて異方性ウェットエッチングすることにより複数の吐出室１３となる凹部１３ａが区画形成される。各吐出室１３となる凹部１３ａの底壁は前述のように振動板１４を構成する。また、振動板１４は、シリコン基板の表面に高濃度のボロン（Ｂ）を拡散させたボロン拡散層により形成されており、ボロン拡散層の厚さを振動板１４の厚さと同じにするものである。これは、アルカリによる異方性ウェットエッチングにより、吐出室１３を形成する際に、ボロン拡散層が露出した時点でエッチングレートが極端に小さくなるため、いわゆるエッチングストップ技術により振動板１４を所望の厚さに精度よく形成することができるからである。
【００２２】
また、キャビティー基板３０には、各吐出室１３に細溝状のオリフィス１８を介して共通に連通するリザーバー１９となる凹部１９ａが異方性ウェットエッチング加工により形成されている。リザーバー１９の凹部１９ａ底部には、電極基板４を貫通するインク導入孔２４が連通して形成されている。インク導入孔２４には図示しないインクカートリッジが接続され、インクカートリッジ内のインクがインク導入孔２４、リザーバー１９、オリフィス１８、吐出室１３を通じて各ノズル孔５の先端まで満たされている。
【００２３】
本実施の形態のインクジェットヘッド１０は上記のように構成されており、任意のノズル孔５よりインク滴を吐出させるためには、そのノズル孔５に対応する静電アクチュエーター２０を以下のように駆動する。
駆動制御回路３０により当該個別電極１６と共通電極である振動板１４間にパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加によって発生する静電気力により振動板１４が個別電極１６側に引き寄せられて当接し、吐出室１３内に負圧を発生させ、リザーバー１９内のインクを吸引し、インクの振動（メニスカス振動）を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で、電圧を解除すると、振動板１４は個別電極１６から離脱して、その時の振動板１４の復元力によりインクを当該ノズル孔５から押出し、インク滴を吐出する。
【００２４】
次に、図５および図６を参照して、インクジェットヘッド１０の製造方法について説明する。ここでは主にノズルプレート１の位置決め孔６、７および流路形成基板２の位置決め孔１１、１２の加工方法を中心に説明する。なお、図５および図６は図４のＡ−Ａにおける拡大断面図である。
【００２５】
（ノズルプレート１の製造方法）
（Ａ）まず、厚み２８０μｍのシリコン基板１００を用意し、このシリコン基板１００を熱酸化装置（図示せず）にセットして、酸化温度１０７５℃、酸化時間４時間、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理し、シリコン基板１００の表面に膜厚１μｍのＳｉＯ2 膜１０１を均一に成膜する（図５（Ａ））。
【００２６】
（Ｂ）次に、シリコン基板１００の一方の面（インク吐出側の面）のＳｉＯ2 膜１０１上にレジスト（図示せず）をコーティングし、フォトリソグラフィーによりノズル孔５となる部分５ａ及び多角形の位置決め孔６、７となる部分６ａ、７ａをパターニングし、緩衝フッ酸水溶液（ＢＨＦ）により上記の各部分５ａ、６ａ、７ａのＳｉＯ2 膜１０１をエッチング除去して開口する（図５（Ｂ））。そして、レジストを硫酸洗浄などにより剥離する。
【００２７】
（Ｃ）次に、Deep−ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）ドライエッチング装置（図示せず）により、ＳｉＯ2 膜１０１の開口部を、深さ６０μｍまで垂直に異方性ドライエッチングし、ノズル穴部５ｂおよび位置決め穴部６ｂ、７ｂを形成する（図５（Ｃ））。この場合のエッチングガスとしては、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6 を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用すればよい。ここで、Ｃ4Ｆ8は形成される孔の側面のエッチングが進行しないように孔側面を保護するために使用し、ＳＦ6 は孔の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。
【００２８】
（Ｄ）次に、ＢＨＦにて、シリコン基板１００上のＳｉＯ2 膜１０１をエッチング除去する（図５（Ｄ））。
（Ｅ）そして、シリコン基板１００のノズル穴部５ｂおよび位置決め穴部６ｂ、７ｂが形成された面に、両面接着テープを用いて支持基板（図示せず）を貼り付け、反対側の面を研削加工し、シリコン基板１００の厚みを薄く加工することによりノズル孔５および位置決め孔６、７を開口する（図５（Ｅ））。その後、ＵＶ光を照射することにより、両面接着テープおよび支持基板をシリコン基板１００から剥離する。
【００２９】
以上により、ウェハ状のシリコン基板１００より各々に分割された図４に示すような複数のノズル孔５及び多角形の位置決め孔６、７を有するノズルプレート１が作製される。
【００３０】
（流路形成基板２の製造方法）
（Ａ）まず、別工程にて電極基板４が作製される（図６（Ａ））。すなわち、ホウ珪酸ガラス等からなる板厚約１ｍｍのガラス基板４００に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより所望の深さの凹部１５を形成する。そして、例えば、スパッター法によりＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜を形成し、このＩＴＯ膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして個別電極１６となる部分以外をエッチング除去して、凹部１５の内部に個別電極１６を形成する。その後、多角形の位置決め孔１１、１２とインク導入孔２４とをブラスト処理で加工する。
以上により、複数の個別電極１６及び多角形の位置決め孔１１、１２を有する電極基板４が作製される。
【００３１】
（Ｂ）次に、片面に振動板１４となるボロン拡散層（図示せず）および熱酸化膜からなる絶縁膜２１を形成したシリコン基板３００を電極基板４上に陽極接合する。そして、このシリコン基板３００を研削加工により点線で示すような厚さまで薄くなるように加工する（図６（Ｂ））。
【００３２】
（Ｃ）次に、薄肉に加工された接合済みシリコン基板３００の表面にフォトリソグラフィーによってレジストパターニングを行い、ＫＯＨ水溶液による異方性ウェットエッチングによってインク流路溝と多角形の位置決め孔１１、１２を形成する（図６（Ｃ））。これによって、多角形の位置決め孔１１、１２、並びに、底壁を振動板１４とする吐出室１３となる凹部１３ａ、オリフィス１８となる細溝１８ａ、リザーバー１９となる凹部１９ａおよび電極取り出し部２３となる凹部（図示せず）が形成される。その際、ボロン拡散層の表面でエッチングストップがかかるので、振動板１４の厚さを高精度に形成することができる。その後、電極取り出し部２３となる凹部（図示せず）をＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）ドライエッチングで開口する。さらに、キャビティー基板３に共通電極２２を形成するとともに、開口された電極取り出し部２３におけるギャップ１７の外気連通部を封止材２５で気密に封止する。
以上により、複数のインク流路溝及び多角形の位置決め孔１１、１２を有する流路形成基板２が作製される。
【００３３】
（Ｄ）そして、図６（Ｄ）に示すように、上面の接合面に接着剤が転写された流路形成基板２を、治具５０のベース板５１上に立設された位置決めピン８を各位置決め孔１１、１２に挿通して流路形成基板２をセットする。そしてさらに、各位置決めピン８を、図５により作製されたノズルプレート１の位置決め孔６、７に挿通し位置決めし、前述したように押圧板５２（図３参照）でノズルプレート１を押圧・加熱することによりノズルプレート１と流路形成基板２とを接着接合する。
【００３４】
従って、本実施の形態のインクジェットヘッド１０の製造方法によれば、ノズルプレート１と流路形成基板２とを接合する際、ノズルプレート１の位置決め孔６、７および流路形成基板２の位置決め孔１１、１２はすべて多角形に形成されているので、円柱状の位置決めピン８との接触面積が減少する。さらに、一方の位置決め孔６および１１は正多角形に、他方の位置決め孔７および１２は長孔状の多角形に形成されているので、正多角形の位置決め孔６、１１を基準として位置決め精度を確保できるとともに、位置決めピン８との位置ずれを長孔状の多角形に形成されている他方の位置決め孔７、１２で吸収することができる。従って、ノズルプレート１や流路形成基板２のチッピングを防止することができ、歩留まりが向上する結果、液滴吐出ヘッドの製造コストの低減が可能となる。
【００３５】
また、ノズルプレート１の位置決め孔６、７は、異方性ドライエッチングによりノズル孔５を加工すると同時に形成されているので、容易かつ高精度に位置決め孔６、７を形成することができる。
流路形成基板２の位置決め孔１１、１２についても、異方性ウェットエッチングにより吐出室１３となる凹部１３ａを加工すると同時に形成されてるので、容易かつ高精度に位置決め孔１１、１２を形成することができる。
【００３６】
実施の形態１では、フェイス吐出型の静電駆動方式のインクジェットヘッド１０について述べたが、駆動方式は静電方式に限らず、ピエゾ方式、発熱方式でも本発明を適用することができる。また、本発明は、基板の端部から液滴を吐出するエッジ吐出型でも同様に適用できる。また、本発明により製造された液滴吐出ヘッドは、例えば図７に示すようなインクジェットプリンター５００に搭載されるほか、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、液晶ディスプレイのカラーフィルターの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ ノズルプレート、２ 流路形成基板、３ キャビティー基板、４ 電極基板、５ ノズル孔、６、７ 位置決め孔、８ 位置決めピン、１０ インクジェットヘッド、１１、１２ 位置決め孔、１３ 吐出室、１４ 振動板、１５ 凹部、１６ 個別電極、１７ ギャップ、１８ オリフィス、１９ リザーバー、２０ 静電アクチュエーター、２１ 絶縁膜、２２ 共通電極、２３ 電極取り出し部、２４ インク導入孔、２５ 封止材、３０ 駆動制御回路、５０ 治具、５１ ベース板、５２ 押圧板、１００、３００ シリコン基板、４００ ガラス基板、５００ インクジェットプリンター。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。特に、本発明は、ノズルプレートと流路形成基板とを接合する際における位置決め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、このノズルプレートに接合されノズルプレートとの間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバー等のインク流路が形成された流路形成基板とを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることでインク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている。駆動手段としては、静電気力を利用する静電駆動方式や、圧電素子（ピエゾ素子）による圧電駆動方式、発熱素子を利用する駆動方式等がある。
【０００３】
近年、インクジェットヘッドに対して、印字、画質等の高品位化の要求が一段と強まり、そのため高密度化並びに吐出性能の向上が強く要求されている。このような背景からインクジェットヘッドのノズル孔もますます微小化・多ノズル化する傾向にある。
このようなインクジェットヘッドを製造する場合、それぞれ別工程で作製されたノズルプレートと流路形成基板とを治具を用いて各ノズル孔にそれぞれの流路溝が高精度に連通するように位置決めし接合することが必要となる。
【０００４】
従来のインクジェットヘッドでは、ノズルプレートと流路形成基板とを接合する際、これらノズルプレート及び流路形成基板の端部近傍に設けられた２箇所の位置決め孔を基準として、両基板の位置決めを行っている。この場合、位置決め孔は位置決めピンの円柱状の形状に合わせて円形になっているため、位置決めピンとの接触面積が大きくなり、そのため少しでも位置ずれ（位置決め孔の間隔寸法誤差）があるとチッピングが起こり、高精度の位置決めをすることが困難になっている。
【０００５】
一方、位置決め孔の形状に関して、例えば四角形としたものがある（例えば、特許文献１参照）。このように位置決め孔を四角形とした場合は、円形のものに比べて位置決めピンとの接触面積は減少するが、正四角形であるため、位置決めピンとの位置ずれによってチッピングが生じることに変わりはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１４３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に、近年のノズル孔の微小化・多ノズル化に伴いノズルプレートは薄肉化しているため、位置決めピンとの位置ずれによってチッピングが起こりやすくなり、歩留まりが悪いという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑み、ノズルプレートと流路形成基板とを接合する際、位置決めピンとの接触面積を減少することによりチッピングを防止し、歩留まりの向上および製造コストの低減を図った液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズルプレートと、ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室を加圧するアクチュエーターを備える流路形成基板とを具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、
ノズルプレート及び流路形成基板にそれぞれ複数箇所に多角形からなる位置決め孔を形成する工程と、
位置決め孔に治具に設けられた円柱状の位置決めピンを挿入し、ノズルプレートと流路形成基板とを位置決めして接合する工程とを有し、
位置決め孔のうち一方は、基準となる正多角形に形成され、他方は、位置決めピンとの位置ずれを吸収するように長孔状の多角形に形成されているものである。
【００１０】
このように構成することにより、ノズルプレートと流路形成基板とを接合する際、ノズルプレートおよび流路形成基板に配設された位置決め孔はすべて多角形に形成されているので、円柱状の位置決めピンとの接触面積が減少する。さらに、一方の位置決め孔は正多角形に、他方の位置決め孔は長孔状の多角形に形成されているので、正多角形の位置決め孔を基準として位置決め精度を確保できるとともに、位置決めピンとの位置ずれを長孔状の多角形に形成されている他方の位置決め孔で吸収することができる。従って、ノズルプレートや流路形成基板のチッピングを防止することができ、歩留まりが向上する結果、液滴吐出ヘッドの製造コストの低減が可能となる。
【００１１】
また、ノズルプレートの位置決め孔は、異方性ドライエッチングによりノズル孔を加工すると同時に形成するものである。これにより、容易かつ高精度に位置決め孔をノズルプレートに形成することができる。
【００１２】
また、流路形成基板の位置決め孔についても、異方性ウェットエッチングにより吐出室となる凹部を加工すると同時に形成するもので、容易かつ高精度に位置決め孔を流路形成基板に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】組立状態におけるインクジェットヘッドの断面図である。
【図３】インクジェットヘッドのノズルプレートと流路形成基板との接合時における位置決め状況を示す断面図である。
【図４】ノズルプレートの上面図である。
【図５】実施の形態１に係るインクジェットヘッドのノズルプレートの製造工程を示す概略断面図である。
【図６】実施の形態１に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す概略断面図である。
【図７】本発明のインクジェットヘッドを適用したインクジェットプリンタの一例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、ノズルプレートの表面に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するフェイス吐出型の静電駆動方式のインクジェットヘッドを挙げるが、これに限られるものでないことはいうまでもない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図で、一部を断面であらわしてある。図２は組立状態におけるインクジェットヘッドの断面図、図３はインクジェットヘッドのノズルプレートと流路形成基板との接合時における位置決め状況を示す断面図、図４はノズルプレートの上面図である。
本実施の形態のインクジェットヘッド１０は、複数のノズル孔５が所定のピッチで形成されたノズルプレート１と、各ノズル孔５に連通する流路溝として吐出室１３、リザーバー１９等が区画形成された流路形成基板２とを貼り合わせて構成される。
流路形成基板２は、ここではシリコン製のキャビティー基板３と、吐出室１３を加圧する駆動手段として静電アクチュエーター２０が区画形成されたガラス製の電極基板４とを陽極接合することによって構成されている。
【００１６】
ノズルプレート１は、シリコン基板からなり、図４に示すように、基板端部近傍の２箇所に多角形からなる位置決め孔６、７が形成されている。ここでは、位置決め孔６、７は八角形で形成されているが、四角形以上の多角形であればよい。このうち一方の位置決め孔６は位置決めの基準となる基準孔であり、正八角形に形成されている。他方の位置決め孔７は、位置決めピン８との位置ずれを吸収するための孔で長孔状の多角形（八角形）に形成されている。なお、位置決め孔６、７はノズル孔５と同時に異方性ドライエッチングで形成される。
【００１７】
基準となる位置決め孔６の多角形（八角形）の外形寸法Ｄ１、Ｄ２は、位置決め精度の観点からＤ１＝Ｄ２＝６００〜８００μｍとしている。他方の位置決め孔７の多角形（八角形）の外形寸法Ｄ３、Ｄ４は、Ｄ３＝６００〜８００μｍ、Ｄ４＝８００〜２０００μｍとしている。長孔状の位置決め孔７は、多角形の２辺が位置決め間隔方向に若干伸びるよう長めに形成されている。
【００１８】
流路形成基板２には、位置決め孔６、７とそれぞれ対応する位置に、それぞれ同じ形状及び同じ外形寸法の正八角形の位置決め孔１１および長孔状の八角形の位置決め孔１２が形成されている。位置決め孔１１、１２の加工方法については後述する。
【００１９】
断面円形からなる２本の位置決めピン８は、図３に示すように、治具５０のベース板５１に立設されており、上記の位置決め孔６、７及び１１、１２にそれぞれ対応する位置に設けられている。そして、流路形成基板２とノズルプレート１とを接着接合する際には、流路形成基板２の接合面（図３の上面）に接着剤が転写された当該流路形成基板２を、位置決め孔１１、１２にそれぞれ位置決めピン８を挿通してベース板５１上に載置する。ついで、ノズルプレート１の位置決め孔６、７にそれぞれ位置決めピン８を挿通して、ノズルプレート１を流路形成基板２と位置決めし、押圧板５２でノズルプレート１を押圧・加熱することにより、流路形成基板２とノズルプレート１とを接着接合する。これによって、ノズルプレート１の各ノズル孔５と流路形成基板２の各吐出室１３とが連通するよう高精度に位置決めされる。また、特に薄肉に形成されるノズルプレート１は、位置決め孔６、７が多角形で形成されているため、断面円形の位置決めピン８との接触面積が減少し、かつ、基準となる一方の位置決め孔６は正多角形に、他方の位置決め孔７は長孔状の多角形に形成されているため、位置決めピン８との位置ずれを吸収することができ、その結果、ノズルプレート１のチッピングを防止することができる。従って、歩留まりが向上し、製造コストの低減が可能となる。
【００２０】
さらに、各基板の構成について説明する。
電極基板４は、ガラス基板にエッチング加工により複数の凹部１５を区画形成し、各凹部１５内にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる個別電極１６を形成することによって構成されている。そして、各個別電極１６が、シリコン製のキャビティー基板３に形成された各吐出室１３の底壁で構成される振動板１４と所定のギャップ１７を隔てて対向するように位置合わせして、キャビティー基板３と電極基板４とが陽極接合される。このように、所定のギャップ１７を隔てて対向配置された振動板１４と個別電極１６とにより静電アクチュエーター２０が構成される。そして、電極取り出し部２３において、各個別電極１６とキャビティー基板３上の共通電極２２には、ドライバーＩＣなどの駆動制御回路３０を搭載したＦＰＣ（図示せず）が配線接続される。なお、静電アクチュエーター２０の動作時における絶縁破壊や短絡等を防止するために、キャビティー基板３の電極基板４との接合面にはシリコンの熱酸化膜からなる絶縁膜２１が形成されている。また、ギャップ１７はエポキシ樹脂等の封止材２５により外部連通部を気密に封止されている。
【００２１】
シリコン基板からなるキャビティー基板３には、水酸化カリウム水溶液を用いて異方性ウェットエッチングすることにより複数の吐出室１３となる凹部１３ａが区画形成される。各吐出室１３となる凹部１３ａの底壁は前述のように振動板１４を構成する。また、振動板１４は、シリコン基板の表面に高濃度のボロン（Ｂ）を拡散させたボロン拡散層により形成されており、ボロン拡散層の厚さを振動板１４の厚さと同じにするものである。これは、アルカリによる異方性ウェットエッチングにより、吐出室１３を形成する際に、ボロン拡散層が露出した時点でエッチングレートが極端に小さくなるため、いわゆるエッチングストップ技術により振動板１４を所望の厚さに精度よく形成することができるからである。
【００２２】
また、キャビティー基板３０には、各吐出室１３に細溝状のオリフィス１８を介して共通に連通するリザーバー１９となる凹部１９ａが異方性ウェットエッチング加工により形成されている。リザーバー１９の凹部１９ａ底部には、電極基板４を貫通するインク導入孔２４が連通して形成されている。インク導入孔２４には図示しないインクカートリッジが接続され、インクカートリッジ内のインクがインク導入孔２４、リザーバー１９、オリフィス１８、吐出室１３を通じて各ノズル孔５の先端まで満たされている。
【００２３】
本実施の形態のインクジェットヘッド１０は上記のように構成されており、任意のノズル孔５よりインク滴を吐出させるためには、そのノズル孔５に対応する静電アクチュエーター２０を以下のように駆動する。
駆動制御回路３０により当該個別電極１６と共通電極である振動板１４間にパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加によって発生する静電気力により振動板１４が個別電極１６側に引き寄せられて当接し、吐出室１３内に負圧を発生させ、リザーバー１９内のインクを吸引し、インクの振動（メニスカス振動）を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で、電圧を解除すると、振動板１４は個別電極１６から離脱して、その時の振動板１４の復元力によりインクを当該ノズル孔５から押出し、インク滴を吐出する。
【００２４】
次に、図５および図６を参照して、インクジェットヘッド１０の製造方法について説明する。ここでは主にノズルプレート１の位置決め孔６、７および流路形成基板２の位置決め孔１１、１２の加工方法を中心に説明する。なお、図５および図６は図４のＡ−Ａにおける拡大断面図である。
【００２５】
（ノズルプレート１の製造方法）
（Ａ）まず、厚み２８０μｍのシリコン基板１００を用意し、このシリコン基板１００を熱酸化装置（図示せず）にセットして、酸化温度１０７５℃、酸化時間４時間、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理し、シリコン基板１００の表面に膜厚１μｍのＳｉＯ2 膜１０１を均一に成膜する（図５（Ａ））。
【００２６】
（Ｂ）次に、シリコン基板１００の一方の面（インク吐出側の面）のＳｉＯ2 膜１０１上にレジスト（図示せず）をコーティングし、フォトリソグラフィーによりノズル孔５となる部分５ａ及び多角形の位置決め孔６、７となる部分６ａ、７ａをパターニングし、緩衝フッ酸水溶液（ＢＨＦ）により上記の各部分５ａ、６ａ、７ａのＳｉＯ2 膜１０１をエッチング除去して開口する（図５（Ｂ））。そして、レジストを硫酸洗浄などにより剥離する。
【００２７】
（Ｃ）次に、Deep−ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）ドライエッチング装置（図示せず）により、ＳｉＯ2 膜１０１の開口部を、深さ６０μｍまで垂直に異方性ドライエッチングし、ノズル穴部５ｂおよび位置決め穴部６ｂ、７ｂを形成する（図５（Ｃ））。この場合のエッチングガスとしては、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6 を使用し、これらのエッチングガスを交互に使用すればよい。ここで、Ｃ4Ｆ8は形成される孔の側面のエッチングが進行しないように孔側面を保護するために使用し、ＳＦ6 は孔の垂直方向のエッチングを促進させるために使用する。
【００２８】
（Ｄ）次に、ＢＨＦにて、シリコン基板１００上のＳｉＯ2 膜１０１をエッチング除去する（図５（Ｄ））。
（Ｅ）そして、シリコン基板１００のノズル穴部５ｂおよび位置決め穴部６ｂ、７ｂが形成された面に、両面接着テープを用いて支持基板（図示せず）を貼り付け、反対側の面を研削加工し、シリコン基板１００の厚みを薄く加工することによりノズル孔５および位置決め孔６、７を開口する（図５（Ｅ））。その後、ＵＶ光を照射することにより、両面接着テープおよび支持基板をシリコン基板１００から剥離する。
【００２９】
以上により、ウェハ状のシリコン基板１００より各々に分割された図４に示すような複数のノズル孔５及び多角形の位置決め孔６、７を有するノズルプレート１が作製される。
【００３０】
（流路形成基板２の製造方法）
（Ａ）まず、別工程にて電極基板４が作製される（図６（Ａ））。すなわち、ホウ珪酸ガラス等からなる板厚約１ｍｍのガラス基板４００に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより所望の深さの凹部１５を形成する。そして、例えば、スパッター法によりＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜を形成し、このＩＴＯ膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして個別電極１６となる部分以外をエッチング除去して、凹部１５の内部に個別電極１６を形成する。その後、多角形の位置決め孔１１、１２とインク導入孔２４とをブラスト処理で加工する。
以上により、複数の個別電極１６及び多角形の位置決め孔１１、１２を有する電極基板４が作製される。
【００３１】
（Ｂ）次に、片面に振動板１４となるボロン拡散層（図示せず）および熱酸化膜からなる絶縁膜２１を形成したシリコン基板３００を電極基板４上に陽極接合する。そして、このシリコン基板３００を研削加工により点線で示すような厚さまで薄くなるように加工する（図６（Ｂ））。
【００３２】
（Ｃ）次に、薄肉に加工された接合済みシリコン基板３００の表面にフォトリソグラフィーによってレジストパターニングを行い、ＫＯＨ水溶液による異方性ウェットエッチングによってインク流路溝と多角形の位置決め孔１１、１２を形成する（図６（Ｃ））。これによって、多角形の位置決め孔１１、１２、並びに、底壁を振動板１４とする吐出室１３となる凹部１３ａ、オリフィス１８となる細溝１８ａ、リザーバー１９となる凹部１９ａおよび電極取り出し部２３となる凹部（図示せず）が形成される。その際、ボロン拡散層の表面でエッチングストップがかかるので、振動板１４の厚さを高精度に形成することができる。その後、電極取り出し部２３となる凹部（図示せず）をＣＨＦ3ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）ドライエッチングで開口する。さらに、キャビティー基板３に共通電極２２を形成するとともに、開口された電極取り出し部２３におけるギャップ１７の外気連通部を封止材２５で気密に封止する。
以上により、複数のインク流路溝及び多角形の位置決め孔１１、１２を有する流路形成基板２が作製される。
【００３３】
（Ｄ）そして、図６（Ｄ）に示すように、上面の接合面に接着剤が転写された流路形成基板２を、治具５０のベース板５１上に立設された位置決めピン８を各位置決め孔１１、１２に挿通して流路形成基板２をセットする。そしてさらに、各位置決めピン８を、図５により作製されたノズルプレート１の位置決め孔６、７に挿通し位置決めし、前述したように押圧板５２（図３参照）でノズルプレート１を押圧・加熱することによりノズルプレート１と流路形成基板２とを接着接合する。
【００３４】
従って、本実施の形態のインクジェットヘッド１０の製造方法によれば、ノズルプレート１と流路形成基板２とを接合する際、ノズルプレート１の位置決め孔６、７および流路形成基板２の位置決め孔１１、１２はすべて多角形に形成されているので、円柱状の位置決めピン８との接触面積が減少する。さらに、一方の位置決め孔６および１１は正多角形に、他方の位置決め孔７および１２は長孔状の多角形に形成されているので、正多角形の位置決め孔６、１１を基準として位置決め精度を確保できるとともに、位置決めピン８との位置ずれを長孔状の多角形に形成されている他方の位置決め孔７、１２で吸収することができる。従って、ノズルプレート１や流路形成基板２のチッピングを防止することができ、歩留まりが向上する結果、液滴吐出ヘッドの製造コストの低減が可能となる。
【００３５】
また、ノズルプレート１の位置決め孔６、７は、異方性ドライエッチングによりノズル孔５を加工すると同時に形成されているので、容易かつ高精度に位置決め孔６、７を形成することができる。
流路形成基板２の位置決め孔１１、１２についても、異方性ウェットエッチングにより吐出室１３となる凹部１３ａを加工すると同時に形成されてるので、容易かつ高精度に位置決め孔１１、１２を形成することができる。
【００３６】
実施の形態１では、フェイス吐出型の静電駆動方式のインクジェットヘッド１０について述べたが、駆動方式は静電方式に限らず、ピエゾ方式、発熱方式でも本発明を適用することができる。また、本発明は、基板の端部から液滴を吐出するエッジ吐出型でも同様に適用できる。また、本発明により製造された液滴吐出ヘッドは、例えば図７に示すようなインクジェットプリンター５００に搭載されるほか、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、液晶ディスプレイのカラーフィルターの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ ノズルプレート、２ 流路形成基板、３ キャビティー基板、４ 電極基板、５ ノズル孔、６、７ 位置決め孔、８ 位置決めピン、１０ インクジェットヘッド、１１、１２ 位置決め孔、１３ 吐出室、１４ 振動板、１５ 凹部、１６ 個別電極、１７ ギャップ、１８ オリフィス、１９ リザーバー、２０ 静電アクチュエーター、２１ 絶縁膜、２２ 共通電極、２３ 電極取り出し部、２４ インク導入孔、２５ 封止材、３０ 駆動制御回路、５０ 治具、５１ ベース板、５２ 押圧板、１００、３００ シリコン基板、４００ ガラス基板、５００ インクジェットプリンター。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズルプレートと、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室を加圧するアクチュエーターを備える流路形成基板とを具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、
前記ノズルプレート及び前記流路形成基板にそれぞれ複数箇所に多角形からなる位置決め孔を形成する工程と、
前記位置決め孔に治具に設けられた円柱状の位置決めピンを挿入し、前記ノズルプレートと前記流路形成基板とを位置決めして接合する工程とを有し、
前記位置決め孔のうち一方は、基準となる正多角形に形成され、他方は、前記位置決めピンとの位置ずれを吸収するように長孔状の多角形に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記ノズルプレートの前記位置決め孔は、異方性ドライエッチングにより前記ノズル孔を加工すると同時に形成することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記流路形成基板の前記位置決め孔は、異方性ウェットエッチングにより前記吐出室となる凹部を加工すると同時に形成することを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズルプレートと、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室を加圧するアクチュエーターを備える流路形成基板とを具備する液滴吐出ヘッドの製造方法において、
前記ノズルプレート及び前記流路形成基板にそれぞれ複数箇所に多角形からなる位置決め孔を形成する工程と、
前記位置決め孔に治具に設けられた円柱状の位置決めピンを挿入し、前記ノズルプレートと前記流路形成基板とを位置決めして接合する工程とを有し、
前記位置決め孔のうち一方は、基準となる正多角形に形成され、他方は、前記位置決めピンとの位置ずれを吸収するように長孔状の多角形に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記ノズルプレートの前記位置決め孔は、異方性ドライエッチングにより前記ノズル孔を加工すると同時に形成することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記流路形成基板の前記位置決め孔は、異方性ウェットエッチングにより前記吐出室となる凹部を加工すると同時に形成することを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１５８８２２（Ｐ２０１０−１５８８２２Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２３９（Ｐ２００９−２２３９）
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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