JP3143832B2 - 感光性ガラスの加工方法 - Google Patents

感光性ガラスの加工方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、感光性ガラスをエッチ
ングにより加工する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、感光性ガラスにエッチングにより
加工を施し、インクジェットプリンタヘッドなど微細な
形状を形成する方法がある。この方法は、紫外線ランプ
の照射により感光性ガラスの所望の部分を露光し(露光
工程)、感光性ガラスを500〜700℃に加熱して露
光部を結晶化させ(熱現像工程)、結晶化した露光部を
エッチング液(フッ化水素酸溶液)により溶解させて除
去する(エッチング工程)方法である。なお、紫外線ラ
ンプとしては、高圧水銀ランプなどが用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、感光
性ガラス板に形成した結晶化した露光部をエッチングし
て溝などを加工する時のエッチング深さの制御は、エッ
チング時間やエッチング液の温度や濃度などエッチング
条件で行っていた。しかし結晶化した露光部のエッチン
グ速度は、エッチング条件だけでなく、露光強度や熱現
像条件など他の要因でも変動する。更にエッチング液の
疲労や、エッチングによって溶解した感光性ガラスのエ
ッチング液中への混入などや、エッチング液の当り方な
どの諸々の影響によりエッチング速度が変化するため、
エッチング深さの制御は極めて難しかった。
【0004】また、結晶化した露光部のエッチング面の
表面粗さが大きいという問題があった。インクジェット
ヘッドへ利用する場合、表面粗さの大きい面でのインク
流路では、インクに混入した気泡が停滞し、インク射出
特性に悪影響を及ぼす問題があり、更にマイクロマシー
ニングなどへの利用の場合には、摩擦が大きく、機械的
駆動部が動き難くなるという問題があった。
【0005】更に複数の異なるエッチング深さの加工
を、1回のエッチングで行うことは困難であった。そこ
で本発明の目的は、感光性ガラスの加工に際して、エッ
チング深さの制御を容易にし、エッチング面の表面粗さ
を小さくすることを可能にし、さらに1回のエッチング
によって深さの異なるエッチング加工を可能にすること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の感光性ガラスの加工方法は、感光性ガラスを
レーザーによって所定のパターンに露光する露光工程
と、露光部を結晶化する熱現像工程と、結晶部を除去す
るエッチング工程を経て、上記感光性ガラスに上記パタ
ーンに対応した溝を形成する加工方法であって、上記レ
ーザーとして上記 感光性ガラスの感度波長域を含むパル
ス発振制御型のものを用い、 上記露光工程は、上記レ
ーザーから複数パルスを上記感光性ガラスに照射するこ
とにより、上記結晶部を所定深さに形成するに必要な
総露光量を与えることを特徴とする。上記露光手段
光性ガラスの感度波長域を含むパルス発振制御型のレー
ザーは、XeClエキシマレーザーが望ましい。
【0007】また上記の露光工程は感光性ガラス板表面
の複数の位置に対し行われるものであり、各位置によっ
て総露光量はそれぞれ異なる量とすると、深さの異なる
溝を加工するのに好適である。
【0008】本発明者は、感光性ガラスを、好ましくは
エキシマレーザーで露光し熱現像する際に、エッチング
速度が非結晶部分と比べエッチングを受け易い結晶を形
成する最小限程度の露光量の時に、エッチングを受け易
い結晶を、薄い板厚の感光性ガラスにおいても板厚を貫
通しない深さで形成できることを発見した。
【0009】この結論に至る実験データを図9、図10
に示している。図10に感光性ガラスの透過率と相対露
光感度を示す。例えば感光性ガラスの感度波長域の30
8nmの発信波長を持つXeClエキシマレーザーを使用
する場合、図10からわかるように感光性ガラスの透過
率は板厚1mmで約30%である。よって感光性ガラス板
の裏面に及ぶ総露光量は表面の30%である。よって裏
面ではエッチングを受け易い結晶部を形成するのに必要
な総露光量に達しない。
【0010】よって露光量を決定し所定の深さだけエッ
チングを受けやすい結晶部を形成することができる。図
9からわかるように1パルス当りのエネルギー強度が8
0mJ/cm2のXeClエキシマレーザーで露光し、総露
光量160mJ/cm2及び320mJ/cm2とし、フッ化水素
酸(HF)6%溶液からなる液温25℃のエッチング液
を用いて、シャワー圧力3kg/cm2でエッチングし、
エッチング深さを調べた結果、総露光量160mJ/cm2
ではエッチング深さが約1.0mm,総露光量320mJ/
cm2ではエッチング深さが約1.3mmとそれぞれ深さが
変ることが判る。
【0011】このことから、所望のエッチング深さを決
定すると、照射すべき総露光量が決まるので、これを露
光し、その後で熱現像し、エッチングを行えば良いこと
が明らかとなった。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。 実施例1 まず、図1〜図4に基づいて、本発明に係る加工方法に
より感光性ガラス製のインクジェットプリンタヘッドの
流路基板を製造する方法を工程順に説明する。図1に示
すように、第1の工程では、板厚2mmの感光性ガラス板
10の表面10aを研磨し、上方にレーザー発振器1を
配置して、レーザー1aを露光マスク2を介して感光性
ガラス板の表面10aに照射する。露光マスク2には感
光性ガラス板10の表面に形成すべき溝に対応した露光
パターン(アパーチャー)2a,2aと、その他の部分
の遮光部2bとが形成してある。
【0013】使用されるレーザーとしては、感光性ガラ
スの感度波長域150〜400nmを含むパルス発振制御
型のレーザーが選ばれ、この例では、308nmの発振波
長を持つXeClエキシマレーザーを使用した。またこ
の露光の際のXeClエキシマレーザーの1パルス当り
のエネルギー強度は、80mJ/cm2とし、2パルス程度
照射し、総露光量を160mJ/cm2程度を与えた。この
照射によって感光性ガラス板10の表面10aには、露
光パターン2aに対応した露光部11,11が形成され
るが、総露光量が少なくかつ等しいので、いずれも裏面
10bまでは露光部は形成されず、所定の深さまでに止
まる。
【0014】図2に示すように、感光性ガラス板10を
500〜700℃程度に加熱し、露光部11を結晶化す
る熱現像を行って、結晶部11aを形成する。結晶部1
1aの下方は非結晶部11bである。
【0015】次に図3に示すように、この感光性ガラス
板10にフッ化水素酸(HF)6%溶液を25℃の液温
に保ったエッチング液を用いて、シャワー圧力3kgf/
cm2でエッチングを行い、結晶部11a,11aを溶解
除去させて溝部12,12を形成する。このエッチング
により、図9に示すように、等しい深さ約1.0mmの溝
部12,12となるので、これをインク流路とするイン
クジェットプリンタヘッドの流路基板が形成される。
【0016】図4に示すインクジェットプリンタヘッド
は、上記のようにして形成した感光性ガラスからなる基
板の表面に振動板3を貼着し、振動板の外面の所定位置
に圧電素子4を設けたものである。このインクジェット
プリンタヘッドは、図示しないインク供給手段からイン
ク流路12内にインクが充填されており、圧電素子4に
電圧が印加されたときに、振動板3が内方へ変形して流
路内のインクが加圧され、インクがインク射出口から噴
出して印字が行われる。
【0017】実施例2 次に、図5〜図8に示す実施例では、感光性ガラス板の
表面に深さの異なる複数の溝を形成する方法を示してい
る。図5に示すように、第1の露光工程では、板厚3mm
の感光性ガラス板20の表面20aを研磨し、上方に実
施例1と同じレーザー発振器1を配置して、レーザー1
aを露光マスク5を介して感光性ガラス板の表面20a
に照射する。露光マスク5には感光性ガラス20の表面
に形成される浅い溝の形状の露光パターン5aと、その
他の部分に遮光部5bとが形成してある。
【0018】使用されるレーザーは実施例1と同じ30
8nmの発振波長を持つXeClエキシマレーザーで、1
パルス当りのエネルギー強度は80mJ/cm2とし、2パ
ルス程度照射し、総露光量を160mJ/cm2程度を与え
た。この照射によって感光性ガラス板20の表面20a
には、露光パターン5aに対応した露光部21が形成さ
れるが、総露光量が少ないので、裏面20bまでは露光
部は形成されず、所定の深さまでに止まり、所定の深さ
より深くには露光部は形成されない。
【0019】図6に示すように、第2の露光工程では、
レーザー1aを露光マスク6を介して感光性ガラス板の
表面20aに照射する。露光マスク6には感光性ガラス
20の表面の別の位置に形成される深い溝の形状の露光
パターン6aと、その他の部分に遮光部6bとが形成し
てある。この度の照射では、レーザー1aの1パルス当
りのエネルギー強度は80mJ/cm2とし、4パルス程度
照射して、総露光量を320mJ/cm2程度を与えた。こ
の照射によって感光性ガラス板20の表面20aには、
露光パターン6aに対応した露光部22が形成される
が、総露光量が第1の露光工程の場合よりも多いので、
露光部21の深さよりは深いが裏面20bまでは露光部
が形成されず、所定の深さまでに止まり、所定の深さよ
り深くには露光部は形成されない。
【0020】図7に示すように、感光性ガラス板20を
500〜700℃程度に加熱し、露光部21,22を結
晶化する熱現像を行って、結晶部21a,22aを形成
する。これらの結晶部21a,22aの下方はいずれも
非結晶部21b,22bである。
【0021】次に図8に示すように、実施例1と同様の
エッチングを行い、結晶部21a,22aを溶解除去さ
せて溝部23,24を形成する。このエッチングによ
り、図9に示すように、溝部23では深さ約1.0mm
に、また溝部24では深さ約1.3mmになり、1度のエ
ッチングにより深さの異なる溝部が形成される。
【0022】実施例1,2のいずれにおいても、エッチ
ング工程では、結晶部11aまたは21a,22aの下
方の非結晶部も僅かながらエッチングされるが、そのエ
ッチング速度は結晶部の20分の1程度であるので、こ
のエッチング深さをも予め考慮して総露光量を定めれば
良い。
【0023】上記実施例においては、露光手段としてX
eclエキシマレーザーを用いているが、レーザーとし
てはその他にもXeF(発振波長351nm),KrF
(発振波長248nm),ArF(発振波長193nm)エ
キシマレーザまたはN2レーザー(発振波長337nm)
等を用いてもよく、またNd+とYAG(イットリウム
・アルミニウム・ガーネット)とを混合したレーザー,
色素レーザー,Krイオンレーザー,Arイオンレーザ
ーまたは銅蒸気レーザーの基本発振波長光を非線形光学
素子などにより紫外域に変換したレーザーを用いてもよ
い。
【0024】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明では、
ーザーとして感光性ガラスの感度波長域を含むパルス発
振制御型のものを用い、露光工程は、上記レーザーから
複数パルスを上記感光性ガラスに照射することにより、
結晶部を所定深さに形成するのに必要な総露光量を与え
るものであるため、時間管理が不要であり、かつ総露光
量の管理が容易になり、所望の深さにエッチングを受け
易い結晶部を形成することができる。エッチングにより
非結晶部が現れるので、エッチング面が滑らかとなり、
インクジェットプリンタヘッドのインク流路やマイクロ
マシーンの加工などに有効である。また複数パルスの照
射による露光工程総露光量を変えて行うことにより、
異なる深さの溝を1回のエッチングにより精密に形成す
ることができ、加工が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の露光工程を示す正面図であ
る。
【図2】同上の熱現像工程後の感光性ガラスの正面図で
ある。
【図3】同上のエッチング工程後の感光性ガラスの断面
図である。
【図4】同上の方法により製造した感光性ガラス製の基
板を用いたインクジェットプリンタヘッドの断面図であ
る。
【図5】本発明の実施例2の第1の露光工程を示す正面
図である。
【図6】同上の第2の露光工程を示す正面図である。
【図7】同上の熱現像工程後の感光性ガラスの正面図で
ある。
【図8】同上のエッチング工程後の感光性ガラスの断面
図である。
【図9】感光性ガラスのエッチング時間とエッチング深
さの関係図である。
【図10】感光性ガラスの透過率と相対露光感度を示す
特性図である。
【符号の説明】
1a 露光手段 10,20 感光性ガラス 11a,21a,22a 結晶部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−232731(JP,A) 特開 平5−139784(JP,A) 実公 昭29−7327(JP,Y2)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 感光性ガラスをレーザーによって所定の
    パターンに露光する露光工程と、露光部を結晶化する熱
    現像工程と、結晶部を除去するエッチング工程を経て、
    上記感光性ガラスに上記パターンに対応した溝を形成す
    る加工方法であって、上記レーザーとして上記感光性ガラスの感度波長域を含
    むパルス発振制御型のものを用い、 上記露光工程は、上記レーザーから複数パルスを上記感
    光性ガラスに照射することにより、上記結晶部を所定深
    さに形成するに必要な総露光量を与えることを特徴と
    する感光性ガラスの加工方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、上記レーザーは、X
    eC1エキシマレーザーであることを特徴とする感光性
    ガラスの加工方法。
  3. 【請求項3】 請求項1において、上記露光工程は上記
    感光性ガラス板表面の複数の位置に対し行われるもので
    あり、各露光工程における総露光量は、それぞれ異なる
    ことを特徴とする感光性ガラスの加工方法。
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