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JP2008207493A - Droplet discharge head, method for manufacturing droplet discharge head, and droplet discharge apparatus - Google Patents

Droplet discharge head, method for manufacturing droplet discharge head, and droplet discharge apparatus Download PDF

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JP2008207493A
JP2008207493A JP2007047876A JP2007047876A JP2008207493A JP 2008207493 A JP2008207493 A JP 2008207493A JP 2007047876 A JP2007047876 A JP 2007047876A JP 2007047876 A JP2007047876 A JP 2007047876A JP 2008207493 A JP2008207493 A JP 2008207493A
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JP
Japan
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droplet discharge
cavity
reservoir
discharge head
substrate
Prior art date
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Application number
JP2007047876A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazufumi Otani
和史 大谷
Katsuharu Arakawa
克治 荒川
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】ノズルの高密度化を可能にし、かつクロストーク防止に十分なリザーバ体積の確保を可能としながらも、製造コストの低減が可能な液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】複数のノズル孔と、ノズル孔の各々に連通し、内部に圧力を発生させて各ノズル孔より液滴を吐出するキャビティ12となる複数のキャビティ用凹部12aと、キャビティ用凹部12aと同一面側に形成され、キャビティ用凹部12aに供給する液滴を溜めるリザーバ13となるリザーバ用凹部13aと、各キャビティ12と前記リザーバ13とを連通する複数のオリフィスとが形成された流路基板1と、流路基板1に接合され、流路基板1のキャビティ12内に圧力を発生させる振動板21を有する振動板基板2と、振動板21を変形させてキャビティ12内に圧力変化を与えるアクチュエータとを備える。
【選択図】図1
Disclosed is a droplet discharge head, a method for manufacturing the droplet discharge head, and a liquid capable of reducing the manufacturing cost while enabling a high density of nozzles and ensuring a sufficient reservoir volume for preventing crosstalk. A droplet discharge device is provided.
SOLUTION: A plurality of cavity holes 12a, a plurality of cavity recesses 12a that are communicated with each of the nozzle holes, generate pressure inside, and serve as cavities 12 for discharging droplets from the nozzle holes, and cavity recesses 12a And a reservoir recess 13a that serves as a reservoir 13 for storing droplets to be supplied to the cavity recess 12a, and a plurality of orifices that communicate the cavities 12 with the reservoir 13. The substrate 1, the diaphragm substrate 2 having the diaphragm 21 joined to the channel substrate 1 and generating pressure in the cavity 12 of the channel substrate 1, and the diaphragm 21 is deformed to change the pressure in the cavity 12. Providing actuator.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置に関するものである。   The present invention relates to a droplet discharge head, a method for manufacturing a droplet discharge head, and a droplet discharge apparatus.

液滴を吐出するための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基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で、上記ノズル孔に連通する圧力室(キャビティ)、リザーバ等のインク流路が形成された流路基板とを備え、キャビティの底面に形成された振動板を駆動手段により変位させ、キャビティに圧力を加えることにより、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方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用する方式等がある。   As a droplet discharge head for discharging droplets, for example, an inkjet head mounted on an inkjet recording apparatus is known. In general, an inkjet head includes a nozzle substrate in which a plurality of nozzle holes for discharging ink droplets are formed, and a pressure chamber (cavity) that is joined to the nozzle substrate and communicates with the nozzle holes. And a flow path substrate on which ink flow paths such as a reservoir are formed, and a diaphragm formed on the bottom surface of the cavity is displaced by a driving means, and pressure is applied to the cavity so that ink droplets are selected from the selected nozzle holes. It is comprised so that it may discharge. As the driving means, there are a method using an electrostatic force, a piezoelectric method using a piezoelectric element, a method using a heating element, and the like.

近年、インクジェットヘッドは、高速印字に対応するため多ノズル化が進んでおり、また高解像度化の要求から微小な駆動機構(アクチュエータ)が求められている。駆動機構が小型化され、高密度化されると、インクを吐出するノズルごとに設けられたキャビティの隔壁が薄くなり、隔壁の剛性が低くなるため、1つのキャビティのインクが吐出されたときに隣接するキャビティが影響を受けるという、いわゆるクロストークの問題があった。このようなクロストークの問題は、キャビティの圧力がリザーバを介して他のキャビティに加わることによっても発生する。このようなクロストークを防止するために、従来のインクジェットヘッドでは、リザーバを、キャビティが形成される流路基板とは別に独立して設け、リザーバの体積を大きく確保することで対応していた(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−103167号公報(図1)
In recent years, inkjet heads have increased in number of nozzles in order to cope with high-speed printing, and minute drive mechanisms (actuators) have been demanded from the demand for higher resolution. When the drive mechanism is miniaturized and densified, the partition wall of the cavity provided for each nozzle that ejects ink becomes thinner and the rigidity of the partition wall becomes lower. Therefore, when ink in one cavity is ejected There was a so-called crosstalk problem that adjacent cavities were affected. Such a crosstalk problem also occurs when the cavity pressure is applied to other cavities via the reservoir. In order to prevent such crosstalk, the conventional ink-jet head has responded by providing the reservoir separately from the flow path substrate on which the cavity is formed, and ensuring a large reservoir volume ( For example, see Patent Document 1).
Japanese Patent Laying-Open No. 2006-103167 (FIG. 1)

しかしながら、上記従来のインクジェットヘッドでは、リザーバ基板を設けることによりリザーバ体積を確保できる利点があるものの、部品点数が多くなるため、部材費と組立コストの増加を招くという問題があった。   However, although the conventional ink jet head has an advantage that the reservoir volume can be secured by providing the reservoir substrate, there is a problem in that the number of parts is increased, resulting in an increase in member cost and assembly cost.

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、ノズルの高密度化を可能にし、かつクロストーク防止に十分なリザーバ体積の確保を可能としながらも、製造コストの低減が可能な液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and enables droplet discharge that enables a high density of nozzles and a sufficient reservoir volume to prevent crosstalk while reducing manufacturing costs. It is an object to obtain a head, a method for manufacturing a droplet discharge head, and a droplet discharge device.

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、複数のノズル孔と、ノズル孔の各々に連通し、内部に圧力を発生させて各ノズル孔より液滴を吐出するキャビティとなる複数のキャビティ用凹部と、キャビティ用凹部と同一面側に形成され、キャビティ用凹部に供給する液滴を溜めるリザーバとなるリザーバ用凹部と、各キャビティとリザーバとを連通する複数のオリフィスとが形成された流路基板と、流路基板に接合され、流路基板のキャビティ内に圧力を発生させる振動板を有する振動板基板と、振動板を変形させてキャビティ内に圧力変化を与えるアクチュエータとを備えたものである。
このように、ノズル孔とキャビティとリザーバとを1枚の流路基板に形成するようにしたので、部材費と組立コストを低減することが可能となる。
また、キャビティと振動板とを別々の基板で形成した構造であるので、キャビティの底面を振動板とした従来構造のように、キャビティの深さと振動板の厚み寸法に制約されることなく、キャビティを形成する基板、すなわち流路基板の厚みを自由に選択することができる。このため、十分な厚さの基板を流路基板として選択することで、吐出に最適なキャビティの深さを確保しながら、クロストーク防止に十分なリザーバ体積も確保することが可能となる。その結果、ノズルの高密度化が可能で、且つインク吐出時に発生するノズル間の圧力干渉を防止して吐出特性が良好なインクジェットヘッドを得ることができる。
A droplet discharge head according to the present invention includes a plurality of nozzle holes, a plurality of cavity recesses that communicate with each of the nozzle holes, generate pressure inside, and serve as cavities for discharging droplets from each nozzle hole, A flow path substrate formed on the same side as the cavity recess and serving as a reservoir for storing droplets to be supplied to the cavity recess, and a plurality of orifices communicating each cavity and the reservoir; A vibration plate substrate having a vibration plate that is bonded to the flow path substrate and generates pressure in the cavity of the flow path substrate, and an actuator that deforms the vibration plate and changes the pressure in the cavity are provided.
As described above, since the nozzle hole, the cavity, and the reservoir are formed on one flow path substrate, the member cost and the assembly cost can be reduced.
In addition, since the cavity and the diaphragm are formed of separate substrates, the cavity is not limited by the cavity depth and the diaphragm thickness, unlike the conventional structure in which the bottom surface of the cavity is a diaphragm. The thickness of the substrate on which the film is formed, that is, the flow path substrate can be freely selected. For this reason, by selecting a substrate having a sufficient thickness as the flow path substrate, it is possible to ensure a sufficient reservoir volume for preventing crosstalk while ensuring an optimum cavity depth for ejection. As a result, it is possible to increase the density of the nozzles, and it is possible to obtain an ink jet head having good ejection characteristics by preventing pressure interference between the nozzles that occurs during ink ejection.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、アクチュエータを、振動板の流路基板とは反対側の面に形成した圧電素子に電圧を印加して、圧電素子の変形により振動板を変形させる圧電アクチュエータとしたものである。
これにより、高精度なインク滴制御と高出力な吐出エネルギーを併せ持つインクジェットヘッドを得ることができる。
The liquid droplet ejection head according to the present invention is a piezoelectric device in which a voltage is applied to a piezoelectric element formed on the surface of the diaphragm opposite to the flow path substrate, and the diaphragm is deformed by deformation of the piezoelectric element. It is an actuator.
Thereby, an ink jet head having both high-precision ink droplet control and high-output ejection energy can be obtained.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、アクチュエータを、振動板と振動板に一定距離を隔てた電極との間に電圧を印加して静電気力を発生させ、その静電気力を利用して振動板を変形させる静電アクチュエータとしたものである。
これにより、高密度で多数のノズルを有する安価なインクジェットヘッドを得ることができる。
Further, the droplet discharge head according to the present invention generates an electrostatic force by applying a voltage between the vibration plate and the electrode spaced apart from the vibration plate by a certain distance, and vibrates using the electrostatic force. This is an electrostatic actuator that deforms a plate.
Thereby, an inexpensive ink jet head having a high density and a large number of nozzles can be obtained.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズル孔が、流路基板の振動板基板との接合面から反対側の面に向かって段階的または徐々に小さくなるように形成されているものである。
これにより、ノズル長が長くなることによる流路抵抗の増加を抑制することが可能となる。また、吐出方向に向かってノズル径が小さくなるので、整流作用によりインク吐出方向の直進性を高める効果もある。
Further, the droplet discharge head according to the present invention is such that the nozzle hole is gradually or gradually decreased from the joint surface of the flow path substrate with the diaphragm substrate toward the opposite surface. is there.
Thereby, it becomes possible to suppress an increase in flow path resistance due to an increase in the nozzle length. Further, since the nozzle diameter becomes smaller in the ejection direction, there is also an effect of improving the straightness in the ink ejection direction by the rectifying action.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、リザーバ用凹部の深さが、キャビティ用凹部の深さよりも深いものである。
これにより、リザーバの体積を十分に確保することができ、駆動による圧力変動を効率良く吸収することが可能となる。
In the droplet discharge head according to the present invention, the depth of the concave portion for the reservoir is deeper than the depth of the concave portion for the cavity.
As a result, a sufficient volume of the reservoir can be secured, and pressure fluctuations due to driving can be efficiently absorbed.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、オリフィスの深さがキャビティ用凹部の深さと同じであり、オリフィスの幅がキャビティ用凹部の幅よりも小さいものである。
これにより、キャビティを形成する工程でオリフィスも同時に加工することができ、工程数を削減することができる。
In the droplet discharge head according to the present invention, the depth of the orifice is the same as the depth of the cavity recess, and the width of the orifice is smaller than the width of the cavity recess.
Thereby, the orifice can be processed simultaneously in the process of forming the cavity, and the number of processes can be reduced.

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、ノズル孔とキャビティとリザーバとオリフィスとを流路基板基材に形成する際には、それぞれに対応した開口パターンの全てが形成された一つのマスク部材を用いて、流路基板基材を片面側からドライエッチングすることにより形成するものである。
これにより、各部位(ノズル孔、キャビティ、オリフィス及びリザーバ)の位置合わせ精度および形状精度を向上させることができる。
A method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention is a method for manufacturing a droplet discharge head according to any one of the above, wherein a nozzle hole, a cavity, a reservoir, and an orifice are formed on a flow path substrate base material. In this method, the flow path substrate base material is formed by dry etching from one side using a single mask member in which all corresponding opening patterns are formed.
Thereby, the alignment accuracy and shape accuracy of each part (nozzle hole, cavity, orifice and reservoir) can be improved.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、ノズル孔とキャビティとリザーバの一部とオリフィスとを流路基板基材に形成する際には、それぞれに対応した開口パターンの全てが形成された一つのマスク部材を用いて、流路基板基材を片面側からドライエッチングすることにより形成し、その後、前記と同一の片面側からマスク部材とは別のマスク部材を用いたウェットエッチングによりリザーバの残部を形成するものである。
このように、エッチング量の多いリザーバを形成するに際し、ドライエッチングとウェットエッチングとを併用して形成するようにしたので、高スループットでリザーバを形成することができる。
A method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention is the method for manufacturing a droplet discharge head according to any one of the above, wherein the nozzle hole, the cavity, a part of the reservoir, and the orifice are connected to the channel substrate base. When forming on the material, it is formed by dry etching the flow path substrate substrate from one side using one mask member in which all of the corresponding opening patterns are formed, and then the same as above The remaining portion of the reservoir is formed by wet etching using a mask member different from the mask member from one surface side.
As described above, when forming a reservoir with a large etching amount, dry etching and wet etching are used in combination, so that the reservoir can be formed with high throughput.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、流路基板基材にエッチングを行う際に用いるマスク部材を熱酸化膜としたものである。
このように、マスク部材として熱酸化膜を用いるようにしたため、緻密で均一性の良好なマスクを良好なスループットで形成できる。
In the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the mask member used when etching the flow path substrate base material is a thermal oxide film.
Thus, since the thermal oxide film is used as the mask member, a dense and uniform mask can be formed with good throughput.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、流路基板基材にリザーバの残部をウェットエッチングにより形成する際に用いるマスク部材が、リザーバに対応する部分に開口が形成されたものであり、その開口を形成する際には、ノズル孔とキャビティとリザーバの一部とオリフィスを形成した流路基板基材の全面に熱酸化膜を形成した後、リザーバに対応する部分が開口したマスク基板を流路基板基材のリザーバ形成面側に密着させ、熱酸化膜をドライエッチングすることにより形成するものである。
これにより、流路基板基材全体に形成された熱酸化膜のうち、リザーバが途中まで形成されて凹状となった部分の底面部分の熱酸化膜から、リザーバに対応する部分だけを的確に除去することが可能である。
In the method of manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, the mask member used when the remaining portion of the reservoir is formed on the flow path substrate base material by wet etching has an opening formed in a portion corresponding to the reservoir. Yes, when forming the opening, a thermal oxide film is formed on the entire surface of the flow path substrate substrate on which the nozzle hole, cavity, part of the reservoir and orifice are formed, and then the mask corresponding to the reservoir is opened. The substrate is formed by bringing the substrate into close contact with the reservoir forming surface side of the flow path substrate base material and dry etching the thermal oxide film.
As a result, of the thermal oxide film formed on the entire substrate substrate, only the portion corresponding to the reservoir is accurately removed from the thermal oxide film on the bottom surface of the concave portion where the reservoir is formed halfway. Is possible.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、熱酸化膜のドライエッチングにRIEを用いるものである。
このRIEの良好な直進性により、マスク基板から一定の距離がある凹部底面の熱酸化膜を正確に開口することができる。
The method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention uses RIE for dry etching of a thermal oxide film.
Due to the good straightness of RIE, the thermal oxide film on the bottom surface of the recess having a certain distance from the mask substrate can be accurately opened.

本発明に係る液滴吐出装置は、上記の何れかの液滴吐出ヘッドを搭載するものである。
これにより、液滴吐出時に発生するノズル間の圧力干渉を防止して吐出特性が良好な液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることができる。
A droplet discharge apparatus according to the present invention is equipped with any of the above-described droplet discharge heads.
Accordingly, it is possible to obtain a droplet discharge device including a droplet discharge head having good discharge characteristics by preventing pressure interference between nozzles that occurs during droplet discharge.

以下、本発明を適用した液滴吐出ヘッドの実施の形態について説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、ノズル基板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インクジェットヘッドについて説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、基板の端部に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するエッジ吐出型の液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができる。   Hereinafter, embodiments of a droplet discharge head to which the present invention is applied will be described. Here, as an example of a droplet discharge head, a face discharge type inkjet head that discharges ink droplets from nozzle holes provided on the surface of a nozzle substrate will be described. Note that the present invention is not limited to the structure and shape shown in the following drawings, and is similarly applied to an edge discharge type droplet discharge head that discharges ink droplets from nozzle holes provided at the end of the substrate. Can be applied.

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ある。また、図2は、図1に示したインクジェットヘッドの組立状態を示す縦断面図である。なお、図1及び図2には、アクチュエータ(駆動手段)が圧電駆動方式のインクジェットヘッドを示しているが、圧電駆動方式に限られず、静電駆動方式等、その他の駆動方式であってもよい。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an assembled state of the ink jet head shown in FIG. 1 and 2 show an inkjet head in which the actuator (driving means) is a piezoelectric drive system, but it is not limited to the piezoelectric drive system, and other drive systems such as an electrostatic drive system may be used. .

図1、図2において、インクジェットヘッド(液滴吐出ヘッドの一例)10は、流路基板1と、振動板基板2とで構成されている。以下、各基板の構成について詳述する。   In FIG. 1 and FIG. 2, an ink jet head (an example of a droplet discharge head) 10 includes a flow path substrate 1 and a diaphragm substrate 2. Hereinafter, the configuration of each substrate will be described in detail.

流路基板1は、例えば厚さ300μm、面方位(100)の単結晶シリコン基板で構成されている。流路基板1には、複数のノズル孔11が所定のピッチで垂直に貫通形成されている。また、ノズル列11は複数列とすることもある。各ノズル孔11は、振動板基板2との接合面から反対側の面に向かって段階的または徐々に小さくなるように形成されている。本例では、段階的に小さくなるように形成されており、径の小さい孔から順に、第1ノズル孔11a、第2ノズル孔11b、第3ノズル孔11cの3段構成となっている。このように構成することで、ノズル長が長くなることによる流路抵抗の増加を抑制する効果がある。また、吐出口に向かってノズル径が小さくなるので、整流作用によりインク吐出方向の直進性を高める効果もある。   The flow path substrate 1 is composed of, for example, a single crystal silicon substrate having a thickness of 300 μm and a plane orientation (100). A plurality of nozzle holes 11 are vertically formed in the flow path substrate 1 at a predetermined pitch. The nozzle row 11 may be a plurality of rows. Each nozzle hole 11 is formed so as to decrease stepwise or gradually from the joint surface with the diaphragm substrate 2 toward the opposite surface. In this example, the first nozzle hole 11a, the second nozzle hole 11b, and the third nozzle hole 11c are formed in a three-stage configuration in order from a hole having a small diameter. By comprising in this way, there exists an effect which suppresses the increase in flow-path resistance by nozzle length becoming long. In addition, since the nozzle diameter decreases toward the ejection port, there is also an effect of improving the straightness in the ink ejection direction by the rectifying action.

また、流路基板1において、振動板基板2との接合面には、各ノズル孔11に独立して連通し、内部に圧力を発生させて各ノズル孔11よりインクを吐出するキャビティ12となるキャビティ用凹部12aと、各キャビティ12に供給するインクを溜めるリザーバ13となるリザーバ用凹部13aと、各キャビティ12とリザーバ13とを連通する複数のオリフィス14とが形成されている。なお、オリフィス14の幅は、流路抵抗を調整するため、キャビティ用凹部12aの幅よりも小さく形成されている。   Further, in the flow path substrate 1, the joint surface with the diaphragm substrate 2 communicates independently with each nozzle hole 11, and becomes a cavity 12 that generates pressure inside and discharges ink from each nozzle hole 11. A cavity recess 12 a, a reservoir recess 13 a serving as a reservoir 13 for storing ink to be supplied to each cavity 12, and a plurality of orifices 14 communicating each cavity 12 and the reservoir 13 are formed. In addition, the width of the orifice 14 is formed smaller than the width of the cavity recess 12a in order to adjust the channel resistance.

振動板基板2は、例えば厚さ30μmのステンレスで構成されている。振動板基板2においてキャビティ12と対向する部分が振動板21となっており、振動板21のキャビティ12と反対側の面には圧電素子22が形成されている。圧電素子22は、例えばピエゾ素子などからなる圧電体膜(PZT)23の両面に、上電極膜24及び下電極膜25が形成された構成を有している。本実施形態では、下電極膜25を圧電素子22の共通電極とし、上電極膜24を圧電素子22の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、圧電素子22と当該圧電素子22の駆動により変位が生じる振動板21とを合わせて圧電アクチュエータと称する。   The diaphragm substrate 2 is made of stainless steel having a thickness of 30 μm, for example. A portion of the diaphragm substrate 2 that faces the cavity 12 is a diaphragm 21, and a piezoelectric element 22 is formed on the surface of the diaphragm 21 opposite to the cavity 12. The piezoelectric element 22 has a configuration in which an upper electrode film 24 and a lower electrode film 25 are formed on both surfaces of a piezoelectric film (PZT) 23 made of, for example, a piezoelectric element. In this embodiment, the lower electrode film 25 is used as a common electrode for the piezoelectric element 22 and the upper electrode film 24 is used as an individual electrode for the piezoelectric element 22. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. Here, the piezoelectric element 22 and the vibration plate 21 that is displaced by driving the piezoelectric element 22 are collectively referred to as a piezoelectric actuator.

また、振動板基板2には、外部のインクカートリッジ(図示せず)内のインクを流路基板1のリザーバ13に供給するためのインク供給孔26が貫通形成されている。   The diaphragm substrate 2 is formed with an ink supply hole 26 for supplying ink in an external ink cartridge (not shown) to the reservoir 13 of the flow path substrate 1.

ここで、上記のように構成されたインクジェットヘッド10の動作について説明する。
インクジェットヘッド10には、外部のインクカートリッジ(図示せず)内のインクがインク供給孔26を通じてリザーバ13内に供給され、さらにインクは個々のオリフィス14からそれぞれのキャビティ12を経て、ノズル孔11の先端まで満たされている。なお、このインクジェットヘッド10の動作を制御するためのドライバIC等の駆動制御回路(図示せず)が、圧電素子22の各個別電極となる上電極膜24と共通電極となる下電極膜25との間に接続されている。
Here, the operation of the inkjet head 10 configured as described above will be described.
Ink jet head 10 is supplied with ink in an external ink cartridge (not shown) into reservoir 13 through ink supply holes 26, and ink is further passed from individual orifices 14 through respective cavities 12 to nozzle holes 11. Filled up to the tip. A drive control circuit (not shown) such as a driver IC for controlling the operation of the inkjet head 10 includes an upper electrode film 24 serving as each individual electrode of the piezoelectric element 22 and a lower electrode film 25 serving as a common electrode. Connected between.

したがって、この駆動制御回路により圧電素子22に駆動信号(パルス電圧)を印加すると、下電極膜25、圧電体膜及び振動板21がたわみ変形し、キャビティ12内の圧力が高まり、ノズル孔11からインク滴が吐出する。   Therefore, when a drive signal (pulse voltage) is applied to the piezoelectric element 22 by this drive control circuit, the lower electrode film 25, the piezoelectric film, and the diaphragm 21 are deformed and the pressure in the cavity 12 is increased. Ink droplets are ejected.

本実施の形態1に係るインクジェットヘッド10によれば、ノズル孔11とキャビティ12とリザーバ13とを1枚の流路基板1に形成するようにしたので、部材費と組立コストを低減することが可能となる。   According to the inkjet head 10 according to the first embodiment, since the nozzle hole 11, the cavity 12, and the reservoir 13 are formed in one flow path substrate 1, the member cost and the assembly cost can be reduced. It becomes possible.

また、キャビティ12と振動板21とを別々の基板で形成した構造であるので、キャビティ12の底面を振動板21とした従来構造のように、キャビティ12の深さと振動板21の厚み寸法に制約されることなく、キャビティ12を形成する基板、すなわち流路基板1の厚みを自由に選択することができる。このため、十分な厚さの基板を流路基板1として選択することで、吐出に最適なキャビティ12の深さを確保しながら、クロストーク防止に十分なリザーバ体積も確保することが可能となる。その結果、ノズルの高密度化が可能で、且つインク吐出時に発生するノズル間の圧力干渉を防止して吐出特性が良好なインクジェットヘッドを得ることができる。   Further, since the cavity 12 and the diaphragm 21 are formed of different substrates, the depth of the cavity 12 and the thickness dimension of the diaphragm 21 are limited as in the conventional structure in which the bottom surface of the cavity 12 is the diaphragm 21. The thickness of the substrate on which the cavity 12 is formed, that is, the flow path substrate 1 can be freely selected. For this reason, by selecting a substrate having a sufficient thickness as the flow path substrate 1, it is possible to ensure a sufficient reservoir volume for preventing crosstalk while ensuring an optimum depth of the cavity 12 for ejection. . As a result, it is possible to increase the density of the nozzles, and it is possible to obtain an ink jet head having good ejection characteristics by preventing pressure interference between the nozzles that occurs during ink ejection.

また、十分なリザーバ体積を確保するにあたり、本実施の形態1では上述したようにキャビティ12と振動板21とを別々の基板で形成したヘッド構造としたことに加え、リザーバ用凹部13aの深さを、キャビティ用凹部12aの深さよりも深く形成するようにしたため、駆動による圧力変動を効率良く吸収することが可能となっている。   In order to secure a sufficient reservoir volume, the first embodiment has a head structure in which the cavity 12 and the diaphragm 21 are formed of different substrates as described above, and the depth of the reservoir recess 13a. Is formed deeper than the depth of the cavity recess 12a, it is possible to efficiently absorb pressure fluctuations caused by driving.

また、実施の形態1のインクジェットヘッド10では、圧電駆動式を採用したので、高精度なインク滴制御と高出力な吐出エネルギーを併せ持つインクジェットヘッドを得ることができる。   Further, since the ink jet head 10 of the first embodiment employs a piezoelectric drive type, an ink jet head having both high-precision ink droplet control and high-output ejection energy can be obtained.

また、ノズル孔11を、吐出方向の先端に向かうにしたがって段階的に又は徐々に小さくなるように形成し、ノズル孔11に対するインクの入口径を出口径よりも大きく形成したため、ノズル長が長くなることによる流路抵抗の増加を抑制することが可能となる。また、吐出方向に向かってノズル径が小さくなるので、整流作用によりインク吐出方向の直進性を高める効果もある。   Further, since the nozzle hole 11 is formed so as to decrease stepwise or gradually toward the tip in the ejection direction, and the ink inlet diameter with respect to the nozzle hole 11 is formed larger than the outlet diameter, the nozzle length becomes longer. Accordingly, it is possible to suppress an increase in flow path resistance. Further, since the nozzle diameter becomes smaller in the ejection direction, there is also an effect of improving the straightness in the ink ejection direction by the rectifying action.

次に、実施の形態1に係るインクジェットヘッド10の製造方法について、図3及び図4を用いて説明する。なお、以下において示す基板の厚さやエッチング深さ、温度、圧力等の値はあくまでも一例を示すものであり、本発明はこれらの値によって限定されるものではない。ここでは、流路基板1の製造方法について説明し、圧電素子22を有する振動板基板2の製造方法については従来公知の方法を用いることができるため、ここではその説明を省略する。   Next, a method for manufacturing the inkjet head 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the values of the substrate thickness, etching depth, temperature, pressure and the like shown below are merely examples, and the present invention is not limited to these values. Here, a manufacturing method of the flow path substrate 1 will be described, and a conventionally known method can be used as a manufacturing method of the diaphragm substrate 2 having the piezoelectric elements 22, and thus description thereof is omitted here.

(a)厚さ300μm、面方位(100)の単結晶シリコン基板から構成される流路基板基材100を用意し、この流路基板基材100の外面に厚さ2.8μmの熱酸化膜101を形成する。そして、振動板基板2と接着する側の面Aの熱酸化膜101に、第1ノズル孔11a、第2ノズル孔11b、第3ノズル孔11c、キャビティ12、オリフィス14、リザーバ13になるそれぞれの部分111a、111b、111c、112、114、113を、フォトリソグラフィー法により開口する。このとき、A面における各部分111a、111b、111c、112、114、113の熱酸化膜101の残し膜厚が、次の関係になるようにエッチングする。
第1ノズル孔11aになる部分111a=0<第2ノズル孔11bになる部分111b<第3ノズル孔11cになる部分111c=リザーバ13になる部分113<キャビティ12になる部分112=オリフィス14になる部分114
(A) A flow path substrate 100 made of a single crystal silicon substrate having a thickness of 300 μm and a plane orientation (100) is prepared, and a thermal oxide film having a thickness of 2.8 μm is formed on the outer surface of the flow path substrate 100. 101 is formed. The first nozzle hole 11a, the second nozzle hole 11b, the third nozzle hole 11c, the cavity 12, the orifice 14, and the reservoir 13 are formed on the thermal oxide film 101 on the surface A to be bonded to the diaphragm substrate 2. The portions 111a, 111b, 111c, 112, 114, and 113 are opened by a photolithography method. At this time, etching is performed so that the remaining film thickness of the thermal oxide film 101 in each of the portions 111a, 111b, 111c, 112, 114, and 113 on the A plane has the following relationship.
The portion 111a to be the first nozzle hole 11a = 0 <the portion 111b to be the second nozzle hole 11b <the portion 111c to be the third nozzle hole 11c = the portion 113 to be the reservoir 13 <the portion 113 to be the cavity 12 112 = the orifice 14 Part 114

(b)次に、A面の第1ノズル孔11aになる部分111aを、ICPで100μm程、ドライエッチングする。
(c)次に、熱酸化膜101を適量エッチング除去して、第2ノズル孔11bになる部分111bを開口させ、ICPを用いたドライエッチングで第2ノズル孔11bになる部分111bを50μm程エッチングする。
(B) Next, the portion 111a which becomes the first nozzle hole 11a on the A surface is dry-etched by ICP to about 100 μm.
(C) Next, an appropriate amount of the thermal oxide film 101 is removed by etching to open the portion 111b that becomes the second nozzle hole 11b, and the portion 111b that becomes the second nozzle hole 11b is etched by about 50 μm by dry etching using ICP. To do.

(d)次に、熱酸化膜101を適量エッチング除去して、第3ノズル孔11cになる部分111c及びリザーバ13になる部分113を開口させ、ICPを用いたドライエッチングで第3ノズル孔11cになる部分111c及びリザーバ13になる部分113を170μm程エッチングする。
(e)そして、熱酸化膜101を適量エッチング除去して、キャビティ12になる部分112及びオリフィス14になる部分114を開口させ、ICPを用いたドライエッチングでキャビティ12になる部分112及びオリフィス14になる部分114を80μm程エッチングする。このとき、リザーバ13になる部分113も同様にエッチングされ、キャビティ用凹部12a、オリフィス14及びリザーバ用凹部13aがそれぞれ所望の深さに形成される。また、第1ノズル孔11aになる部分111a、第2ノズル孔11bになる部分111b及び第3ノズル孔11cになる部分111cも同様にドライエッチングされ、流路基板基材100を貫通してノズル孔11が形成される。
(f)そして、熱酸化膜101を除去した後に、再度、厚さ0.1μmの熱酸化膜120をインク保護膜として形成する。
以上により流路基板1が作製される。
(D) Next, an appropriate amount of the thermal oxide film 101 is removed by etching to open the portion 111c that becomes the third nozzle hole 11c and the portion 113 that becomes the reservoir 13, and the third nozzle hole 11c is formed by dry etching using ICP. The portion 111 c to be formed and the portion 113 to be the reservoir 13 are etched by about 170 μm.
(E) Then, the thermal oxide film 101 is removed by an appropriate amount to open the portion 112 that becomes the cavity 12 and the portion 114 that becomes the orifice 14, and the portion 112 and orifice 14 that become the cavity 12 by dry etching using ICP. The portion 114 to be formed is etched by about 80 μm. At this time, the portion 113 which becomes the reservoir 13 is similarly etched, and the cavity recess 12a, the orifice 14 and the reservoir recess 13a are formed at desired depths, respectively. Also, the portion 111a that becomes the first nozzle hole 11a, the portion 111b that becomes the second nozzle hole 11b, and the portion 111c that becomes the third nozzle hole 11c are similarly dry-etched and penetrate the flow path substrate base material 100 to form nozzle holes. 11 is formed.
(F) Then, after removing the thermal oxide film 101, a thermal oxide film 120 having a thickness of 0.1 μm is formed again as an ink protective film.
Thus, the flow path substrate 1 is manufactured.

このように作製された流路基板1に、圧電素子22及びインク供給孔26が形成された振動板基板2を接着剤により接着し、インクジェットヘッド10が作製される。   The ink jet head 10 is manufactured by adhering the diaphragm substrate 2 formed with the piezoelectric elements 22 and the ink supply holes 26 to the flow path substrate 1 manufactured in this way with an adhesive.

以上のように、実施の形態1に係るインクジェットヘッド10の製造方法では、ノズル孔11、キャビティ12、オリフィス14及びリザーバ13を振動板基板2との接合面側に設け、流路基板1の全ての加工を前記接合面側からの片面加工で完了させることができるため、歩留まりと生産性を向上することができる。   As described above, in the method of manufacturing the inkjet head 10 according to the first embodiment, the nozzle hole 11, the cavity 12, the orifice 14, and the reservoir 13 are provided on the joint surface side with the diaphragm substrate 2, and all of the flow path substrate 1 is provided. This process can be completed by single-sided processing from the joint surface side, so that yield and productivity can be improved.

また、流路基板基材100に各部位(ノズル孔11、キャビティ12、オリフィス14及びリザーバ13)を形成する際には、その各部位(ノズル孔11、キャビティ12、オリフィス14及びリザーバ13)のそれぞれに対応した開口パターンの全てが形成された一つのマスク部材(熱酸化膜101)を用いた片面ドライエッチングで形成するようにしたので、各部位を形成する度に、その部位に対応したマスク部材を形成し直す方法に比べて、各部位の位置合わせ精度および形状精度を向上させることができる。   Further, when forming each part (nozzle hole 11, cavity 12, orifice 14 and reservoir 13) in the flow path substrate base material 100, each part (nozzle hole 11, cavity 12, orifice 14 and reservoir 13) is formed. Since it is formed by single-sided dry etching using one mask member (thermal oxide film 101) in which all the opening patterns corresponding to each are formed, each time each part is formed, a mask corresponding to that part is formed. Compared with the method of re-forming the member, the alignment accuracy and shape accuracy of each part can be improved.

また、流路基板1の各部位の全てをドライエッチングで形成するため、各部位を高精度に形成できる。   Further, since all the parts of the flow path substrate 1 are formed by dry etching, each part can be formed with high accuracy.

また、流路基板基材100に各部位を形成する際に用いるマスク部材として熱酸化膜101を用いるようにしたため、緻密で均一性の良好なマスクを良好なスループットで形成できる。   Further, since the thermal oxide film 101 is used as a mask member used when forming each part on the flow path substrate base material 100, a dense and uniform mask can be formed with good throughput.

実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2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、図6は、図5に示したインクジェットヘッドの組立状態を示す縦断面図である。なお、実施の形態1と同一部分には同じ符号を付し説明を省略する。
実施の形態2に係るインクジェットヘッド200は、アクチュエータ(駆動手段)を静電駆動方式とするとともに、流路基板1のリザーバ13部分の製造を、実施の形態1ではドライエッチングのみで形成していたのに代えて、実施の形態2ではドライエッチングとウェットエッチングの両方を用いて形成するようにしたものである。
Embodiment 2. FIG.
5 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the inkjet head according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an assembled state of the inkjet head shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.
In the inkjet head 200 according to the second embodiment, the actuator (driving means) is an electrostatic drive system, and the reservoir 13 portion of the flow path substrate 1 is manufactured only by dry etching in the first embodiment. Instead of this, in the second embodiment, both dry etching and wet etching are used.

本実施の形態2のインクジェットヘッド200は、上述したように静電駆動方式のもので、実施の形態1において振動板基板2に設けられていた圧電素子22は削除されている。また、振動板基板2の少なくとも電極基板3側の面には、例えばTEOS(Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane :テトラエトキシシラン、珪酸エチル)を原料としたプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長法)によるSiO2膜からなる絶縁膜が、例えば0.1μmの厚さで形成されている(図示せず)。この絶縁膜は、インクジェットヘッド10の駆動時における絶縁破壊や短絡を防止するために設けられている。 The inkjet head 200 according to the second embodiment is of the electrostatic drive type as described above, and the piezoelectric element 22 provided on the diaphragm substrate 2 in the first embodiment is omitted. Further, at least the surface of the diaphragm substrate 2 on the electrode substrate 3 side is made of SiO 2 by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) using, for example, TEOS (Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane) as a raw material. An insulating film made of a film is formed with a thickness of 0.1 μm, for example (not shown). This insulating film is provided in order to prevent dielectric breakdown or short circuit when the inkjet head 10 is driven.

また、振動板基板2の流路基板1と反対側の面には、電極基板3が接合されている。電極基板3は、例えば厚さ約1mmのガラス材から作製されている。電極基板3には、振動板基板2の各振動板21に対向する表面の位置に、それぞれ電極用凹部31が設けられている。各電極用凹部31は、エッチングにより約0.3μmの深さで形成されている。そして、各電極用凹部31の底面には、一般に、ITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)からなる個別電極32が、例えば0.1μmの厚さでスパッタにより形成されている。したがって、振動板21と個別電極32との間に形成されるギャップG(空隙)は、この電極用凹部31の深さ、個別電極32および振動板21を覆う絶縁膜の厚さにより決まることになる。このギャップGは、インクジェットヘッド200の吐出特性に大きく影響する。本実施の形態2の場合、ギャップGは、0.2μmとなっている。このギャップGの開放端部は、エポキシ接着剤等からなる封止材33により気密に封止されている。これにより、異物や湿気等がギャップGに侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド200の信頼性を高く保持することができる。
なお、個別電極32の材料はITOに限定するものではなく、IZO(Indium Zinc Oxide)あるいは金、銅等の金属を用いてもよい。しかし、ITOは透明であるので振動板21の当接具合の確認が行いやすいことなどの理由から、一般にはITOが用いられている。
また、ここでは、振動板21と、振動板21に一定距離(ギャップG)を隔てて対向配置された個別電極32とで静電アクチュエータが構成されており、振動板21と個別電極32との間に電圧を印加することにより発生する静電気力によって振動板21を変位させるようにしている。
An electrode substrate 3 is bonded to the surface of the diaphragm substrate 2 opposite to the flow path substrate 1. The electrode substrate 3 is made of, for example, a glass material having a thickness of about 1 mm. The electrode substrate 3 is provided with electrode recesses 31 at positions on the surface of the diaphragm substrate 2 facing the diaphragms 21. Each electrode recess 31 is formed to a depth of about 0.3 μm by etching. In general, individual electrodes 32 made of ITO (Indium Tin Oxide) are formed on the bottom surface of each electrode recess 31 to a thickness of, for example, 0.1 μm by sputtering. Therefore, the gap G (gap) formed between the diaphragm 21 and the individual electrode 32 is determined by the depth of the electrode recess 31 and the thickness of the insulating film covering the individual electrode 32 and the diaphragm 21. Become. This gap G greatly affects the ejection characteristics of the inkjet head 200. In the case of the second embodiment, the gap G is 0.2 μm. The open end of the gap G is hermetically sealed with a sealing material 33 made of an epoxy adhesive or the like. Thereby, it is possible to prevent foreign matter, moisture, and the like from entering the gap G, and the reliability of the ink jet head 200 can be kept high.
The material of the individual electrode 32 is not limited to ITO, and metal such as IZO (Indium Zinc Oxide) or gold or copper may be used. However, since ITO is transparent, ITO is generally used because it is easy to check the contact state of the diaphragm 21.
Further, here, an electrostatic actuator is configured by the diaphragm 21 and the individual electrode 32 arranged to face the diaphragm 21 with a certain distance (gap G) therebetween. The diaphragm 21 is displaced by electrostatic force generated by applying a voltage therebetween.

また、電極基板3には、インクカートリッジ(図示せず)に接続されるインク供給孔34が設けられている。インク供給孔34は、振動板基板2に設けられたインク供給孔26を通じてリザーバ13に連通している。   The electrode substrate 3 is provided with an ink supply hole 34 connected to an ink cartridge (not shown). The ink supply hole 34 communicates with the reservoir 13 through the ink supply hole 26 provided in the vibration plate substrate 2.

ここで、上記のように構成されたインクジェットヘッド200の動作について説明する。
インクジェットヘッド200には、外部のインクカートリッジ(図示せず)内のインクがインク供給孔34、26を通じてリザーバ13内に供給され、さらにインクは個々のオリフィス14からそれぞれのキャビティ12を経て、ノズル孔11の先端まで満たされている。なお、このインクジェットヘッド10の動作を制御するためのドライバIC等の駆動制御回路(図示せず)が、各個別電極32と振動板基板2に設けられた共通電極(図示せず)との間に接続されている。
Here, the operation of the inkjet head 200 configured as described above will be described.
Ink jet head 200 is supplied with ink in an external ink cartridge (not shown) into reservoir 13 through ink supply holes 34 and 26, and ink is further passed from individual orifices 14 through respective cavities 12 to nozzle holes. 11 is filled. A drive control circuit (not shown) such as a driver IC for controlling the operation of the inkjet head 10 is provided between each individual electrode 32 and a common electrode (not shown) provided on the diaphragm substrate 2. It is connected to the.

したがって、この駆動制御回路により個別電極32に駆動信号(パルス電圧)を供給すると、個別電極32には駆動制御回路からパルス電圧が印加され、個別電極32をプラスに帯電させ、一方、これに対応する振動板21はマイナスに帯電する。このとき、個別電極32と振動板21間に静電気力(クーロン力)が発生するため、この静電気力により振動板21は個別電極32側に引き寄せられて撓む。これによって、キャビティ12の容積が増大する。次に、パルス電圧をオフにすると、上記静電気力がなくなり、振動板21はその弾性力により元に戻り、その際、キャビティ12の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により、キャビティ12内のインクの一部がインク滴となってノズル孔11から吐出される。   Therefore, when a drive signal (pulse voltage) is supplied to the individual electrode 32 by this drive control circuit, a pulse voltage is applied to the individual electrode 32 from the drive control circuit, and the individual electrode 32 is positively charged, while corresponding to this. The vibrating plate 21 is negatively charged. At this time, since an electrostatic force (Coulomb force) is generated between the individual electrode 32 and the diaphragm 21, the diaphragm 21 is pulled toward the individual electrode 32 by this electrostatic force and bends. This increases the volume of the cavity 12. Next, when the pulse voltage is turned off, the electrostatic force disappears, and the vibration plate 21 returns to its original state due to its elastic force. At this time, the volume of the cavity 12 rapidly decreases. A part of the ink in the inside is ejected from the nozzle hole 11 as ink droplets.

本実施の形態2に係るインクジェットヘッド200によれば、上記実施の形態1と略同様の作用効果が得られるとともに、アクチュエータを静電アクチュエータとしたため、圧電アクチュエータを用いた場合に比べて微細化が容易で構造が単純などの点から、高密度で多数のノズルを有する安価なインクジェットヘッドを得ることができる。   According to the ink jet head 200 according to the second embodiment, substantially the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the actuator is an electrostatic actuator, so that the miniaturization can be achieved as compared with the case where a piezoelectric actuator is used. An inexpensive inkjet head having a high density and a large number of nozzles can be obtained because it is easy and has a simple structure.

次に、実施の形態2に係るインクジェットヘッド10の製造方法について、図7及び図8を用いて説明する。なお、以下において示す基板の厚さやエッチング深さ、温度、圧力等の値はあくまでも一例を示すものであり、本発明はこれらの値によって限定されるものではない。ここでは、流路基板1の製造方法について説明し、振動板基板2及び電極基板3の製造方法については従来公知の方法を用いることができるため、ここではその説明を省略する。   Next, a method for manufacturing the inkjet head 10 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the values of the substrate thickness, etching depth, temperature, pressure and the like shown below are merely examples, and the present invention is not limited to these values. Here, a manufacturing method of the flow path substrate 1 will be described, and a conventionally known method can be used as the manufacturing method of the diaphragm substrate 2 and the electrode substrate 3, and thus description thereof is omitted here.

(a)厚さ300μm、面方位(100)の単結晶シリコン基板から構成される流路基板基材100を用意し、この流路基板基材100の外面に厚さ2.8μmの熱酸化膜101を形成する。そして、振動板基板2と接着する側の面Aの熱酸化膜101に、第1ノズル孔11a、第2ノズル孔11b、第3ノズル孔11c、キャビティ12、オリフィス14、リザーバ13になるそれぞれの部分111a、111b、111c、112、114、113を、フォトリソグラフィー法により開口する。このとき、A面における各部分111a、111b、111c、112、114、113の熱酸化膜101の残し膜厚が、次の関係になるようにエッチングする。
第1ノズル孔11aになる部分111a=0<第2ノズル孔11bになる部分111b<第3ノズル孔11cになる部分111c<キャビティ12になる部分112=オリフィス14になる部分114=リザーバ13になる部分113
(A) A flow path substrate 100 made of a single crystal silicon substrate having a thickness of 300 μm and a plane orientation (100) is prepared, and a thermal oxide film having a thickness of 2.8 μm is formed on the outer surface of the flow path substrate 100. 101 is formed. The first nozzle hole 11a, the second nozzle hole 11b, the third nozzle hole 11c, the cavity 12, the orifice 14, and the reservoir 13 are formed on the thermal oxide film 101 on the surface A to be bonded to the diaphragm substrate 2. The portions 111a, 111b, 111c, 112, 114, and 113 are opened by a photolithography method. At this time, etching is performed so that the remaining film thickness of the thermal oxide film 101 in each of the portions 111a, 111b, 111c, 112, 114, and 113 on the A plane has the following relationship.
The portion 111a that becomes the first nozzle hole 11a = 0 <the portion 111b that becomes the second nozzle hole 11b <the portion 111c that becomes the third nozzle hole 11c <the portion that becomes the cavity 12 112 = the portion that becomes the orifice 14 114 = the reservoir 13 Part 113

(b)次に、A面の第1ノズル孔11aになる部分111aを、ICPで100μm程、ドライエッチングする。
(c)次に、熱酸化膜101を適量エッチング除去して、第2ノズル孔11bになる部分111bを開口させ、ICPを用いたドライエッチングで第2ノズル孔11bになる部分111bを50μm程エッチングする。
(B) Next, the portion 111a which becomes the first nozzle hole 11a on the A surface is dry-etched by ICP to about 100 μm.
(C) Next, an appropriate amount of the thermal oxide film 101 is removed by etching to open the portion 111b that becomes the second nozzle hole 11b, and the portion 111b that becomes the second nozzle hole 11b is etched by about 50 μm by dry etching using ICP. To do.

(d)次に、熱酸化膜101を適量エッチング除去して、第3ノズル孔11cになる部分111cを開口させ、ICPを用いたドライエッチングで第3ノズル孔11cになる部分111cを170μm程エッチングする。
(e)そして、熱酸化膜101を適量エッチング除去して、キャビティ12になる部分112、オリフィス14になる部分114及びリザーバ13になる部分113をそれぞれ開口させ、ICPを用いたドライエッチングで80μm程エッチングする。これにより、キャビティ用凹部12a及びオリフィス14が所望の深さに形成される。リザーバ13になる部分113については、まだ製造途中であり、ここではキャビティ12及びオリフィス14と同じ深さまで形成される。また、このとき、第1ノズル孔11aになる部分111a、第2ノズル孔11bになる部分111b及び第3ノズル孔11cになる部分111cも同様にドライエッチングされ、流路基板基材100を貫通してノズル孔11が形成される。
(f)そして、熱酸化膜101を除去した後に、再度、厚さ1.1μmの熱酸化膜120を形成する。この熱酸化膜120は、次の(g)の工程で、リザーバ13の残部をウェットエッチングにより形成する際のマスク部材として用いられるものである。
(D) Next, an appropriate amount of the thermal oxide film 101 is removed by etching to open the portion 111c to be the third nozzle hole 11c, and the portion 111c to be the third nozzle hole 11c is etched by about 170 μm by dry etching using ICP. To do.
(E) Then, the thermal oxide film 101 is removed by an appropriate amount to open the portion 112 that becomes the cavity 12, the portion 114 that becomes the orifice 14, and the portion 113 that becomes the reservoir 13, and is about 80 μm by dry etching using ICP. Etch. As a result, the cavity recess 12a and the orifice 14 are formed to a desired depth. The portion 113 which becomes the reservoir 13 is still being manufactured, and here, it is formed to the same depth as the cavity 12 and the orifice 14. At this time, the portion 111a that becomes the first nozzle hole 11a, the portion 111b that becomes the second nozzle hole 11b, and the portion 111c that becomes the third nozzle hole 11c are similarly dry-etched and penetrate the flow path substrate 100. Thus, the nozzle hole 11 is formed.
(F) Then, after removing the thermal oxide film 101, a thermal oxide film 120 having a thickness of 1.1 μm is formed again. This thermal oxide film 120 is used as a mask member when the remaining portion of the reservoir 13 is formed by wet etching in the next step (g).

(g)次に、開口131が形成されたシリコン製のマスク基板130を流路基板基材100のA面側に密着させ、RIE(Reactive Ion Etching)により熱酸化膜120をドライエッチングし、リザーバ13に対応する部分に開口140を形成する。ここでのエッチングとしてドライエッチングを用いることにより、流路基板基材100全体に形成された熱酸化膜120のうち、リザーバ13が途中まで形成されて凹状となった部分の底面部分の熱酸化膜120から、リザーバ13に対応する部分だけを的確に除去することが可能である。
(h)次に、流路基板基材100を25%のKOH溶液によるウェットエッチングに浸漬し、リザーバ13となる部分を170μm程度エッチングしてリザーバ13となるリザーバ凹部13aを形成する。
(i)そして、熱酸化膜120を除去した後に、再度、厚さ0.1μmの熱酸化膜140をインク保護膜として形成する。
以上により流路基板1が作製される。
(G) Next, the silicon mask substrate 130 in which the opening 131 is formed is brought into close contact with the A surface side of the flow path substrate base material 100, and the thermal oxide film 120 is dry-etched by RIE (Reactive Ion Etching). An opening 140 is formed in a portion corresponding to 13. By using dry etching as the etching here, of the thermal oxide film 120 formed on the entire flow path substrate base material 100, the thermal oxide film on the bottom portion of the portion where the reservoir 13 is formed halfway and becomes concave. Only a portion corresponding to the reservoir 13 can be accurately removed from 120.
(H) Next, the flow path substrate base material 100 is immersed in wet etching with a 25% KOH solution, and a portion that becomes the reservoir 13 is etched by about 170 μm to form a reservoir recess 13 a that becomes the reservoir 13.
(I) Then, after removing the thermal oxide film 120, a thermal oxide film 140 having a thickness of 0.1 μm is formed again as an ink protective film.
Thus, the flow path substrate 1 is manufactured.

このように作製された流路基板1に、振動板基板2と電極基板3とが接合された接合基板を接着剤により接着することにより、インクジェットヘッド200が作製される。   The ink jet head 200 is manufactured by adhering the bonded substrate obtained by bonding the vibration plate substrate 2 and the electrode substrate 3 to the flow channel substrate 1 manufactured in this manner with an adhesive.

以上のように、実施の形態2に係るインクジェットヘッド10の製造方法では、上記実施の形態1とほぼ同様の作用効果が得られるとともに、エッチング量の多いリザーバ13を形成するに際し、キャビティ12の深さまではキャビティ12を製造する工程と同時にドライエッチングで形成し、リザーバ13の残部についてはウェットエッチングで形成するようにしたので、実施の形態1に比べて効率良く高スループットでリザーバ13を形成できる。   As described above, in the method of manufacturing the inkjet head 10 according to the second embodiment, substantially the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained, and the depth of the cavity 12 can be increased when the reservoir 13 having a large etching amount is formed. Since the cavity 12 is formed by dry etching at the same time as the manufacturing process and the remaining portion of the reservoir 13 is formed by wet etching, the reservoir 13 can be formed efficiently and with high throughput as compared with the first embodiment.

また、リザーバ13の残部をウェットエッチングにより形成する際のマスク部材として熱酸化膜120を用いるようにしたため、緻密で均一性の良好なマスクを良好なスループットで形成できる。   Further, since the thermal oxide film 120 is used as a mask member when the remaining portion of the reservoir 13 is formed by wet etching, a dense and uniform mask can be formed with good throughput.

上記の各実施の形態に係るインクジェットヘッド10,200は、図9に示されるインクジェットプリンタの他に、液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、プリント配線基板製造装置にて製造する配線基板の配線部分の形成、生体液体の吐出(プロテインチップやDNAチップの製造)など、様々な用途の液滴吐出装置に適用することができる。また、上記実施の形態1及び2のインクジェットヘッド(液滴吐出ヘッド)を備えた液滴吐出装置は、液滴吐出時に発生するノズル間の圧力干渉を防止して吐出特性が良好な液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置とすることができる。   In addition to the ink jet printer shown in FIG. 9, the ink jet heads 10 and 200 according to each of the above embodiments can be used to manufacture liquid crystal display color filters and light emitting portions of an organic EL display device by variously changing droplets. The present invention can be applied to a droplet discharge apparatus for various uses such as formation of a wiring board, formation of a wiring portion of a wiring board manufactured by a printed wiring board manufacturing apparatus, and discharge of a biological liquid (manufacture of a protein chip and a DNA chip). In addition, the droplet discharge device including the ink jet head (droplet discharge head) according to the first and second embodiments described above prevents droplet interference between the nozzles that occurs during droplet discharge, and has excellent discharge characteristics. It can be set as the droplet discharge device provided with the head.

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。FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a schematic configuration of the inkjet head according to the first embodiment. 図1のインクジェットヘッドの組立状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the assembly state of the inkjet head of FIG. 図1の流路基板の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the flow-path board | substrate of FIG. 図3に続く流路基板の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the flow-path board | substrate following FIG. 実施の形態2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。FIG. 4 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an inkjet head according to a second embodiment. 図5のインクジェットヘッドの組立状態を示す縦断面図。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an assembled state of the ink jet head of FIG. 5. 図5の流路基板の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the flow-path board | substrate of FIG. 図7に続く流路基板の製造工程の断面図。Sectional drawing of the manufacturing process of the flow-path board following FIG. 本発明に係るインクジェットプリンタを示す斜視図。1 is a perspective view showing an ink jet printer according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 流路基板、2 振動板基板、10 インクジェットヘッド、11 ノズル孔、12 キャビティ、12a キャビティ用凹部、13 リザーバ、13a リザーバ用凹部、14 オリフィス、21 振動板、22 圧電素子、32 個別電極、100 流路基板基材、101 熱酸化膜、120 熱酸化膜、131 開口、200 インクジェットヘッド。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flow path board | substrate, 2 Vibration board substrate, 10 Inkjet head, 11 Nozzle hole, 12 Cavity, 12a Cavity recessed part, 13 Reservoir, 13a Reservoir recessed part, 14 Orifice, 21 Vibration board, 22 Piezoelectric element, 32 Individual electrode, 100 Flow path substrate base material, 101 thermal oxide film, 120 thermal oxide film, 131 opening, 200 inkjet head.

Claims (12)

複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に連通し、内部に圧力を発生させて各ノズル孔より液滴を吐出するキャビティとなる複数のキャビティ用凹部と、該キャビティ用凹部と同一面側に形成され、キャビティ用凹部に供給する液滴を溜めるリザーバとなるリザーバ用凹部と、前記各キャビティと前記リザーバとを連通する複数のオリフィスとが形成された流路基板と、
該流路基板に接合され、前記流路基板のキャビティ内に圧力を発生させる振動板を有する振動板基板と、
前記振動板を変形させて前記キャビティ内に圧力変化を与えるアクチュエータと
を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
A plurality of nozzle holes, a plurality of cavity recesses that communicate with each of the nozzle holes, generate pressure inside, and serve as cavities for discharging droplets from the nozzle holes, and the same cavity side as the cavity recesses A channel substrate formed with a reservoir recess that serves as a reservoir for storing droplets to be supplied to the cavity recess, and a plurality of orifices that communicate the cavities with the reservoir;
A diaphragm substrate having a diaphragm bonded to the channel substrate and generating pressure in a cavity of the channel substrate;
A droplet discharge head, comprising: an actuator that deforms the diaphragm and applies a pressure change in the cavity.
前記アクチュエータは、前記振動板の前記流路基板とは反対側の面に形成した圧電素子に電圧を印加して、該圧電素子の変形により前記振動板を変形させる圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項1記載の液滴吐出ヘッド。   The actuator is a piezoelectric actuator that applies a voltage to a piezoelectric element formed on a surface of the diaphragm opposite to the flow path substrate and deforms the diaphragm by deformation of the piezoelectric element. The droplet discharge head according to claim 1. 前記アクチュエータは、前記振動板と該振動板に一定距離を隔てた電極との間に電圧を印加して静電気力を発生させ、その静電気力を利用して前記振動板を変形させる静電アクチュエータであることを特徴とする請求項1記載の液滴吐出ヘッド。   The actuator is an electrostatic actuator that generates an electrostatic force by applying a voltage between the diaphragm and an electrode spaced apart from the diaphragm and uses the electrostatic force to deform the diaphragm. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the droplet discharge head is provided. 前記ノズル孔は、前記流路基板の前記振動板基板との接合面から反対側の面に向かって段階的または徐々に小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の液滴吐出ヘッド。   The nozzle hole is formed so as to be gradually or gradually reduced from a joint surface of the flow path substrate to the diaphragm substrate toward a surface on the opposite side. 4. The droplet discharge head according to any one of 3 above. 前記リザーバ用凹部の深さは、前記キャビティ用凹部の深さよりも深いことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れかに記載の液滴吐出ヘッド。   5. The droplet discharge head according to claim 1, wherein a depth of the reservoir recess is deeper than a depth of the cavity recess. 6. 前記オリフィスの深さは、前記キャビティ用凹部と同じであり、前記オリフィスの幅は前記キャビティ用凹部よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れかに記載の液滴吐出ヘッド。   6. The droplet discharge head according to claim 1, wherein a depth of the orifice is the same as that of the concave portion for the cavity, and a width of the orifice is smaller than that of the concave portion for the cavity. . 請求項1乃至請求項6の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記ノズル孔と前記キャビティと前記リザーバと前記オリフィスとを流路基板基材に形成する際には、それぞれに対応した開口パターンの全てが形成された一つのマスク部材を用いて、前記流路基板基材を片面側からドライエッチングすることにより形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
A method for manufacturing a droplet discharge head according to any one of claims 1 to 6,
When the nozzle hole, the cavity, the reservoir, and the orifice are formed on the flow path substrate base material, the flow path substrate is formed using one mask member in which all corresponding opening patterns are formed. A method of manufacturing a droplet discharge head, wherein the substrate is formed by dry etching from one side.
請求項1乃至請求項6の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記ノズル孔と前記キャビティと前記リザーバの一部と前記オリフィスとを流路基板基材に形成する際には、それぞれに対応した開口パターンの全てが形成された一つのマスク部材を用いて、前記流路基板基材を片面側からドライエッチングすることにより形成し、その後、前記と同一の片面側から前記マスク部材とは別のマスク部材を用いたウェットエッチングにより前記リザーバの残部を形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
A method for manufacturing a droplet discharge head according to any one of claims 1 to 6,
When forming the nozzle hole, the cavity, a part of the reservoir, and the orifice on the flow path substrate base material, using one mask member in which all corresponding opening patterns are formed, Forming the flow path substrate base material by dry etching from one side, and then forming the remaining portion of the reservoir by wet etching using a mask member different from the mask member from the same one side as described above. A manufacturing method of a droplet discharge head characterized by the above.
前記流路基板基材にエッチングを行う際に用いるマスク部材が熱酸化膜であることを特徴とする請求項7又は請求項8記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。   9. The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 7, wherein the mask member used when etching the flow path substrate base material is a thermal oxide film. 前記流路基板基材に前記リザーバの残部をウェットエッチングにより形成する際に用いるマスク部材は、リザーバに対応する部分に開口が形成されたものであり、該開口を形成する際には、リザーバの一部を形成後の前記流路基板基材の全面に熱酸化膜を形成した後、リザーバに対応する部分が開口したマスク基板を前記流路基板基材のリザーバ形成面側に密着させ、前記熱酸化膜をドライエッチングすることにより形成することを特徴とする請求項9記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。   The mask member used when the remaining portion of the reservoir is formed on the flow path substrate base material by wet etching has an opening formed in a portion corresponding to the reservoir, and when the opening is formed, After forming a thermal oxide film on the entire surface of the flow path substrate base material after forming a part, a mask substrate having an opening corresponding to the reservoir is brought into close contact with the reservoir formation surface side of the flow path substrate base material, 10. The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 9, wherein the thermal oxide film is formed by dry etching. 前記熱酸化膜のドライエッチングにRIEを用いることを特徴とする請求項10記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。   The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 10, wherein RIE is used for dry etching of the thermal oxide film. 請求項1乃至請求項6の何れかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載することを特徴とする液滴吐出装置。   A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head according to any one of claims 1 to 6.
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