JP3233189B2 - Ink jet recording head and method of manufacturing the same - Google Patents
Ink jet recording head and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン単結晶基板を
スペーサ形成部材に使用したインクジェット式記録ヘッ
ド、及びこれの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head using a silicon single crystal substrate as a spacer forming member, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】ノズル開口が形成されたノズルプレート
と振動板とをスペーサの両面に接着して圧力室を形成
し、振動板を圧電振動子により変形させる形式のインク
ジェット式記録ヘッドは、インク滴を飛翔させるための
駆動源として熱エネルギを使用しないから、熱によるイ
ンクの変質がなく、特に熱により劣化しやすいカラーイ
ンクを吐出させることが可能で、しかも圧電振動子の変
位量を調整してインク滴のインク量を自在に調節するこ
とが可能であるため、高品質なカラー印刷のためのプリ
ンタを構成するのに最適なヘッドである。2. Description of the Related Art An ink jet recording head of a type in which a pressure plate is formed by bonding a nozzle plate having a nozzle opening formed thereon and a vibration plate to both surfaces of a spacer and the vibration plate is deformed by a piezoelectric vibrator is used. Since thermal energy is not used as a driving source for flying the ink, there is no deterioration of the ink due to heat, and it is possible to eject color ink which is easily deteriorated by heat, and furthermore, by adjusting the displacement of the piezoelectric vibrator. Since the ink amount of the ink droplet can be freely adjusted, the head is optimal for configuring a printer for high quality color printing.
【0003】一方、インクジェット式記録ヘッドを用い
てより品質の高いカラー印刷を行おうとすると、一層高
い解像度が要求されるため、圧電振動子やスペーサ部材
の隔壁等のサイズが必然的に小さくなって、部材の加工
や、部材の組立に高い精度が要求される。On the other hand, in order to perform higher quality color printing using an ink jet recording head, a higher resolution is required. Therefore, the size of the piezoelectric vibrator and the partition walls of the spacer member is inevitably reduced. High precision is required for processing members and assembling members.
【0004】このため、比較的簡単な手法で微細な形状
を高い精度で加工が可能なシリコン単結晶基板の異方性
エッチングを用いたパーツ製作技術、いわゆるマイクロ
マシニング技術を適用してインクジェット式記録ヘッド
を構成する部材を加工することが検討され、種々な技術
や手法が提案されている(例えば、特開平3-187755号公
報、特開平3-187756号公報、特開平3-187757号公報、特
開平4-2790号公報、特開平4-129745号公報、特開平5-62
964号公報)。[0004] For this reason, ink jet recording is performed by applying a so-called micromachining technique, which is a part manufacturing technique using anisotropic etching of a silicon single crystal substrate, which can process a fine shape with high accuracy by a relatively simple technique. It has been studied to process the members constituting the head, and various techniques and methods have been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-187755, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-187756, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-87757, JP-A-4-2790, JP-A-4-129745, JP-A-5-62
No. 964).
【0005】ところで、高い品質でカラー画像や文字を
印刷しようとすると、ノズル開口の配列密度を高めるば
かりでなく、1つのドット自体の面積を画像信号に対応
して変化させる、いわゆる面積階調による印刷が要求さ
れる。このためには1回のインク滴の吐出のインク量を
可及的に少なくし、かつ高速駆動を可能ならしめて1つ
ピクセルに対して複数回のインク滴の吐出ができる記録
ヘッドを実現する必要がある。In order to print color images and characters with high quality, not only the arrangement density of the nozzle openings is increased but also the area of one dot itself is changed in accordance with the image signal, that is, the so-called area gradation is used. Printing is required. For this purpose, it is necessary to realize a recording head capable of discharging ink droplets a plurality of times for one pixel by minimizing the amount of ink discharged by one ink droplet as much as possible and enabling high-speed driving. There is.
【0006】このためには、先ず、圧電振動子の変位量
を小さくし、かつ瞬時に圧力発生室の容積変化として反
映させることが必要となる。そしてつぎに、圧力発生室
の小さな容積変化をインク滴の吐出に結び付けるには圧
力発生室内での圧力損失を可及的に小さくする必要があ
る。圧電振動子の変位を効率良く圧力発生室の容積変化
に結び付けるためには圧力発生室の剛性を高めることが
重要な要件となり、また圧力発生室での圧力損を小さく
するためには、圧力発生室の容積を可及的に小さくする
ことが必然的な課題となる。For this purpose, first, it is necessary to reduce the displacement of the piezoelectric vibrator and instantaneously reflect the change in the volume of the pressure generating chamber. Next, in order to link a small change in volume of the pressure generating chamber to ejection of ink droplets, it is necessary to minimize pressure loss in the pressure generating chamber. It is important to increase the rigidity of the pressure generating chamber in order to efficiently connect the displacement of the piezoelectric vibrator to the change in volume of the pressure generating chamber, and to reduce the pressure loss in the pressure generating chamber, It is an inevitable task to make the volume of the chamber as small as possible.
【0007】圧力発生室の容積を小さくするには開口面
積を小さくすることが考えれるが、これに当接する圧電
振動子の加工精度等を考慮すると、せいぜいノズル開口
の配列ピッチ程度が限界となるから、結局のところ圧力
発生室の深さを浅くして容積を縮小する方法を採らざる
を得ない。To reduce the volume of the pressure generating chamber, it is conceivable to reduce the opening area. However, considering the processing accuracy of the piezoelectric vibrator in contact with the opening, the arrangement pitch of the nozzle openings is at most limited. Therefore, after all, a method of reducing the depth by reducing the depth of the pressure generating chamber has to be adopted.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら一方で、
組立工程等でのスペーサのハンドリングを考慮すると、
シリコン単結晶基板の厚みは少なくとも220μm以上
が必要で、これより薄いものでは強度が低くて組立工程
時に破損が生じるという問題がある。However, on the other hand,
Considering the handling of spacers in the assembly process, etc.,
The thickness of the silicon single crystal substrate must be at least 220 μm or more. If the thickness is smaller than this, there is a problem that the strength is low and breakage occurs during the assembly process.
【0009】このため、圧力発生室は、シリコン単結晶
基板をその一方の面だけからエッチングする、いわゆる
ハーフエッチングを適用することによりシリコン単結晶
基板の厚みよりも浅く形成することが可能ではある。し
かしながら、他方でシリコン単結晶基板をスペーサに用
いる場合には、圧力発生室に対向させてノズルプレート
を設け、ノズル開口と圧力発生室とを連通させために、
圧力発生室からノズルプレートが設けられる面に連通さ
せるための貫通部の形成が必要となる。For this reason, the pressure generating chamber can be formed shallower than the thickness of the silicon single crystal substrate by applying so-called half etching, in which the silicon single crystal substrate is etched from only one surface thereof. However, when a silicon single crystal substrate is used as the spacer, a nozzle plate is provided to face the pressure generating chamber, and the nozzle opening communicates with the pressure generating chamber.
It is necessary to form a penetrating portion for communicating from the pressure generating chamber to the surface on which the nozzle plate is provided.
【0010】ところが、周知のように異方性エッチング
により貫通部Hを形成するためには、図5に示したよう
に少なくともシリコン単結晶基板の厚みの約1.7倍
(√3倍)以上の開口長さを設定する必要があり、基板
に220μm以上のものを用いると、貫通部の最小長さ
が380μm程度となる。However, as is well known, in order to form the through portion H by anisotropic etching, as shown in FIG. 5, at least about 1.7 times (√3 times) the thickness of the silicon single crystal substrate. It is necessary to set the length of the opening. When a substrate having a length of 220 μm or more is used, the minimum length of the through portion is about 380 μm.
【0011】これでは連通孔の容積が圧力発生室の容積
の増加を引き起こすことになるばかりでなく、この連通
孔がシリコン単結晶基板の厚み、つまり220μmで、
かつ長手方向の長さが380μmにもなるから、高密度
で圧力発生室を配列した場合のように圧力発生室の隔壁
が必然的に薄くせざるを得ない場合には、隔壁の剛性が
低下してしまうという問題がある。In this case, not only does the volume of the communication hole cause an increase in the volume of the pressure generating chamber, but also the communication hole has a thickness of the silicon single crystal substrate, ie, 220 μm.
In addition, since the length in the longitudinal direction is as large as 380 μm, the rigidity of the partition walls decreases when the partition walls of the pressure generation chambers are inevitably thin, such as when the pressure generating chambers are arranged at high density. There is a problem of doing it.
【0012】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的とするところは可及的に厚いシ
リコン単結晶基板を母材として、これの厚みよりも浅い
圧力発生室を備えた新規なインクジェット式記録ヘッド
を提供することである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to use a silicon single crystal substrate as thick as a base material and to form a pressure generating chamber shallower than the thickness. To provide a novel ink jet recording head provided with the same.
【0013】本発明の他の目的は上記インクジェット式
記録ヘッドの製造方法を提案することである。Another object of the present invention is to propose a method of manufacturing the above-mentioned ink jet recording head.
【0014】[0014]
【課題を解消するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、シリコン単結晶の異方性エ
ッチングに使用するエッチング液に耐久性を有する耐エ
ッチング層が一方の面に形成されたシリコン単結晶基板
に、異方性エッチングにより圧力発生室、共通のインク
室、及び前記圧力発生室と共通のインク室とを接続する
インク供給口が形成されたスペーサと、該スペーサの一
方の面に前記圧力発生室に一致したピッチでノズル開口
が穿設されたノズルプレートと、前記スペーサの他方の
面に前記圧力発生室を膨張収縮させる振動板を備えたイ
ンクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧力発生室が
前記シリコン単結晶基板のハーフエッチングにより凹部
として、また前記共通のインク室がフルエッチングによ
り貫通孔として、さらに前記圧力発生室と前記ノズル開
口とを接続するノズル連通孔がレーザー加工により貫通
孔として形成されている。 According to the present invention, there is provided an anti-etching layer having durability on an etching solution used for anisotropic etching of a silicon single crystal. Silicon single crystal substrate
In addition, the pressure generation chamber by anisotropic etching, common ink
Chamber, and the pressure generating chamber and a common ink chamber are connected.
A spacer having an ink supply port formed therein, a nozzle plate having nozzle openings formed on one surface of the spacer at a pitch corresponding to the pressure generation chamber, and an expansion of the pressure generation chamber on the other surface of the spacer. In an ink jet recording head provided with a contracting diaphragm, the pressure generating chamber is formed as a concave portion by half etching of the silicon single crystal substrate, the common ink chamber is formed as a through hole by full etching, and Open the nozzle
The nozzle communication hole connecting the mouth is formed as a through hole by laser processing .
【0015】[0015]
【作用】最も小さな貫通孔を必要とするノズル連通孔を
レーザー加工により形成できるため、基板の厚みに制限
を受けることがなく、しかも異方性エッチングによるよ
りも滑らかで、流路として望ましい円筒状の貫通孔を形
成することができる。The nozzle communication hole requiring the smallest through-hole can be formed by laser processing, so that there is no restriction on the thickness of the substrate, and it is smoother than that obtained by anisotropic etching, and a cylindrical shape is desirable as a flow path. Can be formed.
【0016】[0016]
【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施例を圧力
発生室近傍の断面構造でもって示す図であって、図中符
号1は、本発明が特徴とするスペーサで、所定の結晶方
位、例えば表面に結晶方位(110)を持つシリコン単
結晶基板で、一方の面にはシリコン単結晶基板の厚みW
よりも深さDが小さい圧力発生室2、及びインク供給口
3が形成され、またインク供給口3に連通するように他
側側に貫通孔として形成された共通のインク室4が設け
られており、さらに圧力発生室2の他端には圧力発生室
2とノズル開口5とを接続する貫通孔からなるノズル連
通孔6が形成されている。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. FIG. 1 is a view showing an embodiment of the present invention with a cross-sectional structure in the vicinity of a pressure generating chamber. In the drawing, reference numeral 1 denotes a spacer which is a feature of the present invention and has a predetermined crystal orientation, for example, a crystal on a surface. A silicon single crystal substrate having an orientation (110), and having a thickness W of the silicon single crystal substrate on one surface;
A pressure generating chamber 2 having a depth D smaller than that of the ink supply port 3 and a common ink chamber 4 formed as a through-hole on the other side so as to communicate with the ink supply port 3 are provided. In addition, a nozzle communication hole 6 is formed at the other end of the pressure generation chamber 2, which is a through hole connecting the pressure generation chamber 2 and the nozzle opening 5.
【0017】圧力発生室2、及びインク供給口3は、ス
ペーサ1の母材となるシリコン単結晶基板を一方の面か
らだけ異方性エッチングを施して浅い凹部として形成さ
れ、また共通のインク室4は、その開口面積が大きいか
らシリコン単結晶基板を異方性エッチングすることによ
り貫通孔として形成されている。The pressure generating chamber 2 and the ink supply port 3 are formed as shallow recesses by performing anisotropic etching only on one surface of a silicon single crystal substrate serving as a base material of the spacer 1. 4 is formed as a through hole by anisotropically etching a silicon single crystal substrate because its opening area is large.
【0018】一方、ノズル連通孔6は、その径をシリコ
ン単結晶基板の厚みに比較して1/√3以下に形成する
必要があるため、銅イオンを用いたレーザーにより穿設
されている。この結果、ノズル連通孔6は、断面が円形
の円筒状に形成されることになり、異方性エッチングで
形成する場合に比較してノズル開口5にインクを淀みな
く供給することが可能となる。On the other hand, since the diameter of the nozzle communication hole 6 must be 1 / √3 or less as compared with the thickness of the silicon single crystal substrate, the nozzle communication hole 6 is formed by a laser using copper ions. As a result, the nozzle communication hole 6 is formed in a cylindrical shape with a circular cross section, so that ink can be supplied to the nozzle opening 5 without stagnation as compared with a case where the nozzle communication hole 6 is formed by anisotropic etching. .
【0019】このように構成されたスペーサ1は、これ
を挟むようにしてその圧力発生室側の面に振動板7が、
また他方の面にはノズルプレート8がサンドイッチ状に
挟まれて一体に固定されている。The spacer 1 having the above-described structure has a diaphragm 7 on its surface on the pressure generating chamber side with the spacer 1 interposed therebetween.
On the other surface, a nozzle plate 8 is sandwiched in a sandwich shape and fixed integrally.
【0020】振動板7には振動領域を薄肉部7aとして
構成するともに、圧電振動子9の振動を効率よく圧力発
生室全体に伝達するために厚肉部7bが形成されてい
て、この厚肉部7bに縦振動モードの圧電振動子9の先
端が固定されている。なお、図中符号10は、スペーサ
1を構成するシリコン単結晶基板の二酸化珪素膜からな
る保護膜を示す。The vibrating plate 7 has a vibrating region formed as a thin portion 7a and a thick portion 7b for efficiently transmitting the vibration of the piezoelectric vibrator 9 to the entire pressure generating chamber. The tip of the piezoelectric vibrator 9 in the longitudinal vibration mode is fixed to the portion 7b. Reference numeral 10 in the drawing denotes a protective film made of a silicon dioxide film of a silicon single crystal substrate constituting the spacer 1.
【0021】この実施例において、圧電振動子9を伸長
させる駆動信号を印加すると、振動板7が圧力発生室2
側に変位して圧力発生室2を収縮させる。これにより、
圧力発生室2のインクが加圧されてノズル連通孔6を経
由してノズル開口5からインク滴として吐出する。In this embodiment, when a drive signal for extending the piezoelectric vibrator 9 is applied, the vibration plate 7
And the pressure generating chamber 2 is contracted. This allows
The ink in the pressure generating chamber 2 is pressurized and ejected as ink droplets from the nozzle openings 5 via the nozzle communication holes 6.
【0022】ところで、圧力発生室2は、スペーサ1の
厚みWよりも小さな深さDを備えているから、その容積
が少なく、その分、スペーサ1を構成する母材の剛性が
生かされて十分な剛性を備えることになる。したがって
微小な変位量でしかも衝撃的に印加される圧電振動子9
からの変位が、圧力発生室2を区画する壁やインクでの
吸収を抑えられて、圧力発生室2の容積変化のために効
率的に変換されることになり、インク量の少ないインク
滴を確実に吐出させる。Since the pressure generating chamber 2 has a depth D smaller than the thickness W of the spacer 1, the pressure generating chamber 2 has a small volume, and the rigidity of the base material constituting the spacer 1 can be sufficiently utilized by that amount. It will have great rigidity. Therefore, the piezoelectric vibrator 9 which is applied with a small amount of displacement and shockingly
Of the pressure generating chamber 2 is suppressed and absorption by the ink is suppressed, and the displacement is efficiently converted due to a change in the volume of the pressure generating chamber 2. Make sure to discharge.
【0023】この結果、記録用紙に径の小さなドットを
形成することができ、また圧力発生室の容積が小さいた
め、高速駆動可能な縦振動モードの圧電振動子に十分に
追従できてインク滴吐出の繰り返し周波数が高くなる。
したがって、画像信号の濃度に対応して同一箇所に複数
のインク滴を吐出して面積階調でもって印刷することが
できる。As a result, dots having a small diameter can be formed on the recording paper, and since the volume of the pressure generating chamber is small, it can follow the piezoelectric vibrator in the vertical vibration mode which can be driven at a high speed, and can discharge ink droplets. Becomes higher.
Therefore, a plurality of ink droplets can be ejected to the same location in accordance with the density of the image signal, and printing can be performed with area gradation.
【0024】さらに、圧力発生室2の深さDがスペーサ
1の厚みに比較して小さいため、圧力発生室2を貫通孔
として形成した場合に比較して全体の強度が高くなり、
圧電振動子9の伸縮に対しても従来起こりがちであった
ヘッド全体の変形を防止できて、インク滴を高い位置精
度で記録用紙に着弾させて印字品質の向上を図ることが
できる。Further, since the depth D of the pressure generating chamber 2 is smaller than the thickness of the spacer 1, the overall strength is higher than when the pressure generating chamber 2 is formed as a through hole.
It is possible to prevent deformation of the entire head, which tends to occur in the past even when the piezoelectric vibrator 9 expands and contracts, and to improve the print quality by landing ink droplets on recording paper with high positional accuracy.
【0025】次ぎに、上述した記録ヘッドの製造方法に
ついて説明する。図3において符号11は、結晶方位
(110)を表面に有し、組立工程において容易にハン
ドリングできる程度の厚み、例えば220μmのシリコ
ン単結晶基板で、少なくとも異方性エッチングを行う側
の面全体には、水蒸気を含む酸素雰囲気下で、1000°C
で4時間程度加熱する、いわゆる熱酸化法などにより二
酸化珪素膜(SiO2)12が、後述するエッチング工程
における保護膜として機能する程度の厚み、例えば1μ
mで形成されている(図3(I))。Next, a method of manufacturing the above-described recording head will be described. In FIG. 3, reference numeral 11 denotes a silicon single crystal substrate having a crystal orientation (110) on the surface and having a thickness that can be easily handled in the assembling process, for example, 220 μm. Is 1000 ° C in an oxygen atmosphere containing water vapor
The silicon dioxide film (SiO 2) 12 is formed by a thermal oxidation method or the like for about 4 hours so that the silicon dioxide film (SiO 2) 12 functions as a protective film in an etching step described later, for example, 1 μm.
m (FIG. 3 (I)).
【0026】共通のインク室4となる位置に共通のイン
ク室の開口形状に対応するパターンを露光、現像してレ
ジスト層を設けて、酸化シリコンエッチング液、例えば
緩衝フッ酸溶液によりエッチング処理してレジスト層以
外の領域の二酸化珪素膜12を除去して共通のインク室
4となる窓13、14を形成する(図3(II))。A resist layer is provided by exposing and developing a pattern corresponding to the shape of the opening of the common ink chamber at a position to be the common ink chamber 4, and etching is performed by using a silicon oxide etching solution, for example, a buffered hydrofluoric acid solution. The silicon dioxide film 12 in a region other than the resist layer is removed to form windows 13 and 14 which become the common ink chamber 4 (FIG. 3 (II)).
【0027】ついで、基板11を濃度25wt%程度で
温度80°Cに維持されたKOHの水溶液に浸漬する。
これにより二酸化珪素膜11が除去された窓13、14
の両面から異方性エッチングが開始される。このように
してエッチングが基板1を貫通すると、共通のインク室
4となる貫通孔15の形成が完了する(図3(II
I))。Next, the substrate 11 is immersed in an aqueous solution of KOH maintained at a temperature of 80 ° C. at a concentration of about 25 wt%.
Thus, windows 13 and 14 from which silicon dioxide film 11 has been removed.
, Anisotropic etching is started from both sides. When the etching penetrates through the substrate 1 in this manner, the formation of the through-hole 15 which becomes the common ink chamber 4 is completed (FIG. 3 (II)
I)).
【0028】ついで圧力発生室2、及びインク供給口3
となる領域の一方の面に上述と同様にして二酸化珪素膜
12を除去して窓16を形成し(図3(IV))、上述と
同様の酸化シリコンエッチング液により異方性エッチン
グを実行する。Next, the pressure generating chamber 2 and the ink supply port 3
The silicon dioxide film 12 is removed on one surface of the region to be formed as described above to form the window 16 (FIG. 3 (IV)), and anisotropic etching is performed using the same silicon oxide etchant as described above. .
【0029】今の場合は、一方の面からだけエッチング
が進行するから、エッチングが所定深さDに到達した時
点でエッチングを停止することにより、圧力発生室2、
及びインク供給口3として必要な開口面積と深さDを備
えた凹部17を形成することができる(図3(V))。In this case, since the etching proceeds only from one surface, the etching is stopped when the etching reaches a predetermined depth D, so that the pressure generating chamber 2,
In addition, a concave portion 17 having an opening area and a depth D necessary for the ink supply port 3 can be formed (FIG. 3 (V)).
【0030】圧力発生室2となる凹部17の共通のイン
ク室となる貫通孔15とは反対側の領域17aに銅イオ
ンレーザー光Lを照射する(図4(I))。これにより
この部分のシリコン単結晶基板11、及び二酸化珪素膜
12が蒸発、除去されてノズル連通孔6として必要な細
い径の貫通孔18が穿孔される(図4(II))。A copper ion laser beam L is applied to a region 17a of the concave portion 17 serving as the pressure generating chamber 2 on the side opposite to the through hole 15 serving as a common ink chamber (FIG. 4I). As a result, the silicon single crystal substrate 11 and the silicon dioxide film 12 in this portion are evaporated and removed, and a small-diameter through hole 18 required as the nozzle communication hole 6 is formed (FIG. 4 (II)).
【0031】このようにしてスペーサが完成した段階
で、凹部17の開口面に振動板7を、また他面にノズル
連通孔18にノズル開口5を連通させてノズルプレート
8を接着し(図4(III))、さらに圧電振動子9を取
付けることにより記録ヘッドが完成する。もとより、ハ
ンドリングが容易な強度を発現できる程度の厚み220
μm以上のシリコン単結晶基板11によりスペーサが構
成されているから、記録密度の高いヘッドを製造する際
におこりがちな振動板7、ノズルプレート8の接着の際
の曲がりや折れが可及的に防止される。At the stage when the spacer is completed in this way, the diaphragm 7 is adhered by connecting the vibration plate 7 to the opening surface of the concave portion 17 and the nozzle opening 5 to the nozzle communication hole 18 on the other surface (FIG. 4). (III)) Further, by attaching the piezoelectric vibrator 9, the recording head is completed. Of course, a thickness 220 enough to develop strength that is easy to handle.
Since the spacer is constituted by the silicon single crystal substrate 11 having a thickness of not less than μm, bending or breaking when bonding the vibration plate 7 and the nozzle plate 8 which is likely to occur when manufacturing a head having a high recording density is possible. Is prevented.
【0032】なお、流路内のインクに対する親和性、及
び耐久性を向上するために、既存の二酸化珪素膜12を
除去して、熱酸化法により改めて前面に二酸化珪素の膜
を形成するようにしても良い。In order to improve the affinity for ink in the flow path and the durability, the existing silicon dioxide film 12 is removed, and a silicon dioxide film is formed on the front surface again by a thermal oxidation method. May be.
【0033】また上述の実施例においてはエッチング処
理後にレザー光加工によりノズル連通孔を形成している
が、シリコン単結晶基板にノズル連通孔を穿設した後、
上述したフルエッチングにより共通のインク室4となる
貫通孔を、またハーフエッチングにより圧力発生室2、
インク供給口3となる凹部を形成してもよい。In the above embodiment, the nozzle communication hole is formed by laser light processing after the etching process. However, after the nozzle communication hole is formed in the silicon single crystal substrate, the nozzle communication hole is formed.
The through-hole which becomes the common ink chamber 4 by the full etching described above, and the pressure generation chamber 2 by the half etching,
A concave portion serving as the ink supply port 3 may be formed.
【0034】なお、上述の実施例においては圧力発生室
となる凹部側からレーザー光を照射して貫通孔を形成す
るようにしているが、ノズルプレートが設けられる表面
側からレーザー光を照射するようにしてもよい。In the above-described embodiment, the through holes are formed by irradiating the laser beam from the concave side which becomes the pressure generating chamber. However, the laser beam is radiated from the surface side where the nozzle plate is provided. It may be.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、圧力発生室がシリコン単結晶基板のハーフエッチン
グにより、また共通のインク室がフルエッチングにより
形成され、さらにノズル連通孔がレーザー加工により貫
通孔として形成されているため、ノズル連通孔を基板の
厚みに制限を受けることなく、しかも異方性エッチング
よりも滑らかで、流路として望ましい円筒状の貫通孔と
して形成することができて、ノズル開口の高密度配列に
対応できるばかりでなく、組立工程での破損を防止で
き、さらには駆動時におけるヘッドの変形を防止して印
字品質の向上を図ることができる。As described above, in the present invention, the pressure generating chamber is formed by half etching of a silicon single crystal substrate, the common ink chamber is formed by full etching, and the nozzle communication hole is penetrated by laser processing. Since the nozzle communication hole is formed as a hole, the nozzle communication hole is not limited by the thickness of the substrate, and can be formed as a cylindrical through hole which is smoother than anisotropic etching and is desirable as a flow path. In addition to being able to cope with the high-density arrangement of the openings, it is possible to prevent breakage during the assembling process, and further to prevent deformation of the head during driving, thereby improving the printing quality.
【図1】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施
例を、圧力発生室の近傍での断面構造で示す図である。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of an ink jet recording head of the present invention by a cross-sectional structure near a pressure generating chamber.
【図2】同上記録ヘッドの振動板を取り除いてスペーサ
の構造を示す上面図である。FIG. 2 is a top view showing the structure of the spacer with the diaphragm of the recording head removed.
【図3】図(I)乃至(V)は、それぞれ同上記録ヘッド
の製造方法の前半の工程を示す図である。FIGS. 3 (I) to 3 (V) are views showing the first half of a method of manufacturing a recording head according to the first embodiment; FIGS.
【図4】図(I)乃至(III)は、それぞれ同上記録ヘッ
ドの製造方法の後半の工程を示す図である。FIGS. 4A to 4C are diagrams showing the latter half of the method of manufacturing the recording head, respectively.
【図5】異方性エッチングにより形成される貫通孔の一
例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a through hole formed by anisotropic etching.
1 シリコン単結晶基板からなるスペーサ 2 圧力発生室 3 インク供給口 4 共通のインク室 5 ノズル開口 6 ノズル連通孔 7 振動板 8 ノズルプレート 9 圧電振動子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spacer consisting of a silicon single crystal substrate 2 Pressure generating chamber 3 Ink supply port 4 Common ink chamber 5 Nozzle opening 6 Nozzle communication hole 7 Vibration plate 8 Nozzle plate 9 Piezoelectric vibrator
Claims (3)
用するエッチング液に耐久性を有する耐エッチング層が
一方の面に形成されたシリコン単結晶基板に、異方性エ
ッチングにより圧力発生室、共通のインク室、及び前記
圧力発生室と共通のインク室とを接続するインク供給口
が形成されたスペーサと、該スペーサの一方の面に前記
圧力発生室に一致したピッチでノズル開口が穿設された
ノズルプレートと、前記スペーサの他方の面に前記圧力
発生室を膨張収縮させる振動板を備えたインクジェット
式記録ヘッドにおいて、 前記圧力発生室が前記シリコン単結晶基板のハーフエッ
チングにより凹部として、また前記共通のインク室がフ
ルエッチングにより貫通孔として、さらに前記圧力発生
室と前記ノズル開口とを接続するノズル連通孔がレーザ
ー加工により貫通孔として形成されているインクジェッ
ト式記録ヘッド。1. A silicon single crystal silicon substrate to etching resistant layer is formed on one surface with a durable etching solution used for anisotropic etching of a single crystal, the pressure generating chamber by anisotropic etching, the common The ink chamber, and
Ink supply port that connects the pressure generation chamber and the common ink chamber
A spacer, a nozzle plate having nozzle openings formed on one surface of the spacer at a pitch corresponding to the pressure generating chamber, and vibration for expanding and contracting the pressure generating chamber on the other surface of the spacer. In the ink jet recording head provided with a plate, the pressure generation chamber is formed as a concave portion by half-etching the silicon single crystal substrate, the common ink chamber is formed as a through hole by full etching, and the pressure generation chamber is further formed.
An ink jet recording head in which a nozzle communication hole connecting a chamber and the nozzle opening is formed as a through hole by laser processing.
ク室となる窓を形成して異方性エッチングにより貫通孔
を形成する工程と、 前記シリコン単結晶基板の一方の面に圧力発生室となる
窓を形成して異方性エッチングにより凹部を形成する工
程と、 前記圧力発生室となる凹部の、前記共通のインク室とな
る貫通孔とは反対側の領域にレーザー加工により貫通孔
を形成する工程と、 前記凹部の開口側の面に振動板を、他方の面にノズルプ
レートを固定する工程と、 からなるインクジェット式記録ヘッドの製造方法。2. A step of forming a window serving as a common ink chamber on both sides of a silicon single crystal substrate to form a through hole by anisotropic etching; and forming a pressure generating chamber on one surface of the silicon single crystal substrate. forming a recess by anisotropic etching to form a window made of concave serving as the pressure generating chamber, it and the common ink chamber
That a step of forming a through hole by laser processing in the region opposite to the through hole, the diaphragm surface of the opening side of the recess, a step of fixing the nozzle plate on the other side, the ink jet recording consisting of Head manufacturing method.
する位置にレーザー加工により貫通孔を形成する工程
と、 前記シリコン単結晶基板の両面に共通のインク室となる
窓を形成して異方性エッチングにより貫通孔を形成する
工程と、 前記シリコン単結晶基板の一方の面に圧力発生室となる
窓を形成して異方性エッチングにより凹部を形成する工
程と、 前記凹部の開口側の面に振動板を、他方の面にノズルプ
レートを固定する工程と、 からなるインクジェット式記録ヘッドの製造方法。3. A step of forming a through hole by laser processing at a position facing a nozzle opening of a silicon single crystal substrate, and forming a window serving as a common ink chamber on both surfaces of the silicon single crystal substrate to provide anisotropic Forming a through hole by etching; forming a window serving as a pressure generating chamber on one surface of the silicon single crystal substrate to form a recess by anisotropic etching; and forming a recess on the opening side of the recess. Fixing the diaphragm to the nozzle plate on the other surface, and a method for manufacturing an ink jet recording head.
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