JP2001341306A - Imaging head, imaging apparatus comprising it and method for manufacturing imaging head - Google Patents
Imaging head, imaging apparatus comprising it and method for manufacturing imaging headInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、画像形成用ヘッド
及びその製造方法に関し、より詳細には、振動板を静電
引力によって駆動する静電型画像形成用ヘッドにおける
インク、電極、振動板の構造及びその製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image forming head and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an ink, an electrode, and a diaphragm for an electrostatic image forming head that drives a diaphragm by electrostatic attraction. The present invention relates to a structure and a manufacturing method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】本発明の従来技術である特開平５−５０
６０１号公報には、オンデマンド方式のインクジェット
プリンタに用いられる、振動板を静電引力によって駆動
する静電型画像形成用ヘッドが開示されている。この公
報に示されている内容は、図５に明らかな如くインク液
室の一部に形成された振動板１０１と振動板電極１１７
及びこの振動板１０１とギャップ１０７を挟んで駆動電
極１０９を形成し、駆動電極と振動板電極との間に電圧
を印加することで発生する静電力により振動板を撓ませ
インクを吐出するものである。そのため、画像形成用ヘ
ッドを形成する生産工程中に振動板電極１１７の形成工
程、振動板電極１１７から電気的接続を取り出す工程等
が必要で、極めて煩雑であった。又、特開平６−７１８
８２号公報には、静電型画像形成用ヘッドに用いられる
振動板として、シリコン基板を所定の厚さに異方性エッ
チングの手法で形成したもの、ｐ型シリコン基板にｎ型
不純物層を形成し、電気化学エッチングの手法で形成し
たもの、及びシリコン基板に高濃度のｐ型不純物層で形
成したものが開示されている。更に、特開平９−２１６
３６０号公報には、２枚のシリコン基板を酸化膜を介在
させて張り合わせ、一方を薄くすることで振動板とした
静電型画像形成用ヘッドが開示されている。いずれの従
来技術においても、静電力を発生させるために、振動板
に振動板電極を設け、振動板電極と駆動電極との間に駆
動電圧を印加している。そのため、画像形成用ヘッドを
形成する生産工程中に振動板電極の形成工程、振動板電
極から電気的接続を取り出す工程が必要であった。又、
いずれの従来技術の静電型画像形成用ヘッドにおいて
も、振動板に静電力を作用させるため、振動板に電極を
形成する必要がある。シリコン基板で振動板を形成する
場合、シリコンは半導体材料であるために別途電極を形
成する必要がある。このため工程が複雑になり歩留まり
が低下するという問題があった。又、シリコン基板に高
濃度のｐ型不純物層を形成して振動板として用いるもの
は、シリコン基板を低抵抗とすることで振動板自体を電
極として使用できるものの、不純物の活性型により外部
から印加する電圧の極性に制限が発生するという問題が
つきまとう。さらに振動板の厚さは不純物層を形成する
拡散工程で決められるが、拡散工程には温度、拡散源の
状態、時間、シリコン基板の表面状態等プロセスパラメ
ータが多く、工程管理上問題があった。2. Description of the Related Art Japanese Patent Laid-Open No. 5-50, which is a prior art of the present invention.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 601 discloses an electrostatic image forming head that is used in an on-demand type inkjet printer and drives a diaphragm by electrostatic attraction. The contents disclosed in this publication include the vibration plate 101 and the vibration plate electrode 117 formed in a part of the ink liquid chamber as apparent from FIG.
Further, a drive electrode 109 is formed with the diaphragm 101 and the gap 107 interposed therebetween, and the diaphragm is bent by electrostatic force generated by applying a voltage between the drive electrode and the diaphragm electrode to discharge ink. is there. Therefore, a process of forming the diaphragm electrode 117 and a process of taking out an electrical connection from the diaphragm electrode 117 are required during the production process of forming the image forming head, which is extremely complicated. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-718
No. 82 discloses a vibration plate used for an electrostatic image forming head, in which a silicon substrate is formed to a predetermined thickness by anisotropic etching, and an n-type impurity layer is formed on a p-type silicon substrate. Further, there are disclosed ones formed by an electrochemical etching method and ones formed by a high-concentration p-type impurity layer on a silicon substrate. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-216
No. 360 discloses an electrostatic image forming head in which two silicon substrates are bonded to each other with an oxide film interposed therebetween, and one of the silicon substrates is thinned to form a diaphragm. In any of the conventional techniques, in order to generate electrostatic force, a diaphragm electrode is provided on the diaphragm, and a driving voltage is applied between the diaphragm electrode and the driving electrode. Therefore, during the production process for forming the image forming head, a process of forming a diaphragm electrode and a process of extracting an electrical connection from the diaphragm electrode are required. or,
In any of the prior art electrostatic image forming heads, it is necessary to form electrodes on the diaphragm in order to apply electrostatic force to the diaphragm. When a diaphragm is formed using a silicon substrate, it is necessary to separately form an electrode because silicon is a semiconductor material. For this reason, there has been a problem that the process is complicated and the yield is reduced. In the case where a high-concentration p-type impurity layer is formed on a silicon substrate and used as a diaphragm, the diaphragm itself can be used as an electrode by reducing the resistance of the silicon substrate. There is a problem that the polarity of the applied voltage is limited. Further, the thickness of the diaphragm is determined by a diffusion process for forming an impurity layer, but the diffusion process has many process parameters such as a temperature, a state of a diffusion source, a time, and a surface state of a silicon substrate, and has a problem in process management. .
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、斯かる従来
技術の問題点を総じて解消することを目的とし、静電型
画像形成用ヘッドにおいて振動板電極を全く必要としな
い画像形成用ヘッドとその製造方法を提供し、ひいては
該画像形成用ヘッドを用いて画像形成装置を提供するこ
とにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image forming head which does not require any diaphragm electrode in an electrostatic image forming head. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing the same, and further provide an image forming apparatus using the image forming head.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、インクを吐出するノズル部と、
該ノズル部に連通するインク液室と、該インク液室の壁
面を形成する振動板と、空間を隔てて該振動板に対向し
て設けられた駆動電極とを有し、該駆動電極に電圧を印
加することにより、前記振動板を変形させインクを吐出
する画像形成用ヘッドにおいて、前記インクは導電性を
有するインクである画像形成用ヘッドを最も主要な特徴
とする。請求項２の発明は、請求項１記載の画像形成用
ヘッドにおいて、駆動電極に印加する電圧はその対極を
インク自体とする画像形成用ヘッドを主要な特徴とす
る。請求項３の発明は、請求項１記載の画像形成用ヘッ
ドにおいて、前記ノズル部と、インク液室と、を閉止す
るカバー部を備え、駆動電極に印加する電圧はその対極
をカバー部とする画像形成用ヘッドを主要な特徴とす
る。請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項
記載の画像形成用ヘッドにおいて対極の電位はグランド
電位とするので、駆動回路構成が複雑でない画像形成用
ヘッドを得ることができる。請求項５の発明は、請求項
１乃至３のいずれか１項記載の画像形成用ヘッドにおい
てインクの導電率は１ｍｓ／ｃｍ以上である画像形成用
ヘッドを主要な特徴とする。請求項６の発明は、請求項
１乃至４のいずれか１項記載の画像形成用ヘッドにおい
て、前記振動板は絶縁物で形成されている画像形成用ヘ
ッドを主要な特徴とする。In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a nozzle unit for discharging ink,
An ink liquid chamber communicating with the nozzle portion; a vibration plate forming a wall surface of the ink liquid chamber; and a drive electrode provided to face the vibration plate with a space therebetween. In an image forming head that deforms the vibrating plate to discharge ink by applying the ink, the most important feature of the image forming head is that the ink is a conductive ink. According to a second aspect of the invention, in the image forming head according to the first aspect, the voltage applied to the driving electrode is mainly characterized by the image forming head having the ink itself as a counter electrode. According to a third aspect of the present invention, in the image forming head according to the first aspect, a cover portion that closes the nozzle portion and the ink liquid chamber is provided, and a voltage applied to the drive electrode uses the counter electrode as a cover portion. The main feature is an image forming head. According to a fourth aspect of the present invention, in the image forming head according to any one of the first to third aspects, since the potential of the counter electrode is a ground potential, it is possible to obtain an image forming head whose drive circuit configuration is not complicated. According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an image forming head according to any one of the first to third aspects, wherein the conductivity of the ink is 1 ms / cm or more. According to a sixth aspect of the present invention, in the image forming head according to any one of the first to fourth aspects, the main feature of the image forming head is that the diaphragm is made of an insulating material.
【０００５】請求項７の発明は、請求項６記載の画像形
成用ヘッドにおいて、絶縁物で形成されている振動板は
シリコンの酸化膜である画像形成用ヘッドを主要な特徴
とする。請求項８の発明は、請求項６記載の画像形成用
ヘッドにおいて、絶縁物で形成されている振動板はシリ
コンの窒化膜である画像形成用ヘッドを主要な特徴とす
る。請求項９の発明は、請求項６記載の画像形成用ヘッ
ドにおいて、絶縁物で形成されている振動板はシリコン
の酸窒化膜である画像形成用ヘッドを主要な特徴とす
る。請求項１０の発明は、請求項７記載の画像形成用ヘ
ッドにおいて、シリコンの酸化物で形成されている振動
板はシリコンの熱酸化膜である画像形成用ヘッドを主要
な特徴とする。請求項１１の発明は、請求項１乃至１０
のいずれか１項記載の画像形成用ヘッドにおいて、前記
インク液室の全部又は１部は単結晶シリコンを材料とし
て形成されている画像形成用ヘッドを主要な特徴とす
る。請求項１２の発明は、請求項１１記載の画像形成用
ヘッドにおいて、前記インク液室を形成する単結晶シリ
コンは面方位（１．１．０）の画像形成用ヘッドである
ことを主要な特徴とする。請求項１３の発明は、請求項
１乃至１２のいずれか１項記載の画像形成用ヘッドを用
いた画像形成装置を主要な特徴とする。請求項１４の発
明は、面方位（１．１．０）の画像形成用ヘッドを熱酸
化して振動板を形成した後、少なくとも駆動電極を形成
した基板に接合し、ついで該面方位（１、１、０）のシ
リコンウエハを異方性エッチングしてインク液室を形成
する画像形成用ヘッドの製造方法を最も主要な特徴とす
る。According to a seventh aspect of the present invention, in the image forming head according to the sixth aspect, the main feature of the image forming head is that the diaphragm made of an insulator is a silicon oxide film. An eighth aspect of the present invention is the image forming head according to the sixth aspect, wherein the diaphragm formed of an insulator is a silicon nitride film as a main feature. According to a ninth aspect of the present invention, in the image forming head according to the sixth aspect, the diaphragm formed of an insulator is mainly characterized in that the diaphragm is a silicon oxynitride film. A tenth aspect of the present invention is the image forming head according to the seventh aspect, wherein the diaphragm formed of silicon oxide is a thermal oxide film of silicon as a main feature. The invention of claim 11 is the invention of claims 1 to 10
The main feature of the image forming head according to any one of the above is that the whole or a part of the ink liquid chamber is formed of single crystal silicon as a material. According to a twelfth aspect of the present invention, in the image forming head according to the eleventh aspect, the single crystal silicon forming the ink liquid chamber is an image forming head having a plane orientation (1.1.0). And A thirteenth aspect of the present invention is characterized by an image forming apparatus using the image forming head according to any one of the first to twelfth aspects. According to a fourteenth aspect of the present invention, an image forming head having a plane orientation (1.1.0) is thermally oxidized to form a vibration plate, and then bonded to at least a substrate on which drive electrodes are formed. The most important feature is a method for manufacturing an image forming head in which an ink liquid chamber is formed by anisotropically etching a (1, 0) silicon wafer.
【０００６】[0006]
【作用】請求項１の発明は、インクを吐出するノズル部
と、該ノズル部に連通するインク液室と、該インク液室
の壁面を形成する振動板と、空間を隔てて該振動板に対
向して設けられた駆動電極とを有し、該駆動電極に電圧
を印加することにより、前記振動板を変形させインクを
吐出する画像形成用ヘッドにおいて、前記インクは導電
性を有するインクであることとするので、振動板に電極
を形成しない簡素な構造の画像形成用ヘッドを得ること
ができる。請求項２の発明は、請求項１記載の画像形成
用ヘッドにおいて、駆動電極に印加する電圧はその対極
をインク自体とするので、振動板に電極を形成しない簡
素な構造の画像形成用ヘッドを得ることができる。請求
項３の発明は、請求項１記載の画像形成用ヘッドにおい
て、駆動電極に印加する電圧はその対極をカバー部とす
るので、振動板に電極を形成しない簡素な構造の画像形
成用ヘッドを得ることができる。請求項４の発明は、請
求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成用ヘッドに
おいて対極の電位はグランド電位であることとするの
で、駆動回路の構成を簡略化できる。請求項５の発明
は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成用ヘ
ッドにおいてインクの導電率は１ｍｓ／ｃｍ以上である
こととするので、高速駆動が可能な画像形成用ヘッドを
得ることができる。請求項６の発明は、請求項１乃至４
のいずれか１項記載の画像形成用ヘッドにおいて、前記
振動板は絶縁物で形成されていることとするので、駆動
信号の短絡のない画像形成用ヘッドを得ることができ
る。According to a first aspect of the present invention, there is provided a nozzle unit for discharging ink, an ink liquid chamber communicating with the nozzle unit, a vibration plate forming a wall surface of the ink liquid chamber, and a vibration plate separated by a space. An image forming head that has a driving electrode provided to face the same and applies a voltage to the driving electrode to deform the diaphragm and discharge ink, wherein the ink is a conductive ink. Therefore, it is possible to obtain an image forming head having a simple structure in which no electrode is formed on the diaphragm. According to a second aspect of the present invention, there is provided the image forming head according to the first aspect, wherein the voltage applied to the drive electrode is a counter electrode of the ink itself. Obtainable. According to a third aspect of the present invention, in the image forming head according to the first aspect, since the voltage applied to the drive electrode is formed by using the counter electrode as a cover, the image forming head has a simple structure in which no electrode is formed on the diaphragm. Obtainable. According to a fourth aspect of the present invention, in the image forming head according to any one of the first to third aspects, since the potential of the counter electrode is a ground potential, the configuration of the drive circuit can be simplified. According to a fifth aspect of the present invention, in the image forming head according to any one of the first to third aspects, the conductivity of the ink is 1 ms / cm or more. Obtainable. The invention of claim 6 is the invention of claims 1 to 4
In the image forming head according to any one of the above, since the diaphragm is formed of an insulating material, it is possible to obtain an image forming head without a short circuit of a driving signal.
【０００７】請求項７の発明は、請求項６記載の画像形
成用ヘッドにおいて、絶縁物で形成されている振動板は
シリコンの酸化膜であることとするので、駆動信号の短
絡のない画像形成用ヘッドを得ることができる。請求項
８の発明は、請求項６記載の画像形成用ヘッドにおい
て、絶縁物で形成されている振動板はシリコンの窒化膜
であることとするので、剛性の高い振動板をもつ画像形
成用ヘッドを得ることができる。請求項９の発明は、請
求項６記載の画像形成用ヘッドにおいて、絶縁物で形成
されている振動板はシリコンの酸窒化膜であることとす
るので、剛性が高く且つ安定性の高い振動板を持つ画像
形成用ヘッドを得ることができる。請求項１０の発明
は、請求項７記載の画像形成用ヘッドにおいて、シリコ
ンの酸化物で形成されている振動板はシリコンの熱酸化
膜であることとするので、バラツキの小さい振動板を持
つ画像形成用ヘッドを得ることができる。請求項１１の
発明は、請求項１乃至１０のいずれか１項記載の画像形
成用ヘッドにおいて、前記インク液室の全部又は１部は
単結晶シリコンを材料として形成されていることとする
ので、安価で寸法精度の高い液室を持つ画像形成用ヘッ
ドを得ることができる。請求項１２の発明は、請求項１
１記載の画像形成用ヘッドにおいて、前記インク液室を
形成する単結晶シリコンは面方位（１．１．０）の画像
形成用ヘッドであることとするので、液室の壁が垂直な
高密度な画像形成用ヘッドを得ることができる。請求項
１３の発明は、請求項１乃至１２のいずれか１項記載の
画像形成用ヘッドを用いた画像形成装置であり、本発明
による簡素な構造のヘッドを有するので信頼性の高い画
像形成装置とすることができる。請求項１４の発明は、
面方位（１．１．０）の画像形成用ヘッドを熱酸化して
振動板を形成した後、少なくとも駆動電極を形成した基
板に接合し、ついで該面方位（１、１、０）のシリコン
ウエハを異方性エッチングしてインク液室を形成するこ
ととするので、振動板が破壊されにくい歩留まりの高い
製造法を得ることができる。According to a seventh aspect of the present invention, in the image forming head according to the sixth aspect, since the vibration plate made of an insulator is a silicon oxide film, there is no short circuit in drive signals. Head can be obtained. According to an eighth aspect of the present invention, in the image forming head according to the sixth aspect, since the diaphragm formed of an insulator is a silicon nitride film, the image forming head having a highly rigid diaphragm is provided. Can be obtained. According to a ninth aspect of the present invention, in the image forming head according to the sixth aspect, since the diaphragm formed of an insulator is a silicon oxynitride film, the diaphragm has high rigidity and high stability. Can be obtained. According to a tenth aspect of the present invention, in the image forming head according to the seventh aspect, since the diaphragm formed of silicon oxide is a thermal oxide film of silicon, an image having a diaphragm with small variation is provided. A forming head can be obtained. According to an eleventh aspect of the present invention, in the image forming head according to any one of the first to tenth aspects, all or a part of the ink liquid chamber is formed using single crystal silicon as a material. An image forming head having an inexpensive liquid chamber with high dimensional accuracy can be obtained. The twelfth aspect of the invention is the first aspect of the invention.
2. In the image forming head according to item 1, since the single crystal silicon forming the ink liquid chamber is an image forming head having a plane orientation (1.1.0), the liquid crystal chamber has a high-density vertical wall. It is possible to obtain a simple image forming head. According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus using the image forming head according to any one of the first to twelfth aspects. It can be. The invention of claim 14 is
After the image forming head having the plane orientation (1.1.0) is thermally oxidized to form a diaphragm, it is bonded to at least the substrate on which the drive electrodes are formed, and then the silicon having the plane orientation (1,1,0) is formed. Since the ink liquid chamber is formed by anisotropically etching the wafer, it is possible to obtain a high-yield manufacturing method in which the diaphragm is not easily broken.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態により詳細に説明する。図１は本発明の実施の形
態に係る画像形成用ヘッドの要部縦断面図である。図１
に基づき本発明の画像形成用ヘッドを説明する。画像形
成用ヘッド１はカバー部１１４、インク液室形成部１０
５及び電極基板部１０６の３つの部分からなり、これら
の３つの部分が各々接合されている。カバー部１１４に
は共通液室１０４にインクを供給するインク供給部１１
５が穿たれている。又、カバー部１１４とインク液室形
成部１０５とが接合されることによって生み出される空
間には、インク液室１０２、共通液室１０４、インク流
路１０３が形成されており、インク液室１０２、共通液
室１０４、インク流路１０３には導電性インク１１６が
充填されている。更にインク液室形成部１０５の下部に
は振動板１０１が配されている。電極基板部１０６には
駆動電極１０９と静電力を発生させるギャップ１０７が
設けられていて、駆動電極１０９の上には保護膜１０８
が形成されている。このインクジェットを駆動するため
の画像形成用ヘッドの駆動部である電源１１１は外部に
あり、結線１１２及び１１３によって画像形成用ヘッド
に接続されている。結線１１３は電極基板部１０６の駆
動電極１０９に、結線１１２は導電性インク１１６にそ
れぞれ接続されているものとする。インク液室形成部１
０５にはインク液室１０２と個々のインクノズル１１０
に対応して、静電引力によって駆動される振動板１０１
が設けられているとともに、前記インク液室１０２へと
インクを供給するための共通液室１０４が形成されてお
り、インク流路１０３によってインク液室１０２と共通
液室１０４は連通されている。前述のように、個々のイ
ンクノズル１１０に対応してインク液室１０２の壁面の
一部を形成する振動板１０１は、更に、電極基板部１０
６の駆動電極１０９に対向して配置されている。画像形
成用ヘッド駆動部１１１より発生した駆動電圧は導電性
インク１１６と駆動電極１０９の間に印加される。この
ときギャップ１０７を介して導電性インク１１６と駆動
電極１０９の間に静電引力が発生する。その静電引力に
より振動板１０１が駆動電極１０９側に引きつけられる
ように撓み、ついで駆動電圧の印加が解放された時に振
動板の撓みが初期位置に戻り、その反発力でインク滴が
ノズル１１０より矢印Ａ方向に吐出される。本発明のイ
ンクジェットのインクとして用いる導電性インクの導電
率は１ｍｓ／ｃｍ以上であれば使用可能できる。又、導
電率は高い方が駆動周波数を上げるのに有利である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main part of an image forming head according to an embodiment of the present invention. FIG.
The image forming head of the present invention will be described based on FIG. The image forming head 1 includes a cover 114 and an ink liquid chamber forming section 10.
5 and the electrode substrate portion 106, and these three portions are respectively joined. An ink supply unit 11 that supplies ink to the common liquid chamber 104 is provided in the cover unit 114.
5 is worn. In a space created by joining the cover portion 114 and the ink liquid chamber forming portion 105, an ink liquid chamber 102, a common liquid chamber 104, and an ink flow path 103 are formed. The common liquid chamber 104 and the ink channel 103 are filled with conductive ink 116. Further, a vibration plate 101 is arranged below the ink liquid chamber forming portion 105. The electrode substrate 106 is provided with a gap 107 for generating an electrostatic force with the drive electrode 109, and a protective film 108 is formed on the drive electrode 109.
Are formed. A power supply 111, which is a drive unit of the image forming head for driving the ink jet, is provided outside and is connected to the image forming head by connection lines 112 and 113. The connection 113 is connected to the drive electrode 109 of the electrode substrate 106, and the connection 112 is connected to the conductive ink 116, respectively. Ink liquid chamber forming part 1
Reference numeral 05 denotes an ink liquid chamber 102 and individual ink nozzles 110.
Corresponding to the vibration plate 101 driven by electrostatic attraction
Are provided, and a common liquid chamber 104 for supplying ink to the ink liquid chamber 102 is formed, and the ink liquid chamber 102 and the common liquid chamber 104 are communicated by the ink flow path 103. As described above, the diaphragm 101 that forms a part of the wall surface of the ink liquid chamber 102 corresponding to each ink nozzle 110 further includes the electrode substrate unit 10.
6 are arranged to face the six drive electrodes 109. The driving voltage generated by the image forming head driving unit 111 is applied between the conductive ink 116 and the driving electrode 109. At this time, an electrostatic attraction is generated between the conductive ink 116 and the drive electrode 109 via the gap 107. Due to the electrostatic attraction, the vibration plate 101 is bent so as to be attracted to the drive electrode 109 side, and then when the application of the drive voltage is released, the deflection of the vibration plate returns to the initial position, and the ink droplets from the nozzle 110 by the repulsion force. It is discharged in the direction of arrow A. The conductivity of the conductive ink used as the inkjet ink of the present invention can be used as long as it is 1 ms / cm or more. In addition, a higher conductivity is advantageous for increasing the driving frequency.
【０００９】図２は導電性インク自体に取った駆動電圧
の対極をグランド電位１１８にした実施例が示されてい
る。図２に示すように、導電性インク自体に取った駆動
電圧の対極をグランド電位１１８にすることにより、駆
動回路の回路構成が簡単になり、且つインクに直接駆動
電位が印加されることがなくなるのでヘッド駆動の信頼
性が向上することになる。インク液室形成部１０５を形
成する材料としては単結晶シリコンを用いるのが望まし
い。この理由は、単結晶シリコンは半導体素子を形成す
る基板として用いられるシリコンウエハといわれるもの
で、品質並びに供給が安定しているのに加えてシリコン
基板のフォトリソ、エッチング、実装などの加工技術は
半導体素子形成技術の発展により既に高度な加工技術が
確立されているので、これらの加工技術を応用すること
ができるからである。又、シリコン基板は水酸化カリウ
ム溶液の異方性エッチング技術により立体構造を容易に
形成できるという材料上のメリットもある。特に面配向
（１．１．０）のシリコン基板であれば、異方性エッチ
ング技術を用いることで壁面を垂直にすることができ
る。これにより深堀エッチングが可能になり、高密度な
液室を形成することができる。振動板１０１はインク液
室１０２と別個に形成することもできるが、異方性エッ
チング技術を利用し、一体で形成することもできる。例
えば、水酸化カリウムによる異方性エッチングのエッチ
ング速度と、エッチング時間の設定により、所望の振動
板の厚さを残してエッチングを終了して、振動板を形成
する方法がある。また、所望の振動板厚さの部分にｐｎ
接合を形成し、電気化学的にエッチングを停止させて、
振動板を形成する方法、即ち電気化学エッチストップ法
がある。又、ボロン不純物を高濃度に拡散したシリコン
基板は異方性エッチング速度が極端に遅くなるという現
象を利用し、所望の振動板厚さにボロン不純物を高濃度
に拡散させて振動板を形成する方法、即ち高濃度ボロン
エッチストップ法等もある。FIG. 2 shows an embodiment in which the counter electrode of the driving voltage applied to the conductive ink itself is set to the ground potential 118. As shown in FIG. 2, by setting the counter electrode of the drive voltage applied to the conductive ink itself to the ground potential 118, the circuit configuration of the drive circuit is simplified, and the drive potential is not directly applied to the ink. Therefore, the reliability of driving the head is improved. It is desirable to use single crystal silicon as a material for forming the ink liquid chamber forming portion 105. The reason for this is that single crystal silicon is said to be a silicon wafer used as a substrate for forming semiconductor elements, and in addition to stable quality and supply, processing technologies such as photolithography, etching and mounting of silicon This is because advanced processing techniques have already been established due to the development of element formation techniques, and these processing techniques can be applied. The silicon substrate also has a material advantage that a three-dimensional structure can be easily formed by anisotropic etching technique of a potassium hydroxide solution. In particular, in the case of a silicon substrate having a plane orientation (1.1.0), the wall surface can be made vertical by using an anisotropic etching technique. As a result, deep etching becomes possible, and a high-density liquid chamber can be formed. The vibration plate 101 can be formed separately from the ink liquid chamber 102, or can be formed integrally using an anisotropic etching technique. For example, there is a method in which the diaphragm is formed by terminating the etching while setting a desired diaphragm thickness by setting the etching rate of the anisotropic etching with potassium hydroxide and the etching time. In addition, pn is added to the portion of the desired diaphragm thickness.
Forming a junction, stopping the etching electrochemically,
There is a method of forming a diaphragm, that is, an electrochemical etch stop method. In addition, a silicon substrate in which boron impurities are diffused at a high concentration utilizes a phenomenon that anisotropic etching rate is extremely slow, and a boron plate is formed by diffusing boron impurities at a high concentration to a desired diaphragm thickness. There is also a method, that is, a high-concentration boron etch stop method.
【００１０】又、本発明では振動板を絶縁膜で形成する
ことができる。その場合にはＣＶＤ等の成膜手法で酸化
膜、窒化膜、酸窒化膜を形成することで、振動板とする
ことができる。またシリコン基板を熱酸化して形成した
熱酸化膜を振動板とすることもできる。シリコン基板と
同様にガラス基板もまたインク液室形成部１０５を形成
する材料として利用できる。特に透明なガラス基板を用
いると、インクジェトヘッドが動作中のインク液室内部
を直接観察できるので、ヘッドの動作モニターに有利で
ある。電極基板部１０６としては単結晶シリコン，ガラ
ス，セラミック等種々の材料を選択することができる。
単結晶シリコンで電極基板を形成する場合には通常のシ
リコンウエハを用いることができる。その厚さはシリコ
ンウエハの直径で異なるが ，直径４インチのシリコン
ウエハであれば厚さが５００μｍ程度，直径６インチの
シリコンウエハであれば厚さは６００μｍ程度であるこ
とが多い。シリコンウエハ以外の材料を選択する場合に
は，振動板と接合する場合を考慮して振動板シリコンと
熱膨張係数の差が小さい材料の方が信頼性の点で有利で
ある。例えばガラス材料であればコーニング社製#７７
４０、岩城硝子社製ＳＷ３、ホーヤ社製ＳＤ２等を用い
ることができる。電極基板部１０６と振動板１０１との
接合は，接着剤による接合でもよいが，より信頼性の高
い物理的な接合，例えば電極基板部１０６がシリコンで
形成される場合には酸化膜を介した直接接合法を用いる
ことができ，また電極基板部１０６がガラスの場合には
陽極接合が使用できる。電極基板１０６がシリコンで形
成されていて陽極接合を用いる場合には、電極基板１０
６と振動板１０１との間にパイレックス（登録商標）ガ
ラスを成膜して、この膜を介して陽極接合を行っても良
い。ギャップ１０７の短辺方向，長辺方向の長さ，ギャ
ップ深さ等の寸法はアクチュエータの使用目的，変位範
囲，駆動する電圧等により選択されるが，一般的には，
短辺長さは５０〜５００μｍ、長辺長さは２００μｍ〜
４０００μｍ、ギャップ深さとしては０．１〜５．０μ
ｍの範囲で設定されることが多い 。またギャップの形
状を非平行に形成する場合もある。In the present invention, the diaphragm can be formed of an insulating film. In that case, a diaphragm can be formed by forming an oxide film, a nitride film, and an oxynitride film by a film formation technique such as CVD. Further, a thermal oxide film formed by thermally oxidizing a silicon substrate can be used as the diaphragm. Like the silicon substrate, a glass substrate can also be used as a material for forming the ink liquid chamber forming portion 105. In particular, when a transparent glass substrate is used, the inside of the ink liquid chamber during operation of the ink jet head can be directly observed, which is advantageous for operation monitoring of the head. Various materials such as single crystal silicon, glass, and ceramic can be selected for the electrode substrate portion 106.
When the electrode substrate is formed of single crystal silicon, a normal silicon wafer can be used. Although the thickness differs depending on the diameter of the silicon wafer, the thickness is often about 500 μm for a silicon wafer having a diameter of 4 inches and about 600 μm for a silicon wafer having a diameter of 6 inches. When a material other than a silicon wafer is selected, a material having a small difference in thermal expansion coefficient from the diaphragm silicon is more advantageous in terms of reliability in consideration of the case of bonding to the diaphragm. For example, if the material is glass, Corning # 77
40, SW3 manufactured by Iwaki Glass Co., Ltd., SD2 manufactured by Hoya Co., Ltd., etc. can be used. The bonding between the electrode substrate 106 and the diaphragm 101 may be performed by an adhesive, but a more reliable physical bonding, for example, via an oxide film when the electrode substrate 106 is formed of silicon. A direct bonding method can be used, and when the electrode substrate portion 106 is made of glass, anodic bonding can be used. When the electrode substrate 106 is formed of silicon and uses anodic bonding, the electrode substrate 10
Pyrex (registered trademark) glass may be formed between the diaphragm 6 and the diaphragm 101, and anodic bonding may be performed through this film. The dimensions of the gap 107, such as the length in the short side direction, the long side direction, and the gap depth, are selected according to the purpose of use of the actuator, the displacement range, the driving voltage, and the like.
Short side length is 50 ~ 500μm, long side length is 200μm ~
4000 μm, gap depth 0.1 to 5.0 μ
It is often set in the range of m. In some cases, the shape of the gap is formed non-parallel.
【００１１】駆動電極１０９としては、通常半導体素子
の形成プロセス等で一般的に用いられるＡｌ，Ｃｒ，Ｎ
ｉ等の金属材料が多く用いられる。電極基板部１０６が
シリコンウエハなど導電性を有する材料で形成される場
合には，電極基板部１０６と駆動電極１０９とのあいだ
には絶縁層を形成する必要がある。この場合絶縁層とし
てはＳｉＯ2が用いられるのが一般的である。電極基板
部１０６にガラス等の絶縁性材料を用いる場合には駆動
電極１０９とのあいだに絶縁層を形成する必要はない。
また電極基板部１０６がシリコンの場合には駆動電極と
して，不純物拡散領域を用いることができる。この場
合，拡散に用いる不純物は基板とシリコンの導電型と反
対の導電型を示す不純物を用い，拡散領域周辺にｐｎ接
合を形成し，駆動電極１０９と電極基板１０６とを電気
的に絶縁する。種々の方法で形成した駆動電極は破損を
避けるために保護膜で覆う必要が生じる。保護膜として
はＳｉＯ2等酸化膜系の絶縁膜、Ｓｉ3Ｎ4等の窒化膜系
絶縁膜を使用することができる。絶縁膜の形成方法とし
ては成膜手法によることが多い。１１４はインク流路の
カバー部であり、既述の通りインクを流路に供給するた
めのインク供給部１１５とインクを外部に吐出するため
のノズル部１１０が形成されている。カバー部の材料と
してはインク流路１０３の場合と同様に、開口が形成で
きる材料、具体的にはシリコン、ガラス、金属、樹脂等
を用い、形成する開口の寸法を考慮しつつ適宜選択す
る。カバー部のノズル部１１０は必要に応じて疎水、又
は親水処理を施す場合もある。図３に示されているよう
に、このカバー部１１４が導電性材料で形成されている
場合には印加する駆動電圧の対極をカバー部に取ること
により、間接的に導電性インクに対極を取ったのと等価
となる。The drive electrode 109 is made of Al, Cr, N which is generally used in a process for forming a semiconductor element or the like.
Metal materials such as i are often used. When the electrode substrate 106 is formed of a conductive material such as a silicon wafer, it is necessary to form an insulating layer between the electrode substrate 106 and the drive electrode 109. In this case, SiO 2 is generally used as the insulating layer. In the case where an insulating material such as glass is used for the electrode substrate portion 106, it is not necessary to form an insulating layer between the driving electrode 109.
When the electrode substrate 106 is made of silicon, an impurity diffusion region can be used as a drive electrode. In this case, the impurity used for the diffusion is an impurity having a conductivity type opposite to the conductivity type of the substrate and silicon, a pn junction is formed around the diffusion region, and the drive electrode 109 and the electrode substrate 106 are electrically insulated. Drive electrodes formed by various methods need to be covered with a protective film in order to avoid damage. As the protective film, an oxide-based insulating film such as SiO 2 or a nitride-based insulating film such as Si 3 N 4 can be used. In many cases, the insulating film is formed by a film forming method. Reference numeral 114 denotes a cover portion of the ink flow path. As described above, the ink supply portion 115 for supplying ink to the flow path and the nozzle portion 110 for discharging ink to the outside are formed. Similar to the case of the ink flow path 103, a material that can form an opening, specifically, silicon, glass, metal, resin, or the like is used as the material of the cover portion, and is appropriately selected in consideration of the size of the opening to be formed. The nozzle 110 of the cover may be subjected to a hydrophobic or hydrophilic treatment as necessary. As shown in FIG. 3, when the cover portion 114 is formed of a conductive material, the counter electrode of the conductive ink is indirectly provided by taking the counter electrode of the drive voltage to be applied to the cover portion. It is equivalent to
【００１２】次に、図４により本発明に係る画像形成用
ヘッドの作成フローについて説明する。図３において、
右側の図は、左側の図のＡ−Ａ線断面に対応する部分を
示している。 （Ａ）最初に、厚さ４００μｍ〜７００μｍ、抵抗率５
〜３０Ω／ｃｍ、面配向（１．０．０）又は（１．１．
１）、（１．１．０）のｐ型又はｎ型の単結晶シリコン
基板２０１上に熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法等の手
段により酸化シリコン膜等の絶縁膜２０２を形成する
（図３（a）参照）。この絶縁膜２０２は、インクジェ
ッドヘッドの個別電極と単結晶シリコン基板２０１との
絶縁を確保できるものであれば何ら問題はない。 （Ｂ）次に、イオン注入法、塗布拡散法、固体拡散法等
の種々の不純物導入法より不純物原子を望ましくは１Ｅ
１８／ｃｍ3以上導入したｎ型又はｐ型の多結晶シリコ
ン又は単結晶シリコン、或いは、高融点金属望ましくは
窒化チタン等の材料２０３を絶縁膜２０２上に形成する
（図３（ｂ）参照）。 （Ｃ）前記材料２０３上にシリコン窒化膜等の酸素拡散
防止の絶縁膜２０４をＣＶＤ法、スパッタ法により順次
形成する（図３（ｃ）参照）。 （Ｄ）次に、通常のフォトリソグラフィとドライエッチ
ング又はウエットエッチングにより前記酸素拡散防止の
絶縁膜２０４と前記多結晶シリコン又は前記単結晶シリ
コン、或いは、前記材料２０３を単結晶シリコン基板２
０１上までセルフアライメントでパターンニングし、個
別電極領域を形成する（図３（ｄ）参照）。Next, referring to FIG. 4, description will be given of a flow of forming an image forming head according to the present invention. In FIG.
The drawing on the right shows a portion corresponding to the cross section taken along line AA of the drawing on the left. (A) First, a thickness of 400 μm to 700 μm and a resistivity of 5
３０30 Ω / cm, plane orientation (1.0.0) or (1.1.
1), (1.1.0) An insulating film 202 such as a silicon oxide film is formed on a p-type or n-type single-crystal silicon substrate 201 by means of a thermal oxidation method, a CVD method, a sputtering method, or the like (FIG. 3 (a)). The insulating film 202 has no problem as long as it can ensure the insulation between the individual electrodes of the ink jet head and the single crystal silicon substrate 201. (B) Next, impurity atoms are desirably reduced to 1E by various impurity introduction methods such as an ion implantation method, a coating diffusion method, and a solid diffusion method.
A material 203 such as n-type or p-type polycrystalline silicon or single crystal silicon introduced at 18 / cm 3 or more, or a high melting point metal, preferably titanium nitride, is formed on the insulating film 202 (see FIG. 3B). . (C) An insulating film 204 for preventing oxygen diffusion such as a silicon nitride film is sequentially formed on the material 203 by a CVD method and a sputtering method (see FIG. 3C). (D) Next, the insulating film 204 for preventing oxygen diffusion and the polycrystalline silicon or the single crystal silicon, or the material 203 are transferred to the single crystal silicon substrate 2 by ordinary photolithography and dry etching or wet etching.
Then, patterning is performed by self-alignment up to above 01 to form an individual electrode region (see FIG. 3D).
【００１３】（Ｅ）次に、少なくとも酸素ガスを含む電
気炉で前記単結晶シリコン基板２０１を酸化する。この
時、酸化拡散防止のためのシリコン窒化膜等よりなる絶
縁膜２０４のない第１領域の前記単結晶シリコン２０１
上には、酸化シリコン膜２０３ａが形成される。この
時、単結晶シリコン基板２０１を酸化しているので第１
領域上には不純物原子を含まない酸化シリコン膜２０３
ａが形成され、後の接合工程において接合のマージンを
向上させる。一方、シリコン窒化膜等の酸素拡散防止の
絶縁膜２０４が存在する第２領域では前記単結晶シリコ
ン２０１の酸化が進行せず、絶縁膜２０２と等しい膜厚
の酸化シリコン膜２０３ｂが形成され、第１の領域の酸
化シリコン膜２０３ａと第２の領域の酸化シリコン膜２
０３ｂの膜厚が各々異なるため領域間で段差ができる
（図３（e）参照）。この段差は本発明の画像形成用ヘ
ッドの振動板１０１と駆動電極１０９のギャップ１０７
となる。ここで、前記酸素拡散防止の絶縁膜２０４を除
去しても何ら問題はないが、本発明では除去しない工程
で説明する。 （Ｆ）次に、伝導型がｐ型又はｎ型、面方位（１．１．
０）の単結晶シリコン基板２１１の片面に振動板膜厚に
等しくなる深さまでｐ型或いはｎ型の伝導型を示す不純
物を１Ｅ１９／ｃｍ3以上拡散させた拡散領域２１２
と、この拡散領域の反対の面にインク液室とインクノズ
ルを規定する酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、五酸化
タンタル等の単結晶シリコンエッチングマスクパターン
２１３が形成されたインク液室基板部２１１を、図３
（ｅ）に示した電極基板部２０１と接合する。この時、
面方位（１、１、０）単結晶シリコン基板の上にシリコ
ン酸化膜を介して振動板膜厚に等しい単結晶薄膜シリコ
ンが形成されている所謂ＳＯＩ（Slicon On Insulate
r）基板と電極基板を接合してもよい。電極基板とイン
ク液室基板の接合は８００℃以上の温度で減圧又は常圧
の酸素又は窒素雰囲気で接合を行う直接接合やインク液
室を形成する面方位（１、１、０）単結晶シリコン基板
上にＮａイオン，Ｈイオン等の可動イオンを含む絶縁膜
をスパッタ法で全面形成し電界を印加しながら２００℃
〜５００℃で接合する陽極接合で行う。また、前記接合
を行う前には電極基板のシリコン酸化膜２０３ａの表面
をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等により
研磨し接合表面を平滑にすることが望ましい（図３
（f）参照）。 （Ｇ）電極基板とインク液室基板が接合された基板を単
結晶シリコンエッチングマスクパターン１３が形成され
た側からＫＯＨ，ＴＭＡＨ等によって面方位（１．１．
０）単結晶シリコン基板１１を異方性エッチングする。
この時、高濃度に不純物を含む拡散領域２１２でエッチ
ングはストップし、振動板２１２が形成される。ＳＯＩ
基板を異方性エッチングした場合はシリコン酸化膜上で
エッチングはストップする。なお、この時、前記シリコ
ン酸化膜を除去しても何ら問題はない（図３（g）参
照）。 （Ｈ）接合された基板上部にサンドブラスト加工やレー
ザ加工でインク供給用の流路２１５が形成されているガ
ラス板や金属板からなるインク液室カバー２１４を張り
付ける。パッド領域のみシリコン薄膜振動板２１２をエ
ッチングにより除去しＡｕ等の電圧印加用パッド２２１
を形成し、本発明の画像形成用ヘッドは完成する（図３
（h）参照）。(E) Next, the single crystal silicon substrate 201 is oxidized in an electric furnace containing at least oxygen gas. At this time, the single-crystal silicon 201 in the first region where there is no insulating film 204 made of a silicon nitride film or the like for preventing oxidation diffusion.
A silicon oxide film 203a is formed thereon. At this time, since the single crystal silicon substrate 201 has been oxidized, the first
A silicon oxide film 203 containing no impurity atoms on the region;
a is formed to improve the bonding margin in a subsequent bonding step. On the other hand, in the second region where the insulating film 204 for preventing oxygen diffusion such as a silicon nitride film is present, the oxidation of the single crystal silicon 201 does not proceed, and a silicon oxide film 203b having the same thickness as the insulating film 202 is formed. The silicon oxide film 203a in the first region and the silicon oxide film 2 in the second region
Since the thicknesses of the layers 03b are different from each other, a step is formed between the regions (see FIG. 3E). This step is caused by the gap 107 between the diaphragm 101 and the drive electrode 109 of the image forming head of the present invention.
Becomes Here, there is no problem even if the insulating film 204 for preventing oxygen diffusion is removed, but a process not removing the insulating film will be described in the present invention. (F) Next, the conductivity type is p-type or n-type, and the plane orientation (1.1.
A diffusion region 212 in which an impurity having a p-type or n-type conductivity is diffused by 1E19 / cm 3 or more to one surface of the single crystal silicon substrate 211 of FIG.
And an ink liquid chamber substrate portion 211 on which a single-crystal silicon etching mask pattern 213 such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or tantalum pentoxide that defines an ink liquid chamber and an ink nozzle is formed on a surface opposite to the diffusion region. , FIG.
It is joined to the electrode substrate 201 shown in FIG. At this time,
A so-called SOI (Slicon On Insulate) in which single-crystal thin-film silicon having a thickness equal to the diaphragm thickness is formed on a (1,1,0) single-crystal silicon substrate with a silicon oxide film interposed therebetween.
r) The substrate and the electrode substrate may be joined. The electrode substrate and the ink liquid chamber substrate are bonded directly at a temperature of 800 ° C. or more under reduced pressure or normal pressure in an oxygen or nitrogen atmosphere, or in a plane orientation (1,1,0) single crystal silicon forming an ink liquid chamber. An insulating film containing mobile ions such as Na ions and H ions is entirely formed on the substrate by sputtering, and 200 ° C. while applying an electric field.
The anodic bonding is performed at ~ 500 ° C. Before the bonding, the surface of the silicon oxide film 203a of the electrode substrate is preferably polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like to smooth the bonding surface (FIG. 3).
(F)). (G) From the side on which the single crystal silicon etching mask pattern 13 is formed, the substrate in which the electrode substrate and the ink liquid chamber substrate are joined is subjected to plane orientation (1.1.
0) The single crystal silicon substrate 11 is anisotropically etched.
At this time, the etching is stopped at the diffusion region 212 containing impurities at a high concentration, and the diaphragm 212 is formed. SOI
When the substrate is anisotropically etched, the etching stops on the silicon oxide film. At this time, there is no problem even if the silicon oxide film is removed (see FIG. 3G). (H) An ink liquid chamber cover 214 made of a glass plate or a metal plate having an ink supply flow path 215 formed thereon is attached to the upper portion of the joined substrates by sandblasting or laser processing. The silicon thin film diaphragm 212 is removed by etching only in the pad area, and a voltage application pad 221 such as Au is applied.
And the image forming head of the present invention is completed (FIG. 3).
(H)).
【００１４】尚、個別電極が窒化チタンなど金属あるい
はその化合物の場合にはパッド２２１の形成は不要の場
合もある。この時点で、インク液室側は異方性エッチン
グにより形成される個々のノズル２１９に対応した個別
液室２１８と、該個別液室へインクを供給するための共
通液室２１６とを有し、これら個別液室２１８と共通液
室２１６とが異方性エッチングで形成した流路２１７で
連通された構造となる。この画像形成用ヘッドの個別電
極パッド２２１と画像形成用ヘッドに充填した導電性イ
ンクとの間に電圧を印加した時、導電性インクと駆動電
極２０３の間に静電力が働き、振動板２１２は駆動電極
２０３の方向にたわみ、液室２１８は引圧となり、イン
ク供給のための流路２１７を経て共通液室２１６から個
別液室２１８へとインクが供給される。電圧を切ると、
単結晶シリコン振動板２１２はシリコンの剛性によって
元の位置へ戻り、このとき個別液室２１８は加圧され、
ノズル２１９を経て矢印Ｂ方向にインクが吐出され、記
録される。なお、ここではインクの吐出方向は基板に対
して水平方向（Ｘ方向）の例で示したが、インクノズル
の方向を変更することで基板の法線方向（Ｙ方向）にイ
ンクを吐出させることもできる。また、本画像形成用ヘ
ッド作製フローでは振動板とインク液室を形成する単結
晶シリコン基板と電極基板を接合した後に異方性エッチ
ングを行い振動板とインク液室とノズル部を形成した例
を示したが、異方性エッチングによりインク液室と振動
板を形成した単結晶シリコン基板と電極基板を接合して
からノズル部を形成してもよい。その他インク流路、共
通液室、インク供給口等の配置、材料、工法など画像形
成用ヘッドにおける他の構成部分は本発明の趣旨を逸脱
しない範囲で最適に変更できる。When the individual electrode is made of a metal such as titanium nitride or a compound thereof, it may not be necessary to form the pad 221 in some cases. At this time, the ink liquid chamber side has an individual liquid chamber 218 corresponding to each nozzle 219 formed by anisotropic etching, and a common liquid chamber 216 for supplying ink to the individual liquid chamber. The individual liquid chamber 218 and the common liquid chamber 216 have a structure in which they are communicated with each other by a flow path 217 formed by anisotropic etching. When a voltage is applied between the individual electrode pad 221 of the image forming head and the conductive ink filled in the image forming head, an electrostatic force acts between the conductive ink and the drive electrode 203, and the diaphragm 212 The liquid chamber 218 deflects in the direction of the drive electrode 203, and the ink is supplied from the common liquid chamber 216 to the individual liquid chamber 218 via a flow path 217 for supplying ink. When the voltage is turned off,
The single crystal silicon diaphragm 212 returns to its original position due to the rigidity of silicon, and at this time, the individual liquid chamber 218 is pressurized,
Ink is ejected in the direction of arrow B through the nozzles 219 and recorded. Here, the ink ejection direction is shown as an example in the horizontal direction (X direction) with respect to the substrate. However, the ink can be ejected in the normal direction (Y direction) of the substrate by changing the direction of the ink nozzle. Can also. Also, in this image forming head manufacturing flow, an example is described in which the vibration plate, the ink liquid chamber, and the nozzle portion are formed by bonding the single crystal silicon substrate and the electrode substrate that form the vibration plate and the ink liquid chamber and then performing anisotropic etching. Although shown, the nozzle section may be formed after the electrode substrate and the single crystal silicon substrate on which the ink liquid chamber and the vibration plate are formed by anisotropic etching are joined. Other components of the image forming head, such as the arrangement of the ink flow path, the common liquid chamber, the ink supply port, the material, and the method of construction, can be optimally changed without departing from the spirit of the present invention.
【００１５】[0015]
【発明の効果】請求項１の発明は、インクを吐出するノ
ズル部と、該ノズル部に連通するインク液室と、該イン
ク液室の壁面を形成する振動板と、空間を隔てて該振動
板に対向して設けられた駆動電極とを有し、該駆動電極
に電圧を印加することにより、前記振動板を変形させイ
ンクを吐出する画像形成用ヘッドにおいて、前記インク
は導電性を有するインクであることとしたので、振動板
に電極を形成しない簡素な構造の画像形成用ヘッドを提
供することができた。請求項２の発明は、請求項１記載
の画像形成用ヘッドにおいて、駆動電極に印加する電圧
はその対極をインク自体としたので、振動板に電極を形
成しない簡素な構造の画像形成用ヘッドを提供すること
ができた。請求項３の発明は、請求項１記載の画像形成
用ヘッドにおいて、駆動電極に印加する電圧はその対極
をカバー部としたので、振動板に電極を形成しない簡素
な構造の画像形成用ヘッドを提供することができた。請
求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の
画像形成用ヘッドにおいて対極の電位はグランド電位で
あることとしたので、駆動回路の構成を簡略化できる画
像形成用ヘッドを提供することができた。請求項５の発
明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成用
ヘッドにおいてインクの導電率は１ｍｓ／ｃｍ以上であ
ることとであることとしたので、高速駆動が可能な画像
形成用ヘッドを提供することができた。請求項６の発明
は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成用ヘ
ッドにおいて、前記振動板は絶縁物で形成されているこ
ととしたので、駆動信号の短絡のない画像形成用ヘッド
を提供することができた。請求項７の発明は、請求項６
記載の画像形成用ヘッドにおいて、絶縁物で形成されて
いる振動板はシリコンの酸化膜であることとしたので、
駆動信号の短絡のない画像形成用ヘッドを提供すること
ができた。請求項８の発明は、請求項６記載の画像形成
用ヘッドにおいて、絶縁物で形成されている振動板はシ
リコンの窒化膜であることとしたので、剛性の高い振動
板をもつ画像形成用ヘッドを提供することができた。請
求項９の発明は、請求項６記載の画像形成用ヘッドにお
いて、絶縁物で形成されている振動板はシリコンの酸窒
化膜であることとしたので、剛性が高く且つ安定性の高
い振動板を持つ画像形成用ヘッドを提供することができ
た。According to the first aspect of the present invention, there is provided a nozzle portion for discharging ink, an ink liquid chamber communicating with the nozzle portion, a vibrating plate forming a wall surface of the ink liquid chamber, and the vibrating plate separated by a space. A driving electrode provided opposite to the plate, wherein a voltage is applied to the driving electrode to deform the diaphragm and eject ink, wherein the ink is a conductive ink. Therefore, it was possible to provide an image forming head having a simple structure in which no electrode is formed on the diaphragm. According to a second aspect of the present invention, in the image forming head according to the first aspect, since the voltage applied to the drive electrode is set to a counter electrode of the ink itself, an image forming head having a simple structure in which no electrode is formed on the diaphragm is provided. Could be provided. According to a third aspect of the present invention, in the image forming head according to the first aspect, the voltage applied to the drive electrode is formed by using the counter electrode as a cover, so that the image forming head having a simple structure in which no electrode is formed on the diaphragm is provided. Could be provided. According to a fourth aspect of the present invention, in the image forming head according to any one of the first to third aspects, the potential of the counter electrode is a ground potential. Could be provided. According to a fifth aspect of the present invention, in the image forming head according to any one of the first to third aspects, the conductivity of the ink is 1 ms / cm or more. A forming head could be provided. According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the image forming head according to any one of the first to fourth aspects, wherein the diaphragm is formed of an insulating material. The head could be provided. The invention of claim 7 is the invention of claim 6
In the image forming head described above, since the diaphragm formed of an insulator is an oxide film of silicon,
An image forming head without a short circuit of a drive signal could be provided. According to an eighth aspect of the present invention, in the image forming head according to the sixth aspect, since the diaphragm formed of an insulator is a silicon nitride film, the image forming head having a highly rigid diaphragm is provided. Could be provided. According to a ninth aspect of the present invention, in the image forming head according to the sixth aspect, since the diaphragm formed of an insulator is an oxynitride film of silicon, the diaphragm has high rigidity and high stability. Thus, an image forming head having the following characteristics can be provided.
【００１６】請求項１０の発明は、請求項７記載の画像
形成用ヘッドにおいて、シリコンの酸化物で形成されて
いる振動板はシリコンの熱酸化膜であることとしたの
で、バラツキの小さい振動板を持つ画像形成用ヘッドを
提供することができた。請求項１１の発明は、請求項１
乃至１０のいずれか１項記載の画像形成用ヘッドにおい
て、前記インク液室の全部又は１部は単結晶シリコンを
材料として形成されていることとしたので、安価で寸法
精度の高い液室を持つ画像形成用ヘッドを提供すること
ができた。請求項１２の発明は、請求項１１記載の画像
形成用ヘッドにおいて、前記インク液室を形成する単結
晶シリコンは面方位（１．１．０）の画像形成用ヘッド
であることとしたので、液室の壁が垂直な高密度な画像
形成用ヘッドを提供することができた。請求項１３の発
明は、請求項１乃至１２のいずれか１項記載の画像形成
用ヘッドを用いた画像形成装置であり、本発明による簡
素な構造のヘッドを有するので信頼性の高い画像形成装
置を提供することができた。請求項１４の発明は、面方
位（１、１、０）の画像形成用ヘッドを熱酸化して振動
板を形成した後、少なくとも駆動電極を形成した基板に
接合し、ついで該面方位（１、１、０）のシリコンウエ
ハを異方性エッチングしてインク液室を形成することと
したので、振動板が破壊されにくい歩留まりの高い画像
形成用ヘッドの製造方法を提供することができた。According to a tenth aspect of the present invention, in the image forming head according to the seventh aspect, the vibration plate made of silicon oxide is a thermal oxide film of silicon. Thus, an image forming head having the following characteristics can be provided. The invention of claim 11 is the invention of claim 1
11. In the image forming head according to any one of items 10 to 10, since all or a part of the ink liquid chamber is formed of single crystal silicon as a material, the ink liquid chamber has an inexpensive liquid chamber with high dimensional accuracy. An image forming head can be provided. According to a twelfth aspect of the present invention, in the image forming head according to the eleventh aspect, the single crystal silicon forming the ink liquid chamber is an image forming head having a plane orientation (1.1.0). It is possible to provide a high-density image forming head in which the walls of the liquid chamber are vertical. According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus using the image forming head according to any one of the first to twelfth aspects, and a highly reliable image forming apparatus having a head having a simple structure according to the present invention. Could be provided. According to a fourteenth aspect of the present invention, the image forming head having the plane orientation (1, 1, 0) is thermally oxidized to form a vibration plate, and then bonded to at least the substrate on which the drive electrodes are formed. Since the ink liquid chamber is formed by anisotropically etching the (1, 0) silicon wafer, it is possible to provide a method for manufacturing an image forming head with a high yield, in which the diaphragm is hardly broken.
【図１】本発明の画像形成用ヘッドの全体構成図であ
る。FIG. 1 is an overall configuration diagram of an image forming head of the present invention.
【図２】導電性インク自体に取った駆動電圧の対極をグ
ランド電位にした実施例の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an embodiment in which a counter electrode of a driving voltage applied to a conductive ink itself is set to a ground potential.
【図３】カバー部に取った駆動電圧の対極をグランド電
位にした実施例の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of an embodiment in which a counter electrode of a driving voltage taken in a cover portion is set to a ground potential.
【図４】本発明に係る画像形成用ヘッドの作成フロー図
である。FIG. 4 is a flow chart for creating an image forming head according to the present invention.
【図５】振動板と振動板電極を静電引力によって駆動す
る従来の静電型画像形成用ヘッドの説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional electrostatic image forming head that drives a diaphragm and a diaphragm electrode by electrostatic attraction.
１ 画像形成用ヘッド １０１ 振動板 １０２ インク液室 １０３ インク流路 １０４ 共通液室 １０５ インク液室部 １０６ 電極基板部 １０７ ギャップ １０８ 保護膜 １０９ 駆動電極 １１０ インクノズル部 １１１ 電源部 １１２ 結線 １１３ 結線 １１４ カバー部 １１５ インク供給部 １１６ 導電性インク １１７ 振動板電極 ２０１ 単結晶シリコン基板 ２０２ 絶縁膜 ２０３ 高融点金属駆動電極 ２０３ａ 酸化シリコン膜 ２０３ｂ 酸化シリコン膜 ２０４ 絶縁膜 ２１１ インク液室基板部 ２１２ 拡散領域振動板 ２１３ シリコンエッチングマスクパターン ２１４ インク液室カバー ２１５ インク供給用の流路 ２１６ 共通液室 ２１７ 流路 ２１８ 個別液室 ２１９ ノズル ２２１ 電圧印加用パッド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image forming head 101 Vibration plate 102 Ink liquid chamber 103 Ink flow path 104 Common liquid chamber 105 Ink liquid chamber part 106 Electrode substrate part 107 Gap 108 Protective film 109 Driving electrode 110 Ink nozzle part 111 Power supply part 112 Connection 113 Connection 114 Cover Unit 115 Ink supply unit 116 Conductive ink 117 Vibrating plate electrode 201 Single crystal silicon substrate 202 Insulating film 203 High melting point metal driving electrode 203a Silicon oxide film 203b Silicon oxide film 204 Insulating film 211 Ink liquid chamber substrate unit 212 Diffusion region vibrating plate 213 Silicon etching mask pattern 214 Ink liquid chamber cover 215 Ink supply flow path 216 Common liquid chamber 217 Flow path 218 Individual liquid chamber 219 Nozzle 221 Voltage application pad
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C057 AF93 AG55 AH05 AP02 AP26 AP28 AP32 AP33 AP34 AP52 AP53 AP56 AQ01 AQ02 BA03 BA15 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 2C057 AF93 AG55 AH05 AP02 AP26 AP28 AP32 AP33 AP34 AP52 AP53 AP56 AQ01 AQ02 BA03 BA15
Claims (14)
部に連通するインク液室と、該インク液室の壁面を形成
する振動板と、空間を隔てて該振動板に対向して設けら
れた駆動電極とを有し、該駆動電極に電圧を印加するこ
とにより、前記振動板を変形させインクを吐出する画像
形成用ヘッドにおいて、前記インクは導電性を有するイ
ンクであることを特徴とする画像形成用ヘッド。A nozzle portion for discharging ink, an ink liquid chamber communicating with the nozzle portion, a vibration plate forming a wall surface of the ink liquid chamber, and a diaphragm provided opposite to the vibration plate with a space therebetween. An image forming head that deforms the diaphragm and discharges ink by applying a voltage to the drive electrode, wherein the ink is a conductive ink. Image forming head.
て、駆動電極に印加する電圧はその対極をインク自体と
することを特徴とする画像形成用ヘッド。2. The image forming head according to claim 1, wherein the voltage applied to the drive electrode is opposite to the ink itself.
て、前記ノズル部と、インク液室と、を閉止するカバー
部を備え、駆動電極に印加する電圧はその対極をカバー
部とすることを特徴とする画像形成用ヘッド。3. The image forming head according to claim 1, further comprising a cover for closing the nozzle portion and the ink liquid chamber, wherein a voltage applied to the drive electrode is set to a counter electrode of the cover. Characteristic image forming head.
像形成用ヘッドにおいて対極の電位はグランド電位であ
ることを特徴とする画像形成用ヘッド。4. The image forming head according to claim 1, wherein the potential of the counter electrode is a ground potential.
像形成用ヘッドにおいてインクの導電率は１ｍｓ／ｃｍ
以上であることを特徴とする画像形成用ヘッド。5. The image forming head according to claim 1, wherein the conductivity of the ink is 1 ms / cm.
An image forming head characterized by the above.
像形成用ヘッドにおいて、前記振動板は絶縁物で形成さ
れていることを特徴とする画像形成用ヘッド。6. The image forming head according to claim 1, wherein said diaphragm is made of an insulating material.
て、絶縁物で形成されている振動板はシリコンの酸化膜
であることを特徴とする画像形成用ヘッド。7. The image forming head according to claim 6, wherein the vibration plate made of an insulator is a silicon oxide film.
て、絶縁物で形成されている振動板はシリコンの窒化膜
であることを特徴とする画像形成用ヘッド。8. The image forming head according to claim 6, wherein the vibration plate made of an insulator is a silicon nitride film.
て、絶縁物で形成されている振動板はシリコンの酸窒化
膜であることを特徴とする画像形成用ヘッド。9. The image forming head according to claim 6, wherein the diaphragm made of an insulator is a silicon oxynitride film.
いて、シリコンの酸化物で形成されている振動板はシリ
コンの熱酸化膜であることを特徴とする画像形成用ヘッ
ド。10. The image forming head according to claim 7, wherein the diaphragm made of silicon oxide is a silicon thermal oxide film.
の画像形成用ヘッドにおいて、前記インク液室の全部又
は１部は単結晶シリコンを材料として形成されているこ
とを特徴とする画像形成用ヘッド。11. The image forming head according to claim 1, wherein all or a part of the ink liquid chamber is formed of single crystal silicon as a material. For head.
おいて、前記インク液室を形成する単結晶シリコンは面
方位（１．１．０）の画像形成用ヘッドであることを特
徴とする画像形成用ヘッド。12. The image forming head according to claim 11, wherein the single crystal silicon forming the ink liquid chamber is an image forming head having a plane orientation (1.1.0). For head.
の画像形成用ヘッドを用いた画像形成装置。13. An image forming apparatus using the image forming head according to claim 1. Description:
ッドを熱酸化して振動板を形成した後、少なくとも駆動
電極を形成した基板に接合し、ついで該面方位（１．
１．０）のシリコンウエハを異方性エッチングしてイン
ク液室を形成することを特徴とする画像形成用ヘッドの
製造方法。14. An image forming head having a plane orientation (1.1.0) is thermally oxidized to form a vibration plate, and then bonded to at least a substrate on which a drive electrode is formed.
1.0) A method for manufacturing an image forming head, wherein an ink liquid chamber is formed by anisotropically etching a silicon wafer.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008044379A (en) * | 2002-07-03 | 2008-02-28 | Dimatix Inc | Printhead |
| CN109484029A (en) * | 2017-09-12 | 2019-03-19 | 精工爱普生株式会社 | Fluid ejection head, liquid ejection apparatus, piezoelectric device and ultrasonic sensor |
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2000
- 2000-06-01 JP JP2000165045A patent/JP2001341306A/en active Pending
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