JP2002127414A - Ink jet recording head and its manufacturing method - Google Patents

Ink jet recording head and its manufacturing method

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JP2002127414A
JP2002127414A JP2000323591A JP2000323591A JP2002127414A JP 2002127414 A JP2002127414 A JP 2002127414A JP 2000323591 A JP2000323591 A JP 2000323591A JP 2000323591 A JP2000323591 A JP 2000323591A JP 2002127414 A JP2002127414 A JP 2002127414A
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JP
Japan
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ink
flow path
recording head
groove
dry film
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Application number
JP2000323591A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirozo Matsumoto
浩造 松本
Akihiko Kadowaki
昭彦 門脇
Masanori Shinoda
正紀 篠田
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive ink jet recording head which can be manufactured by an inexpensive manufacturing facility while keeping excellent ink ejection characteristics and reducing the labor required for manufacturing. SOLUTION: An ink channel groove is formed in the channel substrate of a recording head by jetting alumina abrasive grains of 800 mesh using a dry film of 50 μm thick as a mask. When an ink nozzle of 50 μm wide is machined at 40 μm deep (number of times of nozzle path = 8), a depth of 65 μm is attained in an ink pressurization chamber of 2 mm wide and a shallow etching part of ink nozzle can be machined simultaneously with a deep etching part of ink pressurization chamber by the same machining process. A groove formed by jetting abrasive grains has inner surface exhibiting high wettability to ink and no alkaline processing is required for decreasing the contact angle of ink.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、インクを小滴と
してノズルより噴射させて記録するインクジェット記録
装置に用いられるインクジェット記録ヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head used in an ink jet recording apparatus for recording by ejecting ink as small droplets from nozzles.

【0002】[0002]

【従来の技術】微小なインクノズルよりインクを噴射さ
せて紙などの記録媒体上に付着させて記録する方法は、
インクジェット記録法として知られている。この方法の
1方式として、記録箇所だけにインクを噴射させて記録
するオンデマンド型インクジェット記録ヘッドがある。
この方式のインクジェット記録ヘッド(以下では記録ヘ
ッドと略称する)は、米国のカイザー氏によって197
0年に提案されており、日本においては、特公昭53-121
38号公報によって公告されている。この記録ヘッドを用
いた印刷装置は、構造が簡単でメンテナンス費用が安い
等の利点から、小型軽量が要求される卓上プリンタやフ
ァックス等の分野で多用されている。
2. Description of the Related Art A method of ejecting ink from a minute ink nozzle and attaching the ink to a recording medium such as paper to perform recording is as follows.
It is known as an ink jet recording method. As one type of this method, there is an on-demand type ink jet recording head that performs recording by ejecting ink only to a recording portion.
An ink jet print head of this type (hereinafter, simply referred to as a print head) was manufactured by Mr. Kaiser of the United States in 197.
It was proposed in 2000, and in Japan,
It is published in the 38th publication. Printing apparatuses using such recording heads are widely used in fields such as desktop printers and fax machines that require small size and light weight because of their advantages such as simple structure and low maintenance cost.

【0003】この記録ヘッドの一つとして、振動板に圧
電素子を接着し、その圧電素子にパルス電圧を印加して
圧電素子を伸縮させ、その結果として振動板を振動さ
せ、インクを噴射させる圧電方式の記録ヘッドがある。
圧電方式の記録ヘッドは、一般に図6に示す断面構造を
もち、そのインク流路は、図5に示すように構成されて
いる。通常、流路基板1は、シリコンウェハ、ガラス
板、金属板、あるいはプラスチック材料等からなる。流
路基板1には、エッチングや機械加工あるいは金型成形
等によって、インクノズル2、ノズル流路3、インク加
圧室4、インク供給路5、及び流路抵抗調整部である絞
り流路(図5ではフィルタ流路)6からなる複数のイン
ク流路11と、複数のインク流路11につながる共通のイン
ク溜め7及びインク注入口12と、になる溝(以下ではイ
ンク流路溝と総称する)が形成されている。このような
流路基板1のインク流路溝側に、ガラス板や金属板、プ
ラスチック材料等からなる振動板8が積層・一体化され
て、インク流路11等が構成され、そのインク加圧室4に
対応する振動板8の反対側表面に電気機械変換素子であ
る圧電素子9が接着剤層10によって接着されている。
As one of the recording heads, a piezoelectric element is bonded to a diaphragm, a pulse voltage is applied to the piezoelectric element to expand and contract the piezoelectric element, and as a result, the diaphragm vibrates to eject ink. There is a recording head of the system.
A piezoelectric recording head generally has a cross-sectional structure shown in FIG. 6, and its ink flow path is configured as shown in FIG. Usually, the flow path substrate 1 is made of a silicon wafer, a glass plate, a metal plate, a plastic material, or the like. In the flow path substrate 1, an ink nozzle 2, a nozzle flow path 3, an ink pressurizing chamber 4, an ink supply path 5, and a throttle flow path (a flow path resistance adjustment unit) are formed by etching, machining, molding, or the like. In FIG. 5, a plurality of ink flow paths 11 including a filter flow path 6 and a common ink reservoir 7 and an ink injection port 12 connected to the plurality of ink flow paths 11 (hereinafter referred to as ink flow path grooves). Is formed. A vibrating plate 8 made of a glass plate, a metal plate, a plastic material or the like is laminated and integrated on the ink flow channel groove side of the flow channel substrate 1 to form an ink flow channel 11 and the like. A piezoelectric element 9, which is an electromechanical transducer, is adhered to an opposite surface of the vibration plate 8 corresponding to the chamber 4 by an adhesive layer 10.

【0004】このような構成の記録ヘッドの圧電素子9
にパルス状の電圧が印加されると、圧電素子9が変形し
て振動板8を湾曲させる。振動板8がインク加圧室4側
に急激に湾曲し、その容積を急激に減少させると、その
体積減少分に対応するインクがノズル流路3へ押し出さ
れ、インクノズル2から噴射されて、図示していない記
録媒体上に点状に付着し、その集積によって所定の記録
が実行される。
[0006] The piezoelectric element 9 of the recording head having such a configuration is used.
When a pulse-shaped voltage is applied to the piezoelectric element 9, the piezoelectric element 9 is deformed and the diaphragm 8 is bent. When the vibrating plate 8 is rapidly curved toward the ink pressurizing chamber 4 and its volume is rapidly reduced, the ink corresponding to the reduced volume is pushed out to the nozzle flow path 3 and is ejected from the ink nozzle 2. Attached in a dot pattern on a recording medium (not shown), a predetermined recording is executed by the accumulation.

【0005】なお、図6に示された例は、流路基板1の
片面にインク流路溝が形成された場合であるが、同様の
溝が反対面にも形成されて、多ノズル化され、インクノ
ズル2のピッチが狭小化されることも多い。また、イン
クノズルやインク注入口等が貫通孔として形成され、イ
ンク加圧室を含むインク流路の一部だけが溝として形成
されることもある。
The example shown in FIG. 6 is a case where an ink flow channel is formed on one surface of the flow channel substrate 1. However, a similar groove is also formed on the opposite surface, and the number of nozzles is increased. Often, the pitch of the ink nozzles 2 is narrowed. In some cases, an ink nozzle, an ink injection port, and the like are formed as through holes, and only a part of the ink flow path including the ink pressurizing chamber is formed as a groove.

【0006】このような記録ヘッドに対して、市場は、
より優れたインク吐出特性を求める一方で、小型化、多
ノズル化、低コスト化等をも強く求めている。流路基板
1の材料としてプラスチックを採用すると、射出成形技
術の適用等によって低コスト化が可能となるが、材料の
弾性率が低いためにインク吐出の高速化、高周波数化に
限界があり、所望の印刷速度を得ることが難しい。
The market for such a recording head is as follows.
While seeking better ink ejection characteristics, there is also a strong demand for miniaturization, multiple nozzles, low cost, and the like. If plastic is used as the material of the flow path substrate 1, it is possible to reduce the cost by applying an injection molding technique or the like. However, since the elastic modulus of the material is low, there is a limit in increasing the speed of ink ejection and increasing the frequency. It is difficult to obtain a desired printing speed.

【0007】流路基板1の材料として金属を採用する
と、複数のインク流路を微細に加工することが難しく、
インク流路の寸法安定性、記録ヘッドの小型化、多ノズ
ル化に難点がある。流路基板1の材料としてシリコンウ
ェハを採用すると、フォトリソグラフィとドライプラズ
マエッチング技術とを適用することが可能となって、複
数のインク流路溝を微細に且つ高い寸法精度で形成する
ことができるという利点がある。更に、振動板2に硼珪
酸ガラスを採用すれば、流路基板1のシリコンウェハと
静電接合で一体化することができて高剛性となり、吐出
特性及び安定性に優れた記録ヘッドを実現することがで
きる。
If metal is used as the material of the flow path substrate 1, it is difficult to finely process a plurality of ink flow paths,
There are difficulties in dimensional stability of the ink flow path, downsizing of the recording head, and increasing the number of nozzles. When a silicon wafer is used as the material of the flow path substrate 1, photolithography and dry plasma etching technology can be applied, and a plurality of ink flow path grooves can be formed finely and with high dimensional accuracy. There is an advantage. Furthermore, if borosilicate glass is used for the diaphragm 2, it can be integrated with the silicon wafer of the flow path substrate 1 by electrostatic bonding, has high rigidity, and realizes a recording head having excellent ejection characteristics and stability. be able to.

【0008】図4は、シリコンウェハを流路基板1の素
材とし、フォトリソグラフィ及びドライプラズマエッチ
ング技術によってインク流路溝を形成する製造工程を示
した製造工程図である。まず、鏡面研磨されたシリコン
ウェハの表面に厚さ1μm 程度の酸化膜を生成し(工程
1a)、フォトリソグラフィによってインク流路溝の形状
に合わせて酸化膜をパターニングする(工程2a)。パタ
ーニングした表面上に厚さ1μm 程度のアルミ膜を真空
蒸着やスパッタリングで形成し(工程1b)、インク加圧
室4等の深彫りを必要とする部分の形状に合わせてアル
ミ膜をパターニングする(工程2b)。次いで、アルミ膜
をマスクとするドライプラズマエッチング技術によっ
て、次回のドライプラズマエッチング(工程3b)で所定
の深さになる深さまで、深彫部を1次加工する(工程3
a)。ここで、アルミ膜を除去してインク流路溝の形状
にパターニングされた酸化膜を露出させ(工程4a)、再
びドライプラズマエッチング技術によって、所定の深さ
のインク流路溝を形成する(工程3b)。最後に、酸化膜
を除去し、インク流路溝を形成されたシリコンウェハを
洗浄することによって、流路基板1が完成する(工程4
b)。
FIG. 4 is a manufacturing process diagram showing a manufacturing process for forming an ink flow channel by photolithography and dry plasma etching using a silicon wafer as a material of the flow channel substrate 1. First, an oxide film having a thickness of about 1 μm is formed on the surface of a mirror-polished silicon wafer (process).
1a), an oxide film is patterned by photolithography according to the shape of the ink flow channel groove (step 2a). An aluminum film having a thickness of about 1 μm is formed on the patterned surface by vacuum deposition or sputtering (step 1b), and the aluminum film is patterned according to the shape of the portion requiring deep engraving such as the ink pressurizing chamber 4 (step 1b). Step 2b). Then, the deep engraved portion is first processed to a predetermined depth by the next dry plasma etching (step 3b) by the dry plasma etching technique using the aluminum film as a mask (step 3).
a). Here, the aluminum film is removed to expose the oxide film patterned into the shape of the ink flow channel (step 4a), and an ink flow channel having a predetermined depth is formed again by the dry plasma etching technique (step 4a). 3b). Finally, the oxide film is removed, and the silicon wafer on which the ink flow channel is formed is washed to complete the flow channel substrate 1 (Step 4).
b).

【0009】なお、流路基板1の材料として硼珪酸ガラ
スを、振動板2としてシリコンウェハを採用する構成も
考えられるが、硼珪酸ガラスに微細なインク流路溝を高
精度で加工することはシリコンウェハに比べて困難であ
るため、現状では実用化の段階に至っていない。
A borosilicate glass may be used as the material of the flow path substrate 1 and a silicon wafer may be used as the vibration plate 2. However, it is difficult to form fine ink flow grooves in the borosilicate glass with high precision. Since it is more difficult than a silicon wafer, it has not yet reached the stage of practical use.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上述の説明のように、
流路基板をシリコンウェハとし、振動板を硼珪酸ガラス
とした記録ヘッドは、高剛性を有し、寸法精度に優れ、
インク吐出特性が安定しているという優れた利点をもっ
ているが、フォトリソグラフィ及びドライプラズマエッ
チング技術を採用するため、製造設備費が高額となり、
且つ、製造工程が複雑で、長い加工時間と多くの製造工
数を必要とし、その結果として、低コスト化が難しいと
いう難点をもっている。
SUMMARY OF THE INVENTION As described above,
The recording head using a silicon wafer as the flow path substrate and a borosilicate glass as the diaphragm has high rigidity, excellent dimensional accuracy,
Although it has the excellent advantage of stable ink ejection characteristics, it uses photolithography and dry plasma etching technology, so manufacturing equipment costs are high,
In addition, the manufacturing process is complicated, requires a long processing time and a large number of manufacturing steps, and as a result, it is difficult to reduce the cost.

【0011】この発明は、上記の利点を生かしたまま
で、より安価な製造設備でインク流路溝を加工すること
を可能とし、且つその加工に必要な加工時間及び製造工
数を低減することを課題とする。
An object of the present invention is to make it possible to process an ink flow channel with a less expensive manufacturing facility while reducing the processing time and man-hour required for the processing while keeping the above advantages. And

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、イン
ク供給部からインクノズルまでのインク通路の全部、あ
るいは少なくともインク加圧室及びインクノズルを含む
インク通路の一部に相当する溝が形成されている流路基
板と、この流路基板の溝側に接合されて流路基板の溝を
覆ってインク通路を形成し、且つその反対側の表面には
インク加圧室を加圧するための圧電素子が接合されてい
る振動板と、で構成された記録ヘッドであって、前記イ
ンク通路のための溝が、砥粒噴射加工によって形成され
た溝である。
According to the first aspect of the present invention, a groove corresponding to the entire ink passage from the ink supply section to the ink nozzle or at least a part of the ink passage including the ink pressurizing chamber and the ink nozzle is provided. A flow path substrate formed and joined to the groove side of the flow path substrate to cover the groove of the flow path substrate to form an ink passage, and pressurize an ink pressurizing chamber on the surface on the opposite side. And a diaphragm to which the piezoelectric element is bonded, wherein the groove for the ink passage is a groove formed by abrasive grain spraying.

【0013】この発明の発明者は、砥粒の粒度を変えて
砥粒噴射加工でシリコンウェハにインク流路を加工する
ことを検討し、従来の常識からすれば不向きと考えられ
てしまうであろう砥粒噴射加工でインク流路を形成する
ことが可能であることを突き止めた。砥粒噴射加工のた
めのマスクとしては、フォトリソグラフィでインク流路
に相当する部分を除去した、厚さ50μm のポジ型のドラ
イフィルムを用いた。
The inventor of the present invention has studied the processing of an ink flow path on a silicon wafer by abrasive grain spraying by changing the grain size of abrasive grains, and it is considered unsuitable from conventional common sense. It has been found that it is possible to form an ink channel by brazing abrasive spraying. As a mask for abrasive spraying, a positive dry film having a thickness of 50 μm, from which a portion corresponding to an ink flow path was removed by photolithography, was used.

【0014】図1は、その検討結果の一部を示す線図で
あり、マスクの除去幅を横軸にとり、縦軸に加工深さを
とり、パラメータとして、砥粒噴射のノズルパス回数を
とったものである。なお、加工条件は下記のとおりであ
る。 砥粒の材質 : アルミナ 砥粒の粒度 : 800 メッシュ 噴射圧力 : 0.25MPa 噴射ノズルとウェハ面との距離: 100 mm 噴射ノズルの移動速度 : 50mm/sec 図1の結果によれば、インクノズルを幅50μm として約
40μm 彫り込むためには、8回のノズルパスが必要であ
るが、この条件では、220 μm 以上の幅をもつインク加
圧室は約65μm の深さに加工でき、そのままでインク加
圧室として使用することができる。しかも、加工の精度
及び再現性に優れており、インク流路の加工手段として
十分に実用的であることが判明した。
FIG. 1 is a diagram showing a part of the result of the study, in which the horizontal axis represents the mask removal width, the vertical axis represents the processing depth, and the number of nozzle passes for abrasive grain injection as a parameter. Things. The processing conditions are as follows. Abrasive grain material: Alumina Abrasive grain size: 800 mesh Injection pressure: 0.25MPa Distance between the ejection nozzle and the wafer surface: 100mm Moving speed of the ejection nozzle: 50mm / sec According to the result of FIG. About 50μm
Eight nozzle passes are required to engrave 40μm. Under these conditions, the ink pressurization chamber with a width of 220μm or more can be processed to a depth of about 65μm, and can be used as it is as an ink pressurization chamber. can do. In addition, it has been found that it has excellent processing accuracy and reproducibility, and is sufficiently practical as a processing means of the ink flow path.

【0015】図2は、800 メッシュ、1000メッシュ、12
00メッシュの3種類の砥粒粒度について、ノズルパス回
数を10回として検討した結果を示す線図であり、マスク
除去幅をパラメータとしたものである。この結果によれ
ば、インクノズルとインク加圧室を同じ加工で同時に加
工できるのは、800 メッシュの場合だけであり、1000メ
ッシュ及び1200メッシュの場合には、インクノズルを所
定の深さに加工しても、その状態ではインク加圧室の深
さが不十分である。しかし、噴射圧力等の条件の検討及
び加工部位によるノズルパス回数の調節によって、実用
化できる条件を見出すことは可能である。
FIG. 2 shows 800 mesh, 1000 mesh, and 12 mesh.
FIG. 9 is a diagram showing a result of examining three types of abrasive grain sizes of 00 mesh by setting the number of nozzle passes to 10 times, using a mask removal width as a parameter. According to this result, the ink nozzle and the ink pressurizing chamber can be simultaneously processed by the same processing only in the case of 800 mesh, and in the case of 1000 mesh and 1200 mesh, the ink nozzle is processed to a predetermined depth. However, in such a state, the depth of the ink pressurizing chamber is insufficient. However, it is possible to find conditions that can be put to practical use by examining conditions such as the injection pressure and adjusting the number of nozzle passes depending on the processing site.

【0016】以上の説明から明らかなように、当該技術
分野においては、不適当な製造技術として詳細に検討さ
れず、したがって、実用化されていない砥粒噴射加工技
術が、記録ヘッドのための流路基板のインク流路溝加工
の製造技術として、有効であることが判明した。更に、
砥粒噴射加工技術による加工面はそのままでインクの濡
れ性に優れており、加工面の濡れ性を改善するための工
程を必要としない。参考までに、加工面のインク接触角
と面粗さを示すと、砥粒噴射加工面のインク接触角は12
度以下であり、その面荒さは1μm 前後であり、プラズ
マエッチング面のインク接触角は25〜30度であり、その
面荒さは0.1 〜0.2 μm 以下である。プラズマエッチン
グ面の場合には、インク接触角を低減するために、600
℃前後での酸化処理とそれに続くアルカリ処理とが必要
である。アルカリ処理を施すことによって、15度程度の
インク接触角が得られるようになる。
As is apparent from the above description, in the art, an abrasive grain jetting technique that has not been considered in detail as an unsuitable manufacturing technique and thus has not been put into practical use has become a problem for a recording head. It has been found to be effective as a manufacturing technique for processing ink channel grooves on a printed circuit board. Furthermore,
The surface to be processed by the abrasive jet processing technology is excellent in ink wettability as it is, and does not require a process for improving the wettability of the processed surface. For reference, the ink contact angle and the surface roughness of the processed surface are shown as follows.
Degrees, the surface roughness is about 1 μm, the ink contact angle of the plasma etched surface is 25 to 30 degrees, and the surface roughness is 0.1 to 0.2 μm or less. For plasma-etched surfaces, reduce the ink contact angle by 600
Oxidation treatment at about ° C and subsequent alkali treatment are required. By performing the alkali treatment, an ink contact angle of about 15 degrees can be obtained.

【0017】以上の検討結果はシリコンウェハによるも
のであるが、ガラス基板の場合にも同様に有効であろ
う。請求項2の発明は、前記流路基板がシリコンからな
り、前記振動板が硼珪酸ガラスからなる。請求項1の発
明の説明から明らかなように、流路基板としてシリコン
ウェハを用いる場合には砥粒噴射加工が極めて有効であ
ることは、図1及び図2に示した検討結果から明らかで
あろう。硼珪酸ガラスは、その熱膨張係数がシリコンの
熱膨張係数に極めて近く、且つ静電接合技術によって両
者を接合することができるので接合のための部材を必要
とせず、剛性が高く且つ接合歪みの極めて少ない記録ヘ
ッドを製造することができる。
Although the results of the above study are based on a silicon wafer, it is also effective for a glass substrate. In the invention of claim 2, the flow path substrate is made of silicon, and the diaphragm is made of borosilicate glass. As is clear from the description of the first aspect of the present invention, it is clear from the study results shown in FIGS. 1 and 2 that the abrasive grain jetting is extremely effective when a silicon wafer is used as the flow path substrate. Would. Borosilicate glass has a coefficient of thermal expansion extremely close to that of silicon and can be bonded to each other by electrostatic bonding technology, so that no member is required for bonding, high rigidity and low distortion of bonding. Very few recording heads can be manufactured.

【0018】請求項3の発明は、請求項1または請求項
2に記載の記録ヘッドの製造方法であって、流路基板に
ドライフィルムを貼り付けて加圧し、流路基板にドライ
フィルムを密着させるドライフィルム貼付工程と、流路
基板のインク流路に相当する溝に対応する部分のドライ
フィルムを除去して、溝を加工する部分の流路基板面を
露出させるドライフィルムのパターニング工程と、パタ
ーニングされたドライフィルムをマスクとし、砥粒噴射
加工によって流路基板にインク流路に相当する溝を形成
する砥粒噴射加工工程と、流路基板上のドライフィルム
を除去し、流路基板を洗浄するドライフィルム除去・洗
浄工程と、を含む。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing a recording head according to the first or second aspect, wherein the dry film is attached to the flow path substrate and pressurized to adhere the dry film to the flow path substrate. Dry film affixing step to remove, the dry film of the portion corresponding to the groove corresponding to the ink flow path of the flow path substrate is removed, the dry film patterning step of exposing the flow path substrate surface of the groove processing portion, Using the patterned dry film as a mask, an abrasive spray processing step of forming grooves corresponding to the ink flow paths in the flow path substrate by abrasive spray processing, removing the dry film on the flow path substrate, and removing the flow path substrate. And a dry film removing / washing step for washing.

【0019】請求項1の発明の説明の中で説明したよう
に、ドライフィルムをマスク材料として、フォトリソグ
ラフィによってインク流路に相当するマスクパターンを
形成し、砥粒噴射加工によってインク流路を形成する
と、記録ヘッドとして必要な溝の深さを確保することが
でき、且つ十分なインク濡れ性も確保できる。砥粒噴射
加工は、ドライプラズマエッチング技術に比べて、設備
価格が安価であり、且つ、加工時間が短いため必要な設
備台数も少なくなり、その結果として、1個の記録ヘッ
ド当たりの設備投資費用が大幅に安くなる。また、図4
及び図3の比較から明らかなように、製造工程数は大幅
に少なくなり、且つ濡れ性改善処理が不要となることに
よっても低減し、製造工数が大幅に低減する。
As described in the description of the first aspect of the present invention, a mask pattern corresponding to an ink flow path is formed by photolithography using a dry film as a mask material, and an ink flow path is formed by abrasive grain ejection processing. Then, the depth of the groove required for the recording head can be secured, and sufficient ink wettability can be secured. Abrasive blasting is less expensive than dry plasma etching technology, and requires less equipment because the processing time is shorter. As a result, capital investment costs per recording head Is significantly cheaper. FIG.
As is clear from the comparison between FIG. 3 and FIG. 3, the number of manufacturing steps is significantly reduced, and the number of manufacturing steps is also significantly reduced by eliminating the need for the wettability improving treatment.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】この発明による記録ヘッド及びそ
の製造方法の実施の形態について、実施例を用いて説明
する。なお、従来技術と同じ機能の部分には同じ符号を
用いる。この発明による記録ヘッドの実施例の構造は、
図5及び図6に示した従来技術による記録ヘッド(以下
では従来例という)と同じであって、図5及び図6を用
いて説明する。実施例が従来例と異なる点は、流路基板
1に形成されているインク流路11、インク溜め7及びイ
ンク注入口12となるインク流路溝が、砥粒噴射加工によ
って形成されることである。このインク流路溝の形成を
主として製造方法の実施例を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a recording head and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to examples. It is to be noted that the same reference numerals are used for portions having the same functions as those of the related art. The structure of the embodiment of the recording head according to the present invention is as follows.
This is the same as the recording head of the related art shown in FIGS. 5 and 6 (hereinafter referred to as a conventional example), and will be described with reference to FIGS. The difference between the embodiment and the conventional example is that the ink flow channel 11 formed in the flow channel substrate 1, the ink reservoir 7, and the ink flow channel serving as the ink injection port 12 are formed by abrasive grain ejection processing. is there. An embodiment of the manufacturing method will be described mainly on the formation of the ink flow channel.

【0021】図3は、シリコンウェハを流路基板1の素
材とし、フォトリソグラフィ及び砥粒噴射加工技術によ
ってインク流路溝を形成する製造工程を示した製造工程
図である。まず、厚さ0.76mmの両面を鏡面研磨されたシ
リコンウェハを素材とし、このシリコンウェハの片面あ
るいは両面に厚さ50μm のポジ型のドライフィルムを貼
着し、ローラ等で加圧して強固に密着させる(工程1
c)。このドライフィルム上に、インクノズル2、ノズ
ル流路3、インク加圧室4、インク供給路5及び流路抵
抗調整部である絞り流路(図5ではフィルタ流路)6か
らなる複数のインク流路11と、複数のインク流路11につ
ながる共通のインク溜め7及びインク注入口12と、にな
るインク流路溝のパターンを有するフォトマスクを重ね
合わせ、所定の条件にてドライフィルムに露光し、露光
された部分のドライフィルムを除去して、インク流路溝
の形状に合わせてドライフィルムをパターニングし、シ
リコン面を露出させる(フォトリソグラフィ)(工程2
c)。次に、パターニングしたドライフィルムをマスク
として、砥粒噴射加工技術によってインク流路溝を形成
する(工程3c)。最後に、ドライフィルムを除去し、イ
ンク流路溝を形成されたシリコンウェハを洗浄すること
によって、流路基板1が完成する(工程4c)。
FIG. 3 is a manufacturing process diagram showing a manufacturing process in which a silicon wafer is used as a material of the flow channel substrate 1 and an ink flow channel is formed by photolithography and abrasive spraying technology. First, a 0.76mm-thick mirror-polished silicon wafer is used as a material, and a 50μm-thick positive type dry film is adhered to one or both sides of this silicon wafer, and pressed firmly with a roller, etc. (Step 1
c). On this dry film, a plurality of inks including an ink nozzle 2, a nozzle flow path 3, an ink pressurizing chamber 4, an ink supply path 5, and a throttle flow path (a filter flow path in FIG. 5) 6 serving as a flow path resistance adjusting unit. The photomask having the pattern of the ink flow path groove to become the flow path 11 and the common ink reservoir 7 and the ink injection port 12 connected to the plurality of ink flow paths 11 is overlapped and exposed to a dry film under predetermined conditions. Then, the exposed portion of the dry film is removed, and the dry film is patterned in accordance with the shape of the ink flow channel to expose the silicon surface (photolithography) (Step 2).
c). Next, using the patterned dry film as a mask, an ink flow channel is formed by an abrasive spraying technique (step 3c). Finally, the flow path substrate 1 is completed by removing the dry film and cleaning the silicon wafer on which the ink flow path grooves are formed (step 4c).

【0022】砥粒噴射加工として、 砥粒の材質 : アルミナ 砥粒の粒度 : 800 メッシュ 噴射圧力 : 0.25MPa 噴射ノズルとウェハ面との距離: 100 mm 噴射ノズルの移動速度 : 50mm/sec 移動ピッチ : 10mm ノズルパス回数 : 8回 の条件を採用すると、1回の加工によって、シリコンウ
ェハに、幅50μm 、長さ800 μm で深さ43μm のインク
ノズル2と、幅2mm、長さ2.15mmで深さ65μmのインク
加圧室4と、を含むインク流路溝が形成された。
As the abrasive grain spraying process, the material of the abrasive grain: alumina The grain size of the abrasive grain: 800 mesh The spray pressure: 0.25 MPa The distance between the spray nozzle and the wafer surface: 100 mm The moving speed of the spray nozzle: 50 mm / sec The moving pitch: When the condition of 10mm nozzle pass: 8 times is adopted, the ink nozzle 2 of 50μm width, 800μm length and 43μm depth, and 2mm width, 2.15mm length and 65μm depth are formed on a silicon wafer by one processing. And an ink passage groove including the ink pressurizing chamber 4.

【0023】なお、インクノズル2は、片面に0.25mmピ
ッチで24個形成され、両面に配置された場合には、200d
piの解像度に相当する0.125 mmピッチとなる。砥粒噴射
加工後、所定の処理によってドライフィルムを除去して
洗浄・乾燥し、流路基板1を得た。このようにして得ら
れた流路基板1に厚さ0.2 mmの硼珪酸ガラス板からなる
振動板8を静電接合して積層・一体化し、インク流路11
等が構成され、そのインク加圧室4に対応する振動板8
の反対側表面に電気機械変換素子である圧電素子9を接
着剤層10によって接着し、記録ヘッドを完成した。
Incidentally, 24 ink nozzles 2 are formed at a pitch of 0.25 mm on one side, and 200 d when arranged on both sides.
The pitch is 0.125 mm, which corresponds to the resolution of pi. After the abrasive grain blasting, the dry film was removed by a predetermined process, followed by washing and drying to obtain the flow path substrate 1. A diaphragm 8 made of a borosilicate glass plate having a thickness of 0.2 mm is electrostatically bonded to the flow path substrate 1 thus obtained, and laminated and integrated.
The diaphragm 8 corresponding to the ink pressurizing chamber 4 is formed.
A piezoelectric element 9 as an electromechanical conversion element was adhered to the surface on the opposite side with an adhesive layer 10 to complete a recording head.

【0024】なお、接着剤層10にはエポキシ系接着剤を
使用した。このようにして作製した記録ヘッドに水性イ
ンクを充填した場合の気泡除去特性及びインク吐出特性
は、以下のとおりである。記録ヘッド内の気泡が完全に
除去できるポンプの吸引負圧は、実施例においては43k
Paであり、従来例における59kPaより低い値が得られ
た。
Note that an epoxy-based adhesive was used for the adhesive layer 10. The bubble removal characteristics and ink ejection characteristics when the recording head thus prepared is filled with the aqueous ink are as follows. The suction negative pressure of the pump capable of completely removing air bubbles in the recording head is 43 k in the embodiment.
Pa, a value lower than 59 kPa in the conventional example.

【0025】また、圧電素子9に駆動電圧として85Vを
印加した場合のインク吐出速度は8.5 m/sec 以上であ
って、従来例と同等であり、周波数特性も共に10kHzま
で得られ、インク吐出特性の面では、実施例と従来例と
は同等である。なお、従来例の場合のアルカリ処理とし
ては、pH12のアルカリ溶液を記録ヘッド内に充填して2
時間保持した。これに対して、実施例にはアルカリ処理
を施していない。
The ink ejection speed when a drive voltage of 85 V is applied to the piezoelectric element 9 is 8.5 m / sec or more, which is equivalent to that of the conventional example, and the frequency characteristics can be obtained up to 10 kHz. In this respect, the embodiment and the conventional example are equivalent. In the case of the alkaline treatment in the conventional example, the recording head is filled with an alkaline solution of pH 12
Hold for hours. On the other hand, the examples were not subjected to the alkali treatment.

【0026】上記の実施例においては、流路基板1の素
材をシリコンウェハとし、加工のための砥粒の材質をア
ルミナとし、砥粒の粒度を800 メッシュとしているが、
解像度をあまり要求しない記録ヘッドの場合には流路基
板1にガラス板を用いることも十分に可能である。ま
た、砥粒の材質をジルコニア等に変更することも可能で
あり、砥粒の粒度を変更することも可能である。ただ
し、砥粒の粒度を細かい方に変更する場合には、より微
細な加工が可能となるけれども、所定の寸法のインク流
路溝を得るためには、ノズルパス回数を多くし、且つイ
ンク加圧室4等の深彫部のノズルパス回数をインクノズ
ル2等の浅彫部に比べて多くすることが必要となる。
In the above embodiment, the material of the flow path substrate 1 is a silicon wafer, the material of the abrasive grains for processing is alumina, and the grain size of the abrasive grains is 800 mesh.
In the case of a recording head that does not require much resolution, it is sufficiently possible to use a glass plate for the flow path substrate 1. Further, the material of the abrasive grains can be changed to zirconia or the like, and the grain size of the abrasive grains can be changed. However, when the grain size of the abrasive grains is changed to a smaller one, although finer processing is possible, in order to obtain an ink flow path groove of a predetermined size, it is necessary to increase the number of nozzle passes and increase the ink pressure. It is necessary to increase the number of nozzle passes of the deeply carved portion such as the chamber 4 as compared with the shallow carved portion of the ink nozzle 2 or the like.

【0027】また、ポジ型のドライフィルムをネガ型の
ドライフィルムに置き換えることも可能である。以上の
説明から明らかなように、流路基板1のインク流路溝の
加工を砥粒噴射加工に置き換えることによって、従来例
と同様あるいはそれ以上のインク吐出特性を確保しなが
ら、設備費用を低減させ、製造工程を簡略化し、製造工
数を低減させることができる。
It is also possible to replace a positive dry film with a negative dry film. As is apparent from the above description, by replacing the processing of the ink flow path grooves of the flow path substrate 1 with the abrasive jet processing, it is possible to reduce the equipment cost while securing the same or higher ink ejection characteristics as the conventional example. As a result, the manufacturing process can be simplified, and the number of manufacturing steps can be reduced.

【0028】[0028]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、記録ヘッドの
流路基板のインク流路溝が、砥粒噴射加工によって形成
された溝である。この発明の発明者による検討結果によ
れば、「課題を解決するための手段」の項で説明したよ
うに、従来の常識からすれば不向きと考えられてしまう
であろう砥粒噴射加工によって、流路基板にインク流路
溝を形成することが可能である。しかも、砥粒噴射加工
によれば、記録ヘッドとして必要な加工寸法が短時間の
加工で得られ、再現性にも優れており、更に、砥粒噴射
加工技術による加工面はそのままでインクの濡れ性に優
れており、加工面の濡れ性を改善するための工程を必要
としない。したがって、この発明によれば、従来技術の
利点を生かしたままで、より安価な製造設備でインク流
路溝を加工することが可能となり、且つ記録ヘッドの製
造に必要な加工時間及び製造工数を低減させることがで
きる。
According to the first aspect of the present invention, the ink passage grooves of the passage substrate of the recording head are grooves formed by abrasive grain ejection processing. According to the result of the study by the inventor of the present invention, as described in the section of "Means for Solving the Problems", by the abrasive grain injection processing that would be considered unsuitable from the conventional common sense, It is possible to form an ink flow channel in the flow channel substrate. In addition, according to the abrasive jet processing, the processing dimensions required as a recording head can be obtained in a short time, and the reproducibility is excellent. It does not require a process for improving the wettability of the processed surface. Therefore, according to the present invention, it is possible to process the ink flow channel with less expensive manufacturing equipment while utilizing the advantages of the conventional technology, and to reduce the processing time and the number of manufacturing steps required for manufacturing the recording head. Can be done.

【0029】請求項2の発明によれば、前記流路基板が
シリコンからなり、前記振動板が硼珪酸ガラスからな
る。「課題を解決するための手段」の項での説明から明
らかなように、この構成が砥粒噴射加工技術の利点を最
も有効に活用できる構成であり、記録ヘッドとしても優
れた特性を備えている。請求項3の発明によれば、請求
項1または請求項2に記載の記録ヘッドの流路基板にイ
ンク流路溝を形成する製造方法として、ドライフィルム
をマスク材料とし、フォトリソグラフィによってインク
流路に相当するマスクパターンを形成し、砥粒噴射加工
によってインク流路を形成すると、記録ヘッドとして必
要な溝の深さを確保することができ、且つ十分なインク
濡れ性も確保できる。砥粒噴射加工は、ドライプラズマ
エッチング技術に比べて、設備価格が安価であり、且
つ、加工時間が短いため必要な設備台数も少なくなり、
その結果として、1個の記録ヘッド当たりの設備投資費
用が大幅に安くなる。また、図4及び図3の比較から明
らかなように、製造工程数は大幅に少なくなり、且つ濡
れ性改善処理が不要となることによっても低減し、製造
工数が大幅に低減する。
According to the second aspect of the present invention, the flow path substrate is made of silicon, and the diaphragm is made of borosilicate glass. As is clear from the description in the section of "Means for Solving the Problems", this configuration is a configuration that can most effectively utilize the advantages of the abrasive grain ejection processing technology, and has excellent characteristics as a recording head. I have. According to a third aspect of the present invention, there is provided a manufacturing method for forming an ink flow path groove in a flow path substrate of a recording head according to the first or second aspect, wherein a dry film is used as a mask material, and the ink flow path is formed by photolithography. When a mask pattern corresponding to the above is formed and an ink flow path is formed by abrasive grain ejection processing, it is possible to secure the depth of the groove necessary for the recording head and to secure sufficient ink wettability. Abrasive grain blasting is less expensive than dry plasma etching technology, and requires less equipment because the processing time is shorter.
As a result, the capital investment cost per recording head is greatly reduced. Further, as is apparent from the comparison between FIGS. 4 and 3, the number of manufacturing steps is significantly reduced, and the number of manufacturing steps is significantly reduced by eliminating the need for the wettability improving treatment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】800 メッシュのアルミナによる砥粒噴射加工の
マスク幅と加工深さとの関係を示す線図
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a mask width and a processing depth in abrasive grain injection processing using 800 mesh alumina.

【図2】アルミナによる砥粒噴射加工の砥粒粒度と加工
深さとの関係を示す線図
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between abrasive grain size and machining depth in abrasive grain injection machining with alumina.

【図3】この発明による記録ヘッドの製造方法を示す製
造工程図
FIG. 3 is a manufacturing process diagram showing a method for manufacturing a recording head according to the present invention.

【図4】従来技術による記録ヘッドの製造方法を示す製
造工程図
FIG. 4 is a manufacturing process diagram showing a method for manufacturing a recording head according to a conventional technique.

【図5】流路基板のインク流路溝の一例を示すパターン
FIG. 5 is a pattern diagram showing an example of an ink channel groove of the channel substrate.

【図6】記録ヘッドの構造を示す断面図FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a recording head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 流路基板 2 インクノズル 3 ノズル流路 4 インク加圧室 5 インク供給路 6 フィルタ流路 7 インク溜め 11 インク流路 12 インク注入口 8 振動板 9 圧電素子 10 接着剤層 REFERENCE SIGNS LIST 1 flow path substrate 2 ink nozzle 3 nozzle flow path 4 ink pressurization chamber 5 ink supply path 6 filter flow path 7 ink reservoir 11 ink flow path 12 ink inlet 8 vibration plate 9 piezoelectric element 10 adhesive layer

フロントページの続き (72)発明者 篠田 正紀 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 Fターム(参考) 2C057 AF93 AG44 AP22 AP43 AQ02 BA03 BA14 Continuation of the front page (72) Inventor Masaki Shinoda 1-1-1 Tanabe-Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture F-term in Fuji Electric Co., Ltd. (reference) 2C057 AF93 AG44 AP22 AP43 AQ02 BA03 BA14

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】インク供給部からインクノズルまでのイン
ク通路の全部、あるいは少なくともインク加圧室及びイ
ンクノズルを含むインク通路の一部に相当する溝が形成
されている流路基板と、この流路基板の溝側に接合され
て流路基板の溝を覆ってインク通路を形成し、且つその
反対側の表面にはインク加圧室を加圧するための圧電素
子が接合されている振動板と、で構成されたインクジェ
ット記録ヘッドであって、前記インク通路のための溝
が、砥粒噴射加工によって形成された溝であることを特
徴とするインクジェット記録ヘッド。
1. A flow path substrate in which a groove corresponding to the entire ink path from an ink supply section to an ink nozzle or at least a part of an ink path including an ink pressurizing chamber and an ink nozzle is formed. A vibrating plate joined to the groove side of the passage substrate to cover the groove of the passage substrate to form an ink passage, and a piezoelectric element to which a piezoelectric element for pressurizing the ink pressurizing chamber is joined on the opposite surface; , Wherein the groove for the ink passage is a groove formed by abrasive spraying.
【請求項2】前記流路基板がシリコンからなり、前記振
動板が硼珪酸ガラスからなることを特徴とする請求項1
に記載のインクジェット記録ヘッド。
2. The apparatus according to claim 1, wherein said flow path substrate is made of silicon, and said diaphragm is made of borosilicate glass.
3. The ink jet recording head according to item 1.
【請求項3】請求項1または請求項2に記載のインクジ
ェット記録ヘッドの製造方法であって、 流路基板にドライフィルムを貼り付けて加圧し、流路基
板にドライフィルムを密着させるドライフィルム貼付工
程と、 流路基板のインク流路に相当する溝に対応する部分のド
ライフィルムを除去して、溝を加工する部分の流路基板
面を露出させるドライフィルムのパターニング工程と、 パターニングされたドライフィルムをマスクとし、砥粒
噴射加工によって流路基板にインク流路に相当する溝を
形成する砥粒噴射加工工程と、 流路基板上のドライフィルムを除去し、流路基板を洗浄
するドライフィルム除去・洗浄工程と、 を含むことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製
造方法。
3. The method for manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein a dry film is attached to the flow path substrate and pressurized to adhere the dry film to the flow path substrate. A dry film patterning step of removing a portion of the dry film corresponding to the groove corresponding to the ink flow path of the flow path substrate and exposing a flow path substrate surface at a portion where the groove is processed; An abrasive spraying process for forming grooves corresponding to ink channels in the flow path substrate by abrasive spraying using the film as a mask, and a dry film for removing the dry film on the flow path substrate and cleaning the flow path substrate A method for manufacturing an ink jet recording head, comprising: a removing / cleaning step.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008110585A (en) * 2006-10-31 2008-05-15 Kyocera Mita Corp Inkjet recording head and recorder
CN109515020A (en) * 2017-09-18 2019-03-26 云谷(固安)科技有限公司 Inkjet printing methods

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