JP2002172776A - Ink jet head and ink jet recorder - Google Patents
Ink jet head and ink jet recorderInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッド及
びインクジェット記録装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet head and an ink jet recording apparatus.
【0002】[0002]
【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の
画像記録装置として用いるインクジェット記録装置にお
いて使用するインクジェットヘッドは、液滴を吐出する
ノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室(液室、圧
力室、加圧液室、インク流路等とも称される。)と、こ
の吐出室の壁面を形成する振動板と、この振動板を変形
させる駆動手段とを備え、振動板を変形させてノズルか
らインク滴を吐出させるものであり、記録の必要なとき
にのみインク滴を吐出するインク・オン・デマンド方式
のものが主流である。2. Description of the Related Art An ink jet head used in an ink jet recording apparatus used as an image recording apparatus such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, etc. has a nozzle hole for discharging liquid droplets and a discharge chamber (liquid chamber, pressure chamber) communicating with the nozzle hole. Chamber, a pressurized liquid chamber, an ink flow path, etc.), a diaphragm forming the wall surface of the discharge chamber, and a drive unit for deforming the diaphragm, and the nozzle is formed by deforming the diaphragm. An ink-on-demand type, which ejects ink droplets only when recording is necessary, is the mainstream.
【0003】そして、インクジェットヘッドは、インク
滴(記録液体)の発生方法及び飛翔方向を制御するため
の制御方法により、幾つかの方式に大別され、特開平2
−51734号公報に記載されているように、圧電素子
などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成し
ている振動板を変形変位させることでインク滴を吐出さ
せるピエゾ型のもの、特開昭61−59911号公報に
記載されているように、吐出室内に配設した発熱抵抗体
を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴
を吐出させるバブル型のもの、吐出室の壁面を形成する
振動板(又はこれと一体の電極)と電極を用いて静電力
で振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させる
静電型のものなどがある。[0003] Ink jet heads are roughly classified into several types according to a method for generating ink droplets (recording liquid) and a control method for controlling the flight direction.
As described in JP-A-51734, a piezo-type device that discharges ink droplets by deforming and displacing a diaphragm forming a wall surface of a discharge chamber using an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element, As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-59911, a bubble type in which a bubble is generated by ink film boiling using a heating resistor disposed in a discharge chamber to discharge ink droplets, a discharge chamber And an electrostatic type in which an ink droplet is ejected by deforming and displacing the diaphragm by electrostatic force using the diaphragm (or an electrode integrated with the diaphragm) forming the wall surface of the diaphragm.
【0004】特に、ピエゾ型や静電型などの振動板を用
いるインクジェットヘッドは、微小液滴の吐出に優れて
いるが、更なる高密度、高画質化のために、300dp
i或いは600dpiといった高密度でノズルを配置す
ることが要請されていることから、流路や流路壁面を形
成する振動板をシリコン基板の異方性エッチングによっ
て形成することが行われている。[0004] In particular, an ink jet head using a piezo-type or electrostatic-type vibration plate is excellent in ejecting fine droplets, but 300 dp for higher density and higher image quality.
Since it is required to arrange nozzles at a high density of i or 600 dpi, a diaphragm for forming a flow path and a flow path wall surface is formed by anisotropic etching of a silicon substrate.
【0005】この場合、シリコン基板からなる流路や薄
膜振動板は耐インク性が十分でないことから、振動板の
流路側面に耐インク性を有する耐インク膜を成膜するよ
うにしている。このような耐インク膜を振動板に形成し
たインクジェットヘッドとしては、従来、例えば、特開
平3−79350公報に記載されているように単層のシ
リコン酸化膜を成膜したもの、或いは再公表特許WO9
7/32728に記載されているように単層のチタン窒
化膜(TiN)を成膜したものがある。なお、振動板を
シリコン以外で形成して、チタン窒化膜を耐インク膜と
したものとして、特開平10−119268号公報、特
開平8−187867号公報に記載されているものもあ
る。[0005] In this case, since the flow path and the thin film diaphragm formed of the silicon substrate have insufficient ink resistance, an ink resistant film having ink resistance is formed on the side surface of the flow path of the diaphragm. As an ink jet head having such an ink-resistant film formed on a diaphragm, there is conventionally known an ink jet head having a single-layer silicon oxide film as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-79350, or a republished patent. WO9
7/32728, a single-layer titanium nitride (TiN) film is formed. In addition, as a diaphragm formed of a material other than silicon and using a titanium nitride film as an ink-resistant film, there are also those described in JP-A-10-119268 and JP-A-8-187867.
【0006】ところが、インク材料もカラー化、紙に対
する浸透性、色の発色性等の改善を目的として様々な改
良が加えられてきており、その結果、従前に比べてイン
クのアルカリ度が高くなる傾向にある。However, various improvements have been made to ink materials for the purpose of improving the color, the permeability to paper, the color development of color, and the like. As a result, the alkalinity of the ink becomes higher than before. There is a tendency.
【0007】そのため、上述したように、従来の耐イン
ク膜として用いられてきたシリコン酸化膜であっても、
アルカリ度が高くなったインクに対する耐性が十分な
く、腐食溶解して、結果的に振動板が腐食溶解するな
ど、長期信頼性を確保することができなくなっている。
また、シリコン酸化膜は内部応力が大きく、単層で用い
た場合に薄膜の振動板を変形させることがあるという課
題がある。Therefore, as described above, even if a silicon oxide film has been used as a conventional ink-resistant film,
Long-term reliability cannot be ensured, such as insufficient resistance to ink with increased alkalinity and corrosion and dissolution, resulting in corrosion and dissolution of the diaphragm.
Another problem is that the silicon oxide film has a large internal stress and may deform a thin diaphragm when used as a single layer.
【0008】また、チタン窒化膜は、広い範囲での耐イ
ンク性を有するが、なお一部の色材に対しては耐性が十
分でなく、溶出量が増加するという課題がある。また、
チタン窒化膜を耐インク膜として用いる場合、ピンホー
ル、クラックなどの問題を回避するためには膜厚を厚く
しなければならないが、膜厚を厚くすると、薄膜振動板
の振動特性が劣化することになり、他方、一般的な耐イ
ンク膜の厚みである100nm以下にすると上述したピ
ンホールやクラックなどの問題を生じるという課題があ
る。Further, the titanium nitride film has a wide range of ink resistance, but has a problem that the resistance to some color materials is not sufficient and the elution amount increases. Also,
When a titanium nitride film is used as an ink-resistant film, the film thickness must be increased in order to avoid problems such as pinholes and cracks, but if the film thickness is increased, the vibration characteristics of the thin film diaphragm deteriorate. On the other hand, if the thickness is set to 100 nm or less, which is the thickness of a general ink-resistant film, there is a problem that the above-described problems such as pinholes and cracks occur.
【0009】このように従来の耐インク膜にあっては、
振動板の振動特性に影響を与えることなく耐インク性を
向上して振動板の腐食溶解を防止することが困難であ
る。そこで、一方では、インクそのものをヘッド材料を
腐食しないように改良することも考えられるが、ヘッド
材料の腐食を防止するために、インク色材等の特性を犠
牲にすることは、高画質化、高密度化の流れに反し、他
方、ヘッド材料そのものをインクに対応して変えること
も考えられるが、その加工性を犠牲にすることにもな
り、これも高密度化の流れに反するとともに、いずれも
現実的ではない。As described above, in the conventional ink-resistant film,
It is difficult to improve the ink resistance without affecting the vibration characteristics of the diaphragm to prevent corrosion and dissolution of the diaphragm. Therefore, on the other hand, it is conceivable to improve the ink itself so as not to corrode the head material.However, in order to prevent the corrosion of the head material, sacrificing the properties of the ink coloring material, etc., leads to higher image quality, Contrary to the trend of densification, on the other hand, it is conceivable to change the head material itself in accordance with the ink, but this also sacrifice the workability, which is also against the trend of densification, Is also not realistic.
【0010】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、長期信頼性に優れたインクジェットヘッド及びイ
ンクジェット記録装置を提供することを目的とする。[0010] The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide an ink jet head and an ink jet recording apparatus having excellent long-term reliability.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェットヘッドは、振動板の吐
出室面側には耐インク性を有する複層構造の薄膜が形成
されている構成としたものである。In order to solve the above-mentioned problems, an ink-jet head according to the present invention has a structure in which a thin film having a multi-layer structure having ink resistance is formed on a surface of a diaphragm on a discharge chamber surface side. It is what it was.
【0012】ここで、複層構造の薄膜のうちの少なくと
もインクと接する膜はチタン膜又はチタン化合物の膜で
あることが好ましい。また、複層構造の薄膜のすべての
膜がチタン膜又はチタン化合物の膜であることが好まし
い。Here, it is preferable that at least a film in contact with the ink among the thin films having a multilayer structure is a titanium film or a titanium compound film. Further, it is preferable that all of the thin films having a multilayer structure are titanium films or titanium compound films.
【0013】さらに、複層構造の薄膜のうちの振動板に
接する膜は電気絶縁性の膜であり、インクに接する膜は
電気導電性の膜であることが好ましい。この場合、電気
絶縁性の膜がチタン酸化物の膜であり、電気導電性の膜
がチタン窒化物の膜であることが好ましい。また、電気
絶縁性の膜がチタン酸化物の膜であり、電気導電性の膜
が金属チタンの膜であることが好ましい。Further, it is preferable that the film in contact with the diaphragm among the thin films having a multilayer structure is an electrically insulating film, and the film in contact with the ink is an electrically conductive film. In this case, the electrically insulating film is preferably a titanium oxide film, and the electrically conductive film is preferably a titanium nitride film. Preferably, the electrically insulating film is a titanium oxide film, and the electrically conductive film is a metal titanium film.
【0014】また、チタン酸化物の膜は金属チタンを陽
極酸化法を用いて酸化することで形成されていることが
好ましい。或いは、チタン酸化物の膜は、金属チタンを
酸素雰囲気下で加熱酸化することで形成されていること
が好ましい。It is preferable that the titanium oxide film is formed by oxidizing titanium metal using an anodic oxidation method. Alternatively, the titanium oxide film is preferably formed by heating and oxidizing metal titanium in an oxygen atmosphere.
【0015】本発明に係るインクジェット記録装置は、
インク滴を吐出させるインクジェットヘッドを搭載した
インクジェットヘッド記録装置において、インクジェッ
トヘッドの電気導電性の膜に振動板に印加する電位と異
なるインク種に対する酸化電位を与える構成としたもの
である。[0015] The ink jet recording apparatus according to the present invention comprises:
In an ink jet head recording apparatus equipped with an ink jet head for ejecting ink droplets, an oxidation potential for an ink type different from a potential applied to a diaphragm is applied to an electrically conductive film of the ink jet head.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図1は本発明に係るインクジ
ェットヘッドの分解斜視説明図、図2は同ヘッドの振動
板長手方向の断面説明図、図3は同ヘッドの振動板短手
方向の要部拡大断面図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet head according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the head in the lateral direction of the diaphragm.
【0017】このインクジェットヘッドは、結晶面方位
(110)の単結晶シリコン基板を用いた第1基板であ
る流路基板1と、この流路基板1の下側に設けた結晶面
方位(110)又は(100)の単結晶シリコン基板を
用いた第2基板である電極基板2と、流路基板1の上側
に設けた第3基板であるノズル板3とを備え、インク滴
を吐出する複数のノズル4、各ノズル4が連通するイン
ク流路である吐出室6、各吐出室6にインク供給路を兼
ねた流体抵抗部7を介して連通する共通液室8などを形
成している。This ink jet head has a flow path substrate 1 as a first substrate using a single crystal silicon substrate having a crystal plane orientation (110), and a crystal plane orientation (110) provided below the flow path substrate 1. Alternatively, a plurality of (100) electrode substrates, each of which is a second substrate using a single crystal silicon substrate, and a nozzle plate 3, which is a third substrate provided above the flow path substrate 1, for discharging ink droplets. The nozzle 4, a discharge chamber 6 which is an ink flow path communicating with each nozzle 4, a common liquid chamber 8 which communicates with each discharge chamber 6 via a fluid resistance portion 7 which also serves as an ink supply path, and the like are formed.
【0018】流路基板1にはノズル4が連通する複数の
吐出室6及びこの吐出室6の壁面である底部をなす振動
板10(電極を兼ねている)を形成する凹部を形成して
いる。この流路基板1は、例えば(110)面を有する
シリコン基板に予め振動板厚さに高濃度P型不純物、例
えば高濃度ボロンを注入してエッチングストップ層とな
る高濃度ボロン拡散層を形成し、電極基板2と直接接合
した後、吐出室6となる凹部をKOH水溶液などのエッ
チング液を用いて異方性エッチングすることにより、こ
のとき高濃度ボロン拡散層がエッチングストップ層とな
るので、これにより高精度に振動板10を形成したもの
である。なお、高濃度p型不純物としては、ボロンの
他、ガリウム、アルミニウム等もあるが、半導体分野で
はボロンが一般的である。The flow path substrate 1 has a plurality of discharge chambers 6 with which the nozzles 4 communicate with each other, and a concave portion forming a diaphragm 10 (also serving as an electrode) serving as a bottom surface which is a wall surface of the discharge chamber 6. . In this flow path substrate 1, a high-concentration P-type impurity, for example, high-concentration boron is implanted in advance into a diaphragm thickness of a silicon substrate having, for example, a (110) plane to form a high-concentration boron diffusion layer serving as an etching stop layer. After the direct bonding with the electrode substrate 2, the concave portion serving as the discharge chamber 6 is anisotropically etched using an etching solution such as a KOH aqueous solution, so that the high-concentration boron diffusion layer serves as an etching stop layer. Thus, the diaphragm 10 is formed with high precision. In addition, as the high concentration p-type impurity, there are gallium and aluminum in addition to boron, but boron is generally used in the semiconductor field.
【0019】また、流路基板1として、ボロンが注入さ
れたシリコン基板を用いたが、例えば、ベース基板に酸
化膜を介して活性層を接合したSOI(Silicon On Ins
ulator)基板の活性層を振動板10として使用すること
も可能であるし、上記高濃度ボロン層を形成した基板上
に、シリコンをエピ成長させた基板のエピ層を振動板1
0としても良い。Although a silicon substrate into which boron is implanted is used as the flow path substrate 1, for example, an SOI (Silicon On Ins) in which an active layer is joined to a base substrate via an oxide film.
It is also possible to use the active layer of the substrate as the diaphragm 10, or to place the epi layer of the substrate on which silicon is epitaxially grown on the substrate on which the high-concentration boron layer is formed, as the diaphragm 1.
It may be set to 0.
【0020】そして、この流路基板1の流路側の表面に
は振動板10の吐出室6側の表面を含めて薄膜の複層構
造の耐インク膜11を成膜している。この耐インク膜1
1は、振動板10側に成膜したチタン酸化膜12とこの
チタン酸化膜12上に形成したインクに接する膜である
チタン窒化膜13との二層構造をなしている。On the surface of the flow path substrate 1 on the side of the flow path, an ink-resistant film 11 having a thin multilayer structure is formed including the surface of the vibration plate 10 on the side of the discharge chamber 6. This ink resistant film 1
Reference numeral 1 denotes a two-layer structure of a titanium oxide film 12 formed on the diaphragm 10 side and a titanium nitride film 13 formed on the titanium oxide film 12 and in contact with ink.
【0021】チタン酸化膜12は電気絶縁性を持つ耐イ
ンク膜であり、例えばチタン酸化膜12をスパッタでチ
タン膜を形成してこれを酸化して形成する場合、スパッ
タ時のRfパワー、窒素ガス流量比、成膜時圧力等の成
膜条件を制御することで、応力を緩和することができ、
振動板10を変形させることのない内部応力のチタン酸
化膜12を形成することが好ましい。なお、チタン酸化
膜12は金属チタンを陽極酸化法を用いて酸化したり、
或いは金属チタンを酸素雰囲気下で加熱酸化することで
形成することができる。The titanium oxide film 12 is an ink-resistant film having electrical insulation. For example, when the titanium oxide film 12 is formed by forming a titanium film by sputtering and oxidizing the titanium film, the Rf power during sputtering and the nitrogen gas By controlling the film forming conditions such as the flow rate ratio and the film forming pressure, the stress can be reduced,
It is preferable to form the titanium oxide film 12 having an internal stress that does not deform the diaphragm 10. The titanium oxide film 12 oxidizes metal titanium using an anodic oxidation method,
Alternatively, it can be formed by heating and oxidizing metallic titanium in an oxygen atmosphere.
【0022】また、チタン窒化膜13は電気導電性を持
つ耐インク膜であり、このチタン窒化膜13に酸化電位
を印加することで、インクとチタン窒化膜13とのの間
での電荷の移動を防止してチタン窒化膜13の腐食溶解
を防止することができる。また、このチタン窒化膜13
には不純物として僅かに酸素を含有させることによって
低応力化を図ることができる。The titanium nitride film 13 is an ink-resistant film having electrical conductivity. By applying an oxidation potential to the titanium nitride film 13, charge transfer between the ink and the titanium nitride film 13 is performed. And the corrosion and dissolution of the titanium nitride film 13 can be prevented. The titanium nitride film 13
Can contain a small amount of oxygen as an impurity to reduce the stress.
【0023】電極基板2には酸化膜層2aを形成し、こ
の酸化膜層2aの部分に凹部14を形成して、この凹部
14底面に振動板10に対向する電極15を設け、振動
板10と電極15との間にギャップ16を形成し、これ
らの振動板10と電極15とによってアクチュエータ部
(駆動手段)を構成している。An oxide film layer 2a is formed on the electrode substrate 2, a concave portion 14 is formed in the portion of the oxide film layer 2a, an electrode 15 facing the diaphragm 10 is provided on the bottom surface of the concave portion 14, and the diaphragm 10 A gap 16 is formed between the vibration plate 10 and the electrode 15, and the diaphragm 10 and the electrode 15 constitute an actuator section (driving means).
【0024】電極15表面にはSiO2膜などの酸化膜系
絶縁膜、Si3N4膜などの窒化膜系絶縁膜からなる絶縁
保護膜17を成膜している。なお、電極15表面に絶縁
膜保護17を形成しないで、振動板10側に絶縁膜を形
成することもできる。また、電極基板2の電極15とし
ては、金、或いは、通常半導体素子の形成プロセスで一
般的に用いられるAl、Cr、Ni等の金属材料や、T
i、TiN、W等の高融点金属、または不純物により低
抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることができ
る。On the surface of the electrode 15, an insulating protective film 17 made of an oxide insulating film such as a SiO 2 film or a nitride insulating film such as a Si 3 N 4 film is formed. The insulating film may be formed on the diaphragm 10 side without forming the insulating film protection 17 on the surface of the electrode 15. The electrode 15 of the electrode substrate 2 may be made of gold, a metal material such as Al, Cr, Ni, or the like generally used in a process of forming a semiconductor element.
A high melting point metal such as i, TiN, W, or the like, or a polycrystalline silicon material whose resistance is reduced by impurities can be used.
【0025】そして、これらの流路基板1と電極基板2
とはシリコン−シリコンの直接接合で接合している。こ
れらの流路基板1と電極基板2には共通液室8に通じる
インク供給口9を形成している。流路基板1と電極基板
2のいずれもをシリコン基板で形成することにより異方
性エッチングによる高精度の凹部を形成することができ
る。The flow path substrate 1 and the electrode substrate 2
Are bonded by direct silicon-silicon bonding. An ink supply port 9 communicating with the common liquid chamber 8 is formed in the flow path substrate 1 and the electrode substrate 2. By forming both the channel substrate 1 and the electrode substrate 2 with a silicon substrate, a highly accurate concave portion can be formed by anisotropic etching.
【0026】ノズル板3には、多数のノズル4を二列形
成するとともに、共通液室8と吐出室6を連通するため
の流体抵抗部7を形成する溝部を形成している。このノ
ズル板4にはインク吐出面に撥水性皮膜を成膜してい
る。また、ノズル板3は、ステンレス基板(SUS)、
エレクトロフォーミング(電鋳)工法によるニッケルメ
ッキ膜、ポリイミド等の樹脂にエキシマレーザー加工を
したもの、金属プレートにプレス加工で穴加工をしたも
の、金属層と樹脂層を積層したものなどを用いることが
できる。In the nozzle plate 3, a large number of nozzles 4 are formed in two rows, and a groove for forming a fluid resistance portion 7 for communicating the common liquid chamber 8 and the discharge chamber 6 is formed. The nozzle plate 4 has a water-repellent film formed on the ink ejection surface. The nozzle plate 3 is made of a stainless steel substrate (SUS),
Nickel plating film by electroforming (electroforming) method, resin such as polyimide processed by excimer laser, metal plate processed by press working, metal layer and resin layer laminated, etc. can be used. it can.
【0027】そして、電極15に連続する電極取り出し
部15aにヘッド駆動回路であるドライバIC(駆動用
ICチップ)などをワイヤボンドによって搭載したFP
Cケーブル21を異方性導電膜などを介して接続してい
る。このとき、電極基板2とノズル板3との間(ギャッ
プ16入口)を含めて電極取り出し部15aとノズル板
3との間は、エポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ
封止剤22にて気密封止し、ギャップ16内に湿気が侵
入して振動板10が変位しなくなるのを防止している。An FP in which a driver IC (driving IC chip) as a head driving circuit is mounted by wire bonding at an electrode take-out portion 15a continuous with the electrode 15 is provided.
The C cable 21 is connected via an anisotropic conductive film or the like. At this time, a gap sealing agent 22 using an adhesive such as an epoxy resin is provided between the electrode extraction portion 15a and the nozzle plate 3 including the space between the electrode substrate 2 and the nozzle plate 3 (the entrance of the gap 16). It is hermetically sealed to prevent moisture from entering the gap 16 and displacing the diaphragm 10.
【0028】このように構成したインクジェットヘッド
においては、振動板10を共通電極とし電極15を個別
電極として、振動板10と電極15との間に駆動波形を
印加することにより、振動板10と電極15との間に静
電力(静電吸引力)が発生して、振動板10が電極15
側に変形変位する。これにより、吐出室6の内容積が拡
張されて内圧が下がるため、流体抵抗部7を介して共通
液室8から吐出室6にインクが充填される。In the ink-jet head thus configured, the diaphragm 10 and the electrode 15 are used as a common electrode, and the electrode 15 is used as an individual electrode. An electrostatic force (electrostatic attraction force) is generated between the vibration plate 10 and the electrode 15.
Displaced to the side. As a result, the internal volume of the discharge chamber 6 is expanded and the internal pressure is reduced, so that the ink is filled from the common liquid chamber 8 into the discharge chamber 6 via the fluid resistance portion 7.
【0029】次いで、電極15への電圧印加を断つと、
静電力が作用しなくなり、振動板10はそれ自身のもつ
弾性によって復元する。この動作に伴い吐出室6の内圧
が上昇し、ノズル4からインク滴が吐出される。再び電
極に電圧を印加すると、再び静電吸引力によって振動板
10は電極15側に引き込まれ、次のインク滴吐出工程
へ移行する。Next, when the voltage application to the electrode 15 is stopped,
The electrostatic force stops working, and the diaphragm 10 is restored by its own elasticity. With this operation, the internal pressure of the ejection chamber 6 increases, and ink droplets are ejected from the nozzles 4. When a voltage is applied to the electrodes again, the diaphragm 10 is drawn back to the electrodes 15 by the electrostatic attraction force, and the process proceeds to the next ink droplet discharging step.
【0030】そして、このインクジェットヘッドにおい
ては、少なくとも振動板10の吐出室6側の面には耐イ
ンク性を有する複層構造の薄膜(耐インク膜)11を形
成しているので、ピンホールなどの偶発的に発生する堆
積膜の欠陥を防止することができ、また、内部応力の小
さな薄膜と耐インク性に優れた薄膜とを組み合わせるこ
とができ、振動板10の変位特性に影響を与えることな
く、しかもインクによる腐食溶解を生じ難い耐インク膜
を得ることができるようになり、長期信頼性を向上する
ことできる。In this ink jet head, a thin film (ink-resistant film) 11 having a multi-layer structure having ink resistance is formed on at least the surface of the vibration plate 10 on the side of the discharge chamber 6, so that a pinhole or the like is formed. It is possible to prevent a defect of a deposited film from being accidentally generated, and to combine a thin film having a small internal stress with a thin film having excellent ink resistance, thereby affecting the displacement characteristics of the diaphragm 10. In addition, it is possible to obtain an ink-resistant film which is less likely to cause corrosion and dissolution by the ink, thereby improving long-term reliability.
【0031】この場合、耐インク膜11のうちの少なく
ともインクと接する膜としてチタン窒化膜13(或いは
チタン膜又は他のチタン化合物の膜)とすることによ
り、耐インク性を向上することができる。また、耐イン
ク膜11のすべての膜をチタン膜又はチタン化合物の膜
であるチタン酸化膜12とチタン窒化膜13の組み合わ
せにすることによって内部応力の小さな耐インク性に優
れた耐インク膜とすることができる。In this case, the ink resistance can be improved by forming the titanium nitride film 13 (or a titanium film or a film of another titanium compound) as at least one of the ink-resistant films 11 which is in contact with the ink. Further, by forming all of the ink-resistant film 11 as a combination of a titanium oxide film 12 and a titanium nitride film 13 which are titanium films or titanium compound films, an ink-resistant film having a small internal stress and excellent in ink resistance is obtained. be able to.
【0032】さらに、耐インク膜11のうちの振動板1
0に接する膜を電気絶縁性の膜であるチタン酸化膜12
とし、インクに接する膜を電気導電性の膜であるチタン
窒化膜13とすることによって、チタン窒化膜13と振
動板10とが電気的に絶縁されるので、チタン酸化膜1
3に耐インク電位(酸化電位)を印加することができる
ようになり、チタン酸化膜13のインク溶解をより低減
することができる。なお、電気導電性の膜としては、チ
タン窒化膜に代えて金属チタン膜を用いることもでき
る。Further, the diaphragm 1 of the ink resistant film 11
The film in contact with 0 is a titanium oxide film 12 which is an electrically insulating film.
By making the film in contact with the ink a titanium nitride film 13 which is an electrically conductive film, the titanium nitride film 13 and the vibration plate 10 are electrically insulated.
3, an anti-ink potential (oxidation potential) can be applied, and the dissolution of the titanium oxide film 13 into the ink can be further reduced. Note that as the electrically conductive film, a metal titanium film can be used instead of the titanium nitride film.
【0033】次に、このインクジェットヘッドの製造工
程について図4乃至図8を参照して説明する。なお、図
7及び図8は図6の工程以後の工程であるが、一部を拡
大して示している。まず、電極基板2の製造方法につい
て説明する。図4(a)に示すように、低抵抗品として
販売されているp型の単結晶シリコンで、面方位が(1
10)または(100)である電極基板2上に、ウェッ
トあるいはドライの熱酸化法によって保護膜となるシリ
コン酸化膜2aを約2μmの厚さに形成する。Next, a manufacturing process of the ink jet head will be described with reference to FIGS. 7 and 8 show the steps after the step of FIG. 6, but show a part of them in an enlarged manner. First, a method for manufacturing the electrode substrate 2 will be described. As shown in FIG. 4A, a p-type single crystal silicon which is sold as a low resistance product and has a plane orientation of (1)
A silicon oxide film 2a serving as a protective film is formed to a thickness of about 2 μm on the electrode substrate 2 of (10) or (100) by a wet or dry thermal oxidation method.
【0034】この酸化膜2aの厚さは、電極15とシリ
コンウェハとの電気的絶縁性が確保される厚さであれば
良く、1〜3μm程度が適当である。また、ここでは、
安価に市場に出ているp型の単結晶シリコン基板を用い
たが、n型の基板であっても良い。The thickness of the oxide film 2a may be any thickness as long as electrical insulation between the electrode 15 and the silicon wafer is ensured, and is suitably about 1 to 3 μm. Also, here
Although a p-type single crystal silicon substrate which is commercially available at low cost is used, an n-type substrate may be used.
【0035】続いて、同図(b)に示すように、電極基
板2となるウェハにフォトレジストを塗布し、電極を形
成するためのパターニングを行い、このフォトレジスト
パターンをマスクとして、弗化アンモニウムなどの緩衝
成分を含む弗化水素溶液(例えば、ダイキン工業製:BH
F-63U(商品名)など)を用いて、シリコン酸化膜2a
に電極形成溝である凹部14を掘り込む。Subsequently, as shown in FIG. 2B, a photoresist is applied to a wafer to be the electrode substrate 2 and patterning for forming electrodes is performed. Using this photoresist pattern as a mask, ammonium fluoride is used. Hydrogen fluoride solution containing buffer components such as (for example, Daikin Industries: BH
F-63U (trade name) etc., and silicon oxide film 2a
A recess 14 which is an electrode forming groove is dug in the trench.
【0036】このときの凹部14の掘り込み量(深さ)
は、電極材料の厚さと、電極15と振動板10との間に
必要な空間量(ギャップ長)を足した分だけ掘り込むこ
とになる。なお、このときの掘り込み量は約1μm程度
以下と少ないので、弗化水素溶液を用いたウェットエッ
チングによる掘り込みにおいても、ウェハ面内の掘り込
み量のばらつきは極めて小さくできる。The digging amount (depth) of the concave portion 14 at this time
Is dug by the sum of the thickness of the electrode material and the amount of space (gap length) required between the electrode 15 and the diaphragm 10. Since the amount of digging at this time is as small as about 1 μm or less, even when digging by wet etching using a hydrogen fluoride solution, variation in the amount of digging in the wafer surface can be extremely reduced.
【0037】続いて、同図(c)に示すように、電極材
料となる多結晶シリコン膜を約300nmの厚さに堆積
し、フォトエッチングの手法を用いて所望の電極形状に
加工して電極15を凹部14底面に形成する。なお、こ
こでは、不純物がドーピングされたポリシリコンを電極
15に使用したが、高融点金属を利用しても良いし、窒
化チタンのような導電性のセラミックスを電極としても
良い。Subsequently, as shown in FIG. 3C, a polycrystalline silicon film serving as an electrode material is deposited to a thickness of about 300 nm, and is processed into a desired electrode shape using a photo-etching technique. 15 is formed on the bottom of the recess 14. Here, polysilicon doped with impurities is used for the electrode 15, but a high melting point metal may be used, or a conductive ceramic such as titanium nitride may be used for the electrode.
【0038】その後、同図(d)に示すように、電極基
板2上の全面にCVDなどの手法を用いてシリコン酸化
膜を堆積して、この酸化膜をパターニングすることによ
り、電極15を保護するための保護膜17を形成する。Thereafter, as shown in FIG. 2D, a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the electrode substrate 2 by using a technique such as CVD, and the electrode 15 is protected by patterning the oxide film. Protective film 17 is formed.
【0039】次いで、図示しないが、電極基板2を窒化
ガス雰囲気下で熱処理する。このときの熱処理条件は、
850℃−2時間とした。この850℃という温度は、
この次に行う直接接合の温度800℃よりも50℃だけ
高い温度になっている。なお、直接接合の温度が800
℃よりも低ければ、この温度850℃よりも低い温度で
の熱処理で良い。この熱処理によって、シリコン酸化膜
中に存在する水分や水素ガスなどが放出され、接合時の
出ガスによるボイドの発生を防ぐことができ、非常に良
好な直接接合性を持たせることができる。Next, although not shown, the electrode substrate 2 is heat-treated in a nitriding gas atmosphere. The heat treatment conditions at this time are as follows:
850 ° C. for 2 hours. This temperature of 850 ° C
The temperature is 50 ° C. higher than the temperature 800 ° C. of the direct bonding performed next. Note that the direct bonding temperature is 800
If the temperature is lower than ℃, the heat treatment at a temperature lower than 850 ° C. is sufficient. By this heat treatment, moisture, hydrogen gas, and the like existing in the silicon oxide film are released, so that generation of voids due to outgassing during bonding can be prevented, and very good direct bonding can be achieved.
【0040】一方、図5(a)に示すように、流路基板
1としてp型の極性を持ち、(110)の面方位を持つ
両面研磨のシリコン基板31を利用した。このような、
シリコン基板を利用する目的は、シリコンのウェットエ
ッチング時のエッチング速度の面異方性を利用し、制度
の良い加工形状を得るためである。このシリコン基板の
接合面になる両面に高濃度のホウ素を注入(5×1019
原子/cm3以上)後、これを活性化し、所定の深さ
(振動板の厚さ)まで拡散させて高濃度ボロン拡散層3
2を形成する。On the other hand, as shown in FIG. 5A, a double-side polished silicon substrate 31 having a p-type polarity and a (110) plane orientation was used as the flow path substrate 1. like this,
The purpose of using a silicon substrate is to obtain a well-processed shape by utilizing plane anisotropy of an etching rate in wet etching of silicon. High-concentration boron is implanted into both sides of the silicon substrate (5 × 10 19
(Atomic / cm 3 or more), and then activated and diffused to a predetermined depth (thickness of diaphragm) to form a high-concentration boron diffusion layer 3.
Form 2
【0041】なお、不純物の注入にはボロンガラスを用
いた固体拡散法を用いたが、イオン注入法や、不純物ガ
ラスの塗布法などによって、硼素を注入拡散しても良
い。また、高濃度不純物基板上に、シリコンをエピ成長
させた基板を利用しても良い。さらに、不純物を注入拡
散したシリコン基板に代えて、SOI基板の活性層を用
いて振動板10を形成するようにすることもできる。Although the solid diffusion method using boron glass is used for the impurity implantation, boron may be implanted and diffused by an ion implantation method, an impurity glass coating method, or the like. Further, a substrate obtained by epitaxially growing silicon on a high-concentration impurity substrate may be used. Further, the vibration plate 10 may be formed using an active layer of an SOI substrate instead of the silicon substrate into which impurities are implanted and diffused.
【0042】そして、不純物を拡散したシリコンウェハ
の両面をCMPなどの方法で鏡面研磨し、その表面粗さ
をRa値で、0.2nm以下に加工する。これは、不純
物の注入拡散によって、シリコンウェハの表面が荒れて
しまうことを補正するためのもので、その研磨量は0.
01μm程度で良い。この研磨量は、シリコンウェハの
最終研磨仕上げの工法と全く同じであり、非常に精度良
く仕上げることができる。Then, both surfaces of the silicon wafer in which the impurities are diffused are mirror-polished by a method such as CMP, and the surface roughness is processed to an Ra value of 0.2 nm or less. This is to correct that the surface of the silicon wafer is roughened by the implantation and diffusion of the impurities.
It may be about 01 μm. This polishing amount is exactly the same as that of the final polishing and finishing method of the silicon wafer, and the polishing can be performed with very high precision.
【0043】続いて、シリコン基板31と電極基板2と
を接合する。例えば、各基板31、2をRCA洗浄で知
られる基板洗浄法を用いて洗浄した後、硫酸と過酸化水
素水の熱混合液に浸漬し、接合面を親水化させることで
直接接合をし易い表面状態とする。Subsequently, the silicon substrate 31 and the electrode substrate 2 are joined. For example, after the substrates 31 and 2 are cleaned using a substrate cleaning method known as RCA cleaning, the substrates 31 and 2 are immersed in a hot mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide, and the bonding surfaces are made hydrophilic to facilitate direct bonding. Surface condition.
【0044】そして、これらの基板31、2をオリエン
テーションフラット部分を利用、あるいは、あらかじめ
アライメントマークを準備しておき、各基板31、2を
整合し接合する。アライメントが完了した基板31、2
を真空チャンバー中に導入し、1×10-3mbar以下
の真空度になるまで減圧する。Then, these substrates 31, 2 are used by using an orientation flat portion, or alignment marks are prepared in advance, and the substrates 31, 2 are aligned and joined. Aligned substrates 31, 2
Is introduced into a vacuum chamber, and the pressure is reduced until the degree of vacuum becomes 1 × 10 −3 mbar or less.
【0045】続いて、各基板31、2のアライメントが
ずれないような状態で、各ウェハを押さえ付けることで
プリ接合を完了する。この時、位置ずれしないように押
さえると共に、押圧力は基板31、2に歪みを与えた
り、位置ずれを起こさない範囲で強く押さえることが重
要である。Subsequently, the pre-joining is completed by pressing down each wafer in a state where the alignment of the substrates 31 and 2 does not shift. At this time, it is important that the substrate is pressed so as not to be displaced, and that the pressing force is strongly suppressed within a range where the substrates 31 and 2 are not distorted or displaced.
【0046】さらに、この後、貼り合わせたウェハを窒
素ガス雰囲気下で、900℃、2時間焼成し強固な接合
を得た。このときの焼成温度は、800〜12000℃
の温度範囲であれば、後の切断研磨工程に耐えうるだけ
の十分な強度が得られる。したがって、電極材料の種類
や、不純物の再拡散の発生しない温度選択で実施するこ
とができる。Thereafter, the bonded wafers were baked at 900 ° C. for 2 hours in a nitrogen gas atmosphere to obtain strong bonding. The firing temperature at this time is 800 to 12000 ° C.
Within this temperature range, sufficient strength to withstand the subsequent cutting and polishing step can be obtained. Therefore, it can be carried out by selecting the type of electrode material and the temperature that does not cause re-diffusion of impurities.
【0047】次に、接合ウェハを自然冷却した後、同図
(b)に示すように、シリコン基板31の研削、研磨、
CMP等の手段によって、シリコン基板31の厚さを約
100μmにまで薄く(液室高さを低く)する。このよ
うな機械的、物理的あるいは、化学的手法によってウェ
ハの厚さを薄くしても、直接接合によって接合した界面
が剥離したり破壊されることはない。ここでは、400
μm厚さのシリコンウエハ(シリコン基板31)を直接
接合した後液室高さ95±5μmを狙って研磨し、液室
加工を施しても何ら問題にならなかった。Next, after the bonded wafer is naturally cooled, as shown in FIG.
The thickness of the silicon substrate 31 is reduced to about 100 μm (the height of the liquid chamber is reduced) by means such as CMP. Even if the thickness of the wafer is reduced by such a mechanical, physical, or chemical method, the interface bonded by the direct bonding does not peel or break. Here, 400
Even if a silicon wafer (silicon substrate 31) having a thickness of μm was directly bonded and then polished to a liquid chamber height of 95 ± 5 μm and subjected to liquid chamber processing, no problem occurred.
【0048】このときの液室高さは、液室が小さくなっ
たことによる流体抵抗として働く分と、隣り合うビット
間のクロストークの影響を考慮して決められる。これ
は、使用するインクの粘度や、噴射するインク滴の滴量
等から決まるため、一義的には決めることができない。
実験によると、顔料インクを用いた場合、液室高さ50
〜100μmの間、特に90μm付近で良い特性を得る
ことができることを確認した。The height of the liquid chamber at this time is determined in consideration of the effect of the fluid resistance due to the reduced liquid chamber and the effect of crosstalk between adjacent bits. This cannot be univocally determined because it is determined by the viscosity of the ink used, the amount of ink droplets to be ejected, and the like.
According to the experiment, when the pigment ink is used, the liquid chamber height is 50
It has been confirmed that good characteristics can be obtained between about 100 μm and especially about 90 μm.
【0049】続いて、同図(c)に示すように、基板を
熱処理しバッファ酸化膜を約50nmの厚さに形成した
後、更に後工程でのエッチングバリア層となるシリコン
窒化膜34a、34bをCVDなどの方法で約100n
mの厚さに形成する。そして、同図(d)に示すよう
に、電極基板2の電極パターンに対して、赤外線アライ
メント方法などを用いて、電極基板2側にインク供給口
9となるシリコン窒化膜34bのパターンを形成する。Subsequently, as shown in FIG. 3C, after the substrate is heat-treated to form a buffer oxide film having a thickness of about 50 nm, the silicon nitride films 34a and 34b to be an etching barrier layer in a later step are further formed. About 100n by a method such as CVD
m. Then, as shown in FIG. 3D, a pattern of the silicon nitride film 34b serving as the ink supply port 9 is formed on the electrode substrate 2 side by using an infrared alignment method or the like with respect to the electrode pattern of the electrode substrate 2. .
【0050】その後、この基板を高濃度の水酸化カリウ
ム溶液(例えば、80℃に加熱した30%濃度KOH溶
液)中に浸漬し、シリコン(電極基板2)の異方性エッ
チングを行うことで所望のインク供給口9の形状にエッ
チングする。このとき、電極基板2のシリコンの結晶性
によって、自己整合的にインク供給口9の形状が形成さ
れる。また、このときのエッチングはシリコン基板31
との接合面に存在するシリコン酸化膜によって自己収束
的に停止する。Thereafter, the substrate is immersed in a high-concentration potassium hydroxide solution (for example, a 30% KOH solution heated to 80 ° C.), and silicon (electrode substrate 2) is anisotropically etched. Is etched into the shape of the ink supply port 9 of FIG. At this time, the shape of the ink supply port 9 is formed in a self-aligned manner due to the crystallinity of silicon of the electrode substrate 2. The etching at this time is performed on the silicon substrate 31.
And stops by self-convergence due to the silicon oxide film present on the junction surface with the substrate.
【0051】次に、図6(a)に示すように、シリコン
基板31上のシリコン窒化膜34aに、液室6、共通液
室8、電極パッド15aに対応する部分となるパターン
をフォトリソグラフィーによってパターニングし、シリ
コン基板31を前記高濃度の水酸化カリウム(KOH)
溶液中に浸漬し、シリコンの異方性エッチングを行うこ
とで所望の液室6、共通液室8、パッド開口対応部分な
どを形成する。このとき異方性エッチングは高濃度ボロ
ン層32に急激にエッチレートが低下し、これにより高
濃度ボロン層32からなる振動板10が高精度に形成さ
れ、流路基板1を得ることができる。なお、エッチング
液としては、KOH溶液に代えて、TMAH(テトラ・
メチル・アンンモニウム・ヒドロキシド)を使ったウェ
ットエッチングでも良い。Next, as shown in FIG. 6A, a pattern corresponding to the liquid chamber 6, the common liquid chamber 8, and the electrode pad 15a is formed on the silicon nitride film 34a on the silicon substrate 31 by photolithography. After patterning, the silicon substrate 31 is made of the high concentration potassium hydroxide (KOH).
A desired liquid chamber 6, a common liquid chamber 8, a portion corresponding to a pad opening, and the like are formed by immersing in a solution and performing anisotropic etching of silicon. At this time, the anisotropic etching sharply lowers the etch rate of the high-concentration boron layer 32, whereby the diaphragm 10 including the high-concentration boron layer 32 is formed with high precision, and the flow path substrate 1 can be obtained. In addition, as an etching solution, TMAH (tetra-
Wet etching using methyl ammonium hydroxide) may be used.
【0052】また、このとき、先に開口したインク供給
口9側が再びエッチング液にさらされることになるが、
シリコンの結晶異方性によって、エッチングが抑制され
るため再エッチングは殆ど起こらず、インク供給口9の
形状が変わることはない。At this time, the ink supply port 9 opened earlier is again exposed to the etching solution.
Since etching is suppressed by the crystal anisotropy of silicon, re-etching hardly occurs, and the shape of the ink supply port 9 does not change.
【0053】次いで、同図(b)に示すように、フッ酸
溶液によってシリコン酸化膜を除去し、同図(c)に示
すように、ドライエッチングなどの方法でインク供給口
9に残る高濃度ボロン層32を除去して、インク供給口
9を完成させた。この後、超純水を使ってリンス(約1
0分)した後、スピン乾燥等で乾燥させる。以上の工程
によって、振動板50などを有する静電型のインクジェ
ットヘッドの基本部分が完成する。Next, as shown in FIG. 5B, the silicon oxide film is removed by a hydrofluoric acid solution, and as shown in FIG. By removing the boron layer 32, the ink supply port 9 was completed. Then, rinse with ultrapure water (about 1
(0 minutes) and then dried by spin drying or the like. Through the above steps, a basic portion of the electrostatic inkjet head having the diaphragm 50 and the like is completed.
【0054】次に、図7(a)に示すように、流路基板
1の一部にマスクとしてのシリコン酸化膜40を形成し
た後、流路基板1の吐出室6側の面にスパッタなどの方
法でチタン酸化膜12を50nmの厚さに成膜した。こ
のとき、チタン酸化膜12の内部応力が小さくなるよう
に、スパッタ時のRfパワーや、酸素ガス流量比、成膜
時圧力などの成膜条件を制御した。Next, as shown in FIG. 7A, after forming a silicon oxide film 40 as a mask on a part of the flow path substrate 1, the surface of the flow path substrate 1 on the side of the discharge chamber 6 is sputtered or the like. The titanium oxide film 12 was formed to a thickness of 50 nm by the method described above. At this time, film forming conditions such as Rf power during sputtering, oxygen gas flow ratio, and film forming pressure were controlled so that the internal stress of the titanium oxide film 12 was reduced.
【0055】続いて、同図(b)に示すように、チタン
酸化膜12上にスパッタなどの方法で、チタン窒化膜1
3を50nmの厚さに成膜し、耐インク膜11を形成し
た。このとき、スパッタ時のRfパワー、窒素ガス流量
比、成膜時圧力等の成膜条件を制御することで、膜の持
つ応力を緩和することができ、振動板10を変形させる
ことのない内部応力の耐インク膜11を形成した。な
お、このときの成膜条件は、下地のチタン酸化膜12の
内部応力によって変える必要がある。また、チタン窒化
膜13には不純物として僅かに酸素を含有させると、同
じような低応力のチタン窒化膜とすることもできる。Subsequently, as shown in FIG. 2B, the titanium nitride film 1 is formed on the titanium oxide film 12 by a method such as sputtering.
3 was formed to a thickness of 50 nm to form an ink-resistant film 11. At this time, by controlling the film forming conditions such as the Rf power during sputtering, the nitrogen gas flow rate ratio, the film forming pressure, etc., the stress of the film can be reduced, and the inner surface without deforming the diaphragm 10 can be reduced. A stress-resistant ink film 11 was formed. Note that the film formation conditions at this time need to be changed depending on the internal stress of the underlying titanium oxide film 12. If the titanium nitride film 13 contains a small amount of oxygen as an impurity, a titanium nitride film having a similar low stress can be obtained.
【0056】そして、吐出室6、振動板10、共通液室
8等を形成した部分をレジストなどで覆い、同図(c)
に示すように、ドライエッチングなどの方法で耐インク
膜11及びボロン拡散層32の電極取り出し部15aに
対応する部分を開口する。次に、図8(a)に示すよう
に、振動板10と電極15との間のギャップ16の開口
をエポキシ樹脂などの封止材22を用いて封止し、ギャ
ップ16内に異物、湿気が入り込まないようにする。Then, the portion where the discharge chamber 6, the vibration plate 10, the common liquid chamber 8 and the like are formed is covered with a resist or the like, and FIG.
As shown in (1), a portion corresponding to the electrode extraction portion 15a of the ink-resistant film 11 and the boron diffusion layer 32 is opened by a method such as dry etching. Next, as shown in FIG. 8A, the opening of the gap 16 between the diaphragm 10 and the electrode 15 is sealed with a sealing material 22 such as an epoxy resin, and foreign matter and moisture To prevent intrusion.
【0057】続いて、レジストをアッシングし除去す
る。このとき、封止材22として用いたエポキシ樹脂も
灰化されるが、ギャップ16内に入り込んでいる部分
は、そのまま残るため封止の機能が損なわれることはな
い。最後に各チップをダイシングによって切り出し、同
図(b)に示すように、ノズル板3を接着剤を用いて貼
り付け、インクジェットヘッドが完成する。Subsequently, the resist is ashed and removed. At this time, the epoxy resin used as the sealing material 22 is also ashed, but the portion that has entered the gap 16 remains as it is, so that the sealing function is not impaired. Finally, each chip is cut out by dicing, and as shown in FIG. 3B, the nozzle plate 3 is attached using an adhesive to complete an ink jet head.
【0058】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の製造方法の第2例について図9をも参照して説明す
る。流路基板1までの製造工程は、前記第1例と同様で
ある。同図(a)に示すように、流路基板1の吐出室6
側の全面に金属チタン41を30nmの厚さに成膜し
た。そして、この金属チタン41を成膜した流路基板1
(電極基板2と接合されている。)を、10%燐酸溶液
中に浸漬し、浴温度10℃として、電流密度5mA/c
m2、電極に白金電極を用いて陽極酸化を行った。この
後、ウェハを取り出し、充分に水洗を行った後、乾燥さ
せることで、同図(b)に示すように、チタン酸化膜1
2を得た。この時、シリコンがむき出しになった面は同
時に陽極酸化されているが図示を省略している。Next, a second example of the method for manufacturing an ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIG. The manufacturing process up to the flow path substrate 1 is the same as in the first example. As shown in FIG. 1A, the discharge chamber 6 of the flow path substrate 1
Metal titanium 41 was formed to a thickness of 30 nm on the entire surface on the side. Then, the flow path substrate 1 on which the metal titanium 41 is formed is formed.
(Joined with the electrode substrate 2) is immersed in a 10% phosphoric acid solution, and the bath temperature is set to 10 ° C., and the current density is set to 5 mA / c.
At m 2 , anodization was performed using a platinum electrode as the electrode. After that, the wafer is taken out, sufficiently washed with water, and dried to obtain a titanium oxide film 1 as shown in FIG.
2 was obtained. At this time, the exposed surface of the silicon is simultaneously anodized, but is not shown.
【0059】続いて、同図(c)に示すように、スパッ
タなどの方法でチタン酸化膜12上にチタン窒化膜13
を50nmの厚さに成膜し、耐インク膜11とした。こ
のとき、スパッタ時のRfパワー、窒素ガス流量比、成
膜時圧力等の成膜条件を制御することで、膜の持つ応力
を緩和することができ、振動板10を変形させることの
ない内部応力の耐インク膜11を形成した。ここでも、
チタン窒化膜13には不純物として、僅かに酸素を含有
させると、同じような低応力のチタン窒化膜とすること
もできる。Subsequently, as shown in FIG. 4C, a titanium nitride film 13 is formed on the titanium oxide film 12 by a method such as sputtering.
Was formed into a film having a thickness of 50 nm to form an ink-resistant film 11. At this time, by controlling the film forming conditions such as the Rf power during sputtering, the nitrogen gas flow rate ratio, the film forming pressure, etc., the stress of the film can be reduced, and the inside of the diaphragm 10 without deforming the diaphragm 10 can be reduced. A stress-resistant ink film 11 was formed. even here,
If the titanium nitride film 13 contains a small amount of oxygen as an impurity, a titanium nitride film having a similar low stress can be obtained.
【0060】このようにチタン酸化膜として金属チタン
を陽極酸化して形成することで、室温程度以下の温度で
プロセスを流すことができるため、高温に耐えるような
電極材料などの高価な材料を使わなくてもよくなる。ま
た、チタンのかぶさっていないシリコン面でも酸化が起
こるため、無垢材料よりもインクに対して腐食マージン
がもてるようになる。By forming the titanium oxide film by anodizing metal titanium, the process can be flowed at a temperature of about room temperature or less, so that expensive materials such as electrode materials that can withstand high temperatures are used. You don't have to. Oxidation also occurs on the silicon surface that is not covered with titanium, so that the ink has a corrosion margin more than a solid material.
【0061】なお、ここでは、陽極酸化法では、燐酸浴
を用いたが、これに限るものではなく、陽極酸化が可能
な電界浴であれば何でも良い。例えば、硫酸浴、蓚酸
浴、クエン酸浴、酒石酸浴、硼酸浴等でも良い。また、
電界条件は、陽極酸化された膜にピンホールなどがなけ
れば良く、浴によって条件が変わることは明らかであ
る。また、一般に行われる酸化膜の封孔処理、例えば、
硼酸+硼酸ナトリウム中性浴による2次電界処理などを
行うことによって、より信頼性の高い酸化膜を得ること
ができる。Here, in the anodic oxidation method, a phosphoric acid bath was used, but the present invention is not limited to this, and any electric field bath capable of anodic oxidation may be used. For example, a sulfuric acid bath, an oxalic acid bath, a citric acid bath, a tartaric acid bath, a boric acid bath, or the like may be used. Also,
The electric field conditions need only be such that there are no pinholes in the anodized film, and it is clear that the conditions vary depending on the bath. Also, generally performed sealing treatment of the oxide film, for example,
A more reliable oxide film can be obtained by performing a secondary electric field treatment with a boric acid + sodium borate neutral bath.
【0062】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の製造方法の第3例について説明する。なお、この第3
例の工程は上記第2例と略同様であるので第2例の図9
を準用して説明する。同図(a)に示すように、流路基
板1の吐出室6側の全面に金属チタン41を30nmの
厚さに成膜した。そして、この金属チタン41を成膜し
た流路基板1(電極基板2と接合されている。)を、酸
素雰囲気下、900℃−10分間の加熱を行ってチタン
41を酸化した。Next, a third example of the method for manufacturing an ink jet head according to the present invention will be described. Note that this third
Since the steps of the example are substantially the same as those of the second example, FIG.
The description is applied mutatis mutandis. As shown in FIG. 3A, a 30 nm-thick metal titanium film 41 was formed on the entire surface of the flow path substrate 1 on the side of the discharge chamber 6. Then, the flow channel substrate 1 (joined with the electrode substrate 2) on which the metal titanium 41 was formed was heated at 900 ° C. for 10 minutes in an oxygen atmosphere to oxidize the titanium 41.
【0063】次いで、窒素雰囲気下で、300〜400
℃で、24時間以上焼きなましを行なって膜の応力を低
下させた後、ウェハを取り出し、充分に水洗を行った
後、乾燥させることで、同図(c)に示すように、チタ
ン酸化膜12を得た。Next, under a nitrogen atmosphere, 300 to 400
After annealing at 24 ° C. for 24 hours or more to reduce the stress of the film, the wafer is taken out, sufficiently washed with water, and dried to obtain a titanium oxide film 12 as shown in FIG. I got
【0064】続いて、同図(c)に示すように、スパッ
タなどの方法でチタン酸化膜12上にチタン窒化膜13
を50nmの厚さに成膜し、耐インク膜11とした。こ
のとき、スパッタ時のRfパワー、窒素ガス流量比、成
膜時圧力等の成膜条件を制御することで、膜の持つ応力
を緩和することができ、振動板10を変形させることの
ない内部応力の耐インク膜11を形成した。ここでも、
チタン窒化膜13には不純物として、僅かに酸素を含有
させると、同じような低応力のチタン窒化膜とすること
もできる。Subsequently, as shown in FIG. 3C, a titanium nitride film 13 is formed on the titanium oxide film 12 by a method such as sputtering.
Was formed into a film having a thickness of 50 nm to form an ink-resistant film 11. At this time, by controlling the film forming conditions such as the Rf power during sputtering, the nitrogen gas flow rate ratio, the film forming pressure, etc., the stress of the film can be reduced, and the inner surface without deforming the diaphragm 10 can be reduced. A stress-resistant ink film 11 was formed. even here,
If the titanium nitride film 13 contains a small amount of oxygen as an impurity, a titanium nitride film having a similar low stress can be obtained.
【0065】このようにチタン酸化膜として金属チタン
を加熱酸化して形成することで、チタンが酸化され体積
が膨張してピンホールが塞がれるので、厳密なチタン酸
化膜が得られ、絶縁性やピンホールのほとんどない膜と
することができる。また、チタンがかぶさっていないシ
リコン面でも酸化が起こるため、無垢材料よりもインク
対する腐食マージンが持てるようになる。By forming the titanium oxide film by heating and oxidizing the metal titanium as described above, the titanium is oxidized, the volume expands, and the pinhole is closed, so that a strict titanium oxide film can be obtained, And a film having almost no pinholes. Oxidation also occurs on the silicon surface not covered with titanium, so that a corrosion margin for the ink can be provided more than a solid material.
【0066】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の製造方法の第4例について図10を参照して説明す
る。同図(a)に示すように、流路基板1の吐出室6側
の全面に金属チタン41を30nmの厚さに成膜した。
そして、この金属チタン41を成膜した流路基板1(電
極基板2と接合されている。)を、酸素雰囲気下、90
0℃−10分間の加熱を行ってチタン41を酸化した。Next, a fourth example of the method for manufacturing an ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, a 30 nm-thick metal titanium film 41 was formed on the entire surface of the flow path substrate 1 on the side of the discharge chamber 6.
Then, the channel substrate 1 (joined with the electrode substrate 2) on which the metal titanium 41 is formed is placed in an oxygen atmosphere for 90 seconds.
The titanium 41 was oxidized by heating at 0 ° C. for 10 minutes.
【0067】次いで、窒素雰囲気下で、300〜400
℃で、24時間以上焼きなましを行なって膜の応力を低
下させた後、ウェハを取り出し、充分に水洗を行った
後、乾燥させることで、同図(c)に示すように、チタ
ン酸化膜12を得た。Next, under a nitrogen atmosphere, 300 to 400
After annealing at 24 ° C. for 24 hours or more to reduce the stress of the film, the wafer is taken out, sufficiently washed with water, and dried to obtain a titanium oxide film 12 as shown in FIG. I got
【0068】続いて、同図(c)に示すように、スパッ
タなどの方法でチタン酸化膜12上にチタン42を50
nmの厚さに成膜し、耐インク膜11とした。このと
き、チタン膜42は下地のチタン酸化膜12の応力を緩
和する方向になるように成膜条件を決定する。Subsequently, as shown in FIG. 4C, 50 titanium is deposited on the titanium oxide film 12 by a method such as sputtering.
An ink-resistant film 11 was formed to a thickness of nm. At this time, the film forming conditions are determined so that the titanium film 42 is in a direction in which the stress of the underlying titanium oxide film 12 is relaxed.
【0069】このようにチタン酸化膜として金属チタン
を加熱酸化して形成することで、チタンが酸化され体積
が膨張してピンホールが塞がれるので、厳密なチタン酸
化膜が得られ、絶縁性やピンホールのほとんどない膜と
することができる。また、チタンがかぶさっていないシ
リコン面でも酸化が起こるため、無垢材料よりもインク
対する腐食マージンが持てるようになる。By forming the titanium oxide film by heating and oxidizing the metal titanium as described above, the titanium is oxidized, the volume expands, and the pinhole is closed, so that a strict titanium oxide film is obtained, And a film having almost no pinholes. Oxidation also occurs on the silicon surface not covered with titanium, so that a corrosion margin for the ink can be provided more than a solid material.
【0070】次に、本発明に係るインクジェット記録装
置について図11以降を参照して説明する。先ず、イン
クジェット記録装置の機構部について図11及び図12
を参照して説明すると、記録装置本体51の内部に主走
査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した
インクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッド
へのインクを供給するインクカートリッジ等で構成され
る印字機構部52等を収納し、給紙カセット(或いは給
紙トレイでもよい。)54或いは手差しトレイ55から
給送される用紙53を取り込み、印字機構部52によっ
て所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙ト
レイ56に排紙する。Next, an ink jet recording apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. First, the mechanism of the ink jet recording apparatus will be described with reference to FIGS.
The printing includes a carriage movable in the main scanning direction inside the printing apparatus main body 51, a printing head including an inkjet head mounted on the carriage, an ink cartridge for supplying ink to the printing head, and the like. A paper 53 fed from a paper feed cassette (or a paper feed tray) 54 or a manual feed tray 55 is taken in, and a required image is recorded by the printing mechanism 52. The paper is discharged to the paper discharge tray 56 attached to the printer.
【0071】印字機構部52は、図示しない左右の側板
に横架したガイド部材である主ガイドロッド61と従ガ
イドロッド62とでキャリッジ63を主走査方向(図1
2で紙面垂直方向)に摺動自在に保持し、このキャリッ
ジ63にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ
(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する
本発明に係るインクジェットヘッドからなるヘッド64
をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ
63の上側にはヘッド64に各色のインクを供給するた
めの各インクタンク(インクカートリッジ)65を交換
可能に装着している。The printing mechanism 52 moves the carriage 63 in the main scanning direction (FIG. 1) with a main guide rod 61 and a sub guide rod 62, which are guide members that are horizontally mounted on left and right side plates (not shown).
2 in the direction perpendicular to the paper surface) and ejects ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) on the carriage 63 according to the present invention. Head 64 composed of an inkjet head
Are mounted so that the ink droplet ejection direction is directed downward, and an ink tank (ink cartridge) 65 for supplying ink of each color to the head 64 is replaceably mounted on the upper side of the carriage 63.
【0072】ここで、キャリッジ63は後方側(用紙搬
送方向下流側)を主ガイドロッド61に摺動自在に嵌装
し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド6
2に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ
63を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ6
7で回転駆動される駆動プーリ68と従動プーリ69と
の間にタイミングベルト70を張装し、このタイミング
ベルト70をキャリッジ63に固定している。Here, the carriage 63 is slidably fitted on the main guide rod 61 on the rear side (downstream side in the paper transport direction), and the slave guide rod 6 on the front side (upstream side in the paper transport direction).
2 slidably mounted. In order to move and scan the carriage 63 in the main scanning direction, the main scanning motor 6
A timing belt 70 is stretched between a driving pulley 68 and a driven pulley 69 which are driven to rotate by 7, and the timing belt 70 is fixed to the carriage 63.
【0073】また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘ
ッド64を用いているが、各色のインク滴を吐出するノ
ズル4を有する1個のヘッドでもよい。さらに、ヘッド
64として用いるインクジェットヘッドは、圧電素子な
どの電気機械変換素子で液室(インク流路)壁面を形成
する振動板を介してインクを加圧するピエゾ型のもの、
或いはインク流路壁面を形成する振動板とこれに対向す
る電極との間の静電力で振動板を変位させてインクを加
圧する静電型のものなどを使用することができるが、本
実施形態では上述した静電型インクジェットヘッドを用
いている。Although the heads 64 of each color are used here as recording heads, a single head having the nozzles 4 for ejecting ink droplets of each color may be used. Further, an ink jet head used as the head 64 is a piezo type that presses ink through a vibration plate that forms a liquid chamber (ink flow path) wall with an electromechanical transducer such as a piezoelectric element,
Alternatively, an electrostatic type in which the diaphragm is displaced by electrostatic force between the diaphragm forming the ink flow path wall surface and the electrode opposed thereto and the ink is pressurized can be used. Uses the electrostatic ink jet head described above.
【0074】一方、給紙カセット54にセットした用紙
53をヘッド64の下方側に搬送するために、給紙カセ
ット54から用紙53を分離給装する給紙ローラ71及
びフリクションパッド72と、用紙53を案内するガイ
ド部材73と、給紙された用紙53を反転させて搬送す
る搬送ローラ74と、この搬送ローラ74の周面に押し
付けられる搬送コロ75及び搬送ローラ74からの用紙
53の送り出し角度を規定する先端コロ76とを設けて
いる。搬送ローラ74は副走査モータ77によってギヤ
列を介して回転駆動される。On the other hand, in order to transport the paper 53 set in the paper feed cassette 54 to the lower side of the head 64, a paper feed roller 71 and a friction pad 72 for separating and feeding the paper 53 from the paper feed cassette 54, and a paper 53 A guide member 73 that guides the sheet 53, a transport roller 74 that reverses and transports the fed paper 53, and a transport roller 75 that is pressed against the peripheral surface of the transport roller 74 and a feed angle of the paper 53 from the transport roller 74. A prescribed tip roller 76 is provided. The transport roller 74 is driven to rotate by a sub-scanning motor 77 via a gear train.
【0075】そして、キャリッジ63の主走査方向の移
動範囲に対応して搬送ローラ74から送り出された用紙
53を記録ヘッド64の下方側で案内する用紙ガイド部
材である印写受け部材79を設けている。この印写受け
部材79の用紙搬送方向下流側には、用紙53を排紙方
向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ81、拍車
82を設け、さらに用紙53を排紙トレイ56に送り出
す排紙ローラ83及び拍車84と、排紙経路を形成する
ガイド部材85,86とを配設している。Further, there is provided a printing receiving member 79 which is a paper guide member for guiding the paper 53 sent from the transport roller 74 below the recording head 64 corresponding to the moving range of the carriage 63 in the main scanning direction. I have. On the downstream side of the printing receiving member 79 in the paper transport direction, there are provided a transport roller 81 and a spur 82 that are driven to rotate in order to transport the paper 53 in the paper discharge direction. Rollers 83 and spurs 84 and guide members 85 and 86 forming a paper discharge path are provided.
【0076】また、キャリッジ63の移動方向右端側に
はヘッド64の信頼性を維持、回復するための信頼性維
持回復機構(以下「サブシステム」という。)87を配
置している。キャリッジ63は印字待機中にはこのサブ
システム87側に移動されてキャッピング手段などでヘ
ッド64をキャッピングされる。A reliability maintenance / recovery mechanism (hereinafter, referred to as a “subsystem”) 87 for maintaining and recovering the reliability of the head 64 is disposed on the right end side in the moving direction of the carriage 63. The carriage 63 is moved toward the subsystem 87 during the standby for printing, and the head 64 is capped by capping means or the like.
【0077】そして、このインクジェット記録装置にお
いては、図13に示すように、ヘッド54の電極15に
駆動波形を印加する駆動回路90を設けるとともに、電
源91によって耐インク膜11のインク側のチタン酸化
膜23に振動板10の電位(接地電位)とは異なる電位
を酸化電位として印加している。In this ink jet recording apparatus, as shown in FIG. 13, a drive circuit 90 for applying a drive waveform to the electrode 15 of the head 54 is provided, and a titanium oxide on the ink side of the ink resistant film 11 is supplied by a power supply 91. A potential different from the potential of the diaphragm 10 (ground potential) is applied to the film 23 as an oxidation potential.
【0078】このように耐インク膜11に酸化電位を与
えることによって耐インク膜11の耐インク性が向上
し、腐食性の高いインクを使用しても耐インク膜11の
腐食溶解が低減し、振動板10の信頼性と耐インク特性
の両者を満足することができるようになる。By applying an oxidation potential to the ink resistant film 11 in this manner, the ink resistance of the ink resistant film 11 is improved, and even if an ink having high corrosivity is used, the corrosion and dissolution of the ink resistant film 11 is reduced. The diaphragm 10 can satisfy both the reliability and the ink resistance.
【0079】すなわち、上述したインクジェットヘッド
のように耐インク膜として用いるチタン及びチタン窒化
物は、多くのインクに対して優れた耐インク性(非溶解
性)を示す素材である。実験によると、耐インク膜をシ
リコン熱酸化膜、金属チタン、チタン窒化物などで形成
し、これをpH9(アルカリ性)、温度70℃の2種類
のインク(これをインクC、インクDとする。)に12
日間浸漬したときの溶出量は例えば図14に示すように
なった。That is, titanium and titanium nitride used as an ink-resistant film as in the above-described ink-jet head are materials exhibiting excellent ink resistance (insolubility) to many inks. According to an experiment, an ink-resistant film is formed of a silicon thermal oxide film, titanium metal, titanium nitride, or the like, which are two types of inks having a pH of 9 (alkaline) and a temperature of 70 ° C. (this is ink C and ink D). ) To 12
The elution amount when immersed for a day is as shown in FIG. 14, for example.
【0080】しかしながら、このように優れた耐インク
性を有する金属チタンやチタン窒化物であっても、な
お、一部のインクに対しては、僅かであるが溶解性を示
すことから、このようなインクを使用する場合の耐イン
ク膜の腐食溶解を防止することがより信頼性を高めるこ
とになる。However, even metal titanium or titanium nitride having such excellent ink resistance still shows a slight solubility in some inks. Preventing the corrosion-resistant dissolution of the ink-resistant film when using a suitable ink will further enhance the reliability.
【0081】その例として、図15に耐インク膜とイン
クとの間で動的な電位(酸化還元電位)を計測した例を
示している。ここで、耐インク膜とインクの間で電流が
流れない領域がインクに対して溶解性を示さない、すな
わち耐インク膜とインクとの間で電荷のやりとりが無い
領域となる。FIG. 15 shows an example in which a dynamic potential (oxidation-reduction potential) is measured between the ink-resistant film and the ink. Here, a region where no current flows between the ink-resistant film and the ink is a region where the ink does not exhibit solubility, that is, a region where no charge is exchanged between the ink-resistant film and the ink.
【0082】この耐インク膜では、インクAに対して
は、同図に実線で示すように電流の流れない領域が約−
1.2〜0.3Vの範囲と広く、耐インク性に優れてい
ることが分かる。これに対して、インクBに対しては、
同図に破線で示すように電流の流れない領域が0V近傍
の極わずかの領域しかなく、溶解し易いことが分かる。In this ink-resistant film, the area where no current flows for the ink A as shown by the solid line in FIG.
It can be seen that the ink resistance is excellent in a wide range of 1.2 to 0.3 V. On the other hand, for ink B,
As shown by the broken line in the figure, there is only a very small area near 0 V where no current flows, and it can be seen that it is easy to dissolve.
【0083】ここで、耐インク膜の溶解は耐インク膜と
インクとの間での電荷のやり取りという電気化学的反応
が生じることによるものであるから、耐インク膜に酸化
電位を与えれば耐インク膜の溶解を防止することができ
る。そこで、この実施形態では電源92から耐インク膜
11のチタン窒化膜13に酸化電位(例えば0.5V)
を印加するようにしている。これにより、チタンやチタ
ン窒化物が僅かに溶解性を示すインクを用いた場合で
も、耐インク膜の腐食溶解をより確実に防止することが
できる。Here, the dissolution of the ink-resistant film is due to the occurrence of an electrochemical reaction such as the exchange of electric charge between the ink-resistant film and the ink. Dissolution of the film can be prevented. Therefore, in this embodiment, the oxidation potential (for example, 0.5 V) is applied from the power supply 92 to the titanium nitride film 13 of the ink resistant film 11.
Is applied. This makes it possible to more reliably prevent corrosion and dissolution of the ink-resistant film even when using an ink in which titanium or titanium nitride has a slight solubility.
【0084】この場合、本発明にかかるインクジェット
ヘッドは耐インク膜を複層構造としているので、インク
と接する膜には電気導電性の膜(チタン窒化膜13)
を、振動板10との間の膜には電気絶縁性の膜(チタン
酸化膜12)を用いることで、チタン酸化膜23と振動
板10との間を絶縁することができて、チタン窒化膜1
3に振動板10と異なる電位を印加することが可能にな
る。In this case, since the ink-jet head according to the present invention has an ink-resistant film having a multilayer structure, an electrically conductive film (titanium nitride film 13) is formed on the film in contact with the ink.
By using an electrically insulating film (titanium oxide film 12) as the film between the vibration plate 10, the titanium oxide film 23 and the vibration plate 10 can be insulated, and the titanium nitride film 1
3 can be applied with a different potential from that of the diaphragm 10.
【0085】なお、振動板10は電極基板2の個別電極
電位に対して最適な電圧を持っていなくてはならず、通
常は0Vに固定(接地)されているが、場合によって
は、個別電極電位に対して相対的な電位を与えるため
に、0V以外の電圧が印加される場合もある。この場合
でも、電気絶縁性の膜を介して電気導電性の膜を形成
し、電気導電性の膜を振動板10に対して電気絶縁性を
持たせているので、振動板10と異なる電位を与えるこ
とができる。The diaphragm 10 must have an optimum voltage with respect to the individual electrode potential of the electrode substrate 2 and is normally fixed to 0 V (ground). A voltage other than 0 V may be applied in order to give a potential relative to the potential. Also in this case, since an electrically conductive film is formed via an electrically insulating film and the electrically conductive film is provided with electrical insulation to the diaphragm 10, a potential different from that of the diaphragm 10 is applied. Can be given.
【0086】また、耐インク膜11はスパッタなどの方
法で流路基板1の全面に形成するので、耐インク膜11
に酸化電位を与えるための特別の電極などを設ける必要
がない。さらに、耐インク膜11に与える酸化電位は1
V以下の低い電圧で良いので、あえて専用の電源92を
持たせないで、個別電極15からの分圧によって電位供
給しても良いし、同期用のクロック電位を分圧して供給
することもできる。ただし、記録装置の電源スイッチが
入っていない場合には耐インク膜に酸化電位が印加され
ない構成としたときには、インクによって腐食が進むこ
とになるので、より耐インク性に優れ、導電性を有する
チタン窒化膜を電気導電の膜として使用することが好ま
しい。The ink-resistant film 11 is formed on the entire surface of the flow path substrate 1 by a method such as sputtering.
It is not necessary to provide a special electrode for giving an oxidation potential to the substrate. Further, the oxidation potential applied to the ink resistant film 11 is 1
Since the voltage may be as low as V or less, the potential may be supplied by the divided voltage from the individual electrode 15 without providing the dedicated power supply 92, or the synchronized clock potential may be divided and supplied. . However, when the oxidation switch is not turned on when the power switch of the recording device is not turned on, the corrosion proceeds due to the ink when the oxidation potential is not applied to the ink-resistant film. It is preferable to use a nitride film as an electrically conductive film.
【0087】なお、上記実施形態においては、振動板変
位方向とインク滴吐出方向が同じになるエッジシュータ
方式で説明しているが、振動板変位方向とインク滴吐出
方向が直交するサイドシュータ方式にも同様に適用する
ことができる。また、振動板を圧電素子などの電気機械
変換素子で変形変位させるピエゾ型インクジェットヘッ
ドにも適用することができる。In the above embodiment, the edge shooter system in which the diaphragm displacement direction and the ink droplet ejection direction are the same has been described, but the side shooter system in which the diaphragm displacement direction and the ink droplet ejection direction are orthogonal to each other. Can be similarly applied. Further, the present invention can be applied to a piezo-type inkjet head in which a diaphragm is deformed and displaced by an electromechanical transducer such as a piezoelectric element.
【0088】[0088]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットヘッドによれば、振動板の吐出室面側に耐イ
ンク性を有する複層構造の薄膜を形成したので、薄膜で
ピンホール欠陥のない信頼性の高い耐インク膜を形成で
き、長期信頼性に優れたヘッドを得ることができる。As described above, according to the ink jet head of the present invention, since a thin film having a multi-layer structure having ink resistance is formed on the discharge chamber surface side of the vibration plate, pinhole defects are formed by the thin film. A highly reliable ink-resistant film can be formed, and a head excellent in long-term reliability can be obtained.
【0089】ここで、複層構造の薄膜のうちの少なくと
もインクと接する膜はチタン又はチタン化合物の膜であ
るので、耐インク性に優れた薄膜の耐インク膜が得られ
る。また、複層構造の薄膜のすべての膜をチタン又はチ
タン化合物の膜とすることで、より一層耐インク性に優
れた薄膜の耐インク膜が得られる。Here, among the thin films having a multilayer structure, at least the film in contact with the ink is a film of titanium or a titanium compound, so that a thin ink-resistant film having excellent ink resistance can be obtained. In addition, when all of the thin films having a multilayer structure are made of titanium or a titanium compound, a thin ink-resistant film having more excellent ink resistance can be obtained.
【0090】また、複層構造の薄膜のうちの振動板に接
する膜は電気絶縁性の膜とし、インクに接する膜は電気
導電性の膜とすることにより、インクに接する膜に適切
な酸化電位を印加することができるようになって耐イン
ク膜のインク耐性をより向上することができる。この場
合、電気絶縁性の膜をチタン酸化物の膜とし、電気導電
性の膜をチタン窒化物の膜或いは金属チタンの膜とする
ことで、ピンホール欠陥のないチタン酸化膜を形成する
ことができる。Further, the film in contact with the diaphragm among the thin films having a multilayer structure is an electrically insulating film, and the film in contact with the ink is an electrically conductive film. Can be applied, and the ink resistance of the ink-resistant film can be further improved. In this case, a titanium oxide film without pinhole defects can be formed by using an electrically insulating film as a titanium oxide film and an electrically conductive film as a titanium nitride film or a metal titanium film. it can.
【0091】さらに、チタン酸化物の膜は金属チタンを
陽極酸化法を用いて酸化することで形成することによ
り、室温程度以下の温度での製造が可能になって低コス
ト化を図れる。また、チタン酸化物の膜は、金属チタン
を酸素雰囲気下で加熱酸化することで形成することによ
り、ピンホールの殆どない膜とすることができる。Further, by forming the titanium oxide film by oxidizing the metal titanium by using the anodic oxidation method, it is possible to manufacture the film at a temperature of about room temperature or less, and to reduce the cost. Further, the titanium oxide film can be a film having almost no pinholes by being formed by heating and oxidizing metal titanium in an oxygen atmosphere.
【0092】本発明に係るインクジェット記録装置によ
れば、インクジェットヘッドの電気導電性の膜に振動板
に印加する電位と異なるインク種に対する酸化電位を与
えるので、インクジェットヘッドの長期信頼性に向上す
ることができる。According to the ink jet recording apparatus of the present invention, since the oxidation potential for the ink type different from the electric potential applied to the diaphragm is applied to the electrically conductive film of the ink jet head, the long term reliability of the ink jet head is improved. Can be.
【図1】本発明に係るインクジェットヘッドの分解斜視
説明図FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head according to the present invention.
【図2】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm.
【図3】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面図FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the head in a lateral direction of a diaphragm.
【図4】同ヘッドの製造工程の第1例の説明に供する説
明図FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a first example of a manufacturing process of the head.
【図5】図4に続く製造工程の説明に供する説明図FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 4;
【図6】図5に続く製造工程の説明に供する説明図FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 5;
【図7】図6に続く製造工程の説明に供する説明図FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 6;
【図8】図7に続く製造工程の説明に供する説明図FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process following FIG. 7;
【図9】同ヘッドの製造工程の第2例の説明に供する説
明図FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a second example of the manufacturing process of the head.
【図10】同ヘッドの製造工程の第3例の説明に供する
説明図FIG. 10 is an explanatory view serving to explain a third example of the manufacturing process of the head;
【図11】本発明に係るインクジェット記録装置の機構
部の概略斜視説明図FIG. 11 is a schematic perspective explanatory view of a mechanism section of the ink jet recording apparatus according to the present invention.
【図12】同記録装置の側断面説明図FIG. 12 is an explanatory side sectional view of the recording apparatus.
【図13】同記録装置のインクジェットヘッドに対する
酸化電位の印加を説明する説明図FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating application of an oxidation potential to an inkjet head of the recording apparatus.
【図14】耐インク膜のインクに対する溶出量の実験結
果を説明する説明図FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating an experimental result of an elution amount of an ink-resistant film with respect to ink.
【図15】耐インク膜とインクとの間での酸化還元電位
の説明に供する説明図FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining an oxidation-reduction potential between the ink-resistant film and the ink;
1…流路基板、2…電極基板、3…ノズル板、4…ノズ
ル、6…吐出室、7…流体抵抗部、8…共通液室、9…
インク供給口、10…振動板、14…凹部、21…耐イ
ンク膜、22…チタン酸化膜、23…チタン窒化膜。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow path board, 2 ... Electrode board, 3 ... Nozzle plate, 4 ... Nozzle, 6 ... Discharge chamber, 7 ... Fluid resistance part, 8 ... Common liquid chamber, 9 ...
Ink supply port, 10: diaphragm, 14: recess, 21: ink-resistant film, 22: titanium oxide film, 23: titanium nitride film.
Claims (9)
連通する吐出室と、吐出室の壁面を形成する振動板と、
この振動板を変形させる駆動手段とを備え、前記振動板
を変形させて前記ノズルからインク滴を吐出させるイン
クジェットヘッドにおいて、前記振動板の吐出室面側に
は耐インク性を有する複層構造の薄膜が形成されている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。1. A nozzle for discharging ink droplets, a discharge chamber communicating with the nozzle, a diaphragm forming a wall surface of the discharge chamber,
And a driving unit for deforming the diaphragm, wherein the inkjet head deforms the diaphragm to discharge ink droplets from the nozzles. An ink-jet head having a thin film formed thereon.
において、前記複層構造の薄膜のうちの少なくともイン
クと接する膜はチタン膜又はチタン化合物の膜であるこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。2. The ink jet head according to claim 1, wherein at least one of the thin films having a multilayer structure, which is in contact with the ink, is a titanium film or a titanium compound film.
において、前記複層構造の薄膜のすべての膜がチタン膜
又はチタン化合物の膜であることを特徴とするインクジ
ェットヘッド。3. The ink jet head according to claim 1, wherein all of the thin films having the multilayer structure are titanium films or titanium compound films.
クジェットヘッドにおいて、前記複層構造の薄膜のうち
の前記振動板に接する膜は電気絶縁性の膜であり、前記
インクに接する膜は電気導電性の膜であることを特徴と
するインクジェットヘッド。4. The ink jet head according to claim 1, wherein a film in contact with the diaphragm among the thin films having the multilayer structure is an electrically insulating film, and a film in contact with the ink is An ink-jet head comprising an electrically conductive film.
において、前記電気絶縁性の膜がチタン酸化物の膜であ
り、前記電気導電性の膜がチタン窒化物の膜であること
を特徴とするインクジェットヘッド。5. The ink-jet head according to claim 4, wherein said electrically insulating film is a film of titanium oxide, and said electrically conductive film is a film of titanium nitride. head.
において、前記電気絶縁性の膜がチタン酸化物の膜であ
り、前記電気導電性の膜が金属チタンの膜であることを
特徴とするインクジェットヘッド。6. The ink jet head according to claim 4, wherein said electrically insulating film is a film of titanium oxide, and said electrically conductive film is a film of titanium metal. .
ヘッドにおいて、前記チタン酸化物の膜は金属チタンを
陽極酸化法を用いて酸化することで形成されていること
を特徴とするインクジェットヘッド。7. The ink jet head according to claim 5, wherein the titanium oxide film is formed by oxidizing metal titanium using an anodic oxidation method.
ヘッドにおいて、前記チタン酸化物の膜は、金属チタン
を酸素雰囲気下で加熱酸化することで形成されているこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。8. The ink jet head according to claim 5, wherein the titanium oxide film is formed by heating and oxidizing metal titanium in an oxygen atmosphere.
クジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置に
おいて、前記インクジェットヘッドの電気導電性の膜に
前記振動板に印加する電位と異なるインク種に対する酸
化電位を印加していることを特徴とするインクジェット
記録装置。9. An ink-jet recording apparatus equipped with the ink-jet head according to claim 4, wherein an oxidation potential for an ink type different from a potential applied to the diaphragm on an electrically conductive film of the ink-jet head. An ink jet recording apparatus, wherein
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2000-12-06 JP JP2000371032A patent/JP2002172776A/en active Pending
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