JP2004066606A - Liquid drop ejecting head, its manufacturing process and inkjet recorder - Google Patents

Liquid drop ejecting head, its manufacturing process and inkjet recorder Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid drop ejecting head and its manufacturing process in which high reliability is attained by suppressing variation in the characteristics, and to provide an inkjet recorder capable of recording with high image quality using the liquid drop ejecting head. <P>SOLUTION: A gap 12 is formed between a diaphragm 10 and an electrode 14 by removing a sacrifice layer formed on the electrode 14 after formation of the electrode 14 and the diaphragm 10. A multilayer diaphragm having two or more layers is preferably employed. Furthermore, a cavity is provided under the electrode to communicate with the gap and an insulating film is provided on the both sides of the electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット記録装置に関する。
【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或いは画像形成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液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドは、インク滴を吐出する単一又は複数のノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室(加圧室、インク室、液室、加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。)と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内インクを加圧することによってノズル孔からインク滴を吐出させる。
【0003】
なお、液滴吐出ヘッドとしては、例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、DNAの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。また、液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を構成するマイクロアクチュエータは、例えばマイクロポンプ、マイクロ光変調デバイスなどの光学デバイス、マイクロスイッチ(マイクロリレー)、マルチ光学レンズのアクチュエータ(光スイッチ)、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。
【0004】
ところで、液滴吐出ヘッドとしては、圧力発生手段として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、吐出室内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子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サーマル型のもの、吐出室の壁面を形成する振動板を静電力で変形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。
【0005】
近年、環境問題から鉛フリーであるバブル型、静電型が注目を集め、鉛フリーに加え、低消費電力の観点からも環境に影響が少ない、静電型のものが複数提案されている。
【0006】
この静電型インクジェットヘッドとしては、例えば、特開平6−71882号公報に記載されているように、一対の電極対がエアギャップを介して設けられており、片方の電極が振動板として働き、振動板の対向する電極と反対側にインクが充填されるインク室が形成され、電極間(振動板−電極間)に電圧を印加することによって電極間に静電引力が働き、電極(振動板)が変形し、電圧を除去すると振動板が弾性力によってもとの状態に戻り、その力を用いてインク滴を吐出するものがある。
【0007】
また、特開2001−18383号公報には振動板と電極との微小なギャップを犠牲層エッチングにより形成し、その上に液室基板を接合することでヘッドを構成することが記載されている。また、特開平11−314363号公報には、ギャップにインクが流入可能な片もち梁又は両もち梁構造の振動板を形成し、高誘電率インクをギャップ内に満たすことで低電圧駆動を可能にしたものが記載されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、振動板と対向する電極とを備えた静電型インクジェットヘッドにあっては、低電圧化のためには電極間のエアギャップを非常に小さくしなければならない。
【0009】
しかしながら、上記特開平6−71882号公報に記載のヘッドでは、エッチングによる凹部形成と陽極接合による振動板基板との接合によりエアギャップを作成しており、そのような微小なギャップを精度良く、バラツキ少なく形成することが非常に困難であり、歩留まりが上がらないといった課題がある。
【0010】
そこで、上記特開2001−18383号公報記載のヘッドでは、ギャップを精度良く形成する方法として犠牲層エッチングによるギャップ形成法を用いているが、犠牲層エッチング用ホールを振動板面に形成しているため、振動板の信頼性が低下する。また、犠牲層エッチング後に絶縁膜でエッチングホールを封鎖する方法を用いているので、ホールを封止する為の絶縁膜を厚く形成する必要があり、振動板剛性が大きくなり駆動電圧が上昇し、且つ振動板剛性がつばらつく要因となるという課題がある。
【0011】
また、上記特開平11−314363号公報記載のヘッドでは、犠牲層エッチングによりギャップを形成しているが、振動板が片もち梁又は両もち梁構造でありギャップと液室が連通した構造になっている。この場合、犠牲層エッチング用のホールを形成する必要が無く、インクがギャップ内に侵入可能なため、高誘電率インクを用いることで実効ギャップを小さくでき低電圧駆動が可能である。しかしながら、ギャップ内のインクに電圧がかかるため、インク成分が凝集を起こす問題が発生しやすく、またギャップ内インクのコンダクタンスにより高速駆動ができないという課題がある。
【0012】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、特性バラツキが少なく高い信頼性が得られる液滴吐出ヘッド及びその液滴吐出ヘッドの製造方法、この液滴吐出ヘッドを備えることで高画質記録が可能なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板と電極との間のギャップは電極上に形成された犠牲層を電極及び振動板形成後に除去することにより形成されたものである構成としたものである。
【0014】
ここで、振動板は二層以上の積層膜で形成されていることが好ましい。また、電極が部分的に除去されていることが好ましい。さらに、電極の下部に空洞を有し、ギャップと空洞が連通していることが好ましい。また、電極の両面に絶縁膜を有し、これらの電極及び絶縁膜の総膜厚が積層振動板の膜厚より厚いことが好ましい。
【0015】
また、連続配置された複数のギャップ間の隔壁領域で前記振動板が部分的に除去されていることが好ましい。
【0016】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する方法であって、犠牲層にポリシリコンを用いる構成としたものである。ここで、ポリシリコンからなる犠牲層膜の上下にシリコン酸化膜を成膜することが好ましい。
【0017】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する方法であって、犠牲層にシリコン酸化膜を用いる構成としたものである。ここで、シリコン酸化膜からなる犠牲層膜の上下にポリシリコンを成膜することが好ましい。
【0018】
上記本発明に係る液滴吐出ヘッドは、インクを供給するインクタンクが一体化されている構成とすることができる。
【0019】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、インク滴を吐出するインクジェットヘッドを本発明に係る液滴吐出ヘッドである構成としたものである。
【0020】
【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は本発明の液滴吐出ヘッドの第1実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示している。図2は同ヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図である。
【0021】
このインクジェットヘッドは、インク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプのものであり、3枚の第1、第2、第3基板1、2、3を重ねて接合した積層構造となっており、第1基板1と第3基板3とを接合することで、インク滴を吐出する複数のノズル孔4が連通する吐出室6、各吐出室6に流体抵抗部7を介してインクを供給する共通液室(共通インク室)8などを形成している。なお、基板の端部に設けたノズル孔からインク滴を吐出させるエッジシュータタイプとすることもできる。
【0022】
中間の第1基板1は、主基板11に底壁を振動板10とする吐出室6を形成するための凹部と、各々の吐出室6にインクを供給するための共通液室8を形成するための凹部を有する。そして、振動板10の下側にはギャップ12を介して振動板10に対向する個別電極14を形成し、これらの振動板10と個別電極14で静電型アクチュエータを構成している。さらに、振動板10と電極14は電気的に分離されている。
【0023】
ここで、振動板10は、例えば電極14側の窒化膜10aと共通電極となるポリシリコン膜10bとの二層構造の積層膜で形成している。このように、振動板を積層膜で構成することにより、後述するように、このヘッドでは、電極及び振動板形成後に電極上に形成した犠牲層をエッチングしてギャップ12を形成するため、振動板10として電極材料(ここではポリシリコン膜)とエッチングガスに対して選択性の高い絶縁膜(ここでは窒化膜)を保護膜として積層することで、エッチングガスに対して選択性の低い電極材料でも使うことが可能となり、プロセスの選択幅を広げることができて、低コスト化を図れる。
【0024】
また、ギャップ12は電極14上に形成した犠牲層を電極14及び振動板10を形成した後に除去することで形成したものであり、これにより、ギャップ12を犠牲層の成膜厚さで制御でき、ギャップ12のバラツキが低減する。
【0025】
さらに、電極14の上面(振動板10側表面)には絶縁膜13を形成し、電極14の下面(振動板10側と反対側の表面)には絶縁膜15を形成して、電極14の両面に絶縁膜を形成している。この絶縁膜15は電極14、14間(各チャンネル間)の隔壁部も形成している。
【0026】
この場合、これらの電極14及び絶縁膜13、15の総膜厚は積層振動板10の膜厚より厚く、特に3倍以上厚くすることが好ましい。このように、個別電極を上下から絶縁膜に挟み、且つそのトータル膜厚を振動板の膜厚より厚く、特に3倍以上にすることで、振動板剛性に対し電極部が十分な剛性を有する構造とすることができ、信頼性及び安定性が向上する。
【0027】
第1基板1の下面に接合される第2基板2は、第1基板1を保護するための保護基板である。同様の機能を有する別の台座に直接実装される場合は、この第2の基板2はなくてもかまわない。
【0028】
この第2基板2にはギャップ12に対応して個別電極14の下部に空洞を形成するための凹部16を形成し、各凹部16、16間は連通溝17で連通させている。また、個別電極14は部分的に除去して連通孔18を形成し、ギャップ12を連通孔18を介して凹部16で形成される空洞に連通させている。
【0029】
これにより、個別電極下部の空洞とギャップを連通させ、空洞はギャップに存在する気体が振動板の変位により圧縮を受ける再ダンパーとして働き、振動板変位時のギャップ内圧力上昇を低減でき、これにより駆動電圧を低減できる。
【0030】
また、この連通孔18は電極14及び振動板10形成後に電極14上に形成した犠牲層をエッチングしてギャップ12を形成するときに、犠牲層エッチング孔としても機能する。これにより、個別電極面全体から犠牲層をエッチング除去することができ、エッチングガスが犠牲層領域に供給されやすくなり極端に長いオーバーエッチングを低減できるため、ヘッドの信頼性を向上でき、またプロセスタイムを短縮できてコスト低減も図れる。
【0031】
さらに、第2基板2には気圧補正用凹部20を形成して、この気圧補正用凹部20を外部に連通する連通孔21を形成し、一方、第1基板1には気圧補正用凹部20の壁面を形成する気圧補正用可動板22を形成している。
【0032】
このように、第2基板2に気圧補正用凹部20を設けて、これを外部に連通する連通孔21を形成しておくことで、連通孔21を介して気圧補正用凹部20、凹部16、ギャップ12内にドライエアー等を封じ込めた後連通孔21を閉塞することができて、外部環境に影響を受けない構成とすることができ、液滴吐出ヘッドの信頼性をより高めることが可能である。
【0033】
なお、気圧補正用凹部20に臨む気圧補正用可動板22は、振動板剛性を低くするためヘッド部の振動板10よりも短辺長が大きいサイズに形成することが好ましく、また、外気の圧力変動に対してヘッド部の振動板10よりも敏感に変位するように形成することが好ましい。
【0034】
また、第1基板1の上面に接合される第3基板3には、厚さ50ミクロンのニッケル基板を用い、基板3の面部に、吐出室6と連通するようにそれぞれノズル孔4、共通液室8と吐出室6を連通させる流体抵抗となる溝7を設け、また共通インク室8と連通するようにインク供給口9を設けている。
【0035】
このように構成したインクジェットヘッドの動作を説明する。吐出室6がインクにより満たされた状態で個別電極14に発振回路(駆動回路)から40Vのパルス電位を印加すると、個別電極14の表面がプラス電位に帯電し、振動板10との間に静電力が作用して、振動板10が個別電極14側に撓むことになる。これにより、吐出室6内の圧力が低下して、共通液室8から流体抵抗部7を介して吐出室6内にインクが流入する。
【0036】
その後、個別電極14へのパルス電圧を0Vにすると静電気力により下方へ撓んだ振動板10が自身の剛性により元に戻る。その結果、吐出室6内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔4より図2に示すようにインク液滴23を記録紙24に向けて吐出する。これを繰り返すことによりインク滴を連続的に吐出することができる。
【0037】
ここで、電極である振動板10と個別電極14との間に働く力Fは、次の(1)式に示すように電極間距離dの2乗に反比例して大きくなる。低電圧で駆動するためには個別電極14と振動板10のギャップ12の間隔(ギャップ長)を狭く形成することが重要となる。
【0038】
【数1】

Figure 2004066606
【0039】
なお、(1)式において、F:電極間に働く力、ε:誘電率、S:電極の対向する面の面積、d:電極間距離、V:印加電圧である。
【0040】
次に、このインクジェットヘッドの製造方法の第1実施形態について図3ないし図5を参照して説明する。なお、図3及び図4は同製造方法の説明に供する断面説明図、図5は同じく平面説明図である。
【0041】
本実施形態においては、後に液室(吐出室)6を形成する第1基板1に振動板材料及び電極材料を成膜していくことで静電型アクチュエータを作製する。
先ず、図3(a)に示すように、第1基板1を構成する主基板11となる面方位(110)のシリコン基板31の表面に振動板10となる窒化膜10aを0.2μm厚み及び共通電極となるポリシリコン膜10bを0.1μm厚み、更に本実施形態では酸化膜10cを0.8μm厚みにそれぞれ成膜する。
【0042】
なお、膜厚については上記の値に限らず、ギャップ間隔及び振動板短辺長による振動板剛性を考慮して最適な値に設定すればよい。また、共通電極は絶縁膜(ここでは、窒化膜10aと酸化膜10c)に挟まれた構成となっているので導電性の膜であればほとんど膜が使用可能である。
【0043】
そして、酸化膜10c上にポリシリコン32を0.5μm厚みに成膜する。ポリシリコン32は犠牲層として用いるための材料で、この膜厚がギャップ間隔となるため、前記振動板材料の膜厚と同様に上記の値に限らず最適な膜厚に設定すればよい。
【0044】
さらに、ポリシリコン32上に絶縁膜13となる酸化膜33及び個別電極14を成膜する。個別電極14の材料としては、ポリシリコンやAl、TiN、Ti、W、ITOなどを用いることができる。
【0045】
次いで、個別電極14をリソ/エッチ法により電極形状にパターニングし、また酸化膜33及びポリシリコン32も所要の形状にパターニングする。
【0046】
そして、同図(b)に示すように、個別電極14表面及び露出している酸化膜10c表面などを含めて酸化膜33上にCVD法により絶縁膜15となる酸化膜35を5μm厚みに成膜し、CMP法により約1μmの研磨を行なって表面を平坦化する。ここで、CMP法による平坦化は必ずしも必要なわけではない。また酸化膜35の膜厚は振動板10の膜厚よりも十分に厚い膜厚とし、酸化膜33及び個別電極14及び並びに酸化膜35の総膜厚の膜剛性が少なくとも積層膜からなる振動板10の剛性の10倍以上となる膜厚とすることが好ましい。
【0047】
次に、同図(c)及び図5に示すように、犠牲層であるポリシリコン32を除去するための除去孔(連通孔)18を形成するため、リソ/エッチ法により酸化膜33、個別電極14、酸化膜35をパターニングする。なお、個別電極14には図5に示すように電極パッド部14aも形成する。その後、酸化を行なって除去孔18の側面に露出した個別電極14表面に酸化膜を形成し、SFを用いた等方性のドライエッチングによりポリシリコン32を除去する。
【0048】
ここで、犠牲層であるポリシリコン32の周りを酸化膜35で囲んだ構造としているため、酸化膜35に対して選択性の高い犠牲層エッチング条件で犠牲層を除去でき、ギャップを精度良く形成することができる。犠牲層であるポリシリコン32の除去方法としては、TMAHを用いたウェットエッチングでも良いし、XFガスを用いた常圧ドライエッチングでも良い。
【0049】
また、ここでは、図5に示すように、格子状に犠牲層除去孔18を配置しているが、犠牲層除去孔18は犠牲層を効率よく除去するために電極面に均一に配置されていればよく、配置パターンはこの限りではない。ただし、除去孔18を数多く配置することは個別電極14の面積を低下させることにつながり電極間の静電力を弱めることになるため、犠牲層除去プロセスとの整合を図り、数、形状、寸法等最適な配置を選択する必要がある。
【0050】
その後、図4(a)に示すように、ギャップ12に対応する部分に凹部16及び連通溝17を形成した保護基板(第2基板)2を接着剤36によりシリコン基板31に貼り合わせ、基板1表面に窒化膜37を成膜し、リソ/エッチ法により液室パターンに窒化膜37に形成し、同図(b)に示すように窒化膜37のパターンをマスクとしてKOHによるウェットエッチングでシリコン基板31に吐出室(液室)6を形成する。
【0051】
なお、液室6の形成はSFガスを用いたICPエッチングによるドライエッチングで形成することも可能であるが、この場合、マスクは窒化膜37に代えて酸化膜とし、窒化膜10a成膜前に酸化膜10cを成膜して3層構造の積層振動板にしておくことで、酸化膜をマスクとして液室6の形成が可能となる。また、この場合、シリコン基板31を面方位(100)の基板とすることができ、材料コストを下げることができる。
【0052】
このように、ポリシリコンを犠牲層として使用することにより、半導体製造で使用されているエッチング材料を用いて犠牲層除去が可能になり、また上下に対エッチング性の高いシリコン酸化膜を成膜することでバラツキの少ない製造プロセスとすることができて、低コストでの大量生産が可能となる。
【0053】
また、犠牲層としてポリシリコンに代えて、シリコン酸化膜を用いることもできる。この場合はシリコン酸化膜の保護膜としてポリシリコンを用いることが好ましい。この場合、犠牲層酸化膜をウエットエッチ法、HFベーパー法、ケミカルドライエッチング法などにより除去後、保護膜としてポリシリコン表面を酸化することで絶縁層を形成する。
【0054】
このように、シリコン酸化膜を犠牲層として使用することにより、半導体製造で使用されているエッチング材料を用いて犠牲層除去が可能であり、また上下に対エッチング性の高いポリシリコン膜を成膜することでバラツキの少ない製造プロセスとすることができ、低コストでの大量生産が可能となる。
【0055】
また、犠牲層酸としてレジストを用いてOプラズマや剥離液で除去する方法、犠牲層に高分子材料を用いて有機系剥離液で除去する方法、犠牲層にアルミを用いてKOHなどの薬液で除去する方法、犠牲層にTiN用いてNHOHとH混合液などの薬液で除去する方法等色々な組み合わせで同様のプロセスを組み立てることができる。
【0056】
なお、図では省略したが、最後にノズル板3を基板31表面に張り合わせることで静電型液滴吐出ヘッドが完成する。
【0057】
上記製造工程により作製された液滴吐出ヘッドは、犠牲層膜厚によりギャップ間隔を規定するため、精度良く、且つバラツキの少ないギャップ形成が可能である。また、直接接合や陽極接合などが必要なく、大半を半導体プロセスで作成できるため、歩留まり良く安定した液滴吐出ヘッドを製造することができる。
【0058】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第2実施形態についてその製造方法の第2実施形態とともに図6ないし図8を参照して説明する。なお、図6及び図7は同製造方法の説明に供する断面説明図、図8は同じく平面説明図である。
【0059】
本実施形態では、振動板面から犠牲層を除去し、感光性ポリイミドにより犠牲層除去孔の封止と液室形成を行なっている。
先ず、図6(a)に示すように、面方位(100)のシリコン基板41に熱酸化膜45を約1.0μmの厚みに形成してから個別電極となるポリシリコン44を0.5μmの厚みに成膜する。このポリシリコン44に低抵抗化のために燐をドープ後、リソエッチ法により電極分離溝44bを形成した後、高温酸化膜(HTO膜)43を0.25μm厚みに成膜する。なお、個別電極となるポリシリコン44には図8に示すように電極パッド部44aも形成する。
【0060】
次いで、図7(b)に示すように、HTO膜43上に犠牲層となるポリシリコン42を0.5μm厚みに成膜した後、リソエッチ法により分離溝42aを形成し、さらに高温酸化膜(HTO膜)50cを0.1μm厚みに成膜する。
【0061】
さらに、同図(c)に示すように、共通電極となるポリシリコン50bを0.5μm厚みに、次いで振動板保護膜となる酸化膜50aを0.5μm厚みに成膜する。その後、リソエッチ法により犠牲層除去孔51を後に液室間隔壁となる領域に形成するために、犠牲層除去孔51よりオーバーサイズしたパターンをリソエッチ法により形成し、酸化膜50a、ポリシリコン50bの順にエッチングを行なう。その後、酸化を行なって除去孔51の側面に露出したポリシリコン50b表面に酸化膜50b1を形成する。
【0062】
その後、図7(a)及び図8に示すように、リソエッチ法により除去孔51のパターニングを行ない酸化膜50cをエッチング除去し、SFを用いた等方性のドライエッチングにより犠牲層42を除去してギャップ52を形成する。なお、前記第1実施形態と同様にTMAHを用いたウェットエッチングでも良いし、XFガスを用いた常圧ドライエッチングでも良い。
【0063】
次いで、図7(b)に示すように、液室間隔壁となる部分に感光性ポリイミド53をスピンコートにより100μm厚みに成膜し、犠牲層除去孔51の封止及び露光現像による液室56のパターンを形成を行う。その後、350℃−5時間ベークを行ないポリイミド53を硬化させ液室間隔壁とする。
【0064】
なお、図では省略したが、最後にノズル板3をポリイミド53表面に貼り合わせることで静電型液滴吐出ヘッドが完成する。
【0065】
この場合、振動板50は、酸化膜50a、ポリシリコン50b及びHTO膜50cで構成され、この振動板50はギャップ52間の隔壁領域に対応する液室間隔壁の領域において除去孔51により部分的に除去された構造となる。
【0066】
すなわち、隔壁領域において犠牲層除去孔を形成するために振動板が部分的に除去されているので、吐出室の一方の壁を構成する振動板に影響せずに犠牲層を除去でき、信頼性の高い液滴吐出ヘッドとすることができ、また、下部電極を保護する保護基板も必要が無いためより低コスト化を図れる。
【0067】
また、上記製造工程により作製した液滴吐出ヘッドは、犠牲層膜厚によりギャップ間隔を規定するため、精度良く、且つバラツキの少ないギャップ形成が可能である。また、直接接合や陽極接合などが必要なく、2枚の基板で液滴吐出ヘッドを構成することができ、一層の低コストなヘッドを作成できる。また、大半を半導体プロセスで作成できるため、歩留まり良く安定した液滴吐出ヘッドが得られる。
【0068】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドのインクカートリッジ一体型ヘッドについて図9を参照して説明する。
このインクカートリッジ一体型ヘッド100は、ノズル孔101等を有する上記各実施形態のいずれかのインクジェットヘッド102と、このインクジェットヘッド101に対してインクを供給するインクタンク103とを一体化したものである。
【0069】
このように本発明に係る液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化することにより、滴吐出効率が高く、安定した滴吐出特性が得られる液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ(インクタンク一体型ヘッド)が得られる。
【0070】
次に、本発明に係るインクジェットヘッド(ヘッド一体型のインクカートリッジを含む。)を搭載したインクジェット記録装置の機構の一例について図10及び図11を参照して説明する。なお、図11は同記録装置の斜視説明図、図12は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【0071】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体111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本発明に係る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112等を収納し、装置本体111の下方部には前方側から多数枚の用紙113を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)114を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙113を手差しで給紙するための手差しトレイ115を開倒することができ、給紙カセット114或いは手差しトレイ115から給送される用紙113を取り込み、印字機構部112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116に排紙する。
【0072】
印字機構部112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121と従ガイドロッド122とでキャリッジ123を主走査方向(図15で紙面垂直方向)に摺動自在に保持し、このキャリッジ123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液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド124を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ123にはヘッド124に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ125を交換可能に装着している。
【0073】
インクカートリッジ125は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【0074】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド124を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。
【0075】
ここで、キャリッジ123は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド121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122に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ123を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ127で回転駆動される駆動プーリ128と従動プーリ129との間にタイミングベルト130を張装し、このタイミングベルト130をキャリッジ123に固定しており、主走査モーター127の正逆回転によりキャリッジ123が往復駆動される。
【0076】
一方、給紙カセット114にセットした用紙113をヘッド124の下方側に搬送するために、給紙カセット114から用紙113を分離給装する給紙ローラ131及びフリクションパッド132と、用紙113を案内するガイド部材133と、給紙された用紙113を反転させて搬送する搬送ローラ134と、この搬送ローラ134の周面に押し付けられる搬送コロ135及び搬送ローラ134からの用紙113の送り出し角度を規定する先端コロ136とを設けている。搬送ローラ134は副走査モータ137によってギヤ列を介して回転駆動される。
【0077】
そして、キャリッジ123の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ134から送り出された用紙113を記録ヘッド124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139を設けている。この印写受け部材139の用紙搬送方向下流側には、用紙113を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ141、拍車142を設け、さらに用紙113を排紙トレイ116に送り出す排紙ローラ143及び拍車144と、排紙経路を形成するガイド部材145,146とを配設している。
【0078】
記録時には、キャリッジ123を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド124を駆動することにより、停止している用紙113にインクを吐出して1行分を記録し、用紙113を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙113の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙113を排紙する。この場合、ヘッド124を構成する本発明に係るインクジェットヘッドはインク滴噴射の制御性が向上し、特性変動が抑制されているので、安定して高い画像品質の画像を記録することができる。
【0079】
また、キャリッジ123の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド124の吐出不良を回復するための回復装置147を配置している。回復装置147はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ123は印字待機中にはこの回復装置147側に移動されてキャッピング手段でヘッド124をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【0080】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド124の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【0081】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載しているので、低コストで高い画像品質の画像を記録できる記録装置が得られる。
【0082】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を適用したマイクロデバイスとしてのマイクロポンプについて図12を参照して説明する。なお、同図は同マイクロポンプの要部断面説明図である。
このマイクロポンプは、流路基板201とアクチュエータ基板202とを有している。流路基板201には流体が流れる流路203を形成している。アクチュエータ基板202は、支持基板210上に、流路201の壁面を形成する変形可能な可動板204(ヘッドの振動板に相当する。)と、この可動板204の可動部分204a(固定されていない部分)にギャップ205を介して対向する電極206とを有する。
【0083】
可動板204は詳細な図示を省略しているが、前記インクジェットヘッドの実施形態で説明したと同様に、共通電極材料の膜両面を絶縁膜で挟んだ積層膜で形成している。また、電極206の両面にもそれぞれ絶縁膜207、208を形成している。
【0084】
このマイクロポンプの動作原理を説明すると、前述したインクジェットヘッドの場合と同様に、電極206に対して選択的にパルス電位を与えることによって可動板204との間で静電吸引力が生じるので、可動板204の可動部分204aが電極206側に変形する。ここで、可動板204の可動部分204aを図中右側から順次駆動することによって流路203内の流体は、矢印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。
【0085】
この場合、本発明に係る液滴吐出ヘッドのアクチュエータを備えることで、小型で低消費電力のマイクロポンプを得られる。なお、ここでは可動板の可動部分が複数ある例を示したが、可動部分は1つでも良い。また、輸送効率を上げるために、可動部分間に1又は複数の弁、例えば逆止弁などを設けることもできる。
【0086】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を適用した光学デバイスの一例について図13を参照して説明する。なお、同図は同デバイスの概略構成図である。
この光学デバイスは、変形可能なミラー301を含むアクチュエータ基板302を有している。ミラー301の表面は反射率を増加させるため誘電体多層膜や金属膜を形成すると良い。
【0087】
アクチュエータ基板302は、支持基板310上に、変形可能なミラー301(ヘッドの振動板に相当する。)と、このミラー301の可動部分301a(固定されていない部分)にギャップ305を介して対向する電極306とを有する。なお、電極306の両面にはそれぞれ絶縁膜307、308を形成している。
【0088】
この光学デバイスの原理を説明すると、前述したインクジェットヘッドの場合と同様に、電極306に対して選択的にパルス電位を与えることによって、電極306と対向するミラー301の可動部分301a間で静電吸引力が生じるので、ミラー301の可動部分301aが凹状に変形して凹面ミラーとなる。したがって、光源310からの光がレンズ311を介してミラー301に照射した場合、ミラー301を駆動しないときには、光は入射角と同じ角度で反射するが、ミラー301の可動部分301aを駆動した場合はその可動部分301aが凹面ミラーとなるので反射光は発散光となる。これにより光変調デバイスが実現できる。
【0089】
そして、本発明の液滴吐出ヘッドのアクチュエータを備えることで小型で低消費電力の光学デバイスを得ることができる。
【0090】
そこで、この光学デバイスを応用した例を図14をも参照して説明する。この例は、上述した光学デバイスを2次元に配列し、各ミラー301の可動部分301aを独立して駆動するようにしたものである。なお、ここでは、4×4の配列を示しているが、これ以上配列することも可能である。
【0091】
したがって、前述した図13と同様に、光源310からの光はレンズ311を介してミラー301に照射され、ミラー301を駆動していないところに入射した光は、投影用レンズ312へ入射する。一方、電極306に電圧を印加してミラー301の可動部分301aを変形させているところは凹面ミラーとなるので光は発散し投影用レンズ312にほとんど入射しない。この投影用レンズ312に入射した光はスクリーン(図示しない)などに投影され、スクリーンに画像を表示することができる。
【0092】
なお、上記実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、DNAの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。また、液滴吐出ヘッドを構成するアクチュエータは、マイクロポンプ、光学デバイス(光変調デバイス)以外にも、マイクロスイッチ(マイクロリレー)、マルチ光学レンズのアクチュエータ(光スイッチ)、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。
【0093】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振動板と電極との間のギャップは電極上に形成された犠牲層を電極及び振動板形成後に除去することにより形成されたので、ギャップのバラツキが低減して特性のバラツキが少なく高い信頼性が得られる。
【0094】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する方法であって、犠牲層にポリシリコン又はシリコン酸化膜を用いる構成としたので、ヘッドの低コスト化を図れる。
【0095】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出するインクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッドである構成としたので、高画質記録を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液滴吐出ヘッドの第1実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図2】同ヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図
【図3】本発明の液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの製造方法の第1実施形態の説明に供する断面説明図
【図4】図3に続く工程を説明する断面説明図
【図5】同工程の説明に供する平面説明図
【図6】本発明の液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド及びその製造方法の第2実施形態の説明に供する断面説明図
【図7】図6に続く工程を説明する断面説明図
【図8】同工程の説明に供する平面説明図
【図9】本発明に係る液滴吐出ヘッドを含むインクカートリッジ一体型ヘッドの説明に供する斜視説明図
【図10】本発明に係るインクジェット記録装置の一例を説明する斜視説明図
【図11】同記録装置の機構部の説明図
【図12】本発明に係る液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を適用したマイクロポンプの一例を説明する説明図
【図13】本発明に係る液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を適用した光学デバイスの一例を説明する説明図
【図14】同光学デバイスを用いた光変調デバイスの一例を説明する斜視説明図
【符号の説明】
1…第1基板、2…第2基板、3…ノズル板、4…ノズル孔、6…吐出室、7…流体抵抗部、8…共通液室、10…振動板、12…ギャップ、14…電極、100…インクカートリッジ一体型ヘッド、124…記録ヘッド、201…流路基板、203…流路、204a…可動部分、206…電極、301…ミラー、304a…可動部分、306…電極。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a droplet discharge head, a method for manufacturing the same, and an ink jet recording apparatus.
[0002]
[Prior art]
An inkjet head, which is a droplet ejection head used in an image recording apparatus such as a printer, a facsimile, and a copying apparatus or an inkjet recording apparatus used as an image forming apparatus, includes a single or a plurality of nozzle holes for discharging ink droplets, and the nozzle holes. A discharge chamber (also referred to as a pressure chamber, an ink chamber, a liquid chamber, a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, an ink flow path, etc.) communicating with the pressure chamber, and a pressure generating means for generating a pressure for pressurizing the ink in the discharge chamber. Ink is ejected from the nozzle holes by pressurizing the ink in the ejection chamber with the pressure generated by the pressure generating means.
[0003]
The droplet discharge head includes, for example, a droplet discharge head that discharges a liquid resist as droplets, a droplet discharge head that discharges a DNA sample as droplets, and the like. . The microactuator constituting the actuator portion of the droplet discharge head includes, for example, a micropump, an optical device such as a micro light modulation device, a micro switch (micro relay), a multi-optical lens actuator (optical switch), a micro flow meter, It can be applied to a pressure sensor and the like.
[0004]
By the way, as a droplet discharge head, a piezo type that discharges ink droplets by deforming and displacing a diaphragm forming a wall surface of a discharge chamber using an electromechanical transducer such as a piezoelectric element as a pressure generating means. A thermal type in which bubbles are generated by ink film boiling using an electrothermal conversion element such as a heating resistor disposed in a discharge chamber to discharge ink droplets, and a vibrating plate forming a wall surface of the discharge chamber is statically moved. There is an electrostatic type in which ink droplets are ejected by being deformed by electric power.
[0005]
In recent years, a bubble type and an electrostatic type, which are lead-free due to environmental problems, have attracted attention. In addition to lead-free, a plurality of electrostatic types have been proposed which have little effect on the environment from the viewpoint of low power consumption.
[0006]
As this electrostatic ink jet head, for example, as described in JP-A-6-71882, a pair of electrodes is provided via an air gap, and one electrode functions as a diaphragm, An ink chamber filled with ink is formed on the opposite side of the diaphragm from the opposite electrode, and by applying a voltage between the electrodes (between the diaphragm and the electrode), an electrostatic attractive force acts between the electrodes and the electrode (vibration plate) is formed. ) Is deformed and when the voltage is removed, the diaphragm returns to its original state by the elastic force, and there is a type in which an ink droplet is ejected using the force.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-18383 describes that a small gap between a diaphragm and an electrode is formed by sacrificial layer etching, and a liquid chamber substrate is bonded thereon to form a head. Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-314363 discloses that a diaphragm having a single-stick or double-stick structure in which ink can flow into a gap is formed, and low-voltage driving is possible by filling the gap with high-permittivity ink. Is described.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in an electrostatic ink jet head having a diaphragm and electrodes facing each other, the air gap between the electrodes must be made very small in order to reduce the voltage.
[0009]
However, in the head described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-71882, an air gap is created by forming a concave portion by etching and bonding to a diaphragm substrate by anodic bonding. There is a problem that it is very difficult to form a small amount and the yield does not increase.
[0010]
Therefore, in the head described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-18383, a gap formation method using sacrifice layer etching is used as a method for forming a gap with high accuracy, but holes for sacrifice layer etching are formed on the diaphragm surface. Therefore, the reliability of the diaphragm decreases. In addition, since the method of closing the etching hole with the insulating film after the sacrifice layer etching is used, it is necessary to form a thick insulating film for sealing the hole, the rigidity of the diaphragm increases, the driving voltage increases, In addition, there is a problem that the diaphragm rigidity is a factor of variation.
[0011]
In the head described in JP-A-11-314363, a gap is formed by etching a sacrificial layer. ing. In this case, there is no need to form a hole for etching the sacrificial layer, and the ink can penetrate into the gap. Therefore, by using a high dielectric constant ink, the effective gap can be reduced and low voltage driving is possible. However, since a voltage is applied to the ink in the gap, there is a problem that the problem of aggregation of the ink components easily occurs, and high-speed driving cannot be performed due to the conductance of the ink in the gap.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and a droplet discharge head that has small variations in characteristics and high reliability, a method of manufacturing the droplet discharge head, and high image quality by including the droplet discharge head An object of the present invention is to provide an ink jet recording apparatus capable of recording.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the droplet discharge head according to the present invention, the gap between the diaphragm and the electrode is formed by removing the sacrificial layer formed on the electrode after the formation of the electrode and the diaphragm. It is a configuration that is a thing.
[0014]
Here, it is preferable that the diaphragm is formed of a laminated film of two or more layers. Preferably, the electrodes are partially removed. Further, it is preferable that a cavity is provided below the electrode, and the gap and the cavity communicate with each other. Further, it is preferable that an insulating film is provided on both surfaces of the electrode, and the total thickness of the electrode and the insulating film is larger than the thickness of the laminated diaphragm.
[0015]
Further, it is preferable that the diaphragm is partially removed in a partition region between a plurality of gaps that are continuously arranged.
[0016]
A method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention is a method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, and has a configuration in which polysilicon is used for a sacrificial layer. Here, it is preferable to form silicon oxide films above and below the sacrificial layer film made of polysilicon.
[0017]
Further, a method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention is a method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, wherein a silicon oxide film is used for a sacrificial layer. Here, it is preferable to form polysilicon above and below the sacrificial layer film made of a silicon oxide film.
[0018]
The droplet discharge head according to the present invention may have a configuration in which an ink tank for supplying ink is integrated.
[0019]
The droplet discharge head according to the present invention is configured such that the inkjet head that discharges ink droplets is the droplet discharge head according to the present invention.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet head according to a first embodiment of the droplet discharge head of the present invention, and is a partial cross-sectional view. FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of the same head taken along the transverse direction of the diaphragm.
[0021]
This ink jet head is of a side shooter type in which ink droplets are ejected from nozzle holes provided in a surface portion of a substrate, and three first, second, and third substrates 1, 2, and 3 are overlapped and joined. The first substrate 1 and the third substrate 3 are joined to form a discharge chamber 6 in which a plurality of nozzle holes 4 for discharging ink droplets communicate, and a fluid resistance portion 7 is provided in each discharge chamber 6. A common liquid chamber (common ink chamber) 8 for supplying ink through the ink passage is formed. Note that an edge shooter type in which ink droplets are ejected from a nozzle hole provided at an end of the substrate can also be used.
[0022]
The intermediate first substrate 1 has a concave portion for forming a discharge chamber 6 having a bottom wall as a vibration plate 10 on the main substrate 11 and a common liquid chamber 8 for supplying ink to each discharge chamber 6. Having a recess. An individual electrode 14 facing the diaphragm 10 is formed below the diaphragm 10 via the gap 12, and the diaphragm 10 and the individual electrodes 14 constitute an electrostatic actuator. Further, the diaphragm 10 and the electrode 14 are electrically separated.
[0023]
Here, the diaphragm 10 is formed of, for example, a two-layer laminated film of a nitride film 10a on the electrode 14 side and a polysilicon film 10b serving as a common electrode. In this manner, by forming the diaphragm from the laminated film, as described later, in this head, the electrode and the sacrificial layer formed on the electrode after the formation of the diaphragm are etched to form the gap 12, so that the diaphragm is formed. By stacking an electrode material (here, a polysilicon film) and an insulating film (here, a nitride film) having high selectivity with respect to an etching gas as a protective film as 10, even if the electrode material has low selectivity with respect to an etching gas, The process can be used, the process selection range can be widened, and the cost can be reduced.
[0024]
Further, the gap 12 is formed by removing the sacrificial layer formed on the electrode 14 after forming the electrode 14 and the vibration plate 10, whereby the gap 12 can be controlled by the thickness of the sacrificial layer. In addition, variations in the gap 12 are reduced.
[0025]
Further, an insulating film 13 is formed on the upper surface of the electrode 14 (the surface on the side of the diaphragm 10), and an insulating film 15 is formed on the lower surface of the electrode 14 (the surface on the side opposite to the side of the diaphragm 10). An insulating film is formed on both sides. The insulating film 15 also forms a partition between the electrodes 14 and 14 (between channels).
[0026]
In this case, the total thickness of the electrode 14 and the insulating films 13 and 15 is preferably greater than the thickness of the laminated diaphragm 10, and more preferably three times or more. As described above, by sandwiching the individual electrodes between the insulating films from above and below, and making the total film thickness larger than the film thickness of the diaphragm, particularly, three times or more, the electrode portion has sufficient rigidity with respect to the diaphragm rigidity. A structure can be provided, and reliability and stability are improved.
[0027]
The second substrate 2 bonded to the lower surface of the first substrate 1 is a protection substrate for protecting the first substrate 1. When directly mounted on another pedestal having a similar function, the second substrate 2 may be omitted.
[0028]
In the second substrate 2, recesses 16 for forming cavities are formed below the individual electrodes 14 corresponding to the gaps 12, and the recesses 16 are communicated by communication grooves 17. In addition, the individual electrode 14 is partially removed to form a communication hole 18, and the gap 12 communicates with the cavity formed by the recess 16 via the communication hole 18.
[0029]
As a result, the cavity and the gap below the individual electrode communicate with each other, and the cavity acts as a re-damper in which the gas existing in the gap is compressed by the displacement of the diaphragm, thereby reducing the pressure rise in the gap when the diaphragm is displaced. The drive voltage can be reduced.
[0030]
The communication hole 18 also functions as a sacrifice layer etching hole when the gap 12 is formed by etching the sacrifice layer formed on the electrode 14 after the formation of the electrode 14 and the diaphragm 10. As a result, the sacrificial layer can be removed by etching from the entire individual electrode surface, the etching gas is easily supplied to the sacrificial layer region, and extremely long over-etching can be reduced, so that the reliability of the head can be improved and the process time can be improved. And cost can be reduced.
[0031]
Further, the air pressure correcting recess 20 is formed in the second substrate 2, and a communication hole 21 for communicating the air pressure correcting recess 20 to the outside is formed. On the other hand, the air pressure correcting recess 20 is formed in the first substrate 1. A movable plate 22 for atmospheric pressure correction that forms a wall surface is formed.
[0032]
As described above, by forming the air pressure correction concave portion 20 in the second substrate 2 and forming the communication hole 21 communicating the outside with the outside, the air pressure correction concave portion 20, the concave portion 16, After the dry air or the like is sealed in the gap 12, the communication hole 21 can be closed, so that the structure is not affected by the external environment, and the reliability of the droplet discharge head can be further improved. is there.
[0033]
In addition, it is preferable that the movable plate 22 for air pressure correction facing the concave portion 20 for air pressure correction be formed in a size having a shorter side length than the vibration plate 10 of the head part in order to reduce the rigidity of the vibration plate. It is preferable that the head is formed so as to be displaced more sensitively than the diaphragm 10 of the head.
[0034]
The third substrate 3 bonded to the upper surface of the first substrate 1 is a nickel substrate having a thickness of 50 microns, and a nozzle hole 4 and a common liquid are provided on the surface of the substrate 3 so as to communicate with the discharge chamber 6. A groove 7 serving as a fluid resistance for connecting the chamber 8 to the discharge chamber 6 is provided, and an ink supply port 9 is provided for communicating with the common ink chamber 8.
[0035]
The operation of the ink jet head thus configured will be described. When a pulse potential of 40 V is applied from the oscillation circuit (drive circuit) to the individual electrode 14 in a state where the ejection chamber 6 is filled with the ink, the surface of the individual electrode 14 is charged to a positive potential, and a static potential is formed between the individual electrode 14 and the diaphragm 10. The power acts, and the diaphragm 10 bends toward the individual electrode 14 side. As a result, the pressure in the discharge chamber 6 decreases, and ink flows from the common liquid chamber 8 into the discharge chamber 6 via the fluid resistance portion 7.
[0036]
Thereafter, when the pulse voltage to the individual electrode 14 is set to 0 V, the diaphragm 10 bent downward by the electrostatic force returns to its original state due to its rigidity. As a result, the pressure in the ejection chamber 6 rapidly rises, and the ink droplets 23 are ejected from the nozzle holes 4 toward the recording paper 24 as shown in FIG. By repeating this, ink droplets can be continuously ejected.
[0037]
Here, the force F acting between the diaphragm 10 as an electrode and the individual electrode 14 increases in inverse proportion to the square of the distance d between the electrodes as shown in the following equation (1). In order to drive at a low voltage, it is important to narrow the gap (gap length) between the individual electrode 14 and the gap 12 between the diaphragm 10.
[0038]
(Equation 1)
Figure 2004066606
[0039]
In the equation (1), F is a force acting between electrodes, ε is a dielectric constant, S is an area of a surface facing the electrodes, d is a distance between the electrodes, and V is an applied voltage.
[0040]
Next, a first embodiment of the method of manufacturing the ink jet head will be described with reference to FIGS. 3 and 4 are cross-sectional explanatory views for explaining the same manufacturing method, and FIG. 5 is a plan explanatory view of the same.
[0041]
In this embodiment, an electrostatic actuator is manufactured by forming a diaphragm material and an electrode material on the first substrate 1 on which a liquid chamber (discharge chamber) 6 is to be formed later.
First, as shown in FIG. 3A, a nitride film 10a serving as the diaphragm 10 is formed on the surface of a silicon substrate 31 having a plane orientation (110) serving as the main substrate 11 constituting the first substrate 1 with a thickness of 0.2 μm. The polysilicon film 10b serving as a common electrode is formed to a thickness of 0.1 μm, and in the present embodiment, the oxide film 10c is formed to a thickness of 0.8 μm.
[0042]
The film thickness is not limited to the above value, and may be set to an optimum value in consideration of the diaphragm rigidity due to the gap interval and the shorter side length of the diaphragm. Further, since the common electrode is sandwiched between insulating films (here, the nitride film 10a and the oxide film 10c), almost any conductive film can be used.
[0043]
Then, a polysilicon 32 is formed to a thickness of 0.5 μm on the oxide film 10c. The polysilicon 32 is a material to be used as a sacrificial layer, and since this film thickness becomes a gap interval, the film thickness is not limited to the above value and may be set to an optimum film thickness similarly to the film thickness of the diaphragm material.
[0044]
Further, an oxide film 33 serving as the insulating film 13 and the individual electrodes 14 are formed on the polysilicon 32. As a material of the individual electrode 14, polysilicon, Al, TiN, Ti, W, ITO, or the like can be used.
[0045]
Next, the individual electrode 14 is patterned into an electrode shape by a litho / etch method, and the oxide film 33 and the polysilicon 32 are also patterned into a required shape.
[0046]
Then, as shown in FIG. 2B, an oxide film 35 serving as the insulating film 15 is formed to a thickness of 5 μm on the oxide film 33 including the surface of the individual electrode 14 and the exposed surface of the oxide film 10c by the CVD method. The film is polished to a thickness of about 1 μm by a CMP method to flatten the surface. Here, planarization by the CMP method is not always necessary. The film thickness of the oxide film 35 is sufficiently larger than the film thickness of the diaphragm 10, and the film rigidity of the total film thickness of the oxide film 33, the individual electrodes 14, and the oxide film 35 is at least a laminated film. Preferably, the film thickness is 10 times or more the rigidity of 10.
[0047]
Next, as shown in FIG. 5C and FIG. 5, in order to form a removal hole (communication hole) 18 for removing the polysilicon 32 as the sacrificial layer, the oxide film 33 is formed by a litho / etch method. The electrode 14 and the oxide film 35 are patterned. Note that an electrode pad portion 14a is also formed on the individual electrode 14, as shown in FIG. Thereafter, oxidation is performed to form an oxide film on the surface of the individual electrode 14 exposed on the side surface of the removal hole 18, and SF is formed. 6 Polysilicon 32 is removed by isotropic dry etching using.
[0048]
Here, since the structure surrounding the polysilicon 32 serving as the sacrifice layer is surrounded by the oxide film 35, the sacrifice layer can be removed under a sacrifice layer etching condition having high selectivity with respect to the oxide film 35, and a gap can be accurately formed. can do. As a method for removing the polysilicon 32 as the sacrificial layer, wet etching using TMAH may be used, or XF 2 Normal pressure dry etching using gas may be used.
[0049]
Further, here, as shown in FIG. 5, the sacrificial layer removing holes 18 are arranged in a grid, but the sacrificial layer removing holes 18 are uniformly arranged on the electrode surface in order to efficiently remove the sacrificial layer. The arrangement pattern is not limited to this. However, arranging a large number of the removal holes 18 leads to a reduction in the area of the individual electrodes 14 and weakening of the electrostatic force between the electrodes. It is necessary to select the optimal arrangement.
[0050]
Thereafter, as shown in FIG. 4A, a protection substrate (second substrate) 2 having a recess 16 and a communication groove 17 formed in a portion corresponding to the gap 12 is attached to a silicon substrate 31 with an adhesive 36, and A nitride film 37 is formed on the surface, a liquid chamber pattern is formed on the nitride film 37 by a litho / etch method, and the silicon substrate is wet-etched with KOH using the pattern of the nitride film 37 as a mask as shown in FIG. A discharge chamber (liquid chamber) 6 is formed in 31.
[0051]
The liquid chamber 6 is formed by SF 6 It is also possible to form by dry etching by ICP etching using gas, but in this case, a mask is an oxide film instead of the nitride film 37, and an oxide film 10c is formed before the nitride film 10a is formed. By forming a laminated diaphragm having a layer structure, the liquid chamber 6 can be formed using the oxide film as a mask. In this case, the silicon substrate 31 can be a substrate having a plane orientation (100), and the material cost can be reduced.
[0052]
By using polysilicon as the sacrificial layer, the sacrificial layer can be removed using the etching material used in semiconductor manufacturing, and a silicon oxide film having high etching resistance is formed on the upper and lower sides. As a result, a manufacturing process with less variation can be achieved, and mass production at low cost becomes possible.
[0053]
Further, a silicon oxide film can be used as the sacrificial layer instead of polysilicon. In this case, it is preferable to use polysilicon as a protective film of the silicon oxide film. In this case, the sacrificial layer oxide film is removed by a wet etch method, an HF vapor method, a chemical dry etching method, or the like, and then the polysilicon surface is oxidized as a protective film to form an insulating layer.
[0054]
In this way, by using the silicon oxide film as the sacrificial layer, the sacrificial layer can be removed using the etching material used in the semiconductor manufacturing, and a polysilicon film having high etching resistance is formed vertically. By doing so, a manufacturing process with less variation can be achieved, and mass production at low cost becomes possible.
[0055]
Also, using a resist as a sacrificial layer acid, 2 A method of removing with a plasma or a stripping solution, a method of removing with a organic material using a polymer material for the sacrificial layer, a method of removing with a chemical solution such as KOH using aluminum for the sacrificial layer, and a method of removing NH3 using TiN for the sacrificial layer 3 OH and H 2 O 2 A similar process can be assembled by various combinations such as a method of removing with a chemical solution such as a mixed solution.
[0056]
Although not shown in the drawing, the nozzle plate 3 is finally adhered to the surface of the substrate 31 to complete the electrostatic droplet discharge head.
[0057]
In the droplet discharge head manufactured by the above-described manufacturing process, the gap interval is defined by the thickness of the sacrificial layer, so that the gap can be formed with high accuracy and little variation. In addition, since direct bonding and anodic bonding are not required and most can be formed by a semiconductor process, a stable droplet discharge head with good yield can be manufactured.
[0058]
Next, a second embodiment of the ink jet head which is a droplet discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7 are cross-sectional explanatory views for explaining the manufacturing method, and FIG. 8 is a plan explanatory view of the same.
[0059]
In the present embodiment, the sacrifice layer is removed from the diaphragm surface, and the sacrifice layer removal hole is sealed with a photosensitive polyimide and a liquid chamber is formed.
First, as shown in FIG. 6A, a thermal oxide film 45 is formed to a thickness of about 1.0 μm on a silicon substrate 41 having a (100) plane orientation, and then a polysilicon 44 serving as an individual electrode is formed to a thickness of 0.5 μm. The film is formed to a thickness. After doping the polysilicon 44 with phosphorus to reduce the resistance, an electrode isolation groove 44b is formed by a litho-etch method, and then a high-temperature oxide film (HTO film) 43 is formed to a thickness of 0.25 μm. Note that an electrode pad portion 44a is also formed on the polysilicon 44 serving as an individual electrode as shown in FIG.
[0060]
Next, as shown in FIG. 7B, a polysilicon 42 serving as a sacrificial layer is formed to a thickness of 0.5 μm on the HTO film 43, and then a separation groove 42a is formed by a litho-etching method. (HTO film) 50c is formed to a thickness of 0.1 μm.
[0061]
Further, as shown in FIG. 3C, a polysilicon 50b serving as a common electrode is formed to a thickness of 0.5 μm, and an oxide film 50a serving as a diaphragm protection film is formed to a thickness of 0.5 μm. Thereafter, in order to form the sacrificial layer removing hole 51 in a region which will later become the liquid chamber spacing wall by the lithoetch method, a pattern oversized from the sacrificial layer removing hole 51 is formed by the lithoetch method, and the oxide film 50a and the polysilicon 50b are formed. Etching is performed in order. Thereafter, oxidation is performed to form an oxide film 50b1 on the surface of the polysilicon 50b exposed on the side surface of the removal hole 51.
[0062]
Thereafter, as shown in FIGS. 7A and 8, the removal hole 51 is patterned by a litho-etching method, and the oxide film 50 c is removed by etching. 6 The gap 52 is formed by removing the sacrifice layer 42 by isotropic dry etching using. Note that, similarly to the first embodiment, wet etching using TMAH may be used, or XF 2 Normal pressure dry etching using gas may be used.
[0063]
Next, as shown in FIG. 7B, a photosensitive polyimide 53 is formed into a film having a thickness of 100 μm by spin coating on a portion serving as a liquid chamber spacing wall, and the liquid chamber 56 is formed by sealing the sacrifice layer removing hole 51 and exposing and developing. Is formed. Thereafter, baking is performed at 350 ° C. for 5 hours to cure the polyimide 53 to form a liquid chamber spacing wall.
[0064]
Although not shown in the drawing, the nozzle plate 3 is finally attached to the surface of the polyimide 53 to complete the electrostatic liquid droplet ejection head.
[0065]
In this case, the diaphragm 50 is composed of an oxide film 50a, polysilicon 50b, and an HTO film 50c. The diaphragm 50 is partially formed by a removal hole 51 in the region of the liquid chamber spacing wall corresponding to the partition region between the gaps 52. Is removed.
[0066]
That is, since the diaphragm is partially removed to form the sacrificial layer removal hole in the partition region, the sacrificial layer can be removed without affecting the diaphragm constituting one wall of the discharge chamber, and the reliability is improved. Droplet discharge head, and the cost can be further reduced because there is no need for a protective substrate for protecting the lower electrode.
[0067]
Further, in the droplet discharge head manufactured by the above manufacturing process, since the gap interval is defined by the thickness of the sacrificial layer, it is possible to form the gap with high accuracy and little variation. In addition, since no direct bonding or anodic bonding is required, a droplet discharge head can be constituted by two substrates, and a further low-cost head can be manufactured. In addition, since most can be formed by a semiconductor process, a stable droplet discharge head with good yield can be obtained.
[0068]
Next, an ink cartridge integrated type head of a droplet discharge head according to the present invention will be described with reference to FIG.
The ink cartridge integrated type head 100 is obtained by integrating the ink jet head 102 having any of the above-described embodiments having the nozzle holes 101 and the like, and the ink tank 103 that supplies ink to the ink jet head 101. .
[0069]
As described above, by integrating the ink tank that supplies ink to the droplet discharge head according to the present invention, an ink cartridge (integrated with a droplet discharge head having high droplet discharge efficiency and stable droplet discharge characteristics) can be obtained. An ink tank integrated head) is obtained.
[0070]
Next, an example of a mechanism of an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head (including a head-integrated ink cartridge) according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a perspective view of the recording apparatus, and FIG. 12 is a side view of a mechanism of the recording apparatus.
[0071]
The inkjet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 111, a recording head including the inkjet head according to the present invention mounted on the carriage, an ink cartridge for supplying ink to the recording head, and the like. A paper cassette (or a paper tray) 114 capable of loading a large number of sheets 113 from the front side is detachably attached to a lower portion of the apparatus main body 111. The manual feed tray 115 for manually feeding the paper 113 can be opened, and the paper 113 fed from the paper feed cassette 114 or the manual feed tray 115 is taken in. After the image is recorded, the sheet is discharged to a sheet discharge tray 116 mounted on the rear side.
[0072]
The printing mechanism 112 holds the carriage 123 slidably in the main scanning direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 15) by a main guide rod 121 and a sub guide rod 122, which are guide members laterally mounted on left and right side plates (not shown). On the carriage 123, a head 124 composed of an inkjet head, which is a droplet discharge head according to the present invention, which discharges ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk). Are arranged in a direction intersecting the main scanning direction with a plurality of ink ejection ports, and are mounted with the ink droplet ejection direction facing downward. Each ink cartridge 125 for supplying each color ink to the head 124 is exchangeably mounted on the carriage 123.
[0073]
The ink cartridge 125 has an upper air port that communicates with the atmosphere, a lower supply port for supplying ink to the inkjet head, and a porous body filled with ink inside. Maintains the ink supplied to the inkjet head at a slight negative pressure.
[0074]
Further, although the heads 124 of each color are used as the recording heads here, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of each color may be used.
[0075]
Here, the carriage 123 is slidably fitted on the main guide rod 121 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the front guide rod 122 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). are doing. In order to move and scan the carriage 123 in the main scanning direction, a timing belt 130 is stretched between a drive pulley 128 and a driven pulley 129 which are driven to rotate by a main scanning motor 127. , And the carriage 123 is reciprocally driven by forward and reverse rotation of the main scanning motor 127.
[0076]
On the other hand, in order to convey the paper 113 set in the paper feed cassette 114 to the lower side of the head 124, the paper 113 is guided by a paper feed roller 131 and a friction pad 132 for separating and feeding the paper 113 from the paper feed cassette 114. A guide member 133, a transport roller 134 that transports the fed paper 113 in a reversed state, a transport roller 135 pressed against the peripheral surface of the transport roller 134, and a leading end that defines an angle at which the paper 113 is fed from the transport roller 134. A roller 136 is provided. The transport roller 134 is driven to rotate by a sub-scanning motor 137 via a gear train.
[0077]
Further, an image receiving member 139 is provided as a paper guide member for guiding the paper 113 sent from the transport roller 134 below the recording head 124 in accordance with the movement range of the carriage 123 in the main scanning direction. On the downstream side of the printing receiving member 139 in the paper transport direction, there are provided a transport roller 141 and a spur 142 which are driven to rotate to transport the paper 113 in the paper discharge direction. Rollers 143 and spurs 144 and guide members 145 and 146 forming a paper discharge path are provided.
[0078]
At the time of recording, the recording head 124 is driven in accordance with an image signal while moving the carriage 123, thereby ejecting ink to the stopped paper 113 to record one line, and after transporting the paper 113 by a predetermined amount, Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal indicating that the rear end of the sheet 113 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the sheet 113 is discharged. In this case, the inkjet head according to the present invention, which forms the head 124, has improved controllability of ink droplet ejection and suppresses characteristic fluctuation, so that an image of high image quality can be stably recorded.
[0079]
In addition, a recovery device 147 for recovering the ejection failure of the head 124 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the moving direction of the carriage 123. The recovery device 147 has a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 123 is moved to the recovery device 147 side during printing standby, the head 124 is capped by the capping means, and the ejection port is kept in a wet state, thereby preventing ejection failure due to ink drying. In addition, by discharging ink that is not related to printing during printing or the like, the ink viscosity of all the discharge ports is kept constant, and stable discharge performance is maintained.
[0080]
In the event of a discharge failure, for example, the discharge port (nozzle) of the head 124 is sealed by a capping unit, and air bubbles and the like are sucked out of the discharge port by a suction unit through a tube, and ink or dust adhered to the discharge port surface. Is removed by the cleaning means, and the ejection failure is recovered. The sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) provided at a lower portion of the main body, and is absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.
[0081]
As described above, since the inkjet recording apparatus is equipped with the inkjet head, which is the droplet discharge head according to the present invention, a recording apparatus capable of recording an image of high image quality at low cost can be obtained.
[0082]
Next, a micropump as a microdevice to which the actuator portion of the droplet discharge head according to the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of a main part of the micropump.
This micropump has a flow path substrate 201 and an actuator substrate 202. The flow path substrate 201 has a flow path 203 through which a fluid flows. The actuator substrate 202 includes a deformable movable plate 204 (corresponding to a diaphragm of a head) that forms a wall surface of the flow path 201 on a support substrate 210, and a movable portion 204a (not fixed) of the movable plate 204. (A part) is provided with an electrode 206 which is opposed via a gap 205.
[0083]
Although not shown in detail, the movable plate 204 is formed of a laminated film in which both surfaces of a common electrode material are sandwiched between insulating films, as described in the embodiment of the inkjet head. Further, insulating films 207 and 208 are formed on both surfaces of the electrode 206, respectively.
[0084]
The principle of operation of this micropump will be described. As in the case of the above-described inkjet head, by selectively applying a pulse potential to the electrode 206, an electrostatic attraction force is generated between the movable plate 204 and the electrode 206. The movable portion 204a of the plate 204 is deformed toward the electrode 206. Here, by sequentially driving the movable portion 204a of the movable plate 204 from the right side in the drawing, the fluid in the flow path 203 flows in the direction of the arrow, and the fluid can be transported.
[0085]
In this case, by providing the actuator of the droplet discharge head according to the present invention, a small-sized and low-power-consumption micropump can be obtained. Although an example in which the movable plate has a plurality of movable portions is shown here, one movable portion may be provided. In addition, one or more valves, for example, a check valve or the like can be provided between the movable parts to increase the transportation efficiency.
[0086]
Next, an example of an optical device to which the actuator portion of the droplet discharge head according to the invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the device.
This optical device has an actuator substrate 302 including a deformable mirror 301. It is preferable to form a dielectric multilayer film or a metal film on the surface of the mirror 301 to increase the reflectance.
[0087]
The actuator substrate 302 opposes a deformable mirror 301 (corresponding to a diaphragm of the head) on a support substrate 310 and a movable portion 301 a (unfixed portion) of the mirror 301 via a gap 305. And an electrode 306. Note that insulating films 307 and 308 are formed on both surfaces of the electrode 306, respectively.
[0088]
The principle of this optical device will be described. As in the case of the above-described ink jet head, by selectively applying a pulse potential to the electrode 306, electrostatic attraction between the electrode 306 and the movable portion 301a of the mirror 301 facing the electrode 306 is performed. Since a force is generated, the movable portion 301a of the mirror 301 is deformed into a concave shape to form a concave mirror. Therefore, when the light from the light source 310 irradiates the mirror 301 via the lens 311, when the mirror 301 is not driven, the light is reflected at the same angle as the incident angle, but when the movable part 301 a of the mirror 301 is driven, Since the movable part 301a becomes a concave mirror, the reflected light becomes divergent light. Thereby, an optical modulation device can be realized.
[0089]
The provision of the actuator of the droplet discharge head according to the present invention makes it possible to obtain a compact optical device with low power consumption.
[0090]
Therefore, an example in which this optical device is applied will be described with reference to FIG. In this example, the above-described optical devices are arranged two-dimensionally, and the movable portions 301a of each mirror 301 are independently driven. Although a 4 × 4 arrangement is shown here, more arrangements are possible.
[0091]
Therefore, similarly to FIG. 13 described above, the light from the light source 310 is applied to the mirror 301 via the lens 311, and the light that enters the place where the mirror 301 is not driven enters the projection lens 312. On the other hand, the portion where the movable portion 301a of the mirror 301 is deformed by applying a voltage to the electrode 306 becomes a concave mirror, so that light diverges and hardly enters the projection lens 312. The light incident on the projection lens 312 is projected on a screen (not shown) or the like, and an image can be displayed on the screen.
[0092]
In the above embodiment, an example in which the droplet discharge head is applied to an inkjet head has been described. However, as a droplet discharge head other than the inkjet head, for example, a droplet discharge head that discharges a liquid resist as a droplet, a DNA The present invention can be applied to other droplet discharge heads such as a droplet discharge head that discharges the sample as droplets. In addition to micro pumps and optical devices (optical modulation devices), actuators that constitute the droplet discharge head include micro switches (micro relays), multi-optical lens actuators (optical switches), micro flow meters, and pressure sensors. Can also be applied.
[0093]
【The invention's effect】
As described above, according to the droplet discharge head according to the present invention, the gap between the diaphragm and the electrode is formed by removing the sacrificial layer formed on the electrode after the formation of the electrode and the diaphragm. Therefore, variations in the gap are reduced, and variations in characteristics are reduced and high reliability is obtained.
[0094]
The method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention is a method for manufacturing the droplet discharge head according to the present invention, and has a configuration in which polysilicon or a silicon oxide film is used for the sacrificial layer, so that the cost of the head can be reduced. Can be achieved.
[0095]
According to the inkjet recording apparatus of the present invention, since the inkjet head for ejecting ink droplets is configured to be the droplet ejection head of the present invention, high-quality recording can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head according to a first embodiment of a droplet discharge head of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of the head taken along a lateral direction of a diaphragm.
FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view for explaining a first embodiment of a method for manufacturing an ink-jet head which is a droplet discharge head according to the present invention;
FIG. 4 is an explanatory sectional view illustrating a step following FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory plan view for explaining the same step;
FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view for explaining a second embodiment of an ink jet head which is a droplet discharge head of the present invention and a method of manufacturing the same.
FIG. 7 is an explanatory sectional view illustrating a step following FIG. 6;
FIG. 8 is an explanatory plan view for explaining the same step;
FIG. 9 is a perspective explanatory view for explaining an ink cartridge integrated type head including a droplet discharge head according to the present invention.
FIG. 10 is a perspective explanatory view illustrating an example of an ink jet recording apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a mechanism section of the recording apparatus.
FIG. 12 is an explanatory view illustrating an example of a micropump to which the actuator portion of the droplet discharge head according to the invention is applied.
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an example of an optical device to which the actuator portion of the droplet discharge head according to the invention is applied.
FIG. 14 is an explanatory perspective view illustrating an example of a light modulation device using the optical device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st board | substrate, 2 ... 2nd board | substrate, 3 ... nozzle plate, 4 ... nozzle hole, 6 ... discharge chamber, 7 ... fluid resistance part, 8 ... common liquid chamber, 10 ... diaphragm, 12 ... gap, 14 ... Electrodes, 100: ink cartridge integrated head, 124: recording head, 201: flow path substrate, 203: flow path, 204a: movable part, 206: electrode, 301: mirror, 304a: movable part, 306: electrode.

Claims (12)

液滴を吐出するノズルが連通する加圧室の少なくとも1つの壁面を形成する振動板とこの振動板にギャップを介して対向する電極を備え、前記振動板を静電力で変形させることで前記液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板と電極との間のギャップは前記電極上に形成された犠牲層を前記電極及び前記振動板形成後に除去することにより形成されたものであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。A diaphragm that forms at least one wall surface of a pressurized chamber to which a nozzle that discharges a droplet communicates, and an electrode that faces the diaphragm through a gap, and deforms the diaphragm by electrostatic force to form the liquid. In the droplet discharge head for discharging droplets, the gap between the diaphragm and the electrode is formed by removing a sacrificial layer formed on the electrode after the formation of the electrode and the diaphragm. A droplet discharge head characterized by the above-mentioned. 請求項1に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は二層以上の積層膜で形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。2. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the diaphragm is formed of a laminated film of two or more layers. 請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記電極が部分的に除去されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。3. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the electrode is partially removed. 請求項1ないし3のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記電極の下部に空洞を有し、前記ギャップと前記空洞が連通していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。The droplet discharge head according to claim 1, further comprising a cavity below the electrode, wherein the gap communicates with the cavity. 請求項1ないし4のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記電極の両面に絶縁膜を有し、これらの電極及び絶縁膜の総膜厚が前記積層振動板の膜厚より厚いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。5. The droplet discharge head according to claim 1, wherein an insulating film is provided on both surfaces of the electrode, and a total thickness of the electrode and the insulating film is larger than a thickness of the laminated diaphragm. 6. Characteristic droplet discharge head. 請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、連続配置された複数のギャップ間の隔壁領域で前記振動板が部分的に除去されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。3. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the diaphragm is partially removed in a partition region between a plurality of gaps that are continuously arranged. 請求項1ないし6のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを製造する製造方法であって、前記犠牲層にポリシリコンを用いることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。The method for manufacturing a droplet discharge head according to any one of claims 1 to 6, wherein polysilicon is used for the sacrificial layer. 請求項7に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記ポリシリコンからなる犠牲層膜の上下にシリコン酸化膜を成膜することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。8. The method according to claim 7, wherein a silicon oxide film is formed above and below the sacrificial layer film made of polysilicon. 請求項1ないし6のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを製造する製造方法であって、前記犠牲層にシリコン酸化膜を用いることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。The method for manufacturing a droplet discharge head according to any one of claims 1 to 6, wherein a silicon oxide film is used for the sacrificial layer. 請求項9に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記シリコン酸化膜からなる犠牲層膜の上下にポリシリコンを成膜することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。10. The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 9, wherein polysilicon is formed above and below the sacrificial layer film made of the silicon oxide film. 請求項1ないし6のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、インクを供給するインクタンクが一体化されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。The droplet discharge head according to any one of claims 1 to 6, wherein an ink tank for supplying ink is integrated. インク滴を吐出するインクジェットヘッドを備え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が請求項1ないし6、11のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。An inkjet recording apparatus comprising an inkjet head for ejecting ink droplets, wherein the inkjet head is the droplet ejection head according to any one of claims 1 to 6, and 11.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007007845A (en) * 2005-05-31 2007-01-18 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Micro-structure and its fabricating method

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