JP2004160827A

JP2004160827A - Liquid droplet jetting head, its manufacturing method, ink cartridge, and inkjet recording device

Info

Publication number: JP2004160827A
Application number: JP2002329050A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Miura; 邦博三浦; Shigeru Kanehara; 滋金原; Kenichiro Hashimoto; 憲一郎橋本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2004-06-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the trouble that stable jetting of droplets is hindered because the rigidity of a channel forming member is reduced when an adhesive let-off recess is formed. <P>SOLUTION: Thinned parts 41 and 42 for letting off an adhesive are formed by etching to a nozzle plate joining face side and a diaphragm joining face side of a channel plate 1, respectively. The thinned parts 41 and 42 are formed in a V shape surrounded by a <111> plane. <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、インクカートリッジ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、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路（吐出室、圧力室、加圧液室、液室等とも称される。）と、このインク流路内のインクを加圧する駆動手段とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。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。
【０００３】
インクジェットヘッドとしては、インク流路内のインクを加圧するエネルギーを発生するエネルギー発生手段として、圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のものなどが知られている。
【０００４】
これらの各種ヘッドの内でも、ノズル開口が形成されたノズルプレート（のズル形成部材）と振動板とをスぺーサ（流路形成部材）の両面に接着して圧力室（液室）を形成し、振動板を圧電振動子により変形させる方式のインクジェットヘッドは、インク滴を飛翔させるための駆動源として熱エネルギーを使用しないため熱によるインクの変質がなく、特に熱により劣化しやすいカラーインクを吐出させる上で利点がある。しかも、圧電振動子の変位量を調整してインク滴のインク量を自在に調節することが可能であるため、高品質なカラー印刷のためのインクジェット記録装置を構成するのに最適なヘッドである。
【０００５】
ところで、インクジェットヘッドは記録媒体上のドットをインク滴により構成する関係上、インク滴のサイズを小さくすることにより、極めて高い解像度での記録、印刷が可能である。
【０００６】
しかしながら、効率よく記録するためには、インク開口の数を多くする（ノズル数を多くする）必要があり、特に、圧電振動子を駆動手段とするものにあっては、圧電振動子のエネルギーを効率よく使用するために圧力室（加圧液室）を大きくする必要がある。このことは、ヘッドの小型化要請とは相反することである。このような相反する問題を解消するため、通常隣り合う圧力室を区画している壁（隔壁）を薄くすると共に圧力室の形状を長手方向に大きく、更に深くして容積を稼ぐことが行われている。
【０００７】
このような圧力室やリザーバは、振動板とノズルプレートの間隔を所定の値に保持する部材である流路形成部材にて形成するが、上述したように、極めて小さく、しかも複雑な形状を備えた圧力室を形成する必要上、通常エッチング技術が使用されている。このような流路形成部材を形成する材料としては、感光性樹脂膜が使用されることが多いが、これは機械的強度が低いためクロストークや撓み等が生じ高い解像度を得ようとすると印字品質が低下するという問題がある。
【０００８】
そこで、比較的簡単な手法で微細な形状を高い精度で加工が可能なシリコン単結晶基板の異方性エッチングを用いた部品製作技術、いわゆるマイクロマシニング技術を適用してインクジェットヘッドを構成する部材を加工することが行われるようになっている。特に、結晶方位（１１０）の単結晶シリコン基板を流路形成部材に用いて、異方性エッチングを行って、圧力室やリザーバを形成することが行われる。単結晶シリコンを使用したスペーサは、機械的剛性が高いため、圧電振動子の変形に伴う記録ヘッド全体のたわみを小さくできるとともに、エッチングを受けた壁面が表面に対してほぼ垂直であるため圧力室を均一に構成することが可能であるという大きな利点を備えている。
【０００９】
ところが、シリコン基板から形成した流路形成部材にノズルを形成したノズル板や液室の壁面を形成する振動板を接着剤で接合する構成のヘッドにあっては、接着剤が液流路やノズルとの連通路にはみ出すと、流路形状が変化することになる。
【００１０】
そこで、例えば、特開平１１−３４８２８２号公報には、インク室、インク供給口及びインクリザーバーを形成した基板（流路形成部材）上に接着剤を用いてノズル孔を形成した基板（ノズル形成部材）を接合する構成のヘッドであって、流路形成部材としての基板にはインク室、リザーバーの縁に沿って複数の凹部を千鳥状に形成し、ノズル形成部材としての基板を接着剤接合するときに生じ得る残余の接着剤が凹部内に収容されるようにして、接着剤がインク流路内に流れ込むことがないようにしたヘッドが記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、流路形成部材は、上述したように高解像度化に伴なってチャンネル数が多くなり、液室深さが深くなり、また隔壁幅も薄くなっているため、余剰接着剤を流れ込ませるための凹部が深くなり、流路形成部材の剛性が低下するという課題が生じることになる。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、余剰接着剤を流れ込ませる領域を形成しつつ流路形成部材の剛性の低下を可及的に抑制した信頼性の高い液滴吐出ヘッド及びその製造方法、その液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、並びにこの液滴吐出ヘッド又はインクカートリッジを搭載することで信頼性を向上した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、流路形成部材がシリコン基板から形成され、この流路形成部材のノズル板との接合面及び／又は振動板との接合面に外部とは連通しない閉じられたエッチング領域を形成し、このエッチング領域は＜１１１＞面で囲まれている構成とした。
【００１４】
ここで、流路形成部材のノズル板との接合面及び／又は振動板との接合面面積Ａμｍ^２に対して、前記＜１１１＞面で囲まれているエッチング領域はＡμｍ^３以上の容積を持つことが好ましい。また、液室の壁面には酸化膜又は窒化チタン膜が形成されていることが好ましい。
【００１５】
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、流路形成部材はシリコンのドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して形成する構成としたものである。
【００１６】
ここで、異方性ウェットエッチングはシリコン酸化膜／シリコン窒化膜の積層膜をマスクとして行うことが好ましい。
【００１７】
本発明に係るインクカートリッジは、本発明に係る液滴吐出ヘッドからなるインクジェットヘッドとこのインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したものである。
【００１８】
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本発明に係る液滴吐出ヘッドからなるインクジェットヘッド、又は本発明に係るインクジェットヘッド一体型のインクカートリッジを備えたものである。
【００１９】
【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。本発明の液滴吐出ヘッドの実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図３は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図４は同ヘッドの要部平面説明図である。
【００２０】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路形成部材である流路板１と、この流路板１の下面に接合した振動板２と、流路板１の上面に接合したノズル板３とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル４がノズル連通路（連通管）５を介して連通するインク流路である加圧液室（加圧液室）６、加圧液室６にインクを供給するための液供給室である共通液室８にインク供給口９を介して連通する加圧液室６に比して小さな断面をもつ液体供給路であるインク供給路７を形成している。
【００２１】
そして、振動板２の外面側（液室と反対面側）に各加圧液室６に対応して加圧液室６内のインクを加圧するための駆動手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１２を接合し、この圧電素子１２をベース基板１３に接合している。ベース基板１３はチタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性基板を用いている。
【００２２】
また、圧電素子１２の間には加圧液室６、６間の隔壁部６ａに対応して支柱部１４を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子１２と支柱部１４して形成している。支柱部１４も構成は圧電素子１２と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
【００２３】
さらに、振動板１２の外周部はフレーム部材１６にギャップ材を含む接着剤１７にて接合している。このフレーム部材１６には、共通液室８となる凹部、この共通液室８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１８（図５参照）を形成している。このフレーム部材１６は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【００２４】
ここで、流路板１は、、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を後述するようにドライエッチングによる深堀と水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）、ＴＭＡＨ液などのエッチング液を用いた異方性エッチングとを併用することで、ノズル連通路（連通管）５、加圧液室６、インク供給路７となる凹部や穴部を形成したものである。
【００２５】
そして、流路板１のインクに接する面（液流路の壁面）となる加圧液室６、インク供給路７の各壁面には酸化膜、窒化チタン膜或いはポリイミドなどの有機樹脂膜からなる耐液性薄膜１０を成膜している。このような耐液性薄膜１０を形成することで、シリコン基板からなる流路板１０がインクに対して溶出しにくく、また濡れ性も向上するため気泡の滞留が生じにくく、安定した滴吐出が可能になる。
【００２６】
また、この流路板１には、図５ないし図７をも参照して、ノズル板接合面１ａ側及び振動板接合面１ｂ側に、それぞれ接着剤逃がし用の肉抜き部（凹部）４１、４２をエッチングで形成している。この肉抜き部４１、４２は、ノズル板３及び振動板２を接合したときに外部とは連通しない閉じられたエッチング領域であり、この肉抜き部４１、４２はシリコンの＜１１１＞面で囲まれている。
【００２７】
この場合、ノズル板接合面１ａ、振動板接合面１ｂの接合面積Ａμｍ^２に対して、外部とは連通しない閉じられた＜１１１＞面で囲まれているエッチング領域である肉抜き部４１、４２はＡμｍ^３以上の容積を持つように形成している。
【００２８】
図１ないし図４に戻って、振動板２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。
【００２９】
この振動板２は加圧液室６に対応する部分に変形を容易にするための厚みが２〜１０μｍの薄肉部（ダイアフラム部）２１及び圧電素子１２と接合するための厚肉部（島状凸部）２２を形成するとともに、支柱部１４に対応する部分及びフレーム部材１６との接合部にも厚肉部２３を形成し、平坦面側を流路板１に接着剤接合し、島状凸部２２を圧電素子１２に接着剤接合し、更に厚肉部２３を支柱部１４及びフレーム部材１６に接着剤１７で接合している。なお、ここでは、振動板２を２層構造のニッケル電鋳で形成している。この場合、ダイアフラム部２１の厚みは３μｍ、幅は３５μｍ（片側）としている。
【００３０】
ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板１に接着剤接合している。このノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。ここでは、電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成している。また、ノズル４の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成し、このノズル４の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとし、２列配置により３００ｄｐｉとしている。
【００３１】
また、ノズル板３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【００３２】
圧電素子１２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層３１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層３２とを交互に積層したものであり、内部電極３２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極３３、共通電極３４に電気的に接続したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子１２の伸縮により加圧液室６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子１２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子１２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。
【００３３】
なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極３３となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子１２で導通した共通電極３４となる。
【００３４】
そして、圧電素子１２の個別電極３３には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル３５を接続し、このＦＰＣケーブル３５には各圧電素子１２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）を接続している。また、共通電極３４は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル３５のグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。
【００３５】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子１２に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、圧電素子１２に積層方向の変位が生起し、振動板２を介して加圧液室６内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル４からインク滴が吐出される。
【００３６】
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室６内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室６内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室８に流入し、共通液室８からインク供給口９を経てインク供給路７を通り、加圧液室６内に充填される。
【００３７】
なお、インク供給路（流体抵抗部）７は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果がある反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。このインク供給路７の流体抵抗値を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。
【００３８】
このように、このインクジェットヘッドにおいては、流路形成部材である流路板１のノズル板接合面１ａ、振動板接合面１ｂに外部とは連通しない閉じられたエッチング領域である肉抜き部４１、４２を形成しているので、ノズル板３、振動板２を接着剤１７等で接合したときに、余分な接着剤が肉抜き部４１、４２に流れ込むので、ノズル４、連通管５や加圧液室６などに流路に接着剤が流れ込むことが防止され、安定した滴吐出を行うことができ、信頼性が向上する。
【００３９】
そして、これらの肉抜き部４１、４２は、シリコンの＜１１１＞面で囲まれた領域とするので、Ｖ字形状でエッチングをストップさせることができ、必要な深さに制御することが可能になって、結果として流路板１の剛性が低下することを可及的に防止できる。
【００４０】
そして、この場合、ノズル板接合面１ａ、振動板接合面１ｂの接合面積Ａμｍ^２に対して、外部とは連通しない閉じられた＜１１１＞面で囲まれているエッチング領域である肉抜き部４１、４２はＡμｍ^３以上の容積を持つように形成することで、確実に接着剤が接着面からノズル連通路（連通管）に溢れ出ることを抑制できる。
【００４１】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法に係る第１実施形態の製造工程について図８を参照して説明する。
先ず、図８（ａ）に示すように、厚さ４００μｍで面方位（１１０）のシリコン基板（シリコンウエハを用いる。）５１を用意し、このシリコン基板５１両表面に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜５２ａ、５２ｂを形成した。
【００４２】
なお、使用するウエハの種類は両面研磨ウエハ、両面未研磨ウエハ、片面未研磨ウエハのいずれのウエハであっても良く、また比抵抗も揃っている必要はなく、例えばここでは、比抵抗０．１−１００Ωｃｍのウエハを使用している。
【００４３】
次いで、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板６１のノズル板接合面側のシリコン酸化５２ａ表面に、ノズル連通路５を形成するための開口と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部（肉抜き部）４１を形成するための各開口とを有するレジストパターン６４を形成した。そして、ドライエッチングを行って、シリコン酸化膜５２ａに、ノズル連通路５を形成するための開口５５と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４１を形成するための開口５６とをパターニングする。
【００４４】
次に、同図（ｃ）に示すように、シリコン基板５１の振動板接合面側のシリコン酸化膜５２ｂ表面に、加圧液室６を形成するための開口と振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部（肉抜き部）４２を形成するための開口とを有するレジストパターン５７を形成する。そして、ドライエッチングを行ってシリコン酸化膜５２ｂに加圧液室６を形成するための開口５８と振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４２を形成するための開口５９とをパターニングする。
【００４５】
次いで、同図（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜５２ａの開口５５、５６を埋め込み、ノズル連通路５を形成するための開口を有するレジストパターン６０を形成し、ＩＣＰドライエッチャーを使用して、シリコン基板５１にノズル板接合面側から掘り込み６１を形成した。この際のレジストパターン６０の膜厚は８μｍにて行った。
【００４６】
その後、同図（ｅ）に示すように、レジストパターン６０を除去して、水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い、シリコン基板５１を貫通させてノズル連通路５となる貫通穴、加圧液室６となる凹部、肉抜き部４１、４２となる凹部を形成した。ここで、加圧液室部形成時のシリコンの異方性エッチングは、水酸化カリウム水溶液として溶液濃度３０％のものを用いて、処理温度８５℃で行った。
【００４７】
そして、同図（ｆ）に示すように、シリコン酸化膜５２ａ、５２ｂを除去し、その後図示しないが、耐インク接液膜（耐液性薄膜）１０としてシリコン酸化膜を１μｍの厚さで形成して、インクジェット用流路板１を得た。
【００４８】
ここで、流路板１の振動板接合面及びノズル板接合面の形状は、振動板２及びノズル板３接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４１、４２のパターンとして＜１１１＞面で囲まれているエッチング領域をＶ字形状でエッチングストップする形状となるようにパターニングを行った。これにより、肉抜き部４１、４２の深さ寸法を容易に制御することができて、流路板１の剛性低下を抑制することができ、接着剤の溢れを防止できて安定した信頼性の高いヘッドが得られた。
【００４９】
また、振動板あるいはノズル接合面の接合面積Ａμｍ^２に対して、振動板あるいはノズル接合面の振動板あるいはノズル接合時に外部とは連通しない閉じられた＜１１１＞面で囲まれているエッチング領域はＡμｍ^３以上の容積を持つようにパターニングを行ったので、接合時に接着剤がノズル連通路（連通管）に流れ込むこともないことが確認できた。
【００５０】
そして、この製造工程においては、流路形成部材をシリコンから形成し、ドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して、必要なノズル連通路や加圧液室などの流路を形成したので、精度よく加圧液室を形成することが可能となり、吐出特性にばらつきのないヘッドが得られた。
【００５１】
また、シリコン酸化膜のみをマスクとして異方性ウェットエッチングを行って加圧液室を形成しているので、マスク作製工程が簡単で短工程のプロセスで済み、低コスト化を図れた。
【００５２】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法に係る第２実施形態の製造工程について図９及び図１０を参照して説明する。
先ず、図９（ａ）に示すように、厚さ４００μｍで面方位（１１０）のシリコン基板（シリコンウエハを用いる。）７１を用意し、このシリコン基板７１両表面に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜７２ａ、７２ｂ及び厚さ０．１５μｍのシリコン窒化膜７３ａ、７３を形成した。なお、窒化膜７３ａ、７３ｂはＬＰ−ＣＶＤで形成した。
【００５３】
使用するウエハの厚みはそのまま連通管の高さ寸法となるので、６００μｍ以下にウエハを使用することが好ましい。また、使用するウエハの種類は両面研磨ウエハ、両面未研磨ウエハ、片面未研磨ウエハのいずれのウエハであっても良く、また比抵抗も揃っている必要はなく、例えばここでは、比抵抗０．１−１００Ωｃｍのウエハを使用している。
【００５４】
次いで、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板７１のノズル板接合面側のシリコン窒化膜７３ａ表面に、ノズル連通路５を形成するための開口と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４１を形成するための開口とを有するレジストパターン７４ａを形成した。
【００５５】
そして、ドライエッチングを行って、シリコン窒化膜７３ａに、ノズル連通路５を形成するための開口７５と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４１を形成するための開口７６をパターニングする。
【００５６】
その後、同図（ｃ）に示すように、シリコン基板７１のノズル板接合面側のシリコン窒化膜７３ａを埋め込み、ノズル連通路５を形成するための開口を有するレジストパターン７４ｃ形成し、ドライエッチングを行って、シリコン窒化膜７３ａの開口７５に連続してシリコン酸化膜７２ａにノズル連通路５を形成するための開口（以下では両開口を単に「開口７５」と表記する。）をパターニングする。
【００５７】
次に、同図（ｄ）に示すように、シリコン基板７１の振動板接合面側のシリコン窒化膜７３ｂ表面に、加圧液室６を形成するための開口と、振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４１を形成するための開口とを有するレジストパターン７４ｂを形成した。
【００５８】
そして、ドライエッチングを行って、シリコン窒化膜７３ａに、加圧液室６を形成するための開口７７と、振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４２を形成するための開口７８をパターニングする。
【００５９】
次いで、同図（ｅ）に示すように、シリコン基板７１の振動板接合面側のシリコン窒化膜７３ｂを埋め込み、ノズル連通路５を形成するための開口を有するレジストパターン７４ｄ形成し、ドライエッチングを行って、シリコン酸化膜７２ａにノズル連通路５を形成するための開口７９をパターニングする。
【００６０】
その後、図１０（ａ）に示すように、レジストでシリコン窒化膜７３ａの開口７５、７６を埋め込み、ノズル連通路５を形成するための開口を有するレジストパターンのマスク８０を形成した。このときのレジストの膜厚は８μｍとした。そして、ＩＣＰドライエッチャーを使用して、シリコン基板７１にノズル連通路５を形成するための深堀８１を形成した。なお、ＩＣＰエッチングはノズル板接合面側から行っているが、振動板接合面側から行うこともできる。
【００６１】
次いで、同図（ｂ）に示すように、マスク８０を除去して、水酸化カリウム水溶液によりシリコン基板７１の異方性エッチングを行ってノズル連通路５となる連通管８３を貫通形成した。
【００６２】
その後、同図（ｃ）に示すように、ウエットエッチングにより、ノズル板との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４１を形成するための開口８５に対応するシリコン酸化膜７２ａを除去するとともに、加圧液室６を形成するための開口８６と、振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４２を形成するための開口８７に対応するシリコン酸化膜７２ｂを除去する。
【００６３】
そして、同図（ｄ）に示すように、再度水酸化カリウム水溶液により、シリコン基板７１の異方性エッチングを行って、シリコン基板７１に、加圧液室６となる凹部、肉抜き部４１、４２となる各凹部を形成した。ここで、加圧液室部形成時のシリコンの異方性エッチングは、水酸化カリウム水溶液として溶液濃度３０％のものを用いて、処理温度８５℃で行った。
【００６４】
そして、同図（ｅ）に示すように、シリコン窒化膜７３ａ、７３ｂ及びシリコン酸化膜７２ａ、７２ｂを除去し、その後図示しないが、耐インク接液膜（耐液性薄膜）１０としてシリコン酸化膜を１μｍの厚さで形成して、インクジェット用流路板１を得た。
【００６５】
そして、この製造工程においては、流路形成部材をシリコンから形成し、ドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して、必要なノズル連通路や加圧液室などの流路を形成したので、精度よく加圧液室を形成することが可能となり、吐出特性にばらつきのないヘッドが得られた。
【００６６】
また、シリコン酸化膜／シリコン窒化膜の積層膜をマスクとして異方性ウェットエッチングを行ったので、シリコン窒化膜膜、シリコン酸化膜をそれぞれエッチングのマスクとして使用することでき、寸法制御性に優れたヘッドが得られる。
【００６７】
なお、上記本発明に係る液滴吐出ヘッドの実施形態においては、圧力発生手段として積層型圧電素子を用いた例で説明しているがこれに限るものではなく、例えば図１１ないし図１３に示すように、その他の圧力発生手段を用いるヘッドにも本発明を適用することができる。
【００６８】
すなわち、図１１に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に薄膜圧電素子１０１を用いたヘッドである。また、図１２に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に所定のギャップを置いて対向する電極１０２を設けた電極基板１０３を備え、振動板２と電極１０２との間で静電力を発生させることで振動板２を電極１０２側に変形させる静電型ヘッドである。さらに、図１３に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に代えて電極基板１０４を接合し、この電極基板１０４の加圧液室６側にインクを加熱して膜沸騰で気泡を発生させる発熱抵抗体１０５を配設したサーマル型ヘッドである。
【００６９】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドとインクタンクと一体にしたタンク一体型ヘッドについて図１４を参照して説明する。
このインクカートリッジ（インクタンク一体型ヘッド）２００は、ノズル孔２０１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２０２と、このインクジェットヘッド２０２に対してインクを供給するインクタンク２０３とを一体化したものである。
【００７０】
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの信頼性はただちに全体の信頼性につながるので、上述したように接合不良が生じないインクジェットヘッドを一体化することで、全体の歩留まりが向上して低コスト化を図れ、また、信頼性が向上する。
【００７１】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドからなるインクジェットヘッド（インクタンク一体型ヘッドを含む）を搭載したインクジェット記録装置の一例について図１５及び図１６を参照して説明する。なお、図１５は同記録装置の斜視説明図、図１６は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００７２】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体２１１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２１２等を収納し、装置本体２１１の下方部には前方側から多数枚の用紙２１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）２１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙２１３を手差しで給紙するための手差しトレイ２１５を開倒することができ、給紙カセット２１４或いは手差しトレイ２１５から給送される用紙２１３を取り込み、印字機構部２１２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２１６に排紙する。
【００７３】
印字機構部２１２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２２１と従ガイドロッド２２２とでキャリッジ２２３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ２２３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２２４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２２３にはヘッド２２４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２２５を交換可能に装着している。なお、上述したインクタンク一体型のインクカートリッジを搭載するようにすることもできる。
【００７４】
インクカートリッジ２２５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。
【００７５】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド２２４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。
【００７６】
ここで、キャリッジ２２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド２２１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２２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ２２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ２２７で回転駆動される駆動プーリ２２８と従動プーリ２２９との間にタイミングベルト２３０を張装し、このタイミングベルト２３０をキャリッジ２２３に固定しており、主走査モーター２２７の正逆回転によりキャリッジ２２３が往復駆動される。
【００７７】
一方、給紙カセット２１４にセットした用紙２１３をヘッド２２４の下方側に搬送するために、給紙カセット２１４から用紙２１３を分離給装する給紙ローラ２３１及びフリクションパッド２３２と、用紙２１３を案内するガイド部材２３３と、給紙された用紙２１３を反転させて搬送する搬送ローラ２３４と、この搬送ローラ２３４の周面に押し付けられる搬送コロ２３５及び搬送ローラ２３４からの用紙２１３の送り出し角度を規定する先端コロ２３６とを設けている。搬送ローラ２３４は副走査モータ２３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００７８】
そして、キャリッジ２２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２３４から送り出された用紙２１３を記録ヘッド２２４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２３９を設けている。この印写受け部材２３９の用紙搬送方向下流側には、用紙２１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ２４１、拍車２４２を設け、さらに用紙２１３を排紙トレイ２１６に送り出す排紙ローラ２４３及び拍車２４４と、排紙経路を形成するガイド部材２４５，２４６とを配設している。
【００７９】
記録時には、キャリッジ２２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２２４を駆動することにより、停止している用紙２１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙２１３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２１３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２１３を排紙する。この場合、ヘッド２２４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドは安定した滴吐出を行うことができるので、安定して高い画像品質の画像を記録することができる。
【００８０】
また、キャリッジ２２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド２２４の吐出不良を回復するための回復装置２４７を配置している。回復装置２４７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２２３は印字待機中にはこの回復装置２４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド２２４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。
【００８１】
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２２４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。
【００８２】
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を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、信頼性が高く、安定したインク滴吐出特性が得られて、高画質記録を行うことができる。
【００８３】
なお、上記実施形態においては、本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液体の滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド、遺伝子分析試料を吐出する液滴吐出ヘッドなどにも適用することできる。
【００８４】
【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、流路形成部材がシリコン基板から形成され、この流路形成部材のノズル板との接合面及び／又は振動板との接合面に外部とは連通しない閉じられたエッチング領域を形成し、このエッチング領域は＜１１１＞面で囲まれている構成としたので、流路形成部材の剛性低下を抑制して、しかも接着剤の溢れ出しを防止できて、安定した滴吐出特性を得ることができる。
【００８５】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、流路形成部材をシリコンで形成した本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する製造方法であって、流路形成部材はドライエッチングによる深堀又はドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して形成する構成としたので、低コストで信頼性の高いヘッドを得ることができる。
【００８６】
本発明に係るインクカートリッジは、本発明に係る液滴吐出ヘッドとインクタンクとを一体化したので、流路形成部材の剛性低下を抑制して、しかも接着剤の溢れ出しを防止できて、安定した滴吐出特性を得ることができるカートリッジが得られる。
【００８７】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッド又はインクカートリッジである構成としたので、信頼性が向上し、安定して高品質画像を記録することができる。
【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】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図３】同ヘッドの液室短手方向に沿う要部断面説明図
【図４】同ヘッドの要部平面説明図
【図５】同ヘッドの流路形成部材の断面説明図
【図６】同流路形成部材のノズル板接合面側の平面説明図
【図７】同流路形成部材の振動板接合面側の平面説明図
【図８】本発明に係る製造方法の第１実施形態の製造工程を説明する説明図
【図９】本発明に係る製造方法の第２実施形態の製造工程を説明する説明図
【図１０】図９に続く工程を説明する説明図
【図１１】インクジェットヘッドの他の例を示す断面説明図
【図１２】インクジェットヘッドの更に他の例を示す断面説明図
【図１３】インクジェットヘッドの更にまた他の例を示す断面説明図
【図１４】本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクタンクと一体化したインクカートリッジの説明に供する斜視説明図
【図１５】本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図
【図１６】同記録装置の機構部の側面説明図
【符号の説明】
１…流路板、２…振動板、３…ノズル板、４…ノズル、５…ノズル連通路（連通管）、６…加圧液室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０…耐液性薄膜、１２…圧電素子、１３…ベース基板、４１、４２…接着剤逃がし用肉抜き部、２１４…記録ヘッド。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a droplet discharge head and a method of manufacturing the same, an ink cartridge, and an ink jet recording apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An ink jet recording apparatus used as an image recording apparatus (image forming apparatus) such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, and a plotter includes a nozzle for ejecting ink droplets and an ink flow path (ejection chamber, pressure chamber, pressurizing chamber) communicating with the nozzle. An ink jet head as a droplet discharge head including a liquid chamber, a liquid chamber, and the like) and a driving unit that pressurizes the ink in the ink flow path is mounted. 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, but the following description will focus on an inkjet head.
[0003]
As an ink-jet head, as an energy generating means for generating energy for pressurizing the ink in the ink flow path, a piezoelectric element is used to deform a diaphragm forming a wall surface of the ink flow path to change the volume in the ink flow path. So-called piezo-type, which discharges ink droplets by heating, or so-called thermal-type, which discharges ink droplets by pressure generated by heating ink in an ink flow path using a heating resistor to generate bubbles The diaphragm and the electrode forming the wall surface of the flow path are arranged to face each other, and the vibration plate is deformed by an electrostatic force generated between the vibration plate and the electrode, thereby changing the volume of the ink flow path and causing ink droplets to change. Electrostatic discharge types and the like are known.
[0004]
Among these various heads, a pressure plate (liquid chamber) is formed by bonding a nozzle plate (nozzle forming member) having a nozzle opening and a diaphragm to both surfaces of a spacer (flow path forming member). However, the inkjet head of the type in which the vibration plate is deformed by the piezoelectric vibrator does not use thermal energy as a driving source for flying ink droplets, so there is no deterioration of the ink due to heat, and especially color ink which is easily deteriorated by heat. There is an advantage in discharging. Moreover, since the amount of ink droplets can be freely adjusted by adjusting the amount of displacement of the piezoelectric vibrator, the head is optimal for configuring an ink jet recording apparatus for high quality color printing. .
[0005]
By the way, the ink jet head can record and print at an extremely high resolution by reducing the size of the ink droplet because dots on the recording medium are constituted by ink droplets.
[0006]
However, for efficient recording, it is necessary to increase the number of ink openings (increase the number of nozzles). In particular, in the case of using a piezoelectric vibrator as a driving unit, the energy of the piezoelectric vibrator is reduced. It is necessary to increase the size of the pressure chamber (pressurized liquid chamber) for efficient use. This conflicts with the demand for a smaller head. In order to solve such contradictory problems, the walls (partitions) that partition the adjacent pressure chambers are usually made thinner, and the shape of the pressure chambers is made longer and deeper in the longitudinal direction to increase the volume. ing.
[0007]
Such a pressure chamber and a reservoir are formed by a flow path forming member which is a member for maintaining a distance between the diaphragm and the nozzle plate at a predetermined value. As described above, the pressure chamber and the reservoir have a very small and complicated shape. Due to the necessity of forming the pressure chamber, an etching technique is usually used. As a material for forming such a flow path forming member, a photosensitive resin film is often used. However, since the mechanical strength is low, crosstalk or bending is caused to obtain high resolution. There is a problem that quality is reduced.
[0008]
Therefore, a component manufacturing technology using anisotropic etching of a silicon single crystal substrate capable of processing a fine shape with high accuracy by a relatively simple method, that is, a member forming an ink jet head by applying a so-called micromachining technology is used. Processing is performed. In particular, pressure chambers and reservoirs are formed by performing anisotropic etching using a single crystal silicon substrate having a crystal orientation (110) as a flow path forming member. Spacers made of single-crystal silicon have high mechanical rigidity, which can reduce the deflection of the entire recording head due to deformation of the piezoelectric vibrator, and the pressure chamber because the etched wall surface is almost perpendicular to the surface. Has a great advantage that it is possible to form the same uniformly.
[0009]
However, in a head having a configuration in which a nozzle plate having a nozzle formed on a flow path forming member formed from a silicon substrate or a vibration plate forming a wall surface of a liquid chamber is bonded with an adhesive, the adhesive has a liquid flow path or a nozzle. When it protrudes into the communication path with the channel, the flow path shape changes.
[0010]
Therefore, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-348282 discloses a substrate (a nozzle forming member) in which a nozzle hole is formed using an adhesive on a substrate (a flow path forming member) in which an ink chamber, an ink supply port, and an ink reservoir are formed. ), Wherein a plurality of recesses are formed in a zigzag pattern along the edges of the ink chamber and the reservoir on the substrate as the flow path forming member, and the substrate as the nozzle forming member is bonded with an adhesive. A head is described in which a residual adhesive which may sometimes occur is accommodated in a recess so that the adhesive does not flow into an ink flow path.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, since the number of channels increases, the liquid chamber depth increases, and the width of the partition walls is reduced, the flow path forming member allows excess adhesive to flow therethrough. Becomes deeper, and the problem that the rigidity of the flow path forming member is reduced occurs.
[0012]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a highly reliable droplet discharge head that suppresses a decrease in rigidity of a flow path forming member as much as possible while forming a region into which excess adhesive flows. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method thereof, an ink cartridge in which the droplet discharge head is integrated, and an ink jet recording apparatus in which the reliability is improved by mounting the droplet discharge head or the ink cartridge.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in a droplet discharge head according to the present invention, a flow path forming member is formed from a silicon substrate, and a bonding surface of the flow path forming member with a nozzle plate and / or a bonding surface with a vibration plate. , A closed etching region not communicating with the outside was formed, and this etching region was surrounded by the <111> plane.
[0014]
Here, the etching area surrounded by the <111> plane has a volume of A μm ³ or more with respect to the area A μm ² of the bonding surface of the flow path forming member with the nozzle plate and / or the bonding surface with the vibration plate. Is preferred. Preferably, an oxide film or a titanium nitride film is formed on the wall surface of the liquid chamber.
[0015]
The method for manufacturing the droplet discharge head according to the present invention is a method for manufacturing the droplet discharge head according to the present invention, wherein the flow path forming member uses a combination of deep etching by silicon dry etching and anisotropic wet etching. It is configured to be formed by forming.
[0016]
Here, it is preferable that the anisotropic wet etching is performed using the silicon oxide film / silicon nitride film stacked film as a mask.
[0017]
The ink cartridge according to the present invention integrates an ink jet head including the droplet discharge head according to the present invention and an ink tank that supplies ink to the ink jet head.
[0018]
An ink jet recording apparatus according to the present invention includes an ink jet head including the liquid drop discharging head according to the present invention for discharging ink droplets or an ink cartridge integrated with an ink jet head according to the present invention.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. An ink jet head according to an embodiment of the droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is an exploded perspective view of the head, FIG. 2 is a cross-sectional view of the head along the longitudinal direction of the liquid chamber, FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of the head along the lateral direction of the liquid chamber, and FIG. FIG. 3 is an explanatory plan view of a main part of a head.
[0020]
This ink jet head includes a flow path plate 1 as a flow path forming member formed of a single crystal silicon substrate, a vibration plate 2 bonded to a lower surface of the flow path plate 1, and a nozzle plate bonded to an upper surface of the flow path plate 1. A pressurized liquid chamber (pressurized liquid chamber) 6, which is an ink flow path through which a nozzle 4 for discharging ink droplets, which is a droplet, communicates via a nozzle communication path (communication pipe) 5. An ink which is a liquid supply path having a smaller cross section than the pressurized liquid chamber 6 which communicates via an ink supply port 9 with a common liquid chamber 8 which is a liquid supply chamber for supplying ink to the pressurized liquid chamber 6. A supply path 7 is formed.
[0021]
An electric machine which is a driving means (actuator means) for pressurizing ink in the pressurized liquid chamber 6 corresponding to each pressurized liquid chamber 6 on the outer surface side (the opposite side to the liquid chamber) of the diaphragm 2. A laminated piezoelectric element 12 as a conversion element is joined, and this piezoelectric element 12 is joined to a base substrate 13. The base substrate 13 uses an insulating substrate such as barium titanate, alumina, and forsterite.
[0022]
In addition, between the piezoelectric elements 12, support columns 14 are provided corresponding to the partition walls 6 a between the pressurized liquid chambers 6. Here, the piezoelectric element member is subjected to slit processing by half-cut dicing so as to be divided into a comb-tooth shape, and each of the piezoelectric element members is formed as a piezoelectric element 12 and a support portion 14. The structure of the support 14 is the same as that of the piezoelectric element 12, but is a simple support because no drive voltage is applied.
[0023]
Further, the outer peripheral portion of the diaphragm 12 is joined to the frame member 16 with an adhesive 17 containing a gap material. The frame member 16 has a recess serving as the common liquid chamber 8 and an ink supply hole 18 (see FIG. 5) for supplying ink to the common liquid chamber 8 from outside. The frame member 16 is formed by injection molding of, for example, epoxy resin or polyphenylene sulphite.
[0024]
Here, the flow path plate 1 is formed, for example, by using a single-crystal silicon substrate having a crystal plane orientation of (110) by dry etching and using an etching solution such as an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) or TMAH as described later. By using the isotropic etching together, a concave portion or a hole serving as a nozzle communication passage (communication tube) 5, a pressurized liquid chamber 6, and an ink supply passage 7 is formed.
[0025]
The pressurized liquid chamber 6 serving as a surface (wall surface of the liquid flow path) of the flow path plate 1 which is in contact with the ink, and each wall surface of the ink supply path 7 are formed of an oxide film, a titanium nitride film, or an organic resin film such as polyimide. A liquid-resistant thin film 10 is formed. By forming such a liquid-resistant thin film 10, the flow path plate 10 made of a silicon substrate is hardly eluted with ink, and the wettability is also improved. Will be possible.
[0026]
Referring to FIGS. 5 to 7, the flow channel plate 1 has a thinned portion (concave portion) 41 for releasing the adhesive on the nozzle plate joining surface 1a side and the diaphragm joining surface 1b side, respectively. 42 is formed by etching. The lightening portions 41 and 42 are closed etching regions that do not communicate with the outside when the nozzle plate 3 and the vibration plate 2 are joined, and the lightening portions 41 and 42 are surrounded by a <111> plane of silicon. Have been.
[0027]
In this case, with respect to the joint area A μm ^{2 of} the nozzle plate joining surface 1a and the diaphragm joining surface 1b, the lightening portions 41 and 42, which are etching regions surrounded by a closed <111> plane that does not communicate with the outside. Is formed to have a volume of A μm ³ or more.
[0028]
Returning to FIGS. 1 to 4, the diaphragm 2 is formed from a nickel metal plate, and is manufactured by, for example, an electroforming method (electroforming method). It is also possible to use a joint member between the resin and the resin plate.
[0029]
The vibration plate 2 has a thin portion (diaphragm portion) 21 having a thickness of 2 to 10 μm for facilitating deformation at a portion corresponding to the pressurized liquid chamber 6 and a thick portion (island shape) for joining with the piezoelectric element 12. (A convex portion) 22 and a thick portion 23 also at a portion corresponding to the support portion 14 and a joint portion with the frame member 16, and the flat surface side is bonded to the flow path plate 1 with an adhesive to form an island shape. The convex portion 22 is bonded to the piezoelectric element 12 with an adhesive, and the thick portion 23 is further bonded to the support portion 14 and the frame member 16 with an adhesive 17. Here, diaphragm 2 is formed by nickel electroforming of a two-layer structure. In this case, the thickness of the diaphragm 21 is 3 μm and the width is 35 μm (one side).
[0030]
The nozzle plate 3 forms a nozzle 4 having a diameter of 10 to 35 μm corresponding to each pressurized liquid chamber 6 and is bonded to the flow path plate 1 with an adhesive. The nozzle plate 3 may be made of a metal such as stainless steel or nickel, a combination of a metal and a resin such as a polyimide resin film, silicon, or a combination thereof. Here, it is formed by a Ni plating film or the like by an electroforming method. Further, the inner shape (inner shape) of the nozzle 4 is formed in a horn shape (a substantially columnar shape or a substantially truncated cone shape), and the hole diameter of the nozzle 4 is approximately 20 to 20 in diameter on the ink droplet outlet side. It is 35 μm. Further, the nozzle pitch of each row is set to 150 dpi, and is set to 300 dpi by two rows.
[0031]
In addition, a water-repellent treatment layer (not shown) that has been subjected to a water-repellent surface treatment is provided on the nozzle surface (surface in the discharge direction: discharge surface) of the nozzle plate 3. Examples of the water-repellent layer include PTFE-Ni eutectoid plating, electrodeposition coating of a fluororesin, evaporation-coated fluororesin (for example, pitch fluoride), silicon-based resin and fluorine-based resin. A water-repellent treatment film selected according to the physical properties of the ink, such as baking after the application of a solvent, is provided to stabilize the ink droplet shape and flying characteristics and obtain high-quality image quality.
[0032]
The piezoelectric element 12 includes a piezoelectric layer 31 of lead zirconate titanate (PZT) having a thickness of 10 to 50 μm / 1 and an internal electrode layer 32 of silver / palladium (AgPd) having a thickness of several μm / 1. The internal electrodes 32 are alternately electrically connected to the individual electrodes 33 and the common electrodes 34 which are end electrodes (external electrodes) on the end faces. The pressurized liquid chamber 6 is contracted and expanded by expansion and contraction of the piezoelectric element 12 whose piezoelectric constant is d33. When a drive signal is applied to the piezoelectric element 12 and charging is performed, the piezoelectric element 12 expands, and when the electric charge charged to the piezoelectric element 12 discharges, it contracts in the opposite direction.
[0033]
The end face electrode on one end face of the piezoelectric element member is divided into individual electrodes 33 by dicing processing by half-cutting, and the end face electrode on the other end face is not divided by restriction by processing such as a notch. The conductive common electrode 34 is formed.
[0034]
An FPC cable 35 is connected to the individual electrode 33 of the piezoelectric element 12 by solder bonding, ACF (anisotropic conductive film) bonding or wire bonding to give a drive signal. Is connected to a drive circuit (driver IC) for selectively applying a drive waveform. The common electrode 34 is connected to a ground (GND) electrode of the FPC cable 35 by providing an electrode layer at the end of the piezoelectric element and running it around.
[0035]
In the ink jet head configured as described above, for example, by applying a drive waveform (pulse voltage of 10 to 50 V) to the piezoelectric element 12 in accordance with a recording signal, a displacement in the stacking direction occurs in the piezoelectric element 12 and vibration is generated. The ink in the pressurized liquid chamber 6 is pressurized via the plate 2, the pressure increases, and ink droplets are ejected from the nozzles 4.
[0036]
Thereafter, with the end of the ink droplet ejection, the ink pressure in the pressurized liquid chamber 6 decreases, and a negative pressure is generated in the pressurized liquid chamber 6 due to the inertia of the ink flow and the discharge process of the driving pulse to fill the ink. Move to the process. At this time, the ink supplied from an ink tank (not shown) flows into the common liquid chamber 8, passes through the ink supply port 9 from the common liquid chamber 8, and fills the pressurized liquid chamber 6 through the ink supply path 7.
[0037]
The ink supply path (fluid resistance section) 7 is effective in attenuating residual pressure vibration after ejection, but is resistant to refilling due to surface tension. By appropriately selecting the fluid resistance value of the ink supply path 7, a balance between the attenuation of the residual pressure and the refill time can be achieved, and the time (drive cycle) required to shift to the next ink droplet ejection operation can be shortened.
[0038]
As described above, in this ink jet head, the lightening portion 41 which is a closed etching region which does not communicate with the outside on the nozzle plate joining surface 1a and the diaphragm joining surface 1b of the flow path plate 1 which is the flow path forming member, When the nozzle plate 3 and the vibration plate 2 are joined with the adhesive 17 or the like, the excess adhesive flows into the lightening portions 41 and 42 because the nozzle plate 3 and the vibration plate 2 are joined. Adhesive is prevented from flowing into the flow path into the liquid chamber 6 and the like, stable droplet ejection can be performed, and reliability is improved.
[0039]
Since the lightening portions 41 and 42 are regions surrounded by the <111> plane of silicon, etching can be stopped in a V-shape, and the depth can be controlled to a required depth. As a result, it is possible to prevent the rigidity of the flow path plate 1 from decreasing as much as possible.
[0040]
In this case, with respect to the bonding area A μm ^{2 of} the nozzle plate bonding surface 1a and the diaphragm bonding surface 1b, the lightened portion 41 which is an etching region surrounded by a closed <111> surface that does not communicate with the outside. , 42 are formed so as to have a volume of A μm ³ or more, so that it is possible to reliably prevent the adhesive from overflowing from the bonding surface to the nozzle communication passage (communication tube).
[0041]
Next, the manufacturing process of the first embodiment according to the method of manufacturing a droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 8A, a silicon substrate (using a silicon wafer) 51 having a thickness of 400 μm and a plane orientation (110) is prepared, and a silicon substrate having a thickness of 1.0 μm is formed on both surfaces of the silicon substrate 51. Oxide films 52a and 52b were formed.
[0042]
The type of wafer to be used may be any of a double-sided polished wafer, a double-sided unpolished wafer, and a single-sided unpolished wafer, and the specific resistance does not need to be uniform. A 1-100 Ωcm wafer is used.
[0043]
Next, as shown in FIG. 3B, an opening for forming the nozzle communication passage 5 and the excess adhesive at the time of joining with the nozzle plate 3 are formed on the surface of the silicon oxide 52a on the nozzle plate joining surface side of the silicon substrate 61. A resist pattern 64 having openings for forming the concave portions (lightening portions) 41 into which the agent flows was formed. Then, dry etching is performed to form an opening 55 for forming the nozzle communication passage 5 in the silicon oxide film 52a and a lightening portion 41 for flowing excess adhesive at the time of joining with the nozzle plate 3. The openings 56 are patterned.
[0044]
Next, as shown in FIG. 4C, the opening for forming the pressurized liquid chamber 6 and the diaphragm 2 at the time of bonding the diaphragm 2 to the surface of the silicon oxide film 52b on the diaphragm bonding surface side of the silicon substrate 51 are formed. A resist pattern 57 having an opening for forming a concave portion (lightening portion) 42 into which excess adhesive flows is formed. Then, an opening 58 for forming the pressurized liquid chamber 6 in the silicon oxide film 52b by performing dry etching and an opening 59 for forming the lightening portion 42 into which excess adhesive flows when the diaphragm 2 is joined. Are patterned.
[0045]
Next, as shown in FIG. 3D, a resist pattern 60 having an opening for forming the nozzle communication passage 5 is formed by filling the openings 55 and 56 of the silicon oxide film 52a, and using an ICP dry etcher. A dug 61 was formed in the silicon substrate 51 from the nozzle plate joining surface side. At this time, the thickness of the resist pattern 60 was set to 8 μm.
[0046]
Thereafter, as shown in FIG. 3E, the resist pattern 60 is removed, silicon is anisotropically etched with an aqueous solution of potassium hydroxide, and a through-hole which becomes the nozzle communication passage 5 through the silicon substrate 51 is formed. A concave portion serving as the pressurized liquid chamber 6 and a concave portion serving as the lightening portions 41 and 42 were formed. Here, the silicon anisotropic etching at the time of forming the pressurized liquid chamber portion was performed at a processing temperature of 85 ° C. using a potassium hydroxide aqueous solution having a solution concentration of 30%.
[0047]
Then, as shown in FIG. 1F, the silicon oxide films 52a and 52b are removed, and thereafter, although not shown, a silicon oxide film having a thickness of 1 μm is formed as the ink-resistant liquid contact film (liquid-resistant thin film) 10. Thus, the ink jet flow channel plate 1 was obtained.
[0048]
Here, the shape of the diaphragm joining surface and the nozzle plate joining surface of the flow path plate 1 is the <111> surface as a pattern of the lightening portions 41 and 42 into which the surplus adhesive flows when the diaphragm 2 and the nozzle plate 3 are joined. The patterning was performed so that the etching area surrounded by the mark was stopped in a V-shape. Thereby, the depth dimension of the lightening portions 41 and 42 can be easily controlled, the rigidity of the flow path plate 1 can be suppressed, the overflow of the adhesive can be prevented, and the reliability is stable. A high head was obtained.
[0049]
Further, with respect to the bonding area A μm ² of the diaphragm or the nozzle bonding surface, the etching area surrounded by the closed <111> plane that does not communicate with the outside during the vibration plate or the nozzle bonding surface of the diaphragm or the nozzle is bonded. Since patterning was performed so as to have a volume of A μm ³ or more, it was confirmed that the adhesive did not flow into the nozzle communication path (communication tube) at the time of bonding.
[0050]
In this manufacturing process, the flow path forming member is formed from silicon, and the necessary channels such as the nozzle communication path and the pressurized liquid chamber are formed by using both the deep etching by dry etching and the anisotropic wet etching. As a result, a pressurized liquid chamber can be formed with high accuracy, and a head having no variation in ejection characteristics can be obtained.
[0051]
In addition, since the pressurized liquid chamber is formed by performing anisotropic wet etching using only the silicon oxide film as a mask, the mask manufacturing process is simple, a short process is required, and the cost is reduced.
[0052]
Next, a manufacturing process of a second embodiment according to a method of manufacturing a droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 9A, a silicon substrate (using a silicon wafer) 71 having a thickness of 400 μm and a plane orientation of (110) is prepared, and a silicon substrate having a thickness of 1.0 μm is formed on both surfaces of the silicon substrate 71. Oxide films 72a and 72b and silicon nitride films 73a and 73 having a thickness of 0.15 μm were formed. Note that the nitride films 73a and 73b were formed by LP-CVD.
[0053]
Since the thickness of the wafer to be used becomes the height of the communicating pipe as it is, it is preferable to use the wafer with a thickness of 600 μm or less. The type of wafer used may be any of a double-sided polished wafer, a double-sided unpolished wafer, and a single-sided unpolished wafer, and the specific resistance does not need to be uniform. A 1-100 Ωcm wafer is used.
[0054]
Next, as shown in FIG. 6B, an opening for forming the nozzle communication passage 5 and a surplus at the time of joining with the nozzle plate 3 are formed on the surface of the silicon nitride film 73 a on the nozzle plate joining surface side of the silicon substrate 71. A resist pattern 74a having an opening for forming the lightening portion 41 into which the adhesive flows was formed.
[0055]
Then, dry etching is performed to form an opening 75 for forming the nozzle communication passage 5 in the silicon nitride film 73a and a lightening portion 41 for flowing excess adhesive at the time of joining with the nozzle plate 3. The opening 76 is patterned.
[0056]
Thereafter, as shown in FIG. 4C, a silicon nitride film 73a on the nozzle plate bonding surface side of the silicon substrate 71 is buried, a resist pattern 74c having an opening for forming the nozzle communication path 5 is formed, and dry etching is performed. Then, an opening for forming the nozzle communication passage 5 in the silicon oxide film 72a (hereinafter, both openings are simply referred to as "openings 75") is patterned in the silicon oxide film 72a continuously to the opening 75 of the silicon nitride film 73a.
[0057]
Next, as shown in FIG. 3D, an opening for forming the pressurized liquid chamber 6 is formed on the surface of the silicon nitride film 73b on the side of the diaphragm joining surface of the silicon substrate 71 when the diaphragm 2 is joined. A resist pattern 74b having an opening for forming the lightening portion 41 into which the excess adhesive flows.
[0058]
Then, dry etching is performed to form an opening 77 for forming the pressurized liquid chamber 6 in the silicon nitride film 73a and a lightening portion 42 into which surplus adhesive flows when joining with the vibration plate 2. Is patterned.
[0059]
Next, as shown in FIG. 7E, a silicon nitride film 73b on the side of the vibration plate of the silicon substrate 71 is buried, a resist pattern 74d having an opening for forming the nozzle communication path 5 is formed, and dry etching is performed. Then, an opening 79 for forming the nozzle communication path 5 is patterned in the silicon oxide film 72a.
[0060]
Thereafter, as shown in FIG. 10A, the openings 75 and 76 of the silicon nitride film 73a were buried with a resist, and a resist pattern mask 80 having an opening for forming the nozzle communication path 5 was formed. At this time, the film thickness of the resist was 8 μm. Then, a deep trench 81 for forming the nozzle communication passage 5 was formed in the silicon substrate 71 by using an ICP dry etcher. Although the ICP etching is performed from the nozzle plate bonding surface side, it can be performed from the diaphragm bonding surface side.
[0061]
Next, as shown in FIG. 3B, the mask 80 was removed, and the silicon substrate 71 was anisotropically etched with an aqueous potassium hydroxide solution to form a through-hole 83 through which the nozzle communication path 5 was formed.
[0062]
Thereafter, as shown in FIG. 3C, the silicon oxide film 72a corresponding to the opening 85 for forming the lightening portion 41 into which the excess adhesive flows into the nozzle plate at the time of joining with the nozzle plate is removed by wet etching. At the same time, the silicon oxide film 72b corresponding to the opening 86 for forming the pressurized liquid chamber 6 and the opening 87 for forming the lightening portion 42 into which the excess adhesive flows when joining with the diaphragm 2 is removed. I do.
[0063]
Then, as shown in FIG. 4D, the silicon substrate 71 is again subjected to anisotropic etching with an aqueous potassium hydroxide solution, and the silicon substrate 71 is provided with a concave portion serving as the pressurized liquid chamber 6, a lightening portion 41, 42 were formed. Here, the silicon anisotropic etching at the time of forming the pressurized liquid chamber portion was performed at a processing temperature of 85 ° C. using a potassium hydroxide aqueous solution having a solution concentration of 30%.
[0064]
Then, as shown in FIG. 1E, the silicon nitride films 73a and 73b and the silicon oxide films 72a and 72b are removed, and then, although not shown, a silicon oxide film as an ink contact liquid-resistant film (liquid-resistant thin film) 10 is formed. Was formed with a thickness of 1 μm to obtain an ink jet flow channel plate 1.
[0065]
In this manufacturing process, the flow path forming member is formed from silicon, and the necessary channels such as the nozzle communication path and the pressurized liquid chamber are formed by using both the deep etching by dry etching and the anisotropic wet etching. As a result, a pressurized liquid chamber can be formed with high accuracy, and a head having no variation in ejection characteristics can be obtained.
[0066]
In addition, since the anisotropic wet etching is performed using the silicon oxide film / silicon nitride film as a mask, the silicon nitride film and the silicon oxide film can be used as etching masks, respectively, and the dimensional controllability is excellent. The head is obtained.
[0067]
In the above-described embodiment of the droplet discharge head according to the present invention, an example is described in which a laminated piezoelectric element is used as the pressure generating means. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIGS. As described above, the present invention can be applied to a head using other pressure generating means.
[0068]
That is, the droplet discharge head shown in FIG. 11 is a head using the thin film piezoelectric element 101 for the vibration plate 2. The droplet discharge head shown in FIG. 12 includes an electrode substrate 103 provided with an electrode 102 facing the diaphragm 2 at a predetermined gap, and generates an electrostatic force between the diaphragm 2 and the electrode 102. This is an electrostatic head that deforms the diaphragm 2 toward the electrode 102. Further, in the droplet discharge head shown in FIG. 13, an electrode substrate 104 is bonded in place of the vibration plate 2, and the ink is heated on the pressurized liquid chamber 6 side of the electrode substrate 104 to generate bubbles by film boiling. This is a thermal type head provided with a resistor 105.
[0069]
Next, a tank-integrated head in which an ink-jet head as a droplet discharge head and an ink tank according to the present invention are integrated will be described with reference to FIG.
The ink cartridge (ink tank integrated type head) 200 integrates the ink jet head 202 of any of the above-described embodiments having the nozzle holes 201 and the like, and the ink tank 203 that supplies ink to the ink jet head 202. It was done.
[0070]
As described above, in the case of the ink tank integrated type head, since the reliability of the head immediately leads to the overall reliability, the overall yield is improved by integrating the inkjet head which does not cause the bonding failure as described above. Cost can be reduced, and the reliability is improved.
[0071]
Next, an example of an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head (including an ink tank integrated head) including a droplet discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 15 is an explanatory perspective view of the recording apparatus, and FIG. 16 is an explanatory side view of a mechanism of the recording apparatus.
[0072]
The inkjet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 211, 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 feed cassette (or a paper feed tray) 214 capable of stacking a large number of sheets 213 from the front side is detachably attached to the lower part of the apparatus main body 211. The manual feed tray 215 for manually feeding the paper 213 can be opened, the paper 213 fed from the paper feed cassette 214 or the manual feed tray 215 is taken in, and the printing mechanism 212 After recording the image, the paper is discharged to the paper discharge tray 216 mounted on the rear side.
[0073]
The printing mechanism 212 holds a carriage 223 slidably in the main scanning direction with a main guide rod 221 and a sub guide rod 222, which are guide members laterally mounted on left and right side plates (not shown). (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk). A head 224 composed of an inkjet head, which is a droplet ejection head according to the present invention, which ejects ink droplets of each color, mainly includes a plurality of ink ejection ports. They are arranged in a direction crossing the scanning direction, and are mounted with the ink droplet ejection direction facing downward. Each ink cartridge 225 for supplying each color ink to the head 224 is exchangeably mounted on the carriage 223. It should be noted that the above-described ink cartridge integrated with the ink tank may be mounted.
[0074]
The ink cartridge 225 has an upper air port communicating with the atmosphere, a lower supply port for supplying ink to the inkjet head, and a porous body filled with ink inside, and a capillary force of the porous body. Maintains the ink supplied to the inkjet head at a slight negative pressure.
[0075]
Although the heads 224 of each color are used here as the recording head, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of each color may be used.
[0076]
Here, the carriage 223 is slidably fitted on the main guide rod 221 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the front guide rod 222 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). are doing. In order to move and scan the carriage 223 in the main scanning direction, a timing belt 230 is stretched between a driving pulley 228 and a driven pulley 229 which are driven to rotate by a main scanning motor 227. , And the carriage 223 is reciprocated by the forward and reverse rotation of the main scanning motor 227.
[0077]
On the other hand, in order to transport the sheet 213 set in the sheet cassette 214 to the lower side of the head 224, the sheet 213 is guided by the sheet supply roller 231 and the friction pad 232 for separating and feeding the sheet 213 from the sheet cassette 214. A guide member 233, a transport roller 234 that transports the fed paper 213 in a reversed state, a transport roller 235 pressed against the peripheral surface of the transport roller 234, and a leading end that defines a feed angle of the paper 213 from the transport roller 234. A roller 236 is provided. The transport roller 234 is driven to rotate by a sub-scanning motor 237 via a gear train.
[0078]
In addition, a print receiving member 239 is provided as a paper guide member for guiding the paper 213 sent from the transport roller 234 below the recording head 224 corresponding to the moving range of the carriage 223 in the main scanning direction. On the downstream side of the printing receiving member 239 in the paper transport direction, there are provided a transport roller 241 and a spur 242 which are driven to rotate to transport the paper 213 in the paper discharge direction. Rollers 243 and spurs 244 and guide members 245 and 246 forming a paper discharge path are provided.
[0079]
At the time of recording, by driving the recording head 224 according to the image signal while moving the carriage 223, ink is ejected onto the stopped paper 213 to record one line, and after the paper 213 is transported by a predetermined amount, Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal indicating that the rear end of the sheet 213 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the sheet 213 is discharged. In this case, the inkjet head according to the present invention, which constitutes the head 224, can perform stable droplet ejection, and thus can stably record an image of high image quality.
[0080]
Further, a recovery device 247 for recovering the ejection failure of the head 224 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the moving direction of the carriage 223. The recovery device 247 has a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 223 is moved to the recovery device 247 side during the printing standby, the head 224 is capped by the capping means, and the ejection port is kept wet, 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.
[0081]
When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the head 224 is sealed with a capping unit, and air bubbles and the like are sucked out of the discharge port with 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.
[0082]
As described above, since the inkjet recording apparatus is equipped with the inkjet head embodying the present invention, high reliability, stable ink droplet ejection characteristics can be obtained, and high-quality recording can be performed.
[0083]
In the above embodiment, the droplet discharge head according to the present invention is applied to an inkjet head. However, droplets of liquid other than ink, for example, a droplet discharge head for discharging a liquid resist for patterning, a gene analysis sample, The present invention can also be applied to a droplet discharging head for discharging.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, according to the droplet discharge head of the present invention, the flow path forming member is formed from the silicon substrate, and the bonding surface of the flow path forming member with the nozzle plate and / or the bonding surface with the vibration plate. A closed etching region not communicating with the outside is formed on the surface of the substrate, and this etching region is surrounded by the <111> plane. Discharge can be prevented, and stable droplet discharge characteristics can be obtained.
[0085]
According to the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, a method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention in which a flow path forming member is formed of silicon, wherein the flow path forming member is deeply etched by dry etching Alternatively, the head is formed by using both deep trenching by dry etching and anisotropic wet etching, so that a low-cost and highly reliable head can be obtained.
[0086]
In the ink cartridge according to the present invention, since the droplet discharge head according to the present invention and the ink tank are integrated, the rigidity of the flow path forming member is suppressed, and the overflow of the adhesive can be prevented. Thus, a cartridge capable of obtaining the above-described droplet ejection characteristics can be obtained.
[0087]
The inkjet recording apparatus according to the present invention is configured such that the inkjet head is the droplet discharge head or the ink cartridge according to the present invention, so that reliability is improved and a high-quality image can be stably recorded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet head according to an embodiment of a droplet discharge head of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the head along a liquid chamber longitudinal direction. FIG. FIG. 4 is a plan view of a main part of the head. FIG. 5 is a cross-sectional view of a flow path forming member of the head. FIG. 6 is a nozzle plate joining surface side of the flow path forming member. FIG. 7 is an explanatory plan view of the flow path forming member on the side where the diaphragm is joined. FIG. 8 is an explanatory view illustrating the manufacturing steps of the first embodiment of the manufacturing method according to the present invention. FIG. 10 is an explanatory view illustrating a manufacturing process according to a second embodiment of the manufacturing method according to the present invention. FIG. 10 is an explanatory view illustrating a step following FIG. 9. FIG. 11 is a cross-sectional explanatory view illustrating another example of an inkjet head. 12 is an explanatory sectional view showing still another example of the ink jet head. FIG. 14 is a cross-sectional explanatory view showing still another example of the ink cartridge. FIG. 14 is a perspective explanatory view for explaining an ink cartridge in which a droplet discharge head according to the present invention is integrated with an ink tank. FIG. 15 is a liquid according to the present invention. FIG. 16 is a perspective view showing an example of an ink jet recording apparatus equipped with a droplet discharge head. FIG. 16 is a side view showing a mechanism of the recording apparatus.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow path plate, 2 ... Vibration plate, 3 ... Nozzle plate, 4 ... Nozzle, 5 ... Nozzle communication path (communication pipe), 6 ... Pressurized liquid chamber, 7 ... Fluid resistance part, 8 ... Common liquid chamber, 10 ... Liquid-resistant thin film, 12 ... Piezoelectric element, 13 ... Base substrate, 41, 42 ... Thickening portion for releasing adhesive, 214 ... Recording head.

Claims

In a droplet discharge head in which a flow path forming member that forms a liquid chamber communicating with a nozzle and a nozzle plate that forms the nozzle and / or a vibration plate that forms a wall surface of the liquid chamber are joined, the flow path forming member Is formed from a silicon substrate, and forms a closed etching region not communicating with the outside at a joint surface of the flow path forming member with the nozzle plate and / or a joint surface with the vibration plate, and the etching region is formed of <111> A droplet discharge head characterized by being surrounded by a surface.

2. The droplet ejection head according to claim 1, wherein the <111> plane is surrounded by an area Aμm ² of a joint surface of the flow path forming member with a nozzle plate and / or a joint surface with a diaphragm. A droplet discharge head, wherein the etching area has a volume of at least ³ μm.

3. The droplet discharge head according to claim 1, wherein an oxide film or a titanium nitride film is formed on a wall surface of the liquid chamber.

4. The method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 1, wherein the flow path forming member is formed by using both deep etching by dry etching of silicon and anisotropic wet etching. A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising:

5. The method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 4, wherein the anisotropic wet etching is performed using a stacked film of a silicon oxide film / silicon nitride film as a mask.

4. An ink cartridge in which an inkjet head for ejecting ink droplets and an ink tank for supplying ink to the inkjet head are integrated, wherein the inkjet head is the droplet ejection head according to claim 1. And an ink cartridge.

In an inkjet recording apparatus provided with an inkjet head for ejecting ink droplets, the inkjet head is the droplet ejection head according to any one of claims 1 to 3, or the inkjet head of an ink cartridge according to claim 14. An ink jet recording apparatus characterized by the above-mentioned.