JP2005096338A - Liquid ejection head and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶媒中に帯電粒子を分散させた溶液を静電気力により吐出させる液体吐出ヘッドおよびその作製方法に関するものである。 The present invention relates to a liquid discharge head that discharges a solution in which charged particles are dispersed in a solvent by electrostatic force, and a method for manufacturing the same.
今日、インクを加熱してインクに発生した気泡の膨張力でインク滴を吐出させるサーマルタイプのインクジェットヘッドや、圧電素子によりインクに圧力を与えてインク滴を吐出させるピエゾタイプのインクジェットヘッドが提案されている。サーマルタイプのインクジェットヘッドではインクを部分的に300℃以上に加熱するためインクの材質が限定されるという問題があり、またピエゾタイプのインクジェットヘッドでは構造が複雑でコストが高いといった問題がある。これらの問題を解決するインクジェットヘッドとして帯電粒子を分散させた溶液を静電気力により吐出させる液体吐出ヘッドが提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4)。
Today, thermal-type inkjet heads that heat ink and eject ink droplets with the expansion force of bubbles generated in the ink, and piezo-type inkjet heads that eject ink droplets by applying pressure to the ink with piezoelectric elements are proposed. ing. In the thermal type ink jet head, there is a problem that the material of the ink is limited because the ink is partially heated to 300 ° C. or more, and the piezo type ink jet head has a problem that the structure is complicated and the cost is high. As an ink jet head for solving these problems, liquid discharge heads that discharge a solution in which charged particles are dispersed by electrostatic force have been proposed (for example, Patent Document 1, Patent Document 2,
図8(a)及び(b)は下記特許文献1に示される画像形成装置のインクジェットヘッドである記録ヘッドの一例の概略構成図である。図8(a)は記録ヘッドの概略断面図を示し、図8(b)は突起板120を図8(a)中右側から見た図である。記録ヘッド100は、絶縁性材料からなる略矩形板状の一対の支持部材101、102が対向して配置されている。これらの支持部材101、102の間隙は記録液供給路(インク供給路)104となっており、支持部材101、102の図中上側の端部は記録液流出口(インク流出口)104aとなっている。記録液供給路104内は記録液106が図中下方から上方へ所定の圧力で流され、記録液流出口104aから流出している。この記録液106は、正に帯電した帯電性の色材粒子105を分散させたインクである。記録液供給路104の内面(支持部材101、102の一方の表面)には、第1電極111がそれぞれ記録液流出口104aまで形成されている。記録液供給路104内には先端に突起122を有するインクガイド部材である突起板120の突起122が記録液流出口104aから突出するように配置されている。突起板120の表面の、支持部材101、102と対向する領域には第2電極112が形成されている。また、図中上方に対向電極130が配置されており、この対向電極130は接地されている。この対向電極130の突起122と対向する表面には、記録媒体108が配置されている。
8A and 8B are schematic configuration diagrams of an example of a recording head that is an inkjet head of an image forming apparatus disclosed in Patent Document 1 below. FIG. 8A is a schematic sectional view of the recording head, and FIG. 8B is a view of the
このような記録ヘッド100において、記録液流出口104aから溢れた記録液106の一部は記録液流出口104a近傍で突起板120に沿って濡れ上がり、記録液106の供給圧力、表面張力等により、突起122の表面にメニスカス140が形成される。一方、記録液流出口104aから溢れた記録液106の大部分は、支持部材101、102に沿って流れ図示しない記録液タンクへ回収される。
In such a
このように突起122表面に記録液のメニスカス140が形成された状態で、第1電極111及び第2電極112に正のバイアス電圧を印加すると、第1電極111及び第2電極112と対向電極130の間に電界が形成される。この電界によって記録液供給路104内を上昇する記録液106内の色材粒子105は突起122の先端に向けて移動し、突起122の先端近傍で凝集される。この状態で、所定のパルス幅で第1電極111及び第2電極112に電圧が重畳印加されると、第1電極111及び第2電極112と対向電極110間に形成された電界が強められ、メニスカス140にある色材粒子105が対向電極130側に引き付けられる。これにより、色材粒子105を含んだ記録液106を液滴として対向電極130に向けて吐出させることができる。特許文献1ではこのようにして記録液106の液滴を吐出させ記録媒体108上に色材粒子105を付着させている。
When a positive bias voltage is applied to the
また、下記特許文献2に開示するインクジェットヘッドにおいてもインクガイド部材である突起板に沿ってインクを流し、突起板の突起にメニスカスを形成させている。この突起板は成型したアルミナ製電極ベースを、研磨により先端を尖らせたものである。
また、下記特許文献3では、インク滴の吐出方向と略垂直な方向に流れるインク層の表面から、先鋭部を有するインクガイド部材を突出させ、インク層から先鋭部の先端までインクを案内する案内溝をインクガイド部材に設け、インクガイド部材の先端から静電気力を利用してインク滴を吐出するインクジェットヘッドを開示している。このインクガイド部材はプラスティック樹脂の成型によって形成されたものである。
また、下記特許文献4では、インクガイド部材を設けず、インク供給路から流出するインクの圧力とインクの表面張力によってインク流出口に略半球状のメニスカスを形成し静電気力を利用してインク滴を吐出するインクジェットヘッドを開示している。
Further, in
Further, in Patent Document 4 below, an ink guide member is not provided, and a substantially hemispherical meniscus is formed at the ink outlet by the pressure of the ink flowing out from the ink supply path and the surface tension of the ink. An ink jet head that discharges ink is disclosed.
このような、静電気力により記録液であるインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、小さなインク滴を吐出するには、インク滴吐出位置となるインクガイド部材の先端に形成されるメニスカスをなるべく微細に形成する必要がある。また安定した大きさ・形状の液滴を吐出するためには、このメニスカスの形状をなるべく一定に保つことが必要である。また、高い吐出周波数で、安定した形状・大きさのインク滴を吐出するには、インク滴の吐出により減少したインクをインク滴吐出位置に高速に供給し、インク吐出後のメニスカスの形状を素早くインク吐出前の状態に回復させる必要がある。また、高密度高精細に安定して液体を吐出するためには、インク滴吐出位置となるインクガイド部材の端に設けられる先鋭部を高密度高精細に形成する必要がある。 In such an inkjet head that ejects ink as a recording liquid by electrostatic force, in order to eject small ink droplets, a meniscus formed at the tip of an ink guide member that becomes an ink droplet ejection position is formed as finely as possible. There is a need. In order to discharge droplets having a stable size and shape, it is necessary to keep the meniscus shape as constant as possible. In addition, in order to eject ink droplets with a stable shape and size at a high ejection frequency, the ink reduced by ejecting the ink droplets is supplied to the ink droplet ejection position at a high speed, and the meniscus shape after ink ejection is quickly formed. It is necessary to restore the state before ink ejection. In addition, in order to stably discharge liquid with high density and high definition, it is necessary to form a sharp portion provided at the end of the ink guide member at the ink droplet discharge position with high density and high definition.
しかし、インクガイド部材である突起板に沿って先鋭部に向けてインクを流し、先端にインクのメニスカスを形成させる特許文献1及び特許文献2記載のインクジェットヘッドでは、インクの供給圧力の変動によってメニスカスが大きく変動する。このため、インク滴を安定した大きさ、位置精度で吐出させることができないといった問題があった。 However, in the ink jet heads described in Patent Document 1 and Patent Document 2 in which ink is made to flow along a protruding plate that is an ink guide member toward a sharp point and an ink meniscus is formed at the tip, the meniscus is caused by fluctuations in ink supply pressure. Fluctuates greatly. For this reason, there has been a problem that ink droplets cannot be ejected with a stable size and positional accuracy.
また特許文献2で開示される、アルミナ製電極ベースを研磨により先端を尖らせたインクガイド部材である突起板の作製方法では、突起板の先鋭形状の精度に限界があり、また工数も多くかかるといった問題があった。 In addition, in the method for producing a protruding plate, which is an ink guide member having a sharpened tip by polishing an alumina electrode base, disclosed in Patent Document 2, there is a limit to the accuracy of the sharp shape of the protruding plate, and the number of steps is large. There was a problem.
また、インク案内溝を上昇したインクによってインク滴吐出位置となる先鋭部の先端にメニスカスを形成させる特許文献3に開示されるインクジェットヘッドでは、毛細管現象によってインクを先鋭部に上昇させる。このため、インクの供給に時間がかかり、安定した大きさ及び色材成分濃度のインク滴を高い吐出周波数で連続して吐出することができないといった問題があった。
Further, in the ink jet head disclosed in
また、従来のプラスティック樹脂の成型によるインクガイド部材の作製方法は、型からプラスティック樹脂を抜き取る際に、プラスティックが型から抜けずに断裂し、所望の形状にできないといった不具合が生じる。このため、高精度に先鋭なインクガイド部材を作製することが困難である。また、この方法では、成型された複数のインクガイド部材を基板上に位置精度を高くして配列する必要があるが、インクガイド部材の配置位置精度を高めるにも限界があり、また、配列の為の工数も増加するといった問題があった。 In addition, the conventional method for producing an ink guide member by molding a plastic resin has a problem in that when the plastic resin is extracted from the mold, the plastic tears without being removed from the mold and cannot be formed into a desired shape. For this reason, it is difficult to produce a sharp ink guide member with high accuracy. Further, in this method, it is necessary to arrange a plurality of molded ink guide members on the substrate with high positional accuracy. However, there is a limit to increasing the arrangement positional accuracy of the ink guide members. There was a problem that the man-hours for the increase also increased.
また、インクガイド部材を設けず、インク流出口から流出するインクの圧力とインクの表面張力とによって、インク流出口に略半球状のメニスカスを形成する特許文献4に開示されるインクジェットヘッドでは、微細なメニスカスを形成するためにはインク流出口を小さくする必要がある。しかし、インクの目詰まりを防止する点からインク流出口の大きさをある程度以下にすることはできない。また、流出するインクの圧力の変動によってメニスカスの形状が大きく変動してしまう。これらの理由により微細なインク滴を安定して吐出することができないといった問題があった。 In addition, in the ink jet head disclosed in Patent Document 4 in which an ink guide member is not provided and a substantially hemispherical meniscus is formed at the ink outlet by the pressure of the ink flowing out from the ink outlet and the surface tension of the ink, In order to form a simple meniscus, it is necessary to make the ink outlet small. However, the size of the ink outlet cannot be reduced to a certain extent from the viewpoint of preventing ink clogging. In addition, the shape of the meniscus greatly fluctuates due to fluctuations in the pressure of the ink that flows out. For these reasons, there has been a problem that fine ink droplets cannot be stably ejected.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、溶液を静電気力で液滴として吐出させる液体吐出ヘッドであって、従来に比べて微小な径の液滴を高密度に、しかも高周波で安定して吐出させることのできる液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドを高精度に高い生産性で作製できる液体吐出ヘッドの作製方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and is a liquid discharge head that discharges a solution as droplets by electrostatic force. The droplets have a smaller diameter and higher density than conventional ones. It is an object of the present invention to provide a liquid discharge head capable of stably discharging at a high frequency and a method of manufacturing the liquid discharge head capable of manufacturing the liquid discharge head with high accuracy and high productivity.
上記課題を解決するために、本発明は、帯電粒子が分散した溶液を対向電極に向けて吐出させる液体吐出ヘッドであって、前記対向電極と所定の距離離間して配置された第1の基板と、この第1の基板と一体に形成された、前記第1の基板から前記対向電極に向けて突出した突出部と、この突出部の突出端である対向電極に対向する上面に形成された、溶液を吐出させるためのガイドであって、前記上面から前記対向電極に向けて突出して先端部に近づくにつれて断面が狭くなり前記先端部が先鋭化するように傾斜面が設けられ、この傾斜面を溶液流として流れる前記溶液を前記先端部に導いて静電気力により液滴として吐出させる溶液ガイドと、前記静電力を作用する制御電極を備え、前記溶液ガイドを配置するための貫通孔が穿孔されている第2の基板と、を有し、前記第2の基板は、前記突出部の前記上面の一部に当接して接合されて支持されており、前記溶液ガイドは、少なくとも前記先端部が前記貫通孔を通り、この先端部が前記第2の基板の前記対向電極と対向する側の面よりも前記対向電極の側に突出し、この前記溶液ガイドの少なくとも前記先端部は単結晶材料からなり、異方性ウエットエッチングによって前記傾斜面が形成されて前記先端部が先鋭化されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。 In order to solve the above-described problem, the present invention provides a liquid discharge head that discharges a solution in which charged particles are dispersed toward a counter electrode, and is a first substrate that is disposed at a predetermined distance from the counter electrode. And a protrusion that is formed integrally with the first substrate and protrudes from the first substrate toward the counter electrode, and an upper surface that faces the counter electrode that is the protruding end of the protrusion. A guide for discharging the solution, wherein an inclined surface is provided so that the cross-section becomes narrower and sharpens as the tip portion protrudes from the upper surface toward the counter electrode and approaches the tip portion. A solution guide that guides the solution flowing as a solution flow to the tip portion and discharges it as droplets by electrostatic force, and a control electrode that acts on the electrostatic force, and a through hole for arranging the solution guide is perforated. The A second substrate, wherein the second substrate is in contact with and supported by a part of the upper surface of the projecting portion, and the solution guide has at least the tip portion of the second substrate. Through the through-hole, this tip protrudes toward the counter electrode rather than the surface of the second substrate facing the counter electrode, and at least the tip of the solution guide is made of a single crystal material, There is provided a liquid discharge head characterized in that the inclined surface is formed by anisotropic wet etching and the tip is sharpened.
前記溶液ガイドの前記先端部は、高次の結晶面からなる斜面を有し先鋭化されていることが好ましい。 It is preferable that the tip of the solution guide has a slope formed by a higher-order crystal plane and is sharpened.
また、前記溶液ガイドの前記先端部の先端角が60°以下であることが好ましい。 The tip angle of the tip of the solution guide is preferably 60 ° or less.
また、前記溶液ガイドの前記先端部の曲率半径が4μm以下であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the curvature radius of the said front-end | tip part of the said solution guide is 4 micrometers or less.
また、前記溶液ガイドの前記傾斜面に前記溶液流を形成するように前記溶液ガイド近傍に溶液を供給する溶液供給口を有する溶液供給路を備え、前記溶液供給路は、前記突出部の基部から前記上面に向かう方向に形成された突出部貫通孔によって作られていることが好ましい。 In addition, a solution supply path having a solution supply port for supplying a solution in the vicinity of the solution guide so as to form the solution flow on the inclined surface of the solution guide is provided, and the solution supply path is formed from a base of the protrusion It is preferable that the protrusion is formed by a projecting portion through hole formed in a direction toward the upper surface.
また、前記突出部貫通孔は前記突出部が設けられている前記第1の基板に形成された第1の基板貫通孔と接続され、前記第1の基板の、前記突出部の設けられた面と反対側の面に溶液流入口を開口しており、この溶液流入口より前記第1の基板貫通孔を介して溶液が供給されることが好ましい。 The protrusion through hole is connected to a first substrate through hole formed in the first substrate on which the protrusion is provided, and the surface of the first substrate on which the protrusion is provided. It is preferable that a solution inlet is opened on the surface opposite to the substrate, and the solution is supplied from the solution inlet through the first substrate through hole.
また、前記溶液ガイドの前記傾斜面を流れた前記溶液流の溶液を前記溶液ガイド近傍より回収する溶液回収口を有する溶液回収路を備え、前記溶液回収口は、前記第2の基板に穿孔された前記貫通孔の内壁と前記突出部の上面との間隙で形成され、かつ、前記溶液回収路は前記第1の基板と前記第2の基板との間隙によって形成されていることが好ましい。 And a solution recovery path having a solution recovery port for recovering the solution in the solution flow that has flowed through the inclined surface of the solution guide from the vicinity of the solution guide, and the solution recovery port is perforated in the second substrate. Preferably, the gap is formed between the inner wall of the through hole and the upper surface of the protrusion, and the solution recovery path is formed by the gap between the first substrate and the second substrate.
また、本発明は、第1の基板と、この第1の基板から突出し、突出端が上面を成した突出部と、溶液を先鋭な先端部に導き静電気力により液滴として吐出させる、前記上面に設けられた単結晶材料からなる溶液ガイドと、前記溶液ガイドが基板面から突出するように設けられた貫通孔を有し、前記上面と接合されて前記突出部に支持固定されている第2の基板とを備える液体吐出ヘッドの作製方法であって、絶縁性基板を加工することにより、板状の基板に、前記突出部を成す突状部が突出端に上面を有するように形成された第1のヘッド部材を作製する工程と、前記突状部の前記上面と単結晶基板とを接合し、前記第1のヘッド部材と前記単結晶基板とを一体化する工程と、前記単結晶基板の異方性ウエットエッチングを行うことで、前記突状部の前記上面の所定の位置に前記溶液ガイドを成す先鋭部を作製する工程と、所定の位置に穿孔された貫通孔を有する、第2の基板を成す第2のヘッド部材を、前記先鋭部が前記貫通孔を貫通するよう所定の位置に位置合わせし、前記第2のヘッド部材の一方の表面を前記突出部の前記上面と接合して固定する工程とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドの作製方法を提供する。 The present invention also provides a first substrate, a protruding portion protruding from the first substrate, the protruding end forming an upper surface, and the solution leading to a sharp tip to discharge the droplet as a droplet by electrostatic force. A solution guide made of a single crystal material provided on the substrate and a through-hole provided so that the solution guide protrudes from the substrate surface, and is joined to the upper surface and supported and fixed to the protrusion. And a substrate having a protrusion formed on the plate-like substrate so that the protruding portion has an upper surface at the protruding end by processing the insulating substrate. A step of producing a first head member, a step of bonding the upper surface of the protruding portion and the single crystal substrate, and integrating the first head member and the single crystal substrate; and the single crystal substrate. By performing anisotropic wet etching of Forming a sharpened portion that forms the solution guide at a predetermined position on the upper surface of the shape-shaped portion, and a second head member that forms a second substrate having a through-hole drilled at a predetermined position. And a step of aligning one surface of the second head member with the upper surface of the protruding portion and fixing the second head member so as to pass through the through hole. A method for manufacturing a discharge head is provided.
また、前記先鋭部を作製する工程は、予め異方性ドライエッチングによって表面に凹凸が形成された単結晶基板の、前記凹凸の形成された表面に対して異方性ウエットエッチングを行うことで、前記突状部の前記上面の所定の位置に前記溶液ガイドを成す先鋭部を作製してもよい。 Further, the step of producing the sharpened portion is performed by performing anisotropic wet etching on the surface of the single crystal substrate on which the unevenness is previously formed by anisotropic dry etching on the surface on which the unevenness is formed, You may produce the sharp part which comprises the said solution guide in the predetermined position of the said upper surface of the said protruding part.
本発明の液体吐出ヘッドでは、半導体微細加工技術の異方性ウエットエッチングを用いることで、第1の基板から対向電極に向けて突出した突出部の対向電極と対向する表面である上面に、先端部が高度に先鋭な溶液ガイドを備えた液体吐出ヘッドを、高い位置精度および高い形状精度で、複数同時に作製することができる。このため、低い吐出電圧で、安定して液滴を吐出することができる液体吐出ヘッドを安価に作製することが可能である。 In the liquid discharge head of the present invention, the tip is formed on the upper surface which is the surface facing the counter electrode of the protruding portion protruding from the first substrate toward the counter electrode by using anisotropic wet etching of a semiconductor microfabrication technique. A plurality of liquid ejection heads each having a highly sharp solution guide can be manufactured simultaneously with high positional accuracy and high shape accuracy. For this reason, it is possible to produce a liquid discharge head that can stably discharge droplets at a low discharge voltage at low cost.
また、制御電極が設けられた第2の基板を突出部の上面に当接して接合している。これにより、第2の基板の反りによる溶液ガイドと制御電極との位置ずれを生じることがなく、この位置ずれに起因する液滴の吐出電圧のばらつきを生じることがない。これにより、複数の溶液ガイドそれぞれの表面の安定したメニスカスから、溶液を低い吐出電圧で安定して吐出させることができる。 In addition, the second substrate provided with the control electrode is brought into contact with and joined to the upper surface of the protruding portion. Thereby, there is no positional deviation between the solution guide and the control electrode due to the warp of the second substrate, and there is no variation in droplet discharge voltage due to this positional deviation. Thereby, the solution can be stably discharged at a low discharge voltage from the stable meniscus on the surface of each of the plurality of solution guides.
また、溶液ガイドのごく近傍から溶液を流出させることで、液滴の吐出位置である溶液ガイドの先端部に素早く帯電粒子を含む溶液を供給することができる。また、流出した溶液が先鋭部の斜面の一部を横切る溶液流を形成し、その一部が溶液ガイド部材の最先端部に導かれてメニスカスを形成するので、流出する溶液の圧力変動に影響されることなくメニスカスを安定に形成することができる。このため、溶液ガイドの先鋭な先端部から、微小な液滴を高周波に安定して吐出することができる。 Further, by discharging the solution from the very vicinity of the solution guide, it is possible to quickly supply the solution containing charged particles to the tip of the solution guide, which is the droplet discharge position. In addition, the outflowing solution forms a solution flow that crosses a part of the slope of the sharp part, and part of it is guided to the tip of the solution guide member to form a meniscus, which affects the pressure fluctuation of the outflowing solution. The meniscus can be formed stably without being done. For this reason, minute droplets can be stably discharged at a high frequency from the sharp tip of the solution guide.
以下、添付の図面に示す実施形態に基づいて、本発明の液体吐出ヘッド及びこの液体吐出ヘッドの作製方法を説明する。図1は本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態であるインク吐出ヘッド3を有して構成されるインク吐出装置1の概略構成図である。図1に示すように、インク吐出装置1は、インク還流ユニット2と、インク吐出ヘッド(インク吐出ユニット)3と、電源ユニット6とから構成される。また、図2(a)および(b)は、インク吐出ヘッド3を図1中の上側から見た概略構成図を示し、図2(a)は、インク吐出ヘッド3を図1中の上側から見た、対向電極40(図1参照)を除いた概略構成図を示し、図2(b)は、インク吐出ヘッド3を図1中の上側から見た、対向電極40および第2のヘッド部材32(図1参照)を除いた概略構成図を示す。
Hereinafter, a liquid discharge head of the present invention and a method for manufacturing the liquid discharge head will be described based on embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ink discharge apparatus 1 having an
インク還流ユニット2は、インク循環装置20、インク供給パイプ22、インク回収パイプ24を有して構成されている。また、インク循環装置20はインクポンプ26およびインクタンク28を有して構成されている。
インク循環装置20では、インクポンプ26とインクタンク28とが接続されている。インクポンプ26はインク供給パイプ22を介しインク収容室29と接続されている。インク収容室29はインクを収容する略矩形形状の空間で、インク収容室29の図1中の上側の壁面はインク吐出ヘッド3のヘッド基板34の基板面によって構成されている。
また、インクタンク28は、インク回収パイプ24を介しインク吐出ヘッド3と接続されている。
The ink reflux unit 2 includes an
In the
The
インク吐出ヘッド3は、第1のヘッド部材30(以降ヘッド部材30とする)、第2のヘッド部材である上蓋32、対向電極40、インクガイド52を有して構成されている。また、対向電極40には吐出した液体を受けて所定の画像等を記録する、記録媒体42が載置されている。
The
ヘッド部材30は、第1の基板である板状のヘッド基板34から対向電極に向けて突出部50が突出して構成されている。ヘッド基板34は例えばガラス基板などの絶縁性基板で、ヘッド基板34の所定の位置には、ヘッド基板34の対向電極40と対向する側の表面にヘッド基板34と一体化されて形成された対向電極40に向けて突出した略直方体形状の突出部50が設けられている。突出部50は、図2(b)に示すように、ヘッド基板34の図2(b)中の上側の端部から図2(b)中の下側の端部まで連なった略直方体形状で、ヘッド基板34の基板面から一様な高さだけ突出して形成されている。
突出部50の対向電極40の側の表面である上面54はヘッド基板34の対向電極40と対向する側の表面と略平行であり、ヘッド基板34に設けられた複数の突出部50の上面54は全て略同一な平面に形成されている。
The
The
突出部50には、突出部50の突出方向(図1中上下方向)に突出部を貫通する突出部貫通孔50aが形成されており、この突出部貫通孔50aは板状のヘッド基板34を貫通するヘッド基板貫通孔34aと接続し、溶液供給路であるインク供給路55が形成されている。このインク供給路55の一方の端は、上面54にインク流出口56を開口している。また、インク供給路55の他方の端は、インク収容室29の図1中の上側の壁面にインク流入口57を開口している。また、突出部50の上面54の一部には、上面54から対向電極40に向かう方向に突出した、例えばSiなどの単結晶基板が異方性エッチングされて形成された、先端が高度に先鋭化されたインクガイド52が設けられている。インクガイド52については後述する。
The protruding
ヘッド部材30(第1のヘッド部材30)の図1中の上側には、第2のヘッド部材である上蓋32がヘッド部材30と接合されて配置されている。
上蓋32は、ヘッド基板34から突出した突出部50の上面54に当接されてヘッド基板34と略平行に配置された状態で固定されている。ヘッド基板34の基板面と上蓋36とは一定の間隔で離間して配置されており、ヘッド基板34の基板面と上蓋36の基板面および隣り合う突出部50の壁面で囲まれた空間はインク回収路58を形成している。
図2(a)および(b)に示すように、ヘッド基板34と上蓋32との間隙は、図2(a)および(b)中の左側、および下側、および右側の3方が側壁35によって閉じられており、図2(a)および(b)中の上側の間隙は、溶液回収パイプ24に接続している。
On the upper side in FIG. 1 of the head member 30 (first head member 30), an
The
As shown in FIGS. 2A and 2B, the gap between the
上蓋32は、第2の基板である制御基板43と、分離障壁46と、ガード電極47と、シールド電極48とを有して構成されている。
制御基板43は、後述する制御電極44および配線45(図示せず)が設けられた、例えばガラスからなる絶縁性基板31の、吐出電極44および配線45を含む表面全体に、例えばSiO2等の絶縁性膜33がコーティングされて構成されており、制御基板43の突出部50に対応する所定の位置には、制御基板43を図1中の上下方向に貫通する断面が円形の制御基板貫通孔43aが形成されている。また、制御基板43の対向電極40と対向する側の面(第1の面)には、図1中上方から見て制御電極44の周囲を囲むように、ガード電極47が設けられており、このガード電極47の図1中上側の表面には、表面が撥インク性を有する絶縁性材料からなる分離障壁46が設けられている。制御基板43のヘッド基板34と対向する側の表面(第2の面)には、全体に接地されたシールド電極48が設けられている。
The
The
図3(a)および(b)は、図1および図2に示す複数のインクガイド52のうちの一つのインクガイド52と、このインクガイド52の周辺を説明する図である。図3(a)はインクガイド52と、このインクガイド52の周辺を拡大して表した概略断面図を示し、図3(b)はインクガイド52と、このインクガイド52の周辺を拡大して表した概略平面図を示す。
図3(a)および(b)に示すよう、にインクガイド52は、略直方体形状の突出部50の対向電極40と対向する面である上面54に設けられており、上面54から対向電極40に向けて突出し先端が先鋭化している。
FIGS. 3A and 3B are views for explaining one of the plurality of ink guides 52 shown in FIGS. 1 and 2 and the periphery of the
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
図3(a)において、突出部50はヘッド基板34の対向電極40の側の表面に対向電極40に向けて突出して設けられており、突出部50の突出方向(図3(a)中上下方向)に突出部50を貫通する貫通孔である突出部貫通孔50aおよび、ヘッド基板を貫通するヘッド基板貫通孔34aとが接続されてインク供給路55が形成されており、このインク供給路55の一方の端は突出部50の対向電極40の側の表面である上面54にインク流出口56を備え、他方の端はインク収容室29の壁面を構成するヘッド基板34の基板面にインク流入口57を開口している。インクガイド52は突出部50の上面54のインク流出口56の近傍に設けられている。
3A, the
インクガイド52は、例えばSiからなる単結晶材料が異方性ウエットエッチングされて形成された、先端角が60°以下で、かつ先端の曲率半径が4μm以下の高度に先鋭化された錐体構造物72の、先端部75を含む表面全体に、例えば金属からなる導電性膜74がコーティングされて形成されている。このインクガイド52の形成方法については後に詳述する。
The
図3(a)および(b)では、錐体構造物72の表面に導電膜74が形成された、表面が上面54に対してそれぞれ異なった二段階の角度の斜面で形成されたインクガイド52が示されている。この図3(a)および(b)は、インクガイド52の外形の概略を示すものであり、インクガイド52の形状を忠実に再現するものではない。インクガイド52の形状は、上述の異方性ウエットエッチングの条件によって種々の形状が得られるものである。本発明においてインクガイド52は、単結晶材料の異方性ウエットエッチングによって先端が高精度に先鋭化されて形成されていればよく、特に限定されない。本発明におけるインクガイド52は、上述のように先端角が60°以下で、かつ先端の曲率半径が4μm以下であることが望ましい。
3A and 3B, the
ヘッド基板34の図3中上方には、上蓋32が突出部50の上面54に当接して接合されており、ヘッド基板34と上蓋32との間隙はインク回収路58となっている。上蓋32の制御基板43には、図1中上下方向に制御基板43を貫通する円形の制御基板貫通孔43aが形成されており、この制御基板貫通孔43aからは少なくともインクガイド52の先端部75を含む一部が突出している。
上蓋32は、図3(b) に示すように、図3(a)中の上方から見て制御基板貫通孔36aの中心とインクガイド52の先端部とが略一致しており、制御基板貫通孔36a内の領域に、溶液流出口56と上面54の図3(b)中の左側の端部である突出部50のエッジ51の一部が配置される位置に調整され配置されている。インク回収路58は、制御基板貫通孔43aの内壁の制御基板43の側の端部と、突出部50のエッジ51とで形成された開口であるインク回収口59(図3(a)および(b)参照)を通じインク流出口56およびインク供給路55と空間的に繋がっている。
The
As shown in FIG. 3 (b), the
制御基板43には、制御電極44が、図1中上側からみて制御基板貫通孔43aの周囲を囲むように、インクガイド52の先端部75を中心としたリング形状に、制御基板43を構成する、Al2O3あるいはZrO2などのセラミックスあるいはポリイミドなどの樹脂で形成された絶縁性基板31の表面に設けられている。この吐出電極44の内径Daと、吐出電極44から記録媒体42側に突出するインクガイド50の最先端部までの距離、すなわち吐出電極44の表面からインクガイド50の最先端部までの距離Hとの比(Da:H)は1:0.5〜1:2の範囲にすることが好ましく、更に好ましくは、1:0.7〜1:1.7とするのが良い(図1参照)。なお、吐出電極44の内径Daと、吐出電極44から記録媒体42側に突出するインクガイド50の最先端部までの距離については、本願出願人による出願である特願2003−20585号に詳細に記載されている。
The
これら個々の吐出電極44は絶縁性基板31の表面に形成された金属配線45を通じて図示しない電極パッドに接続されている。図示しない電極パッドは、電圧源ユニット6の吐出バイアス電圧源64および吐出信号電圧源66と接続されている。
Each of these
電圧源ユニット6の吐出バイアス電圧源64は、制御基板43の制御電極44に常にバイアス電圧Vbを印加し、また、吐出信号電圧源66は図示しない信号出力手段から入力された信号により制御電極44に、パルス電圧である吐出電圧Vcをバイアス電圧Vbに重畳し印加する構成となっている。
The discharge
このような構成のインク吐出装置1において、以下のようなインクの流れが形成されている。
インク還流ユニット2では、インクタンク28内に、インク12が所定量入れられている。このインク12は正に帯電した帯電性粒子を帯電制御剤やバインダーなどともに、108Ωcm以上の抵抗率を持つ絶縁性溶媒中に分散させた溶液である。インクタンク28内では、図示しない濃度調整機構によりインク12の絶縁性溶媒中の帯電性粒子、帯電制御剤およびバインダーなどの濃度が所定の濃度範囲に入るように常に調整されている。インクタンク28内で図示しない濃度調整機構により濃度調整されたインク12は、インクポンプ26から所定の圧力でインク供給パイプ22を介してインク吐出ヘッド3のインク収容室29へ供給されている。インク収容室29内はインク12で満たされ、個々のインク流入口57を通り、インク供給路55から個々の突出部50へ供給されている(図1参照)。
In the ink ejection apparatus 1 having such a configuration, the following ink flow is formed.
In the ink reflux unit 2, a predetermined amount of
突出部50付近では、インクポンプ26の作用によりインク収容室29に供給されたインク12が、インク供給路55を図3(a) において下方から上方へ向かう方向へ流れ、インク流出口56から流出している。このとき、このインク流出口56から流出したインク12が、突出部50の上面54に設けられたインクガイド52の表面を横切り(図3(a)、(b)中の矢印X方向の流れ)、インク回収口59を通過してインク回収路58に流入するようなインク流14が形成されるようにインクポンプ26によるインク12の供給圧力が調整されている。
In the vicinity of the
インク12の一部はインクガイド52の表面を横切る際、インク12の表面張力の作用により、インクガイド52の先端部75に導かれる。先端部部75に導かれたインク12は、図3(a)に点線で示すような、インクガイド72の少なくとも先端部75を覆うメニスカス16を形成している。このとき、メニスカス16は主にインク12の表面張力により形成されており、インクポンプ26の脈動等に起因するインク12の供給圧力の微小な変動による影響をほとんど受けることなく安定した形状に形成されている。また、上蓋32の分離障壁46により、隣接するインクガイド52の表面に形成されたメニスカス16同士が繋がることなく分離されている。インク吐出装置1では、このように個々のインクガイド52の先端部75に常に一定濃度の帯電性粒子を含むインク12が供給されメニスカス16が形成される構成となっている。
When a part of the
このように、個々のインクガイド52に供給されたインク12の一部はメニスカス16を形成し、その他の大部分のインク12はインク回収口59を通りインク回収路58へと流入し、インク回収路58内をヘッド基板34および制御基板36と平行な方向(図2(b)中の矢印Yで示す方向)に流れ、インク回収パイプ24を通りインクタンク28へと回収される。インクタンク28に回収されたインク12は、ここで再び濃度調整され、インクポンプ26から所定の圧力でインク供給パイプ22を介してインク収容室29内へ再び送り出されている。本発明によるインク吐出装置1では、このようにインク還流ユニット2によって、インク吐出ヘッド3に常に一定濃度の帯電性粒子を含むインク12が供給される構成となっている。
As described above, a part of the
次に、インク吐出装置1における液体吐出動作について説明する。図4は本実施形態のインク吐出ヘッド3の液体吐出動作について説明する図で、図1に示す複数のインクガイド52のうちの一つのインクガイド52を拡大して表した概略断面図である。インク吐出ヘッド3には、前述のように一定濃度の帯電性粒子を含むインク12が循環しており、インクガイド52の表面には、少なくとも先端部75を覆うメニスカス16が形成されている。この状態で電源ユニット6のバイアス電源62から例えば900Vのバイアス電圧Vbが印加されると、このバイアス電圧Vbにより、制御電極44と対向電極40との間に電界が形成される。ここで図示しない信号出力手段から入力された信号により、電源ユニット6の駆動電源64から、所望のインクガイド52の周囲に形成された駆動電極44に、例えば250Vのパルス電圧である駆動電圧Vcが重畳されて計1150Vの電圧が印加される。すると、駆動電極44と対向電極40との間に形成された電界が強められ、この強められた電界によって、メニスカス16からインク滴18が静電気力により対向電極40に向けて吐出し、記録媒体42に付着する。
Next, a liquid discharge operation in the ink discharge apparatus 1 will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining the liquid ejection operation of the
このとき、駆動電極44から図3中下方向へ向かう電界も形成される。しかし、駆動電極44の図4中下方向には、駆動電極44と対向し接地されたシールド電極48が設けられており、図4中下方向へ向かう電界はこのシールド電極48に向かって集中し、シールドされる。これにより、駆動電極44から図4中下方向へ向かう電界は、図4中左右方向への拡がりが抑制される。よって、インク供給路55内には図4中の下方向へ向かう電界が形成されず、インク供給路55内を図4中上方向に移動するインク12には静電気力が働かない。このように、インク供給路55内のインク12は駆動電極44に電圧を印加することで形成される電界による影響を受けず、インク供給路55内を図4中下方から上方へ向けて、一定の帯電粒子の濃度で流れている。
At this time, an electric field from the
制御電圧Vcが印加されてインク滴18が吐出すると、その直後に制御電極44の電圧がバイアス状態に戻される。さらに吐出の直後、メニスカス16において不足した分のインクが、先端部75の近傍を流れるインク流14から供給され、メニスカス16の形状が素早く回復する。
When the control voltage Vc is applied and the
本実施形態のインク吐出ヘッド3のインクガイド52には導電膜74が形成されている。この導電膜74によりインクガイド52の先端部75が導電性を帯び、先端部75周りの電界を強めることができる。本発明においては、所定の電界の強さを得られるのであれば、導電膜74が形成されることを必ずしも必要としない。
A
また、本実施形態のインク吐出ヘッド3の制御電極44の周囲には分離障壁46を設けたが、本発明では必ずしも必要としない。しかし、隣接するインクガイド52に形成されたメニスカス16を分離し、隣接するインクガイド52からインク滴18が吐出するときのメニスカス16の変動の影響を受けることなく、個々のインクガイド52に形成された個々のメニスカス16を安定して維持する点から分離障壁46を設けるのが好ましい。
また、分離障壁46の壁面へのインクの這い上がりを防止し、隣接するインクガイド52に形成されたメニスカス16をより確実に分離するために、分離障壁46の少なくとも表面が撥インク性を有することが好ましい。撥インク性とは、インクが水性の場合は撥水性を、インクが油性の場合は親水性であることをいう。
Further, although the
Further, at least the surface of the
また、本実施形態の制御基板の対向電極40と対向する側と反対の側の表面は、駆動電極44と対向してシールド電極48により形成されているが、このシールド電極48は必ずしも必要としない。しかしこのシールド電極48によって駆動電極44から図3中下方向へ向かう電界をシールドすることで、図3中下方向へ向かう電界の図3中の左右方向への広がりが抑制される。これにより、インク供給路55内のインク12の移動方向と逆向きの電界がインク供給路55内に形成されるのを防ぐことができ、安定した濃度の帯電粒子を含むインク12をインク流出口56から流出させることができる。これにより、メニスカス16内の帯電粒子の濃度を安定させ、吐出するインク滴18の大きさ、形状が安定する点で、シールド電極48を設けるのが好ましい。
Further, the surface of the control board of the present embodiment on the side opposite to the side facing the
このように本実施形態のインク吐出ヘッド3を有して構成されるインク吐出装置1によると、単結晶基板の異方性ウエットエッチングによって作製された、高精度に先鋭化されたインクガイド52の先端部75を覆うメニスカス16を、インクポンプ26の脈動等に起因するインク12の供給圧力の変動に影響されることなく安定した形状に形成できる。また、メニスカス16が形成される先端部75の近傍を流れるインク流14からメニスカス16へインク12が供給されるので、インク滴18が吐出した後のメニスカス16も素早く回復することができる。これらの効果により安定した大きさ、形状の微小なインク滴18を高周波数で吐出することができる。
As described above, according to the ink discharge apparatus 1 having the
本発明で作製される液体吐出ヘッドは、色材粒子を含むインクの吐出に限定されず溶媒中に分散させた帯電性粒子を含む溶液を吐出するヘッドであればよく、溶液の種類は限定されない。 The liquid ejection head produced in the present invention is not limited to ejection of ink containing colorant particles, but may be any head that ejects a solution containing chargeable particles dispersed in a solvent, and the type of the solution is not limited. .
このようなインク吐出ヘッド3は以下のように作製することができる。
図5(a)〜(e)および図6(a)〜(e)は、本発明のインク吐出ヘッドの作製方法を説明する概略断面図である。
Such an
FIGS. 5A to 5E and FIGS. 6A to 6E are schematic cross-sectional views illustrating a method for producing the ink ejection head of the present invention.
まず、絶縁性基板である、両面研磨された石英ガラスからなるガラス基板67が用意され、このガラス基板67の一方の表面(図5(a)中上側の面)に、フォトリソグラフィーを用いて所定の形状の金属パターン68が形成される。この金属パターン68を図5中の上側から見た形状は、図2(b)に示す、突出部50の上面54を図1中上側からみた形状と同様の形状で、上面54に対応する略長方形状のパターン69のそれぞれの所定の位置に、溶液供給口56に対応する開口71が形成されている形状となっている。ここでは、絶縁性の基板として、石英ガラス基板が用いられているが、ホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることもできる。
First, a
次に、図5(a)に示すように、ガラス基板67の金属パターン68と対向する側の面(図5中下側の面)に、フォトリソグラフィーを用いて、例えばCrやNi等からなる所定の形状の金属パターン76が形成される。この金属パターン76は、ガラス基板67の金属パターン68と対向する側の面全体に金属層が設けられ、この金属層に図5(a)中の下側から見て、金属パターン68の開口57と略一致するように、溶液流入口57に対応する開口77が設けられている形状となっている。
この金属パターンは、CrやNiに限定されず、CF4ガスによるドライエッチングに耐性のあるものであればよい。
Next, as shown in FIG. 5A, the surface of the
The metal pattern is not limited to Cr or Ni, and any metal pattern that is resistant to dry etching with CF 4 gas may be used.
次に、図5(b)に示すように、金属パターン68をエッチングマスクとして、ガラス基板67が図5中の上側の表面より所定の深さドライエッチングされて、ガラス基板67の表面に凹凸が形成される。これにより、ガラス基板67は、板状の基板部70の表面から、断面が金属パターン68に即した形状の突状部80が突出した形状に加工される。このドライエッチングにより、突状部80には、断面が開口部71に即した形状の突状部貫通孔80aが形成されている。
Next, as shown in FIG. 5B, using the
次に、図5(c)に示すように、金属パターン76をエッチングマスクとして、ガラス基板67が、このガラス基板67の図5中の下側の表面からドライエッチングされる。これにより断面が開口77に即した形状の、基板部貫通孔70aが穿孔され、この基板部貫通孔70aと突状部貫通孔80aとが接続し、ガラス基板67の上下方向に貫通したガラス基板貫通孔67aが形成される。次に、金属パターン68および76がエッチング除去される(図5(d)参照)。これにより、ヘッド基板34に対応する基板部70の所定の位置から、突出部50に対応する略直方体形状の突状部80が突出し、基板部70および突状部80とを図5中の上下方向に連通する、インク供給路55に対応するガラス基板貫通孔67aを備える第1のヘッド部材30が作製される。
Next, as shown in FIG. 5C, the
次に、図5(e)に示すように、突状部80の図5中の上側の表面である上面81に、両面が研磨された(100)結晶面を表面にもつ単結晶Si基板78が、表面活性化接合法により接合される。この基板同士の接合は表活性化接合法に限定されずKOHエッチャントに耐久性のあるソルダや、接着剤を用いて行われてもよい。また、ガラス基板67を石英ガラス基板ではなくホウケイ酸ガラスなどのアルカリイオンを含むガラス基板とした場合、この基板同士の接合は陽極接合法を用いて行うことができる。
Next, as shown in FIG. 5E, a single
次に、図6(a)に示すように、単結晶Si基板78の表面に、例えば熱酸化法あるいはCVD法によりSiO2膜が形成され、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、単結晶Si基板78の〈110〉と〈1−10〉結晶方位を辺とする、所定の大きさの正方形のSiO2パターン82が第1のヘッド部材30の突状部80に対応する位置に形成される。
Next, as shown in FIG. 6A, a SiO 2 film is formed on the surface of the single
次に、このSiO2パターン82をエッチングマスクとして、単結晶Si基板78のSF6ドライエッチングを行い、Siを所定量エッチングすることで、図6(b)に示すように、Siからなる四角柱構造物84を複数形成する。
Next, using this SiO 2 pattern 82 as an etching mask, SF 6 dry etching of the single
次に、SiO2パターン82をCF4ドライエッチングを行うことで除去する(図6(c))。その後、全体を34wt%のKOH水溶液を70℃程度に加熱した液に浸し、Siの異方性エッチングを行う。このエッチングでは、特に四角柱構造物84の各エッジおよび各頂点部分からのエッチング速度が高く、高次の結晶面をエッチング表面としつつエッチングが進行する。このエッチングにより、高次の結晶面からなる斜面で形成された、先端角が約60°以下で曲率半径4μm以下の尖った先端をもつ、Siからなる錐体構造物86が柱状部80の基板上面81に作製される。この錐体構造物86の表面に図6(d)に示すように、スパッタ法などを用いて導電膜87が形成され、ヘッド部材30のヘッド基板34(基板部70)の表面から突出した、突出部50(突状部80)の上面54(基板上面81)に、インクガイド52に対応する先鋭部材88が作製される。
Next, the SiO 2 pattern 82 is removed by performing CF 4 dry etching (FIG. 6C). Thereafter, the whole is immersed in a solution of 34 wt% KOH aqueous solution heated to about 70 ° C., and anisotropic etching of Si is performed. In this etching, in particular, the etching rate from each edge and each apex portion of the
次に、図6(e)に示されるように、突状部80の上面54に、別途作製された、所定の位置に穿孔された貫通孔と、この貫通孔を囲うように形成された前記制御電極を成す金属パターンとを備える第2のヘッド部材32が当接されて、例えば接着剤により貼り合わされ、第1のヘッド部材30と第2のヘッド部材32が接合される。この後、第1のヘッド部材30と第2のヘッド部材32に、上述の側壁35が配置・接合されることで、インク吐出ヘッド3が形成される(図1および図2(a)、(b)参照)。
Next, as shown in FIG. 6 (e), on the
本発明におけるインクジェットヘッド3は、第1の実施形態における、Si単結晶基板78のエッチング工程(図6(b)〜(d)で示される工程)を以下のようにして作製することも可能である。図7は、本発明のインク吐出ヘッド3の作製方法の第2の実施形態における、Si単結晶基板78のエッチング工程について説明する概略断面図である。
この第2の実施形態では、図6(a)に示される、単結晶Si基板78の〈110〉と〈1−10〉結晶方位を辺とする、所定の大きさの正方形のSiO2パターン82が形成された後、このSiO2パターン82をエッチングマスクとして、34wt%のKOH水溶液を70℃に加熱した液に上記基板を浸し、Siの異方性エッチングを行う。このエッチング工程において、単結晶Si基板78は正方形のSiO2パターン82をエッチングマスクとしてエッチングされる。このエッチングでは、SiO2パターン82の正方形のコーナー部分からアンダーカットが進行し、SiO2パターン82が単結晶Si基板78の表面から離脱するまでエッチングが行われる。これにより、図7に示すように、高次の結晶面からなる斜面で形成された、先端角が約60°以下で曲率半径4μm以下の尖った先端をもつ、Siからなる錐体構造物86が柱状部80の基板上面81に作製される。
この後、第1の実施形態と同様、図6(e)で示す工程が行われてインク吐出ヘッド3が作製される。
The
In the second embodiment, a square SiO 2 pattern 82 having a predetermined size with the <110> and <1-10> crystal orientations of the single
Thereafter, as in the first embodiment, the process shown in FIG. 6E is performed to manufacture the
上述の第1の実施形態では、SF6反応ガスによるSiの四角柱構造を形成するためのエッチングマスクとしてSiO2を用いたが、CrやAl等のフッ素系ガスに耐性のある金属をマスクとして用いてもよい。
In the first embodiment described above, SiO 2 is used as an etching mask for forming a Si square column structure by
また、上述の第1の実施形態では、SF6反応ガスによるドライエッチングにより、Siの四角柱構造を形成したが、直接Siをサンドブラスト、超音波加工などの微細加工法を用いて同様の柱状構造を作製してもよい。 Further, in the first embodiment described above, the Si square pillar structure is formed by dry etching with SF 6 reactive gas. However, the same pillar structure is obtained by directly using Si for fine processing such as sand blasting or ultrasonic processing. May be produced.
上述の、第1の実施形態および第2の実施形態では、Siの単結晶基板を異方性エッチングして先鋭なインクガイドを作製した。本発明においては、異方性エッチングすることで先鋭なインクガイドが作製できるならば、単結晶基板の材料は、必ずしもSiでなくともよい。本発明のインク吐出ヘッドの作製方法では、異方性エッチングすることで先鋭なインクガイドが作製できるならば、例えば化合物半導体単結晶基板などからインクガイドを作製しても構わない。 In the first and second embodiments described above, a sharp ink guide was produced by anisotropically etching a Si single crystal substrate. In the present invention, the material of the single crystal substrate is not necessarily Si as long as a sharp ink guide can be produced by anisotropic etching. In the method for producing an ink discharge head of the present invention, if a sharp ink guide can be produced by anisotropic etching, the ink guide may be produced from, for example, a compound semiconductor single crystal substrate.
また、上述の、第1の実施形態および第2の実施形態では、異方性エッチングによって高次の結晶面を斜面とする先端が先鋭なインクガイドを作製した。本発明においては、必ずしもインクガイドは高次の結晶面を斜面としていなくてもよく、例えば(111)面で形成されていてもよい。 In the first embodiment and the second embodiment described above, an ink guide having a sharp tip with a higher-order crystal plane as an inclined surface is produced by anisotropic etching. In the present invention, the ink guide does not necessarily have a high-order crystal plane as an inclined surface, and may be formed of, for example, a (111) plane.
また、上述の、第1の実施形態および第2の実施形態では、インクガイドの先端角を60°以下、かつ先端の曲率半径を4μm以下とした。本発明においては、所望の吐出電圧において、インクガイド先端から安定して液滴が吐出されるならば、インクガイドの先端をこの程度まで高先鋭に形成しなくともかまわない。ただし、より低い吐出電圧でより安定にインクを吐出するためには、インクガイドの先端は先端角を60°以下、かつ先端の曲率半径を4μm以下にすることが好ましい。 In the first embodiment and the second embodiment described above, the tip angle of the ink guide is set to 60 ° or less, and the radius of curvature of the tip is set to 4 μm or less. In the present invention, if the droplet is stably ejected from the tip of the ink guide at a desired ejection voltage, the tip of the ink guide does not have to be formed so sharply as this. However, in order to discharge ink more stably at a lower discharge voltage, it is preferable that the tip of the ink guide has a tip angle of 60 ° or less and a radius of curvature of the tip of 4 μm or less.
以上、本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態であるインク吐出ヘッドについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 As described above, the ink ejection head which is an embodiment of the liquid ejection head of the present invention has been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, you may do it.
1 インク吐出装置
2 インク還流ユニット
3 インク吐出ヘッド
6 電圧源ユニット
14 インク流
16、140 メニスカス
20 インク循環装置
22 インク供給パイプ
24 インク回収パイプ
26 インクポンプ
28 インクタンク
29 インク収容室
30 ヘッド部材
32 上蓋
34 ヘッド基板
35 側壁
40、110 対向電極
43 制御基板
50 突出部
52 インクガイド
54 上面
55 インク供給路
56 インク流出口
57 インク流入口
58 インク回収路
59 インク回収口
64 吐出バイアス電源
66 吐出信号電圧源
67 石英ガラス基板
75 先端部
76 金属パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ink discharge apparatus 2
Claims (11)
前記対向電極と所定の距離離間して配置された第1の基板と、この第1の基板と一体に形成された、前記第1の基板から前記対向電極に向けて突出した突出部と、この突出部の突出端である対向電極に対向する上面に形成された、溶液を吐出させるためのガイドであって、前記上面から前記対向電極に向けて突出して先端部に近づくにつれて断面が狭くなり前記先端部が先鋭化するように傾斜面が設けられ、この傾斜面を溶液流として流れる前記溶液を前記先端部に導いて静電気力により液滴として吐出させる溶液ガイドと、前記静電気力を作用する制御電極を備え、前記溶液ガイドを配置するための貫通孔が穿孔されている第2の基板と、を有し、
前記第2の基板は、前記突出部の前記上面の一部に当接して接合されて支持されており、前記溶液ガイドは、少なくとも前記先端部が前記貫通孔を通り、この先端部が前記第2の基板の前記対向電極と対向する側の面よりも前記対向電極の側に突出し、この前記溶液ガイドの少なくとも前記先端部は単結晶材料からなり、異方性ウエットエッチングによって前記傾斜面が形成されて前記先端部が先鋭化されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 A liquid discharge head for discharging a solution in which charged particles are dispersed toward a counter electrode,
A first substrate disposed at a predetermined distance from the counter electrode; a protrusion formed integrally with the first substrate and protruding from the first substrate toward the counter electrode; and A guide for discharging a solution, formed on the upper surface facing the counter electrode, which is the projecting end of the projecting portion, protrudes from the upper surface toward the counter electrode and becomes narrower as it approaches the tip. An inclined surface is provided so that the tip portion is sharpened, a solution guide that guides the solution flowing as a solution flow through the inclined surface to the tip portion and discharges it as a droplet by electrostatic force, and a control that acts on the electrostatic force A second substrate comprising an electrode and having a through hole for arranging the solution guide,
The second substrate is supported in contact with and joined to a part of the upper surface of the protrusion, and the solution guide has at least the tip passing through the through-hole, and the tip is the first. 2 projecting to the counter electrode side than the surface of the substrate facing the counter electrode, at least the tip of the solution guide is made of a single crystal material, and the inclined surface is formed by anisotropic wet etching. The liquid discharge head is characterized in that the tip is sharpened.
絶縁性基板を加工することにより、板状の基板に、前記突出部を成す突状部が突出端に上面を有するように形成された第1のヘッド部材を作製する工程と、
前記突状部の前記上面と単結晶基板とを接合し、前記第1のヘッド部材と前記単結晶基板とを一体化する工程と、
前記単結晶基板の異方性ウエットエッチングを行うことで、前記突状部の前記上面の所定の位置に前記溶液ガイドを成す先鋭部を作製する工程と、
所定の位置に穿孔された貫通孔を有する、第2の基板を成す第2のヘッド部材を、前記先鋭部が前記貫通孔を貫通するよう所定の位置に位置合わせし、前記第2のヘッド部材の一方の表面を前記突出部の前記上面と接合して固定する工程とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドの作製方法。 A single crystal provided on the upper surface, which protrudes from the first substrate, protrudes from the first substrate, and has a protruding end as an upper surface, and guides the solution to a sharp tip and discharges it as a droplet by electrostatic force. A liquid comprising: a solution guide made of a material; and a second substrate having a through hole provided so that the solution guide protrudes from the substrate surface, and is bonded to the upper surface and supported and fixed to the protrusion. A method for producing a discharge head, comprising:
Processing the insulating substrate to produce a first head member formed on the plate-like substrate so that the protruding portion forming the protruding portion has an upper surface at the protruding end;
Bonding the upper surface of the protrusion and the single crystal substrate, and integrating the first head member and the single crystal substrate;
Producing a sharpened portion that forms the solution guide at a predetermined position on the upper surface of the projecting portion by performing anisotropic wet etching of the single crystal substrate; and
A second head member forming a second substrate having a through-hole drilled at a predetermined position is aligned at a predetermined position so that the sharpened portion penetrates the through-hole, and the second head member And a step of joining and fixing one surface of the protrusion to the upper surface of the protruding portion.
前記固定する工程において、所定の位置に貫通孔が複数穿孔された第2の基板を成す第2のヘッド部材を、前記先鋭部のそれぞれが前記貫通孔を貫通するよう所定の位置に位置合わせして前記第2のヘッド部材の一方の表面を前記突出部の前記上面と接合して固定することを特徴とする請求項9または10に記載の液体吐出ヘッドの作製方法。
In the step of producing the sharpened portion, a plurality of sharpened portions forming the solution guide by anisotropic wet etching of the single crystal substrate are produced,
In the fixing step, the second head member forming the second substrate having a plurality of through holes drilled at a predetermined position is aligned with the predetermined position so that each of the sharpened portions penetrates the through hole. The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 9, wherein one surface of the second head member is bonded and fixed to the upper surface of the protrusion.
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