JP2005119222A - Method for manufacturing nozzle plate and inkjet recording apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高密度インクジェットヘッドのノズルプレートの作製法及び該ノズルプレートを有するインクジェット記録装置に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a nozzle plate of a high-density inkjet head and an inkjet recording apparatus having the nozzle plate.
インクジェットヘッド記録装置に用いられるインクジェットヘッドは、近年、次第に高密度化・高解像度化・高速化の方向に向かっており、ヘッド作製において精密微細加工と複雑な所望形状が要求されるようになり、様々な構造及び製法が開発されている。このような背景から、圧力室と1対1に対応しているノズルはその孔径においては次第に小さく、且つ、高密度化してきている。 Ink-jet heads used in ink-jet head recording apparatuses have been gradually moving toward higher density, higher resolution, and higher speed in recent years, and precision microfabrication and complex desired shapes have been required in head production. Various structures and manufacturing methods have been developed. From such a background, nozzles corresponding to the pressure chambers on a one-to-one basis are gradually becoming smaller and higher in the hole diameter.
その中で、特許文献1に記載されているように、エッジシュータータイプのインクジェットヘッドのノズルは、Si基板を用いて異方性エッチングにより作製している。
Among them, as described in
更に、特許文献2に記載されているように、サイドシュータータイプのインクジェットヘッドのノズルはSi基板に予めレーザーで未貫通孔を形成し、その後、異方性エッチングを用いてノズルを形成している。
Further, as described in
しかしながら、上述した特許文献1に開示されている従来の異方性湿式エッチング加工で形成されるノズルの断面形状は三角形となり、このノズルの流路の断面積はノズル占有面積に比較して小さくなり、ノズルの高密度配置に課題が残る。
However, the cross-sectional shape of the nozzle formed by the conventional anisotropic wet etching process disclosed in
そして、特許文献2に開示されているように、予めレーザーで未貫通孔を施し、その後、異方性湿式エッチングを施すことによって貫通孔を設けているが、このノズルの流路の断面形状は(110)面を用いた場合でも平行四辺形型の角型となり、ノズルの高密度実装に課題が残る。更に、ノズル孔の断面積はエッチングの温度と時間に大きく依存するため、均一な形状のノズル作製において課題が残る。
And as disclosed in
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ノズルプレートを簡素で容易に作製することができる作製法とこの方法によって作製されたノズルプレートを備えるインクジェット記録装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to provide a production method capable of producing a nozzle plate simply and easily, and an ink jet recording apparatus including the nozzle plate produced by this method. There is to do.
上記目的を達成するため、本発明に係るインクジェットヘッドのノズルは、Siプレートに1つ以上のノズルを設け、その後、該Siプレートにガラスプレートを陽極接合し、更にガラスプレートにSiプレートのノズルと同様な位置に該ノズルよりも大きな直径の孔を設け、ガラスプレートを圧力室を有するSi基板に陽極接合することによってノズルと圧力室を流体的に繋げ、且つ、ノズルの吐出方向は圧力室に設けた振動板の振動方向と同一方向にする。 In order to achieve the above object, the nozzle of the inkjet head according to the present invention is provided with one or more nozzles on the Si plate, and then anodically bonding the glass plate to the Si plate, and further, the nozzle of the Si plate on the glass plate. A hole having a diameter larger than that of the nozzle is provided at the same position, and the nozzle and the pressure chamber are fluidly connected by anodically bonding the glass plate to the Si substrate having the pressure chamber, and the discharge direction of the nozzle is the pressure chamber. The direction is the same as the vibration direction of the provided diaphragm.
或はガラスプレートに1つ以上のノズルを設け、該ガラスプレートを圧力室を有するSi基板に陽極接合することによって、該ノズルと該圧力室は流体的に繋がり、且つ、ノズルの吐出方向は圧力室に設けた振動板の振動方向と同一方向にする。 Alternatively, by providing one or more nozzles on the glass plate and anodically bonding the glass plate to a Si substrate having a pressure chamber, the nozzle and the pressure chamber are fluidly connected, and the discharge direction of the nozzle is a pressure The vibration direction of the diaphragm provided in the chamber is the same direction.
本発明に係るインクジェットヘッドのノズルは、Siプレートに1つ以上の凹部を設け、該Siプレートにガラスプレートを陽極接合し、凹部が貫通孔になるまでSiプレートを薄片化し、孔をマスクとしてHF(フッ化水素)水溶液或はBHF(フッ化アンモニウム)液を用いて該ガラスプレートに孔を明け、その後、ガラスプレートを圧力室を有するSi基板に陽極接合し、この方法によってSiプレート及びガラスプレートに貫通孔を形成できる、即ちノズルを形成できる。尚、本発明において、Siプレートを電極として用いるので、圧力室を有するSi基板にガラスプレートを陽極接合することは容易である。 In the nozzle of the ink jet head according to the present invention, one or more recesses are provided in the Si plate, a glass plate is anodically bonded to the Si plate, the Si plate is thinned until the recess becomes a through hole, and the hole is used as a mask for HF. A hole is made in the glass plate using an aqueous solution (hydrogen fluoride) or BHF (ammonium fluoride), and then the glass plate is anodically bonded to a Si substrate having a pressure chamber. A through hole can be formed in the nozzle, that is, a nozzle can be formed. In the present invention, since the Si plate is used as an electrode, it is easy to anodic bond the glass plate to the Si substrate having the pressure chamber.
或は、本発明に係るインクジェットヘッドのノズルは、Siプレートに1つ以上の凹部を設け、該Siプレートにガラスプレートを陽極接合し、凹部が貫通孔になるまでSiプレートを薄片化し、孔をマスクとしてHF水溶液或はBHF液を用いてガラスプレートに貫通孔を明け、更にSiプレートを除去し、その後、ガラスプレートを圧力室を有するSi基板に陽極接合する。この方法によってガラスプレートに貫通孔、即ちノズルを形成することができる。 Alternatively, in the nozzle of the inkjet head according to the present invention, one or more recesses are provided in the Si plate, a glass plate is anodically bonded to the Si plate, and the Si plate is thinned until the recess becomes a through hole. Using a HF aqueous solution or a BHF solution as a mask, a through hole is made in the glass plate, the Si plate is further removed, and then the glass plate is anodically bonded to a Si substrate having a pressure chamber. By this method, a through hole, that is, a nozzle can be formed in the glass plate.
上記方法において、高密度で微小な円形の断面形状を有するノズルを提供できる。 In the above method, a nozzle having a high density and a small circular cross-sectional shape can be provided.
尚、本発明の構造体及び作成法からノズルを有するSiプレート或はガラスプレートを圧力室を有するSi基板に接着剤を使用しないで陽極接合可能であるため、強固に接合できる。 Since the Si plate or glass plate having a nozzle can be anodically bonded to the Si substrate having a pressure chamber without using an adhesive, the structure and the manufacturing method of the present invention can be firmly bonded.
本発明によれば、1つ以上のノズル孔を明けたSiプレートにガラスプレートを陽極接合し、このSiプレートをマスクとして該Siプレートのノズル孔からガラスプレートを湿式エッチングすることによって、接合体であるSiプレートとガラスプレートに貫通孔を設け、該貫通孔をノズルとし、ガラスプレートを圧力室を有するSi基板に陽極接合するため、或は該ガラスプレートをエッチングによって貫通孔を形成した後、Siプレートを除去し、その後、ガラスプレートを圧力室を有するSi基板に陽極接合することから、圧力室とノズルプレートを別々に作製することが可能となり、一体もので作製する必要がないため、製作が容易になる。そして、圧力室を有するSi基板とノズルを有するノズルプレートを陽極接合によって接合するため、強固に接合できる。 According to the present invention, a glass plate is anodically bonded to a Si plate having one or more nozzle holes, and the glass plate is wet-etched from the nozzle holes of the Si plate using the Si plate as a mask. A through-hole is formed in a certain Si plate and glass plate, and the through-hole is used as a nozzle, and the glass plate is anodically bonded to a Si substrate having a pressure chamber, or after forming a through-hole by etching the glass plate, Since the plate is removed and then the glass plate is anodically bonded to the Si substrate having the pressure chamber, the pressure chamber and the nozzle plate can be manufactured separately, and it is not necessary to manufacture them in one piece. It becomes easy. Since the Si substrate having the pressure chamber and the nozzle plate having the nozzle are bonded by anodic bonding, the bonding can be performed firmly.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
<実施の形態1>
図1〜図5は本発明の特徴を良く表す図面であり、これらの図において、1はSiプレート、2はガラスプレート、3はSiプレート1に明けたノズル孔、4はガラスプレート3に明けたノズル孔、5はロウ材、6は研磨台、7は流路を有するSi基板、8は圧力室、9は振動板、10は圧電体である。
<
1 to 5 are drawings that clearly show the features of the present invention. In these drawings, 1 is a Si plate, 2 is a glass plate, 3 is a nozzle hole opened in the
次に、上記構成において、図1に示すように、Si基板1に圧力室8(圧力室と流体的に連結しているインク供給口、流路及びオリフィスの図示無し)を形成し、該圧力室上にガラスから成る振動板を陽極接合し、更に振動板9上に駆動用の圧電体を搭載し、更に振動板圧力室8の出口側(インク供給口の反対側)にノズル孔4を設けたガラスプレート2とノズル孔3を設けたSiプレート1を予め陽極接合(図2及び図3参照)したものをSi基板7にアライメントして二重陽極接合する。該二重陽極接合によってSi基板7とガラスプレート2は強固に接合する。
Next, in the above configuration, as shown in FIG. 1, the pressure chamber 8 (the ink supply port fluidly connected to the pressure chamber, the flow path and the orifice are not shown) is formed in the
前記ノズル孔3及び4は次の方法で作製した。
The
即ち、図4に示すように、先ず、Siプレート1にICPでノズル3となる凹部を形成し、該Siプレート1にアルミノケイ酸ガラスのSD2ガラス(HOYA社の商標登録)から成るガラスプレート2を陽極接合し、その後、該ガラスプレート2を研磨台6に低融点ロウ材5で固定する。そして、Si基板1をラッピング研磨及びポリッシング研磨によって薄片化し、先ず、Si基板1に貫通した孔、即ちノズル3を形成し、その後、図5(5)に示すように、露出しているガラスプレート2を低温ロウで覆い、そして、その後、BHF溶液中に浸漬し、該ガラスプレート2のみを優先的にエッチングし、そして、ノズル孔4が貫通した段階でエッチングを停止する。このようにしてノズル孔3,4を形成する。
That is, as shown in FIG. 4, first, a concave portion to be a
上記方法で作製したノズル孔4の直径は図5に示すようにエッチングの進行と共に次第に小さくなり、即ち、テーパ状になるが、これを回避するためにガラスプレート2の厚さを小さくする必要がある。
As shown in FIG. 5, the diameter of the
上記方法で作製したノズル孔3,4を有するそれぞれSiプレート1とガラスプレート2をSD2ガラスの転移点以上の温度で熱処理し、その後、Si基板1にガラスプレート2を二重陽極接合した。この二重陽極接合は、Si基板1の圧力室出口(図示無し)とノズル孔3が互いに重なり合うように整合した状態で、該Siプレート1を陽極電極として行った。
Each of the
本実施の形態において、Siプレート1は研磨で20μmまで薄片化し、SD2ガラスは厚さ20μmのものを用いた。このため、上記したようなSD2ガラスから成るガラスプレートの孔明けによるテーパによる影響は少なかった。尚、Siプレート1及びガラスプレート2の厚さは、それぞれは5μm以上200μm以下及び5μm以上100μm以上の場合、強度的に及び薄片化において好ましい。
In the present embodiment, the
そして、本実施の形態において、ノズル孔3及び4は直径10μm、ピッチ85μmで150個を直列に配列したものである
尚、本実施の形態において、Si基板7に振動板9を陽極接合し、更に振動板9上に圧電体10を形成し、その後、ガラスプレート2をSi基板7に陽極接合した。
In this embodiment, the
上記方法で製作したインクジェットヘッドを用いてインクジェット記録装置として組み込み、圧電体に電圧(圧電体に電圧を印加する電極の図示無し)を印加したところ、ノズル孔3からインクが吐出した。
When the ink jet head manufactured by the above method was used as an ink jet recording apparatus and a voltage was applied to the piezoelectric body (no electrode for applying voltage to the piezoelectric body), ink was ejected from the
<実施の形態2>
図6〜図10は本発明の特徴を良く表わす図面であり、これらの図において、1はSiプレート、2はガラスプレート、3はSiプレート1に明けた孔、4はガラスプレート2に明けたノズル孔、5はロウ材、6は研磨台、7はSi基板、8はSi基板8に設けた圧力室、9は振動板、10は圧電体である。
<
FIGS. 6 to 10 are drawings showing the features of the present invention. In these drawings, 1 is a Si plate, 2 is a glass plate, 3 is a hole opened in the
次に、上記構成において、図6に示すように、Si基板1に圧力室8(圧力室と流体的に連結しているインク供給口、流路及びオリフィスの図示無し)を形成し、圧力室上にガラスから成る振動板を陽極接合し、更に振動板9上に駆動用の圧電体を形成し、更に圧力室8の出口側(インク供給口の反対側)面にノズル孔4を設けたガラスプレート2を二重陽極接合する。この二重陽極合によってSi基板1とガラスプレート2は強固に接合する。
Next, in the above configuration, as shown in FIG. 6, the pressure chamber 8 (the ink supply port fluidly connected to the pressure chamber, the flow path and the orifice are not shown) is formed in the
ノズル孔4は次の方法で作製した。
The
即ち、図9に示すように、先ず、Siプレート1にICPで凹部を形成し、Siプレート1にボロンシリケートガラスであるパイレックスガラス(コーニング社の商標登録)から成るガラスプレート2を陽極接合し、その後、パイレックスガラスを研磨台に低融点ロウ材で固定する。そして、Si基板1をラッピング研磨及びポリッシング研磨によって薄片化し、先ず、Siプレート1に貫通孔の孔3を形成し、その後、図9(5)に示すように、露出しているガラスプレート2を低温ロウで覆い、その後、BHF溶液中に浸漬し、ガラスのみを優先的にエッチングし、そして、ノズル孔4が貫通した段階でエッチングを停止する。
That is, as shown in FIG. 9, first, a concave portion is formed on the
上記方法で作製したノズル孔4の直径は、図10に示すようにエッチングの進行と共に次第に小さくなり、即ちテ−パ状になる。本実施の形態において、ガラスプレート2として板厚の厚い100μmのものを用いた。このため、ノズル孔はテーパ状に形成されるため、ガラスプレート2のノズル孔4の大きい方の面をSi基板7に陽極接合する。尚、ガラスプレート2は、5μm以上200μm以下の厚さが強度的に及び薄片化の上で好ましい。
As shown in FIG. 10, the diameter of the
上記方法で作製したノズル4を有するガラスプレート2をガラス転移点温度以上の温度で熱処理し、その後、Si基板7の圧力室出口(図示無し)とノズル孔4が互いに重なり合うように整合した状態で、ガラスプレート2をSi基板7に陽極接合した。
The
そして、本実施の形態において、ノズル孔3,4は直径20μm、ピッチ85μmで150個を直列に配列したものである。
In the present embodiment, 150
上記方法で製作したインクジェットヘッドを用いてインクジェット記録装置として組み込み、圧電体に電圧(圧電体に電圧を印加する電極の図示なし)を印加したところ、インク孔4からインクが吐出した。 When the ink jet head manufactured by the above method was used as an ink jet recording apparatus and a voltage was applied to the piezoelectric material (not shown), ink was ejected from the ink holes 4.
本発明は、高密度インクジェットヘッドのノズルプレートの作製法及び該ノズルプレートを有するインクジェット記録装置に対して適用可能である。 The present invention is applicable to a method for producing a nozzle plate of a high-density inkjet head and an inkjet recording apparatus having the nozzle plate.
1 Siプレート
2 ガラスプレート
3 Siプレートのノズル孔又は孔
4 ガラスプレートのノズル孔又は孔
5 ロウ材
6 研磨台
7 Si基板
8 圧力室
9 振動板
10 圧電体
DESCRIPTION OF
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003358869A JP2005119222A (en) | 2003-10-20 | 2003-10-20 | Method for manufacturing nozzle plate and inkjet recording apparatus |
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JP2003358869A Withdrawn JP2005119222A (en) | 2003-10-20 | 2003-10-20 | Method for manufacturing nozzle plate and inkjet recording apparatus |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010094969A (en) * | 2008-10-20 | 2010-04-30 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | Inkjet head |
CN103660575A (en) * | 2012-09-26 | 2014-03-26 | 兄弟工业株式会社 | Method for manufacturing liquid jetting apparatus, method for manufacturing nozzle plate, and liquid droplet jetting apparatus |
-
2003
- 2003-10-20 JP JP2003358869A patent/JP2005119222A/en not_active Withdrawn
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CN103660575A (en) * | 2012-09-26 | 2014-03-26 | 兄弟工业株式会社 | Method for manufacturing liquid jetting apparatus, method for manufacturing nozzle plate, and liquid droplet jetting apparatus |
US9050802B2 (en) | 2012-09-26 | 2015-06-09 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing liquid jetting apparatus, method for manufacturing nozzle plate, and liquid droplet jetting apparatus |
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