JP2009029062A - Droplet ejection head, manufacturing method of droplet ejection head, and droplet ejection device - Google Patents

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JP2009029062A
JP2009029062A JP2007197027A JP2007197027A JP2009029062A JP 2009029062 A JP2009029062 A JP 2009029062A JP 2007197027 A JP2007197027 A JP 2007197027A JP 2007197027 A JP2007197027 A JP 2007197027A JP 2009029062 A JP2009029062 A JP 2009029062A
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substrate
reservoir
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serving
nozzle
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Koji Kitahara
浩司 北原
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Seiko Epson Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a droplet ejection head or the like which can provide stable ejection characteristics, causes no pressure interference between nozzles and is not affected by a change in outside atmospheric pressure, further, can be made compact and can easily materialize high density and the large number of the nozzles. <P>SOLUTION: The droplet ejection head includes: a nozzle board 1 formed with a plurality of nozzle holes 5 for ejecting a droplet; a cavity board 2 which has a bottom wall forming a vibrating plate 7 and which is formed with a recessed portion serving as an ejection chamber 6 for each nozzle hole; an electrode board 3 which faces the vibrating plate and is formed with a plurality of individual electrodes 8 driving the vibrating plate; and a reservoir board 4 which is formed with a recessed portion serving as a first reservoir 11 for supplying the droplet to the ejection chamber. The nozzle board, the cavity board, the electrode board and the reservoir board are stacked and arranged in this order. The cavity board is provided with an opening serving as a second reservoir 12, the electrode board is provided with an opening serving as a third reservoir 13 and the recessed portion serving as the first reservoir, the opening serving as the second reservoir and the opening serving as the third reservoir are communicated with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、インクジェットヘッド等に用いられる液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製
造方法及び液滴吐出装置に関する。
The present invention relates to a droplet discharge head used for an inkjet head or the like, a method for manufacturing the droplet discharge head, and a droplet discharge apparatus.

液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載さ
れるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般に、インク滴
を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合され
ノズル基板との間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ部等を有するインク流路が
形成されたキャビティ基板とを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることにより吐出
室底部の振動板を変位させて、インク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成さ
れている。駆動手段としては、静電気力を利用する静電駆動方式や、圧電素子による圧電
駆動方式、発熱素子を利用する方式等がある。
As a droplet discharge head for discharging droplets, for example, an inkjet head mounted on an inkjet recording apparatus is known. In general, an inkjet head includes a nozzle substrate in which a plurality of nozzle holes for discharging ink droplets are formed, and a discharge chamber, a reservoir unit, and the like that are joined to the nozzle substrate and communicate with the nozzle holes. And a cavity substrate having an ink flow path formed therein, and configured to discharge ink droplets from selected nozzle holes by displacing the vibration plate at the bottom of the discharge chamber by applying pressure to the discharge chamber by the drive unit. Has been. As the driving means, there are an electrostatic driving method using an electrostatic force, a piezoelectric driving method using a piezoelectric element, a method using a heating element, and the like.

かかるインクジェットヘッドに対しては、従来より小型化が進められており、そのよう
なものとしては、例えば特許文献1に開示するものがある。これは、圧電駆動方式による
もので、アクチュエータ、インク圧力室(吐出室)、共通インク室(リザーバ)を異なる
平面上に区画形成し、これらを積層配置する構造である。
また、特許文献2では、アクチュエータと、インク圧力室を異なる平面上に区画形成し
、これらに対して、共通インク室を垂直に配置したインクジェットヘッドが開示されてい
る。
更に、特許文献3や特許文献4等では、アクチュエータ、インク圧力室、共通インク室
を重ねて積層配置したエッジイジェクト方式やフェースイジェクト方式のインクジェット
ヘッドが開示されている。
Such ink-jet heads have been reduced in size from the past, and there is one disclosed in Patent Document 1, for example. This is based on a piezoelectric drive system, and has a structure in which an actuator, an ink pressure chamber (ejection chamber), and a common ink chamber (reservoir) are partitioned on different planes, and these are stacked.
Patent Document 2 discloses an ink jet head in which an actuator and an ink pressure chamber are partitioned and formed on different planes, and a common ink chamber is arranged vertically with respect to these.
Further, Patent Document 3 and Patent Document 4 disclose an edge ejection type or face ejection type inkjet head in which an actuator, an ink pressure chamber, and a common ink chamber are stacked and arranged.

しかし、インクジェットヘッドの小型化を進めると、共通インク室も小型化してしまい
、コンプライアンスが低下することによりノズル間の圧力干渉が生じる。そのため、例え
ば特許文献5に示すように、共通インク室を設けたリザーバ基板をノズル基板とキャビテ
ィ基板との間に配置したインクジェットヘッドが提案されている。しかし、この構造では
、リザーバ基板が厚くならざるを得ず、小型化には限界がある。
However, if the ink jet head is further miniaturized, the common ink chamber is also miniaturized, and pressure interference between nozzles occurs due to a decrease in compliance. Therefore, for example, as shown in Patent Document 5, an ink jet head in which a reservoir substrate provided with a common ink chamber is disposed between a nozzle substrate and a cavity substrate has been proposed. However, in this structure, the reservoir substrate must be thick, and there is a limit to downsizing.

また、振動板と個別電極との間に形成されるアクチュエータ室は、気密封止されていて
、外気と完全に遮断されているため、気圧変化が起こった場合、アクチュエータ室の内圧
が変化し、これに伴い剛性の低い振動板が変位してしまい、アクチュエータ室の体積が変
化することになる。その結果、インク吐出量が安定せず、吐出特性の不安定化を招く原因
となる。そこで、このような振動板の変位を抑制する手段として、従来より以下のような
構造のインクジェットヘッドが知られている。
In addition, the actuator chamber formed between the diaphragm and the individual electrode is hermetically sealed and completely shut off from the outside air, so when the atmospheric pressure changes, the internal pressure of the actuator chamber changes, Along with this, the diaphragm having low rigidity is displaced, and the volume of the actuator chamber changes. As a result, the ink discharge amount is not stable, which causes the discharge characteristics to become unstable. Therefore, as a means for suppressing such displacement of the diaphragm, an ink jet head having the following structure is conventionally known.

例えば、特許文献6では、外気圧の変化に応じて変位可能な変位板を有する圧力補償室
をキャビティ基板に形成している。この場合、大きな圧力補償室をキャビティ基板に形成
する必要があり、インクジェットヘッドの小型化が難しいという課題がある。
特許文献7では、外気圧の変化に応じて変位可能な変位板を、振動板、あるいは電極を
設ける部材とは別の材料、例えば、ポリイミドフィルム等により形成している。この場合
、フィルムを接着剤等で貼り付ける工程が必要になり、また、アクチュエータ室(振動室
とも呼ばれる)の気密性を確保することが難しいという課題がある。
For example, in Patent Document 6, a pressure compensation chamber having a displacement plate that can be displaced according to a change in external air pressure is formed in a cavity substrate. In this case, it is necessary to form a large pressure compensation chamber in the cavity substrate, and there is a problem that it is difficult to reduce the size of the inkjet head.
In Patent Document 7, a displacement plate that can be displaced according to a change in external air pressure is formed of a material other than a diaphragm or a member provided with an electrode, such as a polyimide film. In this case, a process of attaching the film with an adhesive or the like is necessary, and there is a problem that it is difficult to ensure the airtightness of the actuator chamber (also referred to as a vibration chamber).

特開平8−58089号公報JP-A-8-58089 特開2001−334663号公報JP 2001-334663 A 特開2001−253072号公報JP 2001-253072 A 特開2006−272574号公報JP 2006-272574 A 特開2006−103167号公報JP 2006-103167 A WO99/47357号公報WO99 / 47357 Publication 特開2003−94637号公報JP 2003-94637 A

これらの従来のインクジェットヘッドに対して、近年更に記録密度を高めて高精細な印
刷を行うとともに、記録速度を速める記録装置が求められてきている。
そのために、更に、インク流路やアクチュエータ等の配置の密度を高める必要があった
。また、更なるヘッドの小型化に向けては、共通インク室や、配線、IC実装等、更には
外気圧の変化に応じて変位可能な変位板等のインクジェットヘッド内で大きな区画面積を
占める部分の面積を前述のインク流路、アクチュエータの高密度化に併せて縮小する必要
があった。
In recent years, there has been a demand for a recording apparatus that can increase the recording density and increase the recording speed for these conventional inkjet heads.
Therefore, it is necessary to further increase the density of arrangement of ink flow paths, actuators, and the like. For further downsizing of the head, the common ink chamber, wiring, IC mounting, etc., and the portion that occupies a large partition area in the inkjet head, such as a displacement plate that can be displaced according to changes in the external air pressure It is necessary to reduce the area of the ink in accordance with the increase in the density of the ink flow path and the actuator described above.

本発明は、上記のような課題に鑑み、ノズル間の圧力干渉がなく、また外気圧の変化に
対して影響を受けることなく、安定した吐出特性が得られ、しかも小型化が可能で、高密
度化、多ノズル化を容易に実現することが可能な液滴吐出ヘッドを提供することを目的と
し、さらには本発明の液滴吐出ヘッドを搭載することにより、装置の小型化を可能にし、
高精細・高品位の液滴吐出と高速駆動に対応し得る液滴吐出装置を提供することを目的と
している。
In view of the above-described problems, the present invention has no pressure interference between nozzles and is not affected by changes in external air pressure, and can obtain stable discharge characteristics and can be downsized. The purpose is to provide a droplet discharge head capable of easily realizing a higher density and a larger number of nozzles, and further, by mounting the droplet discharge head of the present invention, the apparatus can be miniaturized,
An object of the present invention is to provide a droplet discharge device that can cope with high-definition and high-quality droplet discharge and high-speed driving.

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基
板と、底壁が振動板を形成し、吐出室となる凹部がノズル孔毎に形成されたキャビティ基
板と、振動板に対向し、振動板を駆動する複数の個別電極が形成された電極基板と、吐出
室に液滴を供給する第1のリザーバとなる凹部が形成されたリザーバ基板とを備え、ノズ
ル基板、キャビティ基板、電極基板、リザーバ基板はこの順に積層配置され、キャビティ
基板には、第2のリザーバとなる開口部が設けられ、電極基板には、第3のリザーバとな
る開口部が設けられ、第1のリザーバとなる凹部、第2のリザーバとなる開口部、第3の
リザーバとなる開口部は、それぞれ連通しているものである。
The droplet discharge head according to the present invention includes a nozzle substrate having a plurality of nozzle holes for discharging droplets, a cavity in which a bottom wall forms a vibration plate, and a recess to be a discharge chamber is formed for each nozzle hole. A substrate; an electrode substrate on which a plurality of individual electrodes that are opposed to the diaphragm and drive the diaphragm are formed; and a reservoir substrate on which a recess serving as a first reservoir for supplying droplets to the discharge chamber is formed. The nozzle substrate, cavity substrate, electrode substrate, and reservoir substrate are stacked in this order. The cavity substrate is provided with an opening serving as a second reservoir, and the electrode substrate has an opening serving as a third reservoir. The recessed portion that is provided and serves as the first reservoir, the opening that serves as the second reservoir, and the opening that serves as the third reservoir communicate with each other.

本発明の液滴吐出ヘッドは、3つのリザーバを備えている。そのため、リザーバの容積
が拡大するため、吐出用液体自体の圧縮によりコンプライアンスが上がり、ノズル間の圧
力干渉が抑制される。したがって、吐出特性の安定した品質の高い液滴吐出ヘッドを実現
することができる。また、ノズル基板、キャビティ基板、電極基板、リザーバ基板がこの
順に積層配置された構成であるので、3つのリザーバを積層配置することができ、液滴吐
出ヘッドの小型化、高密度化、多ノズル化を実現できる。
The droplet discharge head of the present invention includes three reservoirs. Therefore, since the volume of the reservoir is increased, the compliance is increased by the compression of the ejection liquid itself, and pressure interference between the nozzles is suppressed. Therefore, it is possible to realize a high-quality liquid droplet ejection head with stable ejection characteristics. In addition, since the nozzle substrate, cavity substrate, electrode substrate, and reservoir substrate are stacked in this order, three reservoirs can be stacked and the droplet discharge head can be reduced in size, increased in density, and multi-nozzle Can be realized.

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、第1のリザーバとなる凹部には、ダイアフラムが設
けられていることが好ましい。ノズル間の圧力干渉を抑制するためには、リザーバの容積
拡大だけでも可能であるが、第1のリザーバとなる凹部にダイアフラムを設けることによ
り、ダイアフラムがリザーバ内の圧力変動を吸収(緩衝)するため、更に効果的である。
In the liquid droplet ejection head of the present invention, it is preferable that a diaphragm is provided in the recess serving as the first reservoir. In order to suppress the pressure interference between the nozzles, it is possible only by expanding the volume of the reservoir. However, by providing a diaphragm in the recess serving as the first reservoir, the diaphragm absorbs (buffers) the pressure fluctuation in the reservoir. Therefore, it is more effective.

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、リザーバ基板には、外気圧の変化に応じて変位可能
な変位板を設けることが好ましい。
このように、同じリザーバ基板を利用して変位板を設けることができ、液滴吐出ヘッド
の小型化が可能となる。外気圧の変化に応じて変位可能な変位板を設けているので、外気
圧の変化による振動板の変位を抑制することができ、液滴吐出量のバラツキのない安定し
た吐出が可能となる。
In the droplet discharge head of the present invention, it is preferable that the reservoir substrate is provided with a displacement plate that can be displaced according to a change in the external pressure.
Thus, the displacement plate can be provided using the same reservoir substrate, and the droplet discharge head can be miniaturized. Since the displacement plate that can be displaced according to the change in the external air pressure is provided, the displacement of the vibration plate due to the change in the external air pressure can be suppressed, and stable discharge without variation in the droplet discharge amount is possible.

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、リザーバ基板は、シリコンである。これにより、ダ
イアフラムがシリコンからなるため、耐薬品性が向上する。また、変位板の寸法精度を高
い精度で確保できる。
In the droplet discharge head of the present invention, the reservoir substrate is silicon. Thereby, since the diaphragm is made of silicon, chemical resistance is improved. Further, the dimensional accuracy of the displacement plate can be ensured with high accuracy.

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、キャビティ基板、電極基板、リザーバ基板は、互い
に陽極接合により積層されていることが好ましい。
陽極接合により高い接合強度を確保できるとともに、振動板と個別電極との間の気密性
を高くすることができる。
In the droplet discharge head of the present invention, the cavity substrate, the electrode substrate, and the reservoir substrate are preferably laminated by anodic bonding.
A high bonding strength can be ensured by anodic bonding, and the airtightness between the diaphragm and the individual electrodes can be increased.

本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、個別電極に接続されるドライバICは、電極基板の
個別電極が形成された面と同一の面上に実装されていることが好ましい。
これによって、ドライバICの実装が容易であるとともに、配線やIC実装面積の小型
化が可能となり、液滴吐出ヘッド自体の小型化に資するものとなる。
In the droplet discharge head of the present invention, the driver IC connected to the individual electrode is preferably mounted on the same surface as the surface on which the individual electrode is formed on the electrode substrate.
As a result, the driver IC can be easily mounted, the wiring and the IC mounting area can be reduced, and the droplet discharge head itself can be reduced in size.

本発明に係る液滴吐出装置は、以上のいずれかの液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴
とする。
これにより、装置の小型化を可能にし、高精細・高品位の液滴吐出と高速駆動に対応し
得る液滴吐出装置を実現できる。
A droplet discharge apparatus according to the present invention is equipped with any of the above droplet discharge heads.
As a result, the apparatus can be miniaturized, and a liquid droplet ejection apparatus that can cope with high-definition, high-quality liquid droplet ejection and high-speed driving can be realized.

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板に複数のノズル孔を形成し、
ノズル基板を得る工程と、シリコン基板に、底壁が振動板を形成し、吐出室となる複数の
凹部と、第2のリザーバとなる開口部とを形成し、キャビティ基板を得る工程と、ガラス
基板に、振動板を駆動する個別電極と、第3のリザーバとなる開口部とを形成し、電極基
板を得る工程と、シリコン基板に、第1のリザーバとなる凹部を形成し、リザーバ基板を
得る工程と、を有し、ノズル基板、キャビティ基板、電極基板、リザーバ基板をこの順に
積層させるとともに、キャビティ基板と電極基板、および、電極基板とリザーバ基板とを
陽極接合することを特徴とする。
A method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes forming a plurality of nozzle holes in a silicon substrate,
A step of obtaining a nozzle substrate, a step of forming a cavity substrate on a silicon substrate, forming a plurality of recesses serving as discharge chambers, and an opening serving as a second reservoir to obtain a cavity substrate, and glass Forming an individual electrode for driving the diaphragm and an opening serving as a third reservoir on the substrate to obtain an electrode substrate; forming a recess serving as the first reservoir on the silicon substrate; A nozzle substrate, a cavity substrate, an electrode substrate, and a reservoir substrate are laminated in this order, and the cavity substrate and the electrode substrate, and the electrode substrate and the reservoir substrate are anodically bonded.

この製造方法により、複数のリザーバを作製することができ、ノズル間の圧力干渉のな
い安定した吐出特性が得られ、しかも小型化が可能で、高密度化、多ノズル化を容易に実
現することが可能な液滴吐出ヘッドが得られる。
With this manufacturing method, multiple reservoirs can be produced, stable ejection characteristics without pressure interference between nozzles can be obtained, and miniaturization is possible, and high density and multiple nozzles can be easily realized. A droplet discharge head capable of achieving the above is obtained.

以下、本発明を適用した液滴吐出ヘッドの一実施の形態について図面に基づいて説明す
る。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、静電駆動方式のインクジェットヘッドにつ
いて図1及び図2を参照して説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限
定されるものではない。
Hereinafter, an embodiment of a droplet discharge head to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. Here, an electrostatic drive type inkjet head will be described with reference to FIGS. 1 and 2 as an example of a droplet discharge head. The present invention is not limited to the structure and shape shown in the following figures.

図1は本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの概略の構成を分解して示す分解
斜視図で、一部を断面図で示してある。図2は組立状態のインクジェットヘッドの部分断
面図である。
このインクジェットヘッド10は、ノズル基板1、キャビティ基板2、電極基板3、リ
ザーバ基板4の4枚の基板をこの順に積層して構成されている。なお、このインクジェッ
トヘッド10は1個につきノズル孔5が2列に形成された構成となっているが、当該ヘッ
ド部分は単列のノズル孔5を有する構成としても良いものである。また、ノズル孔5の数
は制限されない。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an exploded schematic configuration of an inkjet head according to an embodiment of the present invention, and a part thereof is shown in a sectional view. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the ink jet head in an assembled state.
The inkjet head 10 is configured by stacking four substrates, a nozzle substrate 1, a cavity substrate 2, an electrode substrate 3, and a reservoir substrate 4, in this order. The ink jet head 10 has a configuration in which the nozzle holes 5 are formed in two rows per one, but the head portion may be configured to have a single row of nozzle holes 5. Further, the number of nozzle holes 5 is not limited.

ノズル基板1は、例えば単結晶のシリコン基板から作製されており、インク滴を吐出す
るための複数のノズル孔5がドライエッチングによる穴あけ加工により形成されている。
ノズル孔5は、小径孔と大径孔の2段の孔が同心状にあけられているが、ノズル孔5の形
態、構造はこれに限られるものではない。また、ノズル基板1のキャビティ基板2との接
合面にはインク供給口18となる細溝19が形成されている。なお、この細溝19は、後
述するキャビティ基板2の各吐出室6と第2のリザーバ12とを区画する隔壁の上面に設
けてもよい。
The nozzle substrate 1 is made of, for example, a single crystal silicon substrate, and a plurality of nozzle holes 5 for discharging ink droplets are formed by drilling by dry etching.
The nozzle hole 5 has a small-diameter hole and a large-diameter hole formed in two stages concentrically, but the form and structure of the nozzle hole 5 are not limited to this. Further, a narrow groove 19 serving as an ink supply port 18 is formed on the joint surface of the nozzle substrate 1 with the cavity substrate 2. The narrow groove 19 may be provided on the upper surface of a partition wall that divides each discharge chamber 6 and the second reservoir 12 of the cavity substrate 2 described later.

キャビティ基板2は、例えば面方位が(110)の単結晶のシリコン基板から作製され
ており、吐出室6となる凹部21と、各吐出室6(凹部21)に対して共通インク室であ
る第2のリザーバ12となる貫通開口部22とが形成されている。ここに、「貫通開口部
」とは、当該基板を貫通する状態に設けられた開口部をいい、底面のある「凹部」という
ものと区別する。
吐出室6となる凹部21の底壁は、例えばボロン拡散層により極めて薄い厚みで高精度
に形成されており、面外変形を行う振動板7として機能するようになっている。
また、キャビティ基板2のほぼ中央部には、図1に示すように、後述するドライバIC
50のIC挿入口23が設けられている。
このように構成されたキャビティ基板2の上面(図2において上面)に、上述したノズ
ル孔5が形成されたノズル基板1が接着接合される。
The cavity substrate 2 is made of, for example, a single crystal silicon substrate having a plane orientation of (110), and is a recess 21 that becomes the discharge chamber 6 and a first ink chamber that is a common ink chamber for each discharge chamber 6 (recess 21). A through-opening 22 serving as the second reservoir 12 is formed. Here, the “through opening” means an opening provided in a state of penetrating the substrate, and is distinguished from a “concave portion” having a bottom surface.
The bottom wall of the recess 21 serving as the discharge chamber 6 is formed with high accuracy with a very thin thickness by, for example, a boron diffusion layer, and functions as the diaphragm 7 that performs out-of-plane deformation.
In addition, a driver IC, which will be described later, is provided at the substantially central portion of the cavity substrate 2 as shown in FIG.
50 IC insertion openings 23 are provided.
The nozzle substrate 1 in which the nozzle holes 5 described above are formed is bonded and bonded to the upper surface (the upper surface in FIG. 2) of the cavity substrate 2 thus configured.

電極基板3は、例えばホウ珪酸系のガラス基板から作製されており、このガラス基板の
上面(キャビティ基板2との接合面)には、振動板7と対応する部位に溝部31がエッチ
ングにより形成され、さらに溝部31の中に、例えばITO(Indium Tin Oxide)からな
る個別電極8が形成されている。さらに、この電極基板3のガラス基板には、第3のリザ
ーバ13となる貫通開口部32が、第2のリザーバ12となる貫通開口部22と直結する
ように形成されている。すなわち、この貫通開口部32は、図1に示すように、貫通開口
部22の直下に位置して、その底部における大面積の長方形の開口部とほぼ同形状に形成
されている。
なお、電極基板3に第3のリザーバ13を設けることは、必ずしも必須ではない。後述
するリザーバ基板4に設けられる第1のリザーバ11と第2のリザーバ12とを連通させ
る貫通孔としてもよい。但し、当該貫通孔は、上述したインク供給口18となる細溝19
よりも断面積が十分に大きく、流路抵抗が低いものとする必要がある。
The electrode substrate 3 is made of, for example, a borosilicate glass substrate, and a groove portion 31 is formed by etching in a portion corresponding to the vibration plate 7 on the upper surface (bonding surface with the cavity substrate 2) of the glass substrate. Further, individual electrodes 8 made of, for example, ITO (Indium Tin Oxide) are formed in the groove 31. Further, the glass substrate of the electrode substrate 3 is formed with a through opening 32 serving as the third reservoir 13 so as to be directly connected to the through opening 22 serving as the second reservoir 12. That is, as shown in FIG. 1, the through-opening 32 is located directly below the through-opening 22 and is formed in substantially the same shape as a large-area rectangular opening at the bottom thereof.
It is not always necessary to provide the third reservoir 13 on the electrode substrate 3. It is good also as a through-hole which connects the 1st reservoir | reserver 11 and the 2nd reservoir | reserver 12 which are provided in the reservoir | reserver board | substrate 4 mentioned later. However, the through hole is a narrow groove 19 that becomes the ink supply port 18 described above.
It is necessary that the cross-sectional area is sufficiently larger than that and the flow path resistance is low.

個別電極8は、振動板7と所定の間隔を隔てて対向配置されており、個別電極8と振動
板7との間に形成される空間は、封止材35により気密に封止されたアクチュエータ室2
4となっている。また、図示は省略するが、振動板7と個別電極8のいずれか一方または
両方に、絶縁破壊や短絡等を防止するための絶縁膜が形成されている。絶縁膜はSiO2
やSiNなど、あるいはAl23やHfO2等のいわゆるHigh−k材(高誘電率絶縁
膜)等が用いられる。このような、振動板7、個別電極8、および絶縁膜(不図示)によ
り静電アクチュエータが構成されている。
また、各アクチュエータ室24に連通する連通口33が、電極基板3のガラス基板およ
び各個別電極8を貫通して設けられている。
The individual electrode 8 is disposed opposite to the diaphragm 7 with a predetermined interval, and the space formed between the individual electrode 8 and the diaphragm 7 is hermetically sealed by a sealing material 35. Room 2
4 Although illustration is omitted, an insulating film for preventing dielectric breakdown, short circuit, or the like is formed on one or both of the diaphragm 7 and the individual electrode 8. Insulating film is SiO 2
Or SiN, or a so-called High-k material (high dielectric constant insulating film) such as Al 2 O 3 or HfO 2 is used. The diaphragm 7, the individual electrode 8, and the insulating film (not shown) constitute an electrostatic actuator.
A communication port 33 communicating with each actuator chamber 24 is provided through the glass substrate of the electrode substrate 3 and each individual electrode 8.

さらに、各個別電極8の端子部8aには、静電アクチュエータを駆動するためのドライ
バIC50が実装されている。ドライバIC50は、キャビティ基板2に設けられたIC
挿入口23を通して、静電アクチュエータ(個別電極8)が形成された面と同一面に実装
されている。このため、ドライバIC50の実装が容易になる。
ドライバIC50への入力配線部51とFPC実装端子(IC入力端子)52とが、ガ
ラス基板の一方もしくは両方の側端部に形成されている。
Furthermore, a driver IC 50 for driving the electrostatic actuator is mounted on the terminal portion 8a of each individual electrode 8. The driver IC 50 is an IC provided on the cavity substrate 2.
Through the insertion port 23, it is mounted on the same surface as the surface on which the electrostatic actuator (individual electrode 8) is formed. For this reason, the mounting of the driver IC 50 is facilitated.
An input wiring portion 51 and an FPC mounting terminal (IC input terminal) 52 to the driver IC 50 are formed at one or both side end portions of the glass substrate.

ドライバIC50は、ガラス基板に形成された個別電極8の端子部およびIC入力端子
に接続すべく、異方性導電接着剤にて接合し、実装されている。FPC(不図示)はFP
C実装端子52に接続されて、外部の回路と電気的に接続される。
これらの個別電極8の端子部には、IC実装により、ICのセグメント出力端子が接続
される。
FPC実装端子52は、IC入力端子、および共通電極端子を形成している。IC入力
端子は、静電アクチュエータ駆動用の電源Vp、IC駆動用電源Vcc、接地電位GND
や、ロジック系の信号のクロックCLK、データDI、ラッチLP等の端子からなり、F
PC実装端子とIC実装端子との間を配線形成されている。また、共通電極端子はキャビ
ティ基板2と接続される貫通穴電極(一部不図示のFPC接続端子列52の両外側の端子
)と配線接続されている。本実施形態では、共通電極端子はドライバIC50を介さずに
、FPCと接続されている。
このように構成された電極基板3は、個別電極8が形成されたガラス基板の上面に、上
述したキャビティ基板2が陽極接合されている。
The driver IC 50 is bonded and mounted with an anisotropic conductive adhesive so as to be connected to the terminal portion of the individual electrode 8 formed on the glass substrate and the IC input terminal. FPC (not shown) is FP
It is connected to the C mounting terminal 52 and electrically connected to an external circuit.
The segment output terminals of the IC are connected to the terminal portions of these individual electrodes 8 by IC mounting.
The FPC mounting terminal 52 forms an IC input terminal and a common electrode terminal. The IC input terminal includes a power supply Vp for driving the electrostatic actuator, a power supply Vcc for driving the IC, and a ground potential GND.
And logic signal clock CLK, data DI, latch LP, and other terminals F
Wiring is formed between the PC mounting terminal and the IC mounting terminal. Further, the common electrode terminal is connected to a through-hole electrode (terminals on both outer sides of the FPC connection terminal row 52 not shown) connected to the cavity substrate 2 by wiring. In this embodiment, the common electrode terminal is connected to the FPC without passing through the driver IC 50.
In the electrode substrate 3 configured in this way, the cavity substrate 2 described above is anodically bonded to the upper surface of the glass substrate on which the individual electrodes 8 are formed.

リザーバ基板4は、例えば面方位が(100)の単結晶のシリコン基板から作製されて
おり、第1のリザーバ11となる凹部41と、圧力補償室16となる凹部42とが区画形
成されている。凹部41は、深さの深い第1段目の凹部41aと、深さの浅い第2段目の
凹部41bとから形成されており、第1段目の凹部41aと第2段目の凹部41bとはリ
ブ状の段差部41cを介して連結している。また、第1段目の凹部41aの底部は厚肉に
形成されており、第2段目の凹部41bの底部は背面側に凹部43を形成することで、薄
肉に形成されている。このように構成することにより、第2段目の凹部41bの底部がダ
イアフラム15を形成している。このように、ダイアフラム15は、面積をあまり大きく
することなく、第1のリザーバ11となる凹部41の底部の一部として形成されている。
しかも、このダイアフラム15は、その一辺をリブ状の段差部41cによって支持されて
いるため、ダイアフラム15の安定した支持および振動動作を確保することができる。
また、第1段目の凹部41aの底部にはインク取り入れ口44が形成され、インク取り
入れ口44には不図示のインクタンクとインク供給管を介して接続するための接続部材4
5が接着接合されている。
なお、ダイアフラム15は凹部41の底面全体に形成してもよいが、上記のように凹部
41の底面を肉厚の厚い部分と薄い部分とに分割する構成とした方が好ましい。凹部41
の肉厚の厚い部分は、不動であり、また強度も増すため、インク取り入れ口44等のイン
クタンク接続手段の取付が容易であり、破損等のおそれも少ないからである。
The reservoir substrate 4 is made of, for example, a single crystal silicon substrate having a plane orientation of (100), and a recess 41 serving as the first reservoir 11 and a recess 42 serving as the pressure compensation chamber 16 are defined. . The recess 41 is formed of a deep first step recess 41a and a shallow second step recess 41b. The first step recess 41a and the second step recess 41b. Are connected via a rib-like stepped portion 41c. Further, the bottom of the first-stage recess 41a is formed thick, and the bottom of the second-stage recess 41b is formed thin by forming the recess 43 on the back side. With this configuration, the bottom of the second-stage recess 41 b forms the diaphragm 15. As described above, the diaphragm 15 is formed as a part of the bottom of the concave portion 41 to be the first reservoir 11 without enlarging the area.
In addition, since the diaphragm 15 is supported on one side by the rib-shaped step portion 41c, stable support and vibration operation of the diaphragm 15 can be ensured.
In addition, an ink intake port 44 is formed at the bottom of the first-stage recess 41a, and the connection member 4 is connected to the ink intake port 44 through an ink supply pipe (not shown).
5 is adhesively bonded.
Although the diaphragm 15 may be formed on the entire bottom surface of the recess 41, it is preferable that the bottom surface of the recess 41 is divided into a thick portion and a thin portion as described above. Recess 41
This is because the thick-walled portion is immobile and increases in strength, so that it is easy to attach the ink tank connecting means such as the ink intake port 44, and there is little risk of breakage or the like.

圧力補償室16となる凹部42の底部は、シリコン基板の両面から凹部42と凹部46
とをエッチングにより形成することにより、振動板7よりも剛性の低い変位板17として
形成されている。
このように構成されたリザーバ基板4は、上述した電極基板3の個別電極8と反対側の
面に陽極接合されている。
The bottom of the recess 42 that becomes the pressure compensation chamber 16 is formed from the both sides of the silicon substrate by the recess 42 and the recess 46.
Are formed as a displacement plate 17 having a rigidity lower than that of the diaphragm 7.
The thus configured reservoir substrate 4 is anodically bonded to the surface of the electrode substrate 3 opposite to the individual electrode 8.

ここで、インクジェットヘッド10の動作を簡単に説明する。インクは、不図示のイン
クタンクより供給され、リザーバ基板4に設けられた第1のリザーバ11から、電極基板
3に設けられた第3のリザーバ13または貫通孔、キャビティ基板2に設けられた第2の
リザーバ12を経由し、ノズル基板1のノズル孔5の先端に至るまで、各インク流路を気
泡を生じることなく満たしており、図2に矢印で示す方向にインクは流れる。
印刷を行う際には、ドライバIC50によりノズルを選択し、振動板7と個別電極8と
の間に所定のパルス電圧を印加すると、静電引力が発生して振動板7は個別電極8側へ引
き寄せられて撓み、個別電極8に当接して、吐出室6内に負圧を発生させる。これにより
、第2のリザーバ12内のインクがインク供給口18を通じて吐出室6内に吸引され、イ
ンクの振動(メニスカス振動)を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で
、電圧を解除すると、振動板7は個別電極8から離脱して、振動板7の復元力によりイン
クを選択されたノズル孔5から押し出し、インク滴を記録紙(不図示)に向けて吐出する
Here, the operation of the inkjet head 10 will be briefly described. The ink is supplied from an ink tank (not shown), and from the first reservoir 11 provided on the reservoir substrate 4 to the third reservoir 13 or the through hole provided on the electrode substrate 3 and the first reservoir 11 provided on the cavity substrate 2. Each ink flow path is filled without generating bubbles until it reaches the tip of the nozzle hole 5 of the nozzle substrate 1 via the second reservoir 12, and the ink flows in the direction indicated by the arrow in FIG.
When performing printing, when a nozzle is selected by the driver IC 50 and a predetermined pulse voltage is applied between the diaphragm 7 and the individual electrode 8, electrostatic attraction is generated and the diaphragm 7 moves toward the individual electrode 8 side. It draws and bends, contacts the individual electrode 8 and generates a negative pressure in the discharge chamber 6. As a result, the ink in the second reservoir 12 is sucked into the discharge chamber 6 through the ink supply port 18 to generate ink vibration (meniscus vibration). When the voltage is released when the vibration of the ink becomes substantially maximum, the vibration plate 7 is detached from the individual electrode 8 and the ink is pushed out from the selected nozzle hole 5 by the restoring force of the vibration plate 7, and the ink droplet Are discharged toward a recording sheet (not shown).

本実施形態に係るインクジェットヘッド10によれば、以下に示すような効果がある。   The inkjet head 10 according to this embodiment has the following effects.

このインクジェットヘッド10は、少なくとも2つ、好ましくは3つのリザーバを備え
ているので、共通インク室の容積を大きくすることができる。その結果、共通インク室の
容積拡大により、インク自体の圧縮からコンプライアンスを上げることができる。つまり
、インク滴吐出時の圧力変動をインク自体の圧縮で吸収するという圧力吸収効果が上がる
ことになる。また、第2のリザーバ12が極端に高いアスペクト比でない限り、共通イン
ク室が流路として断面積が広くなるため、流路抵抗も下がる。したがって、共通インク室
の容積拡大により、インクノズル間の圧力干渉のない吐出特性の安定したインクジェット
ヘッドを実現することができる。
また、電極基板3にも、3つ目の共通インク室として第3のリザーバ13を設けること
で、共通インク室の容積をより拡大することが可能となり、圧力吸収効果をより一層向上
させることが可能となる。
Since the inkjet head 10 includes at least two, preferably three reservoirs, the volume of the common ink chamber can be increased. As a result, the compliance can be increased from the compression of the ink itself by expanding the volume of the common ink chamber. That is, the pressure absorption effect of absorbing the pressure fluctuation at the time of ink droplet ejection by the compression of the ink itself is improved. In addition, unless the second reservoir 12 has an extremely high aspect ratio, the common ink chamber serves as a flow path and the cross-sectional area is increased, so that the flow path resistance is also reduced. Therefore, by expanding the volume of the common ink chamber, it is possible to realize an inkjet head having stable ejection characteristics without pressure interference between the ink nozzles.
In addition, by providing the electrode substrate 3 with the third reservoir 13 as the third common ink chamber, the volume of the common ink chamber can be further increased, and the pressure absorption effect can be further improved. It becomes possible.

更に、第1のリザーバ11には、ダイアフラム15が設けられているので、ダイアフラ
ム15の振動により共通インク室内の圧力変動を吸収できるため、インクノズル間の圧力
干渉のない吐出特性の安定したインクジェットヘッドを実現することができる。
また、ダイアフラム15はシリコンにより形成されているので、より耐薬品性に優れた
インクジェットヘッドを構成することができる。
Further, since the first reservoir 11 is provided with the diaphragm 15, the pressure fluctuation in the common ink chamber can be absorbed by the vibration of the diaphragm 15, so that the ink jet head has stable ejection characteristics without pressure interference between the ink nozzles. Can be realized.
Further, since the diaphragm 15 is made of silicon, an ink jet head having more excellent chemical resistance can be configured.

このインクジェットヘッド10は、ノズル基板1、キャビティ基板2、電極基板3、リ
ザーバ基板4が、この順に積層配置された構造となっている。そのため、インクジェット
ヘッド10が長手方向に大きくなることがなく、大きな区画面積を占めるリザーバを複数
設けることで縮小化でき、これによってインクジェットヘッドの小型化と、ノズル密度の
高密度化、多ノズル化とを同時に実現することができる。
The inkjet head 10 has a structure in which a nozzle substrate 1, a cavity substrate 2, an electrode substrate 3, and a reservoir substrate 4 are stacked in this order. Therefore, the inkjet head 10 is not enlarged in the longitudinal direction, and can be reduced by providing a plurality of reservoirs that occupy a large partition area, thereby reducing the size of the inkjet head, increasing the nozzle density, and increasing the number of nozzles. Can be realized simultaneously.

ドライバIC50は、電極基板3の個別電極8が形成された面と同一の面上に実装する
構造であるため、ドライバIC50の実装が容易であるとともに、配線やICの実装面積
の小型化も可能となっている。また、電極基板3の製造も容易である。
Since the driver IC 50 is mounted on the same surface as the surface on which the individual electrodes 8 of the electrode substrate 3 are formed, the driver IC 50 can be easily mounted, and the wiring and IC mounting area can be reduced. It has become. In addition, the electrode substrate 3 can be easily manufactured.

リザーバ基板4には、密閉されたアクチュエータ室24に連通口33を通じて連通する
圧力補償室16が設けられ、圧力補償室16には外気圧の変化に応じて変位可能な変位板
17が設けられている。したがって、例えば外気圧がアクチュエータ室24の内圧に比べ
て低い場合には、振動板7が個別電極8から離れる方向に上に凸状に変位しようとするが
、変位板17が逆に下側へ凸状に変位するため、振動板7の上方向への変位を抑制するこ
とができる。この作用は外気圧がアクチュエータ室24の内圧に比べて高い場合にも同様
である。その結果、外気圧の変化にかかわらず、振動板7を常に正規の位置に保持するこ
とができ、アクチュエータ室24の体積が変化しないため、インク吐出量のバラツキがな
く、安定した吐出特性が得られる。
The reservoir substrate 4 is provided with a pressure compensation chamber 16 that communicates with the sealed actuator chamber 24 through a communication port 33, and the pressure compensation chamber 16 is provided with a displacement plate 17 that can be displaced in accordance with a change in external atmospheric pressure. Yes. Therefore, for example, when the external air pressure is lower than the internal pressure of the actuator chamber 24, the vibration plate 7 tends to be displaced upward in a direction away from the individual electrode 8, but the displacement plate 17 conversely moves downward. Since it is displaced in a convex shape, the upward displacement of the diaphragm 7 can be suppressed. This effect is the same when the external air pressure is higher than the internal pressure of the actuator chamber 24. As a result, the diaphragm 7 can always be held at a normal position regardless of changes in the external air pressure, and the volume of the actuator chamber 24 does not change, so that there is no variation in the ink discharge amount, and stable discharge characteristics can be obtained. It is done.

圧力補償室16は、同じリザーバ基板4に設けられているので、インクジェットヘッド
の小型化を実現できる。
変位板17は、シリコンにて構成されているため、寸法精度が高い。
リザーバ基板4と電極基板3とは陽極接合されているため、圧力補償室16の気密性が
高い。
Since the pressure compensation chamber 16 is provided on the same reservoir substrate 4, it is possible to reduce the size of the inkjet head.
Since the displacement plate 17 is made of silicon, the dimensional accuracy is high.
Since the reservoir substrate 4 and the electrode substrate 3 are anodically bonded, the air tightness of the pressure compensation chamber 16 is high.

次に、本発明のインクジェットヘッドの製造方法について、図3〜図6を参照して概要
を説明する。図3は本発明のインクジェットヘッドの製造工程の一例を示すフローチャー
ト、図4はキャビティ基板の製造工程の説明図、図5は電極基板の製造工程の説明図、図
6はリザーバ基板の製造工程の説明図である。
Next, the outline of the method for producing the ink jet head of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 is a flowchart showing an example of the manufacturing process of the inkjet head of the present invention, FIG. 4 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the cavity substrate, FIG. 5 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the electrode substrate, and FIG. 6 is the manufacturing process of the reservoir substrate It is explanatory drawing.

まず、図3及び図5を参照して、電極基板3の製造方法を説明する。
(Step1)約1mmの厚みのガラス基板300を用意し、両面を研磨する。
(Step2)ガラス基板300の一方の面に、エッチングマスク301として金・クロムを
フォトリソグラフィーによりレジストパターニングしてフッ酸によってエッチングするこ
とにより、所望の深さの個別電極用の溝部31を形成する(図5(a)、(b)参照)。
(Step3)上記溝部31が形成されたガラス基板300の表面に、例えば、スパッタ法に
よりITO(Indium Tin Oxide)膜80を100nmの厚みで全面に形成し(図5(c)
参照)、ついで、このITO膜80をフォトリソグラフィーによりレジストパターニング
し、個別電極となる部分以外をエッチング除去して、溝部31内に個別電極8を形成する
(図5(d)参照)。また、個別電極8上に絶縁膜を形成する場合は、例えば、個別電極
8部のみ開口したようなメタルマスクを電極基板3の上に被せ、TEOS(Tetraethoxys
ilane:テトラエトキシシラン)を原料ガスとして用いたプラズマCVD(Chemical Vapo
r Deposition)法により、SiO2膜を形成すればよい。
(Step4)次に、ガラス基板300の他方の面に、例えばドライフィルム302を貼り付
けて、第3のリザーバ13および連通口33にそれぞれ対応する部分をフォトリソグラフ
ィーによりレジストパターニングし(図5(e)参照)、サンドブラスト加工により第3
のリザーバ13となる貫通開口部32と連通口33とを形成する(図5(f)参照)。そ
の後、ドライフィルム302を剥離する(図5(g)参照)。
以上のプロセスにより、ウエハ状の電極基板3が作製される。
First, a method for manufacturing the electrode substrate 3 will be described with reference to FIGS.
(Step 1) A glass substrate 300 having a thickness of about 1 mm is prepared, and both surfaces are polished.
(Step 2) On one surface of the glass substrate 300, gold / chrome is resist-patterned by photolithography as an etching mask 301 and etched with hydrofluoric acid to form a groove 31 for an individual electrode having a desired depth ( (See FIGS. 5A and 5B).
(Step 3) An ITO (Indium Tin Oxide) film 80 having a thickness of 100 nm is formed on the entire surface of the glass substrate 300 on which the groove 31 has been formed, for example, by sputtering (FIG. 5C).
Next, the ITO film 80 is subjected to resist patterning by photolithography, and the portions other than the individual electrodes are removed by etching to form the individual electrodes 8 in the grooves 31 (see FIG. 5D). When an insulating film is formed on the individual electrode 8, for example, a metal mask having an opening only on the individual electrode 8 is covered on the electrode substrate 3, and TEOS (Tetraethoxys) is formed.
ilane: Plasma CVD using tetraethoxysilane as a source gas
The r Deposition) method, may be formed of SiO 2 film.
(Step 4) Next, for example, a dry film 302 is attached to the other surface of the glass substrate 300, and portions corresponding to the third reservoir 13 and the communication port 33 are subjected to resist patterning by photolithography (FIG. 5E). 3) by sandblasting
The through-opening 32 and the communication port 33 that serve as the reservoir 13 are formed (see FIG. 5F). Thereafter, the dry film 302 is peeled off (see FIG. 5G).
The wafer-like electrode substrate 3 is manufactured by the above process.

次に、図4を参照して、キャビティ基板2の製造方法を説明する。
図4(a)に示すように、例えば、厚みが280μmのシリコン基板200を用意し、
その両面に熱酸化膜201を形成し、吐出室用の凹部21および第2のリザーバ12にそ
れぞれ対応する部分をフォトリソグラフィーによりレジストパターニングする。このとき
、第2のリザーバ12に対応する部分は、シリコン基板両面の熱酸化膜201に対してパ
ターニングする。
次に、図4(b)に示すように、KOH水溶液による異方性ウェットエッチングにより
、底壁を振動板7とする吐出室用の凹部21と、第2のリザーバ12となる貫通開口部2
2とが形成される。その後、熱酸化膜201を剥離する(図4(c)参照)。
最後に、シリコン基板200の表面に、TEOS(Tetraethoxysilane:テトラエトキ
シシラン)を原料ガスとして用いたプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法に
より、SiO2膜からなる表面保護膜(耐インク保護膜)を形成する。また、振動板7の
個別電極8と対向する面に絶縁膜を形成する場合は、表面保護膜の形成と同様に、プラズ
マCVD法によりSiO2膜を形成すればよい。
Next, a method for manufacturing the cavity substrate 2 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4A, for example, a silicon substrate 200 having a thickness of 280 μm is prepared,
Thermal oxide films 201 are formed on both surfaces, and portions corresponding to the recesses 21 for the discharge chamber and the second reservoir 12 are subjected to resist patterning by photolithography. At this time, a portion corresponding to the second reservoir 12 is patterned on the thermal oxide film 201 on both sides of the silicon substrate.
Next, as shown in FIG. 4B, the discharge chamber recess 21 having the bottom wall as the diaphragm 7 and the through opening 2 serving as the second reservoir 12 by anisotropic wet etching using a KOH aqueous solution.
2 are formed. Thereafter, the thermal oxide film 201 is peeled off (see FIG. 4C).
Finally, the surface of the silicon substrate 200, TEOS: forming by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method using (Tetraethoxysilane tetraethoxysilane) as a source gas, a surface protective film made of SiO 2 film (ink resistance protective film) To do. Further, when an insulating film is formed on the surface of the diaphragm 7 facing the individual electrode 8, an SiO 2 film may be formed by plasma CVD as in the case of forming the surface protective film.

次に、図6を参照して、リザーバ基板4の製造方法を説明する。
図6(a)に示すように、例えば、厚みが525μmのシリコン基板400を用意し、
その両面に厚みが約1μmの熱酸化膜401を形成し、一方の熱酸化膜401に対して、
第1のリザーバ11となる第1段目の凹部41aに対応する部分をフォトリソグラフィー
によりレジストパターニングする。
次に、図6(b)に示すように、同じ面の熱酸化膜401に対し2回目のパターニング
を行い、フッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液を1対6で混合した緩衝フッ酸水溶液
で、第1のリザーバ11の第2段目の凹部41bおよび圧力補償室16の凹部42にそれ
ぞれ対応する部分をハーフエッチングする。なお、反対面の熱酸化膜401に対してはエ
ッチングされないようにレジストで保護する。
次に、図6(c)に示すように、反対面の熱酸化膜401に対して3回目のパターニン
グを行い、上記同様の緩衝フッ酸水溶液で、凹部43、46およびインク取り入れ口44
にそれぞれ対応する部分をハーフエッチングする。
次に、図6(d)に示すように、KOH水溶液による異方性ウェットエッチングにより
、第1段目の凹部41aに対応する部分を掘り下げ、ついで、図6(e)に示すように、
第2段目の凹部41b、凹部42、43、46およびインク取り入れ口44に残っている
熱酸化膜401を緩衝フッ酸水溶液でハーフエッチングして除去する。
次に、図6(f)に示すように、KOH水溶液による異方性ウェットエッチングにより
、第1のリザーバ11となる凹部41、圧力補償室16となる凹部42、これらの背面側
の凹部43、46およびインク取り入れ口44が同時に形成される。これにより、所望の
厚みのダイアフラム15および変位板17が形成される。
最後に、図6(g)に示すように、熱酸化膜401を剥離する。
また、リザーバ基板4の両面に表面保護膜を必要とする場合は、熱酸化膜を更に形成して
やればよい。
以上のプロセスにより、ウエハ状のリザーバ基板4が作製される。
Next, a method for manufacturing the reservoir substrate 4 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6A, for example, a silicon substrate 400 having a thickness of 525 μm is prepared,
A thermal oxide film 401 having a thickness of about 1 μm is formed on both surfaces, and one thermal oxide film 401 is
The resist patterning is performed on the portion corresponding to the first-stage concave portion 41a to be the first reservoir 11 by photolithography.
Next, as shown in FIG. 6B, a second patterning is performed on the thermal oxide film 401 on the same surface, and a buffered hydrofluoric acid aqueous solution in which a hydrofluoric acid aqueous solution and an ammonium fluoride aqueous solution are mixed 1: 6. The portions corresponding to the second-stage recess 41b of the first reservoir 11 and the recess 42 of the pressure compensation chamber 16 are half-etched. The thermal oxide film 401 on the opposite surface is protected with a resist so as not to be etched.
Next, as shown in FIG. 6C, the third patterning is performed on the thermal oxide film 401 on the opposite surface, and the recesses 43 and 46 and the ink intake port 44 are formed with the same buffered hydrofluoric acid solution as described above.
Half-etch the portions corresponding to each of the above.
Next, as shown in FIG. 6 (d), a portion corresponding to the first step recess 41a is dug down by anisotropic wet etching using a KOH aqueous solution, and then, as shown in FIG. 6 (e),
The thermal oxide film 401 remaining in the second-stage recess 41b, recesses 42, 43, and 46 and the ink intake port 44 is removed by half-etching with a buffered hydrofluoric acid solution.
Next, as shown in FIG. 6 (f), a concave portion 41 to be the first reservoir 11, a concave portion 42 to be the pressure compensation chamber 16, a concave portion 43 on the back side thereof, by anisotropic wet etching with an aqueous KOH solution. 46 and the ink intake 44 are formed simultaneously. Thereby, the diaphragm 15 and the displacement plate 17 having a desired thickness are formed.
Finally, as shown in FIG. 6G, the thermal oxide film 401 is peeled off.
Further, when a surface protective film is required on both surfaces of the reservoir substrate 4, a thermal oxide film may be further formed.
Through the above process, the wafer-like reservoir substrate 4 is manufactured.

再び、図3に示すように、
(Step5)ウエハ状のキャビティ基板2と電極基板3とをアライメントして陽極接合する
。これにより、第2のリザーバ12となる貫通開口部22と第3のリザーバ13となる貫
通開口部32とが直結する。
(Step6)更に、上記のように作製されたウエハ状のリザーバ基板4を、既にキャビティ
基板2が陽極接合された電極基板3の反対面にアライメントして陽極接合する。これによ
り、電極基板3との間に第1のリザーバ11と圧力補償室16とが区画形成される。
ここで、Step5とStep6においては、キャビティ基板2と電極基板3、電極基板3とリ
ザーバ基板4をあらかじめアライメントを行っておけば、キャビティ基板2と電極基板3
の陽極接合と、電極基板3とリザーバ基板4の陽極接合を連続して行うことができるため
、工程が簡略化できる。
(Step7)チップのドライバIC50を電極基板3に実装する。なお、電極基板3のガラ
ス基板には、スパッタ法によりIC入力配線部51およびIC入力端子52が形成されて
いるものとする。
(Step8)上記のように作製されたキャビティ基板2の表面上にノズル基板1を接着接合
する。ノズル基板1は、別工程にて作製されており、例えば厚みが180μmのシリコン
基板を用いて、これにドライエッチングにより複数の吐出室用の凹部21と同数、同ピッ
チでノズル孔5を形成する。その後、表面処理を行い、ノズル基板1を作製する。
(Step9)そして、ダイシングにより複数個のヘッドチップに分割する。
(Step10)最後に、このヘッドチップに、導電性接着剤を用いてFPC60を電気的に
接続し、またインクタンクと接続されるインク供給管70を上記接続部材45に接続する

以上により、本実施形態に示したインクジェットヘッドの組立が完了する。
Again, as shown in FIG.
(Step 5) The wafer-like cavity substrate 2 and the electrode substrate 3 are aligned and anodic bonded. Thereby, the through opening 22 serving as the second reservoir 12 and the through opening 32 serving as the third reservoir 13 are directly connected.
(Step 6) Further, the wafer-like reservoir substrate 4 manufactured as described above is aligned with the opposite surface of the electrode substrate 3 on which the cavity substrate 2 has already been anodically bonded, and then anodic bonded. Thereby, the first reservoir 11 and the pressure compensation chamber 16 are defined between the electrode substrate 3 and the electrode substrate 3.
Here, in Step 5 and Step 6, if the cavity substrate 2 and the electrode substrate 3 and the electrode substrate 3 and the reservoir substrate 4 are aligned in advance, the cavity substrate 2 and the electrode substrate 3 are aligned.
Since the anodic bonding and the anodic bonding of the electrode substrate 3 and the reservoir substrate 4 can be performed continuously, the process can be simplified.
(Step 7) The chip driver IC 50 is mounted on the electrode substrate 3. It is assumed that the IC input wiring part 51 and the IC input terminal 52 are formed on the glass substrate of the electrode substrate 3 by sputtering.
(Step 8) The nozzle substrate 1 is bonded and bonded onto the surface of the cavity substrate 2 manufactured as described above. The nozzle substrate 1 is manufactured in a separate process. For example, a silicon substrate having a thickness of 180 μm is used, and the nozzle holes 5 are formed in the same number and at the same pitch as the plurality of discharge chamber recesses 21 by dry etching. . Then, surface treatment is performed and the nozzle substrate 1 is produced.
(Step 9) Then, it is divided into a plurality of head chips by dicing.
(Step 10) Finally, the FPC 60 is electrically connected to the head chip using a conductive adhesive, and the ink supply pipe 70 connected to the ink tank is connected to the connecting member 45.
Thus, the assembly of the ink jet head shown in this embodiment is completed.

このインクジェットヘッドの製造方法によれば、以下のような効果がある。
ウェットエッチングにより、第1のリザーバ11と変位板17とを同時に作製すること
ができる。
また、ウェットエッチングにより製造するので、第1のリザーバ11と変位板17とを
高精度、高品質に形成することができる。
キャビティ基板2と電極基板3、電極基板3とリザーバ基板4を連続して陽極接合でき
るので、製造が容易であり、また接合強度も高く、信頼性が高い。
According to this ink jet head manufacturing method, the following effects are obtained.
The first reservoir 11 and the displacement plate 17 can be manufactured simultaneously by wet etching.
Moreover, since it manufactures by wet etching, the 1st reservoir | reserver 11 and the displacement plate 17 can be formed with high precision and high quality.
Since the cavity substrate 2 and the electrode substrate 3 and the electrode substrate 3 and the reservoir substrate 4 can be continuously anodically bonded, the manufacturing is easy, the bonding strength is high, and the reliability is high.

以上の実施形態では、インクジェットヘッド、およびその製造方法について述べたが、
本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の思想の範囲内で種々変更する
ことができる。例えば、本発明の液滴吐出ヘッドは、ノズル孔より吐出される液状材料を
変更することにより、図7に示すようなインクジェットプリンタ100のほか、液晶ディ
スプレイのカラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に
用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利
用することができる。
In the above embodiment, the inkjet head and the manufacturing method thereof have been described.
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the idea of the present invention. For example, the droplet discharge head according to the present invention can be used to manufacture color filters for liquid crystal displays, organic EL display devices in addition to the inkjet printer 100 as shown in FIG. 7 by changing the liquid material discharged from the nozzle holes. It can be used as a droplet discharge device for various uses such as formation of a light-emitting portion, production of a microarray of a biomolecule solution used for genetic testing and the like.

本発明の実施形態1に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す部分断面の分解斜視図。FIG. 2 is an exploded perspective view of a partial cross section illustrating a schematic configuration of the inkjet head according to the first embodiment of the invention. 組立状態のインクジェットヘッドの部分断面図。FIG. 3 is a partial cross-sectional view of an ink jet head in an assembled state. 本発明のインクジェットヘッドの製造工程の一例を示すフローチャート。5 is a flowchart showing an example of a manufacturing process of the inkjet head of the present invention. キャビティ基板の製造工程の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing process of a cavity board | substrate. 電極基板の製造工程の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing process of an electrode substrate. リザーバ基板の製造工程の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing process of a reservoir substrate. 本発明のインクジェットヘッドを適用したインクジェットプリンタの一例を示す概略斜視図。1 is a schematic perspective view showing an example of an ink jet printer to which an ink jet head of the present invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

1 ノズル基板、2 キャビティ基板、3 電極基板、4 リザーバ基板、5 ノズル
孔、6 吐出室、7 振動板、8 個別電極、10 インクジェットヘッド、11 第1
のリザーバ、12 第2のリザーバ、13 第3のリザーバ、15 ダイアフラム、16
圧力補償室、17 変位板、18 インク供給口、19 細溝、21 凹部、22 貫
通開口部、23 IC挿入口、24 アクチュエータ室、31 溝部、32 貫通開口部
、33 連通口、41 凹部、41a 第1段目の凹部、41b 第2段目の凹部、41
c 段差部、42 凹部、43 凹部、44 インク取り入れ口、45 接続部材、46
凹部、50 ドライバIC、51 入力配線部、52 FPC実装端子(IC入力端子
)、60 FPC、70 インク供給管、100 インクジェットプリンタ、200 シ
リコン基板、300 ガラス基板、400 シリコン基板。
1 Nozzle substrate, 2 Cavity substrate, 3 Electrode substrate, 4 Reservoir substrate, 5 Nozzle hole, 6 Discharge chamber, 7 Vibration plate, 8 Individual electrode, 10 Inkjet head, 11 1st
Reservoir, 12 second reservoir, 13 third reservoir, 15 diaphragm, 16
Pressure compensation chamber, 17 displacement plate, 18 ink supply port, 19 narrow groove, 21 recess, 22 through opening, 23 IC insertion port, 24 actuator chamber, 31 groove, 32 through opening, 33 communication port, 41 recess, 41a First step recess, 41b Second step recess, 41
c Stepped portion, 42 Recessed portion, 43 Recessed portion, 44 Ink intake port, 45 Connection member, 46
Concave part, 50 driver IC, 51 input wiring part, 52 FPC mounting terminal (IC input terminal), 60 FPC, 70 ink supply tube, 100 inkjet printer, 200 silicon substrate, 300 glass substrate, 400 silicon substrate.

Claims (8)

液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、
底壁が振動板を形成し、吐出室となる凹部が前記ノズル孔毎に形成されたキャビティ基
板と、
前記振動板に対向し、前記振動板を駆動する複数の個別電極が形成された電極基板と、
前記吐出室に液滴を供給する第1のリザーバとなる凹部が形成されたリザーバ基板とを
備え、
前記ノズル基板、前記キャビティ基板、前記電極基板、前記リザーバ基板はこの順に積
層配置され、
前記キャビティ基板には、前記第2のリザーバとなる開口部が設けられ、
前記電極基板には、第3のリザーバとなる開口部が設けられ、
前記第1のリザーバとなる凹部、前記第2のリザーバとなる開口部、前記第3のリザー
バとなる開口部は、それぞれ連通していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
A nozzle substrate having a plurality of nozzle holes for discharging droplets;
A cavity substrate in which a bottom wall forms a vibration plate, and a recess serving as a discharge chamber is formed for each nozzle hole;
An electrode substrate formed with a plurality of individual electrodes facing the diaphragm and driving the diaphragm;
A reservoir substrate having a recess serving as a first reservoir for supplying droplets to the discharge chamber;
The nozzle substrate, the cavity substrate, the electrode substrate, and the reservoir substrate are stacked in this order,
The cavity substrate is provided with an opening serving as the second reservoir,
The electrode substrate is provided with an opening serving as a third reservoir,
The liquid droplet ejection head, wherein the recess serving as the first reservoir, the opening serving as the second reservoir, and the opening serving as the third reservoir communicate with each other.
前記第1のリザーバとなる凹部には、ダイアフラムが設けられていることを特徴とする
請求項1記載の液滴吐出ヘッド。
The droplet discharge head according to claim 1, wherein a diaphragm serving as the first reservoir is provided with a diaphragm.
前記リザーバ基板には、外気圧の変化に応じて変位可能な変位板が設けられていること
を特徴とする請求項1または2記載の液滴吐出ヘッド。
The droplet discharge head according to claim 1, wherein the reservoir substrate is provided with a displacement plate that can be displaced in accordance with a change in external air pressure.
前記リザーバ基板が、シリコンであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記
載の液滴吐出ヘッド。
4. The liquid droplet ejection head according to claim 1, wherein the reservoir substrate is made of silicon.
前記キャビティ基板、前記電極基板、前記リザーバ基板は、互いに陽極接合により積層
されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
5. The liquid droplet ejection head according to claim 1, wherein the cavity substrate, the electrode substrate, and the reservoir substrate are laminated by anodic bonding.
前記個別電極に接続されるドライバICが、前記電極基板の前記個別電極が形成された
面と同一の面上に実装されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の液
滴吐出ヘッド。
6. The liquid according to claim 1, wherein the driver IC connected to the individual electrode is mounted on the same surface of the electrode substrate as the surface on which the individual electrode is formed. Drop ejection head.
請求項1乃至6のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐
出装置。
A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 1.
シリコン基板に複数のノズル孔を形成し、ノズル基板を形成する工程と、
シリコン基板に、底壁が振動板を形成し、吐出室となる複数の凹部と、第2のリザーバ
となる開口部とを形成し、キャビティ基板を得る工程と、
ガラス基板に、前記振動板を駆動する個別電極と、第3のリザーバとなる開口部とを形
成し、電極基板を得る工程と、
シリコン基板に、第1のリザーバとなる凹部を形成し、リザーバ基板を得る工程と、
を有し、
前記ノズル基板、前記キャビティ基板、前記電極基板、前記リザーバ基板をこの順に積
層させるとともに、前記キャビティ基板と前記電極基板、および、前記電極基板と前記リ
ザーバ基板とを陽極接合することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
Forming a plurality of nozzle holes in a silicon substrate and forming a nozzle substrate;
Forming a cavity substrate on a silicon substrate by forming a diaphragm with a bottom wall forming a plurality of recesses serving as discharge chambers and an opening serving as a second reservoir;
Forming a separate electrode for driving the diaphragm and an opening serving as a third reservoir on a glass substrate to obtain an electrode substrate;
Forming a recess serving as a first reservoir in a silicon substrate to obtain a reservoir substrate;
Have
The nozzle substrate, the cavity substrate, the electrode substrate, and the reservoir substrate are laminated in this order, and the cavity substrate and the electrode substrate, and the electrode substrate and the reservoir substrate are anodically bonded. A method for manufacturing a droplet discharge head.
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