JP2009297946A - Liquid droplet ejecting head, liquid droplet ejector carrying liquid droplet ejecting head, manufacturing method for liquid droplet ejecting head, and manufacturing method for liquid droplet ejector applying manufacturing method for liquid droplet ejecting head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出ヘッドの製造方法を適用した液滴吐出装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a droplet discharge head, a droplet discharge device equipped with a droplet discharge head, a method for manufacturing a droplet discharge head, and a method for manufacturing a droplet discharge device to which a method for manufacturing a droplet discharge head is applied.
液滴吐出ヘッドとして、インクジェット記録装置に搭載される静電駆動方式のインクジェットヘッドが知られている。この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、リザーバ等の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って、インク液を選択されたノズル孔から吐出するように構成されている。 As a droplet discharge head, an electrostatic drive type ink jet head mounted on an ink jet recording apparatus is known. In general, the inkjet head includes a nozzle substrate having a plurality of nozzle holes for discharging ink droplets, a discharge chamber connected to the nozzle substrate and communicating with the nozzle holes, a reservoir, and the like. And a cavity substrate on which an ink flow path is formed, and is configured to discharge ink liquid from a selected nozzle hole by applying pressure to the discharge chamber by the driving unit.
従来のインクジェット記録装置のインクジェットヘッドにおいては、吐出室側のシリコン表面にチタンからなる耐インク性薄膜が形成されており、インクによって腐食されないようにしてある。そして、チタン表面は親水性を有しており、スパッタリング等により形成される(例えば、特許文献1参照)。 In an ink jet head of a conventional ink jet recording apparatus, an ink-resistant thin film made of titanium is formed on the silicon surface on the discharge chamber side so as not to be corroded by ink. And the titanium surface has hydrophilicity and is formed by sputtering etc. (for example, refer patent document 1).
特許文献1記載のインクジェットヘッドの吐出室側のシリコン表面に形成された耐インク性薄膜であるチタンはレアメタルであるため、今後の社会情勢により価格の高騰が予想され、コストアップの要因となるおそれがある。
Since titanium, which is an ink-resistant thin film formed on the silicon surface on the discharge chamber side of the ink jet head described in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、安価な原料によって耐薬品性、親水性を確保することのできる耐液保護膜を有する液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出ヘッドの製造方法を適用した液滴吐出装置の製造方法を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a droplet discharge head and a droplet discharge head having a liquid-resistant protective film capable of ensuring chemical resistance and hydrophilicity with inexpensive raw materials. The present invention provides a method for manufacturing a droplet discharge device, a method for manufacturing a droplet discharge head, and a method for manufacturing a droplet discharge device to which the method for manufacturing a droplet discharge head is applied.
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と、それぞれのノズル孔に連通する複数の吐出室と、各吐出室に連通され吐出室に液体を供給する共通液滴室と、吐出室の壁面に形成された振動板と、振動板に対向配置された対向電極とを備え、複数の基板を積層してなる液滴吐出ヘッドであって、前記基板の液体と接触する面に、窒素を導入したダイアモンドライクカーボン膜からなる親水性の耐液保護膜が形成されたものである。
窒素を導入したダイアモンドライクカーボン膜からなる耐液保護膜を、基板が液体と接触する面に設けたので、安価な原料で、親水性、耐薬品性に優れ、製品信頼性が高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
A droplet discharge head according to the present invention includes a plurality of nozzle holes that discharge droplets, a plurality of discharge chambers that communicate with the respective nozzle holes, and a common droplet that communicates with each discharge chamber and supplies liquid to the discharge chamber. A droplet discharge head comprising: a chamber; a diaphragm formed on a wall surface of the discharge chamber; and a counter electrode disposed to face the diaphragm; A hydrophilic liquid-resistant protective film made of a diamond-like carbon film into which nitrogen is introduced is formed on the surface.
A liquid-resistant protective film consisting of a diamond-like carbon film with nitrogen introduced is provided on the surface where the substrate comes into contact with the liquid, so it is a low-cost raw material with excellent hydrophilicity and chemical resistance, and high product reliability. You can get a head.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、耐液保護膜が単層構造であって、層全体に窒素が導入されたダイアモンドライクカーボン膜からなるものである。
窒素が導入された単層構造のダイアモンドライクカーボン膜により耐液保護膜が形成されているので、安価な原料で、親水性、耐薬品性に優れ、製品信頼性が高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
In the liquid droplet ejection head according to the present invention, the liquid-resistant protective film has a single-layer structure, and is composed of a diamond-like carbon film in which nitrogen is introduced into the entire layer.
A liquid-resistant protective film is formed by a diamond-like carbon film with a single-layer structure into which nitrogen has been introduced, so that a liquid droplet discharge head with excellent hydrophilicity and chemical resistance and high product reliability can be obtained with an inexpensive material. be able to.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、耐液保護膜が複数層構造であって、少なくとも表面側の層の全体に窒素が導入されたダイアモンドライクカーボン膜からなるものである。
ダイアモンドライクカーボン膜は少なくとも内層膜と外層膜の2層からなり、外層膜は窒素が導入されているため親水性、耐薬品性に優れ、内層膜は窒素が導入されていないため成膜レートは低下せず、スループロットをあげることができる。
The liquid droplet ejection head according to the present invention is a diamond-like carbon film in which the liquid-resistant protective film has a multi-layer structure and nitrogen is introduced into at least the entire surface side layer.
A diamond-like carbon film consists of at least two layers, an inner layer film and an outer layer film. The outer layer film has excellent hydrophilicity and chemical resistance because nitrogen is introduced, and the inner layer film does not have nitrogen introduced, so the deposition rate is A through plot can be raised without lowering.
本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
また、製品信頼性が高い液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることができる。
A droplet discharge apparatus according to the present invention is equipped with the above-described droplet discharge head.
In addition, a droplet discharge device including a droplet discharge head with high product reliability can be obtained.
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、基板に液滴を吐出する複数のノズル孔と、それぞれのノズル孔に連通する複数の吐出室と、各吐出室に連通され吐出室に液体を供給する共通液滴室と、吐出室の壁面に形成された振動板と、振動板に対向配置された対向電極とを備え、複数の基板を積層してなる液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記基板が液体と接触する面に窒素を導入したダイアモンドライクカーボン膜を形成し、各基板を積層して液滴吐出ヘッドを製造するものである。
窒素を導入したダイアモンドライクカーボン膜を形成したので、撥水性のダイアモンドライクカーボン膜を膜質変更して、親水性の耐液保護膜を安価に形成することができる。
A method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes a plurality of nozzle holes that discharge droplets to a substrate, a plurality of discharge chambers that communicate with the nozzle holes, and a liquid that is connected to the discharge chambers and supplies liquid to the discharge chambers. A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising: a common droplet chamber to be supplied; a diaphragm formed on a wall surface of the discharge chamber; and a counter electrode disposed to face the diaphragm; Then, a diamond like carbon film into which nitrogen is introduced is formed on the surface where the substrate comes into contact with the liquid, and the substrates are laminated to manufacture a droplet discharge head.
Since the diamond-like carbon film into which nitrogen is introduced is formed, the water-repellent diamond-like carbon film can be changed in film quality, and a hydrophilic liquid-resistant protective film can be formed at low cost.
本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して、液滴吐出装置の液滴吐出ヘッド部分を形成するものである。
また、製品信頼性が高い液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を得ることができる。
A method for manufacturing a droplet discharge device according to the present invention is to apply the above-described method for manufacturing a droplet discharge head to form a droplet discharge head portion of the droplet discharge device.
In addition, a droplet discharge device equipped with a droplet discharge head with high product reliability can be obtained.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係るインクジェットヘッドの一部を断面で示した分解斜視図、図2は図1の組立てた状態の要部を示す縦断面図、図3は図2のa−a断面図である。
インクジェットヘッド10は、複数のノズル孔11が所定のピッチで設けられたノズル基板1と、各ノズル孔11に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板2と、キャビティ基板2に形成された振動板6に対峙する個別電極(対向電極)5を有した電極基板3とが、貼り合わせにより積層されている。
1 is an exploded perspective view showing a part of the inkjet head according to the first embodiment of the present invention in section, FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the main part in the assembled state of FIG. 1, and FIG. It is aa sectional drawing.
The
ノズル基板1は、シリコンから作製され、キャビティ基板2に接着されている。そのノズル孔11は、同心上に設けられた径の異なる2段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち径の小さい第1のノズル孔部分(吐出口部分)11aとこれよりも径の大きい第2のノズル穴部分(導入口部分)11bとから構成されている。また、ノズル基板1には、キャビティ基板2の吐出室21とリザーバ23とを連通するオリフィス12と、リザーバ23部分の圧力変動を補償するためのダイアフラム13とが形成されている。
The
ノズル基板1の表面にはシリコン酸化膜(SiO2 膜)14が形成されている。また、ノズル基板1のノズル内壁やキャビティ基板2との接着側の面、すなわちインク流路(液体流路)50側の面には、シリコン酸化膜14の上に、さらにダイアモンドライクカーボン膜(DLC膜)からなるインク保護膜(耐液保護膜)15が形成されている。このインク保護膜15は、親水性で耐薬品性が高く、成膜時に窒素(N2 )を導入して形成されている。
なお、ノズル基板1のインク流路50側の面にはシリコン酸化膜14を形成せず、ダイアモンドライクカーボン膜15を直接に成膜してインク保護膜15を形成してもよい。
A silicon oxide film (SiO 2 film) 14 is formed on the surface of the
The ink
キャビティ基板2は、例えば面方位が(110)のシリコン基板から作製される。キャビティ基板2にはインク流路50を構成する複数の吐出室21と、各吐出室21に共通の1つのリザーバ23とが形成されている。
The
各吐出室21は圧力変動を生じさせてノズル孔11からインクを吐出させる部分であり、インク供給口であるオリフィス12ともそれぞれ連通している。吐出室21の底面は可撓性を有する振動板6となっている。この振動板6は、キャビティ基板2の片側表面のボロンを拡散させたボロン拡散層から形成されており、ウェットエッチングによりエッチングストップを利用して、そのボロン拡散層の厚みが薄く仕上げられている。
Each
リザーバ23は、吐出液であるインクを貯留しておくためのものであり、オリフィス12を介して全ての吐出室21に連通している。リザーバ23の底部には電極基板3のインク供給孔33に連通するインク供給孔16が形成されており、図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
The
キャビティ基板2のリザーバ23や吐出室21の内壁等のノズル基板との接着側の面、すなわちインク流路50側の面には、シリコン酸化膜(SiO2 膜)17が形成されており、そして、シリコン酸化膜17の上には、さらにダイアモンドライクカーボン膜からなるインク保護膜(耐液保護膜)18が形成されている。このインク保護膜18は、親水性で耐薬品性が高く、成膜時に窒素を導入して形成されている。なお、キャビテイ基板2のインク流路50側の面にはシリコン酸化膜17を形成せず、ダイアモンドライクカーボン膜を直接に成膜してインク保護膜18を形成してもよい。
A silicon oxide film (SiO 2 film) 17 is formed on the surface of the
キャビティ基板2の電極基板3と対向する側の面には、その表面に酸化シリコン(SiO2 )からなる絶縁膜8が形成されている。この絶縁膜8はいわゆるHigh−k材等からなるものであってもよく、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3 )、酸化ハフニウム(HfO2 )、窒化ハフニウムシリケート(HfSiN)、酸窒化ハフニウムシリケート(HfSiON)からなる膜であってもよい。
なお、絶縁膜8の上には、表面保護膜としてダイアモンドライクカーボン膜をさらに形成してもよい。
An
Note that a diamond-like carbon film may be further formed on the
電極基板3は、ガラス基板から作製される。なかでも、キャビティ基板2であるシリコン基板と熱膨張係数の近いパイレックス(登録商標)ガラス等を用いるのが適している。これは、電極基板3とキャビティ基板2とを陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板3とキャビティ基板2との間に生じる応力を低減することができ、その結果、剥離等の問題を生じることなく、電極基板3とキャビティ基板2とを強固に接合することができるからである。
The
電極基板3には、キャビティ基板2の各振動板6に対向する表面位置にそれぞれ個別電極形成用凹部32が形成されており、その内部には、一般に、ITO(Indium Tin Oxide: インジウム錫酸化物)からなる個別電極(対向電極)5が形成されている。
なお、電極基板3の個別電極5の上面、もしくは個別電極形成側の全面に、表面保護膜としてダイアモンドライクカーボン膜をさらに形成してもよい。
In the
A diamond-like carbon film may be further formed as a surface protective film on the upper surface of the
個別電極5はフレキシブル配線基板(図示せず)に接続される端子部5aを有し、この端子部5aは、配線のために、キャビティ基板2の末端部が開口された電極取り出し部34内に露出している。
個別電極形成用凹部32において、振動板6と個別電極5との間に形成される隙間19の開放端部は、エポキシ等の樹脂による封止材35で封止される。これにより、湿気や塵埃等が隙間19に侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド10の信頼性を保持することができる。
The
In the individual
キャビティ基板2と電極基板3は、陽極接合により接合されている。なお、キャビティ基板2と電極基板3の対向する面にダイアモンドライクカーボン膜を設けた場合は、シリコン酸化膜(SiO2 膜)を介して陽極接合により接合することもできる。
The
ドライバIC等の駆動制御回路40が、電極基板3の各個別電極5の端子部5aとキャビティ基板2上面の共通電極26とに、フレキシブル配線基板(図示せず)を介して接続されて、インクジェットヘッド10が構成されている。
ここで、電極基板3の個別電極5とキャビティ基板2の振動板6とは、液滴を吐出させる作用を果たす静電アクチュエータを構成しており、振動板6が静電アクチュエータの可動片を構成している。
A
Here, the
次に、インクジェットヘッド10の動作を説明する。
上記のように構成されたインクジェットヘッド10において、駆動制御回路40によりキャビティ基板2の共通電極26と、電極基板3の端子部5aとの間にパルス電圧が印加されると、振動板6と個別電極5との間に静電気力が発生し、その吸引作用により振動板6が個別電極5側に引き寄せられて撓み、吐出室21の容積が拡大する。これにより、リザーバ23の内部に溜まっていたインクがオリフィス12を通じて吐出室21に流れ込む。次に、共通電極26と端子部5aへの電圧の印加を停止すると、静電吸引力が消滅して振動板6が復元し、吐出室21の容積が急激に収縮する。これにより、吐出室21内の圧力が急激に上昇し、吐出室21に連通しているノズル孔11からインク液が吐出される。
このようにして、リザーバ23の内部に溜まっていたインクは、液体流路50内を移動して、ノズル孔11から吐出する。
こうして、安価な原料で、耐インク性(耐薬品性)が高く、安定性に優れ、製品信頼性の高いインクジェットヘッド10を得ることができる。
Next, the operation of the
In the
In this way, the ink accumulated in the
In this way, it is possible to obtain the
次に、インクジェットヘッド10の製造方法について、図4、図5のフローチャートを用いて説明する。なお、以下に記載の数値はその一例を示すもので、これに限定するものではない。
まず、図4によりノズル基板の製造方法を説明する。
シリコン基板(加工後にノズル基板1になる)を熱酸化処理し、表面にエッチング保護膜となるシリコン酸化膜(SiO2 膜)を、例えば1200nmの厚みに形成する(S−1)。
Next, the manufacturing method of the
First, a method for manufacturing a nozzle substrate will be described with reference to FIG.
A silicon substrate (which becomes the
次に、シリコン酸化膜に、第2のノズル孔部分11bに対応する第2の凹部をパターニング形成し、ウェットエッチングによりハーフエッチングする。次に、これと同心的に、第1のノズル孔部分11aに対応する第1の凹部をパターニング形成し、残し厚みが零になるようにドライエッチングによりエッチングする(S−2)。
Next, a second recess corresponding to the second
次に、ICP(Inductively Coupled Plasma)ドライエッチングによって垂直に異方性ドライエッチングし、第1のノズル孔部分11aを形成し、ついで、シリコン酸化膜をウェットエッチングして、第2の凹部の残し厚みが零になるようにする。次に、ICPドライエッチングによって垂直に異方性ドライエッチングし、第2のノズル孔部分11bを形成する。このとき、同時に第1のノズル孔部分11aも同じ深さだけ垂直に異方性ドライエッチングされる。こうして、第1、第2のノズル孔部分11a、11bからなるノズル孔11が形成される(S−3)。
Next, anisotropic dry etching is performed vertically by ICP (Inductively Coupled Plasma) dry etching to form the first
次に、シリコン基板の表面に残るシリコン酸化膜を剥離する(S−4)。 Next, the silicon oxide film remaining on the surface of the silicon substrate is peeled off (S-4).
次に、シリコン基板の表面にシリコン酸化膜(SiO2 膜)14を形成する(S−5)。シリコン酸化膜14は、シリコン基板の両面に熱酸化またはCVD装置によって形成する。なお、液吐出側の面のみに成膜することもでき、この場合は、CVD装置によって行う。
Next, a silicon oxide film (SiO 2 film) 14 is formed on the surface of the silicon substrate (S-5). The
次に、シリコン酸化膜14の上であって、シリコン基板のノズル内壁やキャビティ基板2との接着側の面、すなわちインク流路50となる側の面に、さらにダイアモンドライクカーボン膜を形成する(S−6)。成膜装置としてプラズマCVD装置を用い、原料ガスとしてトルエン(C7H8)を用いる。なお、トルエン(C7H8)以外にも、メタン(CH4)、エタン(C2H6)、プロパン(C3H8)、ブタン(C4H10)、アセチレン(C2H2)、ベンゼン(C6H6)等を用いることができる。
この場合、高周波出力を900W、トルエン流量を5sccm、圧力を0.2Pa、窒素流量を5sccmとして、ダイアモンドライクカーボン膜を形成する。こうすると、ダイアモンドライクカーボン膜を0.1μm形成するのに、約60min要する。
ここではダイアモンドライクカーボン膜の厚みを0.1μmとしたが、使用インクによるインク保護膜耐久性(耐インク性)により膜厚を設定する。
なお、上記条件は一例であり、各種条件は用途(保証範囲、成膜レート向上)に応じて任意に設定する。
Next, a diamond-like carbon film is further formed on the
In this case, a diamond-like carbon film is formed with a high frequency output of 900 W, a toluene flow rate of 5 sccm, a pressure of 0.2 Pa, and a nitrogen flow rate of 5 sccm. In this case, it takes about 60 minutes to form a diamond-like carbon film having a thickness of 0.1 μm.
Here, the thickness of the diamond-like carbon film is 0.1 μm, but the film thickness is set according to the durability of the ink protective film (ink resistance) with the ink used.
The above conditions are merely examples, and various conditions are arbitrarily set according to the application (guaranteed range, film formation rate improvement).
上記のようにして形成したダイアモンドライクカーボン膜は、窒素を導入して形成してあるため、純水接触角は約40°である。ダイアモンドライクカーボン膜に窒素を導入しない場合は、純水接触角は約80°である。ダイアモンドライクカーボン膜は一般的に撥水性を有する膜であるが、上記のように窒素を導入することによって親水性を有する膜になることが分かる。 Since the diamond-like carbon film formed as described above is formed by introducing nitrogen, the pure water contact angle is about 40 °. When nitrogen is not introduced into the diamond-like carbon film, the pure water contact angle is about 80 °. A diamond-like carbon film is generally a film having water repellency, but it can be seen that a film having hydrophilicity can be obtained by introducing nitrogen as described above.
次に、シリコン基板の液吐出側の面に撥水処理を行う(S−7)。
こうして、シリコン基板からノズル基板1を完成する(S−8)。
Next, water repellent treatment is performed on the surface of the silicon substrate on the liquid discharge side (S-7).
Thus, the
次に、図5を用いて電極基板3及びキャビティ基板2の製造方法を説明する。
まず、パイレックス(登録商標)ガラスからなるガラス基板(加工後に電極基板2になる)に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用し、フッ酸によってエッチングして、所望の深さの個別電極形成用凹部32を形成する(S−9)。この個別電極形成用凹部32は個別電極5の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極5ごとに複数形成される。そして、例えば、スパッタ法によりITO膜を形成する。さらに、ITO膜をフォトリソグラフィーによりパターニングし、エッチング等により、個別電極形成用凹部32内にのみITOを残して個別電極5を形成する(S−10)。
次に、ガラス基板にドリルなどによって穴を開け、インク供給孔33を形成する。
こうして、ガラス基板から電極基板3を完成する(S−11)。
Next, the manufacturing method of the
First, a glass substrate made of Pyrex (registered trademark) glass (becomes an
Next, a hole is made in the glass substrate with a drill or the like to form the
Thus, the
また、シリコン基板(加工後にキャビティ基板2になる)の片面の全面にボロン拡散層を形成し、さらに、ボロン拡散層の全表面に、CVD等により、シリコン酸化膜(SiO2 膜)よりなる絶縁膜8を形成する(S−12)。
Further, a boron diffusion layer is formed on the entire surface of one side of a silicon substrate (which will be the
次に、以上のようにして加工されたシリコン基板と電極基板3とを接合して積層する。これは、シリコン基板の振動板6の形成予定領域と、電極基板3の個別電極形成用凹部32の個別電極5とを、隙間19を介して対向させるとともに、シリコン基板と電極基板3の最表面にある部分を密着させて、陽極接合する(S−13)。
Next, the silicon substrate processed as described above and the
次に、接合済みのシリコン基板の表面全面を研磨加工して薄くし、さらにウェットエッチングによりライトエッチングして加工痕を除去する(S−14)。 Next, the entire surface of the bonded silicon substrate is polished and thinned, and light etching is further performed by wet etching to remove the processing trace (S-14).
次に、薄板状に加工された接合済みシリコン基板の表面にフォトリソグラフィーによってレジストパターニングを行い(S−15)、さらにエッチングによってインク流路となる溝を形成する(S−16)。これによって、吐出室21となる凹部、リザーバ23となる凹部、および電極取り出し部34となる凹部が形成される。この際、例えば水酸化カリウムでウェットエッチングを行えば、ボロン拡散層の表面でエッチングストップがかかるので、振動板6の厚さを高精度に形成することができ、表面荒れも防ぐことができる。
Next, resist patterning is performed on the surface of the bonded silicon substrate processed into a thin plate shape by photolithography (S-15), and grooves serving as ink flow paths are formed by etching (S-16). As a result, a recess serving as the
次に、ICP(Inductively Coupled Plasma)ドライエッチングにより、電極取り出し部34に対応する凹部の底部を除去して電極取り出し部34を開口する。
Next, the bottom of the recess corresponding to the electrode lead-out
次に、個別電極形成用凹部32に形成された個別電極5と振動板6との隙間(アクチュエータ内の隙間)19から、その内部に付着している水分を除去する(S−17)。水分除去は、積層されたシリコン基板を例えば真空チャンバ内に入れ、加熱真空引きをすることにより行う。そして、所要時間経過後、窒素ガスを導入し、窒素雰囲気下で隙間19の開放端部にエポキシ樹脂等の封止材35を塗布して気密に封止する(S−18)。このように、隙間19に付着した水分を除去した後、気密封止することによって、静電アクチュエータの駆動耐久性を向上させる。
Next, the moisture adhering to the inside is removed from the gap (gap in the actuator) 19 between the
次に、シリコン基板の吐出室21となる凹部、リザーバ23となる凹部、および電極取り出し部34となる凹部等のノズル基板1との接着側の面、すなわちインク流路50側の面に、シリコン酸化膜(SiO2 膜)17を形成する(S−19)。そして、シリコン酸化膜17の上に、さらにダイアモンドライクカーボン膜からなるインク保護膜18を形成する(S−20)。
Next, a silicon substrate is formed on the surface on the adhesion side with the
この場合、インク保護膜18の形成は、シリコン基板(ノズル基板1)のインク流路50側の面にダイアモンドライクカーボン膜を形成する(図4のS−6)のと同様の方法で行う。すなわち、成膜装置としてプラズマCVD装置を用い、原料ガスとして例えばトルエン(C7H8)を用いる。高周波出力を900W、トルエン流量を5sccm、圧力を0.2Pa、窒素流量を5sccmとして、ダイアモンドライクカーボン膜を形成する。こうすると、ダイアモンドライクカーボン膜を0.1μm形成するのに、約60min要する。
ここではダイアモンドライクカーボン膜の厚みを0.1μmとしたが、使用インクによるインク保護膜耐久性(耐インク性)により、ダイアモンドライクカーボン膜の膜厚を設定する。
上記のように構成したダイアモンドライクカーボン膜は、窒素を導入して形成してあるため、純水接触角は約40°であり、窒素を導入することによって親水性を有する膜になることが分かる。
次に、シリコン基板の上に金属からなる共通電極26を形成する。
In this case, the ink
Here, the thickness of the diamond-like carbon film is 0.1 μm, but the thickness of the diamond-like carbon film is set according to the durability of the ink protective film (ink resistance) with the ink used.
Since the diamond-like carbon film configured as described above is formed by introducing nitrogen, the contact angle of pure water is about 40 °, and it can be seen that a film having hydrophilicity is obtained by introducing nitrogen. .
Next, a
以上の工程を経て、電極基板3に接合されたシリコン基板からキャビティ基板2が完成される(S−21)。
Through the above steps, the
次に、キャビティ基板2の表面に、S−8(図4参照)で作製されたノズル基板1を接着により接合し、接合基板を完成する(S−22)。
そして最後に、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断すれば、インクジェットヘッド10が完成する(S−23)。
Next, the
Finally, the
こうして、インクジェットヘッド10のインク流路50の表面に、窒素を導入して膜質を変えたダイアモンドライクカーボン膜からなるインク保護膜15、18を形成したので、インク流路50のインク接触面は親水性を有し、耐薬品性も高い。
Thus, since the ink
実施の形態2.
図6は図2のインクジェットヘッドをa−a線で切断した状態を示す実施の形態2の断面図である。
実施の形態1では、インクジェットヘッド10のインク流路50の表面に設けたインク保護膜15、18はそれぞれ一層構造のダイアモンドライクカーボン膜によって形成したが、本実施の形態2では二層構造のダイアモンドライクカーボン膜によって形成し、上層部分を親水性としたものである。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the second embodiment showing a state where the inkjet head of FIG. 2 is cut along the aa line.
In the first embodiment, the ink
図6に示すように、ノズル基板1の表面にはシリコン酸化膜(SiO2 膜)14が形成されている。そして、ノズル基板1のノズル内壁やキャビティ基板2側の面、すなわちインク流路50側の面には、シリコン酸化膜14の上に、さらにダイアモンドライクカーボン膜からなるインク保護膜15が形成されている。このインク保護膜15は二層構造であって、内層膜15aとその上に形成された外層膜15bとからなり、外層膜15bは成膜時に窒素を導入した親水性のダイアモンドライクカーボン膜からなり、内層膜15aは窒素を導入していないダイアモンドライクカーボン膜からなっている。
As shown in FIG. 6, a silicon oxide film (SiO 2 film) 14 is formed on the surface of the
また、キャビティ基板2のリザーバ23や吐出室21の内壁等のノズル基板1側の面、すなわちインク流路50側の面には、シリコン酸化膜(SiO2 膜)17が形成されている。そして、シリコン酸化膜17の上には、さらにダイアモンドライクカーボン膜からなるインク保護膜18が形成されている。このインク保護膜18は二層構造であって、内層膜18aとその上に形成された外層膜18bとからなり、外層膜18bは成膜時に窒素を導入した親水性のダイアモンドライクカーボン膜からなり、内層膜18aは窒素を導入していないダイアモンドライクカーボン膜からなっている。
その他の構成、効果は、実施の形態1に示した場合と同様なので説明を省略する。
Further, a silicon oxide film (SiO 2 film) 17 is formed on the surface of the
Other configurations and effects are the same as in the case shown in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
次に、インクジェットヘッド10の製造方法について説明する。
本実施の形態2に係るインクジェットヘッド10の製造方法は、実施の形態1に示した製造方法とほぼ同じであるが、ノズル基板1及びキャビティ基板2の製造工程において、ノズル基板1側のインク保護膜15を形成する工程(図4のS−6参照)、及びキャビティ基板2側のインク保護膜18を形成する工程(図5のS−20参照)が相違する。
以下、相違部分について説明する。
Next, a method for manufacturing the
The manufacturing method of the
Hereinafter, the difference will be described.
シリコン基板(ノズル基板1)の表面に形成したシリコン酸化膜(SiO2 膜)14の上であってインク流路50となる側の面に、ダイアモンドライクカーボン膜15を形成する。この際、実施の形態1の図4のS−6と異なり、ダイアモンドライクカーボン膜15を2層に形成する。
成膜装置としてプラズマCVD装置を用い、原料ガスとしてトルエン(C7H8)を用いる。なお、トルエン(C7H8)以外にも、メタン(CH4)、エタン(C2H6)、プロパン(C3H8)、ブタン(C4H10)、アセチレン(C2H2)、ベンゼン(C6H6)等を用いることができる。
高周波出力を900W、トルエン流量を5sccm、圧力を0.2Paとして、ダイアモンドライクカーボン膜の内層膜15aを形成する。この際、窒素は導入しない。こうして、内層膜15aを0.08μm形成するのに、約10min要する。
A diamond-
A plasma CVD apparatus is used as the film formation apparatus, and toluene (C 7 H 8 ) is used as the source gas. In addition to toluene (C 7 H 8 ), methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10 ), acetylene (C 2 H 2 ) , Benzene (C 6 H 6 ) and the like can be used.
The diamond-like carbon film
次に、高周波出力を900W、トルエン流量を5sccm、圧力を0.2Pa、窒素流量を5sccmとして、ダイアモンドライクカーボン膜の外層膜15bを形成する。内層膜15aを形成する際には窒素を導入しないが、外層膜15bを形成する際には、上記のように窒素を導入する。外層膜15bを0.02μm形成するのに、約12min要する。
こうして、ダイアモンドライクカーボン膜の内層膜15a、及び外層膜15bを形成するのに、合計で約22min要する。
Next, the
Thus, it takes about 22 minutes in total to form the
同様にして、シリコン基板(キャビティ基板2)のインク流路50となる側の面に形成されたシリコン酸化膜(SiO2 膜)17の上にも、上記と同様の方法によって、内層膜18aと外層膜18bとからなるダイアモンドライクカーボン膜を形成する。実施の形態1のS−20(図4参照)とは、ダイアモンドライクカーボン膜を2層に形成する点で異なる。製造方法は、上記のシリコン基板(ノズル基板1)にダイアモンドライクカーボン膜の内層膜15aと外層膜15bとを形成する場合と同様なので、説明を省略する。
Similarly, on the silicon oxide film (SiO 2 film) 17 formed on the surface of the silicon substrate (cavity substrate 2) that becomes the
上記のようにしてインク保護膜15、18を形成するが、ダイアモンドライクカーボン膜を形成する際に、窒素を導入すると成膜レートが低下する。そのため、スループロットをあげるためには、窒素の導入なしでダイアモンドライクカーボン膜を形成した後に、窒素を導入してダイアモンドライクカーボン膜を形成することが有効になる。
よって、本実施の形態2では、ダイアモンドライクカーボン膜を形成する際に、まず、窒素の導入なしで内層膜15a、18aを形成し、次に、この内層膜15a、18aの上に、窒素を導入した外層膜15b、18bを形成するようにしたものである。
その他の製造工程、効果は、実施の形態1に示した場合と同様なので説明を省略する。
The ink
Therefore, in the second embodiment, when forming the diamond-like carbon film, first, the
Other manufacturing steps and effects are the same as those in the case of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
上記の説明では、インク保護膜15、18を構成するダイアモンドライクカーボン膜が2層である場合を示したが、3層、4層もしくはそれ以上の層からなるものであってもよく、この場合、最表面に位置する外層膜は窒素を導入して親水性に形成される。
In the above description, the case where the diamond-like carbon film constituting the ink
実施の形態1、2において説明したインクジェットヘッド及びその製造方法は一例であり、本発明の技術思想の範囲外の部分では、他の各種の方法を適用することができる。
また、以上の実施の形態1、2では、本願発明の静電アクチュエータを液滴吐出用のインクジェットヘッドに適用する場合について説明したが、静電アクチュエータは、それに限らず、光スイッチやミラーデバイス、マイクロポンプ、レーザプリンタのレーザ操作ミラーの駆動部等にも利用することができる。
さらに、インクジェットヘッドとしては、ノズル孔より吐出される液の種類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の他、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等、様々な用途の液滴吐出装置の液滴吐出部に利用することもできる。
The ink jet head and the manufacturing method thereof described in the first and second embodiments are examples, and various other methods can be applied outside the scope of the technical idea of the present invention.
In the first and second embodiments, the case where the electrostatic actuator of the present invention is applied to an inkjet head for ejecting liquid droplets has been described. However, the electrostatic actuator is not limited thereto, and an optical switch, a mirror device, It can also be used for a driving part of a laser pump or a laser operation mirror of a laser printer.
Furthermore, as an inkjet head, by changing the type of liquid ejected from the nozzle holes, in addition to the inkjet printer as shown in FIG. 7, the manufacture of color filters for liquid crystal displays and the formation of light emitting portions of organic EL display devices It can also be used in a droplet discharge portion of a droplet discharge device for various uses such as manufacturing a microarray of a biomolecule solution used for genetic testing or the like.
1 ノズル基板(シリコン基板)、2 キャビティ基板(シリコン基板)、3 電極基板(ガラス基板)、5 個別電極(対向電極)、6 振動板、8 絶縁膜、10 インクジェットヘッド(液滴吐出ヘッド)、11 ノズル孔、12 オリフィス、13 ダイアフラム、14、17 シリコン酸化膜、15、18 インク保護膜(耐液保護膜、ダイアモンドライクカーボン膜)、15a、18a 内層膜、15b、18b 外層膜、19 隙間、21 吐出室、23 リザーバ(共通液滴室)、26 共通電極、32 個別電極形成用凹部、16、33 インク供給孔、34 電極取り出し部、35 封止材、40 駆動制御回路、50 液体流路。
1 nozzle substrate (silicon substrate), 2 cavity substrate (silicon substrate), 3 electrode substrate (glass substrate), 5 individual electrode (counter electrode), 6 diaphragm, 8 insulating film, 10 inkjet head (droplet ejection head), DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基板の液体と接触する面に、窒素を導入したダイアモンドライクカーボン膜からなる親水性の耐液保護膜が形成されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A plurality of nozzle holes for discharging droplets, a plurality of discharge chambers communicating with the respective nozzle holes, a common droplet chamber communicating with each of the discharge chambers and supplying liquid to the discharge chambers, A droplet discharge head comprising a diaphragm formed on a wall surface and a counter electrode disposed opposite to the diaphragm, and a plurality of substrates laminated,
A droplet discharge head, wherein a hydrophilic liquid-resistant protective film made of a diamond-like carbon film into which nitrogen is introduced is formed on a surface of the substrate that comes into contact with a liquid.
前記基板が液体と接触する面に窒素を導入したダイアモンドライクカーボン膜を形成し、前記各基板を積層して液滴吐出ヘッドを製造することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A plurality of nozzle holes for discharging droplets to the substrate; a plurality of discharge chambers communicating with the respective nozzle holes; a common droplet chamber communicating with each of the discharge chambers and supplying a liquid to the discharge chamber; A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising: a diaphragm formed on a wall surface of a discharge chamber; and a counter electrode disposed opposite to the diaphragm, and a plurality of substrates stacked.
A method of manufacturing a droplet discharge head, comprising: forming a diamond-like carbon film into which nitrogen is introduced on a surface of the substrate in contact with a liquid; and stacking the substrates to manufacture a droplet discharge head.
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