JP2010269499A - Manufacturing method for liquid ejection head and liquid ejector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射装置に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a liquid ejecting head that ejects liquid from a nozzle opening and a liquid ejecting apparatus.
一般的に、プリンター、ファクシミリ、複写装置等に用いられる液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとしては、インク滴を吐出させるためのメカニズムに応じて各種方式のものが知られている。例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子等の圧力発生手段により変形させて圧力発生室内の容積を膨張又は収縮させることでノズル開口からインク滴を吐出させるものや、静電気力を利用して振動板を変形させて圧力発生室の容積を変化させることで、ノズル開口からインク滴を吐出させるようにしたものがある。 In general, various types of ink jet recording heads, which are liquid ejecting heads used in printers, facsimiles, copying machines, and the like, are known depending on the mechanism for ejecting ink droplets. For example, a part of the pressure generating chamber communicating with the nozzle opening is configured by a diaphragm, and the diaphragm is deformed by pressure generating means such as a piezoelectric element to expand or contract the volume in the pressure generating chamber. There are those that eject ink droplets, and those that eject the ink droplets from the nozzle openings by changing the volume of the pressure generation chamber by deforming the diaphragm using electrostatic force.
そして、このようなインクジェット式記録ヘッドは、一般的に、圧力発生室を形成した流路形成基板、流路形成基板に接合され圧電素子を保護するための圧電素子保持部や液体の流路が形成された保護基板、ノズル開口を穿設したノズルプレート等が熱硬化型の接着剤によって接合された構造となっている。このように、複数の部材を接着して積層することにより形成されているため、各部材を接着する際に位置ズレが生じると各部材を高精度に位置決めできず高精度に接着することができないという問題がある。 Such an ink jet recording head generally has a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber is formed, a piezoelectric element holding portion for bonding to the flow path forming substrate and protecting the piezoelectric element, and a liquid flow path. A formed protective substrate, a nozzle plate having a nozzle opening, and the like are joined by a thermosetting adhesive. Thus, since it forms by adhering and laminating a plurality of members, when a position shift occurs when adhering each member, each member cannot be positioned with high accuracy and cannot be adhered with high accuracy. There is a problem.
このような問題を解決する技術として、流路形成基板用ウェハー及び封止基板(保護基板)に位置決め孔を形成し該位置決め孔の外径と略同一の内径を有する位置決めピンを挿入して位置決めする技術が開示されている(特許文献1参照)。 As a technique for solving such problems, positioning holes are formed in the flow path forming substrate wafer and the sealing substrate (protective substrate), and positioning pins having an inner diameter substantially the same as the outer diameter of the positioning holes are inserted for positioning. The technique to do is disclosed (refer patent document 1).
しかしながら、インクジェット式記録ヘッドは高精度印刷のためには高密度に配列する必要があるため微細化されており、各部材を接着する際の位置決めにはより精密さが求められている。 However, since the ink jet recording head needs to be arranged at a high density for high-precision printing, it is miniaturized, and higher precision is required for positioning when bonding each member.
この場合に、従来のように各部材を熱硬化型の接着剤により接着すると、接着剤の硬化時の収縮により各部材間の接着剤層も収縮してしまうことがある。そうすると、高精度に位置決めしたとしても収縮により各部材がずれてしまい、この状態で固定されてしまうことで位置ずれによる変位特性の低下や液漏れ等が生じやすくなり、インクジェット式記録ヘッドの信頼性が低くなるという問題がある。なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに限定されず、他の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても存在する。 In this case, if each member is bonded with a thermosetting adhesive as in the prior art, the adhesive layer between the members may also contract due to shrinkage when the adhesive is cured. Then, even if the positioning is performed with high accuracy, each member is displaced due to the contraction, and fixing in this state tends to cause a deterioration in displacement characteristics or liquid leakage due to the displacement, and the reliability of the ink jet recording head. There is a problem that becomes low. Such a problem is not limited to the ink jet recording head, but also exists in a liquid ejecting head that ejects another liquid.
本発明はこのような事情に鑑み、液体噴射ヘッドを構成する複数の部材を高精度で且つ容易に位置決めして接着することができる液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid ejecting head manufacturing method and a liquid ejecting apparatus capable of easily positioning and bonding a plurality of members constituting the liquid ejecting head with high accuracy. And
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、第1部材と第2部材とを接着することにより形成された積層部材を具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記第1部材及び前記第2部材のそれぞれにフォトリソグラフィー法により貫通した接着位置決め孔を形成する接着位置決め孔形成工程と、前記第1部材に形成された前記接着位置決め孔及び前記第2部材に形成された前記接着位置決め孔に接着位置決めピンを挿入して、前記第1部材及び前記第2部材と前記接着位置決めピンとを接着面の面内方向に相対的に押圧し前記第1部材及び前記第2部材の前記接着位置決め孔の内壁面に前記接着位置決めピンを当接させる当接工程と、前記第1部材及び前記第2部材の相対的な位置が決定された状態で、シアノアクリレート系接着剤である第1接着剤を硬化させて前記第1部材及び前記第2部材を接着する第1接着工程と、前記第1部材及び前記第2部材が前記第1接着剤により接着された状態で加熱により硬化する第2接着剤を熱硬化させて前記第1部材及び前記第2部材を接着する第2接着工程とを有することを特徴とする。 The method of manufacturing a liquid jet head according to the present invention is a method of manufacturing a liquid jet head including a laminated member formed by bonding a first member and a second member, the first member and the second member. Adhesive positioning hole forming step for forming an adhesive positioning hole penetrating each member by photolithography, and bonding to the adhesive positioning hole formed in the first member and the adhesive positioning hole formed in the second member A positioning pin is inserted, and the first member, the second member, and the adhesive positioning pin are relatively pressed in the in-plane direction of the adhesive surface, and the inside of the adhesive positioning hole of the first member and the second member A contact step of bringing the adhesive positioning pin into contact with the wall surface, and a relative position of the first member and the second member being determined; A first adhering step of adhering the first member and the second member by curing an adhesive; and first curing by heating in a state where the first member and the second member are adhered by the first adhesive. And a second bonding step of bonding the first member and the second member by thermosetting two adhesives.
かかる態様では、接着面の面内方向に押圧することにより各部材に形成された接着位置決め孔の内壁面に接着位置決めピンを当接させて各部材の位置を決定しているため、各部材を高精度で且つ容易に位置決めすることができる。また、接着位置決めピンは接着位置決め孔よりも径が小さいため、接着位置決めピンが接着位置決め孔と同じ径を有する場合よりも、接着位置決めピンの接着位置決め孔への挿入が容易である。さらに、位置の決定後、部材同士を、常温で硬化するシアノアクリレート系接着剤である第1接着剤で加熱することなく仮に接着した後に熱硬化する第2接着剤を硬化させていることにより、加熱による第2接着剤の収縮に伴う部材の収縮を抑制できるので、上記の高精度な位置決め状態を保持して接着し、固定することができる。また、シアノアクリレート系接着剤である第1接着剤により仮接着を行えば、硬化時間が他の接着剤に比較して極めて短いため製造工程にかかる時間を短縮することができる。なお、本発明でいう常温とは、20〜30℃をいう。 In such an aspect, the position of each member is determined by pressing the adhesive positioning pin against the inner wall surface of the adhesive positioning hole formed in each member by pressing in the in-plane direction of the adhesive surface. Positioning can be easily performed with high accuracy. In addition, since the adhesive positioning pin has a smaller diameter than the adhesive positioning hole, it is easier to insert the adhesive positioning pin into the adhesive positioning hole than when the adhesive positioning pin has the same diameter as the adhesive positioning hole. Furthermore, after determining the position, by curing the second adhesive that is thermally cured after temporarily bonding the members without heating with the first adhesive that is a cyanoacrylate-based adhesive that cures at room temperature, Since the contraction of the member accompanying the contraction of the second adhesive due to heating can be suppressed, the above-described highly accurate positioning state can be maintained and bonded and fixed. In addition, if temporary bonding is performed with the first adhesive which is a cyanoacrylate adhesive, the time required for the manufacturing process can be shortened because the curing time is extremely short compared to other adhesives. In addition, the normal temperature as used in the field of this invention means 20-30 degreeC.
本発明の好ましい実施形態としては、前記第2接着剤を前記第1部材と前記第2部材との接着面の所定の領域に設けた後、前記当接工程を行い、その後、前記第1部材又は第2部材に設けられた第1接着剤導入孔を介して前記接着面の所定の領域以外の領域に前記第1接着剤を設けて硬化させて前記第1接着工程を行い、その後、加熱により前記第2接着剤を熱硬化させて第2接着工程を行うこと、又は、前記当接工程後に、前記第1部材又は第2部材に設けられた第1接着剤導入孔を介して前記第1接着剤を前記第1部材と前記第2部材との接着面の所定の領域に設け硬化させて前記第1接着工程を行い、次いで、前記第1部材又は第2部材に設けられた第2接着剤導入孔を介して前記第2接着剤を前記接着面の所定の領域以外の領域に設けて加熱により硬化させて第2接着工程を行うことが挙げられる。これらの実施形態によることで、上記の高精度な位置決め状態をより好ましい状態で保持して接着し、固定することが可能である。 As a preferred embodiment of the present invention, after the second adhesive is provided in a predetermined region of the bonding surface between the first member and the second member, the contact step is performed, and then the first member Alternatively, the first adhesive is provided and cured in a region other than the predetermined region of the adhesive surface through the first adhesive introduction hole provided in the second member to perform the first adhesive process, and then heated. Performing the second bonding step by thermally curing the second adhesive, or after the abutting step, the first adhesive or the first member through the first adhesive introduction hole provided in the second member. A first adhesive is applied to a predetermined region of the bonding surface between the first member and the second member and cured to perform the first bonding step, and then a second provided on the first member or the second member. The second adhesive is provided in an area other than a predetermined area of the adhesive surface through an adhesive introduction hole. It includes performing the second bonding step is cured by heating Te. According to these embodiments, it is possible to hold, bond and fix the above highly accurate positioning state in a more preferable state.
ここで、前記当接工程を行いながら前記第1接着工程を行うことが好ましい。当接工程を行いながら第1接着工程を行うことで、当接後、部材への押圧を解除することで生じる部材間の反発を抑制することができるので、部材間の位置ずれを抑制し高精度な位置決め状態をより保持して固定することが可能である。 Here, it is preferable to perform the first bonding step while performing the contact step. By performing the first bonding step while performing the contact step, it is possible to suppress the repulsion between the members that occurs by releasing the pressure on the member after the contact, thereby suppressing the positional deviation between the members. It is possible to hold and fix a more accurate positioning state.
また、前記接着剤導入孔の接着面側の開口周囲に、溝部を設けることが好ましい。溝部が接着剤の逃げ溝として機能することで、意図しない接着剤の拡散を抑制することができる。 Moreover, it is preferable to provide a groove around the opening on the bonding surface side of the adhesive introduction hole. Since the groove portion functions as a relief groove for the adhesive, unintended diffusion of the adhesive can be suppressed.
ここで、前記第1部材及び前記第2部材にはそれぞれ単孔及び長孔からなる前記接着位置決め孔が形成されており、前記当接工程では、前記第1部材及び前記第2部材と前記接着位置決めピンとを接着面の面内方向に相対的に押圧して前記単孔の内壁面に前記接着位置決めピンを当接させることにより前記第1部材及び前記第2部材の接着面の面内方向の相対的な位置を固定すると共に、前記長孔の内壁面に前記接着位置決めピンを当接させることにより前記単孔を基準とした前記第1部材及び前記第2部材の回転方向を固定することが好ましい。これによれば、回転方向も固定されるため、位置決めがより高精度になる。 Here, the first member and the second member are respectively formed with the bonding positioning holes made of a single hole and a long hole. In the contact step, the first member and the second member are bonded to the first member and the second member. By relatively pressing the positioning pin in the in-plane direction of the adhesive surface and bringing the adhesive positioning pin into contact with the inner wall surface of the single hole, the in-plane direction of the adhesive surface of the first member and the second member Fixing the relative position and fixing the rotation direction of the first member and the second member with respect to the single hole by bringing the adhesive positioning pin into contact with the inner wall surface of the elongated hole; preferable. According to this, since the rotation direction is also fixed, positioning becomes more accurate.
また、前記接着位置決め孔は角孔からなり、前記当接工程では前記接着位置決め孔の角を形成する互いに接する2つの内壁面に前記接着位置決めピンが当接するように押圧することが好ましい。これによれば、接着位置決め孔の角に接着位置決めピンを当接することにより、接着位置決めピンが確実に固定されて、位置決めがより高精度になる。 Preferably, the adhesion positioning hole is a square hole, and in the abutting step, the adhesion positioning pin is pressed so as to abut against two inner wall surfaces that form a corner of the adhesion positioning hole. According to this, by bringing the adhesive positioning pin into contact with the corner of the adhesive positioning hole, the adhesive positioning pin is securely fixed, and the positioning becomes more accurate.
そして、前記第1部材及び前記第2部材は、前記液体噴射ヘッドを構成するヘッド構成部材が複数一体的に形成されたヘッド領域と前記ヘッド構成部材が形成されていない非ヘッド領域とを有する部材であり、前記接着位置決め孔は前記非ヘッド領域に設けられており、前記第2接着工程の後、前記第1部材及び前記第2部材を分割して液体噴射ヘッドとする工程を有するようにしてもよい。これによれば、複数の液体噴射ヘッドが一体的に構成された部材であっても、高精度に且つ容易に位置決めすることができる。 The first member and the second member include a head region in which a plurality of head constituent members constituting the liquid ejecting head are integrally formed and a non-head region in which the head constituent member is not formed. The bonding positioning hole is provided in the non-head region, and has a step of dividing the first member and the second member into a liquid jet head after the second bonding step. Also good. Accordingly, even a member in which a plurality of liquid ejecting heads are integrally formed can be positioned with high accuracy and easily.
また、前記第1部材及び前記第2部材がシリコン単結晶基板であることが好ましい。これによれば、シリコン単結晶基板なのでエッチングにより接着位置決め孔等を高精度に形成することができるため、より高精度に位置決めすることができる。 The first member and the second member are preferably silicon single crystal substrates. According to this, since it is a silicon single crystal substrate, an adhesion positioning hole etc. can be formed with high precision by etching, so that positioning can be performed with higher precision.
また、前記当接工程では、前記第1部材及び前記第2部材を緩衝部材で挟み込み前記第1部材及び前記第2部材の積層方向に押圧することが好ましい。これによれば、当接工程で第1部材及び第2部材を強く押圧しても緩衝部材を介しているため、第1部材及び第2部材の破損等を防止することができる。 In the contact step, it is preferable that the first member and the second member are sandwiched between buffer members and pressed in the stacking direction of the first member and the second member. According to this, even if the first member and the second member are strongly pressed in the contact step, the buffer member is interposed, so that the first member and the second member can be prevented from being damaged.
さらに、前記第1部材及び前記第2部材のそれぞれに、貫通孔からなり前記第1部材と前記第2部材とを目的とする位置で接着した場合には互いに重ならないが隣接する検査パターンをフォトリソグラフィー法により形成する工程をさらに有し、前記第2接着工程の後、積層方向に光を照射して前記検査パターンからの透過光の有無により前記第1部材及び前記第2部材の接着位置の精度を検査する検査工程を有していてもよい。これによれば、各部材に所定の検査パターンを形成し光を照射することにより、計測器を用いなくても、容易に接着位置の精度を検査することができる。 Further, when the first member and the second member are bonded to each of the first member and the second member at a target position, a test pattern adjacent to the first member and the second member, which do not overlap with each other, can be photographed. The method further includes a step of forming by lithography, and after the second bonding step, light is irradiated in the stacking direction to determine the bonding position of the first member and the second member depending on the presence or absence of transmitted light from the inspection pattern. You may have the test process which test | inspects precision. According to this, by forming a predetermined inspection pattern on each member and irradiating light, the accuracy of the bonding position can be easily inspected without using a measuring instrument.
そして、前記第1部材に形成された検査パターンと前記第2部材に形成された検査パターンの平面視の形状は、いずれか一方の検査パターンが他方の検査パターンの周囲を囲むように形成されていることが好ましい。これによれば、いずれか一方の検査パターンが他方の検査パターンの周囲を囲むように形成されているため、位置ずれが生じた場合にどの方向にずれているかを容易に判定することができる。 The shape of the inspection pattern formed on the first member and the inspection pattern formed on the second member in plan view is such that one of the inspection patterns surrounds the other inspection pattern. Preferably it is. According to this, since any one of the inspection patterns is formed so as to surround the other inspection pattern, it is possible to easily determine in which direction the displacement is caused when a positional deviation occurs.
本発明の液体噴射装置は、上記態様の製造方法により製造されたことを特徴とする液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする。かかる液体噴射ヘッドは、各部材を高精度に位置決めして接着しているため、位置ずれによる変位特性の低下や液漏れ等が生じ難いので、信頼性の高い液体噴射装置を実現できる。 According to another aspect of the invention, there is provided a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head manufactured by the manufacturing method according to the above aspect. In such a liquid ejecting head, since each member is positioned and bonded with high accuracy, the displacement characteristics are not deteriorated and liquid leakage is not easily caused by the positional deviation, so that a highly reliable liquid ejecting apparatus can be realized.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る製造方法によって製造される液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、インクジェット式記録ヘッドの平面図及びそのA−A′断面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head which is an example of a liquid jet head manufactured by the manufacturing method according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the ink jet recording head. It is a figure and its AA 'sectional drawing.
図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では板厚方向の結晶面方位が(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる弾性膜50が形成されている。この流路形成基板10には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、流路形成基板10には、複数の隔壁11によって区画された複数の圧力発生室12がその幅方向(短手方向)に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向一端部側には、インク供給路14と連通路15とが隔壁11によって区画されている。また、連通路15の一端には、各圧力発生室12の共通のインク室(液体室)となるリザーバー100の一部を構成する連通部13が形成されている。すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12、連通部13、インク供給路14及び連通路15からなる液体流路が設けられている。
As shown in the drawing, the flow
インク供給路14は、圧力発生室12の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室12より小さい断面積を有する。そして、各連通路15は、インク供給路14の圧力発生室12とは反対側に連通し、インク供給路14の幅方向(短手方向)より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路15を圧力発生室12と同じ断面積で形成した。すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12と、圧力発生室12の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路14と、このインク供給路14に連通すると共にインク供給路14の短手方向の断面積よりも大きく圧力発生室12と同等の断面積を有する連通路15とが複数の隔壁11により区画されて設けられている。
The
また、流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が接着剤や熱溶着フィルム等の接着剤層によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
Further, on the opening surface side of the flow
一方、流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように、二酸化シリコンからなる弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、例えば、酸化ジルコニウム(ZrO2)等からなる絶縁体膜55が積層形成されている。また、絶縁体膜55上には、厚さ
が例えば、約0.1〜0.5μmの第1電極60と、厚さが例えば、約0.5〜5μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの第2電極80とからなる圧電素子300が形成されている。ここで、圧電素子300は、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、第1電極60を圧電素子300の共通電極とし、第2電極80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室12毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエーター装置と称する。なお、本実施形態では、第1電極60を複数の圧電素子300の並設方向に亘って設け、第1電極60の圧力発生室12の長手方向の端部を、圧力発生室12に相対向する位置となるように設けた。また、上述した例では、弾性膜50、絶縁体膜55及び第1電極60が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜50及び絶縁体膜55を設けずに、第1電極60のみが振動板として作用するようにしてもよい。
On the other hand, as described above, the
そして、このような各圧電素子300の第2電極80には、例えば、金(Au)等からなるリード電極90がそれぞれ接続され、このリード電極90を介して各圧電素子300に選択的に電圧が印加されるようになっている。
A
また、圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、圧電素子300に対向する領域に、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部31を有する保護基板30が、第2接着剤層35及び第1接着剤層36によって、詳しくは後述するが高精度に接合されている。なお、圧電素子保持部31は、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
Further, on the flow
また、保護基板30には、連通部13に対向する領域にリザーバー部32が設けられており、このリザーバー部32は、上述したように、流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバー100を構成している。また、保護基板30の圧電素子保持部31とリザーバー部32との間の領域には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられ、この貫通孔33内に第1電極60の一部及びリード電極90の先端部が露出され、これらの先端部に図示しない導電性ワイヤーを介して圧電素子300を駆動するための駆動回路が電気的に接続されている。
Further, the
保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料、すなわち、表面の結晶面方位が(110)面のシリコン単結晶基板を用いた。また、本実施形態では、流路形成基板10と保護基板30とは同一ロットで製造されたシリコン単結晶基板用ウェハーを用いて製造されたものである。
As the
保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバー部32の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成される。この固定板42のリザーバー100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバー100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
On the
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバー100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加し、弾性膜50、絶縁体膜55、第1電極60及び圧電体層70をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。
In such an ink jet recording head of this embodiment, ink is taken in from an external ink supply means (not shown), filled with ink from the
(インクジェット式記録ヘッドの製造方法)
インクジェット式記録ヘッドIの製造方法について、図3〜図9を参照して説明する。なお、図3〜図6は、圧力発生室の長手方向の断面図であり、図7〜9は、平面図である。
(Inkjet recording head manufacturing method)
A method for manufacturing the ink jet recording head I will be described with reference to FIGS. 3 to 6 are cross-sectional views in the longitudinal direction of the pressure generating chamber, and FIGS. 7 to 9 are plan views.
まず、図3(a)に示すように、流路形成基板10(請求項の「ヘッド構成部材」に相当)が中央部に複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハー110(請求項の「第1部材」に相当)を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン膜52を形成する。
First, as shown in FIG. 3 (a), a flow path forming
次に、図3(b)及び図7に示すように、流路形成基板用ウェハー110のインクジェット式記録ヘッドを構成する領域(ヘッド領域201A)以外の領域(非ヘッド領域202A)に、貫通孔である接着位置決め孔501A及び502Aを形成する(接着位置決め孔形成工程)。すなわち、所定形状のパターンを有するレジスト膜をフォトリソグラフィー法により形成した後、KOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、流路形成基板用ウェハー110の非ヘッド領域202Aに、接着位置決め孔501A及び502Aを形成した後レジスト膜を除去する。なお、流路形成基板用ウェハー110として、表面の結晶面方位が(110)面で、表面の(110)面に垂直な方向の第1の(111)面でオリフラ(オリエンテーションフラット)250Aが形成されているシリコンウェハーを用いている。そして、異方性エッチングにより形成された接着位置決め孔501A及び502Aは、壁面が(111)面で形成される。
Next, as shown in FIGS. 3B and 7, a through hole is formed in a region (non-head region 202 </ b> A) other than the region (head region 201 </ b> A) constituting the ink jet recording head of the flow path forming
ここで、流路形成基板用ウェハー110の非ヘッド領域202Aに形成された接着位置決め孔501A及び502Aは、後述する接着位置決めピン511及び512の外径よりも大きな内径を有している、すなわち、接着位置決め孔501A及び502Aに接着位置決めピン511及び512を単に挿入しただけでは接着位置決めピン511及び512は、接着面の面内方向に動くことが可能な状態である。よって、接着位置決めピン511及び512を接着位置決め孔501A及び502Aに挿入すると、接着位置決めピン511及び512は押圧されなければ接着位置決め孔501A及び502Aは接着面方向に固定されない。
Here, the
また、図7に示すように、接着位置決め孔501Aの開口はひし形からなる単孔であり、接着位置決め孔502Aの開口は平行四辺形からなる長孔である。なお、単孔とは、接着位置決めピン511を挿入した際に該接着位置決めピン511の外周から接着位置決め孔501Aの内壁面までの隙間(クリアランス)が同一になりうるものであり、また、長孔とは接着位置決めピン512を挿入した際に該接着位置決めピン512の外周から接着位置決め孔502Aの内壁面までの隙間(クリアランス)が同一にならないものである、すなわち、接着位置決めピン511及び512を接着位置決め孔501A及び502Aに挿入する際、長孔からなる接着位置決め孔502Aは長軸方向に大きさに余裕があるため、多少ずれた位置でも接着位置決め孔502Aに挿入可能である。
Further, as shown in FIG. 7, the opening of the
ここで、本実施形態のようにフォトリソグラフィー法によれば、高精度で所定の位置に接着位置決め孔501A及び502Aを形成することができるが、寸法誤差が生じる場合がある。特許文献1のように位置決め孔の外径と略同一の内径を有する接着位置決めピンとすると、寸法誤差が生じた場合に接着位置決めピンが位置決め孔に挿入できないため、非常に高度な寸法精度が必要になる。しかしながら、本実施形態のように、接着位置決め孔の内径を挿入される接着位置決めピンの外径よりも大きいものとすれば、接着位置決め孔に多少の寸法誤差が生じたとしても、容易に接着位置決めピンを挿入することができる。
Here, according to the photolithography method as in the present embodiment, the
次いで、図3(c)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜52)上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。具体的には、弾性膜50(二酸化シリコン膜52)上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜55を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, an
次に、図3(d)に示すように、圧電素子300を形成する。具体的には、例えば、白金(Pt)とイリジウム(Ir)とを絶縁体膜55上に積層することにより第1電極60を形成した後、この第1電極60を所定形状にパターニングする。その後、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体層70と、例えば、白金(Pt)又はイリジウム(Ir)等からなる第2電極80とを流路形成基板10の全面に形成後、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。圧電素子300を構成する圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。また、圧電体層70の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層70を形成した。なお、圧電体層70と第2電極80とのパターニングでは、例えば、ドライエッチングにより一括して行うことができる。
Next, as shown in FIG. 3D, the
次に、図4(a)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなるリード電極90を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介して各圧電素子300毎にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 4A, after forming the
次に、流路形成基板用ウェハー110と、保護基板30(請求項の「ヘッド構成部材」に相当)が中央部に複数一体的に形成される保護基板用ウェハー130(請求項の「第2部材」に相当)とを接着する。本実施形態では、保護基板用ウェハー130及び流路形成基板用ウェハー110を接着するにあたり、位置決め後、仮接着用の第1接着剤により保護基板用ウェハー130及び流路形成基板用ウェハー110を仮接着し固定し、その後第2接着剤により保護基板用ウェハー130及び流路形成基板用ウェハー110を固定する。このように第1接着剤により仮固定することで、熱硬化性樹脂である第2接着剤の硬化による収縮に起因したウェハーの位置ずれを抑制でき、高精度な位置決めを保持することができる。以下、この点について詳細に説明する。
Next, a flow path forming
具体的には、まず、図4(b)及び図8に示すように、保護基板30が中央部に複数一体的に形成される保護基板用ウェハー130のインクジェット式記録ヘッドを構成する領域(ヘッド領域201B)以外の領域(非ヘッド領域202B)に、貫通孔である接着位置決め孔501B及び502Bを形成する(接着位置決め孔形成工程)と共に、保護基板用ウェハー130に貫通孔である第1接着剤導入孔503を複数形成する。該保護基板用ウェハー130のヘッド領域201Bに複数の保護基板30を、フォトリソグラフィー法により形成する。すなわち保護基板用ウェハー130上に所定形状のパターンを有するレジスト膜をフォトリソグラフィー法により形成した後、KOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、保護基板用ウェハー130の非ヘッド領域202Bに接着位置決め孔501B及び502B並びに複数の第1接着剤導入孔503を形成する。そして、保護基板用ウェハー130のヘッド領域201Bに圧電素子保持部31、リザーバー部32及び貫通孔33を形成すると共に、第1接着剤導入孔503の接着面側の開口の周囲に接着剤の逃げ溝として機能する溝部504を形成する。これは、後述するように第2接着剤を塗布した場合に、第2接着剤が、第1接着剤が形成される領域(接着面の第1接着剤導入孔503の近傍領域)にまで侵入して混合されると所望の効果を得られないことが考えられる。そこで、本実施形態においては、溝部504を設け、この溝部504内に第2接着剤を溜めて第2接着剤が第1接着剤層36の形成領域に侵入しないように構成している。溝部504は、平面視において円状であるが、形状については特に限定されず、第2接着剤層35と混合しないように設けてあればよい。
Specifically, first, as shown in FIGS. 4B and 8, a region (head) constituting an ink jet recording head of a
保護基板用ウェハー130として、表面の結晶面方位が(110)面で、表面の(110)面に垂直な方向の第1の(111)面でオリフラ(オリエンテーションフラット)250Bが形成されているシリコンウェハーを用いている。そして、異方性エッチングにより形成された接着位置決め孔501B及び502B並びに第1接着剤導入孔503等は、壁面が(111)面で形成される。即ち、第1接着剤導入孔503の開口は上面視においてひし形である。この開口部は、後述するように所望量の第1接着剤を導入することができればその大きさ、形状は特に限定されない。また、本実施形態においては、流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130とは同一ロットで製造されたシリコン単結晶基板用ウェハーであり、同一ロットのものを用いることにより、流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130に形成される接着位置決め孔501A、501B、502A、502B等の寸法のばらつきが抑制でき、より高精度に位置決めをすることができる。
Silicon with orientation crystal plane orientation (110) plane and orientation flat (orientation flat) 250B formed on first (111) plane perpendicular to (110) plane of surface as protective substrate wafer 130 A wafer is used. The wall surfaces of the adhesion positioning holes 501B and 502B and the first
ここで、図8に示すように、保護基板用ウェハー130に形成された接着位置決め孔501Bは、流路形成基板用ウェハー110に形成された接着位置決め孔501Aと形状が同一である、すなわち同じ内径を有している。また、保護基板用ウェハー130に形成された接着位置決め孔502Bは、流路形成基板用ウェハー110に形成された接着位置決め孔502Aと形状が同一である、すなわち同じ内径を有している。
Here, as shown in FIG. 8, the
次いで、第2接着剤を流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の少なくとも一方の接着面に所定の領域に設けて第2接着剤層35を形成する。第2接着剤としては、加熱により硬化するもの、例えばビスフェノールA型エポキシ樹脂を主成分とする1液加熱硬化型エポキシ樹脂系接着剤を用いることができる。ここでいう加熱とは、常温(20〜30℃)よりも高い温度で熱することをいう。本実施形態では、保護基板用ウェハー130の溝部504の内側(第1接着剤導入孔503側)を除く所定の領域にエポキシ樹脂系接着剤を塗布することにより、第2接着剤層35を設けた。なお、接着剤を塗布するかわりに熱溶着フィルムを貼付して接着剤層としてもよい。
Next, a second
次いで、図5、図7及び図8に示すように、流路形成基板用ウェハー110に形成された接着位置決め孔501A及び保護基板用ウェハー130に形成された接着位置決め孔501Bよりも径が小さい接着位置決めピン511を、接着位置決め孔501A及び501Bに挿入する。同様に、流路形成基板用ウェハー110に形成された接着位置決め孔502A及び保護基板用ウェハー130に形成された接着位置決め孔502Bよりも径が小さい接着位置決めピン512を、接着位置決め孔502A及び502Bに挿入する。そして、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130を接着面の面内方向に押圧して、接着位置決め孔501A、501B、502A、502Bの内壁面に接着位置決めピン511及び512をそれぞれ当接させる(当接工程)。これにより、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の相対的な位置が決定される。
Next, as shown in FIGS. 5, 7, and 8, the bonding has a smaller diameter than the bonding positioning hole 501 </ b> A formed in the flow path forming
このように、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130に接着位置決め孔501A、501B、502A、502Bを形成し、接着位置決め孔501A及び501Bよりも小さな径を有する接着位置決めピン511を接着位置決め孔501A、501Bに挿入し、接着位置決め孔502A及び502Bよりも小さな径を有する接着位置決めピン512を接着位置決め孔502A、502Bに挿入すると共に、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130を接着面の面内方向に押圧することにより、接着位置決め孔501A、501B、502A、502Bの内壁面に接着位置決めピン511及び512を当接させて流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の相対的な位置を決定できるため、流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130とを高精度に且つ容易に位置決めすることができる。また、接着位置決めピン511及び512はそれぞれ、接着位置決め孔501A及び501B、502A及び502Bよりも径が小さいため、接着位置決めピンが接着位置決め孔と同じ径を有する場合よりも、接着位置決めピン511及び512の接着位置決め孔501A、501B、502A、502Bへの挿入が容易である。
In this way,
また、本実施形態では、接着位置決め孔を各部材に2つずつ形成したので、一方の接着位置決めピン511により接着面の面内方向の位置が一点で固定され、さらに、他方の接着位置決めピン512により流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の接着位置決め孔501A及び501Bを中心とした回転方向(図中θで示す)も固定されるため、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の位置決めがより高精度になされる。
Further, in the present embodiment, since two adhesion positioning holes are formed in each member, the position in the in-plane direction of the adhesion surface is fixed at one point by one
また、単孔からなる接着位置決め孔501A及び501B、長孔からなる接着位置決め孔502A及び502Bとしたので、接着位置決め孔を形成する際に寸法誤差が多少生じても、接着位置決めピン512を容易に挿入することができ且つ接着面の面内方向に押圧することにより精度よく位置決めすることができる。
In addition, since the
さらに、角孔、すなわち角を有する接着位置決め孔501A及び501Bの互いに接する二つの内壁面521A及び522A、521B及び522Bに接着位置決めピン511及び512がそれぞれ当接するように押圧している、すなわち、角孔からなる接着位置決め孔501Aや501Bの角に接着位置決めピンが当接して確実に固定されているため、位置決めがより高精度になる。
Further, the adhesive positioning pins 511 and 512 are pressed against the two inner wall surfaces 521A and 522A, 521B and 522B of the square holes, that is, the corners of the
本実施形態では、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130を積層方向に押圧するための治具530に接着位置決めピン511及び512を設け、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130を接着位置決めピン511及び512を形成した治具530でポリテトラフルオロエチレン等の可撓性を有するポリマーシート等からなる緩衝部材540を介して挟み込み、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130のオリフラ250A及び250Bを接着面の面内方向(図中aで示す)に押圧部材550で押圧し、相対的な位置を固定した状態で、積層方向(図中bで示す)に押圧させた。なお、当接工程では当接により流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の相対的な位置が仮に固定され、その後の第2接着工程で位置が本固定される。
In this embodiment, adhesion positioning pins 511 and 512 are provided on a
次いで、この当接された状態で(即ち当接工程中に)第1接着剤からなる第1接着剤層36を形成し、常温にて第1接着剤を硬化させ仮の固定を行う(第1接着工程)。その後、押圧を解放する。このように当接工程中に第1接着工程により部材を接着することで、当接後、部材への押圧を解放すると生じる反発を抑制することができ、高精度な位置決めをより保持することが可能である。
Next, the first
この第1接着剤としては、常温で硬化するものが挙げられ、例えば2−シアノアクリル酸エステルモノマーを主成分とするシアノアクリレート系接着剤等を用いることができる。なお、第1接着剤としては、例えばシアノアクリレート系接着剤のように雰囲気中の水分により常温で硬化するものだけでなく、使用直前に架橋剤を添加しその後常温で硬化するものを用いてもよい。本実施形態では第1接着剤導入孔503を介して流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130との接着面(間隙)に第1接着剤を導入し、第1接着剤を毛細管現象により拡散させる。この場合、第1接着剤は溝部504に対応する領域の内側まで、即ち第2接着剤が形成された所定の領域以外の領域に拡散する。なお、第1接着剤導入孔503に第1接着剤を導入する際には、治具530に設けられた液体導入孔531及びこの液体導入孔531に連通すると共に第1接着剤導入孔503に連通する緩衝部材540に設けられた液体導入孔541を介して第1接着剤導入孔503に第1接着剤を導入する。
As this 1st adhesive agent, what hardens | cures at normal temperature is mentioned, For example, the cyanoacrylate type adhesive agent etc. which have 2-cyanoacrylic acid ester monomer as a main component can be used. In addition, as a 1st adhesive agent, even if it uses not only what hardens | cures at normal temperature with the water | moisture content in an atmosphere like a cyanoacrylate type adhesive, for example, what added the crosslinking agent just before use, and also hardened | cured at normal temperature after that may be used. Good. In the present embodiment, the first adhesive is introduced into the bonding surface (gap) between the flow path forming
拡散された第1接着剤は常温で硬化するものであるので、この状態で保持することにより拡散された状態で硬化して流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130が仮固定される。ここで第1接着剤は加熱により硬化するものではないため、熱収縮による流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の変形は生じず、その結果熱硬化による位置ずれは生じない。なお、第1接着剤のみで流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の接着を行うとなると、第1接着剤が一般的に第2接着剤よりも強度に乏しいため好ましいものではない。
Since the diffused first adhesive is cured at room temperature, it is cured in a diffused state by being held in this state, and the flow path forming
このように、仮接着により流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の相対的な位置を精度良く固定した状態で、第2接着剤層35を加熱等して硬化させて流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130を接着する(第2接着工程)。従来では、第2接着工程により接着された場合に第2接着剤層35の収縮により流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130が収縮されて位置ずれが生じていたが、本実施形態においては、第1接着剤層36により流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130を固定していることで、第2接着剤層35の収縮に起因した流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の収縮を抑制でき、その結果、ウェハーの変形や位置ずれを抑制することができる。これにより、ウェハーの変形や位置ずれによる変位特性の低下や液漏れ等が生じ難いので、信頼性の高い液体噴射ヘッドとなる。
In this manner, the second
次に、図6(a)に示すように、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚みにする。次いで、図6(b)に示すように、流路形成基板用ウェハー110上に、例えば、窒化シリコン(SiN)からなるマスク膜51を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図6(c)に示すように、流路形成基板用ウェハー110をマスク膜51を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧電素子300に対応する圧力発生室12、連通部13、インク供給路14、連通路15等の流路形成基板10を形成する。
Next, as shown in FIG. 6A, the flow path forming
ここで、本実施形態においては、流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130を接着した後に、流路形成基板用ウェハー110に圧力発生室12等を形成しているため、圧力発生室12等の形成位置を調整すれば、流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130とを高精度に接着しなくても、所望の位置に圧力発生室12等を形成できるともいえるが、位置ずれを考慮して圧力発生室12等を形成しなくてはならなくなる。したがって、本実施形態のように流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130を接着した後に流路形成基板用ウェハー110に圧力発生室12等を形成する場合であっても、流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130とを高精度に接着することが必要である。
Here, in this embodiment, the
その後、図1に示すような1つのチップサイズの流路形成基板10と保護基板30との接合体に分割し、流路形成基板10の保護基板30とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板30にコンプライアンス基板40を接合することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
Thereafter, the flow
このようにして製造された本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130が高精度に位置決めされ、この高精度な位置決め状態を保持したまま接着されて形成されたものであるので、位置ずれによるインクの吐出特性の低下が生じ難くなり、信頼性の高い液体噴射ヘッドとなる。
In the ink jet recording head of this embodiment manufactured as described above, the flow path forming
ここで、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130それぞれに、貫通孔からなり目的とする位置で接着した場合には互いに重ならないが隣接する検査パターンを、フォトリソグラフィー法により形成する工程を有し、第2接着工程の後、積層方向に光を照射して検査パターンからの透過光の有無により流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の接着位置の精度を検査するようにしてもよい(検査工程)。
Here, when each of the flow path forming
具体的には、例えば、図9(a)及び(b)に示すように、まず流路形成基板用ウェハー110に貫通孔からなる検査パターン260A(実線)を形成すると共に保護基板用ウェハー130に貫通孔からなる検査パターン260Bをフォトリソグラフィー法により形成しておく。なお、検査パターン260A及び260Bは、接着位置決め孔を基準とした所定の位置に形成するようにする。
Specifically, for example, as shown in FIGS. 9A and 9B, first, an
ここで、図9(a)及び(b)に示すように、流路形成基板用ウェハー110に形成された検査パターン260Aはひし形である。そして、保護基板用ウェハー130に形成された検査パターン260Bは、流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130を目的とする正しい位置で接着した場合に、流路形成基板用ウェハー110に形成された検査パターン260Aのひし形の四方を囲む形状である。なお、図9(a)の検査パターン260Aの近傍に記載された破線は、図9(b)の保護基板用ウェハー130に形成された検査パターン260Bの位置を示す。
Here, as shown in FIGS. 9A and 9B, the
このように、各部材に設けられた検査パターンは、目的とする位置で接着した場合には互いに重ならないが隣接するため、第2接着工程後、積層方向に光を照射すると、流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130を目的とする正しい位置で接着した場合には検査パターン260A及び260Bからの透過光は無い。一方、目的とする位置からずれた位置で接着された場合は、積層方向に照射した光が透過する。このように、所定の検査パターンを設けることにより、積層方向の透過光の有無により流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130の接着位置の精度を検査することができる。このようにすれば、計測器を用いなくても、容易に接着位置の精度を検査することができる。さらに、本実施形態では、一方の検査パターンが他方の検査パターンの周囲を囲むように形成されているため、光が透過した場合、透過光の位置からどの方向に接着位置がずれたかを判定することができる。
As described above, the inspection patterns provided on the respective members do not overlap each other when bonded at a target position, but are adjacent to each other. Therefore, when light is irradiated in the stacking direction after the second bonding step, the flow path forming substrate is obtained. When the
(別のインクジェット式記録ヘッドの製造方法)
本実施形態は、上述したインクジェット式記録ヘッドの製造方法とは、第1接着剤による仮固定後に流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の接着面(間隙)に第2接着剤を塗布する点が異なる。以下、詳細に説明する。
(Another inkjet recording head manufacturing method)
In this embodiment, the inkjet recording head manufacturing method described above is different from the method for manufacturing the ink jet recording head in that the second adhesive is applied to the adhesive surfaces (gap) of the flow path forming
本実施形態では、接着位置決め孔形成工程において、保護基板用ウェハー130に第1接着剤導入孔503を形成する際に、さらに貫通孔である第2接着剤導入孔(図示せず)を複数形成する。第2接着剤導入孔は、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130を接合できる程度に第2接着剤層35を所望の位置に所望量塗布できるように構成されている。例えば、第2接着剤導入孔は、非ヘッド領域202Bにおいて、第1接着剤導入孔503よりも保護基板用ウェハー130の面内方向内側に複数形成されると共に、ヘッド領域201Bにおいてもヘッドの液体噴射特性に影響を与えない範囲で複数形成される。また、このように形成される第2接着剤導入孔も、壁面が(111)面で形成され、その開口は上面視においてひし形である。
In the present embodiment, when forming the first
次いで、当接工程を行いながら、高精度に位置決めされた状態で、第1接着剤導入孔から第1接着剤を所定の領域に設け、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の仮固定を行う。この場合、第1接着剤は第1接着剤導入孔503から溝部504を満たして溝部504に対応する領域まで拡散し、第1接着剤層36を形成する。即ち、溝部504は、上述した実施形態では、第2接着剤が第1接着剤層36が形成される領域に侵入しないために設けたが、本実施形態では、第1接着剤が第2接着剤層35が形成される領域まで侵入して第2接着剤と混合されるのを抑制するために、第1接着剤の逃げ溝としての溝部504を設けている。このように溝部504は、第1接着剤又は第2接着剤のどちらかの接着剤の逃げ溝として機能する。
Next, the first adhesive is provided in a predetermined region from the first adhesive introduction hole in a state of being positioned with high accuracy while performing the contact step, and the flow path forming
その後、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の少なくとも一方の接着面に第2接着剤層35を設ける(第2接着剤層形成工程)。本実施形態では、第2接着剤導入孔から第2接着剤を導入し、毛細管現象により第2接着剤をその近辺に拡張させて、第2接着剤層35を設けた。即ち、この場合の第2接着剤層35は、第1接着剤層36が形成されなかった領域に設けられている。
Thereafter, the second
そして、その後、加熱して第2接着剤層35を硬化させ流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130を固定する。このようにして、本実施形態でも、仮固定後第2接着剤で固定することにより、第2接着剤層の硬化による収縮を抑制し、高精度な位置決めを保持したまま接合できる。また、上述した実施形態これにより、位置ずれによる変位特性の低下や液漏れ等が生じ難いので、信頼性の高い液体噴射ヘッドとなる。
Then, the second
上述した各実施形態では、保護基板用ウェハー130に第1接着剤導入孔503(及び第2接着剤導入孔)を設けたが、接着剤を導入することができれば、流路形成基板用ウェハー110に設けてもよい。また、第1接着剤導入孔503は平面視において4つ設けたが、第1接着剤を所望量導入することができればこの数に限定されない。
In each of the embodiments described above, the first adhesive introduction hole 503 (and the second adhesive introduction hole) is provided in the
また、上述した各実施形態では、当接工程を行いながら第1接着剤層を形成し硬化させたが、これに限定されず、当接工程後、位置が決定した後に第1接着剤層を形成し硬化させてもよい。 In each of the above-described embodiments, the first adhesive layer is formed and cured while performing the contact step. However, the present invention is not limited to this, and after the contact step, the position of the first adhesive layer is determined. It may be formed and cured.
なお、上述した各実施形態では、接着位置決めピンとして円柱状のものを用いたが、これに限定されず、角柱状でもよい。また、接着位置決め孔の形状も押圧により接着位置決めピンを固定できる形状であれば特に限定されず、円、楕円、多角形いずれでもよいが、本実施形態のように、四角形等、接着位置決めピンが当接して確実に固定される形状が好ましい。 In each of the above-described embodiments, a cylindrical shape is used as the adhesion positioning pin. However, the shape is not limited to this, and a prismatic shape may be used. Further, the shape of the adhesion positioning hole is not particularly limited as long as the adhesion positioning pin can be fixed by pressing, and may be any of a circle, an ellipse, and a polygon. A shape that abuts and is securely fixed is preferable.
さらに、上述した各実施形態では、位置決め精度と形成し易さの観点から、接着位置決め孔を流路形成基板用ウェハー及び保護基板用ウェハーにそれぞれ2つ設けるようにしたが、接着位置決め孔の数は特に限定されず、1つでも3つ以上でもよい。 Further, in each of the above-described embodiments, two adhesion positioning holes are provided in each of the flow path forming substrate wafer and the protective substrate wafer from the viewpoint of positioning accuracy and ease of formation. Is not particularly limited, and may be one or three or more.
また、各実施形態では、当接工程で平らな面であるオリフラを押圧するようにしたが、接着位置決めピンを固定させることができれば何れの方向から押すようにしてもよい。そして、押圧する方向は、接着位置決めピンを固定させることができれば何れの方向でも良いが、より高精度に位置決めするためには、本実施形態のように、接着位置決め孔の角を形成する互いに接する内壁面に接着位置決めピンが当接する方向で押圧すると確実に固定することができるので好ましい。 In each embodiment, the orientation flat, which is a flat surface, is pressed in the contact step, but may be pressed from any direction as long as the adhesion positioning pin can be fixed. The direction of pressing may be any direction as long as the adhesion positioning pin can be fixed, but in order to position with higher accuracy, the corners of the adhesion positioning hole are in contact with each other as in this embodiment. It is preferable to press in the direction in which the adhesive positioning pin comes into contact with the inner wall surface because it can be surely fixed.
さらに、各実施形態では、インクジェット式記録ヘッドを構成する流路形成基板10や保護基板30が複数一体的に形成されたウェハーを接着するようにしたが、インクジェット式記録ヘッドを構成する単独の部材同士を接着するようにしてもよい。
Furthermore, in each embodiment, the wafer on which a plurality of the flow
そして、本実施形態では、非ヘッド領域202Aに接着位置決め孔を設けるようにしたが、製造されるインクジェット式記録ヘッドに支障がなければ、ヘッド領域201Aに接着位置決め孔を設けるようにしてもよい。
In this embodiment, the adhesion positioning hole is provided in the
また、接着位置決め孔形成工程は、圧力発生室12等の凹部や貫通孔と同時に形成しても、別工程で形成してもよい。同時に形成することにより、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。
Further, the adhesion positioning hole forming step may be formed simultaneously with the concave portion or the through hole of the
各実施形態では、積層方向に押圧しながら位置決めを行ったが、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130を高精度に位置決めすることができれば積層方向に押圧しなくてもよい。
In each embodiment, positioning is performed while pressing in the stacking direction. However, it is not necessary to press in the stacking direction if the flow path forming
また、各実施形態では、本発明の製造方法を流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130とを接着する際に適用するようにしたが、本発明の製造方法は流路形成基板用ウェハー110と保護基板用ウェハー130の接着のみに限らずインクジェット式記録ヘッドを構成する2つの部材の接着に適用することができ、例えば流路形成基板10とノズルプレート20を接着する際や、保護基板30とコンプライアンス基板40とを接着する際にも適用することができる。
In each embodiment, the manufacturing method of the present invention is applied when the flow path forming
また、各実施形態では当接工程を行いながら第1接着工程を行ったが、これに限定されず、当接工程後、第1接着工程を行ってもよい。 Moreover, in each embodiment, although the 1st adhesion process was performed, performing the contact process, it is not limited to this, You may perform a 1st adhesion process after a contact process.
さらに、本発明の製造方法は、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドIをベースプレート601に複数個載置して形成されるインクジェット式記録ヘッド600を製造する際にも、適用することができる。
Furthermore, the manufacturing method of the present invention can also be applied when manufacturing an ink
詳述すると、該インクジェット式記録ヘッド600は、要部拡大断面図である図10に示すように、ベースプレート601に設けられインクジェット式記録ヘッドIよりも径が大きい貫通孔からなるヘッド孔602に、複数のインクジェット式記録ヘッドIが載置されている。そして、インクジェット式記録ヘッドIは、ベースプレート601の所定の位置に設けられたヘッド位置決めピン603により固定されており、ヘッド位置決めピン603は、ヘッド位置決めピン603が挿通されるヘッド位置決めピン支持孔610が設けられベースプレート601に接着剤で接合されたガイドプレート620で支持されている。このガイドプレート620により、ヘッド位置決めピン603のベースプレート601に対する取付け強度が向上するため、ヘッド位置決めピン603が繰り返し着脱されても、ヘッド位置決めピン603がベースプレート601からずれたり、傾いたりしてしまうことが防止される。
More specifically, as shown in FIG. 10 which is an enlarged cross-sectional view of the main part, the ink
そして、図10のヘッド位置決めピン603近傍の要部拡大断面図である図11に示すように、ベースプレート601に設けられた取付溝630にヘッド位置決めピン603が接着剤等で立設されている。
Then, as shown in FIG. 11 which is an enlarged cross-sectional view of the main part in the vicinity of the
また、ヘッド位置決めピン603を支持するガイドプレート620は、ベースプレート601に接合される最下層部621と、該最下層部621上に設けられる中間層部622と、該中間層部622上に設けられる最上層部623がそれぞれ接着剤層で接着された積層体で構成されている。最下層部621及び最上層部623は、(110)面に優先配向した一枚のシリコン単結晶基板からなり、中間層部622は、三枚のシリコン単結晶基板が接着されたものである。なお、ガイドプレート620の各層は、このような構成に限定されず、最下層部621や最上層部623が複数のシリコン単結晶基板から構成されていてもよいし、中間層部622が一枚のシリコン単結晶基板から構成されていてもよく、また、材質もシリコン単結晶基板でなくてもよい。
The
この接着剤層は、仮固定用の第1接着剤層と本固定用の第2接着剤層(それぞれ図示せず)からなる。本実施形態においては、第1接着剤層を形成するための貫通孔である第1接着剤導入孔631〜634が、それぞれ設けられている。即ち、最も内側の第1接着剤導入孔631は、最上層部623と中間層部622との接着面(間隙)に第1接着剤を導入するために設けられており、他の3つの第1接着剤導入孔632〜634も、それぞれ各積層の間隙に第1接着剤を導入できるように設けられている。なお、図示しないが、これらの第1接着剤導入孔は平面視において複数設けられている。また、同様に第2接着剤導入孔641〜644が設けられており、それぞれ各層間に第2接着剤を導入できるように構成されている。また、本実施形態では図示しないが各導入孔の接着剤側の開口周囲には接着剤の逃げ溝として機能する溝部が設けられており、各接着剤が混合されないように構成されている。
The adhesive layer includes a first adhesive layer for temporary fixing and a second adhesive layer (not shown) for main fixing. In the present embodiment, first adhesive introduction holes 631 to 634, which are through holes for forming the first adhesive layer, are provided. That is, the innermost first adhesive introduction hole 631 is provided to introduce the first adhesive into the adhesive surface (gap) between the
また、ヘッド位置決めピン支持孔610は、ヘッド位置決めピン603が内接するように開口した最下層部621の開口部611及び最上層部623の開口部613と、ヘッド位置決めピン603の径より大きくヘッド位置決めピン603から内壁面が隔離するように開口した中間層部622の連通開口部612とからなる。すなわち、開口部611と開口部613とにヘッド位置決めピン603が支持されている。なお、連通開口部612は、ヘッド位置決めピン603を支持していないため高精度に位置決めしなくてもよい。
The head positioning
このような複数の基板を接着して積層されたガイドプレート620を、本発明の製造方法で製造することができる。例えば、まず、開口部611が形成された最下層部(請求項の「第1部材」相当)621と、連通開口部612が形成された中間層部622と、開口部613が形成された最上層部(請求項の「第2部材」相当)623のそれぞれにフォトリソグラフィー法により貫通した接着位置決め孔を例えば2個ずつ形成する(接着位置決め孔形成工程)。
The
次いで、各部材の接着位置決め孔に該接着位置決め孔よりも径が小さい接着位置決めピンを挿入して各部材と接着位置決めピンとを接着面の面内方向に相対的に押圧し接着位置決め孔の内壁面に接着位置決めピンを当接させる(当接工程)。これにより、各部材の相対的な位置が固定される。その後、第1接着剤導入孔631〜634から第1接着剤を導入し硬化させる(第1接着工程)。次いで、第2接着剤を各層間に第2接着剤導入孔641〜644から導入し第2接着工程を行うことで第2接着剤層が形成される。このような工程で製造することにより、ガイドプレート620を構成しヘッド位置決めピン603を支持している最下層部621及び最上層部623を高精度に位置決めすることができるため、ヘッド位置決めピン603の移動や傾きを高精度に規制することができる。かつ、これらの積層体を高精度に位置決めできた状態で熱硬化による収縮もなく積層体を固定することができる。そして、ヘッド位置決めピン603を高精度で規制することにより、インクジェット式記録ヘッドIをベースプレート601に高精度に配置することができる。
Next, an adhesive positioning pin having a diameter smaller than that of the adhesive positioning hole is inserted into the adhesive positioning hole of each member, and the respective members and the adhesive positioning pin are relatively pressed in the in-plane direction of the adhesive surface, and the inner wall surface of the adhesive positioning hole The adhesion positioning pin is brought into contact with the contact (contact process). Thereby, the relative position of each member is fixed. Thereafter, the first adhesive is introduced from the first adhesive introduction holes 631 to 634 and cured (first bonding step). Next, the second adhesive layer is formed by introducing the second adhesive between the respective layers from the second adhesive introduction holes 641 to 644 and performing the second bonding step. By manufacturing in such a process, the
この場合においても、第2接着剤導入孔641〜644を形成せず、当接工程前に第2接着剤層35を形成し、その後当接工程を行って位置決めをし、次いで第1接着剤層形成工程により第1接着剤層を形成し仮固定工程を行い、最後に第2接着工程を行ってもよい。この場合には第2接着剤導入孔を形成する必要がないため、より簡易に固定を行うことができる。
Also in this case, the second adhesive introduction holes 641 to 644 are not formed, the second
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、成膜及びリソグラフィー法を応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッドや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。また、圧力発生素子として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することもできる。
(Other embodiments)
The exemplary embodiments of the present invention have been described above. However, the basic configuration of the present invention is not limited to the above. For example, in the above-described embodiment, the thin film type ink jet recording head manufactured by applying the film forming and lithography method is taken as an example, but of course, the present invention is not limited to this. For example, a green sheet is pasted. The present invention is also applied to a thick film type ink jet recording head formed by a method such as the above, and a longitudinal vibration type ink jet recording head in which piezoelectric materials and electrode forming materials are alternately stacked to expand and contract in the axial direction. be able to. In addition, as a pressure generating element, a heat generating element is disposed in the pressure generating chamber, and a liquid droplet is discharged from the nozzle opening by a bubble generated by heat generation of the heat generating element, or static electricity is generated between the diaphragm and the electrode. A so-called electrostatic actuator that discharges liquid droplets from the nozzle openings by deforming the diaphragm by electrostatic force can also be used.
さらに、これらインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図12は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。 Further, these ink jet recording heads constitute a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and are mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 12 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.
図12に示すインクジェット式記録装置IIにおいて、インクジェット式記録ヘッドIを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
In the ink jet recording apparatus II shown in FIG. 12, the
そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
The driving force of the driving
なお、上述した実施形態1では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(電界放出ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。 In the first embodiment described above, an ink jet recording head has been described as an example of a liquid ejecting head. However, the present invention is widely intended for all liquid ejecting heads, and is a liquid ejecting a liquid other than ink. Of course, the present invention can also be applied to an ejection head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
I インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド) 10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 圧電素子保持部、 32 リザーバー部、 40 コンプライアンス基板、 60 第1電極、 70 圧電体層、 80 第2電極、 90 リード電極、 100 リザーバー、 110 流路形成基板用ウェハー、 130 保護基板用ウェハー、 201 ヘッド領域、 202 非ヘッド領域、 250 オリフラ、 260 検査パターン、 501、502 接着位置決め孔、 503、631〜634 第1接着剤導入孔、 504 溝部、 511、512 接着位置決めピン、 530 治具、 540 緩衝部材、 550押圧部材 I ink jet recording head (liquid ejecting head) 10 flow path forming substrate, 12 pressure generating chamber, 13 communicating portion, 14 ink supply path, 20 nozzle plate, 21 nozzle opening, 30 protective substrate, 31 piezoelectric element holding portion, 32 reservoir Part, 40 compliance substrate, 60 first electrode, 70 piezoelectric layer, 80 second electrode, 90 lead electrode, 100 reservoir, 110 channel forming substrate wafer, 130 protective substrate wafer, 201 head region, 202 non-head region , 250 orientation flat, 260 inspection pattern, 501, 502 adhesive positioning hole, 503, 631 to 634 first adhesive introduction hole, 504 groove, 511, 512 adhesive positioning pin, 530 jig, 540 buffer member, 550 pressing member
Claims (13)
前記第1部材及び前記第2部材のそれぞれにフォトリソグラフィー法により貫通した接着位置決め孔を形成する接着位置決め孔形成工程と、
前記第1部材に形成された前記接着位置決め孔及び前記第2部材に形成された前記接着位置決め孔に接着位置決めピンを挿入して、前記第1部材及び前記第2部材と前記接着位置決めピンとを接着面の面内方向に相対的に押圧し前記第1部材及び前記第2部材の前記接着位置決め孔の内壁面に前記接着位置決めピンを当接させる当接工程と、
前記第1部材及び前記第2部材の相対的な位置が決定された状態で、シアノアクリレート系接着剤である第1接着剤を硬化させて前記第1部材及び前記第2部材を接着する第1接着工程と、
前記第1部材及び前記第2部材が前記第1接着剤により接着された状態で加熱により硬化する第2接着剤を熱硬化させて前記第1部材及び前記第2部材を接着する第2接着工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 A method of manufacturing a liquid jet head comprising a laminated member formed by bonding a first member and a second member,
An adhesion positioning hole forming step of forming an adhesion positioning hole penetrating each of the first member and the second member by a photolithography method;
An adhesive positioning pin is inserted into the adhesive positioning hole formed in the first member and the adhesive positioning hole formed in the second member, and the first member, the second member, and the adhesive positioning pin are bonded. An abutting step of abutting the adhesive positioning pins on the inner wall surfaces of the adhesive positioning holes of the first member and the second member by relatively pressing in an in-plane direction of the surface;
In the state where the relative positions of the first member and the second member are determined, the first adhesive, which is a cyanoacrylate adhesive, is cured to bond the first member and the second member. Bonding process;
A second bonding step of bonding the first member and the second member by thermally curing a second adhesive that is cured by heating in a state where the first member and the second member are bonded by the first adhesive. A method of manufacturing a liquid ejecting head, comprising:
前記第2接着工程の後、積層方向に光を照射して前記検査パターンからの透過光の有無により前記第1部材及び前記第2部材の接着位置の精度を検査する検査工程を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。 When each of the first member and the second member is made of a through hole and the first member and the second member are bonded to each other at a target position, the adjacent inspection patterns are not overlapped with each other by a photolithography method. Further comprising the step of forming
After the second bonding step, the method includes an inspection step of irradiating light in the stacking direction and inspecting the accuracy of the bonding positions of the first member and the second member based on the presence or absence of transmitted light from the inspection pattern The method of manufacturing a liquid jet head according to claim 1.
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