JP2011037055A - Manufacturing method of liquid jet head, liquid jet head and liquid jet apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a liquid jet head in which a pressure generating chamber is made small in size in the longitudinal direction, and the erosion of a liquid channel is suppressed, and to provide a liquid jet head and a liquid jet apparatus. <P>SOLUTION: The manufacturing method includes a deposition step of forming a continuous protective film 200 to an inner wall of the liquid channel by circulating a treatment agent for forming the protective film in the liquid channel which has an individual channel 15, a communication part 16 and a manifold part 33 in a state that a channel forming substrate 10, a protecting substrate 30 and a sealing member 100 are joined to one another. The liquid jet head includes the protective film 200 in the liquid channel. The liquid jet apparatus includes the liquid jet head having the protective film 200 in the liquid channel. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法、液体噴射ヘッド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, a liquid ejecting head, and a liquid ejecting apparatus.

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、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室とこの圧力発生室の長手方向一端部側に圧力発生室の短手方向に亘って設けられて各圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に形成される圧電素子と、流路形成基板の圧電素子側の面に接着剤を介して接合されて、連通部と共にマニホールドの一部を構成するマニホールド部を有するマニホールド形成基板とを具備するものがある(例えば、特許文献1参照)。   As an ink jet recording head that is a liquid ejecting head, for example, a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening and a longitudinal direction one end side of the pressure generation chamber are provided across the short direction of the pressure generation chamber. A flow path forming substrate formed with a communication portion communicating with the chamber, a piezoelectric element formed on one surface side of the flow path forming substrate, and an adhesive agent on the surface of the flow path forming substrate on the piezoelectric element side Some include a manifold forming substrate having a manifold portion that is joined and forms a part of the manifold together with the communication portion (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−219243号公報(第3〜5図、第6〜8頁)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-219243 (FIGS. 3-5, pages 6-8)

このような特許文献1の構成では、マニホールドとして、圧力発生室の長手方向一端部側にマニホールドの一部を構成する連通部が設けられているため、インクジェット式記録ヘッドが圧力発生室の長手方向で大型化してしまうという問題がある。   In such a configuration of Patent Document 1, since a communicating portion that constitutes a part of the manifold is provided as a manifold on one end side in the longitudinal direction of the pressure generating chamber, the ink jet recording head is arranged in the longitudinal direction of the pressure generating chamber. There is a problem of increasing the size.

そこで、個別流路の長手方向の一端部にマニホールド部とこれに連通する連通部の一部を流路形成基板とは別部材で封止することにより、小型化することが考えられるが、この場合には以下のような問題が生じる可能性がある。   Therefore, it is conceivable to reduce the size by sealing the manifold part and a part of the communicating part communicating with this at one end part in the longitudinal direction of the individual flow path with a member different from the flow path forming substrate. In some cases, the following problems may occur.

通常、インクジェット式記録ヘッドの製造においては、微細構造である液体流路を形成するためにシリコン基板を用いている。そして、シリコン基板をエッチングし液体流路を形成して複数のインクジェット式記録ヘッド用チップを作製し、チップ毎にレーザー等で分割してインクジェット式記録ヘッドとしている。上記のようにマニホールド部とこれに連通する連通部の一部を別部材で封止する場合には、マニホールド部及び連通部を構成する壁面のうち、別部材で構成される壁面以外の壁面はレーザーにより分割されたシリコン基板からなる。この耐インク性の低いシリコンからなる壁面は、インクにより浸食されやすいという問題がある。   Usually, in the manufacture of an ink jet recording head, a silicon substrate is used to form a liquid flow path having a fine structure. Then, the silicon substrate is etched to form a liquid flow path to produce a plurality of ink jet recording head chips, and each chip is divided by a laser or the like to form an ink jet recording head. As described above, when sealing the manifold part and a part of the communication part communicating with the manifold part with separate members, the wall surfaces other than the wall surface constituted by the separate members among the wall surfaces constituting the manifold part and the communication part are It consists of a silicon substrate divided by a laser. There is a problem that the wall surface made of silicon having low ink resistance is easily eroded by ink.

本発明はこのような事情に鑑み、圧力発生室の長手方向で小型化し、かつ、液体流路の浸食を抑制した液体噴射ヘッドの製造方法、液体噴射ヘッド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 method of manufacturing a liquid ejecting head, a liquid ejecting head, and a liquid ejecting apparatus that are downsized in the longitudinal direction of a pressure generation chamber and that prevent erosion of a liquid flow path. And

本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、流路形成基板の一方面側に圧力発生室に相対向する領域に圧力発生手段を設ける工程と、前記流路形成基板に液体を噴射するノズル開口に連通する前記圧力発生室を有する個別流路を形成する工程と、該流路形成基板に保護基板を設ける工程と、前記圧力発生室に液体を供給するマニホールド部及び当該マニホールド部と前記個別流路とを連通する連通部の一部を封止する封止部材を設ける工程とを備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板、前記保護基板及び前記封止部材が接合されて画成され、前記個別流路、前記連通部及び前記マニホールド部を有する液体流路内に、保護膜を形成するための処理剤を流通させ該液体流路の内壁に連続的な保護膜を成膜する成膜工程を備えたことを特徴とする。本発明では、液体流路の内壁に連続的な保護膜を形成していることで、液体流路の内壁が液体により浸食されてしまうことを抑制することができる。かつ、処理剤を流通させることにより保護膜を成膜すれば、簡易に、かつ均一な厚さの膜を成膜することが可能である。   The method of manufacturing a liquid jet head according to the present invention includes a step of providing pressure generation means in a region opposite to the pressure generation chamber on one side of the flow path forming substrate, and a nozzle opening for ejecting liquid to the flow path formation substrate. A step of forming an individual flow path having the pressure generating chamber in communication, a step of providing a protective substrate on the flow path forming substrate, a manifold section for supplying a liquid to the pressure generation chamber, the manifold section, and the individual flow path And a step of providing a sealing member that seals a part of the communication portion that communicates with the liquid jet head, wherein the flow path forming substrate, the protective substrate, and the sealing member are joined together. A processing agent for forming a protective film is circulated in the liquid flow path having the individual flow path, the communication part, and the manifold part, and a continuous protective film is formed on the inner wall of the liquid flow path. Provided with a film forming process to form a film And wherein the door. In the present invention, since the continuous protective film is formed on the inner wall of the liquid channel, the inner wall of the liquid channel can be prevented from being eroded by the liquid. In addition, if a protective film is formed by distributing a treatment agent, a film having a uniform thickness can be easily formed.

ここで、前記保護膜が、ポリイミド、ポリアミド及びフッ素系樹脂から選ばれた少なくとも1種の樹脂からなることが好ましい。これらの保護膜を形成することで、液体流路の浸食をより抑制することが可能である。   Here, it is preferable that the protective film is made of at least one resin selected from polyimide, polyamide, and fluorine resin. By forming these protective films, erosion of the liquid channel can be further suppressed.

また、前記処理剤が、ポリイミド前駆体、ポリアミド酸溶液、フッ素系樹脂溶液のいずれかであることが好ましい。これらのいずれかを用いることで、簡易に、かつ均一な所望の保護膜を形成することが可能である。   Moreover, it is preferable that the said processing agent is any one of a polyimide precursor, a polyamic acid solution, and a fluorine resin solution. By using any of these, it is possible to easily and uniformly form a desired protective film.

本発明の液体噴射ヘッドは、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室を有する個別流路が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた圧力発生手段とを具備すると共に、前記圧力発生手段を保護する圧電素子保持部を有する保護基板と、前記圧力発生室に液体を供給するマニホールド部及び当該マニホールド部と前記個別流路とを連通する連通部の一部を封止する封止部材とを具備し、前記流路形成基板、前記保護基板及び前記封止部材により画成され、前記個別流路、前記マニホールド部及び前記連通部からなる液体流路の内壁に連続的に保護膜が設けられていることを特徴とする。本発明では、液体流路の内壁に連続的な保護膜を形成していることで、液体流路の内壁が液体により浸食されてしまうことを抑制することができる。   The liquid ejecting head of the present invention includes a flow path forming substrate provided with an individual flow path having a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid, and the pressure generating chamber on one side of the flow path forming substrate. A protective substrate having a piezoelectric element holding portion that protects the pressure generating means, a manifold portion that supplies liquid to the pressure generating chamber, and the manifold portion. A sealing member that seals a part of the communication portion that communicates with the individual flow path, and is defined by the flow path forming substrate, the protective substrate, and the sealing member, and the individual flow path, The present invention is characterized in that a protective film is continuously provided on the inner wall of the liquid flow path including the manifold part and the communication part. In the present invention, since the continuous protective film is formed on the inner wall of the liquid channel, the inner wall of the liquid channel can be prevented from being eroded by the liquid.

さらに、本発明の他の態様は、上述した何れかの態様に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる態様によれば、小型化及び液体噴射特性を向上した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 according to any one of the above-described aspects. According to this aspect, it is possible to realize a liquid ejecting apparatus that is reduced in size and improved in liquid ejecting characteristics.

実施形態1に係る記録ヘッドの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of the recording head according to the first embodiment. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the recording head according to Embodiment 1. FIG. 記録ヘッドの一部拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view of a recording head. 一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。1 is a schematic view of an ink jet recording apparatus according to an embodiment.

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に係る液体噴射ヘッドの一例を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及び断面図である。図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(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。流路形成基板10には、複数の圧力発生室12がその幅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の長手方向外側の領域には、インク供給路14と連通路13とが隔壁によって区画されている。これらの圧力発生室12、連通路13及びインク供給路14から個別流路15が構成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
1 is an exploded perspective view illustrating an example of a liquid jet head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of FIG. As shown in the figure, the flow path forming substrate 10 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) in this embodiment, and an elastic film 50 made of silicon dioxide previously formed by thermal oxidation is formed on one surface thereof. Has been. A plurality of pressure generating chambers 12 are arranged in parallel in the width direction of the flow path forming substrate 10. In addition, an ink supply path 14 and a communication path 13 are partitioned by a partition wall in a region outside the longitudinal direction of the pressure generating chamber 12 of the flow path forming substrate 10. The pressure generating chamber 12, the communication path 13, and the ink supply path 14 constitute an individual flow path 15.

このような流路形成基板10は、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハーに複数個が一体的に形成され、詳しくは後述するが、この流路形成基板用ウェハーに圧力発生室12等を形成した後、この流路形成基板用ウェハーを分割することによって形成される。   A plurality of such flow path forming substrates 10 are integrally formed on a flow path forming substrate wafer, which is a silicon wafer. As will be described in detail later, a pressure generating chamber 12 and the like are provided on the flow path forming substrate wafer. After the formation, the flow path forming substrate wafer is formed by dividing.

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を介して(図中では例えば接着剤53を介して)固着されている。   Further, on the opening surface side of the flow path forming substrate 10, a nozzle plate 20 having a nozzle opening 21 communicating with the vicinity of the end portion of each pressure generating chamber 12 on the side opposite to the ink supply path 14 is provided with an adhesive or It is fixed via a heat welding film or the like (for example, via an adhesive 53 in the figure).

一方、このような流路形成基板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、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55が形成されている。さらに、この絶縁体膜55上には、第1電極60と圧電体層70と第2電極80とが積層形成されて、圧電素子300を構成している。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。本実施形態では、第1電極60は圧電素子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。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圧電アクチュエーターと称する。なお、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。   On the other hand, the elastic film 50 is formed on the side opposite to the opening surface of the flow path forming substrate 10 as described above, and an insulator film 55 made of, for example, zirconium oxide is formed on the elastic film 50. Is formed. Further, the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80 are laminated on the insulator film 55 to constitute the piezoelectric element 300. Here, the piezoelectric element 300 refers to a portion including the first electrode 60, the piezoelectric layer 70, and the second electrode 80. In general, one electrode of the piezoelectric element 300 is used as a common electrode, and the other electrode and the piezoelectric layer 70 are patterned for each pressure generating chamber 12. In the present embodiment, the first electrode 60 is a common electrode of the piezoelectric element 300, and the second electrode 80 is an individual electrode of the piezoelectric element 300. However, there is no problem even if this is reversed for the convenience of the drive circuit and wiring. Further, here, the piezoelectric element 300 and a vibration plate that is displaced by driving the piezoelectric element 300 are collectively referred to as a piezoelectric actuator. Note that, for example, a lead electrode 90 made of, for example, gold (Au) or the like is connected to the second electrode 80 of each piezoelectric element 300, and a voltage is selectively applied to each piezoelectric element 300 via the lead electrode 90. Is applied.

また、流路形成基板10上の圧電素子300側の面には、圧電素子300に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部31を有する保護基板30が接合されている。圧電素子300は、この圧電素子保持部31内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。各圧電素子300から引き出されたリード電極90は、この保護基板30の外側まで延設されており、ワイヤーボンディング等により圧電素子300を駆動するための駆動IC等と接続される。なお、保護基板30の材料としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。   Further, a protective substrate 30 having a piezoelectric element holding portion 31 capable of securing a space that does not hinder its movement in a region facing the piezoelectric element 300 is bonded to the surface on the piezoelectric element 300 side on the flow path forming substrate 10. Has been. Since the piezoelectric element 300 is formed in the piezoelectric element holding part 31, it is protected in a state hardly affected by the external environment. The lead electrode 90 drawn out from each piezoelectric element 300 extends to the outside of the protective substrate 30 and is connected to a driving IC for driving the piezoelectric element 300 by wire bonding or the like. It is more preferable that the material of the protective substrate 30 is formed of a material that is substantially the same as the coefficient of thermal expansion of the flow path forming substrate 10. It formed using the crystal substrate.

流路形成基板10及び保護基板30の連通路13側には、これらとは別部材の封止部材100が設けられており、封止部材100と流路形成基板10及び保護基板30との間に、連通路13に連通する連通部16とマニホールド部33が画成されている。具体的には、封止部材100は、保護基板30上に接着剤53を介して設置される第1設置部101とノズルプレート20上に接着剤53を介して設置される第2設置部102とを備えている。これらの第1設置部101及び第2設置部102の内壁面と流路形成基板10、弾性膜50、保護基板30のノズル開口21とは逆側(図2(b)中右側)の端面とによって連通部16とマニホールド部33とが画成されている。このマニホールド部33は、本実施形態では、保護基板30の側方に厚さ方向に亘って延設され、上述したように流路形成基板10の連通部16と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるマニホールド105を構成している。このマニホールド部33と個別流路15と連通部16とから、即ち保護基板30と流路形成基板10と封止部材100によって画成されて液体流路が構成される。   A sealing member 100 that is a separate member is provided on the communication path 13 side of the flow path forming substrate 10 and the protective substrate 30, and between the sealing member 100 and the flow path forming substrate 10 and the protective substrate 30. In addition, a communication part 16 and a manifold part 33 communicating with the communication path 13 are defined. Specifically, the sealing member 100 includes a first installation part 101 installed on the protective substrate 30 via an adhesive 53 and a second installation part 102 installed on the nozzle plate 20 via the adhesive 53. And. The inner wall surfaces of the first installation part 101 and the second installation part 102 and the end face on the side opposite to the nozzle openings 21 of the flow path forming substrate 10, the elastic film 50, and the protection substrate 30 (right side in FIG. 2B) Thus, the communication part 16 and the manifold part 33 are defined. In the present embodiment, the manifold portion 33 extends in the thickness direction to the side of the protective substrate 30 and communicates with the communication portion 16 of the flow path forming substrate 10 as described above, so that each pressure generating chamber 12 is connected. A manifold 105 serving as a common ink chamber is formed. The manifold portion 33, the individual flow path 15, and the communication section 16, that is, defined by the protective substrate 30, the flow path forming substrate 10, and the sealing member 100 constitute a liquid flow path.

さらに、保護基板30及び封止部材100の上側には、これらを跨ぐように、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。封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜41によってマニホールド部33の一方面が封止されている。また、固定板42は、ステンレス鋼(SUS)等の金属等の硬質の材料で形成される。この固定板42のマニホールド105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、マニホールド105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。   Furthermore, a compliance substrate 40 including a sealing film 41 and a fixing plate 42 is bonded to the upper side of the protective substrate 30 and the sealing member 100 so as to straddle them. The sealing film 41 is made of a material having low rigidity and flexibility, and one surface of the manifold portion 33 is sealed by the sealing film 41. The fixing plate 42 is formed of a hard material such as a metal such as stainless steel (SUS). Since the region of the fixing plate 42 facing the manifold 105 is an opening 43 that is completely removed in the thickness direction, one surface of the manifold 105 is sealed only with a flexible sealing film 41. Has been.

このように本実施形態においては、マニホールド部33を別部材である封止部材100により構成していることで、従来のインクジェット式記録ヘッドよりもインクジェット式記録ヘッドをコンパクトにすることができる。   As described above, in the present embodiment, since the manifold portion 33 is configured by the sealing member 100 which is a separate member, the ink jet recording head can be made more compact than the conventional ink jet recording head.

ところで、液体流路においてシリコンからなる端面が露出しているとインクによりエッチングされてしまうことがあるので、これを防止する必要がある。   By the way, if the end face made of silicon is exposed in the liquid flow path, it may be etched by the ink, and this needs to be prevented.

そこで、本実施形態では、マニホールド部33と個別流路15と連通部16とからなる液体流路の内面には、連続的な保護膜200を設けている。このように保護膜200を設けていることで、液体流路を流通する液体により液体流路がエッチングされてしまうことを防止することが可能である。特に、保護膜200は液体流路に連続的に設けられており、ウェハー同士の接着面、例えばノズルプレート20と流路形成基板10との接合面には保護膜200が設けられていない。接合面に保護膜が形成されていると、接着剤がつきにくい場合や、また、接着力を保持しにくい場合がある。従って、本実施形態では保護膜200は液体流路に連続的に設けられているので、接着強度を保持することが可能である。   Therefore, in the present embodiment, a continuous protective film 200 is provided on the inner surface of the liquid channel including the manifold portion 33, the individual channel 15, and the communication unit 16. By providing the protective film 200 in this way, it is possible to prevent the liquid channel from being etched by the liquid flowing through the liquid channel. In particular, the protective film 200 is continuously provided in the liquid flow path, and the protective film 200 is not provided on the bonding surface between the wafers, for example, the bonding surface between the nozzle plate 20 and the flow path forming substrate 10. If a protective film is formed on the joint surface, there are cases where the adhesive is difficult to adhere and the adhesive force is difficult to maintain. Therefore, in this embodiment, since the protective film 200 is continuously provided in the liquid channel, it is possible to maintain the adhesive strength.

保護膜200としては、耐液体性があるものが好ましく、好ましくはポリイミド、ポリアミド及びフッ素系樹脂から選ばれた少なくとも1種の樹脂からなるものが挙げられる。特に好ましくはアモルファス系フッ素系樹脂を用いることであり、例えば、旭硝子社製の商品名サイトップ(登録商標)等が挙げられる。   The protective film 200 preferably has liquid resistance, and preferably includes at least one resin selected from polyimide, polyamide and fluorine resin. Particularly preferred is the use of an amorphous fluororesin, for example, trade name Cytop (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.

なお、このようなインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、マニホールド105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、外部配線を介して圧力発生室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。   Such an ink jet recording head takes in ink from an external ink supply means (not shown), fills the interior from the manifold 105 to the nozzle opening 21, and then externally in accordance with a recording signal from a drive circuit (not shown). A voltage is applied between each of the first electrode 60 and the second electrode 80 corresponding to the pressure generating chamber 12 via the wiring, and the elastic film 50, the insulator film 55, the first electrode 60, and the piezoelectric layer 70 are connected. By deflecting and deforming, the pressure in each pressure generating chamber 12 is increased and ink droplets are ejected from the nozzle openings 21.

以下、このような本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図3〜図7は、インクジェット式記録ヘッドの製造工程を説明する図であり、圧力発生室の長手方向の断面図である。   Hereinafter, a method for manufacturing the ink jet recording head according to the present embodiment will be described. 3 to 7 are diagrams for explaining the manufacturing process of the ink jet recording head, and are sectional views in the longitudinal direction of the pressure generating chamber.

まず、図3(a)に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー110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を形成する。   First, as shown in FIG. 3A, a flow path forming substrate wafer 110, which is a silicon wafer, is thermally oxidized in a diffusion furnace at about 1100 ° C. to form a silicon dioxide film constituting the elastic film 50 on the surface thereof. .

次いで、図3(b)に示すように、弾性膜50上に、ジルコニウム(Zr)層を形成後、熱酸化して酸化ジルコニウム(ZrO)からなる絶縁体膜55を形成する。次いで、図3(c)に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜55上に積層することにより第1電極60を形成後、この第1電極60を所定形状にパターニングする。 Next, as shown in FIG. 3B, a zirconium (Zr) layer is formed on the elastic film 50 and then thermally oxidized to form an insulator film 55 made of zirconium oxide (ZrO 2 ). Next, as shown in FIG. 3C, for example, after the first electrode 60 is formed by laminating platinum and iridium on the insulator film 55, the first electrode 60 is patterned into a predetermined shape.

次に、図3(d)に示すように、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、イリジウム(Ir)からなる第2電極80とを流路形成基板用ウェハー110の全面に形成する。次いで、図4(a)に示すように、圧電体層70及び第2電極80をパターニングして、各圧力発生室12となる領域に圧電素子300を形成する。次いで、図4(b)に示すように、リード電極90を流路形成基板10の全面に亘って形成すると共に圧電素子300毎にパターニングする。   Next, as shown in FIG. 3D, for example, a piezoelectric layer 70 made of lead zirconate titanate (PZT) or the like and a second electrode 80 made of iridium (Ir), for example, are connected to the flow path forming substrate. It is formed on the entire surface of the wafer 110 for use. Next, as shown in FIG. 4A, the piezoelectric layer 70 and the second electrode 80 are patterned to form the piezoelectric element 300 in a region that becomes each pressure generating chamber 12. Next, as shown in FIG. 4B, the lead electrode 90 is formed over the entire surface of the flow path forming substrate 10 and patterned for each piezoelectric element 300.

次に、図4(c)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の圧電素子300側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハー130を接着剤35を介して接合する。なお、この保護基板用ウェハー130を接合することによって流路形成基板用ウェハー110の剛性は著しく向上することになる。   Next, as shown in FIG. 4C, a protective substrate wafer 130 which is a silicon wafer and serves as a plurality of protective substrates 30 is disposed on the piezoelectric element 300 side of the flow path forming substrate wafer 110 via an adhesive 35. Join. The rigidity of the flow path forming substrate wafer 110 is remarkably improved by bonding the protective substrate wafer 130.

次に、図5(a)に示すように、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚さにする。次いで、図5(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、マスク膜51を介して流路形成基板用ウェハー110をアルカリ性のエッチング溶液により異方性エッチングすることにより、図6(a)に示すように、流路形成基板用ウェハー110に圧力発生室12、連通路13、インク供給路14等を形成する。   Next, as shown in FIG. 5A, the flow path forming substrate wafer 110 is set to a predetermined thickness. Next, as shown in FIG. 5B, a mask film 51 made of, for example, silicon nitride (SiN) is newly formed on the flow path forming substrate wafer 110 and patterned into a predetermined shape. Then, the flow path forming substrate wafer 110 is anisotropically etched with an alkaline etching solution through the mask film 51, so that a pressure generating chamber is formed in the flow path forming substrate wafer 110 as shown in FIG. 12, a communication path 13, an ink supply path 14, and the like are formed.

次に、図6(b)に示すように、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130を図1に示すような一つのヘッドチップのサイズに分割する。このとき、連通部16及びマニホールド部33を画成する隔壁の一方側は、レーザーにより切断される。この分割方法は、レーザーに限定されず、例えば、エッチングにより切断部分に溝を形成し、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を左右方向に治具により引っ張ることにより溝を基準として分割してもよい。   Next, as shown in FIG. 6B, the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 are divided into the size of one head chip as shown in FIG. At this time, one side of the partition wall defining the communication part 16 and the manifold part 33 is cut by a laser. This dividing method is not limited to the laser. For example, a groove is formed in a cut portion by etching, and then the groove is defined by pulling the flow path forming substrate wafer 110 and the protective substrate wafer 130 with a jig in the left-right direction. It may be divided as

次いで、図6(c)に示すように、各ヘッドチップに対応する流路形成基板10及び保護基板30にノズルプレート20及び封止部材100を接着して固定し、さらに、保護基板30と封止部材100とを跨ぐようにコンプライアンス基板40を接合してマニホールド部33の上側を封止することにより、上述した連通部16及びマニホールド部33を封止する。これにより、液体流路が完成する。   Next, as shown in FIG. 6C, the nozzle plate 20 and the sealing member 100 are bonded and fixed to the flow path forming substrate 10 and the protective substrate 30 corresponding to each head chip, and further, the protective substrate 30 and the sealing substrate 30 are sealed. By joining the compliance substrate 40 so as to straddle the stop member 100 and sealing the upper side of the manifold portion 33, the communication portion 16 and the manifold portion 33 described above are sealed. Thereby, the liquid flow path is completed.

その後、図7(a)に示すように、完成した液体流路に対して処理剤201を流通させる。即ち、完成した液体流路の図示しないインク導入口から処理剤201を導入し、流通させてノズル開口21から排出させる。この処理剤201は、液体流路に保護膜200を形成するためのものである。このような処理剤としては、ポリイミド前駆体、ポリアミド酸溶液、フッ素系樹脂溶液が挙げられる。なお、ポリイミド前駆体は、溶媒に添加してポリイミド前駆体溶液として用いることも可能である。また、処理剤は、適宜希釈して液体流路に流通させることができる。このようにして処理剤201を流通させ、ノズル開口21から排出することで、図7(b)に示すように液体流路の内壁に連続的な保護膜200を形成することができる。従って、本実施形態によれば、非常に簡易に連続的な保護膜200を液体流路に形成することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 7A, the processing agent 201 is circulated through the completed liquid channel. That is, the processing agent 201 is introduced from an ink introduction port (not shown) of the completed liquid channel, and is distributed and discharged from the nozzle opening 21. This processing agent 201 is for forming the protective film 200 in the liquid flow path. Examples of such a treatment agent include a polyimide precursor, a polyamic acid solution, and a fluorine resin solution. The polyimide precursor can be added to a solvent and used as a polyimide precursor solution. Further, the treatment agent can be appropriately diluted and distributed in the liquid channel. In this way, the processing agent 201 is circulated and discharged from the nozzle opening 21, whereby a continuous protective film 200 can be formed on the inner wall of the liquid flow path as shown in FIG. 7B. Therefore, according to this embodiment, the continuous protective film 200 can be formed in the liquid channel very easily.

保護膜200を形成する方法としては、例えば他にCVD法や蒸着法等により形成することも考えられるが、液体流路完成後は、かかる液体流路の形状が複雑であるので液体流路全体に均一な膜を形成しにくい場合があり、インクによる基板の浸食を抑制しきれない可能性がある。また、液体流路完成前、例えばチップサイズへの分割後に、流路形成基板10に対してノズルプレートの接合面側からCVD法等により保護膜を形成するとすれば、圧力発生室12及び個別流路15には保護膜200を均一に形成することができるが、封止部材100に対しても別途保護膜を形成することが必要であり、工程数が多くなり煩雑となる。さらに、流路形成基板10とノズルプレート20との接合面などにも保護膜が付着してしまうことが考えられ、この場合所望のインクジェット式記録ヘッドを形成できない可能性がある。さらにまた、液体流路完成後にディッピング法により保護膜を形成するとすれば、他の部分(例えば配線部分など)も保護しなければならず、この場合も工程が煩雑になる虞がある。従って、本実施形態のように液体流路に処理剤201を流通させて液体流路の内壁に保護膜200を形成することが、簡易に、かつ必要な部分に均一な膜を構成することができ、好ましい。   As another method for forming the protective film 200, for example, it may be possible to form the protective film 200 by CVD, vapor deposition, or the like. However, after the liquid channel is completed, the shape of the liquid channel is complicated. In some cases, it is difficult to form a uniform film, and erosion of the substrate by the ink may not be suppressed. Further, if a protective film is formed on the flow path forming substrate 10 from the bonding surface side of the nozzle plate by the CVD method or the like before completion of the liquid flow path, for example, after dividing into chip sizes, the pressure generating chamber 12 and the individual flow paths are formed. Although the protective film 200 can be uniformly formed on the path 15, it is necessary to separately form a protective film on the sealing member 100, which increases the number of steps and becomes complicated. Furthermore, it is conceivable that a protective film adheres to the bonding surface between the flow path forming substrate 10 and the nozzle plate 20, and in this case, there is a possibility that a desired ink jet recording head cannot be formed. Furthermore, if a protective film is formed by dipping after completion of the liquid flow path, other parts (for example, wiring parts) must be protected, and in this case, the process may be complicated. Therefore, as in the present embodiment, the processing agent 201 is allowed to flow through the liquid flow path to form the protective film 200 on the inner wall of the liquid flow path. It is possible and preferable.

さらにまた、例えば保護基板30のマニホールド部33側の端面は上述のようにレーザーなどで分割されていることから、その表面に図8(a)に示すように剥がれ131などが形成されやすい。この場合に例えばCVD法により保護膜を形成すると、剥がれ131がインクを流通させた時に剥がれてしまい、この部分から保護基板30が浸食されてしまうおそれがある。そこで、本実施形態のように、液体流路に処理剤201を流通させれば、図8(a)(b)に示すように処理剤201が流通することにより剥がれ131が取れたとしてもその部分に保護膜200を形成することができるので、液体流路を浸食から保護することができる。このように保護膜200を形成して、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。   Furthermore, for example, since the end surface of the protective substrate 30 on the manifold portion 33 side is divided by a laser or the like as described above, peeling 131 or the like is easily formed on the surface as shown in FIG. In this case, for example, when a protective film is formed by the CVD method, the peeling 131 is peeled off when the ink is circulated, and the protective substrate 30 may be eroded from this portion. Therefore, if the processing agent 201 is circulated in the liquid flow path as in the present embodiment, even if the separation 131 is removed due to the processing agent 201 being circulated as shown in FIGS. Since the protective film 200 can be formed on the portion, the liquid channel can be protected from erosion. Thus, the protective film 200 is formed to form the ink jet recording head of the present embodiment.

本実施形態では、液体流路に処理剤201を流通させて保護膜200を形成したが、液体流路に処理剤201を流通させた後に加熱して(例えば加熱炉等)処理剤201を乾燥させて保護膜200を形成してもよい。このように加熱することで、より迅速に保護膜200を形成することが可能である。   In the present embodiment, the protective agent 200 is formed by circulating the processing agent 201 through the liquid channel, but the processing agent 201 is heated after drying the processing agent 201 through the liquid channel (for example, a heating furnace) to dry the processing agent 201. Thus, the protective film 200 may be formed. By heating in this way, the protective film 200 can be formed more quickly.

本実施形態では、連通部16及びマニホールド部33の一部を封止する封止部材100をウェハーから形成する流路形成基板10及び保護基板30とは別部材として、ヘッドチップ毎に分割した後、接着するようにしたので、ウェハーでの取り数が増大し、低コスト化を図ることができる。   In this embodiment, after the sealing member 100 that seals a part of the communication portion 16 and the manifold portion 33 is separated from each of the head chips as a separate member from the flow path forming substrate 10 and the protective substrate 30 that are formed from the wafer. Since it is bonded, the number of wafers can be increased and the cost can be reduced.

また、封止部材100は、連通部16及びマニホールド部33を封止するための部材としてもよいが、ヘッドチップを固定するケースヘッドに一体的に設けられたものとするのが好ましい。これによれば、ヘッドチップをケースヘッドに固定する工程で、連通部16及びマニホールド部33を封止することができ、工程数を省くことができる。   The sealing member 100 may be a member for sealing the communication portion 16 and the manifold portion 33, but is preferably provided integrally with a case head that fixes the head chip. According to this, in the process of fixing the head chip to the case head, the communication part 16 and the manifold part 33 can be sealed, and the number of processes can be omitted.

(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、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。
(Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the basic composition of this invention is not limited to what was mentioned above.

また、実施形態1の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9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。   The ink jet recording head according to the first embodiment constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge and the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 9 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.

図9に示すように、インクジェット式記録ヘッド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。   As shown in FIG. 9, in the recording head units 1A and 1B having the ink jet recording head, cartridges 2A and 2B constituting ink supply means are detachably provided, and a carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted. Is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head units 1A and 1B, for example, are configured to eject a black ink composition and a color ink composition, respectively.

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 motor 6 is transmitted to the carriage 3 via a plurality of gears and timing belt 7 (not shown), so that the carriage 3 on which the recording head units 1A and 1B are mounted is moved along the carriage shaft 5. The On the other hand, the apparatus body 4 is provided with a platen 8 along the carriage shaft 5, and a recording sheet S that is a recording medium such as paper fed by a paper feed roller (not shown) is wound around the platen 8. It is designed to be transported.

上述した実施形態においては、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。   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, attaching a green sheet, etc. The present invention is also applied to a thick film type ink jet recording head formed by the above method, or a longitudinal vibration type ink jet recording head in which piezoelectric materials and electrode forming materials are alternately stacked and expanded and contracted in the axial direction. Can do. 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.

また、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 addition, although an ink jet recording head has been described as an example of a liquid ejecting head, the present invention is intended for a wide range of liquid ejecting heads and is naturally applicable to liquid ejecting heads that eject liquids other than ink. can do. 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.

10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 連通路、 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、 50 弾性膜、 60 第1電極、 70 圧電体層、 80 第2電極、 100 封止部材、 105 マニホールド、 110 流路形成基板用ウェハー、 130 保護基板用ウェハー、 200 保護膜、 300 圧電素子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Flow path formation board | substrate, 12 Pressure generation chamber, 13 Communication path, 14 Ink supply path, 20 Nozzle plate, 21 Nozzle opening, 30 Protection board | substrate, 50 Elastic film, 60 1st electrode, 70 Piezoelectric body layer, 80 2nd electrode , 100 sealing member, 105 manifold, 110 wafer for flow path forming substrate, 130 wafer for protective substrate, 200 protective film, 300 piezoelectric element

Claims (5)

流路形成基板の一方面側に圧力発生室に相対向する領域に圧力発生手段を設ける工程と、前記流路形成基板に液体を噴射するノズル開口に連通する前記圧力発生室を有する個別流路を形成する工程と、該流路形成基板に保護基板を設ける工程と、
前記圧力発生室に液体を供給するマニホールド部及び当該マニホールド部と前記個別流路とを連通する連通部の一部を封止する封止部材を設ける工程とを備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板、前記保護基板及び前記封止部材が接合されて画成され、前記個別流路、前記連通部及び前記マニホールド部を有する液体流路内に、保護膜を形成するための処理剤を流通させ該液体流路の内壁に連続的な保護膜を成膜する成膜工程を備えたことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
A step of providing pressure generating means in a region opposite to the pressure generating chamber on one side of the flow path forming substrate, and an individual flow path having the pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for injecting liquid onto the flow path forming substrate Forming a protective substrate on the flow path forming substrate; and
A method of manufacturing a liquid ejecting head, comprising: a manifold part that supplies liquid to the pressure generation chamber; and a sealing member that seals a part of the communication part that communicates the manifold part and the individual flow path. There,
A process for forming a protective film in a liquid flow path formed by joining the flow path forming substrate, the protective substrate, and the sealing member and having the individual flow path, the communication portion, and the manifold portion. A method of manufacturing a liquid ejecting head, comprising: a film forming step in which a continuous protective film is formed on an inner wall of the liquid flow path by circulating an agent.
前記保護膜が、ポリイミド、ポリアミド及びフッ素系樹脂から選ばれた少なくとも1種の樹脂からなることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。 The liquid jet head according to claim 1, wherein the protective film is made of at least one resin selected from polyimide, polyamide, and fluorine resin. 前記処理剤が、ポリイミド前駆体、ポリアミド酸溶液、フッ素系樹脂溶液のいずれかであることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。 The method for manufacturing a liquid jet head according to claim 1, wherein the treatment agent is any one of a polyimide precursor, a polyamic acid solution, and a fluororesin solution. 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室を有する個別流路が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた圧力発生手段とを具備すると共に、前記圧力発生手段を保護する圧電素子保持部を有する保護基板と、前記圧力発生室に液体を供給するマニホールド部及び当該マニホールド部と前記個別流路とを連通する連通部の一部を封止する封止部材とを具備し、
前記流路形成基板、前記保護基板及び前記封止部材により画成され、前記個別流路、前記マニホールド部及び前記連通部からなる液体流路の内壁に連続的に保護膜が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
A flow path forming substrate provided with an individual flow path having a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid, and provided in a region opposite to the pressure generating chamber on one side of the flow path forming substrate. A pressure generating means, and a protective substrate having a piezoelectric element holding portion for protecting the pressure generating means, a manifold portion for supplying a liquid to the pressure generating chamber, and the manifold portion and the individual flow path. A sealing member that seals a part of the communication portion;
A protective film is continuously provided on an inner wall of a liquid flow path defined by the flow path forming substrate, the protective substrate, and the sealing member, and including the individual flow path, the manifold portion, and the communication portion. A liquid ejecting head characterized by the above.
請求項3又は4に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。 A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting head according to claim 3.
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