JP2013240923A

JP2013240923A - Method of manufacturing droplet ejection head, droplet ejection head, and image forming apparatus

Info

Publication number: JP2013240923A
Application number: JP2012115530A
Authority: JP
Inventors: Shuya Abe; 修也阿部
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2013-12-05

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate check of a diaphragm formed on a flow passage forming substrate as an etching top layer after the flow passage forming substrate has been etched from the opposite surface.SOLUTION: A piezoelectric element 22 is formed on a diaphragm 21 by roughening one surface of the diaphragm 21 by laminating the diaphragm 21 with respect to one surface of a flow passage forming substrate material substrate at least one surface of which is roughened. A pressure generating chamber 33 is formed by etching the diaphragm 21 as an etching top layer from the other surface of the material substrate. Thus, a roughened surface having a concavity and convexity 21a on the flow passage forming substrate side of the diaphragm 21 is exposed by obtaining the flow passage forming substrate 20.

Description

本発明は、圧電アクチュエータを用いた液滴吐出ヘッド、その製造方法及び液滴吐出ヘッドを用いた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a droplet discharge head using a piezoelectric actuator, a manufacturing method thereof, and an image forming apparatus using the droplet discharge head.

インクジェット記録装置等に用いられる液滴吐出ヘッドにおける液滴の吐出方式としては、圧力発生室及び圧力発生室に液体を導入する流路を形成した流路形成基板の一方の面にノズル基板を接合するとともに、他方の面には振動板及び圧力発生素子としての圧電アクチュエータを順次接合した構成を備え、圧電アクチュエータの変形に伴う圧力発生室の体積変化により吐出圧力を発生させてノズルより液滴を吐出させる方式が知られている。
この方式は、圧力発生室内に導入した液体を加熱することによりその液体の体積を変化させて吐出圧力を発生させるサーマル方式に比して、多様な液体に対応できるという優位性がある。
この方式の液滴吐出ヘッドについては、高集積化のために、リソグラフィー法を用いて流路形成基板に流路、圧力発生素子を形成するものが広く用いられている。
このとき、流路形成基板上にリソグラフィー法を用いて圧力発生素子を形成したのち、流路形成基板における振動板および圧力発生素子を形成した側とは反対側から、流路形成基板をエッチングして圧力発生室等を形成するとともに、それらの形成の際には、振動板をエッチングストップ層として利用する工法が知られている（特許文献１および特許文献２参照）。 As a droplet discharge method in a droplet discharge head used in an ink jet recording apparatus or the like, a nozzle substrate is bonded to one surface of a flow path forming substrate in which a pressure generation chamber and a flow path for introducing liquid into the pressure generation chamber are formed. In addition, the other surface is provided with a structure in which a diaphragm and a piezoelectric actuator as a pressure generating element are sequentially joined, and a discharge pressure is generated by the volume change of the pressure generating chamber accompanying the deformation of the piezoelectric actuator, and droplets are generated from the nozzle. A method of discharging is known.
This method has an advantage that it can cope with various liquids as compared with the thermal method in which the liquid introduced into the pressure generating chamber is heated to change the volume of the liquid to generate the discharge pressure.
For this type of liquid droplet ejection head, one that forms a flow path and a pressure generating element on a flow path forming substrate using a lithography method is widely used for high integration.
At this time, after forming the pressure generating element on the flow path forming substrate using a lithography method, the flow path forming substrate is etched from the side opposite to the side on which the diaphragm and the pressure generating element are formed. In addition, a method of forming a pressure generating chamber and the like and using a diaphragm as an etching stop layer is known (see Patent Document 1 and Patent Document 2).

圧電アクチュエータを用いたタイプの液滴吐出ヘッドでは、振動板の厚さ及び幅は、液滴の吐出特性に大きく影響をおよぼす重要な管理項目である。
従って、前述の圧力発生室等のエッチング工程に関連しては、エッチング残が無いこと、振動板が大きくダメージを受けていないこと等を確認することが重要である。
また、エッチング後の確認を簡易に行うために、作業者が顕微鏡を用いて視認することが多い。
しかし、流路形成基板のエッチングでは段差が大きいため、振動板面でのパターンエッジにて顕微鏡のピント合わせを行うことは出来ない。 In a droplet discharge head of a type using a piezoelectric actuator, the thickness and width of the diaphragm are important management items that greatly affect the droplet discharge characteristics.
Therefore, it is important to confirm that there is no etching residue and that the diaphragm is not greatly damaged in relation to the above-described etching process of the pressure generating chamber or the like.
Further, in order to easily perform confirmation after etching, an operator often visually recognizes using a microscope.
However, since the step is large in the etching of the flow path forming substrate, the microscope cannot be focused at the pattern edge on the diaphragm surface.

また、流路形成基板に通常用いられているように、いわゆるミラー仕上げの基板を用いた場合は、振動板の表面が平滑すぎるため、エッチングが正常に行われた場合、その面でピントを合わせることもできない。
エッチング残がある場合や、振動板がダメージを受けている等の異常がある場合であれば、その部分にて顕微鏡のピントを合わせることが出来るためにエッチング異常を確認することができるが、異常が確認できない場合、本当に異常が無いのか、或いはピントが合っていないために見えないだけなのか、の区別が困難である。
また、なんらかのフォーカス機構を用いれば、正常にエッチングされた平滑な振動板面にピントを合わせることも可能であるが、作業者が光学式顕微鏡でフォーカス機構を用いずに簡易に観察できれば、作業効率的も良く、高価な装置も不要であり、低コスト化に寄与する。 In addition, when a so-called mirror-finished substrate is used as is normally used for a flow path forming substrate, the surface of the diaphragm is too smooth, so if etching is performed normally, focus on that surface. I can't do that either.
If there is an etching residue, or if there is an abnormality such as damage to the diaphragm, the microscope can be focused on that part, so the etching abnormality can be confirmed. When it cannot be confirmed, it is difficult to distinguish whether there is really no abnormality or whether it is not visible because it is out of focus.
Also, if some focus mechanism is used, it is possible to focus on a normally etched smooth diaphragm surface, but if the operator can easily observe without using the focus mechanism with an optical microscope, work efficiency will be improved. It is good and no expensive equipment is required, which contributes to cost reduction.

本発明は、上記の課題を鑑みて、振動板を形成した流路形成基板の反対面からエッチングをして圧力発生室を形成した後の、振動板の状態の確認を容易に行うことが可能な、液滴吐出ヘッドの製造方法を提案することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention makes it possible to easily check the state of the diaphragm after the pressure generating chamber is formed by etching from the opposite surface of the flow path forming substrate on which the diaphragm is formed. Another object is to propose a method for manufacturing a droplet discharge head.

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ノズル孔に連通する圧力発生室を備えた流路形成基板と、前記ノズル孔と対向する前記圧力発生室の内壁を構成する振動板と、該振動板上に設けられた圧電素子と、を備えた液滴吐出ヘッドの製造方法において、少なくとも一方の面が粗面化された流路形成基板材料の該一方の面に対し、前記振動板を積層することにより該振動板の一面を粗面化する工程と、前記振動板上に圧電素子を形成する工程と、前記材料基板の他方の面から、前記振動板をエッチングストップ層としたエッチングを行うことにより前記圧力発生室を形成して、前記流路形成基板を得る工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 comprises a flow path forming substrate having a pressure generation chamber communicating with a nozzle hole, and an inner wall of the pressure generation chamber facing the nozzle hole. In a method for manufacturing a droplet discharge head comprising a diaphragm and a piezoelectric element provided on the diaphragm, at least one surface of the flow path forming substrate material roughened with respect to the one surface Etching the diaphragm from the other surface of the material substrate, the step of roughening one surface of the diaphragm by laminating the diaphragm, the step of forming a piezoelectric element on the diaphragm Forming the pressure generating chamber by performing etching as a layer to obtain the flow path forming substrate.

上記のように構成したので、本発明の製造方法によって製造した液滴吐出ヘッドは、圧力発生室をエッチングにて形成した後の検査及び確認を容易に行うことが出来る。 Since it comprised as mentioned above, the droplet discharge head manufactured by the manufacturing method of this invention can perform the test | inspection and confirmation after forming a pressure generation chamber by an etching easily.

本実施の形態に係る記録装置の斜視説明図。FIG. 3 is an explanatory perspective view of the recording apparatus according to the embodiment. 本実施の形態に係る記録装置の機構部の側面説明図。FIG. 3 is an explanatory side view of a mechanism unit of the recording apparatus according to the present embodiment. 本発明の実施の形態に係る記録ヘッドの部品構成を示す分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view showing a component configuration of the recording head according to the embodiment of the invention. 第２の基板４０、第１の基板２０の平面位置関係を示す透視状態平面配置図。FIG. 3 is a see-through state plan layout diagram showing a planar positional relationship between the second substrate 40 and the first substrate 20. 図４のＹ１−Ｙ１’断面図。FIG. 5 is a sectional view taken along the line Y1-Y1 'of FIG. 図４のＹ２−Ｙ２’断面図。FIG. 5 is a sectional view taken along the line Y2-Y2 'of FIG. 図４のＸ１−Ｘ１’断面図。X1-X1 'sectional drawing of FIG. 図４のＸ２−Ｘ２’断面図。X2-X2 'sectional drawing of FIG. 圧力発生室、圧電素子部の部分拡大図。The partial enlarged view of a pressure generation chamber and a piezoelectric element part. 第１の実施例の別の形態を示す図。The figure which shows another form of a 1st Example. 第１の実施例に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating a manufacturing process of a droplet discharge head according to the first embodiment. 第１の実施例に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating a manufacturing process of a droplet discharge head according to the first embodiment. 第２の実施例に係る液滴吐出ヘッドを説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating a droplet discharge head according to a second embodiment. 第２の実施例に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating a manufacturing process of a droplet discharge head according to a second example. 第３の実施例に係る液滴吐出ヘッドを説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating a droplet discharge head according to a third embodiment. 第３の実施例に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating a manufacturing process of a droplet discharge head according to a third example.

以下に、図面を参照して、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。
本発明に係る、アクチュエータを圧力発生手段とした液滴吐出ヘッドを搭載した画像記録装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。
図１は本実施の形態に係る記録装置の斜視説明図であり、図２は本実施の形態に係る記録装置の機構部の側面説明図である。
このインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９３と、このキャリッジ９３に搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納している。
装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい）８４を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
An example of an image recording apparatus equipped with a droplet discharge head using an actuator as a pressure generating means according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an explanatory perspective view of a recording apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is an explanatory side view of a mechanism unit of the recording apparatus according to the present embodiment.
The inkjet recording apparatus includes a carriage 93 that can move in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 81, a recording head that is mounted on the carriage 93 and includes an inkjet head that embodies the present invention, and ink that supplies ink to the recording head. A printing mechanism 82 composed of a cartridge or the like is accommodated.
A paper feed cassette (or a paper feed tray) 84 on which a large number of sheets 83 can be stacked from the front side can be detachably attached to the lower part of the apparatus main body 81. Further, the manual feed tray 85 for manually feeding the paper 83 can be opened, the paper 83 fed from the paper feed cassette 84 or the manual feed tray 85 is taken in, and a required image is displayed by the printing mechanism unit 82. After recording, the paper is discharged to a paper discharge tray 86 mounted on the rear side.

印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持している。
このキャリッジ９３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェットヘッドからなるヘッド１の複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ９３にはヘッド１に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。
インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有している。この多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクを僅かな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。 The printing mechanism 82 holds a carriage 93 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 91 and a sub guide rod 92 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown).
The carriage 93 has a plurality of ink discharge ports (nozzles) of the head 1 including the ink jet head according to the present invention that discharges ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk). ) Are arranged in a direction crossing the main scanning direction, and the ink droplet ejection direction is directed downward. In addition, each ink cartridge 95 for supplying ink of each color to the head 1 is replaceably mounted on the carriage 93.
The ink cartridge 95 has an air port that communicates with the atmosphere upward, a supply port that supplies ink to the inkjet head below, and a porous body filled with ink inside. The ink supplied to the inkjet head is maintained at a slight negative pressure by the capillary force of the porous body. In addition, although the head 1 of each color is used here as the recording head, a single head having nozzles that eject ink droplets of each color may be used.

ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。
そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。 Here, the carriage 93 is slidably fitted to the main guide rod 91 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the sub guide rod 92 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). doing.
In order to move and scan the carriage 93 in the main scanning direction, a timing belt 100 is stretched between a driving pulley 98 and a driven pulley 99 that are rotationally driven by a main scanning motor 97, and the timing belt 100 is moved to the carriage 93. The carriage 93 is driven to reciprocate by forward and reverse rotation of the main scanning motor 97.

一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３を記録ヘッド１の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド１の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。
この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６とを配設している。
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド１の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。この回復装置１１７は図示しないキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。 On the other hand, in order to convey the paper 83 set in the paper feed cassette 84 to the lower side of the recording head 1, the paper feed roller 101 and the friction pad 102 for separating and feeding the paper 83 from the paper feed cassette 84 and the paper 83 are guided. The guide member 103 to be transported, the transport roller 104 that reverses and transports the fed paper 83, the transport roller 105 that is pressed against the peripheral surface of the transport roller 104, and the feed angle of the paper 83 from the transport roller 104 are defined. A tip roller 106 is provided. The transport roller 104 is rotationally driven by a sub-scanning motor 107 through a gear train.
Corresponding to the range of movement of the carriage 93 in the main scanning direction, there is provided a printing receiving member 109 which is a sheet guide member for guiding the sheet 83 fed from the conveying roller 104 below the recording head 1.
A conveyance roller 111 and a spur 112 that are rotationally driven to send the paper 83 in the paper discharge direction are provided on the downstream side of the printing receiving member 109 in the paper conveyance direction, and the paper 83 is further delivered to the paper discharge tray 86. A roller 113 and a spur 114, and guide members 115 and 116 that form a paper discharge path are disposed.
At the time of recording, the recording head 1 is driven according to the image signal while moving the carriage 93, thereby ejecting ink onto the stopped sheet 83 to record one line, and after the sheet 83 is conveyed by a predetermined amount, Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 83 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the paper 83 is discharged.
Further, a recovery device 117 for recovering the ejection failure of the recording head 1 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the moving direction of the carriage 93. The recovery device 117 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit (not shown).

キャリッジ９３は、印字待機中には、回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド１をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド１の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去されて吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（図示せず）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
なお、上記実施の形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド（スポッタ）などの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。
このような画像記録装置においては、ヘッドのコストが、画像記録装置の性能、コストに直接的につながる。 The carriage 93 is moved to the recovery device 117 side during printing standby, and the recording head 1 is capped by the capping unit, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.
When ejection failure occurs, the ejection port (nozzle) of the recording head 1 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out from the ejection port with the suction unit through the tube. Etc. are removed by the cleaning means to recover the ejection failure. The sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.
In the above-described embodiment, the example in which the inkjet head is applied as a droplet ejection head has been described. However, as a droplet ejection head other than the inkjet head, for example, a droplet ejection head that ejects a liquid resist as droplets, The present invention can also be applied to other droplet discharge heads such as a droplet discharge head (spotter) that discharges DNA samples as droplets.
In such an image recording apparatus, the cost of the head directly leads to the performance and cost of the image recording apparatus.

この画像記録装置において、以下に説明する本発明に係る低コストの液滴吐出ヘッドを用いることで、低コスト且つ、高速、高画質の画像記録装置を実現することができる。
以下に、本発明の実施の形態に係る記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）の構成及びその製造方法を説明する。
［第１の実施例］
図３は、本発明の実施の形態に係る記録ヘッドの部品構成を示す分解斜視図である。
図３に示すように、本発明の実施の形態に係る記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）１は、液滴を吐出するノズル孔１１を有するノズル板（ノズル基板）１０と、ノズル孔１１に連通する圧力発生室３３、圧力発生室３３に液体を供給するための液供給部３１が形成された流路形成基板２０（第１の基板）と、流路形成基板３０の一方面側に接合された振動板２１を介して、圧力発生室３３に対応して設けられ、振動板２１の撓みを変化させて圧力発生室３３内に圧力変化を生じさせる圧力発生素子２２と、を備えている。
さらに、流路形成基板２０の振動板２１側には、流路形成基板２０を保護する保護基板（第２の基板）４０と、バッキングプレート４５と、を順次積層して設けている。 In this image recording apparatus, a low-cost, high-speed, high-quality image recording apparatus can be realized by using the low-cost droplet discharge head according to the present invention described below.
The configuration of the recording head (droplet discharge head) according to the embodiment of the present invention and the manufacturing method thereof will be described below.
[First embodiment]
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the component structure of the recording head according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3, a recording head (droplet discharge head) 1 according to an embodiment of the present invention communicates with a nozzle plate (nozzle substrate) 10 having nozzle holes 11 for discharging droplets, and the nozzle holes 11. The flow path forming substrate 20 (first substrate) on which the pressure generating chamber 33 and the liquid supply portion 31 for supplying the liquid to the pressure generating chamber 33 are formed are joined to one surface side of the flow path forming substrate 30. And a pressure generating element 22 that is provided corresponding to the pressure generating chamber 33 via the diaphragm 21 and changes the deflection of the diaphragm 21 to cause a pressure change in the pressure generating chamber 33.
Furthermore, a protective substrate (second substrate) 40 that protects the flow path forming substrate 20 and a backing plate 45 are sequentially stacked on the vibration plate 21 side of the flow path forming substrate 20.

図４は、流路形成基板２０、保護基板４０の平面位置関係を示す透視状態平面配置図である。
図５は図４におけるＹ１−Ｙ１’断面図、図６は同じく図４におけるＹ２−Ｙ２’断面図、図７は図４におけるＸ１−Ｘ１’断面図、図８は図４におけるＸ２−Ｘ２’断面図である。
また、図９は、圧力発生室３３、圧電素子部（圧力発生素子２２）の部分拡大図である。
図１０は、第１の実施例の別の形態を示す図であり、図９と同様に、圧力発生室３３、圧電素子部（圧力発生素子２２）の部分拡大図である。 FIG. 4 is a see-through state plan view showing a planar positional relationship between the flow path forming substrate 20 and the protective substrate 40.
5 is a sectional view taken along the line Y1-Y1 ′ in FIG. 4, FIG. 6 is a sectional view taken along the line Y2-Y2 ′ in FIG. 4, FIG. 7 is a sectional view taken along the line X1-X1 ′ in FIG. It is sectional drawing.
FIG. 9 is a partially enlarged view of the pressure generating chamber 33 and the piezoelectric element portion (pressure generating element 22).
FIG. 10 is a diagram showing another form of the first embodiment, and is a partially enlarged view of the pressure generating chamber 33 and the piezoelectric element portion (pressure generating element 22), similarly to FIG.

また、図３乃至図１０において、便宜上一部分のみを図示しているが、実際には、より多数、例えば１列当たり１００ノズル以上のノズル列を複数列配置した構成とすることが多い。
よって、流路形成基板をエッチングして圧力発生室を形成した後、その確認をするときにその微細な凹凸により顕微鏡でのピント合わせが容易になり、安価な通常な顕微鏡を用いた確認作業の効率を向上させることができる。ひいては、液滴吐出ヘッドの低コスト化に寄与する。
また、圧力発生素子が、振動板２１の圧力発生室３３が形成される面とは反対の面上に形成された下電極２２ａと、下電極２２ａ上に形成された圧電体層２２ｂと、圧電体層２２ｂ上に形成された上電極２２ｃと、を有する圧電素子２２である場合は、振動板２１の下電極２２ａが形成される面の粗さが、流路形成基板側の表面粗さよりも小さくすることが望ましい。
そうすることで、より凹凸を大きくした場合でも下電極２２ａの配向性の乱れが抑えられ、それにより、圧電体層２２ｂの配向性の乱れが抑えられ、その結果、圧電素子２２の特性低下を防止することができる。 3 to 10, only a part is shown for the sake of convenience, but in practice, in many cases, for example, a plurality of nozzle rows of 100 nozzles or more per row are arranged.
Therefore, after forming the pressure generation chamber by etching the flow path forming substrate, the fine unevenness makes it easy to focus with a microscope when confirming it, and confirmation work using an inexpensive ordinary microscope Efficiency can be improved. As a result, it contributes to cost reduction of the droplet discharge head.
The pressure generating element includes a lower electrode 22a formed on a surface opposite to a surface on which the pressure generating chamber 33 of the diaphragm 21 is formed, a piezoelectric layer 22b formed on the lower electrode 22a, and a piezoelectric element. In the case of the piezoelectric element 22 having the upper electrode 22c formed on the body layer 22b, the roughness of the surface on which the lower electrode 22a of the vibration plate 21 is formed is larger than the surface roughness on the flow path forming substrate side. It is desirable to make it smaller.
By doing so, even when the unevenness is further increased, the disorder of the orientation of the lower electrode 22a is suppressed, whereby the disorder of the orientation of the piezoelectric layer 22b is suppressed, and as a result, the characteristics of the piezoelectric element 22 are reduced. Can be prevented.

第１の実施例における液滴吐出ヘッドは、ノズル板１０、流路形成基板２０、保護基板４０、バッキングプレート４５、および図示されていないフレーム、ドライバーＩＣ等から構成されている。
保護基板（封止基板とも呼ぶ）としての第２の基板４０には、流路形成基板（第１の基板）２０と熱膨張係数が大きく異ならず、且つ加工し易い材料を用いることが好ましく、本実施例では、面方位＜１００＞の単結晶シリコン基板を用いた。
保護基板４０には、流路形成基板２０上に形成された圧電素子２２の動作を妨げないための凹部４１（図３、図５、図７参照）、液供給路４７（図３、図５、図６参照）等をアルカリ水溶液による異方性エッチングにより形成した。 The droplet discharge head in the first embodiment includes a nozzle plate 10, a flow path forming substrate 20, a protective substrate 40, a backing plate 45, a frame (not shown), a driver IC, and the like.
For the second substrate 40 as a protective substrate (also referred to as a sealing substrate), it is preferable to use a material that does not greatly differ from the flow path forming substrate (first substrate) 20 and is easy to process, In this example, a single crystal silicon substrate having a plane orientation <100> was used.
The protective substrate 40 includes a recess 41 (see FIGS. 3, 5, and 7) and a liquid supply path 47 (FIGS. 3 and 5) for preventing the operation of the piezoelectric element 22 formed on the flow path forming substrate 20. , And the like were formed by anisotropic etching with an aqueous alkali solution.

流路形成基板２０は、面方位＜１００＞のシリコン単結晶基板からなり、その第２の基板４０側の面には、振動板２１となる厚さ１．５μｍ程度のシリコン酸化膜からなる振動板２１（図３、図５乃至図１０参照）を形成（積層）した。
この振動板２１上には、空隙である圧力発生室３３に対応して、共通電極である下電極膜２２ａ、圧電体層２２ｂ及び個別電極である上電極膜２２ｃからなる圧電素子２２（図３、図４乃至図７、図９、図１０参照）、共通電極抵抗低減用裏打ち層２６（図３、図５参照）を形成した。 The flow path forming substrate 20 is made of a silicon single crystal substrate having a plane orientation <100>, and a vibration made of a silicon oxide film having a thickness of about 1.5 μm serving as the vibration plate 21 is provided on the surface on the second substrate 40 side. A plate 21 (see FIGS. 3 and 5 to 10) was formed (laminated).
On the vibration plate 21, corresponding to the pressure generation chamber 33 which is a gap, a piezoelectric element 22 (FIG. 3) including a lower electrode film 22a which is a common electrode, a piezoelectric layer 22b and an upper electrode film 22c which is an individual electrode. 4 to 7, 9, and 10), and a common electrode resistance-reducing backing layer 26 (see FIGS. 3 and 5) was formed.

また、圧電体層２２ｂ、上電極２２ｃの側面を覆うように絶縁膜２３(図５乃至図１０参照)を形成し、圧電体層２２ｂの吸湿を防止するとともに、上電極配線２４ａ（上電極膜２２ｃ）と下電極配線２４ｂ（下電極膜２２ａ）の電気的な短絡を防止している。
なお、図５、図７、図９等に示すように、絶縁膜２３は圧電素子形成部分では、圧電素子２２の側面およびその近傍以外は除去され、圧電素子２２の変位を妨げない様にしている。
下電極２２ａおよび上電極２２ｃの接続部にて接続孔が開孔され、配線２４ａ、２４ｂと接続されている。
配線２４は、配線２４と一体的に形成された電極端子部分２５まで引き出され（図示せず）、電極端子部よりワイヤボンドやＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film：異方性導電フィルム）等によりドライバーＩＣやドライバーＩＣが実装されたＦＰＣ（Flexible printed circuits）等と接続され、下電極２２ａおよび上電極２２ｃに電圧が印可される。 Further, an insulating film 23 (see FIGS. 5 to 10) is formed so as to cover the side surfaces of the piezoelectric layer 22b and the upper electrode 22c to prevent moisture absorption of the piezoelectric layer 22b, and the upper electrode wiring 24a (upper electrode film). 22c) and the lower electrode wiring 24b (lower electrode film 22a) are prevented from being electrically short-circuited.
As shown in FIGS. 5, 7, 9, etc., the insulating film 23 is removed in the piezoelectric element forming portion except for the side surface of the piezoelectric element 22 and its vicinity so as not to prevent the displacement of the piezoelectric element 22. Yes.
A connection hole is opened at a connection portion between the lower electrode 22a and the upper electrode 22c, and is connected to the wirings 24a and 24b.
The wiring 24 is led out to an electrode terminal portion 25 formed integrally with the wiring 24 (not shown), and the driver IC or the like by wire bond or ACF (Anisotropic Conductive Film) from the electrode terminal portion. A voltage is applied to the lower electrode 22a and the upper electrode 22c by being connected to an FPC (Flexible printed circuits) on which a driver IC is mounted.

また、流路形成基板２０には、保護基板４０に形成された液供給路４７に対応した部分に、各ノズル孔１１／圧電素子２２に対応して、液供給部３１、流体抵抗部３２、圧力発生室３３がフォトリソ／エッチングプロセスにより一体的に形成されている。
下電極膜２２ａは、例えば、厚さ約０．１μｍの白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の比較的導電性の高い材料からなり、スパッタリング法等で形成される。
また、圧電体層２２ｂは、例えば、厚さ１．０μｍ程度のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）をゾルゲル法にて形成したものからなる。
また、上電極膜２２ｃは、例えば、厚さ０．０５〜０．１μｍの白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等からなり、スパッタリング法等で形成される。
これらの厚みは、用いる材料やアクチュエータの目標仕様等により適宜調整することが望ましい。また、絶縁膜２３は、水分の透過、吸収の少なく電気的絶縁性に優れた、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や四窒化三硅素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を約０．２μｍ厚さのものを用いた。
配線２４には電気伝導性、耐腐蝕性に優れた金（Ａｕ）を用い厚さは１．０μｍ程度とした。絶縁膜２３および電極との界面には密着層として０．０５〜０．１μｍのクロム（Ｃｒ）を敷いている。保護基板４０と流路形成基板２０は、接着剤１５により貼り合わせた。 The flow path forming substrate 20 includes a liquid supply portion 31, a fluid resistance portion 32, a portion corresponding to each nozzle hole 11 / piezoelectric element 22, and a portion corresponding to the liquid supply passage 47 formed in the protective substrate 40. The pressure generating chamber 33 is integrally formed by a photolithography / etching process.
The lower electrode film 22a is made of, for example, a material having a relatively high conductivity such as platinum (Pt) or iridium (Ir) having a thickness of about 0.1 μm, and is formed by a sputtering method or the like.
The piezoelectric layer 22b is made of, for example, lead zirconate titanate (PZT) having a thickness of about 1.0 μm formed by a sol-gel method.
The upper electrode film 22c is made of, for example, platinum (Pt), iridium (Ir), or the like having a thickness of 0.05 to 0.1 μm, and is formed by a sputtering method or the like.
These thicknesses are desirably adjusted as appropriate according to the material used, the target specifications of the actuator, and the like. Further, the insulating film 23 has little electrical permeability and absorption of moisture, and is excellent in electrical insulation, for example, alumina (Al ₂ O ₃ ) or tetrasilicon nitride (Si ₃ N ₄ ) having a thickness of about 0.2 μm. Was used.
The wiring 24 is made of gold (Au) having excellent electrical conductivity and corrosion resistance, and has a thickness of about 1.0 μm. At the interface between the insulating film 23 and the electrode, 0.05 to 0.1 μm of chromium (Cr) is laid as an adhesion layer. The protective substrate 40 and the flow path forming substrate 20 were bonded together with the adhesive 15.

実施例の構成では、接着面には最大で配線２４の段差が生じるが、実施例では配線２４は１．０μｍ程度の厚みであるので、接着剤１５により十分に埋め込まれ、凹部４１（圧電素子振動空間１１）の封止性が確保されている。
さらに、念のために、配線２４を液供給部３１の周囲を囲うように配置し、封止性の確保を確実に行っている。
ノズル板１０には、公知のごとく、例えばガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス等を使用することができる。
本実施例においては、厚さ３０μｍのステンレスにプレス加工にてノズル孔１１を開口したのち、液の出口側の面に、撥液膜としてフッ素系の樹脂を蒸着にて成膜している。また、流路形成基板２０とは、接着剤にて貼り合わせている。また、バッキングプレート４５は複数のプレス加工したステンレスを積層して形成されたもので、これによりインク供給能力を確保している。また、保護基板４０とは接着剤により貼り合わせている。 In the configuration of the example, the maximum difference in level of the wiring 24 occurs on the bonding surface. However, in the example, the wiring 24 has a thickness of about 1.0 μm, so that it is sufficiently embedded by the adhesive 15 and the recess 41 (piezoelectric element). The sealing property of the vibration space 11) is ensured.
Further, as a precaution, the wiring 24 is disposed so as to surround the liquid supply unit 31 to ensure the sealing performance.
As the nozzle plate 10, for example, glass ceramics, a silicon single crystal substrate, stainless steel or the like can be used as is well known.
In this embodiment, after the nozzle hole 11 is opened by press working in stainless steel having a thickness of 30 μm, a fluorine-based resin is deposited on the surface on the liquid outlet side by vapor deposition as a liquid repellent film. The flow path forming substrate 20 is bonded with an adhesive. The backing plate 45 is formed by laminating a plurality of pressed stainless steels, thereby ensuring ink supply capability. The protective substrate 40 is bonded with an adhesive.

以上の構成は、公知のものと概ね同様であるが、本実施例では、流路形成基板２０となる第１の基板２０における振動板２１等が形成される側の面は、いわゆるミラー面（ポリッシュ仕上げ面）ではなく、顕微鏡でピント合わせが可能な程度の微細な凹凸が形成された粗面となっている。
そうすることで、その上に形成された振動板２１は、図９に示すように、その形状を引き継ぎ、その圧力発生室側の面は、顕微鏡でピント合わせが可能な程度の微細な凹凸２１ａを有する粗面になる。 The above configuration is generally the same as that of a known one, but in the present embodiment, the surface on the side where the diaphragm 21 and the like are formed in the first substrate 20 to be the flow path forming substrate 20 is a so-called mirror surface ( It is not a polished surface) but a rough surface on which fine irregularities that can be focused with a microscope are formed.
By doing so, the diaphragm 21 formed thereon takes over the shape as shown in FIG. 9, and the surface on the pressure generating chamber side has fine irregularities 21a that can be focused with a microscope. It becomes a rough surface having

図９に示す凹凸の大きさは、例えばＡＦＭ（Atomic Force Microscope：原子間力顕微鏡）で測定したときの平均面粗さ（Ｒａ）で、４ｎｍ〜１０ｎｍ程度あれば、光学式顕微鏡（微分干渉顕微鏡）で凹凸を観察することが可能であり、それによって作業者が顕微鏡像を見ながら容易にピント合わせを行うことができる。
一方、その程度の凹凸であれば、振動板２１そのものの特性には全く影響は無い。
また、振動板２１の圧電素子２２形成面側の凹凸は、圧電素子２２の特性に悪影響を与える場合があるが、振動板２１の成膜方法によっては、圧電素子２２が形成される面側では、その凹凸を平坦化することができる。
たとえば、本実施例では、シリコン酸化膜からなる振動板２１をオゾンとＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたＣＶＤ法により成膜することにより、圧電素子２２形成面側の凹凸が、ポリッシュ仕上げのシリコン基板上に成膜したときと同程度、ＡＦＭで測定したときのＲａで１ｎｍ以下、とすることができ、圧電素子２２への悪影響も無い。
また、別形態としての図１０に示すように、オゾンＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ＣＶＤ法により成膜されたシリコン酸化膜からなる振動板の主たる層２１ｂの両側に、吸湿防止層２１ｃを形成しても良い。
吸湿防止層２１ｃとしては、例えば、水分に対してバリア性の高い、ＬＰ−ＣＶＤ（Low Pressure CVD：減圧ＣＶＤ）法で成膜したシリコン窒化膜を用いることができる。 The size of the unevenness shown in FIG. 9 is, for example, an average surface roughness (Ra) measured by an AFM (Atomic Force Microscope), and if it is about 4 nm to 10 nm, an optical microscope (differential interference microscope). ), It is possible to observe the unevenness, so that the operator can easily focus while looking at the microscope image.
On the other hand, if the unevenness is such a degree, the characteristics of the diaphragm 21 itself are not affected at all.
In addition, the unevenness on the piezoelectric element 22 forming surface side of the vibration plate 21 may adversely affect the characteristics of the piezoelectric element 22, but depending on the film forming method of the vibration plate 21, on the surface side on which the piezoelectric element 22 is formed. The unevenness can be flattened.
For example, in this embodiment, the diaphragm 21 made of a silicon oxide film is formed by a CVD method using ozone and TEOS (tetraethoxysilane) so that the unevenness on the surface on which the piezoelectric element 22 is formed becomes polished silicon. The Ra when measured by AFM can be set to 1 nm or less as much as when the film is formed on the substrate, and the piezoelectric element 22 is not adversely affected.
Further, as shown in FIG. 10 as another embodiment, moisture absorption preventing layers 21c are formed on both sides of the main layer 21b of the diaphragm made of a silicon oxide film formed by ozone TEOS (tetraethoxysilane) CVD method. Also good.
As the moisture absorption preventing layer 21c, for example, a silicon nitride film having a high barrier property against moisture and formed by an LP-CVD (Low Pressure CVD) method can be used.

図１１、図１２は、第１の実施例に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図である。
図１１（ａ）において、流路形成基板の材料基板としての第１の基板２０として、面方位＜１００＞のシリコン単結晶基板を用いる。
この時、基板の表面はミラー（ポリッシュ仕上げ）面ではなく、ＡＦＭで測定したときの平均面粗さ（Ｒａ）で、４ｎｍ〜１０ｎｍ程度の凹凸２０ａを有する面のものを用いる。
なお、凹凸２０ａは、第１の基板２０の両面に形成されていなくとも良く、少なくとも、後工程で振動板２１を成膜する一方の面に形成されていれば良い。
具体的には、ポリッシュ仕上げのシリコン単結晶基板の表面をエッチングする。
または、ポリッシュ仕上げのシリコン単結基板上に、ＬＰ−ＣＶＤ法にてポリシリコンを３００〜５００ｎｍ程度成膜することで得られる。
また、振動板２１の厚さによっては、より大きな凹凸が許容される場合もある。その場合には、ポリッシュを行わない、或いは、エッチング仕上げ状態のシリコン基板を用いることも可能である。 FIGS. 11 and 12 are diagrams showing a manufacturing process of the droplet discharge head according to the first embodiment.
In FIG. 11A, a silicon single crystal substrate having a plane orientation <100> is used as the first substrate 20 as the material substrate of the flow path forming substrate.
At this time, the surface of the substrate is not a mirror (polished finish) surface, but a surface having an unevenness 20a of about 4 nm to 10 nm in terms of average surface roughness (Ra) measured by AFM.
Note that the unevenness 20a may not be formed on both surfaces of the first substrate 20, and may be formed on at least one surface on which the diaphragm 21 is formed in a subsequent process.
Specifically, the surface of the polished silicon single crystal substrate is etched.
Alternatively, it can be obtained by forming a polysilicon film with a thickness of about 300 to 500 nm on a polished silicon single substrate by LP-CVD.
Further, depending on the thickness of the diaphragm 21, larger irregularities may be allowed. In that case, it is possible to use a silicon substrate which is not polished or is in an etching finish state.

図１１（ｂ）に示すように、第１の基板２０の、少なくとも圧電素子２２が形成される側の面２０Ａに、振動板層２１を１．５μｍ程度の厚みになるように成膜する。
この成膜は、前述の様に、オゾンとＴＥＯＳを用いたＣＶＤで行った。
この方法で成膜を行った場合、第１の基板２０の表面に形成した凹凸２０ａは、成膜時に平坦化され、圧電素子２２が形成される側の面では、ＡＦＭで測定したときの平均面粗さ（Ｒａ）を１ｎｍ以下とすることができる。 As shown in FIG. 11B, the diaphragm layer 21 is formed to a thickness of about 1.5 μm on at least the surface 20A of the first substrate 20 on the side where the piezoelectric elements 22 are formed.
This film formation was performed by CVD using ozone and TEOS as described above.
When film formation is performed by this method, the unevenness 20a formed on the surface of the first substrate 20 is flattened at the time of film formation, and the surface on the side where the piezoelectric element 22 is formed is an average when measured by AFM. The surface roughness (Ra) can be 1 nm or less.

次に、図１１（ｃ）に示すように、圧電素子２２を構成する下電極２２ａ、圧電体２２ｂ、上電極２２ｃを、振動板２１上に公知のごとく順次成膜する。
圧電素子２２が振動板２１を介して形成される第１の基板２０の面２０Ａに形成されている凹凸２０ａは、図１１（ｂ）に示した振動板２１の成膜時に平坦化されているので、振動板２１上に成膜される圧電体２２の特性は、第１の基板２０として通常用いられるポリッシュ仕上げの基板を用いた場合と遜色ないものとすることが出来る。 Next, as shown in FIG. 11C, the lower electrode 22a, the piezoelectric body 22b, and the upper electrode 22c constituting the piezoelectric element 22 are sequentially formed on the diaphragm 21 as is well known.
The unevenness 20a formed on the surface 20A of the first substrate 20 on which the piezoelectric element 22 is formed via the vibration plate 21 is flattened when the vibration plate 21 shown in FIG. 11B is formed. Therefore, the characteristics of the piezoelectric body 22 formed on the vibration plate 21 can be made comparable to those in the case of using a normally-finished substrate as the first substrate 20.

次に、図１２（ｄ）に示すように、図１１（ｃ）で成膜した上電極２２ｃ、圧電体２２ｂ、下電極２２ａを、公知のごとくフォトリソ・エッチング加工によりパターニングし、圧電素子２２を形成する。
さらに、図１２（ｅ）に示すように、絶縁膜２３、配線２４等を公知のごとく成膜し、フォトリソ・エッチング加工により形成し、さらに、圧電素子２０を形成した側の面に、保護基板となる第２の基板４０を貼り合わせた後（図示省略）、圧電素子２０を形成した側とは反対側の面２０Ｂを研磨することにより、流路形成基板となる第１の基板２０の厚みを７０μｍ程度まで薄板化する。
そして、図１２（ｆ）に示すように、公知のごとく、圧電素子２０を形成した側とは反対側の面（他方の面）２０Ｂからフォトリソ・エッチング加工を行うことにより、圧力発生室３３等を形成する（他に、図示しない液供給部３１、流体抵抗部３２を同時に一体的に形成）。
なお、圧力発生室３３をエッチング加工する際には、振動板２１がエッチングストップ層として機能する。 Next, as shown in FIG. 12 (d), the upper electrode 22c, the piezoelectric body 22b, and the lower electrode 22a formed in FIG. 11 (c) are patterned by photolithography / etching as is well known to form the piezoelectric element 22. Form.
Further, as shown in FIG. 12 (e), the insulating film 23, the wiring 24, etc. are formed as known and formed by photolithography / etching, and further, a protective substrate is formed on the surface on which the piezoelectric element 20 is formed. After bonding the second substrate 40 to be (not shown), the surface 20B opposite to the side on which the piezoelectric element 20 is formed is polished, whereby the thickness of the first substrate 20 that becomes the flow path forming substrate is obtained. Is reduced to about 70 μm.
As shown in FIG. 12 (f), as is well known, by performing photolithography / etching from the surface (the other surface) 20B opposite to the side on which the piezoelectric element 20 is formed, the pressure generating chamber 33 and the like. (In addition, a liquid supply unit 31 and a fluid resistance unit 32 (not shown) are integrally formed at the same time).
When the pressure generating chamber 33 is etched, the vibration plate 21 functions as an etching stop layer.

本実施形態では、低圧力・高密度プラズマを発生可能な、ＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）によるシリコン深堀エッチャーを用いたドライエッチングにて、圧力発生室３３等の加工を行った。これにより、流路形成基板２０が得られる。
その後、第１の基板２０における圧電素子２２を形成した側とは反対側の面２０Ｂにノズル基板１０を接合する。
圧力発生室３３が正常にエッチングされた場合、振動板２１が露出する。
そして、振動板２１の圧力発生室３３側の面２１Ａは、第１の基板２０に形成された微細な凹凸形状を引き継ぎ、微細な凹凸２１ａを有した粗面となっている。 In the present embodiment, the pressure generating chamber 33 and the like are processed by dry etching using a silicon deep etcher by ICP (Inductive Coupled Plasma) capable of generating low pressure and high density plasma. Thereby, the flow path forming substrate 20 is obtained.
Thereafter, the nozzle substrate 10 is bonded to the surface 20B of the first substrate 20 opposite to the side where the piezoelectric elements 22 are formed.
When the pressure generating chamber 33 is normally etched, the diaphragm 21 is exposed.
The surface 21A on the pressure generating chamber 33 side of the vibration plate 21 is a rough surface having the fine unevenness 21a by taking over the fine uneven shape formed on the first substrate 20.

以上説明した工程によって液滴吐出ヘッドを作製することにより、（ノズル板１０を接合する前に）エッチング状態の確認及び検査のために、作業者が顕微鏡で観察した時に、微細な凹凸を有することにより振動板の表面に容易にピント合わせをすることができ、良好な作業効率で、安価な装置で確認、検査が可能になる。
その結果、ヘッドの製造コストを安価にすることができる。 By producing a droplet discharge head by the process described above, it has fine irregularities when an operator observes with a microscope for confirmation and inspection of the etching state (before joining the nozzle plate 10). Therefore, it is possible to easily focus on the surface of the diaphragm, and it is possible to check and inspect with an inexpensive apparatus with good work efficiency.
As a result, the manufacturing cost of the head can be reduced.

［第２の実施例］
図１３は、第２の実施例に係る液滴吐出ヘッドを示す図である。
この図で説明する部分以外は、第１の実施例と同様な構成であり、同一の符号を付して、詳細な説明は省略している。
第２の実施例の特徴は、図１３に示すように、振動板２１が、その主たる層２１ｄと平坦化層２１eの少なくとも２層からなる点にある。
もちろん、振動板２１として、それ以外の膜を積層した構成としても良い。
ここでは、振動板２１の主たる層２１ｄとして、熱酸化によりシリコン酸化膜を１．３μｍ程度の厚みになるよう形成し、平坦化層２１ｅには０．２μｍ程度の厚みのＳＯＧ（Spin On Glass：塗布ガラス）を用いた。 [Second Embodiment]
FIG. 13 is a diagram illustrating a droplet discharge head according to the second embodiment.
Except for the portions described in this figure, the configuration is the same as that of the first embodiment, and the same reference numerals are given and detailed description is omitted.
As shown in FIG. 13, the second embodiment is characterized in that the diaphragm 21 is composed of at least two main layers 21d and a planarizing layer 21e.
Of course, the diaphragm 21 may be configured by stacking other films.
Here, as the main layer 21d of the diaphragm 21, a silicon oxide film is formed by thermal oxidation so as to have a thickness of about 1.3 μm, and the planarizing layer 21e has an SOG (Spin On Glass: about 0.2 μm thickness). Application glass) was used.

図１４は、第２の実施例に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図である。
図１４（ａ）に示すように、第１の実施例と同様に流路形成基板となる第１の基板２０として、面方位＜１００＞のシリコン単結晶基板を用いる。
このとき、基板表面はミラー（ポリッシュ仕上げ）面ではなく、ＡＦＭで測定したときの平均面粗さ（Ｒａ）で、４ｎｍ〜１０ｎｍ程度の凹凸を有する粗面化されたものを用いる。
次に、図１４（ｂ）に示すように、第１の基板２０の上に、振動板２１の主たる層２１ｄとして、熱酸化によりシリコン酸化膜を１．３μｍ程度の厚みになるよう形成した。 FIG. 14 is a diagram illustrating a manufacturing process of the droplet discharge head according to the second embodiment.
As shown in FIG. 14 (a), a silicon single crystal substrate having a plane orientation <100> is used as the first substrate 20 which becomes the flow path forming substrate as in the first embodiment.
At this time, the substrate surface is not a mirror (polished finish) surface, but a roughened surface having an unevenness of about 4 nm to 10 nm in terms of average surface roughness (Ra) as measured by AFM.
Next, as shown in FIG. 14B, a silicon oxide film having a thickness of about 1.3 μm was formed on the first substrate 20 as a main layer 21d of the diaphragm 21 by thermal oxidation.

熱酸化法は、膜厚や膜質の均一性が非常に優れた成膜手法である。一方、平坦化の作用は小さく、主たる層２１ｄにおける圧電素子形成側の表面２１ｆは、第１の基板２０の表面２０Ａの凹凸を引き継いた凹凸を有する粗面となっている。
そこで、図１４（ｃ）に示すように、振動板２１の主たる層２１ｄ上に、平坦化層２１eであるＳＯＧ（Spin On Glass）を、デンシファイ（高密度化）後に０．２μｍ程度の厚さになるように成膜し、その後デンシファイを行う。
ＳＯＧとしては、通常の半導体プロセスで広く用いられているＮＳＧ膜（None-doped Silicate Glass：シリコン酸化膜）を用い、デンシファイは９００℃程度で行う。
ＳＯＧの平坦化作用は非常にすぐれており、その程度の厚みで十分な平坦化が可能である。 The thermal oxidation method is a film forming method with excellent film thickness and film quality uniformity. On the other hand, the flattening action is small, and the surface 21f on the piezoelectric element forming side of the main layer 21d is a rough surface having irregularities inheriting the irregularities of the surface 20A of the first substrate 20.
Therefore, as shown in FIG. 14C, on the main layer 21d of the diaphragm 21, SOG (Spin On Glass) which is the planarizing layer 21e is thickened to about 0.2 μm after densification (densification). Then, film formation is performed, and then densification is performed.
As the SOG, an NSG film (None-doped Silicate Glass: silicon oxide film) widely used in a normal semiconductor process is used, and densification is performed at about 900 ° C.
The planarization action of SOG is very good, and sufficient planarization is possible with such a thickness.

その後の工程は、第１の実施例と同様であり、図１１（ｃ）〜図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）のように、振動板２１上に圧電素子２２を形成し、絶縁膜２３、配線２４を形成し、第２の基板４０を貼り合わせ、流路形成基板２０の研磨による薄板化、圧力発生室３３等の形成を行う。
この構成においても、振動板２１の圧力発生室３３側の表面は、第１の基板２０に形成された微細な凹凸形状を引き継ぎ、微細な凹凸を有している。
そのため、エッチング状態の確認、検査のため作業者が顕微鏡で観察した時に、振動板の表面に容易にピント合わせをすることができ、良好な作業効率で、安価な装置で確認、検査が可能になる。その結果、ヘッドの製造コストを安価にすることができる。 The subsequent steps are the same as in the first embodiment. As shown in FIGS. 11C to 12A, 12B, 12C, the piezoelectric element 22 is formed on the vibration plate 21, and the insulating film is formed. 23, the wiring 24 is formed, the second substrate 40 is bonded, the flow path forming substrate 20 is thinned by polishing, and the pressure generating chamber 33 and the like are formed.
Also in this configuration, the surface of the vibration plate 21 on the pressure generation chamber 33 side inherits the fine uneven shape formed on the first substrate 20 and has fine unevenness.
Therefore, when an operator observes with a microscope for checking and inspecting the etching state, it is possible to easily focus on the surface of the diaphragm, making it possible to check and inspect with an inexpensive device with good work efficiency. Become. As a result, the manufacturing cost of the head can be reduced.

［第３の実施例］
図１５は、第３の実施例に係る液滴吐出ヘッドを説明する図である。
この図１５で説明する部分以外は、第１の実施例、第２の実施例と同様な構成である。
図１５に示す第３の実施例は、振動板２１が、圧力発生室３３側に形成された平坦化層２１eと圧電素子２２側に形成された振動板の主たる層２１ｄの少なくとも二層からなるものである。
もちろん、それ以外の膜を積層した構成としても良い。
ここでは、平坦化層２１eには０．２μｍ程度の厚みのＳＯＧ（Spin On Glass）を用い、振動板の主たる層２１ｄとして、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜を計１．０μｍ程度の厚みになるよう形成した。 [Third embodiment]
FIG. 15 is a diagram illustrating a droplet discharge head according to the third embodiment.
Except for the part described in FIG. 15, the configuration is the same as that of the first and second embodiments.
In the third embodiment shown in FIG. 15, the vibration plate 21 is composed of at least two layers of a planarization layer 21e formed on the pressure generating chamber 33 side and a main layer 21d of the vibration plate formed on the piezoelectric element 22 side. Is.
Of course, a structure in which other films are stacked may be used.
Here, SOG (Spin On Glass) having a thickness of about 0.2 μm is used for the planarizing layer 21e, and a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is about 1.0 μm in total as the main layer 21d of the diaphragm. It formed so that it might become thickness.

図１６は、第３の実施例に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図である。
図１６（ａ）に示すように、第１の実施例と同様に、流路形成基板である第１の基板２０として、面方位＜１００＞のシリコン単結晶基板を用いる。このとき、基板表面はミラー（ポリッシュ仕上げ）面ではなく、ＡＦＭで測定したときの平均面粗さ（Ｒａ）で、４ｎｍ〜１０ｎｍ程度の凹凸を有する面のものを用いる。
図１６（ｂ）に示すように、第１の基板２０の圧電素子２２が形成される側に、平坦化層２１ｅである、ＳＯＧ（Spin On Glass）を、デンシファイ後に０．２μｍ程度の厚さになるように成膜、デンシファイを行う。
ＳＯＧは、通常の半導体プロセスで広く用いられているＮＳＧ膜を用い、デンシファイは９００℃程度で行う。
ＳＯＧの平坦化作用は非常に優れており、その程度の厚みで十分な平坦化が可能である。
また、図１６（ｃ）に示すように、平坦化層２１e上に、振動板の主たる層２１ｄとして、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜を半導体製造工程で広く用いられている、ＬＰ−ＣＶＤ法により成膜する。 FIG. 16 is a diagram illustrating a manufacturing process of the droplet discharge head according to the third embodiment.
As shown in FIG. 16A, similarly to the first embodiment, a silicon single crystal substrate having a plane orientation <100> is used as the first substrate 20 which is a flow path forming substrate. At this time, the surface of the substrate is not a mirror (polished finish) surface, but a surface having irregularities of about 4 nm to 10 nm in terms of average surface roughness (Ra) as measured by AFM.
As shown in FIG. 16B, SOG (Spin On Glass), which is a planarizing layer 21e, is formed on the side of the first substrate 20 where the piezoelectric elements 22 are formed, and has a thickness of about 0.2 μm after densification. Then, film formation and densification are performed.
SOG uses an NSG film widely used in normal semiconductor processes, and densification is performed at about 900 ° C.
The planarization action of SOG is very excellent, and sufficient planarization is possible with such a thickness.
Further, as shown in FIG. 16C, on the planarization layer 21e, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is widely used in the semiconductor manufacturing process as the main layer 21d of the diaphragm. A film is formed by a CVD method.

本実施例では、成膜順に、シリコン酸化膜０．１５μｍ／シリコン窒化膜０．１５μｍ／シリコン酸化膜０．１５μｍ／シリコン窒化膜０．１５μｍ／シリコン酸化膜０．１５μｍの５層、合計０．７５μｍ成膜した。
シリコン窒化膜は、ヤング率が大きく、また引っ張り応力が強いため、同一の振動板剛性を得るのに比較的薄い厚さとすることができる。ただし、一度に厚く成膜するとクラックが発生するため、シリコン酸化膜との積層構成とした。
その後は第１の実施例と同様で、圧電素子２２を形成し、絶縁膜２３、配線２４を形成し、第２の基板（保護基板）４０を貼り合わせ、流路形成基板２０の研磨による薄板化、圧力発生室３３等の形成を行う。この構成においても、振動板２１の圧力発生室３３側の表面は、第１の基板２０に形成された微細な凹凸形状を引き継ぎ、微細な凹凸２１ａを有している。
そのため、圧力発生室３３形成後のエッチング状態の確認、検査のため作業者が顕微鏡で観察した時に、振動板の表面に容易にピント合わせをすることができ、良好な作業効率で、安価な装置で確認、検査が可能になる。その結果、ヘッドの製造コストを安価にすることができる。 In this embodiment, five layers of silicon oxide film 0.15 μm / silicon nitride film 0.15 μm / silicon oxide film 0.15 μm / silicon nitride film 0.15 μm / silicon oxide film 0.15 μm in total are formed in the order of film formation. A 75 μm film was formed.
Since the silicon nitride film has a large Young's modulus and a high tensile stress, the silicon nitride film can have a relatively thin thickness in order to obtain the same diaphragm rigidity. However, since a crack is generated when a thick film is formed at once, a laminated structure with a silicon oxide film is employed.
Thereafter, as in the first embodiment, the piezoelectric element 22 is formed, the insulating film 23 and the wiring 24 are formed, the second substrate (protective substrate) 40 is bonded together, and the thin plate is obtained by polishing the flow path forming substrate 20. The pressure generation chamber 33 and the like are formed. Also in this configuration, the surface of the vibration plate 21 on the pressure generating chamber 33 side inherits the fine uneven shape formed on the first substrate 20 and has fine unevenness 21a.
Therefore, when an operator observes with a microscope for confirmation and inspection of the pressure generation chamber 33 after formation, the surface of the diaphragm can be easily focused, and the apparatus is inexpensive and has good working efficiency. Confirmation and inspection will be possible. As a result, the manufacturing cost of the head can be reduced.

１記録ヘッド、１０ノズル板、１１ノズル孔、１１圧電素子振動空間、１５接着剤、２０流路形成基板（第１の基板）、２０ａ凹凸部、２１振動板、２１ａ凹凸部、２１ｂ主たる層、２１ｃ吸湿防止層、２１ｄ主たる層、２１e 平坦化層、２２圧電素子（圧力発生素子）、２２ａ下電極（下電極膜）、２２ｂ圧電体（圧電体層）、２２ｃ上電極（上電極膜）、２３絶縁膜、２４配線、２４ａ上電極配線、２４ｂ下電極用配線、２５電極端子部分、２６共通電極抵抗低減用裏打ち層、３０流路形成基板、３１液供給部、３２流体抵抗部、３３圧力発生室、４０保護基板（第２の基板）、４１凹部、４５バッキングプレート、４７液供給路、８１記録装置本体、８２印字機構部、８３用紙、８４給紙カセット、８５手差しトレイ、８６排紙トレイ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Recording head, 10 Nozzle plate, 11 Nozzle hole, 11 Piezoelectric element vibration space, 15 Adhesive, 20 Flow path formation board | substrate (1st board | substrate), 20a Irregularity part, 21 Vibrating plate, 21a Irregularity part, 21b Main layer, 21c Moisture absorption prevention layer, 21d main layer, 21e planarization layer, 22 piezoelectric element (pressure generating element), 22a lower electrode (lower electrode film), 22b piezoelectric body (piezoelectric layer), 22c upper electrode (upper electrode film), 23 Insulating film, 24 wiring, 24a upper electrode wiring, 24b lower electrode wiring, 25 electrode terminal part, 26 backing layer for common electrode resistance reduction, 30 flow path forming substrate, 31 liquid supply part, 32 fluid resistance part, 33 pressure Generation chamber, 40 protective substrate (second substrate), 41 recess, 45 backing plate, 47 liquid supply path, 81 recording apparatus main body, 82 printing mechanism, 83 paper, 84 Paper cassette, 85 Bypass tray, 86 sheet discharge tray

特開２００４−８２７２２公報JP 2004-82722 A 特開２００９−２７４２２６公報JP 2009-274226 A

Claims

A flow path forming substrate having a pressure generation chamber communicating with the nozzle hole, a vibration plate constituting an inner wall of the pressure generation chamber facing the nozzle hole, and a piezoelectric element provided on the vibration plate. In the manufacturing method of the liquid droplet ejection head,
A step of roughening one surface of the diaphragm by laminating the diaphragm on the one surface of the flow path forming substrate material having at least one surface roughened;
Forming a piezoelectric element on the diaphragm;
Forming the pressure generating chamber by performing etching using the vibration plate as an etching stop layer from the other surface of the material substrate to obtain the flow path forming substrate;
A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising:

In the manufacturing method of the droplet discharge head according to claim 1,
The piezoelectric element includes a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode that are sequentially formed on the diaphragm.
A method of manufacturing a droplet discharge head, wherein a surface roughness of a surface of the diaphragm on which the lower electrode is formed is smaller than a surface roughness on the material substrate side.

A droplet discharge head manufactured by the method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 1 or 2,
The droplet discharge head according to claim 1, wherein a surface of the vibration plate on the pressure generation chamber side is a rough surface to which a rough surface shape of the one surface of the material substrate is transferred.

An image forming apparatus equipped with a droplet discharge head for discharging droplets, wherein the droplet discharge head is the droplet discharge head according to claim 3.