JP2015062995A - Manufacturing method of ink jet head and ink jet head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドに関し、詳しくは、振動板の振動により圧力室に圧力変動を生じさせてノズル開口からインク滴を吐出するインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to an ink jet head manufacturing method and an ink jet head, and more specifically, an ink jet head manufacturing method and an ink jet head manufacturing method for causing ink droplets to be ejected from nozzle openings by causing pressure fluctuations in a pressure chamber by vibration of a diaphragm. About.
インクを吐出するノズル開口部と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、該振動板を圧電振動子により変形させて圧力発生室を加圧し、ノズル開口部からインク滴を吐出するインクジェットヘッドが知られている。 A part of the pressure generating chamber that communicates with the nozzle opening that ejects ink is constituted by a diaphragm, the diaphragm is deformed by a piezoelectric vibrator, the pressure generating chamber is pressurized, and ink droplets are ejected from the nozzle opening. Ink jet heads are known.
特許文献1には、SOI基板を用いた流路形成基板の製造方法において、シリコン層をエッチングして圧力室を形成する際に、エッチングストップ層(絶縁体層)によって容易且つ確実にエッチングを停止させて、圧力室を高精度に形成することが記載されている。
In
近年、インクジェット記録装置における高速、高精度記録の要望が高まり、ノズルの高密度配列が求められている。これに伴い、圧力室も高密度に配置する必要がある。 In recent years, the demand for high-speed and high-precision recording in an ink jet recording apparatus has increased, and a high-density array of nozzles has been demanded. Accordingly, it is necessary to arrange the pressure chambers at high density.
高密度配置の一つの手段として、個々の圧力室及び圧電振動子を小型化することが考えられる。しかし、インク吐出に必要な圧力を得るためにはある程度の面積が必要であるため、小型化には限界がある。 As one means of high-density arrangement, it is conceivable to downsize individual pressure chambers and piezoelectric vibrators. However, since a certain area is required to obtain the pressure necessary for ink ejection, there is a limit to downsizing.
高密度配置の他の手段として、圧力室や圧電素子を高密度に配置すると、隣接する圧力室を変形させる圧電素子の駆動により圧力変動が生じてしまい、吐出精度が低下する、所謂クロストークが発生するという問題があった。 As another means of high density arrangement, when pressure chambers and piezoelectric elements are arranged at high density, pressure fluctuations occur due to driving of the piezoelectric elements that deform the adjacent pressure chambers, so-called crosstalk that lowers discharge accuracy. There was a problem that occurred.
特許文献2、3には、隣接する圧電素子の間に凹部を設ける構成が記載されている。凹部を設けることにより、圧力室の変位量の増大や、クロストークの低減を可能としている。
しかるに、特許文献2、3に記載の技術には、以下のような問題があった。
However, the techniques described in
まず、特許文献2では、凹部が形成された振動板上に圧電体層を積層した構成となっている。しかし、凹部の形状だけでなく、凹部上の圧電層の膜厚もばらつきが生じ易い。その結果、かえって吐出精度が低下する問題があった。
First,
また、特許文献3では、少なくとも圧力室を形成する側壁に到達する深さの凹部を形成している。しかし、側壁に凹部を形成した場合、凹部の深さがばらついた場合に、隣接する圧力室に連通したノズルの吐出性能へ及ぼす影響が大きく、かえって吐出精度が低下する問題があった。
Moreover, in
そこで、本発明の課題は、クロストークの抑制とインク吐出精度の向上を好適に両立できるインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ink jet head manufacturing method and an ink jet head capable of suitably achieving both suppression of crosstalk and improvement of ink ejection accuracy.
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。 Other problems of the present invention will become apparent from the following description.
上記課題は、以下の各発明によって解決される。 The above problems are solved by the following inventions.
1.インクを吐出するためのノズル開口に連通する複数の圧力室が形成された流路形成基板と、前記圧力室の側壁の一部を構成する振動板を介して前記圧力室に対向する領域に設けられ、前記圧力室内に圧力変動を生じさせる複数の圧力発生手段と、前記流路形成基板の前記圧力発生手段が設けられた面から隣接する前記圧力発生手段の間を区切るように凹設された溝と、を備えるインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記振動板を構成する第1のシリコン層と、前記圧力室を形成するための第2のシリコン層と、該第1シリコン層と該第2のシリコン層との間に設けられ、該第1のシリコン層及び第2のシリコン層のエッチング条件においてエッチングされないか又は該第1のシリコン層及び第2のシリコン層よりエッチング速度が遅いエッチングストップ層とを積層して前記流路形成基板を形成した後、前記流路形成基板の前記第1のシリコン層の表面から前記エッチングストップ層に達するまでエッチングを行うことにより、該第1のシリコン層の厚みに等しい深さを有する前記溝を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
1. Provided in a region facing the pressure chamber via a flow path forming substrate in which a plurality of pressure chambers communicating with nozzle openings for discharging ink are formed, and a diaphragm constituting a part of the side wall of the pressure chamber A plurality of pressure generating means for causing pressure fluctuations in the pressure chamber and a recess formed so as to separate the pressure generating means adjacent to the surface of the flow path forming substrate on which the pressure generating means is provided. A method of manufacturing an inkjet head comprising a groove,
A first silicon layer constituting the diaphragm; a second silicon layer for forming the pressure chamber; and the first silicon layer and the second silicon layer. The flow path forming substrate is formed by laminating an etching stop layer that is not etched under the etching conditions of the silicon layer and the second silicon layer, or is etched at a slower etching rate than the first silicon layer and the second silicon layer. Thereafter, the groove having a depth equal to the thickness of the first silicon layer is formed by performing etching until the etching stop layer is reached from the surface of the first silicon layer of the flow path forming substrate. A method of manufacturing an ink-jet head.
2.前記溝が、隣接する圧力発生手段の間の中央部に少なくとも設けられていることを特徴とする前記1記載のインクジェットヘッドの製造方法。
2. 2. The method of manufacturing an ink-jet head according to
3.前記溝が、隣接する圧力発生手段が最も近接する位置に少なくとも設けられていることを特徴とする前記1又は2記載のインクジェットヘッドの製造方法。 3. 3. The method of manufacturing an ink-jet head according to claim 1 or 2, wherein the groove is provided at least at a position where adjacent pressure generating means is closest.
4.前記流路形成基板の前記第2のシリコン層の表面から前記エッチングストップ層に達するまでエッチングを行うことにより、該第2のシリコン層の厚みに等しい深さを有する前記圧力室を形成することを特徴とする前記1〜3の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。 4). Etching is performed from the surface of the second silicon layer of the flow path forming substrate until the etching stop layer is reached, thereby forming the pressure chamber having a depth equal to the thickness of the second silicon layer. 4. The method for producing an ink jet head according to any one of 1 to 3 above.
5.前記溝と前記圧力室とを、平面視において形成領域が重ならないように形成することを特徴とする前記1〜4の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5. The method for manufacturing an ink jet head according to any one of the
6.前記流路形成基板の前記第1のシリコン層の表面に、前記溝が形成される領域と重なる領域が除去された、前記複数の圧力発生手段を駆動させるための共通電極となる下電極層を形成し、次いで、前記下電極層をエッチングマスクとして前記溝のエッチングを行うことを特徴とする前記1〜5の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。 6). A lower electrode layer serving as a common electrode for driving the plurality of pressure generating means is formed by removing a region overlapping the region where the groove is formed on the surface of the first silicon layer of the flow path forming substrate. 6. The method of manufacturing an ink jet head according to any one of 1 to 5, wherein the groove is etched using the lower electrode layer as an etching mask.
7.前記エッチングストップ層の材質がSiO2であることを特徴とする前記1〜6の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。 7). The process for manufacturing an ink jet head according to any one of 1 to 6 the material of the etch stop layer is characterized by a SiO 2.
8.前記1〜7の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法により製造されたことを特徴とするインクジェットヘッド。 8). An inkjet head manufactured by the method for manufacturing an inkjet head according to any one of 1 to 7 above.
9.インクを吐出するためのノズル開口に連通する複数の圧力室が形成された流路形成基板と、前記圧力室の側壁の一部を構成する振動板を介して前記圧力室に対向する領域に設けられ、前記圧力室内に圧力変動を生じさせる複数の圧力発生手段と、前記流路形成基板の前記圧力発生手段が設けられた面から、隣接する前記圧力発生手段の間を区切るように凹設された溝と、を備えるインクジェットヘッドであって、前記流路形成基板は、前記振動板を構成する第1のシリコン層と、前記圧力室が形成された第2のシリコン層と、該第1シリコン層と該第2のシリコン層との間に設けられ、該第1のシリコン層及び第2のシリコン層のエッチング時にエッチングされないか又は該第1のシリコン層及び第2のシリコン層よりエッチング速度が遅いエッチングストップ層とを積層して成り、前記溝は、前記第1のシリコン層の厚みに等しい深さを有することを特徴とするインクジェットヘッド。 9. Provided in a region facing the pressure chamber via a flow path forming substrate in which a plurality of pressure chambers communicating with nozzle openings for discharging ink are formed, and a diaphragm constituting a part of the side wall of the pressure chamber A plurality of pressure generating means for causing pressure fluctuations in the pressure chamber and a surface provided with the pressure generating means of the flow path forming substrate so as to separate the adjacent pressure generating means. An ink-jet head comprising: a first silicon layer constituting the diaphragm; a second silicon layer in which the pressure chamber is formed; and the first silicon. Between the first silicon layer and the second silicon layer, and is not etched when the first silicon layer and the second silicon layer are etched, or has an etching rate higher than that of the first silicon layer and the second silicon layer. slow Made by laminating a Tsu quenching stop layer, wherein the groove is an ink jet head is characterized by having a depth equal to the thickness of the first silicon layer.
10.前記溝が、隣接する圧力発生手段の間の中央部に少なくとも設けられていることを特徴とする前記9記載のインクジェットヘッド。 10. 10. The ink jet head according to 9, wherein the groove is provided at least in a central portion between adjacent pressure generating means.
11.前記溝が、隣接する圧力発生手段が最も近接する位置に少なくとも設けられていることを特徴とする前記9又は10記載のインクジェットヘッド。 11. 11. The ink jet head according to claim 9, wherein the groove is provided at least at a position where adjacent pressure generating means is closest.
12.前記圧力室は、前記第2のシリコン層の厚みに等しい深さを有することを特徴とする前記9〜11の何れかに記載のインクジェットヘッド。 12 The inkjet head according to any one of 9 to 11, wherein the pressure chamber has a depth equal to a thickness of the second silicon layer.
13.前記溝と前記圧力室とは、平面視において形成領域が重ならないように設けられていることを特徴とする前記9〜12の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。 13. 13. The method of manufacturing an ink jet head according to any one of 9 to 12, wherein the groove and the pressure chamber are provided so that formation regions do not overlap in a plan view.
14.前記エッチングストップ層の材質がSiO2であることを特徴とする前記9〜13の何れかに記載のインクジェットヘッド。 14 The inkjet head according to any one of the 9 to 13 the material of the etch stop layer is characterized by a SiO 2.
本発明によれば、クロストークの抑制とインク吐出精度の向上を好適に両立できるインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and inkjet head of an inkjet head which can carry out the compatibility of suppression of crosstalk and the improvement of ink discharge precision suitably can be provided.
以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係るインクジェットヘッドが備えるヘッド基板の一例を示す平面図である。また、図2は、図1の(ii)−(ii)線平面図、図3は、図1の(iii)−(iii)線断面図であり、ヘッド基板の層構成を示している。 FIG. 1 is a plan view showing an example of a head substrate provided in an ink jet head according to the present invention. 2 is a plan view taken along line (ii)-(ii) of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line (iii)-(iii) of FIG. 1, showing the layer structure of the head substrate.
H1はヘッド基板であり、該ヘッド基板H1は、流路形成基板1、圧電素子2、中間プレート3、ノズルプレート4から構成されている。
H1 is a head substrate, and the head substrate H1 includes a flow
流路形成基板1は、エッチングストップ層13とその両面に設けられた共にSiからなる第1のシリコン層11及び第2のシリコン層12とで構成されている。
The flow
エッチングストップ層13は、流路形成基板1の両表面(第1のシリコン層11及び第2のシリコン層12の各表面)から当該エッチングストップ層13に向けて進行するエッチングを、当該エッチングストップ層13に到達したところで停止し得る機能を有する。
The
従って、エッチングストップ層13は、両面に設けられた第1のシリコン層11及び第2のシリコン層12と接する面が、該第1のシリコン層11及び第2のシリコン層12を構成するSiとは異なる材質から構成されている。このような材質としては、第1のシリコン層11及び第2のシリコン層12をエッチングするエッチング条件において、エッチングされないか、又は該第1のシリコン層11及び第2のシリコン層12よりエッチング速度が遅いものが用いられ、具体的には、SiO2、SiN、SiC等を好ましく例示できる。
Accordingly, the
エッチングストップ層として機能し得るSiO2層の両面に、シリコン層を有する基板として、トランジスタ分野において所謂SOI(Silicon On Insulator)基板と称されるものが知られており、本発明における流路形成基板として好ましく用いることができる。 As a substrate having silicon layers on both sides of an SiO 2 layer that can function as an etching stop layer, what is called a so-called SOI (Silicon On Insulator) substrate in the transistor field is known. Can be preferably used.
流路形成基板1を構成する第2のシリコン層12には、インクを吐出するためのノズル開口41に連通する複数の圧力室120が形成されている。
A plurality of
圧力室120は、第2のシリコン層12の厚みと同じ深さ(図2及び3における上下方向の深さ)を有している。
The
121は共通流路であり、該共通流路121は、不図示のインクタンクに連通さると共に、圧力室120ごとに設けられたインク供給路122を介して、各圧力室120に連通されている。
これにより、インクタンクからのインクが、共通流路121からインク供給路122を介して各圧力室120に供給可能とされている。
As a result, ink from the ink tank can be supplied from the
共通流路121及びインク供給路122は、流路形成基板1の第2のシリコン層12に設けられ、圧力室120と同様に、該第2のシリコン層12の厚みと同じ深さを有している。
The
流路形成基板1の下面(第2のシリコン層12側の面)には、中間プレート3を介してノズルプレート4が接合されている。
The
中間プレート3は、例えばガラス基板(テンパックスガラス)等により構成され、流路形成基板1の下面と陽極接合されている。
The
中間プレート3には、圧力室120とノズルプレート4に形成されたノズル開口41とに連通する貫通孔30が設けられている。
The
ノズルプレート4は、下面4aに液滴を吐出するためのノズル開口41を形成する貫通孔40を備えている。
The
ノズルプレート4は、該ノズルプレート4に設けられた貫通孔40が、中間プレートに設けられた貫通孔30と連通するように、中間プレート3に接合されている。これにより、ノズル開口41が圧力室120と連通している。
The
ノズルプレート4のノズル開口41が設けられた下面4aには、撥インク膜が設けられていることが好ましい。
An ink repellent film is preferably provided on the
圧電素子2は、流路形成基板1の上面(第1のシリコン層11側の面)1aに、各圧力室120に対応して複数設けられている。より具体的には、圧電素子2は、圧力室120の側壁の一部となる第1のシリコン層11及びエッチングストップ層13から構成される振動板10を介して各圧力室120に対向する領域に設けられている。
A plurality of
圧力発生手段となる圧電素子2は、駆動電圧が印加されることで変形し、振動板10を介して、該圧力室120内に圧力変動を生じさせる機能を有している。
The
図示の例において、圧電素子2は、駆動電極からの駆動電圧の印加によって変形する。
In the illustrated example, the
圧電素子2は、流路形成基板1の上面1aに設けられ共通電極となる下電極層21と、該圧電素子2の上面に設けられ個別電極となる上電極層22との間に積層されており、これにより、駆動電圧の印加が可能とされている。
The
圧電素子2及び該圧電素子に駆動電圧を印加するための電極21、22は、接着層を介して流路形成基板1の上面1aに接合されていてもよいし、成膜及びリソグラフィ法により流路形成基板1の上面1aに形成されていてもよい。
The
流路形成基板1の上面1a、即ち流路形成基板1の圧電素子2が設けられた第1のシリコン層11の表面には、隣接する圧電素子2の間を区切るように溝110が凹設されている。
On the
本発明に係るインクジェットヘッドにおいて、溝110は、流路形成基板の第1のシリコン層11の表面からエッチングストップ層に達するまでエッチングされることで凹設されている。
In the inkjet head according to the present invention, the
即ち、本発明に係るインクジェットヘッドにおいて、溝110は、溝底の位置がエッチングストップ層13に達する位置で規定されており、第1のシリコン層11の厚みに等しい深さを有している。なお、本発明でいう「溝110の深さ」とは、流路形成基板1の上面(第1のシリコン層11の表面)1aからエッチングストップ層側に向かう深さを指す。
That is, in the ink jet head according to the present invention, the
これにより、隣接する圧電素子2間における溝110の深さが、どの圧電素子2間においても均一となり、圧電素子2間におけるクロストークを均一に防止でき、更に圧力室120の変位量も高精度に均一化できるため、クロストークの抑制とインク吐出精度の向上を好適に両立できる効果が得られる。
As a result, the depth of the
以上の説明では、溝110が、隣接する圧力室120間ごとに独立して複数設けられる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に説明するように、1つの溝が、隣接する圧力室間の2以上の複数に共通して設けられていてもよい。
In the above description, the case where a plurality of
図4は、本発明に係るインクジェットヘッドが備えるヘッド基板の他の例を示す平面図である。図中、図1〜3と同符号は同一構成を指している。 FIG. 4 is a plan view showing another example of a head substrate provided in the ink jet head according to the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS.
図示のヘッド基板H2においては、1列のノズル開口41列が、各々が複数の圧力室120を並設してなる2列の圧力室120列によって形成されている。
In the illustrated head substrate H <b> 2, one row of
2列の圧力室120列は、各列の圧力室120が互いに千鳥状に配設されるように並列されている。
The two rows of
これら千鳥状に隣接する圧力室120間の複数に共通して、図1〜3の例と同様の深さを有する1つの溝110が設けられている。
One
これにより、隣接する圧電素子2間における溝110の深さが、どの圧電素子2間においても均一となり、圧電素子2間におけるクロストークを均一に防止でき、更に圧力室120の変位量も高精度に均一化できるため、クロストークの抑制とインク吐出精度の向上を好適に両立できる効果が得られる。
As a result, the depth of the
本発明において、溝110は、平面視において圧力室120と重ならない領域に少なくとも設けられることが好ましい。なお、本発明において、「平面視」とは、「一方のシリコン層12のエッチングストップ層11と固着される面」や「他方のシリコン層13のエッチングストップ層11と固着される面」と直交する方向から見ることと同義である。
In the present invention, the
本発明において、好ましくは、溝110と圧力室120とは、平面視において形成領域が重ならないように形成されていることであり、これにより振動板10の安定性が向上し、インク吐出精度を更に向上できる効果が得られる。
In the present invention, preferably, the
より具体的には、図3及び図4に示されるように、溝110は、平面視において、隣接する圧力室120間の中央部に少なくとも設けられていることが好ましい。
More specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, the
また、図3及び図4に示されるように、溝110は、平面視において、隣接する圧力室120が最も近接する位置に少なくとも設けられることが好ましい。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the
溝110の幅は、格別限定されるものではないが、該溝110の深さ(即ち他方のシリコン層の厚さ)の0.5倍以上2倍以下の範囲であることが好ましい。
The width of the
また、溝110の幅は、隣接する圧力室120間の最近接距離の0.1倍以上0.3倍以下の範囲であることが好ましい。
The width of the
溝の深さは、圧力室120の深さが第2のシリコン層12の厚みと同じに設けられる場合は、「流路形成基板1の厚み」=「圧力室120の深さ」+「エッチングストップ層13の厚み」+「溝110の深さ」の関係式を満たす。
When the depth of the
また、本発明においては、流路形成基板1の上面1aに設けられる下電極層21は、該上面1aのうち、溝110の内部乃至上部を覆わないように該上面1aに設けられることが好ましい。これにより、高精度に形成された溝110の均一性を損なうことがなく、クロストークの抑制とインク吐出精度の向上をより好適に両立できる。
In the present invention, the
以上の説明では、溝110の形状が直線状である場合について示したが、本発明において、溝110の形状は必ずしも直線状である必要はなく、曲線状であってもよい。
In the above description, the case where the shape of the
また、溝110の幅は、1つの溝110全体が必ずしも等幅である必要はなく、溝110の深さ方向、あるいは溝110の長さ方向(流路形成基板1の上面1aに平行な方向)で、部分的に変化していてもよい。
In addition, the width of the
また、流路形成基板1において、第1のシリコン層11、第2のシリコン層12及びエッチングストップ層13の各厚みは、格別限定されるものではないが、第1のシリコン層11の厚みは5μm以上50μm以下の範囲であることが好ましく、第2のシリコン層12の厚みは50μm以上200μm以下の範囲であることが好ましく、エッチングストップ層の厚みは0.5μm以上2μm以下の範囲であることが好ましい。
In the flow
次に、以上に説明したインクジェットヘッドを製造するための本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法について説明する。 Next, an inkjet head manufacturing method according to the present invention for manufacturing the inkjet head described above will be described.
図5は、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法の第1態様を説明する図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining a first aspect of the method of manufacturing an ink jet head according to the present invention.
まず、エッチングストップ層13とその両面に設けられた共にSiからなる第1のシリコン層11及び第2のシリコン層12とで構成された流路形成基板1を用意する(図5(a))。ここで、流路形成基板1の上面(第1のシリコン層11側の表面)1aには、あらかじめ下電極層21が積層されている。
First, a flow
次いで、流路形成基板1の第2のシリコン層12における所定領域を、該第2のシリコン層12の表面から、好ましくはエッチングストップ層に達するまでエッチングすることにより、圧力室120を形成する(図5(b))。
Next, the
次いで、流路形成基板1の第1のシリコン層11における所定領域を、該第1のシリコン層11の表面からエッチングストップ層に達するまでエッチングすることにより、溝110を形成する(図5(c))。このとき、下電極層21の所定領域、すなわち溝110が形成される領域と重なる領域をあらかじめリソグラフィ法により除去しておくことによって、該下電極層21をエッチングマスクとして溝110のエッチングを行うことができ、溝110を精度良く形成できるため好ましい。
Next, by etching a predetermined region in the
次いで、流路形成基板1の上面1aの圧力室に対応する領域に、下電極層21を介して、圧電素子2及び上電極層22を接合する(図5(d))。
Next, the
次いで、流路形成基板1の第2のシリコン層12側の面に、貫通孔30が設けられた中間プレート3を介して、一端がノズル開口41となる貫通孔40が設けられたノズルプレート4を接合して、ヘッド基板H3が得られる(図5(e))。
Next, the
一方、図6は、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法の第2態様を説明する図である。 On the other hand, FIG. 6 is a figure explaining the 2nd aspect of the manufacturing method of the inkjet head based on this invention.
まず、エッチングストップ層13とその両面に設けられた共にSiからなる第1のシリコン層11及び第2のシリコン層12とで構成された流路形成基板1を用意する(図6(a))。
First, a flow
次いで、流路形成基板1の上面(第1のシリコン層11の表面)1aに、下電極層21、圧電体層(圧電素子)2、及び上電極層22を成膜すると共に、各層21、2、22をリソグラフィ法により所定の形状にパターン加工する(図6(b))。
Next, the
次いで、流路形成基板1の第1のシリコン層11における所定領域を、該第1のシリコン層11の表面からエッチングストップ層に達するまでエッチングすることにより、溝110を形成する(図6(c))。このとき、下電極層21の所定領域、すなわち溝110が形成される領域と重なる領域をあらかじめリソグラフィ法により除去しておくことによって、該下電極層21をエッチングマスクとして溝110のエッチングを行うことができ、溝110を精度良く形成できるため好ましい。
Next, a predetermined region in the
次いで、流路形成基板1の第2のシリコン層12における所定領域を、該第2のシリコン層12の表面から、好ましくはエッチングストップ層に達するまでエッチングすることにより、圧力室120を形成する(図6(d))。
Next, the
次いで、流路形成基板1の第2のシリコン層12側の面に、貫通孔30が設けられた中間プレート3を介して、一端がノズル開口41となる貫通孔40が設けられたノズルプレート4を接合して、ヘッド基板H4が得られる(図6(e))。
Next, the
以上のようにして、図1〜4にて説明したものと同様の溝110を備えたヘッド基板を有するインクジェットヘッドを製造することができる。
As described above, an ink jet head having a head substrate having the
本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法では、溝110のエッチング時にエッチングストップ層13を利用するから、溝底の位置が該エッチングストップ層13に達する位置で規定され、溝110に対して、第1のシリコン層11の厚みに等しい深さを高精度に付与することができる。
In the inkjet head manufacturing method according to the present invention, since the
これにより、隣接する圧電素子2間における溝110の深さが、どの圧電素子2間においても均一とすることができ、圧電素子2間におけるクロストークを均一に防止でき、更に圧力室120の変位量も高精度に均一化できるため、クロストークの抑制とインク吐出精度の向上を好適に両立できる効果が得られる。
Thereby, the depth of the
本発明において、溝110及び圧力室120を形成するためのエッチング方法は格別限定されないが、エッチングストップ層13の材質がSiO2の場合は、6フッ化硫黄(SF6)等のエッチングガスを用いたドライエッチング法を好ましく用いることができる。
In the present invention, the etching method for forming the
また、溝110及び圧力室120を形成するためのエッチングに際しては、エッチングマスクを用いることが好ましく、特に上述したように、溝110を形成する際に、共通電極となる下電極層21をエッチングマスクとして用いることが好ましい。
In the etching for forming the
また、本発明において、(イ)第1のシリコン層11に溝110を形成する工程、(ロ)第2のシリコン層12に圧力室120を形成する工程、及び(ハ)流路形成基板1の上面1aに圧電素子を形成する工程は、如何なる順で行われてもよい。特に、エッチングストップ層を用いる本発明では、エッチングによって、溝110の形成(上記(イ)工程)と圧力室120の形成(上記(ロ)工程)を同時に行う場合においても、高精度に溝110及び圧力室120を形成できるため、より簡単に、クロストークの抑制とインク吐出精度の向上を好適に両立できる効果を奏する。
In the present invention, (a) a step of forming a
1:流路形成基板
10:振動板
11:第1のシリコン層
110:溝
12:第2のシリコン層
120:圧力室
121:共通流路
122:インク供給路
13:エッチングストップ層
1a:上面
2:圧電素子(圧電体層)
21:下電極層(共通電極)
22:上電極層(個別電極)
3:中間プレート
30:貫通孔
4:ノズルプレート
40:貫通孔
41:ノズル開口
4a:下面
H1〜H4:ヘッド基板
1: flow path forming substrate 10: diaphragm 11: first silicon layer 110: groove 12: second silicon layer 120: pressure chamber 121: common flow path 122: ink supply path 13:
21: Lower electrode layer (common electrode)
22: Upper electrode layer (individual electrode)
3: Intermediate plate 30: Through hole 4: Nozzle plate 40: Through hole 41:
Claims (14)
前記圧力室の側壁の一部を構成する振動板を介して前記圧力室に対向する領域に設けられ、前記圧力室内に圧力変動を生じさせる複数の圧力発生手段と、
前記流路形成基板の前記圧力発生手段が設けられた面から隣接する前記圧力発生手段の間を区切るように凹設された溝と、
を備えるインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記振動板を構成する第1のシリコン層と、前記圧力室を形成するための第2のシリコン層と、該第1シリコン層と該第2のシリコン層との間に設けられ、該第1のシリコン層及び第2のシリコン層のエッチング条件においてエッチングされないか又は該第1のシリコン層及び第2のシリコン層よりエッチング速度が遅いエッチングストップ層とを積層して前記流路形成基板を形成した後、
前記流路形成基板の前記第1のシリコン層の表面から前記エッチングストップ層に達するまでエッチングを行うことにより、該第1のシリコン層の厚みに等しい深さを有する前記溝を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 A flow path forming substrate in which a plurality of pressure chambers communicating with nozzle openings for discharging ink are formed;
A plurality of pressure generating means provided in a region facing the pressure chamber via a diaphragm constituting a part of a side wall of the pressure chamber, and causing pressure fluctuation in the pressure chamber;
A groove recessed so as to divide between the pressure generating means adjacent to the surface of the flow path forming substrate provided with the pressure generating means;
An inkjet head manufacturing method comprising:
A first silicon layer constituting the diaphragm; a second silicon layer for forming the pressure chamber; and the first silicon layer and the second silicon layer. The flow path forming substrate is formed by laminating an etching stop layer that is not etched under the etching conditions of the silicon layer and the second silicon layer, or is etched at a slower etching rate than the first silicon layer and the second silicon layer. rear,
Etching is performed from the surface of the first silicon layer of the flow path forming substrate to the etching stop layer, thereby forming the groove having a depth equal to the thickness of the first silicon layer. A method for manufacturing an inkjet head.
次いで、前記下電極層をエッチングマスクとして前記溝のエッチングを行うことを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。 A lower electrode layer serving as a common electrode for driving the plurality of pressure generating means is formed by removing a region overlapping the region where the groove is formed on the surface of the first silicon layer of the flow path forming substrate. Forming,
6. The method for manufacturing an ink jet head according to claim 1, wherein the groove is etched using the lower electrode layer as an etching mask.
前記圧力室の側壁の一部を構成する振動板を介して前記圧力室に対向する領域に設けられ、前記圧力室内に圧力変動を生じさせる複数の圧力発生手段と、
前記流路形成基板の前記圧力発生手段が設けられた面から、隣接する前記圧力発生手段の間を区切るように凹設された溝と、
を備えるインクジェットヘッドであって、
前記流路形成基板は、前記振動板を構成する第1のシリコン層と、前記圧力室が形成された第2のシリコン層と、該第1シリコン層と該第2のシリコン層との間に設けられ、該第1のシリコン層及び第2のシリコン層のエッチング時にエッチングされないか又は該第1のシリコン層及び第2のシリコン層よりエッチング速度が遅いエッチングストップ層とを積層して成り、
前記溝は、前記第1のシリコン層の厚みに等しい深さを有することを特徴とするインクジェットヘッド。 A flow path forming substrate in which a plurality of pressure chambers communicating with nozzle openings for discharging ink are formed;
A plurality of pressure generating means provided in a region facing the pressure chamber via a diaphragm constituting a part of a side wall of the pressure chamber, and causing pressure fluctuation in the pressure chamber;
A groove that is recessed so as to separate the adjacent pressure generating means from the surface of the flow path forming substrate on which the pressure generating means is provided;
An inkjet head comprising:
The flow path forming substrate includes a first silicon layer constituting the diaphragm, a second silicon layer in which the pressure chamber is formed, and between the first silicon layer and the second silicon layer. And is formed by stacking an etching stop layer that is not etched at the time of etching the first silicon layer and the second silicon layer or has an etching rate slower than that of the first silicon layer and the second silicon layer,
The inkjet head according to claim 1, wherein the groove has a depth equal to a thickness of the first silicon layer.
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