JP3564853B2 - Method of manufacturing ink jet head and printer using the head - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク滴を紙等に吐出し印字するインクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドおよびその製造方法、更にはそのインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、インクジェット記録装置には、ますます高解像度で高速な印刷が要求されている。この要求に応えるために、たとえば、特開平7−96605号公報で開示されているようなインクジェット記録装置が提案されている。このインクジェット記録装置では、インクを加圧・吐出するための圧力室を形成するために、(110)面方位の単結晶Si基板の両面からアルカリ液による湿式異方性エッチングにより貫通部を形成し、このSi基板をスペーサとして使用している。Si基板をエッチングにより加工して得られる3次元形状は高精度であり、したがって、高精細な印刷が得られるインクジェット記録装置を得ることができた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来技術によるアルカリ液による湿式異方性エッチングにより貫通部を形成する方法では、必然的に隣合う圧力室間の壁部は、用いたSi基板の厚みと同一の幅を有する板状のSiであり、インクを吐出するために前記貫通部からなる圧力室中のインクに圧力を加えた場合に前記壁部が剛性不足により変形し、高周波駆動におけるインク吐出が安定しなくなるおそれがある。さらなる高精細化、高速印刷化の要求に対し圧力室の幅を小さくしてノズル密度を向上する場合は、前記壁部の厚みも小さくしなければならず、すなわち、インクジェット記録装置の高精細・高速化に伴い、前記壁部の剛性が低下し、かえって、微小インク滴を吐出する場合の高速吐出特性が悪化するという矛盾を抱えていた。
【0004】
そこで本発明は、上記したような課題を解決するもので、その目的とするところは高精細かつ高速印刷のインクジェット記録装置に必要とされるインク流路の剛性が高く、微小インク滴の高周波吐出が可能であるインクジェットヘッドを提供するところにある。また、本発明のその他の目的は、微小インク滴の高周波吐出が可能であるインクジェットヘッドを安価に提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドは、インクキャビティと、インクリザーバと、インクキャビティとインクリザーバとを連結する供給路が形成されたSi基板を構成部材とするインクジェットヘッドにおいて、前記インクキャビティは前記Si基板にドライエッチングした後にアルカリ液によるエッチングで形成することを特徴とする。
【0006】
また、インクキャビティと、インクリザーバと、インクキャビティとインクリザーバとを連結する供給路と、インク吐出用のノズルが形成されたSi基板を構成部材とするインクジェットヘッドにおいて、前記インクキャビティが前記Si基板の一方の面から所定の深さまでドライエッチングにより加工されたものであり、インク吐出用のノズルが前記Si基板の他方の面から前記インクキャビティに対応した位置に加工され、かつ前記インクキャビティと前記ノズルとは連通していることを特徴とし、また、前記ノズルはドライエッチングにより加工されてなることを特徴とする。
【0007】
また、前記Si基板が(110)面方位の単結晶Siであることを特徴とする。
【0008】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インクキャビティまたはインクキャビティおよびノズルのドライエッチング方法がTM法であることを特徴とする。
【0009】
また、前述のインクジェットヘッドを有することを特徴とするインクジェットプリンタであることを特徴とする。
【0010】
なお、TM法(タイムモジュレイティド法)とは、ドライエッチングにおいて、高アスペクト比の構造を得るための方法であり、エッチングの最中にエッチングにより加工された凹部の側壁を保護するためにエッチング反応を生じさせる化学種(ラジカル、イオン等)を発生させるサイクルと、側壁を保護するための保護膜を堆積させるサイクルとを交互に行うエッチングのことである(産業図書株式会社「半導体ドライエッチング技術」336ページ参照)。このTM法を用いることにより、インクキャビティおよびノズルの側壁をSi基板表面に対し垂直に加工できるため、インク吐出特性に関して最適な形状を形成できる。また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記インクキャビティを前記Si基板の一方の面から所定の深さまでTM法を用いたドライエッチングにより加工したのちに前記Si基板をアルカリエッチング液で処理することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例(第1の実施例)について、詳細に説明する。
【0012】
図1は、本発明の第1の実施例におけるインクジェットヘッドの主要部分の斜視図であり、一部断面を示してある。本実施例におけるインクジェットヘッドは、Si基板1表面に対し垂直に加工されたインクキャビティ3と、インクリザーバ5と、インクキャビティ3とインクリザーバ5とを連通する供給路4が形成されたSi基板1と、ノズル6が形成されたノズルプレート2とを接合してなる構造であり、Si基板1は、(110)面方位単結晶Siである。
【0013】
また、図1に示したインクジェットヘッドの製造工程図を図2に示す。板厚150ミクロンのSi基板1を摂氏1100度、水蒸気を含む雰囲気下で、4時間の熱処理を行い、Si基板1の両面に熱酸化膜7・8を形成し(図2(a))、ついで、熱酸化膜7にフォトエッチングによりインクキャビティ3および供給路4およびインクリザーバ5に対応するパターンを形成する。その際、インクキャビティ3およびインクリザーバ5に対応するパターンでは熱酸化膜7をすべて除去するのに対し、供給路4に対応するパターンでは熱酸化膜7の総厚1.5ミクロンのうち、1ミクロンを残すようにエッチングを行い熱酸化膜7aとする(図2(b))が、その方法は、本出願人が特開平5−62964号公報により開示した方法による。次に、Si基板1の熱酸化膜7の側に対し、TM法によるドライエッチングを施し、Si基板1を貫通するまでのエッチングにより、インクキャビティ3およびインクリザーバ5が形成される(図2(c))。TM法におけるエッチングガスとしては6フッ化イオウを、側壁保護膜の堆積用ガスとしては4塩化炭素を用い、これらのガスを交互にドライエッチング装置に供給することによって、Si基板1に深い垂直穴を形成できる。上記のドライエッチングにおいては、Si基板1と熱酸化膜7とのエッチングレート比(選択比)は、約200程度であり、上記のドライエッチングが終了した時点での熱酸化膜7の厚みは約0.75ミクロン、また、供給路4に対応するパターンの熱酸化膜7aの厚みは約0.25ミクロンとなっている。次に、Si基板1を熱酸化膜7aが丁度除去できるような条件により、フッ酸系エッチング液による処理を行い(図2(d))、ついで、Si基板1の熱酸化膜7の側に対し、さらにTM法によるドライエッチングを施し、深さ50ミクロンの供給路4を形成する(図2(e))。最後に、Si基板1にフッ酸系エッチング液による処理を行い、熱酸化膜7および7aおよび8をすべて除去し(図2(f))、Si基板1とインクキャビティ3に対応して、インク吐出用のノズル6が形成されたノズルプレート2とを接合、アクチュエータ等の部品(図示しない)とともに組み立て、インクジェットヘッドが完成する。本実施例においては、Si基板1にTM法によるドライエッチングを施すことで、従来のインクジェットヘッドに比較して隣合う圧力室間の壁部の面積を激減させた小さなインクキャビティ3を形成することができ、したがってインク流路剛性の高いインクジェットヘッドを提供することができた。インク流路剛性が高いことで、アクチュエータからの入力によるインク流路の変形が小さく、すなわち、応答周波数が高く、高速でインク吐出ができるインクジェットヘッドを提供することができた。本実施例におけるインクジェットヘッドでは、10kHzまでの周波数でインク吐出の各特性(インク滴重量、インク吐出速度等)が安定していた。また、本実施例では、Si基板として、(110)面方位の単結晶Siを用いたが、他の面方位、たとえば(100)や(111)面方位の単結晶Siを用いても、得られる効果は全く同一である。
【0014】
次に、本発明の別の実施例(第2の実施例)について詳細に説明する。
【0015】
図3は、本発明の第2の実施例におけるインクジェットヘッドの主要部分の斜視図であり、一部断面を示してある。図3に示したように、本実施例におけるインクジェットヘッドは、Si基板1b表面に対し垂直に加工されたインクキャビティ3bと、インクリザーバ5bと、インクキャビティ3bとインクリザーバ5bとを連通する供給路4bと、各インクキャビティ3bに対応したインク吐出用のノズル6bが形成されたSi基板1bと、アクチュエータ等の部品(図示しない)とを組み立ててなる構造であり、Si基板1bは、(110)面方位単結晶Siである。図3に示したインクジェットヘッドの製造工程を図4に示す。本発明の第1の実施例の場合と同様に、板厚150ミクロンのSi基板1bの両面に熱酸化膜7bおよび8bを形成し(図4(a))、ついで熱酸化膜7bにインクキャビティ3bおよび供給路4bおよびインクリザーバ5bに対応するパターンを、また熱酸化膜8bにはノズル6bに対応するパターンを形成する(図4(b))。その際、インクキャビティ3bおよび供給路4bおよびインクリザーバ5bに対応するパターンの形成は、上記の本発明の第1の実施例の場合と全く同一の工程で行い、すなわち、インクキャビティ3bおよびインクリザーバ5bに対応するパターンでは熱酸化膜7bのすべてを除去するのに対し、供給路4bに対応するパターンでは熱酸化膜7bの総厚1.5ミクロンのうち、1ミクロンを残すようにエッチングを行い、熱酸化膜7cとする(図4(b))。次に、Si基板1bの熱酸化膜8bの側に本発明の第1の実施例の場合と同様にTM法によるドライエッチングを施し、ノズル6bとなるべき深さ20ミクロンの凹部を形成する(図4(c))。次に、Si基板1bの熱酸化膜7b側のドライエッチング処理およびフッ酸系エッチング液処理を、本発明の第1の実施例と同様に行うことにより、インクキャビティ3bおよび供給路4bおよびインクリザーバ5bを形成するが、インクキャビティ3bおよびインクリザーバ5bの深さは135ミクロンとする(図4(d))。その結果、インクキャビティ3bを形成する際に、すでに形成されているノズル6bとなるべき凹部の底面が貫通し、インクキャビティ3bとノズル6bとが連通する。最後に、Si基板1b全体をフッ酸系エッチング液に浸漬し、熱酸化膜7bおよび7cおよび8bを除去し(図4(e))、Si基板1bとアクチュエータ等の部品(図示しない)とを組み立て、インクジェットヘッドが完成する。本実施例においては、Si基板1bの両面にTM法によるドライエッチングを施すことで、同一のSi基板1bに従来のインクジェットヘッドに比較して隣合う圧力室間の壁部の面積を激減させた小さなインクキャビティ3bとインクキャビティ3bに対応するノズル6bとを形成することができ、したがってインク流路剛性の高いインクジェットヘッドを提供することができた。インク流路剛性が高いことで、アクチュエータからの入力によるインク流路の変形が小さく、すなわち、応答周波数が高く、高速で安定したインク吐出ができるインクジェットヘッドを提供することができた。実際には、本実施例におけるインクジェットヘッドでは、10kHzまでの周波数でインク吐出の各特性(インク滴重量、インク吐出速度等)が安定していた。また、本実施例ではノズル6bが形成された別の部品を用いることなく、さらには、個々のインクキャビティ3bとそれに対応するノズル6bとの位置合わせをフォト工程にて行うことができたため、通常の治具を用いた組み立て工程に比較して簡単に高精度の位置合わせが実現でき、かつ、部品点数の削減と、組み立て工程の削減が実現でき、すなわち、安価に高品質のインクジェットヘッドを提供することができた。また、本実施例では、Si基板として、(110)面方位の単結晶Siを用いたが、他の面方位、たとえば(100)や(111)面方位の単結晶Siを用いても、得られる効果は全く同一である。
【0016】
次に、本発明のさらに別の実施例(第3の実施例)について詳細に説明する。
【0017】
図5は、本発明の第3の実施例におけるインクジェットヘッドの主要部分の斜視図であり、一部断面を示してある。図5に示したように、本実施例におけるインクジェットヘッドは、Si基板1d表面に対し垂直に加工されたインクキャビティ3dと、インクリザーバ5dと、インクキャビティ3dとインクリザーバ5dとを連通する供給路4dと、各インクキャビティ3dに対応したインク吐出用のノズル6dが形成されたSi基板1dと、アクチュエータ等の部品(図示しない)とを組み立ててなる構造であり、Si基板1dは、(110)面方位単結晶Siである。図5に示したインクジェットヘッドの製造工程を図6に示す。本発明の第1の実施例の場合と同様に、板厚150ミクロンのSi基板1dの両面に熱酸化膜7dおよび8dを形成し(図6(a))、ついで熱酸化膜7dにインクキャビティ3dおよび供給路4dおよびインクリザーバ5dに対応するパターンを、また熱酸化膜8dにはノズル6dに対応するパターンを形成する。その際、インクキャビティ3dおよび供給路4dおよびインクリザーバ5dに対応するパターンの形成は上記の本発明の第1の実施例の場合と全く同一の工程で行い、すなわち、インクキャビティ3dおよびインクリザーバ5dに対応するパターンでは熱酸化膜7dのすべてを除去するのに対し、供給路4dに対応するパターンでは熱酸化膜7dの総厚1.5ミクロンのうち、1ミクロンを残すようにエッチングを行い、熱酸化膜7eとする。また、同様に熱酸化膜8dに形成するノズル6dに対応するパターンでも熱酸化膜8dの総厚1.5ミクロンのうち、1ミクロンを残すようにエッチングを行い、熱酸化膜8eとする(図6(b))。次に、Si基板1dの熱酸化膜8dの側に本発明の第1の実施例の場合と同様にTM法によるドライエッチングを施し、インクキャビティ3dおよびリザーバ5dとなるべき深さ135ミクロンの凹部を形成し(図6(c))、次に、Si基板1dをフッ酸系エッチング液に浸漬し、供給路4dに対応する熱酸化膜7eが丁度除去できるだけのエッチングを施す(図6(d))。次に、アルカリエッチング液によるエッチングを施し、深さ50ミクロンの供給路4dを形成するが、このとき同時にインクキャビティ3dとなるべき凹部の底部もエッチングされ、(111)結晶面からなりSi基板1d表面に対し35度の角度をなす2つの斜面9が形成される(図6(e))。次に、Si基板1dをフッ酸系エッチング液に浸漬し、ノズル6dに対応する熱酸化膜8eが丁度除去できるだけのエッチングを施す(図6(f))。次に、Si基板1dの熱酸化膜8dが形成されている面にノズル6bとなるべき凹部が貫通するまでドライエッチングを施す(図6(g))。最後に、Si基板1d全体をフッ酸系エッチング液に浸漬し、熱酸化膜7dおよび7eおよび8dを除去し(図6(h))、Si基板1dとアクチュエータ等の部品(図示しない)とを組み立て、インクジェットヘッドが完成する。本実施例においては、Si基板1dの両面にTM法によるドライエッチングを施すことで、同一Si基板1d上に、従来のインクジェットヘッドに比較して隣合う圧力室間の壁部の面積を激減させた小さなインクキャビティ3dと前記インクキャビティ3dに対応するノズル6dを形成することができ、したがってインク流路剛性の高いインクジェットヘッドを提供することができた。インク流路剛性が高いことで、アクチュエータからの入力によるインク流路の変形が小さく、すなわち、応答周波数が高く、高速で安定したインク吐出ができるインクジェットヘッドを提供することができた。実際には、本実施例におけるインクジェットヘッドでは、10kHzまでの周波数でインク吐出の各特性(インク滴重量、インク吐出速度等)が安定していた。また、本実施例ではノズル6dが形成された別の部品を用いることなく、さらには、それぞれのインクキャビティ3dとそれに対応するノズル6dとの位置合わせをフォト工程にて行うことができたため、部品点数の削減と、組み立て工程の削減が実現でき、すなわち、安価に高品質のインクジェットヘッドを提供することができた。さらには、インクキャビティ3dの底面を斜面9とすることにより、インク中に発生した気泡の排出性を向上することができた。
【0018】
【発明の効果】
以上に記したように、本発明によれば、インクキャビティと、インクリザーバと、インクキャビティとインクリザーバとを連結する供給路が形成されたSi基板を構成部材とするインクジェットヘッドにおいて、前記インクキャビティは前記Si基板にドライエッチングにより穿孔されたものとすることで、従来のインクジェットヘッドに比較して隣合う圧力室間の壁部の面積を激減させた剛性の高いインクキャビティが加工でき、したがって、応答周波数が高く、高速で安定した微小インク吐出ができる、すなわち高印字品質のインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタを提供することができる。
【0019】
また、本発明によれば、前記インクキャビティに対応した位置にフォト工程による位置合わせ精度で高精度なノズルを形成することにより、高印字品質のインクジェットヘッドを提供することができる。
【0020】
また、本発明によれば、(110)面方位Si基板を用いて、ドライエッチングおよびアルカリ液を用いた異方性エッチングにより、前記インクキャビティとインクキャビティの底面に斜面を形成したことで気泡排出性に優れた高印字品質のインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッドの一部断面を示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッドの製造工程図である。
【図3】本発明の別の一実施例におけるインクジェットヘッドの一部断面を示す斜視図である。
【図4】本発明の別の一実施例におけるインクジェットヘッドの製造工程図である。
【図5】本発明の別の一実施例におけるインクジェットヘッドの一部断面を示す斜視図である。
【図6】本発明の別の一実施例におけるインクジェットヘッドの製造工程図である。
【符号の説明】
1、1b、1d Si基板
2 ノズルプレート
3、3b、3d インクキャビティ
4、4b、4d 供給路
5、5b、5d インクリザーバ
6、6b、6d ノズル
7、7a、7b 熱酸化膜
7c、7d、7e 熱酸化膜
8、8b、8d、8e 熱酸化膜
9 斜面
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink-jet head used in an ink-jet recording apparatus that prints by discharging ink droplets onto paper or the like, a method for manufacturing the same, and an ink-jet printer having the ink-jet head.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, inkjet recording apparatuses have been required to perform printing at higher resolution and at higher speed. In order to meet this demand, for example, an ink jet recording apparatus as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-96605 has been proposed. In this ink jet recording apparatus, in order to form a pressure chamber for pressurizing and discharging ink, a penetrating portion is formed by wet anisotropic etching with an alkaline solution from both sides of a single crystal Si substrate having a (110) plane orientation. This Si substrate is used as a spacer. The three-dimensional shape obtained by processing the Si substrate by etching has high precision, and therefore, an inkjet recording apparatus capable of obtaining high-definition printing was obtained.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described method of forming the penetrating portion by wet anisotropic etching with an alkaline solution according to the related art, the wall between the adjacent pressure chambers necessarily has a plate having the same width as the thickness of the used Si substrate. When pressure is applied to the ink in the pressure chamber formed of the penetrating portion to discharge the ink, the wall may be deformed due to insufficient rigidity, and the ink discharge in high-frequency driving may not be stable. is there. In order to increase the nozzle density by reducing the width of the pressure chamber in response to the demand for higher definition and high-speed printing, the thickness of the wall must also be reduced. As the speed is increased, the rigidity of the wall is reduced, and the high-speed ejection characteristics when ejecting minute ink droplets are rather deteriorated.
[0004]
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, and the object is to provide a high-definition and high-speed printing ink jet recording apparatus having high rigidity of an ink flow path and high-frequency ejection of minute ink droplets. The present invention is to provide an ink jet head capable of performing the following. It is another object of the present invention to provide an inexpensive ink jet head capable of discharging fine ink droplets at high frequency.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
An ink jet head according to the present invention is an ink jet head including a Si substrate in which an ink cavity, an ink reservoir, and a supply path connecting the ink cavity and the ink reservoir are formed. It is characterized by being formed by etching with an alkali solution after etching.
[0006]
Further, in an ink jet head including a Si substrate having an ink cavity, an ink reservoir, a supply path connecting the ink cavity and the ink reservoir, and a nozzle for discharging ink, the ink cavity is formed by the Si substrate. Is processed by dry etching from one surface of the Si substrate to a predetermined depth, a nozzle for ink discharge is processed from the other surface of the Si substrate to a position corresponding to the ink cavity, and the ink cavity and the ink cavity The nozzle is characterized by being in communication with the nozzle, and the nozzle is processed by dry etching.
[0007]
Further, the Si substrate is a single crystal Si having a (110) plane orientation.
[0008]
The method of manufacturing an ink jet head according to the present invention is characterized in that a dry etching method of the ink cavity or the ink cavity and the nozzle is a TM method.
[0009]
In addition, the present invention is an ink jet printer having the above ink jet head.
[0010]
The TM method (time-modulated method) is a method for obtaining a structure with a high aspect ratio in dry etching, and is used to protect the side wall of a concave portion processed by etching during etching. This is an etching process in which a cycle for generating chemical species (radicals, ions, etc.) that cause a reaction and a cycle for depositing a protective film for protecting the side wall are alternately performed (see “Semiconductor Dry Etching Technology”). On page 336). By using this TM method, the side wall of the ink cavity and the nozzle can be processed perpendicularly to the surface of the Si substrate, so that an optimum shape can be formed with respect to the ink discharge characteristics. Further, in the method of manufacturing an ink jet head according to the present invention, after processing the ink cavity from one surface of the Si substrate to a predetermined depth by dry etching using a TM method, the Si substrate is treated with an alkali etching solution. It is characterized by the following.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, one embodiment (first embodiment) of the present invention will be described in detail.
[0012]
FIG. 1 is a perspective view of a main part of an ink jet head according to a first embodiment of the present invention, and shows a partial cross section. The ink jet head in this embodiment is an Si substrate 1 having an ink cavity 3 machined perpendicular to the surface of the Si substrate 1, an ink reservoir 5, and a supply path 4 communicating the ink cavity 3 and the ink reservoir 5. And the nozzle plate 2 on which the nozzles 6 are formed. The Si substrate 1 is made of (110) oriented single crystal Si.
[0013]
FIG. 2 shows a manufacturing process diagram of the ink jet head shown in FIG. A heat treatment is performed on the Si substrate 1 having a thickness of 150 μm for 4 hours in an atmosphere containing water vapor at 1100 ° C. to form thermal oxide films 7.8 on both surfaces of the Si substrate 1 (FIG. 2A). Next, a pattern corresponding to the ink cavity 3, the supply path 4, and the ink reservoir 5 is formed on the thermal oxide film 7 by photoetching. At this time, in the pattern corresponding to the ink cavity 3 and the ink reservoir 5, the thermal oxide film 7 is entirely removed, while in the pattern corresponding to the supply path 4, the thermal oxide film 7 has a total thickness of 1.5 μm. Etching is performed to leave a micron to form a thermal oxide film 7a (FIG. 2B), which is based on the method disclosed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-62964. Next, dry etching is performed on the side of the thermal oxide film 7 of the Si substrate 1 by the TM method, and the ink cavity 3 and the ink reservoir 5 are formed by etching until penetrating the Si substrate 1 (FIG. 2 ( c)). Sulfur hexafluoride was used as an etching gas in the TM method, and carbon tetrachloride was used as a gas for depositing the side wall protective film. These gases were alternately supplied to a dry etching apparatus to form deep vertical holes in the Si substrate 1. Can be formed. In the above dry etching, the etching rate ratio (selectivity) between the Si substrate 1 and the thermal oxide film 7 is about 200, and the thickness of the thermal oxide film 7 at the time when the dry etching is completed is about The thickness of the thermal oxide film 7a of the pattern corresponding to the supply path 4 is about 0.75 microns. Next, the Si substrate 1 is treated with a hydrofluoric acid-based etchant under such conditions that the thermal oxide film 7a can be removed exactly (FIG. 2D), and then the Si substrate 1 is placed on the thermal oxide film 7 side. On the other hand, dry etching is further performed by the TM method to form a supply path 4 having a depth of 50 microns (FIG. 2E). Finally, the Si substrate 1 is treated with a hydrofluoric acid-based etchant to remove all of the thermal oxide films 7 and 7a and 8 (FIG. 2 (f)). The nozzle plate 2 on which the discharge nozzles 6 are formed is joined and assembled together with actuators and other components (not shown) to complete the ink jet head. In this embodiment, a small ink cavity 3 in which the area of a wall between adjacent pressure chambers is drastically reduced as compared with a conventional ink jet head is formed by performing dry etching on a Si substrate 1 by a TM method. Therefore, an ink jet head having high ink flow path rigidity can be provided. Due to the high rigidity of the ink flow path, it was possible to provide an ink jet head which has a small deformation of the ink flow path due to an input from the actuator, that is, has a high response frequency and can discharge ink at high speed. In the ink jet head of this embodiment, the characteristics of ink ejection (ink drop weight, ink ejection speed, etc.) were stable at frequencies up to 10 kHz. Further, in this embodiment, single crystal Si having a (110) plane orientation was used as the Si substrate. However, even if single crystal Si having another plane orientation, for example, a (100) or (111) plane orientation, was used. The effect obtained is exactly the same.
[0014]
Next, another embodiment (second embodiment) of the present invention will be described in detail.
[0015]
FIG. 3 is a perspective view of a main part of an ink jet head according to a second embodiment of the present invention, showing a partial cross section. As shown in FIG. 3, the ink jet head according to the present embodiment has an ink cavity 3b processed perpendicular to the surface of the Si substrate 1b, an ink reservoir 5b, and a supply path communicating the ink cavity 3b and the ink reservoir 5b. 4b, a Si substrate 1b on which an ink discharge nozzle 6b corresponding to each ink cavity 3b is formed, and a component (not shown) such as an actuator. The Si substrate 1b is composed of (110) Plane orientation single crystal Si. FIG. 4 shows a manufacturing process of the ink jet head shown in FIG. As in the case of the first embodiment of the present invention, thermal oxide films 7b and 8b are formed on both surfaces of a Si substrate 1b having a thickness of 150 microns (FIG. 4A), and then ink cavities are formed in the thermal oxide film 7b. A pattern corresponding to the nozzle 3b, the supply path 4b and the ink reservoir 5b, and a pattern corresponding to the nozzle 6b are formed on the thermal oxide film 8b (FIG. 4B). At this time, the formation of the pattern corresponding to the ink cavity 3b, the supply path 4b, and the ink reservoir 5b is performed in exactly the same steps as in the case of the above-described first embodiment of the present invention, that is, the ink cavity 3b and the ink reservoir 5b. In the pattern corresponding to 5b, the entire thermal oxide film 7b is removed, while in the pattern corresponding to the supply path 4b, etching is performed so as to leave 1 micron of the total thickness of 1.5 micron of the thermal oxide film 7b. And a thermal oxide film 7c (FIG. 4B). Next, dry etching is performed on the side of the thermal oxide film 8b of the Si substrate 1b by the TM method in the same manner as in the first embodiment of the present invention, thereby forming a recess having a depth of 20 μm to become the nozzle 6b ( FIG. 4 (c)). Next, the dry etching process and the hydrofluoric acid-based etchant process on the thermal oxide film 7b side of the Si substrate 1b are performed in the same manner as in the first embodiment of the present invention, so that the ink cavity 3b, the supply path 4b, and the ink reservoir 3b are formed. 5b are formed, and the depth of the ink cavity 3b and the ink reservoir 5b is set to 135 microns (FIG. 4D). As a result, when forming the ink cavity 3b, the bottom surface of the concave portion that is to be the nozzle 6b already formed penetrates, and the ink cavity 3b communicates with the nozzle 6b. Finally, the entire Si substrate 1b is immersed in a hydrofluoric acid-based etching solution to remove the thermal oxide films 7b, 7c and 8b (FIG. 4E), and the Si substrate 1b and components such as actuators (not shown) are separated. Assembly, the inkjet head is completed. In this embodiment, by performing dry etching on both surfaces of the Si substrate 1b by the TM method, the area of the wall portion between the adjacent pressure chambers on the same Si substrate 1b is greatly reduced as compared with the conventional inkjet head. The small ink cavity 3b and the nozzle 6b corresponding to the ink cavity 3b can be formed, so that an ink jet head having high ink channel rigidity can be provided. Due to the high rigidity of the ink flow path, it was possible to provide an ink jet head in which the deformation of the ink flow path due to the input from the actuator was small, that is, the response frequency was high, and the ink could be discharged stably at high speed. Actually, in the ink jet head according to the present embodiment, each characteristic of ink ejection (ink droplet weight, ink ejection speed, etc.) was stable at frequencies up to 10 kHz. Further, in this embodiment, since the individual ink cavities 3b and the corresponding nozzles 6b could be aligned in the photo step without using another component having the nozzles 6b formed therein, the normal process was employed. Compared to the assembly process using a jig, high-accuracy positioning can be easily achieved, and the number of parts and the assembly process can be reduced. That is, a high-quality inkjet head can be provided at low cost. We were able to. Further, in this embodiment, single crystal Si having a (110) plane orientation was used as the Si substrate. However, even if single crystal Si having another plane orientation, for example, a (100) or (111) plane orientation, was used. The effect obtained is exactly the same.
[0016]
Next, still another embodiment (third embodiment) of the present invention will be described in detail.
[0017]
FIG. 5 is a perspective view of a main part of an ink jet head according to a third embodiment of the present invention, showing a partial cross section. As shown in FIG. 5, the ink jet head according to the present embodiment has an ink cavity 3d processed perpendicularly to the surface of the Si substrate 1d, an ink reservoir 5d, and a supply path communicating the ink cavity 3d and the ink reservoir 5d. 4d, an Si substrate 1d on which ink discharge nozzles 6d corresponding to the respective ink cavities 3d are formed, and a component (not shown) such as an actuator, which is assembled by assembling the (110) Si substrate. Plane orientation single crystal Si. FIG. 6 shows a manufacturing process of the ink jet head shown in FIG. As in the case of the first embodiment of the present invention, thermal oxide films 7d and 8d are formed on both surfaces of a Si substrate 1d having a thickness of 150 microns (FIG. 6 (a)). A pattern corresponding to 3d, supply path 4d, and ink reservoir 5d is formed, and a pattern corresponding to nozzle 6d is formed in thermal oxide film 8d. At this time, the formation of the pattern corresponding to the ink cavity 3d, the supply path 4d, and the ink reservoir 5d is performed in exactly the same steps as in the first embodiment of the present invention, that is, the ink cavity 3d and the ink reservoir 5d. In the pattern corresponding to (1), all of the thermal oxide film 7d is removed, whereas in the pattern corresponding to the supply path 4d, etching is performed so as to leave 1 micron of the total thickness 1.5 μm of the thermal oxide film 7d. The thermal oxide film 7e is used. Similarly, a pattern corresponding to the nozzle 6d formed on the thermal oxide film 8d is also etched to leave 1 micron of the total thickness of 1.5 microns of the thermal oxide film 8d to form a thermal oxide film 8e (FIG. 6 (b)). Next, dry etching is performed by the TM method on the side of the thermal oxide film 8d of the Si substrate 1d in the same manner as in the first embodiment of the present invention, and a concave portion having a depth of 135 microns to become the ink cavity 3d and the reservoir 5d. (FIG. 6 (c)), and then dipping the Si substrate 1d in a hydrofluoric acid-based etching solution and performing etching to just remove the thermal oxide film 7e corresponding to the supply path 4d (FIG. 6 (d)). )). Next, a supply path 4d having a depth of 50 microns is formed by performing etching with an alkaline etching solution. At this time, the bottom of the concave portion to become the ink cavity 3d is also etched, and the Si substrate 1d made of the (111) crystal plane is formed. Two slopes 9 forming an angle of 35 degrees with the surface are formed (FIG. 6E). Next, the Si substrate 1d is immersed in a hydrofluoric acid-based etchant, and etching is performed to just remove the thermal oxide film 8e corresponding to the nozzle 6d (FIG. 6 (f)). Next, dry etching is performed on the surface of the Si substrate 1d where the thermal oxide film 8d is formed until a concave portion to be the nozzle 6b penetrates (FIG. 6 (g)). Finally, the entire Si substrate 1d is immersed in a hydrofluoric acid-based etching solution to remove the thermal oxide films 7d, 7e and 8d (FIG. 6 (h)), and the Si substrate 1d and components (not shown) such as actuators are separated. Assembly, the inkjet head is completed. In this embodiment, by performing dry etching on both surfaces of the Si substrate 1d by the TM method, the area of the wall portion between the adjacent pressure chambers on the same Si substrate 1d as compared with the conventional inkjet head is drastically reduced. The small ink cavities 3d and the nozzles 6d corresponding to the ink cavities 3d can be formed, so that an ink jet head having high ink flow path rigidity can be provided. Due to the high rigidity of the ink flow path, it was possible to provide an ink jet head in which the deformation of the ink flow path due to the input from the actuator was small, that is, the response frequency was high, and the ink could be discharged stably at high speed. Actually, in the ink jet head according to the present embodiment, each characteristic of ink ejection (ink droplet weight, ink ejection speed, etc.) was stable at frequencies up to 10 kHz. Further, in the present embodiment, the positioning of each ink cavity 3d and the corresponding nozzle 6d could be performed in the photo process without using another component having the nozzle 6d formed thereon. The reduction in the number of points and the number of assembling steps can be realized, that is, an inexpensive high-quality inkjet head could be provided. Further, by making the bottom surface of the ink cavity 3d the inclined surface 9, it was possible to improve the discharging property of the bubbles generated in the ink.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided an ink jet head including a Si substrate in which an ink cavity, an ink reservoir, and a supply path connecting the ink cavity and the ink reservoir are formed as a constituent member. By forming a hole in the Si substrate by dry etching, it is possible to process a highly rigid ink cavity in which the area of the wall between adjacent pressure chambers is drastically reduced as compared with a conventional inkjet head, It is possible to provide an ink-jet head and an ink-jet printer which have a high response frequency, can discharge fine ink stably at high speed, that is, have high print quality.
[0019]
Further, according to the present invention, an ink jet head with high print quality can be provided by forming a nozzle with high positioning accuracy by a photo process at a position corresponding to the ink cavity.
[0020]
Further, according to the present invention, a bubble is discharged by forming a slope on the bottom surface of the ink cavity and the ink cavity by dry etching and anisotropic etching using an alkaline solution using a (110) plane oriented Si substrate. It is possible to provide an ink jet head having excellent printing properties and high printing quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a partial cross section of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a partial cross section of an inkjet head according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a manufacturing process diagram of an inkjet head according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a partial cross section of an ink jet head according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a manufacturing process diagram of an ink jet head according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 1b, 1d Si substrate 2 Nozzle plate 3, 3b, 3d Ink cavity 4, 4b, 4d Supply path 5, 5b, 5d Ink reservoir 6, 6b, 6d Nozzle 7, 7a, 7b Thermal oxide film 7c, 7d, 7e Thermal oxide film 8, 8b, 8d, 8e Thermal oxide film 9 Slope

Claims (3)

インクジェット記録装置に用いられ、インクキャビティと、インクリザーバと、インクキャビティとインクリザーバとを連結する供給路が形成されたSi基板を構成部材とするインクジェットヘッドの製造方法において、
前記インクキャビティを前記Si基板の一方の面から所定の深さまでTM法を用いたドライエッチングにより加工したのちに、前記Si基板をアルカリ液によるエッチングで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。
In a method for manufacturing an ink jet head, which is used in an ink jet recording apparatus and has an ink cavity, an ink reservoir, and a Si substrate on which a supply path connecting the ink cavity and the ink reservoir is formed,
A method of manufacturing an ink-jet head , comprising: forming the ink cavity from one surface of the Si substrate to a predetermined depth by dry etching using a TM method, and then forming the Si substrate by etching with an alkali solution. .
前記Si基板が、(110)面方位の単結晶Siであることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッドの製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the Si substrate is a single crystal Si having a (110) plane orientation. 請求項1または2記載の方法で製造したインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタ。An inkjet printer having an inkjet head manufactured by the method according to claim 1.
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