JP3564864B2 - Method of manufacturing inkjet head - Google Patents

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は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の製造方法に関し、特に1枚の基板上に多数のインクジェットヘッドを形成した後、個々のインクジェットヘッドに分離する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットプリンタは、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど多くの利点を有する。この中でも記録の必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため、現在主流となっている。
【0003】
従来のインクジェットヘッドの製造方法には、例えば特公平6−98772号公報に開示されているものがある。この製造方法は、1枚の支持体上に複数のヘッドの流路壁、圧力発生素子を配設して形成し、ガラス板を接着して複数のヘッドを形成した後、ダイシング法により切断分離して個々のインクジェットヘッドを完成させるというものであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特公平6−98772号公報に開示されているように、単に、インク流路、圧力発生素子を支持体に形成し、その上に平板を接合した後、個々のヘッドに分離切断する方法では、圧力発生素子を、外部駆動回路に接続することが、非常に困難である。
【0005】
例えば、切断面に露出する、支持体と平板に挟まれた僅かな面積中に端子を形成し、これに外部駆動回路を接続することが考えられるが、この方法では、十分な接続強度、十分な導通を得ることは望めない。
【0006】
また、支持体もしくは、平板にスルーホールを設け、外部駆動回路と圧力発生素子との接続を行う方法も考えられるが、製造工程が複雑になる上に、これらの孔からインクが漏れでないような工夫が必要となるし、基板の材質をこのような加工に適したものを選択しなければならない。いずれにしても、簡便かつ安価に、接合された1枚の基板から多数個のインクジェットヘッドを製造するという本来の利点を損なうものであった。
【0007】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、容易にかつ安価に多数のインクジェットヘッドを一度に製造可能な方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも2枚以上の基板を接合することにより、該基板中に配置形成される複数のインクジェットヘッドを、切断により分割して個々のインクジェットヘッドとするインクジェットヘッドの製造方法において、第1の基板上に、複数のインクジェットヘッドのノズル溝を含む吐出部の一部となる凹部を列方向に配置形成し、各々の前記インクジェットヘッドの前記吐出部に付設される圧力発生手段に信号もしくは、電力を供給するための端子部を、夫々の前記吐出部に隣接した位置に配置形成し、前記列方向に垂直な方向の前記凹部の幅よりやや_大きい幅を短辺とする長方形に形成された複数の第3の基板の夫々を、前記第1の基板の前記凹部を前記列方向毎に覆う位置に接合して各前記吐出部を形成した後、各々の前記吐出部と連通し前記凹部に対して前記列方向に形成されている前記ノズル溝を前記列方向に垂直な方向に切断分割してノズルを開孔させ、その後、前記ノズルが形成された切断面を研磨した後、各前記吐出部と、これと隣り合う前記吐出部に係わる前記端子部の間を切断分離して個々のインクジェットヘッドとすることを特徴とする。
【0009】
このように、列方向に垂直な方向の凹部の幅よりやや_大きい幅を短辺とする長方形に形成された複数の第3の基板の夫々を、第1の基板の各凹部を覆う位置に接合して各吐出部を形成するので、両基板の接合後、端子部が露出する。ゆえに、接合後の基板を所定位置で切断して得られる個々のインクジェットヘッドには、外部駆動回路と各圧力発生手段とを、十分な接続強度、十分な導通性を保つことが可能な端子部が形成されている。このようして得られたインクジェットヘッドを外部駆動回路に確実に接続し、適宜、圧力発生手段を駆動することで、各吐出部に圧力が発生し、インク液滴が吐出され、被記録媒体に印刷がなされる。
【0010】
インク液滴を吐出するためのノズルは、各吐出部に連通するノズルの一部となる溝を、予め前記第1の基板に列状に形成してもよいし、各吐出部に連通するノズル孔を前記第の基板に列状に形成してもよい。いずれにしても、両基板の接合を行うことのみによって、吐出部とこれに連通するノズルを含む流路が形成される。
【0011】
また、本発明は、インクジェットヘッドの製造方法において、更に、絶縁体からなる第の基板を、前記第1の基板の底面に接合する工程を含み、前記第1の基板の各凹部の底面には、予め振動板を形成し、前記第の基板上には、両基板が接合されたときに、前記各振動板に所定の空隙を有して対向する位置に、予め対向電極を形成することを特徴とする。
【0012】
例えば、バブル方式、ピエゾ方式等の圧力発生素子を採用したインクジェットヘッドであっても、請求項1記載の発明に適用し得るが、圧力発生手段に振動板と対向電極に発生する静電気力を用いたものは、別途、発熱抵抗体、圧電体を付設する必要がなく、単に対向電極を形成した第の基板を接合することによって、圧力発生素子が得られるため、最も製造工程を簡略化できる。このような圧力発生手段方式に静電気力を用いたインクジェットヘッドは、請求項4記載の発明によって、より、大量かつ安価に製造することが可能である。
【0013】
また、本発明は、第1の基板上の前記吐出部に隣接した位置に、各振動板に共通に接続する共通端子を形成し、該共通端子に隣接した位置に、各対向電極に接続する個別端子を形成することによって、例えば、このように配置された各端子に、FPCを接続することにより、個々に分離されたインクジェットヘッドを、より容易に外部駆動回路に接続することができる。
【0014】
また、本発明は、異方性エッチングを用いて、吐出部の各凹部微細に形成することができる点から、第の基板はシリコン基板であることが望ましく、また、各基板の接合は、接着剤等からなる接着層が不要な陽極接合を用いることによって、より精度の高いインクジェットヘッドを製造することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
(インクジェットヘッドの構造)
以下、図1乃至4を参照して、本発明に係わるインクジェットヘッドの好ましい実施の形態について、説明する。
【0016】
図1は本発明の一実施形態におけるインクジェットヘッドの分解斜視図であり、一部断面図で示してある。本実施形態はインク液滴を基板の端部に設けたノズル孔か吐出させるエッジイジェクトタイプの例を示すものであるが、基板の上面部に設けたノズル孔からインク液滴を吐出させるフェイスイジェクトタイプでもよい。図2は組み立てられたインクジェットヘッド全体の斜視図、図3はインクジェットヘッドのインク流路部の断面側面図である。
【0017】
本実施形態のインクジェットヘッド10は次に詳述する構造を持つ3枚の基板1、2、3を重ねて接合した積層構造となっている。尚、説明を簡単にするため、ここでは、それぞれの基板を接合した後に1個のインクジェットヘッドが得られる例について、説明する。
【0018】
中間の第1の基板1は、シリコン基板であり、複数のノズル孔4を構成するように、基板1の表面に一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝11と、各々のノズル溝11に連通し、底壁を振動板5とする圧力発生部である吐出室6を構成することになる凹部12と、凹部12の後部に設けられたオリフィス7を構成することになるインク流入口のための細溝13と、各々の吐出室6にインクを供給するためインク供給部であるリザーバ8を構成することになる凹部14と、凹部14の後部に設けられたフィルター51を構成することになるフィルター溝52を有する。
【0019】
本実施形態においては、振動板5とこれに対向して配置される電極との対向間隔、即ちギャップ部16の長さG(図3参照、以下「ギャップ長」と記す。)が、凹部15の深さと電極の厚さとの差になるように、間隔保持手段を第2の基板2に形成した振動室用の凹部15により構成している。また、別の例として凹部の形成は第1の基板1の下面でもよい。ここでは、凹部15の深さをエッチングにより0.3μmとしている。なお、ノズル溝11のピッチは0.509mmであり、その幅は60μmである。
【0020】
また、第1の基板1への共通端子17の付与については、半導体及び電極である金属の材料による仕事関数の大小が重要であり、本実施形態では共通端子材料にはチタンを下付けとし白金、またはクロムを下付けとし金を使用しているが、本実施形態に限定されるものではなく、基板1がP型半導体の場合は仕事関数が共通端子材料の方が大きくなるものであれば何でもよく、N形半導体の場合は仕事関数が共通端子材料の方が小さくなるような材料であれば何でもよい。
【0021】
第1の基板1の下面に接合される下側の第2の基板にはホウ珪酸系ガラスを使用し、第1の基板1の振動板5の下部に電極を装着するため振動室9を構成することになる凹部15が設けられている。この第2の基板2の接合によって振動室9を構成するとともに、第2の基板2上の振動板5に対応する各々の位置に、ITO導電膜を0.1μmスパッタし、振動板5とほぼ同じ形状にITOパターンを形成して対向電極21としている。対向電極21はリード部22及び端子部23を持つ。
【0022】
第1の基板1の上面に接合される上側の第3の基板3は、第2の基板2と同じくホウ珪酸ガラスを用いている。この第3の基板3の接合によって、ノズル孔4、吐出室6、オリフィス7、リザーバ8及びフィルター51が構成される。そして、このリザーバ8には、第1の基板と第3の基板とを接合するときにその凹部がつぶれないように強度をもたせるために凸部19が設けられている。本実施形態においてはフィルター51は同時にインク供給口となっていおり、接続パイプ32が接続され、チューブ33を介して図示しないインクタンクに接続されている。
【0023】
次に、第1の基板1と第2の基板2を温度300〜500℃、電圧500〜1000Vの印加で陽極接合し、また同条件で第1の基板1と第3の基板3を接合し、図3のようにインクジェットヘッドを組み立てる。陽極の接合後に、振動板5と第2の基板2上の対向電極21との間に形成されるギャップ長さGは、凹部15の深さと対向電極21の厚さとの差であり、本実施形態では0.2μmとしてある。更に基板1の振動板5の表面には熱酸化により酸化シリコン膜が形成されており、対向電極21と振動板5が接触しても短絡破壊しないよう構成されている。絶縁膜としての熱酸化膜は厚すぎると電界が弱くなる原因となる一方、薄過ぎると繰り返し電界ストレスにより絶縁破壊しやすくなる。本実施形態ではこの熱酸化膜の厚さを0.13μmとしている。
【0024】
図2に説明されるようにインクジェットヘッドを組み立てた後は、共通端子17と対向電極21の端子部23間にFPC49により駆動回路40を接続し、インクジェットプリンタを構成する。インク103は、図示しないインクタンクよりフィルター51を経て第1の基板1の内部に供給され、リザーバ8、吐出室6等を満たしている。そして、吐出室6のインクは、図3に示されるように、インクジェットヘッド10の駆動時にノズル孔4よりインク液滴104となって吐出され、記録紙105に印字される。
【0025】
図4は基板1の部分詳細平面拡大図である。本発明の実施形態に示すインクジェットヘッドの基板1は単結晶シリコンを異方性エッチングにて形成されている。異方性エッチングとはエッチング速度がエッチング方向により異なることを利用してなされるエッチングである。本実施形態では単結晶シリコン(100)面のエッチング速度が(111)面に比較して約40倍以上速いことを利用して、前述のノズル溝11、凹部12、細溝13、凹部14及びフィルター溝52を形成している。この内ノズル溝11、細溝13及びフィルター溝52はそれぞれエッチング速度が遅い(111)面からなるV字状の溝となっている。即ち、ノズル溝11、細溝13及びフィルター溝52の断面形状を三角形に構成してある。ノズル溝11の幅は60μm、細溝13は3本の流路を並列に構成してありその幅は55μmである。また、フィルター溝52の幅は50μmであり、凹部14に54本が並列に連通している。また、凹部12及び14は底面が(100)面で側面が(111)面からなる台形状の溝となっている。凹部12及び14の溝深さはエッチング時間を調整することにより決められる。一方V字状の溝となっているノズル溝11、細溝13及びフィルター溝51はエッチング速度の遅い(111)面のみからなるのでその深さはエッチング時間に寄らず溝幅のみにより決まる。
【0026】
これらノズル溝11、細溝13とフィルター溝52はインク流路の内で吐出インクの量や速度等の特性に対して敏感な部位であり、最も高い加工精度が要求される。本発明の実施形態では、これらの高い加工精度が要求される部位をエッチング速度が遅い面を用いて構成し、異方性エッチングにより加工することにより、一度に異なる寸法の流路を高精度で得ることを可能にしている。
【0027】
このようにして得られたインクジェットヘッド10は、例えば、図7に示す記録装置に搭載される。図中、300は記録紙105を搬送するプラテン、301は内部にインクを貯蔵するインクタンクであり、インク供給チューブ306を介してインクジェットヘッド10にインクを供給する。302はキャリッジであり、インクジェットヘッド10を記録紙105の搬送方向と直行する方向に移動させる。キャリッジ302を移動させながら、駆動回路40により適時インクジェットヘッド10よりインク104を吐出させることにより、記録紙105に任意の文字や画像を印刷することができる。303はポンプであり、インクジェットヘッド10のインク吐出不良時の回復動作を行ったり、インクの詰め替えを行う等の場合、キャップ304、廃インク回収チューブ308を介してインクを吸引し、排インク溜305に回収する機能を果たしている。
【0028】
(インクジェットヘッドの駆動方法)
以下、図5及び図6を用いて、本発明に係わるインクジェットヘッドの駆動方法について、説明する。
【0029】
図5(a)〜(c)はそれぞれ本発明の実施形態におけるインクジェットヘッドの側断面図を示し、特に振動板が待機状態から変形することによって、インクが吐出されるまでの状態を説明するものである。また、図6(a)〜(c)は、それぞれ図5(a)〜(c)の状態において、振動板と電極間に印加される電圧の状態を示す略図である。以下、これらの図により本発明のインクジェットヘッドの動作の一例を以下に説明する。
【0030】
図5(a)は、待機状態のインクジェットヘッドの側断面図を示すものであり、図6(a)は、そのときの振動板5、対向電極21間の電位を示す略図である。
【0031】
このとき、インクジェットヘッドは、インク流路中にはインクが充填されており、インクの吐出を行う際の待機状態にある。次に、図6(b)に示すように、待機状態から、振動板5と対向電極21に電圧を印加して電位差を生じさせると、振動板5と対向電極21に静電吸引力が作用して、振動板5は対向電極21に吸引される。このとき、図5(b)に示すように、対向電極21に吸引された振動板5により吐出室6内の圧力が低下し、リザーバ8から吐出室6へ矢印B方向にインクが供給される。また、これと同時に、ノズル4に形成されているメニスカス102も吐出室6方向に吸引される。次に、図6(c)に示すように、インクが十分供給されたタイミングを選んで、電圧の印加を止め、振動板5と対向電極21に蓄えられている電荷を放電すると、図5(c)に示すように、振動板5は電界の力から開放されて自らの復原力により吐出室6側に復元する。この時吐出室6に発生した圧力によりインク滴104はノズル孔4より吐出する。と同時に吐出室6のインクは矢印C方向にオリフィス7を通過してリザーバ8に排出される。この後インク流路内のインクの振動が流路抵抗により減衰して収束し、再び図5(a)に示す待機状態となり、次のインクの吐出が可能な状態となる。
【0032】
上述の駆動方法は、待機状態では、振動板は変形させておらず、駆動時に、振動板を変形させることにより、一度吐出室内の圧力を低下させて直後、振動板にかかる力を解放し、圧力を上昇させてインク液滴を吐出する方法(いわゆる引き打ち)であるが、待機状態では、常に振動板を変形させておき、インク吐出を行う際にのみ振動板を開放する駆動方法(いわゆる押し打ち)でもよい。例に示した引き打ちによる方法であれば、吐出インク量を多くし、吐出インク量の周波数特性が優れた駆動が可能である。何れにしても駆動力や駆動方法が異なっても本発明による作用・効果は同様である。
【0033】
(インクジェットヘッドの製造方法)
以下、図8から図12を用いて、本発明のインクジェットヘッドの製造方法を詳細に説明する。
【0034】
図8は、本発明のインクジェットヘッドの製造方法の内、3枚の基板1、2、3を重ねて接合することにより、複数個のインクジェットヘッドを製造する方法を説明する図である。
【0035】
基板1と、基板3を接合することにより、インク滴を吐出するノズル4、吐出室6、オリフィス7、共通インク室8、インク取込口となるフィルタ51から構成される吐出部が得られる。一方、基板1と、基板2を接合することにより、個々のヘッドの圧力発生手段となる、静電アクチュエータ(振動板5と対向電極21)と各静電アクチュエータに接続する個別端子23が得られる。
【0036】
基板1と、基板3を接合したとき、1個の吐出部を形成することとなる流路パターン70(凹部)は、図8に示すように、1枚のウエハ状のシリコン基板1上に、複数組列状に形成される。個々の流路パターン70は図1に示された溝もしくは凹部11、12、13、14、51からなり、本実施の形態では、両端の列に夫々3個の流路パターン、中央の5列には、1列当たり5個の流路パターンが形成されるため、1枚のシリコンウエハから計31個のインクジェットヘッドを得ることができる。尚、図8に示すように、基板3は、流路パターンの幅よりやや大きい幅を有し、ウエハ状の基板1の半径よりやや長い長方形状のホウ珪酸ガラス基板である。このような形状の基板3を、基板1に形成された流路パターン70の列の数分(本実施形態の場合、7枚用意し、基板3の夫々を、列設された流路パターンを覆う位置に接合する。
【0037】
一方、第1の基板1の下面に接合される下側の第2の基板には、第1の基板略大のホウ珪酸系ガラスを使用される。この第2の基板2上には、図1に示される溝15、溝15の底面に形成される対向電極21、個別端子23と対向電極21を結ぶリード部22からなる配線パターン71が、流路パターン70に対応する位置に、複数組列状に配置形成される。
【0038】
以下、シリコン基板1に吐出部となる流路パターン70(凹部)を形成する方法を、フィルタ51の部分を例にとり説明する。
【0039】
図9は本発明のインクジェットヘッドの製造方法の内、基板1の溝形成プロセスを説明する図である。図はいずれも基板1のフィルタ溝52の形成される部分の断面を示している。61は単結晶Siである基板1の表面に1100℃の熱酸化にて形成された厚さ6000ÅのSiO2熱酸化膜である。62は基板1表面に塗布された感光性樹脂であるところのレジストである。
【0040】
図9(a)はレジスト61を熱酸化後の基板1の表面に塗布・乾燥した後、フィルタ溝52を形成する部分にのみパターンを描画したポジマスクを用いて紫外光を照射・露光し、その後、現像・リンス・乾燥した状態である。ここでパターンの幅について言及すると、フィルタ溝52を形成することになるパターンの幅は図1に示すノズル溝11、細溝13を形成することになるパターンの幅より狭く形成されているる。
【0041】
次に酸化膜をフッ酸とフッ化アンモニュウムを1:6(体積比)に混合したエッチング液(BHF)によりエッチングする。これによりフィルタ溝52を形成しようとするパターン部の酸化膜は除去される。この後、レジスト61を剥離すると図9(b)に示す状態となる。この時、同時にインク流路、インク供給部、となる溝部を形成しようとするパターン部の酸化膜も除去されている。
【0042】
更に、水酸化カリウム(KOH)とエタノールの水溶液により基板1である単結晶Siをエッチングする。この時、単結晶Siの(100)面は(111)面のエッチングスピードの40倍の速度でエッチングされるため、結果として(111)面が露出してくる。図9(c)は単結晶シリコンのエッチング後の状態である。この時フィルタ溝52は単結晶Siの(111)面のみで形成される。フィルタ溝52はエッチング速度の遅い(111)面で構成されるため、エチングが殆ど進行せず、マスクのパターン幅に対して安定した幅・深さ寸法で出来上がる。他のインク流路・インク供給部も同様に高精度で溝形状を作成することが可能である。
【0043】
溝形成の最後に、熱硫酸で洗浄後、イソプロピルアルコールにより蒸気洗浄し、
BHFにて表面の熱酸化膜を剥離する。図9(d)は熱酸化膜剥離後の溝形成終了後の状態を示す。
【0044】
この後、共通端子17を各流路パターンに隣接した位置に形成し、保護膜となる熱酸化膜を再度形成して基板1は完成する。尚、基板1の各共通端子に隣接した位置には、基板1と基板2を接合したとき、基板2上に形成された個別端子23を露出させるための孔24が設けられている。
【0045】
次に、このように形成された各基板を接合する手順について、説明する。上述のように、配線パターン71、個別端子23が規則正しく列状に形成された基板2の上に、流路パターン70、共通端子17、孔24が規則正しく列状に形成された基板1を位置決めする。各基板上に刻まれたしるし72を顕微鏡で観察しながら、各基板の位置を調整することにより、位置決めがなされる。位置決め後、陽極接合を行うことにより両基板1、2を接合する。これにより、接合された基板1の表面に設けられた各共通端子17に隣接した位置に、個別端子23が形成される。その後、各基板3を等間隔に、かつ平行に保持する治具(不図示)により、一度に各基板3を、所定の位置に位置決めする。このように位置決めされた基板1と複数の基板3の間に同時に所定の電圧を印加して、陽極接合を行う。
【0046】
このように、流路パターン70の幅よりやや大きい幅を持つ複数の第の基板の夫々を、第1の基板の各流路パターン70を覆う位置に接合して各吐出部を形成するので、各基板の接合後の状態において、各流路パターン70以外の基板1もしくはの表面は、外部に露出した状態となり、圧力発生手段に信号、電力を供給するための端子部17、23が既に準備されている。故に、後は、以下に述べる方法で、基板を切断するのみで、多数のインクジェットヘッドを得ることができる。
【0047】
図10は、接合された基板のシリコン基板1と基板2の間の断面の一部を示す拡大図であり、個々のインクジェットヘッドに分離される箇所を示すものである。
【0048】
分離されることになるインクジェットヘッド10a、10bは、パターン上、ノズル4とフィルター部51が向かい合う様に配置されている。接合後の基板は、まず、列方向(基板3の長尺方向)に垂直な方向(以下この方向を行方向と呼ぶ)に切断される。即ち、隣り合うパターンの切り代ta分を除去して、行方向にインクジェットヘッドを分離する。フィルタ部51のパターンはtb分、切り代taと重複し、ノズル4部のパターンは、tc分、切り代taと重複している。
【0049】
例えば、ダイシング加工によって、切断・分離するときは、切り代taより若干幅の狭い砥石を用いて、フィルタ部51側を基準に個々のインクジェットヘッドに分離した後、ノズル4部を研磨し、撥水処理等の後処理を行う。
【0050】
尚、フィルタ51の開口部の面積はヘッドの外部に対して最も狭くしてあるため、フィルタ溝部を切断してヘッドを製造することにより、異物が製造上の取り扱いでヘッド内に侵入することを防止する事が可能となる。
【0051】
その後、列方向に分離し、個々のインクジェットヘッドが得られるが、本実施形態では、行方向に分離する前に、予め、行方向に隣接するインクジェットヘッド10b、10dの間tdに、スクライブ(溝)を形成してある。このため、行方向に分離後、ノズル部の撥水処理を行った後、簡単に、短時間で、切断(ブレーク)できる。
【0052】
以上述べた方法以外にも種々の切断方法が、挙げられるが、行方向の切断は、ノズル部分の切断を含み、精度が要求されるため、ダイシングによる研削切断が望ましく、列方向は、行方向ほどの精度は要求されないため、容易なスクライブ後ブレークする方法が望ましい。
【0053】
以上、述べたように、接合後の基板を所定位置で切断して得られる個々のインクジェットヘッドには、外部駆動回路と各圧力発生手段とを、十分な接続強度、十分な導通性を保つことが可能な端子部が形成されており、このように、外部駆動回路に確実に接続できる端子を備えたインクジェットヘッドを各基板の接合、切断を行うだけで、大量かつ安価に生産できるという効果を奏する。
【0054】
以上述べた実施形態では圧力発生手段として静電吸引力を用いたが、圧力発生手段として圧電素子を振動板5の吐出室6の反対側の面に貼着し、圧電素子に適宜電気パルスを印加して、振動板を変形させても良い。また、圧力発生手段として、発熱抵抗体素子を吐出室6内に設け、発熱抵抗素子によるインクの加熱膨張によって、インクを吐出する圧力を得る方法であっても、本発明の作用・効果として同一のものが得られる。このように、本発明は、圧力発生手段として、静電吸引力を用いるものに限定されるものではないが、圧力発生手段に振動板と対向電極に発生する静電気力を用いたものは、別途、発熱抵抗体、圧電体を付設する必要がなく、単に対向電極を形成した第の基板を接合することによって、圧力発生素子が得られるため、最も製造工程を簡略化できるという効果を奏する。
【0055】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明によれば、少なくとも2枚以上の基板を接合することにより、該基板中に配置形成される複数のインクジェットヘッドを、切断により分割して個々のインクジェットヘッドとするインクジェットヘッドの製造方法において、 第1の基板上に、複数のインクジェットヘッドのノズル溝を含む吐出部の一部となる凹部を列方向に配置形成し、各々の前記インクジェットヘッドの前記吐出部に付設される圧力発生手段に信号もしくは、電力を供給するための端子部を、夫々の前記吐出部に隣接した位置に配置形成し、列方向に垂直な方向の凹部の幅よりやや_大きい幅を短辺とする長方形に形成された複数の第3の基板の夫々を、第1の基板の前記凹部を列方向毎に覆う位置に接合して各吐出部を形成した後、各々の前記吐出部と連通し前記凹部に対して前記列方向側に形成されている前記ノズル溝を前記列方向に垂直な方向に切断分割してノズルを開孔させ、その後、前記ノズルが形成された切断面を研磨した後、各吐出部と、これと隣り合う吐出部に係わる端子部の間を、列方向に切断分離して個々のインクジェットヘッドとすることにより、外部駆動回路に確実に接続できる端子を備えたインクジェットヘッドを適所にパターニングを施した各基板の接合、切断を行うだけで、大量かつ安価に生産できるという効果を奏する。
【0056】
また、本発明によれば、インクジェットヘッドの製造方法において、更に、絶縁体からなる第の基板を、前記第1の基板の底面に接合する工程を含み、前記第1の基板の各凹部の底面には、予め振動板を形成し、前記第の基板上には、両基板が接合されたときに、前記各振動板に所定の空隙を有して対向する位置に、予め対向電極を形成することにより、静電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドの製造方法を提供できる。このような圧力発生手段方式に静電気力を用いたインクジェットヘッドは、発明によって、他の方式のものよりも、より大量かつ安価に製造することが可能である。
【0057】
また、発明のように、第1の基板上の前記吐出部に隣接した位置に、各振動板に共通に接続する共通端子を形成し、該共通端子に隣接した位置に、各対向電極に接続する個別端子を形成することによって、例えば、このように配置された各端子に、FPCを接続することにより、個々に分離されたインクジェットヘッドを、より容易に外部駆動回路に接続することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態のインクジェットヘッドの分解斜視図。
【図2】図1のインクジェットヘッドの組み立てた状態を示す斜視図。
【図3】図1のインクジェットヘッドの断面側面図。
【図4】図1のインクジェットヘッドの基板の平面部分拡大図。
【図5】本発明の一実施形態のインクジェットヘッドのインク吐出動作を示す断面側面図。
【図6】図5に示したインクジェットヘッドの振動板と対向電極に与える電圧の状態を示す説明図。
【図7】本発明の一実施形態のインクジェットヘッドを搭載したプリンタの概要図。
【図8】本発明のインクジェットヘッドの製造方法に係わる、複数個のインクジェットヘッドを製造する方法を示す斜視図。
【図9】本発明の一実施形態のインクジェットヘッドの基板の製造過程を示す断面図。
【図10】図8において、接合後のシリコン基板1と基板2の間の断面の一部を示す拡大図。
【符号の説明】
1 第1の基板
2 第2の基板
3 第3の基板
4 ノズル孔
5 振動板
6 吐出室
17 共通端子
21 対向電極
23 個別端子
70 流路パターン
71 配線パターン
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an ink jet head used in an ink jet recording apparatus, and more particularly to a method for forming a large number of ink jet heads on one substrate and then separating the heads into individual ink jet heads.
[0002]
[Prior art]
Ink jet printers have many advantages such as extremely low noise during recording, high-speed printing, and the ability to use inexpensive plain paper with high ink flexibility. Among them, the so-called ink-on-demand method, which discharges ink droplets only when recording is necessary, is currently the mainstream because it does not require collection of ink droplets unnecessary for recording.
[0003]
A conventional method of manufacturing an ink jet head is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 6-98772. In this manufacturing method, a plurality of head flow path walls and pressure generating elements are arranged and formed on one support, and a glass plate is bonded to form a plurality of heads, and then cut and separated by a dicing method. Then, the individual ink jet heads were completed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-98772, a method of simply forming an ink flow path and a pressure generating element on a support, joining a flat plate thereon, and then separating and cutting the individual heads. Then, it is very difficult to connect the pressure generating element to an external drive circuit.
[0005]
For example, it is conceivable to form a terminal in a small area exposed between the support and the flat plate, and connect an external drive circuit to the terminal. It cannot be expected that a good conduction will be obtained.
[0006]
Further, a method of providing a through hole in a support or a flat plate to connect the external drive circuit to the pressure generating element is also conceivable. However, the manufacturing process becomes complicated, and ink is not leaked from these holes. Ingenuity is required, and the material of the substrate must be selected to be suitable for such processing. In any case, the original advantage of manufacturing a large number of ink jet heads from one bonded substrate simply and inexpensively is impaired.
[0007]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a method capable of easily and inexpensively manufacturing a large number of ink jet heads at a time.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a method for manufacturing an inkjet head, comprising joining at least two or more substrates, thereby dividing a plurality of inkjet heads arranged and formed in the substrates into individual inkjet heads by cutting. Of multiple inkjet heads on a single substrate Including nozzle groove A concave portion which is a part of the discharge portion is formed in the column direction, and a terminal portion for supplying a signal or power to a pressure generating means attached to the discharge portion of each of the ink jet heads is provided for each of the discharge portions. A plurality of third substrates, each of which is formed in a rectangular shape having a shorter side slightly wider than the width of the concave portion in a direction perpendicular to the column direction and having a shorter side, is disposed at a position adjacent to the first portion. After forming each of the discharge portions by bonding the concave portions of the substrate to positions covering the respective column directions, the discharge portions are formed in the column direction with respect to the concave portions in communication with the respective discharge portions. Cutting and dividing the nozzle groove in a direction perpendicular to the row direction After the nozzle is opened, the cut surface on which the nozzle is formed is polished, and then each of the ejection sections and the terminal section related to the ejection section adjacent thereto are cut and separated to form an individual inkjet head. It is characterized by the following.
[0009]
in this way, Of the recess in the direction perpendicular to the column direction Width slightly larger than width Formed into a rectangle with the short side as Since each of the plurality of third substrates is joined to a position covering each recess of the first substrate to form each ejection portion, the terminal portions are exposed after joining the two substrates. Therefore, each of the inkjet heads obtained by cutting the bonded substrate at a predetermined position has a terminal portion capable of maintaining sufficient connection strength and sufficient conductivity with an external drive circuit and each pressure generating means. Is formed. The ink jet head obtained in this way is securely connected to an external drive circuit, and by appropriately driving the pressure generating means, pressure is generated at each of the discharge portions, ink droplets are discharged, and the recording medium is discharged. Printing is performed.
[0010]
In the nozzle for discharging the ink droplets, grooves serving as a part of the nozzle communicating with each discharge unit may be formed in advance in a row on the first substrate. , Each discharge section The nozzle hole communicating with 3 May be formed in a row on the substrate. In any case, a flow path including a discharge portion and a nozzle communicating with the discharge portion is formed only by bonding the two substrates.
[0011]
Also, The present invention relates to an inkjet head In the manufacturing method, the method further comprises: 2 Bonding the substrate to the bottom surface of the first substrate, forming a diaphragm in advance on the bottom surface of each concave portion of the first substrate, 2 When the two substrates are bonded to each other, a counter electrode is formed in advance at a position facing each of the vibration plates with a predetermined gap.
[0012]
For example, an ink jet head employing a pressure generating element such as a bubble type or a piezo type can be applied to the invention according to claim 1, but the electrostatic force generated on the diaphragm and the counter electrode is used for the pressure generating means. It is not necessary to separately add a heating resistor and a piezoelectric body, and the 2 By joining the substrates described above, a pressure generating element can be obtained, so that the manufacturing process can be simplified most. Such an ink jet head using an electrostatic force for the pressure generating means can be manufactured in a larger amount and at a lower cost by the invention according to the fourth aspect.
[0013]
Also, The present invention Forming a common terminal commonly connected to each diaphragm at a position on the first substrate adjacent to the discharge section, and forming an individual terminal connected to each counter electrode at a position adjacent to the common terminal; Thus, for example, by connecting an FPC to each terminal arranged as described above, the individually separated inkjet heads can be more easily connected to an external drive circuit.
[0014]
Also, The present invention From the point that each concave portion of the discharge portion can be formed finely by using anisotropic etching, 1 The substrate is preferably a silicon substrate, and the bonding of the substrates is performed by using anodic bonding that does not require an adhesive layer made of an adhesive or the like, so that a more accurate inkjet head can be manufactured.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Structure of inkjet head)
Hereinafter, a preferred embodiment of an ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0016]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink-jet head according to an embodiment of the present invention, and is a partial cross-sectional view. The present embodiment shows an example of an edge ejection type in which ink droplets are ejected from a nozzle hole provided at an end of a substrate, but a face ejection in which ink droplets are ejected from a nozzle hole provided in an upper surface of the substrate. It may be a type. FIG. 2 is a perspective view of the entire assembled inkjet head, and FIG. 3 is a cross-sectional side view of an ink flow path of the inkjet head.
[0017]
The inkjet head 10 of the present embodiment has a laminated structure in which three substrates 1, 2, and 3 having a structure described in detail below are stacked and joined. For simplicity of description, an example in which one ink jet head is obtained after bonding the respective substrates will be described.
[0018]
The intermediate first substrate 1 is a silicon substrate, and a plurality of nozzle grooves 11 formed at equal intervals in parallel from one end on the surface of the substrate 1 so as to form a plurality of nozzle holes 4. A concave portion 12 which communicates with the groove 11 and forms a discharge chamber 6 which is a pressure generating portion having a diaphragm 5 as a bottom wall, and an ink flow which forms an orifice 7 provided at a rear portion of the concave portion 12 A narrow groove 13 for the inlet, a concave portion 14 that forms a reservoir 8 that is an ink supply unit for supplying ink to each ejection chamber 6, and a filter 51 provided at a rear portion of the concave portion 14 are formed. And a filter groove 52 to be used.
[0019]
In the present embodiment, the facing distance between the diaphragm 5 and the electrode arranged opposite thereto, that is, the length G of the gap portion 16 (see FIG. 3, hereinafter referred to as “gap length”) is the concave portion 15. The spacing means is constituted by the recess 15 for the vibration chamber formed in the second substrate 2 so that the difference between the depth of the electrode and the thickness of the electrode is obtained. As another example, the concave portion may be formed on the lower surface of the first substrate 1. Here, the depth of the recess 15 is set to 0.3 μm by etching. The pitch of the nozzle grooves 11 is 0.509 mm, and the width thereof is 60 μm.
[0020]
In addition, when the common terminal 17 is provided to the first substrate 1, it is important that the work function of the metal material as the semiconductor and the electrode is large. , Or chrome is used as an underlayer, and gold is used. However, the present invention is not limited to this embodiment. When the substrate 1 is a P-type semiconductor, the work function of the common terminal material is larger than that of the common terminal material. Any material may be used. In the case of an N-type semiconductor, any material may be used as long as the work function of the common terminal material is smaller.
[0021]
A borosilicate glass is used for the lower second substrate bonded to the lower surface of the first substrate 1, and a vibration chamber 9 is formed for mounting electrodes below the vibration plate 5 of the first substrate 1. Recess 15 is provided. The vibration chamber 9 is formed by joining the second substrate 2, and an ITO conductive film is sputtered at a position corresponding to the vibration plate 5 on the second substrate 2 by 0.1 μm, and the vibration chamber 9 is substantially formed. The counter electrode 21 is formed by forming an ITO pattern in the same shape. The counter electrode 21 has a lead part 22 and a terminal part 23.
[0022]
The upper third substrate 3 bonded to the upper surface of the first substrate 1 is made of borosilicate glass, like the second substrate 2. By joining the third substrate 3, the nozzle hole 4, the discharge chamber 6, the orifice 7, the reservoir 8, and the filter 51 are formed. The reservoir 8 is provided with a convex portion 19 for increasing the strength so that the concave portion does not collapse when the first substrate and the third substrate are joined. In the present embodiment, the filter 51 also serves as an ink supply port, is connected to the connection pipe 32, and is connected to an ink tank (not shown) via the tube 33.
[0023]
Next, the first substrate 1 and the second substrate 2 are anodically bonded at a temperature of 300 to 500 ° C. and a voltage of 500 to 1000 V, and the first substrate 1 and the third substrate 3 are bonded under the same conditions. The ink jet head is assembled as shown in FIG. The gap length G formed between the diaphragm 5 and the counter electrode 21 on the second substrate 2 after the bonding of the anode is the difference between the depth of the recess 15 and the thickness of the counter electrode 21. In the embodiment, the thickness is 0.2 μm. Further, a silicon oxide film is formed on the surface of the vibration plate 5 of the substrate 1 by thermal oxidation so that short-circuit breakdown does not occur even when the counter electrode 21 and the vibration plate 5 come into contact with each other. If the thermal oxide film as the insulating film is too thick, it causes the electric field to weaken. In this embodiment, the thickness of the thermal oxide film is 0.13 μm.
[0024]
After assembling the ink jet head as described in FIG. 2, the drive circuit 40 is connected between the common terminal 17 and the terminal portion 23 of the counter electrode 21 by the FPC 49, thereby forming an ink jet printer. The ink 103 is supplied from an ink tank (not shown) to the inside of the first substrate 1 via the filter 51, and fills the reservoir 8, the discharge chamber 6, and the like. Then, as shown in FIG. 3, the ink in the ejection chamber 6 is ejected as ink droplets 104 from the nozzle holes 4 when the inkjet head 10 is driven, and is printed on the recording paper 105.
[0025]
FIG. 4 is a partially detailed plan enlarged view of the substrate 1. The substrate 1 of the inkjet head shown in the embodiment of the present invention is formed by anisotropically etching single crystal silicon. Anisotropic etching is etching performed using the fact that the etching rate varies depending on the etching direction. In the present embodiment, utilizing the fact that the etching rate of the single crystal silicon (100) plane is about 40 times or more faster than that of the (111) plane, the above-described nozzle groove 11, concave section 12, narrow groove 13, concave section 14, and A filter groove 52 is formed. The inner nozzle groove 11, the narrow groove 13, and the filter groove 52 are V-shaped grooves each having a (111) plane having a low etching rate. That is, the cross-sectional shapes of the nozzle groove 11, the narrow groove 13, and the filter groove 52 are configured to be triangular. The width of the nozzle groove 11 is 60 μm, and the narrow groove 13 has three flow paths arranged in parallel, and has a width of 55 μm. The width of the filter groove 52 is 50 μm, and 54 concave grooves 14 communicate in parallel. The recesses 12 and 14 are trapezoidal grooves having a (100) bottom surface and a (111) side surface. The groove depth of the concave portions 12 and 14 is determined by adjusting the etching time. On the other hand, since the nozzle groove 11, the narrow groove 13, and the filter groove 51, which are V-shaped grooves, are composed only of the (111) plane having a low etching rate, the depth thereof is determined only by the groove width without depending on the etching time.
[0026]
The nozzle groove 11, the narrow groove 13, and the filter groove 52 are portions that are sensitive to characteristics such as the amount and speed of ejected ink in the ink flow path, and require the highest processing accuracy. In the embodiment of the present invention, these portions requiring high processing accuracy are configured using a surface having a low etching rate, and are processed by anisotropic etching, so that channels having different dimensions can be formed at once with high precision. Is making it possible to get.
[0027]
The ink jet head 10 thus obtained is mounted on, for example, a recording apparatus shown in FIG. In the figure, reference numeral 300 denotes a platen for transporting the recording paper 105, and 301 denotes an ink tank for storing ink therein, which supplies ink to the inkjet head 10 via an ink supply tube 306. Reference numeral 302 denotes a carriage that moves the inkjet head 10 in a direction perpendicular to the direction in which the recording paper 105 is conveyed. By discharging the ink 104 from the inkjet head 10 as needed by the drive circuit 40 while moving the carriage 302, it is possible to print any character or image on the recording paper 105. Reference numeral 303 denotes a pump which, when performing a recovery operation at the time of ink ejection failure of the ink jet head 10 or refilling the ink, sucks the ink through the cap 304 and the waste ink collecting tube 308 and discharges the ink to the discharged ink reservoir 305. Plays the function of collecting.
[0028]
(Driving method of inkjet head)
Hereinafter, the driving method of the inkjet head according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0029]
FIGS. 5A to 5C are side sectional views of the ink jet head according to the embodiment of the present invention, particularly illustrating a state until the ink is ejected by the deformation of the diaphragm from the standby state. It is. FIGS. 6A to 6C are schematic diagrams showing states of voltages applied between the diaphragm and the electrodes in the states of FIGS. 5A to 5C, respectively. Hereinafter, an example of the operation of the ink jet head of the present invention will be described with reference to these drawings.
[0030]
FIG. 5A is a side sectional view of the ink jet head in a standby state, and FIG. 6A is a schematic diagram showing a potential between the diaphragm 5 and the counter electrode 21 at that time.
[0031]
At this time, the ink jet head is filled with ink in the ink flow path, and is in a standby state when discharging ink. Next, as shown in FIG. 6B, when a voltage is applied between the diaphragm 5 and the counter electrode 21 to generate a potential difference from the standby state, an electrostatic attraction force acts on the diaphragm 5 and the counter electrode 21. Then, the diaphragm 5 is attracted to the counter electrode 21. At this time, as shown in FIG. 5B, the pressure in the discharge chamber 6 is reduced by the vibration plate 5 sucked by the counter electrode 21, and ink is supplied from the reservoir 8 to the discharge chamber 6 in the direction of arrow B. . At the same time, the meniscus 102 formed in the nozzle 4 is also sucked in the direction of the discharge chamber 6. Next, as shown in FIG. 6C, when the timing at which the ink is sufficiently supplied is selected, the application of the voltage is stopped, and the electric charge stored in the diaphragm 5 and the counter electrode 21 is discharged. As shown in c), the diaphragm 5 is released from the force of the electric field and is restored to the discharge chamber 6 by its own restoring force. At this time, the ink droplet 104 is ejected from the nozzle hole 4 by the pressure generated in the ejection chamber 6. At the same time, the ink in the ejection chamber 6 passes through the orifice 7 in the direction of arrow C and is discharged to the reservoir 8. Thereafter, the vibration of the ink in the ink flow path is attenuated by the flow path resistance and converges, and the state again returns to the standby state shown in FIG. 5A, where the next ink can be ejected.
[0032]
In the above-described driving method, in the standby state, the diaphragm is not deformed, and during driving, by deforming the diaphragm, once the pressure in the discharge chamber is reduced, immediately after that, the force applied to the diaphragm is released. In this method, the pressure is increased to eject ink droplets (so-called pulling). In a standby state, the diaphragm is constantly deformed, and the diaphragm is opened only when ink is ejected (so-called pulling). Pressing). With the pulling method shown in the example, it is possible to increase the amount of ejected ink and drive with excellent frequency characteristics of the amount of ejected ink. In any case, the operation and effect of the present invention are the same even if the driving force and the driving method are different.
[0033]
(Method of manufacturing inkjet head)
Hereinafter, the method for manufacturing the ink jet head of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0034]
FIG. 8 is a diagram illustrating a method of manufacturing a plurality of inkjet heads by overlapping and joining three substrates 1, 2, and 3 in the method of manufacturing an inkjet head according to the present invention.
[0035]
By joining the substrate 1 and the substrate 3, an ejection unit including a nozzle 4 for ejecting ink droplets, an ejection chamber 6, an orifice 7, a common ink chamber 8, and a filter 51 serving as an ink intake port is obtained. On the other hand, by joining the substrate 1 and the substrate 2, an electrostatic actuator (vibrating plate 5 and the counter electrode 21) and individual terminals 23 connected to each electrostatic actuator, which are pressure generating means of each head, are obtained. .
[0036]
When the substrate 1 and the substrate 3 are joined, a flow path pattern 70 (concave portion) that forms one discharge portion is formed on one wafer-shaped silicon substrate 1 as shown in FIG. A plurality of sets are formed in a row. Each channel pattern 70 is composed of the grooves or recesses 11, 12, 13, 14, and 51 shown in FIG. 1. In the present embodiment, three channel patterns are provided at both end rows, and five central rows are provided. Since five flow path patterns are formed per row, a total of 31 inkjet heads can be obtained from one silicon wafer. As shown in FIG. 8, the substrate 3 is a rectangular borosilicate glass substrate having a width slightly larger than the width of the flow path pattern and being slightly longer than the radius of the wafer-shaped substrate 1. Substrates 3 having such a shape are prepared for the number of rows of the flow path patterns 70 formed on the substrate 1 (in the case of the present embodiment, seven are prepared, and each of the substrates 3 is provided with the flow path patterns arranged in a row. Join at the position to cover.
[0037]
On the other hand, for the lower second substrate to be joined to the lower surface of the first substrate 1, borosilicate glass substantially the first substrate is used. On the second substrate 2, a wiring pattern 71 composed of the groove 15 shown in FIG. 1, the counter electrode 21 formed on the bottom of the groove 15, and the lead portion 22 connecting the individual terminal 23 and the counter electrode 21 is formed. A plurality of sets are arranged and formed at positions corresponding to the road pattern 70.
[0038]
Hereinafter, a method of forming a flow path pattern 70 (concave portion) serving as a discharge portion on the silicon substrate 1 will be described by taking the filter 51 as an example.
[0039]
FIG. 9 is a view for explaining a groove forming process of the substrate 1 in the method of manufacturing an ink jet head according to the present invention. Each figure shows a cross section of a portion of the substrate 1 where the filter groove 52 is formed. Reference numeral 61 denotes a 6000 ° -thick SiO2 thermal oxide film formed by thermal oxidation at 1100 ° C. on the surface of the substrate 1 made of single-crystal Si. Reference numeral 62 denotes a resist which is a photosensitive resin applied to the surface of the substrate 1.
[0040]
FIG. 9A shows that after applying and drying a resist 61 on the surface of the substrate 1 after the thermal oxidation, the resist 61 is irradiated and exposed to ultraviolet light using a positive mask in which a pattern is drawn only on a portion where the filter groove 52 is to be formed. , Developed, rinsed and dried. Here, referring to the width of the pattern, the width of the pattern for forming the filter groove 52 is smaller than the width of the pattern for forming the nozzle groove 11 and the narrow groove 13 shown in FIG.
[0041]
Next, the oxide film is etched with an etching solution (BHF) in which hydrofluoric acid and ammonium fluoride are mixed at a ratio of 1: 6 (volume ratio). Thus, the oxide film of the pattern portion where the filter groove 52 is to be formed is removed. Thereafter, when the resist 61 is peeled, the state shown in FIG. 9B is obtained. At this time, at the same time, the oxide film of the pattern portion for forming the groove serving as the ink flow path and the ink supply portion is also removed.
[0042]
Further, the single crystal Si as the substrate 1 is etched with an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) and ethanol. At this time, since the (100) plane of the single crystal Si is etched at a speed 40 times the etching speed of the (111) plane, the (111) plane is exposed as a result. FIG. 9C shows a state after the single crystal silicon is etched. At this time, the filter groove 52 is formed only of the (111) plane of single crystal Si. Since the filter groove 52 is formed of the (111) plane having a low etching rate, the etching hardly proceeds, and the filter groove 52 is formed with a stable width and depth with respect to the pattern width of the mask. Similarly, it is possible to form the groove shape with high accuracy for other ink flow paths and ink supply units.
[0043]
At the end of the groove formation, after washing with hot sulfuric acid, steam washing with isopropyl alcohol,
The thermal oxide film on the surface is removed by BHF. FIG. 9D shows a state after the formation of the groove after the thermal oxide film is removed.
[0044]
Thereafter, the common terminal 17 is formed at a position adjacent to each flow path pattern, and a thermal oxide film serving as a protective film is formed again to complete the substrate 1. A hole 24 for exposing the individual terminal 23 formed on the substrate 2 when the substrate 1 is bonded to the substrate 2 is provided at a position adjacent to each common terminal of the substrate 1.
[0045]
Next, a procedure for bonding the substrates thus formed will be described. As mentioned above, wiring pattern 71 On the substrate 2 on which the individual terminals 23 are regularly formed in a row, the substrate 1 on which the flow path pattern 70, the common terminal 17, and the holes 24 are regularly formed in a row is positioned. Positioning is performed by adjusting the position of each substrate while observing the indicia 72 engraved on each substrate with a microscope. After the positioning, the two substrates 1 and 2 are joined by performing anodic bonding. Thereby, the individual terminals 23 are formed at positions adjacent to the respective common terminals 17 provided on the surface of the bonded substrate 1. Thereafter, each substrate 3 is positioned at a predetermined position at once by a jig (not shown) for holding each substrate 3 at equal intervals and in parallel. A predetermined voltage is simultaneously applied between the thus positioned substrate 1 and the plurality of substrates 3 to perform anodic bonding.
[0046]
in this way, Slightly larger than the width of the flow path pattern 70 Multiple first with width 3 Substrate 3 Are joined at positions covering the respective flow path patterns 70 of the first substrate to form the respective discharge portions. Therefore, in a state after the respective substrates are joined, the substrates 1 or the other than the respective flow path patterns 70 3 Is exposed to the outside, and the terminals 17 and 23 for supplying signals and power to the pressure generating means are already prepared. Therefore, a large number of ink jet heads can be obtained only by cutting the substrate by the method described below.
[0047]
FIG. 10 is an enlarged view showing a part of a cross section between the silicon substrate 1 and the substrate 2 of the bonded substrates, and shows a portion separated into individual inkjet heads.
[0048]
The inkjet heads 10a and 10b to be separated are arranged so that the nozzle 4 and the filter unit 51 face each other on a pattern. The bonded substrate is first cut in a direction perpendicular to the column direction (the long direction of the substrate 3) (hereinafter, this direction is referred to as a row direction). In other words, the ink-jet head is separated in the row direction by removing the cutting allowance ta of the adjacent pattern. The pattern of the filter unit 51 overlaps with the cutting margin ta for tb, and the pattern of the nozzle 4 overlaps with the cutting margin ta for tc.
[0049]
For example, when cutting / separating by dicing, after separating into individual inkjet heads based on the filter part 51 side using a grindstone slightly narrower than the cutting allowance ta, the nozzle 4 part is polished and repelled. Perform post-treatment such as water treatment.
[0050]
Since the area of the opening of the filter 51 is narrowest relative to the outside of the head, cutting the filter groove and manufacturing the head prevents foreign matter from entering the head during handling during manufacturing. It is possible to prevent it.
[0051]
Thereafter, separation is performed in the column direction to obtain individual inkjet heads. In the present embodiment, before separation in the row direction, a scribe (groove) is previously provided between the inkjet heads 10b and 10d adjacent in the row direction. ) Is formed. For this reason, after separating in the row direction and after performing the water-repellent treatment of the nozzle portion, it is possible to cut (break) easily and quickly.
[0052]
Various cutting methods other than the above-mentioned methods can be cited, but cutting in the row direction includes cutting of the nozzle portion, and precision is required. Therefore, grinding and cutting by dicing is desirable, and the column direction is the row direction. Since a high degree of accuracy is not required, a method of breaking after easy scribe is desirable.
[0053]
As described above, for the individual inkjet heads obtained by cutting the bonded substrate at predetermined positions, the external drive circuit and each pressure generating means must have sufficient connection strength and sufficient conductivity. In this way, it is possible to mass-produce an ink-jet head having terminals that can be reliably connected to an external drive circuit by simply joining and cutting each substrate. Play.
[0054]
In the above-described embodiment, the electrostatic attraction force is used as the pressure generating means. However, a piezoelectric element is attached to the surface of the vibration plate 5 on the side opposite to the discharge chamber 6 as the pressure generating means, and an electric pulse is appropriately applied to the piezoelectric element. The voltage may be applied to deform the diaphragm. Also, the method and effect of the present invention are the same as those of the present invention, even in a method in which a heating resistor element is provided in the ejection chamber 6 as the pressure generating means, and the ink is heated and expanded by the heating resistor element to obtain a pressure for ejecting the ink. Is obtained. As described above, the present invention is not limited to the pressure generating means using the electrostatic attraction force, but the pressure generating means using the electrostatic force generated on the diaphragm and the counter electrode as the pressure generating means is separately provided. It is not necessary to attach a heating resistor or a piezoelectric body, and the 2 By joining the substrates described above, a pressure generating element can be obtained, so that there is an effect that the manufacturing process can be simplified most.
[0055]
【The invention's effect】
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, at least two or more substrates are joined, and a plurality of inkjet heads arranged and formed in the substrates are cut and divided into individual inkjet heads. In the manufacturing method, a plurality of inkjet heads are provided on a first substrate. Including nozzle groove A concave portion which is a part of the discharge portion is formed in the column direction, and a terminal portion for supplying a signal or power to a pressure generating means attached to the discharge portion of each of the ink jet heads is provided for each of the discharge portions. Each of a plurality of third substrates formed in a rectangular shape having a shorter side with a width slightly larger than the width of the concave portion in the direction perpendicular to the column direction, which is arranged at a position adjacent to the After forming each discharge portion by joining the concave portion at a position covering each column direction, the discharge portion is formed on the column direction side with respect to the concave portion in communication with each discharge portion. Cutting and dividing the nozzle groove in a direction perpendicular to the row direction After the nozzle is opened, the cut surface on which the nozzle is formed is polished, and then each of the discharge sections and the terminal section related to the discharge section adjacent thereto are cut and separated in the column direction to form an individual inkjet. By using a head, an effect can be obtained in that an ink jet head having terminals that can be reliably connected to an external drive circuit can be mass-produced inexpensively simply by joining and cutting each substrate patterned in place.
[0056]
Also, According to the present invention, an inkjet head In the manufacturing method, the method further comprises: 2 Bonding the substrate to the bottom surface of the first substrate, forming a diaphragm in advance on the bottom surface of each concave portion of the first substrate, 2 When the two substrates are bonded to each other, a counter electrode is formed in advance at a position facing each of the vibration plates with a predetermined gap, so that an inkjet head using an electrostatic actuator is formed. A manufacturing method can be provided. Ink jet heads using electrostatic force for such a pressure generating means method, Book The invention makes it possible to produce larger quantities and less expensively than other types.
[0057]
Also, Book As in the invention, a common terminal commonly connected to each diaphragm is formed at a position adjacent to the discharge portion on the first substrate, and an individual terminal connected to each counter electrode is formed at a position adjacent to the common terminal. By forming the terminals, for example, by connecting an FPC to each terminal arranged in this manner, the individually separated inkjet heads can be more easily connected to an external drive circuit. Play.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an assembled state of the inkjet head of FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional side view of the inkjet head of FIG. 1;
FIG. 4 is a partially enlarged plan view of a substrate of the ink jet head of FIG. 1;
FIG. 5 is a cross-sectional side view illustrating an ink ejection operation of the inkjet head according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing states of voltages applied to a diaphragm and a counter electrode of the inkjet head shown in FIG. 5;
FIG. 7 is a schematic diagram of a printer equipped with an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a method for manufacturing a plurality of ink jet heads according to the method for manufacturing an ink jet head of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view showing the process of manufacturing the substrate of the inkjet head according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an enlarged view showing a part of a cross section between the silicon substrate 1 and the substrate 2 after bonding in FIG. 8;
[Explanation of symbols]
1 First substrate
2 Second substrate
3 Third substrate
4 Nozzle hole
5 diaphragm
6 Discharge chamber
17 Common terminal
21 Counter electrode
23 Individual terminals
70 Flow pattern
71 Wiring pattern

Claims (8)

少なくとも2枚以上の基板を接合することにより、該基板中に配置形成される複数のインクジェットヘッドを、切断により分割して個々のインクジェットヘッドとするインクジェットヘッドの製造方法において、
第1の基板上に、複数のインクジェットヘッドのノズル溝を含む吐出部の一部となる凹部を列方向に配置形成し、各々の前記インクジェットヘッドの前記吐出部に付設される圧力発生手段に信号もしくは、電力を供給するための端子部を、夫々の前記吐出部に隣接した位置に配置形成し、
前記列方向に垂直な方向の前記凹部の幅よりやや_大きい幅を短辺とする長方形に形成された複数の第3の基板の夫々を、前記第1の基板の前記凹部を前記列方向毎に覆う位置に接合して各前記吐出部を形成した後、
各々の前記吐出部と連通し前記凹部に対して前記列方向に形成されている前記ノズル溝を前記列方向に垂直な方向に切断分割してノズルを開孔させ、
その後、前記ノズルが形成された切断面を研磨した後、
各前記吐出部と、これと隣り合う前記吐出部に係わる前記端子部の間を切断分離して個々のインクジェットヘッドと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。
By bonding at least two or more substrates, a plurality of inkjet heads arranged and formed in the substrates, in the method of manufacturing an inkjet head to be divided into individual inkjet heads by cutting,
On the first substrate, recesses that become part of the discharge units including the nozzle grooves of the plurality of ink jet heads are formed in the column direction, and a signal is generated by the pressure generating means attached to the discharge unit of each of the ink jet heads. Alternatively, a terminal portion for supplying electric power is arranged and formed at a position adjacent to each of the discharge portions,
Each of the plurality of third substrates formed into a rectangle having a shorter side having a width slightly larger than the width of the concave portion in a direction perpendicular to the column direction is formed by dividing the concave portion of the first substrate into each column direction. After forming each of the ejection parts by joining at a position to cover,
The nozzle grooves formed in the column direction with respect to the recessed portions communicating with the respective discharge portions are cut and divided in a direction perpendicular to the column direction to open the nozzles,
Then, after polishing the cut surface on which the nozzle is formed,
A method for manufacturing an ink jet head, wherein each of the discharge sections and the terminal section related to the discharge section adjacent thereto are cut and separated into individual ink jet heads.
請求項1記載のインクジェットヘッドの製造方法において、各前記吐出部に連通する前記ノズルの一部となる溝を前記第1の基板に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。2. The method for manufacturing an ink jet head according to claim 1, wherein a groove serving as a part of the nozzle communicating with each of the discharge units is formed in the first substrate. 請求項1記載のインクジェットヘッドの製造方法において、各前記吐出部に連通する前記ノズルを前記第3の基板に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。2. The method for manufacturing an ink jet head according to claim 1, wherein the nozzle communicating with each of the discharge units is formed on the third substrate. 請求項1記載のインクジェットヘッドの製造方法において、更に、絶縁体からなる第2の基板を、前記第1の基板の底面に接合する工程を含み、
前記第1の基板の各前記凹部の底面には、予め振動板を形成し、
前記第2の基板上には、前記第1と前記第2の基板が接合されたときに、各前記振動板に所定の空隙を有して対向する位置に、予め対向電極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。
2. The method for manufacturing an ink jet head according to claim 1, further comprising: bonding a second substrate made of an insulator to a bottom surface of the first substrate,
A diaphragm is previously formed on the bottom surface of each of the concave portions of the first substrate,
On the second substrate, when the first and second substrates are joined, a counter electrode is formed in advance at a position facing each of the diaphragms with a predetermined gap. A method for manufacturing an ink jet head, which is characterized in that:
請求項4記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記第1の基板上の前記吐出部に隣接した位置に、各前記振動板に共通に接続する共通端子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。5. The method for manufacturing an ink jet head according to claim 4, wherein a common terminal commonly connected to each of said diaphragms is formed at a position adjacent to said discharge portion on said first substrate. Production method. 請求項5記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記共通端子に隣接した位置に、各前記対向電極に接続する個別端子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。6. The method for manufacturing an ink jet head according to claim 5, wherein an individual terminal connected to each of said counter electrodes is formed at a position adjacent to said common terminal. 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記第1の基板は、シリコン基板であって、異方性エッチングを用いて、各前記凹部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。7. The method for manufacturing an ink jet head according to claim 1, wherein the first substrate is a silicon substrate, and each of the concave portions is formed by using anisotropic etching. Manufacturing method of an inkjet head. 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法において、各基板間の接合には、陽極接合を用いることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。8. The method for manufacturing an ink jet head according to claim 1, wherein anodic bonding is used for bonding between the substrates.
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