JP3680855B2 - Electrostatically attracting droplet nozzle and method for producing the same - Google Patents

Electrostatically attracting droplet nozzle and method for producing the same Download PDF

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この発明は静電誘引式液滴ノズルおよびその製造方法、詳しくは静電気力により、インクジェット液滴吐出装置に搭載され、吐出液が液流路の先端の液吐出口から吐出される静電誘引式液滴ノズルおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to an electrostatic attraction type droplet nozzle and a manufacturing method thereof, more specifically, electrostatic attraction type that is mounted on an ink jet droplet discharge device by electrostatic force, and discharge liquid is discharged from a liquid discharge port at the tip of a liquid flow path. The present invention relates to a droplet nozzle and a manufacturing method thereof.

近年、フラットパネルディスプレイおよびコンピュータ関連機器の分野においては、製造装置の簡素化、製造自由度の拡大および省資源化などが要望されている。これを受けて、現在、液滴を吐出するインクジェット式ノズルを使用し、有機EL(Electoro Luminescence)材をシリコン基板に直接吐出して有機ELディスプレイを作製する方法、導電性粒子を含む溶液をプリント回路基板などに吐出して配線パターンを直接描画する方法などが検討されている。   In recent years, in the fields of flat panel displays and computer-related devices, there has been a demand for simplification of manufacturing apparatuses, expansion of manufacturing freedom, and resource saving. In response to this, a method for producing an organic EL display by directly ejecting an organic EL (Electro Luminescence) material onto a silicon substrate using an ink jet nozzle that ejects droplets, and a solution containing conductive particles are printed. A method of directly drawing a wiring pattern by discharging onto a circuit board or the like has been studied.

このような直接描画を行う従前のインクジェット式ノズルとして、例えばピエゾ素子を利用した圧電式液滴ノズル、液滴の膜沸騰を利用したサーマル式液滴ノズルなどが知られている。
両方式のノズルを使用すると、液流路の吐出口に吐出液の目詰まりが発生し易い。これにより、ノズル径が制約され、吐出される液滴の最小径(以下、最小液滴径)は、20μmが限界であった。
As conventional ink jet nozzles that perform such direct drawing, for example, piezoelectric droplet nozzles using piezo elements, thermal droplet nozzles using droplet film boiling, and the like are known.
When both types of nozzles are used, clogging of the discharge liquid tends to occur at the discharge port of the liquid flow path. Accordingly, the nozzle diameter is restricted, and the minimum diameter of the ejected droplet (hereinafter referred to as the minimum droplet diameter) is limited to 20 μm.

そこで、これを解消する従来のインクジェット式ノズルとして、例えば特許文献1に記載されたような静電誘引式ノズルが知られている。
以下、図28および図29を参照して、従来の静電誘引式液滴ノズルを具体的に説明する。
図28および図29に示すように、従来の静電誘引式液滴ノズル100は、ノズル本体101と、このノズル本体101の内部に形成され、インク(吐出液)が通過する液流路102と、液流路102の両側部に一対配置された吐出電極103と、両吐出電極103を被覆する被覆部材104と、液流路102に配置されて、鋭角な先端部が、液流路102の先端の液吐出口105から外方に突出した平板な針形状(以下、針板形状)を有する吐出部材106と、吐出部材106を液流路102に固定する絶縁性材からなる補助部材107と、液吐出口105から離間した位置に配され、吐出されたインクが通過する開口部108が形成されたグリッド電極(ゲート電極)109とを備えている。
また、両吐出電極103には、バイアス電源112とパルス電源113とがそれぞれ接続されている。さらに、開口部108から離間した液吐出方向の所定位置には、静電誘引式液滴ノズル100に対向した平板形状の対向電極110が配設されている。
対向電極110の静電誘引式液滴ノズル100側の面(以下、ノズル側の面)には、例えば有機ELディスプレイ用のシリコン基板111が当接されている。対向電極110には、液滴加速用電源114が接続されている。
Therefore, as a conventional ink jet type nozzle for solving this problem, an electrostatic attraction type nozzle as described in Patent Document 1 , for example, is known.
Hereinafter, a conventional electrostatic attraction type droplet nozzle will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 28 and 29, a conventional electrostatic attraction-type droplet nozzle 100 includes a nozzle body 101 and a liquid channel 102 formed inside the nozzle body 101 and through which ink (discharge liquid) passes. , A pair of discharge electrodes 103 disposed on both sides of the liquid flow path 102, a covering member 104 that covers both discharge electrodes 103, and a sharp tip disposed in the liquid flow path 102, A discharge member 106 having a flat needle shape (hereinafter referred to as a needle plate shape) protruding outward from the liquid discharge port 105 at the tip, and an auxiliary member 107 made of an insulating material for fixing the discharge member 106 to the liquid flow path 102 And a grid electrode (gate electrode) 109 which is disposed at a position spaced apart from the liquid discharge port 105 and has an opening 108 through which the discharged ink passes.
Further, a bias power source 112 and a pulse power source 113 are connected to both ejection electrodes 103, respectively. Further, a flat counter electrode 110 facing the electrostatic attraction type droplet nozzle 100 is disposed at a predetermined position in the liquid discharge direction separated from the opening 108.
For example, a silicon substrate 111 for an organic EL display is in contact with the surface of the counter electrode 110 on the electrostatic attraction type droplet nozzle 100 side (hereinafter referred to as a nozzle side surface). The counter electrode 110 is connected to a droplet acceleration power source 114.

この静電誘引式液滴ノズル100にあっては、まず対向電極110のノズル側の面に、有機ELディスプレイ用のシリコン基板111を、その裏面を当接面として配置する。
また、図示しないインクタンクから供給されたインクにより、液流路102の路面を濡らしておく。その後、吐出電極103に1.5〜2.0kVのバイアス電圧を印加する。すると、液流路102内のインク中に含まれる有機EL材の微粒子に対して、液吐出口105に向かう電界が作用する。
これにより、微粒子は針板形状を有する吐出部材106に沿って液吐出口105方向に流動しながら徐々に濃縮され、液吐出口105付近で液滴を形成する。このとき、液滴中の微粒子には静電反発力が作用し、対向電極110に向かって微粒子が飛び出そうとする。
In the electrostatic attraction type droplet nozzle 100, first, a silicon substrate 111 for an organic EL display is disposed on the nozzle side surface of the counter electrode 110 with the back surface thereof as a contact surface.
Further, the surface of the liquid flow path 102 is wetted with ink supplied from an ink tank (not shown). Thereafter, a bias voltage of 1.5 to 2.0 kV is applied to the ejection electrode 103. Then, an electric field directed to the liquid discharge port 105 acts on the fine particles of the organic EL material contained in the ink in the liquid flow path 102.
As a result, the fine particles gradually concentrate while flowing in the direction of the liquid discharge port 105 along the discharge member 106 having a needle plate shape, and form droplets near the liquid discharge port 105. At this time, electrostatic repulsive force acts on the fine particles in the droplet, and the fine particles try to jump out toward the counter electrode 110.

しかしながら、バイアス電圧による静電反発力は、あらかじめインクの表面張力より小さく設定されている。そのため、微粒子は液滴の表面から飛び出せない。
そして、この状態のまま微粒子の吐出量に応じて300〜500V程度のパルス電圧をバイアス電圧に重畳する。
その結果、静電反発力が液滴の表面張力を上回り、微粒子が液吐出口105から吐出し、グリッド電極109の開口部108を通過して対向電極110に向かって飛翔する。その際、このグリッド電極109に対して、対向電極110より電位が大きい電圧を印加すると、微粒子はグリッド電極109と対向電極110との間でも電界による力を受ける。
これにより、微粒子の吐出の安定化を図ることができる。
特開2000−255066号公報
However, the electrostatic repulsion force due to the bias voltage is set in advance smaller than the surface tension of the ink. Therefore, the fine particles cannot jump out from the surface of the droplet.
In this state, a pulse voltage of about 300 to 500 V is superimposed on the bias voltage according to the discharge amount of the fine particles.
As a result, the electrostatic repulsion force exceeds the surface tension of the liquid droplets, and the fine particles are discharged from the liquid discharge port 105 and fly toward the counter electrode 110 through the opening 108 of the grid electrode 109. At this time, when a voltage having a higher potential than the counter electrode 110 is applied to the grid electrode 109, the fine particles are subjected to a force due to an electric field between the grid electrode 109 and the counter electrode 110.
Thereby, the discharge of fine particles can be stabilized.
JP 2000-255066 A

しかしながら、従来の静電誘引式液滴ノズル100では、板針形状を有した吐出部材106の幅が140μmと大きく、しかも吐出部材106の先端の曲率半径も10μmと大きかった。
これにより、インクの最小液滴径を、有機ELディスプレイへの直接描画が可能な1μm以下まで小さくすることは困難であった。
また、従来の静電誘引式液滴ノズル100では、ノズル先端に作用する電界が小さいので、液滴(微粒子)を吐出させるには高い電圧を必要とした。
However, in the conventional electrostatic attraction type droplet nozzle 100, the width of the ejection member 106 having a plate needle shape is as large as 140 μm, and the curvature radius of the tip of the ejection member 106 is as large as 10 μm.
As a result, it has been difficult to reduce the minimum ink droplet diameter to 1 μm or less that allows direct drawing on an organic EL display.
Further, in the conventional electrostatic attraction type droplet nozzle 100, since the electric field acting on the tip of the nozzle is small, a high voltage is required to eject droplets (fine particles).

そこで、これを解消するため、例えば反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)などの半導体微細加工を一種であるドライエッチングを応用し、シリコン基板に対して、その表面側から基板の厚さ方向に向かってドライエッチングを施すことが考えられる。
しかしながら、シリコン基板に孔形状の液流路を穿つドライエッチングの深さは、例えば数百μmと深い。RIEなどのドライエッチングによるシリコン基板のアスペクト比は、R10〜R100程度である。
そのため、液流路にエッチング不良としてのボーイングが発生し易かった。
ボーイングとは、液流路を形成する途中において側面方向のエッチングが進行し、液流路の側壁が断面凹形となる状態である。
これにより、流路全長にわたって断面積が一定した液流路を作製することは難しかった。その結果、最小液滴径が1μm以下の液滴を吐出させることはできなかった。
In order to solve this problem, for example, dry etching, which is a kind of semiconductor microfabrication such as reactive ion etching (RIE), is applied to the silicon substrate from the surface side in the thickness direction of the substrate. It is conceivable to perform dry etching toward the surface.
However, the depth of dry etching that pierces a silicon substrate with a hole-shaped liquid flow path is as deep as several hundred μm, for example. The aspect ratio of the silicon substrate by dry etching such as RIE is about R10 to R100.
For this reason, bowing as an etching defect is likely to occur in the liquid flow path.
Boeing is a state in which etching in the lateral direction proceeds in the middle of forming the liquid flow path, and the side wall of the liquid flow path has a concave cross section.
Thereby, it was difficult to produce a liquid channel having a constant cross-sectional area over the entire length of the channel. As a result, a droplet having a minimum droplet diameter of 1 μm or less could not be discharged.

この発明は、最小液滴径が1μm以下の吐出液を吐出させることができ、しかも低電圧による駆動が可能な静電誘引式液滴ノズルおよびその製造方法を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、液滴の吐出の安定化を図ることができる静電誘引式液滴ノズルおよびその製造方法を提供することを、その目的としている。
An object of the present invention is to provide an electrostatically attractive droplet nozzle capable of discharging a discharge liquid having a minimum droplet diameter of 1 μm or less and capable of being driven by a low voltage, and a manufacturing method thereof. .
Another object of the present invention is to provide an electrostatically attracting droplet nozzle capable of stabilizing droplet ejection and a method for manufacturing the same.

参考例として示す静電誘引式液滴ノズルは、ノズル本体に吐出液が通過する液流路が形成され、該液流路に配置された吐出電極への電圧の印加に伴って発生した静電気力により、前記吐出液が液流路の先端の液吐出口から吐出されるものにおいて、前記ノズル本体は、第1の基板と、該第1の基板に貼り合わされる第2の基板とを有し、前記第1の基板と第2の基板のうち、少なくとも一方の基板の貼り合わせ側の面に、前記液流路の一部分を構成する液流路用溝が、ドライエッチングにより形成される。The electrostatic attraction type droplet nozzle shown as a reference example has a liquid flow path through which the discharge liquid passes in the nozzle body, and an electrostatic force generated by applying a voltage to the discharge electrode arranged in the liquid flow path. Accordingly, the nozzle body has a first substrate and a second substrate bonded to the first substrate, in which the discharge liquid is discharged from the liquid discharge port at the tip of the liquid flow path. A liquid channel groove constituting a part of the liquid channel is formed by dry etching on the surface of at least one of the first substrate and the second substrate on the bonding side.

この静電誘引式液滴ノズルによれば、第1の基板と第2の基板とを貼り合わせてノズル本体を形成する際、両基板の貼り合わせ面間において、ドライエッチングにより形成された液流路用溝を主体として液流路を形成する。
この場合、液流路用溝は、選出された基板の貼り合わせ面にドライエッチングされる際、エッチング方向を溝の長さ方向ではなく、溝の幅方向に向けてエッチングされる。その結果、エッチング量が小さくなる。
したがって、アスペクト比がR10〜R100となるドライエッチングであっても、液流路にボーイングが発生し難い。これにより、半導体微細加工を利用し、流路全長にわたって断面積が一定となった液流路を作製することが可能になる。
その結果、最小液滴径が1μm以下の吐出液の液滴を吐出させることができるとともに、従来より低電圧であっても、静電誘引式液滴ノズルを有したインクジェット式液滴吐出装置を駆動することができる。
According to this electrostatic attraction type droplet nozzle, when the nozzle body is formed by bonding the first substrate and the second substrate, the liquid flow formed by dry etching between the bonding surfaces of both substrates is formed. A liquid flow path is formed mainly using the channel groove.
In this case, when the groove for liquid flow path is dry-etched on the bonded surface of the selected substrate, the etching direction is not directed in the length direction of the groove but in the width direction of the groove. As a result, the etching amount is reduced.
Therefore, even in dry etching with an aspect ratio of R10 to R100, bowing is unlikely to occur in the liquid flow path. This makes it possible to produce a liquid flow path having a constant cross-sectional area over the entire length of the flow path using semiconductor microfabrication.
As a result, it is possible to discharge a droplet of a discharge liquid having a minimum droplet diameter of 1 μm or less, and an ink jet droplet discharge apparatus having an electrostatic attraction type droplet nozzle even at a lower voltage than in the past. Can be driven.

静電誘引式液滴ノズルの方式は限定されない。例えば、常に吐出液を吐出し続けるパーマネント・フロー式でもよい。また、必要時に必要な量だけ吐出液を吐出するドロップ・オン・デマンド式でもよい。
ノズル本体の素材としては、例えば単結晶シリコン、多結晶シリコン、ガラスなどを採用することができる。要は、半導体微細加工法の一種であるドライエッチングにより、第1の基板および第2の基板のうち、少なくとも液流路用溝が形成される側の基板が、微細加工可能な素材であればよい。
ノズル本体を構成する第1の基板と第2の基板とは同じ素材でもよい。また、異なる素材でもよい。
ノズル本体の形状としては、例えば平面視して矩形状、円形状、楕円形などを採用することができる。
The method of the electrostatic attraction type droplet nozzle is not limited. For example, a permanent flow type that continuously discharges the discharge liquid may be used. Further, a drop-on-demand type that discharges a required amount of liquid when necessary may be used.
As the material of the nozzle body, for example, single crystal silicon, polycrystalline silicon, glass or the like can be employed. In short, if the substrate on which at least the liquid channel groove is formed is a material that can be finely processed among the first substrate and the second substrate by dry etching, which is a kind of semiconductor microfabrication method. Good.
The first substrate and the second substrate constituting the nozzle body may be the same material. Different materials may be used.
As the shape of the nozzle body, for example, a rectangular shape, a circular shape, an elliptical shape, or the like can be adopted in plan view.

吐出液とは、所定の溶媒中に所定量の微粒子を添加したものである。溶媒としては、例えばオイル、水、有機溶媒などを採用することができる。
微粒子の素材としては、例えば各種の有機EL材、各種の顔料、各種の導電性素材などを採用することができる。
微粒子の粒径は1〜200nm、好ましくは10〜50nmである。1nm未満では微粒子の製造が困難になる。
また、200nmを超えると液滴の制御が困難になる、溶媒を除去する際の体積変化が大きくなるなどの不都合が生じる。微粒子の添加量は、例えば10〜1000重量部である。
The discharge liquid is obtained by adding a predetermined amount of fine particles to a predetermined solvent. As the solvent, for example, oil, water, organic solvent and the like can be employed.
As the fine particle material, for example, various organic EL materials, various pigments, various conductive materials and the like can be employed.
The particle diameter of the fine particles is 1 to 200 nm, preferably 10 to 50 nm. If it is less than 1 nm, it is difficult to produce fine particles.
In addition, when the thickness exceeds 200 nm, it is difficult to control the droplets, and there are problems such as a large volume change when the solvent is removed. The amount of fine particles added is, for example, 10 to 1000 parts by weight.

液流路の断面形状としては、例えば円形、楕円形、三角形、四角形以上の多角形などを採用することができる。
液流路の幅は0.5〜50μm、好ましくは0.5〜5μmである。
0.5μm未満では加工が難しくなる、液体の目詰まりが生じ易くなるという不都合が生じる。また、50μmを超えると液滴の精密制御が困難になる。液流路の長さは限定されない。
吐出電極の素材としては、例えばPolySi、MoSi2 、WSi、TiSi2 、Wなどを採用することができる。
静電誘引式液滴ノズルは、インクジェット式液滴吐出装置に搭載し、吐出電極と平板形状を有する対向電極との間に電圧を印加することで、吐出液の液滴(微粒子)を、対向電極側に配置された例えばシリコン基板の表面に吐出することができる。
As the cross-sectional shape of the liquid channel, for example, a circle, an ellipse, a triangle, a polygon more than a quadrangle, and the like can be adopted.
The width of the liquid channel is 0.5 to 50 μm, preferably 0.5 to 5 μm.
If the thickness is less than 0.5 μm, processing becomes difficult and liquid clogging tends to occur. On the other hand, if it exceeds 50 μm, it is difficult to precisely control the droplets. The length of the liquid channel is not limited.
For example, PolySi, MoSi 2 , WSi, TiSi 2 , W, or the like can be used as the material of the discharge electrode.
The electrostatic attraction type droplet nozzle is mounted on an ink jet type droplet discharge device, and applies a voltage between the discharge electrode and a counter electrode having a flat plate shape so that droplets (fine particles) of the discharge liquid are opposed to each other. For example, it can be discharged onto the surface of a silicon substrate disposed on the electrode side.

液流路用溝は、第1の基板の貼り合わせ面に形成してもよい。また、第2の基板の貼り合わせ面に形成してもよい。
さらには、両基板の貼り合わせ面に形成してもよい。
液流路用溝の断面形状としては、例えば円形、楕円形、三角形または四角形以上の多角形などを採用することができる。
ドライエッチングとは、半導体微細加工技術の一種で、所定のエッチングガスを使用し、選出された基板の貼り合わせ面に液流路用溝を形成する。
The liquid channel groove may be formed on the bonding surface of the first substrate. Alternatively, it may be formed on the bonding surface of the second substrate.
Furthermore, you may form in the bonding surface of both board | substrates.
As the cross-sectional shape of the liquid channel groove, for example, a circular shape, an elliptical shape, a triangular shape, or a polygonal shape having a square shape or more can be adopted.
Dry etching is a kind of semiconductor microfabrication technology, and a predetermined etching gas is used to form a liquid flow channel groove on a bonded surface of selected substrates.

また、前記静電誘引式液滴ノズルにおいては、前記吐出電極は、鋭角に形成された先端部を、前記液吐出口から突出させた針状電極である。In the electrostatic attraction type droplet nozzle, the discharge electrode is a needle-like electrode having a tip formed at an acute angle protruding from the liquid discharge port.

この静電誘引式液滴ノズルによれば、吐出電極として、先端部が鋭角な針状電極を採用したので、吐出液に含まれた微粒子が静電気力により液流路内で液吐出口側に流動する際、吐出電極の鋭角な先端部に沿って、微粒子が徐々に濃縮されながら、吐出電極の微細な先端に集中し、液滴を形成する。
その結果、より低電圧であっても、静電誘引式液滴ノズルが組み込まれたインクジェット式液滴吐出装置を駆動することができる。
According to this electrostatic attraction type droplet nozzle, a needle-like electrode having a sharp tip is adopted as the discharge electrode, so that the fine particles contained in the discharge liquid are moved to the liquid discharge port side in the liquid flow path by the electrostatic force. When flowing, the fine particles are gradually concentrated along the sharp tip of the discharge electrode, while concentrating on the fine tip of the discharge electrode to form droplets.
As a result, it is possible to drive an ink jet type droplet discharge device in which an electrostatically attractive droplet nozzle is incorporated even at a lower voltage.

吐出電極の鋭角な先端部の角度は、例えば10〜50度である。
針状電極である吐出電極の直径は0.1〜40μm、好ましくは0.1〜3μmである。
0.1μm未満では加工が困難になる。また、40μmを超えると液滴の精密制御が困難になる。
吐出電極の先端曲率半径は10〜500nm、好ましくは10〜100nmである。
10nm未満では加工が困難になる、静電力で破壊され易くなるという不都合が生じる。
また、500nmを超えると高い電圧が必要となる、液滴の精密制御が困難になるという不都合が生じる。
The angle of the sharp tip of the discharge electrode is, for example, 10 to 50 degrees.
The discharge electrode, which is a needle electrode, has a diameter of 0.1 to 40 μm, preferably 0.1 to 3 μm.
If it is less than 0.1 μm, processing becomes difficult. On the other hand, if it exceeds 40 μm, it becomes difficult to precisely control the droplets.
The tip electrode has a radius of curvature of 10 to 500 nm, preferably 10 to 100 nm.
If the thickness is less than 10 nm, the processing becomes difficult, and the electrostatic force tends to cause breakage.
Further, when the thickness exceeds 500 nm, a high voltage is required, and there is a problem that it is difficult to precisely control droplets.

また、前記静電誘引式液滴ノズルにあって、前記液吐出口の形成部には、該液吐出口から離間した液吐出方向の所定位置に、絶縁性を有した電極保持体を介してゲート電極が突設され、該ゲート電極には、吐出された前記吐出液が通過する開口部が形成されている。 Further, in the electrostatic attraction type droplet nozzle, the formation portion of the liquid discharge port is provided at a predetermined position in the liquid discharge direction separated from the liquid discharge port via an insulating electrode holder. A gate electrode is projected, and an opening through which the discharged discharge liquid passes is formed in the gate electrode .

また、この静電誘引式液滴ノズルによれば、液吐出口から吐出された微粒子は、ゲート電極の開口部を通過した後、液吐出方向の所定位置に配置された対向電極に向かって飛翔する。
このとき、ゲート電極に対して、対向電極より電位が大きい電圧を印加すると、吐出された液滴中の微粒子は、ゲート電極と対向電極との間においても電界による力を受ける。
これにより、吐出液(微粒子)の吐出の安定化を図ることができる。
Further , according to the electrostatic attraction type droplet nozzle, the fine particles discharged from the liquid discharge port fly through the opening of the gate electrode and then fly toward the counter electrode arranged at a predetermined position in the liquid discharge direction. To do.
At this time, when a voltage having a higher potential than that of the counter electrode is applied to the gate electrode, the fine particles in the ejected droplet are also subjected to a force by an electric field between the gate electrode and the counter electrode.
Thereby, the discharge of the discharge liquid (fine particles) can be stabilized.

電極保持体と液吐出口との間の距離は限定されない。例えば、1〜20μmである。
電極保持体の素材としては、例えば酸化シリコン、ポリイミド、窒化シリコンなどを採用することができる。
電極保持体の厚さとしては、例えば1〜10μmである。
ゲート電極の素材としては、例えばPolySi、MoSi2、TiSi2、Wなどを採用することができる。
ゲート電極の形成方法としては、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタリング法などを採用することができる。
開口部の形状としては、例えば平面視して円形、楕円形、三角形または四角形以上の多角形などを採用することができる。
開口部の大きさとしては、例えば直径1〜20μmである。
The distance between the electrode holder and the liquid discharge port is not limited. For example, it is 1-20 micrometers.
As a material for the electrode holder, for example, silicon oxide, polyimide, silicon nitride, or the like can be used.
The thickness of the electrode holder is, for example, 1 to 10 μm.
As a material for the gate electrode, for example, PolySi, MoSi 2 , TiSi 2 , W, or the like can be employed.
As a method for forming the gate electrode, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a sputtering method, or the like can be employed.
As the shape of the opening, for example, a circular shape, an elliptical shape, a triangular shape, or a polygon shape that is equal to or larger than a quadrangle in a plan view can be adopted.
The size of the opening is, for example, 1 to 20 μm in diameter.

この静電誘引式液滴ノズルの製造方法は、ノズル本体に形成された吐出液が通過する液流路には吐出電極が配置され、該吐出電極への電圧の印加に伴って発生した静電気力により、前記吐出液が液流路の先端の液吐出口から吐出される静電誘引式液滴ノズルの製造方法において、互いに貼り合わされる第1の基板および第2の基板のうち、少なくとも一方の基板の貼り合わせ側の面に、前記液流路の一部分を構成する液流路用溝を、ドライエッチングにより形成する溝形成工程と、該溝形成後、第1の基板および第2の基板のうち、少なくとも一方の基板に前記吐出電極を形成する吐出電極形成工程と、該吐出電極形成後、前記第1の基板と第2の基板とを貼り合わせてノズル本体を形成すると同時に、前記液流路用溝を含む液流路を形成する貼り合わせ工程とを備えている。 In this method of manufacturing an electrostatic attraction type droplet nozzle, a discharge electrode is disposed in a liquid flow path formed in the nozzle body and through which the discharge liquid passes, and an electrostatic force generated by applying a voltage to the discharge electrode. Thus, in the method of manufacturing an electrostatic attraction type droplet nozzle in which the discharge liquid is discharged from the liquid discharge port at the tip of the liquid flow path, at least one of the first substrate and the second substrate to be bonded to each other A groove forming step of forming, by dry etching, a liquid channel groove constituting a part of the liquid channel on the bonding side surface of the substrate; and after forming the groove, the first substrate and the second substrate Among them, a discharge electrode forming step for forming the discharge electrode on at least one substrate, and after forming the discharge electrode, the first substrate and the second substrate are bonded together to form a nozzle body, and at the same time, the liquid flow Form a liquid flow path including a channel groove And a bonding step.

この製造方法によれば、第1の基板と第2の基板とを貼り合わせてノズル本体を形成する際、両基板の貼り合わせ面間において、ドライエッチングにより形成された液流路用溝を主体として液流路を形成する。
この場合、液流路用溝は、選出された基板の貼り合わせ面にドライエッチングされる際、エッチング方向を溝の長さ方向ではなく、溝の幅方向に向けてエッチングされる。
その結果、エッチング量が小さくなる。したがって、アスペクト比がR10〜R100となるドライエッチングであっても、液流路にボーイングが発生し難い。
これにより、半導体微細加工を利用し、流路全長にわたって断面積が一定となった液流路を作製することが可能になる。
その結果、最小液滴径が1μm以下の吐出液の液滴を吐出させることができるとともに、従来より低電圧であっても、静電誘引式液滴ノズルを有したインクジェット式液滴吐出装置を駆動することができる。
According to this manufacturing method, when the nozzle body is formed by bonding the first substrate and the second substrate, the liquid channel groove formed by dry etching is mainly formed between the bonding surfaces of the two substrates. Forming a liquid flow path.
In this case, when the groove for liquid flow path is dry-etched on the bonded surface of the selected substrate, the etching direction is not directed in the length direction of the groove but in the width direction of the groove.
As a result, the etching amount is reduced. Therefore, even in dry etching with an aspect ratio of R10 to R100, bowing is unlikely to occur in the liquid flow path.
This makes it possible to produce a liquid flow path having a constant cross-sectional area over the entire length of the flow path using semiconductor microfabrication.
As a result, it is possible to discharge a droplet of a discharge liquid having a minimum droplet diameter of 1 μm or less, and an ink jet droplet discharge apparatus having an electrostatic attraction type droplet nozzle even at a lower voltage than in the past. Can be driven.

第1の基板と第2の基板との貼り合わせ方法は限定されない。例えば、両基板が同じシリコン素材の場合、ファン・デル・ワールス力により、互いの貼り合わせ面を重ね合わせるだけで両基板を一体化できる。
また、両基板が異なる素材の場合には、例えば陽極接合により両基板を貼り合わせることができる。貼り合わせ後、貼り合わせ強度を増強するため、貼り合わせ熱処理を施してもよい。
ドライエッチングの種類は限定されない。例えば、RIE、プラズマエッチング、ECR(Electron Cyclotron Resonance)エッチング、イオンビームエッチング、光励起エッチングなどを採用することができる。
吐出電極の形成方法としては、例えばCVD法、スパッタリング法などを採用することができる。
A method for attaching the first substrate and the second substrate is not limited. For example, when both substrates are made of the same silicon material, both substrates can be integrated by simply superimposing each other's bonding surfaces by van der Waals force.
Further, when the two substrates are made of different materials, the two substrates can be bonded together by, for example, anodic bonding. After bonding, in order to increase the bonding strength, a bonding heat treatment may be performed.
The type of dry etching is not limited. For example, RIE, plasma etching, ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching, ion beam etching, photoexcited etching, or the like can be employed.
As a method for forming the discharge electrode, for example, a CVD method, a sputtering method, or the like can be employed.

請求項1に記載の発明は、ノズル本体に吐出液が通過する液流路が形成され、該液流路に配置された吐出電極への電圧の印加に伴って発生した静電気力により、前記吐出液が液流路の先端の液吐出口から吐出される静電誘引式液滴ノズルにおいて、前記吐出電極は、チップ本体と、該チップ本体の表面から突出した針部とを有する陽極化成によって作製されたエミッタチップで、前記針部は、前記液吐出口から針先を突出させた状態で、ゆとりをもって液流路に収納され、該液流路の先端部は、前記針部の外周に沿って徐々に先細り化された静電誘引式液滴ノズルである。 According to the first aspect of the present invention , a liquid flow path through which the discharge liquid passes is formed in the nozzle body, and the discharge force is generated by an electrostatic force generated when a voltage is applied to the discharge electrode disposed in the liquid flow path. In the electrostatic attraction type droplet nozzle in which the liquid is discharged from the liquid discharge port at the tip of the liquid flow path, the discharge electrode is produced by anodization having a chip body and a needle portion protruding from the surface of the chip body. In the emitter tip thus formed, the needle portion is accommodated in the liquid flow path with the needle tip protruding from the liquid discharge port, and the tip end portion of the liquid flow path extends along the outer periphery of the needle portion. In other words, the electrostatically attractive droplet nozzle is gradually tapered.

さらに、請求項1に記載の静電誘引式液滴ノズルによれば、吐出電極であるエミッタチップに電圧を印加すると、液流路内で吐出液に含まれた微粒子がエミッタチップの針部に沿って、液吐出口側に流動する。
このとき、液流路の先端部は、陽極化成により得られたエミッタチップの微細な針部(例えば直径2μm、ノズル先端の曲率半径200nm)の外周に沿って、徐々に先細り化されている。
これにより、吐出口から最小液滴径が1μm以下の吐出液を吐出させることができる。
しかも、低電圧であっても静電誘引式液滴ノズルが組み込まれたインクジェット式液滴吐出装置を駆動させることができる。
Furthermore, according to the electrostatic attraction type droplet nozzle according to claim 1, when a voltage is applied to the emitter tip that is the ejection electrode, the fine particles contained in the ejection liquid in the liquid channel are applied to the needle portion of the emitter tip. Along the liquid discharge port side.
At this time, the tip portion of the liquid flow path is gradually tapered along the outer periphery of the fine needle portion (for example, 2 μm in diameter and the radius of curvature of the nozzle tip 200 nm) of the emitter chip obtained by anodization.
Thereby, a discharge liquid having a minimum droplet diameter of 1 μm or less can be discharged from the discharge port.
Moreover, it is possible to drive an ink jet type droplet discharge device incorporating an electrostatically attractive droplet nozzle even at a low voltage.

エミッタチップの素材はシリコンである。チップ本体と針部とは一体形成される。
チップ本体の縦横の寸法は限定されない。例えば、一辺が5〜50μmの正方形である。チップ本体の厚さは、例えば0.1〜5μmである。
針部の長さは、例えば1〜50μmである。
針部の直径は0.1〜10μm、好ましくは1μm前後である。
0.1μm未満では機械的強度が弱まり寿命が短くなる。また、10μmを超えると針先の径を小さくするのが困難になる。
針先の直径は10〜200nm、好ましくは50nm前後である。10nm未満では液吐出に伴う破壊が生じ易くなる。
また、200nmを超えると高電圧が必要となる、液滴の精密制御が困難になるという不都合が生じる。陽極化成の詳細については、後述する。
The material of the emitter tip is silicon. The tip body and the needle portion are integrally formed.
The vertical and horizontal dimensions of the chip body are not limited. For example, it is a square having a side of 5 to 50 μm. The thickness of the chip body is, for example, 0.1 to 5 μm.
The length of the needle part is, for example, 1 to 50 μm.
The diameter of the needle part is 0.1 to 10 μm, preferably around 1 μm.
If it is less than 0.1 μm, the mechanical strength is weakened and the life is shortened. On the other hand, if it exceeds 10 μm, it is difficult to reduce the diameter of the needle tip.
The diameter of the needle tip is 10 to 200 nm, preferably around 50 nm. If it is less than 10 nm, breakage easily occurs due to liquid discharge.
In addition, if it exceeds 200 nm, a high voltage is required, and there is a disadvantage that it is difficult to precisely control droplets. Details of the anodization will be described later.

液吐出口から突出する針先の長さは、例えば1〜50μmである。
液吐出口と針部の周側面との隙間は0.1〜5μm、好ましくは0.1〜1μmである。
0.1μm未満では液の目詰まりが生じ易くなる。また、1μmを超えると、液滴の精密制御が困難になる。
The length of the needle tip protruding from the liquid discharge port is, for example, 1 to 50 μm.
The gap between the liquid discharge port and the peripheral side surface of the needle portion is 0.1 to 5 μm, preferably 0.1 to 1 μm.
If it is less than 0.1 μm, clogging of the liquid tends to occur. On the other hand, if it exceeds 1 μm, precise control of the droplets becomes difficult.

請求項2に記載の発明は、前記液吐出口の形成部には、該液吐出口から離間した液吐出方向の所定位置に、絶縁性を有した電極保持体を介してゲート電極が突設され、該ゲート電極には、吐出された前記吐出液が通過する開口部が形成された請求項1に記載の静電誘引式液滴ノズルである。 According to a second aspect of the present invention, a gate electrode protrudes from the liquid discharge port forming portion at a predetermined position in the liquid discharge direction separated from the liquid discharge port via an insulating electrode holder. The electrostatic attraction type droplet nozzle according to claim 1 , wherein the gate electrode is formed with an opening through which the discharged discharged liquid passes.

請求項2に記載の静電誘引式液滴ノズルによれば、液吐出口から吐出された微粒子は、ゲート電極の開口部を通過した後、液吐出方向の所定位置に配置された対向電極に向かって飛翔する。
このとき、ゲート電極に対して、対向電極より電位が大きい電圧を印加すると、吐出された液滴中の微粒子は、ゲート電極と対向電極との間においても電界による力を受ける。
これにより、吐出液(微粒子)の吐出の安定化を図ることができる。
According to the electrostatic attraction type droplet nozzle according to claim 2, the fine particles discharged from the liquid discharge port pass through the opening of the gate electrode and then are applied to the counter electrode arranged at a predetermined position in the liquid discharge direction. Fly towards.
At this time, when a voltage having a higher potential than that of the counter electrode is applied to the gate electrode, the fine particles in the ejected droplet are also subjected to a force by an electric field between the gate electrode and the counter electrode.
Thereby, the discharge of the discharge liquid (fine particles) can be stabilized.

請求項3に記載の発明は、ノズル本体に吐出液が通過する液流路を有し、該液流路に配置された吐出電極への印加に伴って発生した静電気力により、前記吐出液が液流路の先端の液吐出口から吐出される静電誘引式液滴ノズルの製造方法において、フッ酸溶液との接触面側の一部にn型のシリコン領域が形成されたp型のシリコン基板に陽極化成を施し、前記n型のシリコン領域を主体として、チップ本体と、該チップ本体の表面から突出する針部とを有したエミッタチップからなる吐出電極を作製する吐出電極作製工程と、該吐出電極を、前記針部とは反対側の面を貼り合わせ面として、前記ノズル本体に貼り合わせる電極貼り合わせ工程と、前記ノズル本体の吐出電極の貼り合わせ側に、該吐出電極を含めて絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、該絶縁膜のノズル本体とは反対側に、前記液流路の外壁となる液流路外壁用膜を形成する外壁形成工程と、前記針部を被覆した絶縁膜の隆起部および液流路外壁用膜の隆起部の各先端部をそれぞれ除去し、前記針部の針先を露出するとともに、前記液吐出口を形成する液吐出口形成工程と、該液吐出口の形成後、前記絶縁膜のうち、前記隆起部を含む一部分を除去し、前記液流路を形成する液流路形成工程とを備えた静電誘引式液滴ノズルの製造方法である。 According to a third aspect of the present invention, the nozzle main body has a liquid flow path through which the discharge liquid passes, and the discharge liquid is generated by electrostatic force generated by application to the discharge electrode disposed in the liquid flow path. In a method for manufacturing an electrostatically attracting droplet nozzle that is discharged from a liquid discharge port at the tip of a liquid flow path, p-type silicon in which an n-type silicon region is formed on a part of a contact surface side with a hydrofluoric acid solution A discharge electrode manufacturing step of performing anodization on the substrate and manufacturing a discharge electrode composed of an emitter chip mainly having the n-type silicon region and having a chip body and a needle portion protruding from the surface of the chip body; An electrode bonding step of bonding the discharge electrode to the nozzle body with a surface opposite to the needle part as a bonding surface, and including the discharge electrode on the discharge electrode bonding side of the nozzle body Insulating film formation to form an insulating film And an outer wall forming step of forming a liquid channel outer wall film, which is an outer wall of the liquid channel, on the opposite side of the insulating film from the nozzle body, a raised portion of the insulating film covering the needle part, and a liquid Removing each tip of the raised portion of the flow path outer wall film, exposing the needle tip of the needle part, and forming the liquid discharge port; and after forming the liquid discharge port, It is a manufacturing method of the electrostatic attraction-type droplet nozzle provided with the liquid flow path formation process which removes a part including the said protruding part among the said insulating films, and forms the said liquid flow path.

請求項3に記載の静電誘引式液滴ノズルの製造方法によれば、吐出電極であるエミッタチップに電圧を印加すると、液流路内で吐出液に含まれた微粒子がエミッタチップの針部に沿って、液吐出口側に流動する。
このとき、液流路の先端部は、陽極化成により得られたエミッタチップの微細な針部(例えば直径2μm、ノズル先端の曲率半径200nm)の外周に沿って、徐々に先細り化されている。
これにより、吐出口から最小液滴径が1μm以下の吐出液を吐出させることができる。しかも、低電圧であっても静電誘引式液滴ノズルが組み込まれたインクジェット式液滴吐出装置を駆動させることができる。
According to the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle according to claim 3, when a voltage is applied to the emitter tip that is the discharge electrode, the fine particles contained in the discharge liquid in the liquid flow path become the needle portion of the emitter tip. Along the liquid discharge port side.
At this time, the tip portion of the liquid flow path is gradually tapered along the outer periphery of the fine needle portion (for example, 2 μm in diameter and the radius of curvature of the nozzle tip 200 nm) of the emitter chip obtained by anodization.
Thereby, a discharge liquid having a minimum droplet diameter of 1 μm or less can be discharged from the discharge port. Moreover, it is possible to drive an ink jet type droplet discharge device incorporating an electrostatically attractive droplet nozzle even at a low voltage.

エミッタチップの製造方法としては、例えば陽極化成法を採用することができる。
陽極化成法とは、フッ酸溶液中でのシリコン基板を陽極とした電解エッチングにおいて、低電流密度の条件で行われるエッチングで、シリコン基板が部分的に除去されて多孔質層が形成される。
この陽極化成では、シリコン基板を陽極とし、フッ酸溶液とシリコン基板との界面には、ポテンシャル障壁が存在することから、p型シリコン基板の場合には、順方向にバイアスされたショットキー特性を示す。
一方、n型シリコン基板では逆方向にバイアスされたショットキー特性を示す。多孔質シリコンは低電流密度の条件で形成される。
As a method for manufacturing the emitter tip, for example, an anodizing method can be employed.
Anodizing is an etching performed under conditions of low current density in electrolytic etching using a silicon substrate as an anode in a hydrofluoric acid solution, and the silicon substrate is partially removed to form a porous layer.
In this anodization, since a silicon substrate is used as an anode and a potential barrier exists at the interface between the hydrofluoric acid solution and the silicon substrate, a p-type silicon substrate exhibits a forward-biased Schottky characteristic. Show.
On the other hand, an n-type silicon substrate exhibits a Schottky characteristic biased in the reverse direction. Porous silicon is formed under conditions of low current density.

具体的なエミッタチップの製造にあっては、例えばRIEによりp型の単結晶シリコン基板の裏面の一部分をメサ型形状に加工する。
その後、このメサ型領域にリン(P)イオンを注入し、これをn型領域とする。
次いで、前記シリコン基板をHF溶液(フッ酸濃度25〜49%)入りの陽極化成槽の開口された底面に装着し、蓋止めする。
そして、HF溶液の液面下にはカソード電極を挿入し、シリコン基板の裏面のn型領域にはアノード電極を接続する。
その後、電流密度5〜50mA/cm2で両電極間に10〜400分間、通電する。
これにより、シリコン基板のp型のシリコン領域(カソード側)が多孔質化する一方、アノード側となるn型の領域は多孔質化しない。
その結果、多孔質化されないn型領域の一帯には、三角錐状または針状のエミッタチップが形成される。
In concrete emitter chip manufacture, a part of the back surface of a p-type single crystal silicon substrate is processed into a mesa shape by, for example, RIE.
Thereafter, phosphorus (P) ions are implanted into this mesa type region to form an n type region.
Next, the silicon substrate is mounted on the opened bottom surface of the anodizing tank containing the HF solution (hydrofluoric acid concentration of 25 to 49%), and the lid is fixed.
Then, a cathode electrode is inserted under the liquid surface of the HF solution, and an anode electrode is connected to the n-type region on the back surface of the silicon substrate.
Thereafter, current is passed between the electrodes at a current density of 5 to 50 mA / cm 2 for 10 to 400 minutes.
As a result, the p-type silicon region (cathode side) of the silicon substrate becomes porous, while the n-type region on the anode side does not become porous.
As a result, a triangular pyramid-like or needle-like emitter tip is formed in one zone of the n-type region that is not made porous.

ノズル本体の素材は、エミッタチップと同じシリコン系素材が好ましい。
ファン・デル・ワール力により、エミッタチップをノズル本体に重ね合わせるだけで両部材を一体化することができる。
貼り合わせ前、ノズル本体には親水処理を施した方が好ましい。
具体的には、RCA洗浄後、ノズル本体をフッ酸溶液(フッ酸濃度1〜10%)によって1〜5分間エッチングし、表面の自然酸化膜を除去する。それから、ノズル本体を5〜10分間純水に浸す。
貼り合わせ後は、湿度40〜60%、大気中で10〜60分間乾燥させる。それから、接合強度の強化および多孔質シリコン層の酸化のための熱処理を、例えば1000℃、2時間、酸素雰囲気中で行う。
次に、HF:H22=1:5のエッチング液により、酸化多孔質シリコン層をエッチングし、ノズル本体と一体化したエミッタチップを取り出す。
The material of the nozzle body is preferably the same silicon-based material as the emitter tip.
By van der Waal force, both members can be integrated by simply overlapping the emitter tip with the nozzle body.
Before bonding, it is preferable that the nozzle body is subjected to hydrophilic treatment.
Specifically, after RCA cleaning, the nozzle body is etched with a hydrofluoric acid solution (hydrofluoric acid concentration 1 to 10%) for 1 to 5 minutes to remove the natural oxide film on the surface. Then, the nozzle body is immersed in pure water for 5 to 10 minutes.
After bonding, the film is dried for 10 to 60 minutes in the atmosphere with a humidity of 40 to 60%. Then, heat treatment for enhancing the bonding strength and oxidizing the porous silicon layer is performed, for example, at 1000 ° C. for 2 hours in an oxygen atmosphere.
Next, the oxidized porous silicon layer is etched with an etchant of HF: H 2 O 2 = 1: 5, and the emitter chip integrated with the nozzle body is taken out.

絶縁膜形成工程で使用される絶縁膜としては、例えばシリコン酸化膜などを採用することができる。絶縁膜の厚さは、任意とする。絶縁膜の形成方法としては、例えばCVD法、スパッタリング法などを採用することができる。
液流路外壁用膜としては、例えば窒化シリコン膜、WSi2,Taなどを採用することができる。液流路外壁用膜の厚さは、例えば0.5〜2μmである。液流路外壁用膜の形成方法としては、例えばCVD法、スパッタリング法などを採用することができる。
As the insulating film used in the insulating film forming step, for example, a silicon oxide film or the like can be employed. The thickness of the insulating film is arbitrary. As a method for forming the insulating film, for example, a CVD method or a sputtering method can be employed.
As the liquid flow path outer wall film, for example, a silicon nitride film, WSi 2 , Ta, or the like can be employed. The thickness of the liquid channel outer wall film is, for example, 0.5 to 2 μm. As a method for forming the liquid channel outer wall film, for example, a CVD method or a sputtering method can be employed.

絶縁膜および液流路外壁用膜の各隆起部の先端部を除去する方法は限定されない。
例えば、RIE、プラズマエッチングなどのドライエッチングを採用することができる。その他、化学機械研磨などでもよい。
この除去により露出される針部の針先部分の長さは、例えば0.1〜1μmである。
液吐出口の直径は0.1〜5μm、好ましくは0.2〜2μmである。
0.1μm未満では液体の目詰まりが生じ易い。また、2μmを超えると液滴の精密制御が困難になる。
絶縁膜のうち、隆起部を含む一部分を除去して液流路を形成する方法は限定されない。例えば、絶縁膜の素材に応じたウエットエッチング採用することができる。例えば、絶縁膜が酸化シリコンの場合には、HF溶液を使用したエッチングとなる。
The method of removing the tip of each raised portion of the insulating film and the liquid channel outer wall film is not limited.
For example, dry etching such as RIE or plasma etching can be employed. In addition, chemical mechanical polishing may be used.
The length of the needle tip portion of the needle portion exposed by this removal is, for example, 0.1 to 1 μm.
The diameter of the liquid discharge port is 0.1 to 5 μm, preferably 0.2 to 2 μm.
If it is less than 0.1 μm, liquid clogging is likely to occur. On the other hand, if it exceeds 2 μm, precise control of the droplets becomes difficult.
The method of forming a liquid flow path by removing a part including the raised portion of the insulating film is not limited. For example, wet etching according to the material of the insulating film can be employed. For example, when the insulating film is silicon oxide, etching using an HF solution is performed.

請求項4に記載の発明は、前記ノズル本体が、シリコン基板である請求項3に記載の静電誘引式液滴ノズルの製造方法である。
シリコン基板としては、例えば単結晶シリコン基板、シリコン酸化膜が形成された単結晶シリコン基板などを採用することができる。
The invention according to claim 4 is the method of manufacturing an electrostatic attraction type droplet nozzle according to claim 3 , wherein the nozzle body is a silicon substrate.
As the silicon substrate, for example, a single crystal silicon substrate, a single crystal silicon substrate on which a silicon oxide film is formed, or the like can be employed.

請求項5に記載の発明は、前記絶縁膜がシリコン酸化膜で、前記液流路形成工程では、前記絶縁膜の一部分をフッ酸溶液によりエッチングする請求項3または請求項4に記載の静電誘引式液滴ノズルの製造方法である。
フッ酸溶液には、例えばフッ酸濃度10〜49%のものを使用する。
The invention described in claim 5, wherein the insulating film is a silicon oxide film, in the liquid flow path forming step, the electrostatic described a portion of the insulating film in claim 3 or claim 4 is etched by hydrofluoric acid solution It is a manufacturing method of an attractive droplet nozzle.
For example, a hydrofluoric acid solution having a hydrofluoric acid concentration of 10 to 49% is used.

請求項6に記載の発明は、前記液吐出口形成工程では、前記液流路外壁用膜のノズル本体とは反対側に、少なくとも前記針部が埋没する厚さのレジスト膜を形成し、続いて、該レジスト膜の表層を、両隆起部の先端部とともにドライエッチングする請求項3〜請求項5のうち、何れか1項に記載の静電誘引式液滴ノズルの製造方法である。
少なくとも針部が埋没するレジスト膜の厚さとは、ノズル本体の吐出電極の貼り合わせ面を基準面とし、絶縁膜の厚さと、液流路外壁用膜の厚さと、レジスト膜の厚さとを加算した値が、針部の高さより大きいことを意味する。
ドライエッチングとしては、例えばRIEなどを採用することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the liquid discharge port forming step, a resist film having a thickness in which at least the needle portion is buried is formed on the opposite side of the liquid channel outer wall film from the nozzle body, The method of manufacturing an electrostatically attractive droplet nozzle according to any one of claims 3 to 5 , wherein the surface layer of the resist film is dry-etched together with the tip portions of both raised portions.
At least the thickness of the resist film in which the needle part is buried is the sum of the insulating film thickness, the liquid channel outer wall film thickness, and the resist film thickness, with the bonding surface of the discharge electrode of the nozzle body as the reference plane. It means that the obtained value is larger than the height of the needle part.
As the dry etching, for example, RIE can be employed.

請求項7に記載の発明は、前記液流路外壁用膜の液流路とは反対側に、絶縁層と導電層とを順次形成し、該導電層のうち、前記液吐出口と対峙部分の一帯に、該液吐出口から吐出された吐出液が通過する開口部をエッチングしてゲート電極を形成し、その後、前記絶縁層のうち、前記開口部と対峙する部分に、該開口部と液吐出口とを連通する内部空間をエッチングして電極保持体を形成する請求項3〜請求項6のうち、何れか1項に記載の静電誘引式液滴ノズルの製造方法である。 According to the seventh aspect of the present invention, an insulating layer and a conductive layer are sequentially formed on the opposite side of the liquid channel outer wall film to the liquid channel, and the liquid discharge port and the opposite portion of the conductive layer A gate electrode is formed by etching an opening through which the discharge liquid discharged from the liquid discharge port passes, and then the opening is formed in a portion of the insulating layer facing the opening. 7. The method of manufacturing an electrostatically attractive droplet nozzle according to any one of claims 3 to 6, wherein an electrode holder is formed by etching an internal space communicating with the liquid discharge port.

この絶縁層は、液流路が形成される層である。
絶縁層の素材としては、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、ポリイミドなどを採用することができる。
絶縁層の厚さは1〜50μm、好ましくは5〜20μmである。1μm未満では流路が目詰まりを起こしやすい。
また、50μmを超えると製造が困難になるという不都合が生じる。
導電層(ゲート電極)の素材としては、PolySi、MoSi2、TiSi2、Wなどを採用することができる。
絶縁層と導電層との形成方法としては、例えばCVD法、スパッタリング法などを採用することができる。
This insulating layer is a layer in which a liquid flow path is formed.
As a material for the insulating layer, for example, silicon oxide, silicon nitride, polyimide, or the like can be employed.
The thickness of the insulating layer is 1 to 50 μm, preferably 5 to 20 μm. If it is less than 1 μm, the flow path is likely to be clogged.
Moreover, when it exceeds 50 micrometers, the problem that manufacture becomes difficult will arise.
As a material for the conductive layer (gate electrode), PolySi, MoSi 2 , TiSi 2 , W, or the like can be employed.
As a method for forming the insulating layer and the conductive layer, for example, a CVD method, a sputtering method, or the like can be employed.

導電層に形成される開口部の大きさは、対峙する液吐出口より大きければよい。
開口部の形状としては、例えば円形、楕円形、三角形以上の多角形などを採用することができる。
導電層用のエッチング液は、導電層の素材に応じて適宜選択される。
絶縁層は、電極保持体が形成される層である。内部空間の形状および大きさは、前記開口部の形状および大きさと略同じとなる。
絶縁層用のエッチング液は、絶縁層の素材に応じて適宜選択される。
The size of the opening formed in the conductive layer may be larger than the opposing liquid discharge port.
As the shape of the opening, for example, a circle, an ellipse, a polygon more than a triangle can be adopted.
The etching solution for the conductive layer is appropriately selected according to the material of the conductive layer.
The insulating layer is a layer on which the electrode holder is formed. The shape and size of the internal space are substantially the same as the shape and size of the opening.
The etching solution for the insulating layer is appropriately selected according to the material of the insulating layer.

請求項8に記載の発明は、ノズル本体に吐出液が通過する液流路を有し、該液流路に配置された吐出電極への印加に伴って発生した静電気力により、前記吐出液が液流路の先端の液吐出口から吐出される静電誘引式液滴ノズルの製造方法において、フッ酸溶液との接触面側の一部にn型のシリコン領域が形成されたp型のシリコン基板に陽極化成を施し、前記n型のシリコン領域を主体として、チップ本体と、該チップ本体の表面から突出する針部とを有したエミッタチップからなる吐出電極を作製する吐出電極作製工程と、該吐出電極を、前記針部とは反対側の面を貼り合わせ面として、前記ノズル本体に貼り合わせる電極貼り合わせ工程と、ダミー基板の平坦な表面に有機エラストマー層を形成するエラストマー層形成工程と、該有機エラストマー層に、その表裏面を貫通して、前記吐出電極をゆとりをもって挿入可能な貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、該貫通孔に吐出電極を挿入し、前記ノズル本体の吐出電極側の面に有機エラストマー層を貼り合わせるエラストマー貼り合わせ工程とを備えた静電誘引式液滴ノズルの製造方法である。 According to an eighth aspect of the present invention, the nozzle body has a liquid flow path through which the discharge liquid passes, and the discharge liquid is generated by electrostatic force generated by application to the discharge electrode disposed in the liquid flow path. In a method for manufacturing an electrostatically attracting droplet nozzle that is discharged from a liquid discharge port at the tip of a liquid flow path, p-type silicon in which an n-type silicon region is formed on a part of the contact surface with a hydrofluoric acid solution A discharge electrode manufacturing step of performing anodization on the substrate and manufacturing a discharge electrode composed of an emitter chip mainly having the n-type silicon region and having a chip body and a needle portion protruding from the surface of the chip body; An electrode bonding step of bonding the discharge electrode to the nozzle body using a surface opposite to the needle portion as a bonding surface; and an elastomer layer forming step of forming an organic elastomer layer on a flat surface of the dummy substrate; The organic ester A through-hole forming step of forming a through-hole through which the discharge electrode can be inserted with ease through the front and back surfaces of the steamer layer; and inserting the discharge electrode into the through-hole, It is a manufacturing method of an electrostatic attraction type droplet nozzle provided with the elastomer pasting process which pastes an organic elastomer layer on the surface.

請求項8に記載の発明によれば、ノズル本体に有機エラストマーを形成材料とした有機エラストマー層を形成し、この有機エラストマー層に液流路を作製する。
これにより、液流路を容易かつ高精度に作製することができる。
According to invention of Claim 8, the organic elastomer layer which used the organic elastomer as a forming material is formed in a nozzle main body, and a liquid flow path is produced in this organic elastomer layer.
Thereby, a liquid flow path can be produced easily and with high accuracy.

ダミー基板としては、例えばシリコン(単結晶または多結晶)基板、ガラス基板、アクリル基板、塩化ビニル基板、金属基板などを採用することができる。
エラストマーとしては、例えば、米国ダウコーニング社製SYLGARD184((登録商標)、PDMS;ポリジメチルシキロサン)などを採用するこができる。
このうち、流路を容易にかつ数ミクロンの高精で作製でき、しかもノズルとの密着性がよく、吐出液の浸透性がよいという理由で、PDMSが好ましい。有機エラストマー層の厚さは、1〜2000μmである。
1μm未満では、流路が小さすぎて吐出液が流路に浸透しにくい。
また、2000μmを超えると、対抗電極を設置しても、電極間の距離が長いため、液吐出のための十分な電界を得にくい。
有機エラストマー層の好ましい厚さは、20〜100μmである。この範囲であれば、吐出液の供給に最適な流路の高さ10μmが得られ、微細な液滴の吐出を実現可能な適量で、吐出液を供給することができる。
ダミー基板に有機エラストマー層を形成する方法は限定されない。例えば、スピンコート法などを採用することができる。
また、有機エラストマー層に貫通孔を形成する方法としては、例えば機械加工法、レーザー加工法、スパッタ加工法、トランスデカヒドロナフタレンなどで溶解する方法を採用することができる。
ダミー基板から有機エラストマー層を剥離する方法としては、例えば、先端が平坦で、真空吸着機能を有した金属治具などを有機エラストマーに接触吸着し、その後、引張応力を印加してダミー基板より剥離する方法などを採用することができる。
有機エラストマー層をノズル本体に貼り合わせる方法としては、例えば、アライナーによりノズルと貫通孔とを位置合わせし、その後、応力を印加することにより自己密着させる方法などを採用することができる。
As the dummy substrate, for example, a silicon (single crystal or polycrystal) substrate, a glass substrate, an acrylic substrate, a vinyl chloride substrate, a metal substrate, or the like can be employed.
As the elastomer, for example, SYLGARD 184 ((registered trademark), PDMS; polydimethylsiloxane) manufactured by Dow Corning, USA can be used.
Among these, PDMS is preferable because the flow path can be easily produced with high precision of several microns, the adhesiveness with the nozzle is good, and the permeability of the discharge liquid is good. The thickness of the organic elastomer layer is 1 to 2000 μm.
If it is less than 1 μm, the flow path is too small, and the discharge liquid hardly penetrates into the flow path.
On the other hand, when the thickness exceeds 2000 μm, it is difficult to obtain a sufficient electric field for liquid discharge because the distance between the electrodes is long even if a counter electrode is provided.
A preferable thickness of the organic elastomer layer is 20 to 100 μm. Within this range, a flow path height of 10 μm optimum for supply of the discharge liquid can be obtained, and the discharge liquid can be supplied in an appropriate amount capable of realizing discharge of fine droplets.
The method for forming the organic elastomer layer on the dummy substrate is not limited. For example, a spin coating method or the like can be employed.
Moreover, as a method of forming a through-hole in an organic elastomer layer, the method of melt | dissolving with a machining method, a laser processing method, a sputter | spatter processing method, transdecahydronaphthalene etc. is employable, for example.
As a method of peeling the organic elastomer layer from the dummy substrate, for example, a metal jig having a flat tip and having a vacuum suction function is contact-sucked to the organic elastomer, and then, it is peeled off from the dummy substrate by applying a tensile stress. The method to do can be adopted.
As a method for attaching the organic elastomer layer to the nozzle body, for example, a method in which the nozzle and the through hole are aligned by an aligner and then self-adhered by applying stress can be employed.

また、請求項2に記載の静電誘引式液滴ノズルおよび請求項7に記載のその製造方法によれば、液吐出口から吐出された微粒子は、ゲート電極の開口部を通過した後、液吐出方向の所定位置に配置された対向電極に向かって飛翔する。
このとき、ゲート電極に対向電極より電位が大きい電圧を印加すると、吐出された吐出液中の微粒子は、ゲート電極と対向電極との間においても電界による力を受ける。これにより、微粒子の吐出の安定化を図ることができる。
Further, according to the manufacturing method thereof according to an electrostatic attraction type liquid droplet nozzle and claim 7 according to claim 2, fine particles discharged from the liquid discharge port passes through the opening of the gate electrode Then, it flies toward the counter electrode arranged at a predetermined position in the liquid discharge direction.
At this time, when a voltage whose potential is higher than that of the counter electrode is applied to the gate electrode, the fine particles in the discharged discharge liquid are also subjected to a force by an electric field between the gate electrode and the counter electrode. Thereby, the discharge of fine particles can be stabilized.

さらに、請求項1、請求項2に記載の静電誘引式液滴ノズルおよび請求項3〜請求項7に記載のその製造方法によれば、吐出電極であるエミッタチップに電圧を印加すると、液流路内で吐出液がエミッタチップの針部に沿って、液吐出口側に流動する。
このとき、液流路の先端部は、陽極化成により得られた微細な針部の外周に沿って、徐々に先細り化されている。
液滴ノズルと対向電極間との距離を近づけて行くと、電界に引きつけられた液体が液滴ノズルの表面に薄く濡れる。
さらに、ヘッド先端の近傍の電界が、帯電した吐出液に及ぼす力によって、吐出液およびSiの表面張力と吐出液の粘度および導電率とにより合成された力に比べて大きくなった時、テイラーコーンと呼ばれるメニスカスが形成される。
これにより、大きさ1μm以下の液滴がノズル先端より吐出する。
その結果、吐出口から最小液滴径が1μm以下の吐出液を吐出させることができる。
しかも、低電圧であっても静電誘引式液滴ノズルが組み込まれたインクジェット式液滴吐出装置を駆動させることができる。
Furthermore, according to the electrostatic attraction type droplet nozzle according to claim 1 and claim 2 and the manufacturing method thereof according to claims 3 to 7, when a voltage is applied to the emitter tip that is the discharge electrode, In the flow path, the discharged liquid flows toward the liquid discharge port along the needle part of the emitter tip.
At this time, the tip of the liquid flow path is gradually tapered along the outer periphery of the fine needle portion obtained by anodization.
As the distance between the droplet nozzle and the counter electrode is reduced, the liquid attracted by the electric field wets thinly on the surface of the droplet nozzle.
Furthermore, when the electric field in the vicinity of the tip of the head becomes larger than the force synthesized by the surface tension of the discharge liquid and Si and the viscosity and conductivity of the discharge liquid due to the force exerted on the charged discharge liquid, the Taylor cone A meniscus called is formed.
Thereby, a droplet having a size of 1 μm or less is ejected from the nozzle tip.
As a result, a discharge liquid having a minimum droplet diameter of 1 μm or less can be discharged from the discharge port.
Moreover, it is possible to drive an ink jet type droplet discharge device incorporating an electrostatically attractive droplet nozzle even at a low voltage.

請求項8に記載の発明によれば、ノズル本体に有機エラストマーを形成材料とした有機エラストマー層を形成し、有機エラストマー層に液流路を作製するので、液流路を容易かつ高精度に作製することができる。 According to the serial mounting of the invention in claim 8, to form an organic elastomeric layer in which the organic elastomer forming material in the nozzle body, so producing a liquid flow path to the organic elastomeric layer, a liquid flow path easily and accurately Can be produced.

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。まず、図1〜図6を参照して、参考例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a reference example will be described with reference to FIGS.

図1において、10はこの発明の参考例に係る静電誘引式液滴ノズルである。
この静電誘引式液滴ノズル10は、帯電した有機EL材の微粒子を溶媒中に所定量だけ添加して得られた吐出液(特殊なインク)を、直接、有機ELディスプレイ作製用のシリコン基板11に吐出するインクジェット式液滴吐出装置に組み込まれている。
具体的には、静電誘引式液滴ノズル10は、インクジェット式液滴吐出装置のインクジェット式ヘッド12のうち、吐出液を貯留するインクタンク13のインク吐出口に連通されている。有機EL材には、ポリフェニビニレンを採用している。溶媒には、有機溶媒を採用している。
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an electrostatic attraction type droplet nozzle according to a reference example of the present invention.
This electrostatic attraction type droplet nozzle 10 is a silicon substrate for directly producing an organic EL display by using a discharge liquid (special ink) obtained by adding a predetermined amount of charged fine particles of an organic EL material in a solvent. 11 is incorporated in an ink jet type droplet discharge device that discharges the ink to the nozzle 11.
Specifically, the electrostatic attraction type droplet nozzle 10 communicates with an ink ejection port of an ink tank 13 that stores ejection liquid in the inkjet head 12 of the inkjet type droplet ejection apparatus. As the organic EL material, polyphenylvinylene is adopted. An organic solvent is used as the solvent.

以下、この静電誘引式液滴ノズル10を詳細に説明する。
静電誘引式液滴ノズル10は、ノズル本体14に吐出液が通過する液流路15を有し、液流路15に配置された吐出電極16への印加に伴って発生した静電気力により、吐出液が液流路15の先端の液吐出口15aから吐出されるノズルである。
ノズル本体14は、平面視してそれぞれ矩形状を有する下側配置の第1の基板17と、上側配置の第2の基板18とを主材としている。
第1の基板17は単結晶シリコン製である。その寸法は長さ10mm、幅5mm、厚さ500μmである。
第2の基板18の寸法はガラス製である。その寸法は長さ10mm、幅5mm、厚さ500μmである。
Hereinafter, the electrostatic attraction type droplet nozzle 10 will be described in detail.
The electrostatic attraction type droplet nozzle 10 has a liquid flow path 15 through which the discharge liquid passes through the nozzle body 14, and the electrostatic force generated by the application to the discharge electrode 16 disposed in the liquid flow path 15, A nozzle that discharges liquid from a liquid discharge port 15 a at the tip of the liquid flow path 15.
The nozzle body 14 is mainly composed of a lower-arranged first substrate 17 and an upper-arranged second substrate 18 each having a rectangular shape in plan view.
The first substrate 17 is made of single crystal silicon. The dimensions are 10 mm in length, 5 mm in width, and 500 μm in thickness.
The dimension of the second substrate 18 is made of glass. The dimensions are 10 mm in length, 5 mm in width, and 500 μm in thickness.

このうち、第1の基板17の貼り合わせ側の面(上面)には、その先端部を除いて、液流路15の一部分を構成する4本の液流路用溝19が、ノズル幅方向に向かって一定ピッチ(5μm)でそれぞれ平行に形成されている。
各液流路用溝19は断面矩形状を有している。溝幅は5μm、溝長さは50μmである。
第1の基板17の元部には、各液流路用溝19の形成部分を含めた露出面の全域に、アルミニウム製の吐出電極16が形成されている。
吐出電極16には、バイアス電源20とパルス電源21とが接続されている。両電源20,21は、接地されている。
Among these, on the surface (upper surface) on the bonding side of the first substrate 17, the four liquid channel grooves 19 constituting a part of the liquid channel 15 except for the front end portion thereof are arranged in the nozzle width direction. Are formed in parallel at a constant pitch (5 μm).
Each liquid channel groove 19 has a rectangular cross section. The groove width is 5 μm and the groove length is 50 μm.
In the base portion of the first substrate 17, an aluminum discharge electrode 16 is formed over the entire exposed surface including the portion where each liquid channel groove 19 is formed.
A bias power source 20 and a pulse power source 21 are connected to the ejection electrode 16. Both power supplies 20, 21 are grounded.

第1の基板17の先端部には、各液流路用溝19の先端との間に所定幅の空隙を介在して、枠板形状を有する対向電極22が固定されている。
この第1の基板17の先端部と対向電極22との固定面間には、図示しないシリコン酸化膜が介在されている。よって、第1の基板17の先端部が絶縁性を有した電極保持体23となる。
対向電極22には、液滴加速用電源24が接続されている。この対向電極22も接地されている。
対向電極22のノズル側の面には、前記有機ELディスプレイ用のシリコン基板11が、その裏面を当接面として配置される。
A counter electrode 22 having a frame plate shape is fixed to the distal end portion of the first substrate 17 with a gap having a predetermined width between the distal ends of the liquid channel grooves 19.
A silicon oxide film (not shown) is interposed between the fixed surface between the front end portion of the first substrate 17 and the counter electrode 22. Therefore, the tip portion of the first substrate 17 becomes the electrode holder 23 having an insulating property.
The counter electrode 22 is connected to a droplet acceleration power supply 24. The counter electrode 22 is also grounded.
On the surface of the counter electrode 22 on the nozzle side, the silicon substrate 11 for the organic EL display is disposed with the back surface thereof as a contact surface.

次に、静電誘引式液滴ノズル10の部分図を示す図2および図3を参照して、参考例の静電誘引式液滴ノズル10の製造方法を説明する。
まず、第1の基板17をRCA系の洗浄液により洗浄する(図2(a))。
次いで、第1の基板17の上面に、マスク用のNi(ニッケル)膜25をスパッタリング法により成膜する(図2(b))。
Ni膜25の膜厚は、0.5〜1μmである。Ni膜25の成膜条件は、直流スパッタリングである。
Next, a manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle 10 of the reference example will be described with reference to FIGS. 2 and 3 showing partial views of the electrostatic attraction type droplet nozzle 10.
First, the first substrate 17 is cleaned with an RCA cleaning solution (FIG. 2A).
Next, a Ni (nickel) film for mask 25 is formed on the upper surface of the first substrate 17 by sputtering (FIG. 2B).
The film thickness of the Ni film 25 is 0.5 to 1 μm. The film forming condition for the Ni film 25 is DC sputtering.

それから、Ni膜25の上面にレジスト26を塗布し、その後、レジスト26の一部を残して露光、現像を施し、液流路用溝19の形成用の窓部を4つ形成する(図2(c))。
次に、各窓部を通し、リン酸溶液によりNi膜25の一部をエッチングにより除去する(図2(d))。
その後、レジスト膜26を無機系または有機系のレジスト剥離液により剥離する(図2(e))。
それから、Ni膜25の窓部より露出した第1の基板17の上面の一部分を、RIEによりドライエッチングする。
その結果、4本の液流路用溝19が、第1の基板17の上面にそれぞれ形成される(図2(f))。
エッチング条件は、エッチングガスとしてSF6:O2:Ar=4:6:4を使用する。
Then, a resist 26 is applied to the upper surface of the Ni film 25, and then exposed and developed while leaving a part of the resist 26, thereby forming four windows for forming the liquid flow channel grooves 19 (FIG. 2). (C)).
Next, a part of the Ni film 25 is removed by etching with a phosphoric acid solution through each window (FIG. 2D).
Thereafter, the resist film 26 is stripped with an inorganic or organic resist stripper (FIG. 2E).
Then, a part of the upper surface of the first substrate 17 exposed from the window portion of the Ni film 25 is dry etched by RIE.
As a result, four liquid channel grooves 19 are respectively formed on the upper surface of the first substrate 17 (FIG. 2F).
As etching conditions, SF 6 : O 2 : Ar = 4: 6: 4 is used as an etching gas.

液流路用溝19の寸法は、長さ50μm、幅5μm、深さ12μmである。
その後、第1の基板17をリン酸溶液に浸漬し、基板上面に残存したNi膜25を除去する(図3(a))。
それから、公知のリソグラフィー技術を利用し、第1の基板17の元部の露出面だけに、厚さ1μmのアルミニウムをスパッタリングして吐出電極16を形成される(図3(b))。
そして、陽極接合により、第1の基板17の上面に第2の基板18を貼り合わせる。
これにより、両基板の貼り合わせ面間に、液流路用溝19を主体とした4本の液流路15を有する静電誘引式液滴ノズル10が作製される。
陽極接合の条件は、400℃に第1の基板17を加熱し、第2の基板18に−1000Vを加える。
The liquid channel groove 19 has a length of 50 μm, a width of 5 μm, and a depth of 12 μm.
Thereafter, the first substrate 17 is immersed in a phosphoric acid solution, and the Ni film 25 remaining on the upper surface of the substrate is removed (FIG. 3A).
Then, using a known lithography technique, the discharge electrode 16 is formed by sputtering aluminum having a thickness of 1 μm only on the exposed surface of the original portion of the first substrate 17 (FIG. 3B).
Then, the second substrate 18 is bonded to the upper surface of the first substrate 17 by anodic bonding.
As a result, the electrostatically attractive droplet nozzle 10 having the four liquid channels 15 mainly including the liquid channel grooves 19 is produced between the bonding surfaces of the two substrates.
The anodic bonding is performed by heating the first substrate 17 to 400 ° C. and applying −1000 V to the second substrate 18.

次に、参考例の静電誘引式液滴ノズル10を有したインクジェット式液滴吐出装置の使用方法を説明する。
図1に示すように、まず対向電極22のノズル側の面に、有機ELディスプレイ用のシリコン基板11を、その裏面を当接面として配置する。
また、インクタンク13内から供給された吐出液(特殊なインク)により、各液流路15の路面を濡らしておく。
その後、吐出電極16に2kVのバイアス電圧を印加する。すると、各液流路15内の吐出液中に含まれる有機EL材の微粒子には、液吐出口15aに向かう電界が作用する。
これにより、微粒子は液吐出口15aに徐々に集中し、吐出液の液滴を形成する。
このとき、液滴中の微粒子には、静電反発力が作用し、液吐出口15aよりインク吐出方向の外方に配された対向電極22に向かって微粒子が飛び出そうとする。
しかしながら、バイアス電圧による静電反発力は、吐出液の表面張力より小さく設定されている。そのため、微粒子は液滴の表面から飛び出せない。
その後、微粒子の吐出量に応じて100〜300V程度のパルス電圧をバイアス電圧に重畳する。
これにより、静電反発力が液滴の表面張力を上回り、微粒子が液吐出口15aから吐出される。飛び出した微粒子は、表面に付着した溶媒により纏まっている。そのため、飛翔中の微粒子群は、微細な液滴とも言える。
Next, a method of using the ink jet type droplet discharge apparatus having the electrostatically induced droplet nozzle 10 of the reference example will be described.
As shown in FIG. 1, first, the silicon substrate 11 for organic EL display is disposed on the nozzle side surface of the counter electrode 22 with the back surface thereof as a contact surface.
Further, the surface of each liquid flow path 15 is wetted by the discharge liquid (special ink) supplied from the ink tank 13.
Thereafter, a bias voltage of 2 kV is applied to the ejection electrode 16. Then, an electric field directed to the liquid discharge port 15 a acts on the fine particles of the organic EL material contained in the discharge liquid in each liquid flow path 15.
Thereby, the fine particles are gradually concentrated on the liquid discharge port 15a to form droplets of the discharge liquid.
At this time, electrostatic repulsion acts on the fine particles in the droplets, and the fine particles are likely to fly out from the liquid discharge port 15a toward the counter electrode 22 arranged outward in the ink discharge direction.
However, the electrostatic repulsive force due to the bias voltage is set to be smaller than the surface tension of the discharged liquid. Therefore, the fine particles cannot jump out from the surface of the droplet.
Thereafter, a pulse voltage of about 100 to 300 V is superimposed on the bias voltage according to the discharge amount of the fine particles.
As a result, the electrostatic repulsion force exceeds the surface tension of the droplet, and the fine particles are discharged from the liquid discharge port 15a. The protruding fine particles are collected by the solvent attached to the surface. Therefore, it can be said that the fine particle group in flight is a fine droplet.

このように、参考例では、ノズル本体14を第1の基板17と第2の基板18とから分割して構成し、第1の基板17の貼り合わせ面に、RIEにより液流路用溝19を形成するように構成している。
しかも、第1の基板17の貼り合わせ面に液流路用溝19をドライエッチングする際、エッチング方向を液流路用溝19の長さ方向ではなく、液流路用溝19の幅方向としたので、エッチング量が0.2μm程度と小さくなる。
その結果、アスペクト比がR10〜R100程度のドライエッチングであっても、液流路用溝19、ひいては液流路15にボーイングが発生し難い。
これにより、半導体微細加工を利用し、流路全長にわたって断面積が一定した液流路15を作製することができる。
よって、最小液滴径が1μm以下の吐出液を吐出させることができる。
しかも、従来の静電誘引式液滴ノズルの場合より低電圧であっても、インクジェット式液滴吐出装置の駆動が可能となる。
As described above, in the reference example, the nozzle body 14 is divided from the first substrate 17 and the second substrate 18, and the liquid channel groove 19 is formed on the bonding surface of the first substrate 17 by RIE. Is formed.
In addition, when the liquid channel groove 19 is dry-etched on the bonding surface of the first substrate 17, the etching direction is not the length direction of the liquid channel groove 19 but the width direction of the liquid channel groove 19. Therefore, the etching amount becomes as small as about 0.2 μm.
As a result, even with dry etching having an aspect ratio of about R10 to R100, bowing is unlikely to occur in the liquid channel groove 19 and thus the liquid channel 15.
Thereby, the liquid flow path 15 having a constant cross-sectional area over the entire length of the flow path can be produced using semiconductor microfabrication.
Therefore, it is possible to discharge a discharge liquid having a minimum droplet diameter of 1 μm or less.
In addition, the ink jet type droplet discharge device can be driven even when the voltage is lower than in the case of the conventional electrostatic attraction type droplet nozzle.

また、図4に示すように、前記対向電極22に代えて、第1の基板17の先端部に、一部に開口部27が形成されたゲート電極28を配置するとともに、ゲート電極28より液吐出方向の所定位置に、前記対向電極22を配置するようにしてもよい。
この場合、液吐出口15aから吐出された微粒子は、ゲート電極28の開口部27を通過した後、対向電極22に向かって飛翔して行く。
その際、ゲート電極28に対向電極22より電位が大きい電圧を印加すると、微粒子はゲート電極28と対向電極22との間においても電界による力を受ける。その結果、微粒子の吐出の安定化を図ることができる。
As shown in FIG. 4, instead of the counter electrode 22, a gate electrode 28 having a part of an opening 27 is disposed at the tip of the first substrate 17, and the liquid is removed from the gate electrode 28. The counter electrode 22 may be disposed at a predetermined position in the ejection direction.
In this case, the fine particles discharged from the liquid discharge port 15 a fly through the opening 27 of the gate electrode 28 and then fly toward the counter electrode 22.
At that time, when a voltage having a higher potential than the counter electrode 22 is applied to the gate electrode 28, the fine particles are also subjected to a force by an electric field between the gate electrode 28 and the counter electrode 22. As a result, it is possible to stabilize the discharge of fine particles.

さらに、図5に示すように、吐出電極16として、鋭角に形成された先端部を、液吐出口15aから突出させた平板な針状電極を採用してもよい。
この実施形態の場合、吐出液が静電気力により液流路15内で液吐出口15a側に流動する際、吐出電極16の鋭角な先端部に沿って、吐出液に含まれた微粒子が濃縮されながら、吐出電極16の微細な先端に集中する。
しかも、液吐出口15aの開口幅は、先細り化された吐出電極16の先端部に合わせて、1対の前壁片29により狭められている。
その結果、より低電圧であっても、インクジェット式液滴吐出装置の駆動が可能になる。
そして、図6に示すように、板針状の吐出電極16だけではなく、ゲート電極28を有するものを採用してもよい。
このように構成すれば、板針状の吐出電極16を設けたことによる効果と、ゲート電極28を設けたことによる効果との両方を同時に得ることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 5, a flat needle-like electrode in which a tip formed at an acute angle protrudes from the liquid discharge port 15 a may be employed as the discharge electrode 16.
In the case of this embodiment, when the discharge liquid flows to the liquid discharge port 15a side in the liquid flow path 15 by electrostatic force, the fine particles contained in the discharge liquid are concentrated along the sharp tip of the discharge electrode 16. However, it concentrates on the fine tip of the discharge electrode 16.
In addition, the opening width of the liquid discharge port 15 a is narrowed by a pair of front wall pieces 29 in accordance with the tip of the tapered discharge electrode 16.
As a result, even when the voltage is lower, the ink jet type droplet discharge device can be driven.
And as shown in FIG. 6, you may employ | adopt not only the plate needle-shaped discharge electrode 16 but the gate electrode 28. FIG.
If comprised in this way, both the effect by providing the plate-needle-like discharge electrode 16 and the effect by providing the gate electrode 28 can be acquired simultaneously.

次に、図7〜図12を参照して、この発明の実施例2を説明する。
図7に示すように、実施例2の静電誘引式液滴ノズル40は、インクジェット式液滴吐出装置に組み込まれたインクジェット式ヘッド12のインクタンク13内に収納されている。インクタンク13は直方体の容器である。
インクタンク13の液吐出側(以下、前方側)の板には、外周部を除き、大口径の開口部13aが形成されている。
また、インクタンク13の開口部13aとは反対側(以下、後方側)の板には、吐出液の供給口13bが一部に形成されている。
静電誘引式液滴ノズル40は、ノズル本体14と、ノズル本体14の吐出液吐出側の面に所定ピッチで配置された3つの吐出電極16と、前記開口部13aをインクタンク13の内側から塞ぎ、各吐出電極16との対向部分に、液吐出口15aを先端に有する3つの隆起部30aが形成された液流路外壁用膜30とを備えている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 7, the electrostatic attraction type droplet nozzle 40 of the second embodiment is accommodated in the ink tank 13 of the ink jet head 12 incorporated in the ink jet type droplet discharge device. The ink tank 13 is a rectangular parallelepiped container.
A large-diameter opening 13a is formed on the liquid discharge side (hereinafter, front side) plate of the ink tank 13 except for the outer peripheral portion.
A discharge liquid supply port 13 b is formed in a part of the plate on the side opposite to the opening 13 a (hereinafter, rear side) of the ink tank 13.
The electrostatic attraction type droplet nozzle 40 includes a nozzle body 14, three discharge electrodes 16 arranged at a predetermined pitch on the surface of the nozzle body 14 on the discharge liquid discharge side, and the opening 13 a from the inside of the ink tank 13. A liquid flow path outer wall film 30 having three raised portions 30a each having a liquid discharge port 15a at the tip is provided at a portion facing the discharge electrode 16.

ノズル本体14は、前記インクタンク13の液吐出側の板よりも縦横の寸法が若干小さい平面視して矩形状のシリコン基板からなる。
これにより、ノズル本体14の両側面とインクタンク13の両側板との間に、吐出液がノズル本体14内に形成される液流路15に流れ込むための隙間が形成される。
ノズル本体14とインクタンク13の供給口13b側の板との空間は、吐出液の貯液部分となっている。
実施例2における吐出電極16は、陽極化成法により作製されたエミッタチップである(図8)。説明の都合上、エミッタチップに吐出電極16と同じ番号を符す。陽極化成法の詳細については後述する。
The nozzle body 14 is made of a silicon substrate that has a rectangular shape in plan view, which is slightly smaller in vertical and horizontal dimensions than the liquid discharge side plate of the ink tank 13.
Thereby, a gap is formed between the both side surfaces of the nozzle body 14 and the both side plates of the ink tank 13 for the discharge liquid to flow into the liquid flow path 15 formed in the nozzle body 14.
The space between the nozzle body 14 and the plate on the supply port 13b side of the ink tank 13 is a liquid storage portion for the discharged liquid.
The discharge electrode 16 in Example 2 is an emitter tip manufactured by anodization (FIG. 8). For convenience of explanation, the same number as the discharge electrode 16 is given to the emitter tip. Details of the anodizing method will be described later.

エミッタチップ16は、平面視して正方形状のチップ本体16a(縦20μm×横20μm)と、チップ本体16aの表面の中央部から突出した針部16b(長さ10〜20μm、直径2μm程度、針先曲率半径50〜200nm)とを有している。
針部16bは、液吐出口15aから針先を突出させた状態で、対応する隆起部30aの内部空間にゆとりをもって収納されている。
隆起部30aは、針部16bの外周に沿って徐々に先細り化された円錐筒形状を有している。隆起部30aの内部空間は、液流路15の一部分を構成している。
また、液吐出方向の所定位置には、平板形状を有する対向電極22が配置されている。対向電極22のノズル側の面には、基板裏面を接触させた状態で、有機ELディスプレイ用のシリコン基板11が配置されている。
The emitter chip 16 has a square-shaped chip body 16a (vertical 20 μm × width 20 μm) in plan view and a needle portion 16b (length: 10 to 20 μm, diameter of about 2 μm) protruding from the center of the surface of the chip body 16a. A radius of curvature of 50 to 200 nm).
The needle portion 16b is accommodated in the internal space of the corresponding raised portion 30a with the needle tip protruding from the liquid discharge port 15a.
The raised portion 30a has a conical cylinder shape that is gradually tapered along the outer periphery of the needle portion 16b. The internal space of the raised portion 30 a constitutes a part of the liquid flow path 15.
A counter electrode 22 having a flat plate shape is disposed at a predetermined position in the liquid discharge direction. A silicon substrate 11 for an organic EL display is disposed on the nozzle side surface of the counter electrode 22 in a state where the back surface of the substrate is in contact.

次に、図9および図10を参照して、陽極化成法によるエミッタチップ16の作製方法を説明する。
まず、p型で表面の面方位が(100)のシリコン基板41(抵抗率2〜5Ωcm)をRIE装置の反応炉に挿入する。
そして、ウェーハ裏面の表層部分を、RIEによりメサ型形状にドライエッチングする(図9(a))。エッチング量は1μmである。
RIEによるエッチング条件は、CF4を用いて高周波電力400W、時間5分である。
その後、シリコン基板41の裏面のメサ型領域41aに、公知のリソグラフィーによりレジスト42を形成する。
そして、シリコン基板41をスパッタリング装置の反応炉に挿入する。続いて、シリコン基板41の裏面に厚さ1μmのアルミニウム製の金属マスク43をスパッタリングにより成膜する。
Next, with reference to FIG. 9 and FIG. 10, the manufacturing method of the emitter tip 16 by an anodizing method is demonstrated.
First, a p-type silicon substrate 41 having a surface orientation of (100) (resistivity 2-5 Ωcm) is inserted into the reactor of the RIE apparatus.
Then, the surface layer portion on the back surface of the wafer is dry etched into a mesa shape by RIE (FIG. 9A). The etching amount is 1 μm.
The etching conditions by RIE are high frequency power of 400 W and time of 5 minutes using CF 4 .
Thereafter, a resist 42 is formed on the mesa-type region 41a on the back surface of the silicon substrate 41 by known lithography.
Then, the silicon substrate 41 is inserted into the reaction furnace of the sputtering apparatus. Subsequently, a metal mask 43 made of aluminum having a thickness of 1 μm is formed on the back surface of the silicon substrate 41 by sputtering.

それから、メサ型領域41aのレジスト42を所定のレジスト剥離液により剥離する。これにより、金属マスク43のうち、メサ型領域41aに窓部が形成され、外部に露出される(図9(b))。
その後、シリコン基板41をイオン注入炉に挿入し、露出されたメサ型領域41aにリンイオン(P+ )をイオン注入し、この部分を厚さ0.5μmのn型領域(n型のシリコン領域)44とする(同じく、図9(b))。
イオン注入条件は、リンイオンの加速電圧100keV、イオン注入量1×1014cm-2である。
次いで、金属マスク43を所定のマスク除去溶液に浸漬して除去する。そして、イオン注入後のシリコン基板41に、活性化のための熱処理を施す。熱処理条件は、窒素雰囲気中、処理温度800℃、処理時間30分間である。
Then, the resist 42 in the mesa type region 41a is stripped with a predetermined resist stripping solution. As a result, a window portion is formed in the mesa-shaped region 41a of the metal mask 43 and exposed to the outside (FIG. 9B).
Thereafter, the silicon substrate 41 is inserted into an ion implantation furnace, phosphorus ions (P + ) are ion-implanted into the exposed mesa region 41a, and this portion is formed into an n-type region (n-type silicon region) having a thickness of 0.5 μm. 44 (similarly, FIG. 9B).
The ion implantation conditions are an acceleration voltage of phosphorus ions of 100 keV and an ion implantation amount of 1 × 10 14 cm −2 .
Next, the metal mask 43 is removed by dipping in a predetermined mask removing solution. Then, heat treatment for activation is performed on the silicon substrate 41 after ion implantation. The heat treatment conditions are a nitrogen atmosphere, a treatment temperature of 800 ° C., and a treatment time of 30 minutes.

次に、図10に示すように、n型領域44を有するシリコン基板41を、HF溶液(フッ酸濃度25%)が貯液された陽極化成槽45の開口された底面に装着する。
シリコン基板41と陽極化成槽45aの底部との間には、バイトンOリング46aが介在される。
その後、HF溶液の液面下にカソード電極46を挿入し、シリコン基板41のn型領域44にアノード電極47を接続する。
その後、直流電源38から電流密度15mA/cm2で30分間、電流を流す。その際、電流値は電流計39によって測定する。これにより、シリコン基板41のうち、p型のシリコン領域(カソード側)の大半が多孔質化し、多孔質シリコン層41aが形成される。
一方、アノード側となるn型領域44は多孔質化しない。その結果、n型領域44の一帯に、このn型領域44をチップ本体16aとし、n型領域44の内面(シリコン基板41の内部側の面)の中央部に針部16bを突設したエミッタチップ16が形成される(図9(c))。
このとき、チップ本体16aの裏面部分は、シリコン基板41の裏面より若干外方に突出している。
Next, as shown in FIG. 10, the silicon substrate 41 having the n-type region 44 is mounted on the opened bottom surface of the anodizing tank 45 in which the HF solution (hydrofluoric acid concentration 25%) is stored.
A Viton O-ring 46a is interposed between the silicon substrate 41 and the bottom of the anodizing tank 45a.
Thereafter, the cathode electrode 46 is inserted under the surface of the HF solution, and the anode electrode 47 is connected to the n-type region 44 of the silicon substrate 41.
Thereafter, a current is passed from the DC power source 38 at a current density of 15 mA / cm 2 for 30 minutes. At that time, the current value is measured by the ammeter 39. As a result, most of the p-type silicon region (cathode side) of the silicon substrate 41 becomes porous, and a porous silicon layer 41a is formed.
On the other hand, the n-type region 44 on the anode side is not made porous. As a result, the n-type region 44 is used as a chip body 16a in an area of the n-type region 44, and the emitter 16b protrudes from the center of the inner surface of the n-type region 44 (the surface on the inner side of the silicon substrate 41). A chip 16 is formed (FIG. 9C).
At this time, the back surface portion of the chip body 16 a slightly protrudes outward from the back surface of the silicon substrate 41.

次に、こうして作製されたエミッタチップ16は、シリコン基板41の内部から取り出される。
すなわち、チップ本体16aの露出した裏面を、単結晶シリコン製のノズル本体14の表面に、ファン・デル・ワールス力により貼り合わせる(図9(d))。これにより、貼り合わせ基板45が形成される。
ノズル本体14には、貼り合わせ前に親水処理が施される。具体的には、RCA洗浄後、フッ酸溶液(フッ酸濃度1%)により1分間だけノズル本体14をエッチングし、ノズル本体14の表面の自然酸化膜を除去する。それから、ノズル本体14を10分間純水に浸す。
貼り合わせ後は、湿度50%の大気中で乾燥する。
続いて、接合強度の強化および多孔質シリコン層41aの酸化のための熱処理を、1000℃、2時間、酸素雰囲気中で行う(図9(e))。その際、多孔質シリコン層41aは熱酸化され、酸化多孔質シリコン層41bとなる。
次に、貼り合わせ基板を、HF:H22=1:5のエッチング液により、酸化多孔質シリコン層41bをエッチングし、ノズル本体14と一体化したエミッタチップ16を取り出す(図9(f))。
Next, the emitter chip 16 thus fabricated is taken out from the silicon substrate 41.
That is, the exposed back surface of the chip body 16a is bonded to the surface of the nozzle body 14 made of single crystal silicon by Van der Waals force (FIG. 9D). Thereby, the bonded substrate board 45 is formed.
The nozzle body 14 is subjected to a hydrophilic treatment before being bonded. Specifically, after the RCA cleaning, the nozzle body 14 is etched for 1 minute with a hydrofluoric acid solution (hydrofluoric acid concentration 1%), and the natural oxide film on the surface of the nozzle body 14 is removed. Then, the nozzle body 14 is immersed in pure water for 10 minutes.
After bonding, the film is dried in an atmosphere with a humidity of 50%.
Subsequently, heat treatment for strengthening the bonding strength and oxidizing the porous silicon layer 41a is performed in an oxygen atmosphere at 1000 ° C. for 2 hours (FIG. 9E). At that time, the porous silicon layer 41a is thermally oxidized to become an oxidized porous silicon layer 41b.
Next, the oxidized porous silicon layer 41b is etched from the bonded substrate with an etching solution of HF: H 2 O 2 = 1: 5, and the emitter chip 16 integrated with the nozzle body 14 is taken out (FIG. 9 (f )).

次に、図11および図12を参照して、ノズル本体14への液流路15の形成方法を説明する。
まず、ノズル本体14のエミッタチップ16の貼り合わせ側に、プラズマCVD法により、エミッタチップ16を含めて、二酸化シリコン製の絶縁膜49を成膜する(図11(a))。
この成膜は、加熱温度300℃、酸素雰囲気となった反応炉内に、0.05リットル/分の流速でSiH4ガスを20分間供給することで行われる。絶縁膜49の厚さは1μmである。
それから、絶縁膜49のノズル本体14とは反対側に、窒化シリコン製の液流路外壁用膜30を、プラズマCVD法により成膜する(図11(b))。液流路外壁用膜30の膜厚は、1μmである。
液流路外壁用膜30の成膜時には、加熱温度300℃、NH3ガス雰囲気の反応炉内に、0.05リットル/分の流速でSiH4ガスを20分間供給する。
これにより、積層された絶縁膜49および液流路外壁用膜のうち、吐出電極16の針部16bとの対向領域には、下層から順に、絶縁膜49の隆起部49aおよび液流路外壁用膜30の隆起部30aがそれぞれ形成される。
Next, with reference to FIGS. 11 and 12, a method of forming the liquid flow path 15 to the nozzle body 14 will be described.
First, an insulating film 49 made of silicon dioxide including the emitter chip 16 is formed on the bonding side of the emitter body 16 of the nozzle body 14 by the plasma CVD method (FIG. 11A).
This film formation is performed by supplying SiH 4 gas for 20 minutes at a flow rate of 0.05 liter / min into a reaction furnace having a heating temperature of 300 ° C. and an oxygen atmosphere. The thickness of the insulating film 49 is 1 μm.
Then, a liquid channel outer wall film 30 made of silicon nitride is formed on the opposite side of the insulating film 49 from the nozzle body 14 by plasma CVD (FIG. 11B). The film thickness of the liquid flow path outer wall film 30 is 1 μm.
At the time of forming the liquid flow path outer wall film 30, SiH 4 gas is supplied for 20 minutes at a flow rate of 0.05 liter / min into a reactor having a heating temperature of 300 ° C. and an NH 3 gas atmosphere.
As a result, in the laminated insulating film 49 and liquid channel outer wall film, the raised portion 49a of the insulating film 49 and the liquid channel outer wall are formed in the region facing the needle portion 16b of the discharge electrode 16 in order from the lower layer. The raised portions 30a of the film 30 are formed respectively.

その後、液流路外壁用膜30のノズル本体14とは反対側に、液流路外壁用膜30が完全に埋没する厚さ、具体的には2μmのレジスト膜51をスピンコートにより塗布する(図11(c))。
続いて、レジスト膜51の表層を、絶縁膜49の隆起部49aおよび液流路外壁用膜30の隆起部30aの各先端部とともにRIEによりドライエッチングする(図12(a))。
これにより、針部16bの針先が露出し、液吐出口15aが露出する。液吐出口15aの直径は5μm程度である。
このとき、液吐出口15aは絶縁膜49により塞がっている。RIEのエッチング条件は、CF4と酸素との混合ガスを用い高周波電力400Wで5分間とする。
Thereafter, a resist film 51 having a thickness that allows the liquid flow path outer wall film 30 to be completely buried, specifically 2 μm, is applied to the opposite side of the liquid flow path outer wall film 30 from the nozzle body 14 by spin coating (see FIG. FIG. 11 (c)).
Subsequently, the surface layer of the resist film 51 is dry-etched by RIE together with the protruding portions 49a of the insulating film 49 and the tips of the protruding portions 30a of the liquid flow path outer wall film 30 (FIG. 12A).
Thereby, the needle tip of the needle part 16b is exposed and the liquid discharge port 15a is exposed. The diameter of the liquid discharge port 15a is about 5 μm.
At this time, the liquid discharge port 15 a is closed by the insulating film 49. The etching conditions for RIE are 5 minutes at a high frequency power of 400 W using a mixed gas of CF 4 and oxygen.

その後、レジスト膜51を所定のレジスト剥離液により剥離する(図12(b))。それから、液流路外壁用膜30において、各隆起部30aを結んだ仮想線上に沿って、複数本のガイド溝30bをRIEによりドライエッチングする(図12(c),(c1))。
また、仮想線の両端側のガイド溝30bは、液流路外壁用膜30の両端まで達している。各ガイド溝30bの幅は10μm、深さ2μmである。RIEの条件は、CF4ガスを用い高周波電力500Wで20分間とする。
次いで、ノズル本体14をフッ酸溶液(フッ酸濃度10%)に5分間浸漬する。
これにより、各液吐出口15aおよび各ガイド溝30bを介して、フッ酸溶液が絶縁膜49のうち、各隆起部30aの一帯、および、各ガイド溝30bの一帯をそれぞれウエットエッチングする。その結果、前記仮想線に沿って、前記液流路15が形成される(図12(d),(d1))。
Thereafter, the resist film 51 is stripped with a predetermined resist stripping solution (FIG. 12B). Then, in the liquid flow path outer wall film 30, a plurality of guide grooves 30b are dry-etched by RIE along imaginary lines connecting the raised portions 30a (FIGS. 12C and 12C1).
Further, the guide grooves 30 b on both ends of the imaginary line reach both ends of the liquid flow path outer wall film 30. Each guide groove 30b has a width of 10 μm and a depth of 2 μm. RIE conditions are CF 4 gas and high frequency power of 500 W for 20 minutes.
Next, the nozzle body 14 is immersed in a hydrofluoric acid solution (hydrofluoric acid concentration 10%) for 5 minutes.
As a result, the hydrofluoric acid solution wet-etches each zone of each raised portion 30a and each zone of each guide groove 30b in the insulating film 49 via each liquid discharge port 15a and each guide groove 30b. As a result, the liquid flow path 15 is formed along the imaginary line (FIGS. 12D and 12D1).

次に、実施例2の静電誘引式液滴ノズル40を有したインクジェット式液滴吐出装置の使用方法を説明する。
図7に示すように、まずインクタンク13内の貯液部分に吐出液を貯液するとともに、バイアス電源20からの電圧をエミッタチップ16に印加する。
これにより、前記貯液部分に貯液された吐出液は、ノズル本体14の両側の隙間を通って液流路15の両端から液流路15内に流入される。
その後、吐出液は、液流路15を通って各隆起部30aの内部空間に到達する。これらの隆起部30a内では、吐出液が、エミッタチップ16の針部16bに沿って徐々に微粒子を濃縮しながら、対応する液吐出口15aまで流動していく。こうして、液吐出口15aに直径1μm程度の液滴が形成される。
続いて、パルス電源21からの電圧をエミッタチップ16に重畳する。
これにより、各液吐出口15aを通過し、液吐出口15aの液滴内の微粒子が、対向電極22側に配置された有機ELディスプレイ用のシリコン基板11に向かって吐出される。
Next, a method of using the ink jet type droplet discharge apparatus having the electrostatic attraction type droplet nozzle 40 of Example 2 will be described.
As shown in FIG. 7, first, the discharge liquid is stored in the liquid storage part in the ink tank 13, and the voltage from the bias power source 20 is applied to the emitter chip 16.
As a result, the discharge liquid stored in the liquid storage portion flows into the liquid flow path 15 from both ends of the liquid flow path 15 through the gaps on both sides of the nozzle body 14.
Thereafter, the discharged liquid passes through the liquid flow path 15 and reaches the internal space of each raised portion 30a. Within these raised portions 30a, the discharge liquid flows to the corresponding liquid discharge port 15a while gradually concentrating the fine particles along the needle portion 16b of the emitter tip 16. Thus, a droplet having a diameter of about 1 μm is formed at the liquid discharge port 15a.
Subsequently, the voltage from the pulse power source 21 is superimposed on the emitter chip 16.
As a result, the fine particles in the droplets of the liquid discharge port 15a that pass through each liquid discharge port 15a are discharged toward the silicon substrate 11 for the organic EL display disposed on the counter electrode 22 side.

このように、エミッタチップ16に電圧を印加すると、隆起部30aの内部空間において、吐出液が針部16bに沿って、液吐出口15a側に流動する。
このとき、液流路15の先端部は、陽極化成により得られた微細な針部16b(直径2μm、針先の曲率半径200nm)の外周に沿って、徐々に先細り化している。
そのため、液吐出口15aからは、最小液滴径が参考例のときよりも小さい液滴を吐出させることが可能になる。
その結果、参考例の場合よりも低電圧で、インクジェット式液滴吐出装置を駆動させることができる。
その他の構成、作用、効果は、参考例から推測できる範囲であるので、説明を省略する。
Thus, when a voltage is applied to the emitter tip 16, the discharge liquid flows along the needle portion 16b toward the liquid discharge port 15a in the internal space of the raised portion 30a.
At this time, the tip of the liquid flow path 15 is gradually tapered along the outer periphery of the fine needle portion 16b (diameter 2 μm, needle tip curvature radius 200 nm) obtained by anodization.
Therefore, it is possible to discharge droplets having a minimum droplet diameter smaller than that in the reference example from the liquid discharge port 15a.
As a result, the ink jet droplet discharge apparatus can be driven at a lower voltage than in the reference example .
Other configurations, operations, and effects are in a range that can be estimated from the reference example, and thus the description thereof is omitted.

次に、図13〜図15を参照して、この発明の実施例3に係る静電誘引式液滴ノズルを説明する。
図13に示すように、実施例3の静電誘引式液滴ノズル60は、液流路外壁用膜30の各隆起部30aの周辺に、絶縁性を有する電極保持体61を介してゲート電極28をそれぞれ形成したものである。
以下、図14および図15を参照して、このゲート電極28の形成方法を詳細に説明する。
まず、前記液流路外壁用膜30の外面側に、レジストを厚肉に塗布して絶縁層62を形成する(図14(a))。絶縁層62の厚さは30μmである。
したがって、各液吐出口15aから突出した針部16bの先端は、絶縁層62の表面下に埋没する。
次に、図示しないフォトマスクを介して、光源からの光を絶縁層62に照射し、絶縁層62の液吐出口15aとの対峙部分の一帯を露光する(同じ図14(a))。
Next, an electrostatic attraction type droplet nozzle according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 13, the electrostatically attractive droplet nozzle 60 of Example 3 has a gate electrode around each raised portion 30 a of the liquid flow path outer wall film 30 via an insulating electrode holder 61. 28 is formed.
Hereinafter, a method for forming the gate electrode 28 will be described in detail with reference to FIGS.
First, a thick resist is applied on the outer surface side of the liquid flow path outer wall film 30 to form an insulating layer 62 (FIG. 14A). The thickness of the insulating layer 62 is 30 μm.
Therefore, the tip of the needle portion 16 b protruding from each liquid discharge port 15 a is buried under the surface of the insulating layer 62.
Next, the insulating layer 62 is irradiated with light from a light source through a photomask (not shown) to expose a portion of the insulating layer 62 facing the liquid discharge port 15a (same FIG. 14A).

続いて、絶縁層62の表面に、PolySi製の導電層63をスパッタリングにより成膜する(図14(b))。導電層63の厚さは1μmである。導電層63の成膜条件は、直流スパッタリング法である。
その後、導電層63の表面に薄くレジスト64を塗布し、このレジスト64に露光、現像を施す。
その結果、レジスト64のうち、ゲート電極28の形成領域を除いた部分に、窓部が形成される。
続いて、導電層63を混酸液に浸漬する。これにより、レジスト64の窓部を通して、導電層63の不要な部分が酸エッチングされる。
よって、絶縁層62の表面の所定位置において、開口部27を内側に有したゲート電極28が形成される(図14(c))。その後、レジスト64を、所定のレジスト剥離液により剥離する。
次に、レジスト製の絶縁層62を現像する。その結果、絶縁層62の露光部分が除去される。
これにより、前記開口部27と対峙した部分に、開口部27と液吐出口15aとを連通する内部空間を有した環状の電極保持体61が形成される(図14(d))。
Subsequently, a conductive layer 63 made of PolySi is formed on the surface of the insulating layer 62 by sputtering (FIG. 14B). The thickness of the conductive layer 63 is 1 μm. The film forming condition of the conductive layer 63 is a direct current sputtering method.
Thereafter, a thin resist 64 is applied on the surface of the conductive layer 63, and the resist 64 is exposed and developed.
As a result, a window portion is formed in a portion of the resist 64 excluding the formation region of the gate electrode 28.
Subsequently, the conductive layer 63 is immersed in the mixed acid solution. Thereby, an unnecessary portion of the conductive layer 63 is acid-etched through the window portion of the resist 64.
Therefore, the gate electrode 28 having the opening 27 inside is formed at a predetermined position on the surface of the insulating layer 62 (FIG. 14C). Thereafter, the resist 64 is stripped with a predetermined resist stripping solution.
Next, the resist insulating layer 62 is developed. As a result, the exposed portion of the insulating layer 62 is removed.
As a result, an annular electrode holder 61 having an internal space that communicates the opening 27 and the liquid discharge port 15a is formed at a portion facing the opening 27 (FIG. 14D).

次に、図15を参照して、電極保持体61の素材を二酸化シリコンに変更した場合のゲート電極28の形成方法を詳細に説明する。
まず、液流路外壁用膜30の外面側に、プラズマCVD法により絶縁層62A用の二酸化シリコンを厚肉(30μm)に成長させる(図15(a))。
成膜時には、酸素雰囲気、炉内温度350℃の反応炉内に、SiH4のソースガスを0.05リットル/分で60分間供給する。
ソースガスは、SiH4ガスに代えて、Si(OC254ガスを使用してもよい。
次に、二酸化シリコンの表面に、PolySiからなる導電層63をプラズマCVD法によって、厚さ1μmだけ成膜する(図15(b))。その成膜時には、炉内温度600℃の反応炉内に、SiH4ガスを30分間供給する。
Next, a method for forming the gate electrode 28 when the material of the electrode holder 61 is changed to silicon dioxide will be described in detail with reference to FIG.
First, silicon dioxide for the insulating layer 62A is grown thickly (30 μm) on the outer surface side of the liquid flow path outer wall film 30 by plasma CVD (FIG. 15A).
During film formation, a source gas of SiH 4 is supplied at a rate of 0.05 liter / min for 60 minutes into a reaction furnace having an oxygen atmosphere and a furnace temperature of 350 ° C.
As the source gas, Si (OC 2 H 5 ) 4 gas may be used instead of SiH 4 gas.
Next, a conductive layer 63 made of PolySi is formed on the surface of silicon dioxide by a plasma CVD method to a thickness of 1 μm (FIG. 15B). During the film formation, SiH 4 gas is supplied for 30 minutes into a reactor having a furnace temperature of 600 ° C.

それから、導電層63の表面にレジスト64を2μm塗布し、レジスト64に対して、ゲート電極28の形成領域を除く部分に露光、現像を施す。
その結果、ゲート電極28の形成領域を除き、レジスト64に窓部が形成される。
続いて、導電層63の不要な部分を、混酸液により酸エッチングする。
その結果、二酸化シリコンの表面の所定位置に、開口部27を内側に有したゲート電極28が形成される(図15(c))。
続いて、ゲート電極28を含めた二酸化シリコンの表面にレジスト64を塗布する。
このレジスト64に対しては、開口部27と液吐出口15aとを連通する内部空間の形成領域を除いた部分に、露光および現像を施す。
これにより、その内部空間の形成領域を除き、レジスト64に窓部が形成される。
次に、この窓部を通して、絶縁層62Aの一部分をHF溶液(フッ酸濃度10%)により、ウエットエッチングする。
こうして、二酸化シリコンの不要な部分が除去される。
その結果、前記開口部27と対峙した部分に内部空間を有した環状の電極保持体61が形成される(図15(d))。
Then, 2 μm of a resist 64 is applied on the surface of the conductive layer 63, and the resist 64 is exposed and developed on a portion excluding the formation region of the gate electrode 28.
As a result, a window portion is formed in the resist 64 except for the formation region of the gate electrode 28.
Subsequently, an unnecessary portion of the conductive layer 63 is acid etched with a mixed acid solution.
As a result, a gate electrode 28 having an opening 27 inside is formed at a predetermined position on the surface of silicon dioxide (FIG. 15C).
Subsequently, a resist 64 is applied to the surface of silicon dioxide including the gate electrode 28.
The resist 64 is exposed and developed in a portion excluding the formation region of the internal space that communicates the opening 27 and the liquid discharge port 15a.
Thereby, a window portion is formed in the resist 64 except for the formation region of the internal space.
Next, a part of the insulating layer 62A is wet-etched with an HF solution (hydrofluoric acid concentration 10%) through this window portion.
Thus, unnecessary portions of silicon dioxide are removed.
As a result, an annular electrode holder 61 having an internal space at a portion facing the opening 27 is formed (FIG. 15D).

このように、液流路外壁用膜30の各隆起部30aとの対向部分に、電極保持体61を介してゲート電極28をそれぞれ形成したので、液吐出口15aから吐出された液滴は、ゲート電極28の開口部27を通過した後、液吐出方向の所定位置に配置された対向電極22に向かって飛び出す。
その際、ゲート電極28に対向電極22より電位が大きい電圧を印加すれば、吐出された液滴中の微粒子は、ゲート電極28と対向電極22との間においても電界による力を受ける。
これにより、液滴(微粒子)の吐出の安定化が図れる。
その他の構成、作用および効果は、実施例2と同様であるので、説明を省略する。
As described above, since the gate electrode 28 is formed through the electrode holder 61 at the portion facing the raised portion 30a of the liquid flow path outer wall film 30, the droplets discharged from the liquid discharge port 15a are After passing through the opening 27 of the gate electrode 28, it jumps out toward the counter electrode 22 disposed at a predetermined position in the liquid discharge direction.
At that time, if a voltage having a potential higher than that of the counter electrode 22 is applied to the gate electrode 28, the fine particles in the ejected droplets are also subjected to a force by an electric field between the gate electrode 28 and the counter electrode 22.
Thereby, the discharge of droplets (fine particles) can be stabilized.
Other configurations, operations, and effects are the same as those of the second embodiment, and thus description thereof is omitted.

次に、図16を参照して、実施例4である、液流路をノズル本体に形成する方法として、有機エラストマー層を利用した静電誘引式液滴ノズル70の製造方法を詳細に説明する。
まず、厚さ500μmの単結晶シリコン製で表面が平坦なダミー基板71に、高さ10μm程度、幅10μm、長さは任意としたレジスト構造体72をフォトリソ技術により作製する(図16(a))。
その後、ダミー基板71の表面に、PDMS(ポリジメチルシロキサン)100重量部に対してキュアリング剤を10重量部混ぜたものを、スピンコータにより厚さ30μmで均一に塗布する。
その後、100℃、1時間でキュアリングし、有機エラストマー層73を形成する(図16(b))。
それから、有機エラストマー層73の所定の位置に、レーザー加工法により、レジスト構造体72まで達した貫通孔73aを形成する(図16(c))。
貫通孔73aの直径は10μmである。レーザー加工では、レーザー光を凸レンズに通して貫通孔73aを開ける位置に収束させ、出力100mJで0.5秒間、レーザー光を照射する。
Next, with reference to FIG. 16, the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle 70 using an organic elastomer layer is demonstrated in detail as a method of forming the liquid flow path in the nozzle body, which is the fourth embodiment. .
First, a resist structure 72 having a height of about 10 μm, a width of 10 μm, and an arbitrary length is formed on a dummy substrate 71 made of single crystal silicon having a thickness of 500 μm and a flat surface by a photolithographic technique (FIG. 16A). ).
Thereafter, a mixture of 10 parts by weight of a curing agent with respect to 100 parts by weight of PDMS (polydimethylsiloxane) is uniformly applied to the surface of the dummy substrate 71 with a thickness of 30 μm using a spin coater.
Then, it cures at 100 degreeC for 1 hour, and forms the organic elastomer layer 73 (FIG.16 (b)).
Then, a through hole 73a reaching the resist structure 72 is formed at a predetermined position of the organic elastomer layer 73 by a laser processing method (FIG. 16C).
The diameter of the through hole 73a is 10 μm. In the laser processing, laser light is passed through a convex lens to converge at a position where the through hole 73a is opened, and the laser light is irradiated at an output of 100 mJ for 0.5 seconds.

次に、真先端が平坦で、かつ真空吸着機能を有した金属治具を有機エラストマー層73に接触吸着し、その後、引張応力を印加し、ダミー基板71から有機エラストマー層73を剥離する(図16(d))。
これにより、貫通孔73aが、有機エラストマー層73の表裏面を貫通した所望の形状となる。
Next, a metal jig having a flat true tip and having a vacuum adsorption function is contact-adsorbed to the organic elastomer layer 73, and thereafter, a tensile stress is applied to peel the organic elastomer layer 73 from the dummy substrate 71 (see FIG. 16 (d)).
Thereby, the through-hole 73a becomes a desired shape penetrating the front and back surfaces of the organic elastomer layer 73.

その後、貫通孔73aに吐出電極16を挿入した状態で、剥離した有機エラストマー層73をノズル本体14の吐出電極側の面にアライナー74を利用し、位置合わせして貼り合わせる(図16(e))。
具体的には、ノズル本体14および有機エラストマー層73をそれぞれ真空吸着し、有機エラストマー層73中の貫通孔73aがノズル本体14上の針部16b上に位置した時、ノズル本体14を上昇させ、有機エラストマー層73に接触させて応力を印加する。
Thereafter, in a state where the discharge electrode 16 is inserted into the through-hole 73a, the peeled organic elastomer layer 73 is aligned and bonded to the surface of the nozzle body 14 on the discharge electrode side using the aligner 74 (FIG. 16E). ).
Specifically, each of the nozzle body 14 and the organic elastomer layer 73 is vacuum-adsorbed, and when the through hole 73a in the organic elastomer layer 73 is positioned on the needle portion 16b on the nozzle body 14, the nozzle body 14 is raised, Stress is applied in contact with the organic elastomer layer 73.

これにより、有機エラストマー層73は、接着剤などを使用せず、ノズル本体14に自己密着させることがきる。
このように、ノズル本体14に有機エラストマーを形成材料とした有機エラストマー層73を形成し、有機エラストマー層73に液流路15を作製するようにしたので、液流路15を容易かつ高精度に作製することができる。
しかも、PDMSは、シリコン製のノズル本体14との密着性が高まる。
さらに、液吐出口15aが形成される有機エラストマー層73をPDMS製としたので、液流路15の親水性が高く、吐出液の液流路15に対する浸透性が高まる。
その他の構成、作用および効果は、実施例2と同様であるので、説明を省略する。
Thereby, the organic elastomer layer 73 can be self-adhered to the nozzle body 14 without using an adhesive or the like.
Thus, since the organic elastomer layer 73 made of an organic elastomer is formed on the nozzle body 14 and the liquid flow path 15 is formed in the organic elastomer layer 73, the liquid flow path 15 can be easily and highly accurately formed. Can be produced.
Moreover, PDMS has improved adhesion with the nozzle body 14 made of silicon.
Furthermore, since the organic elastomer layer 73 in which the liquid discharge port 15a is formed is made of PDMS, the hydrophilicity of the liquid flow path 15 is high, and the permeability of the discharge liquid into the liquid flow path 15 is increased.
Other configurations, operations, and effects are the same as those of the second embodiment, and thus description thereof is omitted.

次に、図17および図18を参照して、実施例5の有機エラストマー層をノズル本体4に形成した静電誘引式液滴ノズル70Aの製造方法を詳細に説明する。
ここでは、実施例4において、有機エラストマー層73のダミー基板71からの離型性を高めるため、レジスト構造体72の作製後、CFをプラズマ処理し、シリコン製のダミー基板71の表面およびレジスト構造体72の表面を微細な凹凸面に改質するとともに、表面をF(フッ素)で終端させる。
CFの代わりに、CHF、SFなどのフッ化ガス、またはフッ化ガスとOとの混合ガスを採用してもよい。
プラズマ処理の条件は、電力200W、圧力50 Paで60秒間程度である。
その他の構成、作用および効果は、実施例4と同様であるので、説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 17 and FIG. 18, the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle 70A which formed the organic elastomer layer of Example 5 in the nozzle main body 4 is demonstrated in detail.
Here, in Example 4, in order to improve the releasability of the organic elastomer layer 73 from the dummy substrate 71, the CF 4 is subjected to plasma treatment after the production of the resist structure 72, and the surface of the silicon dummy substrate 71 and the resist are processed. The surface of the structure 72 is modified to a fine uneven surface, and the surface is terminated with F (fluorine).
Instead of CF 4 , a fluorinated gas such as CHF 3 or SF 6 or a mixed gas of fluorinated gas and O 2 may be employed.
The conditions for the plasma treatment are about 60 seconds at a power of 200 W and a pressure of 50 Pa.
Other configurations, operations, and effects are the same as those in the fourth embodiment, and thus description thereof is omitted.

次に、図19を参照して、実施例6である、ノズル本体に有機エラストマー層を形成した静電誘引式液滴ノズル70Bの製造方法を詳細に説明する。
ここでは、実施例5において、有機エラストマー層73のダミー基板71からの離型性を高めるため、ダミー基板71の表面全域に厚さ1μmのレジスト膜75を形成する。
レジスト構造体72は、レジスト膜75の表面に形成される。レジストの代わりに、有機性の樹脂を塗布してもよい。
その他の構成、作用および効果は、実施例4と同様であるので、説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 19, the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle 70B which is Example 6 and formed the organic elastomer layer in the nozzle body is demonstrated in detail.
Here, in Example 5, a resist film 75 having a thickness of 1 μm is formed over the entire surface of the dummy substrate 71 in order to improve the releasability of the organic elastomer layer 73 from the dummy substrate 71.
The resist structure 72 is formed on the surface of the resist film 75. An organic resin may be applied instead of the resist.
Other configurations, operations, and effects are the same as those in the fourth embodiment, and thus description thereof is omitted.

次に、図20および図21を参照して、実施例7のノズル本体14に有機エラストマー層73を形成した静電誘引式液滴ノズル70Cの製造方法を詳細に説明する。
ここでは、実施例6において、有機エラストマー層73のダミー基板71からの離型性を高めるため、レジスト膜75の作製後、CFをプラズマ処理し、レジスト膜75の表面およびレジスト構造体72の表面を微細な凹凸面に改質する。CFの代わりに、CHF、SFなどのフッ化ガス、またはフッ化ガスとOとの混合ガスを採用してもよい。
その他の構成、作用および効果は、実施例4と同様であるので、説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 20 and FIG. 21, the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle 70C which formed the organic elastomer layer 73 in the nozzle main body 14 of Example 7 is demonstrated in detail.
Here, in Example 6, in order to improve the releasability of the organic elastomer layer 73 from the dummy substrate 71, the CF 4 is subjected to plasma treatment after the formation of the resist film 75, and the surface of the resist film 75 and the resist structure 72 are formed. The surface is modified to a fine uneven surface. Instead of CF 4 , a fluorinated gas such as CHF 3 or SF 6 or a mixed gas of fluorinated gas and O 2 may be employed.
Other configurations, operations, and effects are the same as those in the fourth embodiment, and thus description thereof is omitted.

次に、図22および図23を参照して、実施例8のノズル本体14に有機エラストマー層73を形成した静電誘引式液滴ノズル70Dの製造方法を詳細に説明する。
ここでは、実施例4における貫通孔73aの他の形成方法として、マスキングを利用したプラズマ処理を採用している。
すなわち、有機エラストマー層73に対する貫通孔73aの形成方法において、有機エラストマー層73の貫通孔形成部を除いた部分を、フォトリソ技術を利用してSiなどを原料としたマスキング膜76によりマスクする。
Next, with reference to FIG. 22 and FIG. 23, the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle 70D which formed the organic elastomer layer 73 in the nozzle main body 14 of Example 8 is demonstrated in detail.
Here, as another method for forming the through hole 73a in the fourth embodiment, plasma processing using masking is employed.
That is, in the method for forming the through hole 73a in the organic elastomer layer 73, the portion of the organic elastomer layer 73 excluding the through hole forming portion is masked by the masking film 76 made of Si 3 N 4 or the like using photolithography technology. To do.

その後、Oプラズマ処理して開口部76aを開ける。
Siの代わりに、フォトレジスト、SiO、Al、Mo、W、Ti、WSiなどを採用してもよい。
また、Oの代わりには、CF、SFなどのフッ化ガス、ハロゲン化ガスを使用してもよい。さらに、Oとフッ化ガス、またはハロゲン化ガスの混合ガスを使用してもよい。
その後、この開口部76aを利用して貫通孔73aを形成する。
その他の構成、作用および効果は、実施例4と同様であるので、説明を省略する。
Thereafter, the opening 76a is opened by O 2 plasma treatment.
Instead of Si 3 N 4 , a photoresist, SiO 2 , Al, Mo, W, Ti, WSi 2 or the like may be employed.
Further, instead of O 2 , a fluorinated gas such as CF 4 or SF 6 or a halogenated gas may be used. Further, a mixed gas of O 2 and a fluorinated gas or a halogenated gas may be used.
Thereafter, the through hole 73a is formed using the opening 76a.
Other configurations, operations, and effects are the same as those in the fourth embodiment, and thus description thereof is omitted.

次に、図24および図25を参照して、実施例9のノズル本体14に有機エラストマー層73を形成した静電誘引式液滴ノズル70Eの製造方法を詳細に説明する。
ここでは、実施例4において、有機エラストマー層73の高強度化およびダミー基板71からの離型性を高めるため、有機エラストマー層73の素材として、SiCフィラー77をPDMS中に分散させる。
Next, with reference to FIG. 24 and FIG. 25, the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle 70E which formed the organic elastomer layer 73 in the nozzle main body 14 of Example 9 is demonstrated in detail.
Here, in Example 4, in order to increase the strength of the organic elastomer layer 73 and improve the releasability from the dummy substrate 71, SiC filler 77 is dispersed in PDMS as a material of the organic elastomer layer 73.

また、均一に分散させるため、超音波を印加する。
SiCフィラー77とは、SiCを主とした高強度、高弾性率、高耐熱性の複合強化繊維材である。
例えば、東海カーボン株式会社製のトーカウィスカー((登録商標)、炭化けい素ウィスカー)等を採用することができる。
SiCフィラー77の添加量は、PDMS100重量部に対して3重量部である。
SiCフィラー77の代わりに、Al(アルミナ)、CaCO(炭酸カルシウム)、タルク(4SiO3MgOHO)、Al2SiO2HO(カオリン)、SiO(シリカ)、KAl(SiAl)20(OH)(マイカ)、CaOSiO(ウオラストナイト)、KOnTiO(チタン酸カリウム、ウィスカー)、6CaO6SiOO(ゾノトナイト)、MgSO5MgO8HO(塩基性硫酸マグネシウム)、ZnO(酸化亜鉛)、9Al2B(硼酸アルミニウム、ウィスカー)などでもよい。
その他の構成、作用および効果は、実施例4と同様であるので、説明を省略する。
Moreover, in order to disperse | distribute uniformly, an ultrasonic wave is applied.
The SiC filler 77 is a composite reinforcing fiber material having high strength, high elastic modulus, and high heat resistance mainly composed of SiC.
For example, Toka whiskers ((registered trademark), silicon carbide whiskers) manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd. can be employed.
The amount of SiC filler 77 added is 3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of PDMS.
Instead of SiC filler 77, Al 2 O 3 (alumina), CaCO 3 (calcium carbonate), talc (4SiO 2 3MgOH 2 O), Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O ( kaolin), SiO 2 (silica), K 2 Al 4 (Si 3 Al) 2 O 20 (OH) 4 (mica), CaOSiO 2 (wollastonite), K 2 OnTiO 2 (potassium titanate, whiskers), 6CaO6SiO 2 H 2 O (zonotonite), MgSO 4 5MgO8H 2 O (basic magnesium sulfate), ZnO (zinc oxide), 9Al 2 O 3 2B 2 O 3 (aluminum borate, whisker), or the like may be used.
Other configurations, operations, and effects are the same as those in the fourth embodiment, and thus description thereof is omitted.

次に、図26および図27を参照して、実施例10のノズル本体14に有機エラストマー層73を形成した静電誘引式液滴ノズル70Fの製造方法を詳細に説明する。
ここでは、液吐出の低電圧化を図るため、実施例4の有機エラストマー層73を吐出電極16の長さより厚肉とし、その貫通孔73aの形成部周辺にゲート電極78を形成した例である。
ゲート電極78は、Al、PolySiなどを使用する。
静電誘引式液滴ノズル70Fは、吐出電極16と対向電極22との間に所定のバイアス電圧を印加し、ゲート電極78に所定のパルス電圧を印加してこのパルス電圧をバイアス電圧に重畳することで、吐出液の液滴を、液吐出方向の所定位置に配置されたシリコン基板11の表面に吐出することができる。
その他の構成、作用および効果は、実施例4と同様であるので、説明を省略する。
Next, with reference to FIG. 26 and FIG. 27, the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle 70F which formed the organic elastomer layer 73 in the nozzle main body 14 of Example 10 is demonstrated in detail.
Here, in order to reduce the voltage of liquid discharge, the organic elastomer layer 73 of Example 4 is thicker than the length of the discharge electrode 16, and the gate electrode 78 is formed around the formation portion of the through hole 73a. .
The gate electrode 78 uses Al, PolySi, or the like.
The electrostatic attraction type droplet nozzle 70F applies a predetermined bias voltage between the ejection electrode 16 and the counter electrode 22, applies a predetermined pulse voltage to the gate electrode 78, and superimposes the pulse voltage on the bias voltage. As a result, the droplets of the discharge liquid can be discharged onto the surface of the silicon substrate 11 disposed at a predetermined position in the liquid discharge direction.
Other configurations, operations, and effects are the same as those in the fourth embodiment, and thus description thereof is omitted.

この発明の参考例に係る静電誘引式液滴ノズルの使用状態を示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which shows the use condition of the electrostatic attraction-type droplet nozzle which concerns on the reference example of this invention. この発明の参考例に係る静電誘引式液滴ノズルの製造方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle concerning the reference example of this invention. 図2のフローシートの続きである。It is a continuation of the flow sheet of FIG. この発明の参考例の他の形態に係る静電誘引式液滴ノズルを示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which shows the electrostatic attraction-type droplet nozzle which concerns on the other form of the reference example of this invention. この発明の参考例の別の形態に係る静電誘引式液滴ノズルを示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which shows the electrostatic attraction-type droplet nozzle which concerns on another form of the reference example of this invention. この発明の参考例のまた別の形態に係る静電誘引式液滴ノズルを示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which shows the electrostatic attraction-type droplet nozzle which concerns on another form of the reference example of this invention. この発明の実施例2に係る静電誘引式液滴ノズルの使用状態を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the use condition of the electrostatic attraction-type droplet nozzle which concerns on Example 2 of this invention. この発明の実施例2に係る静電誘引式液滴ノズルに組み込まれたエミッタチップの斜視図である。It is a perspective view of the emitter tip incorporated in the electrostatic attraction type droplet nozzle concerning Example 2 of this invention. この発明の実施例2に係る静電誘引式液滴ノズルに組み込まれたエミッタチップの陽極化成による作製方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the preparation method by anodizing of the emitter chip incorporated in the electrostatic attraction type droplet nozzle concerning Example 2 of this invention. この発明の実施例2に係る静電誘引式液滴ノズルに組み込まれたエミッタチップの作製に用いられる陽極化成装置の模式図である。It is a schematic diagram of the anodizing apparatus used for manufacture of the emitter chip incorporated in the electrostatic attraction type droplet nozzle concerning Example 2 of this invention. この発明の実施例2に係る静電誘引式液滴ノズルの一部を構成する液流路の形成方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the formation method of the liquid flow path which comprises a part of electrostatic attraction type droplet nozzle which concerns on Example 2 of this invention. 図11の実施例2に係る静電誘引式液滴ノズルの一部を構成する液流路の形成方法を示すフローシートの続きである。It is a continuation of the flow sheet which shows the formation method of the liquid flow path which comprises a part of electrostatic attraction type droplet nozzle which concerns on Example 2 of FIG. この発明の実施例3に係る静電誘引式液滴ノズルの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the electrostatic attraction type droplet nozzle which concerns on Example 3 of this invention. この発明の実施例3に係る静電誘引式液滴ノズルの一部を構成する液流路の形成方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the formation method of the liquid flow path which comprises some electrostatic attraction-type droplet nozzles concerning Example 3 of this invention. この発明の実施例3に係る静電誘引式液滴ノズルの一部を構成する別の液流路の形成方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the formation method of another liquid channel which constitutes a part of electrostatic attraction type droplet nozzle concerning Example 3 of this invention. この発明の実施例4に係る静電誘引式液滴ノズルの製造方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle which concerns on Example 4 of this invention. この発明の実施例5に係る静電誘引式液滴ノズルの製造方法フローシートの続きである。It is a continuation of the manufacturing method flow sheet of the electrostatic attraction type droplet nozzle which concerns on Example 5 of this invention. 図17の実施例5に係る静電誘引式液滴ノズルの製造方法フローシートの続きである。It is a continuation of the manufacturing method flow sheet of the electrostatic attraction type droplet nozzle which concerns on Example 5 of FIG. この発明の実施例6に係る静電誘引式液滴ノズルの製造方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle which concerns on Example 6 of this invention. この発明の実施例7に係る静電誘引式液滴ノズルの製造方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle concerning Example 7 of this invention. 図20の実施例7に係る静電誘引式液滴ノズルの製造方法フローシートの続きである。It is a continuation of the manufacturing method flow sheet of the electrostatic attraction type droplet nozzle which concerns on Example 7 of FIG. この発明の実施例8に係る静電誘引式液滴ノズルの製造方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle concerning Example 8 of this invention. 図20の実施例8に係る静電誘引式液滴ノズルの製造方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle which concerns on Example 8 of FIG. この発明の実施例9に係る静電誘引式液滴ノズルの製造方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle concerning Example 9 of this invention. 図24の実施例9に係る静電誘引式液滴ノズルの製造方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the manufacturing method of the electrostatic attraction-type droplet nozzle which concerns on Example 9 of FIG. この発明の実施例10に係る静電誘引式液滴ノズルの製造方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle which concerns on Example 10 of this invention. 図26の実施例10に係る静電誘引式液滴ノズルの製造方法を示すフローシートである。It is a flow sheet which shows the manufacturing method of the electrostatic attraction-type droplet nozzle which concerns on Example 10 of FIG. 従来手段に係る静電誘引式液滴ノズルの使用状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the use condition of the electrostatic attraction-type droplet nozzle which concerns on the conventional means. 従来手段に係る静電誘引式液滴ノズルの要部拡大斜視図である。It is a principal part expansion perspective view of the electrostatic attraction type droplet nozzle which concerns on the conventional means.

符号の説明Explanation of symbols

10,40,60,70,70A,70B,70C,70D,70E,70F 静電誘引式液滴ノズル、
14 ノズル本体、
15 液流路、
15a 液吐出口、
16 吐出電極(エミッタチップ)、
16a チップ本体、
16b 針部、
17 第1の基板、
18 第2の基板、
19 液流路用溝、
23 電極保持体、
27 開口部、
28,78 ゲート電極、
30a 隆起部、
41 シリコン基板、
49 絶縁膜、
49a 隆起部、
30 液流路外壁用膜、
51 レジスト膜、
61 電極保持体、
62 絶縁層、
63 導電層、
71 ダミー基板、
73 有機エラストマー層、
73a 貫通孔。
10, 40, 60, 70, 70A, 70B, 70C, 70D, 70E, 70F electrostatic attraction type droplet nozzle,
14 Nozzle body,
15 liquid flow path,
15a Liquid outlet,
16 Discharge electrode (emitter tip),
16a chip body,
16b Needle part,
17 first substrate,
18 second substrate,
19 Liquid channel groove,
23 electrode holder,
27 opening,
28, 78 gate electrodes,
30a ridge,
41 silicon substrate,
49 Insulating film,
49a ridge,
30 Liquid channel outer wall membrane,
51 resist film,
61 electrode holder,
62 insulation layer,
63 conductive layer,
71 dummy substrate,
73 organic elastomer layer,
73a Through hole.

Claims (8)

ノズル本体に吐出液が通過する液流路が形成され、該液流路に配置された吐出電極への電圧の印加に伴って発生した静電気力により、前記吐出液が液流路の先端の液吐出口から吐出される静電誘引式液滴ノズルにおいて、
前記吐出電極は、チップ本体と、該チップ本体の表面から突出した針部とを有する陽極化成によって作製されたエミッタチップで、
前記針部は、前記液吐出口から針先を突出させた状態で、ゆとりをもって液流路に収納され、
該液流路の先端部は、前記針部の外周に沿って徐々に先細り化された静電誘引式液滴ノズル。
A liquid flow path through which the discharge liquid passes is formed in the nozzle body, and the discharge liquid is generated at the tip of the liquid flow path by the electrostatic force generated by applying a voltage to the discharge electrode arranged in the liquid flow path. In the electrostatic attraction type droplet nozzle discharged from the discharge port,
The discharge electrode is an emitter tip made by anodization having a tip body and a needle portion protruding from the surface of the tip body,
The needle part is housed in the liquid flow path with a space in a state where the needle tip protrudes from the liquid discharge port,
An electrostatically attracting droplet nozzle in which the tip of the liquid flow path is gradually tapered along the outer periphery of the needle.
前記液吐出口の形成部には、該液吐出口から離間した液吐出方向の所定位置に、絶縁性を有した電極保持体を介してゲート電極が突設され、該ゲート電極には、吐出された前記吐出液が通過する開口部が形成された請求項1に記載の静電誘引式液滴ノズル。 A gate electrode protrudes from the formation portion of the liquid discharge port at a predetermined position in the liquid discharge direction separated from the liquid discharge port via an insulating electrode holder. The electrostatic attraction type droplet nozzle according to claim 1, wherein an opening through which the discharged liquid is passed is formed. ノズル本体に吐出液が通過する液流路を有し、該液流路に配置された吐出電極への印加に伴って発生した静電気力により、前記吐出液が液流路の先端の液吐出口から吐出される静電誘引式液滴ノズルの製造方法において、
フッ酸溶液との接触面側の一部にn型のシリコン領域が形成されたp型のシリコン基板に陽極化成を施し、前記n型のシリコン領域を主体として、チップ本体と、該チップ本体の表面から突出する針部とを有したエミッタチップからなる吐出電極を作製する吐出電極作製工程と、
該吐出電極を、前記針部とは反対側の面を貼り合わせ面として、前記ノズル本体に貼り合わせる電極貼り合わせ工程と、
前記ノズル本体の吐出電極の貼り合わせ側に、該吐出電極を含めて絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
該絶縁膜のノズル本体とは反対側に、前記液流路の外壁となる液流路外壁用膜を形成する外壁形成工程と、
前記針部を被覆した絶縁膜の隆起部および液流路外壁用膜の隆起部の各先端部をそれぞれ除去し、前記針部の針先を露出するとともに、前記液吐出口を形成する液吐出口形成工程と、
該液吐出口の形成後、前記絶縁膜のうち、前記隆起部を含む一部分を除去し、前記液流路を形成する液流路形成工程とを備えた静電誘引式液滴ノズルの製造方法。
The nozzle body has a liquid flow path through which the discharged liquid passes, and the discharged liquid is discharged from the liquid discharge port at the tip of the liquid flow path by the electrostatic force generated by application to the discharge electrode disposed in the liquid flow path. In the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle discharged from
A p-type silicon substrate having an n-type silicon region formed on a part of the contact surface with the hydrofluoric acid solution is subjected to anodization, and the n-type silicon region is used as a main component, and a chip body, A discharge electrode manufacturing step of manufacturing a discharge electrode composed of an emitter tip having a needle portion protruding from the surface;
An electrode bonding step in which the discharge electrode is bonded to the nozzle body with a surface opposite to the needle portion as a bonding surface;
An insulating film forming step of forming an insulating film including the discharge electrode on the discharge electrode bonding side of the nozzle body;
An outer wall forming step of forming a liquid channel outer wall film to be an outer wall of the liquid channel on the opposite side of the nozzle body of the insulating film;
The tip of the raised portion of the insulating film covering the needle portion and the raised portion of the film for the liquid flow path outer wall are respectively removed to expose the needle tip of the needle portion and to form the liquid discharge port An exit forming step;
After forming the liquid discharge port, a part of the insulating film including the raised portion is removed, and a liquid flow path forming step for forming the liquid flow path is provided. .
前記ノズル本体が、シリコン基板である請求項3に記載の静電誘引式液滴ノズルの製造方法。 The method of manufacturing an electrostatically attractable droplet nozzle according to claim 3 , wherein the nozzle body is a silicon substrate. 前記絶縁膜がシリコン酸化膜で、
前記液流路形成工程では、前記絶縁膜の一部分をフッ酸溶液によりエッチングする請求項3または請求項4に記載の静電誘引式液滴ノズルの製造方法。
The insulating film is a silicon oxide film;
5. The method of manufacturing an electrostatically attractive droplet nozzle according to claim 3, wherein in the liquid flow path forming step, a part of the insulating film is etched with a hydrofluoric acid solution.
前記液吐出口形成工程では、
前記液流路外壁用膜のノズル本体とは反対側に、少なくとも前記針部が埋没する厚さのレジスト膜を形成し、
続いて、該レジスト膜の表層を、両隆起部の先端部とともにドライエッチングする請求項3〜請求項5のうち、何れか1項に記載の静電誘引式液滴ノズルの製造方法。
In the liquid discharge port forming step,
On the side opposite to the nozzle body of the liquid channel outer wall film, a resist film having a thickness at which the needle part is buried is formed,
Subsequently, the surface layer of the resist film is dry-etched together with the tip portions of both raised portions, and the method for producing an electrostatically attractive droplet nozzle according to any one of claims 3 to 5 .
前記液流路外壁用膜の液流路とは反対側に、絶縁層と導電層とを順次形成し、
該導電層のうち、前記液吐出口と対峙部分の一帯に、該液吐出口から吐出された吐出液が通過する開口部をエッチングしてゲート電極を形成し、
その後、前記絶縁層のうち、前記開口部と対峙する部分に、該開口部と液吐出口とを連通する内部空間をエッチングして電極保持体を形成する請求項3〜請求項6のうち、何れか1項に記載の静電誘引式液滴ノズルの製造方法。
An insulating layer and a conductive layer are sequentially formed on the side opposite to the liquid flow path of the liquid flow path outer wall film,
Of the conductive layer, a gate electrode is formed by etching an opening through which the discharge liquid discharged from the liquid discharge port passes in a zone opposite to the liquid discharge port,
Then, the of the insulating layer, the portion facing said opening, of the claims 3 to 6 to form the inner space by etching the electrode holder which communicates the opening portion and the liquid discharge port, The manufacturing method of the electrostatic attraction type | mold droplet nozzle of any one.
ノズル本体に吐出液が通過する液流路を有し、該液流路に配置された吐出電極への印加に伴って発生した静電気力により、前記吐出液が液流路の先端の液吐出口から吐出される静電誘引式液滴ノズルの製造方法において、
フッ酸溶液との接触面側の一部にn型のシリコン領域が形成されたp型のシリコン基板に陽極化成を施し、前記n型のシリコン領域を主体として、チップ本体と、該チップ本体の表面から突出する針部とを有したエミッタチップからなる吐出電極を作製する吐出電極作製工程と、
該吐出電極を、前記針部とは反対側の面を貼り合わせ面として、前記ノズル本体に貼り合わせる電極貼り合わせ工程と、
ダミー基板の平坦な表面に有機エラストマー層を形成するエラストマー層形成工程と、
該有機エラストマー層に、その表裏面を貫通して、前記吐出電極をゆとりをもって挿入可能な貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
該貫通孔に吐出電極を挿入し、前記ノズル本体の吐出電極側の面に有機エラストマー層を貼り合わせるエラストマー貼り合わせ工程とを備えた静電誘引式液滴ノズルの製造方法。
The nozzle body has a liquid flow path through which the discharged liquid passes, and the discharged liquid is discharged from the liquid discharge port at the tip of the liquid flow path by the electrostatic force generated by application to the discharge electrode disposed in the liquid flow path. In the manufacturing method of the electrostatic attraction type droplet nozzle discharged from
A p-type silicon substrate having an n-type silicon region formed on a part of the contact surface with the hydrofluoric acid solution is subjected to anodization, and the n-type silicon region is used as a main component, and a chip body, A discharge electrode manufacturing step of manufacturing a discharge electrode composed of an emitter tip having a needle portion protruding from the surface;
An electrode bonding step in which the discharge electrode is bonded to the nozzle body with a surface opposite to the needle portion as a bonding surface;
An elastomer layer forming step of forming an organic elastomer layer on the flat surface of the dummy substrate;
A through-hole forming step for forming a through-hole through which the discharge electrode can be inserted with ease through the front and back surfaces of the organic elastomer layer;
An electrostatic attraction type droplet nozzle manufacturing method comprising: an elastomer bonding step in which a discharge electrode is inserted into the through hole and an organic elastomer layer is bonded to a surface on the discharge electrode side of the nozzle body.
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