JP3900277B2 - Method for manufacturing liquid jet head - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴を吐出する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧電素子によって加圧することにより、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの2種類が実用化されている。そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。
【0003】
また、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、各圧力発生室の共通のインク室となるリザーバが設けられており、このリザーバから各圧力発生室にインクが供給される。このようなリザーバとしては、流路形成基板に設けられた連通部とリザーバ形成基板のリザーバ部とを弾性膜に形成された貫通孔を介して連通することにより形成されたものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−160366号公報([0056]、第2図)
【特許文献2】
特開平5−112013号公報(第5頁、第2図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような連通部とリザーバ部とを連通する貫通孔は、例えば、所定のピン等で振動板を機械的に除去することにより形成されているため、破壊された振動板の破片が飛散して貫通孔の周縁部に付着して残留し、この破片がインク中に混入することよってノズル詰まり等の吐出不良が発生するという問題がある。なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液体を吐出する他の液体噴射ヘッドの製造方法においても、同様に存在する。
【0006】
ここで、液室等が形成された構成部材と共に液室に連通する流路の一部を切断して吐出口を形成する際に、切断時に生じる異物が吐出口から液室内に侵入するのを防止するために、液室内を加圧状態で流体を満たして切断する方法がある(例えば、特許文献2参照)。かかる方法は、流路の端部を切断により形成する際には有用であるが、流路の途中の貫通孔を形成する場合には適用できない。また、圧電素子を用いたヘッドにこの方法を適用した場合、液体の圧力によって液室(圧力発生室)に対向する振動板が破壊される虞もある。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑み、振動板の破片等の異物によるノズル詰まりを防止することができる液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板の一方面側に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板の他方面側から前記振動板に達するまでエッチングすることにより前記圧力発生室と共に当該圧力発生室の長手方向一端部に連通する連通部を形成する工程と、前記流路形成基板及び前記振動板を所定の液体中に浸漬した状態で前記振動板の前記連通部に対向する領域に当該連通部に開口する貫通部を形成する工程と、当該貫通部を含む流路内を洗浄する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【0009】
かかる第1の態様では、液体中で貫通部を形成することにより、振動板の破片等の異物が飛散することがない。また、液体の存在により静電気等によって異物が流路内に付着するのを防止することができ、洗浄工程により異物が確実に除去される。
【0010】
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記液体が、多価アルコール類であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【0011】
かかる第2の態様では、液体によって周囲に悪影響を及ぼすことなく貫通部を形成することができる。
【0012】
本発明の第3の態様は、第2の態様において、前記多価アルコール類が、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール又はグリセリンの何れかであることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【0013】
かかる第3の態様では、液体によって周囲に悪影響を及ぼすことなく貫通部を形成することができる。
【0014】
本発明の第4の態様は、第1〜3の何れかの態様において、前記液体の粘度が、10〜1000(mPa・s)であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【0015】
かかる第4の態様では、所定の粘度の液体を用いることにより、異物の付着が確実に防止されると共に、液体を比較的容易に除去することができる。
【0016】
本発明の第5の態様は、第1〜4の何れかの態様において、前記貫通部を形成する工程では、流動している液体中に前記流路形成基板及び前記振動板を浸漬することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【0017】
かかる第5の態様では、流路の内面に異物が付着するのをより確実に防止できる。
【0018】
本発明の第6の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板の一方面側に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板の他方面側から前記振動板に達するまでエッチングすることにより前記圧力発生室と共に当該圧力発生室の長手方向一端部に連通する連通部を形成する工程と、前記連通部に対向する領域の前記振動板上に液状のワックスを流し込み当該液状のワックスを固化する工程と、前記連通部に対向する領域の前記振動板に当該連通部に開口する貫通部を形成する工程と、前記固化したワックスを液化して除去すると共に前記貫通部を含む流路内を洗浄する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【0019】
かかる第6の態様では、振動板上にワックスの層を設けておくことで、貫通部を形成する際に、振動板の破片等の異物がワックスに付着し、異物の飛散が防止される。
【0020】
本発明の第7の態様は、第6の態様において、前記ワックスを固化する際の収縮力により前記連通部に対向する領域の前記振動板が切断分離された場合に、前記貫通部を形成する工程を省略することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【0021】
かかる第7の態様では、液状のワックスを固化する際の収縮力により振動板が切断されるため、さらに振動板を除去する工程を設けることがない。したがって、製造工程を著しく簡略化できる。
【0022】
本発明の第8の態様は、第6又は7の態様において、温水、石油系溶剤、アルコール類又はアルカリ溶液類によって前記ワックスを除去することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【0023】
かかる第8の態様では、ワックスを容易且つ確実に除去することができる。
【0024】
本発明の第9の態様は、第6〜8の何れかの態様において、前記ワックスの融点が、140℃以下であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【0025】
かかる第9の態様では、ワックスの熱によって周囲に悪影響を及ぼすことなく貫通部を良好に形成することができる。
【0026】
本発明の第10の態様は、第1〜9の何れかの態様において、前記貫通部を形成する工程では、機械加工、レーザ加工又は液体の圧力により前記振動板を除去することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【0027】
かかる第10の態様では、振動板を確実且つ良好に除去して貫通部を形成することができる。
【0028】
本発明の第11の態様は、第1〜10の何れかの態様において、前記圧力発生室及び前記連通部を形成する工程の前に、前記貫通部を介して前記連通部に連通するリザーバ部を有するリザーバ形成基板を前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合する工程をさらに有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
【0029】
かかる第11の態様では、圧力発生室等を形成する際、また貫通部を形成する際に、リザーバ形成基板によって流路形成基板の剛性が確保される。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及び断面図である。図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その両面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ1〜2μmの弾性膜50、及び後述する圧力発生室を形成する際にマスクとして用いられる保護膜55が設けられている。この流路形成基板10には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12が幅方向に並設され、その長手方向外側には、各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する連通部13が形成され、この連通部13は各圧力発生室12の長手方向一端部とそれぞれインク供給路14を介して連通されている。
【0031】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をKOH等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて(110)面に垂直な第1の(111)面と、この第1の(111)面と約70度の角度をなし且つ上記(110)面と約35度の角度をなす第2の(111)面とが出現し、(110)面のエッチングレートと比較して(111)面のエッチングレートが約1/180であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第1の(111)面と斜めの二つの第2の(111)面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室12を高密度に配列することができる。
【0032】
本実施形態では、各圧力発生室12の長辺を第1の(111)面で、短辺を第2の(111)面で形成している。また、圧力発生室12及び連通部13は、流路形成基板10をほぼ貫通して弾性膜50に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜50は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室12の一端に連通する各インク供給路14は、圧力発生室12より浅く形成されており、圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。すなわち、インク供給路14は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング(ハーフエッチング)することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【0033】
なお、このような流路形成基板10の厚さは、圧力発生室12を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択する。例えば、1インチ当たり180個(180dpi)程度に圧力発生室12を配置する場合、流路形成基板10の厚さは、180〜280μm程度、より望ましくは、220μm程度とするのが好適である。また、例えば、360dpi程度と比較的高密度に圧力発生室12を配列する場合には、流路形成基板10の厚さは、100μm以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【0034】
この流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側で連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート20は、厚さが例えば、0.1〜1mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート20は、一方の面で流路形成基板10の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、ノズルプレート20は、流路形成基板10と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板10とノズルプレート20との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。ここで、このノズル開口21の大きさと圧力発生室12の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数等に応じて最適化される。例えば、1インチ当たり360個のインク滴を記録する場合、ノズル開口21は数十μmの直径で精度よく形成する必要がある。
【0035】
一方、流路形成基板10に設けられた弾性膜50の上には、厚さが例えば、約0.2μmの下電極膜60と、厚さが例えば、約0.5〜3μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.1μmの上電極膜80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部320という。本実施形態では、下電極膜60は圧電素子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、圧電素子300の個別電極である各上電極膜80には、流路形成基板10の端部近傍まで引き出され図示しない外部配線等が連結されるリード電極90が接続されている。
【0036】
また、このような圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、リザーバ100の少なくとも一部を構成するリザーバ部31を有するリザーバ形成基板30が接合されている。このリザーバ部31は、本実施形態では、リザーバ形成基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されている。そして、リザーバ部31は、振動板(弾性膜50及び下電極膜60)を貫通して設けられる貫通部110を介して流路形成基板10の連通部13と連通され、各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ100が構成されている。なお、詳しくは後述するが、本発明では、流路形成基板10及び振動板を液体中に浸漬させた状態で貫通部110を形成することにより、ノズル詰まり等の吐出不良を防止している。
【0037】
また、リザーバ形成基板30の圧電素子300に対向する領域には、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部33が設けられている。そして、圧電素子300の少なくとも圧電体能動部320は、この圧電素子保持部33内に密封され、大気中の水分等の外部環境に起因する圧電素子300の破壊を防止している。このようなリザーバ形成基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、例えば、本実施形態では、厚さが400μm程度の流路形成基板10と同一材料であるシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【0038】
また、リザーバ形成基板30には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバ部31の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成される。そして、この固定板42のリザーバ100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバ100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止され、内部圧力の変化によって変形可能な可撓部32となっている。なお、リザーバ100の長手方向略中央部外側のコンプライアンス基板40上には、リザーバ100にインクを供給するためのインク導入口35が形成されている。さらに、リザーバ形成基板30には、インク導入口35とリザーバ100の側壁とを連通するインク導入路36が設けられている。
【0039】
このように構成したインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口35からインクを取り込み、リザーバ100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、上電極膜80と下電極膜60との間に電圧を印加し、弾性膜50、下電極膜60及び圧電体層70をたわみ変形させることにより、圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。
【0040】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図3及び図4を参照して説明する。なお、図3及び図4は、圧力発生室12の長手方向の断面図である。まず、図3(a)に示すように、流路形成基板10となるシリコン単結晶基板のウェハを約1100℃の拡散炉で熱酸化することにより、二酸化シリコンからなる弾性膜50及び圧力発生室12を形成する際のマスクとなる保護膜55を形成する。次に、図3(b)に示すように、例えば、白金等からなる下電極膜60を弾性膜50の全面に形成後、所定形状にパターニングする。次に、図3(c)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体層70と、例えば、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属、あるいは導電性酸化物等からなる上電極膜80とを順次積層し、これらを同時にパターニングして圧電素子300を形成する。次いで、図3(d)に示すように、例えば、金(Au)等からなるリード電極90を流路形成基板10の全面に亘って形成すると共に、各圧電素子300毎にパターニングする。
【0041】
以上が膜形成プロセスである。次に、図4(a)に示すように、リザーバ部31、圧電素子保持部33等が形成されたリザーバ形成基板30を流路形成基板10の圧電素子300側の面に接着剤等によって接合する。なお、このリザーバ形成基板30上には、図示しないが、圧電素子300を駆動するための駆動IC等を搭載するための、例えば、金(Au)からなる配線パターンが予め設けられている。次いで、図4(b)に示すように、流路形成基板10のリザーバ形成基板30とは反対側の面に形成されている保護膜55を所定形状にパターニングし、この保護膜55をマスクとして前述したアルカリ溶液による異方性エッチングを行うことにより、流路形成基板10に圧力発生室12、連通部13及びインク供給路14等を形成する。なお、このように異方性エッチングを行う際には、リザーバ形成基板30の表面を封止した状態で行う。
【0042】
次に、図4(c)に示すように、流路形成基板10とリザーバ形成基板30との接合体を所定の液体200中に浸漬し、連通部13,リザーバ部31等のインク流路となる部分に液体200が充填された状態とする。そして、連通部13に対向する領域の振動板(弾性膜50及び下電極膜60)を切断除去することにより貫通部110を形成する。例えば、本実施形態では、リザーバ形成基板30のリザーバ部31側から連通部13の開口縁部に対応する領域の振動板にレーザ光120を集光させて照射し、連通部13の開口縁部に沿ってレーザ光120を走査するようにした。これにより、弾性膜50及び下電極膜60が局所的に熱加工されて連通部13の開口縁部に沿って切断される。そして、連通部13に対向する領域の弾性膜50及び下電極膜60が一体的に切断除去されて貫通部110が形成される(図4(d))。
【0043】
このとき弾性膜50及び下電極膜60の破片等の異物が形成されてしまうが、本発明では液体200中で貫通部110を形成しているため、この異物が周囲に飛散して静電気等によってインク流路内に付着するのを防止することができる。また、貫通部110を形成する際に、流路形成基板10とリザーバ形成基板30との接合体を流動した液体200中に浸漬するようすれば、インク流路内に異物が付着するのをより確実に防止することができる。そして、振動板に貫通部110を形成する際に発生した異物は、流路形成基板10とリザーバ形成基板30との接合体を液体200内から取り出す際に、液体200と共に除去される。
【0044】
その後、例えば、純水等により、貫通部110を含むインク流路を洗浄することにより、すなわち、流路形成基板10とリザーバ形成基板30との接合体を洗浄することにより液体200を完全に除去する。このとき、インク流路内に異物が残留していたとしても、その量は微量であり洗浄工程によって容易に除去することができる。これにより、インク流路内の異物が完全に除去され、充填したインクに異物が混入することがなく、ノズル詰まり等の吐出不良の発生を防止することができる。
【0045】
ここで、貫通部110を形成する際に用いる液体200としては、周囲の部材、例えば、リザーバ形成基板30上に設けられた配線パターン等に影響を及ぼさないものであれば、特に限定されないが、多価アルコール類を用いることが好ましい。具体的には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール又はグリセリン等を挙げることができる。このような多価アルコール類を用いることにより、配線パターン等、周囲の部材に悪影響を及ぼすことがない。また、多価アルコール類は、水溶性であるため、洗浄工程において比較的容易に除去することができる。また、液体200の粘度は、10〜1000(mPa・s)程度であることが好ましい。液体200がこの程度の粘度であれば、取り扱いが容易であり、また洗浄工程において比較的容易に除去することができ製造効率が向上する。
【0046】
なお、貫通部110の形成には、QスイッチYAGレーザ発振器によって発振されるレーザ光を用いることが好ましい。例えば、本実施形態では、QスイッチYAGレーザ発振器によって約10mW程度(繰り返し周波数1kHz)の出力で発振された基本波長(1064nm)のレーザ光を下電極膜60側から振動板に照射することにより貫通部110を形成した。このようにレーザ加工により貫通部110を形成することで、貫通部110の周囲の弾性膜50及び下電極膜60にクラック等が発生するのを防止でき、異物の発生が抑えられる。また、本実施形態では、貫通部110の形成に、QスイッチYAGレーザ発振器を用いるようにしたが、これに限定されず、例えば、QスイッチYAGレーザ発振器よりもパルス幅の小さいレーザ光を発振可能なフェトム秒レーザ発振器を用いることもできる。
【0047】
また、本実施形態では、レーザ加工により振動板を切断して貫通部110を形成するようにしたが、これに限定されず、例えば、ピンを物理的に接触させる等、機械加工により振動板に亀裂を生じさせて貫通部110を形成するようにしてもよい。また、図5に示すように、リザーバ部31内に所定の液体、例えば、上述した液体200を流入させ、液体200によって振動板に圧力を付与することにより振動板を除去するようにしてもよい。本実施形態のように、振動板の膜厚が比較的薄い場合には、液体200の圧力により貫通部110を比較的容易に形成できる。なお、振動板に圧力を付与するための液体と、振動板等を浸漬するための液体とは必ずしも同じ液体である必要はない。その後は、流路形成基板10のリザーバ形成基板30とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、リザーバ形成基板30にコンプライアンス基板40を接合して各チップサイズに分割することにより、図1に示すような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【0048】
(実施形態2)
図6は、実施形態2に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。本実施形態は、貫通部110の形成方法の他の例である。詳細には、実施形態1と同様に、流路形成基板10とリザーバ形成基板30とを接合し、エッチングにより圧力発生室12等を形成後、図6(a)に示すように、連通部13に対向する領域の振動板上、すなわち、リザーバ部31内に溶融したワックス210を流し込み、流し込んだワックス210を冷却して固化させる。このとき、ワックス210は、図6(b)に矢印で示すように内側に収縮しながら固化する。そして、図6(c)に示すように、ワックス210を介して振動板をレーザ加工することにより振動板を切断分離して貫通部110を形成する。その後、インク流路内のワックス210を溶融させて除去すると共に、実施形態1と同様にインク流路内を洗浄する。
【0049】
ここで、ワックス210の種類は、特に限定されないが、比較的容易に除去可能なもの、例えば、洗浄工程において、温水、石油系溶剤、アルコール類又はアルカリ溶液により除去可能なものであることが好ましい。また、ワックス210の融点は、140℃以下であることが好ましい。これにより、ワックス210を溶融させる際の熱によって圧電素子300等が破壊されるのを防止することができる。
【0050】
このような本実施形態の製造方法では、貫通部110を形成する際に、振動板上にワックス210が設けられているため、振動板を切断分離する際に発生する振動板の破片等の異物が、ワックス210に付着して周囲に飛散することがない。したがって、実施形態1と同様に、異物によるノズル詰まり等の吐出不良の発生を防止することができる。また、本実施形態では、大気中で貫通部110を形成するようにしたが、勿論、実施形態1と同様に液体中で貫通部110を形成するようにすれば、異物がインク流路内に付着するのをさらに確実に防止することができる。
【0051】
なお、本実施形態では、ワックス210を固化した後、レーザ加工により振動板に貫通部110を形成するようにしたが、これに限定されず、勿論、機械加工等で貫通部110を形成してもよい。また、ワックス210を固化する際の収縮力によって振動板に亀裂を生じさせることにより貫通部110を形成するようにしてもよい。この場合には、レーザ加工等によって振動板を切断することなく貫通部110を形成することができる。これにより、振動板を切断するための装置、例えば、レーザ発振器等が必要なくなるため、製造コストを著しく低減することができる。
【0052】
(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の本実施形態1及び2では、連通部13の開口部分と略同一の大きさの開口である貫通部110を形成した例を説明したが、これに限定されず、貫通部は、図7に示すように、連通部13の開口領域の振動板に形成された複数の貫通孔110aで構成されていてもよい。なお、このような複数の貫通孔110aは、実施形態1と同様に、レーザ光120を走査して弾性膜50及び下電極膜60を切断して、各貫通孔110aとなる領域の弾性膜50及び下電極膜60を一体的に除去することにより形成することができる。また、貫通孔110aの大きさが比較的小さい場合には、各貫通孔110aとなる領域の弾性膜50及び下電極膜60にレーザ光を照射し、これら弾性膜50及び下電極膜60を熱加工により除去するようにしてもよい。
【0053】
また、上述の各実施形態では、リザーバ部31側から振動板を切断除去するようにしたが、これに限定されず、勿論、連通部13側から振動板を切断除去するようにしてもよい。また、上述の各実施形態では、流路形成基板10にリザーバ形成基板30を接合後に貫通部110を形成するようにしたが、勿論、流路形成基板10とリザーバ形成基板30とを接合する前に貫通部110を形成するようにしてもよい。さらに、上述の実施形態各では、連通部13を複数の圧力発生室12に対応する領域に連続的に形成し、各インク供給路14を介して複数の圧力発生室12と連通するようにしたが、これに限定されず、例えば、連通部13は各圧力発生室12毎に独立して形成するようにしてもよい。なお、この場合には、貫通部110も各連通部13毎に独立して設けるようにするのが好ましい。
【0054】
また、上述の各実施形態は、成膜及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造できる薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体層を形成するもの、又は水熱法等の結晶成長により圧電体層を形成するもの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本発明を採用することができる。
【0055】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図8は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図8に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ3に沿ってプラテン8が設けられている。このプラテン8は図示しない紙送りモータの駆動力により回転できるようになっており、給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8上を搬送されるようになっている。
【0056】
なお、以上の説明では、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを例示したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態1に係る記録ヘッドを示す分解斜視図である。
【図2】 実施形態1に係る記録ヘッドを示す平面図及び断面図である。
【図3】 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図4】 実施形態1に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図5】 実施形態1に係る記録ヘッドの他の製造工程を示す断面図である。
【図6】 実施形態2に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図7】 他の実施形態に係る記録ヘッドの一例を示す断面図である。
【図8】 一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【符号の説明】
10 流路形成基板、 11 隔壁、 12 圧力発生室、 13 連通部、14 インク供給路、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30リザーバ形成基板、 31 リザーバ部、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 60 下電極膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 100 リザーバ、 110 貫通部、 200 液体、 300 圧電素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a liquid ejecting head that ejects liquid droplets, and in particular, pressurizes ink supplied to a pressure generation chamber that communicates with a nozzle opening that ejects ink droplets with a piezoelectric element, so that ink is ejected from the nozzle openings. The present invention relates to a method of manufacturing an ink jet recording head that ejects droplets.
[0002]
[Prior art]
A part of the pressure generation chamber communicating with the nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generation chamber to discharge ink droplets from the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. As an example of using an actuator in a flexural vibration mode, for example, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and this piezoelectric material layer is formed into a pressure generating chamber by a lithography method. A device in which a piezoelectric element is formed so as to be cut into a corresponding shape and independent for each pressure generating chamber is known.
[0003]
Further, in such an ink jet recording head, a reservoir serving as an ink chamber common to each pressure generating chamber is provided, and ink is supplied from this reservoir to each pressure generating chamber. As such a reservoir, there is a reservoir formed by communicating a communicating portion provided in a flow path forming substrate and a reservoir portion of the reservoir forming substrate through a through hole formed in an elastic film (for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-160366 A ([0056], FIG. 2)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-112013 (page 5, FIG. 2)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a through hole that communicates the communication portion and the reservoir portion is formed by mechanically removing the diaphragm with a predetermined pin or the like, for example, so that broken pieces of the diaphragm are scattered. As a result, the adhering to the peripheral edge portion of the through hole remains, and this debris is mixed in the ink, thereby causing a problem of ejection failure such as nozzle clogging. Such a problem exists not only in an ink jet recording head that ejects ink, but also in a method of manufacturing another liquid ejecting head that ejects liquid other than ink.
[0006]
Here, when forming the discharge port by cutting a part of the flow path communicating with the liquid chamber together with the component member in which the liquid chamber or the like is formed, the foreign matter generated at the time of cutting enters the liquid chamber from the discharge port. In order to prevent this, there is a method of filling the fluid chamber in a pressurized state and cutting it (for example, see Patent Document 2). Such a method is useful when the end of the flow path is formed by cutting, but cannot be applied when forming a through hole in the middle of the flow path. Further, when this method is applied to a head using a piezoelectric element, there is a possibility that the diaphragm facing the liquid chamber (pressure generating chamber) may be destroyed by the pressure of the liquid.
[0007]
In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a liquid jet head that can prevent nozzle clogging due to foreign matters such as diaphragm fragments.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention for solving the above-described problem, a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is formed, and a lower surface provided on one surface side of the flow path forming substrate via a diaphragm. In a method of manufacturing a liquid jet head comprising an electrode, a piezoelectric layer comprising a piezoelectric layer, and an upper electrode, the step of forming the diaphragm and the piezoelectric element on one side of the flow path forming substrate, and the flow path Etching from the other surface side of the formation substrate to the vibration plate to form a communication portion communicating with the pressure generation chamber at one end in the longitudinal direction of the pressure generation chamber, and the flow path formation substrate and the vibration Forming a penetrating portion that opens to the communicating portion in a region facing the communicating portion of the diaphragm in a state where the plate is immersed in a predetermined liquid; and cleaning the inside of the flow path including the penetrating portion; Characterized by having In the manufacturing method of the liquid ejecting head.
[0009]
In the first aspect, by forming the penetrating part in the liquid, foreign matters such as broken pieces of the diaphragm are not scattered. Further, the presence of the liquid can prevent foreign matter from adhering to the flow path due to static electricity or the like, and the foreign matter is reliably removed by the cleaning process.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the liquid is a polyhydric alcohol.
[0011]
In the second aspect, the penetrating portion can be formed without adversely affecting the surroundings with the liquid.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the polyhydric alcohol is any one of ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, or glycerin. A method for manufacturing an ejection head is provided.
[0013]
In the third aspect, the penetrating portion can be formed without adversely affecting the surroundings with the liquid.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the liquid has a viscosity of 10 to 1000 (mPa · s).
[0015]
In the fourth aspect, by using a liquid having a predetermined viscosity, adhesion of foreign matters can be reliably prevented and the liquid can be removed relatively easily.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, in the step of forming the penetrating portion, the flow path forming substrate and the diaphragm are immersed in a flowing liquid. The liquid jet head manufacturing method is characterized.
[0017]
In the fifth aspect, it is possible to more reliably prevent foreign matters from adhering to the inner surface of the flow path.
[0018]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a flow path forming substrate in which a pressure generation chamber communicating with a nozzle opening is formed, a lower electrode provided on one surface side of the flow path forming substrate via a diaphragm, and a piezoelectric layer And a piezoelectric element including an upper electrode, and a step of forming the diaphragm and the piezoelectric element on one surface side of the flow path forming substrate, and the other surface of the flow path forming substrate. Etching from the side until reaching the diaphragm, forming a communication portion that communicates with the pressure generation chamber and one end in the longitudinal direction of the pressure generation chamber, and on the vibration plate in a region facing the communication portion A step of pouring liquid wax to solidify the liquid wax, a step of forming a through-hole opening in the communication portion in the vibration plate in a region facing the communication portion, and liquefying and removing the solidified wax. In the method of manufacturing a liquid jet head, characterized by a step of washing the flow path including Rutotomoni the penetrating portion.
[0019]
In such a sixth aspect, by providing a wax layer on the diaphragm, foreign substances such as broken pieces of the diaphragm adhere to the wax when the penetrating portion is formed, and scattering of the foreign substances is prevented.
[0020]
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the through portion is formed when the diaphragm in a region facing the communication portion is cut and separated by a contraction force when the wax is solidified. In the method of manufacturing a liquid jet head, the process is omitted.
[0021]
In the seventh aspect, since the diaphragm is cut by the contraction force when the liquid wax is solidified, there is no need to further remove the diaphragm. Therefore, the manufacturing process can be remarkably simplified.
[0022]
According to an eighth aspect of the present invention, in the sixth or seventh aspect, the liquid jet head manufacturing method is characterized in that the wax is removed with warm water, a petroleum solvent, an alcohol, or an alkaline solution.
[0023]
In the eighth aspect, the wax can be removed easily and reliably.
[0024]
According to a ninth aspect of the present invention, in the liquid jet head manufacturing method according to any one of the sixth to eighth aspects, the melting point of the wax is 140 ° C. or lower.
[0025]
In the ninth aspect, the penetrating portion can be satisfactorily formed without adversely affecting the surroundings due to the heat of the wax.
[0026]
According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, in the step of forming the penetration portion, the diaphragm is removed by machining, laser processing, or liquid pressure. The method is for manufacturing a liquid jet head.
[0027]
In the tenth aspect, the through-hole can be formed by reliably and satisfactorily removing the diaphragm.
[0028]
According to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to tenth aspects, the reservoir portion communicated with the communication portion via the penetration portion before the step of forming the pressure generation chamber and the communication portion. A method of manufacturing a liquid jet head, further comprising the step of joining a reservoir forming substrate having a surface to the surface of the flow path forming substrate on the piezoelectric element side.
[0029]
In the eleventh aspect, the rigidity of the flow path forming substrate is ensured by the reservoir forming substrate when the pressure generating chamber or the like is formed or when the through portion is formed.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an ink jet recording head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of FIG. As shown in the figure, the flow
[0031]
Here, the anisotropic etching is performed by utilizing the difference in etching rate of the silicon single crystal substrate. For example, in this embodiment, when a silicon single crystal substrate is immersed in an alkaline solution such as KOH, the first (111) plane perpendicular to the (110) plane is gradually eroded, and the first (111) plane. And a second (111) plane that forms an angle of about 70 degrees with the (110) plane and an angle of about 35 degrees appears, and the (111) plane is compared with the etching rate of the (110) plane. This is performed using the property that the etching rate is about 1/180. By this anisotropic etching, precision processing can be performed based on the parallelogram depth processing formed by two first (111) surfaces and two oblique second (111) surfaces. The
[0032]
In the present embodiment, the long side of each
[0033]
Note that the thickness of the flow
[0034]
On the opening surface side of the flow
[0035]
On the other hand, on the
[0036]
A
[0037]
Further, a piezoelectric
[0038]
A
[0039]
The ink jet recording head configured in this manner takes in ink from an
[0040]
Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views of the
[0041]
The above is the film forming process. Next, as shown in FIG. 4A, the
[0042]
Next, as shown in FIG. 4C, the joined body of the flow
[0043]
At this time, foreign substances such as fragments of the
[0044]
Thereafter, the liquid 200 is completely removed by washing the ink flow path including the penetrating
[0045]
Here, the liquid 200 used when forming the penetrating
[0046]
Note that it is preferable to use a laser beam oscillated by a Q-switched YAG laser oscillator to form the through
[0047]
Further, in the present embodiment, the diaphragm is cut by laser processing to form the penetrating
[0048]
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the ink jet recording head according to the second embodiment. The present embodiment is another example of a method for forming the penetrating
[0049]
Here, the type of the
[0050]
In such a manufacturing method of the present embodiment, since the
[0051]
In this embodiment, after the
[0052]
(Other embodiments)
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described first and second embodiments, the example in which the penetrating
[0053]
In each of the above-described embodiments, the diaphragm is cut and removed from the
[0054]
In each of the above-described embodiments, a thin film type ink jet recording head that can be manufactured by applying a film forming and lithography process is taken as an example. However, the present invention is not limited to this example. Ink jets of various structures, such as those that form pressure generation chambers, those that form a piezoelectric layer by attaching a green sheet or screen printing, or those that form a piezoelectric layer by crystal growth such as a hydrothermal method The present invention can be employed in a type recording head.
[0055]
In addition, the ink jet recording head of each of these embodiments constitutes a part of a recording head unit including an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is mounted on the ink jet recording apparatus. FIG. 8 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus. As shown in FIG. 8, in the
[0056]
In the above description, an ink jet recording head that ejects ink is exemplified as the liquid ejecting head. However, the present invention broadly covers liquid ejecting heads and liquid ejecting apparatuses in general. Examples of the liquid ejecting head include a recording head used in an image recording apparatus such as a printer, a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an organic EL display, and an electrode formation such as an FED (surface emitting display). Electrode material ejecting heads used in manufacturing, bioorganic matter ejecting heads used in biochip production, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a recording head according to a first embodiment.
2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view illustrating the recording head according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the recording head according to the first embodiment.
4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a recording head according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another manufacturing process of the recording head according to the first embodiment.
6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a recording head according to Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an example of a recording head according to another embodiment.
FIG. 8 is a schematic view of a recording apparatus according to an embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記流路形成基板の一方面側に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板の他方面側から前記振動板に達するまでエッチングすることにより前記圧力発生室と共に当該圧力発生室の長手方向一端部に連通する連通部を形成する工程と、前記流路形成基板及び前記振動板を所定の液体中に浸漬した状態で前記振動板の前記連通部に対向する領域に当該連通部に開口する貫通部を形成する工程と、当該貫通部を含む流路内を洗浄する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。A flow path forming substrate in which a pressure generation chamber communicating with the nozzle opening is formed, and a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided on one side of the flow path forming substrate via a vibration plate In the method of manufacturing a liquid jet head comprising:
The step of forming the vibration plate and the piezoelectric element on one surface side of the flow path forming substrate, and the pressure together with the pressure generating chamber by etching from the other surface side of the flow path forming substrate until reaching the vibration plate. A step of forming a communication portion communicating with one end portion in the longitudinal direction of the generation chamber, and a region facing the communication portion of the vibration plate in a state where the flow path forming substrate and the vibration plate are immersed in a predetermined liquid. A method of manufacturing a liquid jet head, comprising: a step of forming a penetrating portion that opens to the communication portion; and a step of cleaning the inside of the flow path including the penetrating portion.
前記流路形成基板の一方面側に前記振動板及び前記圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板の他方面側から前記振動板に達するまでエッチングすることにより前記圧力発生室と共に当該圧力発生室の長手方向一端部に連通する連通部を形成する工程と、前記連通部に対向する領域の前記振動板上に液状のワックスを流し込み当該液状のワックスを固化する工程と、前記連通部に対向する領域の前記振動板に当該連通部に開口する貫通部を形成する工程と、前記固化したワックスを液化して除去すると共に前記貫通部を含む流路内を洗浄する工程とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。A flow path forming substrate in which a pressure generation chamber communicating with the nozzle opening is formed, and a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode provided on one side of the flow path forming substrate via a vibration plate In the method of manufacturing a liquid jet head comprising:
The step of forming the vibration plate and the piezoelectric element on one surface side of the flow path forming substrate, and the pressure together with the pressure generating chamber by etching from the other surface side of the flow path forming substrate until reaching the vibration plate. A step of forming a communication portion communicating with one longitudinal end of the generation chamber, a step of pouring liquid wax on the diaphragm in a region facing the communication portion, and solidifying the liquid wax; and Forming a through-hole that opens to the communication portion in the diaphragm in the facing region, and liquefying and removing the solidified wax and washing the flow path including the through-portion. A manufacturing method of a liquid jet head characterized by the above.
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