JP4039557B2

JP4039557B2 - Droplet discharge head and manufacturing method thereof, ink cartridge, ink jet recording apparatus, image forming apparatus, and apparatus for discharging droplets

Info

Publication number: JP4039557B2
Application number: JP2002262345A
Authority: JP
Inventors: 貢入野田; 隆彦黒田; 修也阿部
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2022-09-09
Also published as: JP2004098425A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド及びその製造方法、インクカートリッジ並びにインクジェット記録装置、画像形成装置、液滴を吐出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路（吐出室、圧力室、加圧液室、液室等とも称される。）と、このインク流路内のインクを加圧する駆動手段とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。なお、液滴吐出ヘッドとしては例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。
【０００３】
このようなインクジェットヘッドとして、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のものが知られている。
【０００４】
ところで、インクジェット記録装置においては、高速での特にカラー画像の高画質記録を達成するため、高画質化の面ではマイクロマシン技術を用いた高密度加工が用いられ、ヘッド構成部材の材料も、金属、プラスチックなどからシリコン、ガラス、セラミックスなどに移行し、特に微細加工に適した材料としてシリコンが用いられようになっている。
【０００５】
また、カラー化の面では、インク及び記録メディア（媒体）の開発が主であり、記録メディアにインクが付着した時の浸透性や発色性、混色防止性などの面からの最適化や、印字したメディアの長期保存性、インク自身の保存性などを高めるために、インクの成分、組成についても開発が進められている。
【０００６】
この場合、インクとヘッド構成部材の材料の組み合わせによっては、インクによってヘッド構成部材がインクに溶解してしまうことがある。特に、流路形成部材をシリコンで形成した場合に、インクにシリコンが溶出して、ノズル部に析出し、ノズルの目詰まりが発生したり、インクの発色性を低下させて画質が劣化する。また、振動板を用いるヘッドにあっては、シリコン薄膜振動板としたときにも同様に振動板を形成するシリコンが溶出すると、振動特性が変動したり、振動不能になる。
【０００７】
これに対して、ヘッド構成部材の材料の変更で対応したのでは、高密度加工の実現が困難になったり、加工精度の低下なども発生することが多い。また、材料の変更は、加工プロセスの大幅な変更や、組立て工程の工夫が必要になったりする結果、ノズル密度の低下、ひいては印字品質の低下が引き起こされる。
【０００８】
一方、インク組成の調整で対応するのでは、もともとインクの成分、組成は印字品質を高めるために記録メディアに対する浸透性、発色性が最適になるように、あるいは保存性が良くなるように調整しているので、成分の変更調整は高画質化を損うことになりかねない。
【０００９】
そこで、従来のインクジェットヘッドにあっては、流路形成部材のインクに接する面に耐インク性の薄膜を形成することが行われている。例えば、ＷＯ９８／４２５１３号公報にはインクに接する面に、チタン又は、チタン化合物あるいは、酸化アルミニウムを形成することが、特開平５―２２９１１８号公報にはインクに接する面に酸化物膜を形成すること、特開平１０−２９１３２２号公報には酸化シリコン膜の表面に耐インク性を有する酸化物、窒化物、金属等の薄膜を形成すること、特開２０００−２４６８９５号公報には圧電材からなるインク液室表面に有機樹脂膜を形成することが開示されている。
【００１０】
また、静電型ヘッドにおいては、振動板と電極との間の微小なギャップ精度を確保しなければならないことから、湿度などの外界の影響を受けないようにするために振動板と電極との間の空隙を封止することが行われている。例えば、特開２００１−１８３８３号公報には振動板と電極との間の空隙を形成するための犠牲層を除去するための犠牲層除去孔部を酸化シリコン膜で封止することが、ＷＯ９９／３４９７９号公報には犠牲層除去孔部を振動板と同一材料であるニッケルで封止することが記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のヘッドのうち、パラキシレン等の有機樹脂膜を形成したヘッドにあっては、複雑な立体形状をしたインク液室の側壁と振動板上に対してパラキシレン等の有機樹脂膜を真空蒸着法によって形成するため、その成膜手法の性質上、耐腐食性膜の被覆性が悪く、液室内部や振動板上で大きな膜厚分布が発生する。
【００１２】
この場合、膜厚が薄い領域において長期間にわたってインクが接した場合、耐腐食性薄膜が溶解し、やがては下地部材を浸食するので、長期信頼性に大きな問題を生じている。また、振動板上の有機樹脂膜の膜厚分布に起因する内部応力の分布によって、振動板に大きな撓みを生じ、インク噴射特性の大きなバラツキの原因となっている。
【００１３】
また、メタル系の耐インク性薄膜をスパッタ法や蒸着法でインク液室側壁や振動板上に形成したヘッドにあっても、上述した有機樹脂膜の場合と同様に、耐腐食性膜の被覆性が悪く、場所によっては非常に薄く形成される領域が発生し、前同様に、長期間にわたり、このような領域にインクが接した場合、耐腐食性薄膜が溶解し、やがては下地部材を浸食するので、長期信頼性が確保できず、更に、振動板上のメタル系耐インク性薄膜の膜厚分布に起因する内部応力分布によって振動板に大きな撓みを生じ、インク噴射特性の大きなバラツキの原因となる。
【００１４】
特に、静電型ヘッドにおいては、振動板が大きく撓むことで、振動板と電極間との間隔が変化し、駆動電圧が設計値と大きく異なってくるため、ピエゾ型ヘッドよりも問題は大きなものとなる。
【００１５】
さらに、上記体腐食性膜を形成するヘッドにあっては、振動板と電極間の空隙が封止されていないため、外界の影響、例えば湿度等の影響を受けて振動板が電極に密着するなど、動作信頼性が低下している。
【００１６】
また、外界の影響を受けないようにするために振動板と電極との間の空隙を封止したヘッドにあっては、振動板に耐腐食性膜が形成されていないため、使用可能なインクのｐＨ等の制限を受け、インクとの整合性を確保しなければならず、コストが高くなる。
【００１７】
そして、犠牲層除去後に犠牲層除去孔部で振動板と電極間の空隙を封止するために酸化シリコン膜を用いた場合にはＣＶＤ法やスパッタ法や真空蒸着法等によって、ニッケルを用いた場合はスパッタ法によって成膜封止することになり、何れの材料も真空環境での封止のため空隙が真空になる。そのため、振動板には大気圧による撓みが発生しており、振動板膜厚のバラツキ等によって空隙間距離がばらつき、ヘッド間のバラツキが発生する。
【００１８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、低コストで、液体による腐食及び外界からの影響を防止した安定した滴吐出特性が得られる長期信頼性の高い液滴吐出ヘッド及びその製造方法、ヘッド一体型のインクカートリッジを提供するとともに、長期信頼性に優れ、安定した画像品質が得られるインクジェット記録装置、この液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置、液滴を吐出する装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板の液流路側表面に液に対して耐腐食性を有する耐腐食性膜が形成されるとともに、振動板と個別電極との間に形成される空隙に通じる空隙封止孔を有し、空隙封止孔内が耐腐食性膜を構成する材料で封止されている構成とした。
【００２０】
ここで、空隙封止孔の少なくとも一部が振動板に形成されていることが好ましい。また、空隙封止孔は空隙を形成するために使用された孔であることが好ましく、この場合、耐腐食性膜を構成する材料は空隙内へ浸入することなしに空隙封止孔内に充填されていることが好ましい。
【００２１】
また、空隙封止孔は平面形状で角が円弧である略多角形状であることが好ましい。さらに、空隙封止孔は大きさの異なる同心の２つの孔から構成され、空隙まで貫通していない外孔と、この外孔に連続して空隙まで貫通した内孔で構成されていることが好ましい。また、空隙封止孔は、空隙側の開口の一辺、又は、半径が２０μｍを超えない大きさであることが好ましい。さらに、空隙封止孔はアクチュエータ基板の支持基板に平行な面に形成されていることが好ましい。
【００２２】
また、耐腐食性膜は有機樹脂系膜であることが好ましく、有機樹脂系膜はポリイミド又はポリベンゾオキサゾールであることが好ましく、この場合、有機樹脂系膜は回転塗布法或いは真空蒸着法によって形成されていることが好ましい。
【００２３】
さらに、個別電極及びこれと一体の電極配線部は電圧入力パッド部以外が耐腐食性膜で被覆されていることが好ましい。
【００２４】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する方法であって、振動板を形成する振動板部材と個別電極間の空隙を空隙形成孔を通じて犠牲層エッチングにより形成する空隙形成工程と、振動板部材上に耐腐食性膜を形成すると同時に空隙形成孔を耐腐食性膜により封止する工程とを含む構成としたものである。
ここで、耐腐食性膜が有機樹脂系膜であり、有機樹脂系膜は回転塗布法によって形成されたものである構成とできる。また、耐腐食性膜が有機樹脂系膜であり、有機樹脂系膜は真空蒸着法によって形成されている構成とできる。
【００２５】
本発明に係るインクカートリッジは、本発明に係る液滴吐出ヘッドとこのヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したものである。
【００２６】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するインクジェットヘッドとして本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係るインクカートリッジを搭載したものである。また、本発明に係る画像形成装置及び液滴を吐出する装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えている構成としたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの断面斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図３は図２の要部拡大断面説明図である。
【００２８】
このインクジェットヘッドは、流路形成部材１と、この流路形成部材１の下面に接合した振動板１０を含むアクチュエータ基板２と、流路形成部材１の上面に接合したノズル板３とを順次接着接合して構成し、これらによってインク滴を吐出するノズル５が連通する流路（インク液室）である加圧液室６、加圧液室６に流体抵抗部７を介してインクを供給する共通液室８を形成している。
【００２９】
流路形成部材１は、単結晶シリコン基板からなり、加圧液室６を形成する貫通部、流体抵抗部７となる溝部及び共通液室８を形成する貫通部を形成している。流路形成部材１としてシリコン基板を用いることで、高剛性の材料であるので隣接する加圧液室間のクロストークの影響を防止でき、ノズル間の液滴噴射特性のバラツキが低減し、また、微細加工性に優れるため、高精度で液流路を形成できる。
【００３０】
アクチュエータ基板２は、例えば（１００）面方位の単結晶シリコン基板である
支持基板１１上に酸化シリコン膜１２を形成し、この酸化シリコン膜１２上に駆動電極である個別電極１３を形成し、これらの表面に更に酸化シリコン膜１４を成膜している。そして、この酸化シリコン膜１４上に積層膜からなる振動板部材１５を設けている。
【００３１】
この振動板部材１５は、主たる層である例えばボロン原子を１Ｅ１９／ｃｍ^３含む厚さ０．５μｍの多結晶シリコン層１７と、この多結晶シリコン層１７の下面に積層した絶縁保護膜である酸化シリコン層１６と、多結晶シリコン層１７の上面に積層した窒化シリコン層１８との積層膜である。なお、ここでは加圧液室６に対応する部分を「振動板１５Ａ」と称し、各加圧液室６に対応する振動板１５Ａを含む部材を「振動板部材１５」と称する。
【００３２】
この振動板部材１５の酸化シリコン層１６には犠牲層エッチングによって個別電極１３に対応して空隙（ギャップ）１９を形成している。また、アクチュエータ基板２の支持基板１１と平行な面をなす振動板部材１５には、空隙１９を形成するために犠牲層を除去するための犠牲層除去孔（犠牲層エッチングホール）となる空隙封止孔２０が形成されている。この空隙封止孔２０のうちの多結晶シリコン層１７の側壁面１７ａに対応する部分には窒化シリコン層１８を形成することで犠牲層エッチング除去時の多結晶シリコン層１７のエッチングを防止している。
【００３３】
この空隙封止孔２０は、大きさの異なる同心の２つの孔２０ａ、２０ｂから構成され、空隙１９まで貫通していない外孔２０ａと、この外孔２０に連続して空隙１９まで貫通した内孔２０ｂで構成されている。
【００３４】
そして、振動板部材１５の窒化シリコン層１８の上面（液室側表面）にはインクに対して耐腐食性を有する耐腐食性膜２１を形成し、この耐腐食性膜２１の材料で前記空隙封止孔２０を封止している。この耐腐食性膜２１は空隙１９内に入り込まないで空隙封止孔２０を封止している。
【００３５】
ここで、耐腐食性膜２１としては有機樹脂系膜であるポリペンゾオキサゾール膜を用いている。このポリペンゾオキサゾール膜はスピンコート法によって厚さ１μｍに形成している。このような有機樹脂系膜を用いた場合、振動板１５Ａは膜が形成されても撓みを発生しない。
【００３６】
また、耐腐食性膜として有機樹脂系膜を用いることで、有機樹脂系膜はピンホール等の膜欠陥による不良発生が少なく、高い歩留まりが得られて低コスト化を図れ、また有機樹脂系膜としてポリイミド又はポリベンゾオキサゾールを用いることで、耐腐食性に優れ、吐出する液の種類や化学的性質に制限を設ける必要が無く、長期間にわたり、あらゆる種類の液の吐出動作を信頼性良く行うことができる。
【００３７】
さらに、有機樹脂系膜は、回転塗布法によって形成することで、安価に形成することができて低コスト化を図れ、また、真空蒸着法によって形成することで、均一性良く形成できるため、バラツキの少ないヘッドを実現できる。
【００３８】
また、このアクチュエータ基板２は個別電極１３を引出し部１３ａを通じて一端部側に引き出して対応する部分の酸化シリコン膜１４及び酸化シリコン膜１６を除去して電極パッド部２３を形成し、この電極パッド部２３を介して個別電極１３にＦＰＣやワイヤーボンディングによる接続手段を接続してドライバＩＣ（駆動回路）を接続するようにしている。
【００３９】
そして、これらのアクチュエータ基板２と流路形成基板１とは接着剤で接合している。
【００４０】
ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル５を形成し、また共通液室８に外部からインクを供するためのインク供給口９を形成し、流路形成部材１に接着剤接合している。このノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。また、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。
【００４１】
このように構成した犠牲層エッチングホールでもある空隙封止孔２０を耐腐食性膜２１で封止したヘッドにおいて、例えば振動板部材１５のうちの多結晶シリコン層１７を電気的に接地し、電極パッド部２３を介して個別電極１３に一定周波数のパルス状駆動電圧を印加すると、電圧を引加した個別電極１３と振動板１５Ａとの間に静電引力が働き、振動板１５Ａが静電引力により個別電極１３側に十分に変形した（引かれた。）。
【００４２】
その結果、加圧液室６は十分に引圧となり、流体抵抗部７を介して共通液室８から加圧液室６にインクが供給され、この状態で個別電極１３への駆動電圧の印加を停止すると、振動板１５Ａと個別電極１３間の静電引力がなくなるので、振動板１５Ａが剛性により加圧液室６側へ復元し、加圧液室６内のインクが加圧されるので、ノズル５からインク滴が矢印２４方向に吐出された。
【００４３】
このとき、振動板１５Ａは撓みがなく平坦な振動板であったのでノズル間のバラツキが少なく、また、設計値通りの駆動電圧で液吐出特性が得られた。
【００４４】
また、この状態で液による信頼性試験を行った結果、積層振動板部材１５上に耐腐食性膜２１として形成した有機樹脂系膜であるポリベンゾオキサゾールは耐腐食性に優れているため、動作特性の劣化が無く、更に振動板１５Ａと個別電極１３間の空隙１９が犠牲層エッチングホール（空隙封止孔）２０において前記耐腐食性膜２１である有機樹脂系膜で完全に封止されているため、動作環境の影響を全く受けず、通常であれば振動動作不良が発生する高湿度環境でも安定して動作しつづけることが確認できた。
【００４５】
このように、振動板の液流路側表面に液に対して耐腐食性を有する耐腐食性膜が形成されるとともに、この耐腐食性膜を構成する材料で振動板と個別電極との間に形成される空隙に通じる空隙封止孔が封止されていることで、空隙を外界の影響から長期にわたって腐食することなしに完全に遮断することができ、安定した滴吐出動作を行えるようになり、信頼性も向上する。
【００４６】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の実施形態について図４を参照して説明する。なお、各図はいずれも断面斜視図であるが、断面ハッチングは省略している。
同図（ａ１）に示すように、流路形成部材となる面方位（１１０）のシリコン基板３１を準備し、同図（ｂ１）に示すように、シリコン基板３１に加圧液室等の液流路となる貫通部３２をＫＯＨによるウェットエッチングや高密度プラズマを用いたドライエッチング等による異方性エッチングで形成する。
【００４７】
この後、図示しないが、使用する液の性質や種類に応じて、シリコン基板３１の表面に耐腐食性を有する耐腐食性膜を形成することができる。この耐腐食性膜は、例えば、熱酸化法によって形成されたシリコン酸化膜が好ましいが、ディップ法やCVD法等によって形成された有機樹脂膜等の耐腐食性膜を用いることもできる。
【００４８】
このようにして、シリコン基板３１に加圧液室６、流体抵抗部７、共通液室８等が形成され、液が接する表面に酸化シリコン膜が形成された流路形成部材３０を作製する。
【００４９】
一方、同図（ａ２）に示すように、支持基板４１に互いに絶縁分離された個別電極４３を形成し、その個別電極４３と振動板４５Ａとの間に空隙を形成するための犠牲層６０を形成する。ここで、犠牲層６０の材料は、振動板部材４５や個別電極１３とは犠牲層エッチングの選択性を有するものである。振動板部材４５は、単層、又は積層であって、導電性を有する層が含まれていれば何れでもよい。例えば、前述したように不純物をドープした導電性を有するシリコン層に酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等の絶縁層を積層した積層振動板を用いる。
【００５０】
そして、振動板部材４５に形成した犠牲層エッチングホール（空隙封止孔）５０を通じて犠牲層６０をエッチング除去して、同図（ｂ２）に示すように振動板４５Ａと個別電極４３との間に空隙４９を形成する。その後、同図（ｂ２）に示すように、振動板部材４５上には耐腐食性膜５１を成膜する。
【００５１】
この耐腐食性膜５１としては、好ましくは有機樹脂系膜、より好ましくは、ポリイミド或いはポリペンゾオキサゾールをスピンコート法やスプレー法、ＣＶＤ法等によって厚さ０．１μｍ〜５０μｍの範囲内、好ましくは０．５μｍ〜１０μｍの範囲内で全面にわたり形成する。あるいは、真空蒸着法によりポリイミドを同様の厚さに形成する。
【００５２】
この耐腐食性膜５１の膜厚範囲は、著しく薄い場合は、振動板部材４５上に存在するゴミ等が原因で発生するピンホールを生じ、又、著しく厚い場合には、振動板１５Ａの剛性が高くなり、噴射特性が変化するという観点から定まる。このとき、耐腐食性膜５１の内部応力は引張り応力を有しているため振動板１５Ａが座屈変形することはない。また、有機樹脂系膜以外に、メタル系の膜や酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等の無機材料を使用することもできる。
【００５３】
この場合、振動板部材４５を含めてアクチュエータ基板を構成しているので、振動板部材４５が平坦面になり、平坦な振動板部材４５上に耐腐食性膜５１を前記手法によって形成することで、振動板４５上の耐腐食性膜５１の膜厚分布を均一にすることができ、膜厚分布に起因する内部応力の分布が無くなり、撓みの無い平坦な振動板１５Ａが得られる。
【００５４】
また、このとき、耐腐食性膜５１によって前述の犠牲層エッチホール５０は完全に封止され、個別電極４３と振動板１５Ａとの間の空隙４９が外界と完全に遮断された構造となる。同時に、個別電極１３等の全ての配線は、前述の耐腐食性膜５１で完全に被覆されるため配線の信頼性も大幅に向上する。なお、メタル系の耐腐食性膜５１を形成する場合は、一度、絶縁物を形成した後にメタルを形成すればよい。このようにして振動板４５Ａ上に耐腐食性膜５１を形成したアクチュエータ基板４０が完成する。
【００５５】
その後、同図（ｃ）に示すように、流路形成部材３０とアクチュエータ基板４０を互いにアライメントし接着接合し、更に同図（ｄ）に示すように、液流路形成部材３０上に液滴吐出のためのノズル孔５が形成された耐腐食性を有するノズル板３、例えばニッケルやシリコン基板、或いはこれらの表面に耐腐食性膜を被覆したノズル板を接着して、本発明に係る液滴吐出ヘッドが完成する。
【００５６】
そこで、アクチュエータ基板４０の作製工程の詳細について図５を参照して説明する。
同図（ａ）に示すように、シリコン基板やガラス基板などの支持基板４１上に絶縁膜４２を形成し、この絶縁膜４２上に、シリコンに不純物を導入したポリシリコンや金属、透明導電膜等の導電性を有する電極材料を形成し、パターニングして個別電極４３を形成し、さらに、個別電極４３上には電極保護膜４４として絶縁物を形成する。このとき、電極保護膜４４は、犠牲層エッチング除去時に選択性を有する材料を形成する、例えば犠牲層が多結晶シリコンの場合は酸化シリコン膜を全面に形成する。
【００５７】
次いで、同図（ｂ）に示すように、電極保護膜４４上に振動板と個別電極４３間の空隙を形成するための犠牲層６０、例えば多結晶シリコンを全面に形成し、アクチュエータの空隙領域のみ残してパターニングする。更に、この犠牲層６０上と犠牲層６０と犠牲層６０との間には犠牲層エッチング除去時にエッチング選択性を有し振動板部材を構成する振動板保護膜である絶縁膜４６、例えば犠牲層６０が多結晶シリコンの場合には酸化シリコン膜を形成する。
【００５８】
そして、同図（ｃ）に示すように、絶縁膜４６上にはアクチュエータ領域にパターニングされた不純物を含有した多結晶シリコンや金属等の導電層４７を形成する。さらに、この導電層４７の一部に犠牲層エッチング除去用の第１のエッチングホール（空隙封止孔の外孔）６１を犠牲層６０上の絶縁層４６でストップするまでエッチング開口して形成する。
【００５９】
次いで、同図（ｄ）に示すように、犠牲層エッチング除去時に導電層４７を保護する絶縁膜４８を形成する。例えば、犠牲層６０が多結晶シリコンのときは酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を形成する。この絶縁膜４８を導電層４７と第一のエッチングホール６１の側壁を被覆するように形成することで、犠牲層エッチング時に導電層４７がダメージを受けることを防止する。この絶縁膜４８として窒化シリコン膜を用いた場合、膜の内部応力が引張り応力であるので、犠牲層エッチング後に撓みを生じることがないので、より好ましい。
【００６０】
そして、絶縁膜４８及び絶縁膜４６を通じて犠牲層６０まで通じる第２の犠牲層エッチングホール（空隙封止孔の内孔）６２を開口し、犠牲層エッチングホール５０を形成する。このとき、第２の犠牲層エッチングホール６２は第１のエッチングホール６１の内部に互いに同心に形成するため、この部分で犠牲層エッチングホール５０は第１の犠牲層エッチングホール６１と第２の犠牲層エッチングホール６２間で段差が形成される。
【００６１】
そこで、同図（ｅ）に示すように、この状態で、犠牲層エッチングホール５０を通じて犠牲層６０をエッチング除去することで、個別電極４３上の絶縁膜４４と振動板保護膜用の絶縁膜４６の間に空隙４９が形成される。
【００６２】
犠牲層６０が多結晶シリコンの場合には、フッ素化合物ガス、例えばＳＦ_６、ＸｅＦ_２ガスを用いたドライエッチングやＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）によるウェットエッチングにより犠牲層除去を行う。
【００６３】
このようにして、個別電極４３に空隙４９介して対向する積層構成の振動板４５Ａが形成される。
【００６４】
その後、同図（ｆ）に示すように、全面に液に対して耐腐食性を有する耐腐食性膜である有機樹脂系膜５１、例えばポリイミドやポリペンゾオキサゾールを回転塗布法や蒸着法、ＣＶＤ法によって厚さ０．２〜５０μｍ、好ましくは０．５μｍ〜１０μｍ成膜する。
【００６５】
この有機樹脂系膜５１の膜厚が著しく薄い場合は振動板上に存在するコミ等が原因のピンホールを生じ、著しく厚い場合には振動板の剛性が高くなり噴射特性が変化するという観点から膜厚範囲が定まる。このとき耐腐食性膜の内部応力は引張応力を有しているため積層の振動板４５Ａが座屈変形することはない。
【００６６】
そして、これにより、犠牲層エッチングホール５０はこの有機樹脂系膜５１で封止され、空隙４９は完全に外界から遮断された構造となる。このとき、封止に利用した有機樹脂は、犠牲層エッチングホール５０の内部でのみ形成封止し、空隙４９内部には浸入していない。また、同時に個別電極４３等の全ての配線は、前述有機樹脂系膜５１で完全に被覆されるため配線の信頼性も大幅に向上する。ここでは、有機樹脂で封止した例を示したが、有機樹脂以外にメタル系の膜や酸化シリコン膜や窒化シリコン膜等の無機材料を使用することもできる。
【００６７】
このようにして、犠牲層をエッチング除去して形成した空隙を耐腐食性膜である有機樹脂膜で封止したアクチュエータ基板が完成する。
【００６８】
なお、このようにして得られるアクチュエータ基板と流路形成部材とノズル基板とを互いにアライメントして接着接合することで、本発明に係る液滴吐出ヘッドが完成する。
【００６９】
このように、振動板部材と個別電極間の空隙を犠牲層エッチングにより形成する空隙形成工程と、振動板部材上に耐腐食性膜を形成し、同時に犠牲層エッチングのためのエッチホール（空隙形成孔）を耐腐食性膜により封止する工程とを含むので、耐腐食性膜を形成するときに同一材料で同時に空隙封止孔を封止することができる。これによって、大幅な工程短縮が図れ、低コスト化を図れる。
【００７０】
また、流路形成部材の作製と、振動板部材を含むアクチュエータ基板の作製とを個別に行っているので、振動板部材上に耐腐食性膜を形成するときに流路形成部材の段差の影響を受けず均一な膜厚分布の耐腐食性膜を形成できる。これにより、耐腐食性膜を形成した後でも膜の応力分布に起因する撓みが発生しない平坦な振動板が得られ、振動板の変位特性が安定する。さらに、流路形成部材と互いに接合することで、振動板撓みによる動作特性のバラツキの少なヘッドが得られる。
【００７１】
さらに、個別電極と振動板の空隙を封止するための空隙封止孔を振動板に形成することで、耐腐食性膜を振動板上に形成するときに同一材料で同時に封止することができるようになり、大幅な工程短縮が図れ、低コスト化が図れる。また、空隙封止孔が空隙を形成するための空隙形成孔を兼ねることで、別々に各孔を形成する必要がなく、同一材料で同時に封止することができ、この点でも、大幅な工程短縮が図れ、低コスト化が図れる。
【００７２】
また、空隙封止孔を封止している耐腐食性膜が封止孔部でのみ封止しており、振動板と個別電極間の空隙には形成されていないので、空隙に作用する毛管力による耐腐食性膜の空隙への染み込みが発生せず、振動板と個別電極間の固着が防止でき、歩留まりが向上する。
【００７３】
さらに、空隙封止孔をアクチュエータ基板の支持基板に平行な面に形成することで、通常の電子デバイスの製造設備を用いて封止孔を封止することができ、低コスト化が実現できるばかりでなく、段差の影響を少なくする平坦化が容易に実現できるので、封止プロセス後の耐腐食性膜の膜厚分布を少なくすることができ、特性のバラツキを低減できる。
【００７４】
ここで、空隙封止孔の形状等について図６をも参照して説明する。なお、ここでは、図５で説明したアクチュエータ基板の製造工程で用いた符号を用いる。
同図（ａ）にも示すように、空隙封止孔である犠牲層エッチングホール５０を、互いに同心である第１、第２の犠牲層エッチングホール６１、６２で形成し、外孔である大きな第１の犠牲層エッチングホール６１と、この第１のエッチングホール６１に連続した内孔である第２の犠牲層エッチングホール６２とで構成しているので、断面形状で第１の犠牲層エッチングホール６１と第２の犠牲層エッチングホール６２間、すなわち外孔と内孔で段差が形成される。
【００７５】
このような犠牲層エッチングホール５０を耐液性膜であるポリペンゾオキサゾール（有機樹脂系膜）５１で封止したとき、ポリペンゾオキサゾールが空隙４９内に染み込むことが無いことが確認された。
【００７６】
これに対して、同図（ｂ）に示すように、段差のないストレートの犠牲層エッチングホール５０´を形成して、同様に、犠牲層エッチングホール５０´を耐液性膜であるポリペンゾオキサゾール（有機樹脂系膜）５１で封止したとき、ポリペンゾオキサゾールの一部５１ａが空隙４９内に染み込み、不良となる場合があることが確認された。
【００７７】
したがって、犠牲層エッチングホール（空隙形成孔）には断面形状で段差がある、つまり、空隙封止孔は大きさの異なる同心の２つの孔から構成され、空隙まで貫通していない外孔と、この外孔に連続して空隙まで貫通した内孔で構成されている構成とすることによって、外孔と内孔の段差部に耐腐食性膜を構成する材料が蓄積しやすくなり、表面張力によるブリッジが確実に行えるため、歩留まりの良い確実な封止が可能となって、高信頼性のヘッドを実現できる。
【００７８】
また、空隙封止孔の平面形状と空隙内部への有機樹脂材料の染み込みとの関係について実験したところ、空隙封止孔を平面形状で角が円弧、又は楕円を含む円形とした略多角形状とすることで、耐腐食性膜を構成する材料の表面張力によるブリッジが確実になり、歩留まりの良い確実な封止が可能となって、高信頼性のヘッドを実現できることが確認された。
【００７９】
さらに、空隙封止孔の大きさにと封止の関係についても実験したところ、空隙封止孔を構成する内孔の一辺、又は、半径が２０μｍを超えない大きさとすることにより、耐腐食性膜を構成する材料の表面張力によるブリッジが確実になり、歩留まりの良い確実な封止が可能となって、高信頼性のヘッドを実現できることが確認された。
【００８０】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの第２実施形態に係るインクジェットヘッドについて図７及び図８を参照して説明する。なお、図７は同ヘッドの断面斜視説明図、図８は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。また、第１実施形態と同様の部分には同一符号を付している。
【００８１】
このヘッドでは、特に図８のＢ部に示すように、電極パッド部２３以外の電極引出し部１３ａなどの配線を耐腐食性膜２１である有機樹脂膜で被覆保護した。その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００８２】
このヘッドについて信頼性試験を行った結果、電極パッド部２３以外の配線を保護しない場合は配線不良が発生する時間でも配線の不良は見られなかった。したがって、配線上を耐腐食性膜で保護することで高い信頼性の配線を有するヘッドが実現できる。
【００８３】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの第３実施形態に係るインクジェットヘッドについて説明すると、前記第１実施形態と同様の構造において、電極パッド部２３以外の配線の保護被覆と空隙封止孔２０の封止に耐腐食性膜２１として窒化シリコン膜を形成した。このヘッドについて信頼性試験を行った結果、有機樹脂膜で保護、封止した場合と同様に高信頼性の配線を有するヘッドが得られた。
【００８４】
ここで、上述したアクチュエータ基板の液滴吐出ヘッド以外の応用例としては、プロジェクター等に用いる光スイッチがある。この場合、画素に対応して振動板をレイアウト形成し最表面に光を反射する材料、例えばアルミニウム等を形成する。このようにすれば、振動板の撓みに応じて反射角が変わるため、光の変調が可能となる。光スイッチとして、このアクチュエータ基板を利用する場合は、前述した流路形成部材やノズル板を接合しない。
【００８５】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクタンクと一体にしたインクカートリッジ（インクタンク一体型ヘッド）について図９を参照して説明する。
このインクカートリッジ１００は、ノズル孔１０１等を有する上記各実施形態のいずれかのインクジェットヘッド１０２と、このインクジェットヘッド１０２に対してインクを供給するインクタンク１０３とを一体化したものである。
【００８６】
このように本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとインクタンクとを一体化することにより、信頼性が高く、滴吐出特性のバラツキの少ない液滴吐出ヘッドを有するインクカートリッジが得られる。
【００８７】
次に、本発明に係る液滴を吐出する装置を含む、画像形成装置としてのインクジェット記録装置の機構の一例について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同記録装置の斜視説明図、図１１は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００８８】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係る液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１１６に排紙する。
【００８９】
印字機構部１１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図１１で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着する。また、キャリッジ１２３にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。なお、本発明に係るインクカートリッジを搭載するようにすることもできる。
【００９０】
インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００９１】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００９２】
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。
【００９３】
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００９４】
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
【００９５】
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１１３を排紙する。この場合、ヘッド１２４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドはインク滴噴射の制御性が向上し、特性変動が抑制されているので、安定して高い画像品質の画像を記録することができる。
【００９６】
また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００９７】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００９８】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載しているので、滴吐出特性のばらつきが少なく、長期にわたり安定した滴吐出特性が得られ、信頼性が高いので、安定して高画質記録を行うことができる。
【００９９】
なお、上記実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。また、マイクロポンプなどの液体を輸送するマイクロデバイスにも適用することができる。また、前述したようにプリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像形成装置及び液滴を吐出する装置にも本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えることができる。
【０１００】
なお、上述したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドを構成するアクチュエータ基板は、液滴吐出ヘッド以外の例えばプロジェクター等に用いる光スイッチや、その他液体輸送マイクロポンプなどにも適用することができる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振動板の液流路側表面に液に対して耐腐食性を有する耐腐食性膜が形成されるとともに、振動板と個別電極との間に形成される空隙に通じる空隙封止孔を有し、空隙封止孔内が耐腐食性膜を構成する材料で封止されている構成としたので、低コストで、空隙を外界の影響から長期にわたって遮断し、且つ振動板の腐食を防止することができ、安定した滴吐出動作を行えるようになり、信頼性が向上する。
【０１０２】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、振動板部材と個別電極間の空隙を犠牲層エッチングにより形成する空隙形成工程と、振動板部材上に耐腐食性膜を形成し、同時に犠牲層エッチングのためのエッチホール（空隙形成孔）を耐腐食性膜により封止する工程とを含むので、耐腐食性膜を形成するときに同一材料で同時に空隙封止孔を封止することができ、低コスト化を図れる。
【０１０３】
本発明に係るインクカートリッジによれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドとこのヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したので、滴吐出特性のバラツキが低減し、信頼性が向上する。
【０１０４】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出するインクジェットヘッドとして本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係るインクカートリッジを搭載したので、高い信頼性で高画質記録を行うことができる。本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えているので、高い信頼性で高画質記録が可能になる。また、本発明に係る液滴を吐出する装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えているので、安定した液滴吐出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係るインクジェットヘッドの断面斜視説明図
【図２】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図３】図２の要部拡大断面説明図
【図４】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法を説明する説明図
【図５】アクチュエータ基板の製造工程を説明する説明図
【図６】空隙形成孔と封止との関係の説明に供する説明図
【図７】本発明の液滴吐出ヘッドの第２実施形態に係るインクジェットヘッドの断面斜視説明図
【図８】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図９】本発明に係るインクカートリッジの斜視説明図
【図１０】本発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図
【図１１】同記録装置の機構部の側面説明図
【符号の説明】
１…流路形成部材、２…アクチュエータ基板、３…ノズル板、５…ノズル、６…加圧液室、７…流体抵抗部、８…共通液室、９…インク供給口、１１…支持基板、１３…個別電極、１５…振動板部材、１５Ａ…振動板、１９…空隙、２０…空隙封止孔、２１…耐腐食性膜。[0001]
[Industrial application fields]
  The present invention relates to a droplet discharge head, a manufacturing method thereof, an ink cartridge, and an ink jet recording apparatus., Image forming apparatus, and apparatus for ejecting liquid dropletsAbout.
[0002]
[Prior art]
An ink jet recording apparatus used as an image recording apparatus (image forming apparatus) such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, a plotter, etc., has a nozzle for ejecting ink droplets and an ink flow path (discharge chamber, pressure chamber, pressurization) communicating with the nozzle. And an ink jet head as a droplet discharge head provided with a drive unit for pressurizing ink in the ink flow path. Examples of the droplet discharge head include a droplet discharge head that discharges a liquid resist as droplets and a droplet discharge head that discharges a DNA sample as droplets. The following description will focus on an inkjet head.
[0003]
As such an ink-jet head, the diaphragm and the electrode that form the wall surface of the ink flow path are arranged opposite to each other, and the diaphragm is deformed by an electrostatic force generated between the diaphragm and the electrode, whereby the contents of the ink flow path An electrostatic type that discharges ink droplets by changing the product is known.
[0004]
By the way, in an inkjet recording apparatus, in order to achieve high-quality recording of a color image at a high speed, high-density processing using micromachine technology is used in terms of improving the image quality. Shifting from plastics to silicon, glass, ceramics, etc., silicon is being used as a material particularly suitable for fine processing.
[0005]
In terms of colorization, development of ink and recording media (medium) is the main. Optimization from the aspects of penetrability, color development, and color mixing prevention when ink adheres to recording media, and printing In order to improve the long-term storability of the treated media and the storability of the ink itself, development of the ink components and compositions is also underway.
[0006]
In this case, depending on the combination of the material of the ink and the head constituent member, the head constituent member may be dissolved in the ink by the ink. In particular, when the flow path forming member is formed of silicon, silicon elutes into the ink and deposits on the nozzle portion, the nozzle is clogged, or the color developability of the ink is deteriorated, thereby degrading the image quality. Further, in a head using a diaphragm, even when a silicon thin film diaphragm is used, if the silicon forming the diaphragm is eluted, the vibration characteristics change or the vibration becomes impossible.
[0007]
On the other hand, if the change is made by changing the material of the head constituent member, it is often difficult to realize high-density processing, and the processing accuracy is often lowered. In addition, the material change may cause a significant change in the machining process or a device assembly process, resulting in a decrease in nozzle density and a decrease in print quality.
[0008]
On the other hand, when adjusting the ink composition, the ink components and composition are originally adjusted so as to optimize the penetrability and coloring of the recording medium in order to improve the print quality, or to improve the storage stability. Therefore, changing and adjusting the components may impair image quality.
[0009]
Therefore, in a conventional inkjet head, an ink-resistant thin film is formed on the surface of the flow path forming member that contacts the ink. For example, in WO98 / 42513, titanium, a titanium compound, or aluminum oxide is formed on the surface in contact with ink, and in JP-A-5-229118, an oxide film is formed on the surface in contact with ink. JP-A-10-291322 discloses forming a thin film of oxide, nitride, metal, etc. having ink resistance on the surface of a silicon oxide film, and JP-A-2000-246895 is made of a piezoelectric material. It is disclosed that an organic resin film is formed on the surface of an ink liquid chamber.
[0010]
Also, in the electrostatic head, since a minute gap accuracy between the diaphragm and the electrode must be ensured, in order to avoid the influence of the outside such as humidity, the diaphragm and the electrode Sealing the gaps between them is performed. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-18383 discloses that a sacrificial layer removal hole for removing a sacrificial layer for forming a gap between a diaphragm and an electrode is sealed with a silicon oxide film. No. 34979 describes that the sacrificial layer removal hole is sealed with nickel which is the same material as the diaphragm.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, among the conventional heads described above, in the head in which an organic resin film such as paraxylene is formed, the organic resin such as paraxylene is formed on the side wall and the diaphragm of the ink liquid chamber having a complicated three-dimensional shape. Since the film is formed by a vacuum deposition method, the coverage of the corrosion-resistant film is poor due to the nature of the film forming technique, and a large film thickness distribution occurs on the inside of the liquid chamber and on the diaphragm.
[0012]
In this case, when the ink comes into contact with the thin film for a long period of time, the corrosion-resistant thin film dissolves and eventually erodes the base member, which causes a serious problem in long-term reliability. Further, the internal stress distribution resulting from the film thickness distribution of the organic resin film on the vibration plate causes a large deflection of the vibration plate, which causes a large variation in ink ejection characteristics.
[0013]
In addition, even in a head in which a metal-based ink-resistant thin film is formed on the ink chamber side wall or the diaphragm by sputtering or vapor deposition, the coating of the corrosion-resistant film is applied in the same manner as in the case of the organic resin film described above. Depending on the location, there are areas that are very thin, and as before, if the ink touches these areas over a long period of time, the corrosion-resistant thin film dissolves and eventually the base member is removed. Since it corrodes, long-term reliability cannot be ensured, and the internal stress distribution resulting from the film thickness distribution of the metal-based ink-resistant thin film on the vibration plate causes a large deflection of the vibration plate, resulting in a large variation in ink ejection characteristics. Cause.
[0014]
In particular, in the electrostatic head, since the vibration plate is greatly bent, the distance between the vibration plate and the electrode is changed, and the drive voltage is greatly different from the design value. Therefore, the problem is larger than that of the piezoelectric head. It will be a thing.
[0015]
Further, in the head for forming the body corrosive film, since the gap between the diaphragm and the electrode is not sealed, the diaphragm is in close contact with the electrode under the influence of the external environment, for example, the humidity. The operational reliability has decreased.
[0016]
In addition, in a head in which a gap between the diaphragm and the electrode is sealed so as not to be affected by the outside world, a corrosion-resistant film is not formed on the diaphragm, so that usable ink Due to the restriction of pH and the like, consistency with ink must be ensured, resulting in high cost.
[0017]
When the silicon oxide film is used to seal the gap between the diaphragm and the electrode in the sacrificial layer removal hole after the sacrificial layer is removed, nickel is used by a CVD method, a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like. In this case, the film formation is sealed by sputtering, and any material is sealed in a vacuum environment so that the gap is evacuated. For this reason, the diaphragm is deflected by atmospheric pressure, and the air gap distance varies due to variations in the thickness of the diaphragm, resulting in variations between the heads.
[0018]
  The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is a low-cost, long-term reliable droplet discharge head capable of obtaining stable droplet discharge characteristics that prevent corrosion and influence from the outside, and its manufacture. In addition to providing a method and a head-integrated ink cartridge, an ink jet recording apparatus having excellent long-term reliability and stable image quality can be obtained.Forming apparatus equipped with a liquid droplet ejection head, and apparatus for ejecting liquid dropletsThe purpose is to provide.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, a droplet discharge head according to the present invention includes a diaphragm and an individual electrode formed with a corrosion-resistant film having corrosion resistance against liquid on the surface of the diaphragm on the liquid flow path side. Gap sealing hole leading to the gap formed betweenIt is a material that forms a corrosion-resistant film in the gap sealing hole.It was set as the structure sealed.
[0020]
Here, it is preferable that at least a part of the gap sealing hole is formed in the diaphragm. In addition, it is preferable that the gap sealing hole is a hole used to form a gap. In this case, the material constituting the corrosion-resistant film is filled in the gap sealing hole without entering the gap. It is preferable that
[0021]
Moreover, it is preferable that a space | gap sealing hole is substantially polygonal shape which is planar shape and an angle | corner is a circular arc. Further, the gap sealing hole is composed of two concentric holes of different sizes, and is constituted by an outer hole that does not penetrate to the gap and an inner hole that continues to this gap and penetrates to the gap. preferable. Moreover, it is preferable that the space | gap sealing hole is a magnitude | size whose opening side by the side of a space | gap, or a radius does not exceed 20 micrometers. Furthermore, the gap sealing hole is preferably formed on a surface parallel to the support substrate of the actuator substrate.
[0022]
The corrosion-resistant film is preferably an organic resin film, and the organic resin film is preferably polyimide or polybenzoxazole. In this case, the organic resin film is formed by spin coating or vacuum deposition. It is preferable that
[0023]
Further, it is preferable that the individual electrode and the electrode wiring portion integrated with the individual electrode are covered with a corrosion-resistant film except for the voltage input pad portion.
[0024]
  A method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention is a method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, in which a gap between a vibration plate member forming a vibration plate and an individual electrode is formed as a sacrificial layer through a gap forming hole. The structure includes a void forming step formed by etching, and a step of forming a corrosion-resistant film on the diaphragm member and simultaneously sealing the void-forming holes with the corrosion-resistant film.
  Here, the corrosion-resistant film is an organic resin film, and the organic resin film can be formed by a spin coating method. Further, the corrosion resistant film is an organic resin film, and the organic resin film can be formed by a vacuum deposition method.
[0025]
The ink cartridge according to the present invention is obtained by integrating the droplet discharge head according to the present invention and an ink tank that supplies ink to the head.
[0026]
  An ink jet recording apparatus according to the present invention includes a liquid droplet ejection head according to the present invention or an ink cartridge according to the present invention as an ink jet head that ejects ink droplets.The image forming apparatus and the apparatus for ejecting droplets according to the present invention include the droplet ejection head according to the present invention.It is a configuration.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. An ink jet head according to a first embodiment of a droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional perspective view of the head, FIG. 2 is a cross-sectional view of the head along the longitudinal direction of the liquid chamber, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG.
[0028]
This ink jet head sequentially adheres a flow path forming member 1, an actuator substrate 2 including a diaphragm 10 bonded to the lower surface of the flow path forming member 1, and a nozzle plate 3 bonded to the upper surface of the flow path forming member 1. Ink is supplied to the pressurizing liquid chamber 6 and the pressurizing liquid chamber 6, which are flow paths (ink liquid chambers) that are configured to be joined and communicate with the nozzle 5 that discharges ink droplets through the fluid resistance portion 7. A common liquid chamber 8 is formed.
[0029]
The flow path forming member 1 is made of a single crystal silicon substrate, and forms a penetrating portion that forms the pressurized liquid chamber 6, a groove portion that becomes the fluid resistance portion 7, and a penetrating portion that forms the common liquid chamber 8. By using a silicon substrate as the flow path forming member 1, since it is a highly rigid material, the influence of crosstalk between adjacent pressurized liquid chambers can be prevented, and variations in droplet ejection characteristics between nozzles can be reduced. Since the fine processability is excellent, the liquid flow path can be formed with high accuracy.
[0030]
The actuator substrate 2 is, for example, a (100) plane single crystal silicon substrate.
A silicon oxide film 12 is formed on the support substrate 11, an individual electrode 13 as a drive electrode is formed on the silicon oxide film 12, and a silicon oxide film 14 is further formed on these surfaces. A diaphragm member 15 made of a laminated film is provided on the silicon oxide film 14.
[0031]
The diaphragm member 15 is made of, for example, boron atoms, which are the main layer, at 1E19 / cm.³Including a polycrystalline silicon layer 17 having a thickness of 0.5 μm, a silicon oxide layer 16 that is an insulating protective film laminated on the lower surface of the polycrystalline silicon layer 17, and a silicon nitride layer 18 laminated on the upper surface of the polycrystalline silicon layer 17. And a laminated film. Here, a portion corresponding to the pressurized liquid chamber 6 is referred to as “vibrating plate 15A”, and a member including the vibrating plate 15A corresponding to each pressurized liquid chamber 6 is referred to as “vibrating plate member 15”.
[0032]
An air gap (gap) 19 is formed in the silicon oxide layer 16 of the vibration plate member 15 corresponding to the individual electrode 13 by sacrificial layer etching. Further, in the vibration plate member 15 that forms a plane parallel to the support substrate 11 of the actuator substrate 2, a gap sealing that becomes a sacrifice layer removal hole (sacrificial layer etching hole) for removing the sacrifice layer to form the gap 19 is formed. A stop hole 20 is formed. A portion of the gap sealing hole 20 corresponding to the side wall surface 17a of the polycrystalline silicon layer 17 is formed with a silicon nitride layer 18 to prevent the etching of the polycrystalline silicon layer 17 during the sacrificial layer etching removal. Yes.
[0033]
The gap sealing hole 20 is composed of two concentric holes 20 a and 20 b having different sizes, and an outer hole 20 a that does not penetrate to the gap 19 and an inner hole that penetrates to the gap 19 continuously to the outer hole 20. It consists of holes 20b.
[0034]
A corrosion-resistant film 21 having corrosion resistance against ink is formed on the upper surface (surface on the liquid chamber side) of the silicon nitride layer 18 of the vibration plate member 15, and the voids are made of the material of the corrosion-resistant film 21. The sealing hole 20 is sealed. The corrosion resistant film 21 does not enter the gap 19 and seals the gap sealing hole 20.
[0035]
Here, as the corrosion-resistant film 21, a polybenzoxazole film which is an organic resin film is used. The polybenzoxazole film is formed to a thickness of 1 μm by spin coating. When such an organic resin film is used, the vibration plate 15A does not bend even if a film is formed.
[0036]
In addition, by using an organic resin film as a corrosion-resistant film, the organic resin film is less likely to be defective due to film defects such as pinholes, high yields can be obtained, and costs can be reduced. By using polyimide or polybenzoxazole, it is excellent in corrosion resistance, and it is not necessary to limit the kind and chemical properties of the liquid to be discharged, and it can reliably discharge all kinds of liquid over a long period of time. be able to.
[0037]
Furthermore, the organic resin film can be formed at a low cost by forming it by a spin coating method, and can be formed at a low cost, and can be formed with good uniformity by forming it by a vacuum deposition method. A head with less can be realized.
[0038]
Further, the actuator substrate 2 draws the individual electrode 13 to one end side through the lead portion 13a, and removes the corresponding portions of the silicon oxide film 14 and the silicon oxide film 16 to form the electrode pad portion 23. This electrode pad portion A driver IC (driving circuit) is connected to the individual electrode 13 via a connecting means by FPC or wire bonding through the terminal 23.
[0039]
The actuator substrate 2 and the flow path forming substrate 1 are bonded with an adhesive.
[0040]
The nozzle plate 3 forms a nozzle 5 having a diameter of 10 to 30 μm corresponding to each pressurized liquid chamber 6, and also forms an ink supply port 9 for supplying ink from the outside to the common liquid chamber 8, and a flow path forming member 1 is bonded with an adhesive. The nozzle plate 3 may be made of a metal such as stainless steel or nickel, a combination of metal and resin such as a polyimide resin film, silicon, or a combination thereof. Further, a water repellent film is formed on the nozzle surface (surface in the ejection direction: ejection surface) by a known method such as a plating film or a water repellent coating in order to ensure water repellency with ink.
[0041]
In the head in which the gap sealing hole 20, which is also a sacrificial layer etching hole configured as described above, is sealed with the corrosion-resistant film 21, for example, the polycrystalline silicon layer 17 in the diaphragm member 15 is electrically grounded, and the electrode When a pulsed drive voltage having a constant frequency is applied to the individual electrode 13 via the pad portion 23, electrostatic attraction acts between the individual electrode 13 to which the voltage is applied and the diaphragm 15A, and the diaphragm 15A is electrostatic attraction. As a result, it was sufficiently deformed (pulled) toward the individual electrode 13 side.
[0042]
As a result, the pressurized liquid chamber 6 is sufficiently pulled, and ink is supplied from the common liquid chamber 8 to the pressurized liquid chamber 6 via the fluid resistance portion 7. In this state, the drive voltage is applied to the individual electrodes 13. Is stopped, the electrostatic attractive force between the vibration plate 15A and the individual electrode 13 disappears, so the vibration plate 15A is restored to the pressurized liquid chamber 6 side by rigidity, and the ink in the pressurized liquid chamber 6 is pressurized. Ink droplets were ejected from the nozzle 5 in the direction of the arrow 24.
[0043]
At this time, since the vibration plate 15A was a flat vibration plate without bending, there was little variation between the nozzles, and liquid discharge characteristics were obtained with a drive voltage as designed.
[0044]
In addition, as a result of the liquid reliability test in this state, polybenzoxazole, which is an organic resin film formed as the corrosion-resistant film 21 on the laminated diaphragm member 15, is excellent in corrosion resistance. There is no deterioration in characteristics, and the gap 19 between the diaphragm 15A and the individual electrode 13 is completely sealed with the organic resin film as the corrosion-resistant film 21 in the sacrifice layer etching hole (gap sealing hole) 20. Therefore, it was confirmed that it was not affected by the operating environment at all, and that it could continue to operate stably even in a high humidity environment where normal vibrations would occur.
[0045]
Thus, a corrosion-resistant film having corrosion resistance against the liquid is formed on the liquid flow path side surface of the diaphragm, and the material constituting the corrosion-resistant film is interposed between the diaphragm and the individual electrodes. By sealing the gap sealing hole leading to the gap to be formed, the gap can be completely blocked without being corroded for a long time from the influence of the outside world, and stable droplet discharge operation can be performed. Reliability is also improved.
[0046]
Next, an embodiment of a method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention will be described with reference to FIG. Each figure is a cross-sectional perspective view, but cross-sectional hatching is omitted.
As shown in FIG. 2A1, a silicon substrate 31 having a surface orientation (110) to be a flow path forming member is prepared. As shown in FIG. 1B1, a liquid such as a pressurized liquid chamber is provided on the silicon substrate 31. The through portion 32 that becomes the flow path is formed by anisotropic etching such as wet etching using KOH or dry etching using high-density plasma.
[0047]
Thereafter, although not shown, a corrosion-resistant film having corrosion resistance can be formed on the surface of the silicon substrate 31 according to the nature and type of the liquid used. As the corrosion resistant film, for example, a silicon oxide film formed by a thermal oxidation method is preferable, but a corrosion resistant film such as an organic resin film formed by a dipping method, a CVD method, or the like can also be used.
[0048]
Thus, the flow path forming member 30 in which the pressurized liquid chamber 6, the fluid resistance portion 7, the common liquid chamber 8, and the like are formed on the silicon substrate 31 and the silicon oxide film is formed on the surface in contact with the liquid is manufactured.
[0049]
On the other hand, as shown in FIG. 5A2, individual electrodes 43 that are insulated and separated from each other are formed on the support substrate 41, and a sacrificial layer 60 for forming a gap between the individual electrodes 43 and the diaphragm 45A is formed. Form. Here, the material of the sacrificial layer 60 has the selectivity of the sacrificial layer etching with respect to the vibration plate member 45 and the individual electrode 13. The diaphragm member 45 may be any one as long as it is a single layer or a laminated layer and includes a conductive layer. For example, as described above, a laminated diaphragm in which an insulating layer such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is laminated on a conductive silicon layer doped with impurities is used.
[0050]
Then, the sacrificial layer 60 is removed by etching through the sacrificial layer etching hole (gap sealing hole) 50 formed in the vibration plate member 45, and as shown in FIG. A void 49 is formed. Thereafter, a corrosion resistant film 51 is formed on the diaphragm member 45 as shown in FIG.
[0051]
The corrosion resistant film 51 is preferably an organic resin film, more preferably polyimide or polypentoxazole in a thickness range of 0.1 μm to 50 μm by spin coating, spraying, CVD, etc. Is formed over the entire surface within a range of 0.5 μm to 10 μm. Alternatively, the polyimide is formed to the same thickness by a vacuum deposition method.
[0052]
When the film thickness range of the corrosion resistant film 51 is extremely thin, a pinhole generated due to dust or the like existing on the vibration plate member 45 is generated. When the film thickness range is extremely thick, the rigidity of the vibration plate 15A is increased. Is determined from the viewpoint of increasing the injection characteristics. At this time, since the internal stress of the corrosion-resistant film 51 has a tensile stress, the diaphragm 15A does not buckle. In addition to the organic resin film, an inorganic material such as a metal film, a silicon oxide film, or a silicon nitride film can also be used.
[0053]
In this case, since the actuator substrate includes the diaphragm member 45, the diaphragm member 45 has a flat surface, and the corrosion-resistant film 51 is formed on the flat diaphragm member 45 by the above-described method. The film thickness distribution of the corrosion-resistant film 51 on the vibration plate 45 can be made uniform, the distribution of internal stress due to the film thickness distribution is eliminated, and a flat vibration plate 15A without bending is obtained.
[0054]
At this time, the sacrificial layer etch hole 50 is completely sealed by the corrosion resistant film 51, and the gap 49 between the individual electrode 43 and the diaphragm 15A is completely blocked from the outside. At the same time, since all the wirings such as the individual electrodes 13 are completely covered with the above-described corrosion-resistant film 51, the reliability of the wiring is greatly improved. In the case of forming the metal-based corrosion-resistant film 51, the metal may be formed after forming the insulator once. In this manner, the actuator substrate 40 in which the corrosion resistant film 51 is formed on the vibration plate 45A is completed.
[0055]
Thereafter, as shown in FIG. 4C, the flow path forming member 30 and the actuator substrate 40 are aligned and adhesively bonded to each other. Further, as shown in FIG. A liquid nozzle according to the present invention is formed by adhering a corrosion-resistant nozzle plate 3 in which nozzle holes 5 for discharge are formed, such as a nickel or silicon substrate, or a nozzle plate coated with a corrosion-resistant film on the surface thereof. A droplet discharge head is completed.
[0056]
The details of the manufacturing process of the actuator substrate 40 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2A, an insulating film 42 is formed on a support substrate 41 such as a silicon substrate or a glass substrate, and polysilicon, metal, or transparent conductive film in which impurities are introduced into silicon is formed on the insulating film 42. An electrode material having the conductivity such as is formed and patterned to form the individual electrode 43, and an insulator is formed on the individual electrode 43 as the electrode protective film 44. At this time, the electrode protection film 44 is formed of a material having selectivity when the sacrificial layer is etched away. For example, when the sacrificial layer is polycrystalline silicon, a silicon oxide film is formed on the entire surface.
[0057]
Next, as shown in FIG. 4B, a sacrificial layer 60 for forming a gap between the diaphragm and the individual electrode 43, for example, polycrystalline silicon, is formed on the entire surface of the electrode protection film 44, and a gap area of the actuator is formed. Only leave patterning. Further, an insulating film 46, for example, a sacrificial layer, is provided on the sacrificial layer 60 and between the sacrificial layer 60 and the sacrificial layer 60, which is a diaphragm protective film that has etching selectivity when the sacrificial layer is etched away and constitutes a diaphragm member. If 60 is polycrystalline silicon, a silicon oxide film is formed.
[0058]
Then, as shown in FIG. 3C, a conductive layer 47 made of polycrystalline silicon or metal containing impurities patterned in the actuator region is formed on the insulating film 46. Furthermore, a first etching hole (outer hole of the gap sealing hole) 61 for removing the sacrificial layer etching is formed in a part of the conductive layer 47 by etching until it stops at the insulating layer 46 on the sacrificial layer 60. .
[0059]
Next, as shown in FIG. 4D, an insulating film 48 that protects the conductive layer 47 when the sacrificial layer is etched away is formed. For example, when the sacrificial layer 60 is polycrystalline silicon, a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed. By forming the insulating film 48 so as to cover the conductive layer 47 and the side wall of the first etching hole 61, the conductive layer 47 is prevented from being damaged during the sacrifice layer etching. When a silicon nitride film is used as the insulating film 48, since the internal stress of the film is a tensile stress, it is more preferable because no bending occurs after the sacrifice layer etching.
[0060]
Then, a second sacrificial layer etching hole (inner hole of the gap sealing hole) 62 that leads to the sacrificial layer 60 through the insulating film 48 and the insulating film 46 is opened, and the sacrificial layer etching hole 50 is formed. At this time, since the second sacrificial layer etching hole 62 is formed concentrically inside the first etching hole 61, the sacrificial layer etching hole 50 and the first sacrificial layer etching hole 61 and the second sacrificial etching hole 61 are formed in this portion. A step is formed between the layer etching holes 62.
[0061]
Therefore, as shown in FIG. 5E, in this state, the sacrificial layer 60 is etched away through the sacrificial layer etching hole 50, whereby the insulating film 44 on the individual electrode 43 and the insulating film 46 for the diaphragm protective film are obtained. A gap 49 is formed between the two.
[0062]
When the sacrificial layer 60 is polycrystalline silicon, a fluorine compound gas such as SF₆, XeF₂The sacrificial layer is removed by dry etching using a gas or wet etching using TMAH (tetramethylammonium hydroxide aqueous solution).
[0063]
In this way, a diaphragm 45A having a laminated structure facing the individual electrode 43 through the gap 49 is formed.
[0064]
Thereafter, as shown in FIG. 5 (f), an organic resin film 51, which is a corrosion-resistant film having corrosion resistance to the liquid on the entire surface, such as polyimide or polybenzoxazole, is applied by spin coating or evaporation. A film having a thickness of 0.2 to 50 μm, preferably 0.5 μm to 10 μm is formed by CVD.
[0065]
When the thickness of the organic resin film 51 is extremely thin, pinholes are caused due to dust or the like existing on the diaphragm. When the film is extremely thick, the rigidity of the diaphragm is increased and the injection characteristics are changed. The film thickness range is determined. At this time, since the internal stress of the corrosion resistant film has a tensile stress, the laminated diaphragm 45A does not buckle.
[0066]
Thus, the sacrificial layer etching hole 50 is sealed with the organic resin film 51, and the gap 49 is completely blocked from the outside. At this time, the organic resin used for sealing is formed and sealed only inside the sacrificial layer etching hole 50, and does not enter the gap 49. At the same time, since all the wirings such as the individual electrodes 43 are completely covered with the organic resin film 51, the reliability of the wiring is greatly improved. Although an example of sealing with an organic resin is shown here, an inorganic material such as a metal film, a silicon oxide film, or a silicon nitride film can be used in addition to the organic resin.
[0067]
In this way, an actuator substrate is completed in which a void formed by etching away the sacrificial layer is sealed with an organic resin film that is a corrosion-resistant film.
[0068]
The actuator substrate, the flow path forming member, and the nozzle substrate obtained in this way are aligned and adhesively bonded to each other, thereby completing the droplet discharge head according to the present invention.
[0069]
In this way, a gap forming step for forming a gap between the diaphragm member and the individual electrode by sacrificial layer etching, a corrosion-resistant film is formed on the diaphragm member, and at the same time, an etch hole for gap layer etching (gap formation) The step of sealing the hole) with the corrosion-resistant film, so that the gap sealing hole can be simultaneously sealed with the same material when forming the corrosion-resistant film. As a result, the process can be greatly shortened and the cost can be reduced.
[0070]
In addition, since the production of the flow path forming member and the production of the actuator substrate including the vibration plate member are performed separately, the effect of the step of the flow path formation member when the corrosion resistant film is formed on the vibration plate member. Therefore, it is possible to form a corrosion-resistant film having a uniform film thickness distribution. As a result, a flat diaphragm free from bending due to the stress distribution of the film even after the corrosion resistant film is formed is obtained, and the displacement characteristics of the diaphragm are stabilized. Further, by joining the flow path forming member to each other, a head with less variation in operating characteristics due to vibration of the diaphragm can be obtained.
[0071]
Furthermore, by forming a gap sealing hole in the diaphragm for sealing the gap between the individual electrode and the diaphragm, it is possible to simultaneously seal with the same material when forming the corrosion-resistant film on the diaphragm. As a result, the process can be greatly shortened and the cost can be reduced. In addition, since the gap sealing hole also serves as a gap forming hole for forming a gap, it is not necessary to form each hole separately, and it is possible to seal with the same material at the same time. Shortening and cost reduction can be achieved.
[0072]
In addition, since the corrosion-resistant film sealing the gap sealing hole is sealed only at the sealing hole portion and not formed in the gap between the diaphragm and the individual electrode, the capillary acting on the gap No penetration of the corrosion-resistant film into the air gap due to the force, the adhesion between the diaphragm and the individual electrodes can be prevented, and the yield is improved.
[0073]
Furthermore, by forming the gap sealing hole on a surface parallel to the support substrate of the actuator substrate, the sealing hole can be sealed using a normal electronic device manufacturing facility, and cost reduction can be realized. In addition, since the planarization that reduces the influence of the step can be easily realized, the film thickness distribution of the corrosion-resistant film after the sealing process can be reduced, and the variation in characteristics can be reduced.
[0074]
Here, the shape and the like of the gap sealing hole will be described with reference to FIG. Here, the reference numerals used in the manufacturing process of the actuator substrate described in FIG. 5 are used.
As shown in FIG. 6A, a sacrificial layer etching hole 50 that is a gap sealing hole is formed by first and second sacrificial layer etching holes 61 and 62 that are concentric with each other, and is a large outer hole. Since the first sacrificial layer etching hole 61 and the second sacrificial layer etching hole 62, which is an inner hole continuous with the first etching hole 61, are formed, the first sacrificial layer etching hole has a sectional shape. A step is formed between 61 and the second sacrificial layer etching hole 62, that is, between the outer hole and the inner hole.
[0075]
It was confirmed that when the sacrificial layer etching hole 50 was sealed with a polybenzoxazole (organic resin film) 51 that is a liquid-resistant film, the polybenzoxazole did not penetrate into the gap 49. .
[0076]
On the other hand, as shown in FIG. 4B, a straight sacrificial layer etching hole 50 ′ having no step is formed, and the sacrificial layer etching hole 50 ′ is similarly formed as a polybenzoic liquid film. When encapsulated with oxazole (organic resin film) 51, it was confirmed that part 51a of the polypentoxoxazole soaks into the gap 49 and becomes defective.
[0077]
Therefore, the sacrificial layer etching hole (gap forming hole) has a step in the cross-sectional shape, that is, the gap sealing hole is composed of two concentric holes of different sizes, and an outer hole that does not penetrate to the gap, By configuring the inner hole continuously through the outer hole up to the gap, the material constituting the corrosion-resistant film is likely to accumulate in the step portion between the outer hole and the inner hole, and the surface tension causes Since bridging can be performed reliably, reliable sealing with a high yield is possible, and a highly reliable head can be realized.
[0078]
Further, when an experiment was conducted on the relationship between the planar shape of the gap sealing hole and the penetration of the organic resin material into the gap, the gap sealing hole had a substantially polygonal shape with a planar shape and a circular arc including an ellipse or an ellipse. By doing so, it was confirmed that the bridge due to the surface tension of the material constituting the corrosion-resistant film was ensured, and reliable sealing with a high yield was possible, and a highly reliable head could be realized.
[0079]
Furthermore, when the relationship between the size of the gap sealing hole and the sealing was also experimented, it was found that the side of the inner hole constituting the gap sealing hole or the radius did not exceed 20 μm, thereby providing corrosion resistance. It was confirmed that the bridge due to the surface tension of the material constituting the film was ensured, and the high-yield head could be realized by enabling reliable sealing with a high yield.
[0080]
Next, an inkjet head according to a second embodiment of the droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 is a cross-sectional perspective view of the head, and FIG. 8 is a cross-sectional view of the head along the longitudinal direction of the liquid chamber. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0081]
In this head, as shown in part B of FIG. 8 in particular, wiring such as the electrode lead-out portion 13a other than the electrode pad portion 23 is covered and protected with an organic resin film which is the corrosion-resistant film 21. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0082]
As a result of performing a reliability test on this head, no defect in wiring was found even in the time when a wiring defect occurred when the wiring other than the electrode pad portion 23 was not protected. Therefore, a head having highly reliable wiring can be realized by protecting the wiring with a corrosion-resistant film.
[0083]
Next, an inkjet head according to a third embodiment of the droplet discharge head of the present invention will be described. In the same structure as the first embodiment, the protective coating of the wiring other than the electrode pad portion 23 and the gap sealing hole 20 A silicon nitride film was formed as the corrosion resistant film 21 for sealing. As a result of performing a reliability test on this head, a head having highly reliable wiring was obtained in the same manner as in the case of protection and sealing with an organic resin film.
[0084]
Here, as an application example other than the droplet discharge head of the actuator substrate described above, there is an optical switch used for a projector or the like. In this case, a diaphragm is laid out corresponding to the pixels, and a material that reflects light, such as aluminum, is formed on the outermost surface. In this way, the reflection angle changes according to the bending of the diaphragm, so that the light can be modulated. When this actuator substrate is used as an optical switch, the above-described flow path forming member and nozzle plate are not joined.
[0085]
Next, an ink cartridge (an ink tank integrated head) in which a droplet discharge head according to the present invention is integrated with an ink tank will be described with reference to FIG.
The ink cartridge 100 is obtained by integrating the ink jet head 102 according to any of the above embodiments having the nozzle holes 101 and the like, and the ink tank 103 that supplies ink to the ink jet head 102.
[0086]
Thus, by integrating the ink jet head, which is a droplet discharge head according to the present invention, and the ink tank, an ink cartridge having a droplet discharge head with high reliability and less variation in droplet discharge characteristics can be obtained.
[0087]
  Next, according to the present inventionAs an image forming apparatus including an apparatus for discharging dropletsAn example of the mechanism of the ink jet recording apparatus will be described with reference to FIGS. 10 is a perspective explanatory view of the recording apparatus, and FIG. 11 is a side explanatory view of a mechanism portion of the recording apparatus.
[0088]
The ink jet recording apparatus includes a carriage that can move in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 111, a recording head that includes the droplet discharge head according to the present invention mounted on the carriage, an ink cartridge that supplies ink to the recording head, and the like. The printing mechanism 112 and the like configured are accommodated, and a paper feed cassette (or a paper feed tray) 114 on which a large number of sheets 113 can be stacked from the front side is detachably attached to the lower part of the apparatus main body 111. In addition, the manual tray 115 for manually feeding the paper 113 can be opened, the paper 113 fed from the paper feed cassette 114 or the manual tray 115 is taken in, and the printing mechanism unit 112 is loaded. After recording a required image, the paper is discharged to a paper discharge tray 116 mounted on the rear side.
[0089]
The printing mechanism 112 holds the carriage 123 slidably in the main scanning direction (the direction perpendicular to the paper in FIG. 11) with a main guide rod 121 and a sub guide rod 122 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). On this carriage 123, a head 124 comprising an inkjet head, which is a droplet discharge head according to the present invention, that discharges ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk). Are arranged in a direction crossing the main scanning direction and the ink droplet ejection direction is directed downward. In addition, each ink cartridge 125 for supplying each color ink to the head 124 is replaceably mounted on the carriage 123. It should be noted that the ink cartridge according to the present invention may be mounted.
[0090]
The ink cartridge 125 has an air port that communicates with the atmosphere upward, a supply port that supplies ink to the inkjet head below, and a porous body filled with ink inside, and the capillary force of the porous body Thus, the ink supplied to the inkjet head is maintained at a slight negative pressure.
[0091]
Further, although the heads 124 of the respective colors are used here as the recording heads, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used.
[0092]
Here, the carriage 123 is slidably fitted to the main guide rod 121 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the sub guide rod 122 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). is doing. In order to move and scan the carriage 123 in the main scanning direction, a timing belt 130 is stretched between a driving pulley 128 and a driven pulley 129 that are rotationally driven by a main scanning motor 127. The carriage 123 is reciprocally driven by forward and reverse rotation of the main scanning motor 127.
[0093]
On the other hand, in order to convey the sheet 113 set in the sheet cassette 114 to the lower side of the head 124, the sheet 113 is guided from the sheet feeding cassette 114 to the sheet feeding roller 131 and the friction pad 132. A guide member 133, a transport roller 134 that reverses and transports the fed paper 113, a transport roller 135 that is pressed against the peripheral surface of the transport roller 134, and a tip that defines the feed angle of the paper 113 from the transport roller 134 A roller 136 is provided. The transport roller 134 is rotationally driven by a sub-scanning motor 137 through a gear train.
[0094]
A printing receiving member 139 is provided as a paper guide member that guides the paper 113 fed from the transport roller 134 on the lower side of the recording head 124 corresponding to the movement range of the carriage 123 in the main scanning direction. On the downstream side of the printing receiving member 139 in the paper conveyance direction, a conveyance roller 141 and a spur 142 that are rotationally driven to send the paper 113 in the paper discharge direction are provided, and paper discharge that further feeds the paper 113 to the paper discharge tray 116. A roller 143 and a spur 144, and guide members 145 and 146 forming a paper discharge path are disposed.
[0095]
At the time of recording, the recording head 124 is driven according to the image signal while moving the carriage 123, thereby ejecting ink onto the stopped sheet 113 to record one line. Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the sheet 113 reaches the recording area, the recording operation is terminated and the sheet 113 is discharged. In this case, the inkjet head according to the present invention constituting the head 124 has improved controllability of ink droplet ejection and suppressed characteristic fluctuations, so that an image with high image quality can be recorded stably.
[0096]
A recovery device 147 for recovering defective ejection of the head 124 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 123. The recovery device 147 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 123 is moved to the recovery device 147 side during printing standby, and the head 124 is capped by the capping unit, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.
[0097]
When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the head 124 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out from the discharge port with the suction unit through the tube. Is removed by the cleaning means to recover the ejection failure. Further, the sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.
[0098]
Thus, since this inkjet recording apparatus is equipped with the inkjet head that is the droplet ejection head according to the present invention, there is little variation in the droplet ejection characteristics, and stable droplet ejection characteristics can be obtained over a long period of time. Therefore, high-quality recording can be performed stably.
[0099]
  In the above-described embodiment, the example in which the ink jet head is applied as a liquid droplet ejection head has been described. However, as a liquid droplet ejection head other than the ink jet head, for example, a liquid droplet ejection head that ejects liquid resist as liquid droplets, DNA The present invention can also be applied to other droplet discharge heads such as a droplet discharge head that discharges the sample as droplets. Further, the present invention can also be applied to a micro device that transports a liquid, such as a micro pump.Further, as described above, the image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, and a copying apparatus and the apparatus for ejecting liquid droplets can also include the liquid droplet ejection head according to the present invention.
[0100]
As described above, the actuator substrate constituting the droplet discharge head according to the present invention can be applied to an optical switch used for a projector or the like other than the droplet discharge head, and other liquid transport micropumps. .
[0101]
【The invention's effect】
  As described above, according to the droplet discharge head according to the present invention, the corrosion-resistant film having corrosion resistance against the liquid is formed on the liquid flow path side surface of the vibration plate, and the vibration plate and the individual electrode Gap sealing hole leading to the gap formed betweenIt is a material that forms a corrosion-resistant film in the gap sealing hole.SealedConfiguredSo, at low cost, the air gap is extended from the influence of the outside world over a long period of time.InterceptRefusalAnd prevent corrosion of the diaphragmThis makes it possible to perform a stable droplet discharge operation and improve reliability.
[0102]
According to the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, a gap forming step for forming a gap between the diaphragm member and the individual electrode by sacrificial layer etching, and forming a corrosion-resistant film on the diaphragm member, Sealing the etch hole (gap forming hole) for sacrificial layer etching with a corrosion-resistant film, so that the gap sealing hole is simultaneously sealed with the same material when forming the corrosion-resistant film. Can be achieved and the cost can be reduced.
[0103]
According to the ink cartridge of the present invention, since the droplet discharge head according to the present invention and the ink tank that supplies ink to the head are integrated, variation in droplet discharge characteristics is reduced, and reliability is improved.
[0104]
  According to the ink jet recording apparatus of the present invention, since the liquid droplet ejection head according to the present invention or the ink cartridge according to the present invention is mounted as an ink jet head for ejecting ink droplets, high quality recording can be performed with high reliability. it can.According to the image forming apparatus according to the present invention, since the liquid droplet ejection head according to the present invention is provided, high-quality recording can be performed with high reliability. In addition, according to the apparatus for ejecting droplets according to the present invention, since the droplet ejection head according to the present invention is provided, stable droplet ejection can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional perspective explanatory view of an inkjet head according to a first embodiment of a droplet discharge head of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of the head along the longitudinal direction of the liquid chamber.
3 is an enlarged cross-sectional explanatory diagram of the main part of FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a method of manufacturing a droplet discharge head according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process of an actuator substrate.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the relationship between a void forming hole and sealing.
FIG. 7 is a cross-sectional perspective explanatory view of an inkjet head according to a second embodiment of a droplet discharge head of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional explanatory diagram along the longitudinal direction of the liquid chamber of the head.
FIG. 9 is an explanatory perspective view of an ink cartridge according to the present invention.
FIG. 10 is a perspective explanatory view showing an example of an ink jet recording apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is an explanatory side view of a mechanism unit of the recording apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow path forming member, 2 ... Actuator substrate, 3 ... Nozzle plate, 5 ... Nozzle, 6 ... Pressurizing liquid chamber, 7 ... Fluid resistance part, 8 ... Common liquid chamber, 9 ... Ink supply port, 11 ... Support substrate , 13 ... Individual electrode, 15 ... Diaphragm member, 15A ... Diaphragm, 19 ... Gap, 20 ... Gap sealing hole, 21 ... Corrosion-resistant film.

Claims

A flow path forming member that forms a liquid flow path that communicates with a nozzle, a vibration plate that forms a wall surface of the liquid flow path, and an actuator substrate that has an individual electrode facing the vibration plate with a gap therebetween, In a droplet discharge head that discharges droplets from the nozzle by deforming the diaphragm with electrostatic force,
A corrosion resistant film having corrosion resistance to the liquid is formed on the liquid flow path side surface of the diaphragm,
Having a gap sealing hole leading to a gap formed between the diaphragm and the individual electrode ;
A liquid droplet ejection head, wherein the gap sealing hole is sealed with a material constituting the corrosion-resistant film .

2. The droplet discharge head according to claim 1, wherein at least a part of the gap sealing hole is formed in the vibration plate.

3. The droplet discharge head according to claim 1 , wherein the material constituting the corrosion-resistant film is filled in the gap sealing hole without entering the gap. Discharge head.

In the liquid droplet ejecting head according to any one of claims 1 to 3, a droplet discharge head, wherein the gap seal hole has a substantially polygonal shape is a square arc in planar shape.

In the liquid droplet ejecting head according to any one of claims 1 to 4, wherein the gap sealing hole is composed of different concentric two holes sizes, the outer holes that do not penetrate to the space, the outer hole A droplet discharge head comprising an inner hole penetrating continuously to the gap.

In the liquid droplet ejecting head according to any one of claims 1 to 5, wherein the gap sealing hole is one side of the gap side of the opening, or the liquid, wherein the radius of a size no greater than 20μm Drop ejection head.

In the liquid droplet ejecting head according to any one of claims 1 to 6, wherein the droplet discharge head, wherein a gap seal hole is formed in a plane parallel to the supporting substrate of the actuator substrate.

In the liquid droplet ejecting head according to any one of claims 1 to 7, a droplet discharge head, wherein the corrosion-resistant film is an organic resin film.

9. The droplet discharge head according to claim 8 , wherein the organic resin film is polyimide or polybenzoxazole.

In any one of claims 1 to 9, wherein the individual electrodes and integrated therewith electrode wiring portions droplet discharge head, wherein a non-voltage input pad portion are covered with the corrosion-resistant film.

A method for manufacturing a droplet discharge head according to any of claims 1 to 10, formed by a sacrificial layer etching a gap between the vibrating plate member and the individual electrode forming the diaphragm through the gap formed hole A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising: a gap forming step; and a step of forming a corrosion resistant film on the diaphragm member and simultaneously sealing the gap forming hole with the corrosion resistant film.

12. The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 11, wherein the corrosion-resistant film is an organic resin film, and the organic resin film is formed by a spin coating method. A method for manufacturing a droplet discharge head.

12. The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 11, wherein the corrosion-resistant film is an organic resin film, and the organic resin film is formed by a vacuum deposition method. Manufacturing method of the head.

11. An ink cartridge in which an ink jet head and an ink tank for supplying ink to the ink jet head are integrated, wherein the ink jet head is the liquid droplet ejection head according to any one of claims 1 to 10. .

An inkjet recording apparatus for recording an image by ejecting ink droplets, wherein the droplet ejection head according to any one of claims 1 to 10 or the ink cartridge according to claim 14 is mounted. apparatus.

In the image forming apparatus having a liquid droplet ejection head, an image forming apparatus characterized by comprising a liquid droplet ejection head according to any one of the claims 1 to 10.

11. An apparatus for ejecting liquid droplets from a liquid droplet ejection head, comprising the liquid droplet ejection head according to any one of claims 1 to 10 .