JP4103256B2 - Inkjet head manufacturing method - Google Patents

Inkjet head manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP4103256B2
JP4103256B2 JP19313699A JP19313699A JP4103256B2 JP 4103256 B2 JP4103256 B2 JP 4103256B2 JP 19313699 A JP19313699 A JP 19313699A JP 19313699 A JP19313699 A JP 19313699A JP 4103256 B2 JP4103256 B2 JP 4103256B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
forming
substrate
diaphragm
pressure chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP19313699A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001018383A (en
Inventor
正寛 藤井
周史 小枝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP19313699A priority Critical patent/JP4103256B2/en
Publication of JP2001018383A publication Critical patent/JP2001018383A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4103256B2 publication Critical patent/JP4103256B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

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

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電駆動式のインクジェットヘッドに関し、更に詳しくは、小型化、高密度化に適した構造の静電駆動式のインクジェットヘッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
静電駆動式のインクジェットヘッドは、例えば、特公平2−289351号公報に開示されているように、インクノズルに連通しているインク流路の一部を形成している振動板と、これに所定の空隙をおいて対峙している電極との間に電圧を印加して、流路内の容積を変化させることにより、インクノズルからインク液滴を吐出させるものである。この形式の従来のインクジェットヘッドは、一般に、3枚の基板を積層することにより構成されている。
【0003】
すなわち、図6、7に示すように、インクジェットヘッド100は、ガラス基板からなる電極プレート101と、シリコン基板からなるキャビティプレート102と、同じくシリコン基板からなるノズルプレート103を陽極接合等により積層した三層構造となっている。キャビティプレート102には、その表面側から異方性エッチングを施すことにより、インク圧力室用の溝104、共通インク室用の溝105および、これらを連通するためのオリフィス用の溝106が形成されており、インク供給室用の溝104の深さを制御することにより、その溝底板部分が面外方向に弾性変位可能な振動板107とされている。
【0004】
このキャビティプレート102の表面側に積層されるノズルプレート101にはインクノズル108が形成されている。このノズルプレート101をキャビティプレート102に接合することにより、インクノズル108に連通したインク圧力室109と、共通インク室110と、これらを連通しているオリフィス111が区画形成される。
【0005】
一方、キャビティプレート102の裏面側に接合されている電極プレート101には、その表面から等方性エッチングを施すことにより、各振動板107に対峙している部位に溝112が形成され、この溝底面には個別電極113が形成されている。電極プレート101をキャビティプレート102の裏面に接合すると共に、封止材114を取り付けることにより、各個別電極113と、対応する振動板107の間には、封止された空隙部114が形成されている。
【0006】
振動板107と、対応する個別電極113の間に電圧を印加して、これらの間に静電気力を発生させることにより、インク圧力室109の容積が変化して、インク液滴がインクノズル108から吐出する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
この構成のインクジェットヘッドにおいて、小型化、高密度化を達成するためには、その構成部分の高密度化を図る必要がある。しかし、小型化、高密度化を図ると、それに伴って、キャビティプレートをエッチングすることにより形成される隣接インク圧力室間の隔壁も薄くなってしまう。
【0008】
特に、異方性エッチングによりインク圧力室形成用の溝を形成し、この溝深さによって所望の特性を備えた振動板を形成しているので、高密度化を図ると、隔壁を厚い状態のままで、所定の深さの溝を形成することが困難となる。
【0009】
この結果、隔壁剛性が低下するので、隣接インク圧力室間で圧力干渉(クロストーク)が発生して、適切なインク液滴の吐出動作が阻害されるおそれがある。
【0010】
また、従来では、3枚のプレートを相互に接合してインクジェットヘッドを構成しているので、これらの位置合わせを精度良く行う必要があるので、組立精度も要求される。さらには、各プレートには、精度良く、インク流路構成用の溝等をエッチングする必要があり、高密度化を図る場合に、精度のよいインクジェットヘッドを得ることが困難な場合がある。
【0011】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、小型および高密度化を容易に達成可能な構造を備えたインクジェットヘッドを提案することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、インク圧力室と、このインク圧力室に連通しているインクノズルと、前記インク圧力室の一部を形成している共通電極としての振動板と、この振動板に対して空隙部を介して対峙している個別電極とを有する静電駆動式のインクジェットヘッドにおいて、次の構成を採用したことを特徴としている。
【0013】
すなわち、本発明のインクジェットヘッドは、 第1および第2の基板を有している。また、前記第1の基板の表面には、前記個別電極と、犠牲層エッチングにより形成された前記空隙部を介して当該個別電極に対峙している前記振動板とが形成されている。更に、前記第2の基板の表面には、前記インク圧力室を形成するためのインク圧力室用の溝部が形成されている。これに加えて、前記第1および第2の基板を接合することにより、前記第2の基板の表面に形成された前記インク圧力室用の溝部が前記第1の基板によって閉溝されて、前記インク室が形成されている。
【0014】
本発明のインクジェットヘッドでは、インク流路部分(インクノズル、インク圧力室)を構成するための溝が第1の基板に形成され、静電アクチュエータ部分(振動板)が犠牲層エッチングを利用して別個の第2の基板に形成されている。従って、振動板形成とインク圧力室用の溝の深さを、振動板の厚さを考慮することなく任意に決めることができる。よって、溝深さを浅くして、インク圧力室間の隔壁の高さを低くすれば、隔壁厚さが薄くなった場合でも充分な隔壁剛性を確保できる。
【0015】
この結果、インクジェットヘッドの小型化、高密度化を図っても、インク圧力室間の隔壁剛性の低下により、隣接インク圧力室間で圧力干渉が起きてインク吐出特性が劣化する等の弊害が防止される。 また、本発明では、インクジェットヘッドを第1および第2の基板の2部品を接合することにより製造できるので、3枚の基板を積層してインクジェットヘッドを製造する場合に比べて、その製造が容易になると共に、組立時の組み付け誤差等も少なくできる。
【0016】
また、前記第1および第2の基板は、前記第1の基板の表面に形成された振動板を介して接合されていることが望ましい。
【0017】
上記構成により、前記第1の基板の表面に形成された振動板の前記第2の基板との接合部分を除去する必要が無く、振動板を部分的にエッチングするための工程が不要となり、更にその製造が容易となる。
【0018】
更に、前記第2の基板の表面には、前記インクノズル形成用のノズル孔あるいはノズル溝を形成してもよい。
【0019】
この場合、第2の基板においてノズル孔あるいはノズル溝と前記インク圧力室用の溝部を一体に形成するので、インク圧力室とノズル孔あるいはノズル溝との位置ズレが少なくなり、インク液滴吐出時のインク流路内のインクの流れに乱れを生じなくなる。インク流路内のインクの流れに乱れが生じないので、吐出されるインク液滴の飛翔方向や、量が一定となり、印刷品位が更に向上することが可能になる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明を適用したインクジェットヘッドの一例を説明する。
【0021】
図1は本例の静電駆動式のインクジェットヘッドを部分的に切り欠いた状態で示す概略斜視図、図2はそのII−II線で切断した部分の概略断面図であり、図3はそのIII−III線で切断した部分の部分断面図である。
【0022】
まず、図1を参照して説明すると、本例のインクジェットヘッド1は、シリコン等の半導体基板からなる流路基板2(第1の基板)と、ガラス製のアクチュエータ基板3(第2の基板)とを陽極接合あるいは接着接合した2層構造となっている。このインクジェットヘッド1の前面1aには一定の間隔でインクノズル4が開口しており、その後ろ側の上面部分には外部から供給されるインクを取り込むインク取り入れ口5、6が開口している。これらの間には、インクノズル4の個数に対応する数にITO等からなる個別電極の端子部7が露出しており、それらの側方位置には、共通電極端子部8が形成されている。
【0023】
図2、3を参照して内部構造を説明する。インクジェットヘッド1の各インクノズル4はそれぞれインク圧力室9に連通しており、各インク圧力室9は隔壁10によって相互に仕切られている。各インク圧力室9は、オリフィス11を介して、共通インク室12に連通している。共通インク室12にはインク取り入れ口5、6を介して外部からインクが供給される。各インク圧力室9の底面部分には振動板13が形成されており、この振動板13は、封鎖された空隙部14を介して、個別電極15に対峙している。
【0024】
なお、共通インク室12の一部は面外方向に弾性変位可能なダイヤフラム16によって規定されている。このダイヤフラム16はインク吐出動作に起因して発生するインク流路内のインク圧力変動を抑制あるいは吸収するためのものである。
【0025】
振動板13は共通電極端子部8に電気的に導通しており、各個別電極15は、それぞれの端が個別電極端子部7として外部に引き出されている。これら振動板13と各個別電極15の間に電圧を印加すると、これらの間に静電気力が発生し、これにより、振動板13が面外方向、図2、3における上下方向に弾性変位する。この結果、インク圧力室9の容積が変動して、当該インク圧力室9に連通しているインクノズル4からインク液滴が吐出する。かかるインク吐出原理は公知であるので、本明細書ではこれ以上の説明は省略する。
【0026】
ここで、本例のインクジェットヘッド1における上記の各部分は次のように構成されている。まず、流路基板2には、アクチュエータ基板3に接合される側の面に、ドライエッチングあるいはウエットエッチング等の異方性エッチングにより、インクノズル形成用のノズル溝4aと、インク圧力室形成用の溝9aと、オリフィス形成用の溝11aと、共通インク室形成用の溝12aが形成されている。また、当該流路基板2の反対側の面には、同じくドライエッチングあるいはウエットエッチングにより、ダイヤフラム形成用の凹部16aが形成されている。
【0027】
この場合、流路基板2に形成されるインク圧力室形成用の溝9aと、オリフィス形成用の溝11aの側壁を単結晶シリコンの(111)面にて垂直あるいは一定角度をもって形成することにより、高精度の溝9a及び溝11aを高密度に形成することが可能となる。(110)ウエハをウエットエッチングすることによりアクチュエータ基板に対して垂直な側壁を形成することができ、(100)ウエハによりウエットエッチングすると、アクチュエータ基板に対して54.7度の傾斜を有する側壁を形成することができる。
【0028】
従って、流路の抵抗を小さくして応答性が高く、より高密度なインクジェットヘッドの場合は(110)ウエハをウエットエッチングして側壁を垂直に形成することが望ましい。
【0029】
また、隣接するインク圧力室間の圧力干渉を防止させた場合は(100)ウエハをウエットエッチングして剛性を高めることが望ましい。
【0030】
これに対して、アクチュエータ基板3においては、流路基板2の側に接合される表面3aに、各個別電極15が形成されている。また、当該表面3aには、振動板13も形成されており、振動板13における個別電極15に対峙している部分には、当該振動板13によって封鎖された空隙部14が形成されている。この空隙部14は犠牲層エッチングにより形成されたものである。従って、この空隙部14に対峙している振動板13の部分が振動部分13Aとして機能する。
【0031】
このように構成されている流路基板2とアクチュエータ基板3は、相互に、陽極接合あるいは接着接合により積層され、この結果、これらの基板の間に、各インクノズル4、各インク圧力室9、各オリフィス11、および共通インク室12が区画形成されている。
【0032】
アクチュエータ基板3と流路基板2を接合する場合、接合される表面3aの部分の振動板13を更にエッチングにより除去して加工した後、振動板13を介さずに、これらを接合することも可能である。例えば、アクチュエータ基板3と流路基板2が接合される表面3aの部分の振動板13除去して陽極接合すれば、これら基板を接合する際の接合を安定化させ、強度を向上することが可能となる。
【0033】
(振動部分13Aの形成方法)
ここにおいて、本例のアクチュエータ基板3の表面3aに形成されている振動板13の振動部分13Aは犠牲層エッチングにより形成されている。
【0034】
犠牲層エッチングは、例えば、特表平10−510374号公報の第8頁、米国特許第54596号明細書の第2頁に記載されているように、犠牲層を形成した後に、その犠牲層をエッチングすることにより削除して空隙を形成する方法である。従来における犠牲層エッチングにより形成される空隙部分は、光バルブの反射表面の位置を静電気力によって変調するために設けられた開放状態の空隙である。本例のインクジェットヘッド1のように、封鎖された状態の空隙部を形成するために犠牲層エッチングを利用する方法は提案されていない。
【0035】
本例では、例えば、次のようにして、閉鎖された状態の空隙部14を、振動板13と個別電極15の間に形成するようにしている。図3を参照して説明すると、まず、アクチュエータ基板3を形成するためのガラス基板上に、スパッタリングにより、例えばITO電極層を形成し、この層をフォトリソグラフィーによりパターニングして、各個別電極15を形成する。
【0036】
次に、各個別電極15を覆う状態に、アルミニウムを所定の厚さに蒸着して犠牲層を形成する(図3における空隙部14に対応している部分)。この犠牲層の表面に、二酸化珪素からなる絶縁層21を形成する。しかる後に、この絶縁層21および露出しているガラス基板表面を覆う状態で所定厚さのポリシリコンからなる振動板13を形成する。 この後は、振動板13に開けたエッチホールを利用して、燐酸や塩酸と過酸化水素水の混合溶液等のエッチング溶液により犠牲層をエッチ除去する。この結果、犠牲層形成部分が空隙となり、犠牲層に対して絶縁層21を介して積層されていた振動板13の部分13Aが個別電極15から所定の隙間だけ浮き上がった振動部分になる。この後は、振動板13の表面全体に二酸化珪素からなる絶縁層22を形成する。また、エッチホールとして利用した振動板形成層の部分も封鎖されて、閉鎖状態の空隙部14が形成される。
【0037】
振動板13を形成する材料としては、上述のポリシリコン以外にも白金やニッケルでもよい。振動板13の材料にこれらの金属を用いることにより、より導電性の高い振動板13を得ることができ、流路の高密度化を行うには好都合である。
【0038】
また、絶縁層21の材料として、窒化珪素を用いてもよい。これらの材料を用いてアクチュエータ基板3を形成する場合は、犠牲層として二酸化珪素を用い、そのエッチング溶液としてフッ酸を用いる。この場合、エッチング溶液を流路基板2のマスクである二酸化珪素をエッチング溶液と同じにすることができる。
【0039】
(インクジェット記録装置の例)
なお、図4は、上記構成のインクジェットヘッド1が搭載されたインクジェット記録装置の主要構成部分を示す概略構成図である。このインクジェット記録装置40は、インクジェットヘッド1をガイドレール41に沿って往復移動させるキャリッジ機構42と、インクジェットヘッド1による記録位置を経由させて記録紙43を搬送する送りローラ44等を備えた搬送機構45とを備えている。インクジェッドヘッド1に対しては、不図示のインク供給部からインクチューブを介してインクが供給される。
【0040】
次に、図5には、上記構成のインクジェットヘッド1がラインヘッドとして搭載されているラインプリンタの主要構成部分を示す概略構成図である。本例のラインプリンタ50は、記録範囲を包含するように配列されたラインヘッド51と、このラインヘッドによる記録位置を経由させて記録紙52を搬送する送りローラ53、54等を含む搬送機構55と、ラインヘッド51にインクを供給するインクパイプ56等を含むインク供給機構57と、不図示の制御回路部分から構成されている。
【0041】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
【0042】
例えば、上記実施の形態において、インクノズル形成用のノズル溝4aが流路基板2に形成されている構成としたが、アクチュエータ基板3に形成しても構わない。流路基板2に形成すると、ノズル溝4aとインク圧力室形成用の溝9aを一体に異方性エッチング等の方法により形成することが可能であり、ノズル4とインク圧力室9の相互の位置ズレを防止可能で、ノズル4とインク圧力室9の相互の位置ズレによるインク流路内の流れの乱れがなく、ノズル4から吐出されるインク液滴の飛翔方向やインク量のバラツキを少なくすることが可能で、印刷品位に優れた記録装置のインクジェットヘッドを得ることが可能となる等の有効な効果がある。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインクジェットヘッドは、第1の基板と第2の基板を接合することにより構成されており、第1の基板にはインク流路用の溝が異方性エッチングにより形成され、第2の基板には個別電極と犠牲層エッチングにより形成した振動部分を備えた振動板とが形成されている。
【0044】
従って、本発明によれば、第1の基板に振動板を形成する必要がないので、当該基板に形成すべきインク流路用の溝の深さを任意に設定できる。よって、溝を浅くして、各インク圧力室形成用の溝間を仕切っている隔壁を低くできる。この結果、インクジェットヘッドの小型化、高密度化を図った場合においても、インク圧力室間の隔壁剛性を充分なものとすることができ、インク圧力室間での圧力干渉を防止できる。
【0045】
また、第1および第2の基板の2部品を接合することによりインクジェットヘッドを製造できるので、組み付け誤差が少なく、精度の高いインクジェットヘッドを容易に製造可能になる。
【0046】
このように、本発明によれば、小型化、高密度化を容易に達成可能なインクジェットヘッドを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した静電駆動式のインクジェットヘッドを一部切り欠いた状態で示す概略斜視図である。
【図2】図1のII−II線で切断した場合の概略断面図である。
【図3】図1のIII−III線で切断した場合の概略部分断面図である。
【図4】本発明によるインクジェットヘッドが搭載されたインクジェットプリンタの一例を示す概略構成図である。
【図5】本発明によるラインヘッドが搭載されたラインプリンタの一例を示す概略構成図である。
【図6】従来における静電駆動式のインクジェットヘッドの断面構成を示す概略構成図である。
【図7】図6のインクジェットヘッドの平面構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1 インクジェットプリンタ
2 流路基板(第1の基板)
3 アクチュエータ基板(第2の基板)
4 インクノズル
4a ノズル溝
5、6 インク取込み口
7 個別電極端子部
8 共通電極端子部
9 インク圧力室
9a インク圧力室形成用の溝
11 オリフィス
11a オリフィス形成用の溝
12 共通インク室
12a 共通インク室形成用の溝
13 振動板
13A 振動板の振動部分
14 犠牲層エッチングにより形成された空隙部
15 個別電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic drive ink jet head, and more particularly to an electrostatic drive ink jet head having a structure suitable for miniaturization and high density.
[0002]
[Prior art]
For example, as disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 2-289351, an electrostatically driven inkjet head includes a diaphragm that forms part of an ink flow path that communicates with ink nozzles, By applying a voltage between the electrodes facing each other with a predetermined gap and changing the volume in the flow path, ink droplets are ejected from the ink nozzles. A conventional inkjet head of this type is generally configured by laminating three substrates.
[0003]
That is, as shown in FIGS. 6 and 7, the inkjet head 100 includes an electrode plate 101 made of a glass substrate, a cavity plate 102 made of a silicon substrate, and a nozzle plate 103 made of a silicon substrate, which are laminated by anodic bonding or the like. It has a layer structure. By performing anisotropic etching from the surface side of the cavity plate 102, a groove 104 for an ink pressure chamber, a groove 105 for a common ink chamber, and a groove 106 for an orifice for communicating these are formed. In addition, by controlling the depth of the groove 104 for the ink supply chamber, the groove bottom plate portion is a vibration plate 107 that can be elastically displaced in the out-of-plane direction.
[0004]
Ink nozzles 108 are formed on the nozzle plate 101 stacked on the surface side of the cavity plate 102. By joining the nozzle plate 101 to the cavity plate 102, an ink pressure chamber 109 communicating with the ink nozzle 108, a common ink chamber 110, and an orifice 111 communicating these are partitioned.
[0005]
On the other hand, the electrode plate 101 bonded to the back surface side of the cavity plate 102 is subjected to isotropic etching from the front surface to form a groove 112 at a portion facing each diaphragm 107, and this groove Individual electrodes 113 are formed on the bottom surface. By joining the electrode plate 101 to the back surface of the cavity plate 102 and attaching the sealing material 114, a sealed gap 114 is formed between each individual electrode 113 and the corresponding diaphragm 107. Yes.
[0006]
By applying a voltage between the diaphragm 107 and the corresponding individual electrode 113 and generating an electrostatic force therebetween, the volume of the ink pressure chamber 109 changes, and the ink droplets are discharged from the ink nozzles 108. Discharge.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In order to achieve miniaturization and high density in the ink jet head having this configuration, it is necessary to increase the density of its constituent parts. However, when the size and density are increased, the partition walls between adjacent ink pressure chambers formed by etching the cavity plate are also reduced.
[0008]
In particular, a groove for forming an ink pressure chamber is formed by anisotropic etching, and a diaphragm having desired characteristics is formed by the groove depth. Therefore, when the density is increased, the partition wall becomes thicker. It becomes difficult to form a groove having a predetermined depth.
[0009]
As a result, the rigidity of the partition wall is lowered, so that pressure interference (crosstalk) occurs between the adjacent ink pressure chambers, and there is a possibility that an appropriate ink droplet ejection operation is hindered.
[0010]
Conventionally, since the ink jet head is configured by joining three plates to each other, it is necessary to perform alignment of these with high accuracy, so that assembly accuracy is also required. Furthermore, it is necessary to accurately etch the grooves for forming the ink flow path on each plate, and it may be difficult to obtain an accurate ink jet head when increasing the density.
[0011]
In view of the above, an object of the present invention is to propose an ink jet head having a structure that can easily achieve miniaturization and high density.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention includes an ink pressure chamber, an ink nozzle communicating with the ink pressure chamber, and a diaphragm as a common electrode forming a part of the ink pressure chamber. An electrostatic drive type ink jet head having an individual electrode facing the diaphragm via a gap is characterized by adopting the following configuration.
[0013]
That is, the ink jet head of the present invention has first and second substrates. Further, the individual electrode and the diaphragm facing the individual electrode through the gap formed by sacrificial layer etching are formed on the surface of the first substrate. Further, an ink pressure chamber groove for forming the ink pressure chamber is formed on the surface of the second substrate. In addition, by joining the first and second substrates, the groove portion for the ink pressure chamber formed on the surface of the second substrate is closed by the first substrate. An ink chamber is formed.
[0014]
In the ink jet head of the present invention, a groove for forming an ink flow path portion (ink nozzle, ink pressure chamber) is formed in the first substrate, and the electrostatic actuator portion (vibrating plate) utilizes sacrificial layer etching. It is formed on a separate second substrate. Therefore, the diaphragm formation and the depth of the ink pressure chamber groove can be arbitrarily determined without considering the thickness of the diaphragm. Therefore, if the groove depth is reduced and the height of the partition between the ink pressure chambers is reduced, sufficient partition rigidity can be ensured even when the partition thickness is reduced.
[0015]
As a result, even if the inkjet head is downsized and densified, it is possible to prevent adverse effects such as pressure interference between adjacent ink pressure chambers due to a decrease in partition rigidity between ink pressure chambers and deterioration of ink ejection characteristics. Is done. Further, in the present invention, since the ink jet head can be manufactured by joining the two parts of the first and second substrates, it is easier to manufacture than the case of manufacturing the ink jet head by stacking three substrates. In addition, assembly errors during assembly can be reduced.
[0016]
The first and second substrates are preferably joined via a diaphragm formed on the surface of the first substrate.
[0017]
With the above configuration, there is no need to remove the bonding portion of the diaphragm formed on the surface of the first substrate with the second substrate, and a process for partially etching the diaphragm is unnecessary. Its manufacture is facilitated.
[0018]
Furthermore, nozzle holes or nozzle grooves for forming the ink nozzles may be formed on the surface of the second substrate.
[0019]
In this case, since the nozzle hole or nozzle groove and the groove portion for the ink pressure chamber are integrally formed in the second substrate, the positional deviation between the ink pressure chamber and the nozzle hole or nozzle groove is reduced, and the ink droplet is discharged. The ink flow in the ink flow path is not disturbed. Since there is no disturbance in the ink flow in the ink flow path, the flying direction and amount of the ejected ink droplets are constant, and the print quality can be further improved.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of an inkjet head to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the electrostatically driven ink jet head of this example partially cut away, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the portion cut along the line II-II, and FIG. It is a fragmentary sectional view of the part cut | disconnected by the III-III line.
[0022]
First, referring to FIG. 1, an ink jet head 1 of this example includes a flow path substrate 2 (first substrate) made of a semiconductor substrate such as silicon, and a glass actuator substrate 3 (second substrate). Are anodic bonded or adhesively bonded. Ink nozzles 4 are opened on the front surface 1a of the inkjet head 1 at regular intervals, and ink intake ports 5 and 6 for taking in ink supplied from outside are opened on the upper surface portion on the rear side. Between these, the terminal portions 7 of the individual electrodes made of ITO or the like are exposed in a number corresponding to the number of the ink nozzles 4, and the common electrode terminal portions 8 are formed at the side positions thereof. .
[0023]
The internal structure will be described with reference to FIGS. Each ink nozzle 4 of the inkjet head 1 communicates with an ink pressure chamber 9, and each ink pressure chamber 9 is partitioned from each other by a partition wall 10. Each ink pressure chamber 9 communicates with a common ink chamber 12 via an orifice 11. Ink is supplied to the common ink chamber 12 from the outside through the ink intakes 5 and 6. A vibration plate 13 is formed on the bottom surface of each ink pressure chamber 9, and this vibration plate 13 faces the individual electrode 15 via a sealed gap portion 14.
[0024]
A part of the common ink chamber 12 is defined by a diaphragm 16 that can be elastically displaced in the out-of-plane direction. The diaphragm 16 is for suppressing or absorbing ink pressure fluctuation in the ink flow path caused by the ink discharge operation.
[0025]
The diaphragm 13 is electrically connected to the common electrode terminal portion 8, and each individual electrode 15 is led out to the outside as an individual electrode terminal portion 7. When a voltage is applied between the diaphragm 13 and each individual electrode 15, an electrostatic force is generated between them, and thereby the diaphragm 13 is elastically displaced in the out-of-plane direction, in the vertical direction in FIGS. As a result, the volume of the ink pressure chamber 9 fluctuates, and ink droplets are ejected from the ink nozzle 4 communicating with the ink pressure chamber 9. Since such an ink ejection principle is known, further description is omitted in this specification.
[0026]
Here, each part in the inkjet head 1 of the present example is configured as follows. First, the flow path substrate 2 has a nozzle groove 4a for forming an ink nozzle and an ink pressure chamber forming surface formed on the surface bonded to the actuator substrate 3 by anisotropic etching such as dry etching or wet etching. A groove 9a, an orifice forming groove 11a, and a common ink chamber forming groove 12a are formed. Further, a concave portion 16a for forming a diaphragm is formed on the opposite surface of the flow path substrate 2 by dry etching or wet etching.
[0027]
In this case, the side walls of the ink pressure chamber forming groove 9a formed in the flow path substrate 2 and the orifice forming groove 11a are formed perpendicularly or at a constant angle on the (111) plane of the single crystal silicon, High-precision grooves 9a and grooves 11a can be formed with high density. (110) By wet etching the wafer, a side wall perpendicular to the actuator substrate can be formed. When (100) wafer is wet etched, a side wall having an inclination of 54.7 degrees is formed with respect to the actuator substrate. can do.
[0028]
Therefore, in the case of an ink jet head having a higher response by reducing the resistance of the flow path, it is desirable to wet etch the (110) wafer to form the sidewalls vertically.
[0029]
When pressure interference between adjacent ink pressure chambers is prevented, it is desirable to increase the rigidity by wet etching (100) wafer.
[0030]
On the other hand, in the actuator substrate 3, each individual electrode 15 is formed on the surface 3a joined to the flow path substrate 2 side. A vibration plate 13 is also formed on the surface 3 a, and a gap 14 sealed by the vibration plate 13 is formed in a portion of the vibration plate 13 that faces the individual electrode 15. This void 14 is formed by sacrificial layer etching. Therefore, the portion of the diaphragm 13 that faces the gap portion 14 functions as the vibrating portion 13A.
[0031]
The flow path substrate 2 and the actuator substrate 3 configured in this way are laminated to each other by anodic bonding or adhesive bonding. As a result, each ink nozzle 4, each ink pressure chamber 9, Each orifice 11 and a common ink chamber 12 are partitioned.
[0032]
When the actuator substrate 3 and the flow path substrate 2 are joined, the vibration plate 13 in the portion of the surface 3a to be joined can be further removed by etching and processed, and then they can be joined without using the vibration plate 13. It is. For example, if the vibration plate 13 is removed from the surface 3a portion where the actuator substrate 3 and the flow path substrate 2 are bonded and anodic bonded, the bonding at the time of bonding these substrates can be stabilized and the strength can be improved. It becomes.
[0033]
(Method for forming vibrating portion 13A)
Here, the vibrating portion 13A of the diaphragm 13 formed on the surface 3a of the actuator substrate 3 of this example is formed by sacrificial layer etching.
[0034]
The sacrificial layer etching is performed by, for example, forming the sacrificial layer after forming the sacrificial layer as described on page 8 of JP-T-10-510374 and page 2 of US Pat. No. 5,4596. This is a method of forming voids by etching. The conventional void formed by sacrificial layer etching is an open void provided to modulate the position of the reflective surface of the light valve by electrostatic force. As in the inkjet head 1 of this example, a method using sacrificial layer etching to form a sealed void is not proposed.
[0035]
In this example, for example, the closed gap 14 is formed between the diaphragm 13 and the individual electrode 15 as follows. Referring to FIG. 3, first, an ITO electrode layer is formed on a glass substrate for forming the actuator substrate 3 by sputtering, for example, and this layer is patterned by photolithography to form each individual electrode 15. Form.
[0036]
Next, a sacrificial layer is formed by vapor-depositing aluminum to a predetermined thickness so as to cover each individual electrode 15 (a portion corresponding to the gap portion 14 in FIG. 3). An insulating layer 21 made of silicon dioxide is formed on the surface of the sacrificial layer. Thereafter, a diaphragm 13 made of polysilicon having a predetermined thickness is formed so as to cover the insulating layer 21 and the exposed glass substrate surface. Thereafter, the sacrificial layer is etched away with an etching solution such as a mixed solution of phosphoric acid, hydrochloric acid, and hydrogen peroxide using the etch holes opened in the diaphragm 13. As a result, the sacrificial layer forming portion becomes a gap, and the portion 13A of the diaphragm 13 laminated on the sacrificial layer via the insulating layer 21 becomes a vibrating portion that is lifted from the individual electrode 15 by a predetermined gap. Thereafter, the insulating layer 22 made of silicon dioxide is formed on the entire surface of the diaphragm 13. In addition, the portion of the diaphragm forming layer used as an etch hole is also sealed to form a closed gap 14.
[0037]
As a material for forming the diaphragm 13, platinum or nickel may be used in addition to the above-described polysilicon. By using these metals for the material of the diaphragm 13, the diaphragm 13 having higher conductivity can be obtained, which is convenient for increasing the density of the flow path.
[0038]
Further, silicon nitride may be used as the material of the insulating layer 21. When the actuator substrate 3 is formed using these materials, silicon dioxide is used as the sacrificial layer, and hydrofluoric acid is used as the etching solution. In this case, the silicon dioxide that is the mask of the flow path substrate 2 can be the same as the etching solution.
[0039]
(Example of ink jet recording apparatus)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing the main components of the inkjet recording apparatus on which the inkjet head 1 having the above-described configuration is mounted. The ink jet recording apparatus 40 includes a carriage mechanism 42 that reciprocates the ink jet head 1 along a guide rail 41, and a transport mechanism that includes a feed roller 44 that transports a recording sheet 43 via a recording position of the ink jet head 1. 45. The ink jet head 1 is supplied with ink from an ink supply unit (not shown) via an ink tube.
[0040]
Next, FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing main components of a line printer in which the inkjet head 1 having the above configuration is mounted as a line head. The line printer 50 of this example includes a line head 51 arranged so as to include a recording range, and a transport mechanism 55 including feed rollers 53 and 54 that transport the recording paper 52 via a recording position by the line head. And an ink supply mechanism 57 including an ink pipe 56 for supplying ink to the line head 51, and a control circuit portion (not shown).
[0041]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made.
[0042]
For example, in the above embodiment, the nozzle groove 4a for forming the ink nozzle is formed on the flow path substrate 2, but it may be formed on the actuator substrate 3. When formed in the flow path substrate 2, the nozzle groove 4 a and the ink pressure chamber forming groove 9 a can be integrally formed by a method such as anisotropic etching, and the mutual positions of the nozzle 4 and the ink pressure chamber 9. The displacement can be prevented, the flow in the ink flow path is not disturbed by the mutual displacement between the nozzle 4 and the ink pressure chamber 9, and the variation in the flying direction and the amount of ink droplets ejected from the nozzle 4 is reduced. Therefore, it is possible to obtain an effective effect such as being able to obtain an ink jet head of a recording apparatus having excellent print quality.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, the ink jet head of the present invention is configured by bonding a first substrate and a second substrate, and grooves for ink flow paths are formed on the first substrate by anisotropic etching. The second substrate is formed with an individual electrode and a vibration plate having a vibration portion formed by sacrificial layer etching.
[0044]
Therefore, according to the present invention, since it is not necessary to form a diaphragm on the first substrate, the depth of the ink channel groove to be formed on the substrate can be arbitrarily set. Therefore, the grooves can be made shallower, and the partition walls partitioning the grooves for forming the ink pressure chambers can be lowered. As a result, even when the ink jet head is reduced in size and density, the partition wall rigidity between the ink pressure chambers can be made sufficient, and pressure interference between the ink pressure chambers can be prevented.
[0045]
In addition, since the ink jet head can be manufactured by joining the two parts of the first and second substrates, it is possible to easily manufacture an ink jet head with high accuracy with few assembling errors.
[0046]
As described above, according to the present invention, it is possible to realize an ink jet head that can easily achieve miniaturization and high density.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a state in which an electrostatic drive type inkjet head to which the present invention is applied is partially cut away.
2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
3 is a schematic partial cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example of an ink jet printer equipped with an ink jet head according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of a line printer equipped with a line head according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a cross-sectional configuration of a conventional electrostatically driven inkjet head.
7 is a schematic configuration diagram illustrating a planar configuration of the inkjet head of FIG. 6;
[Explanation of symbols]
1 Inkjet printer 2 Flow path substrate (first substrate)
3 Actuator board (second board)
4 Ink nozzle 4a Nozzle groove 5, 6 Ink intake port 7 Individual electrode terminal portion 8 Common electrode terminal portion 9 Ink pressure chamber 9a Groove 11 for forming ink pressure chamber Orifice 11a Groove 12 for forming orifice Common ink chamber 12a Common ink chamber Forming groove 13 Diaphragm 13A Oscillating portion 14 of diaphragm Oscillating portion 15 formed by sacrificial layer etching Individual electrode

Claims (1)

インク圧力室と、このインク圧力室に連通しているインクノズルと、前記インク圧力室の一部を形成している共通電極としての振動板と、この振動板に対して空隙部を介して対峙している個別電極とを有する静電駆動式のインクジェットヘッドの製造方法において、
第1および第2の基板を有し、
_前記第2の基板はガラスであって、
_前記第1の基板に、前記インクノズルを形成するノズル形成工程と、
前記第1の基板の表面に、前記インク圧力室を形成するためのインク圧力室用の溝部を形成するインク圧力室形成工程と、
前記第2の基板の表面に、前記個別電極を形成する電極形成工程と、
前記個別電極の表面に、犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
前記犠牲層の表面に、前記振動板を形成する振動板形成工程と、
前記振動板にエッチホールを形成し、該エッチホールを利用して前記犠牲層をエッチングして空隙を形成する空隙形成工程と、
_前記振動板の表面に、絶縁層を形成して前記エッチホールを封鎖する封鎖工程と、
前記第1および第2の基板前記振動板を介して接合る基板接合工程とを有し、
前記第1の基板の表面に形成された前記インク圧力室用の溝部が前記第2の基板によって閉溝されて、前記インク圧力室が形成されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
An ink pressure chamber, an ink nozzle communicating with the ink pressure chamber, a diaphragm serving as a common electrode forming a part of the ink pressure chamber, and the diaphragm opposed to the diaphragm via a gap. In the manufacturing method of the electrostatic drive type ink-jet head having the individual electrodes,
Having first and second substrates;
The second substrate is glass,
A nozzle forming step of forming the ink nozzles on the first substrate;
The surface of said first substrate, and the ink pressure chamber forming step of forming a groove for the ink pressure chamber for forming the ink pressure chamber,
An electrode forming step of forming the individual electrodes on the surface of the second substrate;
A sacrificial layer forming step of forming a sacrificial layer on the surface of the individual electrode;
A diaphragm forming step of forming the diaphragm on the surface of the sacrificial layer;
Forming an etch hole in the diaphragm, and forming a void by etching the sacrificial layer using the etch hole ; and
A sealing step of forming an insulating layer on the surface of the diaphragm to seal the etch hole;
Said first and second substrate and a substrate bonding step you joined through the diaphragm,
An ink jet head manufacturing method, wherein the ink pressure chamber is formed by closing a groove for the ink pressure chamber formed on the surface of the first substrate by the second substrate.
JP19313699A 1999-07-07 1999-07-07 Inkjet head manufacturing method Expired - Fee Related JP4103256B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19313699A JP4103256B2 (en) 1999-07-07 1999-07-07 Inkjet head manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19313699A JP4103256B2 (en) 1999-07-07 1999-07-07 Inkjet head manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001018383A JP2001018383A (en) 2001-01-23
JP4103256B2 true JP4103256B2 (en) 2008-06-18

Family

ID=16302886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19313699A Expired - Fee Related JP4103256B2 (en) 1999-07-07 1999-07-07 Inkjet head manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4103256B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7416281B2 (en) 2002-08-06 2008-08-26 Ricoh Company, Ltd. Electrostatic actuator formed by a semiconductor manufacturing process
CN1286645C (en) * 2003-02-28 2006-11-29 精工爱普生株式会社 Liquid drop ejector and method for detecting abnormal ejection of liquid drop ejection head
JP2005262686A (en) * 2004-03-18 2005-09-29 Ricoh Co Ltd Actuator, liquid droplet jet head, ink cartridge, inkjet recorder, micro pump, optical modulation device, and substrate
JP4665455B2 (en) * 2004-08-09 2011-04-06 富士ゼロックス株式会社 Silicon structure manufacturing method, mold manufacturing method, molded member manufacturing method, silicon structure, ink jet recording head, and image forming apparatus
JP4557667B2 (en) * 2004-10-15 2010-10-06 株式会社リコー Electrostatic actuator, method for manufacturing electrostatic actuator, droplet discharge head, liquid cartridge, image forming apparatus, micropump, and optical device
JP4688186B2 (en) * 2005-01-14 2011-05-25 株式会社リコー Droplet discharge head, liquid cartridge, and image forming apparatus
JP2007077864A (en) 2005-09-14 2007-03-29 Ricoh Co Ltd Electrostatic actuator, droplet delivery head, liquid cartridge, image forming device, micro pump and optical device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001018383A (en) 2001-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20070078201A (en) Piezoelectric inkjet printhead and method of manufacturing the same
JP2010214633A (en) Piezoelectric actuator, liquid droplet delivering head, liquid droplet head cartridge, liquid droplet delivering apparatus, micro-pump, and method for manufacturing piezoelectric actuator
JP2013132810A (en) Liquid jet head, liquid jet apparatus, and method of manufacturing liquid jet head
JP2013129117A (en) Liquid jet head, liquid jet apparatus, and method of manufacturing liquid jet head
US6419344B2 (en) Ink-jet head and ink-jet printer
JP4103256B2 (en) Inkjet head manufacturing method
JP2004066652A (en) Liquid droplet jetting head, ink cartridge, and ink jet recorder
JPH11309877A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP2009051081A (en) Droplet discharge head, integrated droplet discharge head unit, and image forming apparatus
US20130070026A1 (en) Liquid ejection head and image forming apparatus including same
JP2000127382A (en) Ink jet recording head and ink jet recorder
JP2001253072A (en) Ink jet head
JPH11207954A (en) Ink-jet type recording head
JPH11157060A (en) Ink jet head
JP3690098B2 (en) Inkjet recording head
JP4560983B2 (en) Electrostatic inkjet head
JP3988284B2 (en) Ink jet head and recording apparatus
JP2008265013A (en) Liquid droplet ejection head, liquid droplet ejector, manufacturing method for liquid droplet ejection head, and manufacturing method for liquid droplet ejector
JP3758025B2 (en) Method for manufacturing ink jet recording head
JPH11320871A (en) Head and apparatus for ink-jet type recording
CN114801482A (en) Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP4151226B2 (en) Inkjet head
US9242463B2 (en) Liquid-jet head and liquid-jet apparatus
JP2018103417A (en) Liquid injection head
JPH09131868A (en) Actuator unit for lamination type ink-jet recording head, lamination type ink-jet recording head using the same, and manufacture thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041005

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20061121

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061128

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070626

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070821

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080304

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080317

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110404

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110404

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120404

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130404

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130404

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140404

Year of fee payment: 6

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees