JP4326772B2 - Droplet discharge head, ink cartridge, and ink jet recording apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ並びにインクジェット記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平6−8429号公報
【特許文献2】
特開2001−287371号公報
【0003】
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の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドとして、インク流路内のインクを加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段として、圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるサーマル型のもの、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などが知られている。
【0004】
これらの各種ヘッドの内でも、ノズル開口が形成されたノズル形成部材(ノズル板)と振動板とをスぺーサ(流路形成部材、流路板)の両面に接着して圧力発生室(液室)を形成し、振動板を圧電素子により変形させる方式のインクジェットヘッドは、インク滴を飛翔させるための駆動源として熱エネルギーを使用しないため熱によるインクの変質がなく、特に熱により劣化しやすいカラーインクを吐出させる上で利点がある。しかも、圧電振動子の変位量を調整してインク滴のインク量を自在に調節することが可能であるため、高品質なカラー印刷のためのインクジェット記録装置を構成するのに最適なヘッドである。
【0005】
このようにノズル板、流路形成部材である流路板、振動板を積層接合したヘッドを製作するにあたっては、振動板と流路板との接合、あるいはそれらの接合ユニットとアクチュエータユニットとの接合、あるいは流路板とノズル板との接合に対して、高精度な位置合わせが必要となる。
【0006】
従来、このような積層構造のヘッドにおける各構成部材のの位置合わせを行うために、【特許文献1】に開示されているように位置合わせ治具による手法が広く用いられてきた。これは、インク流路及び加圧室を設けた流路形成部材と、ノズル孔を形成したノズル形成部材の各々に形成した基準穴により、位置合わせを行い接着した後に、振動子ユニットを固定する治具及び治具に設けられたピンによって基準穴との位置合わせを行って接合するものである。
【0007】
また、【特許文献2】に記載されているように、接合ユニットの接合面に凹凸の段差パターンを形成し、それらの凹凸を合わせることにより、位置合わせをして接合する方法も提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のピンと基準穴、あるいは凹凸を合わせて接合したヘッドにあっては、高密度化のために微細な構造が形成された基板をアライメントする場合、ピンや凸部の接触によって破壊したり傷をつけたりすることがあるという課題があった。
【0009】
しかも、インクジェット記録装置における高密度高画質化が要求されているため、上述したような積層構造のインクジェットヘッドにおいては各ヘッド構成部材の接合精度を更に高める必要がある。
【0010】
ところが、上述した従来の接合方法によると、位置精度は十数μmから数十μmが限界であり、例えばノズルピッチ150dpiのヘッドの場合、位置精度は10〜15μm程度許容されるために対応することができたが、ノズルピッチ200〜300dpiのヘッドを構成する場合には、数μm〜5μm程度の接合精度が必要とされるため対応することができないという課題がある。
【0011】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、高密度ヘッドにおける接合精度を向上することを目的とする。
【0014】
【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、
位置決めするための貫通穴からなるアライメント用窓が形成されたシリコンからなる流路形成部材を有し、前記流路形成部材とノズル板及び振動板の少なくともいずれかが接着剤で接合して形成される液滴吐出ヘッドにおいて、
前記アライメント用窓を形成する貫通穴は、平面形状で貫通部が平行四辺形であり、接合面側開口が鋭角な角を有しない六角形で、該六角形の相対向する1組の辺が、徐々に小さくなって、最終的になくなることにより前記平行四辺形になっている
構成とした。
【0015】
ここで、アライメント用窓を、流路形成部材の圧力室長手方向中心線に付近に少なくとも2個以上有する構成とできる。また、アライメント用窓を形成する貫通穴は、貫通部の壁部分が全て<111>面で形成されている構成とできる。
【0016】
また、流路形成部材は面方位(110)のシリコン基板から形成され、<112>方向あるいは<111>方向に長い平行四辺形又は六角形を含むパターンの組み合わせによってヘッドに関する情報が表されている構成とできる。
【0018】
本発明に係るインクカートリッジは、インク滴を吐出する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。
【0019】
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ているものである。
【0020】
【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実施形態に係るインクジェットヘッドについて図1ないし図3を参照して説明する。なお、図1は同ヘッドの分解斜視説明図、図2は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図3は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。
【0021】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路形成部材である流路板1と、この流路板1の下面に接合した振動板2と、流路板1の上面に接合したノズル板3とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル4がノズル連通路(連通管)5を介して連通するインク流路である圧力発生室(圧力発生室)6、圧力発生室6にインクを供給するための液供給室である共通液室8にインク供給口9を介して連通する圧力発生室6に比して小さな断面をもつ液体供給路であるインク供給路7を形成している。
【0022】
そして、振動板2の外面側(液室と反対面側)に各圧力発生室6に対応して圧力発生室6内のインクを加圧するための駆動手段(アクチュエータ手段)である電気機械変換素子としての積層型圧電素子12を接合し、この圧電素子12をベース基板13に接合している。ベース基板13はチタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性基板を用いている。
【0023】
また、圧電素子12の間には圧力発生室6、6間の隔壁部6aに対応して支柱部14を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、1つ毎に圧電素子12と支柱部14して形成している。支柱部14も構成は圧電素子12と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
【0024】
さらに、振動板12の外周部はフレーム部材16にギャップ材を含む接着剤17にて接合している。このフレーム部材16には、共通液室8となる凹部、この共通液室8に外部からインクを供給するためのインク供給穴18(図5参照)を形成している。このフレーム部材16は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【0025】
ここで、流路板1は、、例えば結晶面方位(110)の単結晶シリコン基板を後述するようにドライエッチングによる深堀と水酸化カリウム水溶液(KOH)、TMAH液などのエッチング液を用いた異方性エッチングとを併用することで、ノズル連通路5、圧力発生室6、インク供給路7となる凹部や穴部を形成したものである。
【0026】
そして、流路板1のインクに接する面(液流路の壁面)となる圧力発生室6、インク供給路7の各壁面には酸化膜、窒化チタン膜或いはポリイミドなどの有機樹脂膜からなる耐液性薄膜10を成膜している。このような耐液性薄膜10を形成することで、シリコン基板からなる流路板10がインクに対して溶出しにくく、また濡れ性も向上するため気泡の滞留が生じにくく、安定した滴吐出が可能になる。
【0027】
また、この流路板1には、ノズル板接合面に接着剤逃がし用のダミー液室11形成している。
【0028】
振動板2は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法(電鋳法)で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。
【0029】
この振動板2は圧力発生室6に対応する部分に変形を容易にするための厚みが2〜10μmの薄肉部(ダイアフラム部)21及び圧電素子12と接合するための厚肉部(島状凸部)22を形成するとともに、支柱部14に対応する部分及びフレーム部材16との接合部にも厚肉部23を形成し、平坦面側を流路板1に接着剤接合し、島状凸部22を圧電素子12に接着剤接合し、更に厚肉部23を支柱部14及びフレーム部材16に接着剤17で接合している。なお、ここでは、振動板2を2層構造のニッケル電鋳で形成している。この場合、ダイアフラム部21の厚みは3μm、幅は35μm(片側)としている。
【0030】
ノズル板3は各圧力発生室6に対応して直径10〜35μmのノズル4を形成し、流路板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。ここでは、電鋳工法によるNiメッキ膜等で形成している。また、ノズル4の内部形状(内側形状)は、ホーン形状(略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。)に形成し、このノズル4の穴径はインク滴出口側の直径で約20〜35μmとしている。さらに、各列のノズルピッチは300dpiとし、2列配置により600dpiとしている。
【0031】
また、ノズル板3のノズル面(吐出方向の表面:吐出面)には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、PTFE−Ni共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂(例えばフッ化ピッチなど)を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【0032】
圧電素子12は、厚さ10〜50μm/1層のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の圧電層31と、厚さ数μm/1層の銀・パラジューム(AgPd)からなる内部電極層32とを交互に積層したものであり、内部電極32を交互に端面の端面電極(外部電極)である個別電極33、共通電極34に電気的に接続したものである。この圧電常数がd33である圧電素子12の伸縮により圧力発生室6を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子12に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子12に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。
【0033】
なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極33となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子12で導通した共通電極34となる。
【0034】
そして、圧電素子12の個別電極33には駆動信号を与えるために半田接合又はACF(異方導電性膜)接合若しくはワイヤボンディングでFPCケーブル35を接続し、このFPCケーブル35には各圧電素子12に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路(ドライバIC)を接続している。また、共通電極34は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでFPCケーブル35のグラウンド(GND)電極に接続している。
【0035】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子12に駆動波形(10〜50Vのパルス電圧)を印加することによって、圧電素子12に積層方向の変位が生起し、振動板2を介して圧力発生室6内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル4からインク滴が吐出される。
【0036】
その後、インク滴吐出の終了に伴い、圧力発生室6内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって圧力発生室6内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室8に流入し、共通液室8からインク供給口9を経てインク供給路7を通り、圧力発生室6内に充填される。
【0037】
なお、インク供給路(流体抵抗部)7は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果がある反面、表面張力による最充填(リフィル)に対して抵抗になる。このインク供給路7の流体抵抗値を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間(駆動周期)を短くできる。
【0038】
そこで、このインクジェットヘッドにおける流路板1、振動板2、ノズル板3の接合位置合わせのための構造について図4ないし図6をも参照して説明する。なお、図4は流路板のアライメントマークの振動板接合面側から見た拡大斜視説明図、図5は流路板のアライメントマークのノズル板接合面側から見た拡大斜視説明図、図6は流路板のアライメント用窓の拡大斜視説明図である。
【0039】
まず、面方位(110)のシリコン基板からなる流路板1には、振動板接合面側に振動板2との接合時の位置決めを行うためのアライメントマーク32、32を対角線上の角部にそれぞれ形成し(図4参照)、ノズル板3との接合面にノズル板3との接合時の位置決めを行うためのアライメントマーク33、33を対角線上の角部にそれぞれ形成している(図1、図5参照)。これらのアライメントマーク32、33は、ウェットによる異方性エッチングより形成した凹状あるいはV字溝状のパターンである。
【0040】
また、流路板1には、振動板2に圧電素子12とベース基板13とを予め接合したアクチュエータユニットとの接合時の位置決め用の貫通穴からなるアライメント用窓34、34を長手方向中心線上にそれぞれ形成している。このアライメント用窓34は、ドライエッチングとウェットによる異方性エッチングにより形成した貫通穴のパターンである。
【0041】
振動板2には流路板接合面でチップ周囲に流路板1との位置決めのためのアライメント用開口穴37を流路板1のアライメントマーク32に対向して形成している。また、ノズル板3には流路板接合面でチップ周囲に流路板1との位置決めのためのアライメント用開口穴38を流路板1のアライメントマーク33に対向して形成している。さらに、振動板2にはアクチュエータユニットとの接合時に位置決めに用いる貫通穴39を流路板1のアライメント用窓34に対応して形成している。
【0042】
そこで、アライメントマーク32、33に関して説明する。
流路板1とノズル板3あるいは振動板2とを接合する際の位置決め用アライメントマーク33、32はチップの周囲に配置しており、X、Y方向のアライメント精度を高めるため、チップの対角方向位置に少なくとも2個以上配置している。このように、ひとつの流路板内に複数個以上、好ましくは2個のアライメントマークを設けることによって、XY方向の接合精度が高められ、流路板1と振動板2、あるいは流路板1とノズル板3の高精度な接合が可能となり、吐出特性に優れ、また品質のばらつきが低減する。
【0043】
これらのアライメントマーク33、32のサイズは100μm×160μmの大きさとし、シリコン表面の形状は<111>方向及び<112>方向からなる平行四辺形あるいは六角形で形成している。
【0044】
結晶方位(110)のシリコンウェハを用いることによって、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜によるエッチングマスクのパターンを形成した後、ウェットによる異方性エッチングによりエッチングすると、エッチング面は全て結晶方位<111>の面で構成され、パターンの開口寸法を制御することで、V字溝の形状が得られる。
【0045】
これはエッチングマスクの寸法とエッチング深さに依存した形状であるが、上記の通りマスク寸法が100μ×160μmでは、エッチング深さが50μm程度で、結晶方位<111>で構成されたV字溝形状が得られる。他方面についても、振動板2とのアライメントマーク32あるいは、前記ダミー液室11に関しても、同様にV字溝形状が形成される。
【0046】
シリコンに異方性エッチングを行う場合、異方性エッチングで得られるパターンは結晶軸に沿った方向のものに限られ、結晶方位(110)のシリコンウェハでは<111>方向及び<112>方向の直線で形成される形状に限られる。したがって、<111>方向及び<112>方向からなる平行四辺形あるいは六角形を用いることにより、形状が崩れることなくパターンを形成することができ、アライメントを正確に行うことができる。また、V字溝によってエッチングが自発的に停止するので、深い掘り込みが形成されて、チップの強度を下げたりするような不具合も防ぐことができる。
【0047】
このように、アライメントマークの形状を六角形あるいは平行四辺形で形成し、このアライメントマークのパターン面がすべて結晶方位<111>面で形成されるようにすることによって、比較的容易に且つ寸法、形状が安定したアライメントマークが得られ、流路板1と振動板2、あるいは流路板1とノズル板3の高精度な接合が可能となり、吐出特性に優れ、また品質のばらつきが低減する。
【0048】
アライメントマークの長手寸法を50〜200μmの範囲内とすることで、圧力発生室6を形成するためのエッチングによって、確実にV字溝を形成することができる。そのため、アライメントマークには面荒れの大きな(110)面のエッチング面は存在しなく、(111)面で構成されるので、アライメントのための画像処理時に表面荒れの大きな部分での乱反射によるエラーなども発生せず、高精度の位置合わせを行うことができる。
【0049】
これらによって形成されたアライメントマーク33、32及びアライメント用開口部38、37によって、ノズル板3と流路板1、あるいは流路板1と振動板2の位置合わせを光学顕微鏡を介した画像認識によって行って接合する。その際、画像の誤認識等の不具合を排除するため、アライメントマーク33、32の周囲100μ〜500μmの範囲内には、他のシリコンのエッチングパターンあるいはシリコン段差を配置しないようにしている。これにより、画像認識の精度が高められ、誤認識がなく、安定した接合が実現できる。
【0050】
次に、アライメント用窓34の形成に関して説明する。
アライメント用窓34は振動板2と流路板1を接合したユニットとアクチュエタユニットとを接合する際に、アクチュエータユニットに設けられたアライメントマークに対して、振動板2と流路板1を接合したユニットを位置決めするための貫通穴である。
【0051】
このアライメント用窓34は、圧力発生室6、ノズル連通路5及びダミー液室11が配列する方向に対して複数個配置する。チップの機械的強度の低下を招かないよう、液室パターンの左右に各1個を、出来る限りチップの中心寄りに配置することが好ましい。このように、ひとつの流路板内に複数個以上、好ましくは2個のアライメント用窓34を設けることによって、XY方向の接合精度が高められ、流路板1と振動板2を接合したユニットとアクチュエータユニットとの高精度な接合が可能となる。また、流路板の長手方向中心線付近にアライメント用窓34を配置することによって、流路板の機械強度を損なわず、吐出特性に優れ、また品質のばらつきを低減できる。
【0052】
このアライメント用窓34の寸法は400μm×900μm程度とし、六角形のエッチングマスクパターンを用い、ドライエッチング及びウェットによる異方性エッチングによって貫通穴を形成する。ここで、図6に示すように、形成される貫通穴のうちの貫通部34aの内部断面形状は平行四辺形である。また、シリコン最表面、すなわちアライメント用窓34の開口面34bについては六角形のパターンで形成される。さらに、アライメント用窓34はすべて<111>面によって形成される。
【0053】
このように、アライメン用窓34の表面形状を六角形で形成することによって、流路板1と振動板2あるいはノズル板3との接合時に毛細管現象によって接着剤がアライメン用窓34を介して接着面(例えば振動板接合面)とは逆側の面(例えばノズル板接合面)に接着剤が流れ込むことを防ぐことができる。接着剤が接着面とは逆側の面に流れ込むと逆側の面へ接着剤を塗布する場合に塗布不良を起こしてしまい、接合不良を生じる原因となるが、上記のような形状にすることでこのような不具合を生じさせることなく接着剤塗布および接合を行うことが可能となり、接合信頼性が向上する。
【0054】
また、アライメント用窓を構成する貫通穴は、すべて結晶方位<111>面によって形成されることで、比較的容易に且つ寸法、形状が安定した貫通穴が形成でき、アクチュエータユニットとの高精度な接合が可能となり、吐出特性に優れ、また品質にばらつきが低減する。
【0055】
さらに、アライメント用窓34は300μm以上1200μm以下の大きさとすることで、高精度で安定した接合が可能になり、吐出特性に優れ、また品質にばらつきが低減する。
【0056】
インクジェットヘッドを構成するには、上述したように流路板1、振動板2、ノズル板3及びアクチュエータユニットを接合することによって形成される。一般によく知られるインクジェットヘッドのノズル配列として、ノズル4に連通した各液室(圧力発生室)は列方向(短辺方向)に20μm〜30μmの隔壁を介して配列される。隣接した圧力発生室間のクロストークの低減等の吐出特性を、改善あるいは安定させるために、高精度で各部材、ユニットを接合する必要がある。逆に、ビットの長辺方向に関しては、短辺方向のそれと比べると、位置精度に余裕がある。
【0057】
そこで、上記アライメントマークを形成した各部材、ユニットの接合の一例を説明する。
まず、流路板1と振動板2とを接着により接合する。この際、振動板チップに設けられたアライメント用開口穴37を介して、流路板1に形成されたアライメントマーク32により位置決めし接合する。その後、流路板1に形成したアライメント用窓34を介して、振動板2のアライメント開口穴39とアクチュエータユニットに形成したアライメントマーク40(図1参照)によって位置決めし、流路板1と振動板2の接合ユニットと、アクチュエータユニットを接合させる。この場合チップの長辺方向の精度は余裕があるので、付き合わせ治具等によって位置決めを行う。
【0058】
なお、アクチュエータユニットのアライメントマークは圧電素子12又は支柱部14に設ける、あるいは圧電素子12又は支柱部14自体にアライメントすることも可能である。圧電素子に設けたアライメントマークあるいは圧電素子自体にアライメントする場合、振動板2のアライメントマーク39との奥行き方向の距離が小さいので、アライメント用顕微鏡の焦点ずれが小さく、より精度良くアライメントが可能である。
【0059】
次に、アクチュエータユニットを接合した流路板1に対して、ノズル板3を接合する。ノズル板3の位置決めは、振動板2の接合時と同様に、ノズル板3に形成したアライメント用開口穴38を介して、流路板1に形成されたアライメントマーク33により位置決めし接合する。これにより本発明のインクジェットヘッドが構成される。
【0060】
このように、流路板に振動板接合面及び/またはノズル板接合面に位置合わせのためのアライメントマークを設けることによって、流路板と振動板の微細接合が可能となって接合位置精度が数μm〜5μm以内の高精度な接合を行うことができて、また、流路板とノズル板の微細接合が可能となって接合位置精度が数μm〜5μm以内の高精度な接合を行うことができて、吐出特性に優れた高密度ヘッドを実現することができる。
【0061】
また、アクチュエータユニットとの接合位置決め用のアライメント用窓を流路板に設けることによって、例えば流路板と振動板を接合したユニットをアクチュエータユニットと接合する際の接合精度が高められる。アクチュエータユニットと流路板と振動板の接合したユニットとの接合に際しては、ビットの長辺方向は比較的接合精度に余裕があるが、短辺方向は数μm〜5μm以内の接合精度が要求されるが、上記アライメント方法によれば、数μm〜5μm以内の接合精度が実現でき、吐出特性に優れ、また品質にばらつきがないヘッドが得られる。
【0062】
次に、流路板にヘッドに関する情報であるチップ識別のための符号を形成した実施形態について図7を参照して説明する。
流路板1はシリコンウェハを用いたウェハプロセスによって形成する。ウェハプロセスによって構造体が形成された後、ダイシング法によって個々の流路板チップに分離されるが、チップ分離後に個々の流路板チップを識別、管理するためにチップ領域に符号を設けるようにしている。
【0063】
すなわち、図7に示すように、チップ領域に符号を表すパターン41を形成している。このパターン42は、<112>方向或いは<111>方向に長いあるいは短い平行四辺形や六角形の組み合わせで構成している。
【0064】
この符号パターン41の形成方法は、前述のアライメントマーク32、33の形成方法と同様に、平行四辺形あるいは六角形のエッチングマスクパターンを形成した後、ウェットによる異方性エッチングにより形成する。
【0065】
この場合、<112>方向あるいは<111>方向に長い平行四辺形あるいは六角形で形成されるので、ウェットによる異方性エッチングによって、パターンはV字溝状にエッチングされる。しかも、構成される面が、全て結晶方位<111>面によって形成され、形状が崩れたりしない。また、符号パターン41は、長い平行四辺形や六角形を含むパターンで構成されるので、ドットで数字を表す場合よりの符号の領域を小さくすることができる。
【0066】
このように、流路板チップに符号(ヘッドに関する情報を表す)パターンを設けることによって、チップに分離した後の流路板チップの管理が可能となり、その後のヘッド組立て工程の中で、流路板の製造工程の履歴も照合できることから、品質の安定化を図れ、また、符号パターンを形成する面として、結晶方位<111>面を用いることによって、比較的容易に且つ寸法、形状が安定したパターンを形成できる。
【0067】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法に係る実施形態の製造工程について図8ないし図12を参照して説明する。
先ず、図8(a)、(b)に示すように、結晶方位(110)で400μm厚のシリコンウェハ61に、厚さ1.5μmのシリコン酸化膜62、厚さ0.1μmのシリコン窒化膜63及び厚さ0.35μmのポリシリコン膜64を順次形成する。ここで、シリコン酸化膜63は熱酸化法により、またシリコン窒化膜63及びポリシリコン膜64は減圧CVD法によって形成している。
【0068】
次に、同図(c)に示すように、写真製版によってシリコンウエハ61の片方のウエハ面に対してノズル連通路5及びダミー液室11、アライメントマーク33、アライメント用窓34等のウェット異方性エッチングによりパターン形成される部分にレジストパターン65を形成し、その後、シリコン窒化膜63及びポリシリコン膜64をドライエッチングによってエッチングする。そして、レジストパターン65を剥離し、同図(d)に示すように、シリコン窒化膜63とポリシリコン膜64に段差パターン(所要の開口66)を形成する。
【0069】
次いで、図9(a)に示すように、写真製版によってノズル連通路5、アライメント用窓34等の貫通穴を形成する部分のレジストパターン67を形成する。そして、同図(b)に示すように、露出しているシリコン酸化膜62をドライエッチングによりエッチングして、同図(c)に示すように、シリコン酸化膜62の段差パターン(所要の開口68)を形成する。
【0070】
次に、図10(a)〜(d)に示すように、シリコンウエハ61の他方のウェハ面に対して、前述と同様の工程にて、レジストパターン69を用いて、圧力発生室6あるいはインク流路、アライメントマーク32が形成される部分のシリコン窒化膜63とポリシリコン膜64に段差パターン(所要の開口70)を形成し、及びレジストパターン71を用いて、ノズル連通路5、アライメント用窓34らの貫通穴を形成する部分のシリコン酸化膜62の段差パターン(所要の開口72)を形成する。
【0071】
その後、図11(a)に示すように、ノズル連通路5及びアライメント用窓34が形成される部分が開口したレジストパターン73を形成して、ドライエッチングによりエッチングを行って掘り込み74を形成する。この場合エッチング深さは280μm〜320μm程度としている。その後、同図(b)に示すようにレジストパターン73を剥離する。
【0072】
次に、同図(c)に示すように、水酸化カリウム水溶液によるシリコンの異方性エッチングを行う。これにより、ノズル連通路5及びアライメント用窓34を形成する部分に貫通穴75が形成されるとともに、最表面のポリシリコン膜64は除去され、下層のシリコン窒化膜63でエッチストップされる。また、シリコン酸化膜62が露出している部分では、下層シリコン面にエッチングが到達しない程度にシリコン酸化膜62が膜べり部76が生じる。
【0073】
そこで、同図(d)に示すように、希フッ酸によって前述の膜ベリ部76のシリコン酸化膜を取除きいて開口77を形成し、シリコンウエハ61表面を露出させる。
【0074】
次に、図12(a)に示すように、再度、水酸化カリウム水溶液によるシリコンの異方性エッチングを行う。これにより、露出している部分のシリコンがエッチングされる。
【0075】
この場合に露出パターンの寸法とエッチング深さを制御することによって、結晶方位<110>面が全体に後退する領域と結晶方位<111>面で構成されるV字溝形状を形成することができる。前者によっては、圧力発生室6あるいはインク流路が形成され、後者によってはダミー液室11、アライメントマーク32、34(或いは符号パターン41)が形成される。なお、同図では圧力発生室6及びノズル連通路5、ダミー液室11で図示している。
【0076】
その後、同図(b)に示すように、エッチングマスク層となったシリコン窒化膜63及びシリコン酸化膜62をリン酸あるいは希フッ酸によって除去し、次に、同図(c)に示すように、それらを熱酸化することによって、最表面にシリコン酸化膜10を形成する。
【0077】
上記のような製造フローによって、流路板が形成される。その後、ダイシング工法によってシリコンウェハ状態からチップに分離し、個々の流路板1(流路板チップ)を取り出す。
【0078】
その後、前述したように流路板1に形成されたアライメントマーク32、33あるいはアライメント用窓34を利用して、振動板チップあるいはアクチュエータユニットとの接合、およびノズル板チップと接合し、インクジェットヘッドを完成する。
【0079】
このように、ドライエッチングと異方性ウェットエッチングを併用することでアライメントマーク、アライメント用窓、符号パターンを形成することで、寸法制御性、再現性に優れ、生産性に優れたヘッドを得ることができる。すなわち、ドライエッチングのみによって形成する場合には、エッチング形状のばらつき、再現性等のエッチング特性が貫通孔形状に顕著に影響するが、異方性ウェットエッチングを併用することによって、<111>面で貫通孔が形成されることになり、寸法制御、再現性にすぐれた貫通穴の形成が可能となる。また、ドライエッチングだけでは、長時間のエッチング時間を要するが、ウェットエッチングを併用することで、生産性を向上することができる。
【0080】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドとインクタンクとを一体化したインクカートリッジについて図13を参照して説明する。
このインクカートリッジ(インクタンク一体型ヘッド)200は、ノズル孔201等を有する本発明に係るインクジェットヘッド202と、このインクジェットヘッド202に対してインクを供給するインクタンク203とを一体化したものである。
【0081】
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの信頼性はただちに全体の信頼性につながるので、高精度で位置合わせをできるヘッドを一体化することで、低コストで吐出特性に優れた信頼性の高いインクカートリッジが得られる。
【0082】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドからなるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図14及び図15を参照して説明する。なお、図14は同記録装置の斜視説明図、図15は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【0083】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体211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インクジェット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212等を収納し、装置本体211の下方部には前方側から多数枚の用紙213を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)214を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙213を手差しで給紙するための手差しトレイ215を開倒することができ、給紙カセット214或いは手差しトレイ215から給送される用紙213を取り込み、印字機構部212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216に排紙する。
【0084】
印字機構部212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221と従ガイドロッド222とでキャリッジ223を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ223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224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している。またキャリッジ223にはヘッド224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225を交換可能に装着している。なお、上述したインクタンク一体型ヘッドである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。
【0085】
インクカートリッジ225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。
【0086】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド224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。
【0087】
ここで、キャリッジ223は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド221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222に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ223を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ227で回転駆動される駆動プーリ228と従動プーリ229との間にタイミングベルト230を張装し、このタイミングベルト230をキャリッジ223に固定しており、主走査モーター227の正逆回転によりキャリッジ223が往復駆動される。
【0088】
一方、給紙カセット214にセットした用紙213をヘッド224の下方側に搬送するために、給紙カセット214から用紙213を分離給装する給紙ローラ231及びフリクションパッド232と、用紙213を案内するガイド部材233と、給紙された用紙213を反転させて搬送する搬送ローラ234と、この搬送ローラ234の周面に押し付けられる搬送コロ235及び搬送ローラ234からの用紙213の送り出し角度を規定する先端コロ236とを設けている。搬送ローラ234は副走査モータ237によってギヤ列を介して回転駆動される。
【0089】
そして、キャリッジ223の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ234から送り出された用紙213を記録ヘッド224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239を設けている。この印写受け部材239の用紙搬送方向下流側には、用紙213を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ241、拍車242を設け、さらに用紙213を排紙トレイ216に送り出す排紙ローラ243及び拍車244と、排紙経路を形成するガイド部材245,246とを配設している。
【0090】
記録時には、キャリッジ223を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド224を駆動することにより、停止している用紙213にインクを吐出して1行分を記録し、用紙213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213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213を排紙する。
【0091】
また、キャリッジ223の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド224の吐出不良を回復するための回復装置247を配置している。回復装置247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223は印字待機中にはこの回復装置247側に移動されてキャッピング手段でヘッド224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。
【0092】
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224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。
【0093】
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を実施した吐出特性に優れた信頼性の高いインクジェットヘッド(又はインクカートリッジ)を搭載しているので、高画質記録を行うことができる。
【0094】
なお、上記実施形態においては、本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液体の滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド、遺伝子分析試料を吐出する液滴吐出ヘッドなどにも適用することできる。
【0096】
【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、アライメント用窓を形成する貫通穴は、平面形状で貫通部が平行四辺形であり、接合面側開口が鋭角な角を有しない六角形で、該六角形の相対向する1組の辺が、徐々に小さくなって、最終的になくなることにより平行四辺形になっている構成としたので、位置決め精度が向上して、吐出特性に優れた信頼性の高い高密度ヘッドを実現することができる。
【0098】
本発明に係るインクカートリッジによれば、インク滴を吐出する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、吐出特性に優れた信頼性の高い高密度ヘッドを有するインクカートリッジが得られる。
【0099】
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ているので、高画質記録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実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図2】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図3】同ヘッドの液室短手方向に沿う要部断面説明図
【図4】同ヘッドの流路板の振動板接合面側のアライメントマークを説明するための要部拡大斜視説明図
【図5】同ヘッドの流路板のノズル接合面側のアライメントマークを説明するための要部拡大斜視説明図
【図6】同ヘッドの流路板のアライメント用窓を説明するための要部拡大斜視説明図
【図7】同ヘッドの流路板の符号パターンを説明するための要部拡大斜視説明図
【図8】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の実施形態を説明する流路形成部材の作製工程の断面説明図
【図9】図8に続く工程を説明する断面説明図
【図10】図9に続く工程を説明する断面説明図
【図11】図10に続く工程を説明する断面説明図
【図12】図11に続く工程を説明する断面説明図
【図13】本発明に係るインクカートリッジの説明に供する斜視説明図
【図14】本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図
【図15】同記録装置の機構部の側面説明図
【符号の説明】
1…流路板、2…振動板、3…ノズル板、4…ノズル、5…ノズル連通路、6…圧力発生室、7…インク供給路、8…共通液室、10…耐液性薄膜、12…圧電素子、13…ベース基板、32、33…アライメントマーク、34…アライメント用窓、41…符号パターン、200…インクカートリッジ、214…記録ヘッド。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention is a droplet discharge head,IThe present invention relates to an ink cartridge and an ink jet recording apparatus.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP-A-6-8429
[Patent Document 2]
JP 2001-287371 A
[0003]
As an ink jet head constituting a recording head of 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., as an actuator means for generating energy for pressurizing ink in an ink flow path, A piezoelectric element is used to deform the diaphragm that forms the wall surface of the ink flow path to change the volume of the ink flow path to discharge ink droplets, or a so-called piezo-type one that uses a heating resistor A so-called thermal type in which ink droplets are ejected by pressure generated by heating ink inside and generating bubbles, and a diaphragm and an electrode that form the wall surface of the ink flow path are arranged to face each other. The diaphragm is deformed by the electrostatic force generated between them, thereby changing the volume of the ink flow path and ejecting ink droplets. Such as an electrostatic type are known for.
[0004]
Among these various heads, a nozzle forming member (nozzle plate) having a nozzle opening and a vibration plate are bonded to both surfaces of a spacer (flow path forming member, flow path plate) to generate a pressure generating chamber (liquid Ink jet heads that form a chamber and deform the diaphragm with a piezoelectric element do not use thermal energy as a drive source for flying ink droplets, so there is no deterioration of the ink due to heat, and it is particularly susceptible to deterioration by heat. There is an advantage in discharging color ink. Moreover, since it is possible to freely adjust the ink amount of the ink droplet by adjusting the displacement amount of the piezoelectric vibrator, it is an optimum head for constituting an ink jet recording apparatus for high-quality color printing. .
[0005]
Thus, when manufacturing a head in which the nozzle plate, the flow path plate as the flow path forming member, and the vibration plate are laminated and bonded, the vibration plate and the flow path plate are bonded or the bonding unit and the actuator unit are bonded. Alternatively, highly accurate alignment is required for joining the flow path plate and the nozzle plate.
[0006]
Conventionally, a method using an alignment jig has been widely used, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-260, in order to align each component member in a head having such a laminated structure. This is achieved by aligning and bonding the vibrator unit with a flow path forming member provided with an ink flow path and a pressure chamber and a reference hole formed in each of the nozzle forming members formed with nozzle holes, and then fixing the vibrator unit. The jig and the pins provided on the jig are aligned and joined with the reference hole.
[0007]
In addition, as described in [Patent Document 2], a method is also proposed in which an uneven step pattern is formed on the bonding surface of the bonding unit and the unevenness is aligned to align and bond. .
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional pin and reference hole, or in a head joined with unevenness, when aligning a substrate on which a fine structure is formed in order to increase the density, it breaks due to the contact of the pin or the convex part. There was a problem that it may be damaged.
[0009]
In addition, since high density and high image quality is required in the ink jet recording apparatus, it is necessary to further improve the bonding accuracy of the head constituent members in the ink jet head having the laminated structure as described above.
[0010]
However, according to the conventional joining method described above, the positional accuracy is limited to a few tens of μm to several tens of μm. For example, in the case of a head with a nozzle pitch of 150 dpi, the positional accuracy is allowed to be about 10 to 15 μm. However, when a head with a nozzle pitch of 200 to 300 dpi is configured, there is a problem that it cannot be handled because a joining accuracy of about several μm to 5 μm is required.
[0011]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve the bonding accuracy in a high-density head.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a liquid droplet ejection head according to the present invention includes:
A flow path forming member made of silicon in which an alignment window including a through hole for positioning is formed;And at least one of the nozzle plate and diaphragmIn a droplet discharge head formed by bonding with an adhesive,
The through hole that forms the alignment window is a hexagon that has a planar shape and a penetrating portion that is a parallelogram, and the joint surface side opening does not have an acute angle.The pair of opposite sides of the hexagon gradually become smaller and eventually disappear to form the parallelogram.
The configuration.
[0015]
hereAIt can be set as the structure which has at least 2 or more windows for lements near the pressure chamber longitudinal direction centerline of a flow-path formation member. Further, the through hole forming the alignment window can be configured such that the wall portion of the through portion is entirely formed with the <111> plane.
[0016]
Also,The flow path forming member is formed of a silicon substrate having a surface orientation (110), and information on the head is represented by a combination of patterns including a parallelogram or a hexagon that is long in the <112> direction or the <111> direction.Can be configured.
[0018]
The ink cartridge according to the present invention is obtained by integrating a droplet discharge head according to the present invention that discharges ink droplets and an ink tank that supplies ink to the head.
[0019]
The ink jet recording apparatus according to the present invention is equipped with the liquid droplet ejection head according to the present invention for ejecting ink droplets or the ink cartridge according to the present invention.
[0020]
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 an embodiment of a droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is an exploded 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 a cross-sectional view of the head along the lateral direction of the liquid chamber.
[0021]
The inkjet head includes a
[0022]
An electromechanical conversion element which is a driving means (actuator means) for pressurizing the ink in the
[0023]
Also, between the
[0024]
Further, the outer peripheral portion of the
[0025]
Here, the
[0026]
Then, the
[0027]
In addition, a
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
Further, a water repellent treatment layer having a water repellent surface treatment (not shown) is provided on the nozzle surface (surface in the ejection direction: ejection surface) of the
[0032]
The
[0033]
Note that the end face electrode on one end face of the piezoelectric element member is divided by dicing by half-cut to form the
[0034]
An
[0035]
In the ink jet head configured as described above, for example, by applying a drive waveform (pulse voltage of 10 to 50 V) to the
[0036]
Thereafter, the ink pressure in the
[0037]
The ink supply path (fluid resistance portion) 7 has an effect on attenuation of residual pressure vibration after ejection, but is resistant to refilling due to surface tension. By appropriately selecting the fluid resistance value of the
[0038]
Accordingly, a structure for aligning the joining position of the
[0039]
First, in the
[0040]
In addition, the
[0041]
In the
[0042]
Therefore, the alignment marks 32 and 33 will be described.
The alignment marks 33 and 32 for positioning when the
[0043]
The size of the alignment marks 33 and 32 is 100 μm × 160 μm, and the shape of the silicon surface is a parallelogram or hexagon formed of <111> and <112> directions.
[0044]
When a silicon wafer having a crystal orientation (110) is used to form an etching mask pattern using a silicon oxide film or a silicon nitride film, and then etched by wet anisotropic etching, all the etched surfaces have a crystal orientation <111>. The shape of the V-shaped groove is obtained by controlling the opening size of the pattern.
[0045]
This shape depends on the size and depth of the etching mask, but as described above, when the mask size is 100 μ × 160 μm, the etching depth is about 50 μm and the V-shaped groove formed by the crystal orientation <111> Is obtained. A V-shaped groove shape is similarly formed on the other side of the
[0046]
When performing anisotropic etching on silicon, the pattern obtained by anisotropic etching is limited to those in the direction along the crystal axis, and in the silicon wafer having the crystal orientation (110), the <111> direction and <112> direction The shape is limited to a straight line. Therefore, by using a parallelogram or hexagon formed of the <111> direction and the <112> direction, a pattern can be formed without breaking the shape, and alignment can be performed accurately. Further, since the etching is spontaneously stopped by the V-shaped groove, it is possible to prevent a problem that a deep digging is formed and the strength of the chip is lowered.
[0047]
As described above, the alignment mark is formed in a hexagonal shape or a parallelogram, and all the pattern surfaces of the alignment mark are formed in the crystal orientation <111> plane, so that it is relatively easy and dimensional. An alignment mark having a stable shape can be obtained, and the
[0048]
By setting the longitudinal dimension of the alignment mark within the range of 50 to 200 μm, the V-shaped groove can be surely formed by etching for forming the
[0049]
With the alignment marks 33 and 32 and the
[0050]
Next, the formation of the
The
[0051]
A plurality of
[0052]
The dimension of this
[0053]
Thus, by forming the surface shape of the
[0054]
In addition, all the through-holes that make up the alignment window are formed by the crystal orientation <111> plane, so that through-holes with relatively stable dimensions and shapes can be formed with high accuracy with the actuator unit. Bonding becomes possible, excellent discharge characteristics, and variations in quality are reduced.
[0055]
Furthermore, by setting the
[0056]
The ink jet head is formed by joining the
[0057]
Therefore, an example of joining each member and unit on which the alignment mark is formed will be described.
First, the
[0058]
Note that the alignment mark of the actuator unit can be provided on the
[0059]
Next, the
[0060]
Thus, by providing alignment marks for alignment on the diaphragm joint surface and / or nozzle plate joint surface on the flow path plate, the flow path plate and the diaphragm can be finely joined, and the joining position accuracy is improved. High precision bonding within several μm to 5 μm can be performed, and the flow path plate and nozzle plate can be finely bonded, and the bonding position accuracy can be performed within several μm to 5 μm. And a high-density head with excellent discharge characteristics can be realized.
[0061]
Further, by providing the flow path plate with an alignment window for positioning the joint with the actuator unit, for example, the joining accuracy when joining the unit in which the flow path plate and the vibration plate are joined to the actuator unit can be improved. When joining the actuator unit, the flow path plate, and the unit in which the diaphragm is joined, there is a relatively large margin of joining accuracy in the long side direction of the bit, but joining accuracy within a few μm to 5 μm is required in the short side direction. However, according to the above alignment method, a bonding accuracy within several μm to 5 μm can be realized, a head having excellent ejection characteristics and no variation in quality can be obtained.
[0062]
Next, an embodiment in which a code for chip identification, which is information about the head, is formed on the flow path plate will be described with reference to FIG.
The
[0063]
That is, as shown in FIG. 7, a pattern 41 representing a code is formed in the chip area. The pattern 42 is configured by a combination of parallelograms and hexagons that are long or short in the <112> direction or the <111> direction.
[0064]
The formation method of the code pattern 41 is formed by anisotropic etching by wet after forming a parallelogram or hexagonal etching mask pattern in the same manner as the formation method of the alignment marks 32 and 33 described above.
[0065]
In this case, since it is formed in a parallelogram or hexagon that is long in the <112> direction or the <111> direction, the pattern is etched into a V-shaped groove shape by anisotropic etching by wet. In addition, the planes to be constructed are all formed by the crystal orientation <111> plane, and the shape does not collapse. In addition, since the code pattern 41 is configured by a pattern including a long parallelogram or hexagon, the code area can be made smaller than when a number is represented by dots.
[0066]
Thus, by providing a code (representing information about the head) pattern on the flow path plate chip, it becomes possible to manage the flow path plate chip after separation into chips, and in the subsequent head assembly process, Since the history of the manufacturing process of the plate can also be collated, quality can be stabilized, and the crystal orientation <111> plane is used as the plane on which the code pattern is formed, and the dimensions and shape are relatively stable. A pattern can be formed.
[0067]
Next, a manufacturing process according to an embodiment of the method for manufacturing a droplet discharge head of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIGS. 8A and 8B, a
[0068]
Next, as shown in FIG. 4C, wet anisotropic processes such as the
[0069]
Next, as shown in FIG. 9A, a resist
[0070]
Next, as shown in FIGS. 10A to 10D, the
[0071]
After that, as shown in FIG. 11A, a resist
[0072]
Next, as shown in FIG. 3C, anisotropic etching of silicon with a potassium hydroxide aqueous solution is performed. As a result, a through
[0073]
Therefore, as shown in FIG. 4D, the silicon oxide film of the above-mentioned film verify
[0074]
Next, as shown in FIG. 12A, anisotropic etching of silicon with a potassium hydroxide aqueous solution is performed again. As a result, the exposed silicon is etched.
[0075]
In this case, by controlling the dimension of the exposed pattern and the etching depth, it is possible to form a V-shaped groove shape constituted by a region where the crystal orientation <110> plane recedes entirely and the crystal orientation <111> plane. . Depending on the former, the
[0076]
Thereafter, as shown in FIG. 6B, the
[0077]
The flow path plate is formed by the manufacturing flow as described above. Thereafter, the silicon wafer state is separated into chips by a dicing method, and individual flow path plates 1 (flow path plate chips) are taken out.
[0078]
Thereafter, using the alignment marks 32 and 33 or the
[0079]
In this way, by using dry etching and anisotropic wet etching together to form an alignment mark, alignment window, and code pattern, a head with excellent dimensional control and reproducibility and excellent productivity can be obtained. Can do. That is, in the case of forming only by dry etching, etching characteristics such as variation in etching shape and reproducibility remarkably affect the shape of the through hole. However, by using anisotropic wet etching together, the <111> plane Through holes are formed, and it is possible to form through holes with excellent dimensional control and reproducibility. Further, only dry etching requires a long etching time, but productivity can be improved by using wet etching together.
[0080]
Next, an ink cartridge in which an ink jet head and an ink tank according to the present invention are integrated will be described with reference to FIG.
This ink cartridge (ink tank integrated head) 200 is obtained by integrating an
[0081]
In this way, in the case of an ink tank integrated head, the reliability of the head immediately leads to the overall reliability, so by integrating the head that can be aligned with high accuracy, the reliability that is excellent in ejection characteristics at low cost A highly efficient ink cartridge can be obtained.
[0082]
Next, an example of an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head composed of a droplet discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a perspective explanatory view of the recording apparatus, and FIG. 15 is a side explanatory view of a mechanism portion of the recording apparatus.
[0083]
This ink jet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus
[0084]
The
[0085]
The
[0086]
Further, although the
[0087]
Here, the
[0088]
On the other hand, in order to convey the
[0089]
A printing receiving member 239 is provided as a paper guide member for guiding the
[0090]
At the time of recording, the
[0091]
A
[0092]
When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the
[0093]
As described above, since this inkjet recording apparatus is equipped with a highly reliable inkjet head (or ink cartridge) having excellent ejection characteristics according to the present invention, high-quality recording can be performed.
[0094]
In the above embodiment, the liquid droplet ejection head according to the present invention is applied to an ink jet head. However, a liquid droplet other than ink, for example, a liquid droplet ejection head for ejecting a liquid resist for patterning, a gene analysis sample The present invention can also be applied to a droplet discharge head for discharging.
[0096]
【The invention's effect】
As described above, according to the droplet discharge head according to the present invention,AThe through-hole forming the window for the lining is a hexagon that has a planar shape and a penetrating portion that is a parallelogram, and the opening on the joint surface side does not have an acute angle.A pair of opposite sides of the hexagon gradually becomes smaller and eventually disappears to form a parallelogram.Since the configuration is adopted, the positioning accuracy is improved, and a highly reliable high-density head excellent in ejection characteristics can be realized.
[0098]
According to the ink cartridge of the present invention, since the liquid droplet ejection head according to the present invention for ejecting ink droplets and the ink tank for supplying ink to this head are integrated, a highly reliable and high density with excellent ejection characteristics An ink cartridge having a head is obtained.
[0099]
According to the ink jet recording apparatus of the present invention, since the liquid droplet ejection head for ejecting ink droplets or the ink cartridge of the present invention is mounted, high quality recording can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head according to an 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.
FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view of a main part along the liquid chamber short direction of the head
FIG. 4 is an enlarged perspective explanatory view of a main part for explaining an alignment mark on the diaphragm joint surface side of the flow path plate of the head.
FIG. 5 is an enlarged perspective explanatory view of a main part for explaining an alignment mark on the nozzle joint surface side of the flow path plate of the head.
FIG. 6 is an enlarged perspective explanatory view of a main part for explaining an alignment window of a flow path plate of the head.
FIG. 7 is an enlarged perspective explanatory view of a main part for explaining a code pattern of a flow path plate of the head.
FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view of a flow path forming member manufacturing process illustrating an embodiment of a method of manufacturing a droplet discharge head according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view illustrating a process following FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional explanatory diagram illustrating a process following FIG.
11 is an explanatory cross-sectional view illustrating a process following FIG.
12 is a cross-sectional explanatory diagram illustrating a process following FIG.
FIG. 13 is an explanatory perspective view for explaining the ink cartridge according to the present invention.
FIG. 14 is an explanatory perspective view showing an example of an ink jet recording apparatus equipped with a droplet discharge head according to the present invention.
FIG. 15 is an explanatory side view of a mechanism unit of the recording apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記アライメント用窓を形成する貫通穴は、平面形状で貫通部が平行四辺形であり、接合面側開口が鋭角な角を有しない六角形で、該六角形の相対向する1組の辺が、徐々に小さくなって、最終的になくなることにより前記平行四辺形になっていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。It has a flow path forming member made of silicon in which an alignment window consisting of a through hole for positioning is formed, and is formed by joining at least one of the flow path forming member , the nozzle plate and the vibration plate with an adhesive. In the droplet discharge head
Through holes forming the alignment window is a through portion is a parallelogram in plan shape, the bonding surface side opening hexagons having no sharp corners, a pair of sides facing each of said hexagon The droplet discharge head is characterized in that the parallelogram is formed by gradually becoming smaller and finally disappearing .
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