JP4508595B2 - 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 - Google Patents

液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4508595B2
JP4508595B2 JP2003345463A JP2003345463A JP4508595B2 JP 4508595 B2 JP4508595 B2 JP 4508595B2 JP 2003345463 A JP2003345463 A JP 2003345463A JP 2003345463 A JP2003345463 A JP 2003345463A JP 4508595 B2 JP4508595 B2 JP 4508595B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow path
path forming
forming substrate
piezoelectric element
nozzle
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
JP2003345463A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2005088560A (ja
Inventor
勝人 島田
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 JP2003345463A priority Critical patent/JP4508595B2/ja
Priority to US10/679,515 priority patent/US7018023B2/en
Publication of JP2005088560A publication Critical patent/JP2005088560A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4508595B2 publication Critical patent/JP4508595B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/1433—Structure of nozzle plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1607—Production of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/161—Production of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1623—Manufacturing processes bonding and adhesion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1626—Manufacturing processes etching
    • B41J2/1629—Manufacturing processes etching wet etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1632—Manufacturing processes machining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1621—Manufacturing processes
    • B41J2/1635—Manufacturing processes dividing the wafer into individual chips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B41J2002/14241—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm having a cover around the piezoelectric thin film element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14419—Manifold
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/11—Embodiments of or processes related to ink-jet heads characterised by specific geometrical characteristics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

本発明は、被噴射液を吐出する液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧電素子によって加圧することにより、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置に関する。
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。
そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。
また、このようなインクジェット式記録ヘッドは、一般的に、圧力発生室が形成された流路形成基板の圧電素子が形成された流路形成基板上に圧電素子保持部を有する基板を接合し、圧電素子とは反対側の面にノズル開口が穿設されたノズルプレートを接合した構造が採用されている。そして、圧電素子保持部内に圧電素子を封止することによって、例えば、大気中の水分等の外部環境に起因する圧電素子の破壊を防止している（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、このような構造のインクジェット式記録ヘッドは、圧電素子保持部を有する基板を流路形成基板に接合した状態で圧力発生室等を形成し、その後、流路形成基板にノズルプレートが接合されるため、ノズルプレートの接合不良が発生しやすいという問題がある。すなわち、ノズルプレートを流路形成基板上に加圧しながら接合すると、流路形成基板が圧電素子保持部側に変形してしまい、十分な接合強度が得られないという問題がある。なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
特開２０００−１２７３７９号公報（第７−８頁、第１−２図）
本発明は、このような事情に鑑み、流路形成基板とノズルプレートとを良好に接合することができる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子と、該圧電素子を保護する空間となる圧電素子保持部を有し前記流路形成基板の前記圧電素子側に接合される保護基板と、前記ノズル開口が穿設され前記流路形成基板の前記保護基板とは反対側の面に接合されるノズルプレートと、を具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、前記圧電素子が形成された前記流路形成基板上に前記保護基板を接合する工程と、前記流路形成基板の前記ノズルプレートとの接合面を所定荷重で研削又は研磨することにより当該流路形成基板を所定の厚さとすると共に前記流路形成基板の前記ノズルプレートとの接合面を曲面に形成して当該流路形成基板の少なくとも前記圧電素子保持部に対向する領域の厚さを前記流路形成基板の前記保護基板が接合される領域の厚さよりも相対的に厚くする工程と、前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する工程と、前記流路形成基板に前記ノズルプレートを接合する工程と、を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第１の態様では、流路形成基板の厚さを相対的に変化させることで、圧電素子保持部に対向する領域の流路形成基板の剛性を端部近傍の剛性よりも高くしているため、ノズルプレートを接合する際に流路形成基板が圧電素子保持部側に変形するのを防止でき、流路形成基板とノズルプレートとを良好に接合することができる。
本発明の第２の態様は、前記ノズルプレートを接合する工程では、前記流路形成基板の表面に前記圧力発生室と前記ノズル開口とを連通するノズル連通孔が形成されたノズル連通板を接合し、該ノズル連通板上に前記ノズルプレートを接合することを特徴とする第１の態様の液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第２の態様では、流路形成基板にノズル連通板を接合することで、ノズルプレートを接合する際の流路形成基板の変形をより確実に防止できる。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、図１の概略平面図及びそのＡ−Ａ’断面図であり、図３は、図２のＢ−Ｂ’断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その両面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が設けられている。
この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が幅方向に並設され、その長手方向外側には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成され、この連通部１３は各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。そして、流路形成基板１０の弾性膜５０とは反対側の面に後述するノズルプレート２０が接合されてノズル開口２１と各圧力発生室１２とが連通されると共に、このノズルプレート２０によって圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４が封止されている。
また、本実施形態では、流路形成基板１０は、後述する保護基板３０の圧電素子保持部３１に対向する領域の厚さが、圧電素子保持部３１の外側の領域の厚さよりも相対的に厚くなっている。このため、各圧力発生室１２の深さは、並設された圧力発生室１２の列の中央部のものが最も深く、列の端部に近いものほど浅くなっている。また、各圧力発生室１２の長手方向の深さは、圧力発生室１２の中央部の深さが最も深く、端部に近い部分ほど浅くなっている。
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４の断面積は、圧力発生室１２のそれより小さく形成されており、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
このような流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよく、圧力発生室１２の配列密度が、例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度であれば、流路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ程度であればよいが、例えば、２００ｄｐｉ以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板１０の厚さは１００μｍ以下と比較的薄くするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
そして、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。なお、上述した例では、弾性膜５０及び下電極膜６０が振動板として作用する。また、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなり一端がインク供給路１４に対向する領域まで延設されるリード電極９０が接続されている。
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、この圧電素子保持部３１は、並設された複数の圧電素子３００を覆う大きさで形成されている。また、この保護基板３０には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、弾性膜５０に設けられた連通孔を介して流路形成基板１０の連通部１３と連通され、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。また、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、その端部近傍が貫通孔３３内で露出されている。このような保護基板３０としては、例えば、ガラス、セラミック材料、金属、樹脂等を用いることができるが、本実施形態では、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料として、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
さらに、このような保護基板３０上のリザーバ部３２に対応する領域には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
一方、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。
ここで、上述したように流路形成基板１０は、圧電素子保持部３１に対向する領域の厚さが、圧電素子保持部３１の外側の領域の厚さよりも相対的に厚くなっている。より詳細には、流路形成基板１０は、圧電素子保持部３１に対向する領域内の中央部の厚さが最も厚く、圧電素子保持部３１の周縁部に向かって徐々に厚さが薄くなっている。そして、本実施形態では、少なくとも圧電素子保持部３１に対向する領域の流路形成基板１０の表面は、曲面（略球面状）となっており、流路形成基板１０の表面のほぼ全面が曲面となっている。また、ノズルプレート２０は、このように曲面に形成された流路形成基板１０の表面に加圧接着され、本実施形態では、その表面が曲面（略球面状）に湾曲した状態で固定されている。
なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０-6／℃］であるガラスセラミックス、又は不錆鋼などからなる。また、ノズルプレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板である流路形成基板１０を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、このようなノズルプレート２０は、流路形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料、例えば、シリコン単結晶基板で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。また、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
そして、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動ＩＣからの駆動信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に駆動電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０とにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
図４及び図５は圧力発生室１２の幅方向の断面図であり、以下、これら図４及び図５を参照して、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して弾性膜５０を形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、例えば、白金等からなる下電極膜６０を弾性膜５０上に形成後、所定形状にパターニングする。次いで、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属、あるいは導電性酸化物等からなる上電極膜８０とを順次積層し、これらを同時にパターニングして圧電素子３００を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニングする。以上が膜形成プロセスである。
このようにして膜形成を行った後、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板（流路形成基板１０）の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成する。具体的には、まず、図４（ｄ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側に、予め圧電素子保持部３１、リザーバ部３２等が形成された保護基板３０を接合する。
次いで、図５（ａ）に示すように、この流路形成基板１０の圧電素子３００とは反対側の表面、すなわち、ノズルプレート２０との接合面に所定荷重をかけながら研磨又は研削することにより流路形成基板１０を所定の厚さとする。このとき、流路形成基板１０に所定荷重をかけることにより、圧電素子保持部３１に対向する領域の流路形成基板１０の厚さは、圧電素子保持部３１の外側領域の厚さよりも相対的に厚くなる。すなわち、流路形成基板１０の表面を研磨又は研削する際に、流路形成基板１０に所定の荷重をかけると、圧電素子保持部３１に対向する領域の流路形成基板１０は、圧電素子保持部３１側に変形するため、研磨又は研削により除去される量が他の領域よりも少なくなる。よって、流路形成基板１０の端部近傍の厚さが所定の厚さとなるまで流路形成基板１０を研磨又は研削することで、圧電素子保持部３１に対向する領域の流路形成基板１０の表面は、略球面状に形成される。これにより、圧電素子保持部３１に対向する領域の流路形成基板１０の厚さが、圧電素子保持部３１の外側の領域の厚さよりも相対的に厚くなる。
この流路形成基板１０の圧電素子保持部３１に対向する領域の中央部の厚さと、流路形成基板１０の端部近傍の厚さとの差、すなわち、流路形成基板１０の最大厚さと流路形成基板１０の最小厚さとの差は、３０ｎｍ〜５μｍの範囲内であることが好ましい。流路形成基板１０の最大厚さと最小厚さとの差を３０ｎｍよりも小さくすると流路形成基板１０とノズルプレート２０とを良好に接合することができず、また５μｍよりも大きくするとインクの吐出特性にばらつきが生じてしまうからである。このため、本実施形態では、流路形成基板１０の圧電素子保持部３１に対向する領域の中央部の厚さを７０μｍ程度とし、流路形成基板１０の端部近傍の厚さを６７μｍ程度の厚さとした。なお、流路形成基板１０の厚さは、流路形成基板１０を研磨又は研削する際の荷重の大きさ等の条件を変更することで、比較的高精度に調整することができる。
その後、図５（ｂ）に示すように、前述したアルカリ溶液による異方性エッチングを行うことにより、流路形成基板１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。なお、このように異方性エッチングを行う際には、保護基板３０の表面を封止した状態で行う。次いで、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の保護基板３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合する。上述したように、本実施形態では、圧電素子保持部３１に対向する領域の流路形成基板１０の厚さが、圧電素子保持部３１の外側の領域の厚さよりも相対的に厚くなっており、圧電素子保持部３１に対向する領域の流路形成基板１０の剛性が比較的高くなっている。このため、ノズルプレート２０を流路形成基板１０に接合する際の荷重によって、流路形成基板１０が圧電素子保持部３１側に変形することがない。したがって、ノズルプレートの全面亘って略均一な荷重をかけることができ、ノズルプレート２０と流路形成基板１０とを良好に接合することができる。
そして、ノズルプレートを接合した後は、保護基板３０上にコンプライアンス基板４０を接合して、図１に示すような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。なお、実際には、上述した圧電素子３００、圧力発生室１２等は、一連の膜形成及び異方性エッチングによって一枚のウェハ上に形成し、多数のチップを同時に形成する。すなわち、圧電素子３００等の膜形成プロセス終了後、上述したように保護基板３０を接合して圧力発生室１２等を形成し、ノズルプレート２０及びコンプライアンス基板４０を接合後、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割する。
また、本実施形態では、流路形成基板１０にノズルプレート２０を直接接合するようにしたが、これに限定されず、例えば、図６に示すように、流路形成基板１０とノズルプレート２０との間に、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等からなり、圧力発生室１２とノズル開口２１とを連通するノズル連通孔２６を有するノズル連通板２５を設けるようにしてもよい。すなわち、流路形成基板１０にノズル連通板２５を接合し、このノズル連通板２５上にノズルプレート２０を接合するようにしてもよい。このノズル連通板２５は、一枚のウェハとして形成された複数の流路形成基板１０を分割する際に、流路形成基板１０を保護する役割を果たすものである。すなわち、流路形成基板１０にノズル連通板を介してノズルプレートを接合することにより、複数の流路形成基板であるウェハの剛性が実質的に増加するため、ウェハを各流路形成基板１０に分割する際に、流路形成基板１０に割れ等が発生するのを防止することができる。
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、実質的に圧電素子保持部３１に対向する領域の流路形成基板１０の表面のみが曲面（球面）となるように研磨した例を説明したが、流路形成基板１０の表面形状はこれに限定されず、例えば、図７に示すように、流路形成基板１０のノズルプレート２０との接合面全体が曲面となっていてもよい。
また、例えば、上述の実施形態では、流路形成基板１０のノズルプレート２０との接合面が、略球面となっている例を説明したが、これに限定されず、圧電素子保持部３１に対向する領域の流路形成基板１０の厚さが、圧力発生室１２の長手方向、又は圧力発生室１２の並設方向の少なくとも一方で相対的に厚さが異なるように形成されていればよい。
また、例えば、上述の実施形態では、最終的な形状としてノズルプレート２０の表面が球面状に湾曲している例を説明したが、勿論、ノズルプレート２０の表面形状は特に限定されるものではない。例えば、インクジェット式記録ヘッド全体に反りが生じること等により、ノズルプレート２０の表面が平坦となっていてもよい。
また、例えば、上述の実施形態では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
また、このようなインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図８は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図８に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上に搬送されるようになっている。
なお、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの変形例を示す断面図である。 他の実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。 一実施形態に係る記録装置の概略図である。
符号の説明
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、２５ ノズル連通板、 ３０ 保護基板、 ３１ 圧電素子保持部、 ３２ リザーバ部、 ３３ 貫通孔、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 １００ リザーバ、 ３００ 圧電素子

Claims (2)

  1. 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、
    該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて前記圧力発生室内に圧力変化を
    生じさせる圧電素子と、
    該圧電素子を保護する空間となる圧電素子保持部を有し前記流路形成基板の前記圧電素
    子側に接合される保護基板と、
    前記ノズル開口が穿設され前記流路形成基板の前記保護基板とは反対側の面に接合され
    るノズルプレートと、を具備する液体噴射ヘッドの製造方法において、
    前記圧電素子が形成された前記流路形成基板上に前記保護基板を接合する工程と、
    前記流路形成基板の前記ノズルプレートとの接合面を所定荷重で研削又は研磨することにより当該流路形成基板を所定の厚さとすると共に前記流路形成基板の前記ノズルプレートとの接合面を曲面に形成して当該流路形成基板の少なくとも前記圧電素子保持部に対向する領域の厚さを前記流路形成基板の前記保護基板が接合される領域の厚さよりも相対的に厚くする工程と、
    前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する工程と、
    前記流路形成基板に前記ノズルプレートを接合する工程と、
    を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
  2. 前記ノズルプレートを接合する工程では、前記流路形成基板の表面に前記圧力発生室と前記ノズル開口とを連通するノズル連通孔が形成されたノズル連通板を接合し、該ノズル連通板上に前記ノズルプレートを接合することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
JP2003345463A 2002-10-08 2003-10-03 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 Expired - Fee Related JP4508595B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003345463A JP4508595B2 (ja) 2002-10-08 2003-10-03 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置
US10/679,515 US7018023B2 (en) 2002-10-08 2003-10-07 Liquid-jet head, method of manufacturing the same, and liquid-jet apparatus

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002295340 2002-10-08
JP2003292369 2003-08-12
JP2003345463A JP4508595B2 (ja) 2002-10-08 2003-10-03 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005088560A JP2005088560A (ja) 2005-04-07
JP4508595B2 true JP4508595B2 (ja) 2010-07-21

Family

ID=32685816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003345463A Expired - Fee Related JP4508595B2 (ja) 2002-10-08 2003-10-03 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7018023B2 (ja)
JP (1) JP4508595B2 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7497962B2 (en) * 2004-08-06 2009-03-03 Canon Kabushiki Kaisha Method of manufacturing liquid discharge head and method of manufacturing substrate for liquid discharge head
JP4639718B2 (ja) * 2004-09-22 2011-02-23 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッドの圧力発生室形成板製造装置、液体噴射ヘッドの圧力発生室形成板製造方法及び液体噴射ヘッド
US7575304B2 (en) * 2005-05-17 2009-08-18 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Liquid-droplet jetting apparatus and method of producing liquid-droplet jetting apparatus
JP4258668B2 (ja) * 2006-05-08 2009-04-30 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2009255528A (ja) * 2008-03-28 2009-11-05 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド、圧電素子及び液体噴射装置
JP2014087949A (ja) * 2012-10-29 2014-05-15 Sii Printek Inc 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの製造方法
JP6631052B2 (ja) * 2015-07-02 2020-01-15 セイコーエプソン株式会社 圧電デバイスの製造方法
US9630407B1 (en) * 2016-03-01 2017-04-25 Xerox Corporation Print head with curved nozzle plate
US10286663B2 (en) 2016-11-29 2019-05-14 Océ Holding B.V. Ejection device with uniform ejection properties
JP7452223B2 (ja) 2020-04-22 2024-03-19 ブラザー工業株式会社 液体吐出ヘッド

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002036547A (ja) * 2000-07-28 2002-02-05 Seiko Epson Corp インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置
JP2002248775A (ja) * 2000-12-19 2002-09-03 Kyocera Corp インクジェットヘッド及びそれを用いたインクジェットプリンタ

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4605939A (en) * 1985-08-30 1986-08-12 Pitney Bowes Inc. Ink jet array
JP3422342B2 (ja) * 1994-03-28 2003-06-30 セイコーエプソン株式会社 インクジェツト式記録ヘツド
JP3452129B2 (ja) 1998-08-21 2003-09-29 セイコーエプソン株式会社 インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002036547A (ja) * 2000-07-28 2002-02-05 Seiko Epson Corp インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置
JP2002248775A (ja) * 2000-12-19 2002-09-03 Kyocera Corp インクジェットヘッド及びそれを用いたインクジェットプリンタ

Also Published As

Publication number Publication date
US7018023B2 (en) 2006-03-28
US20040130601A1 (en) 2004-07-08
JP2005088560A (ja) 2005-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6802597B2 (en) Liquid-jet head and liquid-jet apparatus
JP4081664B2 (ja) 液体噴射ヘッド及びその製造方法
JP4508595B2 (ja) 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置
JP4553129B2 (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2006218840A (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP4218309B2 (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP4506145B2 (ja) 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置
JP5218730B2 (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2007050551A (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP3988042B2 (ja) 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置
JP2006218776A (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP4623287B2 (ja) 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置
JP4338944B2 (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2005153369A (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法
JP2005153155A (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2004160947A (ja) 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置
JP3871047B2 (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2004284176A (ja) 液体噴射ヘッドの製造方法
JP3953703B2 (ja) インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置
JP4968474B2 (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP5007813B2 (ja) 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置
JP4420585B2 (ja) インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置
JP2007045017A (ja) 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2003341056A (ja) 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置
JP2005022192A (ja) 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060623

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090430

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090610

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090807

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091216

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100215

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20100324

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: 20100414

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130514

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4508595

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100427

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140514

Year of fee payment: 4

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