JP5900742B2 - Liquid ejecting apparatus, manufacturing method thereof, and manufacturing method of nozzle plate - Google Patents
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Description
この発明は、液体噴出装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a liquid ejection device and a method for manufacturing the same.
ミスト吐出技術は、圧電振動子等の振動子から発生する超音波を液体に導入し、超音波の音響エネルギを集束させることによって液体を霧(ミスト)状に吐出する技術である。このようなミスト吐出技術を利用したミストジェットヘッドが従来提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 The mist discharge technique is a technique for discharging a liquid in a mist form by introducing ultrasonic waves generated from a vibrator such as a piezoelectric vibrator into a liquid and focusing the acoustic energy of the ultrasonic waves. A mist jet head using such a mist discharge technique has been conventionally proposed (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献1に記載のミストジェットヘッドは、インクタンクと、インクタンクの底面に設けられた圧電トランスジューサと、を備えている。インクタンクは、インクをその内部に蓄えるための空洞を有しており、この空洞の内壁が反射壁となっている。また、空洞の内、上面側、すなわち圧電トランスジューサが設けられた底面とは離隔された側には、インクを吐出するための吐出口が設けられている。 The mist jet head described in Patent Document 1 includes an ink tank and a piezoelectric transducer provided on the bottom surface of the ink tank. The ink tank has a cavity for storing ink therein, and the inner wall of this cavity is a reflecting wall. Further, an ejection port for ejecting ink is provided on the upper surface side of the cavity, that is, the side separated from the bottom surface on which the piezoelectric transducer is provided.
このような構造のミストジェットヘッドでは、圧電トランスジューサからインクへは、ほぼ平面状に超音波が導入され、この超音波は反射壁において反射される。反射壁は断面において放物線形状を呈し、この放物線の焦点の近傍に吐出口が配置されるので、超音波は吐出口に集束し、この部分でのインク中の音響エネルギの密度が高められることによってインク滴が吐出口から吐出される。 In the mist jet head having such a structure, ultrasonic waves are introduced from the piezoelectric transducer to the ink in a substantially planar shape, and the ultrasonic waves are reflected by the reflection wall. The reflecting wall has a parabolic shape in the cross section, and the ejection port is disposed in the vicinity of the focal point of the parabola, so that the ultrasonic waves are focused on the ejection port, and the density of the acoustic energy in the ink at this portion is increased. Ink droplets are ejected from ejection ports.
また、インクタンクの上面の吐出口上にノズル孔を有するノズルプレートをさらに備えることができる。ノズルプレートを設ければこれらの寸法とは別にインク滴のサイズを制御することができ、霧状にインクを吐出することもできる。 Further, a nozzle plate having nozzle holes on the discharge ports on the upper surface of the ink tank can be further provided. If a nozzle plate is provided, the ink droplet size can be controlled separately from these dimensions, and ink can be ejected in the form of a mist.
従来の超音波ミストジェットヘッドにおいて、ミスト吐出量を増大させるために、インクタンクを複数並べる方法が考えられる。しかしながら、インクタンクを増加させることはすなわち構造が大きくなるとともに、インクタンク毎に出力が異なるために吐出量がばらつき、不安定になるという問題点があった。 In a conventional ultrasonic mist jet head, a method of arranging a plurality of ink tanks may be considered in order to increase the mist discharge amount. However, increasing the number of ink tanks has a problem that the structure becomes large, and the output varies depending on the ink tank, so that the discharge amount varies and becomes unstable.
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、構造を大きくすることなく安定してミスト吐出量を増大させることが可能な液体噴出装置およびその製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a liquid ejecting apparatus capable of stably increasing a mist discharge amount without increasing the structure and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するため、この発明にかかる液体噴出装置は、液体を格納し、前記液体を吐出する吐出口を有し、前記吐出口付近に焦点を有する放物面形状の側壁面を有するタンクと、前記吐出口と隔離して前記タンクに設けられ、前記液体に超音波を印加する超音波印加手段と、を備え、前記超音波は前記側壁面で反射されて前記吐出口に集束し、前記吐出口から前記液体を吐出する液体噴出装置において、前記超音波印加手段の共振波長サイズよりも小さい範囲に、前記吐出口よりも径が小さいノズル孔を複数有するノズルプレートを、前記ノズル孔の形成位置が前記吐出口と重なるように前記タンクの前記吐出口側に備え、前記ノズルプレートは、シリコン基板上に絶縁層と半導体層とが順に積層されたSOI基板で構成され、前記シリコン基板と前記絶縁層には、前記複数のノズル孔が設けられる領域に対応した領域にわたって開口部が設けられ、前記開口部の底面を構成する前記半導体層に、前記複数のノズル孔が設けられ、前記半導体層が前記タンクに接して配置されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a liquid ejecting apparatus according to the present invention includes a tank having a paraboloid-shaped side wall surface that stores liquid and has a discharge port for discharging the liquid, and has a focal point near the discharge port. And an ultrasonic wave application unit that is provided in the tank and is isolated from the discharge port and applies an ultrasonic wave to the liquid, and the ultrasonic wave is reflected by the side wall surface and focused on the discharge port, In the liquid ejection device that ejects the liquid from the ejection port, a nozzle plate having a plurality of nozzle holes having a diameter smaller than that of the ejection port in a range smaller than the resonance wavelength size of the ultrasonic wave application unit, forming position provided on the discharge port side of the tank so as to overlap with the discharge port, the nozzle plate comprises an insulating layer and the semiconductor layer is composed of an SOI substrate, which are sequentially stacked on a silicon substrate, said sheet The substrate and the insulating layer are provided with openings over a region corresponding to a region where the plurality of nozzle holes are provided, and the semiconductor layer constituting the bottom surface of the openings is provided with the plurality of nozzle holes. the semiconductor layer is characterized Rukoto disposed in contact with said tank.
この発明によれば、超音波印加手段の共振波長サイズよりも小さい範囲に、吐出口よりも径が小さいノズル孔を複数有するノズルプレートを前記タンクの吐出口側に備えるようにしたので、液体噴出装置の構造を大きくすることなく、吐出量のばらつきを無くし、安定してミスト吐出量を増大させることができるという効果を有する。 According to this invention, since the nozzle plate having a plurality of nozzle holes having a diameter smaller than the discharge port in the range smaller than the resonance wavelength size of the ultrasonic wave application means is provided on the discharge port side of the tank, There is an effect that it is possible to stably increase the mist discharge amount without increasing the structure of the apparatus, eliminating variations in the discharge amount.
以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる液体噴出装置およびその製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, a liquid ejecting apparatus and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1による液体噴出装置の構成の一例を模式的に示す側面断面図であり、図2は、実施の形態1による液体噴出装置の構成の一例を模式的に示す上面図である。液体噴出装置10は、液体(ここでは、インク)を溜めておくタンク11を有する。タンク11は、インクをその内部に蓄える(格納する)ための空洞である液体室111を有しており、この液体室111の側壁面112は放物面形状に形成されており、該側壁面112間に図1中上方向に向かって先絞り状の形状を有する。また、液体室111の内、先絞り状を有する上面側には、インクを吐出するための吐出口113が設けられている。吐出口113は、放物線形状を有する側壁面112の焦点の近傍に配置される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a side sectional view schematically showing an example of the configuration of the liquid ejection device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a top view schematically showing an example of the configuration of the liquid ejection device according to the first embodiment. It is. The liquid ejecting
また、液体噴出装置10は、タンク11の図1中下面に保持プレート14を有する。保持プレート14の液体室111と接する領域には、フィルム15が貼り付けられ、このフィルム15のタンク11とは反対側の面に圧電材料からなる圧電振動子16が貼り付けられている。圧電振動子16には、交流電源17が配線によって接続されている。この圧電振動子16と交流電源17とで、超音波印加手段が構成される。また、タンク11下面には、液体室111を構成する側壁面112の外周を囲むようにOリング13が設けられ、タンク11に保持プレート14を固定した際に液体室111内を気密に保持することが可能な構成となっている。
The
液体噴出装置10のタンク11の吐出口113側の上面にノズルプレート12が接合されている。ノズルプレート12は、タンク11に設けられる1つの吐出口113の形成位置に、複数のノズル孔121を有する。ノズル孔121は、図2に示されるように、四角形状である必要はなく、円形状、多角形状、スリット状でもよい。
The
このように、液体は、タンク11の側壁面112、ノズルプレート12、フィルム15、Oリング13および保持プレート14によって構成される空間である液体室111に充填される。
In this way, the liquid is filled in the
つぎに、このような構成の液体噴出装置10での動作について説明する。図3は、タンクとノズルプレートの境界付近の拡大断面図である。タンク11内に液体が注入された後、交流電源17によって、圧電振動子16の共振周波数に対応した高周波電圧が圧電振動子16に印加されると、超音波が圧電振動子16から図3中の矢印のように上方向(ノズルプレート12の配置方向)に向かって出射される。この超音波は、側壁面112によって反射されるが、側壁面112は放物面形状を有しているので、その焦点である点P1に集束される。その収束した圧力によって表面進行波を発生させ、ノズルプレート12のノズル孔121からミストを吐出する。
Next, the operation of the liquid ejecting
図4は、ノズルプレートでのミストの吐出の様子を模式的に示す図である。圧電振動子16によって発生した超音波は、上記したように側壁面112の放物面形状により焦点P1に集中するが、発生した超音波の波長をλとすると、焦点P1まわりの波長λの範囲では圧力はほぼ均一となる。したがって、この波長λの範囲で複数のノズル孔121を形成することで、その数の分だけミストの吐出量が増加することになる。ただし、ノズル孔121の数は無限に増やすことはできない。これは、ミストの発生が表面進行波を利用しているためである。表面進行波による波長をλcとすると、この波長λcは次式(1)で示される。
FIG. 4 is a diagram schematically showing how the mist is discharged from the nozzle plate. The ultrasonic wave generated by the
ここで、σは液体の表面張力を示し、ρは液体の密度を示し、fは超音波の周波数を示している。ノズル孔121の開口出口121aの直径をDoとすると、液体の表面張力σの値などにもよるが、表面進行波同士の干渉が生じないためには、開口出口121aの直径Doをある程度大きくする必要がある。表面進行波同士の干渉を考慮した場合、ノズル孔121両端からの波は、開口出口121aの直径Doが次式(2)の寸法を満たすときに、波の山と谷が重なりあうので波は小さくなる。なお、mは1以上の整数とする。
mλc=Do ・・・(2)
Here, σ indicates the surface tension of the liquid, ρ indicates the density of the liquid, and f indicates the frequency of the ultrasonic waves. When the diameter of the
mλc = Do (2)
逆に、開口出口121aの直径Doが次式(3)の寸法を満たす場合には、ノズル孔121両端からの波の山と山、波と波が重なり合い波は大きくなる。
(m+1/2)λc=Do ・・・(3)
On the contrary, when the diameter Do of the
(M + 1/2) λc = Do (3)
液体として通常の水などを考えた場合、表面進行波は速やかに減衰し、2波目の影響は小さくなると考えられる。そのため、式(3)でm=1の場合を開口出口121aの直径Doの最小値と考えると、開口出口121aの直径Doの最小値は次式(4)で定義される。
3λc/2<Do ・・・(4)
When normal water or the like is considered as the liquid, the surface traveling wave is rapidly attenuated and the influence of the second wave is considered to be small. Therefore, when the case of m = 1 in the expression (3) is considered as the minimum value of the diameter Do of the
3λc / 2 <Do (4)
一方、上記したように超音波の波長λの範囲に複数のノズル孔121を形成することができるので、ノズル孔121の開口入口121bの直径をDiとし、ノズル孔121のピッチをPcとし、波長λの範囲に並べるノズル孔121の個数をn(nは2以上の整数とする)とした場合には、次式(5)が成り立つ。
λ≧(n−1)Pc+Di ・・・(5)
On the other hand, since a plurality of nozzle holes 121 can be formed in the range of the wavelength λ of the ultrasonic wave as described above, the diameter of the
λ ≧ (n−1) Pc + Di (5)
式(4)、(5)が成り立つ範囲であれば、ノズル孔121はいくらでも並べることが可能である。 As long as the equations (4) and (5) are satisfied, any number of nozzle holes 121 can be arranged.
たとえば、常温の水で共振周波数が10MHzの場合、λc=1.66μm、λ=150μmとなり、Do=10μm、Di=30μm、Pc=60μm、n=3とすると、横に3個、平面的(2次元的)には3×3=9個のノズル孔121を並べることができる。また、ノズル孔121はハニカム形状に配置することで最も効率良く吐出量を増大させることができる。 For example, when the resonance frequency is 10 MHz with water at room temperature, λc = 1.66 μm and λ = 150 μm. If Do = 10 μm, Di = 30 μm, Pc = 60 μm, and n = 3, three laterally ( Two-dimensionally, 3 × 3 = 9 nozzle holes 121 can be arranged. Further, the nozzle holes 121 are arranged in a honeycomb shape, so that the discharge amount can be increased most efficiently.
つぎに、ノズルプレート12の製造方法を説明する。機械的にノズル孔121を形成するのであれば、ステンレス等の金属を用いることが可能である。しかし、薄いプレートに複数のノズル孔121を形成し、開口出口121aのエッジを鋭角にするためには、シリコン基板を用いてノズル孔121をエッチングによって形成するのが望ましい。
Next, a method for manufacturing the
図5は、実施の形態1によるノズルプレートの製造方法の一例を模式的に示す概略断面図である。まず、図5(a)に示されるように、シリコンからなる基板12aの両面(対向する一対の主面の両側)に保護膜21,22を形成する。保護膜21,22として、後のエッチング工程で耐性を有する膜が用いられ、たとえば熱酸化膜を用いることができる。また、保護膜21,22の厚さとしては、後述するように基板12aにノズル孔121を空けるためのエッチング処理の後にも、保護膜21,22が残る厚さとする。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of a nozzle plate manufacturing method according to the first embodiment. First, as shown in FIG. 5A,
ついで、図5(b)に示されるように、ノズル孔121が形成される部分に開口22aを有するように、リソグラフィ技術とエッチング技術によって下面側の保護膜22が選択的に除去され、パターニングされる。この時のパターンの寸法は、式(2)と式(3)を参照して決定される。
Next, as shown in FIG. 5B, the
その後、図5(c)に示されるように、開口22aが形成された保護膜22をマスクとして、基板12aをウエットエッチングによって保護膜21が露出するまでエッチングし、基板12aの厚さ方向に貫通するノズル孔121を形成する。たとえば、熱酸化膜を保護膜21,22として用いた場合には、エッチング液としてシリコン(基板12a)との選択比が大きいTMAH(Tetra-methyl-ammonium-hydroxide)が好適である。また、基板12aとして、面方位が(100)面の単結晶シリコン基板を用いる場合には、ウエットエッチングによって形成される斜面(110)面は54.7°の角度となる。
Thereafter, as shown in FIG. 5C, the
その後、図5(d)に示されるように、保護膜21,22を除去する。たとえば、保護膜21,22として熱酸化膜を用いる場合には、フッ化水素酸を除去液としたウエットエッチングによって保護膜21,22を除去することができる。これによって、複数のノズル孔121を有する基板12aはノズルプレート12となり、ノズルプレート12の製造方法が終了する。
Thereafter, as shown in FIG. 5D, the
なお、上述した説明では、基板12aにウエットエッチングによってノズル孔121を形成してノズルプレート12を製造する方法を示しているが、基板12aに異方性のドライエッチングによってノズル孔121を形成してもよい。この場合には、上述した(100)面の単結晶シリコン基板にウエットエッチングによってノズル孔121を形成する場合に比して、ノズル孔121のテーパによる広がりを防ぐことが可能である。その結果、密度を高めてノズル孔121を形成することができる。また、この場合には、基板12aとして、単結晶シリコン基板を用いる必要はなく、多結晶シリコン基板を用いることができる。
In the above description, the
この後、上記のようにして製造されたノズルプレート12を、公知の方法で製造されたタンク11と接合して液体噴出装置の製造が行われる。このとき、ノズルプレート12をシリコン基板で形成した場合には、タンク11の材質をガラスで形成すると陽極接合によってタンク11とノズルプレート12との間で精度の良い位置合わせを行うことが可能となる。また、タンク11の材質がシリコンの場合には、プラズマを利用した表面活性化接合によってタンク11とノズルプレート12との間で精度の良い位置合わせを行うことが可能となる。
Thereafter, the
実施の形態1によれば、1つのタンク11の液体室111の吐出口113の上部に、複数のノズル孔121を有するノズルプレート12を設けたので、タンク11を増加させることなく、ノズル孔121の数だけ霧状の液体の吐出量を増大させることができるという効果を有する。また、タンク11の液体室111に設けられる1つの超音波発生手段からの超音波によって、液体がミスト状に吐出されるため、複数のタンクの液体室にそれぞれ設けられる超音波発生手段からの超音波によって液体を吐出する場合に比較して、吐出量にばらつきが無く、吐出が安定するという効果も有する。
According to the first embodiment, since the
実施の形態2.
図6は、実施の形態2によるノズルプレートの構造の一例を模式的に示す概略断面図である。この図に示されるように、ノズルプレート12は、シリコン基板122上にSiO2層などの絶縁層123とシリコン層などの半導体層124とが順に積層されたSOI(Silicon on Insulator)基板12bを用いて形成され、ノズル孔121の形成領域のシリコン基板122と絶縁層123とが除去された開口部125を有し、この開口部125内の半導体層124に複数のノズル孔121が形成される構造を有する。シリコン基板122の厚さは実施の形態1のノズルプレート12と同程度の厚さで300〜600μm程度とすることができ、半導体層124の厚さは5〜50μm程度とすることができる。なお、実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the structure of the nozzle plate according to the second embodiment. As shown in this figure, the
図7は、実施の形態2によるノズルプレートの製造方法の一例を模式的に示す概略断面図である。まず、図7(a)に示されるように、シリコン基板122上に絶縁層123と半導体層124とが積層されたSOI基板12bの両面に保護膜21,22を形成する。保護膜21,22は、実施の形態1と同様に、後のエッチング処理の際に耐性を有し、エッチング処理の後にもSOI基板12bの両面に保護膜21,22が残る厚さで形成される。保護膜21,22として、たとえば、熱酸化膜を用いることができる。ついで、ノズル孔121の出口を解放するため、ノズル孔121が形成される領域全体に開口21aを形成するように、リソグラフィ技術とエッチング技術によってシリコン基板122側の保護膜21をパターニングする。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of a nozzle plate manufacturing method according to the second embodiment. First, as illustrated in FIG. 7A,
その後、図7(b)に示されるように、開口21aを設けた保護膜21をマスクとし、また絶縁層123をストッパとして、シリコン基板122をウエットエッチングによってエッチングし、開口部125を形成する。熱酸化膜を保護膜21,22とした場合には、エッチング液はシリコンとの選択比が大きいTMAHが好適である。
Thereafter, as shown in FIG. 7B, the
ついで、図7(c)に示されるように、ノズル孔121が形成される部分に開口22aを有するように、リソグラフィ技術とエッチング技術によって、半導体層124側の保護膜22をパターニングする。この時のパターンの寸法は、式(2)と式(3)を参照して決定される。
Next, as shown in FIG. 7C, the
その後、図7(d)に示されるように、保護膜22をマスクとして、半導体層124をウエットエッチングによって絶縁層123が露出するまでエッチングする。そして、SOI基板12b両面上に形成された保護膜21,22をウエットエッチングによって除去する。このとき、保護膜21,22とともにSOI基板12bの開口部125内で露出している絶縁層123も同時に除去される。保護膜21,22が熱酸化膜で構成され、絶縁層123がSiO2層で構成される場合には、薬液として、たとえばフッ化水素酸を用いることができる。これによって、図6に示されるように、複数のノズル孔121を有するSOI基板12bはノズルプレート12となり、ノズルプレート12の製造方法が終了する。
Thereafter, as shown in FIG. 7D, the
この実施の形態2によれば、ノズル孔121はSOI基板12bの半導体層124に形成されるので、半導体層124を薄くすることができ、ノズル孔121を実施の形態1と比較して多数形成することが可能になる。また、ノズル孔121を形成する際のエッチング量が、実施の形態1の場合のように数百μm以上の厚さを有する基板をエッチングする場合に比して容易になり、式(4)で定義される最小値に近い寸法の開口出口121aを有するノズル孔121を形成することができる。その結果、実施の形態1に比較して、ノズル孔121の数だけ吐出量を増大させることができるという効果を有する。
According to the second embodiment, since the nozzle holes 121 are formed in the
実施の形態3.
図8は、実施の形態3によるノズルプレートの構造の一例を模式的に示す概略断面図である。この図に示されるように、ノズルプレート12はシリコン基板を用いて、多段エッチングによって形成される。すなわち、ノズルプレート12のタンク11側の下面には、ノズル孔121の形成領域を含むように開口部126が、シリコン基板12cを貫通しない所定の深さで形成され、この開口部126の底部(上部)に複数のノズル孔121が形成される構造を有する。ノズル孔121の下部に設けられる開口部126の入口のサイズDi2は、超音波の波長λよりも小さいことが望ましい。これは、超音波による圧力分布が均一である波長サイズよりも小さくすることで、開口部126内部の液体は均一の圧力分布を持つことが可能となるからである。なお、実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a schematic sectional view schematically showing an example of the structure of the nozzle plate according to the third embodiment. As shown in this figure, the
図9は、実施の形態3によるノズルプレートの製造方法の一例を模式的に示す概略断面図である。まず、図9(a)に示されるように、シリコン基板12cの両面に保護膜21,22を形成する。ここで形成する保護膜21,22は、実施の形態1と同様である。また、シリコン基板12cとしては、単結晶基板を用いてもよいし、多結晶基板を用いてもよい。ついで、ノズル孔121が形成される領域全体を含む開口22bが形成されるように、リソグラフィ技術とエッチング技術によって保護膜22をパターニングする。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view schematically illustrating an example of a nozzle plate manufacturing method according to the third embodiment. First, as shown in FIG. 9A,
その後、図9(b)に示されるように、開口22bを設けた保護膜22をマスクとして、シリコン基板12cをウエットエッチングによってエッチングし、開口部126を形成する。このとき、ノズル孔121の形成領域でのシリコン基板12cが所定の厚さとなるようにエッチングを行う。また、熱酸化膜を保護膜21,22とした場合には、エッチング液はシリコンとの選択比が大きいTMAHが好適である。
Thereafter, as shown in FIG. 9B, the
ついで、図9(c)に示されるように、ノズル孔121が形成される部分に開口21aを有するように、リソグラフィ技術とエッチング技術によって、上面側の保護膜21をパターニングする。この時のパターンの寸法は、式(2)と式(3)を参照して決定される。
Next, as shown in FIG. 9C, the upper surface side
その後、図9(d)に示されるように、シリコン基板12cの両面からウエットエッチングによってシリコン基板12cをエッチングし、ノズル孔121を形成する。このとき、シリコン基板12cの上面側からのエッチング形状は最初、通常の異方性エッチングで見られる孔が細まる形状(順テーパ形状)にエッチングされるが、シリコン基板12cの下面側からのエッチングによってノズル孔121が開口部126とつながった後は開口部126のエッジ部分がエッチングされ、図9(d)に示されるような形状(逆テーパ形状)となる。
Thereafter, as shown in FIG. 9D, the
そして、最後に保護膜21,22を除去することで複数のノズル孔121を有するシリコン基板12cはノズルプレート12となり、ノズルプレート12の製造方法が終了する。
Finally, by removing the
実施の形態3によれば、シリコン基板12cの下面側に超音波の波長λに比して小さい開口径の開口部126を有し、この開口部126の底面(上面)に複数のノズル孔121を有するノズルプレート12を用いたので、最初のノズル孔121の開口部126の入口で均一な圧力分布を有する液体を絞り込み、さらに複数のノズル孔121で絞り込むことで、吐出量を増大させかつ各ノズル孔121でミストを均一に吐出することができるという効果を有する。
According to the third embodiment, the
10 液体噴出装置
11 タンク
12 ノズルプレート
12a 基板
12b SOI基板
12c,122 シリコン基板
13 Oリング
14 保持プレート
15 フィルム
16 圧電振動子
17 交流電源
21,22 保護膜
21a,22a,22b 開口
111 液体室
112 側壁面
113 吐出口
121 ノズル孔
121a 開口出口
121b 開口入口
123 絶縁層
124 半導体層
125,126 開口部
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記吐出口と隔離して前記タンクに設けられ、前記液体に超音波を印加する超音波印加手段と、
を備え、前記超音波は前記側壁面で反射されて前記吐出口に集束し、前記吐出口から前記液体を吐出する液体噴出装置において、
前記超音波印加手段の共振波長サイズよりも小さい範囲に、前記吐出口よりも径が小さいノズル孔を複数有するノズルプレートを、前記ノズル孔の形成位置が前記吐出口と重なるように前記タンクの前記吐出口側に備え、
前記ノズルプレートは、シリコン基板上に絶縁層と半導体層とが順に積層されたSOI基板で構成され、
前記シリコン基板と前記絶縁層には、前記複数のノズル孔が設けられる領域に対応した領域にわたって開口部が設けられ、
前記開口部の底面を構成する前記半導体層に、前記複数のノズル孔が設けられ、
前記半導体層が前記タンクに接して配置されることを特徴とする液体噴出装置。 A tank for storing liquid and having a discharge port for discharging the liquid, and having a parabolic side wall surface having a focal point near the discharge port;
An ultrasonic wave application means that is provided in the tank so as to be isolated from the discharge port and applies an ultrasonic wave to the liquid;
In the liquid ejecting apparatus, the ultrasonic wave is reflected by the side wall surface and focused on the ejection port, and the liquid is ejected from the ejection port.
A nozzle plate having a plurality of nozzle holes having a diameter smaller than that of the discharge port in a range smaller than the resonance wavelength size of the ultrasonic wave application means, and the formation position of the nozzle hole overlaps with the discharge port. In preparation for the discharge port side ,
The nozzle plate is composed of an SOI substrate in which an insulating layer and a semiconductor layer are sequentially stacked on a silicon substrate,
The silicon substrate and the insulating layer are provided with openings over a region corresponding to a region where the plurality of nozzle holes are provided,
The plurality of nozzle holes are provided in the semiconductor layer constituting the bottom surface of the opening,
Liquid ejecting apparatus wherein the semiconductor layer is characterized Rukoto disposed in contact with said tank.
前記吐出口と隔離して前記タンクに設けられ、前記液体に超音波を印加する超音波印加手段と、
を備え、前記超音波は前記側壁面で反射されて前記吐出口に集束し、前記吐出口から前記液体を吐出する液体噴出装置において、
前記超音波印加手段の共振波長サイズよりも小さい範囲に、前記吐出口よりも径が小さいノズル孔を複数有するノズルプレートを、前記ノズル孔の形成位置が前記吐出口と重なるように前記タンクの前記吐出口側に備え、
前記ノズルプレートは、シリコン基板で構成され、
前記シリコン基板の前記タンクに接して配置される側の面には、前記複数のノズル孔が設けられる領域に対応した領域にわたって開口部が設けられ、
前記開口部の底面に前記複数のノズル孔が設けられることを特徴とする液体噴出装置。 A tank for storing liquid and having a discharge port for discharging the liquid, and having a parabolic side wall surface having a focal point near the discharge port;
An ultrasonic wave application means that is provided in the tank so as to be isolated from the discharge port and applies an ultrasonic wave to the liquid;
In the liquid ejecting apparatus, the ultrasonic wave is reflected by the side wall surface and focused on the ejection port, and the liquid is ejected from the ejection port.
A nozzle plate having a plurality of nozzle holes having a diameter smaller than that of the discharge port in a range smaller than the resonance wavelength size of the ultrasonic wave application means, and the formation position of the nozzle hole overlaps with the discharge port. In preparation for the discharge port side,
The nozzle plate is composed of a silicon substrate,
On the surface of the silicon substrate that is disposed in contact with the tank, an opening is provided over a region corresponding to a region where the plurality of nozzle holes are provided,
Liquids ejection device you wherein the plurality of nozzle holes are provided on the bottom surface of the opening.
基板の対向する第1および第2の主面上にそれぞれ第1および第2の保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記超音波印加手段の共振波長サイズよりも小さい範囲に、前記吐出口よりも小さい径の複数の開口パターンを前記第1の保護膜に形成する保護膜パターニング工程と、
パターニングされた前記第1の保護膜をマスクとして、前記基板を前記第2の保護膜が露出するまでエッチングして複数のノズル孔を形成するノズル孔形成工程と、
前記第1および第2の保護膜を除去する保護膜除去工程と、
を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法。 A tank having a discharge port for storing liquid and discharging the liquid, and having a parabolic side wall surface having a focal point in the vicinity of the discharge port; and provided in the tank separately from the discharge port, Ultrasonic application means for applying an ultrasonic wave to the liquid, and the ultrasonic wave is reflected by the side wall surface and focused on the discharge port, and the liquid ejection device discharges the liquid from the discharge port. A method of manufacturing a nozzle plate provided on the discharge port side,
A protective film forming step of forming first and second protective films on the first and second main surfaces of the substrate facing each other;
A protective film patterning step of forming, in the first protective film, a plurality of opening patterns having a diameter smaller than that of the ejection port in a range smaller than a resonance wavelength size of the ultrasonic wave application unit;
A nozzle hole forming step of forming a plurality of nozzle holes by etching the substrate until the second protective film is exposed, using the patterned first protective film as a mask;
A protective film removing step of removing the first and second protective films;
The manufacturing method of the nozzle plate characterized by including.
前記ノズル孔形成工程では、ウエットエッチングによって、前記シリコン基板をエッチングすることを特徴とする請求項5に記載のノズルプレートの製造方法。 The substrate is a silicon substrate;
6. The method of manufacturing a nozzle plate according to claim 5 , wherein, in the nozzle hole forming step, the silicon substrate is etched by wet etching.
前記保護膜形成工程の後で前記保護膜パターニング工程の前に、前記第2の保護膜に、前記複数のノズル孔を形成する領域が開口したパターンを形成し、前記第2の保護膜をマスクとし、前記絶縁層をストッパとして前記シリコン基板をエッチングして開口部を形成する開口部形成工程をさらに含み、
前記ノズル孔形成工程では、前記第1の保護膜をマスクとして、前記半導体層を前記絶縁層が露出するまでエッチングして、前記複数のノズル孔を形成し、
前記保護膜除去工程では、前記第1および第2の保護膜に加えて、前記開口部の底部に露出した前記絶縁層も除去することを特徴とする請求項5に記載のノズルプレートの製造方法。 The substrate is an SOI substrate in which an insulating layer and a semiconductor layer are sequentially stacked on a silicon substrate,
After the protective film forming step and before the protective film patterning step, a pattern in which regions for forming the plurality of nozzle holes are opened is formed in the second protective film, and the second protective film is masked And an opening forming step of etching the silicon substrate using the insulating layer as a stopper to form an opening,
In the nozzle hole forming step, using the first protective film as a mask, the semiconductor layer is etched until the insulating layer is exposed to form the plurality of nozzle holes,
6. The method of manufacturing a nozzle plate according to claim 5 , wherein, in the protective film removing step, the insulating layer exposed at the bottom of the opening is also removed in addition to the first and second protective films. .
前記保護膜形成工程の後で前記保護膜パターニング工程の前に、前記第2の保護膜に、前記複数のノズル孔を形成する領域が開口したパターンを形成し、前記第2の保護膜をマスクとして前記シリコン基板を所定の深さまでエッチングして開口部を形成する開口部形成工程をさらに含み、
前記ノズル孔形成工程では、前記開口部の底部に残された前記シリコン基板が貫通するまで前記シリコン基板をエッチングして、前記複数のノズル孔を形成することを特徴とする請求項5に記載のノズルプレートの製造方法。 The substrate is a silicon substrate;
After the protective film forming step and before the protective film patterning step, a pattern in which regions for forming the plurality of nozzle holes are opened is formed in the second protective film, and the second protective film is masked And further including an opening forming step of etching the silicon substrate to a predetermined depth to form an opening.
Wherein in the nozzle hole forming step, by etching the silicon substrate to the silicon substrate remaining on the bottom of the opening extends, according to claim 5, characterized in that to form a plurality of nozzle holes Manufacturing method of nozzle plate.
前記ノズルプレートは、シリコンで構成され、
前記タンクは、ガラスで構成され、
前記ノズルプレートと前記タンクとを陽極接合で接合することを特徴とする液体噴出装置の製造方法。 A method for manufacturing a liquid jetting apparatus for manufacturing a liquid jetting apparatus by joining the nozzle plate manufactured by the method according to claim 5 and a tank,
The nozzle plate is made of silicon,
The tank is made of glass,
A method of manufacturing a liquid ejection device, wherein the nozzle plate and the tank are joined by anodic bonding.
前記ノズルプレートは、シリコンで構成され、
前記タンクは、シリコンで構成され、
前記ノズルプレートと前記タンクとをプラズマによる表面活性化接合で接合することを特徴とする液体噴出装置の製造方法。 A method for manufacturing a liquid jetting apparatus for manufacturing a liquid jetting apparatus by joining the nozzle plate manufactured by the method according to claim 5 and a tank,
The nozzle plate is made of silicon,
The tank is made of silicon,
A method of manufacturing a liquid ejection device, wherein the nozzle plate and the tank are joined by surface activated joining using plasma.
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