JPH07156399A - Ink jet recording head, and its production method - Google Patents

Ink jet recording head, and its production method

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JPH07156399A
JPH07156399A JP34131093A JP34131093A JPH07156399A JP H07156399 A JPH07156399 A JP H07156399A JP 34131093 A JP34131093 A JP 34131093A JP 34131093 A JP34131093 A JP 34131093A JP H07156399 A JPH07156399 A JP H07156399A
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pressure generating
recording head
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隆廣 中
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Abstract

PURPOSE:To contrive a simplification of an etching process and a junction process at a formation of a spacer through an anisotropic etching of a silicon monocrystal substrate. CONSTITUTION:An etching liquid used in an anisotropic etching of a silicon monocrystal has a durability, an etching-resistant layer forming a thin wall section 37 of an oscillation plate 8 has a crystal orientation (110) formed on a face of one side, and a pressure generating rooms 12, 13, an ink feeding opening and a communicating hole which becomes a reservoir are formed by executing an anisotropic etching of a silicon monocrystal substrate becoming a body of the spacer 6. A quantity of the anisotropic etching becomes stable as it is controlled by the etching-resistant layer. Besides, the oscillation plate 8 and the spacer 6 can compose a flow path composing member with an adhesion agent-less state, and further only by connecting a nozzle plate 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン単結晶基板を
使用したインクジェット式記録ヘッド、及びこれの製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet type recording head using a silicon single crystal substrate and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ノズル開口が形成されたノズルプレート
と振動板をスペーサを挟んで接着して圧力室を形成し、
振動板を圧電振動子により変形させる形式のインクジェ
ット式記録ヘッドは、インク滴を飛翔させるための駆動
源として熱エネルギを使用しないから、熱によるインク
の変質がなく、しかも高密度印字が可能なため、簡易的
なカラー印刷に最適な記録ヘッドである。一方、インク
ジェット式記録ヘッドを用いてより品質の高いカラー印
刷を行おうとすると、一層高い解像度が要求されるた
め、圧電振動子や、スペーサ部材の隔壁等のサイズが必
然的に小さくなって、部材の加工や、部材の組立に高い
精度が要求される。
2. Description of the Related Art A nozzle plate having a nozzle opening and a vibrating plate are bonded together with a spacer interposed therebetween to form a pressure chamber,
The ink jet type recording head in which the vibrating plate is deformed by the piezoelectric vibrator does not use heat energy as a drive source for ejecting ink droplets, so there is no deterioration of the ink due to heat and high density printing is possible. The recording head is ideal for simple color printing. On the other hand, when trying to perform higher quality color printing using an ink jet recording head, higher resolution is required, so the size of the piezoelectric vibrator, the partition wall of the spacer member, etc. is inevitably reduced, and High precision is required for processing and assembly of members.

【0003】このため、比較的簡単な手法で微細な形状
を高い精度で加工できる結晶軸(110)を結晶面とす
るシリコン単結晶基板の異方性エッチングを用いたパー
ツ製作技術、いわゆるマイクロマシニング技術を適用し
てインクジェット式記録ヘッドを構成する部材を加工す
ることが検討され、種々な技術や手法が提案されている
(例えば、特開平3-187755号公報、特開平3-187756号公
報、特開平3-187757号公報、特開平4-2790号公報、特開
平4-129745号公報、特開平5-62964号公報)。
For this reason, a part manufacturing technique using anisotropic etching of a silicon single crystal substrate having a crystal axis (110) as a crystal plane capable of processing a fine shape with high precision by a relatively simple method, so-called micromachining. It has been studied to process a member constituting an ink jet recording head by applying a technique, and various techniques and methods have been proposed (for example, JP-A-3-87755, JP-A-3-87756, JP-A-3-87757, JP-A-4-2790, JP-A-4-129745, JP-A-5-62964).

【0004】これらの技術は、圧電振動子が理想的な機
械的エネルギ、つまりインクを飛翔させるに足る程度に
圧力板を変形できることを前提としていたり、またシリ
コン単結晶基板のエッチングによる加工特性を積極的に
利用するに当たっての手法を開示しているだけで、高い
高解像度でドットを安定して印刷できる記録ヘッドを大
量生産するための製造プロセスの簡素化や、安定した品
質が実現できる製造技術を提案するには至ってない。
These techniques are based on the premise that the piezoelectric vibrator is capable of deforming the pressure plate to an extent sufficient to cause ideal mechanical energy, that is, ink to fly, and the processing characteristics of a silicon single crystal substrate by etching are positive. In order to simplify the manufacturing process for mass-producing recording heads that can print dots stably with high resolution and to manufacture technology that can achieve stable quality, just by disclosing the method for effective use. I have not come up with a proposal.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に鑑みてなされたものであって、その目的とするとこ
ろはシリコン単結晶基板のエッチングプロセスの簡素化
と、組み立ての容易さを実現することができる新規なイ
ンクジェット式記録ヘッドを提供することである。本発
明の他の目的は上記インクジェット式記録ヘッドの製造
方法を提案することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to realize a simplified etching process of a silicon single crystal substrate and easy assembly. It is to provide a novel ink jet recording head that can do this. Another object of the present invention is to propose a method for manufacturing the ink jet recording head.

【0006】[0006]

【課題を解消するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、シリコン単結晶の異方性エ
ッチングに使用するエッチング液に耐久性を有する耐エ
ッチング層が一方の面に形成された結晶方位(110)
を有するシリコン単結晶基板を、異方性エッチングによ
り圧力発生室、インク供給口、及びリザーバとなる通孔
を形成した流路形成部材と、前記圧力発生室に一致した
ピッチでノズル開口が穿設されたノズルプレートとを接
合するとともに、前記圧力発生室を膨張収縮させる圧電
振動子を備え、隣接する前記圧力発生室、インク供給口
を区画する領域の前記シリコン単結晶基板は、前記ノズ
ル開口側で連続し、また前記リザーバが自由端となるよ
うに切り離されており、前記耐エッチング層は、前記圧
力発生室に対向する領域に厚肉部からなるアイランド部
が形成されて振動板として機能させるようにした。
In order to solve such a problem, in the present invention, an etching resistant layer having durability to an etching solution used for anisotropic etching of a silicon single crystal is formed on one surface. Crystallographic orientation (110)
A silicon single crystal substrate having a pressure generating chamber, an ink supply port, and a through hole serving as a reservoir formed by anisotropic etching, and a nozzle opening at a pitch that matches the pressure generating chamber. A piezoelectric vibrator that expands and contracts the pressure generating chamber while bonding the nozzle plate to the nozzle plate, and the silicon single crystal substrate in a region that partitions the adjacent pressure generating chamber and ink supply port is the nozzle opening side. And the reservoir is separated so as to have a free end, and the etching resistant layer has an island portion made of a thick portion formed in a region facing the pressure generating chamber to function as a diaphragm. I did it.

【0007】[0007]

【作用】耐エッチング層までシリコン単結晶基板をエッ
チングするため、エッチングプロセスの管理が簡単とな
るとともに、流路の寸法精度が高く、また振動板とスペ
ーサが接着剤を使用することなく一体に製作されている
ため、ノズルプレートを接合するだけで流路構成部材を
構成でき、製造工程の簡素化と、接着剤の通孔への流れ
込みによる寸法精度の低下が防止される。
[Function] Since the silicon single crystal substrate is etched up to the etching resistant layer, the control of the etching process is simplified, the dimensional accuracy of the flow path is high, and the diaphragm and spacer are integrally manufactured without using an adhesive. Therefore, the flow path forming member can be formed only by joining the nozzle plates, the manufacturing process is simplified, and the dimensional accuracy is prevented from being lowered due to the adhesive flowing into the through hole.

【0008】[0008]

【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施例を示す
組み立て斜視図であり、また図2は構造を簡素化するた
めにノズル開口列を2列とした場合の断面図であって、
図中符号1はノズルプレートで、所定のピッチ、例えば
180DPIとなるようにノズル開口2、2、2‥‥、
3、3、3‥‥を穿設したノズル開口列4、5‥‥が対
向するように形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is an assembled perspective view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view in the case where two nozzle opening rows are provided to simplify the structure.
In the figure, reference numeral 1 is a nozzle plate, which has nozzle openings 2, 2, 2, ..., At a predetermined pitch, for example, 180 DPI.
The nozzle opening rows 4, 5, ... Having the holes 3, 3, 3 ,.

【0009】6は、後述する振動板8と一体に製造され
たスペーサで、構造を簡素化して示すためにノズル開口
列を2列の場合に例を採って説明すると、図3に示した
ようにノズル開口列2、3に対応するように圧力発生室
12、13、リザーバ14、15、及びこれらを接続す
るインク供給口17、18を形成する通孔22、22、
22‥‥、23、23、23‥‥、通孔24、25、及
び通孔27、27、27‥‥、28、28、28‥‥が
形成されている。
Reference numeral 6 is a spacer manufactured integrally with a diaphragm 8 which will be described later, and in order to simplify the structure, an example of a case where there are two rows of nozzle openings will be described. As shown in FIG. Through holes 22 and 22, which form pressure generating chambers 12 and 13, reservoirs 14 and 15 and ink supply ports 17 and 18 which connect these to the nozzle opening rows 2 and 3.
.., 23, 23, 23, .., through holes 24, 25 and through holes 27, 27, 27 .., 28, 28, 28.

【0010】8は前述の振動板で、スペーサ6と一体に
構成されており、ノズルプレート1と対向して圧力発生
室12、13、リザーバ14、15、インク供給口1
7、18を形成するもので、図4に示したように圧電振
動子ユニット31、31、31‥‥の圧電振動子33、
33、33の先端に当接してこれの変位を圧力発生室1
2、13の広い面積に伝達するように剛性を備えたアイ
ランド部35、35と、その周縁領域の薄肉部37、3
7とで構成されている。
Reference numeral 8 denotes the above-mentioned vibrating plate, which is formed integrally with the spacer 6 and faces the nozzle plate 1 so as to face the pressure generating chambers 12 and 13, the reservoirs 14 and 15, and the ink supply port 1.
7, 18 are formed, and as shown in FIG. 4, the piezoelectric vibrators 33 of the piezoelectric vibrator units 31, 31, 31 ,.
The pressure generating chamber 1
Island portions 35, 35 having rigidity so as to transmit to a large area of 2, 13 and thin portions 37, 3 in the peripheral region thereof.
7 and 7.

【0011】33、33、33‥‥は、圧電振動子で、
圧電振動材料40、セグメント電極42、42、及び共
通電極44、44とを交互にサンドイッチ状に積層して
構成され、ノズル開口2、3の配列ピッチに一致させて
固定板46に固定されてユニット31、31、31に纏
められている。これら振動子ユニット31は、ヘッドの
基台50の圧電振動子収容穴52、52に収容されて、
固定板46を介して基台50に固着されている。セグメ
ント電極42、42、42‥‥は、フレキシブルケーブ
ル54、54により回路基板56に接続され、外部装置
から印刷データに対応して信号を受けるようになってい
る。
.. are piezoelectric vibrators,
The piezoelectric vibrating material 40, the segment electrodes 42 and 42, and the common electrodes 44 and 44 are alternately laminated in a sandwich shape, and are fixed to the fixing plate 46 in conformity with the arrangement pitch of the nozzle openings 2 and 3 to form a unit. It is summarized in 31, 31, 31. These vibrator units 31 are housed in the piezoelectric vibrator housing holes 52, 52 of the base 50 of the head,
It is fixed to the base 50 via the fixing plate 46. The segment electrodes 42, 42, 42, ... Are connected to the circuit board 56 by flexible cables 54, 54, and receive signals corresponding to print data from an external device.

【0012】振動子ユニット31、31、31は、圧電
振動子33、33、33‥‥の自由端側が露出するよう
にユニット収容穴43、43、43‥‥に収容されて、
表面に振動板8とスペーサ6とが一体となった部材とノ
ズルプレート1を位置決めして静電シールドを兼ねる枠
体58により基台50に固定して記録ヘッド本体として
まとめ上げている。なお、図中符号60は、プリンタの
キャリッジに固定するための固定基板を、また61は、
図示しないインクタンクに連通してリザーバ14、15
にインクを供給するインク供給口を示す。
The vibrator units 31, 31, 31 are housed in the unit housing holes 43, 43, 43, ... so that the free ends of the piezoelectric vibrators 33, 33, 33.
The member in which the vibration plate 8 and the spacer 6 are integrated on the surface and the nozzle plate 1 are positioned and fixed to the base 50 by the frame 58 which also functions as an electrostatic shield, and are assembled as a recording head main body. In the figure, reference numeral 60 is a fixed substrate for fixing to a printer carriage, and 61 is a fixed substrate.
The reservoirs 14, 15 are connected to an ink tank (not shown).
An ink supply port for supplying ink is shown.

【0013】これによりスペーサ6の通孔22、22、
22‥‥、23、23、23‥‥は、その開口部がノズ
ルプレート1と振動板8により封鎖されて圧力発生室1
2、12、12‥‥、13、13、13‥‥を、通孔2
4、25はリザーバ14、15を、さらに通孔27、2
7、27‥‥、2828、28‥‥は、インク供給口1
7、17、17‥‥、18、18、18‥‥を構成する
ことになる。そして圧力発生室12、13は、圧電振動
子33、33の伸縮をアイランド部35、35、35で
受ける振動板10の変形により収縮され、ここに存在す
るインクを圧縮して、ノズル開口2、3からインク滴と
して吐出することになる。
As a result, the through holes 22, 22, of the spacer 6,
The openings 22 are closed by the nozzle plate 1 and the vibration plate 8 so that the pressure generating chamber 1
2, 12, 12, ..., 13, 13, 13, ..
4, 25 are reservoirs 14, 15 and further through holes 27, 2
7, 27 ..., 2828, 28 ... Ink supply port 1
7, 17, 17 ..., 18, 18, 18 ... Then, the pressure generating chambers 12 and 13 are contracted by the deformation of the vibration plate 10 in which the expansion and contraction of the piezoelectric vibrators 33 and 33 are received by the island portions 35, 35 and 35, the ink existing therein is compressed, and the nozzle openings 2 and It will be ejected from 3 as an ink droplet.

【0014】図5は、前述したスペーサ4の一実施例を
圧力発生室を構成する通孔12、13の近傍を拡大して
示すものであって、スペーサとして必要な厚み、例えば
220μmを備えた結晶方位(110)を表面に持つシ
リコン単結晶基板を一方の面から異方性エッチングを行
って製造されているため、ノズル開口に対向する面がシ
リコン単結晶基板の表面に対して開放側に拡開する結晶
方位(111)の斜面6b、6bとして形成され、また
他の面6dはシリコン単結晶基板の表面に垂直な結晶方
位(111)の面として形成されている。
FIG. 5 shows an enlarged view of the vicinity of the through holes 12 and 13 constituting the pressure generating chamber of one embodiment of the spacer 4 described above, and has a thickness necessary for the spacer, for example, 220 μm. Since a silicon single crystal substrate having a crystal orientation (110) on its surface is manufactured by performing anisotropic etching from one surface, the surface facing the nozzle opening is open to the surface of the silicon single crystal substrate. The sloping surfaces 6b and 6b having a crystal orientation (111) that expands are formed, and the other surface 6d is formed as a crystal orientation (111) surface perpendicular to the surface of the silicon single crystal substrate.

【0015】このように圧力発生室の断面形状が台形状
になることを積極的に利用すると、図7に示したように
ノズルプレート1の対向するノズル開口列4、5のノズ
ル開口2、3を斜面6b、6bに覆われる位置に配置す
ることにより、ノズル開口列間の距離ΔLを可及的に小
さく配置することが可能となる。このように対向するノ
ズル開口列4、5の間隔ΔLが小さくなるほど、記録ヘ
ッド全体の傾きによるドット形成位置の狂いが小さくな
るため、印字品質の向上を図ることができる。
When the trapezoidal cross section of the pressure generating chamber is positively utilized, the nozzle openings 2, 3 of the nozzle opening rows 4, 5 of the nozzle plate 1 facing each other are positively utilized as shown in FIG. Is arranged at a position covered by the slopes 6b and 6b, the distance ΔL between the nozzle opening rows can be arranged as small as possible. As the distance ΔL between the facing nozzle opening rows 4 and 5 becomes smaller, the deviation of the dot formation position due to the inclination of the entire recording head becomes smaller, so that the print quality can be improved.

【0016】そして、振動板8は、圧電振動子33に当
接する領域以外に、ノズル開口2、3の近傍で基台50
に支持される領域にも厚肉部35aを形成するととも
に、これの端部35b、35bが、ノズル開口列を区分
しているスペーサの開口側の端部6c、6cよりも圧力
発生室12、13に突出するように構成することによ
り、振動板8の薄肉部37、37が不用意にスペーサ6
aの端部6c、6cに接触して応力が集中するのを防止
することができる。
The vibrating plate 8 is provided in the vicinity of the nozzle openings 2 and 3 in the base 50 except in the area where it abuts on the piezoelectric vibrator 33.
The thick portion 35a is also formed in the region supported by the pressure generating chamber 12, and the end portions 35b, 35b of the thick portion 35a are formed more than the end portions 6c, 6c on the opening side of the spacer that divides the nozzle opening row. The thin wall portions 37, 37 of the vibrating plate 8 are inadvertently formed by the spacer 6 by being configured to project into the spacer 6.
It is possible to prevent stress from being concentrated by contacting the end portions 6c and 6c of a.

【0017】次に、上述した圧力発生室、インク供給
口、及びリザーバとなる通孔を備えたスペーサ6と、ア
イランド部及び薄肉部を備えた振動板8とを一体に構成
するための製造方法について説明する。図8において符
号100は、結晶方位(110)を表面に有し、圧力発
生室の厚みを確保するに必要な厚み、例えば220μm
のシリコン単結晶基板で、少なくとも異方性エッチング
を行う側の面全体には、水蒸気を含む酸素雰囲気下で、
1000℃で4時間程度加熱する、いわゆる熱酸化法などに
より二酸化珪素膜(SiO2)102が、後述するエッチ
ング工程における保護膜として機能する程度の厚み、例
えば1μmで形成されている(図8(a))。振動板が
形成される面とは反対の面にフォトレジスト膜を形成す
るとともに、これに圧力発生室等の流路に対応したパタ
ーンを露光、現像してレジスト層104を形成する(図
8(b))。
Next, a manufacturing method for integrally forming the spacer 6 having the pressure generating chamber, the ink supply port, and the through hole serving as the reservoir and the diaphragm 8 having the island portion and the thin portion as described above. Will be described. In FIG. 8, reference numeral 100 has a crystal orientation (110) on the surface and is a thickness necessary to secure the thickness of the pressure generating chamber, for example, 220 μm.
In the silicon single crystal substrate of, at least the entire surface on the side where anisotropic etching is performed, in an oxygen atmosphere containing water vapor,
A silicon dioxide film (SiO 2 ) 102 is formed by a so-called thermal oxidation method or the like, which is heated at 1000 ° C. for about 4 hours, to a thickness of, for example, 1 μm so as to function as a protective film in an etching step described later (see FIG. 8 ( a)). A photoresist film is formed on the surface opposite to the surface on which the vibration plate is formed, and a pattern corresponding to a flow path such as a pressure generating chamber is exposed and developed on the photoresist film to form a resist layer 104 (FIG. b)).

【0018】この基板を酸化シリコンエッチング液、例
えば緩衝フッ酸溶液によりエッチング処理してレジスト
層104以外の領域の二酸化珪素膜102を除去する。
これにより基板100の一方の面には流路を規定する領
域のパターンに一致した二酸化珪素膜106が残り、異
方性エッチング用、例えば幅100μmの窓108が形
成される(図8(c))。なお、二酸化珪素膜106の
形成後は、フォトレジスト層104が不要となるからこ
れを除去しておく。
This substrate is etched with a silicon oxide etching solution, such as a buffered hydrofluoric acid solution, to remove the silicon dioxide film 102 in regions other than the resist layer 104.
As a result, the silicon dioxide film 106 corresponding to the pattern of the region defining the flow path remains on one surface of the substrate 100, and a window 108 for anisotropic etching, for example, 100 μm wide is formed (FIG. 8C). ). After the silicon dioxide film 106 is formed, the photoresist layer 104 is no longer needed, so it is removed.

【0019】異方性エッチング用の窓108が形成され
ている面と反対の面には、ニッケル、クロム等の異方性
エッチング液に耐久性を持つ金属材料を蒸着や、スパッ
タリング、イオンプレーテンク等の膜形成手段によりイ
ンクジェット式記録ヘッドの振動板の薄肉部として機能
できる程度の厚み、例えば2μmの金属層110を形成
する。密着強度、及び耐インク性の観点から先ずクロム
の層を形成し、ついでニッケルの層を形成するのが望ま
しい。この金属層110は、エッチング時には異方性エ
ッチングに対する保護膜として機能し、また記録ヘッド
として組み立てられたときには振動板8の薄肉部37と
して機能する(図8(d))。
On the surface opposite to the surface on which the anisotropic etching window 108 is formed, a metal material having resistance to an anisotropic etching solution such as nickel or chromium is deposited, sputtered, or ion-plated. A metal layer 110 having a thickness that can function as a thin portion of the diaphragm of the ink jet recording head, for example, 2 μm is formed by a film forming means such as the above. From the viewpoint of adhesion strength and ink resistance, it is desirable to first form a chromium layer and then a nickel layer. The metal layer 110 functions as a protective film against anisotropic etching during etching, and also functions as a thin portion 37 of the diaphragm 8 when assembled as a recording head (FIG. 8D).

【0020】金属層110の表面全体に前述したのと同
様のフォレジスト層112を形成して(図8(e))、
アイランド部35やその他肉厚が必要な領域に対応す
る、例えば幅30μmの窓114を区画するレジスト層
116を設ける(図9(a))。金属層110を一方の
マイナス極としてニッケル等のメッキを、アイランド部
として必要な厚み、例えば20μmに成長するまで実
行、いわゆる電鋳を行うと、アイランド部35となる厚
肉部118が形成されることになる(図9(b))。ア
イランド部形成後、フォトレジスト膜116は不要とな
るから除去しておく。
A photoresist layer 112 similar to the one described above is formed on the entire surface of the metal layer 110 (FIG. 8 (e)),
A resist layer 116 for partitioning the window 114 having a width of, for example, 30 μm, which corresponds to the island portion 35 and other regions requiring a thickness, is provided (FIG. 9A). When the metal layer 110 is used as one negative electrode and plating of nickel or the like is performed until the island portion grows to a required thickness, for example, 20 μm, so-called electroforming is performed, a thick portion 118 that becomes the island portion 35 is formed. This is the case (Fig. 9 (b)). After the island portion is formed, the photoresist film 116 is unnecessary and is removed.

【0021】ついで、基板全体を濃度25wt%程度で
温度80℃に維持されたKOHの水溶液に浸漬する。こ
れにより二酸化珪素膜106で形成された窓108から
異方性エッチングが開始される。いうまでもなく金属層
110は、KOHの水溶液に対しては耐久性を有してい
るので、窓108が形成されている一方の面からだけエ
ッチングが進行する(図9(c))。このようにしてエ
ッチングが金属層110まで進行した時点で、シリコン
単結晶基板をエッチング液から引き上げ、二酸化珪素膜
106を緩衝フッ酸溶液により除去すると、圧力発生室
等のノズルプレートと振動板との間に形成すべき空間に
対応する例えば幅100μm、深さ220μmの通孔1
20、120と、これら通孔120、120との間に例
えば41μm厚の壁を備えたスペーサと振動板との一体
物が完成する(図9(d))。
Then, the entire substrate is immersed in an aqueous solution of KOH maintained at a temperature of 80 ° C. with a concentration of about 25 wt%. As a result, anisotropic etching is started from the window 108 formed by the silicon dioxide film 106. Needless to say, the metal layer 110 has durability against an aqueous solution of KOH, so that the etching proceeds only from one surface where the window 108 is formed (FIG. 9C). When the silicon single crystal substrate is pulled up from the etching solution and the silicon dioxide film 106 is removed by the buffered hydrofluoric acid solution when the etching reaches the metal layer 110 in this way, the nozzle plate such as the pressure generating chamber and the vibrating plate are separated. For example, a through hole 1 having a width of 100 μm and a depth of 220 μm corresponding to a space to be formed between
A spacer and a diaphragm having a wall of, for example, 41 μm in thickness between 20, 120 and the through holes 120, 120 are completed (FIG. 9D).

【0022】このようにして製作されたスペーサと振動
板との一体物の開口側、つまりスペーサの表面に接着剤
を塗布してノズルプレート1を接合することにより、流
路構成部材が完成する。この発明においては、スペーサ
と振動板とは接着剤を用いることなく一体に構成されて
いて、ただノズルプレートとの接合に接着剤を使用する
だけであるから、圧力発生室やインク供給口への接着剤
の流れ込みを可及的に少なくすることができて、信頼性
の向上と組み立て工程の簡素化を図ることができる。
The flow path forming member is completed by applying an adhesive to the opening side of the integrally formed spacer and diaphragm thus manufactured, that is, the surface of the spacer and joining the nozzle plate 1. In this invention, since the spacer and the diaphragm are integrally formed without using an adhesive and only the adhesive is used for joining with the nozzle plate, it is possible to connect the pressure generating chamber and the ink supply port with each other. The flow of the adhesive can be reduced as much as possible, and the reliability can be improved and the assembly process can be simplified.

【0023】ところで、異方性エッチングにより製造さ
れたスペーサだけを単独で見ると、ノズル開口側でシリ
コン単結晶基板100の本体と一体に接続されているも
のの、リザーバ14、24、25側が切り離された、例
えば厚さ41μm、長さ2mmの細長い、いわゆる片持
梁状の多数のシリコン片19、19‥‥として形成され
ることになるが(図3、図6)、振動板の一部として機
能する金属層110と一体となってエッチングが行われ
ているため、ノズルプレート1を接合する際に片持ち梁
状のシリコン片19、19が曲がる等の変形に起因する
位置ずれを起こすことなく、エッチングパターン通りの
正確な位置でもってノズルプレート1に接合されること
になる。また、剛性を有するシリコン単結晶基板上に直
接、薄肉部と厚肉部を持つ振動板を形成するため、振動
板を単独で形成する場合に比較して破れや、反り等を激
減せることができて、極めて品質の高い振動板を形成す
ることができる。
By the way, when only the spacers manufactured by anisotropic etching are viewed alone, the reservoirs 14, 24, and 25 are separated from each other although they are integrally connected to the main body of the silicon single crystal substrate 100 at the nozzle opening side. Further, for example, it is formed as a number of elongated, so-called cantilever-shaped silicon pieces 19, 19 ... With a thickness of 41 μm and a length of 2 mm (FIGS. 3 and 6), but as a part of the diaphragm. Since the etching is performed integrally with the functioning metal layer 110, the cantilever-shaped silicon pieces 19, 19 are not displaced when the nozzle plate 1 is joined due to deformation such as bending. That is, the nozzle plate 1 is joined at an accurate position according to the etching pattern. Further, since the diaphragm having the thin wall portion and the thick wall portion is directly formed on the rigid silicon single crystal substrate, it is possible to drastically reduce breakage and warpage as compared with the case where the diaphragm is formed alone. It is possible to form an extremely high-quality diaphragm.

【0024】なお、上述の実施例においてはアイランド
部となる厚肉部118を形成してからシリコン単結晶基
板100を異方性エッチングするようにしているが、前
述の図8(a)乃至(e)、図9(a)の工程が終了し
た段階で(図10(a))、異方性エッチングを実行し
て圧力発生室等を区画する通孔122を形成し、それか
ら厚肉部を形成することもできる。
In the above embodiment, the silicon single crystal substrate 100 is anisotropically etched after the thick portion 118 to be the island portion is formed. e), at the stage when the process of FIG. 9A is completed (FIG. 10A), anisotropic etching is performed to form the through holes 122 that partition the pressure generating chamber and the like, and then the thick portion is formed. It can also be formed.

【0025】すなわち、異方性エッチングにより金属層
110が露出した段階で(図10(b))、これの表面
に前述したのと同様にアイランド部やその他肉厚が必要
な領域に対応する窓126を区画するレジスト層128
を設ける(図10(c))。金属層110を一方のマイ
ナス極としてニッケル等のメッキを、アイランド部とし
て必要な厚みに成長するまで実行してアイランド部とな
る厚肉部130を形成すればよい(図10(d))。
That is, when the metal layer 110 is exposed by anisotropic etching (FIG. 10 (b)), a window corresponding to an island portion or other region requiring a thickness is formed on the surface of the metal layer 110, as described above. Resist layer 128 partitioning 126
Are provided (FIG. 10C). The metal layer 110 may be used as one negative electrode to perform plating of nickel or the like until the island portion is grown to a required thickness to form the thick portion 130 to be the island portion (FIG. 10D).

【0026】図11は本発明の第2の製造方法を示すも
のであって、図において符号100は、結晶方位(11
0)有し、圧力発生室の厚みを確保するに必要な厚み、
例えば220μmのシリコン単結晶基板で、少なくとも
異方性エッチングを行う側の面全体には、水蒸気を含む
酸素雰囲気下で、1000℃で4時間程度加熱する、いわゆ
る熱酸化法などにより二酸化珪素膜132が、後述する
エッチング工程における保護膜として機能する程度の厚
み、例えば1μmで形成されている(図11(a))。
FIG. 11 shows a second manufacturing method of the present invention. In the figure, reference numeral 100 indicates a crystal orientation (11
0) The thickness required to secure the thickness of the pressure generating chamber,
For example, on a silicon single crystal substrate having a thickness of 220 μm, at least the entire surface on which anisotropic etching is performed is heated at 1000 ° C. for about 4 hours in an oxygen atmosphere containing water vapor. Is formed to have a thickness of, for example, 1 μm so as to function as a protective film in an etching process described later (FIG. 11A).

【0027】ドープを行わない側の二酸化珪素膜132
上に保護膜を形成して緩衝フッ酸溶液によりエッチング
を実行し、その後保護膜を除去する(図11(b))。
このエッチングにより露出した結晶面に酸化ボロンと有
機バインダからなるボロンドープ剤136を所定の厚さ
コーテングする。コーテングが終了した段階で、600
℃の酸素雰囲気中で1時間程度焼成して有機バインダを
酸化して除去する。ついで温度1100℃の窒素等の不
活性ガス雰囲気中で4時間程度焼成してボロンをシリコ
ン単結晶基板100に拡散させる。(図11(c))。
Silicon dioxide film 132 on the non-doped side
A protective film is formed on the upper surface, etching is performed with a buffered hydrofluoric acid solution, and then the protective film is removed (FIG. 11B).
A boron dopant 136 composed of boron oxide and an organic binder is coated on the crystal surface exposed by this etching to a predetermined thickness. 600 when the coating is over
The organic binder is oxidized and removed by firing in an oxygen atmosphere at 0 ° C. for about 1 hour. Then, it is baked in an inert gas atmosphere such as nitrogen at a temperature of 1100 ° C. for about 4 hours to diffuse boron into the silicon single crystal substrate 100. (FIG.11 (c)).

【0028】これにより振動板として機能できる程度の
厚みまでボロンが拡散する(図11(d))。ついでボ
ロン拡散による後始末、つまり二酸化珪素膜の表面に再
びレジストコート層を形成して除去剤で表面に残ってい
る酸化ボロン層140を除去し、また不要となったレジ
ストコート層を除去すると、一方の面にボロン拡散層1
38とホウ化シリコン層139が、また他方に二酸化珪
素膜132を有する基板ができあがる(図11
(e))。
As a result, boron is diffused to such a thickness that it can function as a diaphragm (FIG. 11 (d)). Then, after cleaning by boron diffusion, that is, a resist coat layer is formed again on the surface of the silicon dioxide film, the boron oxide layer 140 remaining on the surface is removed by a removing agent, and the unnecessary resist coat layer is removed. Boron diffusion layer 1 on one side
38 and a silicon boride layer 139, and a silicon dioxide film 132 on the other side is completed (FIG. 11).
(E)).

【0029】この基板を温度600℃の水蒸気を含む酸
素雰囲気中で1時間程度焼成してホウ化シリコン層13
9を酸化してボロン拡散層138の表面に二酸化珪素と
酸化ボロンの膜142を形成する(図12(a))。次
に二酸化珪素膜132の表面に前述したのと同様に流路
を形成する通孔をエッチングするための窓144を区画
するフォトレジスト層146を形成する(図12
(b))。そして二酸化珪素エッチング液によりエッチ
ングを実行すると、流路となる通孔を形成するための窓
148を区画する二酸化珪素膜150のパターンが形成
され、また同時に他面のボロン拡散層138の表面の二
酸化珪素と酸化ボロンの膜142が除去される(図12
(c))。そして不要となったレジストコート膜146
を除去する。ボロン拡散層138の表面に電極となるニ
ッケルやクロム等の金属層152を蒸着やスパッタリン
グ、イオンプレーテイング等の膜形成手段により厚さ1
00nmで形成する(図12(d))。
This substrate is baked in an oxygen atmosphere containing water vapor at a temperature of 600 ° C. for about 1 hour to form the silicon boride layer 13
9 is oxidized to form a film 142 of silicon dioxide and boron oxide on the surface of the boron diffusion layer 138 (FIG. 12A). Next, a photoresist layer 146 is formed on the surface of the silicon dioxide film 132, which defines a window 144 for etching a through hole that forms a flow path as described above (FIG. 12).
(B)). Then, when etching is performed with a silicon dioxide etching solution, a pattern of the silicon dioxide film 150 that defines the window 148 for forming a through hole that will be a channel is formed, and at the same time, the surface of the boron diffusion layer 138 on the other surface is oxidized. The silicon and boron oxide film 142 is removed (FIG. 12).
(C)). And the resist coat film 146 is no longer needed
To remove. On the surface of the boron diffusion layer 138, a metal layer 152 such as nickel or chromium, which will serve as an electrode, is formed to a thickness of 1 by a film forming means such as vapor deposition, sputtering, or ion plating.
It is formed with a thickness of 00 nm (FIG. 12D).

【0030】この金属層152の表面にアイランド部等
厚肉部を形成するためのパターンを備えたフォトレジス
ト層154を形成する(図13(a))。金属層152
をマイナス極としてニッケル等のメッキを、アイランド
部として必要な厚みに成長するまで実行すると、アイラ
ンド部となる厚肉部156が形成されることになる(図
13(b))。
A photoresist layer 154 having a pattern for forming a thick portion such as an island portion is formed on the surface of the metal layer 152 (FIG. 13A). Metal layer 152
When the plating of nickel or the like is performed by using as a negative electrode until the island portion grows to a required thickness, a thick portion 156 to be the island portion is formed (FIG. 13B).

【0031】ついで、全体を濃度25wt%程度で温度
80℃に維持されたKOHの水溶液に浸漬する。これに
より二酸化珪素膜150で区画された窓158からシリ
コン単結晶基板100が異方性エッチングを受ける。ボ
ロンが拡散された層は、KOHの水溶液に対しては耐久
性を有しているので、窓158が形成されている一方の
面からだけエッチングが進行する(図13(c))。
Next, the whole is immersed in an aqueous solution of KOH maintained at a temperature of 80 ° C. with a concentration of about 25 wt%. As a result, the silicon single crystal substrate 100 is anisotropically etched through the window 158 defined by the silicon dioxide film 150. Since the layer in which boron is diffused has durability against an aqueous solution of KOH, etching proceeds only from one surface where the window 158 is formed (FIG. 13C).

【0032】このようにしてエッチングがボロン拡散層
138の境界領域まで進行した時点で、エッチング液か
ら引き上げ、二酸化珪素膜150を緩衝フッ酸溶液によ
り除去すると、ボロン拡散層138と金属層152によ
り構成された薄肉部、及び電鋳により形成された厚肉部
156を有する振動板と、流路を構成する通孔160が
形成されたスペーサとの一体物が完成する(図13
(d))。この実施例によればスペーサと同一の材料で
振動板の薄肉部が形成されているため、密着力不足や熱
膨張率の差に起因するスペーサと振動板との剥離等がな
く、耐久性の高いインクジェット式記録ヘッドを実現す
ることができる。
When the etching proceeds to the boundary region of the boron diffusion layer 138 in this way, the silicon dioxide film 150 is removed from the etching solution and removed by the buffered hydrofluoric acid solution, whereby the boron diffusion layer 138 and the metal layer 152 are formed. A diaphragm having a thin portion formed by electroforming and a thick portion 156 formed by electroforming and a spacer in which a through hole 160 forming a flow path is formed are completed (FIG. 13).
(D)). According to this embodiment, since the thin portion of the diaphragm is formed of the same material as the spacer, there is no peeling between the spacer and the diaphragm due to insufficient adhesion or a difference in coefficient of thermal expansion, and durability is improved. A high ink jet recording head can be realized.

【0033】なお、上述の実施例においてはボロン拡散
層138を実質的に振動板の薄肉部として使用している
が、ボロン拡散層を薄くする場合には、補強のために樹
脂層を形成するようにしてもよい。すなわち、前述の工
程(図12(c))により所定厚、例えば0.1乃至
0.5μm程度のボロン拡散層162の形成が終了した
段階で、化学的気相成長法やコーテング法により、厚さ
3μm程度の樹脂膜、例えばポリイミド膜164を形成
する(図14(a))。
Although the boron diffusion layer 138 is substantially used as the thin portion of the diaphragm in the above-mentioned embodiment, when the boron diffusion layer is made thin, a resin layer is formed for reinforcement. You may do it. That is, when the formation of the boron diffusion layer 162 having a predetermined thickness, for example, about 0.1 to 0.5 μm is completed by the above-described step (FIG. 12C), the thickness is changed by the chemical vapor deposition method or the coating method. A resin film having a thickness of about 3 μm, for example, a polyimide film 164 is formed (FIG. 14A).

【0034】この樹脂膜164の表面に金属層166を
形成し、また流路となる通孔の窓158を区画する二酸
化珪素膜150を形成する(図14(b))。そして金
属層166の表面にアイランド部等厚肉部を形成するた
めのパターンをフォトレジスト層167により形成する
(図14(c))。金属層166を一方のマイナス極と
してニッケル等のメッキを、アイランド部として必要な
厚みに成長するまで実行すると、アイランド部となる厚
肉部168が形成される。そして二酸化珪素のパターン
150を用いて異方性エッチングを実行し、エッチング
がボロン拡散層162まで進行した時点で、エッチング
液から引き上げ、二酸化珪素膜150を緩衝フッ酸溶液
により除去すると、ボロン拡散層162、樹脂膜164
と金属層166により構成された薄肉部と厚肉部168
を有する振動板と、流路を構成する通孔160が形成さ
れたスペーサとの一体物が完成する(図14(d))。
A metal layer 166 is formed on the surface of the resin film 164, and a silicon dioxide film 150 which defines a window 158 of a through hole which serves as a flow channel is formed (FIG. 14B). Then, a pattern for forming a thick portion such as an island portion is formed on the surface of the metal layer 166 by the photoresist layer 167 (FIG. 14C). When the metal layer 166 is used as one negative electrode and plating of nickel or the like is performed until it grows to a required thickness as an island portion, a thick portion 168 to be an island portion is formed. Then, anisotropic etching is performed using the pattern 150 of silicon dioxide, and when the etching reaches the boron diffusion layer 162, the silicon dioxide film 150 is removed from the etching solution and removed by a buffered hydrofluoric acid solution. 162, resin film 164
Thin portion and thick portion 168 constituted by the metal layer 166 and
The diaphragm having the above and the spacer having the through hole 160 forming the flow path are integrally formed (FIG. 14D).

【0035】この実施例によれば、振動板の薄肉部をス
ペーサと同一の材料に加えて樹脂を複合化しているた
め、振動板としての柔軟性を向上できる一方、ボロン拡
散シリコン層により樹脂が吸液して膨潤するのを防止す
ることができる。
According to this embodiment, since the thin-walled portion of the diaphragm is made of the same material as the spacer and the resin is compounded, the flexibility as the diaphragm can be improved, while the resin is formed by the boron diffusion silicon layer. It is possible to prevent the liquid from absorbing and swelling.

【0036】なお、上述の実施例では厚肉部を形成する
ための電極として機能する金属層152、166をも振
動板として機能させるようにしているが、必要に応じて
この膜だけをエッチングにより選択的に除去してもよ
い。これら金属層152、166は厚さ100nmと極
めて薄いため、これを除去するためのエッチングを実施
してもアイランド部等他の金属部のサイズは実質的に変
化することがない。
In the above embodiment, the metal layers 152 and 166, which function as electrodes for forming the thick portion, are also made to function as the diaphragm. However, if necessary, only this film may be etched. It may be selectively removed. Since the metal layers 152 and 166 are extremely thin with a thickness of 100 nm, the size of other metal portions such as island portions does not substantially change even if etching is performed to remove them.

【0037】また、上述の実施例においてはアイランド
部を形成してからシリコン単結晶基板の異方性エッチン
グを実行するようにしていたが、異方性エッチングによ
りシリコン単結晶基板に通孔を形成してからアイランド
部を形成するようにしてもよい。また、ボロン拡散シリ
コン層に代えて、熱酸化による二酸化珪素膜と樹脂との
2層の複合振動板、または薄いボロン拡散層や二酸化珪
素膜を最終的にエッチング除去した樹脂材だけの振動板
とすることも可能である。
Further, in the above-mentioned embodiment, the island portion is formed and then the anisotropic etching of the silicon single crystal substrate is performed. However, the through hole is formed in the silicon single crystal substrate by the anisotropic etching. After that, the island portion may be formed. Further, in place of the boron-diffused silicon layer, a two-layer composite diaphragm of a silicon dioxide film by thermal oxidation and a resin, or a diaphragm made only of a resin material in which a thin boron-diffused layer and a silicon dioxide film are finally removed by etching. It is also possible to do so.

【0038】図15は、本発明の第3の実施例を示すも
のであって、図において符号100は、結晶方位(11
0)有し、圧力発生室の厚みを確保するに必要な厚み、
例えば220μmのシリコン単結晶基板で、少なくとも
異方性エッチングを行う側の面全体には、水蒸気を含む
酸素雰囲気下で、1000℃で4時間程度加熱する、いわゆ
る熱酸化法などによりシリコンの酸化膜(SiO2)17
0が、後述するシリコンエッチング工程における保護膜
として機能する程度の厚み、例えば1μmに形成されて
いる(図15(a))。
FIG. 15 shows a third embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 100 designates a crystal orientation (11
0) The thickness required to secure the thickness of the pressure generating chamber,
For example, on a silicon single crystal substrate of 220 μm, at least the entire surface on the side where anisotropic etching is performed is heated at 1000 ° C. for about 4 hours in an oxygen atmosphere containing water vapor. (SiO 2 ) 17
0 is formed to have a thickness of, for example, 1 μm so as to function as a protective film in a silicon etching step described later (FIG. 15A).

【0039】窒素の化学的気相成長法により窒化を行わ
ない側に二酸化珪素172により異方性エッチングの保
護パターンを形成する(図15(b))。この基板を窒
素雰囲気によりプラズマ化学的気相成長法により振動板
の薄肉部として機能できる程度の厚みを備えた窒化珪素
(Si32)の層174を形成する(図15(c))。
ついで前述したのと同様の工程により異方性エッチング
を実行すると、異方性エッチングは窒化珪素層174で
停止するので、流路となる通孔176が形成される(図
15(d))。
A protective pattern for anisotropic etching is formed by silicon dioxide 172 on the side where nitriding is not performed by chemical vapor deposition of nitrogen (FIG. 15B). A layer 174 of silicon nitride (Si 3 N 2 ) having a thickness that can function as a thin portion of the diaphragm is formed on this substrate by a plasma chemical vapor deposition method in a nitrogen atmosphere (FIG. 15C).
Then, when anisotropic etching is performed by the same process as described above, the anisotropic etching is stopped at the silicon nitride layer 174, so that a through hole 176 to be a flow path is formed (FIG. 15D).

【0040】異方性エッチングが終了した段階で、窒化
珪素層174の表面に、アイランド部として機能する程
度の厚み、例えば20μmの感光性樹脂178を塗布し
て(図16(a))、アイランド部等厚肉部とすべき領
域に一致するパターンを露光する。これにより、露光を
受けた領域、つまり厚肉部178となる領域の感光性樹
脂が硬化(図16(b))する。これを現像処理するこ
とにより未露光領域が除去され、アイランド部180が
形成される(図16(c))。なお、必要に応じて硬化
処理を行う。
When anisotropic etching is completed, a photosensitive resin 178 having a thickness of, for example, 20 μm, which functions as an island portion, is applied to the surface of the silicon nitride layer 174 (FIG. 16A), and the island is formed. A pattern corresponding to an area to be a thick wall portion is exposed. As a result, the photosensitive resin in the exposed region, that is, the region that becomes the thick portion 178 is cured (FIG. 16B). By developing this, the unexposed region is removed and the island portion 180 is formed (FIG. 16C). In addition, a curing process is performed as needed.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
シリコン単結晶の異方性エッチングに使用するエッチン
グ液に耐久性を有する耐エッチング層が一方の面に形成
された結晶方位(110)を有するシリコン単結晶基板
を、異方性エッチングにより圧力発生室、インク供給
口、及びリザーバとなる通孔を形成した流路形成部材
と、圧力発生室に一致したピッチでノズル開口が穿設さ
れたノズルプレートとを接合し、隣接する前記圧力発生
室、インク供給口を区画する領域のシリコン単結晶基板
は、ノズル開口側で連続し、またリザーバが自由端とな
るように切り離されており、耐エッチング層は、前記圧
力発生室に対向する領域に厚肉部からなるアイランド部
が形成されて振動板として機能させるようにしたので、
耐エッチング層によりエッチング量を機械的に管理でき
て、エッチングプロセスの管理が簡素化できるばかりで
なく。流路の寸法精度が高く、また振動板とスペーサが
接着剤レスで、しかもノズルプレートを接合するだけで
流路構成部材を構成できるため、製造工程の簡素化と、
接着剤の流路への流れ込みを少なくできて、印字品質の
高い記録ヘッドを実現することができる。
As described above, in the present invention,
A silicon single crystal substrate having a crystal orientation (110) in which an etching resistant layer having durability to an etching solution used for anisotropic etching of a silicon single crystal is formed on one surface is subjected to a pressure generation chamber by anisotropic etching. , The ink supply port, and a flow path forming member having a through hole serving as a reservoir, and a nozzle plate in which nozzle openings are formed at a pitch corresponding to the pressure generating chamber, are joined together, and the adjacent pressure generating chamber, ink The silicon single crystal substrate in the region that defines the supply port is continuous on the nozzle opening side and is cut off so that the reservoir is a free end, and the etching resistant layer is thick in the region facing the pressure generating chamber. Since an island part consisting of parts is formed to function as a diaphragm,
Not only can the etching amount be mechanically controlled by the anti-etching layer and the control of the etching process can be simplified. The dimensional accuracy of the flow path is high, the diaphragm and the spacer are adhesive-free, and since the flow path constituent member can be configured simply by joining the nozzle plate, the manufacturing process is simplified,
The flow of the adhesive into the flow path can be reduced, and a recording head with high printing quality can be realized.

【0042】[0042]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明が適用されるインクジェット式記録ヘッ
ドの一実施例を示す組み立て分解図である。
FIG. 1 is an assembly exploded view showing an embodiment of an ink jet recording head to which the present invention is applied.

【図2】同上装置における対向するノズル開口列近傍の
構造を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structure in the vicinity of a row of nozzle openings facing each other in the same apparatus.

【図3】同上装置におけるスペーサの構造をノズル開口
列が2列の場合に例を採って示す上面図である。
FIG. 3 is a top view showing an example of the structure of spacers in the same apparatus when the nozzle opening row is two rows.

【図4】同上装置のおける振動板の構造をノズル開口列
が2列の場合に例を採って示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing an example of the structure of a diaphragm in the same apparatus when the nozzle opening row is two rows.

【図5】圧力室を形成するスペーサの通孔の構造を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing a structure of a through hole of a spacer forming a pressure chamber.

【図6】ノズルプレートの一部を除去して流路の構成を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a flow path by removing a part of a nozzle plate.

【図7】ノズル開口列を2列対向させて配置した場合の
ノズル開口近傍の構造を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a structure in the vicinity of a nozzle opening when two nozzle opening rows are arranged so as to face each other.

【図8】上述した振動板とスペーサの一体物の製造方法
の第1実施例の前半の工程を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory view showing the first half of the steps of the first embodiment of the method of manufacturing an integrated body of the diaphragm and the spacer described above.

【図9】第1実施例の後半の工程を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a second half of the process of the first embodiment.

【図10】本発明の製造方法の第1実施例の工程を入れ
替えた変形例を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory view showing a modified example in which the steps of the first embodiment of the manufacturing method of the present invention are replaced.

【図11】上述した振動板とスペーサの一体物の製造方
法の第2実施例の前半の工程を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory view showing the first half of the steps of the second embodiment of the method of manufacturing the above-described diaphragm and spacer integrated body.

【図12】第2実施例の中盤の工程を示す説明図であ
る。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a process of the middle stage of the second embodiment.

【図13】第2実施例の後半の工程を示す説明図であ
る。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a second half of the process of the second embodiment.

【図14】第2実施例の工程を変えた変形例を示す図で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing a modified example in which the steps of the second embodiment are changed.

【図15】第3実施例の前半の工程を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a first half process of the third embodiment.

【図16】第3実施例の後半の工程を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a second half of the process of the third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ノズルプレート 2、3 ノズル開口 4、5 ノズル開口列 6 スペーサ 8 振動板 12、13 圧力発生室 17、18 インク供給口 31 圧電振動子ユニット 33 圧電振動子 50 基台 1 Nozzle Plate 2, 3 Nozzle Opening 4, 5 Nozzle Opening Row 6 Spacer 8 Vibrating Plate 12, 13 Pressure Generating Chamber 17, 18 Ink Supply Port 31 Piezoelectric Vibrating Unit 33 Piezoelectric Vibrating 50 Base

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン単結晶の異方性エッチングに使
用するエッチング液に耐久性を有する耐エッチング層が
一方の面に形成された結晶方位(110)を有するシリ
コン単結晶基板を、異方性エッチングにより圧力発生
室、インク供給口、及びリザーバとなる通孔を形成した
流路形成部材と、前記圧力発生室に一致したピッチでノ
ズル開口が穿設されたノズルプレートとを接合するとと
もに、前記圧力発生室を膨張収縮させる圧電振動子を備
え、 隣接する前記圧力発生室、インク供給口を区画する領域
の前記シリコン単結晶基板は、前記ノズル開口側で連続
し、また前記リザーバが自由端となるように切り離され
ており、 前記耐エッチング層は、前記圧力発生室に対向する領域
に厚肉部からなるアイランド部が形成されて振動板とし
て機能するインクジェット式記録ヘッド。
1. An anisotropic silicon single crystal substrate having a crystal orientation (110) in which an etching resistant layer having durability against an etching solution used for anisotropic etching of a silicon single crystal is formed on one surface. A flow path forming member having a pressure generating chamber, an ink supply port, and a through hole serving as a reservoir formed by etching is joined to a nozzle plate having nozzle openings formed at a pitch corresponding to the pressure generating chamber. A piezoelectric oscillator that expands and contracts the pressure generating chamber is provided, and the silicon single crystal substrate in a region that divides the pressure generating chamber and the ink supply port adjacent to each other is continuous on the nozzle opening side, and the reservoir is a free end. The etching-resistant layer functions as a vibration plate by forming an island portion having a thick portion in a region facing the pressure generating chamber. That the ink-jet recording head.
【請求項2】 前記耐エッチング層は、前記シリコン単
結晶基板の一方の面に形成された金属層である請求項1
のインクジェット式記録ヘッド。
2. The etching resistant layer is a metal layer formed on one surface of the silicon single crystal substrate.
Inkjet recording head.
【請求項3】 前記耐エッチング層は、樹脂膜である請
求項1のインクジェット式記録ヘッド。
3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the etching resistant layer is a resin film.
【請求項4】 前記耐エッチング層は、前記シリコン単
結晶基板の一方の面にボロンをドープして形成されたボ
ロンドープ層である請求項1のインクジェット式記録ヘ
ッド。
4. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the etching resistant layer is a boron-doped layer formed by doping one surface of the silicon single crystal substrate with boron.
【請求項5】 前記耐エッチング層は、ボロンドープ層
と樹脂層の複合層である請求項1のインクジェット式記
録ヘッド。
5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the etching resistant layer is a composite layer of a boron-doped layer and a resin layer.
【請求項6】 前記耐エッチング層は、窒素のプラズマ
化学的気相成長法により形成された窒化珪素である請求
項1のインクジェット式記録ヘッド。
6. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the etching resistant layer is silicon nitride formed by a plasma chemical vapor deposition method of nitrogen.
【請求項7】 前記圧力発生室を形成する通孔は、前記
シリコン単結晶基板の表面に対して垂直な結晶方位(1
11)の面と、ノズルプレート側に開く結晶方位(11
1)の斜面とで区画されており、前記斜面に覆われる領
域に前記ノズルプレートのノズル開口が存在するように
位置が設定されている請求項1のインクジェット式記録
ヘッド。
7. The through hole forming the pressure generating chamber has a crystal orientation (1) perpendicular to the surface of the silicon single crystal substrate.
11) surface and the crystal orientation (11
2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the ink jet recording head is partitioned by the inclined surface of 1) and the position is set so that the nozzle opening of the nozzle plate exists in the area covered by the inclined surface.
【請求項8】 前記振動板は、前記ノズル開口が対向す
る前記斜面に当接する領域が、前記アイランド部と同一
の厚みを有する厚肉部を有し、前記斜面よりも圧力発生
室側に突出している請求項7のインクジェット式記録ヘ
ッド。
8. The vibrating plate has a thick portion having the same thickness as the island portion in a region in which the nozzle opening is in contact with the facing inclined surface, and the vibrating plate protrudes toward the pressure generating chamber side from the inclined surface. The ink jet recording head according to claim 7,
【請求項9】 前記厚肉部は、メッキ法により形成され
ている請求項1のインクジェット式記録ヘッド。
9. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the thick portion is formed by a plating method.
【請求項10】 前記厚肉部は、感光性樹脂により形成
されている請求項1のインクジェット式記録ヘッド。
10. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the thick portion is made of a photosensitive resin.
【請求項11】 圧力発生室として必要な厚みを有し、
結晶方位(110)を有するシリコン単結晶基板の一方
の面に耐エッチング層を、また他方の面に二酸化珪素に
より流路パターンを形成する工程と前記シリコン単結晶
基板を異方性エッチングする工程と、 前記耐エッチング層の表面に圧力発生室に一致してアイ
ランド部を形成する工程と前記エッチングにより形成さ
れた通孔の開口側にノズルプレートを接合する工程と、 とからなるインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
11. A pressure generating chamber having a thickness necessary for the pressure generating chamber,
A step of forming an etching resistant layer on one surface of a silicon single crystal substrate having a crystal orientation (110) and a flow path pattern of silicon dioxide on the other surface; and a step of anisotropically etching the silicon single crystal substrate. A step of forming an island portion on the surface of the etching resistant layer so as to correspond to a pressure generating chamber, and a step of joining a nozzle plate to the opening side of the through hole formed by the etching, Production method.
【請求項12】 圧力発生室として必要な厚みを有し、
結晶方位(110)を有するシリコン単結晶基板の一方
の面に耐エッチング層を、また他方の面に二酸化珪素に
より流路パターンを形成する工程と前記耐エッチング層
の表面に圧力発生室に一致してアイランド部を形成する
工程と前記シリコン単結晶基板を異方性エッチングする
工程と、 前記エッチングにより形成された通孔の開口側にノズル
プレートを接合する工程と、 とからなるインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
12. A pressure generating chamber having a necessary thickness,
A step of forming an etching resistant layer on one surface of a silicon single crystal substrate having a crystal orientation (110) and a flow path pattern made of silicon dioxide on the other surface is the same as the pressure generating chamber on the surface of the etching resistant layer. Forming an island portion, anisotropically etching the silicon single crystal substrate, and joining a nozzle plate to the opening side of the through hole formed by the etching. Production method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012000785A (en) * 2010-06-14 2012-01-05 Fujifilm Corp Method for manufacturing liquid ejection head

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