JPH07256880A - Ink jet head and manufacture thereof - Google Patents

Ink jet head and manufacture thereof

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JPH07256880A
JPH07256880A JP5552594A JP5552594A JPH07256880A JP H07256880 A JPH07256880 A JP H07256880A JP 5552594 A JP5552594 A JP 5552594A JP 5552594 A JP5552594 A JP 5552594A JP H07256880 A JPH07256880 A JP H07256880A
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JP
Japan
Prior art keywords
buckling structure
nozzle
ink
buckling
nozzle orifice
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5552594A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Hirata
進 平田
Koji Matoba
宏次 的場
Yorishige Ishii
頼成 石井
Tetsuya Inui
哲也 乾
Shingo Abe
新吾 阿部
Kenji Ota
賢司 太田
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.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP5552594A priority Critical patent/JPH07256880A/en
Publication of JPH07256880A publication Critical patent/JPH07256880A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14346Ejection by pressure produced by thermal deformation of ink chamber, e.g. buckling

Abstract

PURPOSE:To improve the ink discharge speed of an ink jet head using a buckling structure by making a part opposing the orifice of a nozzle of a buckling structure that drives by a temperature change deform locally. CONSTITUTION:When voltage is applied through electrodes 9a, 9b, a buckling structure 3 is heated by resistance heat and will expand. However, since the both ends are fixed, the buckling structure fails to expand and deform, and a compressive force P occurs. If the compressive force P exceeds a buckling load, buckling deformation occurs. At this time, if the cross-sectional area of the part of the buckling structure 3 opposite to the nozzle is smaller than other parts, stress concentration occurs. Therefore, the part opposite to the nozzle deforms toward the side of the nozzle plate 1 in response to the form of the nozzle orifice 2. In consequence, pressure is conveyed to ink filling a space between the buckling structure 3 and the nozzle plate 1, and an ink drop 6 is formed and jets out from the nozzle orifice.

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、インク中に浸されてい
る圧力発生器を駆動し、インクの圧力を高めてノズルオ
リフィスからインク滴を吐出させる機構のインクジェッ
トヘッドの改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of an ink jet head having a mechanism for driving a pressure generator immersed in ink to increase the pressure of the ink and eject an ink droplet from a nozzle orifice.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、記録液を吐出、飛翔させて記
録を行なうインクジェット法が知られている。この方法
は低騒音で比較的高速印字が可能であること、装置の小
型化やカラー記録が容易であることなど、種々の利点を
有している。このようなインクジェット記録方法では種
々の液滴吐出原理に基づくインクジェット記録ヘッドを
用いて記録を行なっている。たとえば、液滴吐出手段と
して圧電素子の変形により発生するバイメタルの圧力を
利用したインクジェットヘッド、たとえば、特開昭63
−297052号がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet method is known in which a recording liquid is discharged and ejected to perform recording. This method has various advantages such as low noise and relatively high-speed printing, downsizing of the apparatus, and easy color recording. In such an inkjet recording method, recording is performed using an inkjet recording head based on various droplet ejection principles. For example, an ink jet head utilizing the pressure of a bimetal generated by the deformation of a piezoelectric element as the liquid droplet ejecting means, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-63.
-297052 is available.

【0003】また、本出願人が平成5年11月8日に出
願した特願平5−278271号「インクジェットヘッ
ドおよびその製造方法」において、インク室の中に設け
られた圧力発生器の圧力発生源として温度変化により駆
動する座屈構造体を用いる発明を開示している。
Further, in Japanese Patent Application No. 5-278271 "Inkjet head and its manufacturing method" filed by the applicant on November 8, 1993, pressure generation by a pressure generator provided in the ink chamber is made. An invention using a buckling structure driven by temperature change as a source is disclosed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開昭63−297052号には以下の問題点がある。
However, the above-mentioned JP-A-63-297052 has the following problems.

【0005】図10(a),(b)は特開昭63−29
7052号の図3(a),(b)に対応するものであ
る。図10(a)において、ノズルオリフィス2を有す
るノズルプレート1と、筐体8とによって形成されるイ
ンク室4の中には、スペーサ27,27によって支持さ
れる金属板25の表面に圧電素子23が取付けられ、電
源Vから供給される電圧により圧電素子23が変形す
る。同図(a)は待機状態であり、同図(b)はインク
滴6が吐出される状態である。
FIGS. 10 (a) and 10 (b) show Japanese Patent Laid-Open No. 63-29.
This corresponds to FIGS. 3 (a) and 3 (b) of No. 7052. In FIG. 10A, in the ink chamber 4 formed by the nozzle plate 1 having the nozzle orifice 2 and the housing 8, the piezoelectric element 23 is formed on the surface of the metal plate 25 supported by the spacers 27. Is attached, and the piezoelectric element 23 is deformed by the voltage supplied from the power source V. The figure (a) is a standby state, and the figure (b) is a state in which the ink droplets 6 are ejected.

【0006】圧電素子23に電圧を印加すると、圧電素
子23の長さ方向に収縮が生じ金属板25とのバイメタ
ル構造をなすことにより、(b)に示すように厚み方向
の変位に変わる。この変位によって圧電素子23とノズ
ルオリフィス2との間の空間を満たしていたインクに圧
力が伝搬し、ノズルオリフィス2よりインク滴6が噴出
し記録を行なう。ところが圧電素子を用いたインクジェ
ットヘッドでは、圧電素子駆動時のバイメタルが全体に
わたり円弧状の変形をするので、ノズルオリフィス部に
圧力が集中しないため、インク滴の吐出速度が低下する
原因になっていた。
When a voltage is applied to the piezoelectric element 23, the piezoelectric element 23 contracts in the lengthwise direction to form a bimetal structure with the metal plate 25, thereby changing the displacement in the thickness direction as shown in (b). Due to this displacement, pressure propagates to the ink filling the space between the piezoelectric element 23 and the nozzle orifice 2, and the ink droplet 6 is ejected from the nozzle orifice 2 for recording. However, in an ink jet head using a piezoelectric element, the bimetal is deformed in an arc shape when the piezoelectric element is driven, so that pressure is not concentrated on the nozzle orifice portion, which causes a drop in ink droplet ejection speed. .

【0007】さらに、圧電素子の変形が小さいため大面
積の圧電素子を使用したり、バイメタル構造により厚さ
が厚くなっていた。したがって、ノズルを集積化したマ
ルチノズルヘッドの作製は困難であった。
Further, since the deformation of the piezoelectric element is small, a large area piezoelectric element is used and the thickness is increased due to the bimetal structure. Therefore, it is difficult to manufacture a multi-nozzle head in which nozzles are integrated.

【0008】そのために、特願平5−278271号の
ように座屈構造体を用いたインクジェットヘッドが発明
された。この出願において、座屈構造体と基板の間隔、
座屈構造体のインク流路幅等について最適な条件を求め
たが、座屈構造体は全体にわたり同一の幅および厚さで
あった。
Therefore, an ink jet head using a buckling structure was invented as in Japanese Patent Application No. 5-27871. In this application, the spacing between the buckling structure and the substrate,
Optimum conditions for the ink flow path width of the buckling structure were obtained, but the buckling structure had the same width and thickness throughout.

【0009】本発明の目的は、座屈構造体を用いたイン
クジェットヘッドのインク吐出速度をさらに向上させる
ことにある。
An object of the present invention is to further improve the ink ejection speed of an ink jet head using a buckling structure.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明によるインクジェ
ットヘッドは、複数のノズルオリフィスを有するノズル
プレートと、それぞれのノズルオリフィスに対応して配
置され、インク中に浸された圧力発生器からなり、該圧
力発生器は温度変化により駆動する座屈構造体とこの座
屈構造体を支持する基板で構成され、局部的に座屈構造
体が変形する。そのためこの座屈構造体はノズルオリフ
ィスに対向する部分の断面積を他の部分より小さく、た
とえばこの部分の幅を細くするか、厚さを薄くしてい
る。
An ink jet head according to the present invention comprises a nozzle plate having a plurality of nozzle orifices, a pressure generator disposed corresponding to each nozzle orifice, and immersed in ink. The pressure generator is composed of a buckling structure body driven by a temperature change and a substrate supporting the buckling structure body, and the buckling structure body is locally deformed. Therefore, in this buckling structure, the cross-sectional area of the portion facing the nozzle orifice is smaller than that of the other portions, and for example, the width of this portion is reduced or the thickness thereof is reduced.

【0011】この座屈構造体の製造方法においては、基
板上のノズルオリフィスに対向する部分にフォトレジス
トを形成し、フォトレジストを含む基板の上に形成した
金属膜の上にニッケル層を電解めっき法により形成して
座屈構造体を形成し、前記ノズルオリフィスに対向する
部分の座屈構造体の断面積が他の部分より小さくなるよ
うにエッチングする。
In this buckling structure manufacturing method, a photoresist is formed on a portion of the substrate facing the nozzle orifice, and a nickel layer is electroplated on the metal film formed on the substrate including the photoresist. To form a buckling structure body, and etching is performed so that the cross-sectional area of the buckling structure body of the portion facing the nozzle orifice is smaller than that of the other portion.

【0012】[0012]

【作用】本発明の前記の構成によれば、インクの圧力を
高める機構として熱駆動による座屈構造体の座屈変形を
用いるときノズルオリフィスに対向する部分の変形が大
きく、形状が小さくても大きな変位量が得られるので、
ヘッドの小型化が可能である。さらに、ノズルオリフィ
スに対向する位置の座屈構造体の変形量が大きいのでイ
ンク滴の吐出速度が向上する。
According to the above configuration of the present invention, when the buckling deformation of the buckling structure by thermal driving is used as the mechanism for increasing the ink pressure, the deformation of the portion facing the nozzle orifice is large and the shape is small. Since a large amount of displacement can be obtained,
The head can be miniaturized. Further, since the amount of deformation of the buckling structure at the position facing the nozzle orifice is large, the ejection speed of ink droplets is improved.

【0013】また、製造方法においては、フォトリソグ
ラフィ技術を用いているため、パターンの寸法精度が高
く、量産効果が大きく、高集積化および低コスト化が可
能である。
Further, since the photolithography technique is used in the manufacturing method, the dimensional accuracy of the pattern is high, the mass production effect is large, and high integration and cost reduction are possible.

【0014】[0014]

【実施例】図1は本発明の一実施例の待機状態の断面図
であり、図2はそのX1 −X1 ′断面図、図3は図1の
装置のインク吐出時の断面図、図4は図3の装置のX2
−X2 ′断面図である。
1 is a sectional view of an embodiment of the present invention in a standby state, FIG. 2 is a sectional view taken along the line X 1 -X 1 ′, FIG. 3 is a sectional view of the apparatus of FIG. 1 during ink ejection, FIG. 4 shows X 2 of the apparatus of FIG.
-X 2 'is a cross-sectional view.

【0015】まず、図1について説明する。ノズルプレ
ート1は、円錐形または漏斗状に形成された複数のノズ
ルオリフィス2を有し、それぞれのノズルオリフィス2
に対応して座屈構造体3が配置され、インク室4中のイ
ンクに浸された構造となっている。ノズルプレート1
は、たとえば厚さ0.2mmのガラスを用いることがで
きる。座屈構造体3は櫛の歯状とされ、導電性で弾性変
形を生じるたとえばニッケルなどの金属材料で形成され
ている。座屈構造体3の両端は酸化シリコンなどの絶縁
性の部材7で、たとえばシリコンあるいはガラスなどの
基板5に固定されているとともに、通電するための電極
9a,9bがその端部に設けられている。座屈構造体3
の中央部のノズルオリフィス2に対向する部分の断面積
は他の部分より小さくされている。また、基板5の表面
はたとえばポリイミドなどの絶縁性のスペーサ10を介
してノズルプレート1に固定され、基板5の裏面は筐体
8に固定されている。
First, FIG. 1 will be described. The nozzle plate 1 has a plurality of nozzle orifices 2 formed in a conical shape or a funnel shape.
The buckling structure 3 is arranged corresponding to the above, and has a structure in which it is immersed in the ink in the ink chamber 4. Nozzle plate 1
For example, glass having a thickness of 0.2 mm can be used. The buckling structure 3 has a comb-teeth shape and is made of a metallic material such as nickel which is conductive and elastically deforms. Both ends of the buckling structure 3 are insulating members 7 such as silicon oxide, which are fixed to a substrate 5 such as silicon or glass, and electrodes 9a and 9b for conducting electricity are provided at their ends. There is. Buckling structure 3
The cross-sectional area of the portion of the central portion facing the nozzle orifice 2 is smaller than that of the other portions. The front surface of the substrate 5 is fixed to the nozzle plate 1 via an insulating spacer 10 such as polyimide, and the back surface of the substrate 5 is fixed to the housing 8.

【0016】次に図3について説明する。電極9a,9
bを通して電圧が印加されると、座屈構造体3は抵抗発
熱により加熱され熱膨張を起こそうとする。しかしなが
ら、この場合両端が固定されているため、膨張変形する
ことができず、圧縮力Pが発生する。この圧縮力Pが座
屈荷重を超えると座屈変形を起こす。このとき座屈構造
体3のノズルに対向する部分の断面積を他の部分より小
さくすると応力集中を起こすので、図3、図4に示すよ
うに座屈構造体3のノズルに対向する部分が、図1およ
び図2の状態から、ノズルプレート1側にノズルオリフ
ィス2の形状に対応して変形する。したがって、座屈構
造体3とノズルプレート1との間の空間を満たしていた
インクに圧力が伝搬し、ノズルオリフィス2よりインク
滴6が形成されて外へ噴出する。
Next, FIG. 3 will be described. Electrodes 9a, 9
When a voltage is applied through b, the buckling structure body 3 is heated by resistance heat generation and tends to cause thermal expansion. However, in this case, since both ends are fixed, it cannot be expanded and deformed, and the compressive force P is generated. When this compressive force P exceeds the buckling load, buckling deformation occurs. At this time, if the cross-sectional area of the portion of the buckling structure 3 facing the nozzle is made smaller than that of the other portion, stress concentration occurs, so that as shown in FIGS. From the state shown in FIGS. 1 and 2, the nozzle plate 1 is deformed corresponding to the shape of the nozzle orifice 2. Therefore, the pressure propagates to the ink filling the space between the buckling structure 3 and the nozzle plate 1, and the ink droplet 6 is formed from the nozzle orifice 2 and ejected to the outside.

【0017】ここでたとえば、座屈構造体3の主材料を
ニッケル、長さを300μm、幅を50μm、厚さを約
6μmとし、ノズルオリフィス2に対向する座屈構造体
3の中央部の厚さを、長さ100μmにわたり3μmに
し、電極9a,9bに0.59Vの電圧を印加すると、
座屈構造体3はノズルプレート1側に9μm変形する。
また、スペーサ10の厚さは座屈構造体3からノズルオ
リフィス2への圧力伝搬に大きな影響を及ぼすことがわ
かっており、2〜5μmにすることが望ましい。
Here, for example, the main material of the buckling structure 3 is nickel, the length is 300 μm, the width is 50 μm, and the thickness is about 6 μm, and the thickness of the central portion of the buckling structure 3 facing the nozzle orifice 2 is set. By applying a voltage of 0.59 V to the electrodes 9a and 9b,
The buckling structure 3 is deformed to the nozzle plate 1 side by 9 μm.
Further, it is known that the thickness of the spacer 10 has a great influence on the pressure propagation from the buckling structure 3 to the nozzle orifice 2, and it is desirable to set it to 2 to 5 μm.

【0018】また、座屈構造体3が線膨張係数の差によ
りノズルプレート1側に曲がるように、座屈構造体3
は、基板側に厚さ0.01μmのタンタル、ノズルプレ
ート側に厚さ約6μmのニッケルの2層構造になってい
る。また電極9a,9bの電流を断ち、座屈構造体3が
冷却されれば図1,図2の待機状態へ戻る。
The buckling structure 3 is bent so that the buckling structure 3 bends toward the nozzle plate 1 side due to the difference in linear expansion coefficient.
Has a two-layer structure of 0.01 μm thick tantalum on the substrate side and about 6 μm thick nickel on the nozzle plate side. When the buckling structure body 3 is cooled by cutting off the current flowing through the electrodes 9a and 9b, the standby state shown in FIGS. 1 and 2 is restored.

【0019】この一連の動作は、上記座屈構造体3のノ
ズルオリフィスに対向する中央部分の厚さが薄い場合に
限定されるものではなく、厚さが他の部分と同じでも幅
を狭くすることにより同一の効果を奏する。たとえば後
述の座屈構造体3の長さが300μm、それぞれの幅が
50μm、厚さが約6μmとし、ノズルオリフィスに対
向する部分の座屈構造体の中央部のそれぞれの幅が、長
さ100μmにわたり25μmの場合も同様の動作を行
なう。
This series of operations is not limited to the case where the thickness of the central portion of the buckling structure 3 facing the nozzle orifice is thin, and the width is narrowed even if the thickness is the same as the other portions. This produces the same effect. For example, the buckling structure 3 to be described later has a length of 300 μm, a width of 50 μm, and a thickness of about 6 μm, and the width of the central portion of the buckling structure facing the nozzle orifice is 100 μm. The same operation is performed when the width is 25 μm.

【0020】図5は、図1の装置の分解斜視図であり、
図6のそのX−X′断面図、図7はそのY−Y′断面図
である。ノズルプレート1には多数のノズルオリフィス
2,2…が設けられている。スペーサ10はノズルオリ
フィス2,2…に対向する部分に長方形の窓10−1,
10−1…が設けられている。座屈構造体3は櫛形に構
成され、絶縁性部材7を介してインク流路5−1を有す
る基板5に固定される。インク流路5−1はノズルオリ
フィス2,2…の方向に細長い漏斗状に形成されてい
る。スペーサ10の窓10−1に対向する座屈構造体3
の櫛の歯の中央部分3−1は厚さを薄くするまたは幅を
細くして変形しやすくする。図5の場合は幅を細くして
ある。座屈構造体3の端部9a,9bは電極となる。基
板5は空所8−1およびインク供給孔8−2を有する筐
体8に取付けられている。この空所8−1とインク流路
5−1はインク室4を形成する。なお、11は座屈構造
体3の絶縁性部材7とスペーサ10の間を埋める充填材
である。絶縁性部材7は、座屈構造体3と基板5との間
隔を規制するスペーサとなる。
FIG. 5 is an exploded perspective view of the apparatus of FIG.
6 is its XX 'sectional view, and FIG. 7 is its YY' sectional view. The nozzle plate 1 is provided with a large number of nozzle orifices 2, 2, ... The spacer 10 has a rectangular window 10-1, at a portion facing the nozzle orifices 2, 2 ...
10-1 ... are provided. The buckling structure 3 has a comb shape and is fixed to the substrate 5 having the ink flow path 5-1 via the insulating member 7. The ink flow channel 5-1 is formed in a slender funnel shape in the direction of the nozzle orifices 2, 2. Buckling structure 3 facing the window 10-1 of the spacer 10
The central portion 3-1 of the teeth of the comb has a thin thickness or a narrow width to facilitate deformation. In the case of FIG. 5, the width is narrow. The ends 9a and 9b of the buckling structure 3 serve as electrodes. The substrate 5 is attached to a housing 8 having a space 8-1 and an ink supply hole 8-2. The void 8-1 and the ink flow path 5-1 form the ink chamber 4. Reference numeral 11 is a filler that fills the space between the insulating member 7 and the spacer 10 of the buckling structure body 3. The insulating member 7 serves as a spacer that regulates the distance between the buckling structure 3 and the substrate 5.

【0021】次に製法の一例として、ノズルオリフィス
に対向する部分を薄くした座屈構造体およびそれを支持
する基板の製造工程について説明する。図8(a)〜
(i)はその製法の各工程の断面図である。
Next, as an example of a manufacturing method, a manufacturing process of a buckling structure having a thinned portion facing the nozzle orifice and a substrate supporting the buckling structure will be described. 8 (a)-
(I) is sectional drawing of each process of the manufacturing method.

【0022】まず、図8(a)に示すように、シリコン
基板100の表裏両面に熱酸化膜110を所定の厚さ
(たとえば1μm)形成する。
First, as shown in FIG. 8A, a thermal oxide film 110 having a predetermined thickness (for example, 1 μm) is formed on both front and back surfaces of a silicon substrate 100.

【0023】次に図8(b)に示すように、裏面にフォ
トレジストを塗布し、形成すべきインク流路の形状に対
応したパターニングを行ない、CHF3 にて熱酸化膜1
10のエッチングを行なう。
Next, as shown in FIG. 8B, a photoresist is applied to the back surface, patterning is performed corresponding to the shape of the ink flow path to be formed, and the thermal oxide film 1 is formed with CHF 3 .
10 etching is performed.

【0024】次に図8(c)に示すように、表面にフォ
トレジストを塗布し、ノズルオリフィスに対向する部分
だけフォトレジスト150を残してエッチングする。こ
れは座屈構造体の厚さを薄くするためである。
Next, as shown in FIG. 8C, a photoresist is applied to the surface and etching is performed while leaving the photoresist 150 only in the portion facing the nozzle orifice. This is to reduce the thickness of the buckling structure.

【0025】次に、図8(d)に示すように、表面にた
とえば厚さ0.01μmのタンタル膜を形成しその上に
たとえば厚さ0.1μmのニッケル膜をたとえばスパッ
タ法で成膜し、タンタルおよびニッケル膜120が形成
される。この上にフォトレジスト130を塗布し、形成
すべき座屈構造体の構造体の形状に対応した櫛の歯状の
パターニングを行なう。このときフォトレジストパター
ニング用のフォトマスクは、座屈構造体の長さが300
μm、幅が50μmになるように設計したものを用い
る。櫛の歯部分の間隔はノズルオリフィスの間隔に対応
して決定される。
Next, as shown in FIG. 8D, a tantalum film having a thickness of 0.01 μm is formed on the surface, and a nickel film having a thickness of 0.1 μm is formed thereon by, for example, a sputtering method. , Tantalum and nickel film 120 is formed. A photoresist 130 is applied on this, and patterning is performed in a comb tooth shape corresponding to the shape of the structure of the buckling structure to be formed. At this time, the length of the buckling structure of the photomask for photoresist patterning is 300.
A device designed to have a width of 50 μm and a width of 50 μm is used. The distance between the teeth of the comb is determined according to the distance between the nozzle orifices.

【0026】次に図8(e)に示すように、前記タンタ
ルおよびニッケル膜120を電極にして電解めっき法に
より所定の厚さたとえば6μmのニッケルめっき層14
0を形成する。タンタルおよびニッケル膜120とニッ
ケルめっき層140により座屈構造体3が形成される。
電解めっきには、たとえば、スルファミン酸ニッケル浴
によるニッケルめっきを用いることができる。
Next, as shown in FIG. 8E, the nickel plating layer 14 having a predetermined thickness, for example 6 μm, is formed by electrolytic plating using the tantalum and nickel films 120 as electrodes.
Form 0. Buckling structure body 3 is formed by tantalum / nickel film 120 and nickel plating layer 140.
For the electrolytic plating, for example, nickel plating using a nickel sulfamate bath can be used.

【0027】次に、図8(f)に示すように、フォトレ
ジスト130を剥離し、イオンミリング等のドライエッ
チングにより不要な前記スパッタによるタンタルおよび
ニッケル膜120の両端部を除去する。
Next, as shown in FIG. 8F, the photoresist 130 is peeled off, and unnecessary tantalum by sputtering and both ends of the nickel film 120 are removed by dry etching such as ion milling.

【0028】次に図8(g)に示すように、表面にフォ
トレジストを塗布し、座屈構造体3のノズルオリフィス
に対向する部分をたとえば厚さ3μmにハーフエッチン
グした後フォトレジストを剥離する。
Next, as shown in FIG. 8 (g), a photoresist is applied to the surface, and the portion of the buckling structure 3 facing the nozzle orifice is half-etched to a thickness of 3 μm, for example, and then the photoresist is removed. .

【0029】次に図8(h)に示すように、前記の状態
のシリコン基板100を水酸化カリウム溶液に浸すと、
熱酸化膜110のない部分のシリコンが除去され、イン
ク流路5−1が形成される。
Next, as shown in FIG. 8H, when the silicon substrate 100 in the above state is immersed in a potassium hydroxide solution,
Silicon in the portion without the thermal oxide film 110 is removed, and the ink flow path 5-1 is formed.

【0030】次に図8(i)に示されるように、前記状
態のシリコン基板100を弗酸溶液に浸すと、不要な熱
酸化膜が除去される。次にこの状態のシリコン基板10
0をアセトンに浸すと、前記フォトレジスト150が除
去され、座屈構造体3の両端部のみが基板に固定され
る。これで圧力発生器が完成する。
Next, as shown in FIG. 8 (i), the silicon substrate 100 in the above state is dipped in a hydrofluoric acid solution to remove an unnecessary thermal oxide film. Next, the silicon substrate 10 in this state
When 0 is immersed in acetone, the photoresist 150 is removed, and only both ends of the buckling structure 3 are fixed to the substrate. This completes the pressure generator.

【0031】最後に図5に示すように、ノズルプレート
1、スペーサ10、座屈構造体3を配置した基板5、筐
体8を接合してインクジェットヘッドが完成する。
Finally, as shown in FIG. 5, the ink jet head is completed by joining the nozzle plate 1, the spacer 10, the substrate 5 on which the buckling structure 3 is arranged, and the housing 8.

【0032】次に製法の第2の例として、ノズルオリフ
ィスに対向する部分を細くした座屈構造体およびそれを
支持する基板の製造工程について説明する。図9(a)
〜(g)はその製法の各工程の断面図である。
Next, as a second example of the manufacturing method, a manufacturing process of a buckling structure body in which a portion facing the nozzle orifice is thin and a substrate supporting the buckling structure body will be described. FIG. 9 (a)
(G) is sectional drawing of each process of the manufacturing method.

【0033】まず図9(a)に示すように、シリコン基
板100の表裏両面に熱酸化膜10をたとえば1μm形
成する。
First, as shown in FIG. 9A, thermal oxide films 10 are formed on both the front and back surfaces of the silicon substrate 100 to have a thickness of 1 μm, for example.

【0034】次に図9(b)に示すように、裏面にフォ
トレジストを塗布し、形成すべき流路の形状に対応した
パターニングを行ない、CHF3 にて熱酸化膜110の
エッチングを行なう。
Next, as shown in FIG. 9B, a photoresist is applied to the back surface, patterning is performed corresponding to the shape of the flow path to be formed, and the thermal oxide film 110 is etched with CHF 3 .

【0035】次に、図9(c)に示すように、表面にた
とえば厚さ0.01μmのタンタル膜およびたとえば厚
さ0.1μmのニッケル膜よりなるタンタルおよびニッ
ケル膜120を、たとえばスパッタ法で成膜し、この上
にフォトレジスト130を塗布し形成すべき座屈構造体
の形状に対応した櫛の歯状のパターニングを行なう。こ
のとき、該フォトレジストパターニング用のフォトマス
クは、座屈構造体の長さが300μm、それぞれの幅が
50μmで、ノズルオリフィスに対向する部分のそれぞ
れの座屈構造体の幅が、長さ100μmにわたり25μ
mになるように予め設計したものを用いる。
Next, as shown in FIG. 9C, a tantalum film having a thickness of 0.01 μm and a tantalum and nickel film 120 made of a nickel film having a thickness of 0.1 μm, for example, are formed on the surface by sputtering, for example. A film is formed, a photoresist 130 is applied thereon, and comb-shaped patterning corresponding to the shape of the buckling structure to be formed is performed. At this time, in the photomask for photoresist patterning, the buckling structure has a length of 300 μm and the width thereof is 50 μm, and the width of the buckling structure at the portion facing the nozzle orifice is 100 μm. 25μ over
The one designed in advance to be m is used.

【0036】次に図9(d)に示すように、前記ニッケ
ル膜を電極にして電解めっき法により所定の厚さ(たと
えば6μm)のニッケルめっき層140を形成する。こ
のニッケルめっき層140とタンタルおよびニッケル膜
120で座屈構造体3が形成される。電解めっきには、
たとえばスルファミン酸ニッケル浴によるニッケルめっ
きを用いることができる。
Next, as shown in FIG. 9D, a nickel plating layer 140 having a predetermined thickness (for example, 6 μm) is formed by electrolytic plating using the nickel film as an electrode. The buckling structure 3 is formed by the nickel plating layer 140 and the tantalum / nickel film 120. For electrolytic plating,
For example, nickel plating with a nickel sulfamate bath can be used.

【0037】次に図9(e)に示すように、フォトレジ
ストを剥離しイオンミリング等のドライエッチングによ
り、不要な両端のスパッタによるタンタルおよびニッケ
ル膜120を除去する。
Next, as shown in FIG. 9E, the photoresist is peeled off, and the unnecessary tantalum and nickel films 120 by sputtering on both ends are removed by dry etching such as ion milling.

【0038】次にこの状態のシリコン基板100を水酸
化カリウム溶液に浸すと、熱酸化膜のない部分のシリコ
ンが除去され、インク流路5−1が形成される。
Next, when the silicon substrate 100 in this state is dipped in a potassium hydroxide solution, the silicon in the portion without the thermal oxide film is removed, and the ink channel 5-1 is formed.

【0039】次に図9(g)に示すように、前記の状態
のシリコン基板100を弗酸溶液に浸すと、不要な熱酸
化膜が除去され、座屈構造体3の両端部分のみ基板に固
定された状態になる。これで圧力発生器が完成する。
Next, as shown in FIG. 9G, when the silicon substrate 100 in the above-mentioned state is dipped in a hydrofluoric acid solution, unnecessary thermal oxide film is removed, and only the both ends of the buckling structure 3 are left as the substrate. It will be fixed. This completes the pressure generator.

【0040】最後に、図5に示すように、ノズルプレー
ト1、スペーサ10、座屈構造体3を配置した基板5、
筐体8を接合してインクジェットヘッドが完成する。
Finally, as shown in FIG. 5, the substrate 5 on which the nozzle plate 1, the spacer 10 and the buckling structure 3 are arranged,
The housing 8 is joined to complete the inkjet head.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、インク
の圧力を高める機構として熱駆動による座屈構造体の座
屈変形を用いているため、圧力発生器の構造が非常に簡
単で、形状が小さくても大きな変位量が得られるのでヘ
ッドの小型化が可能である。さらに、ノズルオリフィス
に対向する位置の座屈構造体が大きく変形するのでイン
ク滴の吐出速度が向上する。
As described above, according to the present invention, since the buckling deformation of the buckling structure body by thermal driving is used as a mechanism for increasing the pressure of ink, the structure of the pressure generator is very simple. Since a large amount of displacement can be obtained even if the shape is small, the head can be downsized. Further, since the buckling structure at the position facing the nozzle orifice is largely deformed, the ink droplet ejection speed is improved.

【0042】流量の制御は座屈構造体に与えるパルスの
サイクルを変更して行なうことができる。また製造方法
においては、フォトリソグラフィ技術を用いているた
め、パターンの寸法精度が高く、量産効果が大きく、高
集積化および低コスト化が可能である。
The flow rate can be controlled by changing the pulse cycle applied to the buckling structure. Further, since the photolithography technique is used in the manufacturing method, the pattern dimensional accuracy is high, the mass production effect is large, and high integration and cost reduction are possible.

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

【図1】本発明のインクジェットヘッドの待機状態の断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an inkjet head of the present invention in a standby state.

【図2】図1のX1 −X1 ′断面図である。2 is a sectional view taken along line X 1 -X 1 ′ of FIG.

【図3】本発明のインクジェットヘッドの動作状態の断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of an operating state of the inkjet head of the present invention.

【図4】図2のX2 −X2 ′断面図である。4 is a sectional view taken along line X 2 -X 2 ′ of FIG.

【図5】本発明のインクジェットヘッドの分解斜視図で
ある。
FIG. 5 is an exploded perspective view of the inkjet head of the present invention.

【図6】図5のX−X′断面図である。6 is a sectional view taken along line XX ′ of FIG.

【図7】図5のY−Y′断面図である。7 is a cross-sectional view taken along line YY ′ of FIG.

【図8】(a)〜(i)は本発明の製法の一例の各工程
の断面図である。
8 (a) to (i) are cross-sectional views of respective steps of an example of the production method of the present invention.

【図9】(a)〜(g)は本発明の製法の他の例の工程
の断面図である。
9A to 9G are cross-sectional views of steps of another example of the production method of the present invention.

【図10】(a)および(b)はそれぞれ従来のインク
ジェットヘッドの待機状態および動作状態の断面図であ
る。
10A and 10B are cross-sectional views of a conventional inkjet head in a standby state and an operating state, respectively.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ノズル 2 ノズルオリフィス 3 座屈構造体 4 インク出力 5 基板 6 インク滴 7 絶縁性部材 8 筐体 9a,9b 電極 10 スペーサ 100 シリコン基板 110 熱酸化膜 120 タンタルおよびニッケル膜 130 フォトレジスト 140 ニッケルめっき層 150 フォトレジスト 1 Nozzle 2 Nozzle Orifice 3 Buckling Structure 4 Ink Output 5 Substrate 6 Ink Drop 7 Insulating Member 8 Housing 9a, 9b Electrode 10 Spacer 100 Silicon Substrate 110 Thermal Oxide Film 120 Tantalum and Nickel Film 130 Photoresist 140 Nickel Plating Layer 150 photoresist

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 乾 哲也 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 阿部 新吾 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 太田 賢司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Tetsuya Inui, 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Within Sharp Corporation (72) Inventor Shingo Abe 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka, Osaka Incorporated (72) Inventor Kenji Ota 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ノズルオリフィスを有するノズルプレー
トとその背面の筐体とよりなるインク室と、インク室の
中に設けられた圧力発生器とを有し、圧力発生器は温度
変化により駆動する座屈構造体とその座屈構造体をスペ
ーサを介して支持しかつインク流路を有する基板で構成
され、座屈構造体のノズルオリフィスに対向する部分は
局部的に変形することを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
1. An ink chamber comprising a nozzle plate having a nozzle orifice and a housing behind the nozzle plate, and a pressure generator provided in the ink chamber, the pressure generator being a seat driven by a temperature change. An inkjet characterized by comprising a buckling structure and a substrate supporting the buckling structure via a spacer and having an ink flow path, and a portion of the buckling structure facing the nozzle orifice is locally deformed. head.
【請求項2】 座屈構造体のノズルオリフィスに対向す
る部分の断面積を他の部分より小さくすることを特徴と
する請求項1記載のインクジェットヘッド。
2. The ink jet head according to claim 1, wherein a cross-sectional area of a portion of the buckling structure facing the nozzle orifice is smaller than that of the other portion.
【請求項3】 座屈構造体はタンタル膜の上に形成され
たニッケル膜とその上に形成されたニッケル層とよりな
ることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッ
ド。
3. The ink jet head according to claim 1, wherein the buckling structure comprises a nickel film formed on the tantalum film and a nickel layer formed on the nickel film.
【請求項4】 基板上のノズルオリフィスに対向する部
分にフォトレジストを形成する工程と、フォトレジスト
を含む基板の上に座屈構造体となるニッケル膜を電解め
っき法により形成する工程と、前記ノズルオリフィスに
対向する部分のニッケル膜の断面積を他の部分の断面積
より小さくなるようにエッチングする工程と、圧力発生
器の前方にノズルオリフィスを有するノズルプレートを
結合し、後方に筐体を結合してインク室を形成する工程
とを有することを特徴とするインクジェットヘッドの製
造方法。
4. A step of forming a photoresist on a portion of the substrate facing the nozzle orifice, a step of forming a nickel film to be a buckling structure body on the substrate containing the photoresist by electrolytic plating, The step of etching the nickel film so that the cross-sectional area of the nickel film facing the nozzle orifice is smaller than the cross-sectional area of the other area, the nozzle plate having the nozzle orifice is connected in front of the pressure generator, and the housing is installed in the rear. And a step of forming an ink chamber by combining them with each other.
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