JPH09207341A - Nozzle plate for ink jet head and manufacture thereof - Google Patents
Nozzle plate for ink jet head and manufacture thereofInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に用いられるインクジェットヘッドのインク滴を
吐出するためのノズルが形成されたノズルプレートの構
造及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a nozzle plate having nozzles for ejecting ink droplets of an ink jet head used in an ink jet recording apparatus and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のインクジェットヘッド用ノズルプ
レートの材料としては、プラスチック等の樹脂やステン
レス等の金属が多用され、さらに最近ではシリコンのよ
うな半導体材料の使用も検討されてきている。特に、シ
リコンを材料としてノズルプレートを形成する方法とし
ては、特開平４−３１２８５３号公報の実施例１に記載
されているように、（１００）面方位のシリコン基板を
アルカリ水溶液を用いて異方性エッチングする方法が挙
げられる。この製造方法の特徴は、まず両面研磨した
（１００）面方位のシリコン基板の一方の面に、パター
ンを形成した熱酸化膜をエッチングマスクとして、アル
カリ水溶液を用いた異方性エッチングを施してピラミッ
ド型のノズルを形成した後、前記シリコン基板の他方の
面の全面にアルカリ水溶液を用いた異方性エッチングを
施して基板厚みを薄くすることによって、ノズル密度が
高いノズルプレートを製造することであった。2. Description of the Related Art As a material for a conventional nozzle plate for an ink jet head, a resin such as plastic or a metal such as stainless steel is frequently used, and recently, the use of a semiconductor material such as silicon has been considered. In particular, as a method of forming a nozzle plate using silicon as a material, as described in Example 1 of JP-A-4-312853, a silicon substrate having a (100) plane orientation is anisotropic using an alkaline aqueous solution. The method of performing the property etching may be used. The feature of this manufacturing method is that a pyramid is formed by first performing anisotropic etching using an alkaline aqueous solution on one surface of a silicon substrate having a (100) plane orientation polished on both sides using a patterned thermal oxide film as an etching mask. After forming the nozzles of the mold, the entire surface of the other side of the silicon substrate is subjected to anisotropic etching using an alkaline aqueous solution to reduce the thickness of the substrate to manufacture a nozzle plate having a high nozzle density. It was
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開平４
−３１２８５３号公報の方法では、ノズル密度を向上さ
せるために基板の厚みを非常に薄くする必要があった。
図５に、この製造方法によって製造し得るインクジェッ
トヘッド用ノズルプレートの平面図（ａ）と点線Ｄ−
Ｄ’で切断した断面図（ｂ）を示す。ノズルの斜面部５
１は、基板表面５２に対して５５度の角度をなす（１１
１）結晶面である。例えば、ノズルのインク吐出側開口
部５３の一辺の長さＬ１を５０μｍ、インク吐出側と反
対側の開口部５４の間隔の長さＬ２を４．７μｍ、ノズ
ルとノズルのピッチ間隔Ｌ３を８４．７μｍ（３００ド
ットパーインチ相当）とするためには、最終的なシリコ
ン基板の厚みｔをわずか２１μｍにする必要があるた
め、ハンドリングが極めて困難になり、製造の歩留まり
が非常に低いという課題があった。However, the above-mentioned Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
In the method of Japanese Patent No. 312853, it was necessary to make the thickness of the substrate very small in order to improve the nozzle density.
FIG. 5 is a plan view (a) of a nozzle plate for an inkjet head that can be manufactured by this manufacturing method and a dotted line D-.
Sectional drawing (b) cut by D'is shown. Nozzle slope 5
1 forms an angle of 55 degrees with the substrate surface 52 (11
1) It is a crystal plane. For example, the length L1 of one side of the ink discharge side opening 53 of the nozzle is 50 μm, the length L2 of the distance between the openings 54 on the side opposite to the ink discharge side is 4.7 μm, and the pitch distance L3 between the nozzles is 84. In order to achieve 7 μm (corresponding to 300 dots per inch), the final thickness t of the silicon substrate needs to be only 21 μm, which makes handling extremely difficult and has a problem that the manufacturing yield is very low. It was
【０００４】そのため、ノズル周辺部だけ溝状にエッチ
ングを施し基板厚みを薄くする方法も考えられ、これに
よってハンドリングは可能となる。図６にこの方法によ
って製造されたインクジェットヘッド用ノズルプレート
の平面図（ａ）および点線Ｅ−Ｅ’で切断した断面図
（ｂ）を示す。この方法では、ノズル６１を形成した後
で、基板全体の板厚を薄くする代わりに、ノズル６１の
周囲だけをアルカリ水溶液を用いた異方性エッチングに
よって溝状にエッチングし、その他の基板部分に対して
薄くしたノズルプレートが製造される。ところで、イン
クジェットプリンタの完成体に装備されるヘッドクリー
ニング機構は、ノズル周辺のインクを吸い取るタイプ
か、ヘラ状の物体によってノズル周辺を擦るタイプであ
り、ノズル横の面６２に異物が付着した場合、図６の構
造では除去する方法がないという課題があった。For this reason, a method may be considered in which only the peripheral portion of the nozzle is etched in a groove shape to reduce the thickness of the substrate, and this enables handling. FIG. 6 shows a plan view (a) of a nozzle plate for an inkjet head manufactured by this method and a sectional view (b) taken along a dotted line EE ′. In this method, after forming the nozzle 61, instead of reducing the plate thickness of the entire substrate, only the periphery of the nozzle 61 is etched into a groove shape by anisotropic etching using an alkaline aqueous solution, and other substrate portions are formed. In contrast, a thinned nozzle plate is manufactured. By the way, the head cleaning mechanism provided in the completed inkjet printer is of a type that absorbs ink around the nozzle or a type that rubs the periphery of the nozzle with a spatula-like object. The structure of FIG. 6 has a problem that there is no method for removing it.
【０００５】また図７に、特開平４−３１２８５３号公
報によって製造したインクジェットヘッド用ノズルプレ
ートを用いたインクジェットヘッドの一部の断面を示
す。ノズルプレート７１とインク圧力室基板７２が接合
されているが、ノズル密度と圧力室隔壁７３の寸法Ｗに
よっては、気泡が滞留し易い部分７４が形成されてしま
い、一部のノズルからインクが飛ばなくなるなど、印字
品質に悪影響を与える場合があった。また図７からわか
るように、ノズルはテーパー部のみで形成されておりス
トレート部分が全くない。ストレート部があると流路抵
抗が発生するため、インク圧力室７５内の圧力が負圧に
なっても空気を引き込みにくい。これに対しノズルがテ
ーパー部のみで形成されている場合は、流路抵抗が小さ
いためノズル７１内、さらには気泡が滞留し易い部分７
４にまで空気を引き込むことが多く、インク吐出量を安
定させることが難しいという課題があった。Further, FIG. 7 shows a partial cross section of an ink jet head using a nozzle plate for an ink jet head manufactured by Japanese Patent Laid-Open No. 4-312853. The nozzle plate 71 and the ink pressure chamber substrate 72 are joined, but depending on the nozzle density and the size W of the pressure chamber partition wall 73, a portion 74 in which air bubbles are likely to stay is formed, and ink is ejected from some nozzles. There is a case where the print quality is adversely affected such as disappearing. Further, as can be seen from FIG. 7, the nozzle is formed only by the tapered portion and has no straight portion. Since there is a flow path resistance when there is a straight portion, it is difficult to draw air even when the pressure inside the ink pressure chamber 75 becomes negative. On the other hand, when the nozzle is formed only by the tapered portion, the flow path resistance is small, so that the portion 7 inside the nozzle 71 where bubbles are likely to stay is further reduced.
There is a problem that it is difficult to stabilize the ink ejection amount because the air is often drawn up to 4.
【０００６】本発明は、前記したような課題を解決する
もので、その目的とするところは、印字品質が良く、従
来のヘッドクリーニング機構を利用可能な、シリコン基
板を用いた高密度のインクジェットヘッド用ノズルプレ
ートを、高い歩留まりで効率良く製造し提供することに
ある。The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a high-density ink jet head using a silicon substrate, which has good printing quality and can use a conventional head cleaning mechanism. It is to efficiently manufacture and provide a nozzle plate for use with a high yield.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッド用ノズルプレートは、（１１０）面方位のシリコ
ン基板からなり、シリコン基板の両面を貫通する貫通穴
を有するインクジェットヘッド用ノズルプレートにおい
て、貫通穴のシリコン基板の一方の面に連なる部分がシ
リコン基板の板厚方向において一定の断面形状を有する
ストレート部であり、貫通穴のシリコン基板の他方の面
に連なる部分が、シリコン基板内部においてストレート
部に連なり、かつシリコン基板の板厚方向において断面
積が変化するテーパー部であることを特徴とする。A nozzle plate for an ink jet head according to the present invention comprises a silicon substrate having a (110) plane orientation, and has a through hole penetrating both sides of the silicon substrate. Of the silicon substrate is a straight portion having a constant cross-sectional shape in the thickness direction of the silicon substrate, and the portion of the through hole connected to the other surface of the silicon substrate is a straight portion inside the silicon substrate. The taper portion is continuous and has a cross-sectional area that changes in the plate thickness direction of the silicon substrate.
【０００８】また本発明のインクジェットヘッド用ノズ
ルプレートは、前記テーパー部が前記シリコン基板表面
に対して垂直な少なくとも２つの（１１１）結晶面と、
前記シリコン基板表面に対して３５度の角度をなす２つ
の（１１１）結晶面と、前記シリコン基板表面に対して
平行な底面から構成されることを特徴とする。Further, in the ink jet head nozzle plate of the present invention, the tapered portion has at least two (111) crystal planes perpendicular to the surface of the silicon substrate,
It is characterized by comprising two (111) crystal faces forming an angle of 35 degrees with respect to the surface of the silicon substrate and a bottom surface parallel to the surface of the silicon substrate.
【０００９】また本発明のインクジェットヘッド用ノズ
ルプレートは、前記テーパー部が前記シリコン基板表面
に対して垂直な少なくとも２つの（１１１）結晶面と、
前記シリコン基板表面に対して３５度の角度をなす２つ
の（１１１）結晶面から構成されることを特徴とする。In the ink jet head nozzle plate of the present invention, the taper portion has at least two (111) crystal planes perpendicular to the surface of the silicon substrate.
It is characterized by being composed of two (111) crystal faces forming an angle of 35 degrees with respect to the surface of the silicon substrate.
【００１０】また本発明のインクジェットヘッド用ノズ
ルプレートの製造方法は、（１１０）面方位のシリコン
基板からなり、シリコン基板の両面を貫通する貫通穴の
シリコン基板の一方の面に連なる部分が、シリコン基板
の板厚方向において一定の断面形状を有するストレート
部であり、貫通穴のシリコン基板の他方の面に連なる部
分が、シリコン基板内部においてストレート部に連な
り、かつシリコン基板の板厚方向において断面積が変化
するテーパー部を湿式アルカリ異方性エッチングによっ
て形成することを特徴とする。In the method of manufacturing a nozzle plate for an ink jet head of the present invention, a silicon substrate having a (110) plane orientation is used, and a portion of a through hole penetrating both sides of the silicon substrate, which is continuous with one surface of the silicon substrate, is made of silicon. A straight portion having a constant cross-sectional shape in the thickness direction of the substrate, a portion of the through hole that is continuous with the other surface of the silicon substrate is continuous with the straight portion inside the silicon substrate, and has a cross-sectional area in the thickness direction of the silicon substrate. It is characterized in that the taper part in which is changed is formed by wet alkaline anisotropic etching.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な例を図面
を用いて詳細に説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【００１２】（実施例１）図１は、本発明におけるイン
クジェットヘッド用ノズルプレートの製造工程図であ
る。まず、両面研磨によって板厚１８０μｍの（１１
０）面方位シリコン基板１１を形成する（図１
（ａ））。シリコン基板１１には、酸素および水蒸気雰
囲気中で摂氏１１００度、４時間の熱処理を施し、シリ
コン基板１１の両面にＳｉＯ2 １４・１５を形成する
（図１（ｂ））。ＳｉＯ2 １４・１５は、エッチング時
のマスク材として使用するものである。シリコン基板１
１のインク吐出面１２上に形成されたＳｉＯ2 １４に、
フッ酸系のエッチング液を用いたフォトエッチング処理
を施し、ノズルパターン１６を形成する（図１
（ｃ））。ノズルパターン１６を形成したシリコン基板
１１には、ドライエッチングによりストレート形状のノ
ズル１７を形成する（図１（ｄ））。ノズル１７を形成
したシリコン基板１１には、再度酸素および水蒸気雰囲
気中で摂氏１１００度、４時間の熱処理を施し、ノズル
１７の内面にもＳｉＯ2 １８を形成する（図１
（ｅ））。シリコン基板１１にはフッ酸系のエッチング
液を用いたフォトエッチングを施し、インク室面１３上
に形成されたＳｉＯ2 １５のノズルに対応する位置に貫
通穴テーパー部１１０をアルカリ水溶液を用いた異方性
エッチングによって形成するためのエッチングマスクパ
ターン１９を形成する（図１（ｆ））。この時、インク
吐出面１２上およびノズル１７内面に形成されたＳｉＯ
2 １４・１８は、フォトレジストをコーティングするこ
とによって保護する。エッチングマスクパターン１９を
形成したシリコン基板１１には、アルカリ水溶液を用い
た異方性エッチングによって貫通穴テーパー部１１０を
形成し、最後にフッ酸系エッチング液によってＳｉＯ2
１４・１５・１８を除去する（図１（ｇ））。(Embodiment 1) FIG. 1 is a manufacturing process drawing of a nozzle plate for an ink jet head according to the present invention. First, by double-side polishing, (11
A (0) plane-oriented silicon substrate 11 is formed (FIG. 1).
(A)). The silicon substrate 11 is heat-treated at 1100 ° C. for 4 hours in an atmosphere of oxygen and water vapor to form SiO 2 14 and 15 on both surfaces of the silicon substrate 11 (FIG. 1B). SiO2 14 and 15 are used as a mask material during etching. Silicon substrate 1
On the SiO2 14 formed on the ink ejection surface 12 of 1,
A nozzle pattern 16 is formed by performing a photo-etching process using a hydrofluoric acid-based etching solution (see FIG. 1).
(C)). A straight nozzle 17 is formed on the silicon substrate 11 having the nozzle pattern 16 by dry etching (FIG. 1D). The silicon substrate 11 on which the nozzle 17 has been formed is again subjected to heat treatment in an atmosphere of oxygen and water vapor at 1100 ° C. for 4 hours to form SiO 2 18 on the inner surface of the nozzle 17 (FIG. 1).
(E)). The silicon substrate 11 is photoetched using a hydrofluoric acid-based etching solution, and the through hole taper portion 110 is anisotropically formed using an alkaline aqueous solution at a position corresponding to the nozzle of SiO2 15 formed on the ink chamber surface 13. An etching mask pattern 19 to be formed by reactive etching is formed (FIG. 1F). At this time, SiO formed on the ink ejection surface 12 and the inner surface of the nozzle 17
2 14 and 18 are protected by coating a photoresist. On the silicon substrate 11 on which the etching mask pattern 19 is formed, a through hole taper portion 110 is formed by anisotropic etching using an alkaline aqueous solution, and finally, a SiO2 etching solution is used to etch SiO2.
14.15 and 18 are removed (FIG. 1 (g)).
【００１３】図２は、本実施例によって形成されたノズ
ルプレートを、インク室側から見た平面図（ａ）と点線
Ａ−Ａ’で切断した断面の斜視図（ｂ）である。貫通穴
テーパー部は、基板表面に対して垂直な（１１１）結晶
面２１と、基板表面に対して３５度の角度をなす（１１
１）結晶面２２と、基板表面に対して平行な底面２３か
ら構成されている。貫通穴テーパー部を形成するための
アルカリ水溶液によるシリコン異方性エッチングは、
（１１１）結晶面の法線方向にはほとんど進行しないた
め、貫通穴テーパー部の幅やピッチを精度良く微細化で
き、ノズル密度の向上が非常に容易に可能である。ま
た、シリコン基板の厚みは１８０μｍのままで薄くする
必要もなくなったため、製造時にシリコン基板が割れる
事による損失がなくなった。また貫通穴テーパー部の深
さばらつきは、エッチング時間の管理によって、ヘッド
組立後のインク吐出特性に影響が出ないレベルに抑制す
ることができた。FIG. 2 is a plan view (a) of the nozzle plate formed according to this embodiment as seen from the ink chamber side and a perspective view (b) of a cross section taken along a dotted line AA '. The tapered portion of the through hole makes an angle of 35 degrees with the (111) crystal face 21 which is perpendicular to the substrate surface (11
1) It is composed of a crystal plane 22 and a bottom surface 23 parallel to the substrate surface. Silicon anisotropic etching with an alkaline aqueous solution to form the through-hole taper portion,
Since it hardly progresses in the normal direction of the (111) crystal plane, the width and pitch of the through-hole tapered portion can be made fine with high accuracy, and the nozzle density can be improved very easily. Further, since it is not necessary to reduce the thickness of the silicon substrate to 180 μm, there is no loss due to the silicon substrate being broken during manufacturing. Further, by controlling the etching time, the variation in the depth of the tapered portion of the through hole could be suppressed to a level at which the ink ejection characteristics after head assembly were not affected.
【００１４】このノズルプレートを用いたインクジェッ
トヘッドを作製し、インク吐出試験、印字試験を行っ
た。その結果、インク圧力室の幅と貫通穴テーパー部の
幅を同一にすることができたので、インク圧力室及びノ
ズルプレートの貫通穴の内部に気泡が滞留した事による
インク吐出特性の低下は見られず、非常に良好な印字結
果が得られた。また、市販のインクジェットプリンター
に装備されている物と同一のクリーニング機構を試験装
置に組み込むことにより、ノズルプレートの表面に異物
やインクが付着した場合でも簡単に除去することができ
た。An ink jet head using this nozzle plate was prepared, and an ink ejection test and a printing test were conducted. As a result, the width of the ink pressure chamber and the width of the tapered portion of the through hole could be made the same.Therefore, deterioration of the ink ejection characteristics due to the accumulation of air bubbles inside the through hole of the ink pressure chamber and nozzle plate was not seen. Was not obtained, and a very good printing result was obtained. Further, even if foreign matter or ink adhered to the surface of the nozzle plate, it could be easily removed by incorporating the same cleaning mechanism as the one equipped in a commercially available inkjet printer into the test device.
【００１５】（実施例２）図３に、本発明の別の実施例
によって形成したノズルプレートを、インク室側から見
た平面図（ａ）、点線Ｂ−Ｂ’で切断した断面の斜視図
（ｂ）として示す。本実施例のインクジェットヘッド用
ノズルプレートは、実施例１の場合とほぼ同一であり、
異なる点は貫通穴テーパー部の形状だけなので、それ以
外の説明は省略する。実施例１と異なる点は、貫通穴テ
ーパー部の底部に基板表面に対して平行な面が形成され
ないところである。本実施例の貫通穴テーパー部は基板
表面に垂直な（１１１）結晶面３１と、基板表面に対し
て３５度の角度を成す（１１１）結晶面３２から構成さ
れる。貫通穴テーパー部を形成するためのアルカリ水溶
液によるシリコン異方性エッチングは、（１１１）結晶
面の法線方向には進行しないため、実施例１と同じく貫
通穴テーパー部の幅やピッチを精度良く微細化できるた
め、ノズル密度の向上が非常に容易に可能である。ま
た、シリコン基板の厚みは１８０μｍのままで薄くする
必要もなくなったため、製造時にシリコン基板が割れる
事による損失がなくなった。また、貫通穴テーパー部の
中に現れる基板表面に対して３５度の角度をなす２つの
（１１１）結晶面３２が交差することによって、貫通穴
テーパー部の深さ方向へのエッチングが停止するため、
基板表面のパターン寸法を管理することによって貫通穴
テーパー部深さおよびノズル長さの管理が実施例１より
も更に容易となった。(Embodiment 2) FIG. 3 is a plan view of a nozzle plate formed according to another embodiment of the present invention as seen from the ink chamber side (a), and a perspective view of a cross section taken along a dotted line BB '. Shown as (b). The nozzle plate for the inkjet head of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment,
The only difference is the shape of the tapered portion of the through-hole, so the other description will be omitted. The difference from Example 1 is that a plane parallel to the substrate surface is not formed at the bottom of the tapered through hole. The through-hole taper portion of this embodiment is composed of a (111) crystal plane 31 perpendicular to the substrate surface and a (111) crystal plane 32 forming an angle of 35 degrees with the substrate surface. Silicon anisotropic etching with an alkaline aqueous solution for forming the through-hole tapered portion does not proceed in the direction normal to the (111) crystal plane. Therefore, as in Example 1, the width and pitch of the through-hole tapered portion can be accurately adjusted. Since it can be miniaturized, the nozzle density can be improved very easily. Further, since it is not necessary to reduce the thickness of the silicon substrate to 180 μm, there is no loss due to the silicon substrate being broken during manufacturing. Further, since the two (111) crystal faces 32 forming an angle of 35 degrees with respect to the substrate surface appearing in the through hole tapered portion intersect, the etching in the depth direction of the through hole tapered portion is stopped. ,
By controlling the pattern size on the substrate surface, the control of the depth of the through hole tapered portion and the nozzle length became easier than in the first embodiment.
【００１６】このノズルプレートを用いたインクジェッ
トヘッドを作製し、インク吐出試験、印字試験を行っ
た。その結果、インク圧力室の幅と貫通穴テーパー部の
幅を同一にすることができたので、インク圧力室及びノ
ズルプレートの貫通穴の内部に気泡が滞留した事による
インク吐出特性の低下は見られず、非常に良好な印字結
果が得られた。また、市販のインクジェットプリンター
に装備されている物と同一のクリーニング機構を試験装
置に組み込むことにより、ノズルプレートの表面に異物
やインクが付着した場合でも簡単に除去することができ
た。An ink jet head using this nozzle plate was prepared, and an ink ejection test and a printing test were conducted. As a result, the width of the ink pressure chamber and the width of the tapered portion of the through hole could be made the same.Therefore, deterioration of the ink ejection characteristics due to the accumulation of air bubbles inside the through hole of the ink pressure chamber and nozzle plate was not seen. Was not obtained, and a very good printing result was obtained. Further, even if foreign matter or ink adhered to the surface of the nozzle plate, it could be easily removed by incorporating the same cleaning mechanism as the one equipped in a commercially available inkjet printer into the test device.
【００１７】（実施例３）図４に、本発明の別の実施例
によって形成したノズルプレートを、インク室側から見
た平面図（ａ）、点線Ｃ−Ｃ’で切断した断面の斜視図
（ｂ）として示す。本実施例のインクジェットヘッド用
ノズルプレートの製造方法は、実施例１の場合とほぼ同
一であり、異なる点は貫通穴テーパー部の形状だけなの
で、それ以外の説明は省略する。実施例１と異なる点
は、貫通穴テーパー部の底部に基板表面に対して平行な
面が形成されないところと、基板表面に垂直な（１１
１）結晶面が４つ形成されるところである。本実施例の
貫通穴テーパー部は基板表面に垂直な（１１１）結晶面
４１および４２と、基板表面に対して３５度の角度を成
す（１１１）結晶面４３から構成される。貫通穴テーパ
ー部を形成するためのアルカリ水溶液によるシリコン異
方性エッチングは、（１１１）結晶面の法線方向には進
行しないため、実施例１と同じく貫通穴テーパー部の幅
やピッチを精度良く微細化できるため、ノズル密度の向
上が非常に容易に可能である。また、シリコン基板の厚
みは１８０μｍのままで薄くする必要もなくなったた
め、製造時にシリコン基板が割れる事による損失がなく
なった。また、貫通穴テーパー部の中に現れる基板表面
に対して３５度の角度をなす２つの（１１１）結晶面が
交差することによって、貫通穴テーパー部の深さ方向へ
のエッチングが停止するため、実施例２と同じく基板表
面のパターン寸法を管理することによって貫通穴テーパ
ー部深さおよびノズル長さを容易に管理することが可能
となった。(Embodiment 3) FIG. 4 is a plan view of a nozzle plate formed according to another embodiment of the present invention as seen from the ink chamber side (a), and a perspective view of a cross section taken along a dotted line CC '. Shown as (b). The method of manufacturing the nozzle plate for an inkjet head of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment, and the only difference is the shape of the through-hole taper portion, and the description thereof is omitted. The difference from the first embodiment is that a plane parallel to the substrate surface is not formed at the bottom of the tapered portion of the through hole and that the surface perpendicular to the substrate surface (11
1) Four crystal planes are being formed. The tapered portion of the through hole of this embodiment is composed of (111) crystal faces 41 and 42 which are perpendicular to the substrate surface, and (111) crystal faces 43 which form an angle of 35 degrees with the substrate surface. Silicon anisotropic etching with an alkaline aqueous solution for forming the through-hole tapered portion does not proceed in the direction normal to the (111) crystal plane. Therefore, as in Example 1, the width and pitch of the through-hole tapered portion can be accurately adjusted. Since it can be miniaturized, the nozzle density can be improved very easily. Further, since it is not necessary to reduce the thickness of the silicon substrate to 180 μm, there is no loss due to the silicon substrate being broken during manufacturing. Further, since two (111) crystal planes forming an angle of 35 degrees with respect to the substrate surface appearing in the through hole tapered portion intersect, the etching of the through hole tapered portion in the depth direction is stopped. By controlling the pattern size on the surface of the substrate as in the second embodiment, it is possible to easily control the depth of the through-hole tapered portion and the nozzle length.
【００１８】このノズルプレートを用いたインクジェッ
トヘッドを作製し、インク吐出試験、印字試験を行っ
た。その結果、インク圧力室の幅と貫通穴テーパー部の
幅を同一にすることができたので、インク圧力室及びノ
ズルプレートの貫通穴の内部に気泡が滞留した事による
インク吐出特性の低下は見られず、非常に良好な印字結
果が得られた。また、市販のインクジェットプリンター
に装備されている物と同一のクリーニング機構を試験装
置に組み込むことにより、ノズルプレートの表面に異物
やインクが付着した場合でも簡単に除去することができ
た。An ink jet head using this nozzle plate was prepared, and an ink discharge test and a printing test were conducted. As a result, the width of the ink pressure chamber and the width of the tapered portion of the through hole could be made the same. Was not obtained, and a very good printing result was obtained. Further, even if foreign matter or ink adhered to the surface of the nozzle plate, it could be easily removed by incorporating the same cleaning mechanism as the one equipped in a commercially available inkjet printer into the test device.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上のように本発明のインクジェットヘ
ッド用ノズルプレートは、シリコン製であるにも関わら
ず、ノズルにストレート部分を有し、このストレート部
の長さを調節することによって、ノズル内を移動するイ
ンクに最適な抵抗を与えることができる。この働きによ
ってインク吐出量を安定させ、また空気の引き込みを防
ぎ、印字品質を向上させることができた。As described above, the nozzle plate for an ink jet head of the present invention has a straight portion in the nozzle even though it is made of silicon, and by adjusting the length of the straight portion, the inside of the nozzle is adjusted. Optimal resistance can be given to the moving ink. By this function, the ink ejection amount was stabilized, the air was prevented from being drawn in, and the printing quality could be improved.
【００２０】また、本発明のインクジェットヘッド用ノ
ズルプレートは、ノズル形成部の基板厚みを薄くする必
要がないため、クリーニング性が良好な事が確認され
た。Further, it has been confirmed that the nozzle plate for an ink jet head of the present invention does not need to have a thin substrate thickness in the nozzle forming portion, and therefore has good cleaning properties.
【００２１】また、本発明のインクジェットヘッド用ノ
ズルプレートの製造方法によって、材料の基板厚みを薄
くせずに高密度のインクジェットヘッド用ノズルプレー
トを製造することができ、プロセス途中での基板割れに
よる損失をなくすことができた。Further, according to the method for manufacturing an ink jet head nozzle plate of the present invention, it is possible to manufacture a high density ink jet head nozzle plate without reducing the substrate thickness of the material, and a loss due to substrate cracking during the process. I was able to get rid of.
【図１】本発明の実施例１におけるインクジェットヘッ
ド用ノズルプレートの製造工程図。FIG. 1 is a manufacturing process diagram of an inkjet head nozzle plate according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例１によって製造されたインクジ
ェットヘッド用ノズルプレートの平面図および断面斜視
図。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional perspective view of an inkjet head nozzle plate manufactured according to a first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例２によって製造されたインクジ
ェットヘッド用ノズルプレートの平面図および断面斜視
図。FIG. 3 is a plan view and a sectional perspective view of a nozzle plate for an inkjet head manufactured according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施例３によって製造されたインクジ
ェットヘッド用ノズルプレートの平面図および断面斜視
図。4A and 4B are a plan view and a cross-sectional perspective view of an inkjet head nozzle plate manufactured according to a third embodiment of the present invention.
【図５】従来の技術によるインクジェットヘッド用ノズ
ルプレートの平面図と断面図。5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view of a nozzle plate for an inkjet head according to a conventional technique.
【図６】従来の技術によるインクジェットヘッド用ノズ
ルプレートの平面図と断面図。FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view of a nozzle plate for an inkjet head according to a conventional technique.
【図７】従来の技術によるインクジェットヘッド用ノズ
ルプレートを用いたインクジェットヘッドの断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of an inkjet head using a conventional inkjet head nozzle plate.
１１ シリコン基板 １２ インク吐出面 １３ インク室面 １４、１５ ＳｉＯ2 １６ ノズルパターン １７ ノズル １８ ノズル内のＳｉＯ2 １９ 貫通穴テーパー部パターン １１０ 貫通穴テーパー部 ２１ 基板表面に対して垂直な（１１１）面 ２２ 基板表面に対して３５度の角度をなす（１
１１）面 ２３ 基板表面に対して平行な底面 ３１ 基板表面に対して垂直な（１１１）面 ３２ 基板表面に対して３５度の角度をなす（１
１１）面 ４１、４２ 基板表面に対して垂直な（１１１）面 ４３ 基板表面に対して３５度の角度をなす（１
１１）面 ５１ ノズルの斜面部 ５２ 基板表面 ５３ インク吐出側のノズル開口部 ５４ インク吐出側と反対側のノズル開口部 ６１ ノズル ６２ ノズル横の面 ７１ ノズルプレート ７２ インク圧力室基板 ７３ インク圧力室隔壁 ７４ 気泡滞留し易い部分 ７５ インク圧力室11 Silicon Substrate 12 Ink Ejection Surface 13 Ink Chamber Surface 14, 15 SiO2 16 Nozzle Pattern 17 Nozzle 18 SiO2 in Nozzle 19 Through Hole Tapered Part Pattern 110 Through Hole Tapered Part 21 (111) Surface Perpendicular to Substrate Surface 22 Substrate Make an angle of 35 degrees to the surface (1
11) plane 23 bottom surface parallel to substrate surface 31 (111) plane perpendicular to substrate surface 32 angle of 35 degrees with respect to substrate surface (1
11) plane 41, 42 (111) plane perpendicular to the substrate surface 43 forms an angle of 35 degrees with the substrate surface (1
11) Surface 51 Nozzle slope 52 Substrate surface 53 Nozzle opening on the ink ejection side 54 Nozzle opening on the side opposite to the ink ejection side 61 Nozzle 62 Side surface of the nozzle 71 Nozzle plate 72 Ink pressure chamber substrate 73 Ink pressure chamber partition wall 74 Portion where air bubbles easily stay 75 Ink pressure chamber
Claims (4)
り、該シリコン基板の両面を貫通する貫通穴を有するイ
ンクジェットヘッド用ノズルプレートにおいて、前記貫
通穴の前記シリコン基板の一方の面に連なる部分が、前
記シリコン基板の板厚方向において一定の断面形状を有
するストレート部であり、前記貫通穴の前記シリコン基
板の他方の面に連なる部分が、前記シリコン基板内部に
おいて前記ストレート部に連なり、かつ前記シリコン基
板の板厚方向において断面積が変化するテーパー部であ
ることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズルプレ
ート。1. A nozzle plate for an ink jet head, which comprises a silicon substrate having a (110) plane orientation and has through holes penetrating both sides of the silicon substrate, wherein a portion of the through hole which is continuous with one surface of the silicon substrate. A straight portion having a constant cross-sectional shape in the thickness direction of the silicon substrate, a portion of the through hole that is continuous with the other surface of the silicon substrate is continuous with the straight portion inside the silicon substrate, and the silicon A nozzle plate for an inkjet head, wherein the nozzle plate is a tapered portion whose cross-sectional area changes in the plate thickness direction of the substrate.
に対して垂直な少なくとも２つの（１１１）結晶面と、
前記シリコン基板表面に対して３５度の角度をなす２つ
の（１１１）結晶面と、前記シリコン基板表面に対して
平行な底面から構成され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用ノズルプレート。2. The at least two (111) crystal planes in which the tapered portion is perpendicular to the surface of the silicon substrate,
The nozzle for an inkjet head according to claim 1, wherein the nozzle is composed of two (111) crystal faces forming an angle of 35 degrees with the surface of the silicon substrate and a bottom surface parallel to the surface of the silicon substrate. plate.
に対して垂直な少なくとも２つの（１１１）結晶面と、
前記シリコン基板表面に対して３５度の角度をなす２つ
の（１１１）結晶面から構成され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用ノズルプレート。3. The at least two (111) crystal planes in which the tapered portion is perpendicular to the surface of the silicon substrate,
The nozzle plate for an inkjet head according to claim 1, wherein the nozzle plate is composed of two (111) crystal planes that form an angle of 35 degrees with the surface of the silicon substrate.
り、該シリコン基板の両面を貫通する貫通穴のシリコン
基板の一方の面に連なる部分が、該シリコン基板の板厚
方向において一定の断面形状を有するストレート部であ
り、貫通穴のシリコン基板の他方の面に連なる部分が、
シリコン基板内部においてストレート部に連なり、かつ
シリコン基板の板厚方向において断面積が変化するテー
パー部を湿式アルカリ異方性エッチングによって形成す
ることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズルプレ
ートの製造方法。4. A silicon substrate having a (110) plane orientation, and a portion of a through hole penetrating both sides of the silicon substrate, which is continuous with one surface of the silicon substrate, has a constant cross-sectional shape in the thickness direction of the silicon substrate. Which is a straight portion having a through hole, which is continuous with the other surface of the silicon substrate,
A method for manufacturing a nozzle plate for an inkjet head, characterized in that a tapered portion which is continuous with a straight portion inside the silicon substrate and whose cross-sectional area changes in the plate thickness direction of the silicon substrate is formed by wet alkaline anisotropic etching.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8021489A JPH09207341A (en) | 1996-02-07 | 1996-02-07 | Nozzle plate for ink jet head and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8021489A JPH09207341A (en) | 1996-02-07 | 1996-02-07 | Nozzle plate for ink jet head and manufacture thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09207341A true JPH09207341A (en) | 1997-08-12 |
Family
ID=12056396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8021489A Pending JPH09207341A (en) | 1996-02-07 | 1996-02-07 | Nozzle plate for ink jet head and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09207341A (en) |
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-
1996
- 1996-02-07 JP JP8021489A patent/JPH09207341A/en active Pending
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