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JP2004249668A - Droplet discharge head, ink cartridge, and ink jet recording apparatus - Google Patents

Droplet discharge head, ink cartridge, and ink jet recording apparatus Download PDF

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JP2004249668A
JP2004249668A JP2003044619A JP2003044619A JP2004249668A JP 2004249668 A JP2004249668 A JP 2004249668A JP 2003044619 A JP2003044619 A JP 2003044619A JP 2003044619 A JP2003044619 A JP 2003044619A JP 2004249668 A JP2004249668 A JP 2004249668A
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ink
liquid chamber
droplet discharge
flow path
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Takahiko Kuroda
隆彦 黒田
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

【課題】高密度に液滴を吐出することが可能で、且つ、基板同士を接合する接着剤が余剰に染み出す幅を抑制して、高精度で且つ信頼性の高いアクチュエータを得ることが可能な、液滴吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】基板1では、シリコン基板10上に積層膜により個別電極11と空隙12を介して振動板13とが形成される。基板2では、シリコン基板20に加圧液室21と流体抵抗溝22と共通液室23とが形成されている。各加圧液室21には連通口25が設けられる。基板3では、厚さ35μmのニッケル基板30を用い、基板2の面部に各加圧液室21の連通口25と連通するようノズル孔31を設け、また共通インク室23と連通するようにインク供給口32を設ける。基板1と基板2、及び基板2と基板3は、各々接着剤で接合する。この時、基板2の加圧液室21の間隔壁26上など、基板間接合面にスリット24が設けられている。
【選択図】 図1
A high-precision and highly-reliable actuator capable of discharging liquid droplets at high density, suppressing the width of excessive leakage of an adhesive bonding the substrates, and obtaining a highly reliable actuator. And a liquid droplet ejection head.
In a substrate, a diaphragm is formed on a silicon substrate by a laminated film through an individual electrode and a gap. In the substrate 2, a pressurized liquid chamber 21, a fluid resistance groove 22, and a common liquid chamber 23 are formed in a silicon substrate 20. Each of the pressurized liquid chambers 21 is provided with a communication port 25. In the substrate 3, a nickel substrate 30 having a thickness of 35 μm is used. A nozzle hole 31 is provided in the surface portion of the substrate 2 so as to communicate with the communication port 25 of each pressurized liquid chamber 21, and the ink is communicated with the common ink chamber 23. A supply port 32 is provided. The substrate 1 and the substrate 2 and the substrate 2 and the substrate 3 are respectively bonded with an adhesive. At this time, a slit 24 is provided on the joint surface between the substrates, such as on the partition wall 26 between the pressurized liquid chambers 21 of the substrate 2.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを用いたインクカートリッジ、及びインクジェット記録装置に関し、その他に、例えば、液体の微小流量を搬送或いは移送する際に用いるマイクロポンプ,プロジェクタ等に適用可能なアクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットヘッドは、プリンタ,ファクシミリ,複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドである。このインクジェットヘッドとしては、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室(加圧液室,圧力室,インク流路等とも称される)と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内インクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる。
【0003】
このような液滴吐出ヘッドとしては、圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型(サーマル型)のもの、吐出室の壁面を形成する振動板を静電力で変形させることでインク滴を吐出させる静電型のものなどがある。
【0004】
近年、環境問題から鉛フリーであるバブル型、静電型が注目を集め、鉛フリーに加え、低消費電力の観点からも環境に影響が少ない静電型のものが、複数のタイプ提案されている。
【0005】
例えば、ノズル基板と、ノズルに対応して設けられたノズルに連通した加圧液室と流体抵抗路と共通液室を形成する液室基板と、液室基板の加圧液室面に接合された振動板と、振動板と個別電極との間に空隙を介して設けられた駆動基板とを有する静電型インクジェットヘッドが提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。片方の電極が振動板として働き、振動板の対向する電極と反対側にインクが充填されている形態である。電極対に電圧を印加することによって電極間に静電引力が働き、電極(振動板)が変形し、電圧を除去すると振動板が弾性力によってもとの状態に戻り、その力を用いてインクを吐出するものである。
【0006】
これらの基板(ノズル基板,液室基板,振動板,駆動基板)を接合するときの接合方法として、接着剤接合、熱溶着、シリコンを用いた直接接合、及び陽極接合などがある。貼り合せる基板材質によっては接合できない方法もある。接着剤接合の場合は、基板材質を選ばず比較的容易に基板同士を接合できる手法として広く用いられている。
【0007】
圧電体を用いたインクジェットヘッドや静電気力を用いたインクジェットヘッドでは、インク滴を吐出するノズル基板と、このノズルが連通する流路基板(インク液室、加圧液室、及び流体抵抗部からなる)と、加圧液室内のインクを加圧する圧力発生機構を備えた基板を接合して組立てられているのが一般的であり、基板同士を接合する手段として、自由度の高い接着剤を使用した手法が用いられている。
【0008】
接着剤を用いた基板接合方法では、接合部から余分な接着剤が染み出すことがあり、染み出した箇所がインク液室内や振動板領域であれば、加圧室の体積、振動板変位領域が設計通りに仕上らず、またばらつきを生ずる原因となる。また、ノズル板側で接合部からの余剰接着剤が染み出せば、液室の体積変動、或いは最悪ノズル孔を塞ぐ不具合が生じるため、設計通りにインクの噴射特性を得ることができない可能性もある。特にインクジェットヘッドの場合、この接着剤染み出しが、各インク吐出特性をばらつかせる原因となり、印字精度、画質の再現性が著しく低下することになる。
【0009】
このような接着剤の染み出しを抑制する手段として、例えば、ノズル基板上に余剰接着剤を吸収する凹部を設けたものが提案されている(例えば、特許文献3参照)。また、例えば、吐出室基板(加圧液室、圧力室、インク流路等とも称す)側に1辺100μm程度の凹部を設けて余剰接着剤をこの凹部で吸収し染み出しを抑制したものも提案されている(例えば、特許文献4,5参照)。これら接合面に凹部を設けることにより、基板間接合の信頼性が向上し、且つ接着剤の加圧液室や振動板への染み出しが抑制され、各アクチュエータ間の特性ばらつきが低減され高品位なインクジェットヘッドが得られている。
【0010】
しかしながら、インクジェットヘッドは、今後益々、印字速度,画質向上のため、より高密度化が望まれており、インクジェットヘッドを高密度化すると振動板の短辺長が短くなり、加圧液室隔壁からの接着剤の染み出し幅が無視できなくなる。また、インクジェットの高密度化が進むと、ノズル板側の余剰接着剤の染み出し幅も無視できなくなり、最悪ノズル孔を余剰接着剤が塞ぎ、ノズルとして機能しない不具合も生ずる。
【0011】
つまり、高密度化された高品位なインクジェットヘッドを、接着剤を用いた基板接合法を用いて作製する場合、アクチュエータ特性の安定化、高精度化、或いは、製造歩留まり向上のために、益々接合時の余剰接着剤染み出し量制御が重要となる。
【0012】
したがって、インクジェットヘッドの高密度化に伴い、接着剤の染み出し幅を積極的に抑制することが望まれている。しかしながら、特許文献3〜5に記載されたように、接合面に凹部を設けても接着剤の染み出しは10〜15μm程度ある。振動板短辺長140μm程度の150dpiのインクジェットヘッドであれば、この染み出しはアクチュエータ特性にさほど影響を及ぼさない。しかし、例えば300dpi程度のインクジェットヘッドでは、振動板の短辺長が50〜60μm程度となり、片側10〜20μmの接着剤染み出し(両側で20〜40μm)では、振動板短辺長の約1/3〜2/3程度が接着剤染み出しの影響を受けることになり、この影響で設計通りのインク特性が得られないばかりでなく、最悪機能しない可能性が容易に予想される。
【0013】
【特許文献1】
特開平9−39229号公報
【特許文献2】
特開平9−39235号公報
【特許文献3】
特開2002−210965号公報
【特許文献4】
特許第3235630号公報
【特許文献5】
特許第3324622号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、高密度に液滴を吐出することが可能で、且つ、基板同士を接合する接着剤が余剰に染み出す幅を抑制して、高精度で且つ信頼性の高いアクチュエータを得ることが可能な、液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、及びこの液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置を提供することをその目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、外部からのインク供給を受けるインク供給口と、インク液室と、インク吐出面開口部へ連通する複数の加圧液室と、を少なくとも含んで構成される流路基板と、前記流路基板のインク吐出面に接合される吐出側の基板と、前記流路基板の加圧液室面に接合される液室側の基板と、からなる液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路基板における各加圧液室を分離する狭幅隔壁部と前記液室側の基板との接合部、及び/又は、前記流路基板と前記吐出側の基板との接合部は、いずれかの基板側に段差を有し、当該液滴吐出ヘッドは、前記吐出側の基板及び/又は前記液室側の基板を、前記流路基板に接着剤で接合することで形成することを特徴としたものである。
【0016】
請求項2の発明は、外部からのインク供給を受けるインク供給口と、インク液室と、インク吐出面開口部へ連通する複数の加圧液室と、を少なくとも含んで構成される流路基板と、前記流路基板のインク吐出面に接合される吐出側の基板と、前記流路基板の加圧液室面に接合される液室側の基板と、からなる液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路基板における各加圧液室を分離する狭幅隔壁部と前記液室側の基板との接合部、及び/又は、前記流路基板と前記吐出側の基板との接合部は、双方の基板側に段差を有し、当該液滴吐出ヘッドは、前記吐出側の基板及び/又は前記液室側の基板を、前記流路基板に接着剤で接合することで形成することを特徴としたものである。
【0017】
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、前記流路基板の狭幅隔壁部における接合部周縁のインク接触面、及び/又は、前記流路基板のインク吐出面における接合部周縁のインク接触面に、窪みを設けたことを特徴としたものである。
【0018】
請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1の発明において、前記流路基板には、前記液室側の基板との接合部及び/又は前記吐出側の基板との接合部に沿って、幅10μm以下のスリットが形成されていることを特徴としたものである。
【0019】
請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか1の発明において、前記流路基板には、前記狭幅隔壁部において狭幅隔壁の周縁に沿ったスリットが少なくとも1つ以上形成されていることを特徴としたものである。
【0020】
請求項6の発明は、請求項4又は5の発明において、前記流路基板に形成されたスリットは、狭幅隔壁周縁に沿って複数に分割され配列していることを特徴としたものである。
【0021】
請求項7の発明は、請求項1乃至6のいずれか1の発明において、前記吐出側の基板及び/又は前記液室側の基板には、前記流路基板との接合部に、幅10μm以下のスリットが形成されていることを特徴としたものである。
【0022】
請求項8の発明は、請求項1,2,7のいずれか1の発明において、前記液室側の基板における、前記狭幅隔壁部との接合部、及び/又は、前記吐出側の基板における、前記流路基板の連通口の隔壁部との接合部には、スリットが各隔壁部で少なくとも1つ以上形成されていることを特徴としたものである。
【0023】
請求項9の発明は、請求項1,2,7,8のいずれか1の発明において、前記液室側の基板における、前記狭幅隔壁部との接合部、及び/又は、前記吐出側の基板における、前記流路基板の連通口の隔壁部との接合部には、スリットが隔壁周縁に沿って複数に配列されていることを特徴としたものである。
【0024】
請求項10の発明は、インク滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクとを一体化したインクカートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項1乃至9のいずれか1に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴としたものである。
【0025】
請求項11の発明は、インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドが請求項1乃至9のいずれか1に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴としたものである。
【0026】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの構成例を示す分解斜視図で、図1ではその液滴吐出ヘッドの一部を断面で示している。
本構成例においては、インク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプの液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッドともいう)を挙げて説明する。本構成例のインクジェットヘッドは、次に詳述する構造を持つ3枚の基板1,2,3を重ねた積層構造となっている。
【0027】
第1の基板1では、<100>シリコン基板10上に、積層膜により個別電極11と空隙12を介して振動板13とが形成されている。ここでは、振動板13の下面(図1では上面に該当)には空隙12を介して個別電極11が形成されている。空隙12は、後に除去することを前提とした犠牲層を個別電極材料や振動板材料と同様に積層膜として成膜しておき、後にこの除去孔から犠牲層を除去することで形成する。
【0028】
また、第1の基板1の上面(図1では下面に該当)に接合される第2の基板2では、<110>シリコン基板20に、加圧液室21と、流体抵抗となる溝(流体抵抗溝)22、各々の加圧液室21にインクを供給するための共通液室23とが形成されている。各加圧液室21には連通口25が設けられている。
【0029】
続けて第2の基板の上面(図1では下面に該当)に接合される第3の基板3では、厚さ35μmのニッケル基板30を用い、基板2の面部に、各加圧液室21の連通口25と連通するようにそれぞれノズル孔31を設け、また共通インク室23と連通するようにインク供給口32を設ける。
【0030】
基板1と基板2、及び基板2と基板3は、各々接着剤を用いて接合する。この時、加圧液室21への接着剤染み出しを防ぐ目的で、基板2の加圧液室21の間隔壁26上にスリット24が設けられている。なお、図1には示されていないが、基板1の連通口25への接着剤染み出しを防止する目的で、基板2が接合される基板1の連通口25側にもスリットが設けられている。
【0031】
さらに、図1には示していないが、基板1の隔壁部26と接合される基板2、基板3の接合面にもスリットを設けてもよい。また、図1には、余分な接着剤を吸収するためにスリットを設けたが、スリットを複数に分割した形状を採用してもよい。また、図1には示していないが、基板2の加圧液室21,間隔壁26以外で基板1、或いは基板3と接合される箇所にも、余剰接着剤の吸収、基板反り防止の目的で凹部が形成するとよい。
【0032】
次に、上述のごとく構成された液滴吐出ヘッドの動作例を説明する。
加圧液室21内がインクにより満たされた状態で、個別電極11に発振回路により40Vのパルス電位を印加する。電圧印加により個別電極11の表面がプラスに帯電すると、振動板13との間に静電気の吸引作用が働き、振動板13が下方(図1では上方に該当)へ撓み、共通液室23より流体抵抗溝22を通じて吐出室21へインクが流入する。その後、個別電極11へのパルス電圧を0Vにすると、静電気力により下方へ撓んだ振動板13が自身の剛性により元に戻る。
【0033】
その結果、吐出室21内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔31よりインク液滴を記録紙に向けて吐出することとなる。これを繰り返すことによりインクを連続的に吐出することができる。
【0034】
電極間に働く力Fは、下式(1)に示すように電極間距離dの2乗に反比例して大きくなる。ただし、式(1)中、εを比誘電率、Sを電極の対向する面の面積、dを電極間距離、Vを印加電圧としている。したがって、低電圧で駆動するためには個別電極11と振動板13の空隙間隔を狭く形成することが重要となる。
F=(εS/2d)V …(1)
【0035】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、個別電極11と振動板13間の微小な空隙間隔を精度良く且つ安定して製造することが可能であり、静電力による振動板の動作を最大となるよう設計できる。
【0036】
本発明によれば、基板同士を接着剤で接合する場合、液滴吐出特性に影響を与える箇所、例えばアクチュエータ間の狭幅隔壁部、の接合面片側(又は両側)に余剰接着剤の吸収部を設けることにより、余剰接着剤の染み出し幅を抑制することができる。したがって、今後益々の微細化における接着剤を用いた接合において、信頼性の高いアクチュエータを得ることができる。以上により、性能ばらつきの少なく、高精度で高信頼性を具備した液滴吐出ヘッド、及びアクチュエータを低コストで作製することができる。
【0037】
以下、本発明に係る液滴吐出ヘッド、それを用いたインクカートリッジ、及びインクジェット記録装置に対し、その構成及び作製方法など実施例を挙げて詳細に説明する。
【0038】
(実施例1)
図2は、本発明の第1の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける、圧力発生機構を設けた基板を示す平面図、図3及び図4は、図2の基板の断面図である。図3(A)には図2の基板のX1−X1′断面を、図3(B)には同じくX2−X2′断面を、図4(A)には図2の基板のY1−Y1′断面を、図4(B)には同じくY2−Y2′断面を、それぞれ示している。
【0039】
本実施例に係る液滴吐出ヘッドにおいて備える、圧力発生機構を設けた基板では、分離溝42により振動板領域41が隔壁部43から分離されており、その膜(振動板構成膜59)は、下層から絶縁膜55,上部電極56、膜撓み防止膜57,樹脂膜58から構成されている。分離溝42は、隔壁部43と振動板領域41で段差が生じないように設計されている。また、振動板領域41の短辺長(S),長辺長(L)は、例えばそれぞれ60μm,800μmなどとなる。また、下部電極52aがSi基板50上に絶縁膜51を介してパターニングされ、振動板領域41を静電気力で変位させるために電圧を印加できるようになっている。さらに、振動板領域41を変位させるための空隙54aが、例えば0.2μm幅で形成されている。
【0040】
空隙形成には、犠牲層プロセスを用いており、振動板構成膜59に上部電極開口部45を介して犠牲層除去孔44が形成されている。犠牲層除去孔44は、長辺長に等間隔に振動板領域41の短辺長以下の間隔で配置されており、対向する辺の同位置に犠牲層除去孔44が形成されている。このように犠牲層除去孔44を複数配置することにより、効率良く犠牲層をエッチングすることができ空隙54aを形成することができる。
【0041】
インクジェットヘッドの場合、インクを吐出するアクチュエータは細長い長方形であり、この長辺側には隔壁部43を挟んで隣のアクチュエータが並んでいるのが一般的である。犠牲層エッチは、等方性のため、犠牲層中央に犠牲層除去孔44が並んでいる方が犠牲層の除去効率は高い。しかし、振動板の変位領域に犠牲層除去孔44があるとアクチュエータの振動特性に影響を及ぼす可能性があるため、犠牲層除去孔44は振動板長辺端に配置することが好ましい。但し、犠牲層除去孔44は、振動板変位への影響を避けるため、振動領域外に配置することが好ましい。
【0042】
犠牲層除去孔44の大きさは、犠牲層エッチの観点からは、大きい方がよいが、犠牲層除去孔44を振動板長辺部に配置する場合、振動板変位領域への影響、隔壁部43強度の確保、樹脂膜による犠牲層除去孔封止の観点からは、小さい方が好ましい。この相反する条件を満たす犠牲層除去孔44の大きさを決める必要がある。しかし、犠牲層の除去性からは、小さい場合、複数の犠牲層除去孔44を多列に配置する等で対応できるため、犠牲層除去孔封止性で犠牲層除去孔44の大きさは決まる。樹脂膜58により犠牲層除去孔44を封止するためには、犠牲層除去孔44の振動板平面から見た断面積は10μm以下が望ましい。
【0043】
次に、本実施例における圧力発生機構を設けた基板の製造工程について、図5及び図6を参照して説明する。図5及び図6は、図2の基板の製造方法を説明するための図である。
【0044】
まず、図5(A)に示すように、厚さ400μmSi基板50上に絶縁膜(熱酸化膜)51を1.6μm形成する。次に下部電極材としてPドープポリシリコンを0.4μm成膜する。そして、リソエッチ法で下部電極52aと隔壁部52bとを分離する。その後、下部電極52aと隔壁部52bの保護膜(CVD酸化膜)53を0.2μm堆積させる。この保護膜53は、犠牲層プロセスでの下部電極52aを保護するマスク材、且つ下部電極52aと上部電極56aとの短絡を防止する保護膜として作用する。
【0045】
次に図5(B)に示すように、犠牲層(ノンドープポリシリコン)として空隙間隔となる0.2μmをCVD法で成膜し、リソエッチ法で空隙54aとなる領域と隔壁部54bを分離する。電極は、配線層として隔壁部54bを用いる場合は、隔壁部54bのみをリソ法でレジストパターニングを行い開口しイオン注入とデンシファイ法を用いて低抵抗化させておく。その後、保護膜(CVD酸化膜)55を0.1μm堆積させる。この保護膜55は、犠牲層プロセスでの上部電極56aを保護するマスク材として、且つ下部電極52aと上部電極56aとの短絡を防止する保護膜として、作用する。
【0046】
次に図5(C)に示すように、Pドープドポリシリコンを0.2μm堆積させ、リソエッチ法で上部電極56aと隔壁部56bを分離する。この時同時に、犠牲層除去時に犠牲層54aと同じ材質の上部電極56aがエッチングされないように保護孔45を、犠牲層除去孔44より大きく開口する。上部電極材56a(及び隔壁部56b)の次に、振動板撓み防止層(振動板撓み防止膜)として窒化膜57をCVD法で0.2μm堆積させる。
【0047】
次に図6(D)に示すように、リソエッチ法で犠牲層除去孔44を形成し、図6(E)に示すように、レジストを除去した後、犠牲層54aと保護膜55,53のエッチレート選択性の高い処理方法、例えばSF6の等方性ドライエッチ法や、或いはXeF2ドライエッチ法で犠牲層を完全除去し、空隙54aを形成する。
【0048】
次に図6(F)に示すように、接液膜として樹脂膜58、ここではPBO膜(ポリベンゾオキサゾール)を、スピンコート法で1μm厚形成する。この時犠牲層除去孔44は、PBO膜58で完全に封止される。その後電極配線取りだしパッド部のみリソエッチ法で開口する。なお、接液膜として、PBO膜を例に挙げたが、インクに対して耐腐食性があり、且つ犠牲層除去孔を封止できる膜、例えばポリイミド膜などでもよい。PBO膜58のような樹脂膜は、大気中で犠牲層除去孔44を封止できるため、真空装置を用いた化学気相成長法(CVD法)や物理気相成長法(PVD法)で成膜した膜のように空隙が真空封止され、大気暴露することにより空隙内が負圧になり振動板が撓み所望する変位量が得られないというような不具合が生ずることはない。
以上で、基板1のアクチュエータ部が完成する。
【0049】
次に、本実施例における加圧液室形成部材の製造方法を、図7及び図8を参照して説明する。図7及び図8は、本発明の第1の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける流路基板の製造方法を説明するための図である。
【0050】
まず、図7(A)に示すように、厚さ400umのシリコン基板(110)60を用意し、厚さ1umのシリコン酸化膜61、厚さ0.15umの厚さのシリコン窒化膜62を形成する。使用するWaferの種類は、両面研磨Wafer,両面未研磨Wafer,片面未研磨WaferのいずれのWaferを使用しても構わない。また、比抵抗も揃っている必要は無く、例えば本実施例では比抵抗0.1−100ΩcmのWaferを使用している。
【0051】
次に、図7(B)に示すように、ノズル接合面に、ノズル面側連通管部パターン63と接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜きパターン64の形状パターン65にレジストのパターニングを行い、その後、窒化膜をドライエッチングにてパターニングを行う。この工程では肉抜きパターンを加圧液室とほぼ同じ形状にて形成した。この工程で図中には示していないが、余剰接着剤を吸収するスリットを連通管72(図8参照)の周囲に例えば10μm幅で形成する。
【0052】
次に、図7(C)に示すように、連通管部のパターン66の形状に酸化膜のパターニングを行う。そして、図7(D)に示すように、振動板接合面側の加圧液室部パターン67と、振動板との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜きパターン68の形状に、レジストのパターニングを行い、且つ窒化膜のみのパターニングを行う。この工程で図中には示していないが、余剰接着剤を吸収するスリットを加圧液室76(図8参照)間の長辺方向に例えば10μm幅で形成する。
【0053】
次に、図7(E)に示すように、連通管部のパターン69の形状に酸化膜のパターニングを行う。そして、図8(F)に示すように、ICP(Inductively Coupled Plasma)ドライエッチャによるシリコンエッチングのためのマスク形成を行った。マスク形成の際のレジスト70の膜厚は8umにて行う。本実施例ではICPエッチングをノズル板接合面側より行っている。その後、ICPドライエッチャを使用して連通管形状71のパターニングを行う。
【0054】
その後、図8(G)に示すように、レジスト70を除去して水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い連通管72の貫通を行う。そして、図8(H)に示すように、加圧液室部73及び振動板接合時の肉抜き部74,75の酸化膜をウェットエッチングにて除去を行う。その後、図8(I)に示すように、加圧液室部76と、ノズル接合面の疑似液室部77と、余剰接着剤吸収用の肉に基部78と、をそれぞれ形成する。加圧液室形成時には、加圧液室よりも断面積の小さい液体供給路79も同時に形成する。加圧液室部形成時のシリコンの異方性エッチングは、本実施例では水酸化カリウム水溶液濃度30%,処理温度85℃で行う。
【0055】
最後に、図8(J)に示すように、窒化膜/酸化膜の除去を行い、その後、耐インク接液膜としてシリコン酸化膜を1umの厚さで形成してインクジェット用加圧液室形成部材の形成を行う。本実施例では、ノズル接合面と振動板接合面との接合面積がほぼ同じになるように、またノズル接合面の形状は疑似加圧液室の形状になるようにパターニングを行っている。
以上で、基板2の加圧液室部が完成する。
【0056】
次に、本実施例におけるノズル基板の製造方法を、図9を参照して説明する。図9は、本発明の第1の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおけるノズル基板の製造方法を説明するための図である。
【0057】
まず、図9(A)に示すように、厚さ600μmのSi基板80上にレジスト81を90μm厚塗布し、ノズルとなる箇所にレジスト81が残るようにパターニングする。次に、図9(B)に示すように、電鋳法によりNi82を30μm厚成膜する。この時、レジスト81部はNiが体積せず、ノズル部83が形成される。そして、図9(C)に示すように、成膜されたNi82をSi基板80から剥離し、ノズル部83のレジスト81を除去する。
【0058】
次に、図9(D)に示すように、Ni82に撥水性を持たせる時のノズル部83マスクとして、ドライフィルムレジスト(DFR)84をNi82両面にラミネータで貼付する。この時、ノズル部83内部はDFR84で埋まる。そして、図9(E)に示すように、インク吐出側ではないDFR84aを残し、インク吐出側のDFRを全面露光し除去する。図9(F)に示すように、DFRを除去した面には、共析メッキ法でNi−PTFE膜85を3μm成膜する。
【0059】
次に、図9(G)に示すように、DFR84aを剥離し、280℃,30秒間の熱処理を加え、撥水材であるPTFEをノズル部83内面に拡散させ、撥水性を得る。最後に、図9(H)に示すように、接着性向上のために流路基板接合面に薄膜転写法でポリイミド膜86を1μm成膜する。その後、ポリイミド膜86を250℃で熱処理し硬化させる。そして、ノズル基板を切断し、チップ化する。
以上で、基板(ノズル基板)3が完成する。
【0060】
次に、上述の基板1と基板2との接合、及び基板1と基板3の接合について、図10を参照して説明する。図10は、本発明の第1の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける各基板間の接合状態を説明するための断面図で、図10(A)には従来技術による基板間の接合状態を、図10(B)には本実施例をはじめとする本発明による基板間の接合状態を、それぞれ示している。また、図11は、本発明の第1の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける各基板間の接合状態を、接合面からみた平面図で、図10の平面図である。
【0061】
基板1と基板2の接合、及び基板1と基板3の接合には、接着剤を用いる。基板2に薄膜転写法により、約1μm厚の接着剤を塗布し、基板1を基板2と(或いは基板2を基板3と)アライメントをとり、接着させる。
【0062】
なお、各基板間の接合を、基板2と基板3の接合面の断面図(図10)により、従来技術による基板101a,基板101b間の接合と比較して説明する。図10(A)には、従来方法で形成された隔壁部にスリットが形成されていない基板2を、基板1又は基板3に接着剤で接合した時の接合断面を示しており、図10(B)には、本発明の一実施形態によるスリットが形成された基板2を、基板1又は基板3に接着剤で接合した時の接合断面を示している。なお、図10では、基板1を101b、基板2を基板102bとして例示している。
【0063】
従来技術によると、図10(A)に示すように、基板1(101a)を基板2(102a)に接着剤で接合する場合、加圧液室104aの隔壁部103aに余剰接着剤を吸収する部分がないため、接着剤107aが加圧液室104aへはみ出す。はみ出し幅105aは、例えば接着剤塗布厚1μmの時、10〜20μm程度となり、アクチェータの駆動特性に大きく影響を及ぼす。
【0064】
一方、本発明によると、図10(B)で示すように、隔壁部103bに幅10μmのスリット106bを形成しているため、従来例と同様に接着剤で基板1(101b)と基板2(102b)を接合した場合でも、余剰接着剤がこのスリット106bに吸収されるため、加圧液室104bへの接着剤はみ出し幅は、3μm以下になる。また、スリット幅を小さくすることにより、毛細管現象で過剰接着剤をよりスリット106bへ取り込めるようになり、結果的に加圧液室104bへの接着剤はみ出し量を抑制することができる。
【0065】
このように、狭幅隔壁部に10μm幅以下のスリットを設けることにより、余剰接着剤を吸収するための容積が十分確保できる。また、スリット幅を10μm以下とすることにより、毛細管現象を利用した積極的な余剰接着剤のスリットへの吸収が可能となる。したがって、接着剤塗布時の膜厚ばらつきに対して、余剰接着剤の吸収マージンが確保できるため、製造ばらつき低減、或いは歩留まり向上が見込める。また、スリットが狭幅隔壁部に形成されているため、隣合うアクチュエータ間のクロストークを低減するダンパ効果も見込める。以上より、製造工程での歩留向上だけでなく、液滴吐出特性の向上も同時に達成でき、高品位な液滴吐出ヘッド、及びアクチュエータが得られる。
【0066】
また、図11には、本実施例を適用した基板2の基板1を接合する面から見た平面図の一部(加圧液室104b,スリット106b,隔壁部103b)を示している。なお、スリット106bは、加圧液室104b長辺方向に設けた図を示したが、加圧液室104bの周囲を囲んだ形状でもよい。
【0067】
また、図10(B)及び図11では、隔壁部103bに一つのスリット106bを設けたが、隔壁の強度が得られるならば、複数本スリットを設けても良い。そうすることで、余剰接着剤を吸収するスペースが十分確保され、加圧液室104bへの接着剤染込み幅がより抑制される。また、このスリット106bを隔壁部103bへ設けることにより、隣合う加圧液室104b間のクロストークを低減するダンパ効果も見込める。
【0068】
このように、スリットを少なくとも1つ以上狭幅隔壁部に設けることにより、余剰接着剤の吸収する容積が確保できる。また、スリット数を制御することにより、接着剤染み出し量制御、接合強度制御やクロストーク低減を実現するための十分な設計自由度が得られる。
【0069】
実施例1では、基板2の加圧液室側にスリットを設けている構成を主に説明したが、このスリットは、基板3と接合する連通口側にも設けることにより、同様の効果が得られる。
【0070】
また、本実施例では、基板2にスリットを設けたが、基板1と基板2との接合の場合は基板1側に、基板2と基板3との接合の場合は基板3側に、それぞれスリットを設けても良い。なお、このとき、基板2には、スリットは設けなくてもよい。基板1にスリットを設ける時は、図6(F)のパッド開口と同時にリソ・エッチ法にてスリットを形成するとよい。また、基板3においては、図8(F)の共析メッキ後にリソ・エッチ法により、所望のスリットを形成するとよい。
【0071】
なお、本実施例では、スリット幅を10μmとしたが、最小値はリソ・エッチで決まり、一般的な半導体プロセスを用いれば、幅0.5μm以上が好ましい。
上述のごとく基板1,2,3を接着剤で組み合わせることで、本実施例における液滴吐出ヘッドの主要部が完成する。
【0072】
(実施例2)
次に、本発明の第2の実施例を、図12及び図13を参照して説明する。図12は、本発明の第2の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける各基板間の接合状態を説明するための断面図で、図13は、本発明の第2の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける各基板間の接合状態を、接合面からみた平面図で、図12の平面図である。
【0073】
本実施例に係る液滴吐出ヘッドは、基板2のスリットを複数に分割して配置したことを特徴としている。したがって、基板1及び基板3の製造工程は、図5乃至図8を参照して実施例1で示したものと同じであり、その説明を省略する。また、基板2の製造工程も実施例1で示したものと同じであるが、図7(B)及び図7(D)で形成するスリットを複数に分割している。
【0074】
図12には、本発明の他の実施形態によるスリットが形成された基板2を、基板1又は基板3に接着剤で接合した時の接合断面(隔壁部の断面)を示している。また、図13には、加圧液室114間の隔壁部113に配置した複数に分離したスリットの配置の平面図を示している。
【0075】
図13に示すように、スリット116は、<110>Si基板を異方性エッチングするため、<111>面はテーパ形状になる。したがって、スリットの縦幅117と横幅118によってその深さを制御できる。例えば、縦幅10μm、短辺幅27μmにすると深さ10μmのスリットが形成される。図12では基板2(110b)と基板1(110a)の接合面にこのスリット116を形成しているが、基板3と接合する面にもスリットを分割配置している。
【0076】
このように基板2のスリット形成を複数に分割することにより、スリット深さを制御できるため、余剰接着剤の吸収スペースを任意に設定できるため、接着剤塗布厚に柔軟に対応できる。また、スリットの数や深さを容易に設定できるため、加圧液室間のクロストークと相反する接合強度の最適化が実現できる。
【0077】
すなわち、狭幅隔壁部のスリットを分割配置することにより、スリット深さ、容量を自由に設計できるため、製造工程のばらつきを考慮した余剰接着吸収容量、接合強度、及びクロストーク低減の制御が可能となる。したがって、信頼性が高く、高制度な液滴吐出ヘッド、及びアクチュエータが得られる。
【0078】
実施例2では、基板2の加圧液室側にスリットを設けている構成を主に説明したが、このスリットは、基板3と接合する連通口側にも設けることにより、同様の効果が得られる。
【0079】
また、本実施例では、基板2にスリットを設けたが、基板1と2の接合の場合は基板1側、基板2と基板3の接合の場合は基板3側に、それぞれスリットを設けても良い。なお、このとき、基板2には、スリットは設けなくてもよい。
【0080】
(実施例3)
次に、本発明の第3の実施例を、図14及び図15を参照して説明する。図14は、本発明の第3の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける各基板間の接合状態を説明するための断面図で、図15は、本発明の第3の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける各基板間の接合状態を、接合面からみた平面図で、図14の平面図である。
【0081】
本実施例に係る液滴吐出ヘッドは、基板2の加圧液室と連通管の周囲に窪みが形成されていることを特徴としている。したがって、基板1及び基板3の製造工程は、図5乃至図8を参照して実施例1で示したものと同じであり、その説明を省略する。また、基板2の製造工程も実施例2で示したものと同様であるが、図7及び図8に示す工程の前に窪み部(窪み)127をリソ・エッチ法で基板2の両面に形成しておく必要がある。
【0082】
図14には、本発明の他の実施形態によるスリット及び窪みが形成された基板2を、基板1又は基板3に接着剤で接合した時の接合断面(隔壁部の断面)を示している。また、図15には、加圧液室124間の隔壁部123に配置した窪み部127の配置の平面図を示している。
【0083】
基板1或いは基板2の接合面に窪み127を設けることにより、隔壁部123で吸収できず、はみ出した余剰接着剤を、この窪み127で吸収することができる。特に、基板2と基板1と接合した場合、噴射特性に影響を与える振動板への影響がほとんど無く、設計通りの特性を得ることができる。また、窪み127を設けることにより、接着面積が大きくなり、基板同士の接合強度も十分確保できるようになる。
【0084】
この窪み127の寸法は、接着剤厚や接着剤粘度に応じてその寸法は任意に設定できるため、設計の自由度が確保される。また、窪みの形状は染み出した余剰接着剤が吸収できる形状であれば、図14に示した形状以外でも良い。また、ここで、スリットは連続したものや複数に分割されたものどちらでも良い。
【0085】
このように、狭幅隔壁部のインク室に面する箇所に窪みを設けることにより、液滴吐出特性に影響を与える箇所に染み出した接着剤をこの窪み内で吸収することができるため、はみ出した接着剤が液滴吐出特性に全く影響を及ぼさず、良好な吐出特性を得ることができる。また、接着剤表面積が窪み分増加するため、基板同士の接合強度増加が見込まれる。以上より、ばらつきが少なく信頼性の高い液滴吐出ヘッド、及びアクチュエータが得られる。
【0086】
実施例3では、基板2の加圧液室側にスリットや窪みを設けている構成を主に説明したが、このスリットや窪みは、基板3と接合する連通口側にも設けることにより、同様の効果が得られる。
【0087】
また、本実施例では、基板2にスリットや窪みを設けたが、基板1と2の接合の場合は基板1側、基板2と基板3の接合の場合は基板3側に、それぞれスリットや窪みを設けても良い。なお、このとき、基板2には、スリットや窪みは設けなくてもよい。
【0088】
(実施例4)
次に、本発明の第4の実施例を、図16を参照して説明する。図16は、本発明の第3の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける各基板間の接合状態を、接合面からみた平面図である。
【0089】
本実施例に係る液滴吐出ヘッドは、接合する基板の両方にスリットが形成されていることを特徴としている。したがって、基板1,2,3の製造工程は、各実施例1,2,3での説明を適宜援用することが可能であり、その説明を省略する。
【0090】
図16には、基板2の加圧液室の隔壁部にスリット136を設けて、基板1に基板2との接合面に基板1のスリット136に直交するようにスリット137を設けたものを示している。
【0091】
図16に示すように、接合する基板両方に余剰接着剤を吸収するスペースを設けることにより、片方だけにスリットを設けるよりも余剰接着剤の吸収が十分行なえるばかりでなく、スリットの表面積が増加し、余剰接着剤による接合した基板の接着強度向上が見込まれる。
【0092】
このように、基板同士を接着剤で接合する場合、特に狭幅隔壁部に接合両面に余剰接着剤の吸収部を設けることにより、余剰接着剤吸収部の十分な容積を確保できるため、液滴吐出特性に影響を及ぼす箇所への接着剤染込みを十分抑えることができるため、製造工程での接合ばらつきに対して、マージンが確保できるため、歩留まりが向上し、品質の安定した液滴吐出ヘッドを供給できる。また、今後益々の微細化へ接着剤を用いた適用も可能となる。
【0093】
実施例4では、基板1の基板2側及び基板2の加圧液室側にスリットを設けている構成を主に説明したが、このスリットは、基板2と基板3とが接合する連通口側にも設けることにより、同様の効果が得られる。また、本実施例では、基板1側にスリット136を設け基板2側にスリット137を設けたが、その逆でもよい。
【0094】
(実施例5)
次に、本発明の第5の実施例を、図17を参照して説明する。図17は、本発明の第5の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける圧力発生機構の例を示す概略図で、図17(A)には実施例1〜4に対応する、静電駆動を利用した液滴吐出ヘッドの一例を示している。また、図17(B)には圧力発生機構として積層PZTを利用した液滴吐出ヘッドの一例を、図17(C)には圧力発生機構として薄膜PZTを利用した液滴吐出ヘッドの一例を、図17(D)には圧力発生機構としてヒータを利用した液滴吐出ヘッドの一例を、それぞれ示している。
【0095】
上述した実施例1〜4は、圧力発生機構として、図17(A)に示す静電駆動用電極142を備えた液滴吐出ヘッド141について記載したが、本発明は、圧力発生機構として、積層PZT144、薄膜PZT146、ヒータ148等、静電駆動以外の圧力発生機構を用いた液滴吐出ヘッド(それぞれ、液滴吐出ヘッド143,145,147)においても、同様の効果を有する。
【0096】
(実施例6)
次に、本発明に係るインクカートリッジ(液体カートリッジ)の一例について、図18を参照して説明する。図18は、本発明の第6の実施例に係るインクカートリッジの外観の一例を示す図である。
【0097】
本実施例に係るインクカートリッジ150は、ノズル151等を有する上述の各実施例1〜5のいずれかのインクジェットヘッド152と、このインクジェットヘッド152に対してインクを供給するインクタンク153とを一体化して構成したものである。
【0098】
図18で示すようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの低コスト化や信頼性は、直ちにインクカートリッジ全体の低コスト化、信頼性につながるので、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良低減することで、インクカートリッジの歩留まり、信頼性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの低コスト化が図れる。すなわち、本実施例では、本発明に係るいずれかの液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとこのインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
【0099】
(実施例7)
次に、本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について、図19及び図20を参照して説明する。図19は、本発明の第7の実施例に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例を示す斜視図で、図20は、図19のインクジェット記録装置の機構部の断面を示す図である。
【0100】
本実施例に係るインクジェット記録装置160は、記録装置本体の内部に、印字機構部161などを収納し、記録装置本体の下方部には、前方側から多数枚の用紙Pを積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい)162を抜き差し自在に装着することができ、また用紙Pを手差しで給紙するための手差しトレイ163を開倒することができ、給紙カセット162或いは手差しトレイ163から給送される用紙Pを取り込み、印字機構部161によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ164に排紙する。
【0101】
印字機構部161は、主走査方向に移動可能なキャリッジ173と、キャリッジ173に搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド174と、記録ヘッド174へインクを供給するインクカートリッジ175等で構成される。印字機構部161は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド171と従ガイドロッド172とで、キャリッジ173を主走査方向(図20で紙面垂直方向)に摺動自在に保持している。このキャリッジ173には、イエロー(Y),シアン(C),マゼンタ(M),ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する、本発明に係るインクジェットヘッドからなるヘッド174を、複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ173にはヘッド174に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ175を交換可能に装着している。
【0102】
インクカートリッジ175は、上方には大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド174へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド174へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとして、ここでは各色のヘッド174を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。
【0103】
ここで、キャリッジ173は、後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド171に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド172に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ173を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ177で回転駆動される駆動プーリ178と従動プーリ179との間にタイミングベルト176を張装し、このタイミングベルト176をキャリッジ173に固定しており、主走査モータ177の正逆回転によりキャリッジ173が往復駆動される。
【0104】
一方、インクジェット記録装置160は、給紙カセット162にセットした用紙Pをヘッド174の下方側に搬送するために、給紙カセット162から用紙Pを分離給装する給紙ローラ181及びフリクションパッド182と、用紙Pを案内するガイド部材183と、給紙された用紙Pを反転させて搬送する搬送ローラ184と、この搬送ローラ184の周面に押し付けられる搬送コロ185と、搬送ローラ184からの用紙Pの送り出し角度を規定する先端コロ186とを備えている。搬送ローラ184は、副走査モータ187によってギヤ列を介して回転駆動される。
【0105】
インクジェット記録装置160には、さらに印写受け部材188が設けられている。印写受け部材188は、キャリッジ173の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ184から送り出された用紙Pを記録ヘッド174の下方側で案内する用紙ガイド部材である。この印写受け部材188の用紙搬送方向下流側には、用紙Pを排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ191,拍車192を設け、さらに用紙Pを排紙トレイ164に送り出す排紙ローラ193,拍車194と、排紙経路を形成するガイド部材195,196とを配設している。
【0106】
記録時には、キャリッジ173を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド174を駆動することにより、停止している用紙Pにインクを吐出して1行分を記録し、用紙Pを所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は、用紙Pの後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙Pを排紙する。
【0107】
また、キャリッジ173の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド174の吐出不良を回復するための回復装置197を配置している。回復装置197は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ173は、印字待機中にはこの回復装置197側に移動されてキャッピング手段でヘッド174をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【0108】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド174の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(図示せず)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【0109】
このように、本発明に係るインクジェット記録装置においては、本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。また、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。さらに、低電圧で駆動できるヘッドを搭載するので、インクジェット記録装置全体の消費電力も低減できる。
【0110】
なお、本実施例においては、本発明をインクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッドにも適用することできる。
【0111】
【発明の効果】
本発明によれば、高密度の液滴吐出特性をもち高画質印字が可能な液滴吐出ヘッドにおいて、基板接合面に段差を効率的に配することにより、基板同士を接合する接着剤が余剰に染み出す幅を抑制して、高精度で且つ信頼性の高いアクチュエータを得ることが可能となる。換言すると、本発明によれば、基板同士を接着剤で接合する場合、液滴吐出特性に影響を与える箇所、例えばアクチュエータ間の狭幅隔壁部、の接合面片側に余剰接着剤の吸収部を設けることにより、余剰接着剤の染み出し幅を抑制することができる。また、特に狭幅隔壁部に接合両面に余剰接着剤の吸収部を設けることにより、余剰接着剤吸収部の十分な容積を確保できるため、液滴吐出特性に影響を及ぼす箇所への接着剤染込みを十分抑えることができる。いずれの構成でも、今後益々の微細化における接着剤を用いた接合において、信頼性の高いアクチュエータを得ることができ、したがって、性能ばらつきの少なく、高精度で高信頼性を具備した液滴吐出ヘッド及びアクチュエータを低コストで作製することができる。
【0112】
また、本発明によれば、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、及びこの液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの構成例を示す分解斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける、圧力発生機構を設けた基板を示す平面図である。
【図3】図2の基板のX1−X1′及びX2−X2′断面図である。
【図4】図2の基板のY1−Y1′及びY2−Y2′断面図である。
【図5】図2の基板の製造方法を説明するための図である。
【図6】図5に続く、図2の基板の製造方法を説明するための図である。
【図7】本発明の第1の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける流路基板の製造方法を説明するための図である。
【図8】図7に続く、本発明の第1の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける流路基板の製造方法を説明するための図である。
【図9】本発明の第1の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおけるノズル基板の製造方法を説明するための図である。
【図10】本発明の第1の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける各基板間の接合状態を説明するための断面図である。
【図11】図10の平面図である。
【図12】本発明の第2の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける各基板間の接合状態を説明するための断面図である。
【図13】図12の平面図である。
【図14】本発明の第3の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける各基板間の接合状態を説明するための断面図である。
【図15】図14の平面図である。
【図16】本発明の第4の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける各基板間の接合状態を説明するための平面図である。
【図17】本発明の第5の実施例に係る液滴吐出ヘッドにおける圧力発生機構の例を示す概略図である。
【図18】本発明の第6の実施例に係るインクカートリッジの外観の一例を示す図である。
【図19】本発明の第7の実施例に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例を示す斜視図である。
【図20】図19のインクジェット記録装置の機構部の断面を示す図である。
【符号の説明】
1,2,3…基板、10,20,50,60,80…シリコン基板、11…個別電極、12…空隙、13…振動板、21…加圧液室(吐出室)、22…流体抵抗溝、23…共通液室(共通インク室)、24…スリット、25…連通口、26…隔壁部(間隔壁)、30…ニッケル基板、31…ノズル孔、32…インク供給口、41…振動板領域、42…分離溝、43…隔壁部、44…犠牲層除去孔、45…上部電極開口部(保護孔)、51…絶縁膜、52a…下部電極、52b,54b,56b…隔壁部、53,55…保護膜(絶縁膜)、54a…空隙(犠牲層)、56a…上部電極、57…窒化膜(防止膜)、58…樹脂膜(PBO膜)、59…振動板構成膜、62…シリコン窒化膜、63…ノズル面側連通管部パターン、64,68…肉抜きパターン、65…形状パターン、66,69,71…連通管部パターン、67…加圧液室部パターン、70…レジスト、72…連通管、73,76…加圧液室部、74,75…肉抜き部、77…疑似液室部、78…基部、79…液体供給路、81…レジスト、82…Ni、83…ノズル部、84…DFR、85…Ni−PTFE膜、86…ポリイミド膜、101b,102b…基板、103a,103b,113,123…隔壁部、104a,104b…加圧液室、105a…はみ出し幅、106b,116,126,136,137…スリット、107a…接着剤、117…縦幅、118…横幅、127…窪み部、141,143,145,147…液滴吐出ヘッド、142…静電駆動用電極、144…積層PZT、146…薄膜PZT、148…ヒータ、150…インクカートリッジ、151…ノズル、152…インクジェットヘッド、153…インクタンク、160…インクジェット記録装置、161…印字機構部、162…給紙カセット、163…トレイ、164…排紙トレイ、171…主ガイドロッド、172…従ガイドロッド、173…キャリッジ、174…インクジェットヘッド(記録ヘッド)、175…インクカートリッジ、176…タイミングベルト、177…主走査モータ、178…駆動プーリ、179…従動プーリ、181…給紙ローラ、182…フリクションパッド、183…ガイド部材、184…搬送ローラ、185…搬送コロ、186…先端コロ、187…副走査モータ、188…部材、191…搬送コロ、192…拍車、193…排紙ローラ、194…拍車、195,196…ガイド部材、197…回復装置。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid droplet ejection head, an ink cartridge using the liquid droplet ejection head, and an ink jet recording apparatus, and can be applied to, for example, a micropump, a projector, and the like used for conveying or transferring a minute flow rate of a liquid. Related to various actuators.
[0002]
[Prior art]
The ink jet head is a droplet discharge head used in an image recording apparatus such as a printer, a facsimile, a copying apparatus or an ink jet recording apparatus used as an image forming apparatus. The ink jet head includes a nozzle for discharging ink droplets, a discharge chamber (also referred to as a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, an ink flow path, etc.) communicating with the nozzle, and a pressure for pressurizing ink in the discharge chamber. A pressure generating means for generating the pressure, and pressurizing the ink in the discharge chamber with the pressure generated by the pressure generating means to discharge the ink droplet from the nozzle.
[0003]
Such a droplet discharge head is a piezo type that discharges ink droplets by deforming and displacing a diaphragm forming the wall surface of a discharge chamber using an electromechanical transducer such as a piezoelectric element as a pressure generating means. A bubble type (thermal type) in which a bubble is generated by ink film boiling using an electrothermal conversion element such as a heating resistor disposed in the discharge to discharge ink droplets, and the walls of the discharge chamber are formed There is an electrostatic type that discharges ink droplets by deforming a vibrating plate with electrostatic force.
[0004]
In recent years, attention has been paid to bubble-type and electrostatic types that are lead-free due to environmental problems. In addition to lead-free, multiple types of electrostatic types that have little effect on the environment from the viewpoint of low power consumption have been proposed. I have.
[0005]
For example, a nozzle substrate, a liquid chamber substrate forming a common liquid chamber with a pressurized liquid chamber and a fluid resistance path communicating with the nozzle provided corresponding to the nozzle, and joined to the pressurized liquid chamber surface of the liquid chamber substrate An electrostatic inkjet head having a vibrating plate and a driving substrate provided with a gap between the vibrating plate and the individual electrode has been proposed (for example, see Patent Documents 1 and 2). One electrode functions as a diaphragm, and ink is filled on the opposite side of the diaphragm from the opposite electrode. When a voltage is applied to the pair of electrodes, an electrostatic attractive force acts between the electrodes, the electrodes (diaphragm) are deformed, and when the voltage is removed, the diaphragm returns to its original state by the elastic force, and the ink is used by using the force. Is discharged.
[0006]
Bonding methods for bonding these substrates (nozzle substrate, liquid chamber substrate, vibration plate, drive substrate) include adhesive bonding, heat welding, direct bonding using silicon, and anodic bonding. There are also methods that cannot be joined depending on the material of the substrate to be bonded. Adhesive bonding is widely used as a technique for bonding substrates relatively easily regardless of the material of the substrate.
[0007]
In an ink-jet head using a piezoelectric body or an ink-jet head using electrostatic force, a nozzle substrate that discharges ink droplets and a flow path substrate (an ink liquid chamber, a pressurized liquid chamber, and a fluid resistance part) to which the nozzle communicates are formed. ) And a substrate provided with a pressure generating mechanism for pressurizing the ink in the pressurized liquid chamber is generally joined and assembled. As a means for joining the substrates, a highly flexible adhesive is used. The method that was used is used.
[0008]
In the substrate bonding method using an adhesive, an excess adhesive may ooze out from the bonding portion, and if the oozed portion is the ink liquid chamber or the diaphragm area, the volume of the pressure chamber, the diaphragm displacement area May not be finished as designed and may cause variations. In addition, if excess adhesive leaks from the joint on the nozzle plate side, the volume of the liquid chamber may fluctuate, or at the worst, the nozzle hole may be blocked, so that the ink ejection characteristics may not be obtained as designed. is there. In particular, in the case of an ink jet head, the exudation of the adhesive causes variations in the ink ejection characteristics, and the printing accuracy and the reproducibility of the image quality are significantly reduced.
[0009]
As means for suppressing such exudation of the adhesive, for example, a method in which a concave portion for absorbing excess adhesive is provided on a nozzle substrate has been proposed (for example, see Patent Document 3). Further, for example, there is also a type in which a concave portion having a side of about 100 μm is provided on the side of a discharge chamber substrate (also referred to as a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, an ink flow path, etc.), and excess adhesive is absorbed by the concave portion to suppress seepage. It has been proposed (for example, see Patent Documents 4 and 5). By providing concave portions on these bonding surfaces, the reliability of bonding between the substrates is improved, the exudation of the adhesive into the pressurized liquid chamber and the vibration plate is suppressed, and the variation in characteristics between the actuators is reduced, thereby achieving high quality. A simple inkjet head is obtained.
[0010]
However, it is desired that the density of the ink jet head be further increased in order to improve printing speed and image quality in the future. The exuding width of the adhesive cannot be ignored. Further, as the density of the ink jet increases, the excess adhesive seeping width on the nozzle plate side cannot be ignored, and in the worst case, the excess adhesive closes the nozzle hole, causing a problem that the nozzle does not function as a nozzle.
[0011]
In other words, when a high-density, high-quality inkjet head is manufactured using a substrate bonding method using an adhesive, bonding is increasingly performed to stabilize the actuator characteristics, improve the accuracy, or improve the manufacturing yield. It is important to control the amount of excess adhesive exuded at the time.
[0012]
Therefore, as the density of the ink jet head increases, it is desired to actively suppress the exudation width of the adhesive. However, as described in Patent Literatures 3 to 5, even if a concave portion is provided on the bonding surface, the exudation of the adhesive is about 10 to 15 μm. In the case of a 150 dpi inkjet head having a short side length of about 140 μm of the diaphragm, this seepage does not significantly affect the actuator characteristics. However, for example, in the case of an ink jet head of about 300 dpi, the short side length of the diaphragm is about 50 to 60 μm, and in the case of exuding the adhesive of 10 to 20 μm on one side (20 to 40 μm on both sides), about 1/1 of the short side length of the diaphragm. Approximately 3 to 2/3 are affected by the exudation of the adhesive, so that not only the ink characteristics as designed cannot be obtained but also the possibility that the ink does not function at the worst is easily expected.
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-9-39229
[Patent Document 2]
JP-A-9-39235
[Patent Document 3]
JP 2002-210965 A
[Patent Document 4]
Japanese Patent No. 3235630
[Patent Document 5]
Japanese Patent No. 3324622
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, is capable of discharging droplets at a high density, and suppresses the width of an excessive amount of the adhesive bonding the substrates to each other, An object of the present invention is to provide a droplet discharge head, an ink cartridge integrated with the droplet discharge head, and an ink jet recording apparatus equipped with the droplet discharge head, which can obtain a highly accurate and highly reliable actuator. With that purpose.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a flow path substrate configured to include at least an ink supply port for receiving ink supply from the outside, an ink liquid chamber, and a plurality of pressurized liquid chambers communicating with the ink discharge surface opening. A droplet discharge head comprising: a discharge-side substrate joined to an ink ejection surface of the flow path substrate; and a liquid chamber-side substrate joined to a pressurized liquid chamber surface of the flow path substrate. The joint between the narrow-wall partition part for separating each pressurized liquid chamber in the flow path substrate and the substrate on the liquid chamber side, and / or the joint between the flow path substrate and the substrate on the discharge side are any of: A step on the substrate side, and the droplet discharge head is formed by bonding the substrate on the discharge side and / or the substrate on the liquid chamber side to the flow path substrate with an adhesive. It was done.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a flow path substrate including at least an ink supply port for receiving an ink supply from outside, an ink liquid chamber, and a plurality of pressurized liquid chambers communicating with the ink discharge surface opening. A droplet discharge head comprising: a discharge-side substrate joined to an ink ejection surface of the flow path substrate; and a liquid chamber-side substrate joined to a pressurized liquid chamber surface of the flow path substrate. The junction between the narrow-width partition part that separates each pressurized liquid chamber in the flow channel substrate and the substrate on the liquid chamber side, and / or the junction between the flow channel substrate and the substrate on the discharge side are both There is a step on the substrate side, and the droplet discharge head is formed by bonding the substrate on the discharge side and / or the substrate on the liquid chamber side to the flow path substrate with an adhesive. Things.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, an ink contact surface of a peripheral edge of the junction in the narrow partition wall portion of the flow path substrate and / or a peripheral edge of a junction of the ink ejection surface of the flow path substrate. The ink contact surface is provided with a depression.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the flow path substrate has a joint portion with the substrate on the liquid chamber side and / or a joint portion with the substrate on the discharge side. Along, a slit having a width of 10 μm or less is formed.
[0019]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, at least one slit is formed on the flow path substrate along a peripheral edge of the narrow partition in the narrow partition. It is characterized by having.
[0020]
According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth or fifth aspect of the present invention, the slits formed in the flow path substrate are divided into a plurality of pieces along the narrow partition wall periphery and arranged. .
[0021]
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects of the present invention, the discharge side substrate and / or the liquid chamber side substrate has a width of 10 μm or less at a joint with the flow path substrate. Are formed.
[0022]
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first, second, and seventh aspects of the present invention, in the liquid chamber-side substrate, a bonding portion with the narrow partition wall portion and / or the discharge-side substrate. In addition, at least one slit is formed in each of the partition portions at the junction between the communication port of the flow path substrate and the partition portion.
[0023]
According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the first, second, seventh, and eighth aspects of the invention, the liquid chamber side substrate has a bonding portion with the narrow partition wall portion and / or the discharge side. In the substrate, a plurality of slits are arranged along a peripheral edge of the partition at a joint portion of the communication port of the flow path substrate with the partition.
[0024]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an ink cartridge in which a droplet discharge head that discharges an ink droplet and an ink tank that supplies ink to the droplet discharge head are integrated with each other. A droplet discharge head according to any one of the above.
[0025]
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head for discharging an ink droplet, wherein the ink jet head is the liquid drop discharging head according to any one of the first to ninth aspects. It is.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration example of a droplet discharge head according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 shows a part of the droplet discharge head in cross section.
In this configuration example, a side shooter type droplet discharge head (also referred to as an ink jet head) that discharges ink droplets from nozzle holes provided in a surface portion of a substrate will be described. The ink jet head of this configuration example has a laminated structure in which three substrates 1, 2, and 3 having a structure described in detail below are stacked.
[0027]
In the first substrate 1, a diaphragm 13 is formed on a <100> silicon substrate 10 by a laminated film through an individual electrode 11 and a gap 12. Here, an individual electrode 11 is formed on the lower surface (corresponding to the upper surface in FIG. 1) of the diaphragm 13 with a gap 12 therebetween. The voids 12 are formed by forming a sacrificial layer on the premise that the sacrificial layer is to be removed later as a laminated film in the same manner as the individual electrode material and the diaphragm material, and subsequently removing the sacrificial layer from the removal hole.
[0028]
Further, in the second substrate 2 joined to the upper surface (corresponding to the lower surface in FIG. 1) of the first substrate 1, the <110> silicon substrate 20 has a pressurized liquid chamber 21 and a groove (fluid Resistance groove) 22, and a common liquid chamber 23 for supplying ink to each pressurized liquid chamber 21. Each pressurized liquid chamber 21 is provided with a communication port 25.
[0029]
In the third substrate 3 joined to the upper surface of the second substrate (corresponding to the lower surface in FIG. 1), a nickel substrate 30 having a thickness of 35 μm is used. A nozzle hole 31 is provided so as to communicate with the communication port 25, and an ink supply port 32 is provided so as to communicate with the common ink chamber 23.
[0030]
The substrate 1 and the substrate 2 and the substrate 2 and the substrate 3 are respectively bonded using an adhesive. At this time, a slit 24 is provided on the partition wall 26 between the pressurized liquid chambers 21 of the substrate 2 in order to prevent the adhesive from seeping into the pressurized liquid chamber 21. Although not shown in FIG. 1, a slit is also provided on the communication port 25 side of the substrate 1 to which the substrate 2 is bonded in order to prevent the adhesive from seeping out to the communication port 25 of the substrate 1. I have.
[0031]
Further, although not shown in FIG. 1, a slit may be provided on the joint surface between the substrate 2 and the substrate 3 joined to the partition wall portion 26 of the substrate 1. Further, in FIG. 1, a slit is provided to absorb an extra adhesive, but a shape in which the slit is divided into a plurality may be adopted. Although not shown in FIG. 1, the portions other than the pressurized liquid chamber 21 and the spacing wall 26 of the substrate 2 that are bonded to the substrate 1 or the substrate 3 are also intended to absorb excess adhesive and prevent substrate warpage. It is preferable to form a concave portion with.
[0032]
Next, an example of the operation of the droplet discharge head configured as described above will be described.
With the inside of the pressurized liquid chamber 21 filled with ink, a pulse potential of 40 V is applied to the individual electrodes 11 by an oscillation circuit. When the surface of the individual electrode 11 is positively charged by the application of voltage, an electrostatic attraction function acts between the individual electrode 11 and the vibration plate 13, and the vibration plate 13 bends downward (corresponding to the upward direction in FIG. 1). Ink flows into the discharge chamber 21 through the resistance groove 22. Thereafter, when the pulse voltage to the individual electrode 11 is set to 0 V, the diaphragm 13 bent downward by the electrostatic force returns to its original state due to its rigidity.
[0033]
As a result, the pressure in the discharge chamber 21 sharply increases, and the ink droplets are discharged from the nozzle holes 31 toward the recording paper. By repeating this, ink can be continuously discharged.
[0034]
The force F acting between the electrodes increases in inverse proportion to the square of the distance d between the electrodes as shown in the following equation (1). Here, in the equation (1), ε is a relative dielectric constant, S is an area of a surface facing the electrode, d is a distance between the electrodes, and V is an applied voltage. Therefore, in order to drive at a low voltage, it is important to form a narrow gap between the individual electrode 11 and the diaphragm 13.
F = (εS / 2d 2 ) V 2 … (1)
[0035]
The droplet discharge head according to the present invention can accurately and stably produce a minute gap between the individual electrode 11 and the diaphragm 13 so that the operation of the diaphragm by electrostatic force is maximized. Can be designed.
[0036]
According to the present invention, when the substrates are joined with an adhesive, the excess adhesive absorbing portion is provided on one side (or both sides) of a joint surface of a portion that affects the droplet discharge characteristics, for example, a narrow partition wall portion between the actuators. Is provided, it is possible to suppress the exuding width of the excess adhesive. Therefore, a highly reliable actuator can be obtained in bonding using an adhesive in further miniaturization in the future. As described above, it is possible to manufacture a droplet discharge head and an actuator with high accuracy and high reliability with little performance variation at low cost.
[0037]
Hereinafter, a droplet discharge head, an ink cartridge using the same, and an ink jet recording apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to examples such as the configuration and manufacturing method thereof.
[0038]
(Example 1)
FIG. 2 is a plan view showing a substrate provided with a pressure generating mechanism in the droplet discharge head according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views of the substrate of FIG. 3A is a cross section taken along line X1-X1 'of the substrate of FIG. 2, FIG. 3B is a cross section taken along line X2-X2' of FIG. 2, and FIG. 4A is a line Y1-Y1 'of the substrate of FIG. A cross section is shown in FIG. 4B, and a Y2-Y2 ′ cross section is also shown.
[0039]
In the substrate provided with the pressure generating mechanism provided in the droplet discharge head according to the present embodiment, the diaphragm region 41 is separated from the partition 43 by the separation groove 42, and the film (diaphragm constituting film 59) The lower layer includes an insulating film 55, an upper electrode 56, a film deflection preventing film 57, and a resin film 58. The separation groove 42 is designed so that a step does not occur between the partition 43 and the diaphragm region 41. The short side length (S) and the long side length (L) of the diaphragm region 41 are, for example, 60 μm, 800 μm, and the like, respectively. Further, the lower electrode 52a is patterned on the Si substrate 50 via the insulating film 51, so that a voltage can be applied to displace the diaphragm area 41 by electrostatic force. Further, a gap 54a for displacing the diaphragm area 41 is formed with a width of, for example, 0.2 μm.
[0040]
The sacrifice layer process is used to form the gap, and the sacrifice layer removal hole 44 is formed in the diaphragm constituting film 59 via the upper electrode opening 45. The sacrificial layer removing holes 44 are arranged at equal intervals of the long side length and at intervals equal to or shorter than the short side length of the diaphragm area 41, and the sacrificial layer removing holes 44 are formed at the same positions on the opposing sides. By arranging a plurality of sacrificial layer removing holes 44 in this manner, the sacrificial layer can be efficiently etched and the void 54a can be formed.
[0041]
In the case of an ink-jet head, an actuator for ejecting ink is a long and narrow rectangle, and generally, adjacent actuators are arranged on the long side of the actuator with a partition wall 43 interposed therebetween. Since the sacrificial layer etch is isotropic, the sacrificial layer removal efficiency is higher when the sacrificial layer removing holes 44 are arranged in the center of the sacrificial layer. However, the presence of the sacrifice layer removing hole 44 in the displacement region of the diaphragm may affect the vibration characteristics of the actuator. Therefore, it is preferable that the sacrifice layer removing hole 44 be disposed at the long side end of the diaphragm. However, the sacrifice layer removing hole 44 is preferably arranged outside the vibration region in order to avoid an influence on the displacement of the diaphragm.
[0042]
The size of the sacrifice layer removing hole 44 is preferably large from the viewpoint of sacrifice layer etching. However, when the sacrifice layer removing hole 44 is disposed on the long side of the diaphragm, the size of the sacrifice layer removing hole 44 affects the diaphragm displacement region, 43 is preferable from the viewpoint of securing the strength and sealing the hole for removing the sacrificial layer with the resin film. It is necessary to determine the size of the sacrificial layer removing hole 44 that satisfies the conflicting conditions. However, the size of the sacrifice layer removal hole 44 is determined by the sealing property of the sacrifice layer removal hole, because the removability of the sacrifice layer can be dealt with by arranging the plurality of sacrifice layer removal holes 44 in multiple rows. . In order to seal the sacrificial layer removing hole 44 with the resin film 58, the cross-sectional area of the sacrificial layer removing hole 44 as viewed from the diaphragm plane is 10 μm. 2 The following is desirable.
[0043]
Next, a manufacturing process of a substrate provided with a pressure generating mechanism according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6 are views for explaining a method of manufacturing the substrate of FIG.
[0044]
First, as shown in FIG. 5A, an insulating film (thermal oxide film) 51 having a thickness of 1.6 μm is formed on a Si substrate 50 having a thickness of 400 μm. Next, P-doped polysilicon is formed as a lower electrode material to a thickness of 0.4 μm. Then, the lower electrode 52a and the partition wall 52b are separated by a lithography method. Thereafter, a protective film (CVD oxide film) 53 of the lower electrode 52a and the partition wall 52b is deposited to a thickness of 0.2 μm. The protective film 53 functions as a mask material for protecting the lower electrode 52a in the sacrifice layer process and as a protective film for preventing a short circuit between the lower electrode 52a and the upper electrode 56a.
[0045]
Next, as shown in FIG. 5B, as a sacrificial layer (non-doped polysilicon), a film of 0.2 μm serving as an air gap is formed by a CVD method, and a region to be a space 54a and a partition wall portion 54b are separated by a lithoetch method. . In the case where the partition wall portion 54b is used as a wiring layer, only the partition wall portion 54b is subjected to resist patterning by a lithography method and an opening is formed, and the resistance is reduced by ion implantation and densify method. Thereafter, a protective film (CVD oxide film) 55 is deposited to a thickness of 0.1 μm. The protective film 55 functions as a mask material for protecting the upper electrode 56a in the sacrifice layer process and as a protective film for preventing a short circuit between the lower electrode 52a and the upper electrode 56a.
[0046]
Next, as shown in FIG. 5C, P-doped polysilicon is deposited to a thickness of 0.2 μm, and the upper electrode 56a and the partition 56b are separated by a lithoetch method. At the same time, the protective hole 45 is opened larger than the sacrifice layer removal hole 44 so that the upper electrode 56a of the same material as the sacrifice layer 54a is not etched when the sacrifice layer is removed. Next to the upper electrode material 56a (and the partition wall portion 56b), a nitride film 57 is deposited to a thickness of 0.2 μm as a diaphragm deflection preventing layer (diaphragm deflection preventing film) by a CVD method.
[0047]
Next, as shown in FIG. 6 (D), a sacrifice layer removing hole 44 is formed by a litho-etch method, and as shown in FIG. 6 (E), after removing the resist, the sacrifice layer 54a and the protection films 55 and 53 are removed. The sacrifice layer is completely removed by a processing method having a high etch rate selectivity, for example, an isotropic dry etching method of SF6 or a XeF2 dry etching method to form the void 54a.
[0048]
Next, as shown in FIG. 6F, a resin film 58, here, a PBO film (polybenzoxazole) is formed as a liquid contacting film by spin coating to a thickness of 1 μm. At this time, the sacrificial layer removing hole 44 is completely sealed with the PBO film 58. Thereafter, only the electrode wiring extraction pad portion is opened by a litho-etch method. Although the PBO film is taken as an example of the liquid contacting film, a film having corrosion resistance to the ink and capable of sealing the holes for removing the sacrificial layer, such as a polyimide film, may be used. Since a resin film such as the PBO film 58 can seal the sacrificial layer removing hole 44 in the atmosphere, it is formed by a chemical vapor deposition method (CVD method) or a physical vapor deposition method (PVD method) using a vacuum device. As in the case of the formed film, the gap is vacuum-sealed, and a negative pressure is not generated in the gap due to exposure to the atmosphere, so that the diaphragm does not bend and a desired displacement cannot be obtained.
Thus, the actuator section of the substrate 1 is completed.
[0049]
Next, a method of manufacturing the pressurized liquid chamber forming member in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8 are views for explaining a method of manufacturing the flow path substrate in the droplet discharge head according to the first embodiment of the present invention.
[0050]
First, as shown in FIG. 7A, a silicon substrate (110) 60 having a thickness of 400 μm is prepared, and a silicon oxide film 61 having a thickness of 1 μm and a silicon nitride film 62 having a thickness of 0.15 μm are formed. I do. The type of Wafer to be used may be any of double-side polished Wafer, double-side unpolished Wafer, and single-side unpolished Wafer. Further, the specific resistance does not need to be uniform. For example, in this embodiment, Wafer having a specific resistance of 0.1 to 100 Ωcm is used.
[0051]
Next, as shown in FIG. 7 (B), a resist is patterned into a shape pattern 65 of a lightening pattern 64 for flowing excess adhesive at the time of joining with the nozzle surface side communicating pipe pattern 63 on the nozzle joining surface. Thereafter, the nitride film is patterned by dry etching. In this step, the lightening pattern was formed in substantially the same shape as the pressurized liquid chamber. In this step, although not shown in the figure, a slit for absorbing excess adhesive is formed around the communication pipe 72 (see FIG. 8) with a width of, for example, 10 μm.
[0052]
Next, as shown in FIG. 7C, the oxide film is patterned into the shape of the communication tube pattern 66. Then, as shown in FIG. 7 (D), the resist liquid is formed into the shape of the pressurized liquid chamber pattern 67 on the vibration plate joining surface side and the lightening pattern 68 for allowing excess adhesive to flow in joining with the diaphragm. Patterning is performed, and only the nitride film is patterned. In this step, although not shown in the drawing, slits for absorbing the excess adhesive are formed with a width of, for example, 10 μm in the long side direction between the pressurized liquid chambers 76 (see FIG. 8).
[0053]
Next, as shown in FIG. 7E, the oxide film is patterned into the shape of the communication pipe pattern 69. Then, as shown in FIG. 8F, a mask was formed for silicon etching by ICP (Inductively Coupled Plasma) dry etcher. The thickness of the resist 70 at the time of forming the mask is 8 μm. In this embodiment, the ICP etching is performed from the nozzle plate joining surface side. Thereafter, patterning of the communicating pipe shape 71 is performed using an ICP dry etcher.
[0054]
Thereafter, as shown in FIG. 8 (G), the resist 70 is removed, silicon is anisotropically etched with an aqueous potassium hydroxide solution, and the communication tube 72 is penetrated. Then, as shown in FIG. 8H, the oxide film of the pressurized liquid chamber 73 and the lightening portions 74 and 75 at the time of joining the diaphragm is removed by wet etching. Thereafter, as shown in FIG. 8 (I), a pressurized liquid chamber 76, a pseudo liquid chamber 77 at the nozzle joining surface, and a base 78 in the excess adhesive absorbing meat are formed. When the pressurized liquid chamber is formed, a liquid supply passage 79 having a smaller cross-sectional area than the pressurized liquid chamber is also formed. In this embodiment, the anisotropic etching of silicon at the time of forming the pressurized liquid chamber is performed at a potassium hydroxide aqueous solution concentration of 30% and a processing temperature of 85 ° C.
[0055]
Finally, as shown in FIG. 8 (J), the nitride film / oxide film is removed, and then a silicon oxide film is formed to a thickness of 1 μm as an ink-resistant liquid contact film to form a pressurized liquid chamber for inkjet. A member is formed. In this embodiment, the patterning is performed so that the bonding area between the nozzle bonding surface and the diaphragm bonding surface is substantially the same, and the shape of the nozzle bonding surface is a pseudo pressurized liquid chamber.
Thus, the pressurized liquid chamber of the substrate 2 is completed.
[0056]
Next, a method of manufacturing a nozzle substrate according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a diagram for explaining a method of manufacturing a nozzle substrate in the droplet discharge head according to the first embodiment of the present invention.
[0057]
First, as shown in FIG. 9A, a resist 81 is applied to a thickness of 90 μm on an Si substrate 80 having a thickness of 600 μm, and patterning is performed so that the resist 81 remains at a position to be a nozzle. Next, as shown in FIG. 9B, a 30 μm thick Ni82 film is formed by electroforming. At this time, the resist 81 portion does not contain Ni, and the nozzle portion 83 is formed. Then, as shown in FIG. 9C, the formed Ni 82 is peeled from the Si substrate 80, and the resist 81 of the nozzle 83 is removed.
[0058]
Next, as shown in FIG. 9D, a dry film resist (DFR) 84 is affixed to both surfaces of the Ni 82 with a laminator as a mask for the nozzle portion 83 when making the Ni 82 water repellent. At this time, the inside of the nozzle 83 is filled with the DFR 84. Then, as shown in FIG. 9E, the entire surface of the DFR on the ink discharge side is exposed and removed, leaving the DFR 84a not on the ink discharge side. As shown in FIG. 9F, a 3 μm-thick Ni-PTFE film 85 is formed by eutectoid plating on the surface from which the DFR has been removed.
[0059]
Next, as shown in FIG. 9 (G), the DFR 84a is peeled off, and heat treatment is performed at 280 ° C. for 30 seconds to diffuse PTFE as a water-repellent material onto the inner surface of the nozzle 83, thereby obtaining water repellency. Finally, as shown in FIG. 9H, a 1 μm-thick polyimide film 86 is formed on the flow channel substrate bonding surface by a thin film transfer method in order to improve the adhesiveness. Thereafter, the polyimide film 86 is cured by heat treatment at 250 ° C. Then, the nozzle substrate is cut into chips.
Thus, the substrate (nozzle substrate) 3 is completed.
[0060]
Next, the bonding between the substrate 1 and the substrate 2 and the bonding between the substrate 1 and the substrate 3 will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the bonding state between the substrates in the droplet discharge head according to the first embodiment of the present invention. FIG. 10A shows the bonding state between the substrates according to the prior art. FIG. 10B shows a bonding state between substrates according to the present invention including the present embodiment. FIG. 11 is a plan view of the bonding state between the substrates in the droplet discharge head according to the first embodiment of the present invention viewed from the bonding surface, and is a plan view of FIG.
[0061]
An adhesive is used for joining the substrate 1 and the substrate 2 and joining the substrate 1 and the substrate 3. An adhesive having a thickness of about 1 μm is applied to the substrate 2 by a thin film transfer method, and the substrate 1 is aligned with the substrate 2 (or the substrate 2 is aligned with the substrate 3) and adhered.
[0062]
Note that the bonding between the substrates will be described in comparison with the bonding between the substrates 101a and 101b according to the related art with reference to a cross-sectional view of the bonding surface between the substrates 2 and 3 (FIG. 10). FIG. 10A shows a cross section of a substrate 2 formed by a conventional method, in which a slit is not formed in a partition wall, when the substrate 2 is bonded to the substrate 1 or the substrate 3 with an adhesive. (B) shows a bonding cross section when the substrate 2 in which the slit according to the embodiment of the present invention is formed is bonded to the substrate 1 or the substrate 3 with an adhesive. Note that FIG. 10 illustrates the substrate 1 as the substrate 101b and the substrate 2 as the substrate 102b.
[0063]
According to the prior art, as shown in FIG. 10A, when the substrate 1 (101a) is joined to the substrate 2 (102a) with an adhesive, the excess adhesive is absorbed by the partition wall 103a of the pressurized liquid chamber 104a. Since there is no portion, the adhesive 107a protrudes into the pressurized liquid chamber 104a. The protruding width 105a is, for example, about 10 to 20 μm when the thickness of the adhesive applied is 1 μm, and greatly affects the driving characteristics of the actuator.
[0064]
On the other hand, according to the present invention, as shown in FIG. 10B, since the slit 106b having a width of 10 μm is formed in the partition wall 103b, the substrate 1 (101b) and the substrate 2 ( Even in the case of bonding 102b), since the excess adhesive is absorbed by the slit 106b, the width of the adhesive protruding into the pressurized liquid chamber 104b becomes 3 μm or less. In addition, by reducing the slit width, the excess adhesive can be taken into the slit 106b by capillary action, and as a result, the amount of the adhesive that overflows into the pressurized liquid chamber 104b can be suppressed.
[0065]
As described above, by providing the slit having a width of 10 μm or less in the narrow partition wall, a sufficient volume for absorbing the excess adhesive can be secured. Further, by setting the slit width to 10 μm or less, it becomes possible to actively absorb the excess adhesive into the slit by utilizing the capillary phenomenon. Accordingly, a margin for absorbing the excess adhesive can be secured with respect to the film thickness variation at the time of applying the adhesive, so that it is possible to reduce the manufacturing variation or improve the yield. Further, since the slit is formed in the narrow partition wall, a damper effect of reducing crosstalk between adjacent actuators can be expected. As described above, not only the yield in the manufacturing process but also the droplet discharge characteristics can be improved at the same time, and a high-quality droplet discharge head and actuator can be obtained.
[0066]
FIG. 11 shows a part (a pressurized liquid chamber 104b, a slit 106b, and a partition wall 103b) of a plan view of the substrate 2 to which the present embodiment is applied, as viewed from the surface where the substrate 1 is bonded. Although the slit 106b is shown as being provided in the long side direction of the pressurized liquid chamber 104b, the slit 106b may have a shape surrounding the periphery of the pressurized liquid chamber 104b.
[0067]
In FIGS. 10B and 11, one slit 106b is provided in the partition wall 103b, but a plurality of slits may be provided as long as the strength of the partition can be obtained. By doing so, a sufficient space for absorbing the surplus adhesive is secured, and the width of infiltration of the adhesive into the pressurized liquid chamber 104b is further suppressed. Further, by providing the slit 106b in the partition 103b, a damper effect of reducing crosstalk between adjacent pressurized liquid chambers 104b can be expected.
[0068]
In this manner, by providing at least one slit in the narrow partition wall, a volume for absorbing the excess adhesive can be secured. Further, by controlling the number of slits, it is possible to obtain sufficient design freedom for realizing control of the amount of adhesive exuding, control of bonding strength, and reduction of crosstalk.
[0069]
In the first embodiment, the configuration in which the slit is provided on the pressurized liquid chamber side of the substrate 2 has been mainly described. However, the same effect can be obtained by providing this slit also on the communication port side joined to the substrate 3. Can be
[0070]
Further, in the present embodiment, the slits are provided in the substrate 2, but the slits are provided on the substrate 1 side when the substrate 1 and the substrate 2 are bonded, and on the substrate 3 side when the substrate 2 and the substrate 3 are bonded. May be provided. At this time, the substrate 2 does not need to be provided with a slit. When a slit is provided in the substrate 1, the slit may be formed by a litho-etch method at the same time as the pad opening shown in FIG. In the substrate 3, a desired slit may be formed by a litho-etch method after the eutectoid plating shown in FIG.
[0071]
In the present embodiment, the slit width is set to 10 μm, but the minimum value is determined by litho-etch, and if a general semiconductor process is used, the width is preferably 0.5 μm or more.
By combining the substrates 1, 2, and 3 with an adhesive as described above, the main part of the droplet discharge head in this embodiment is completed.
[0072]
(Example 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the bonding state between the substrates in the droplet discharge head according to the second embodiment of the present invention. FIG. 13 is a sectional view illustrating the droplet according to the second embodiment of the present invention. FIG. 13 is a plan view of the bonding state between the substrates in the ejection head as viewed from the bonding surface, and is a plan view of FIG. 12.
[0073]
The droplet discharge head according to this embodiment is characterized in that the slit of the substrate 2 is divided into a plurality of slits. Therefore, the manufacturing steps of the substrate 1 and the substrate 3 are the same as those described in the first embodiment with reference to FIGS. 5 to 8, and a description thereof will be omitted. The manufacturing process of the substrate 2 is the same as that shown in the first embodiment, but the slit formed in FIGS. 7B and 7D is divided into a plurality.
[0074]
FIG. 12 shows a bonding cross section (cross section of a partition wall) when a substrate 2 having a slit formed according to another embodiment of the present invention is bonded to a substrate 1 or a substrate 3 with an adhesive. FIG. 13 is a plan view showing the arrangement of a plurality of slits arranged in the partition wall 113 between the pressurized liquid chambers 114.
[0075]
As shown in FIG. 13, since the slit 116 anisotropically etches the <110> Si substrate, the <111> plane has a tapered shape. Therefore, the depth can be controlled by the vertical width 117 and the horizontal width 118 of the slit. For example, when the vertical width is 10 μm and the short side width is 27 μm, a slit having a depth of 10 μm is formed. In FIG. 12, the slit 116 is formed on the joint surface between the substrate 2 (110b) and the substrate 1 (110a). However, the slit is also divided on the joint surface with the substrate 3.
[0076]
By dividing the slit formation of the substrate 2 into a plurality of pieces in this manner, the slit depth can be controlled, and the absorption space for the surplus adhesive can be arbitrarily set, so that the adhesive thickness can be flexibly handled. Further, since the number and depth of the slits can be easily set, it is possible to realize the optimization of the joining strength that is inconsistent with the crosstalk between the pressurized liquid chambers.
[0077]
In other words, by arranging the slits of the narrow partition wall separately, the slit depth and capacity can be freely designed, so that it is possible to control excess adhesive absorption capacity, bonding strength, and crosstalk reduction in consideration of manufacturing process variations. It becomes. Therefore, a highly reliable and highly accurate droplet discharge head and actuator can be obtained.
[0078]
In the second embodiment, the configuration in which the slit is provided on the pressurized liquid chamber side of the substrate 2 has been mainly described. However, the same effect can be obtained by providing the slit also on the communication port side which is joined to the substrate 3. Can be
[0079]
In this embodiment, the slits are provided in the substrate 2. However, the slits may be provided on the substrate 1 side when the substrates 1 and 2 are bonded, and on the substrate 3 side when the substrates 2 and 3 are bonded. good. At this time, the substrate 2 does not need to be provided with a slit.
[0080]
(Example 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining a bonding state between the substrates in the droplet discharge head according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a droplet according to the third embodiment of the present invention. FIG. 15 is a plan view of the bonding state between the substrates in the ejection head as viewed from the bonding surface, and is a plan view of FIG. 14.
[0081]
The droplet discharge head according to the present embodiment is characterized in that a depression is formed around the pressurized liquid chamber of the substrate 2 and the communication pipe. Therefore, the manufacturing steps of the substrate 1 and the substrate 3 are the same as those described in the first embodiment with reference to FIGS. 5 to 8, and a description thereof will be omitted. Also, the manufacturing process of the substrate 2 is the same as that shown in the second embodiment, but before the processes shown in FIGS. 7 and 8, the recesses (hollows) 127 are formed on both surfaces of the substrate 2 by a litho-etch method. It is necessary to keep.
[0082]
FIG. 14 shows a bonding cross section (cross section of a partition wall) when the substrate 2 having the slits and depressions according to another embodiment of the present invention is bonded to the substrate 1 or the substrate 3 with an adhesive. FIG. 15 is a plan view showing the arrangement of the depressions 127 arranged in the partition wall 123 between the pressurized liquid chambers 124.
[0083]
By providing the depression 127 on the bonding surface of the substrate 1 or the substrate 2, the excess adhesive that cannot be absorbed by the partition wall portion 123 and protrudes can be absorbed by the depression 127. In particular, when the substrate 2 and the substrate 1 are joined, there is almost no influence on the diaphragm which affects the ejection characteristics, and the characteristics as designed can be obtained. Further, by providing the recess 127, the bonding area is increased, and the bonding strength between the substrates can be sufficiently ensured.
[0084]
Since the size of the recess 127 can be arbitrarily set according to the thickness of the adhesive and the viscosity of the adhesive, the degree of freedom in design is ensured. The shape of the depression may be any shape other than the shape shown in FIG. 14 as long as the excess adhesive that has leaked out can be absorbed. Here, the slit may be either continuous or divided into a plurality of slits.
[0085]
In this manner, by providing a dent at a portion of the narrow partition wall portion facing the ink chamber, the adhesive that has exuded at a portion that affects the droplet discharge characteristics can be absorbed in this dent, so Adhesive does not affect the droplet discharge characteristics at all, and good discharge characteristics can be obtained. In addition, since the surface area of the adhesive increases by the amount of the depression, an increase in the bonding strength between the substrates is expected. As described above, a highly reliable droplet discharge head and actuator having little variation can be obtained.
[0086]
In the third embodiment, the configuration in which the slits and the dents are provided on the pressurized liquid chamber side of the substrate 2 is mainly described. The effect of is obtained.
[0087]
In this embodiment, the slits and dents are provided on the substrate 2. However, the slits and dents are provided on the substrate 1 side when the substrates 1 and 2 are joined, and on the substrate 3 side when the substrates 2 and 3 are joined. May be provided. At this time, the substrate 2 does not need to be provided with a slit or a depression.
[0088]
(Example 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a plan view of the bonding state between the substrates in the droplet discharge head according to the third embodiment of the present invention, as viewed from the bonding surface.
[0089]
The droplet discharge head according to the present embodiment is characterized in that slits are formed in both substrates to be joined. Therefore, as for the manufacturing process of the substrates 1, 2, and 3, the description in each of the embodiments 1, 2, and 3 can be appropriately referred to, and the description is omitted.
[0090]
FIG. 16 shows a case where a slit 136 is provided in a partition wall portion of the pressurized liquid chamber of the substrate 2, and a slit 137 is provided on the substrate 1 at a joint surface with the substrate 2 so as to be orthogonal to the slit 136 of the substrate 1. ing.
[0091]
As shown in FIG. 16, by providing a space for absorbing the excess adhesive on both of the substrates to be bonded, not only can the excess adhesive be absorbed more than providing a slit on only one side, but also the surface area of the slit increases. However, it is expected that the adhesive strength of the bonded substrates will be improved by the surplus adhesive.
[0092]
In this way, when the substrates are joined to each other with an adhesive, a sufficient volume of the excess adhesive absorbing portion can be secured, particularly by providing the excess adhesive absorbing portion on both sides of the joining in the narrow width partition portion, so that the droplets can be secured. A droplet discharge head with improved yield and stable quality because it is possible to sufficiently suppress the infiltration of the adhesive into a portion that affects the discharge characteristics, and to secure a margin against bonding variations in the manufacturing process. Can be supplied. In addition, it will be possible to use an adhesive for further miniaturization in the future.
[0093]
Fourth Embodiment In the fourth embodiment, the configuration in which slits are provided on the substrate 2 side of the substrate 1 and the pressurized liquid chamber side of the substrate 2 is mainly described, but this slit is provided on the communication port side where the substrate 2 and the substrate 3 are joined. , The same effect can be obtained. Further, in the present embodiment, the slit 136 is provided on the substrate 1 side and the slit 137 is provided on the substrate 2 side.
[0094]
(Example 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a schematic diagram illustrating an example of a pressure generating mechanism in a droplet discharge head according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 17A illustrates electrostatic drive corresponding to the first to fourth embodiments. 1 shows an example of a droplet discharge head used. FIG. 17B shows an example of a droplet discharge head using a stacked PZT as a pressure generation mechanism, and FIG. 17C shows an example of a droplet discharge head using a thin film PZT as a pressure generation mechanism. FIG. 17D shows an example of a droplet discharge head using a heater as a pressure generating mechanism.
[0095]
In the first to fourth embodiments described above, the droplet discharge head 141 including the electrostatic drive electrode 142 shown in FIG. 17A is described as the pressure generating mechanism. The same effect can be obtained in droplet discharge heads (droplet discharge heads 143, 145, and 147, respectively) using a pressure generation mechanism other than electrostatic drive, such as PZT 144, thin film PZT 146, and heater 148.
[0096]
(Example 6)
Next, an example of an ink cartridge (liquid cartridge) according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a diagram illustrating an example of an appearance of an ink cartridge according to a sixth embodiment of the present invention.
[0097]
The ink cartridge 150 according to the present embodiment integrates the inkjet head 152 having any one of the above-described embodiments 1 to 5 having the nozzle 151 and the like, and the ink tank 153 that supplies ink to the inkjet head 152. It is configured.
[0098]
As shown in FIG. 18, in the case of the ink tank integrated type head, the cost reduction and reliability of the head immediately lead to the cost reduction and reliability of the entire ink cartridge. As a result, the yield and reliability of the ink cartridge are improved, and the cost of the head-integrated ink cartridge can be reduced. That is, in this embodiment, the inkjet head, which is one of the droplet discharge heads according to the present invention, and the ink tank that supplies ink to the inkjet head are integrated, so that manufacturing defects are reduced and cost is reduced. be able to.
[0099]
(Example 7)
Next, an example of an ink jet recording apparatus equipped with the ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 19 is a perspective view showing an example of an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head according to the seventh embodiment of the present invention, and FIG. 20 is a view showing a cross section of a mechanism of the ink jet recording apparatus of FIG. .
[0100]
The ink jet recording apparatus 160 according to the present embodiment accommodates a printing mechanism section 161 and the like inside the recording apparatus main body, and feeds a large number of sheets P from the front side under the recording apparatus main body. A cassette (or a paper feed tray) 162 can be freely inserted and removed, and a manual feed tray 163 for manually feeding paper P can be opened. The paper P fed from the printer is taken in, a required image is recorded by the printing mechanism 161, and then the paper P is discharged to a paper discharge tray 164 mounted on the rear side.
[0101]
The printing mechanism 161 includes a carriage 173 movable in the main scanning direction, a recording head 174 including an inkjet head according to the present invention mounted on the carriage 173, an ink cartridge 175 for supplying ink to the recording head 174, and the like. You. The printing mechanism 161 slides the carriage 173 in the main scanning direction (the direction perpendicular to the plane of FIG. 20) by a main guide rod 171 and a sub guide rod 172, which are guide members that are horizontally mounted on left and right side plates (not shown). keeping. The carriage 173 is provided with a plurality of ink ejection heads 174 including an inkjet head according to the present invention, which ejects ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk). The outlets (nozzles) are arranged in a direction crossing the main scanning direction, and are mounted with the ink droplet ejection direction facing downward. In addition, each ink cartridge 175 for supplying each color ink to the head 174 is exchangeably mounted on the carriage 173.
[0102]
The ink cartridge 175 has an air port communicating with the atmosphere above, a supply port for supplying ink to the inkjet head 174 below, and a porous body filled with ink inside. The ink supplied to the inkjet head 174 by the capillary force is maintained at a slight negative pressure. Although the heads 174 of the respective colors are used as the recording heads here, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used.
[0103]
Here, the carriage 173 is slidably fitted to the main guide rod 171 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and slidably mounted on the slave guide rod 172 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). It is location. In order to move and scan the carriage 173 in the main scanning direction, a timing belt 176 is stretched between a driving pulley 178 and a driven pulley 179 that are driven to rotate by a main scanning motor 177, and the timing belt 176 is attached to the carriage 173. , And the carriage 173 is reciprocated by the forward and reverse rotation of the main scanning motor 177.
[0104]
On the other hand, in order to transport the sheet P set in the sheet cassette 162 to the lower side of the head 174, the inkjet recording apparatus 160 includes a sheet feed roller 181 and a friction pad 182 that separate and feed the sheet P from the sheet cassette 162. A guide member 183 for guiding the paper P, a transport roller 184 for inverting and transporting the fed paper P, a transport roller 185 pressed against the peripheral surface of the transport roller 184, and the paper P from the transport roller 184. And a tip roller 186 for defining the feeding angle of the roller. The transport roller 184 is driven to rotate by a sub-scanning motor 187 via a gear train.
[0105]
The ink jet recording apparatus 160 is further provided with a printing receiving member 188. The print receiving member 188 is a paper guide member that guides the paper P sent from the transport roller 184 below the recording head 174 in accordance with the movement range of the carriage 173 in the main scanning direction. On the downstream side of the printing receiving member 188 in the sheet transport direction, there are provided transport rollers 191 and spurs 192 that are driven to rotate in order to deliver the sheet P in the sheet ejection direction. Rollers 193, spurs 194, and guide members 195 and 196 forming a paper discharge path are provided.
[0106]
At the time of recording, by driving the recording head 174 according to the image signal while moving the carriage 173, ink is ejected onto the stopped paper P to record one line, and after the paper P is conveyed by a predetermined amount, Record the next line. Upon receiving a recording end signal or a signal indicating that the rear end of the sheet P has reached the recording area, the recording operation is terminated and the sheet P is discharged.
[0107]
Further, a recovery device 197 for recovering from the ejection failure of the head 174 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the moving direction of the carriage 173. The recovery device 197 has a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 173 is moved to the recovery device 197 side during the standby for printing, the head 174 is capped by the capping means, and the ejection opening is kept in a wet state, thereby preventing ejection failure due to ink drying. In addition, by discharging ink that is not related to printing during printing or the like, the ink viscosity of all the discharge ports is kept constant, and stable discharge performance is maintained.
[0108]
When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the head 174 is sealed by a capping means, bubbles are sucked out of the discharge port with ink by a suction means through a tube, and ink or dust adhered to the discharge port surface. Is removed by the cleaning means, and the ejection failure is recovered. The sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) provided at a lower portion of the main body, and is absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.
[0109]
As described above, in the ink jet recording apparatus according to the present invention, since the ink jet head embodying the present invention is mounted, there is no ink drop discharge failure due to the diaphragm driving failure, and stable ink drop discharge characteristics can be obtained. And the image quality is improved. In addition, manufacturing defects are reduced, and cost reduction can be achieved. Furthermore, since a head that can be driven at a low voltage is mounted, the power consumption of the entire inkjet recording apparatus can be reduced.
[0110]
In the present embodiment, the present invention is applied to an ink jet head, but the present invention can be applied to a liquid droplet discharging head for discharging liquid droplets other than ink, for example, a liquid resist for patterning.
[0111]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, in a droplet discharge head capable of performing high-quality printing with high-density droplet discharge characteristics, an adhesive for bonding substrates is surplus by efficiently disposing a step on a substrate bonding surface. Thus, it is possible to obtain a highly accurate and highly reliable actuator by suppressing the width of bleeding into the actuator. In other words, according to the present invention, when the substrates are bonded to each other with the adhesive, the excess adhesive absorbing portion is provided on one side of the bonding surface of a portion that affects the droplet discharge characteristics, for example, the narrow partition wall portion between the actuators. By providing the adhesive, the width of the exuded excess adhesive can be suppressed. In addition, since the excess adhesive absorbing portion is provided on both surfaces to be joined, particularly in the narrow partition wall portion, a sufficient volume of the excess adhesive absorbing portion can be ensured, so that the adhesive dyeing to a portion that affects the droplet discharge characteristics can be performed. Can be suppressed sufficiently. In any of the configurations, a highly reliable actuator can be obtained in bonding using an adhesive in the increasingly finer structure in the future, and therefore, a droplet discharge head having high accuracy and high reliability with little performance variation. In addition, the actuator can be manufactured at low cost.
[0112]
Further, according to the present invention, it is possible to provide an ink cartridge in which the droplet discharge head is integrated, and an ink jet recording apparatus equipped with the droplet discharge head.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a configuration example of a droplet discharge head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a substrate provided with a pressure generating mechanism in the droplet discharge head according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the substrate of FIG. 2, taken along line X1-X1 ′ and X2-X2 ′.
FIG. 4 is a sectional view taken along lines Y1-Y1 'and Y2-Y2' of the substrate of FIG. 2;
FIG. 5 is a view for explaining a method of manufacturing the substrate of FIG. 2;
6 is a view following FIG. 5 for explaining the method of manufacturing the substrate in FIG. 2;
FIG. 7 is a view for explaining a method of manufacturing the flow path substrate in the droplet discharge head according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view, subsequent to FIG. 7, for explaining a method of manufacturing the flow path substrate in the droplet discharge head according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of manufacturing the nozzle substrate in the droplet discharge head according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a bonding state between the substrates in the droplet discharge head according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a plan view of FIG. 10;
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a bonding state between substrates in a droplet discharge head according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a plan view of FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining a bonding state between substrates in a droplet discharge head according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a plan view of FIG.
FIG. 16 is a plan view for explaining a bonding state between substrates in a droplet discharge head according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a schematic diagram illustrating an example of a pressure generating mechanism in a droplet discharge head according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of an appearance of an ink cartridge according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a perspective view illustrating an example of an inkjet recording apparatus equipped with an inkjet head according to a seventh embodiment of the present invention.
20 is a diagram illustrating a cross section of a mechanism section of the inkjet recording apparatus of FIG. 19;
[Explanation of symbols]
1, 2, 3 ... substrate, 10, 20, 50, 60, 80 ... silicon substrate, 11 ... individual electrode, 12 ... gap, 13 ... diaphragm, 21 ... pressurized liquid chamber (discharge chamber), 22 ... fluid resistance Grooves, 23: common liquid chamber (common ink chamber), 24: slit, 25: communication port, 26: partition wall (spacing wall), 30: nickel substrate, 31: nozzle hole, 32: ink supply port, 41: vibration Plate area, 42 separation groove, 43 partition wall, 44 sacrificial layer removal hole, 45 upper electrode opening (protection hole), 51 insulating film, 52a lower electrode, 52b, 54b, 56b partition wall, 53, 55: protective film (insulating film), 54a: void (sacrifice layer), 56a: upper electrode, 57: nitride film (prevention film), 58: resin film (PBO film), 59: diaphragm component film, 62 ... silicon nitride film, 63 ... nozzle surface side communication pipe pattern, 64, 68 ... lightening Pattern, 65: Shape pattern, 66, 69, 71: Communication pipe pattern, 67: Pressurized liquid chamber pattern, 70: Resist, 72: Communication pipe, 73, 76: Pressurized liquid chamber, 74, 75 ... Lightening portion, 77: Simulated liquid chamber, 78: Base, 79: Liquid supply path, 81: Resist, 82: Ni, 83: Nozzle, 84: DFR, 85: Ni-PTFE film, 86: Polyimide film, 101b, 102b: substrate, 103a, 103b, 113, 123: partition, 104a, 104b: pressurized liquid chamber, 105a: protrusion width, 106b, 116, 126, 136, 137: slit, 107a: adhesive, 117 ... Vertical width, 118: horizontal width, 127: concave portion, 141, 143, 145, 147: droplet discharge head, 142: electrostatic drive electrode, 144: laminated PZT, 146: thin film PZT 148: heater, 150: ink cartridge, 151: nozzle, 152: ink jet head, 153: ink tank, 160: ink jet recording device, 161: printing mechanism, 162: paper feed cassette, 163: tray, 164: paper discharge tray , 171: Main guide rod, 172: Subordinate guide rod, 173: Carriage, 174: Ink jet head (recording head), 175: Ink cartridge, 176: Timing belt, 177: Main scanning motor, 178: Driving pulley, 179: Follower Pulley, 181: paper feed roller, 182: friction pad, 183: guide member, 184: transport roller, 185: transport roller, 186: tip roller, 187: sub-scanning motor, 188: member, 191: transport roller, 192 ... Spur, 193 ... paper ejection roller, 19 4 spurs, 195, 196 guide members, 197 recovery device.

Claims (11)

外部からのインク供給を受けるインク供給口と、インク液室と、インク吐出面開口部へ連通する複数の加圧液室と、を少なくとも含んで構成される流路基板と、前記流路基板のインク吐出面に接合される吐出側の基板と、前記流路基板の加圧液室面に接合される液室側の基板と、からなる液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路基板における各加圧液室を分離する狭幅隔壁部と前記液室側の基板との接合部、及び/又は、前記流路基板と前記吐出側の基板との接合部は、いずれかの基板側に段差を有し、当該液滴吐出ヘッドは、前記吐出側の基板及び/又は前記液室側の基板を、前記流路基板に接着剤で接合することで形成することを特徴とする液滴吐出ヘッド。A flow path substrate including at least an ink supply port for receiving ink supply from the outside, an ink liquid chamber, and a plurality of pressurized liquid chambers communicating with the ink discharge surface opening; In a droplet discharge head including a discharge-side substrate joined to an ink ejection surface and a liquid chamber-side substrate joined to a pressurized liquid chamber surface of the flow path substrate, each of the pressures in the flow path substrate The junction between the narrow partition separating the liquid chamber and the substrate on the liquid chamber side and / or the junction between the flow path substrate and the substrate on the discharge side has a step on one of the substrate sides. The droplet discharge head is formed by bonding the substrate on the discharge side and / or the substrate on the liquid chamber side to the flow path substrate with an adhesive. 外部からのインク供給を受けるインク供給口と、インク液室と、インク吐出面開口部へ連通する複数の加圧液室と、を少なくとも含んで構成される流路基板と、前記流路基板のインク吐出面に接合される吐出側の基板と、前記流路基板の加圧液室面に接合される液室側の基板と、からなる液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路基板における各加圧液室を分離する狭幅隔壁部と前記液室側の基板との接合部、及び/又は、前記流路基板と前記吐出側の基板との接合部は、双方の基板側に段差を有し、当該液滴吐出ヘッドは、前記吐出側の基板及び/又は前記液室側の基板を、前記流路基板に接着剤で接合することで形成することを特徴とする液滴吐出ヘッド。A flow path substrate including at least an ink supply port for receiving ink supply from the outside, an ink liquid chamber, and a plurality of pressurized liquid chambers communicating with the ink discharge surface opening; In a droplet discharge head including a discharge-side substrate joined to an ink ejection surface and a liquid chamber-side substrate joined to a pressurized liquid chamber surface of the flow path substrate, each of the pressures in the flow path substrate The junction between the narrow partition separating the liquid chamber and the substrate on the liquid chamber side and / or the junction between the flow path substrate and the substrate on the discharge side has a step on both substrate sides. The droplet discharge head is formed by bonding the substrate on the discharge side and / or the substrate on the liquid chamber side to the flow path substrate with an adhesive. 前記流路基板の狭幅隔壁部における接合部周縁のインク接触面、及び/又は、前記流路基板のインク吐出面における接合部周縁のインク接触面に、窪みを設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の液滴吐出ヘッド。A recess is provided on the ink contact surface of the peripheral edge of the joint in the narrow partition wall portion of the flow path substrate and / or the ink contact surface of the peripheral edge of the joint on the ink ejection surface of the flow path substrate. Item 3. A droplet discharge head according to Item 1 or 2. 前記流路基板には、前記液室側の基板との接合部及び/又は前記吐出側の基板との接合部に沿って、幅10μm以下のスリットが形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1記載の液滴吐出ヘッド。A slit having a width of 10 μm or less is formed in the flow path substrate along a joint with the substrate on the liquid chamber side and / or a joint with the substrate on the discharge side. 4. The droplet discharge head according to any one of items 1 to 3. 前記流路基板には、前記狭幅隔壁部において狭幅隔壁の周縁に沿ったスリットが少なくとも1つ以上形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1記載の液滴吐出ヘッド。5. The droplet discharge according to claim 1, wherein the flow path substrate has at least one slit formed along a peripheral edge of the narrow partition in the narrow partition. head. 前記流路基板に形成されたスリットは、狭幅隔壁周縁に沿って複数に分割され配列していることを特徴とする請求項4又は5記載の液滴吐出ヘッド。6. The droplet discharge head according to claim 4, wherein the slits formed in the flow path substrate are divided into a plurality of slits along the peripheral edge of the narrow partition wall. 前記吐出側の基板及び/又は前記液室側の基板には、前記流路基板との接合部に、幅10μm以下のスリットが形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1記載の液滴吐出ヘッド。7. A slit having a width of 10 [mu] m or less is formed at a joint of the discharge-side substrate and / or the liquid chamber-side substrate with the flow path substrate. 2. The droplet discharge head according to 1. 前記液室側の基板における、前記狭幅隔壁部との接合部、及び/又は、前記吐出側の基板における、前記流路基板の連通口の隔壁部との接合部には、スリットが各隔壁部で少なくとも1つ以上形成されていることを特徴とする請求項1,2,7のいずれか1記載の液滴吐出ヘッド。A slit is formed in each of the joints with the narrow-width partition walls in the substrate on the liquid chamber side and / or in the junctions with the partition walls of the communication port of the flow path substrate in the substrate on the discharge side. 8. The droplet discharge head according to claim 1, wherein at least one or more portions are formed. 前記液室側の基板における、前記狭幅隔壁部との接合部、及び/又は、前記吐出側の基板における、前記流路基板の連通口の隔壁部との接合部には、スリットが隔壁周縁に沿って複数に配列されていることを特徴とする請求項1,2,7,8のいずれか1記載の液滴吐出ヘッド。A slit is formed at the joint between the liquid chamber-side substrate and the narrow-width partition wall and / or at the discharge-side substrate and the junction between the communication port of the flow path substrate and the partition wall. The droplet discharge head according to any one of claims 1, 2, 7, and 8, wherein a plurality of the droplet discharge heads are arranged along. インク滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクとを一体化したインクカートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項1乃至9のいずれか1に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクカートリッジ。10. An ink cartridge in which a droplet discharge head for discharging ink droplets and an ink tank for supplying ink to the droplet discharge head are integrated, wherein the droplet discharge head according to any one of claims 1 to 9. An ink cartridge, which is a droplet discharge head. インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドが請求項1乃至9のいずれか1に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。An inkjet recording apparatus equipped with an inkjet head for ejecting ink droplets, wherein the inkjet head is the droplet ejection head according to any one of claims 1 to 9.
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