JP2008119968A - Method for manufacturing liquid jet head - Google Patents
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Abstract
【課題】液体の吐出特性を均一化してコストを低減した液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】液体を噴射するノズル開口21に連通する圧力発生室12が形成される流路形成基板10の一方面側に振動板を介して圧電素子300を形成する工程と、前記流路形成基板10に前記圧力発生室12を形成する工程と、各圧力発生室12毎又は複数の圧力発生室12からなる圧力発生室群の中から選択した少なくとも1つ毎に対応する前記圧電素子300の変位量又は共振周波数を測定する工程と、測定結果に基づいて前記圧力発生室12によって露出された前記振動板の厚さ方向の一部を前記圧力発生室12側からエッチングするエッチング量を調整する工程とを備える。
【選択図】図3A method of manufacturing a liquid jet head in which liquid discharge characteristics are made uniform and costs are reduced is provided.
A step of forming a piezoelectric element via a vibration plate on one surface side of a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening that ejects liquid is formed; The step of forming the pressure generation chamber 12 on the substrate 10 and the piezoelectric element 300 corresponding to each pressure generation chamber 12 or at least one selected from the group of pressure generation chambers consisting of a plurality of pressure generation chambers 12. A step of measuring a displacement amount or a resonance frequency, and an etching amount for etching a part in the thickness direction of the diaphragm exposed from the pressure generation chamber 12 from the pressure generation chamber 12 side based on a measurement result. A process.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a liquid ejecting head, and more particularly, to a method for manufacturing an ink jet recording head that discharges ink as a liquid.
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものとの2種類が実用化されている。そして、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。 A part of the pressure generation chamber communicating with the nozzle opening for discharging ink droplets is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element to pressurize the ink in the pressure generation chamber to discharge ink droplets from the nozzle opening. Two types of ink jet recording heads have been put into practical use: those using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that expands and contracts in the axial direction of the piezoelectric element, and those using a flexural vibration mode piezoelectric actuator. For example, a piezoelectric actuator in a flexural vibration mode is used, for example, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and the piezoelectric material layer is formed by a lithography method. The piezoelectric element is formed so as to be separated into shapes corresponding to the above and independently for each pressure generating chamber.
このようなインクジェット式記録ヘッドは、ノズル開口の多列化を図るために同時に複数個用いられている。しかしながら、各インクジェット式記録ヘッドの圧電素子は、変位にばらつきがあるため、インク吐出量などのインク特性にばらつきが生じ、高精度及び高品質な印刷を行うことができない。 A plurality of such ink jet recording heads are used simultaneously in order to increase the number of nozzle openings. However, since the piezoelectric elements of each ink jet recording head have variations in displacement, variations in ink characteristics such as ink discharge amount occur, and high-precision and high-quality printing cannot be performed.
このため、縦振動モードの圧電アクチュエータを用いたインクジェット式記録ヘッドとして、各圧電アクチュエータに弾性部材を取り付けると共に、各圧電アクチュエータの変位に基づいて弾性部材を貼り付ける範囲を変えることで、圧電アクチュエータの変位のばらつきを抑えたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, as an ink jet recording head using a piezoelectric actuator in a longitudinal vibration mode, an elastic member is attached to each piezoelectric actuator, and the range in which the elastic member is attached is changed based on the displacement of each piezoelectric actuator. The thing which suppressed the dispersion | variation in the displacement is proposed (for example, refer patent document 1).
しかしながら、特許文献1のインクジェット式記録ヘッドは、縦振動モードの圧電アクチュエータを用いたものであると共に、圧電アクチュエータに弾性部材を貼り付ける必要があり、部品点数及び工程数が増大して、製造コストが増大してしまうという問題がある。 However, the ink jet recording head of Patent Document 1 uses a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator, and requires an elastic member to be attached to the piezoelectric actuator. There is a problem that increases.
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。 Such a problem exists not only in an ink jet recording head but also in a liquid ejecting head that ejects liquid other than ink.
本発明はこのような事情に鑑み、液体の吐出特性を均一化してコストを低減した液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a liquid ejecting head in which the liquid ejection characteristics are uniformized and the cost is reduced.
本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して圧電素子を形成する工程と、前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する工程と、各圧力発生室毎又は複数の圧力発生室からなる圧力発生室群の中から選択した少なくとも1つ毎に対応する前記圧電素子の変位量又は共振周波数を測定する工程と、測定結果に基づいて前記圧力発生室によって露出された前記振動板の厚さ方向の一部を前記圧力発生室側からエッチングするエッチング量を調整する工程とを備えたことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、圧電素子の変位量又は共振周波数に基づいて振動板の厚さ方向のエッチング量を調整することで、圧電素子の変位量を均一化することができる。これにより、液体噴射特性を均一化して高精度及び高品質な印刷を行わせることができる。また、圧電素子に弾性部材等の他部材を貼り付けて圧電素子の変位量を均一化する必要がなくなるため、部品点数を減少させて製造コストを低減することができる。
An aspect of the present invention includes a step of forming a piezoelectric element via a vibration plate on one surface side of a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed, and the flow path forming substrate The step of forming the pressure generation chamber and the displacement amount or resonance frequency of the piezoelectric element corresponding to each pressure generation chamber or at least one selected from the pressure generation chamber group consisting of a plurality of pressure generation chambers is measured. And adjusting the etching amount for etching a part in the thickness direction of the diaphragm exposed from the pressure generation chamber from the pressure generation chamber side based on a measurement result. A method of manufacturing a liquid jet head.
In this aspect, the displacement amount of the piezoelectric element can be made uniform by adjusting the etching amount in the thickness direction of the diaphragm based on the displacement amount or resonance frequency of the piezoelectric element. As a result, the liquid ejection characteristics can be made uniform and high-precision and high-quality printing can be performed. In addition, since it is not necessary to attach another member such as an elastic member to the piezoelectric element to make the displacement amount of the piezoelectric element uniform, the number of parts can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.
ここで、前記流路形成基板が、シリコン単結晶基板からなると共に、前記振動板の前記流路形成基板側の最下層が酸化シリコンからなる弾性膜であることが好ましい。これにより、弾性膜のエッチング量の調整を容易に且つ高精度に行うことができる。 Here, it is preferable that the flow path forming substrate is made of a silicon single crystal substrate, and the lowermost layer on the flow path forming substrate side of the diaphragm is an elastic film made of silicon oxide. Thereby, the etching amount of the elastic film can be easily adjusted with high accuracy.
また、前記流路形成基板が複数個一体的に形成される流路形成基板用ウェハに前記圧電素子及び前記圧力発生室を形成した後、各流路形成基板となる領域毎に選択した少なくとも1つの前記圧力発生室に対応する前記圧電素子の変位量又は共振周波数を測定すると共に、測定結果に基づいて各流路形成基板の圧力発生室群毎に対応する前記振動板のエッチング量を調整した後、前記流路形成基板用ウェハを複数の前記流路形成基板に分割することが好ましい。これにより、液体噴射ヘッドを複数組み合わせて液体噴射ヘッドユニットを製造する際に、液体噴射ヘッドの液体噴射特性を均一化することができ、液体噴射ヘッドユニットに高精度及び高品質な印刷を行わせることができる。また、液体噴射ヘッドを製造後、圧電素子の変位量に基づいてランク分けする必要がなく、ランク毎の液体噴射ヘッドの過不足が生じることがないため、歩留まりを向上することができる。 Further, after forming the piezoelectric element and the pressure generating chamber on a flow path forming substrate wafer on which a plurality of the flow path forming substrates are integrally formed, at least one selected for each region to be the flow path forming substrate. The displacement amount or resonance frequency of the piezoelectric element corresponding to the two pressure generation chambers was measured, and the etching amount of the diaphragm corresponding to each pressure generation chamber group of each flow path forming substrate was adjusted based on the measurement result. Thereafter, it is preferable that the flow path forming substrate wafer is divided into a plurality of flow path forming substrates. Accordingly, when a liquid ejecting head unit is manufactured by combining a plurality of liquid ejecting heads, the liquid ejecting characteristics of the liquid ejecting head can be made uniform, and the liquid ejecting head unit can perform high-precision and high-quality printing. be able to. In addition, after manufacturing the liquid ejecting heads, it is not necessary to rank according to the displacement amount of the piezoelectric elements, and the liquid ejecting heads for each rank are not excessive or insufficient, so that the yield can be improved.
また、前記圧電素子の共振周波数の測定を、インピーダンスアナライザを用いて行うことが好ましい。これにより、インピーダンスアナライザを用いて圧電素子の周波数特性を容易に測定することができる。 Moreover, it is preferable to measure the resonance frequency of the piezoelectric element using an impedance analyzer. Thereby, the frequency characteristic of a piezoelectric element can be easily measured using an impedance analyzer.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、流路形成基板の平面図及びインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向の断面図であり、図3は、図2のA−A′断面の要部を拡大した図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head which is an example of a liquid ejecting head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view of a flow path forming substrate and the ink jet recording head. FIG. 3 is an enlarged view of the main part of the AA ′ cross section of FIG. 2.
図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では板厚方向の結晶面方位が(110)面のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる厚さ0.5〜2μmの弾性膜50が形成されている。
As shown in the figure, the flow
流路形成基板10には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12がその幅方向(短手方向)に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向一端部側には、インク供給路14と連通路15とが隔壁11によって区画されている。また、連通路15の一端には、各圧力発生室12の共通のインク室(液体室)となるリザーバ100の一部を構成する連通部13が形成されている。すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12、連通部13、インク供給路14及び連通路15からなる液体流路が設けられている。
In the flow
インク供給路14は、圧力発生室12の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室12より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路14は、リザーバ100と各圧力発生室12との間の圧力発生室12側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室12の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路14を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路15は、インク供給路14の圧力発生室12とは反対側に連通し、インク供給路14の幅方向(短手方向)より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路15を圧力発生室12と同じ断面積で形成した。
The
すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12と、圧力発生室12の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路14と、このインク供給路14に連通すると共にインク供給路14の短手方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路15とが複数の隔壁11により区画されて設けられている。
In other words, the flow
さらに、振動板の最下層である弾性膜50の圧力発生室12に相対向する領域には、凹部16が形成されている。凹部16は、詳しくは後述するが、圧電素子300の変位特性を均一化するために、振動板の厚さを調整するために設けられたものである。
Further, a
また、流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、厚さが例えば、0.01〜1mmで、線膨張係数が300℃以下で、例えば2.5〜4.5[×10-6/℃]であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
Further, on the opening surface side of the flow
一方、流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約1.0μmの弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、酸化ジルコニウム(ZrO2)等からなり厚さが例えば、約0.4μmの絶縁体膜55が積層形成されている。また、この絶縁体膜55上には、厚さが約0.1〜0.5μmの下電極膜60と、圧電体膜の一例であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなり厚さが例えば、約1.1μmの圧電体層70と、厚さが例えば、約0.05μmの上電極膜80とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。ここで、圧電素子300は、下電極膜60、圧電体層70及び上電極膜80を含む部分をいう。一般的には、圧電素子300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部320という。本実施形態では、下電極膜60を圧電素子300の共通電極とし、上電極膜80を圧電素子300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜50、絶縁体膜55及び下電極膜60が振動板として作用するが、弾性膜50、絶縁体膜55を設けずに、下電極膜60のみを残して下電極膜60を振動板としてもよい。また、圧電素子300自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
On the other hand, an
このような圧電素子300を構成する圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。
Examples of the material of the
また、圧電素子300の個別電極である各上電極膜80には、インク供給路14側の端部近傍から引き出された引き出し配線として、例えば、金(Au)等からなるリード電極90が設けられている。そして、このリード電極90は、詳しくは後述する貫通孔33で駆動回路120と接続配線121を介して電気的に接続されている。
Further, each
さらに、圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、連通部13に対向する領域にリザーバ部31が設けられた保護基板30が接着剤35を介して接合されている。このリザーバ部31は、上述したように、流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通の液体室となるリザーバ100を構成している。また、流路形成基板10の連通部13を圧力発生室12毎に複数に分割して、リザーバ部31のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板10に圧力発生室12のみを設け、流路形成基板10と保護基板30との間に介在する部材(例えば、弾性膜50、絶縁体膜55等)にリザーバと各圧力発生室12とを連通するインク供給路14を設けるようにしてもよい。
Further, on the flow
また、保護基板30には、圧電素子300に対向する領域に、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部32が設けられている。なお、圧電素子保持部32は、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
Further, the
さらに、保護基板30の圧電素子保持部32とリザーバ部31との間の領域には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられ、この貫通孔33内に下電極膜60の一部及びリード電極90の先端部が露出されている。
Further, a through
また、保護基板30上には、圧電素子300を駆動するための駆動回路120が実装されている。この駆動回路120としては、例えば、回路基板や半導体集積回路(IC)等を用いることができる。そして、駆動回路120とリード電極90とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線121を介して電気的に接続されている。
A
保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料の面方位(110)のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
As the
また、保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、厚さが6μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルム)からなり、この封止膜41によってリザーバ部31の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料(例えば、厚さが30μmのステンレス鋼(SUS)等)で形成される。この固定板42のリザーバ100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバ100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
A
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路120からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの下電極膜60と上電極膜80との間に電圧を印加し、弾性膜50、絶縁体膜55、下電極膜60及び圧電体層70をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。
In such an ink jet recording head of this embodiment, ink is taken in from an external ink supply means (not shown), filled with ink from the
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図4〜図8を参照して説明する。なお、図4〜図8は、圧力発生室の短手方向の断面図である。まず、図4(a)に示すように、流路形成基板10が複数個一体的に形成されるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ110を約1100℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン膜51を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110として、膜厚が約625μmと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
Here, a method of manufacturing the ink jet recording head will be described with reference to FIGS. 4 to 8 are cross-sectional views of the pressure generation chamber in the short direction. First, as shown in FIG. 4A, a flow path forming
次いで、図4(b)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜51)上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。具体的には、弾性膜50(二酸化シリコン膜51)上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム(Zr)層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、500〜1200℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜55を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, an
次いで、図4(c)に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜55上に積層することにより下電極膜60を形成した後、この下電極膜60を所定形状にパターニングする。なお、下電極膜60は、白金(Pt)とイリジウム(Ir)とを積層したものに限定されず、これらを合金化させたものを用いるようにしてもよい。また、下電極膜60として、白金(Pt)とイリジウム(Ir)の何れか一方の単層として用いるようにしてもよく、さらに、これらの材料以外の金属又は金属酸化物等を用いるようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 4C, for example, after the
次に、図5(a)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる圧電体層70と、例えば、イリジウムからなる上電極膜80とを流路形成基板10の全面に形成後、図5(b)に示すように、各圧力発生室12に対向する領域にパターニングして圧電素子300を形成する。圧電素子300を構成する圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。また、圧電体層70の形成方法は、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層70を形成した。なお、圧電体層70の形成方法は、特に限定されず、例えば、MOD法やスパッタリング法等を用いるようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 5A, the
次に、図5(c)に示すように、流路形成基板用ウェハ110の全面に亘って金(Au)からなるリード電極90を形成後、各圧電素子300毎にパターニングする。
Next, as shown in FIG. 5C, a
次に、図6(a)に示すように、保護基板用ウェハ130を、流路形成基板用ウェハ110上に接着剤35を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハ130は、保護基板30が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハ130には、リザーバ部31及び圧電素子保持部32が予め形成されている。なお、この保護基板用ウェハ130は、例えば、400μm程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ130を接合することによって流路形成基板用ウェハ110の剛性は著しく向上することになる。
Next, as illustrated in FIG. 6A, the
次いで、図6(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110を所定の厚みに薄くする。
Next, as shown in FIG. 6B, the flow path forming
次いで、図7(a)に示すように、流路形成基板用ウェハ110上にマスク52を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図7(b)に示すように、流路形成基板用ウェハ110をマスク52を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧電素子300に対応する圧力発生室12を形成する。
Next, as shown in FIG. 7A, a
次いで、図8に示すように、振動板の最下層である弾性膜50(二酸化シリコン膜51)を圧力発生室12側からエッチングして凹部16を形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ110の各流路形成基板となる領域の中の1つの圧力発生室12に対応する圧電素子300の変位量(振動板を含む)又は共振周波数(振動板を含む)を測定し、圧電素子300の変位量又は共振周波数に基づいて各流路形成基板10の圧力発生室12の群毎に凹部16の深さ(弾性膜50のエッチング量)を調整する。ここで、共振周波数とは、アクチュエータ装置の振動部と振動部に接する媒体との共振状態における周波数を指す。
Next, as shown in FIG. 8, the elastic film 50 (silicon dioxide film 51) that is the lowermost layer of the diaphragm is etched from the
本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110の各流路形成基板10の複数の圧力発生室12の中から、中央の圧力発生室12に対応する圧電素子300の変位量又は共振周波数を測定するようにした。なお、変位量又は共振周波数の測定はこれに限定されず、例えば、各流路形成基板10の複数の圧力発生室12に対応する複数の圧電素子300の変位量又は共振周波数を測定し、これらの平均を各流路形成基板10の変位量又は共振周波数としてもよい。
In the present embodiment, the displacement amount or resonance frequency of the
ここで、弾性膜50、絶縁体膜55及び圧電素子300の成膜では、流路形成基板用ウェハ110の面内位置でばらつきが生じたり、圧力発生室12等をウェットエッチングした際に残留する弾性膜50の厚さにばらつきが生じることがある。これにより、流路形成基板用ウェハ110の面内で圧電素子300及び振動板の変位にばらつきが生じてしまう。
Here, in the formation of the
このため、流路形成基板用ウェハ110の流路形成基板10となる少なくとも1つの圧力発生室12に対応する圧電素子300の変位量(振動板を含む)又は共振周波数(振動板を含む)を測定し、この測定結果に基づいて各流路形成基板10の圧力発生室12の群毎に凹部16の深さ(弾性膜50のエッチング量)を調整することで、流路形成基板用ウェハ110の面内での圧電素子300及び振動板の変位のばらつきを無くして、圧電素子300及び振動板の変位量を均一化することができる。すなわち、図8に示すように、変位の高い圧電素子300に対応する弾性膜50には凹部16を比較的浅い深さd1で形成して弾性膜50を比較的厚くし、変位の低い圧電素子300に対応する弾性膜50には凹部16を比較的深い深さd2で形成して弾性膜50を比較的薄くする。これにより、圧電素子300及び振動板の変位量を均一化することができる。
Therefore, the displacement amount (including the vibration plate) or the resonance frequency (including the vibration plate) of the
このように、圧電素子300の変位量又は共振周波数に基づいて弾性膜50のエッチング量(凹部16の深さ)を調整することで、圧電素子300及び振動板の変位量を均一化することができるため、1枚の流路形成基板用ウェハ110から同じ変位量の圧電素子300を有するインクジェット式記録ヘッドを製造することができる。したがって、インクジェット式記録ヘッドを複数組み合わせてインクジェット式記録ヘッドユニットを製造する際に、インクジェット式記録ヘッドのインク吐出特性(液体噴射特性)を均一化することができ、インクジェット式記録ヘッドユニットに高精度及び高品質な印刷を行わせることができる。
As described above, by adjusting the etching amount of the elastic film 50 (depth of the recess 16) based on the displacement amount or the resonance frequency of the
また、1枚の流路形成基板用ウェハ110から形成された複数のインクジェット式記録ヘッドを組み合わせて1つのヘッドユニットを形成することができるため、歩留まりを向上することができる。すなわち、複数のインクジェット式記録ヘッドを製造後、圧電素子300の変位量に基づいてランク分けする必要がなく、ランク毎のインクジェット式記録ヘッドの過不足が生じることがない。
In addition, since a single head unit can be formed by combining a plurality of ink jet recording heads formed from one flow path forming
さらに、圧電素子300に弾性部材等の他部材を貼り付けて圧電素子300の変位量を均一化する必要がなくなるため、部品点数を減少させて製造コストを低減することができる。
Further, since it is not necessary to attach another member such as an elastic member to the
なお、弾性膜50のエッチングは、フッ酸又は緩衝フッ酸を用いたウェットエッチングや、CF4、C2F6、C3F8、C4F8等のパーフルオロカーボン又はCHF3等のハイドロフルオロカーボン等のエッチングガスを用いたドライエッチングなどで行うことができる。また、弾性膜50のエッチング量は、エッチング時間を調整することにより制御することができる。さらに、弾性膜50のエッチングでは、エッチングしたくない領域にマスクを形成しておくことで、1枚の流路形成基板用ウェハ110内で弾性膜50のエッチング量の調整を行うことができる。
The
また、圧電素子300(振動板を含む)の共振周波数は、例えば、インピーダンスアナライザを用いて測定することができる。さらに、圧電素子300(振動板を含む)の変位量は、例えば、レーザドップラ変位計を用いて測定することができる。 Further, the resonance frequency of the piezoelectric element 300 (including the diaphragm) can be measured using, for example, an impedance analyzer. Furthermore, the displacement amount of the piezoelectric element 300 (including the diaphragm) can be measured using, for example, a laser Doppler displacement meter.
その後は、流路形成基板用ウェハ110表面のマスク52を除去し、流路形成基板用ウェハ110及び保護基板用ウェハ130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ110の保護基板用ウェハ130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハ130にコンプライアンス基板40を接合し、流路形成基板用ウェハ110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
Thereafter, the
このように形成された複数のインクジェット式記録ヘッドは、各インクジェット式記録ヘッドのインク吐出特性が揃っているため、複数のインクジェット式記録ヘッドを組み合わせて用いて多列化しても、印刷精度及び印刷品質が劣化することがない。また、同時に複数形成したインクジェット式記録ヘッドのランク分けを行う必要がなく、複数のインクジェット式記録ヘッドを容易に組み合わせることができる。 The plurality of ink jet recording heads formed in this way have the same ink ejection characteristics as each ink jet recording head, so even if the plurality of ink jet recording heads are combined to form multiple rows, printing accuracy and printing can be achieved. Quality does not deteriorate. Moreover, it is not necessary to rank the plurality of ink jet recording heads formed simultaneously, and a plurality of ink jet recording heads can be easily combined.
なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ110を分割する前に、弾性膜50の厚さ方向の一部をエッチングするようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板用ウェハ110を一つのチップサイズに分割した後、弾性膜50の厚さ方向の一部をエッチングするようにしてもよい。
In the present embodiment, a part of the
(他の実施形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態1では、流路形成基板用ウェハ110の流路形成基板10となる領域の少なくとも1つの圧電素子300の変位量又は共振周波数を測定し、測定結果に基づいて各流路形成基板10の圧電素子300の群毎に圧電素子300の群に対応する弾性膜50のエッチング量の調整を行うようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、各圧電素子300の変位量又は共振周波数を測定し、各圧電素子300に対応する弾性膜50のエッチング量を調整するようにしてもよい。勿論、変位量又は共振周波数の測定は、流路形成基板10の少なくとも1つの圧電素子300毎に限定されず、例えば、任意の複数の圧電素子300の1つ以上の変位量又は共振周波数を測定し、任意の複数の圧電素子300の群毎に弾性膜50のエッチング量の調整を行うようにしてもよく、また、任意の複数の圧電素子300の平均の変位量又は共振周波数を測定するようにしてもよい。また、各流路形成基板用ウェハ110毎に弾性膜50のエッチング量を調整するようにしてもよく、複数の流路形成基板用ウェハ110で構成される1ロット毎に弾性膜50のエッチング量を調整するようにしてもよい。
(Other embodiments)
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the first embodiment described above, the displacement amount or the resonance frequency of at least one
また、上述した実施形態1では、流路形成基板10としてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、SOI基板、ガラス基板、MgO基板等においても本発明は有効である。また、振動板の最下層に二酸化シリコンからなる弾性膜50を設けるようにしたが、振動板の構成は、特にこれに限定されるものではない。
In the first embodiment described above, a silicon single crystal substrate is exemplified as the flow
なお、上述した実施形態1では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(電界放出ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。 In the first embodiment described above, an ink jet recording head has been described as an example of a liquid ejecting head. However, the present invention is widely intended for all liquid ejecting heads, and is a liquid ejecting a liquid other than ink. Of course, the present invention can also be applied to an ejection head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 15 連通路、 16 凹部、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 リザーバ部、 32 圧電素子保持部、 40 コンプライアンス基板、 60 下電極膜、 70 圧電体層、 80 上電極膜、 90 リード電極、 100 リザーバ、 120 駆動回路、 121 接続配線、 300 圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (4)
測定結果に基づいて前記圧力発生室によって露出された前記振動板の厚さ方向の一部を前記圧力発生室側からエッチングするエッチング量を調整する工程とを備えたことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 Forming a piezoelectric element on one side of a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid is formed, and forming the pressure generating chamber on the flow path forming substrate; Measuring the amount of displacement or resonance frequency of the piezoelectric element corresponding to each pressure generating chamber or at least one selected from a group of pressure generating chambers consisting of a plurality of pressure generating chambers;
And a step of adjusting an etching amount for etching a part of the diaphragm exposed in the thickness direction exposed from the pressure generation chamber from the pressure generation chamber side based on a measurement result. Manufacturing method.
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