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JP2009061614A - Ink jet head and method of manufacturing ink jet head - Google Patents

Ink jet head and method of manufacturing ink jet head Download PDF

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JP2009061614A
JP2009061614A JP2007229564A JP2007229564A JP2009061614A JP 2009061614 A JP2009061614 A JP 2009061614A JP 2007229564 A JP2007229564 A JP 2007229564A JP 2007229564 A JP2007229564 A JP 2007229564A JP 2009061614 A JP2009061614 A JP 2009061614A
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JP
Japan
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protective film
nozzle plate
ink
inkjet head
adhesive
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Pending
Application number
JP2007229564A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidekazu Hayashi
秀和 林
Haruhiko Deguchi
治彦 出口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet head improved in adhesiveness between a protecting film formed on a piezoelectric substrate and an adhesive which sticks a nozzle plate. <P>SOLUTION: The protecting film 26 which protects the piezoelectric substrate 18 is formed at the piezoelectric substrate 18 of the inkjet head 10. A patterned recess 62 is formed on the surface of the protecting film 26 of a face to which the nozzle plate 17 is adhered. The nozzle plate 17 is stuck by applying the adhesive 24 to the protecting film 26 surface having the recess 62. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、インクを吐出するインクジェットヘッドに関する。また、そのインクジェットヘッドを製造する方法に関する。   The present invention relates to an inkjet head that ejects ink. The present invention also relates to a method for manufacturing the inkjet head.

インクジェットヘッドは、微量な液滴を吐出させるものであり、ヘッドチップ、ノズルプレート、およびヘッドベースから構成されている。ヘッドチップは、インク流路が設けられたアクチュエーター部材を備えており、インク流路は、液滴を吐出するために必要なエネルギーの発生手段を有している。ノズルプレートは、液滴を吐出する微小な孔であるノズル孔が複数設けられた、樹脂または金属のプレートである。インク流路の断面積は、ノズル孔の断面積よりも大きい構成である。ノズル孔は、ノズル孔の中心軸とインク流路断面の中心軸とがほぼ一致するように、ノズルプレートに設けられている。ヘッドベースは、配線基板およびそれを支持するための部材を備えている。インクジェットヘッドは、ヘッドチップ、ノズルプレート、およびヘッドベースを組み立てたアセンブリであり、各部品同士は、多くの場合には、接着剤で互いに結合しているか、互いにコーティングされているか、または、その両方がなされている。   The ink jet head ejects a small amount of liquid droplets, and is composed of a head chip, a nozzle plate, and a head base. The head chip includes an actuator member provided with an ink flow path, and the ink flow path has a means for generating energy necessary for discharging droplets. The nozzle plate is a resin or metal plate provided with a plurality of nozzle holes, which are minute holes for discharging droplets. The cross-sectional area of the ink flow path is larger than the cross-sectional area of the nozzle hole. The nozzle holes are provided in the nozzle plate so that the central axis of the nozzle holes and the central axis of the cross section of the ink flow path substantially coincide. The head base includes a wiring board and a member for supporting the wiring board. An ink jet head is an assembly of a head chip, a nozzle plate, and a head base, and the components are often bonded together with adhesive, coated with each other, or both Has been made.

インクジェットヘッドには、インクの腐食作用、温度変化、および物理的負荷などにより、その耐久性が著しく低下してしまうという問題がある。特にインク吐出部であるノズル孔の近傍は、常にインクに浸漬している状態であり、インクの腐食作用による影響を受けやすい。ノズル孔近傍において不具合が発生した場合には、インクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響する。そのため、ノズルプレート、およびインク流路を有するアクチュエーター部材単体の耐久性を高めるとともに、これら部材の接着状態を良好に保つための取り組みが数多くなされている。   The ink jet head has a problem that its durability is remarkably lowered due to the corrosive action of ink, temperature change, physical load and the like. In particular, the vicinity of the nozzle hole, which is an ink discharge portion, is always in a state of being immersed in ink and is easily affected by the corrosive action of the ink. When a problem occurs in the vicinity of the nozzle hole, the ejection characteristics of the inkjet head are greatly affected. For this reason, many efforts have been made to improve the durability of the single actuator member having the nozzle plate and the ink flow path, and to maintain a good adhesion state of these members.

ノズルプレートの材料としては、通常、耐薬品性の高いポリイミド樹脂やステンレスなどの金属が用いられており、大きな問題とはならない。一方、アクチュエーター部材としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が用いられることが多いが、PZTは、インクに対する耐性が低く、インクとの接液部において腐食による特性劣化が生じ易い。そこで、PZTによって形成されているベース部材を含むインクジェットヘッドを、耐薬品性の高い有機絶縁膜によってコーティングするという方法が特許文献1に開示されている。特許文献1に開示された方法では、絶縁膜として、水蒸気を含む各種ガスの透過防止力に優れたパリレンCを主成分とする有機膜、および、耐水性に優れたパリレンNを主成分とする有機膜を用いて、これらを積層することにより、保護膜の劣化を防いでいる。それにより、電極と水性インクとの絶縁状態を維持し、アクチュエーター部材および電極の劣化を防いでいる。   As a material for the nozzle plate, a metal such as a polyimide resin or stainless steel having high chemical resistance is usually used, which is not a big problem. On the other hand, lead zirconate titanate (PZT) is often used as an actuator member. However, PZT has low resistance to ink, and characteristic deterioration due to corrosion tends to occur in a liquid contact portion with ink. Therefore, Patent Document 1 discloses a method in which an inkjet head including a base member formed of PZT is coated with an organic insulating film having high chemical resistance. In the method disclosed in Patent Document 1, as an insulating film, an organic film mainly composed of parylene C excellent in permeation-preventing ability of various gases including water vapor, and parylene N excellent in water resistance as a main component. By laminating these using an organic film, deterioration of the protective film is prevented. Thereby, the insulation state between the electrode and the aqueous ink is maintained, and the deterioration of the actuator member and the electrode is prevented.

しかしながら、上記の方法では、特定のインクには対応しうるが、ほとんどのインクについては対応できないという問題がある。たとえば、積層したパリレンN膜とパリレンC膜との接合部は、耐薬品性が著しく低い。そのため、パリレンN膜とパリレンC膜との間にインクが侵入した場合には、層間剥離が生じる。これは、必ずしも特殊なインクにおいて発生するわけではなく、たとえばイソプロピルアルコールなどの一般的な溶剤を使用した場合にも発生する。そのため、パリレン単層膜によってインクジェットヘッドを保護することが望ましいが、パリレン単層膜では、いくつかの問題が生じる。   However, the above method has a problem that it can cope with a specific ink but cannot cope with most inks. For example, the joint between the laminated parylene N film and the parylene C film has extremely low chemical resistance. Therefore, delamination occurs when ink enters between the parylene N film and the parylene C film. This does not necessarily occur in special inks, but also occurs when a general solvent such as isopropyl alcohol is used. For this reason, it is desirable to protect the inkjet head with a parylene monolayer film, but the parylene monolayer film has several problems.

たとえば、パリレンC単層膜を形成した場合には、パリレンCとパリレンNとの積層膜の場合に比べ、接着剤との密着力が低下する。これは、パリレンC膜がパリレンN膜よりも接着力に劣っていることによる。両者の接着力を評価するために、接着剤としてエポキシ系接着剤を用い、PZT基板からノズルプレート側を90°の角度で引き剥がすというピール試験をおこなった。その結果、PZT上にパリレンCとパリレンNとの積層膜が形成されているものに比べ、パリレンC単層膜が形成されているものでは、接着力が1/10以下であった。   For example, when a parylene C single-layer film is formed, the adhesive force with the adhesive is reduced as compared with a laminated film of parylene C and parylene N. This is because the parylene C film is inferior to the parylene N film in adhesion. In order to evaluate the adhesive strength between the two, a peel test was performed in which an epoxy adhesive was used as the adhesive and the nozzle plate side was peeled off from the PZT substrate at an angle of 90 °. As a result, the adhesive strength was 1/10 or less in the case where the parylene C single layer film was formed as compared with the case where the laminated film of parylene C and parylene N was formed on PZT.

また、パリレンN単層膜を形成した場合には、パリレンN単層膜は多孔質材料であるため、インク溶剤がPZTに到達し、PZTが腐食してしまう。   Further, when a parylene N single layer film is formed, the parylene N single layer film is a porous material, so that the ink solvent reaches PZT and PZT is corroded.

上記の結果から、パリレン単層膜によってインクジェットヘッドを保護するために、耐薬品性の高いパリレンC膜と接着剤との接着強度を改善することが求められている。   From the above results, in order to protect the inkjet head with the parylene single layer film, it is required to improve the adhesive strength between the parylene C film having high chemical resistance and the adhesive.

パリレンC膜と接着剤との接着強度を高める方法の1つとして、パリレンC膜の接着面の表面トポグラフィ(形状)を変更することが可能であり、そのための表面処理方法がいくつか知られている。このような表面処理方法の多くは、接着面の表面を粗くする方法であり、たとえば、化学エッチング、プラズマおよび反応性エッチング、機械的アブレーション、ならびにサンドブラストなどが挙げられる。これらはすべて、表面トポグラフィに何らかの影響を及ぼすことができる処理方法である。また、接着面金型の表面に粗さを取り入れることにより、接着面の表面トポグラフィを変化させることも可能である。   As one of the methods for increasing the bonding strength between the parylene C film and the adhesive, it is possible to change the surface topography (shape) of the bonding surface of the parylene C film, and several surface treatment methods for this purpose are known. Yes. Many of such surface treatment methods are methods for roughening the surface of the adhesive surface, and examples include chemical etching, plasma and reactive etching, mechanical ablation, and sandblasting. These are all processing methods that can have some effect on the surface topography. It is also possible to change the surface topography of the adhesive surface by incorporating roughness into the surface of the adhesive surface mold.

しかし、表面処理による接着性の向上を図る従来技術においては、以下のような種々の問題がある。   However, the conventional techniques for improving the adhesion by surface treatment have the following various problems.

たとえば、プラズマ表面処理は、真空などの非標準の環境においておこなう必要があり、生産時間および生産コストの両方を増大させてしまう。また、プラズマ、RIE(リアクティブイオンエッチング)、およびコロナなどにより表面を化学的に変化させて、接着性を向上させる表面処理は、不安定であり、最適な結果を得るためには処理後直ちに結合させなければならないことが多い。そのために、製造工程が複雑になってしまう問題がある。また、機械的アブレーションおよびサンドブラストなどの表面処理は、製造工程に所望ではない異物を持ち込んで、インクジェットヘッドの歩留まりおよび品質に影響を及ぼす場合がある。また、上述した方法により粗面仕上げをおこなうと、接合部の強度が上がる場合があるものの、そのような方法により作製した表面構造は制御されておらず、接着に最適化されているわけではない。さらに、上述したタイプの表面処理方法の多くは、環境にやさしいものではない。また金型を用いた表面加工処理においては、金型からの部品の取出しが困難になってしまう場合がある。   For example, plasma surface treatment must be performed in a non-standard environment such as a vacuum, which increases both production time and production costs. In addition, the surface treatment that improves the adhesion by chemically changing the surface by plasma, RIE (reactive ion etching), corona, etc. is unstable. Often must be combined. Therefore, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated. Also, surface treatments such as mechanical ablation and sand blasting may introduce unwanted foreign matter into the manufacturing process and affect the yield and quality of the inkjet head. In addition, when the rough surface finish is performed by the above-described method, the strength of the joint may be increased, but the surface structure produced by such a method is not controlled and is not optimized for adhesion. . Furthermore, many of the types of surface treatment methods described above are not environmentally friendly. Further, in surface processing using a mold, it may be difficult to take out a part from the mold.

さらには、接着に最も効果的な表面を作製する表面処理は、歩留まりを下げ、コストおよび生産時間が増大するという問題がある。また、各部品の形状に影響を及ぼすことによって、製造工程に悪影響を及ぼすといった問題もある。また、インクジェットヘッドの組み立て中には、インクジェットヘッド部品の特定の部分を表面処理することが望ましいが、その同じ部品の他の表面を処理すると不具合を生じる場合がある。不具合の発生を防ぐために表面処理を施さない領域をマスキングすると、かなりのコストが加算される可能性がある。   Furthermore, surface treatments that produce the most effective surface for adhesion have the problems of reducing yield and increasing cost and production time. In addition, there is a problem that the manufacturing process is adversely affected by affecting the shape of each component. In addition, during the assembly of the inkjet head, it is desirable to surface-treat a specific part of the inkjet head component, but if other surfaces of the same component are processed, problems may occur. Masking areas that are not subjected to surface treatment in order to prevent the occurrence of defects can add considerable cost.

上述した問題を解決するための技術として、たとえば、レーザ照射による表面加工処理をおこなう技術が特許文献2に開示されている。特許文献2に記載の表面加工処理方法は、基板表面に、その一部を保護するためのイニシエータを塗布した後、レーザを照射し、保護されていない部分の研磨をおこなって、所望の密度および大きさの微細構造を形成する方法である。
特開2004−74469号公報(平成16年3月11日公開) 特開2003−268566号公報(平成15年9月25日公開)
As a technique for solving the above-described problem, for example, Patent Document 2 discloses a technique for performing surface processing by laser irradiation. In the surface processing method described in Patent Document 2, an initiator for protecting a part of the substrate surface is applied to the substrate surface, and then laser irradiation is performed to polish the unprotected part to obtain a desired density and This is a method for forming a microstructure having a size.
JP 2004-74469 A (published March 11, 2004) JP 2003-268666 A (published on September 25, 2003)

しかしながら、特許文献2に開示された技術においては、イニシエータ塗布の際に、イニシエータに含まれる微粒子がインク流路内に入り込んでしまうという問題がある。微粒子のサイズは直径数百ナノメートルのオーダーであるため、ごく微量ではノズル詰まりを引き起こすことはない。しかし、数十個が凝集した場合には、ノズル詰まりの原因となり得る。ノズル詰まりを引き起こさない場合でも、ノズル孔付近およびノズルテーパー内に粒子が付着したときには、インクの吐出曲がりを発生させる。さらに、微粒子がインク溶剤に溶解する可能性もあり、その場合には、インク性能が変わってしまうため、製品自体の不良を引き起こす虞がある。   However, the technique disclosed in Patent Document 2 has a problem that fine particles contained in the initiator enter the ink flow path when the initiator is applied. Since the size of the fine particles is on the order of several hundred nanometers, a very small amount will not cause nozzle clogging. However, when several tens of pieces are aggregated, nozzle clogging may occur. Even when nozzle clogging does not occur, ink ejection bends occur when particles adhere to the vicinity of the nozzle holes and within the nozzle taper. Furthermore, there is a possibility that the fine particles are dissolved in the ink solvent. In this case, the ink performance is changed, which may cause a defect in the product itself.

そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、保護膜の表面加工処理を施すことによって保護膜と接着剤との接着性を向上させることにより、耐薬品性および信頼性が向上したインクジェットヘッド、およびその製造方法を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to improve chemical resistance by improving the adhesion between the protective film and the adhesive by performing surface treatment of the protective film. It is another object of the present invention to provide an inkjet head with improved reliability and a method for manufacturing the same.

本発明にかかるインクジェットヘッドは、上記の問題を解決するために、インクを吐出するノズル孔を有するノズルプレートと、該ノズル孔からインクを吐出させるための圧電基板とを備えているインクジェットヘッドにおいて、前記圧電基板の表面に、前記圧電基板を保護する保護膜が形成されており、前記ノズルプレートは、前記圧電基板と前記保護膜を介して、接着剤によって接着しており、前記ノズルプレートが接着する前記保護膜の表面には、パターン化された凹部が形成されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an inkjet head according to the present invention is an inkjet head including a nozzle plate having nozzle holes for ejecting ink and a piezoelectric substrate for ejecting ink from the nozzle holes. A protective film for protecting the piezoelectric substrate is formed on the surface of the piezoelectric substrate, the nozzle plate is bonded to the piezoelectric substrate and the protective film with an adhesive, and the nozzle plate is bonded. A patterned recess is formed on the surface of the protective film.

前記構成によれば、圧電基板の表面は保護膜が形成されているので、圧電基板の薬品に対する耐性が向上している。また、圧電基板とノズルプレートとが接着している面にある保護膜の表面形状は平坦ではなく、パターン化された凹部が形成されている。表面に凹部を設けたことにより、保護膜と接着剤との有効接着面積が増加し、保護膜に対する接着剤の接着強度が増加している。したがって、接着剤を介して圧電基板に接着しているノズルプレートが、ずれにくくなり、各部品間の接着力が強固なインクジェットヘッドを製造することができる。また保護膜に形成される凹部の形成密度および形状によって、保護膜に対する接着剤の接着力が変化するが、本発明のインクジェットヘッドにおいては、所望の密度および形状の凹部を設けることができる。そのため、必要とする接着力に最適な密度および形状の凹部を、安定して設けることができる。   According to the said structure, since the protective film is formed in the surface of a piezoelectric substrate, the tolerance with respect to the chemical | medical agent of a piezoelectric substrate is improving. Further, the surface shape of the protective film on the surface where the piezoelectric substrate and the nozzle plate are bonded is not flat, and patterned concave portions are formed. By providing the concave portion on the surface, the effective adhesion area between the protective film and the adhesive is increased, and the adhesive strength of the adhesive to the protective film is increased. Therefore, the nozzle plate bonded to the piezoelectric substrate via the adhesive is less likely to be displaced, and an ink jet head having a strong adhesive force between the components can be manufactured. Moreover, although the adhesive force of the adhesive agent with respect to the protective film varies depending on the formation density and shape of the concave portions formed in the protective film, the ink jet head of the present invention can be provided with concave portions having a desired density and shape. Therefore, it is possible to stably provide the concave portions having the density and shape optimal for the required adhesive force.

さらに本発明のインクジェットヘッドにおいては、上述した構成に加えて、前記保護膜の表面が有機絶縁膜によって形成されていることが好ましい。   Furthermore, in the ink jet head of the present invention, in addition to the above-described configuration, the surface of the protective film is preferably formed of an organic insulating film.

前記構成によれば、導電性を有するインクと圧電基板のチャンネル溝に設けられたインク室電極との接触を避けることができる。それにより、チャンネル溝への電圧印加時にリーク電流が流れることを防ぐことができる。したがって、正規のチャンネル壁剪断モード変形が達成できないことに起因する吐出不良を防止することができる。   According to the above configuration, contact between the conductive ink and the ink chamber electrode provided in the channel groove of the piezoelectric substrate can be avoided. Thereby, it is possible to prevent a leak current from flowing when a voltage is applied to the channel groove. Therefore, it is possible to prevent a discharge failure due to the inability to achieve normal channel wall shear mode deformation.

さらに本発明のインクジェットヘッドにおいては、上述した構成に加えて、前記有機絶縁膜の材料は、パラキシリレン樹脂を主成分とすることが好ましい。   Furthermore, in the ink jet head of the present invention, in addition to the above-described configuration, the material of the organic insulating film is preferably composed mainly of paraxylylene resin.

前記構成によれば、前記保護膜はパリレン膜であるため、化学的に安定であり、耐薬品性に優れた保護膜となる。しがたって、インクジェットヘッドの耐薬品性を向上させることができる。   According to the above configuration, since the protective film is a parylene film, the protective film is chemically stable and excellent in chemical resistance. Therefore, the chemical resistance of the inkjet head can be improved.

さらに本発明のインクジェットヘッドにおいては、上述した構成に加えて、前記パラキシリレン樹脂は、ポリモノクロロパラキシリレンであることが好ましい。   Furthermore, in the ink jet head of the present invention, in addition to the above-described configuration, the paraxylylene resin is preferably polymonochloroparaxylylene.

前記構成によれば、インクジェットヘッドを保護する保護膜は、水蒸気を含む各種ガスの透過防止力に優れたパリレンCを主成分とする有機膜によって構成される。そのため、インクジェットヘッドにおいてインクが熱によって気化した場合にも、インクが保護膜を透過して圧電基板に到達することを防ぐことができる。したがって、インクによる圧電基板の劣化、および電極材料の電解腐食に起因するインクジェットヘッドの破損を防止することができる。   According to the said structure, the protective film which protects an inkjet head is comprised by the organic film which has the parylene C excellent in the permeation | transmission prevention power of various gas containing water vapor | steam as a main component. Therefore, even when ink is vaporized by heat in the inkjet head, it is possible to prevent the ink from passing through the protective film and reaching the piezoelectric substrate. Therefore, it is possible to prevent the ink jet head from being damaged due to the deterioration of the piezoelectric substrate due to the ink and the electrolytic corrosion of the electrode material.

さらに本発明のインクジェットヘッドにおいては、上述した構成に加えて、前記保護膜の厚さは、1μm以上かつ10μm以下であることが好ましい。   Furthermore, in the ink jet head of the present invention, in addition to the above-described configuration, the thickness of the protective film is preferably 1 μm or more and 10 μm or less.

前記構成によれば、圧電基板の表面は、1μm以上の保護膜によって覆われており、圧電基板表面の凹凸、および圧電基板表面に付着したダストの影響による保護膜のピンホールの発生を防ぐことができる。それによりインクが圧電基板に到達することを防ぎ、インクによる圧電基板の劣化をさらに防ぐことができる。また、前記構成によれば、保護膜の厚さは10μm以下である。それにより、成膜に要する時間を短縮でき、かつ原材料のコストを低減させることができる。   According to the above configuration, the surface of the piezoelectric substrate is covered with a protective film having a thickness of 1 μm or more, and the generation of pinholes in the protective film due to the unevenness of the surface of the piezoelectric substrate and the influence of dust adhering to the surface of the piezoelectric substrate is prevented. Can do. This prevents ink from reaching the piezoelectric substrate and further prevents deterioration of the piezoelectric substrate due to ink. Moreover, according to the said structure, the thickness of a protective film is 10 micrometers or less. Thereby, the time required for film formation can be shortened, and the cost of raw materials can be reduced.

さらに本発明のインクジェットヘッドにおいては、上述した構成に加えて、前記凹部の底部から前記保護膜の表面までの距離が50nm以上であり、かつ、前記凹部の底部から前記保護膜の底面までの距離が10nm以上であることが好ましい。なお、保護膜の底面とは、保護膜と圧電基板が接している保護膜側の面のことである。   Furthermore, in the inkjet head of the present invention, in addition to the above-described configuration, the distance from the bottom of the recess to the surface of the protective film is 50 nm or more, and the distance from the bottom of the recess to the bottom of the protective film Is preferably 10 nm or more. The bottom surface of the protective film is a surface on the protective film side where the protective film and the piezoelectric substrate are in contact.

前記構成によれば、凹部の底部から、保護膜表面までの距離が50nm以上である。その場合には、保護膜の活性面が表面に露出することになり、保護膜と接着剤との接着強度を大幅に向上させることができる。したがって、ノズル面に付着したインクを擦り取るときに生じ得るノズルプレートの剥離を防ぐことができる。また、凹部の底部から、保護膜の底面までの距離が10nm以上である場合には、凹部を形成するときに発生する熱ダメージのチャンネルへの影響を防ぐことができる。それにより、チャンネルにクラックが発生するのを防止することができる。クラックの発生を防止することにより、インクジェットヘッドがクラックを基点として疲労破壊を起こすことを防ぐことができる。   According to the said structure, the distance from the bottom part of a recessed part to the protective film surface is 50 nm or more. In this case, the active surface of the protective film is exposed on the surface, and the adhesive strength between the protective film and the adhesive can be greatly improved. Accordingly, it is possible to prevent the separation of the nozzle plate that may occur when the ink attached to the nozzle surface is scraped off. Further, when the distance from the bottom of the recess to the bottom surface of the protective film is 10 nm or more, it is possible to prevent the influence of heat damage that occurs when forming the recess on the channel. As a result, the occurrence of cracks in the channel can be prevented. By preventing the occurrence of cracks, it is possible to prevent the inkjet head from causing fatigue failure based on the cracks.

さらに本発明のインクジェットヘッドにおいては、上述した構成に加えて、前記凹部の前記保護膜の表面における形状は、円であり、該円の直径は、50μm以下であることが好ましい。   Further, in the ink jet head of the present invention, in addition to the above-described configuration, the shape of the concave portion on the surface of the protective film is a circle, and the diameter of the circle is preferably 50 μm or less.

さらに本発明のインクジェットヘッドにおいては、上述した構成に加えて、前記凹部の前記保護膜の表面における形状は、星形であることが好ましい。   Furthermore, in the ink jet head of the present invention, in addition to the above-described configuration, the shape of the concave portion on the surface of the protective film is preferably a star shape.

前記構成によれば、凹部の表面形状は星形である。凹部の表面形状が星形である場合には、凹部の表面形状が円形である場合に比して、保護膜のアンカー効果を発揮することのできる領域、すなわち、接着剤との有効接触面積、が大きくなる。したがって、星形のパターンにすることにより、円形のパターンよりも、保護膜と接着剤との接着強度を高めることができ、インクジェットヘッドの信頼性を向上させることができる。   According to the said structure, the surface shape of a recessed part is a star shape. When the surface shape of the concave portion is a star shape, compared to the case where the surface shape of the concave portion is circular, the region that can exert the anchor effect of the protective film, that is, the effective contact area with the adhesive, Becomes larger. Therefore, by using a star pattern, the adhesive strength between the protective film and the adhesive can be increased as compared with the circular pattern, and the reliability of the ink jet head can be improved.

さらに本発明のインクジェットヘッドにおいては、上述した構成に加えて、前記保護膜の表面と直交する面における前記凹部の断面形状は、前記保護膜の表面に向かうにつれて幅が狭くなる逆テーパー形状であることが好ましい。   Furthermore, in the ink jet head of the present invention, in addition to the above-described configuration, the cross-sectional shape of the concave portion on the surface orthogonal to the surface of the protective film is an inversely tapered shape whose width becomes narrower toward the surface of the protective film. It is preferable.

前記構成によれば、凹部はいわゆる逆テーパー形状であり、通常のテーパー形状よりも、接着剤との接着強度を高めることができる。   According to the said structure, a recessed part is what is called a reverse taper shape, and can improve the adhesive strength with an adhesive agent rather than a normal taper shape.

さらに本発明のインクジェットヘッドにおいては、上述した構成に加えて、前記保護膜の表面において、前記凹部の開口部の全断面積は、前記ノズルプレートが接着する領域の面積の10%以上であることが好ましい。なお、ここで、前記保護膜において前記ノズルプレートが接着する領域の面積には、凹部の開口部は含むが、インク室の開口部は含んでいないものとする。   Further, in the ink jet head of the present invention, in addition to the above-described configuration, the total cross-sectional area of the opening of the concave portion on the surface of the protective film is 10% or more of the area of the region to which the nozzle plate adheres. Is preferred. Here, it is assumed that the area of the region where the nozzle plate adheres in the protective film includes the opening of the recess, but does not include the opening of the ink chamber.

前記構成によれば、形成される凹部の接着表面に占める割合が10%以上である。凹部が形成されると、形成されずに表面が平坦である場合に比べて、接着剤との有効接触面積が大きくなる。したがって前記構成によれば、接着強度をより高めることができる。   According to the said structure, the ratio which occupies for the adhesion surface of the recessed part formed is 10% or more. When the recess is formed, the effective contact area with the adhesive is increased as compared with the case where the surface is flat without being formed. Therefore, according to the said structure, adhesive strength can be raised more.

さらに本発明のインクジェットヘッドにおいては、上述した構成に加えて、前記ノズルプレートの形成材料は、ポリイミドであることが好ましい。   Further, in the ink jet head of the present invention, in addition to the above-described configuration, the forming material of the nozzle plate is preferably polyimide.

前記構成によれば、ノズルプレートは耐薬品性に優れたポリイミドによって形成されている。したがって、ノズルプレートの耐薬品性を向上させることができ、耐薬品性に優れたインクジェットヘッドを提供できる。   According to the said structure, the nozzle plate is formed with the polyimide excellent in chemical resistance. Therefore, the chemical resistance of the nozzle plate can be improved, and an ink jet head excellent in chemical resistance can be provided.

さらに本発明のインクジェットヘッドにおいては、上述した構成に加えて、前記接着剤は、エポキシ系接着剤であることが好ましい。   Furthermore, in the ink jet head of the present invention, in addition to the above-described configuration, the adhesive is preferably an epoxy adhesive.

前記構成によれば、圧電基板とノズルプレートとは、耐薬品性に優れたエポキシ系接着剤によって接着している。したがって、インクによる接着剤の劣化を防ぎ、ノズルプレートと圧電基板との接着を強固に保つことができる。   According to the said structure, the piezoelectric substrate and the nozzle plate have adhere | attached with the epoxy-type adhesive agent excellent in chemical resistance. Accordingly, it is possible to prevent deterioration of the adhesive due to the ink and to keep the adhesion between the nozzle plate and the piezoelectric substrate strong.

本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上記のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記凹部をレーザの照射により形成する加工工程を含むことを特徴とする。   An ink jet head manufacturing method according to the present invention is the above ink jet head manufacturing method, characterized by including a processing step of forming the concave portion by laser irradiation.

前記方法によれば、凹部の形成はレーザの照射によっておこなっている。レーザの照射条件を変更することにより、所望の形状および大きさの凹部を形成することができる。またレーザを用いることにより、インクジェットヘッドを低コスト、かつシンプルなプロセスで製造することができる。   According to the method, the recess is formed by laser irradiation. By changing the laser irradiation conditions, a recess having a desired shape and size can be formed. Further, by using a laser, an ink jet head can be manufactured by a simple process at low cost.

さらに本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては、前記レーザは、エキシマレーザであることが好ましい。   Furthermore, in the ink jet head manufacturing method of the present invention, the laser is preferably an excimer laser.

前記方法によれば、凹部の形成にエキシマレーザを用いているので、加工工程における保護膜への熱ダメージを軽減させることができる。したがって、保護膜の劣化を防ぎ、信頼性の向上したインクジェットヘッドを製造することができる。また、凹部形成時に発生する加工残渣をエキシマレーザのスキャンによって容易に除去することができる。したがって、加工残渣の除去のために別の装置を必要とせず、インクジェットヘッドを低コスト、かつシンプルなプロセスで製造することができる。   According to the above method, since the excimer laser is used to form the recess, it is possible to reduce thermal damage to the protective film in the processing step. Therefore, the deterioration of the protective film can be prevented and an ink jet head with improved reliability can be manufactured. Further, the processing residue generated when forming the recess can be easily removed by excimer laser scanning. Therefore, an ink jet head can be manufactured by a low-cost and simple process without requiring a separate device for removing processing residues.

以上のように、本発明に係るインクジェットヘッドは、圧電基板に、圧電基板を保護する保護膜が形成されており、ノズルプレートが接着する面の保護膜の表面には、パターン化された凹部が形成されており、凹部が形成された保護膜表面に接着剤を塗布し、ノズルプレートを貼り付けているので、保護膜と接着剤との接着強度が上昇し、圧電基板とノズルプレートが強固に接着しているので、インクジェットヘッドの耐薬品性、信頼性を向上させることができる。   As described above, in the ink jet head according to the present invention, the protective film for protecting the piezoelectric substrate is formed on the piezoelectric substrate, and the patterned concave portion is formed on the surface of the protective film to which the nozzle plate is bonded. The adhesive film is applied to the surface of the protective film where the recesses are formed and the nozzle plate is affixed. As a result, the adhesive strength between the protective film and the adhesive increases, and the piezoelectric substrate and the nozzle plate become stronger. Since they are bonded, the chemical resistance and reliability of the inkjet head can be improved.

また、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、圧電基板上に形成された保護膜の表面に、パターン化された凹部が形成されているインクジェットヘッドの製造方法であって、凹部の形成はレーザによりおこなっているので、インクジェットヘッドを低コスト、かつシンプルなプロセスで製造することができる。   The method for manufacturing an inkjet head according to the present invention is a method for manufacturing an inkjet head in which a patterned recess is formed on the surface of a protective film formed on a piezoelectric substrate. Therefore, the inkjet head can be manufactured by a simple process with low cost.

本発明に係るインクジェットヘッドの一実施形態について、図1から図9に基づいて説明すれば以下の通りである。   An embodiment of an ink jet head according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

〔インクジェットヘッドの構成〕
まず本実施形態におけるインクジェットヘッドの構成について、図2、図3、図5、図7、図8、および図9を用いて説明する。
[Configuration of inkjet head]
First, the configuration of the ink jet head in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2, 3, 5, 7, 8, and 9.

図2は、インクジェットヘッド10の概略の構成を示す斜視図である。図3は、ヘッドチップ(圧電基板)18の、ノズルプレート17と接着する面を表す図である。   FIG. 2 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the inkjet head 10. FIG. 3 is a diagram illustrating a surface of the head chip (piezoelectric substrate) 18 to be bonded to the nozzle plate 17.

図2に示すように、インクジェットヘッド10は、アクチュエータ部材11およびカバー部材12を有するヘッドチップ18と、ノズル孔16を有するノズルプレート17とを備える構成である。   As shown in FIG. 2, the inkjet head 10 includes a head chip 18 having an actuator member 11 and a cover member 12 and a nozzle plate 17 having a nozzle hole 16.

アクチュエータ部材11は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電材料ウエハを加工して製造されたものであり、厚さ1mm、幅6mm、および奥行き12mmである。ここで、厚さ、および幅とは、それぞれ、アクチュエータ部材11のノズルプレート接着面15を有する面の長辺の長さ、および短辺の長さである。アクチュエータ部材11には、インク室となるチャンネル溝13が、チャンネル壁14を挟んで形成されている。なお、説明の便宜上、図2においては、チャンネル溝の数を省略して図示している。   The actuator member 11 is manufactured by processing a piezoelectric material wafer such as lead zirconate titanate (PZT) having ferroelectricity, and has a thickness of 1 mm, a width of 6 mm, and a depth of 12 mm. Here, the thickness and the width are the length of the long side and the length of the short side of the surface having the nozzle plate bonding surface 15 of the actuator member 11, respectively. In the actuator member 11, a channel groove 13 serving as an ink chamber is formed with a channel wall 14 interposed therebetween. For convenience of explanation, in FIG. 2, the number of channel grooves is omitted.

チャンネル溝13は、インクを吐出させるためのインク室の一部となるものである。チャンネル溝13は、ダイサーのダイシングブレードを、アクチュエータ部材11の厚み方向の途中まで切り込んだ状態にして走行させる切削加工によって、アクチュエータ部材11に形成される。チャンネル溝13の深さは、300μmであり、横幅は、80μmである。それぞれのチャンネル溝13は、アクチュエータ部材11の一方の端部から他方の端部まで貫通するように、互いに平行に、かつ同じ深さに形成されている。チャンネル壁14は、チャンネル溝13同士の間に形成される隔壁である。   The channel groove 13 is a part of an ink chamber for discharging ink. The channel groove 13 is formed in the actuator member 11 by a cutting process in which a dicing blade of a dicer is driven while being cut halfway in the thickness direction of the actuator member 11. The channel groove 13 has a depth of 300 μm and a lateral width of 80 μm. Each channel groove 13 is formed in parallel to each other and at the same depth so as to penetrate from one end of the actuator member 11 to the other end. The channel wall 14 is a partition wall formed between the channel grooves 13.

カバー部材12は、チャンネル溝13の上部を封じる部材であり、圧電材料ウエハを加工したものである。チャンネル溝13の上部が覆われることにより、インク室25が形成される。カバー部材12の圧電材料としては、アクチュエータ部材11との熱膨張率のマッチングを良くするために、アクチュエータ部材11と同じくPZTを用いている。なお、熱膨張率がアクチュエータ部材11と比較的近ければよく、安価なアルミナセラミックを用いてもよい。カバー部材12には、インクジェットヘッドを構成したときに共通インク室となるザグリ、および、インク供給口となる貫通加工部が設けられている。アクチュエータ部材11とカバー部材12とは、市販の接着剤によって、接着している。   The cover member 12 is a member that seals the upper portion of the channel groove 13 and is obtained by processing a piezoelectric material wafer. An ink chamber 25 is formed by covering the upper portion of the channel groove 13. As the piezoelectric material of the cover member 12, PZT is used similarly to the actuator member 11 in order to improve the matching of the thermal expansion coefficient with the actuator member 11. Note that it is sufficient that the coefficient of thermal expansion is relatively close to that of the actuator member 11, and inexpensive alumina ceramic may be used. The cover member 12 is provided with a counterbore that becomes a common ink chamber when an ink jet head is configured, and a through-processing portion that becomes an ink supply port. The actuator member 11 and the cover member 12 are bonded by a commercially available adhesive.

ノズルプレート17は、インクを吐出するノズル孔16を有している部材である。ノズルプレート17は、各チャンネル溝13に対応した位置にノズル孔16が配置するように、ヘッドチップ18のインク吐出面(ノズルプレート接着面15)に接着している。ノズルプレート17の材料としては、民生用プリンタなど、さほど高い吐出性能を要求しない用途であれば、レーザ加工できる材料であればいかなる材料であってもよい。これに対し、工業用インクジェットプリンタ用途の場合には、特にインクの着弾精度、吐出体積の点において高精度のものが要求されるため、ノズル径のばらつき、ノズルテーバー形状のばらつきは、厳密に管理する必要がある。そのため、高精度ノズルを製造する方法として、薄い樹脂プレートにエキシマレーザ光を用いて加工する方法が用いられている。その場合のノズルプレート17の材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、およびポリアミドイミドといったエキシマレーザ加工容易性の高い材料が好ましい。また、Niの電鋳メッキによって得られる金属製のノズルプレート17であってもよい。本実施形態におけるノズルプレート17は、ポリイミドを材料として用いている。   The nozzle plate 17 is a member having nozzle holes 16 for ejecting ink. The nozzle plate 17 is bonded to the ink ejection surface (nozzle plate bonding surface 15) of the head chip 18 so that the nozzle holes 16 are arranged at positions corresponding to the respective channel grooves 13. The material of the nozzle plate 17 may be any material as long as it can be laser processed as long as it does not require a very high discharge performance, such as a consumer printer. On the other hand, in the case of industrial inkjet printer applications, high accuracy is required especially in terms of ink landing accuracy and discharge volume, so that variations in nozzle diameter and nozzle taber shape are strictly controlled. There is a need to. Therefore, as a method for manufacturing a high-precision nozzle, a method of processing an excimer laser beam on a thin resin plate is used. In this case, the material of the nozzle plate 17 is preferably a material with high excimer laser processing ease, such as polyethylene, polypropylene, polyimide, and polyamideimide. Alternatively, it may be a metal nozzle plate 17 obtained by electroforming plating of Ni. The nozzle plate 17 in this embodiment uses polyimide as a material.

図3は、ヘッドチップ18のノズルプレート接着面15を表す図であり、図3(a)は、表面に有機絶縁膜(保護膜)26を成膜する前、図3(b)は、表面に有機絶縁膜26を成膜した後のヘッドチップ18を示す図である。また、図7は、インクジェットヘッド10の断面図である。   FIG. 3 is a diagram showing the nozzle plate bonding surface 15 of the head chip 18. FIG. 3A shows a state before an organic insulating film (protective film) 26 is formed on the surface, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing the head chip 18 after the organic insulating film 26 is formed thereon. FIG. 7 is a cross-sectional view of the inkjet head 10.

図3および図7に示すように、インク室25は、チャンネル溝13をカバー部材12によって覆うことにより形成されるものである。インク室25には、チャンネル壁14の上部(カバー部材12に近い側)にインク室内電極23が設けられている。インクジェットヘッド10を用いてインク吐出をおこなう場合には、チャンネル壁14を挟んで互いに対向するインク室内電極23に、互いに逆位相の電位を印加することにより、チャンネル壁14に、シェアモード変形を起こさせる。すなわち、チャンネル壁14の両側のインク室内電極23の間に電位差を生じさせることにより、チャンネル壁14のうち、インク室内電極23が設けられている上半分と、インク室内電極23が設けられていない下半分との境目を折れ目とした、チャンネル壁14の変形が生じる。この変形によるインク室25の内部の体積変化は、インク室25の内部にあるインクに圧力が加わる。この圧力を利用して、インク室の先端部に配置したノズル孔16からインク液滴が吐出される。   As shown in FIGS. 3 and 7, the ink chamber 25 is formed by covering the channel groove 13 with the cover member 12. In the ink chamber 25, an ink chamber electrode 23 is provided on the upper portion of the channel wall 14 (on the side close to the cover member 12). When ink ejection is performed using the inkjet head 10, shear mode deformation is caused in the channel wall 14 by applying potentials having opposite phases to the ink chamber electrodes 23 facing each other across the channel wall 14. Let That is, by generating a potential difference between the ink chamber electrodes 23 on both sides of the channel wall 14, the upper half of the channel wall 14 where the ink chamber electrode 23 is provided and the ink chamber electrode 23 are not provided. The channel wall 14 is deformed at the boundary with the lower half. The volume change inside the ink chamber 25 due to this deformation applies pressure to the ink inside the ink chamber 25. Using this pressure, ink droplets are ejected from the nozzle holes 16 arranged at the tip of the ink chamber.

インク室内電極23は、カバー部材12によってアクチュエータ部材を覆う前に、電極材料となる金属をチャンネル溝13の上方から蒸着させ、チャンネル壁14上面に形成された金属膜を除去することにより形成される。電極材料としては、Au、Al、およびCuなどの金属が好ましく、本実施形態においては、Auを用いており、インク室内電極23の厚さは、0.5μmである。   The ink chamber electrode 23 is formed by depositing a metal as an electrode material from above the channel groove 13 and removing the metal film formed on the upper surface of the channel wall 14 before covering the actuator member with the cover member 12. . As the electrode material, metals such as Au, Al, and Cu are preferable. In this embodiment, Au is used, and the thickness of the ink chamber electrode 23 is 0.5 μm.

図3(b)に示すように、ヘッドチップ18の表面、インク室内電極23の表面ならびにインク室25の底面および側面には、有機絶縁膜26が形成されている。有機絶縁膜26は、インクジェットヘッド10を構成する部材、インク室内電極23、および接着剤をインクから隔離して保護するためのものである。   As shown in FIG. 3B, an organic insulating film 26 is formed on the surface of the head chip 18, the surface of the ink chamber electrode 23, and the bottom surface and side surfaces of the ink chamber 25. The organic insulating film 26 is for isolating and protecting the members constituting the inkjet head 10, the ink chamber electrodes 23, and the adhesive from the ink.

有機絶縁膜26としては、ポリエチレンおよびエポキシなどの樹脂材料が挙げられるが、中でもパリレン膜であることが好ましい。パリレン膜は、化学的に安定であって、耐薬品性および絶縁性に優れている。そのため、電極材料の電解腐食に起因するインクジェットヘッドの破損を防止することができる。また、水性インクおよび金属粒子を含むインクといった導電性を有するインクを用いた場合には、ヘッド駆動時にチャンネル間での電圧印加によってリーク電流が流れ、正規のチャンネル壁剪断モード変形が達成されず、吐出不良を生じ得る。しかし、絶縁性に優れたパリレン膜を用いることにより、上述した吐出不良を防止することができる。また、有機溶媒を主成分とするインクを用いる場合にも、パリレン膜を用いることにより、インクジェットヘッドを構成する部材および接着剤を、溶解性の高い有機溶媒から隔離することが可能である。また、パリレンは、室温において気相成長によって形成される。そのため、熱によって特性が劣化する部材に対して、熱ダメージを与えることなく、有機絶縁膜26を形成することができる。また、表面形状が複雑に入り組んだ部材に対しても、均一に有機絶縁膜26を形成することができる。なお、インクジェットヘッド10においては、ポリモノクロロパラキシリレン(パリレンC)を用いている。パリレンCは、水蒸気を含む各種ガスの透過防止力に優れている。したがって、インクが熱によって気化した場合にも、インクによるインクジェットヘッド構成部材の劣化を防止することができる。   Examples of the organic insulating film 26 include resin materials such as polyethylene and epoxy, among which a parylene film is preferable. The parylene film is chemically stable and excellent in chemical resistance and insulation. Therefore, it is possible to prevent the inkjet head from being damaged due to the electrolytic corrosion of the electrode material. In addition, when using ink having conductivity such as water-based ink and ink containing metal particles, a leak current flows due to voltage application between the channels when the head is driven, and normal channel wall shear mode deformation is not achieved. A discharge failure may occur. However, the above-described ejection failure can be prevented by using a parylene film having excellent insulating properties. In addition, when an ink containing an organic solvent as a main component is used, the parylene film can be used to isolate the members and the adhesive constituting the inkjet head from the highly soluble organic solvent. Parylene is formed by vapor phase growth at room temperature. Therefore, the organic insulating film 26 can be formed without causing thermal damage to a member whose characteristics are deteriorated by heat. Further, the organic insulating film 26 can be uniformly formed even on a member having a complicated surface shape. In the inkjet head 10, polymonochloroparaxylylene (parylene C) is used. Parylene C is excellent in the permeation preventing power of various gases including water vapor. Therefore, even when the ink is vaporized by heat, it is possible to prevent the ink jet head constituent member from being deteriorated by the ink.

有機絶縁膜26の厚さは、1μm以上であることが好ましい。ヘッドチップ18の表面が、1μm以上の有機絶縁膜26によって覆われている場合には、ヘッドチップ18表面の凹凸、およびヘッドチップ18表面に付着したダストの影響による有機絶縁膜26のピンホールの発生を防ぐことができる。それによりインクがヘッドチップ18に到達することを防ぎ、インクによるヘッドチップ18の劣化をさらに防ぐことができる。一方、成膜工程時間の短縮、および原材料コストの低減の観点から、有機絶縁膜26の厚さとしては、10μm以下であることが好ましい。なお、インクジェットヘッド10においては、有機絶縁膜26の厚さは3.5μmである。   The thickness of the organic insulating film 26 is preferably 1 μm or more. When the surface of the head chip 18 is covered with an organic insulating film 26 having a thickness of 1 μm or more, the pinholes of the organic insulating film 26 due to the unevenness of the surface of the head chip 18 and the influence of dust adhering to the surface of the head chip 18. Occurrence can be prevented. Accordingly, it is possible to prevent ink from reaching the head chip 18 and further prevent deterioration of the head chip 18 due to ink. On the other hand, the thickness of the organic insulating film 26 is preferably 10 μm or less from the viewpoint of shortening the film forming process time and reducing the raw material cost. In the inkjet head 10, the thickness of the organic insulating film 26 is 3.5 μm.

図5(a)および(b)は、ノズルプレート接着面15に設けられた凹部62の形状およびパターンを示す図である。凹部62は、後述するレーザ加工により形成される。図5(a)に示す凹部62は、インク室25の開口部の長辺と平行に形成された矩形パターンであり、図5(b)に示す凹部62は、円形パターンである。凹部62の形状およびパターンは、レーザ加工時に用いるマスクを変更することにより、所望の形状およびパターンとすることができる。たとえば、凹部62の表面の形状を星形に加工することも可能である。凹部62の表面形状が星形である場合には、円形である場合に比して、有機絶縁膜26のアンカー効果が発揮できる領域、すなわち、接着剤との有効接触面積、が大きくなる。したがって、凹部62を星形のパターンにすることにより、円形のパターンよりも、有機絶縁膜26と接着剤との接着強度を高めることができ、インクジェットヘッドの信頼性を向上させることができる。なお、凹部62の開口部の形状は、上述した形状に限定されるものではない。   FIGS. 5A and 5B are views showing the shape and pattern of the recess 62 provided on the nozzle plate bonding surface 15. The recess 62 is formed by laser processing described later. The recess 62 shown in FIG. 5A is a rectangular pattern formed parallel to the long side of the opening of the ink chamber 25, and the recess 62 shown in FIG. 5B is a circular pattern. The shape and pattern of the recess 62 can be changed to a desired shape and pattern by changing the mask used during laser processing. For example, the shape of the surface of the concave portion 62 can be processed into a star shape. When the surface shape of the concave portion 62 is a star shape, a region where the anchor effect of the organic insulating film 26 can be exerted, that is, an effective contact area with the adhesive, is larger than when the concave portion 62 is a circular shape. Therefore, by forming the concave portion 62 in a star pattern, the adhesive strength between the organic insulating film 26 and the adhesive can be increased as compared with the circular pattern, and the reliability of the inkjet head can be improved. In addition, the shape of the opening part of the recessed part 62 is not limited to the shape mentioned above.

凹部62の、有機絶縁膜26の表面と直交する面の断面形状は、テーパー形状となっている。またそのテーパー形状は、表面側の幅よりも底部側の幅が小さくなっているものである。すなわち、表面から底部にわたって凹部62の壁面が傾斜している。なお、ここでは、当該傾斜の傾斜角を、テーパー角と定義する。より詳しくは、表面に垂直な方向に引いた線と、当該壁面とが交差する部分の角度のことである。本実施形態においては、凹部62のテーパー角は約10°である。なお、テーパー角は、レーザ照射軸をずらしながら加工することにより、任意の角度に調節できる。さらに、凹部62は、表面側の幅よりも、底部側の幅の方が広い、いわゆる逆テーパー形状であってもよい。凹部62を逆テーパー形状にすることにより、通常のテーパー形状に比べ、接着剤との接着強度を高めることができる。   The cross-sectional shape of the surface of the recess 62 perpendicular to the surface of the organic insulating film 26 is a tapered shape. The tapered shape is such that the width on the bottom side is smaller than the width on the surface side. That is, the wall surface of the recess 62 is inclined from the surface to the bottom. Here, the inclination angle of the inclination is defined as a taper angle. More specifically, it is the angle at which the line drawn in the direction perpendicular to the surface intersects the wall surface. In this embodiment, the taper angle of the recess 62 is about 10 °. The taper angle can be adjusted to an arbitrary angle by processing while shifting the laser irradiation axis. Further, the recess 62 may have a so-called reverse taper shape in which the width on the bottom side is wider than the width on the surface side. By making the recessed part 62 into a reverse taper shape, compared with a normal taper shape, adhesive strength with an adhesive agent can be raised.

図8は、凹部62の形成条件による接着強度の違いを示す図である。具体的には、凹部62の加工量(凹部62の深さ)に対する接着強度、および、加工面積比に対する接着強度を示す図である。接着力の評価は、90°剥離試験によりおこなった。なお、加工面積比とは、ノズルプレート17が接着する領域の全面積に対する加工部分の面積(凹部62の開口部の全断面積)のことである。ここで、全面積には、凹部の開口部は含むが、インク室の開口部は含んでいないものとする。   FIG. 8 is a diagram illustrating the difference in adhesive strength depending on the formation conditions of the recess 62. Specifically, it is a diagram showing the adhesive strength with respect to the processing amount of the recess 62 (depth of the recess 62) and the adhesive strength with respect to the processing area ratio. The adhesive strength was evaluated by a 90 ° peel test. The processing area ratio is the area of the processing portion (the total cross-sectional area of the opening of the recess 62) with respect to the total area of the region to which the nozzle plate 17 adheres. Here, it is assumed that the total area includes the opening of the recess, but does not include the opening of the ink chamber.

インクジェットヘッドでは、ノズル面に付着したインクをゴムブレードなどによって擦り取っているため、接着強度が弱い場合には、ゴムブレードによるワイピングの際にノズルプレートが剥離してしまう。そのため、ゴムブレードによるワイピングに耐えうるには、少なくとも20g/mmの接着強度が必要である。   In the ink jet head, the ink adhering to the nozzle surface is scraped off by a rubber blade or the like, and therefore, when the adhesive strength is weak, the nozzle plate is peeled off when wiping with the rubber blade. Therefore, an adhesive strength of at least 20 g / mm is necessary to withstand wiping with a rubber blade.

図8に示すように、凹部62の加工量が50nmよりも小さい場合には、加工面積比をコントロールしても、20g/mmを超える接着強度を達成することはできないことがわかる。それに対して、加工量が50nmである場合には、接着強度が20g/mmを上回ることが可能である。この結果より、凹部62の、有機絶縁膜26の表面からの深さは50nm以上であることが好ましい。なお、凹部62の深さ、および加工面積比以外の条件としては、凹部62の形状は、直径50μmの円形パターンであり、テーパー角は10°である。   As shown in FIG. 8, when the processing amount of the recessed part 62 is smaller than 50 nm, it turns out that the adhesive strength exceeding 20 g / mm cannot be achieved even if the processing area ratio is controlled. On the other hand, when the processing amount is 50 nm, the adhesive strength can exceed 20 g / mm. From this result, the depth of the recess 62 from the surface of the organic insulating film 26 is preferably 50 nm or more. As conditions other than the depth of the recess 62 and the processing area ratio, the shape of the recess 62 is a circular pattern with a diameter of 50 μm, and the taper angle is 10 °.

ところで、凹部62の深さに制限が無いわけではなく、加工時に発生する熱ダメージが、チャンネル部に影響しない程度に、底部に有機絶縁膜を残しておく必要がある。図9は、チャンネル部に生じたクラックを示す図である。凹部の底部から、有機絶縁膜の底面までの距離(凹部底部膜厚)が10nmよりも短いと、図9に示すように、チャンネル部(PZT)にクラックが発生する。クラックは、初期のインクジェットヘッド特性には影響しないが、時間が経つにつれ、当該部分を基点として疲労破壊を起こす。そのため、凹部底部膜厚は10nm以上であることが好ましい。   By the way, the depth of the concave portion 62 is not limited, and it is necessary to leave the organic insulating film on the bottom so that the thermal damage generated during processing does not affect the channel portion. FIG. 9 is a diagram showing a crack generated in the channel portion. If the distance from the bottom of the recess to the bottom of the organic insulating film (the thickness of the bottom of the recess) is shorter than 10 nm, a crack occurs in the channel portion (PZT) as shown in FIG. Cracks do not affect the characteristics of the initial ink jet head, but as time passes, fatigue cracks occur starting from that portion. Therefore, it is preferable that the film thickness of the bottom of the recess is 10 nm or more.

また、図8に示すように、加工面積比が5%である場合には、加工量によらず、接着強度が20g/mmを下回っている。それに対して、加工面積比が10%以上である場合には、接着強度を20g/mm以上にすることが可能である。加工面積比が大きくなるほど、接着強度も大きくなる。この結果より、凹部62の密度は、加工面積比として10%以上であることが好ましい。   Further, as shown in FIG. 8, when the processing area ratio is 5%, the adhesive strength is less than 20 g / mm regardless of the processing amount. On the other hand, when the processing area ratio is 10% or more, the adhesive strength can be 20 g / mm or more. As the processing area ratio increases, the adhesive strength also increases. From this result, it is preferable that the density of the recesses 62 is 10% or more as a processing area ratio.

〔従来技術(1)および(2)における接着強度〕
一方、表面加工処理として、アッシングのみをおこなっている従来技術(以下、従来技術(1)と記載する)、および、有機絶縁膜の成膜条件を操作して、表面の面粗さを高めている従来技術(以下、従来技術(2)と記載する)における接着強度について、図10、および図11を用いて説明する。従来技術(1)は、ヘッドチップとノズルプレートとの接着において、ヘッドチップのノズルプレート接着面、およびノズルプレートのヘッドチップとの接着面をアッシングした後、ヘッドチップのノズルプレート接着面に接着剤を塗布することにより、接着をおこなう技術である。また、従来技術(2)は、有機絶縁膜であるパリレンC膜の成膜条件を操作し、パリレンC膜表面の面粗さを高めて、接着をおこなう技術である。
[Adhesive strength in prior arts (1) and (2)]
On the other hand, as surface processing, the surface roughness is increased by operating the conventional technique (hereinafter referred to as the conventional technique (1)) in which only ashing is performed and the film formation conditions of the organic insulating film. The adhesive strength in the related art (hereinafter referred to as the prior art (2)) will be described with reference to FIG. 10 and FIG. In the prior art (1), in bonding the head chip and the nozzle plate, after ashing the nozzle plate bonding surface of the head chip and the bonding surface of the nozzle plate with the head chip, the adhesive is applied to the nozzle plate bonding surface of the head chip. This is a technique for performing adhesion by applying. The prior art (2) is a technique for performing adhesion by manipulating the film forming conditions of the parylene C film, which is an organic insulating film, to increase the surface roughness of the parylene C film surface.

図10は、従来技術(1)における接着強度の試験結果を示すグラフである。具体的には、各アッシング処理時間における、純水に対するノズルプレート接着面の接触角変化、および、ノズルプレートとヘッドチップとを接着した場合の接着強度の変化を示すものである。なお、アッシング条件としては、出力は100W、プロセスガスは空気である。また、接着強度は90°剥離試験により評価している。図10に示すように、3分のアッシング処理により、ノズルプレート接着面の接触角は10°以下になるが、ノズルプレートとの接着強度は、処理時間を長くしても、10g/mm以下であることがわかる。そのため、アッシング処理のみによる方法では、所望の接着強度が確保できないことがわかる。   FIG. 10 is a graph showing a test result of adhesive strength in the prior art (1). Specifically, the change in the contact angle of the nozzle plate adhesion surface with respect to pure water and the change in the adhesion strength when the nozzle plate and the head chip are adhered to each other during each ashing time are shown. As ashing conditions, the output is 100 W, and the process gas is air. The adhesive strength is evaluated by a 90 ° peel test. As shown in FIG. 10, the contact angle of the nozzle plate adhesion surface is 10 ° or less by the ashing process for 3 minutes, but the adhesion strength with the nozzle plate is 10 g / mm or less even if the treatment time is increased. I know that there is. Therefore, it can be seen that the method using only the ashing process cannot secure a desired adhesive strength.

図11は、従来技術(2)における接着強度の試験結果を示すグラフである。具体的には、有機絶縁膜の表面の面粗さに対する接着強度を示すものである。従来、接着面の面粗さが高ければ、いわゆるアンカー効果により、接着強度が強まると考えられている。しかし、図11に示すように、パリレンC膜の表面粗さを50nmまで高めた場合でも、接着強度が10g/mmに満たないことがわかる。   FIG. 11 is a graph showing a test result of adhesive strength in the prior art (2). Specifically, the adhesive strength with respect to the surface roughness of the surface of the organic insulating film is shown. Conventionally, it is considered that if the surface roughness of the bonding surface is high, the bonding strength is increased by the so-called anchor effect. However, as shown in FIG. 11, it can be seen that even when the surface roughness of the parylene C film is increased to 50 nm, the adhesive strength is less than 10 g / mm.

〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、インクジェットヘッドの製造方法について、有機絶縁膜26を形成する工程から、ヘッドチップ18にノズルプレート17を貼り付ける工程までに関して、図1、図4、図5および図6を参照して説明する。
[Inkjet head manufacturing method]
Next, an inkjet head manufacturing method will be described with reference to FIGS. 1, 4, 5, and 6 from the step of forming the organic insulating film 26 to the step of attaching the nozzle plate 17 to the head chip 18. To do.

図4は、インクジェットヘッドの製造方法の処理プロセスの一部を表す図である。まず、成膜工程において、蒸着によって有機絶縁膜26を成膜する(ステップS1)。成膜工程の後、加工工程において、接着剤との接着強度を高めたい場所のみにレーザを照射し、有機絶縁膜26に微細な凹部を形成する(ステップS2)。加工工程の後、除去工程において、レーザ照射領域全域に低パワーのレーザを照射し、加工工程において発生した副生成物を除去する(ステップS3)。除去工程の後、塗布工程において、加工処理面に接着剤を塗布する(ステップS4)。塗布工程の後、貼り付け工程において、接着剤を塗布した面に、ノズルプレート17を接着して貼り付ける(ステップS5)。   FIG. 4 is a diagram illustrating a part of the processing process of the manufacturing method of the inkjet head. First, in the film forming process, the organic insulating film 26 is formed by vapor deposition (step S1). After the film forming process, in the processing process, a laser is irradiated only to a place where it is desired to increase the adhesive strength with the adhesive, thereby forming a fine recess in the organic insulating film 26 (step S2). After the processing step, in the removal step, the entire laser irradiation region is irradiated with a low-power laser to remove by-products generated in the processing step (step S3). After the removing step, an adhesive is applied to the processed surface in the applying step (step S4). After the coating process, in the pasting process, the nozzle plate 17 is bonded and pasted to the surface coated with the adhesive (step S5).

まず、凹部62を形成する加工工程(ステップS2)について、図1および図5を参照して説明する。   First, the processing step (step S2) for forming the recess 62 will be described with reference to FIGS.

図1(a)および(b)は、ヘッドチップ18のインク室25(チャンネル溝13)の深さ方向に垂直な面の断面図である。図1(a)は、レーザ照射中の断面図であり、図1(b)は、レーザ照射後の断面図である。ノズルプレート17を貼り付ける面と対向する位置からレーザ61を照射する。図1(a)に示すように、レーザ61を照射するときには、マスク(不図示)を用いることにより、インク室25の内部にはレーザ61を照射せず、ノズルプレート接着面15にのみ、選択的にレーザ61の照射をおこなっている。また、レーザ照射をおこなうレーザ照射装置は、レーザ61を所望の形状およびパターンに変形するためのマスク、ならびに、マスクを透過したレーザ61を、さらに縮小パターン化するための縮小投影レンズを備えている。この構成を備えることにより、図1(b)および図5に示すように、所望の形状およびパターンの微細な凹部62を、有機絶縁膜26に形成することができる。   FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views of the surface of the head chip 18 perpendicular to the depth direction of the ink chamber 25 (channel groove 13). FIG. 1A is a cross-sectional view during laser irradiation, and FIG. 1B is a cross-sectional view after laser irradiation. The laser 61 is irradiated from a position facing the surface to which the nozzle plate 17 is attached. As shown in FIG. 1A, when irradiating the laser 61, a mask (not shown) is used so that the laser 61 is not irradiated inside the ink chamber 25, and only the nozzle plate bonding surface 15 is selected. In particular, the laser 61 is irradiated. A laser irradiation apparatus that performs laser irradiation includes a mask for deforming the laser 61 into a desired shape and pattern, and a reduction projection lens for further reducing the laser 61 that has passed through the mask into a reduced pattern. . By providing this configuration, as shown in FIG. 1B and FIG. 5, a fine recess 62 having a desired shape and pattern can be formed in the organic insulating film 26.

本実施形態においては、レーザ61として、エキシマレーザ(波長248nm)を用いている。エキシマレーザを用いることにより、凹部形成時における有機絶縁膜26への熱ダメージを軽減することができ、また、後述する加工残渣の除去が可能となる。レーザ装置としては、ラムダフィジック社製NovaLine100を用いた。また、レーザ励起ガスとして、ハロゲンガス(フッ素とNeの混合ガス、フッ素濃度5%)純度99.9%、希ガス(Kr)純度99.995%、バッファーガス(Ne)純度99.995%、および、不活性ガス(He)純度99.995%を用いた。   In this embodiment, an excimer laser (wavelength 248 nm) is used as the laser 61. By using an excimer laser, thermal damage to the organic insulating film 26 at the time of forming the recess can be reduced, and a processing residue described later can be removed. As the laser device, NovaLine 100 manufactured by Lambda Physic was used. Further, as laser excitation gas, halogen gas (fluorine and Ne mixed gas, fluorine concentration 5%) purity 99.9%, rare gas (Kr) purity 99.995%, buffer gas (Ne) purity 99.995%, In addition, an inert gas (He) purity of 99.995% was used.

通常のレーザ加工により形成される凹部62は、加工材料の表面側の形状(上部形状)よりも底部側の形状(下部形状)が小さいテーパー形状となる傾向がある。上述したテーパー角は、レーザ照射軸をずらしながら加工することにより、任意の角度に調節できる。さらに、レーザ61のフォーカス位置をずらしながら加工することにより、表面側の加工幅よりも、内部側の加工幅の方が広い、いわゆる逆テーパー形状なども、容易に形成することができる。凹部62を逆テーパー形状にすることにより、通常のテーパー形状に比べ、接着剤との接着強度を高めることができる。   The recess 62 formed by normal laser processing tends to have a tapered shape in which the shape (lower shape) on the bottom side is smaller than the shape (upper shape) on the surface side of the processed material. The taper angle described above can be adjusted to an arbitrary angle by processing while shifting the laser irradiation axis. Furthermore, by processing while shifting the focus position of the laser 61, a so-called reverse taper shape in which the processing width on the inner side is wider than the processing width on the front surface side can be easily formed. By making the recessed part 62 into a reverse taper shape, compared with a normal taper shape, adhesive strength with an adhesive agent can be raised.

次に、加工残渣を取り除く除去工程(ステップS3)について説明する。   Next, the removal process (step S3) for removing processing residues will be described.

レーザ61による加工後に、凹部62の周辺には微小な加工残渣が発生する。これは、エキシマレーザによる加工時に、アブレーションによって飛散したすすが付着しているものと考えられる。したがって、接着剤24を有機絶縁膜26に塗布する前に、加工残渣を除去する必要があるが、レーザ加工領域全面を、非常に低いパワーのエキシマレーザによってスキャンすることにより、加工残渣を容易に除去することができる。加工残渣は有機絶縁膜26の融解物であるため、エキシマレーザ以外のレーザを用いた場合には、加工残渣を除去するためにはプラズマ処理(アッシング)、または、ウェット処理をおこなわなければならない。そのため、新たな装置が必要となり、処理が複雑になってしまう。   After processing by the laser 61, a minute processing residue is generated around the recess 62. This is considered that soot scattered by ablation adheres during processing with an excimer laser. Therefore, it is necessary to remove the processing residue before applying the adhesive 24 to the organic insulating film 26. However, the processing residue can be easily removed by scanning the entire surface of the laser processing region with a very low power excimer laser. Can be removed. Since the processing residue is a melt of the organic insulating film 26, when a laser other than an excimer laser is used, plasma processing (ashing) or wet processing must be performed to remove the processing residue. Therefore, a new device is required, and the processing becomes complicated.

なお、加工工程および除去工程は、クリーンルームなどの清浄雰囲気中において実施している。   The processing step and the removal step are performed in a clean atmosphere such as a clean room.

次に、接着剤24を塗布する塗布工程(ステップS4)について説明する。   Next, the application process (step S4) for applying the adhesive 24 will be described.

ヘッドチップ18とノズルプレート17とを接着させるために、塗布工程において、ノズルプレート接着面15に接着剤24を塗布している。ヘッドチップ18とノズルプレート17とを全面にわたって均一に接着するために、接着剤24は、薄くかつ均一な厚さになっていることが好ましい。そのため、バーコータ、およびスピンコータなどを用いて、均一で薄い接着剤層をポリイミドフィルムなどのシート上に形成した後、接着剤層をヘッドチップ18のノズルプレート接着面15に転写している。なお、本実施形態においては、公知のバーコータ装置を用いて、ポリイミドフィルム上に厚さ4μmの均一な接着剤24の層を形成させている。その後、接着剤24の層が形成されたポリイミドフィルム上にヘッドチップ18のノズルプレート接着面15を押し当て、スタンプ転写する方法を実施している。その結果、ノズルプレート接着面15におけるインク室25の開口部以外の領域に、厚さ2μmの均一な接着剤24の層を形成させている。   In order to bond the head chip 18 and the nozzle plate 17, an adhesive 24 is applied to the nozzle plate bonding surface 15 in the coating process. In order to uniformly bond the head chip 18 and the nozzle plate 17 over the entire surface, the adhesive 24 is preferably thin and has a uniform thickness. Therefore, after a uniform thin adhesive layer is formed on a sheet such as a polyimide film using a bar coater, a spin coater, or the like, the adhesive layer is transferred to the nozzle plate bonding surface 15 of the head chip 18. In the present embodiment, a uniform adhesive 24 layer having a thickness of 4 μm is formed on the polyimide film using a known bar coater. Thereafter, the nozzle plate adhesive surface 15 of the head chip 18 is pressed onto the polyimide film on which the adhesive 24 layer is formed, and the stamp is transferred. As a result, a uniform layer of adhesive 24 having a thickness of 2 μm is formed in a region other than the opening of the ink chamber 25 on the nozzle plate bonding surface 15.

接着剤24としては、耐薬品性に優れた材料がよく、エポキシ系接着剤、シリコン架橋型フッ素系接着剤、およびポリイミドアミドが好ましく、より好ましくは、エポキシ系接着剤である。   As the adhesive 24, a material excellent in chemical resistance is preferable, and an epoxy adhesive, a silicon cross-linking fluorine adhesive, and a polyimide amide are preferable, and an epoxy adhesive is more preferable.

次に、ノズルプレート17をヘッドチップ18に貼り付ける、貼り付け工程(ステップS5)について図6を参照して説明する。   Next, an attaching process (step S5) for attaching the nozzle plate 17 to the head chip 18 will be described with reference to FIG.

図6は、ノズルプレート17をヘッドチップ18に、位置を調整して貼り付ける方法を示す概略図である。図6に示すように、まず、ヘッドチップ18のノズルプレート接着面15と対向する位置に、ノズルプレート17を配置する。ついで、上下双方にカメラを内蔵したアライメントカメラ81を、ノズルプレート17とヘッドチップ18との間において移動させ、全てのノズル孔16の中心軸と、それぞれに対応するインク室25の開口部の中心軸との位置情報を読み取る。読み取った情報を情報処理部(不図示)において処理することにより、ノズルプレート17と平行な面における、ノズルプレート17の回転方向の位置ずれ、およびX−Y方向の位置ずれの量を算出する。その後、その結果に基づき、全てのノズル孔16の中心軸と、それぞれに対応するインク室25の開口部の中心軸とが一致するように、ノズルプレート17、およびヘッドチップ18の少なくともどちらか一方を移動させて、アライメント(位置調整)する。なお、ここで、X方向およびY方向とは、それぞれ、ノズルプレートの長辺と平行な方向および短辺と平行な方向のことである。   FIG. 6 is a schematic diagram showing a method of attaching the nozzle plate 17 to the head chip 18 by adjusting the position. As shown in FIG. 6, first, the nozzle plate 17 is disposed at a position facing the nozzle plate bonding surface 15 of the head chip 18. Next, an alignment camera 81 having built-in cameras on both the upper and lower sides is moved between the nozzle plate 17 and the head chip 18, and the central axes of all the nozzle holes 16 and the centers of the openings of the ink chambers 25 corresponding to the respective nozzle holes 16. Read the position information with respect to the axis. By processing the read information in an information processing unit (not shown), the amount of positional deviation in the rotational direction of the nozzle plate 17 and the positional deviation in the XY direction on a plane parallel to the nozzle plate 17 is calculated. Thereafter, based on the result, at least one of the nozzle plate 17 and the head chip 18 is set so that the central axis of all the nozzle holes 16 and the central axis of the opening of the corresponding ink chamber 25 coincide with each other. To adjust the alignment. Here, the X direction and the Y direction are a direction parallel to the long side and a direction parallel to the short side of the nozzle plate, respectively.

次に、ノズルプレート17をヘッドチップ18に固定するときに用いる冶具(不図示)を、徐々にヘッドチップ18に向けて移動させることによりノズルプレート17をヘッドチップ18に近づけ、最終的に、ノズルプレート17の接着面、すなわちノズルプレート17のヘッドチップ18と対向する面(背面)を、予め接着剤24が塗布されているノズルプレート接着面15に接触させる。その後、加圧および加熱することにより、ヘッドチップ18とノズルプレート17との接着を完了させる。   Next, a tool (not shown) used to fix the nozzle plate 17 to the head chip 18 is gradually moved toward the head chip 18 to bring the nozzle plate 17 closer to the head chip 18, and finally the nozzle The bonding surface of the plate 17, that is, the surface (back surface) facing the head chip 18 of the nozzle plate 17 is brought into contact with the nozzle plate bonding surface 15 to which the adhesive 24 has been applied in advance. Thereafter, the adhesion between the head chip 18 and the nozzle plate 17 is completed by applying pressure and heating.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲において種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲において、適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various change is possible in the range shown to the claim. In other words, embodiments obtained by combining technical means appropriately changed within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

(付記事項)
なお、本発明のインクジェットヘッドは、以下の点を特徴点としていると換言することも可能である。すなわち、インク吐出面から延びるチャンネル溝を形成した圧電基板と、前記圧電基板のインク吐出面に配置することで前記チャンネル溝の一端に対向するノズル孔を形成したノズルプレートと、を備えるインクジェットヘッドにおいて、前記チャンネル溝を覆うように形成された保護膜の、前記ノズルプレートとの接着表面に、選択的に表面加工処理を施してなる凹凸部を有することを特徴としていると換言することができる。
(Additional notes)
In addition, it can also be said that the inkjet head of the present invention has the following features. That is, in an inkjet head comprising: a piezoelectric substrate having a channel groove extending from an ink ejection surface; and a nozzle plate having a nozzle hole disposed on the ink ejection surface of the piezoelectric substrate so as to face one end of the channel groove. In other words, the protective film formed so as to cover the channel groove has an uneven portion formed by selectively subjecting the surface of the protective film to the nozzle plate to be surface-treated.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited at all by the following example.

本実施形態におけるインクジェットヘッド10と、従来技術におけるインクジェットヘッドとの吐出性能の比較をおこなった。   The ejection performance of the inkjet head 10 in this embodiment and the inkjet head in the prior art were compared.

実施例1としては、上述した構成のインクジェットヘッド10を用いており、凹部62の表面形状は円形であり、直径は30μmであり、テーパー角は10°であり、凹部底部膜厚は10nmである。比較例1としては、有機絶縁膜の表面に凹部を設けず、アッシング処理のみをおこなって、接着剤を塗布して、ヘッドチップとノズルプレートを接着させたインクジェットヘッドを用いた。また、比較例2としては、有機絶縁膜の表面に、微細な凹部を、凹部底部膜厚が10nmとなるところまで加工して形成したインクジェットヘッドを用いた。比較例3としては、有機絶縁膜の表面に、表面形状が円形であり、その直径が500nmである凹部が設けられているインクジェットヘッドを用いた。   As Example 1, the inkjet head 10 having the above-described configuration is used, the surface shape of the recess 62 is circular, the diameter is 30 μm, the taper angle is 10 °, and the thickness of the bottom of the recess is 10 nm. . As Comparative Example 1, an ink jet head in which a concave portion was not provided on the surface of the organic insulating film, only an ashing process was performed, an adhesive was applied, and a head chip and a nozzle plate were adhered to each other was used. Further, as Comparative Example 2, an ink jet head formed by processing fine concave portions on the surface of the organic insulating film until the thickness of the concave bottom portion became 10 nm was used. As Comparative Example 3, an ink jet head in which the surface of the organic insulating film has a circular surface shape and a recess having a diameter of 500 nm was used.

実施例1、および比較例1〜3のインクジェットヘッドをそれぞれ3つずつ製造し、各インクジェットヘッドについて、1ヶ月間の連続吐出後において、インクの不吐出を生じるノズル孔の数を比較した(試験1)。また、1ヶ月間の連続吐出後に、所望のインク吐出速度(8m/sec)を得るための吐出電圧を比較した(試験2)。   Three each of the inkjet heads of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were manufactured, and the number of nozzle holes that caused non-ejection of ink was compared for each inkjet head after continuous ejection for one month (test) 1). Also, after continuous discharge for one month, discharge voltages for obtaining a desired ink discharge speed (8 m / sec) were compared (Test 2).

その結果、試験1においては、実施例1では、全てのノズル孔16からインクを吐出することができた。一方、比較例1および比較例3では、20〜30のノズル孔においてインクの不吐出が発生した。また、試験2においては、実施例1は、試験開始当初と1ヶ月後において、ほとんど変化はなかった。一方、比較例2では、いくつかのチャンネルにおいて、試験開始当初に要していた電圧のおよそ2倍の電圧を必要とした。そこで、各インクジェットヘッドをノズル面側から顕微鏡観察したところ、比較例1および比較例3のインクジェットヘッドでは、ノズル孔間において、接着剤が剥がれている箇所(連通箇所)が見られた。さらに各インクジェットヘッドのノズルプレートを剥がし、ヘッドチップのノズルプレート貼り付け部分を顕微鏡観察したところ、比較例2のインクジェットヘッドにおいて、チャンネル壁が損傷を受けていると見られる箇所があった。これに対して、実施例1の本実施形態のインクジェットヘッド10においては、上述した不具合は見つからなかった。すなわち、本実施形態におけるインクジェットヘッド10は、ノズル孔とヘッドチップのインク室断面とのずれ、およびノズルプレートの変形がなく、吐出信頼性の高いインクジェットヘッドである。   As a result, in Test 1, in Example 1, ink could be ejected from all the nozzle holes 16. On the other hand, in Comparative Example 1 and Comparative Example 3, non-ejection of ink occurred in 20 to 30 nozzle holes. In Test 2, Example 1 had almost no change at the beginning of the test and after one month. On the other hand, in Comparative Example 2, a voltage twice as high as that required at the beginning of the test was required in some channels. Then, when each inkjet head was observed with the microscope from the nozzle surface side, in the inkjet heads of Comparative Example 1 and Comparative Example 3, the locations where the adhesive was peeled (communication locations) were observed between the nozzle holes. Further, the nozzle plate of each inkjet head was peeled off, and the nozzle plate attachment portion of the head chip was observed with a microscope. As a result, in the inkjet head of Comparative Example 2, it was found that the channel wall was damaged. On the other hand, in the inkjet head 10 of the present embodiment of Example 1, the above-described problems were not found. In other words, the ink jet head 10 in this embodiment is an ink jet head having high ejection reliability, with no displacement between the nozzle hole and the cross section of the ink chamber of the head chip and no deformation of the nozzle plate.

本発明に係るインクジェットヘッドは、インクを吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートが貼り付けてあるインクジェットヘッドに、好適に利用することができる。   The ink jet head according to the present invention can be suitably used for an ink jet head to which a nozzle plate in which nozzle holes for discharging ink are formed is attached.

本発明の実施形態におけるインクジェットヘッドの構成部材であるヘッドチップの断面図である。It is sectional drawing of the head chip which is a structural member of the inkjet head in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるインクジェットヘッドの構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing the composition of the ink jet head in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態におけるインクジェットヘッドの構成部材であるヘッドチップのノズルプレート接着面を示す図である。It is a figure which shows the nozzle plate adhesion surface of the head chip which is a structural member of the inkjet head in embodiment of this invention. 本発明のインクジェットヘッドの製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the inkjet head of this invention. 本発明の実施形態におけるインクジェットヘッドの凹部のパターンを示す図である。It is a figure which shows the pattern of the recessed part of the inkjet head in embodiment of this invention. ノズルプレートとヘッドチップとのアライメント方法を示す図である。It is a figure which shows the alignment method of a nozzle plate and a head chip. 本発明の実施形態におけるインクジェットヘッドの断面図である。It is sectional drawing of the inkjet head in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるインクジェットヘッドにおいて、凹部の加工パターンによる接着強度の違いを示したグラフである。4 is a graph showing a difference in adhesive strength depending on a recess processing pattern in an inkjet head according to an embodiment of the present invention. チャンネル部に発生したクラックを示した図である。It is the figure which showed the crack which generate | occur | produced in the channel part. 従来技術における表面加工処理方法の、アッシング処理時間による接着強度、および接触角の違いを示したグラフである。It is the graph which showed the difference in the adhesive strength by the ashing process time, and a contact angle of the surface processing method in a prior art. 従来技術における表面加工処理方法の、表面粗さによる接着強度の違いを示したグラフである。It is the graph which showed the difference in the adhesive strength by the surface roughness of the surface processing method in a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

10 インクジェットヘッド
11 アクチュエータ部材(圧電基板)
12 カバー部材(圧電基板)
13 チャンネル溝
14 チャンネル壁
15 ノズルプレート接着面
16 ノズル孔
17 ノズルプレート
18 圧電基板
23 インク室内電極
24 接着剤
25 インク室
26 有機絶縁膜(保護膜)
61 レーザ
62 凹部
81 アライメントカメラ
X X方向
Y Y方向
10 Inkjet head 11 Actuator member (piezoelectric substrate)
12 Cover member (piezoelectric substrate)
13 Channel groove 14 Channel wall 15 Nozzle plate adhesion surface 16 Nozzle hole 17 Nozzle plate 18 Piezoelectric substrate 23 Ink chamber electrode 24 Adhesive 25 Ink chamber 26 Organic insulating film (protective film)
61 Laser 62 Concave part 81 Alignment camera X X direction Y Y direction

Claims (14)

インクを吐出するノズル孔を有するノズルプレートと、該ノズル孔からインクを吐出させるための圧電基板とを備えているインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電基板の表面に、前記圧電基板を保護する保護膜が形成されており、
前記ノズルプレートは、前記圧電基板と前記保護膜を介して、接着剤によって接着しており、
前記ノズルプレートが接着する前記保護膜の表面には、パターン化された凹部が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
In an inkjet head comprising a nozzle plate having nozzle holes for discharging ink, and a piezoelectric substrate for discharging ink from the nozzle holes,
A protective film for protecting the piezoelectric substrate is formed on the surface of the piezoelectric substrate,
The nozzle plate is bonded with an adhesive via the piezoelectric substrate and the protective film,
An ink jet head, wherein a patterned recess is formed on a surface of the protective film to which the nozzle plate is bonded.
前記保護膜の表面は、有機絶縁膜によって形成されていることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 1, wherein the surface of the protective film is formed of an organic insulating film. 前記有機絶縁膜の材料は、パラキシリレン樹脂を主成分とすることを特徴とする請求項2に記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 2, wherein the material of the organic insulating film is mainly composed of paraxylylene resin. 前記パラキシリレン樹脂は、ポリモノクロロパラキシリレンであることを特徴とする請求項3に記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 3, wherein the paraxylylene resin is polymonochloroparaxylylene. 前記保護膜の厚さは、1μm以上かつ10μm以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。   5. The ink jet head according to claim 1, wherein the protective film has a thickness of 1 μm or more and 10 μm or less. 前記凹部の底部から前記保護膜の表面までの距離が50nm以上であり、かつ、前記凹部の底部から前記保護膜の底面までの距離が10nm以上であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。   6. The distance from the bottom of the recess to the surface of the protective film is 50 nm or more, and the distance from the bottom of the recess to the bottom of the protective film is 10 nm or more. The inkjet head of any one of Claims. 前記凹部の前記保護膜の表面における形状は、円であり、該円の直径は、50μm以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。   The ink jet head according to claim 1, wherein a shape of the concave portion on the surface of the protective film is a circle, and a diameter of the circle is 50 μm or less. 前記凹部の前記保護膜の表面における形状は、星形であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。   The ink jet head according to claim 1, wherein a shape of the concave portion on the surface of the protective film is a star shape. 前記保護膜の表面と直交する面における前記凹部の断面形状は、前記保護膜の表面に向かうにつれて幅が狭くなる逆テーパー形状であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。   The cross-sectional shape of the concave portion on a surface orthogonal to the surface of the protective film is an inversely tapered shape whose width becomes narrower toward the surface of the protective film. The inkjet head as described. 前記保護膜の表面において、前記凹部の開口部の全断面積は、前記ノズルプレートが接着する領域の面積の10%以上であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。   The total cross-sectional area of the opening of the recess on the surface of the protective film is 10% or more of the area of the region to which the nozzle plate is bonded. Inkjet head. 前記ノズルプレートの形成材料は、ポリイミドであることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to any one of claims 1 to 10, wherein a material for forming the nozzle plate is polyimide. 前記接着剤は、エポキシ系接着剤であることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 1, wherein the adhesive is an epoxy adhesive. 請求項1から12のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記凹部をレーザの照射により形成する加工工程を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
It is a manufacturing method of the ink-jet head according to any one of claims 1 to 12,
The manufacturing method of the inkjet head characterized by including the process process which forms the said recessed part by laser irradiation.
前記レーザは、エキシマレーザであることを特徴とする請求項13に記載のインクジェットヘッドの製造方法。   The method of manufacturing an ink jet head according to claim 13, wherein the laser is an excimer laser.
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