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JP2009119773A - Nozzle plate for liquid discharging head and method for manufacturing the same - Google Patents

Nozzle plate for liquid discharging head and method for manufacturing the same Download PDF

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JP2009119773A
JP2009119773A JP2007297816A JP2007297816A JP2009119773A JP 2009119773 A JP2009119773 A JP 2009119773A JP 2007297816 A JP2007297816 A JP 2007297816A JP 2007297816 A JP2007297816 A JP 2007297816A JP 2009119773 A JP2009119773 A JP 2009119773A
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JP
Japan
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nozzle plate
substrate
etching
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discharge port
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Application number
JP2007297816A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoko Miyaura
智子 宮浦
Isao Doi
勲 土井
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nozzle plate for a miniaturized liquid discharging head capable of facilitating cleaning and a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: This nozzle plate for a liquid discharging head is made of an Si substrate having a plurality of through-holes and is so constituted that one opening of each through-hole functions as a discharge nozzle for discharging a liquid droplet. The opening of the discharge nozzle is formed in a rectangular shape. The plurality of discharge nozzles are arranged in a parallel movement relation. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体吐出ヘッド用ノズルプレート及び液体吐出ヘッド用ノズルプレート製造方法に関する。   The present invention relates to a nozzle plate for a liquid discharge head and a method for manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head.

近年、インクジェット式プリンタは高速・高解像度な印刷が要求されている。このプリンタに用いられるインクジェット式記録ヘッドの構成部品の形成方法にマイクロマシン分野の微細加工技術であるシリコン基板等を対象とした半導体プロセスが用いられている。このため、シリコン基板にエッチングを施すことにより微細な構造体を形成する方法が数多く提案されている。   In recent years, inkjet printers are required to print at high speed and high resolution. A semiconductor process for a silicon substrate or the like, which is a fine processing technique in the micromachine field, is used as a method for forming the components of the ink jet recording head used in this printer. For this reason, many methods for forming a fine structure by etching a silicon substrate have been proposed.

インクジェット式記録ヘッドに用いられるノズルを有しているノズルプレートは、例えば直径が5μmから10μmといった微小な開口のノズルが複数個配列した厚みが数百μm程度の板状の部材である。このノズルプレートに、別途用意するノズルに連通するインク室、圧力室、インク供給路等を備えたボディプレートを貼り合わせ、更に圧力室を変形させる圧電素子等のアクチュエータを設けて液体吐出ヘッドを構成する。液体吐出ヘッドは、アクチュエータにより圧力室を変形させ、この変形により圧力室内の液体に圧力を加え、圧力室内の液体をノズルの開口(吐出口)から液滴として吐出する。この時、液体を記録用インクとし、記録信号に基づいて記録ヘッドを記録用紙に対して相対移動させ、適宜インク滴を吐出することにより記録紙に記録を行う。   A nozzle plate having nozzles used in an ink jet recording head is a plate-like member having a thickness of about several hundreds μm in which a plurality of nozzles having a minute opening having a diameter of 5 μm to 10 μm, for example. A liquid discharge head is constructed by attaching a body plate having an ink chamber, a pressure chamber, an ink supply path, etc., which communicates with a nozzle prepared separately, to this nozzle plate, and further providing an actuator such as a piezoelectric element for deforming the pressure chamber. To do. The liquid discharge head deforms the pressure chamber by an actuator, applies pressure to the liquid in the pressure chamber by this deformation, and discharges the liquid in the pressure chamber as droplets from the opening (discharge port) of the nozzle. At this time, recording is performed on the recording paper by using the liquid as recording ink, moving the recording head relative to the recording paper based on the recording signal, and appropriately discharging ink droplets.

このようにして、吐出口よりインク滴の吐出を続けていると、例えば液体吐出ヘッドが稼動していない時に、吐出口の周囲に付着したインクが乾燥して、徐々にノズルに目詰まりが生じ、適量のインクが記録紙に十分に到達しないといった不具合が生じる。こうした印字品質が低下したり、印字不可能な状態に陥るといった不具合が生じないように、ノズルプレートの液滴を吐出する吐出口のある面(吐出面)に対して拭き取りを行うブレード(クリーニングブレード)を押し当てた状態で、クリーニングブレードを移動して目詰まりを生じるインク溜まりの拭き取りを行う清掃方法がある。拭き取りを行う例として、以下がある。   In this way, if ink droplets continue to be ejected from the ejection port, for example, when the liquid ejection head is not operating, the ink adhering to the periphery of the ejection port dries and the nozzle gradually becomes clogged. This causes a problem that an appropriate amount of ink does not reach the recording paper sufficiently. A blade (cleaning blade) that wipes the surface (discharge surface) of the nozzle plate with the discharge ports for discharging droplets so as not to cause problems such as deterioration in print quality or inability to print. There is a cleaning method in which a cleaning blade is moved to wipe off an ink reservoir that causes clogging in a state in which the nozzle is pressed. Examples of wiping include the following.

クリーニングブレードは、液体吐出ヘッドの洗浄時にノズルプレートに圧接して残存した洗浄液を払拭する吸液性部と、インク充填時並びにクリーニング時にノズルプレートを圧接して残存したインク並びに異物を払拭する圧接部とをそれぞれ個別に備えている。ブレードの吸液性部と圧接部との切り替えをキャリッジ移動方向に対して垂直方向に移動させて行い、拭き取りをキャリッジ移動方向に移動して行っている(特許文献1参照)。
特開2003−376211号公報
The cleaning blade has a liquid-absorbing part that wipes away the remaining cleaning liquid by pressing against the nozzle plate during cleaning of the liquid discharge head, and a pressure-contacting part that wipes away ink and foreign matters remaining by pressing the nozzle plate during ink filling and cleaning. Are individually provided. Switching between the liquid absorbing portion and the pressure contact portion of the blade is performed by moving the blade in a direction perpendicular to the carriage moving direction, and wiping is performed by moving in the carriage moving direction (see Patent Document 1).
JP 2003-376221 A

発明者らは、特許文献1のノズルプレートとクリーニングブレードのように拭き取りを一方向に行う方法で、液滴を吐出する吐出口の清掃実験を行った。具体的には、図10に示すように、吐出口が円形のノズルを有しているノズルプレートの吐出面90を一方向(図中の→方向)にクリーニングブレード92を移動して拭き取りを行い、その開口94を観察した。その結果、開口94のAで示す部分に拭き残りが生じてしまう問題があった。   The inventors conducted a cleaning experiment of a discharge port that discharges droplets by a method of wiping in one direction like the nozzle plate and cleaning blade of Patent Document 1. Specifically, as shown in FIG. 10, the cleaning blade 92 is moved in one direction (→ direction in the figure) to wipe the discharge surface 90 of the nozzle plate having a circular nozzle. The opening 94 was observed. As a result, there is a problem that unwiping remains occur in the portion indicated by A in the opening 94.

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、清掃が容易で小型の液体吐出ヘッド用ノズルプレート及び液体吐出ヘッド用ノズルプレート製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a liquid discharge head nozzle plate that is easy to clean and a liquid discharge head nozzle plate manufacturing method. is there.

上記の課題は、以下の構成により解決される。   Said subject is solved by the following structures.

1. 貫通孔を複数個有するSi基板からなり、前記貫通孔の一方の開口が液滴を吐出する吐出口である液体吐出ヘッド用ノズルプレートにおいて、
前記吐出口の開口形状は、長方形であって、
複数個の前記吐出口は、互いに平行移動の関係に配置していることを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
1. In the nozzle plate for a liquid discharge head, which is composed of a Si substrate having a plurality of through holes, and one opening of the through hole is a discharge port for discharging a droplet.
The opening shape of the discharge port is a rectangle,
The nozzle plate for a liquid discharge head, wherein the plurality of discharge ports are arranged in a parallel movement relationship with each other.

2. 前記吐出口は、等間隔で配列していることを特徴とする1に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。   2. 2. The nozzle plate for a liquid discharge head according to 1, wherein the discharge ports are arranged at equal intervals.

3. 前記貫通孔は、前記Si基板の一方の面に長方形を開口形状とする大径部と、前記Si基板の他方の面に長方形を開口形状とし、前記大径部の断面積より小さい断面積の前記吐出口を開口とする小径部とからなり、
前記大径部の開口形状を成す互いに直交する2つの辺と、前記吐出口の開口形状を成す互いに直交する2つの辺とは、2組の平行関係を成していることを特徴とする1又は2に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
3. The through-hole has a large-diameter portion having a rectangular opening on one surface of the Si substrate, and a rectangular opening on the other surface of the Si substrate, and has a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the large-diameter portion. It consists of a small diameter part with the discharge port as an opening,
The two sides orthogonal to each other forming the opening shape of the large-diameter portion and the two sides orthogonal to each other forming the opening shape of the discharge port form two sets of parallel relations 1 Or the nozzle plate for liquid discharge heads of 2.

4. 前記吐出口の開口形状の前記長方形は、正方形であることを特徴とする1乃至3の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。   4). The nozzle plate for a liquid discharge head according to any one of claims 1 to 3, wherein the rectangular shape of the opening of the discharge port is a square.

5. 前記Si基板の前記吐出口を有する面に撥液層を有することを特徴とする1乃至4の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。   5). The nozzle plate for a liquid discharge head according to any one of claims 1 to 4, further comprising a liquid repellent layer on a surface of the Si substrate having the discharge port.

6. 4に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートを製造する液体吐出ヘッド用ノズルプレート製造方法であって、
厚み方向の結晶方位が(100)、且つ厚み方向と垂直な面内の結晶方位が(110)とするSi基板の表面にエッチングマスクとなる膜を備えた基板を準備する工程と、
前記(110)の結晶方位に対する平行方向及び垂直方向に、それぞれ平行な2つの辺を含む正方形を前記吐出口の形状として形成するマスクパターンが円形である前記エッチングマスクを前記膜に形成する工程と、
前記エッチングマスクを用いて、フォトリソグラフィー処理及びエッチング処理を行い、前記Si基板に前記エッチングマスクに基づいて開口形状が円形の貫通孔を形成する工程と、
前記円形の貫通孔を形成した前記Si基板をアルカリ溶液に浸漬して前記Si基板を選択エッチングし、前記貫通孔の開口形状が正方形である前記吐出口を形成する工程と、
正方形の前記吐出口を形成した後、前記エッチングマスクを前記Si基板より除去する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレート製造方法。
6). A liquid discharge head nozzle plate manufacturing method for manufacturing the liquid discharge head nozzle plate according to claim 4,
Preparing a substrate having a film serving as an etching mask on the surface of the Si substrate having a crystal orientation in the thickness direction of (100) and an in-plane crystal orientation in the plane perpendicular to the thickness direction of (110);
Forming the etching mask on the film, wherein the mask pattern for forming a square including two sides parallel to the crystal orientation of (110) and a direction perpendicular to the crystal orientation as the shape of the discharge port is circular. ,
Performing a photolithography process and an etching process using the etching mask, and forming a through hole having a circular opening shape on the Si substrate based on the etching mask;
Immersing the Si substrate in which the circular through hole is formed in an alkaline solution to selectively etch the Si substrate, and forming the discharge port in which the opening shape of the through hole is square; and
And a step of removing the etching mask from the Si substrate after forming the square discharge port.

7. 前記エッチング処理は、エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返すSi異方性ドライエッチング処理であることを特徴とする6に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート製造方法。   7. 7. The method of manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 6, wherein the etching process is a Si anisotropic dry etching process in which etching and sidewall protective film formation are alternately repeated.

8. 前記Si基板の前記吐出口を有する面に撥液層を設ける工程を有することを特徴とする6又は7に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート製造方法。   8). 8. The method for producing a nozzle plate for a liquid ejection head according to 6 or 7, further comprising a step of providing a liquid repellent layer on the surface of the Si substrate having the ejection port.

本発明の液体吐出ヘッド用ノズルプレートによれば、複数個ある液滴を吐出する吐出口の開口形状は長方形であり、複数個の吐出口は互いに平行移動の関係に配列している。このため、吐出口の長方形を成す互いに直交する2つの辺方向に沿って拭き取りを行うと、吐出口に吐出液の拭き残りがほとんどない状態とすることができる。また、例えば、長方形を正方形とすると、正方形の開口は、開口の断面積が同じ円形と比較して円の直径より正方形の1辺の長さの方が短いため、同じ吐出量を得る開口を複数個配列する周期をより小さくすることができる。   According to the nozzle plate for a liquid discharge head of the present invention, the opening shape of the discharge ports for discharging a plurality of droplets is a rectangle, and the plurality of discharge ports are arranged in a translational relationship. For this reason, when wiping is performed along two mutually orthogonal side directions that form a rectangular shape of the discharge port, the discharge port can be in a state where there is almost no remaining wiping of the discharge liquid. Further, for example, if the rectangle is a square, the square opening has an opening that obtains the same discharge amount because the length of one side of the square is shorter than the diameter of the circle compared to a circle having the same cross-sectional area. The period of arranging a plurality can be further reduced.

また、液体吐出ヘッド用ノズルプレート製造方法によれば、特定の結晶方位を備えているSi基板に液滴を吐出する吐出口の開口形状が正方形である貫通孔を効率よく製造することができる。   Also, according to the nozzle plate manufacturing method for a liquid discharge head, it is possible to efficiently manufacture a through-hole having a square opening shape for discharging droplets onto a Si substrate having a specific crystal orientation.

従って、清掃が容易で小型の液体吐出ヘッド用ノズルプレート及びこの液体吐出ヘッド用ノズルプレートを効率良く製造する液体吐出ヘッド用ノズルプレート製造方法を提供することができる。   Accordingly, it is possible to provide a nozzle plate for a liquid discharge head that is easy to clean and small, and a method for manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head that efficiently manufactures the nozzle plate for a liquid discharge head.

本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。液体吐出ヘッド用ノズルプレートにおいて、吐出口の形状が円形状のノズルの吐出面をクリーニングブレードで一方向に拭き取りを行うと、図10の開口94のAで示す位置に拭き残り生じる。発明者らは、更に図11に示すように、拭き取り方向を上記で行った方向に加えて、直交する方向にも拭き取りを行った。その結果、図11の開口94のBで示す位置に拭き残りが生じた。更に、同じ開口94に対して、例えば斜め45°方向等、方向を変えて拭き取りを行ったが、拭き残り量は減少するものの、拭き残りは依然としてあることが分かった。   Although the present invention will be described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to the embodiment. In the nozzle plate for a liquid discharge head, when the discharge surface of a nozzle having a circular discharge port shape is wiped in one direction with a cleaning blade, wiping remains at the position indicated by A in the opening 94 in FIG. Furthermore, as shown in FIG. 11, the inventors performed wiping in a direction perpendicular to the direction in which the wiping direction was performed as described above. As a result, a wiping residue occurred at the position indicated by B in the opening 94 in FIG. Further, wiping was performed on the same opening 94 by changing the direction, for example, at an angle of 45 °, but it was found that although the remaining amount of wiping decreased, there was still wiping remaining.

発明者らは、拭き取り方向と図10、図11に示すような拭き残り状態を検討した結果、ノズルの開口形状を円形でなく、長方形(正方形を含む)にすることに着目した。図9に示すように、ノズルの開口84の形状を正方形として、最初に吐出面80の開口84の直交する2辺の一方の辺に平行な方向に沿ってクリーニングブレード82を移動させて拭き取りを行うと、図9(a)のCで示す位置に拭き残りがある。引き続いて、図9(b)に示すように、直交する2辺の他方の辺に平行な方向に沿ってクリーニングブレード82を移動させて拭き取りを行うと、拭き残りがほとんど生じないことが分かった。図9では開口84を正方形で説明したが、長方形としても同じである。   As a result of examining the wiping direction and the unwiped state as shown in FIGS. 10 and 11, the inventors have focused on making the nozzle opening shape a rectangle (including a square) instead of a circle. As shown in FIG. 9, the shape of the nozzle opening 84 is a square, and the cleaning blade 82 is first moved along a direction parallel to one of the two orthogonal sides of the opening 84 of the ejection surface 80 for wiping. If it does, there will be wiping residue in the position shown by C of Drawing 9 (a). Subsequently, as shown in FIG. 9B, it was found that when the cleaning blade 82 was moved along the direction parallel to the other of the two orthogonal sides, wiping was hardly caused. . In FIG. 9, the opening 84 is described as a square, but the same is true for a rectangle.

これより、吐出面に開口形状が長方形の複数の吐出口が平行移動の関係に配列しているノズルプレートにおいて、開口形状の長方形の互いに直交する2辺の方向にクリーニングブレードを移動させることにより、吐出口を拭き残りがほとんど無い状態で良好に清掃することができる。以下、ノズルの開口形状を正方形とするノズルプレートに関して説明する。   Thus, in the nozzle plate in which a plurality of discharge ports having a rectangular opening shape are arranged in a parallel movement relationship on the discharge surface, by moving the cleaning blade in the direction of two sides of the rectangular opening shape, The discharge port can be cleaned well with almost no wiping residue remaining. Hereinafter, a nozzle plate having a square nozzle opening shape will be described.

図1は液体吐出ヘッドの例であるインクジェット式記録ヘッド(以下、記録ヘッドと称する。)Hを構成している、ノズルプレート1、ボディプレート2、圧電素子3を模式的に示している。   FIG. 1 schematically shows a nozzle plate 1, a body plate 2, and a piezoelectric element 3 constituting an ink jet recording head (hereinafter referred to as a recording head) H which is an example of a liquid discharge head.

ノズルプレート1には、インク吐出のため吐出口(吐出面12における開口)の開口形状が正方形のノズル11を複数個配列してある。また、ボディプレート2には、ノズルプレート1を貼り合わせることで、圧力室となる圧力室溝24、インク供給路となるインク供給路溝23及び共通インク室となる共通インク室溝22、並びにインク供給口21が形成されている。   In the nozzle plate 1, a plurality of nozzles 11 having a square opening shape (opening in the discharge surface 12) for ink discharge are arranged. Further, the nozzle plate 1 is bonded to the body plate 2 so that the pressure chamber groove 24 serving as a pressure chamber, the ink supply path groove 23 serving as an ink supply path, the common ink chamber groove 22 serving as a common ink chamber, and the ink. A supply port 21 is formed.

そして、ノズルプレート1のノズル11とボディプレート2の圧力室溝24とが一対一で対応するようにノズルプレート1とボディプレート2とを貼り合わせることで流路ユニットMを形成する。ここで、以後、上記で説明に使用した圧力室溝、供給路溝、共通インク室溝の各符号はそれぞれ圧力室、供給路、共通インク室にも使用する。   And the flow path unit M is formed by bonding the nozzle plate 1 and the body plate 2 so that the nozzle 11 of the nozzle plate 1 and the pressure chamber groove 24 of the body plate 2 correspond one-to-one. Hereafter, the reference numerals of the pressure chamber groove, the supply path groove and the common ink chamber groove used in the above description are also used for the pressure chamber, the supply path and the common ink chamber, respectively.

ここで、図2は、この記録ヘッドHにおけるノズルプレート1のY−Y’、及びボディプレート2のX−X’の位置での断面を模式的に示している。図2が示しているように、流路ユニットMに圧電素子3をインク吐出用アクチュエータとしてボディプレート2のノズルプレート1を接着する面と反対の各圧力室24の底部25の面に接着することで、記録ヘッドHが完成する。この記録ヘッドHの各圧電素子3に駆動パルス電圧が印加され、圧電素子3から発生する振動が圧力室24の底部25に伝えられ、この底部25の振動により圧力室24内の圧力を変動させることでノズル11からインク滴を吐出させる。   Here, FIG. 2 schematically shows a cross section of the recording head H at the positions of Y-Y ′ of the nozzle plate 1 and X-X ′ of the body plate 2. As shown in FIG. 2, the piezoelectric element 3 is bonded to the flow path unit M to the surface of the bottom 25 of each pressure chamber 24 opposite to the surface to which the nozzle plate 1 of the body plate 2 is bonded. Thus, the recording head H is completed. A drive pulse voltage is applied to each piezoelectric element 3 of the recording head H, and vibration generated from the piezoelectric element 3 is transmitted to the bottom 25 of the pressure chamber 24, and the pressure in the pressure chamber 24 is changed by the vibration of the bottom 25. Thus, ink droplets are ejected from the nozzle 11.

図3にノズルプレート1の例としてノズル11の周辺部を示す。図3(a)は断面図、(b)は上面図で、ノズル11が複数個配列している様子を示している。図3のノズルプレート1は、Si基板30にノズル11が形成してあり、ノズル11の吐出面12に撥液層45が設けてある。ノズル11は、大径部15及び小径部14から構成され、大径部15、小径部14は、共に断面形状が正方形となっており、それぞれの断面積は、大径部15の方が小径部14より大きい。又、大径部15の開口形状の中心と小径部14の開口形状の中心は同心としている。小径部14の吐出面12の開口は吐出口である。   FIG. 3 shows a peripheral portion of the nozzle 11 as an example of the nozzle plate 1. 3A is a cross-sectional view, and FIG. 3B is a top view showing a state in which a plurality of nozzles 11 are arranged. In the nozzle plate 1 of FIG. 3, the nozzle 11 is formed on the Si substrate 30, and the liquid repellent layer 45 is provided on the ejection surface 12 of the nozzle 11. The nozzle 11 includes a large-diameter portion 15 and a small-diameter portion 14, and the large-diameter portion 15 and the small-diameter portion 14 both have a square cross-sectional shape, and the large-diameter portion 15 has a smaller cross-sectional area. Greater than part 14. The center of the opening shape of the large diameter portion 15 and the center of the opening shape of the small diameter portion 14 are concentric. The opening of the discharge surface 12 of the small diameter portion 14 is a discharge port.

図3(b)に示すように、ノズル11の吐出口の開口形状は正方形であり、複数のノズル11は、互いに平行移動の関係を維持して等間隔で一列に配列している。また、大径部15の開口形状を成す互いに直交する2つの辺と、小径部14の開口形状を成す互いに直交する2つの辺とは、2組の平行関係を成している。従って、この例では、大径部15は、小径部14と同様に、互いに平行移動の関係を維持して等間隔で一列に配列している。   As shown in FIG. 3B, the opening shape of the discharge port of the nozzle 11 is a square, and the plurality of nozzles 11 are arranged in a line at equal intervals while maintaining a parallel movement relationship. In addition, two orthogonal sides forming the opening shape of the large diameter portion 15 and two orthogonal sides forming the opening shape of the small diameter portion 14 form two sets of parallel relations. Therefore, in this example, similarly to the small diameter portion 14, the large diameter portions 15 are arranged in a line at equal intervals while maintaining the relationship of translation.

図3(c)に示すように、ノズル11を千鳥状に2列の配列としてもよい。この場合も、図3(b)と同様に、ノズル11の吐出口の開口形状は正方形であり、複数のノズル11は、互いに平行移動の関係を維持し、等間隔で2列に配列している。また、大径部15の開口形状を成す互いに直交する2つの辺と、小径部14の開口形状を成す互いに直交する2つの辺とは、2組の平行関係を成している。   As shown in FIG. 3C, the nozzles 11 may be arranged in two rows in a staggered manner. Also in this case, similarly to FIG. 3B, the opening shape of the discharge port of the nozzle 11 is a square, and the plurality of nozzles 11 maintain a parallel movement relationship and are arranged in two rows at equal intervals. Yes. In addition, two orthogonal sides forming the opening shape of the large diameter portion 15 and two orthogonal sides forming the opening shape of the small diameter portion 14 form two sets of parallel relations.

ここで、小径部14を例にして、小径部14の吐出口の開口形状を円形、正方形とした場合、吐出口の断面積を同じとして等間隔Lで一列にN個配列した状態を図4に示す。円の直径dは、正方形の1辺の長さaの2/π1/2倍(約1.13倍)となる。このため、図4に示すように、小径部14を等間隔Lで一列にN個並べた場合、円形の小径部14は、正方形の小径部14と比較して、1個当たりΔh(=(2/π1/2−1)×d)だけ長いことから、N×Δhだけ配列方向に長くなる。小径部14の開口形状を円形の場合と正方形の場合とを比較すると、開口形状を正方形とする方がより密に小径部14を配列することができる。従って、ノズルプレート1を小型にすることができる。尚、上記は小径部14を例にして説明したが、大径部15としても同じであることは勿論である。 Here, taking the small-diameter portion 14 as an example, when the opening shape of the discharge port of the small-diameter portion 14 is circular or square, a state where N cross-sectional areas of the discharge port are the same and arranged in a row at equal intervals L is shown in FIG. Shown in The diameter d of the circle is 2 / π 1/2 times (about 1.13 times) the length a of one side of the square. Therefore, as shown in FIG. 4, when N small-diameter portions 14 are arranged in a line at equal intervals L, the circular small-diameter portions 14 are compared with the square small-diameter portions 14 by Δh (= ( Since it is long by 2 / π 1/2 -1) × d), it is long in the arrangement direction by N × Δh. Comparing the case where the small-diameter portion 14 has a circular opening shape and a square shape, the small-diameter portions 14 can be arranged more densely when the opening shape is square. Therefore, the nozzle plate 1 can be reduced in size. The above description has been made by taking the small-diameter portion 14 as an example, but the large-diameter portion 15 is of course the same.

Siからなるノズルプレート1を製造することに関して図5、図6に沿って説明する。大径部15及び小径部14は、それぞれSi基板30の対向する面から形成する。   The manufacture of the nozzle plate 1 made of Si will be described with reference to FIGS. The large-diameter portion 15 and the small-diameter portion 14 are formed from opposing surfaces of the Si substrate 30, respectively.

Si基板30の厚み方向の結晶方位は(100)であり、厚み方向に対して垂直な面内に結晶方位(110)を有している。ノズルプレートの製造時の結晶方位の判別を容易とするため、Si基板30の結晶方位(110)の方向に位置合わせ用の切り欠きであるオリフラOF(Orientation Flat)を設けるのが好ましい(図7参照)。   The crystal orientation in the thickness direction of the Si substrate 30 is (100), and the crystal orientation (110) is in a plane perpendicular to the thickness direction. In order to facilitate the determination of the crystal orientation at the time of manufacturing the nozzle plate, it is preferable to provide an orientation flat (Orientation Flat) which is a notch for alignment in the direction of the crystal orientation (110) of the Si substrate 30 (FIG. 7). reference).

まず大径部15の形成に関して図5に沿って説明する。Si基板30に大径部15を形成する方法は、特に限定されないが、後述する小径部14と同じくエッチングとコーティングとを交互に繰り返すSi異方性ドライエッチング方法を用いることができる。このSi異方性ドライエッチング方法によるエッチングを行う際のエッチングマスクとなるSiO2からなる熱酸化膜32、31を両面に設けてあるSi基板30を準備する(図5(a))。尚、エッチングマスクとなる膜は、上記の熱酸化膜に限定されることはなく、Siのドライエッチング及び後述のアルカリ溶液のエッチングに対してエッチングマスクとなる膜であればよく、例えば感光性ポリイミド膜が挙げられる。熱酸化膜32、31の厚みは、以降で行うSi異方性ドライエッチング、アルカリ溶液によるエッチングに対してもマスクとして機能する厚みとしておく。 First, the formation of the large diameter portion 15 will be described with reference to FIG. A method for forming the large diameter portion 15 on the Si substrate 30 is not particularly limited, but an Si anisotropic dry etching method in which etching and coating are alternately repeated as in the small diameter portion 14 described later can be used. An Si substrate 30 is prepared in which thermal oxide films 32 and 31 made of SiO 2 serving as etching masks for etching by this Si anisotropic dry etching method are provided on both surfaces (FIG. 5A). The film serving as an etching mask is not limited to the above-described thermal oxide film, and any film may be used as long as it serves as an etching mask for dry etching of Si and etching of an alkaline solution described later. A membrane is mentioned. The thickness of the thermal oxide films 32 and 31 is set to a thickness that functions as a mask for subsequent Si anisotropic dry etching and etching with an alkaline solution.

次に大径部15を形成する側の熱酸化膜32の面にフォトレジスト34を塗布(図5(b))後、大径部15を形成するためのフォトレジストパターン34aを形成する(図5(c))。Si基板30におけるフォトレジストパターン34aの様子を示す上面図を図7に模式的に示す。図7の拡大部Kは、後述の大径部15を形成する円形状のエッチングマスクを形成するための円形レジストパターン部M15を拡大して示している。Si基板30のオリフラOFに対して、ノズルプレート1の大径部15を形成するための円形レジストパターン部M15は円形状とし、その配列方向(矢印F)は、オリフラの方向(矢印G)と平行とする。このようにすると、大径部15は、結晶方位(110)の方向に並ぶことになり、後述のアルカリ溶液によるウエットエッチングで形成される大径部15の開口形状である正方形の直交する2辺が結晶方位(110)方向及びこれに垂直な方向と同じ方向とすることができる。   Next, after applying a photoresist 34 to the surface of the thermal oxide film 32 on the side where the large diameter portion 15 is to be formed (FIG. 5B), a photoresist pattern 34a for forming the large diameter portion 15 is formed (FIG. 5). 5 (c)). A top view showing the state of the photoresist pattern 34a on the Si substrate 30 is schematically shown in FIG. An enlarged portion K in FIG. 7 shows an enlarged circular resist pattern portion M15 for forming a circular etching mask for forming a large-diameter portion 15 described later. The circular resist pattern portion M15 for forming the large diameter portion 15 of the nozzle plate 1 is circular with respect to the orientation flat OF of the Si substrate 30, and the arrangement direction (arrow F) is the orientation flat direction (arrow G). Parallel. In this way, the large-diameter portions 15 are arranged in the direction of the crystal orientation (110), and two orthogonal sides of a square that is an opening shape of the large-diameter portion 15 formed by wet etching using an alkali solution described later. May be the same as the crystal orientation (110) direction and the direction perpendicular thereto.

フォトレジストパターン34aをエッチングマスクとして、例えばCHF3を用いたドライエッチングにより熱酸化膜パターン32aを形成し(図5(d))、これをSi異方性ドライエッチング方法におけるエッチングマスクとする。 A thermal oxide film pattern 32a is formed by dry etching using, for example, CHF 3 using the photoresist pattern 34a as an etching mask (FIG. 5D), and this is used as an etching mask in the Si anisotropic dry etching method.

酸素プラズマによるアッシング等によりフォトレジストパターン34aを除去後(図5(e))、エッチングとコーティングとを交互に繰り返すSi異方性ドライエッチング方法より大径部15を形成する(図5(f))。異方性エッチング方法を行うエッチング装置は、ICP(Inductive Coupling Plasma)を用いるRIE(Reactive Ion Etching)装置が好ましく、例えば、エッチング時のエッチングガスとして、6フッ化硫黄(SF6)、コーティング時のデポジションガスとしてフッ化炭素(C48)を交互に使用する。熱酸化膜パターン32aは、以降のアルカリ溶液によるエッチングマスクとして使用する。尚、大径部15を形成する方法を上記ではエッチングとコーティングとを交互に繰り返す異方性エッチング方法としたが、これに限定されない。また、大径部15の深さ(長さ)は、所定の深さとなるように、予め大径部15を形成する方法、装置を用いて実験等を行うことで形成条件を決めればよい。 After removing the photoresist pattern 34a by ashing with oxygen plasma or the like (FIG. 5E), the large diameter portion 15 is formed by an Si anisotropic dry etching method in which etching and coating are alternately repeated (FIG. 5F). ). Etching apparatus for performing the anisotropic etching method, ICP (Inductive Coupling Plasma) RIE (Reactive Ion Etching) apparatus is preferably used, for example, as an etching gas during etching, sulfur hexafluoride (SF 6), at the time of coating Fluorocarbon (C 4 F 8 ) is used alternately as a deposition gas. The thermal oxide film pattern 32a is used as a subsequent etching mask with an alkaline solution. In the above description, the method for forming the large diameter portion 15 is an anisotropic etching method in which etching and coating are alternately repeated. However, the method is not limited to this. Moreover, what is necessary is just to determine formation conditions by conducting an experiment etc. using the method and apparatus which form the large diameter part 15 previously, and the depth (length) of the large diameter part 15 may become predetermined | prescribed depth.

次に、小径部14の形成に関して図6に沿って説明する。小径部14はエッチングとコーティングとを交互に繰り返すSi異方性ドライエッチング方法を用いて形成する。形成方法は、上記の大径部15の場合と同様であり、以下に説明する。   Next, the formation of the small diameter portion 14 will be described with reference to FIG. The small-diameter portion 14 is formed using a Si anisotropic dry etching method in which etching and coating are alternately repeated. The forming method is the same as that in the case of the large-diameter portion 15 and will be described below.

図6(a)に示す大径部15が形成されたSi基板30において、小径部14が形成される側の熱酸化膜31の面にフォトレジスト44を塗布(図6(b))後、小径部14を形成するためのフォトレジストパターン44aを形成する(図6(c))。小径部14の吐出口の開口形状の中心は、大径部15の開口形状の中心と同心とし、大径部15と連通するように形成するため、小径部14が配列する方向は、大径部の場合と同様にオリフラの方向と平行となり、また小径部14の形成するためのマスク形状は、円形である。   In the Si substrate 30 in which the large-diameter portion 15 shown in FIG. 6A is formed, a photoresist 44 is applied to the surface of the thermal oxide film 31 on the side where the small-diameter portion 14 is formed (FIG. 6B). A photoresist pattern 44a for forming the small diameter portion 14 is formed (FIG. 6C). Since the center of the opening shape of the discharge port of the small diameter portion 14 is concentric with the center of the opening shape of the large diameter portion 15 and is formed so as to communicate with the large diameter portion 15, the direction in which the small diameter portions 14 are arranged has a large diameter. As in the case of the portion, the mask shape for forming the small-diameter portion 14 is circular, which is parallel to the orientation flat direction.

フォトレジストパターン44aをエッチングマスクとして、熱酸化膜パターン31aを形成し(図6(d))、これをSi異方性ドライエッチング方法におけるエッチングマスクとする。フォトレジストパターン44aを除去後(図6(e))、エッチングとコーティングとを交互に繰り返すSi異方性ドライエッチング方法により小径部14を大径部15に貫通するまで形成する(図6(f))。小径部14の形成終了後の熱酸化膜パターン31aは、以降のアルカリ溶液によるエッチングマスクとして使用する。   A thermal oxide film pattern 31a is formed using the photoresist pattern 44a as an etching mask (FIG. 6D), and this is used as an etching mask in the Si anisotropic dry etching method. After the photoresist pattern 44a is removed (FIG. 6E), the small diameter portion 14 is formed through the large diameter portion 15 by the Si anisotropic dry etching method in which etching and coating are alternately repeated (FIG. 6F). )). The thermal oxide film pattern 31a after the formation of the small-diameter portion 14 is used as an etching mask with a subsequent alkaline solution.

次に、Si基板30をアルカリ溶液に浸漬してウエットエッチングを行う。Si基板30は、その結晶方位によりアルカリ溶液のエッチング速度が大きく異なる選択エッチングが可能である。つまり、結晶方位(111)方向のエッチング速度が(100)方向や(110)方向のエッチング速度に比べて100倍以上遅く、エッチングが進行して(111)面が露出するとあたかもエッチングが停止したように振舞う。このエッチング性質を利用して、Si基板30をアルカリ溶液で選択エッチングすると、開口形状を円形から正方形に加工できる。エッチングマスクが円形であることで、アルカリ溶液によるエッチング作用が制限される中、開口形状が全体に大きくなりながらも、選択エッチング作用の働きが強い方向があるため正方形となる。このエッチングは、緩やかに進むため、形状の制御が容易であるため加工精度が極めてよく、所望の形状を得ることができる。   Next, wet etching is performed by immersing the Si substrate 30 in an alkaline solution. The Si substrate 30 can be selectively etched with a significantly different etching rate of the alkaline solution depending on the crystal orientation. That is, the etching rate in the crystal orientation (111) direction is more than 100 times slower than the etching rate in the (100) direction and the (110) direction, and the etching seems to stop when the etching progresses and the (111) plane is exposed. Behave. Using this etching property, when the Si substrate 30 is selectively etched with an alkaline solution, the opening shape can be processed from a circle to a square. Since the etching mask is circular and the etching action by the alkaline solution is limited, the shape of the opening becomes large as a whole, but the shape becomes a square because there is a direction in which the selective etching action is strong. Since this etching proceeds slowly, the shape can be easily controlled, so that the processing accuracy is very good, and a desired shape can be obtained.

Si基板を選択エッチングするアルカリ溶液は、選択性(異方性ともいう)を示す、例えばKOH、NaOH等が挙げられるが、これらに限定されることはなく、公知のSi対応の選択エッチング液を用いることができ、これらのエッチング液を所望のエッチング速度により濃度、温度を適宜設定すればよい。   Examples of the alkaline solution for selectively etching the Si substrate include selectivity (also referred to as anisotropy), such as KOH and NaOH. However, the alkaline solution is not limited thereto, and a known selective etchant for Si is used. The concentration and temperature of these etching solutions may be appropriately set depending on a desired etching rate.

ノズルの開口形状を正方形にするには、正方形のマスクを設けて、Si異方性ドライエッチングを行っても可能であるが、加工時間が上記のドライエッチングとアルカリ溶液によるウエットエッチングを組み合わせる方法に比較して長くなってしまう。また、アルカリ溶液によるウエットエッチングを行うと、ノズルの開口形状の正方形の角部が適度に丸みをおびるようにできるため、Si異方性ドライエッチングの切れのよい加工状態により生じやすい角部の欠けや角部周辺でのインク留りを抑えることができる。よって、本例の様にドライエッチングとアルカリ溶液によるウエットエッチングを組み合わせることで、効率よく製造できると共に良好な吐出性能を得ることができる。   To make the nozzle opening shape square, it is possible to provide a square mask and perform Si anisotropic dry etching, but the processing time is combined with the above dry etching and wet etching with an alkaline solution. It becomes longer compared. In addition, when wet etching with an alkaline solution is performed, the square corners of the nozzle opening shape can be appropriately rounded. Ink retention around corners and corners can be suppressed. Therefore, by combining dry etching and wet etching with an alkaline solution as in this example, it is possible to efficiently manufacture and obtain good discharge performance.

尚、ノズルの開口形状を正方形を除く長方形とする場合、長方形のマスクを設けて、Si異方性ドライエッチングを行って形成することができるが、これに限定されない。また、大径部の開口形状を正方形を除く長方形とする場合も上記と同じく、長方形のマスクを設けて、Si異方性ドライエッチングを行って形成することができるが、これに限定されない。   In addition, when making the opening shape of a nozzle into a rectangle except a square, a rectangular mask can be provided and Si anisotropic dry etching can be performed, but it is not limited to this. Further, when the opening shape of the large-diameter portion is a rectangle other than a square, it can be formed by providing a rectangular mask and performing Si anisotropic dry etching as described above, but is not limited thereto.

図8にアルカリ溶液のウエットエッチングによるノズルの開口の大きさの変化の例を示している。横軸は、アルカリ溶液への浸漬時間(エッチング時間)、縦軸はノズルの開口の大きさを示している。ノズルの開口の大きさは、開口形状が、エッチングの経過と共に円形から正方形に変化するため、外接円径で示している。図8においては、エッチング開始時は、直径約φ3.7μmの開口形状が円形のノズルが、エッチングが進行するに従い、次第に開口が大きくなることを示している。この例のアルカリ溶液(水溶液)の条件を、以下に示す。
(1)アルカリ液:クリンクA−27−a(商品名、吉村油化学(株)、主成分:メタケイ酸ナトリウム 19質量%、pH=12〜13)
(2)濃度(水溶液):4体積%
(3)温度:80℃
この例では、エッチング開始から60分経過した辺りから、開口形状が正方形と認められる状態になる。例えば、対角線長が約7μm(辺の長さが約5μm)の正方形の開口形状を形成するのであれば、まず、直径約φ3.7μmの円形の開口形状を有するノズルを形成し、その後、上記の条件のアルカリ溶液に120分浸漬してエッチングすれば得られることが分かる。
FIG. 8 shows an example of a change in the size of the nozzle opening due to the wet etching of the alkaline solution. The horizontal axis indicates the immersion time (etching time) in the alkaline solution, and the vertical axis indicates the size of the nozzle opening. The size of the opening of the nozzle is indicated by a circumscribed circle diameter because the opening shape changes from a circle to a square as the etching progresses. In FIG. 8, at the start of etching, a nozzle having a diameter of about 3.7 μm and a circular shape indicates that the opening gradually increases as etching progresses. The conditions of the alkaline solution (aqueous solution) in this example are shown below.
(1) Alkaline liquid: Crink A-27-a (trade name, Yoshimura Oil Chemical Co., Ltd., main component: sodium metasilicate 19% by mass, pH = 12-13)
(2) Concentration (aqueous solution): 4% by volume
(3) Temperature: 80 ° C
In this example, the opening shape is recognized as a square around 60 minutes after the start of etching. For example, if a square opening with a diagonal length of about 7 μm (side length of about 5 μm) is to be formed, first a nozzle having a circular opening with a diameter of about 3.7 μm is formed, and then the above-mentioned It can be seen that it can be obtained by immersing in an alkaline solution under the above conditions for 120 minutes and etching.

上記の様にアルカリ溶液に浸漬して所望の大きさの正方形の開口形状を吐出口とする小径部14を得た後、熱酸化膜パターン31a、32aを除去し、図7に示すように、一枚のSi基板30に複数のノズルプレートを形成しているのであれば、ダイシングソー等により個々のノズルプレートに分離することによりノズルプレート1が完成する(図6(g))。   After obtaining the small-diameter portion 14 having a square opening of a desired size as a discharge port by immersing in an alkali solution as described above, the thermal oxide film patterns 31a and 32a are removed, and as shown in FIG. If a plurality of nozzle plates are formed on one Si substrate 30, the nozzle plate 1 is completed by separating the nozzle plates into individual nozzle plates using a dicing saw or the like (FIG. 6G).

これまで説明した例では、Si基板30にまず大径部15を形成し次に小径部14を形成しているが、この順序を逆として、まず小径部14を形成し次に大径部15を形成することもできる。   In the example described so far, the large-diameter portion 15 is first formed on the Si substrate 30 and then the small-diameter portion 14 is formed. However, in reverse order, the small-diameter portion 14 is first formed, and then the large-diameter portion 15 is formed. Can also be formed.

好ましいノズルプレート1として、図1に示す様に吐出面12に撥液層45を設ける。これに関して説明する。吐出面12に撥液層45を設けることで、ノズル11から吐出される液体が吐出面12に馴染むことによる染み出しや広がりを抑制することができる。具体的には、例えば液体が水性であれば撥水性を有する材料が用いられ、液体が油性であれば撥油性を有する材料が用いられるが、一般に、FEP(四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン)、PTFE(ポリテトラフロロエチレン)、フッ素シロキサン、フルオロアルキルシラン、アモルファスパーフルオロ樹脂等のフッ素樹脂等が用いられることが多く、塗布や蒸着等の方法で吐出面12に成膜されている。膜厚の厚みは、特に限定されるものではないが、概ね0.1μmから3μmとするのが好ましい。   As a preferred nozzle plate 1, a liquid repellent layer 45 is provided on the ejection surface 12 as shown in FIG. This will be described. By providing the liquid-repellent layer 45 on the discharge surface 12, it is possible to prevent the liquid discharged from the nozzle 11 from seeping out and spreading due to the liquid surface becoming familiar with the discharge surface 12. Specifically, for example, a material having water repellency is used if the liquid is aqueous, and a material having oil repellency is used if the liquid is oily. Generally, FEP (ethylene tetrafluoride, propylene hexafluoride) is used. ), PTFE (polytetrafluoroethylene), fluorosiloxane such as fluorosiloxane, fluoroalkylsilane, amorphous perfluororesin, and the like are often used, and the film is formed on the discharge surface 12 by a method such as coating or vapor deposition. The thickness of the film is not particularly limited, but is preferably about 0.1 μm to 3 μm.

なお、撥液層45は、ノズルプレート1の吐出面12に直接成膜してもよいし、撥液層45の密着性を向上させるために中間層を介して成膜することも可能である。   The liquid repellent layer 45 may be formed directly on the ejection surface 12 of the nozzle plate 1 or may be formed via an intermediate layer in order to improve the adhesion of the liquid repellent layer 45. .

(実施例)
図5、図6を用いてノズルプレート1を製造する例を説明する。厚み200μmのSi基板30を用意した。Si基板30におけるSiの結晶方位は、厚み方向が(100)であり、厚み方向と垂直な面内が(110)としている。面内の結晶方位は、表裏面同じ方向である。Si基板30の面内の結晶方位(110)の方向が分かるように、図7に示すような、結晶方位(110)の方向に平行なオリフラOF(切り欠き)を設けた。
(Example)
The example which manufactures the nozzle plate 1 using FIG. 5, FIG. 6 is demonstrated. A Si substrate 30 having a thickness of 200 μm was prepared. The crystal orientation of Si in the Si substrate 30 is (100) in the thickness direction, and (110) is in the plane perpendicular to the thickness direction. The in-plane crystal orientation is the same as the front and back surfaces. An orientation flat OF (notch) parallel to the direction of the crystal orientation (110) as shown in FIG. 7 is provided so that the direction of the crystal orientation (110) in the plane of the Si substrate 30 can be understood.

まず、上記のSi基板30に、ノズルプレート1の開口形状が正方形のノズルとなる、小径部14の直径を3.5μm、大径部15の直径を60μmとした円形ノズルを128個を作製した。Si基板30の両面には、予めエッチングマスクとなる厚み1.2μmの熱酸化膜31、32が設けてある。   First, 128 circular nozzles in which the diameter of the small-diameter portion 14 is 3.5 μm and the diameter of the large-diameter portion 15 is 60 μm, in which the opening shape of the nozzle plate 1 is a square nozzle, are prepared on the Si substrate 30 described above. . On both surfaces of the Si substrate 30, thermal oxide films 31 and 32 having a thickness of 1.2 μm are provided in advance as etching masks.

この熱酸化膜32の上にフォトレジスト34を塗布し(図5(b))、フォトリソグラフィー処理により、フォトレジストパターン34aを形成する(図5(c))。このフォトレジストパターン34aを用いてエッチング処理を行うことでエッチングマスクである熱酸化膜パターン32aを得る(図5(d))。尚、フォトレジストパターン34aは、酸素プラズマによるアッシング法にて除去している。   A photoresist 34 is applied on the thermal oxide film 32 (FIG. 5B), and a photoresist pattern 34a is formed by photolithography (FIG. 5C). An etching process is performed using the photoresist pattern 34a to obtain a thermal oxide film pattern 32a as an etching mask (FIG. 5D). The photoresist pattern 34a is removed by an ashing method using oxygen plasma.

熱酸化膜パターン32aを用いて、Si異方性ドライエッチングにより深さ195μmまでSi基板30をエッチングして大径部15を形成した(図5(d))。   Using the thermal oxide film pattern 32a, the Si substrate 30 was etched to a depth of 195 μm by Si anisotropic dry etching to form the large diameter portion 15 (FIG. 5D).

Si異方性ドライエッチングの具体的な方法は、ボッシュプロセスを用いた。エッチングガスとして6フッ化硫黄(SF6)、デポジション(側壁保護膜の形成)ガスとしてフッ化炭素(C48)を交互に使用した。 As a specific method of Si anisotropic dry etching, a Bosch process was used. Sulfur hexafluoride (SF 6 ) was used as an etching gas, and fluorocarbon (C 4 F 8 ) was used alternately as a deposition (side wall protective film formation) gas.

次、SiO2膜である熱酸化膜31の上に両面マスクアライナーを用いたフォトリソグラフィー処理により、先に作製したSi基板30の大径部15の穴と同心となるように小径部14を形成するためのフォトレジストパターン44aを形成した(図6(c))。 Next, the small-diameter portion 14 is formed on the thermal oxide film 31 that is a SiO 2 film by photolithography using a double-sided mask aligner so as to be concentric with the hole of the large-diameter portion 15 of the Si substrate 30 produced previously. A photoresist pattern 44a was formed (FIG. 6C).

この後、エッチングにより吐出面のノズルの開口とする直径3.5μmの小径部14をSi基板30に形成するためのエッチングマスクである熱酸化膜パターン31aを形成した(図6(d))。その後、フォトレジストパターン36aを除去した。   Thereafter, a thermal oxide film pattern 31a, which is an etching mask for forming a small diameter portion 14 having a diameter of 3.5 μm on the Si substrate 30 to be an opening of the nozzle on the ejection surface, was formed by etching (FIG. 6D). Thereafter, the photoresist pattern 36a was removed.

熱酸化膜パターン31aを用いて、Si異方性ドライエッチングにより大径部15に貫通するまでSi基板30をエッチングして小径部14を形成した(図6(f))。   Using the thermal oxide film pattern 31a, the Si substrate 30 was etched until it penetrated the large diameter portion 15 by Si anisotropic dry etching to form the small diameter portion 14 (FIG. 6F).

この状態で、小径部14及び大径部15の開口形状を顕微鏡にて観察したところ、小径部14の開口形状は直径約φ3.7μm、大径部15の開口形状は直径約φ60μmのほぼ円形であった。   In this state, when the opening shapes of the small diameter portion 14 and the large diameter portion 15 were observed with a microscope, the opening shape of the small diameter portion 14 was approximately φ3.7 μm in diameter, and the opening shape of the large diameter portion 15 was substantially circular having a diameter of approximately φ60 μm. Met.

次に、ノズルである小径部14、大径部15を形成した上記のSi基板30を以下のアルカリ溶液に浸漬して選択エッチングを行った。アルカリ溶液は、アルカリ液(商品名:クリンクA−27−a(吉村油化学(株)、主成分:メタケイ酸ナトリウム 19質量%))の4体積%水溶液を80℃に加熱した状態で、Si基板30を120分間浸漬した。   Next, selective etching was performed by immersing the Si substrate 30 formed with the small-diameter portion 14 and the large-diameter portion 15 as nozzles in the following alkaline solution. The alkaline solution was prepared by heating a 4% by volume aqueous solution of an alkaline solution (trade name: Crink A-27-a (Yoshimura Oil Chemical Co., Ltd., main component: sodium metasilicate 19% by mass)) to 80 ° C. The substrate 30 was immersed for 120 minutes.

この後、両面のエッチングマスク34a、40aを反応性イオンエッチング法(RIE)により除去した。   Thereafter, the etching masks 34a and 40a on both sides were removed by reactive ion etching (RIE).

上記の手順により形成したノズル孔を有するSi基板30をダイシングソーにて個々に分離してノズル孔を有するノズルプレート1を作製した。   The Si substrate 30 having nozzle holes formed by the above procedure was individually separated with a dicing saw to produce a nozzle plate 1 having nozzle holes.

この後、洗浄後、小径部14の開口形状を顕微鏡にて観察したところ、1辺がほぼ5μmの正方形となっていることを確認した。また、大径部15の開口形状も顕微鏡にて観察したところ、小径部14の開口形状と同じ方向の四隅が角張った1辺が約61μmの正方形になっていることを確認した。   Thereafter, after cleaning, the opening shape of the small-diameter portion 14 was observed with a microscope, and it was confirmed that one side was a square of about 5 μm. Moreover, when the opening shape of the large diameter portion 15 was also observed with a microscope, it was confirmed that one side with the four corners in the same direction as the opening shape of the small diameter portion 14 was square with a square of about 61 μm.

次に図1に示す様なボディプレート2を製造した。Si基板を用いて、公知のフォトリソグラフィー処理(レジスト塗布、露光、現像)及びSi異方性ドライエッチング技術を用いて、ノズル11にそれぞれ連通する複数の圧力室となる圧力室溝24、この圧力室にそれぞれ連通する複数のインク供給路となるインク供給溝23及びこのインク供給に連通する共通インク室となる共通インク室溝22、並びにインク供給口21を形成した。   Next, a body plate 2 as shown in FIG. 1 was manufactured. A pressure chamber groove 24 serving as a plurality of pressure chambers respectively communicating with the nozzle 11 using a known photolithography process (resist application, exposure, development) and a Si anisotropic dry etching technique using the Si substrate, and the pressure An ink supply groove 23 serving as a plurality of ink supply paths communicating with the chambers, a common ink chamber groove 22 serving as a common ink chamber communicating with the ink supply, and an ink supply port 21 were formed.

次に、図1に示すように、これまでに用意したノズルプレート1とボディプレート2とを接着剤を用いて貼り合わせ、更にボディプレート2の各圧力室24の背面に圧力発生手段であるピエゾ素子3を取り付けて液体吐出ヘッドとした。   Next, as shown in FIG. 1, the nozzle plate 1 and the body plate 2 that have been prepared so far are bonded together using an adhesive, and the piezoelectric plate serving as a pressure generating means is attached to the back surface of each pressure chamber 24 of the body plate 2. The element 3 was attached to form a liquid discharge head.

上記と同様にして、小径部14をSi基板30に形成するエッチングマスクである熱酸化膜パターン31aにおける開口の大きさや、アルカリ溶液への浸漬時間を適宜調整して、上記とは別に、1辺をそれぞれ3.5μm、7μm、9μmの正方形を開口形状とする小径部14を備えたノズルプレートを作製した。大径部15は、上記とほぼ同じ1辺が約61μmの正方形とした。この後、上記と同様にして、これらのノズルプレートを備えた液体吐出ヘッドを作製した。   In the same manner as described above, the size of the opening in the thermal oxide film pattern 31a which is an etching mask for forming the small diameter portion 14 on the Si substrate 30 and the immersion time in the alkaline solution are appropriately adjusted. Nozzle plates having small diameter portions 14 each having an opening shape of a square of 3.5 μm, 7 μm, and 9 μm were prepared. The large-diameter portion 15 was a square having approximately 61 μm on one side substantially the same as described above. Thereafter, in the same manner as described above, a liquid discharge head provided with these nozzle plates was produced.

開口が上記4種類の大きさの小径部14を形成したノズルプレートを備えた液体吐出ヘッドを用いて、それぞれインクの吐出を行った後、吐出面のクリーニングを行い、吐出面の観察を行った。クリーニング方法と観察は以下とした。
(1)10分間連続吐出を行った後、クリーニングブレードをノズルが一列に並んでいる方向(X方向とする)に1回移動させて全てのノズルを清掃した後吐出面を顕微鏡で観察した。
(2)10分間連続吐出を行った後、クリーニングブレードをノズルが一列に並んでいる方向に対して垂直な方向(Y方向とする)に1回移動させて全てのノズルを清掃した後吐出面を顕微鏡で観察した。
(3)10分間連続吐出を行った後、クリーニングブレードをX方向に1回移動させて全てのノズルを清掃し、引き続いて、クリーニングブレードをY方向に対して垂直な方向に1回移動させて全てのノズルを清掃した後吐出面を顕微鏡で観察した。
(4)10分間連続吐出を行った後、クリーニングブレードをX方向に5回移動させて全てのノズルを清掃し、引き続いて、クリーニングブレードをY方向に対して垂直な方向に5回移動させて全てのノズルを清掃した後吐出面を顕微鏡で観察した。
Using a liquid discharge head provided with a nozzle plate in which the openings have the four types of small-diameter portions 14 described above, the ink was discharged, the discharge surface was cleaned, and the discharge surface was observed. . The cleaning method and observation were as follows.
(1) After performing continuous discharge for 10 minutes, the cleaning blade was moved once in the direction in which the nozzles are aligned in a row (X direction) to clean all the nozzles, and then the discharge surface was observed with a microscope.
(2) After 10 minutes of continuous discharge, the cleaning blade is moved once in the direction perpendicular to the direction in which the nozzles are lined up (Y direction) to clean all the nozzles, and then the discharge surface Was observed with a microscope.
(3) After 10 minutes of continuous discharge, the cleaning blade is moved once in the X direction to clean all nozzles, and then the cleaning blade is moved once in a direction perpendicular to the Y direction. After cleaning all the nozzles, the discharge surface was observed with a microscope.
(4) After 10 minutes of continuous discharge, the cleaning blade is moved 5 times in the X direction to clean all nozzles, and then the cleaning blade is moved 5 times in the direction perpendicular to the Y direction. After cleaning all the nozzles, the discharge surface was observed with a microscope.

この結果を以下の表1に示す。表に示す記号は以下を示している。
◎:ほぼ完全に拭き取りがなされている。
○:実用レベルに拭き取りがなされている。
×:拭き取り状態が実用レベルに到達していない。
The results are shown in Table 1 below. The symbols shown in the table indicate the following.
A: Almost completely wiped off.
○: Wiping off to a practical level.
X: The wiping state has not reached a practical level.

(比較例)
アルカリ溶液によるエッチング行わないで、ドライエッチングにて小径部14の開口形状を直径φ3.5μm、φ5μm、φ7μm、φ9μmの円形とした以外は、実施例1と同じとして、ノズルプレート及びこのノズルプレートを備えた液体吐出ヘッドを作製した。
(Comparative example)
The nozzle plate and this nozzle plate were the same as in Example 1 except that the opening shape of the small diameter portion 14 was changed to a circular shape having a diameter of φ3.5 μm, φ5 μm, φ7 μm, and φ9 μm by dry etching without performing etching with an alkaline solution. A liquid discharge head provided was prepared.

この後、実施例と同じく、開口が上記4種類の大きさの小径部14を形成したノズルプレートを備えた液体吐出ヘッドを用いて、それぞれインクの吐出を行った後、吐出面のクリーニングを行い、吐出面の観察を行った。クリーニング方法と観察は上記の(1)、(2)、(3)、(4)とした。この結果を実施例の結果と合わせて表1に示す。   Thereafter, as in the example, each of the ink ejections was performed using a liquid ejection head having a nozzle plate in which the openings formed the small diameter portions 14 having the four types of sizes described above, and then the ejection surface was cleaned. The discharge surface was observed. The cleaning method and observation were the above (1), (2), (3), and (4). The results are shown in Table 1 together with the results of the examples.

Figure 2009119773
Figure 2009119773

表1が示す通り、ノズルが一列に並んでいる方向と、これに垂直な方向にクリーニングを行うことにより、ノズルの開口形状が円形より正方形のノズルの方が、インクの拭き取りが良好であることが確認できた。   As Table 1 shows, cleaning is performed in the direction in which the nozzles are aligned in a row and in a direction perpendicular thereto, so that the nozzles with a square nozzle shape have better ink wiping. Was confirmed.

インクジェット式記録ヘッドの構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of an inkjet recording head. インクジェット式記録ヘッドにおける断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section in an ink jet type recording head. ノズルプレートの周辺部の一例を示す図である。(a)は断面図、(b)は吐出口が配列している例を示す上面図、(c)は吐出口が配列している別の例を示す上面図を示している。It is a figure which shows an example of the peripheral part of a nozzle plate. (A) is a sectional view, (b) is a top view showing an example in which discharge ports are arranged, and (c) is a top view showing another example in which discharge ports are arranged. 小径部の開口形状が円の場合と正方形の場合の配列密度を説明する図である。It is a figure explaining the arrangement density in case the opening shape of a small diameter part is a circle, and a square. ノズルプレートのノズル孔を形成する工程を説明する図である。It is a figure explaining the process of forming the nozzle hole of a nozzle plate. ノズルプレートのノズル孔を形成する工程を説明する図である。It is a figure explaining the process of forming the nozzle hole of a nozzle plate. Si基板のオリフラとマスクパターンを形成するためのフォトレジストパターンとの配置の関係及び拡大された円形レジストパターン部を示す図である。It is a figure which shows the relationship of arrangement | positioning with the orientation flat of Si substrate, and the photoresist pattern for forming a mask pattern, and the enlarged circular resist pattern part. アルカリ溶液への浸漬時間(エッチング時間)とノズル孔の大きさとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the immersion time (etching time) in an alkaline solution, and the magnitude | size of a nozzle hole. 吐出口が正方形状であるノズルの吐出面をクリーニングブレードで清掃した場合の拭き残りの例を説明する図である。(a)は、吐出口が並んだ方向に拭き取りを行った場合の拭き残りの様子、(b)は、更に、吐出口が並んだ方向に垂直な方向に拭き取りを行った場合の拭き残りの様子を説明する図である。It is a figure explaining the example of the remaining wiping at the time of cleaning the discharge surface of the nozzle whose discharge port is square shape with the cleaning blade. (A) is a state of wiping remaining when wiping is performed in the direction in which the discharge ports are arranged, and (b) is wiping remaining when wiping is further performed in a direction perpendicular to the direction in which the discharge ports are arranged. It is a figure explaining a mode. 従来例として、吐出口が円形状であるノズルの吐出面をクリーニングブレードで清掃した場合の拭き残りの例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the remaining wiping at the time of cleaning the discharge surface of the nozzle whose discharge outlet is circular as a prior art example with a cleaning blade. 従来例として、吐出口が円形状であるノズルの吐出面をクリーニングブレードで清掃した場合の拭き残りの例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the remaining wiping at the time of cleaning the discharge surface of the nozzle whose discharge outlet is circular as a prior art example with a cleaning blade.

符号の説明Explanation of symbols

1 ノズルプレート
2 ボディプレート
3 圧電素子
11 ノズル
12、80、90 吐出面
14 小径部
15 大径部
21 インク供給口
22 共通インク室(溝)
23 インク供給路(溝)
24 圧力室(溝)
30 Si基板
31、32 熱酸化膜
31a、32a 熱酸化膜パターン
34a、44a フォトレジストパターン
45 撥液層
OF オリフラ
H 記録ヘッド
M15 円形レジストパターン部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle plate 2 Body plate 3 Piezoelectric element 11 Nozzle 12, 80, 90 Discharge surface 14 Small diameter part 15 Large diameter part 21 Ink supply port 22 Common ink chamber (groove)
23 Ink supply path (groove)
24 Pressure chamber (groove)
30 Si substrate 31, 32 Thermal oxide film 31a, 32a Thermal oxide film pattern 34a, 44a Photoresist pattern 45 Liquid repellent layer OF orientation flat H Recording head M15 Circular resist pattern portion

Claims (8)

貫通孔を複数個有するSi基板からなり、前記貫通孔の一方の開口が液滴を吐出する吐出口である液体吐出ヘッド用ノズルプレートにおいて、
前記吐出口の開口形状は、長方形であって、
複数個の前記吐出口は、互いに平行移動の関係に配置していることを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
In the nozzle plate for a liquid discharge head, which is composed of a Si substrate having a plurality of through holes, and one opening of the through hole is a discharge port for discharging a droplet.
The opening shape of the discharge port is a rectangle,
The nozzle plate for a liquid discharge head, wherein the plurality of discharge ports are arranged in a parallel movement relationship with each other.
前記吐出口は、等間隔で配列していることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。 2. The nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 1, wherein the discharge ports are arranged at equal intervals. 前記貫通孔は、前記Si基板の一方の面に長方形を開口形状とする大径部と、前記Si基板の他方の面に長方形を開口形状とし、前記大径部の断面積より小さい断面積の前記吐出口を開口とする小径部とからなり、
前記大径部の開口形状を成す互いに直交する2つの辺と、前記吐出口の開口形状を成す互いに直交する2つの辺とは、2組の平行関係を成していることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
The through-hole has a large-diameter portion having a rectangular opening shape on one surface of the Si substrate, and a rectangular opening shape on the other surface of the Si substrate, and has a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the large-diameter portion. It consists of a small diameter part with the discharge port as an opening,
The two sides orthogonal to each other forming the opening shape of the large-diameter portion and the two sides orthogonal to each other forming the opening shape of the discharge port form two sets of parallel relations. Item 3. A nozzle plate for a liquid discharge head according to Item 1 or 2.
前記吐出口の開口形状の前記長方形は、正方形であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。 4. The nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 1, wherein the rectangular shape of the opening of the discharge port is a square. 5. 前記Si基板の前記吐出口を有する面に撥液層を有することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。 5. The nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 1, further comprising a liquid repellent layer on a surface of the Si substrate having the discharge port. 6. 請求項4に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートを製造する液体吐出ヘッド用ノズルプレート製造方法であって、
厚み方向の結晶方位が(100)、且つ厚み方向と垂直な面内の結晶方位が(110)とするSi基板の表面にエッチングマスクとなる膜を備えた基板を準備する工程と、
前記(110)の結晶方位に対する平行方向及び垂直方向に、それぞれ平行な2つの辺を含む正方形を前記吐出口の形状として形成するマスクパターンが円形である前記エッチングマスクを前記膜に形成する工程と、
前記エッチングマスクを用いて、フォトリソグラフィー処理及びエッチング処理を行い、前記Si基板に前記エッチングマスクに基づいて開口形状が円形の貫通孔を形成する工程と、
前記円形の貫通孔を形成した前記Si基板をアルカリ溶液に浸漬して前記Si基板を選択エッチングし、前記貫通孔の開口形状が正方形である前記吐出口を形成する工程と、
正方形の前記吐出口を形成した後、前記エッチングマスクを前記Si基板より除去する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレート製造方法。
A liquid ejection head nozzle plate manufacturing method for manufacturing the liquid ejection head nozzle plate according to claim 4,
Preparing a substrate having a film serving as an etching mask on the surface of the Si substrate having a crystal orientation in the thickness direction of (100) and an in-plane crystal orientation in the plane perpendicular to the thickness direction of (110);
Forming the etching mask on the film, wherein the mask pattern for forming a square including two sides parallel to the crystal orientation of (110) and a direction perpendicular to the crystal orientation as the shape of the discharge port is circular. ,
Performing a photolithography process and an etching process using the etching mask, and forming a through hole having a circular opening shape on the Si substrate based on the etching mask;
Immersing the Si substrate in which the circular through hole is formed in an alkaline solution to selectively etch the Si substrate, and forming the discharge port in which the opening shape of the through hole is square; and
And a step of removing the etching mask from the Si substrate after forming the square discharge port.
前記エッチング処理は、エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返すSi異方性ドライエッチング処理であることを特徴とする請求項6に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート製造方法。 The method for manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 6, wherein the etching process is a Si anisotropic dry etching process in which etching and formation of a sidewall protective film are alternately repeated. 前記Si基板の前記吐出口を有する面に撥液層を設ける工程を有することを特徴とする請求項6又は7に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート製造方法。 8. The method of manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 6, further comprising a step of providing a liquid repellent layer on a surface of the Si substrate having the discharge port.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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