JP2005231236A - Liquid jet head and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、帯電粒子が分散された溶液に静電気力を作用させることで液滴を吐出させる液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの作製方法に関するものである。 The present invention relates to a liquid discharge head that discharges droplets by applying an electrostatic force to a solution in which charged particles are dispersed, and a method for manufacturing the liquid discharge head.
今日、液体吐出ヘッドとしては、インクを加熱してインクに発生した気泡の膨張力でインク液滴を吐出させるサーマルタイプのインクジェットヘッドや、圧電素子によりインクに圧力を与えてインク液滴を吐出させるピエゾタイプのインクジェットヘッドが提案されている。しかしながら、サーマルタイプのインクジェットヘッドでは、インクを部分的に３００℃以上に加熱するため、インクの材質が限定されるという問題があり、ピエゾタイプのインクジェットヘッドでは、構造が複雑でコストが高いといった問題がある。 Today, as a liquid discharge head, a thermal type ink jet head that discharges ink droplets by the expansion force of bubbles generated in the ink by heating the ink, or discharges ink droplets by applying pressure to the ink by a piezoelectric element. Piezo-type inkjet heads have been proposed. However, in the thermal type ink jet head, the ink is partially heated to 300 ° C. or more, so there is a problem that the material of the ink is limited. In the piezo type ink jet head, the structure is complicated and the cost is high. There is.
これらの問題を解決する液体吐出ヘッドとして、帯電した微粒子成分を含むインクを用い、画像データに応じて、インクジェットヘッドの制御電極に所定の電圧を印加することにより、静電気力を利用してインクの吐出を制御し、画像データに対応した画像を記録媒体上に記録する方式が提案されている。
この静電式インクジェット記録方式を採用する記録装置としては、種々のインクジェット記録装置が知られている。（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４および特許文献５）
As a liquid discharge head that solves these problems, an ink containing charged fine particle components is used, and a predetermined voltage is applied to the control electrode of the ink jet head in accordance with the image data. There has been proposed a method of controlling ejection and recording an image corresponding to image data on a recording medium.
Various ink jet recording apparatuses are known as recording apparatuses that employ this electrostatic ink jet recording system. (Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, Patent Literature 4 and Patent Literature 5)
図９は、特許文献１に開示のインクジェット記録装置のインクジェットヘッドの概略構成の一例を模式的に表す概念図である。同図に示すインクジェットヘッド２００は、上記特許文献１に開示のインクジェットヘッドのインク吐出位置となる１つのインクガイド周辺を概念的に表したものであり、ヘッド基板２０２と、インクガイド２０４と、絶縁性基板２０６と、制御電極２０８と、記録媒体Ｐを支持する対向電極２１０と、バイアス電圧源２１２と、信号電圧源２１４とを備えている。
FIG. 9 is a conceptual diagram schematically illustrating an example of a schematic configuration of the inkjet head of the inkjet recording apparatus disclosed in Patent Document 1. The
インクガイド２０４は、所定幅だけ切り欠かれたインク案内溝２２０を備えた凸状の先端部分２０４ａを備え、ヘッド基板２０２上に配置され、絶縁性基板２０６には、インクガイド２０４の配置に対応する位置に貫通孔２１８（吐出口）が開口されている。インクガイド２０４は、この貫通孔２１８を通過し、絶縁性基板２０６の記録媒体Ｐ側の表面よりも上部に突出している。また、ヘッド基板２０２と絶縁性基板２０６とは所定の間隔を離して配置されており、両者の間にはインクＱの流路２１６が形成されている。
The
制御電極２０８は、貫通孔２１８毎に、絶縁性基板２０６の記録媒体Ｐ側の面の表面に、貫通孔２１８の周囲を囲むようにリング状に設けられている。また、制御電極２０８は、画像データに応じてパルス電圧を発生する信号電圧源２１４に接続され、この信号電圧源２１４はバイアス電圧源２１２を介して接地されている。
The
また、対向電極２１０は、インクガイド２０４の先端部分２０４ａに対向する位置に配置され、接地されている。記録媒体Ｐは、対向電極２１０のインクガイド２０４側の面の表面に配置されている。すなわち、対向電極２１０は、記録媒体Ｐを支持するプラテンとして機能する。
The
記録時には、図示していないインクの循環機構により、制御電極２０８に印加される電圧と同極性に帯電した色材粒子を含むインクＱが、インク流路２１６内を図中右側から左側へ向かって循環される。また、バイアス電圧源２１２によって、例えば１．５ｋＶの高電圧が制御電極２０８に印加される。この時、インク流路２１６内のインクＱの一部は、毛管現象、表面張力、表面の濡れ等によってインク案内溝２２０の中を通り先端部分２０４ａに供給されている。
At the time of recording, the ink Q containing the color material particles charged with the same polarity as the voltage applied to the
ここで、制御電極２０８にはバイアス電圧源２１２から常時バイアスとして、例えば直流１．５ｋＶの電圧が与えられ、これに信号電圧源２１４から画像信号に応じた信号電圧として、例えば５００Ｖのパルス電圧が制御電極２０８に印加されると、インクガイド先端部分２０４ａから色剤成分を中心とするインク滴が飛び出す。飛び出したインク滴は、対抗電極２１０に引っ張られて、記録媒体Ｐに付着して画像を形成する。
このようなインクジェットヘッドの作製方法として、特許文献１では、インクガイドをプラスティック成型によって作製すると開示されている。
Here, the
As a method for manufacturing such an ink jet head, Patent Document 1 discloses that an ink guide is manufactured by plastic molding.
また、特許文献２は、インクガイドを設けず、インク供給路から流出するインクの圧力とインクの表面張力によってインク流出口に略半球状のメニスカスを形成し、静電力を利用してインク液滴を吐出するインクジェットヘッドが開示されている。 Further, Patent Document 2 does not provide an ink guide, and forms a substantially hemispherical meniscus at the ink outlet by the pressure of the ink flowing out from the ink supply path and the surface tension of the ink. An ink jet head that discharges water is disclosed.
また、特許文献３には、帯電した色材粒子を絶縁性液体中に分散して成る記録液を収容する収容手段と、開口を有するとともに、この開口を被画像形成媒体から所定距離離間した位置に配置し、記録液を流通させるインク流路と、上記インク流路内に設けられた第１の電極と、インク流路内に上記第１電極と対向して設けられ、上記開口と略同じ高さまで伸びた先端を有する第２電極と、収容手段内に収容された記録液を上記開口へ供給する供給手段と、所定の画像信号に従って上記第１および第２電極に電圧を印加することにより、上記開口付近に供給された記録液中の色材粒子を凝集させ、この凝集された色剤粒子を上記絶縁性液体から分離吐出させて上記被画像形成媒体上に画像を形成する電圧印加手段とを備えている方式により高速描画が可能な画像形成装置が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228688 has a storage means for storing a recording liquid in which charged color material particles are dispersed in an insulating liquid and an opening, and the opening is located at a predetermined distance from the image forming medium. Disposed in the ink flow path for flowing the recording liquid, a first electrode provided in the ink flow path, and provided in the ink flow path so as to face the first electrode, and substantially the same as the opening. By applying a voltage to the first and second electrodes according to a predetermined image signal, a second electrode having a tip extending to a height, a supply means for supplying the recording liquid contained in the containing means to the opening, and a predetermined image signal A voltage applying means for aggregating the colorant particles in the recording liquid supplied in the vicinity of the opening, and separating and discharging the aggregated colorant particles from the insulating liquid to form an image on the image forming medium. High speed due to the system Image is the image forming apparatus is disclosed as possible.
特許文献４に開示されているインクジェットヘッドも、特許文献３と同様に、インクガイド部材である突起部に沿ってインクを流し、突起板の突起にメニスカスを形成している。この突起は、成型したアルミナ製電極ベースを、研磨によって先端を尖らせたものである。 Similarly to Patent Document 3, the ink jet head disclosed in Patent Document 4 also causes ink to flow along the protruding portion which is an ink guide member, and forms a meniscus on the protrusion of the protruding plate. These protrusions are formed by sharpening the tip of a molded alumina electrode base by polishing.
さらに、特許文献５には、その図１７に、根元が太く先端に行くほど細い形状のコーン状の突起を備え、その突起の表面が、個別電極に連続した導電性の物質で覆われている吐出ヘッドが開示されている。また、その図２４には、コーン状の突起の作製方法として、Ｓｉや導電性のＳｉを半導体プロセスで加工すると開示されている。
ここで、静電式の液体吐出ヘッドでは、安定して、高画質な画像を高速かつ低電圧で記録することが要求される。また、安定して、高画質な画像を高速かつ低電圧で記録するためには、液滴吐出位置となるインクガイド部材の先端に設けられる先鋭部を高密度高精細に形成する必要がある。 Here, the electrostatic liquid discharge head is required to stably record a high-quality image at high speed and at a low voltage. Further, in order to stably record a high-quality image at a high speed and at a low voltage, it is necessary to form a sharp portion provided at the tip of the ink guide member serving as a droplet discharge position with high density and high definition.
しかしながら、特許文献１のインクジェットヘッドでは、毛細管現象によってインクを先鋭部に上昇させる。このためインクの供給に時間がかかり、安定した大きさおよび色剤粒子濃度のインク滴を高い吐出周波数で連続して吐出することができないといった問題があった。
このように、インク液滴の吐出周波数を高くすることができないため、高速描画ができないという欠点がある。
また、特許文献２のインクジェットヘッドは、吐出口の目詰まりを生じない穴径とする必要があるので、微小な液滴を飛翔させるのが困難であり、かつ飛翔させるには高電圧が必要となるという問題があった。
However, in the ink jet head of Patent Document 1, the ink is raised to a sharp point by a capillary phenomenon. For this reason, it takes time to supply ink, and there has been a problem that ink droplets having a stable size and colorant particle concentration cannot be continuously ejected at a high ejection frequency.
As described above, since the ejection frequency of ink droplets cannot be increased, there is a disadvantage that high-speed drawing cannot be performed.
In addition, since the ink jet head of Patent Document 2 needs to have a hole diameter that does not cause clogging of the discharge port, it is difficult to fly a minute droplet, and a high voltage is required to make it fly. There was a problem of becoming.
また、特許文献３および特許文献４のインクジェットヘッドは、そのヘッドの構造として、２次元アレイ化をするのが困難であるため、吐出部を高密度に配置することができず、高速で高画質な記録を行うことが困難であるという問題があった。さらに、特許文献４のインクジェットヘッドでは、高密度にノズルを形成する必要があるラインヘッドでは、ノズル間の干渉が生じ、インク液滴の径を制御できないため、高画質な記録を行うことが困難であるという問題もあった。 In addition, since the inkjet heads of Patent Document 3 and Patent Document 4 are difficult to form a two-dimensional array as the structure of the heads, the discharge portions cannot be arranged at high density, and high image quality is achieved at high speed. There is a problem that it is difficult to perform accurate recording. Furthermore, in the inkjet head disclosed in Patent Document 4, in a line head that needs to form nozzles with high density, interference between nozzles occurs, and the diameter of ink droplets cannot be controlled, making it difficult to perform high-quality recording. There was also a problem of being.
さらに、特許文献５のインクジェットヘッドでは、配線が流路中にあるため、電界干渉が生じ、チャンネル間の吐出濃度を制御するのが難しいという問題があった。 Furthermore, the inkjet head of Patent Document 5 has a problem that since the wiring is in the flow path, electric field interference occurs and it is difficult to control the discharge density between the channels.
そこで、本発明は、上記問題点を解決し、低電圧駆動で、安定してインク液滴を吐出・飛翔させ、高画質な記録画像を高速で形成することができる液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドを高精度、かつ高い生産性で作製することのできる液体吐出ヘッドの作製方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention solves the above-described problems, a liquid discharge head capable of stably discharging and flying ink droplets with low voltage driving, and forming a high-quality recorded image at high speed, and the liquid An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a liquid discharge head capable of manufacturing the discharge head with high accuracy and high productivity.
上記課題を解決するために、本発明では、帯電粒子が分散された溶液に静電力を作用させて液滴を吐出させる液体吐出ヘッドであって、前記液滴を吐出する貫通孔が開孔された絶縁性貫通孔基板と、前記絶縁性貫通孔基板と所定の間隔を離間して配置され、前記絶縁性貫通孔基板との間に前記溶液の流路を形成する絶縁性ヘッド基板と、前記絶縁性ヘッド基板の前記絶縁性貫通孔基板側の表面の、前記貫通孔に対応する位置に取り付けられ、その先端部分が前記貫通孔を通過して、突出し、先端部分に向かうに従って次第に細くなっていく溶液ガイドと、前記絶縁性ヘッド基板の前記表面に、その中心を前記溶液ガイドと略一致させて設けられる、前記静電力を作用させるための制御電極と、前記制御電極に接続され、前記絶縁性ヘッド基板の前記表面からその裏面側に貫通して設けられた電極取出部と、前記絶縁性ヘッド基板の前記絶縁性貫通孔基板側と反対側の面に設けられ、前記電極取出部と前記制御電極に電圧を印加する電圧印加手段とを接続させる配線部と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a liquid discharge head that discharges droplets by applying an electrostatic force to a solution in which charged particles are dispersed, and the through holes for discharging the droplets are opened. The insulating through-hole substrate, the insulating through-hole substrate spaced apart from the insulating through-hole substrate, and forming a flow path for the solution between the insulating through-hole substrate and the insulating head substrate, The surface of the insulating head substrate on the insulating through-hole substrate side is attached to a position corresponding to the through-hole, and its tip portion protrudes through the through-hole and gradually becomes thinner toward the tip portion. A solution guide, a control electrode for causing the electrostatic force to act on the surface of the insulating head substrate, the center of the guide being substantially coincident with the solution guide, and the insulation electrode connected to the control electrode. Head substrate An electrode lead-out portion provided penetrating from the front surface to the back surface side, and a voltage on the electrode lead-out portion and the control electrode provided on a surface opposite to the insulating through-hole substrate side of the insulating head substrate. A liquid discharge head comprising: a wiring portion for connecting to a voltage applying means for applying a voltage.
また、前記溶液ガイドの前記先端部分の先端角が、６０°以下、および、曲率半径が、４μｍ以下の少なくとも一方を満たすことが好ましい。
また、前記制御電極は、前記溶液が供給される前記流路の上流側の一部が除去されていることが好ましい。
さらに、前記絶縁性貫通孔基板には、シールド電極が設けられていることが好ましい。
また、前記絶縁性貫通孔基板の前記絶縁性ヘッド基板側と反対側の表面が、撥液性であることが好ましい。
また、前記絶縁性ヘッド基板は、前記制御電極の外側に流路堰を配置することが好ましい。
また、前記電極取出部は、前記溶液ガイドの、溶液供給側と反対側である前記流路の下流側に設けられていることが好ましい。
Further, it is preferable that a tip angle of the tip portion of the solution guide satisfies at least one of 60 ° or less and a curvature radius of 4 μm or less.
Further, it is preferable that a part of the control electrode on the upstream side of the flow path to which the solution is supplied is removed.
Furthermore, it is preferable that a shield electrode is provided on the insulating through-hole substrate.
Moreover, it is preferable that the surface on the opposite side to the said insulating head board | substrate side of the said insulating through-hole board | substrate is liquid-repellent.
Moreover, it is preferable that the insulating head substrate has a flow path weir disposed outside the control electrode.
Moreover, it is preferable that the said electrode extraction part is provided in the downstream of the said flow path which is the opposite side to the solution supply side of the said solution guide.
また、本発明は、帯電粒子が分散された溶液に静電力を作用させて液滴と吐出させる液体吐出ヘッドの作製方法であって、絶縁性基板に金属膜を形成してパターニングし、配線部を形成する工程と、前記絶縁性基板の前記配線部が形成された面の反対側の面に、エッチングによって凸部を形成する工程と、前記凸部の周囲の前記絶縁性基板上に制御電極を形成する工程と、前記配線部および前記制御電極の一部がその内壁の一部を形成するように前記絶縁性基板を貫通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔の側面に金属膜を形成し、前記貫通孔を金属で埋め、電極取出部を形成する工程と、前記凸部と単結晶基板とを接合し、前記単結晶基板に第１のマスクを形成し、前記第１のマスクが離脱するまで前記単結晶基板を異方性エッチングして、溶液ガイドの先鋭な先端部分を形成する工程と、前記先端部分に第２のマスクを形成し、前記単結晶基板をエッチングして、前記凸部上に溶液ガイドの柱状の基部を形成する工程とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドの作製方法を提供する。 The present invention also relates to a method for manufacturing a liquid discharge head that discharges droplets by applying an electrostatic force to a solution in which charged particles are dispersed. The method includes forming a metal film on an insulating substrate and patterning the wiring portion. Forming a protrusion on the surface of the insulating substrate opposite to the surface on which the wiring portion is formed, and a control electrode on the insulating substrate around the protrusion Forming a through hole penetrating the insulating substrate so that a part of the wiring part and the control electrode form a part of the inner wall thereof, and a metal film on a side surface of the through hole Forming the electrode extraction portion, bonding the convex portion and the single crystal substrate, forming a first mask on the single crystal substrate, and forming the first mask The single crystal substrate is anisotropically etched until the mask is removed Forming a sharp tip portion of the solution guide; forming a second mask on the tip portion; and etching the single crystal substrate to form a columnar base portion of the solution guide on the convex portion. And a method of manufacturing a liquid discharge head.
また、帯電粒子が分散された溶液に静電力を作用させて液滴と吐出させる液体吐出ヘッドの作製方法であって、絶縁性基板に金属膜を形成してパターニングし、配線部を形成する工程と、前記絶縁性基板の前記配線部が形成された面の反対側の面に、エッチングによって凸部を形成する工程と、前記凸部の周囲の前記絶縁性基板上に制御電極を形成する工程と、前記配線部および前記制御電極の一部がその内壁の一部を形成するように前記絶縁性基板を貫通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔の側面に金属膜を形成し、前記貫通孔を金属で埋め、電極取出部を形成する工程と、前記凸部と単結晶基板とを接合する工程と、前記単結晶基板を異方性エッチングして、前記凸部上に先端が先鋭な溶液ガイドを形成する工程とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドの作製方法を提供する。 Also, a method of manufacturing a liquid discharge head in which electrostatic force is applied to a solution in which charged particles are dispersed to discharge liquid droplets, and a step of forming a metal film on an insulating substrate and patterning to form a wiring portion And forming a convex portion by etching on the surface of the insulating substrate opposite to the surface on which the wiring portion is formed, and forming a control electrode on the insulating substrate around the convex portion. And forming a through-hole that penetrates the insulating substrate so that a part of the wiring part and the control electrode forms a part of the inner wall; and forming a metal film on a side surface of the through-hole, Filling the through-hole with metal and forming an electrode extraction part; joining the convex part and the single crystal substrate; anisotropic etching the single crystal substrate; and a tip on the convex part Forming a sharp solution guide. To provide a manufacturing method of a liquid discharge head according to symptoms.
本発明によれば、溶液ガイドの先端部分に電界を集中させることができるので、吐出に必要なパルス電圧を低下させることができ、より低耐圧で安価なＩＣ（制御回路）を使用することが可能となる。これにより、液体吐出ヘッドを小型化・安定化することが可能となる。
また、本発明によれば、溶液ガイドの先端部分の近傍まで帯電粒子を供給することができ、高速描画が可能となり、電極間の電界干渉もないので、飛翔するインク液滴の大きさも安定する。
また、本発明によれば、溶液ガイドの先端部分と制御電極との距離を一定にできるので、各吐出部の溶液ガイドの先端部分で形成される電界を均一にし、吐出を安定化することができる。
さらに、本発明によれば、配線部をヘッド基板の裏面に設けることによって、吐出部に形成される電界が均一に形成され、液滴が好適に吐出される。
According to the present invention, since the electric field can be concentrated on the tip portion of the solution guide, the pulse voltage required for ejection can be reduced, and a lower voltage and cheaper IC (control circuit) can be used. It becomes possible. As a result, the liquid discharge head can be reduced in size and stabilized.
Further, according to the present invention, charged particles can be supplied to the vicinity of the tip portion of the solution guide, high-speed drawing is possible, and there is no electric field interference between the electrodes, so that the size of the flying ink droplet is stabilized. .
In addition, according to the present invention, since the distance between the tip portion of the solution guide and the control electrode can be made constant, the electric field formed at the tip portion of the solution guide of each discharge portion can be made uniform and the discharge can be stabilized. it can.
Furthermore, according to the present invention, by providing the wiring part on the back surface of the head substrate, the electric field formed in the ejection part is uniformly formed, and the droplets are suitably ejected.
また、本発明の作製方法によれば、信頼が高く、高精度なインクガイドを備える液体吐出ヘッドを低コストで作製することが可能となる。 Further, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a liquid discharge head having a highly reliable and highly accurate ink guide at low cost.
以下、本発明の液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの作製方法について、添付の図面に示される好適実施形態を基に、詳細に説明する。 Hereinafter, a liquid discharge head and a method of manufacturing the liquid discharge head according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
図１は、本発明の液体吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドを有するインクジェット記録装置の模式図であり、図２は、図１に示したインクジェットヘッドの斜視図である。また、図３は、図１に示した吐出電極の配置を示す模式図である。
図１に示すように、インクジェット記録装置１０は、インクジェットヘッド１２と、インク循環手段１４と、電圧印加手段１６と、インクジェットヘッド１２の対向する位置に配置されている記録媒体支持手段１８とを有する。
FIG. 1 is a schematic view of an ink jet recording apparatus having an ink jet head which is an example of the liquid discharge head of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of the ink jet head shown in FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing the arrangement of the ejection electrodes shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the ink
インクジェットヘッド１２は、ヘッド基板３０と、貫通孔基板３２と、インクガイド３４と、吐出電極（制御電極）３６と、シールド電極４０と、立体障壁４２とを有する。
The
貫通孔基板３２のヘッド基板３０側にはシールド電極４０が、記録媒体支持手段１８側には立体障壁４２が配置され、貫通孔基板３２とシールド電極４０には、貫通孔３８が開孔されている。
ヘッド基板３０は、貫通孔基板３２と所定間隔離間して配置されており、その空間はインク流路４４となっている。また、ヘッド基板３０の貫通孔基板３２側の表面の貫通孔３８に対応する位置には、その先端が貫通孔３８よりも記録媒体支持手段１８側に突出したインクガイド３４が設けられている。
A
The
吐出電極３６は、ヘッド基板３０上のインクガイド３４の周りに、インクガイド３４を囲む様にリング状に設けられている。また、吐出電極３６は、電極取出部４６と、配線部４８とを介して電圧印加手段１６と接続されている。ここで、電極取出部４６は、ヘッド基板３０を貫通し、吐出電極３６と接続するように設置され、配線部４８は、ヘッド基板３０のインク流路４４側と反対側の面に設けられている。
The
インク循環手段１４は、インクジェットヘッド１２にインクを循環させるインク還流機構５０と、インク供給流路５２と、インク回収流路５４とを有する。
インク還流機構５０は、インク供給流路５２およびインク回収流路５４を介して、インクジェットヘッド１２に接続されている。
The
The
電圧印加手段１６は、画像データや印字データ等の吐出データ（吐出信号）に応じた所定電位の駆動電圧（例えば、パルス電圧）を後述する吐出電極３６に印加する信号電圧源６０と、吐出電極３６に常に一定の所定電圧を印加するバイアス電圧源６２とを有する。
信号電圧源６０の一方、例えば正側の端子は配線部４８と接続され、信号電圧源６０の他方、例えば負側の端子はバイアス電圧源６２の一方、例えば正側の端子と接続され、バイアス電圧源６２の一方、例えば負側の端子は接地されている。
The
One of the
インクジェットヘッド１２に対向する位置には、記録媒体Ｐを支持する記録媒体保持手段１８が配置されている。この記録媒体保持手段１８は、対向電極７０と、対向電極７０に負の高電圧を印加するバイアス電圧源７２とを有する。
対向電極７０は、インクジェットヘッド１２のインク液滴の吐出面と対面するように配置され、バイアス電圧源７２の負側の端子は対向電極７０に接続され、その正側の端子は接地されている。また、記録媒体Ｐは、対抗電極７０のインクジェットヘッド１２のインク液滴の吐出面側に支持されている。
A recording
The
ここで、図３に示すように、インクジェットヘッド１２は、より高密度な画像記録を行うためには、インクガイド３４と、吐出電極３６と、貫通孔３８とで構成される吐出部が２次元的に配列されたマルチチャンネル構造を有することが好ましい。
なお、本発明のインクジェットヘッド１２において、吐出電極３６の個数や物理的な配置等は、自由に選択することができる。例えば図示例のようなマルチチャンネル構造のみならず、吐出部の列を１列有するラインヘッドであってもよい。また、記録媒体Ｐの全域に対応する吐出部の列を有するいわゆるフルラインヘッドでもよく、あるいは、ノズル列の方向と略直交する方向に走査される、いわゆるシリアルヘッド（シャトルタイプ）であってもよい。また、本発明のインクジェットヘッドは、モノクロおよびカラーのどちらの記録装置も対応可能である。
Here, as shown in FIG. 3, in order to perform higher-density image recording, the
In the
以下、インクジェットヘッド１０の各部について詳細に説明する。
図１に示すように、ヘッド基板３０の貫通孔基板３２側には、各吐出部毎にインクガイド３４と、吐出電極３６が設けられている。ヘッド基板３０は、絶縁性部材、例えばガラス、ＳｉＯ2 等によって形成されている。
前述のように、ヘッド基板３０と貫通孔基板３２とは、所定間隔離間して配置されており、所定間隔を離間した空間は、インク流路４４となっている。このインク流路４４は、インク供給流路５０およびインク回収流路５２と接続されており、各吐出部にインクを供給するためのインクリザーバ（インク室）として機能する。また、画像記録時に、インク流路４４には、インク還流機構５０により、インクが所定方向（図１では、図中右方向から左方向）へ向かって、所定速度（例えば、２００ｍｍ／ｓのインク流）で循環される。また、本実施形態で使用されるインクは、正に帯電した帯電性粒子（インク粒子）を帯電制御剤やバインダーなどともに、１０8 Ωｃｍ以上の抵抗率を持つ絶縁性溶媒中に分散させた溶液である。
Hereinafter, each part of the
As shown in FIG. 1, an
As described above, the
ヘッド基板３０上に設けられたインクガイド３４は、先端が先鋭な凸状の多角錐形状を有する。このインクガイド３４の先端部分と貫通孔３８との間には、インクのメニスカスが形成され、インクはインクガイドの先端部分に濃縮される。さらに、吐出電極３６に所定電圧が印加されるとインクガイド３４の先端部分からインク液滴が吐出される。
本実施形態では、インクガイド３４の形状を多角錐としているが、本発明はこれに限定されず、少なくともインクガイド３４の先端部分が先鋭化された形状であればよく、例えば、円柱、または多角柱に先端が先鋭な円錐、または多角錐が載置されている形状でもよい。
The
In this embodiment, the shape of the
本発明では、インクガイド３４の先端部分を先鋭な形状とすることで、インクガイド３４の先端部分に電界を集中させることができる。これにより、従来よりも低い電圧でインク液滴を安定して吐出することができ、さらに、吐出される液滴も微小な液滴を吐出することができる。
In the present invention, the tip portion of the
本実施形態では、インクガイド３４の先端部分の先端角を６０°以下、および／または、先端部分の曲率半径を４μｍ以下とするのがよい。本発明においては、所望の吐出電圧において、インクガイド先端から安定して液滴を吐出させることができれば、インクガイド３４の先端をこのように高い先鋭度に形成する必要はないが、より低い吐出電圧でより安定的にインクを吐出させためには、インクガイドの先端部分は、先鋭角を６０°以下、および／または、先端部分の曲率半径を４μｍ以下にするのが好ましい。
In the present embodiment, the tip angle of the tip portion of the
また、インクガイド３４の最先端部を含む一部の領域の表面に、例えば金属などからなる導電性膜をコーティングしてもよい。最先端部に導電性膜が形成されることにより、先端部分の誘電率が実質的に大きくなり、強電界を生じさせやすくなり、インク液滴の吐出性を向上させることができる。
In addition, a conductive film made of metal or the like may be coated on the surface of a part of the region including the most distal portion of the
吐出電極３６は、ヘッド基板３０の上面（貫通孔基板３２と対向する側の面）に、インクガイド３４とヘッド基板３０との接続部分の周囲を囲むようなリング状の円形電極として配置されている。また、吐出電極３６とインクガイド３４と貫通孔３８とは、それらが略同軸になる、すなわち、それらの中心が略一致するように配置されている。ここでは、吐出電極３６を、ヘッド基板３０の表面上に形成して、インク流路に露出するように構成したが、これに限らず、ヘッド基板３０の内部に、吐出口３８と略同軸になるような位置関係に形成されてもよい。
The
従来のインクジェットヘッド、例えば図９に示すインクジェットヘッドのように、吐出電極が吐出口基板（貫通孔基板）に設けられていると、吐出電極に駆動電圧が印加されたときには、吐出電極の上面からのみならず、吐出電極の下面からも電界が発生することになる。すなわち、インク流路を循環するインクに、貫通孔からヘッド基板に向かう方向の電界が作用することになる。この吐出電極の下面からヘッド基板面に垂直な方向に発生する電界は、インク流路を循環するインクに含まれるインク粒子が貫通孔に向かうことを妨げるように作用する。このため、吐出電極に駆動電圧を印加すると、吐出口（貫通孔）にインク粒子の濃縮が妨げられ、貫通孔にインク粒子が十分濃縮されるまでに一定の時間が必要となる。
また、貫通孔基板に吐出電極を設ける構成では、貫通孔基板に反りが生じ、吐出部間でインクガイド先端部分と吐出電極との距離にずれが生じてしまう。この吐出部間で発生するずれによって吐出されるインク液滴が不均一になってしまう。
When the ejection electrode is provided on the ejection port substrate (through-hole substrate) as in the conventional inkjet head, for example, the inkjet head shown in FIG. 9, when a drive voltage is applied to the ejection electrode, the upper surface of the ejection electrode is used. In addition, an electric field is generated from the lower surface of the ejection electrode. That is, an electric field in the direction from the through hole toward the head substrate acts on the ink circulating in the ink flow path. The electric field generated from the lower surface of the ejection electrode in the direction perpendicular to the head substrate surface acts to prevent the ink particles contained in the ink circulating in the ink flow path from moving toward the through hole. For this reason, when a driving voltage is applied to the ejection electrode, the concentration of ink particles in the ejection port (through hole) is hindered, and a certain time is required until the ink particles are sufficiently concentrated in the through hole.
Further, in the configuration in which the discharge electrode is provided on the through-hole substrate, the through-hole substrate is warped, and the distance between the tip portion of the ink guide and the discharge electrode is shifted between the discharge portions. The ink droplets ejected due to the deviation generated between the ejection units become non-uniform.
これに対し、本発明のインクジェットヘッド１２は、吐出電極３６をヘッド基板３０に設けているので、吐出電極３６の上面側から発生する電界だけをインク粒子に作用させることができる。すなわち、貫通孔３８にインク粒子の濃縮を妨げるような電界が存在しないので、貫通孔３８に速やかにインク粒子を濃縮させることができる。
On the other hand, since the
また、複数のインクガイド３４および吐出電極３６がヘッド基板３０に一体に形成されることで、インクガイド３４と吐出電極３６の距離が一定となる。このため、個々の吐出部において吐出に必要な駆動電圧がばらつくことなく、全体的に低い駆動電圧で安定して、複数のインク液滴を高周波で吐出することができる。
Further, since the plurality of ink guides 34 and the
ここで、吐出電極３６は、例えば、図４に示すように、円形電極のインク供給側（インクの流れる流路の上流側）の一部を除去した形状にすることで好ましい。このように、吐出電極８０のインク流路のインク供給側の一部を除去することにより、記録時に吐出電極８０に駆動電圧が印加されることで発生するインク粒子での反発力がインク供給側で低減される。これにより、記録時もインクガイド３４へインク粒子を効率よく供給することができる。
なお、吐出電極は、リング状の円形電極に限定されず、多角形電極等種々の形状の電極を用いることができる。
Here, for example, as shown in FIG. 4, the
The discharge electrode is not limited to a ring-shaped circular electrode, and electrodes having various shapes such as a polygonal electrode can be used.
また、吐出電極３６の内径と、吐出電極３６の表面からインクガイド３４の先端までの距離は、１：０．５〜２の範囲内にあることが好ましく、１：０．７〜１．７の範囲内にあることが、より好ましい。すなわち、吐出電極３６の内径をｒとし、吐出電極３６の表面からインクガイド３４の先端までの距離をｈとしたときに、ｈ／ｒが、０．５〜２の範囲内になるように、より好ましくは、０．７〜１．７の範囲内になるように、吐出電極３６の内径および吐出電極３６の表面からインクガイド３４の先端までの距離の少なくとも一方を調整することが好ましい。これは、吐出電極３６により形成される電界が収束し、最も強い電界を形成する領域が前述の範囲となるからであり、吐出位置であるインクガイド３４の先端部分を、前述の範囲を満たすような位置に配置することにより、吐出電極３６への印加電圧を従来より低くしても、インクガイド３４の先端部分から確実に液滴を吐出させることが可能となる。すなわち、吐出電極３６への印加電圧の低電圧化を実現することが可能となる。
Further, the inner diameter of the
電極取出部４６は、導電性材料、例えば金属等で形成され、ヘッド基板３０のインク流路４４側の表面が吐出電極３６と重なる位置に、ヘッド基板３０を貫通して設けられている。この電極取出部４６の裏面（インク流路４４側と反対側の面）は、配線部４８と接しており、電極取出部４６は、吐出電極３６と配線部４８を電気的に接続している。
電極取出部４６は、吐出電極３６と配線部４８を電気的に接続すれば、その形状、配置位置に限定はない。例えば、電極取出部４６のインク流路４４側の表面が全て吐出電極３６の一部に含まれるようにしてもよい。
The
As long as the
また、電極取出部４６は、インクの流れる流路の下流側の吐出電極３６の一部と重なるように設けることが好ましい。
このように吐出電極３６の下流側に電極取出部４６を形成することで、インクガイド３４へのインクの濃縮を妨げる方向の電界は生じないので、インクガイド３４へのインクが効率よく濃縮される。
Further, it is preferable that the
By forming the
配線部４８は、ヘッド基板３０の裏面（吐出電極３６の配置されている面と反対側の面の表面）に設けられ、電圧印加手段１６と電極取出部４６と接続している。
このように、バイアス電圧源６０から吐出電極３６に電圧を印加するための配線部４８をヘッド基板３０の裏面に設けることにより、インク流路４４内のインクに影響を与えることなく各吐出部毎のインクの濃縮を均一にすることができ、また、吐出部に形成される電界も均一に形成することができるので、各吐出部毎にインク液滴の吐出を安定して行うことができる。
The
In this way, by providing the
貫通孔基板３２は、絶縁性材料、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 あるいはＺｒＯ2 などのセラミックス、あるいはポリイミドなどの樹脂で形成されている。また、上述のように、貫通孔基板３２には、インクガイド３４の先端部分にインクを供給し、インクガイド３４との間にメニスカスを形成する貫通孔３８が形成されている。
The through-
本発明では、吐出電極３６を、貫通孔基板３２ではなく、ヘッド基板３０に設けているので、貫通孔基板３２の厚みを従来よりも薄くすることができる。このため、貫通孔３８の長さを従来よりも短くでき、インクと貫通孔３８の内壁との間の抵抗が低減され、貫通孔３８から速やかにインクを吐出することが可能となる。更には、インク流の速度によって、インクが貫通孔３８の中で滞留してしまうことも防止される。
In the present invention, since the
また、貫通孔３８の形状は、吐出電極３６の形状に関係なく、インクガイド３４の先端部分へのインクの供給効率の向上、メニスカスの安定等の目的に応じて、円形、楕円形、四角形等種々の形状にすることができる。
The shape of the through
さらに、貫通孔基板３２は、その記録媒体Ｐ側の表面を撥インク性処理することが好ましい。貫通孔基板３２の表面を撥インク性処理することにより、メニスカスが安定して形成され、インク液滴の吐出が安定する。ここで、撥インク性とは、インクが水性の場合は撥水性を、インクが油性の場合は撥油性であることをいう。
また、貫通孔基板３２の表面は、撥インク性を有していればよいので、撥インク処理に限定されず、貫通孔基板３２を撥インク性材料で作製しても、貫通孔基板３２の記録媒体Ｐ側の表面に撥インク材料を装着しても、上記と同様にして、メニスカスが安定して形成され、インク液滴の吐出が安定する。
Further, the through-
Further, since the surface of the through-
貫通孔基板３２のヘッド基板３０側に配置されているシールド電極４４は、吐出電極３６よりも記録媒体Ｐに近い位置に設けられている。シールド電極４４は、吐出部の対応している吐出電極３６からインクガイド３４の先端部分に向かって発生している電気力線は遮蔽せず、吐出部の対応していない他の吐出電極３６からインクガイド３４の先端部分に向かって発生している電気力線を遮蔽するように配置されている。
The
本実施形態では、シールド電極４０は、金属板等の各吐出部に共通なシート状の電極であり、２次元的に配列されている各貫通孔３８に対向する開口部が穿孔されている。シールド電極４０は、所定電位に保持され（接地による０Ｖを含む）、本実施形態では、接地されて０Ｖとされている。
In the present embodiment, the
ここで、シールド電極４０は必ずしも必要としない。しかし、対応していない吐出電極３６から発生する電気力線を遮蔽し、各吐出部で安定した電界を形成させる点から、シールド電極４０を設けるのが好ましい。
シールド電極４０は、吐出電極３６とインクガイド３４の先端部分の間に配置されていればよく、その配置位置は、貫通孔基板３２のヘッド基板３０側に限定されず、貫通孔基板３２の記録媒体Ｐ側でも、貫通孔基板３２内でもよい。
また、シールド電極４０の形状をシート状の電極としたが、これに限定されず、対応していない吐出電極３６からの電気力線を遮蔽できれば、どのようなものでもよい。
Here, the
The
Further, although the shape of the
また、本実施形態では、シールド電極４０を貫通孔基板３２のインク流路４４に設けたが、貫通孔基板の対向電極側の表面をフッ素ポリマーと金属との共析めっきをすることによって、シールド電極と撥インク処理の両方の機能を満たすことができる。
Further, in this embodiment, the
立体障壁４２は、貫通孔基板３０の記録媒体Ｐ側に、各貫通孔３８を囲うように設けられている。立体障壁４２が配置されていることにより、隣接するインクガイド３４に形成されるメニスカス同士が繋がることなく分離されている。
ここで、立体障壁４２は、本発明では、必ずしも必要としない。しかし、隣接するインクガイド３４に形成されたメニスカスを分離し、隣接するインクガイド３４からインク液滴が吐出するときのメニスカスの変動の影響を受けることなく、個々のインクガイド３４に形成された個々のメニスカスを安定して維持する点から立体障壁４２を設けるのが好ましい。
本実施形態では、立体障壁４２を格子状にしたが、これに限定されず、各インクガイド３４に形成されたメニスカス同士が繋がることなく分離している形状であればよく、例えば各貫通孔を囲う立体障壁を個別に設けてもよい。
また、立体障壁４２の壁面へのインクの這い上がりを防止し、隣接するインクガイド３４に形成されたメニスカスをより確実に分離するために、立体障壁４２の少なくとも表面は、撥インク性を有することが好ましい。
The three-
Here, the three-
In the present embodiment, the three-
Further, in order to prevent ink from creeping up to the wall surface of the three-
インク還流機構５０は、図示しないインクタンクと、インクポンプとを有しており、インクタンク内には、インクが所定量入れられている。インクタンク内では、図示しない濃度調整機構により、インクの絶縁性溶媒中の帯電性粒子、帯電制御剤およびバインダーなどの濃度が所定の濃度範囲に入るように常に調整されている。インクタンク内で図示しない濃度調整機構により濃度調整されたインクは、インク還流機構５０のインクポンプから所定の圧力でインク供給流路５２を介してインクジェットヘッド１２のインク流路４４へ供給されている。インク流路４４内は、インクで満たされ、個々の貫通孔３８を通り、インクガイド３４へインクが供給される。また、インクジェットヘッド１２で使用されたインクは、インク回収流路５４を介してインク還流機構５０に回収される。
The
吐出電極３６は、電極取出部４６、配線部４８を介して、電圧印加手段１６の信号電圧源６０およびバイアス電圧源６２と接続されている。信号電圧源６０は、画像データや印字データ等の吐出データ（吐出信号）に応じた所定電位の駆動電圧（例えば、パルス電圧）を吐出電極３６に印加し、バイアス電圧源６２は、記録時に常に一定電圧を吐出電極３６に印加する。
このように、バイアス電圧源６２が吐出電極３６に一定電圧を印加することにより、信号電圧源６０が吐出電極３６に印加する駆動電圧を低電圧にすることが可能となり、消費電力を低減することができる。
The
As described above, the
対向電極７０は、インクジェットヘッド１２のインク液滴の吐出面と対面するように配置される。また、バイアス電圧源７２の負側の端子は対向電極７０に接続され、その正側の端子は接地されている。
記録時には、記録媒体Ｐは、対向電極７０の図中下側の表面に、例えば静電吸着によって支持されており、対向電極７０は、記録媒体Ｐのプラテンとして機能する。さらに、対向電極７０には、バイアス電圧源７２から所定の電圧が印加される。
The
At the time of recording, the recording medium P is supported on the lower surface of the
次に、インクジェット記録装置１０のインク液滴の吐出動作について説明する。
インクジェットヘッド１２には、前述のように一定濃度の帯電性粒子を含むインクが循環しており、インクガイド３４の表面には、少なくとも先端部分を覆うメニスカスが形成されている。この状態では、電圧印加手段１６のバイアス電圧源６２から吐出電極３６に１００Ｖの電圧が印加され、バイアス電圧源７２から対向電極７０に−１ｋＶの電圧が常時印加されているので、吐出電極３６と対向電極７０との間に電位差１．１ｋＶ分の電界が形成されている。
ここで、信号電圧源６０から駆動電圧２００Ｖが吐出電極３６に重畳すると、計３００Ｖの電圧が印加される。この吐出電極３６に印加される３００Ｖと対向電極７０に印加される−１ｋＶによって、吐出電極３６と対向電極７０との間に形成される電界は、電位差１．３ｋＶの電界に強められ、この強められた電界によって、メニスカスからインク液滴が静電気力により対向電極７０に向けて吐出し、記録媒体Ｐに付着する。
Next, the ink droplet ejection operation of the
As described above, the ink containing the charged particles having a constant concentration circulates in the
Here, when the driving voltage 200V is superimposed on the
このように、先端が先鋭なインクガイドと吐出電極をヘッド基板上に備えることで、低電圧駆動で、高速に安定してインク液滴を吐出させることができ、高画質な記録を低コストで形成することができる。
また、インク液滴の飛翔位置は、インクガイド３６の先端部中央に決まり、インク液滴が飛翔時に主走査方向に逃げることもない。
In this way, by providing an ink guide with a sharp tip and an ejection electrode on the head substrate, ink droplets can be ejected stably at high speed with low voltage drive, and high-quality recording at low cost. Can be formed.
Further, the ink droplet flying position is determined at the center of the tip of the
図５は、本発明のインクジェット記録装置の第２の実施形態の概略構成を示す模式図であり、図６は、図５に示したインクジェット記録装置の吐出電極の配置を示す模式図である。図５、図６に示したインクジェット記録装置９０は、一部を除いて、図１、図２、図３に示す第１の実施形態の静電式インクジェット記録装置１０と同じ構成のものである。従って、両者で同一な構成要素には同一の符号を付してその説明を省略し、以下インクジェット記録装置９０に特有の点を重点的に説明する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the second embodiment of the inkjet recording apparatus of the present invention, and FIG. 6 is a schematic diagram showing the arrangement of ejection electrodes of the inkjet recording apparatus shown in FIG. The ink
本実施形態のヘッド基板９２は、インクの流れる流路（図５中では右側から左側、図６中では下から上）に対して直交する方向に、隣接する吐出部に共通の凸部９４が設けられている。これにより、インクガイド３４および吐出電極９８は凸部９４上に設置され、吐出電極９８の外側のインクの流れる流路に対して直交する方向には、所定深さを備えた凹部９６が形成される。すなわち、インクの流れる流路に対して直交する方向に隣接する吐出部は共通の凸部９４上に形成され、インクの流れる方向に隣接する吐出部の間には凹部９６が形成されている。
また、本実施形態の吐出電極９８は、図４に示した吐出電極８０と同様にインク供給側の一部を除去した形状である。
The
In addition, the
これにより、凸部９４が誘導堰となり、インクをインクガイド３４の先端方向に誘導することができ、インクを効率よくインクガイド３４の先端部分に供給することができる。
また、凹部９６を備えることにより、インク流路４４を拡大することができる。これにより、インク流路４４内を流れるインクの量が増加し、インクを効率よくインクガイド３４の先端部分に供給することができる。
Accordingly, the
In addition, the
本実施形態では、凹部をインクの流れる流路に対して直交する方向に形成したが、これに限定されず、さらにインクの流れる流路に対して平行に凹部を形成した、すなわち、個々の吐出部を個々の凸部上に配置した形状でもよい。このように、インクの流れる流路に対して平行に凹部を設けることによって、インク流路がより拡大し、インク流路内にインクをより多くの供給することができる。
また、凸部の形状も、特に限定されず、吐出電極の外側に沿った形状、凸部の側面が傾斜を有する形状等、種々の形状にしてもよい。
In the present embodiment, the concave portion is formed in a direction orthogonal to the flow path of ink, but is not limited to this, and the concave portion is formed in parallel to the flow path of ink. The shape which arrange | positioned the part on each convex part may be sufficient. As described above, by providing the recess in parallel with the flow path of the ink, the ink flow path is further expanded, and more ink can be supplied into the ink flow path.
Further, the shape of the convex portion is not particularly limited, and various shapes such as a shape along the outside of the ejection electrode and a shape in which the side surface of the convex portion is inclined may be used.
さらに、本実施形態では、吐出部を格子状に配置し、凸部をインクの流れる流路に対して直交する方向に直線状に形成したが、吐出部を千鳥格子状に配置し、各吐出部に対応して凸部を千鳥状に設置することで、吐出部へのインクをより効率よく供給させることもできる。 Further, in the present embodiment, the ejection portions are arranged in a lattice shape, and the convex portions are formed in a straight line in a direction perpendicular to the flow path of the ink. By installing the convex portions in a staggered manner corresponding to the ejection portions, it is possible to more efficiently supply ink to the ejection portions.
ここで、上記実施形態では、溶液中の帯電性粒子を正に帯電させたインクを用いて説明したが、帯電粒子を負に帯電させたインクを使用してもよく、この場合には、上述の対向電極、吐出電極に印加する印加電圧極性を上述の例と逆にすればよい。
なお、本発明の液体吐出ヘッドは、帯電性粒子を含むインクの吐出に限定されず、溶媒に分散させた帯電粒子を含む溶液を吐出するヘッドであればよく、溶液の種類は限定されない。
Here, in the above embodiment, the description has been given using the ink in which the chargeable particles in the solution are positively charged. However, the ink in which the charged particles are negatively charged may be used. The applied voltage polarity applied to the counter electrode and the discharge electrode may be reversed from the above example.
The liquid discharge head of the present invention is not limited to discharge of ink containing chargeable particles, and may be any head that discharges a solution containing charged particles dispersed in a solvent, and the type of the solution is not limited.
以下、図７（ａ）〜（ｋ）を参照して、本発明の液体吐出ヘッドの作製方法の一例として、インクジェットヘッドの作製方法について説明する。
ここで、図７には１つの吐出部のみを図示しているが、本実施形態の作成方法では、２次元配列された吐出部を同時に作製することができるのはいうまでもない。
本実施形態では、ヘッド基板となる絶縁性を有する基板の一例として、ガラス基板１００を用いる。
Hereinafter, with reference to FIGS. 7A to 7K, an ink jet head manufacturing method will be described as an example of a liquid discharge head manufacturing method of the present invention.
Here, FIG. 7 shows only one ejection part, but it goes without saying that the production method of the present embodiment can produce ejection parts arranged two-dimensionally at the same time.
In this embodiment, a
まず、ガラス基板１００上に金属膜を蒸着し、配線部の電極パターンに応じたマスクを、例えばリソグラフィ法で金属膜上に作製し、金属膜をエッチングすることによって、図７（ａ）に示すように、ガラス基板１００に配線部となる電極１０２を形成する。ここで、金属膜を蒸着する方法としては、スパッタリング、ＣＶＤ等、従来公知の技術によって金属膜を蒸着すればよい。
First, a metal film is vapor-deposited on the
次に、ガラス基板１００の電極１０２を形成した面と反対側の面のインクガイドの配置される位置に対応した位置に、例えば、直径２００μｍ程度の円形マスクを、例えばリソグラフィ法によって形成し、ガラス基板１００を所定量エッチングすることで、図７（ｂ）に示すように、例えば、高さ５μｍ、直径２００μｍ程度の凸部となる円柱１０４を形成する。
Next, a circular mask having a diameter of about 200 μm, for example, is formed by a lithography method, for example, at a position corresponding to the position where the ink guide is disposed on the surface opposite to the surface on which the
次に、ガラス基板１００の円柱１０４が形成された面に金属膜を蒸着し、吐出電極の電極パターンに応じたマスクを形成するために、例えばリソグラフィ法によって、円柱１０４の周囲を囲むリング状の部分のみが残るようにマスクを作製する。この作製したマスクをエッチングマスクとして、金属膜をエッチングすることにより、図７（ｃ）に示すような円柱１０４の周囲に吐出電極となるリング状の電極１０６を形成する。
ここで、マスクをリング状の一部を除去した形状とし、このマスクをエッチングマスクとして、金属膜をエッチングすることで、図４に示すような、電極の一部を除去した電極を形成することもできる。
Next, in order to deposit a metal film on the surface of the
Here, the mask is shaped by removing a part of the ring shape, and the metal film is etched using this mask as an etching mask to form an electrode from which a part of the electrode is removed as shown in FIG. You can also.
次に、図７（ｄ）に示すように、電極１０２とリング状の電極１０６がその内壁面の一部を形成するようにガラス基板１００にスルーホール１０８を形成する。このようにスルーホール１０８を形成することで、スルーホール１０８の側面に電極１０２、および電極１０６の一部が露出する。
スルーホール１０８は、サンドブラスト、レーザー加工等の従来公知の技術で形成すればよい。
Next, as shown in FIG. 7D, a through
The through
次に、ガラス基板の両面の電極１０２と電極１０６とが導通するように、スルーホール１０８の側面に、金属膜を蒸着し、図７（ｅ）に示すように、スルーホール１０８側面に電極１１０を形成する。この際、スルーホール１０８の側面以外に金属膜が蒸着しないように、金属膜を蒸着しない部分にマスクとなるレジスト層を形成してもよい。
Next, a metal film is deposited on the side surface of the through
さらに、スルーホール１０８にめっき、例えば電気めっきを行うことにより、金属を充填する。これにより、図７（ｆ）に示すように、スルーホール１０８には、電極取出部となるめっき部１１２が埋設される。ここで、めっきに使用する金属は、インクと接しても腐食しない金属であれば特に制限はなく種々の金属を使用することができ、例えば、銅、ニッケル等を用いることが好ましい。
Furthermore, the through
次に、ガラス基板１００の円柱１０４が形成されている面に、本実施形態ではＳｉ基板１１４を接合する。接合方法としては、様々な方法があり、例えば、陽極接合、接着剤による方法等がある。ここで、陽極接合としは、Ｓｉ基板１１４とガラス基板１００とを合わせた後、加熱しながら数百Ｖの電圧を加えることで、ガラス基板１００とＳｉ基板１１４との間に静電引力を生じさせ、共有結合により接合させる方法を用いることができる。また、ガラス基板１００とＳｉ基板１１４とは、少なくともガラス基板１００の円柱１０４がＳｉ基板１１４と接合していればよい。
ここで、図７（ｇ）に示すように、Ｓｉ基板１１４のガラス基板１００と接合していない面には酸化膜１１６が形成されている。通常、酸化膜１１６は、ＳｉＯ2 で形成され、スパッタリング、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、熱酸化による成膜、あるいはガラス基板１００の円柱１０４との接合前に酸化させることで形成する。また、Ｓｉ基板１１４の酸化膜１１６が形成されている面は〈１００〉結晶面である。
Next, in this embodiment, the
Here, as shown in FIG. 7G, an
次に、酸化膜１１６に、例えばリソグラフィ法によって、Ｓｉ基板１１４の〈１１０〉と〈１−１０〉結晶方位を辺とする正方形レジストパターンを、インクガイドの配置に対応する位置に形成する。その後、このレジストパターンをエッチングマスクとし、酸化膜１１６をエッチングする。これにより、酸化膜１１６は、図７（ｈ）に示すように、正方形レジストパターンの形状に即した形状、すなわちＳｉ基板１１４の〈１１０〉と〈１−１０〉結晶方位を辺とする正方形状のマスク１１８となる。
Next, a square resist pattern having sides of the <110> and <1-10> crystal orientations of the
次に、例えば３４ｗｔ％のＫＯＨ水溶液を７０℃に加熱した液にＳｉ基板１１４を浸し、Ｓｉの異方性エッチングを行う。このエッチング工程において、Ｓｉ基板１１４は正方形のマスク１１８をエッチングマスクとして異方性エッチングされる。このエッチングでは、マスク１１８の正方形部分からアンダーカットが進行し、マスク１１８がＳｉ基板１１４の表面から離脱するまでエッチングを行う。このようにして、図７（ｉ）に示すように、高次の多面体からなる斜面で形成された、先端角が６０°以下、および／または、曲率半径４μｍ以下の尖った先端をもつインクガイドの先端部分となる、錐体構造物１２０をＳｉ基板１１４の一部に形成する。ここで、Ｓｉ基板１１４は、異方性エッチングされた後も、所定厚さのＳｉ基板１１４は除去されないので、錐体構造物１２０は、所定厚さのＳｉ基板１１４上に形成される。
Next, for example, the
次に、図７（ｊ）に示すように、錐体構造物１２０にＳｉＯ2 やメタルなどのＳｉエッチング時に耐性のあるマスク１２２を形成する。
次に、マスク１２２をエッチングマスクとして、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥによりＳｉ基板１１４をエッチングすることで、図７（ｋ）に示すように、先端部分に錐体構造物１２０を有し、インクガイドの基部となる柱状構造物１２４を円柱１０４の表面に形成する。
Next, as shown in FIG. 7 (j), a
Next, by using the
このような方法で、先端が先鋭なインクガイドと、インクガイドの周囲を囲うようにヘッド基板上に設けられた吐出電極と、吐出電極に電圧を印加する電圧印加手段と接続するための電極取出部と、ヘッド基板の吐出電極が配置された面と反対側の面に設けられた配線部とを備えたヘッド基板を作製することができる。
さらに、このヘッド基板の所定間隔離間した位置に、吐出部に対応した位置に貫通孔を備えた貫通孔基板を設置することで、インクジェットヘッドを作製することができる。
In this way, an ink guide having a sharp tip, an ejection electrode provided on the head substrate so as to surround the ink guide, and a voltage applying means for applying a voltage to the ejection electrode are extracted. And a wiring board provided on the surface opposite to the surface on which the ejection electrodes of the head substrate are disposed can be manufactured.
Furthermore, an ink jet head can be manufactured by installing a through-hole substrate having a through-hole at a position corresponding to the ejection unit at a position spaced apart from the head substrate by a predetermined interval.
ここで、本実施形態では、インクガイドとなる錐体構造物をＳｉ基板によって作製したが、これに限定されず、例えばＩｎＰ、ＧａＡｓ等の異方性エッチングすることができる単結晶基板であればよい。 Here, in this embodiment, the cone structure serving as the ink guide is manufactured by the Si substrate. However, the present invention is not limited to this, and any single crystal substrate that can be anisotropically etched, such as InP or GaAs, is used. Good.
このように液体吐出ヘッドを、半導体の製造方法のリソグラフィ法およびドライエッチング等を用いて製造することで、信頼性が高く、高精度なインクガイド、および吐出電極を作製することが可能なため、低コストでインクジェットヘッドを作製することが可能となる。
また、上記のようにインクガイドを作製することによって、先端が先鋭なインクガイドを高精度に作製することができる。
By manufacturing the liquid discharge head using the lithography method and dry etching of the semiconductor manufacturing method in this way, it is possible to produce a highly reliable and highly accurate ink guide and discharge electrode. An inkjet head can be manufactured at low cost.
Further, by producing the ink guide as described above, an ink guide having a sharp tip can be produced with high accuracy.
次に、図８（ａ）〜（ｃ）を参照して本発明の液体吐出ヘッドの作製方法の他の実施形態を説明する。
なお、本実施形態はインクガイドの作製方法を除いて、上記図７に基づいて説明した実施形態と同様の作製方法であるので異なる点を中心に説明する。
Next, another embodiment of the method for producing a liquid ejection head of the present invention will be described with reference to FIGS.
Since this embodiment is the same manufacturing method as the embodiment described with reference to FIG. 7 except for the ink guide manufacturing method, the description will focus on the differences.
上記の第１の作製方法と同様に、ガラス基板１００に配線部となる電極１０２を形成し、電極１０２が形成された面と反対側の面にインクガイドの配置に対応した位置に凸部となる円柱１０４を形成し、その周囲を囲うように吐出電極となる電極１０６を形成し、電極１０２と電極１０６の一部がその内壁の一部を構成するようにスルーホールを形成し、そのスルーホールの側面に金属膜を蒸着し、さらにスルーホールを埋めるようにめっきを行い電極取出部となるめっき部１１２を作製する。
さらに、ガラス基板１００とＳｉ基板１１４とを、陽極接合、または接着剤による接着で接合することで、図７（ｇ）と同様の構造の図８（ａ）を作製する。
In the same manner as in the first manufacturing method, an
Further, by bonding the
次に、図８（ｂ）に示すように、インクガイドの配置に対応した位置にマスク１３０を形成する。
次に、このマスク１３０をエッチングマスクとして、Ｓｉ基板１１４を異方性エッチングすることにより、図８（ｃ）に示すような、先端が先鋭なインクガイドとなる錐体構造物１３２を円柱１０４の表面に形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a
Next, by using this
このような方法でも、先端が先鋭なインクガイドと、インクガイドの周囲を囲うようにヘッド基板上に設けられた吐出電極と、吐出電極に電圧を印加する電圧印加手段と接続するための電極取出部と、ヘッド基板の吐出電極が配置された面と反対側の面に設けられた配線部とを備えたヘッド基板を作製することができる。 Even in such a method, an ink guide for connecting to an ink guide having a sharp tip, an ejection electrode provided on the head substrate so as to surround the ink guide, and a voltage applying means for applying a voltage to the ejection electrode. And a wiring board provided on the surface opposite to the surface on which the ejection electrodes of the head substrate are disposed can be manufactured.
このように、マスクの形状、エッチング液等を調節することで、錐体構造の先端部分と柱状構造の基部を備えたインクガイドに限定されず、錐体構造のインクガイド等、種々の形状のインクガイドを作製することが可能となる。 Thus, by adjusting the shape of the mask, the etching solution, etc., the ink guide is not limited to the ink guide having the tip portion of the cone structure and the base portion of the columnar structure, and various shapes such as the ink guide of the cone structure are provided. An ink guide can be produced.
以上、本発明の液体吐出ヘッド、および液体吐出ヘッドの作製方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の変更や改良をしてもよいのはもちろんである。 As described above, the liquid discharge head and the liquid discharge head manufacturing method of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made without departing from the gist of the present invention. Of course.
１０、９０ インクジェット記録装置
１２、２００ インクジェットヘッド
１４ インク循環手段
１６ 電圧印加手段
１８ 記録媒体保持手段
３０、９２、２０２ ヘッド基板
３２ 貫通孔基板
３４、２０４ インクガイド
３６、８０、９８ 吐出電極
３８、２１８ 貫通孔
４０ シールド電極
４２ 立体障壁
４４、２１６ インク流路
４６ 電極取出部
４８ 配線部
５０ インク還流機構
５２ インク供給流路
５４ インク回収流路
６０、２１４ 信号電圧源
６２、７２、２１２ バイアス電圧源
７０、２１０ 対向電極
９４ 凸部
９６ 凹部
１００ ガラス基板
１０２、１０６、１１０ 電極
１０４ 円柱
１０８ スルーホール
１１２ めっき部
１１４ Ｓｉ基板
１１６ 酸化膜
１１８、１２２、１３０ マスク
１２０、１３２ 錐体構造物
１２４ 柱状構造物
２０６ 絶縁性基板
２０８ 制御電極
２２０ インク案内溝
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記液滴を吐出する貫通孔が開孔された絶縁性貫通孔基板と、
前記絶縁性貫通孔基板と所定の間隔を離間して配置され、前記絶縁性貫通孔基板との間に前記溶液の流路を形成する絶縁性ヘッド基板と、
前記絶縁性ヘッド基板の前記絶縁性貫通孔基板側の表面の、前記貫通孔に対応する位置に取り付けられ、その先端部分が前記貫通孔を通過して、突出し、先端部分に向かうに従って次第に細くなっていく溶液ガイドと、
前記絶縁性ヘッド基板の前記表面に、その中心を前記溶液ガイドと略一致させて設けられる、前記静電力を作用させるための制御電極と、
前記制御電極に接続され、前記絶縁性ヘッド基板の前記表面からその裏面側に貫通して設けられた電極取出部と、
前記絶縁性ヘッド基板の前記絶縁性貫通孔基板側と反対側の面に設けられ、前記電極取出部と前記制御電極に電圧を印加する電圧印加手段とを接続させる配線部と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。 A liquid discharge head that discharges droplets by applying an electrostatic force to a solution in which charged particles are dispersed,
An insulating through-hole substrate in which a through-hole for discharging the droplet is opened;
An insulating head substrate that is disposed at a predetermined distance from the insulating through-hole substrate and forms a flow path for the solution between the insulating through-hole substrate; and
A surface of the insulating head substrate on the insulating through hole substrate side is attached to a position corresponding to the through hole, and a tip portion thereof passes through the through hole, protrudes, and gradually becomes thinner toward the tip portion. A solution guide,
A control electrode for applying the electrostatic force, provided on the surface of the insulating head substrate, the center of which is substantially coincident with the solution guide;
An electrode extraction portion connected to the control electrode and provided penetrating from the front surface to the back surface side of the insulating head substrate;
A wiring portion provided on a surface opposite to the insulating through-hole substrate side of the insulating head substrate and connecting the electrode extraction portion and a voltage applying means for applying a voltage to the control electrode. A liquid discharge head.
絶縁性基板に金属膜を形成してパターニングし、配線部を形成する工程と、
前記絶縁性基板の前記配線部が形成された面の反対側の面に、エッチングによって凸部を形成する工程と、
前記凸部の周囲の前記絶縁性基板上に制御電極を形成する工程と、
前記配線部および前記制御電極の一部がその内壁の一部を形成するように前記絶縁性基板を貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔の側面に金属膜を形成し、前記貫通孔を金属で埋め、電極取出部を形成する工程と、
前記凸部と単結晶基板とを接合する工程と、
前記単結晶基板に第１のマスクを形成し、前記第１のマスクが離脱するまで前記単結晶基板を異方性エッチングして、溶液ガイドの先鋭な先端部分を形成する工程と、
前記先端部分に第２のマスクを形成し、前記単結晶基板をエッチングして、前記凸部上に溶液ガイドの柱状の基部を形成する工程とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドの作製方法。 A method for producing a liquid ejection head in which electrostatic force is applied to a solution in which charged particles are dispersed to eject droplets.
Forming a metal film on an insulating substrate and patterning to form a wiring portion;
Forming a convex portion by etching on the surface of the insulating substrate opposite to the surface on which the wiring portion is formed;
Forming a control electrode on the insulating substrate around the convex part;
Forming a through hole penetrating the insulating substrate such that a part of the wiring part and the control electrode form a part of the inner wall;
Forming a metal film on a side surface of the through hole, filling the through hole with metal, and forming an electrode extraction portion;
Bonding the convex portion and the single crystal substrate;
Forming a first mask on the single crystal substrate and anisotropically etching the single crystal substrate until the first mask is released to form a sharp tip portion of the solution guide;
Forming a second mask on the tip portion, etching the single crystal substrate, and forming a columnar base portion of the solution guide on the convex portion. .
絶縁性基板に金属膜を形成してパターニングし、配線部を形成する工程と、
前記絶縁性基板の前記配線部が形成された面の反対側の面に、エッチングによって凸部を形成する工程と、
前記凸部の周囲の前記絶縁性基板上に制御電極を形成する工程と、
前記配線部および前記制御電極の一部がその内壁の一部を形成するように前記絶縁性基板を貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔の側面に金属膜を形成し、前記貫通孔を金属で埋め、電極取出部を形成する工程と、
前記凸部と単結晶基板とを接合する工程と、
前記単結晶基板を異方性エッチングして、前記凸部上に先端が先鋭な溶液ガイドを形成する工程とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドの作製方法。
A method for producing a liquid ejection head in which electrostatic force is applied to a solution in which charged particles are dispersed to eject droplets.
Forming a metal film on an insulating substrate and patterning to form a wiring portion;
Forming a convex portion by etching on the surface of the insulating substrate opposite to the surface on which the wiring portion is formed;
Forming a control electrode on the insulating substrate around the convex part;
Forming a through hole penetrating the insulating substrate such that a part of the wiring part and the control electrode form a part of the inner wall;
Forming a metal film on a side surface of the through hole, filling the through hole with metal, and forming an electrode extraction portion;
Bonding the convex portion and the single crystal substrate;
And a step of forming a solution guide having a sharp tip on the convex portion by anisotropically etching the single crystal substrate.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7954925B2 (en) | 2006-10-16 | 2011-06-07 | Seiko Epson Corporation | Droplet discharging head and method for manufacturing the same, and droplet discharging device |
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- 2004-02-20 JP JP2004044416A patent/JP2005231236A/en not_active Withdrawn
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