JP2009137257A - Inkjet head - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet head in which an alignment mark on the surface of a nozzle plate made of a silicon single crystal substrate can be easily recognized when recognizing an image. <P>SOLUTION: The inkjet head has an alignment mark 5 for positioning which is grooved on the surface of a nozzle plate 1 made of a silicon single crystal substrate having a nozzle train in which a large number of nozzles 11 for discharging an ink droplet are arranged, wherein a bottom surface 51 of the alignment mark 5 is formed as a roughened surface. The ratio of the reflected light quantity from the bottom surface 51 of the alignment mark 5 to the reflected light quantity from the nozzle plate surface other than the alignment mark 5 is preferably 50% or less. It is preferred to form a large number of columnar structures having a cycle of 100-400 nm and a height of 100-1000 nm on the bottom surface 51 of the alignment mark 51. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

インクジェットヘッドに関し、詳しくは、インク滴を吐出する多数のノズルが配列されたノズル列がシリコン単結晶基板に形成されたノズルプレートの表面に、前記ノズルとは別にヘッド位置決め用の基準となるアライメントマークを凹設したインクジェットヘッドに関する。   More specifically, with respect to the inkjet head, an alignment mark serving as a reference for head positioning separately from the nozzle is formed on the surface of a nozzle plate in which a nozzle array in which a large number of nozzles for ejecting ink droplets are arranged is formed on a silicon single crystal substrate. The present invention relates to an ink jet head having a recess.

インクジェットヘッドは記録の高密度化を図るため、インクを吐出する多数のノズルからなるノズル列をノズルプレートに複数列設けたものが一般的であり、このノズル列の幅がインクジェットヘッドの記録幅となる。このため、ノズル列の幅を越える長尺幅の記録を行う場合、ベースプレート等に同一構造のヘッドを多数配列して、長尺な記録幅を持つフルライン型のインクジェットヘッドを構成するようにしている。   In order to increase the recording density of an ink jet head, a plurality of nozzle rows each having a plurality of nozzles for ejecting ink are provided on a nozzle plate. The width of the nozzle row is equal to the recording width of the ink jet head. Become. For this reason, when recording with a long width exceeding the width of the nozzle array, a large number of heads having the same structure are arranged on a base plate or the like so as to constitute a full line type ink jet head having a long recording width. Yes.

このようにフルライン型のインクジェットヘッドを構成する場合、記録幅一杯に亘って高精度の記録を行うため、各ヘッド間でのノズルピッチが記録幅全体に亘って等ピッチとなるように、各ヘッドのＸＹ方向の位置及び角度を微調整し、各ヘッド相互間の組み付け位置の関係を厳密に決める必要がある。   When configuring a full-line type ink jet head in this way, in order to perform high-precision recording over the full recording width, each nozzle pitch between the heads is equal to the entire recording width. It is necessary to finely adjust the position and angle of the heads in the XY directions, and to strictly determine the relationship of the assembly positions between the heads.

従来、このようなヘッドの組み付け位置の微調整を行うため、ノズルプレート表面に位置決めの基準となるアライメントマークを凹設したインクジェットヘッドが知られている（特許文献１）。   Conventionally, an ink jet head in which an alignment mark serving as a positioning reference is provided on the surface of a nozzle plate in order to finely adjust the assembly position of such a head is known (Patent Document 1).

このインクジェットヘッドは、ノズルプレート表面に開口する最外端の２つのノズルの近傍に、レーザーエッチング等によってアライメントマークを凹設したものである。各アライメントマークはノズルに対して位置保障されているため、このアライメントマークを画像認識することにより、ヘッド組み付け位置の微調整を行う際の基準とすることができる。
特開２００３−１２７３４４号公報（段落００６７〜００６８、図６） 特開２００７−１１１８２５号公報 This inkjet head has an alignment mark recessed by laser etching or the like in the vicinity of the two outermost nozzles opened on the nozzle plate surface. Since the position of each alignment mark is guaranteed with respect to the nozzle, the alignment mark can be used as a reference for fine adjustment of the head assembly position by recognizing an image of the alignment mark.
JP 2003-127344 A (paragraphs 0067 to 0068, FIG. 6) JP 2007-111825 A

近年、インクジェットヘッドに対する高精細化の要求は高く、吐出されるインク滴の大きさがますます小さくなり、従来では直径２０μｍ程度のノズル径が、今では５μｍ程度にまで微細化してきている。このような極めて微細なノズルを高密度に形成するには、ノズルプレートにシリコン単結晶基板を使用し、これに半導体集積回路の製造技術を利用して加工形成する方法が一般に用いられている。   In recent years, there has been a high demand for high-definition ink jet heads, and the size of ejected ink droplets has become smaller. Conventionally, a nozzle diameter of about 20 μm has been reduced to about 5 μm. In order to form such extremely fine nozzles with a high density, a method is generally used in which a silicon single crystal substrate is used for the nozzle plate, and this is processed using a semiconductor integrated circuit manufacturing technique.

なお、シリコン単結晶基板を用いてノズルを加工形成したインクジェットヘッドには、シリコン単結晶基板にノズルのみならず、ノズルに連通するインク室等を一体に加工形成して流路基板を構成したものもあるが、本明細書においては、基板に少なくともインク滴を吐出するためのノズルが形成されていれば、その基板を全てノズルプレートと定義することにする。   In addition, in an inkjet head in which nozzles are processed and formed using a silicon single crystal substrate, not only nozzles but also ink chambers that communicate with the nozzles are integrally processed and formed on the silicon single crystal substrate to form a flow path substrate. However, in this specification, if at least nozzles for ejecting ink droplets are formed on a substrate, the substrate is defined as a nozzle plate.

ここで、このようなノズルプレートを有するインクジェットヘッドにおいて、ノズルプレートにアライメントマークを形成し、これを画像認識することで組み付け位置の微調整を行うようにすると、シリコン単結晶基板は高い光反射率を有しているためにアライメントマークの識別が困難となる問題が生じる。   Here, in an inkjet head having such a nozzle plate, if an alignment mark is formed on the nozzle plate and the assembly position is finely adjusted by recognizing the image, the silicon single crystal substrate has a high light reflectance. This causes a problem that it is difficult to identify the alignment mark.

この場合、アライメントマークの大きさを極端に大きくしたり、凹設深さを深くして反射光の距離減衰を大きくしたりすることで識別し易くすることも考えられるが、前者のようにアライメントマークを大きくしすぎると、画像認識時の誤差が大きくなってしまい、精密な位置調整を行うことができなくなる問題がある。また、後者のようにアライメントマークの凹設深さを深くすることは、ノズルプレートの厚みに限界があるために難しい問題がある。特に、高精細な記録のためにインク滴の微小化を図るには、ノズル径の小径化に加えてノズルの吐出方向の長さを短く形成する必要があり、このためにノズルプレートの厚みは極めて薄くなっている。従って、ノズルプレートに反射光の大きな距離減衰を生じさせる程に深い凹部を形成することは現実的には極めて困難な問題である。   In this case, the size of the alignment mark can be made extremely large, or the concave depth can be increased to increase the distance attenuation of the reflected light. If the mark is too large, an error during image recognition becomes large, and there is a problem that precise position adjustment cannot be performed. Further, increasing the recessed depth of the alignment mark as in the latter case is difficult because the nozzle plate has a limited thickness. In particular, in order to reduce the size of ink droplets for high-definition recording, it is necessary to reduce the nozzle diameter in addition to reducing the length of the nozzle in the ejection direction. It is extremely thin. Therefore, in reality, it is extremely difficult to form a recess that is deep enough to cause a large distance attenuation of the reflected light in the nozzle plate.

本発明は、このような従来事情に鑑みてなされたものであり、シリコン単結晶基板からなるノズルプレート表面のアライメントマークが画像認識時に容易に識別可能なインクジェットヘッドを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such conventional circumstances, and an object of the present invention is to provide an inkjet head in which an alignment mark on the surface of a nozzle plate made of a silicon single crystal substrate can be easily identified during image recognition.

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。   Other problems of the present invention will become apparent from the following description.

上記課題は、以下の各発明によって解決される。   The above problems are solved by the following inventions.

請求項１記載の発明は、インク滴を吐出する多数のノズルが配列されたノズル列を有するシリコン単結晶基板からなるノズルプレートの表面に、位置決め用のアライメントマークを凹設したインクジェットヘッドであって、前記アライメントマークの底面を粗面に形成したことを特徴とするインクジェットヘッドである。   The invention according to claim 1 is an ink jet head in which a positioning alignment mark is recessed on the surface of a nozzle plate made of a silicon single crystal substrate having a nozzle row in which a large number of nozzles for ejecting ink droplets are arranged. The inkjet mark is characterized in that the bottom surface of the alignment mark is formed into a rough surface.

請求項２記載の発明は、前記アライメントマーク外の前記ノズルプレート表面の反射光量に対する前記アライメントマークの底面の反射光量の比が５０％以下であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドである。   According to a second aspect of the present invention, in the inkjet head according to the first aspect, a ratio of a reflected light amount on the bottom surface of the alignment mark to a reflected light amount on the surface of the nozzle plate outside the alignment mark is 50% or less. is there.

請求項３記載の発明は、前記アライメントマークの底面に、周期１００〜４００ｎｍ、高さ１００〜１０００ｎｍの多数の柱状の構造体を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドである。   A third aspect of the present invention is the ink jet head according to the first or second aspect, wherein a number of columnar structures having a period of 100 to 400 nm and a height of 100 to 1000 nm are formed on the bottom surface of the alignment mark. is there.

請求項４記載の発明は、前記アライメントマークの底面に、周期１〜２０μｍ、高さ１〜５μｍの連続する断面鋸刃状の構造体を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a continuous sawtooth structure having a period of 1 to 20 μm and a height of 1 to 5 μm on the bottom surface of the alignment mark. It is an inkjet head.

請求項５記載の発明は、前記アライメントマークは、その幾何重心位置が前記ノズル列の延長線上に配置されると共に、前記ノズル列を間に挟むように２つ設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。   The invention according to claim 5 is characterized in that two of the alignment marks are provided so that a geometric center of gravity position is disposed on an extension line of the nozzle row and the nozzle row is sandwiched therebetween. It is an inkjet head in any one of Claims 1-4.

請求項６記載の発明は、前記ノズルプレートに前記ノズル列が複数列形成されており、前記ノズル列毎に前記アライメントマークを２つずつ配置したことを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッドである。   A sixth aspect of the present invention is the inkjet head according to the fifth aspect, wherein a plurality of the nozzle rows are formed on the nozzle plate, and two alignment marks are arranged for each nozzle row. is there.

本発明によれば、シリコン単結晶基板からなるノズルプレート表面のアライメントマークが画像認識時に容易に識別可能なインクジェットヘッドを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an inkjet head in which an alignment mark on the surface of a nozzle plate made of a silicon single crystal substrate can be easily identified during image recognition.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明に係るインクジェットヘッドをノズルプレートの表面側から見た平面図、図２は本発明に係るインクジェットヘッドの部分断面図である。   FIG. 1 is a plan view of an ink jet head according to the present invention as viewed from the surface side of a nozzle plate, and FIG. 2 is a partial sectional view of the ink jet head according to the present invention.

このインクジェットヘッド１０は、ノズルプレート１、ガラスプレート２及びボディープレート３が接合された積層体によって構成されている。   The inkjet head 10 is constituted by a laminated body in which a nozzle plate 1, a glass plate 2 and a body plate 3 are joined.

ノズルプレート１は、厚みが２００〜５００μｍのシリコン単結晶基板からなり、インクジェットヘッド１０のインク吐出側の面に設けられている。その表面には、ドライエッチングによって貫通形成されたノズル１１が開口しており、多数のノズル１１が図１中の左右方向に配列されてノズル列を構成している。ここでは上下に２列のノズル列が平行に設けられているが、ノズル列の数は何ら限定されない。   The nozzle plate 1 is made of a silicon single crystal substrate having a thickness of 200 to 500 μm, and is provided on the ink discharge side surface of the inkjet head 10. In the surface, nozzles 11 formed by dry etching are opened, and a large number of nozzles 11 are arranged in the left-right direction in FIG. 1 to form a nozzle row. Here, two nozzle rows are provided in parallel on the top and bottom, but the number of nozzle rows is not limited at all.

ノズルプレート１の上面には、厚みが１００〜３００μｍのガラスプレート２が接合されている。ガラスプレート２には、ノズルプレート１の各ノズル１１に対応する位置に、ノズル１１よりも大径のインク流路孔２１が貫通形成されている。また、ガラスプレート２の更に上面にはボディープレート３が接合されている。ボディープレート３は、厚みが２００〜５００μｍのシリコン単結晶基板からなり、多数のインク室３１がガラスプレート２との接合面側から凹設されることによって形成されている。各インク室３１はガラスプレート２に形成されたインク流路孔２１の各々に対応するように設けられており、その背面側に圧力発生手段としての電気機械変換素子であるピエゾ素子４がそれぞれ接着されている。   A glass plate 2 having a thickness of 100 to 300 μm is bonded to the upper surface of the nozzle plate 1. In the glass plate 2, ink flow path holes 21 having a diameter larger than that of the nozzles 11 are formed at positions corresponding to the respective nozzles 11 of the nozzle plate 1. A body plate 3 is joined to the upper surface of the glass plate 2. The body plate 3 is made of a silicon single crystal substrate having a thickness of 200 to 500 μm, and is formed by a large number of ink chambers 31 being recessed from the bonding surface side with the glass plate 2. Each ink chamber 31 is provided so as to correspond to each of the ink flow path holes 21 formed in the glass plate 2, and a piezoelectric element 4, which is an electromechanical conversion element as pressure generating means, is bonded to the back side thereof. Has been.

このインクジェットヘッド１０では、ピエゾ素子４に所定の電圧を印加することにより電気機械変換作用によってインク室３１の底面（振動板）を変形変位させ、インク室３１内の容積を変化させることで、インク室３１内のインクに吐出エネルギーを付与する。インク室３１内のインクは、この吐出エネルギーによってインク流路孔２１を介してノズル１１からインク滴ａとして吐出される。しかし、本発明においてインク滴ａを吐出する機構は、何らこのようなものに限定されず、例えばインク室内に配設した発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用い、インクの沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるもの等でもよい。   In the inkjet head 10, by applying a predetermined voltage to the piezo element 4, the bottom surface (vibration plate) of the ink chamber 31 is deformed and displaced by an electromechanical conversion action, and the volume in the ink chamber 31 is changed to thereby change the ink volume. Discharge energy is applied to the ink in the chamber 31. The ink in the ink chamber 31 is ejected as an ink droplet a from the nozzle 11 through the ink flow path hole 21 by this ejection energy. However, in the present invention, the mechanism for ejecting the ink droplet a is not limited to such a mechanism. For example, an electrothermal conversion element such as a heating resistor disposed in the ink chamber is used, and bubbles are generated by boiling of the ink. It is also possible to eject ink droplets.

アライメントマーク５は、ノズルプレート１の表面（インク吐出側の面）に凹設されている。アライメントマーク５は、同一構成のインクジェットヘッド１０を多数個用いて長尺なフルライン型のインクジェットヘッドを構成する場合に、各ヘッド間でのノズルピッチが記録幅全体に亘って等ピッチとなるように、画像認識装置を用いることによって各ヘッドのＸＹ方向の位置及び角度を微調整する際の基準とするためのマークであり、例えばノズル列の最外端のノズル１１との位置関係が厳密に規定されている。   The alignment mark 5 is recessed on the surface of the nozzle plate 1 (surface on the ink ejection side). The alignment mark 5 is configured so that the nozzle pitch between the heads is equal over the entire recording width when a long full-line type ink jet head is configured by using a plurality of ink jet heads 10 having the same configuration. In addition, it is a mark used as a reference when finely adjusting the position and angle of each head in the XY direction by using the image recognition device. For example, the positional relationship with the outermost nozzle 11 of the nozzle row is strictly It is prescribed.

このアライメントマーク５は平面視で円形に形成されており、ノズルプレート１の表面における一方のノズル列の列方向両端に、該ノズル列を間に挟むように、それぞれ１つずつ配置されている。アライメントマーク５の幾何重心位置は、ノズル列の延長線Ａ上に位置している。   The alignment marks 5 are formed in a circular shape in plan view, and are arranged one by one at both ends in the row direction of one nozzle row on the surface of the nozzle plate 1 so as to sandwich the nozzle row therebetween. The geometric gravity center position of the alignment mark 5 is located on the extended line A of the nozzle row.

このようにアライメントマーク５を配置することで、アライメントマーク５によってノズル列位置を識別し易くなり、フルライン型ヘッドを構成する際に、隣接するヘッド間でノズル列が同一直線状に配列するように位置調整することが容易となる。   By arranging the alignment marks 5 in this manner, the alignment of the nozzle rows can be easily identified by the alignment marks 5, and the nozzle rows are arranged in a straight line between adjacent heads when a full-line type head is formed. It is easy to adjust the position.

また、２つのアライメントマーク５、５間の幅Ｗ１は、ノズルプレート１に形成されている全てのノズル１１の存在幅Ｗ２よりも大きくなるため、フルライン型ヘッドを構成する際のヘッドの角度調整もとり易くなる。   Further, since the width W1 between the two alignment marks 5 and 5 is larger than the existing width W2 of all the nozzles 11 formed on the nozzle plate 1, the angle adjustment of the head when configuring a full-line type head. Easier to take.

アライメントマーク５の直径は１０〜５０μｍであることが好ましい。直径が１０μｍよりも小さいと、アライメントマーク５を画像認識する際にレンズ倍率を上げなくてはならなくなり、アライメントマーク５を探索するのに手間がかかって作業性が悪くなる。また、５０μｍを越えると、画像認識時の分解能が得られにくくなり、微調整する際の基準位置を取りにくくなる。より好ましくは２０〜４０μｍとすることである。特に、ノズル１１の吐出側開口端の径が５μｍ程度の極めて微細なものである場合、ノズル１１そのものを画像認識してヘッドの位置決めを行うことが極めて困難であるため、このようなアライメントマーク５を設けることの効果が顕著に得られる。   The diameter of the alignment mark 5 is preferably 10 to 50 μm. If the diameter is smaller than 10 μm, it is necessary to increase the lens magnification when recognizing the alignment mark 5, and it takes time to search for the alignment mark 5 and the workability is deteriorated. On the other hand, if it exceeds 50 μm, it becomes difficult to obtain the resolution at the time of image recognition, and it becomes difficult to take a reference position for fine adjustment. More preferably, it is 20-40 μm. In particular, when the diameter of the discharge-side opening end of the nozzle 11 is very fine, such as about 5 μm, it is extremely difficult to position the head by recognizing the image of the nozzle 11 itself. The effect of providing is remarkably obtained.

アライメントマーク５の凹設深さは、０．１〜５μｍとすることが好ましい。０．１μｍよりも浅いと、その底面を後述するように粗面に形成する際の粗面付与加工が難しくなる。また、５μｍよりも深くなると、深さ方向への加工誤差によるエッジぼけが目立つようなる。   The recessed depth of the alignment mark 5 is preferably 0.1 to 5 μm. When it is shallower than 0.1 μm, it becomes difficult to give a rough surface when the bottom surface is formed into a rough surface as described later. Moreover, when it becomes deeper than 5 micrometers, the edge blurring by the processing error to a depth direction will become conspicuous.

アライメントマーク５の底面５１は粗面に形成されている。このノズルプレート１はシリコン単結晶基板からなるため、アライメントマーク５以外のノズルプレート１の表面は平滑な鏡面に仕上げられているので、アライメントマーク５の底面５１が粗面であることにより、ノズルプレート１を平面視した場合の光反射率が、アライメントマーク５の底面とそれ以外のノズルプレート１の表面とで異なることになる。これにより、ノズルプレート１の表面を画像認識した場合にアライメントマーク５を容易に識別することができる。   The bottom surface 51 of the alignment mark 5 is a rough surface. Since this nozzle plate 1 is made of a silicon single crystal substrate, the surface of the nozzle plate 1 other than the alignment mark 5 is finished to have a smooth mirror surface. Therefore, the bottom surface 51 of the alignment mark 5 is a rough surface. The light reflectance when 1 is viewed in plan is different between the bottom surface of the alignment mark 5 and the other surface of the nozzle plate 1. Thereby, when the surface of the nozzle plate 1 is image-recognized, the alignment mark 5 can be easily identified.

アライメントマーク５の識別をより容易とするためには、アライメントマーク５の外のノズルプレート１の表面の反射光量に対するアライメントマーク５の底面５１の反射光量の比が５０％以下であることが好ましい。   In order to make the alignment mark 5 easier to identify, the ratio of the reflected light amount of the bottom surface 51 of the alignment mark 5 to the reflected light amount of the surface of the nozzle plate 1 outside the alignment mark 5 is preferably 50% or less.

かかるアライメントマーク５の形成方法の一例について図３を用いて説明する。   An example of a method for forming the alignment mark 5 will be described with reference to FIG.

まず、ノズルプレート１となるシリコン単結晶基板の表面に、エッチング時のマスクとなるフォトレジスト６を被覆形成する（図３（Ａ））。このフォトレジスト６の厚みは、ノズルプレート１となるシリコン単結晶基板と同等の厚みとされる。   First, a photoresist 6 serving as a mask during etching is formed on the surface of a silicon single crystal substrate serving as the nozzle plate 1 (FIG. 3A). The thickness of the photoresist 6 is the same as that of the silicon single crystal substrate used as the nozzle plate 1.

このフォトレジスト６に、ノズル１１を形成するためのノズル開口パターン６１とアライメントマーク５を形成するためのマーク形成パターン６２とを露光、現像により形成する（図３（Ｂ））。   A nozzle opening pattern 61 for forming the nozzle 11 and a mark formation pattern 62 for forming the alignment mark 5 are formed on the photoresist 6 by exposure and development (FIG. 3B).

ノズル開口パターン６１は、ドライエッチングによってシリコン単結晶基板からなるノズルプレート１を貫通する孔を形成するものであり、形成すべきノズル１１と同一の開口径でノズルプレート１が露出するように開口形成する。また、マーク形成パターン６２は、ドライエッチングによってノズルプレート１の表面から所定深さの凹部を形成するものであり、フォトレジスト６の表面から、形成すべきアライメントマーク５と同一の開口径及び深さで凹設する。   The nozzle opening pattern 61 is a hole that penetrates the nozzle plate 1 made of a silicon single crystal substrate by dry etching, and is formed so that the nozzle plate 1 is exposed with the same opening diameter as the nozzle 11 to be formed. To do. Further, the mark formation pattern 62 forms a recess having a predetermined depth from the surface of the nozzle plate 1 by dry etching, and has the same opening diameter and depth as the alignment mark 5 to be formed from the surface of the photoresist 6. Recessed with.

このとき、マーク形成パターン６２の底面６３には、アライメントマーク５の底面５１を粗面とするための工夫を講じておく。具体的には、アライメントマーク５の底面５１に、周期１００〜４００ｎｍ、高さ１００〜１０００ｎｍの多数の柱状の構造体を形成することが好ましい。周期及び高さがこれらの値より下回っても上回っても反射防止効果は得られにくくなる。また、高さが１０００ｎｍよりも高くなると加工が困難となる。   At this time, the bottom surface 63 of the mark formation pattern 62 is devised to make the bottom surface 51 of the alignment mark 5 rough. Specifically, it is preferable to form a large number of columnar structures having a period of 100 to 400 nm and a height of 100 to 1000 nm on the bottom surface 51 of the alignment mark 5. Even if the period and height are lower or higher than these values, it is difficult to obtain the antireflection effect. Further, if the height is higher than 1000 nm, processing becomes difficult.

図４（Ａ）は、底面５１に形成した多数の柱状の構造体５１ａの断面図である。柱状の構造体としては、円柱や角柱が挙げられるが、中でも反射率低減効果が良好である点で周期１００〜４００ｎｍの円柱構造が好ましい。   FIG. 4A is a cross-sectional view of a large number of columnar structures 51 a formed on the bottom surface 51. Examples of the columnar structure include a cylinder and a prism, and among them, a columnar structure with a period of 100 to 400 nm is preferable in that the effect of reducing the reflectance is good.

また、この他に、アライメントマーク５の底面５１に、周期１〜２０μｍ、高さ１〜５μｍの連続する断面鋸刃状の構造体を形成することも好ましい。図４（Ｂ）は、底面５１に形成した連続する断面鋸刃状の構造体５１ｂの断面図を示している。   In addition to this, it is also preferable to form a continuous sawtooth structure having a period of 1 to 20 μm and a height of 1 to 5 μm on the bottom surface 51 of the alignment mark 5. FIG. 4B shows a cross-sectional view of a continuous cross-sectional saw blade-shaped structure 51 b formed on the bottom surface 51.

更に、図示しないが多数の円錐、角錐等からなる錐状の構造体とすることもできる。   Furthermore, although not shown, a cone-shaped structure made up of a large number of cones, pyramids, and the like may be used.

アライメントマーク５の底面５１を粗面とするためのこれらの構造体をマーク形成パターン６２の底面６３に形成するには、一般的な半導体パターニング技術を用いることができ、フォトレジスト６のマーク形成パターン６２の底面６３に対して、露光もしくは電子線直接描画によるパターニングを行い、パターン潜像を現像することによって形成することができる。   In order to form these structures for roughening the bottom surface 51 of the alignment mark 5 on the bottom surface 63 of the mark formation pattern 62, a general semiconductor patterning technique can be used. It can be formed by patterning the bottom surface 63 of 62 by exposure or direct electron beam drawing and developing the pattern latent image.

フォトレジスト６にこのようなノズル開口パターン６１及び粗面のための工夫を施したマーク形成パターン６２を形成した後、このフォトレジスト６の側から異方性ドライエッチングを行い、ノズル開口パターン６１の部位のノズルプレート１にノズル１１を貫通形成する。このとき、マーク形成パターン６２の部位のノズルプレート１１は、マーク形成パターン６２が凹設形成されている程度であるため、ノズルプレート１１を貫通せずにノズルプレート１１の表面にアライメントマーク５を凹設する。凹設されたアライメントマーク５の底面５１には、マーク形成パターン６２の底面６３に形成されていた粗面形状がそのまま転写される。   After forming such a nozzle opening pattern 61 and a mark forming pattern 62 which has been devised for a rough surface in the photoresist 6, anisotropic dry etching is performed from the side of the photoresist 6, and the nozzle opening pattern 61 A nozzle 11 is formed through the nozzle plate 1 at the site. At this time, since the nozzle plate 11 at the mark formation pattern 62 is formed so as to be recessed, the alignment mark 5 is recessed on the surface of the nozzle plate 11 without penetrating the nozzle plate 11. Set up. The rough surface shape formed on the bottom surface 63 of the mark formation pattern 62 is directly transferred to the bottom surface 51 of the recessed alignment mark 5.

このように本発明においては、アライメントマーク５をシリコン単結晶基板からなるノズルプレート１に対して、半導体集積回路の製造技術を利用して、ノズル１１を形成する工程と同一工程で形成することができるため、これらを別工程で形成する場合に比べて、アライメントマーク５とノズル１１との位置関係を確実に保障することができる。   As described above, in the present invention, the alignment mark 5 can be formed on the nozzle plate 1 made of a silicon single crystal substrate in the same process as the process of forming the nozzle 11 by using a semiconductor integrated circuit manufacturing technique. Therefore, the positional relationship between the alignment mark 5 and the nozzle 11 can be reliably ensured as compared with the case where these are formed in separate steps.

かかるインクジェットヘッド１０は、図５に示すように、ベースプレート７の長さ方向に例えば千鳥状となるように多数個組み付けられ、これによってフルライン型のインクジェットヘッド１００が構成される。この組み付けの際、各インクジェットヘッド１０のノズルプレート１の表面に形成されたアライメントマーク５を画像認識により識別し、このアライメントマーク５を基準にして、Ｘ方向位置、Ｙ方向位置及び傾斜角度θをそれぞれ微調整することで、各ヘッド１０間でのノズルピッチが記録幅全体に亘って等ピッチとなるように、各ヘッド１０相互間の組み付け位置が決定される。   As shown in FIG. 5, a large number of such inkjet heads 10 are assembled in the length direction of the base plate 7 so as to form, for example, a staggered pattern, thereby forming a full-line inkjet head 100. At the time of this assembly, the alignment mark 5 formed on the surface of the nozzle plate 1 of each inkjet head 10 is identified by image recognition, and the X-direction position, the Y-direction position, and the inclination angle θ are determined based on the alignment mark 5. By finely adjusting each, the assembling position between the heads 10 is determined so that the nozzle pitch between the heads 10 becomes equal throughout the recording width.

なお、図１では、ノズルプレート１の表面に複数列形成されたノズル列のうちの一つのノズル列のみにアライメントマーク５を配置したが、図６に示すように、アライメントマーク５は、複数のノズル列のそれぞれに配置してもよい。すなわち、ここでは２列のノズル列の各々の列方向両端に、それぞれノズル列を間に挟むように１つずつのアライメントマーク５Ａ、５Ａと５Ｂ、５Ｂとを配置している。アライメントマーク５Ａの幾何重心位置は、図示上側のノズル列の延長線Ａ上に位置し、アライメントマーク５Ｂの幾何重心位置は、図示下側のノズル列の延長線Ｂ上に位置している。   In FIG. 1, the alignment mark 5 is arranged only in one nozzle row among the nozzle rows formed on the surface of the nozzle plate 1. However, as shown in FIG. 6, the alignment mark 5 includes a plurality of alignment marks 5. You may arrange | position to each of a nozzle row. That is, here, one alignment mark 5A, 5A and 5B, 5B is arranged at both ends of each of the two nozzle rows in the row direction so as to sandwich the nozzle row therebetween. The geometric gravity center position of the alignment mark 5A is located on the extension line A of the upper nozzle row in the drawing, and the geometric gravity center position of the alignment mark 5B is located on the extension line B of the lower nozzle row in the drawing.

このように複数の各ノズル列にそれぞれ２つのアライメントマーク５を配置すると、アライメントマーク５Ａと５Ｂとの位置関係は、そのままノズル列間の位置関係となるため、画像認識によって各アライメントマーク５Ａ、５Ｂの距離を認識することで、ノズル列間の距離を簡単に識別することができる。これにより、ノズル列間のインク吐出タイミングを、実際にインクを吐出することなく調整することができるようになる。   When the two alignment marks 5 are arranged in each of the plurality of nozzle rows in this way, the positional relationship between the alignment marks 5A and 5B becomes the positional relationship between the nozzle rows as it is, so that the alignment marks 5A and 5B are recognized by image recognition. By recognizing the distance, it is possible to easily identify the distance between the nozzle rows. As a result, the ink ejection timing between the nozzle rows can be adjusted without actually ejecting ink.

本発明に係るインクジェットヘッドをノズルプレートの表面側から見た平面図The top view which looked at the ink jet head concerning the present invention from the surface side of the nozzle plate 本発明に係るインクジェットヘッドの部分断面図Partial sectional view of an inkjet head according to the present invention （Ａ）〜（Ｃ）はノズルプレートにノズル及びアライメントマークを形成する方法を説明する図(A)-(C) is a figure explaining the method of forming a nozzle and an alignment mark in a nozzle plate. （Ａ）は、アライメントマークの底面に形成した多数の柱状の構造体の断面図、（Ｂ）は、アライメントマークの底面に形成した多数の錐状の構造体の断面図、（Ｃ）は、アライメントマークの底面に形成した連続する断面鋸刃状の構造体の断面図(A) is a cross-sectional view of a large number of columnar structures formed on the bottom surface of the alignment mark, (B) is a cross-sectional view of a large number of cone-shaped structures formed on the bottom surface of the alignment mark, and (C) is Cross-sectional view of a continuous cross-section sawtooth structure formed on the bottom surface of the alignment mark フルライン型インクジェットヘッドの平面図Plan view of full-line inkjet head アライメントマークの他の形成例を示す平面図Plan view showing another example of alignment mark formation

符号の説明Explanation of symbols

１：ノズルプレート
１１：ノズル
２：ガラスプレート
２１：インク流路孔
３：ボディープレート
３１：インク室
４：ピエゾ素子
５、５Ａ、５Ｂ：アライメントマーク
５１：底面
５１ａ：柱状の構造体
５１ｂ：連続する断面鋸刃状の構造体
６：フォトレジスト
６１：ノズル開口パターン
６２：マーク形成パターン
６３：底面
７：ベースプレート
１０：インクジェットヘッド
１００：フルライン型インクジェットヘッド
ａ：インク滴 1: Nozzle plate 11: Nozzle 2: Glass plate 21: Ink channel hole 3: Body plate 31: Ink chamber 4: Piezo element 5, 5A, 5B: Alignment mark 51: Bottom surface 51a: Columnar structure 51b: Continuous Cross-sectional saw blade structure 6: Photoresist 61: Nozzle opening pattern 62: Mark formation pattern 63: Bottom surface 7: Base plate 10: Inkjet head 100: Full line type inkjet head a: Ink droplet

Claims (6)

インク滴を吐出する多数のノズルが配列されたノズル列を有するシリコン単結晶基板からなるノズルプレートの表面に、位置決め用のアライメントマークを凹設したインクジェットヘッドであって、
前記アライメントマークの底面を粗面に形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。 An inkjet head in which alignment marks for positioning are recessed on the surface of a nozzle plate made of a silicon single crystal substrate having a nozzle row in which a large number of nozzles for discharging ink droplets are arranged,
An inkjet head characterized in that the bottom surface of the alignment mark is a rough surface. 前記アライメントマーク外の前記ノズルプレート表面の反射光量に対する前記アライメントマークの底面の反射光量の比が５０％以下であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 1, wherein a ratio of a reflected light amount on the bottom surface of the alignment mark to a reflected light amount on the surface of the nozzle plate outside the alignment mark is 50% or less. 前記アライメントマークの底面に、周期１００〜４００ｎｍ、高さ１００〜１０００ｎｍの多数の柱状の構造体を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。   3. The inkjet head according to claim 1, wherein a number of columnar structures having a period of 100 to 400 nm and a height of 100 to 1000 nm are formed on the bottom surface of the alignment mark. 前記アライメントマークの底面に、周期１〜２０μｍ、高さ１〜５μｍの連続する断面鋸刃状の構造体を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。   3. An ink jet head according to claim 1, wherein a continuous cross-section saw-blade structure having a period of 1 to 20 [mu] m and a height of 1 to 5 [mu] m is formed on the bottom surface of the alignment mark. 前記アライメントマークは、その幾何重心位置が前記ノズル列の延長線上に配置されると共に、前記ノズル列を間に挟むように２つ設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。   5. The alignment mark is provided such that two geometrical center positions are arranged on an extension line of the nozzle row and the nozzle row is sandwiched between the alignment marks. The inkjet head described in 1. 前記ノズルプレートに前記ノズル列が複数列形成されており、前記ノズル列毎に前記アライメントマークを２つずつ配置したことを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッド。   6. The inkjet head according to claim 5, wherein a plurality of the nozzle rows are formed on the nozzle plate, and two alignment marks are arranged for each nozzle row.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020031788A (en) * 2018-08-28 2020-03-05 凸版印刷株式会社 Needle-like body device

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