JP2011025462A - Method for manufacturing nozzle substrate, liquid droplet discharge head, and liquid droplet discharge apparatus - Google Patents

Method for manufacturing nozzle substrate, liquid droplet discharge head, and liquid droplet discharge apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that it is necessary to examine bending of a hole of a nozzle formed on a nozzle substrate, that means, perpendicularity of the nozzle to a discharge surface in order to obtain a nozzle with which an image is actually exactly formed on an object. <P>SOLUTION: A reference hole 15 has the shape of a right square truncated pyramid in which its opening shapes on a bonding surface side and a discharge surface side are respectively square, its bottom surface is located on the bonding surface, and its upper surface is located on the discharge surface. The square truncated pyramid is formed such that a center axis is in a perpendicular direction to the discharge surface. Therefore, the reference hole 15 is a hole in which the center position of the shape of the upper surface (plane) formed on a surface along the discharge surface where the first nozzle 11 opens always shows the same position. As a result, with the reference hole 15 as a reference the perpendicularity of the first nozzle 11 provided on the nozzle substrate 10 to the discharge surface is examined by measuring the center position of the opening hole on the discharge surface side and the center position of the opening hole on the bonding surface side of the first nozzle 11. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、液滴を吐出するノズルが形成されたノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッド、および液滴吐出装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a nozzle substrate on which nozzles for discharging droplets are formed, a droplet discharge head, and a droplet discharge apparatus.

従来から、例えば機能液やインクなどといった液体を紙やガラス基板などといった対象物にノズルから液滴として吐出し、所定の図柄や文字や画像(以降、これらを総称して「画像」と呼ぶ)を形成する液滴吐出装置が存在する。このような装置では、例えばノズルに液体を供給する供給路の途中に圧力室を設け、圧力室の液体に対して所定の加圧手段にて圧力を加えることによって、ノズルから液体を液滴として吐出することが行われる。   Conventionally, liquids such as functional liquids and inks are ejected as droplets from nozzles onto objects such as paper and glass substrates, and predetermined patterns, characters, and images (hereinafter collectively referred to as “images”). There is a droplet discharge device that forms In such an apparatus, for example, a pressure chamber is provided in the middle of a supply path for supplying liquid to the nozzle, and the liquid is discharged from the nozzle as droplets by applying pressure to the liquid in the pressure chamber with a predetermined pressurizing means. Discharging is performed.

ノズルは、通常、平らな基板において、その基板両面に円形の開口部を有するように円筒状に穿設して形成され、このノズルが形成された基板を一般的にノズル基板と称する。そして、近年、形成する画像が高精細になるに伴って、このノズル基板に形成されるノズルの孔径を小さくして、より微量な液滴を吐出する必要が生じている。このために、ノズル基板の製造方法の一つとして、プラズマ放電を用いた異方性ドライエッチングによってシリコン基板に所定の深さおよび所定の径の穴を形成したのち、シリコン基板を薄型化して小さい孔径のノズルを有するノズル基板を形成する方法が知られている(例えば、特許文献1)。   The nozzle is usually formed by forming a flat substrate in a cylindrical shape so as to have circular openings on both sides of the substrate, and the substrate on which the nozzle is formed is generally referred to as a nozzle substrate. In recent years, as the image to be formed becomes high definition, it is necessary to discharge a smaller amount of liquid droplets by reducing the diameter of the nozzle formed in the nozzle substrate. For this reason, as one of the manufacturing methods of the nozzle substrate, after forming holes with a predetermined depth and a predetermined diameter in the silicon substrate by anisotropic dry etching using plasma discharge, the silicon substrate is made thinner and smaller. A method of forming a nozzle substrate having a nozzle with a hole diameter is known (for example, Patent Document 1).

特開2007−168344号公報JP 2007-168344 A

しかしながら、シリコン基板に異方性ドライエッチングによってノズルを形成する場合は、シリコン基板に対するプラズマの照射条件(方向など)のばらつきなどによって、穿設されるノズルは、ノズル基板の液滴が吐出される基板面(吐出面)に対して、円筒形状を有するノズルの円筒軸(中心軸とも呼ぶ)が垂直にならない場合が存在する。このような場合、ノズルから吐出される液滴は、対象物に到達するまでに曲がりが生じ、対象物上に正しく画像を形成することが出来なくなるという課題が生ずる。従って、シリコン基板に形成されたノズルについて、実際に対象物上に正しく画像を形成することが出来るノズルを得るため、ノズルの孔曲がり、すなわち吐出面に対するノズルの中心軸の垂直度を調べる必要があった。   However, when the nozzle is formed on the silicon substrate by anisotropic dry etching, the nozzle to be drilled ejects droplets from the nozzle substrate due to variations in plasma irradiation conditions (direction, etc.) on the silicon substrate. There are cases where the cylindrical axis (also referred to as the central axis) of a nozzle having a cylindrical shape is not perpendicular to the substrate surface (ejection surface). In such a case, the droplet ejected from the nozzle is bent before reaching the object, which causes a problem that an image cannot be formed correctly on the object. Therefore, in order to obtain a nozzle that can actually form an image on a target object with respect to a nozzle formed on a silicon substrate, it is necessary to investigate the nozzle hole bending, that is, the perpendicularity of the central axis of the nozzle to the ejection surface. there were.

本発明は、このような課題の少なくとも一部を解決するために行われたもので、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]基板の両面に開口部を有するノズルが設けられたノズル基板の製造方法であって、一端が前記基板の基材により閉じられ他端が開口しているノズル穴を前記基板に形成する工程と、前記ノズル穴が開口している前記基板面に開口部を有し、前記基板面に沿う面において形成される平面形状の中心位置が、同じ位置を呈する基準穴を形成する工程と、前記ノズル穴の一端を閉じている前記基材を除去して前記ノズルを形成するとともに、前記基準穴の底部が前記ノズル穴が開口している前記基板面と反対側の基板面において開口するように、前記基板を薄くする工程と、を備えたことを特徴とする。   [Application Example 1] A method of manufacturing a nozzle substrate in which nozzles having openings are provided on both sides of a substrate, wherein one end is closed by the base material of the substrate and the other end is opened in the substrate. A step of forming a reference hole having an opening in the substrate surface where the nozzle hole is open, and a center position of a planar shape formed on the surface along the substrate surface presenting the same position And forming the nozzle by removing the base material closing one end of the nozzle hole, and opening the bottom of the reference hole on the substrate surface opposite to the substrate surface where the nozzle hole is open And a step of thinning the substrate.

この方法によれば、ノズル基板の基板面に形成された開口部の形状中心位置が、開口部が形成される前の基準穴の底部と同じ位置となる基準孔が形成される。従って、ノズル基板の両面に開口部を有するノズルについて、これらの基準穴の底部と基準孔の開口部の形状中心を基準として、それぞれの基板面におけるノズル開口部の中心位置を計測することができる。この結果、ノズル基板に設けられたノズルについて、基板面に対する垂直度を調べることが可能となる。なお、本明細書では、理解を容易にするため、一端が閉口している状態を「穴」として表記し、両端が開口している状態を「孔」と表記して区別するようにした。   According to this method, a reference hole is formed in which the shape center position of the opening formed on the substrate surface of the nozzle substrate is the same position as the bottom of the reference hole before the opening is formed. Therefore, for nozzles having openings on both sides of the nozzle substrate, the center positions of the nozzle openings on the respective substrate surfaces can be measured with reference to the shape centers of the bottom of these reference holes and the openings of the reference holes. . As a result, it is possible to examine the perpendicularity with respect to the substrate surface for the nozzles provided on the nozzle substrate. In this specification, in order to facilitate understanding, a state where one end is closed is represented as “hole”, and a state where both ends are opened is represented as “hole” for distinction.

[適用例2]上記ノズル基板の製造方法であって、前記基板は、結晶方位(100)のシリコン基板であり、前記基準穴は異方性ウエットエッチングによって形成されることを特徴とする。   Application Example 2 In the method for manufacturing the nozzle substrate, the substrate is a silicon substrate having a crystal orientation (100), and the reference hole is formed by anisotropic wet etching.

この方法によれば、結晶方位(100)のシリコン基板において、結晶方位(111)の面はウエットエッチングが進まない。したがって、シリコン基板に形成される基準穴は、シリコン基板において4つの結晶方位(111)の面で形成されるため、その開口部の中心位置に頂点が形成された正四角錐になる。この結果、基準穴を、シリコン基板であるノズル基板の両面においてそれぞれ開口部を有する基準孔としたとき、平面的な形状中心が頂点と同じ位置を呈する基準孔が形成されることになるので、ノズル基板に設けられたノズルについて、基板面に対する垂直度を調べることが可能となる。   According to this method, in the silicon substrate having the crystal orientation (100), wet etching does not proceed on the surface having the crystal orientation (111). Therefore, since the reference hole formed in the silicon substrate is formed by four crystal orientation (111) planes in the silicon substrate, it becomes a regular square pyramid having a vertex formed at the center position of the opening. As a result, when the reference hole is a reference hole having openings on both sides of the nozzle substrate that is a silicon substrate, a reference hole is formed in which the planar shape center has the same position as the apex. It becomes possible to examine the perpendicularity with respect to the substrate surface for the nozzles provided on the nozzle substrate.

[適用例3]上記ノズル基板の製造方法であって、前記基準穴の開口部の形状は正方形であることを特徴とする。   Application Example 3 In the method for manufacturing the nozzle substrate, the shape of the opening of the reference hole is a square.

この方法によれば、基準孔について、ノズル基板の両面において形成されるそれぞれの開口部の形状は正方形であるので、基準孔の形状中心を容易に求めることができる。   According to this method, with respect to the reference hole, since the shape of each opening formed on both surfaces of the nozzle substrate is square, the shape center of the reference hole can be easily obtained.

[適用例4]上記ノズル基板の製造方法によって製造されたノズル基板と、当該ノズル基板に設けられたノズルから液滴を吐出する機構とを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。   Application Example 4 A droplet discharge head comprising: a nozzle substrate manufactured by the nozzle substrate manufacturing method; and a mechanism for discharging droplets from nozzles provided on the nozzle substrate.

この構成によれば、ノズルの垂直度が保証されたノズル基板を備えた液滴吐出ヘッドが得られる。したがって、この液滴吐出ヘッドを用いることによって液滴を正しい方向に吐出することができるので高品位な印字を行うことができる。   According to this configuration, it is possible to obtain a droplet discharge head including a nozzle substrate in which the nozzle perpendicularity is guaranteed. Therefore, by using this droplet discharge head, it is possible to discharge droplets in the correct direction, so that high-quality printing can be performed.

[適用例5]上記液滴吐出ヘッドと、当該液滴吐出ヘッドを液滴の吐出対象物に対して相対的に走査する機構とを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。   Application Example 5 A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head and a mechanism that scans the droplet discharge head relative to a droplet discharge target.

この構成によれば、対象物に対して、液滴が正しい位置に吐出される液滴吐出装置が得られる。したがって、この液滴吐出装置を用いることによって高品位な印字や印刷、あるいは画像形成を行うことができる。   According to this configuration, it is possible to obtain a droplet discharge device that discharges droplets to a target at a correct position. Therefore, high-quality printing and printing or image formation can be performed by using this droplet discharge device.

本実施例のノズル基板を備えた液滴吐出ヘッドの構成を説明する図で、(a)は概観図、(b)は部分断面図。It is a figure explaining the structure of the droplet discharge head provided with the nozzle substrate of a present Example, (a) is a general-view figure, (b) is a fragmentary sectional view. 本実施例のノズル基板を切断した状態で示した斜視図。The perspective view shown in the state which cut | disconnected the nozzle substrate of a present Example. (a)〜(d)は、本実施例のノズル基板の製造工程を説明する説明図。(A)-(d) is explanatory drawing explaining the manufacturing process of the nozzle substrate of a present Example. (e)〜(h)は、本実施例のノズル基板の製造工程を説明する説明図。(E)-(h) is explanatory drawing explaining the manufacturing process of the nozzle substrate of a present Example. (a)は接合面側、(b)は吐出面側のノズル位置の計測の様子を示す説明図。(A) is a joint surface side, (b) is explanatory drawing which shows the mode of the measurement of the nozzle position on the discharge surface side. シリコン基材に区画配置されたノズル基板を示す説明図。Explanatory drawing which shows the nozzle substrate dividedly arranged by the silicon base material. 本実施例の液滴吐出装置としてのインクジェットプリンターの概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of an ink jet printer as a droplet discharge device of the present embodiment. 変形例の液滴吐出ヘッドを示す模式図。FIG. 9 is a schematic diagram showing a droplet discharge head according to a modification.

本発明を具体化した実施例について、図を参照して説明する。なお、以降の実施例の説明において用いる図面は、説明の都合上構成要素等を誇張して図示している場合もあり、必ずしも実際の大きさや長さを示すものでないことは言うまでもない。   Embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings used in the description of the following embodiments, components and the like may be exaggerated for convenience of description, and needless to say, they do not necessarily indicate actual sizes and lengths.

(液滴吐出ヘッド)
図1は本発明の製造方法によって形成されたノズル基板を備え、ノズル基板に設けられたノズルから液体を液滴として吐出するように構成された液滴吐出ヘッドの一例を示したものである。図1(a)は液滴が吐出される吐出面側から見た斜視図であり、図1(b)は、図1(a)におけるA−A線に沿った断面図である。
(Droplet ejection head)
FIG. 1 shows an example of a droplet discharge head including a nozzle substrate formed by the manufacturing method of the present invention and configured to discharge liquid as droplets from nozzles provided on the nozzle substrate. FIG. 1A is a perspective view seen from the ejection surface side from which droplets are ejected, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

本実施例の液滴吐出ヘッド100は、図1(a)に示すように、液体を液滴として吐出するノズル13が設けられたノズル基板10を備えている。本実施例では、説明を簡略化するため、ノズル基板10には所定の間隔を有して8個のノズル13が設けられていることとする。もとより、通常はさらに多くの数(例えば数十から数百個)のノズル13が設けられている。そして、液滴吐出ヘッド100には、ノズル13毎に液体の供給路(キャビティ)110が独立して形成されている。そして、供給路110内において液体が加圧される加圧室と圧力発生機構が設けられ、加圧室において加圧された液体は、ノズル13から液滴として吐出する。   As shown in FIG. 1A, the droplet discharge head 100 of this embodiment includes a nozzle substrate 10 provided with nozzles 13 for discharging a liquid as droplets. In this embodiment, in order to simplify the description, it is assumed that the nozzle substrate 10 is provided with eight nozzles 13 with a predetermined interval. Of course, usually a larger number (for example, several tens to several hundreds) of nozzles 13 are provided. In the droplet discharge head 100, a liquid supply path (cavity) 110 is independently formed for each nozzle 13. A pressurizing chamber in which the liquid is pressurized and a pressure generation mechanism are provided in the supply path 110, and the liquid pressurized in the pressurizing chamber is ejected as droplets from the nozzle 13.

液体の供給路110および圧力発生機構を含め、液滴吐出ヘッド100の構造を、図1(b)を参照して説明する。液滴吐出ヘッド100は、ノズル基板10と、液体の供給路110が設けられたキャビティ基板20と、キャビティ基板20の一部が薄く形成された振動板22に対向する個別電極31が設けられた電極基板30とが貼り合わされて構成されたものである。   The structure of the droplet discharge head 100 including the liquid supply path 110 and the pressure generation mechanism will be described with reference to FIG. The droplet discharge head 100 is provided with a nozzle substrate 10, a cavity substrate 20 provided with a liquid supply path 110, and an individual electrode 31 facing the vibration plate 22 in which a part of the cavity substrate 20 is formed thin. The electrode substrate 30 is bonded together.

ノズル基板10は、結晶方位が(100)であるシリコン基材(ウエハー)から製造されている。この製造方法は後述する。液滴を吐出するためのノズル13は、径の異なる2つの円筒状に形成された孔部分を有している。すなわち吐出面側に位置して先端がこの吐出面に開口する径の小さい第1ノズル11と、キャビティ基板20と接合する接合面側に位置して接合面に開口する径の大きい第2ノズル12とから構成され、基板面に対して垂直方向であって円筒形状の中心軸が同軸となるように設けられている。   The nozzle substrate 10 is manufactured from a silicon substrate (wafer) having a crystal orientation of (100). This manufacturing method will be described later. The nozzle 13 for ejecting liquid droplets has two cylindrical holes having different diameters. That is, the first nozzle 11 with a small diameter located on the ejection surface side and the tip opening on the ejection surface, and the second nozzle 12 with a large diameter opened on the joint surface located on the joining surface side where the cavity substrate 20 is joined. The cylindrical central axis is coaxial with the direction perpendicular to the substrate surface.

キャビティ基板20は、シリコン基材から製造され、キャビティ基板20には、液体の供給路110を構成する凹部が形成されている。凹部の一部には後述する電極基板30を貫通する液体の供給孔25が形成され、この供給孔25を通じて、図示しない液体を収容したカートリッジから液体が供給される。また、凹部の一部は供給された液体を加圧する加圧室21を構成し、加圧室21の底壁は振動板22となっている。なお、キャビティ基板20の少なくとも電極基板30との対向面には、熱酸化やプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)によって形成された絶縁膜(例えばSiO2膜)26が施されている。この絶縁膜26は、液滴吐出ヘッド100を駆動させたときに、絶縁破壊やショートを防止する。 The cavity substrate 20 is manufactured from a silicon base material, and the cavity substrate 20 is formed with a recess that constitutes a liquid supply path 110. A liquid supply hole 25 penetrating an electrode substrate 30 described later is formed in a part of the recess, and the liquid is supplied through a cartridge 25 containing a liquid (not shown) through the supply hole 25. A part of the recess constitutes a pressurizing chamber 21 that pressurizes the supplied liquid, and the bottom wall of the pressurizing chamber 21 is a diaphragm 22. Note that an insulating film (for example, SiO 2 film) 26 formed by thermal oxidation or plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) is provided on at least the surface of the cavity substrate 20 facing the electrode substrate 30. This insulating film 26 prevents dielectric breakdown or short circuit when the droplet discharge head 100 is driven.

電極基板30は、ガラス基材から製造される。電極基板30には、キャビティ基板20の各振動板22に対向する位置にそれぞれ凹部が設けられている。そして、各凹部内には、ITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)からなる個別電極31がスパッタにより形成されている。   The electrode substrate 30 is manufactured from a glass substrate. The electrode substrate 30 is provided with a recess at a position facing the diaphragm 22 of the cavity substrate 20. In each recess, individual electrodes 31 made of ITO (Indium Tin Oxide) are formed by sputtering.

上記のように構成した液滴吐出ヘッド100は、キャビティ基板20と個別電極31との間に、フレキシブル基板などを介して電気的に接続された図示しない駆動回路から電圧を印加することによって、液滴9をノズル13から吐出する圧力発生機構が構成されている。すなわち、個別電極31に電圧(電荷)を供給して正に帯電させると、振動板22は負に帯電し、個別電極31と振動板22の間に静電気力が発生する。この静電気力によって、振動板22は個別電極31に引き寄せられて撓む。これによって、加圧室21の容積が増大する。個別電極31への電荷の供給を止めると、振動板22はその弾性力により元に戻り、その際、加圧室21の容積が急激に減少して、そのときの圧力により加圧室21内の液体の一部が液滴9として第1ノズル11から吐出する。なお、振動板22が次に同様に変位すると、液体が供給孔25から加圧室21内に補給される。   The droplet discharge head 100 configured as described above applies a voltage from a drive circuit (not shown) that is electrically connected between the cavity substrate 20 and the individual electrode 31 via a flexible substrate or the like. A pressure generating mechanism for discharging the droplet 9 from the nozzle 13 is configured. That is, when a voltage (charge) is supplied to the individual electrode 31 to be positively charged, the diaphragm 22 is negatively charged, and an electrostatic force is generated between the individual electrode 31 and the diaphragm 22. Due to the electrostatic force, the diaphragm 22 is attracted to the individual electrode 31 and bent. As a result, the volume of the pressurizing chamber 21 increases. When the supply of electric charges to the individual electrode 31 is stopped, the diaphragm 22 returns to its original state due to its elastic force, and at this time, the volume of the pressurizing chamber 21 decreases rapidly, and the pressure in the pressurizing chamber 21 is increased by the pressure at that time. A part of the liquid is discharged as droplets 9 from the first nozzle 11. When the diaphragm 22 is similarly displaced next, the liquid is replenished into the pressurizing chamber 21 from the supply hole 25.

こうして、ノズル基板10の吐出面から吐出された液滴9の吐出方向は、前述するように、吐出面に対するノズル13の垂直度に応じて曲がる。特に、第1ノズル11の中心軸方向に応じた方向が、おおよそ液滴9の飛翔方向となる。そこで、本実施例の液滴吐出ヘッド100では、第1ノズル11の中心軸の曲がりを測定するため、接合面および吐出面において開口する基準孔15が、ノズル基板10に形成されているのである。基準孔15は、図1(a)に示すように、液滴吐出ヘッド100から液体が漏れないように、供給路110と平面的に重ならない位置(例えばノズル基板10とキャビティ基板20との接合領域)に形成されている。   Thus, the ejection direction of the droplet 9 ejected from the ejection surface of the nozzle substrate 10 bends according to the perpendicularity of the nozzle 13 with respect to the ejection surface, as described above. In particular, the direction corresponding to the central axis direction of the first nozzle 11 is approximately the flight direction of the droplet 9. Therefore, in the droplet discharge head 100 of the present embodiment, the reference hole 15 opened in the joint surface and the discharge surface is formed in the nozzle substrate 10 in order to measure the bending of the central axis of the first nozzle 11. . As shown in FIG. 1A, the reference hole 15 is positioned so as not to overlap the supply path 110 in a plane (for example, bonding between the nozzle substrate 10 and the cavity substrate 20) so that liquid does not leak from the droplet discharge head 100. Region).

ここでノズル基板10に形成された基準孔15について、図2を参照して説明する。図2は、ノズル基板10を図1(a)におけるA−A線の位置で切断した状態で示した斜視図である。図示するように、基準孔15は、接合面側および吐出面側において開口する形状がそれぞれ正方形であり、底面が接合面に位置し、上面が吐出面に位置する正四角錐台の形状を有している。そして、この正四角錐台は、上面の形状の中心軸が吐出面に対して垂直方向になるように形成されている。   Here, the reference hole 15 formed in the nozzle substrate 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view illustrating the nozzle substrate 10 in a state where the nozzle substrate 10 is cut at the position of line AA in FIG. As shown in the drawing, the reference hole 15 has a square quadrangular truncated pyramid shape in which the shapes opened on the joining surface side and the ejection surface side are square, the bottom surface is located on the joining surface, and the upper surface is located on the ejection surface. ing. The regular quadrangular frustum is formed so that the central axis of the shape of the upper surface is perpendicular to the ejection surface.

従って、基準孔15は、第1ノズル11が開口している吐出面と沿う面において形成される平面(上面)形状の中心位置が、同じ位置を呈する孔である。この結果、第1ノズル11について、基準孔15を基準として吐出面側の開口孔の中心位置と、後述する基準孔15の上面側が開口していない基準穴15aを基準として接合面側の開口孔の中心位置を計測すれば、ノズル基板10に設けられた第1ノズル11について、吐出面に対する垂直度を調べることができるのである。   Accordingly, the reference hole 15 is a hole in which the center position of the planar (upper surface) shape formed on the surface along the ejection surface where the first nozzle 11 is open has the same position. As a result, for the first nozzle 11, the center position of the opening hole on the ejection surface side with reference to the reference hole 15 and the opening hole on the joint surface side with reference to the reference hole 15 a where the upper surface side of the reference hole 15 described later is not open. If the center position of the first nozzle 11 is measured, the perpendicularity with respect to the ejection surface of the first nozzle 11 provided on the nozzle substrate 10 can be examined.

(ノズル基板の製造方法)
それでは、上記のように基準孔15が形成された本実施例のノズル基板10の製造方法について、基準孔15の形成方法、および第1ノズル11の2つの開口孔の中心位置の測定方法を含め、図3および図4を用いて説明する。図3および図4は、ノズル基板10の製造工程を示した図であり、図2におけるノズル基板10の断面部分(図中ハッチング部分)に相当する部分を示した図である。
(Nozzle substrate manufacturing method)
Then, about the manufacturing method of the nozzle board | substrate 10 of a present Example in which the reference | standard hole 15 was formed as mentioned above, the formation method of the reference | standard hole 15 and the measuring method of the center position of two opening holes of the 1st nozzle 11 are included. This will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 and 4 are diagrams showing a manufacturing process of the nozzle substrate 10 and showing a portion corresponding to a cross-sectional portion (hatched portion in the drawing) of the nozzle substrate 10 in FIG.

(A)まず、図3(a)に示すように、完成状態の厚さよりも厚い(例えば、厚み725μm)のシリコン基材10aを用意し、シリコン基材10aの表面、つまり吐出面側(図面では下側)と接合面側(図面では上側)の各基材面にSiO2膜を形成し、フォトリソ工程により第2ノズル12の孔径に相当する領域部分のSiO2膜を除去する。 (A) First, as shown in FIG. 3A, a silicon substrate 10a having a thickness (for example, thickness of 725 μm) thicker than a completed thickness is prepared, and the surface of the silicon substrate 10a, that is, the ejection surface side (drawing) in the lower side) and the bonding surface side (drawing a SiO 2 film is formed on the substrate surface of the upper), to remove the SiO 2 film in the region a portion corresponding to the hole diameter of the second nozzle 12 by photolithography.

SiO2膜は、熱酸化装置(図示せず)にシリコン基材10aをセットして、例えば酸化温度1075℃、酸化時間4時間、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理して形成する。ここでは、シリコン基材10aの表面に膜厚0.5μmのSiO2膜を均一に成膜する。なお、前述したように、シリコン基材10aは結晶方位(100)のものを用いる。 The SiO 2 film is formed by setting the silicon substrate 10a in a thermal oxidation apparatus (not shown) and performing a thermal oxidation process under conditions of, for example, an oxidation temperature of 1075 ° C., an oxidation time of 4 hours, and a mixed atmosphere of oxygen and steam. To do. Here, a SiO 2 film having a thickness of 0.5 μm is uniformly formed on the surface of the silicon substrate 10a. As described above, the silicon substrate 10a having a crystal orientation (100) is used.

(B)次に、図3(b)に示すように、シリコン基材10aの接合面側にレジストをコーティングし、フォトリソ工程により第1ノズル11の孔径に相当する領域部分のレジストを除去する。   (B) Next, as shown in FIG. 3B, a resist is coated on the bonding surface side of the silicon base material 10a, and the resist in the region corresponding to the hole diameter of the first nozzle 11 is removed by a photolithography process.

(C)次に、図3(c)に示すように、例えばICP(Inductively Coupled Plasma)ドライエッチング装置(図示せず)により、レジストが除去された領域部分を、エッチングガス(例えば、C48、SF6)を使用し、シリコン基材10aを所定の深さ(本実施例では深さ40μm)まで垂直に異方性ドライエッチングする。この処理によって、第1ノズル11を形成するためのノズル穴11aが形成される。 (C) Next, as shown in FIG. 3C, the region where the resist has been removed is etched with an etching gas (for example, C 4 F) by, for example, an ICP (Inductively Coupled Plasma) dry etching apparatus (not shown). 8 , SF 6 ), and the silicon substrate 10a is anisotropically dry-etched vertically to a predetermined depth (in this embodiment, a depth of 40 μm). By this process, a nozzle hole 11a for forming the first nozzle 11 is formed.

(D)次に、図3(d)に示すように、レジストを除去したのち、再びICPドライエッチング装置(図示せず)により、エッチングガス(例えば、C48、SF6)を使用し、シリコン基材10aが露出した領域部分を所定の深さ(本実施例では深さ40μm)まで垂直に異方性ドライエッチングする。この処理によって、円筒状のノズル穴12a(すなわち第2ノズル12)が形成される。なお、このとき、既に形成されたノズル穴11aの深さはさらに深くなる。ちなみに、本実施例では、ノズル穴11aは、40μmから70〜80μmの深さを有する穴に形成される。 (D) Next, as shown in FIG. 3D, after removing the resist, an etching gas (for example, C 4 F 8 , SF 6 ) is used again by an ICP dry etching apparatus (not shown). Then, anisotropic dry etching is performed vertically on the region where the silicon base material 10a is exposed to a predetermined depth (in this embodiment, a depth of 40 μm). By this process, a cylindrical nozzle hole 12a (that is, the second nozzle 12) is formed. At this time, the already formed nozzle hole 11a is further deepened. Incidentally, in the present embodiment, the nozzle hole 11a is formed in a hole having a depth of 40 μm to 70 to 80 μm.

(E)次に、シリコン基材10aの表面に残るSiO2膜を例えばフッ酸水溶液で除去した後、再びSiO2膜を成膜する。具体的には、シリコン基材10aを熱酸化装置(図示せず)にセットし、酸化温度1000℃、酸化時間2時間、酸素雰囲気中の条件で熱酸化処理を行う。この結果、図4(e)に示すように、シリコン基材10aの接合面側及び吐出側の両面、さらにノズル穴11a及びノズル穴12aの側面及び底面に、膜厚0.5μmのSiO2膜が均一に成膜される。こうすることによって、不連続部分が存在しない均一なSiO2膜(絶縁膜)が得られるので、品質が安定したSiO2膜を形成することができる。 (E) Next, the SiO 2 film remaining on the surface of the silicon substrate 10a is removed with, for example, an aqueous hydrofluoric acid solution, and then the SiO 2 film is formed again. Specifically, the silicon substrate 10a is set in a thermal oxidation apparatus (not shown), and thermal oxidation treatment is performed under the conditions of an oxidation temperature of 1000 ° C., an oxidation time of 2 hours, and an oxygen atmosphere. As a result, as shown in FIG. 4E, an SiO 2 film having a film thickness of 0.5 μm is formed on both the bonding surface side and the discharge side of the silicon base material 10a, and on the side surfaces and bottom surface of the nozzle holes 11a and 12a. Is uniformly formed. By doing so, a uniform SiO 2 film (insulating film) having no discontinuous portions can be obtained, and thus a SiO 2 film with stable quality can be formed.

(F)次に、図4(f)に示すように、シリコン基材10aの接合面側の表面に形成されたSiO2膜のうち、基準孔15が接合面側に開口する領域部分を、メタルマスクを用いてドライエッチング処理することで除去する。なお、本実施例では、除去する領域部分の形状は正方形である。 (F) Next, as shown in FIG. 4 (f), in the SiO 2 film formed on the surface of the silicon substrate 10a on the bonding surface side, the region portion where the reference hole 15 opens on the bonding surface side is It is removed by dry etching using a metal mask. In this embodiment, the shape of the region to be removed is a square.

(G)次に、図4(g)に示すように、シリコン基材10aを水酸化カリウム(KOH)などのエッチング液を用いて異方性ウエットエッチングを行い、底部が吐出面側に貫通していない基準穴15aを形成する。周知のように、シリコン基材10aが結晶方位(100)であることから、結晶方位(111)の面はウエットエッチングが進まない。従って、このとき形成される基準穴15aは、結晶方位(111)の4つの斜面で形成されるので、基準穴15aは、接合面側のシリコン基材10aの表面に開口した正方形を底面とし、正三角形を斜面として有する正四角錐の形状となる。ちなみに、正四角錐を形成するそれぞれの斜面は、周知のように、底面、すなわち接合面側のシリコン基材10aの表面と成す角度αが、約54.7度となる。   (G) Next, as shown in FIG. 4G, anisotropic wet etching is performed on the silicon substrate 10a using an etching solution such as potassium hydroxide (KOH), and the bottom penetrates to the discharge surface side. A reference hole 15a not formed is formed. As is well known, since the silicon substrate 10a has a crystal orientation (100), wet etching does not proceed on the surface of the crystal orientation (111). Therefore, since the reference hole 15a formed at this time is formed by four inclined surfaces of the crystal orientation (111), the reference hole 15a has a square opening on the surface of the silicon base material 10a on the bonding surface side as a bottom surface. The shape is a regular quadrangular pyramid having an equilateral triangle as a slope. Incidentally, as is well known, each inclined surface forming a regular quadrangular pyramid has an angle α formed with the bottom surface, that is, the surface of the silicon substrate 10a on the bonding surface side, of about 54.7 degrees.

本実施例では、この状態で、基準穴15aの底部(つまり正四角錐の頂点)を基準(0,0)とし、ノズル穴11aの接合面側の端部に位置する開口孔11sの中心位置(X1,Y1)を計測する。開口孔11sは、後述するように、そのまま第1ノズル11の接合面側の開口孔となることから、この計測によって、第1ノズル11の接合面側の開口孔の中心位置が計測されることになる。   In this embodiment, in this state, the bottom of the reference hole 15a (that is, the apex of the regular quadrangular pyramid) is used as a reference (0, 0), and the center position of the opening hole 11s located at the end of the nozzle hole 11a on the joining surface side ( X1, Y1) are measured. As will be described later, the opening hole 11 s becomes an opening hole on the joint surface side of the first nozzle 11 as it will be described later, so that the center position of the opening hole on the joint surface side of the first nozzle 11 is measured by this measurement. become.

このときの計測の様子を図5(a)に示した。図示するように、正四角錐の形状を呈する基準穴15aの頂点となる底部を基準(0,0)とし、予め定めた互いに直交する2つの方向(X,Y方向)における各開口孔11sの座標(X1,Y1)を、三次元測定器などを用いて計測する。周知のように、孔の深部は物理的に計測困難であるが、測定側の端部に位置する開口孔は、三次元測定器を用いて容易に計測することができる。   The state of measurement at this time is shown in FIG. As shown in the figure, the coordinates of each opening hole 11s in two predetermined directions (X and Y directions) are defined with the base (0, 0) serving as the apex of the reference hole 15a having a regular quadrangular pyramid shape as a reference (0, 0). (X1, Y1) is measured using a three-dimensional measuring instrument or the like. As is well known, the deep part of the hole is physically difficult to measure, but the opening hole located at the end of the measurement side can be easily measured using a three-dimensional measuring instrument.

図4に戻り、次に図4(h)に示すように、シリコン基材10aの上下を逆転した状態とし、図示しない両面接着シートを用いて、シリコン基材10aの接合面側にガラス等の透明材料よりなる支持基板18を貼り付けて、シリコン基材10aを薄板化処理する。なお、両面接着シートは、紫外線または熱などの刺激によって接着力が低下する自己剥離層を持ったシート(自己剥離型シート)である。   Returning to FIG. 4, next, as shown in FIG. 4H, the silicon substrate 10 a is turned upside down, and a double-sided adhesive sheet (not shown) is used to form glass or the like on the bonding surface side of the silicon substrate 10 a. A support substrate 18 made of a transparent material is attached, and the silicon base material 10a is thinned. The double-sided adhesive sheet is a sheet (self-peeling type sheet) having a self-peeling layer whose adhesive strength is reduced by stimulation such as ultraviolet rays or heat.

薄板化についての具体的な方法として、本実施例では、シリコン基材10aの吐出面側を、例えばバックグラインダーなどを用いる機械的な研削による加工方法を用いて、シリコン基材10aを薄くする。このシリコン基材10aの薄板化の処理によって、ノズル穴11aの先端部が開口して開口孔11tが形成され、第1ノズル11が出来上がる。また、同時に、基準穴15aの底部(頂点)が開口して、ノズル基板10の両面に開口孔を有し、正四角錐台の形状を呈する基準孔15が出来上がる。この結果、薄くなったシリコン基材10aはノズル基板10となる。ちなみに本実施例ではシリコン基材10aは厚さが65μm程度まで薄板化される。なお、ノズル穴12aは第2ノズル12となる。   As a specific method for thinning, in this embodiment, the silicon substrate 10a is thinned on the discharge surface side of the silicon substrate 10a by using a processing method by mechanical grinding using, for example, a back grinder. By this thinning process of the silicon substrate 10a, the tip of the nozzle hole 11a is opened to form an opening hole 11t, and the first nozzle 11 is completed. At the same time, the bottom (vertex) of the reference hole 15a is opened, and the reference hole 15 having an opening hole on both sides of the nozzle substrate 10 and having the shape of a regular quadrangular pyramid is completed. As a result, the thinned silicon base material 10 a becomes the nozzle substrate 10. Incidentally, in this embodiment, the silicon substrate 10a is thinned to a thickness of about 65 μm. The nozzle hole 12a becomes the second nozzle 12.

なお、このような機械的な研削加工に加えて、さらに、ポリッシャー、CMP(Chemical Mechanical Polishing)装置によってノズル基板10の吐出面を研磨し、第1ノズル11の先端部の開口を行っても良い。このとき、第1ノズル11及び第2ノズル12の内壁は、ノズル内の研磨材の水洗除去処理などによって洗浄する。   In addition to such mechanical grinding, the discharge surface of the nozzle substrate 10 may be further polished by a polisher or a CMP (Chemical Mechanical Polishing) device to open the tip of the first nozzle 11. . At this time, the inner walls of the first nozzle 11 and the second nozzle 12 are cleaned by, for example, washing and removing the abrasive in the nozzle.

あるいは、シリコン基材10aの薄板化を、化学的な研磨加工で行うこととしてもよい。例えば、ノズル穴11aの先端部の開口を、ドライエッチングで行う。具体的には、SF6をエッチングガスとするドライエッチングで、ノズル穴11aの先端部までシリコン基材10aを薄くし、表面に露出したノズル穴11aの先端部のSiO2膜を、CF4又はCHF3等のガスをエッチングガスとするドライエッチングによって除去してもよい。 Alternatively, the thinning of the silicon substrate 10a may be performed by chemical polishing. For example, the opening at the tip of the nozzle hole 11a is performed by dry etching. Specifically, by dry etching using SF 6 as an etching gas, the silicon base material 10a is thinned up to the tip of the nozzle hole 11a, and the SiO 2 film at the tip of the nozzle hole 11a exposed on the surface is CF 4 or It may be removed by dry etching using a gas such as CHF 3 as an etching gas.

本実施例では、この状態で、基準孔15の吐出面に形成された開口部(正四角錐台の上面)の形状中心を基準(0,0)とし、第1ノズル11の吐出面側に位置する開口孔11tの中心位置(X2,Y2)を計測する。この計測によって、第1ノズル11の吐出面側での開口孔11tの中心位置が計測されることになる。   In this embodiment, in this state, the shape center of the opening (upper surface of the regular quadrangular pyramid) formed on the discharge surface of the reference hole 15 is used as a reference (0, 0), and the position is located on the discharge surface side of the first nozzle 11. The center position (X2, Y2) of the opening hole 11t to be measured is measured. By this measurement, the center position of the opening hole 11t on the discharge surface side of the first nozzle 11 is measured.

このときの計測の様子を図5(b)に示した。図示するように、正四角錐台の形状を呈する基準孔15の上面の形状中心を基準(0,0)とし、第1ノズル11の吐出面側に位置する開口孔11tについて、予め定めた互いに直交する2つの方向(X,Y方向)における各開口孔11tの座標(X2,Y2)を、三次元測定器などを用いて計測する。もとより、2つの方向は、前述の接合面側に位置する開口孔11sの計測における方向と同じ方向である。   The state of measurement at this time is shown in FIG. As shown in the figure, the center of the shape of the upper surface of the reference hole 15 having the shape of a regular quadrangular pyramid is the reference (0, 0), and the opening holes 11t positioned on the discharge surface side of the first nozzle 11 are orthogonal to each other. The coordinates (X2, Y2) of each opening hole 11t in the two directions (X, Y direction) are measured using a three-dimensional measuring instrument or the like. Of course, the two directions are the same as those in the measurement of the opening hole 11s located on the joint surface side.

この吐出面側での開口孔11tの計測における基準(0,0)つまり上面の正方形の形状中心は、前述した接合面側での計測における基準(0,0)つまり正四角錐の頂点と一致している。従って、この吐出面側での計測結果と、前述した接合面側での計測結果を用いることによって、各第1ノズル11について吐出面に対する傾き(垂直度)を計算することができるのである。また、各第1ノズル11について、例えば吐出面における開口孔11tの位置が、基準孔15を基準とした座標で得られることから、各第1ノズル11の位置精度を計測することが可能である。   The reference (0, 0) in the measurement of the opening hole 11t on the discharge surface side, that is, the center of the square shape of the upper surface coincides with the reference (0, 0) in the measurement on the joint surface side, that is, the apex of the regular quadrangular pyramid. ing. Therefore, by using the measurement result on the discharge surface side and the measurement result on the bonding surface side described above, the inclination (verticality) with respect to the discharge surface for each first nozzle 11 can be calculated. For each first nozzle 11, for example, the position of the opening hole 11 t on the ejection surface is obtained with coordinates based on the reference hole 15, so that the positional accuracy of each first nozzle 11 can be measured. .

その後、ノズル基板10は、図示しないが、撥液下地膜の成膜処理、撥液膜の成膜処理、サポート基板剥離処理、接合面のプラズマ処理を行って、製造が完了する。これらの処理について、以下その概略を説明しておく。   Thereafter, although not shown, the nozzle substrate 10 is manufactured by performing a liquid repellent base film forming process, a liquid repellent film forming process, a support substrate peeling process, and a bonding surface plasma process. The outline of these processes will be described below.

まず、ノズル基板10の液滴の吐出面に、スパッタ装置でSiO2膜を0.1μmの厚みで成膜する撥液下地膜の成膜処理を行う。ここで、SiO2膜の成膜は、前述した両面接着シートが劣化しない温度(例えば200℃程度)以下で実施できればよく、スパッタリング法に限るものではない。ただし、耐液滴性等を考慮すると緻密な膜を形成する必要があり、ECR(Electron Cyclotron Resonance)スパッタ装置等の常温で緻密な膜を成膜できる装置を使用することが望ましい。 First, a liquid repellent base film is formed on the droplet discharge surface of the nozzle substrate 10 by using a sputtering apparatus to form a SiO 2 film with a thickness of 0.1 μm. Here, the formation of the SiO 2 film is not limited to the sputtering method as long as it can be performed at a temperature (for example, about 200 ° C.) or less at which the above-described double-sided adhesive sheet does not deteriorate. However, it is necessary to form a dense film in consideration of droplet resistance and the like, and it is desirable to use an apparatus capable of forming a dense film at room temperature, such as an ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering apparatus.

続いて、ノズル基板10の液滴の吐出面に撥液処理を施して撥液膜の成膜処理を行う。この場合、F(フッ素)原子を含む撥液性を持った材料を蒸着処理やディッピング処理で成膜し、撥液層を形成する。このとき、第1ノズル11及び第2ノズル12の内壁も、撥液処理される。   Subsequently, a liquid repellent treatment is performed on the droplet discharge surface of the nozzle substrate 10 to perform a liquid repellent film formation process. In this case, a liquid repellent material containing F (fluorine) atoms is formed by vapor deposition or dipping, thereby forming a liquid repellent layer. At this time, the inner walls of the first nozzle 11 and the second nozzle 12 are also subjected to liquid repellent treatment.

次に、支持基板18側からUV光を照射してサポート基板剥離処理を行う。つまり、UV光によって両面接着シートの自己剥離層の接着力を弱め、ノズル基板10の接合面から支持基板18を剥離する。   Next, the support substrate peeling process is performed by irradiating UV light from the support substrate 18 side. That is, the adhesive strength of the self-peeling layer of the double-sided adhesive sheet is weakened by UV light, and the support substrate 18 is peeled from the bonding surface of the nozzle substrate 10.

次に、ArスパッタもしくはO2プラズマ処理によって、ノズル基板10の接合面側、および第1ノズル11と第2ノズル12の内壁に余分に形成された撥液層を除去する。以上の処理が行われて、ノズル基板10の製造が完了する。 Next, the liquid repellent layer formed excessively on the bonding surface side of the nozzle substrate 10 and the inner walls of the first nozzle 11 and the second nozzle 12 is removed by Ar sputtering or O 2 plasma treatment. The above process is performed and the manufacture of the nozzle substrate 10 is completed.

ノズル基板10は、その後、ノズル基板10の接合面に、キャビティ基板20の凹部が形成された一方の面が貼り合わされ、ノズル基板10とキャビティ基板20との接合体が形成される。そして、ノズル基板10とキャビティ基板20とからなる接合体において、キャビティ基板20の他方の面に電極基板30の個別電極31が形成された面が貼り付けられ、ノズル基板10、キャビティ基板20及び電極基板30の接合体、すなわち液滴吐出ヘッド100が形成される。   After that, the nozzle substrate 10 is bonded to the bonding surface of the nozzle substrate 10 on one surface where the concave portion of the cavity substrate 20 is formed, and a bonded body of the nozzle substrate 10 and the cavity substrate 20 is formed. Then, in the joined body composed of the nozzle substrate 10 and the cavity substrate 20, the surface on which the individual electrode 31 of the electrode substrate 30 is formed is attached to the other surface of the cavity substrate 20, and the nozzle substrate 10, the cavity substrate 20, and the electrode are bonded. A bonded body of the substrate 30, that is, the droplet discharge head 100 is formed.

以上説明したように、本実施例のノズル基板10によれば、結晶方位(100)のシリコン基材10aを用いるので、結晶方位(111)の面はウエットエッチングが進まない。したがって、結晶方位(100)のシリコン基板に形成される基準穴15aは、4つの結晶方位(111)の面で形成されるため、その接合面側の開口形状のほぼ中心位置に頂点が形成された正四角錐の形状になる。また、基準穴15aを、ノズル基板の吐出面において開口部を有する基準孔15とした場合、開口部の平面的な形状中心が、基準穴15aの頂点と同じ位置を呈する基準孔15が形成されることになる。すなわち、ノズル基板10の基板面に形成された開口部の形状中心位置が、開口部が形成される前の基準穴15aの底部と同じ位置となる基準孔15が形成されるので、ノズル基板10に設けられたノズル13について、基板面に対する垂直度を調べることが可能となる。   As described above, according to the nozzle substrate 10 of the present embodiment, since the silicon base material 10a with the crystal orientation (100) is used, the wet etching does not proceed on the surface with the crystal orientation (111). Therefore, since the reference hole 15a formed in the silicon substrate having the crystal orientation (100) is formed by four crystal orientation (111) surfaces, a vertex is formed at the substantially central position of the opening shape on the bonding surface side. It becomes the shape of a regular square pyramid. Further, when the reference hole 15a is a reference hole 15 having an opening on the ejection surface of the nozzle substrate, the reference hole 15 is formed in which the planar shape center of the opening has the same position as the apex of the reference hole 15a. Will be. That is, the reference hole 15 is formed in which the center position of the opening formed on the substrate surface of the nozzle substrate 10 is the same as the bottom of the reference hole 15a before the opening is formed. It is possible to examine the perpendicularity with respect to the substrate surface for the nozzles 13 provided in.

また、本実施例では、ノズル基板10の吐出面において形成される基準孔15の開口形状は正方形であるので、開口形状の中心位置を容易に求めることができる。また、基準穴15aの底部も頂点となるため、基準穴15aの形状中心位置も容易に求めることができるという効果を奏する。   Further, in this embodiment, since the opening shape of the reference hole 15 formed on the discharge surface of the nozzle substrate 10 is a square, the center position of the opening shape can be easily obtained. In addition, since the bottom of the reference hole 15a is also the apex, the center position of the shape of the reference hole 15a can be easily obtained.

また、本実施例では、ノズル13の垂直度が保証されたノズル基板10を備えた液滴吐出ヘッド100が得られる。したがって、この液滴吐出ヘッド100を用いることによって液滴を正しい方向に吐出することができるので高品位な印字を行うことができる。   In the present embodiment, the droplet discharge head 100 including the nozzle substrate 10 in which the verticality of the nozzles 13 is guaranteed can be obtained. Therefore, by using this droplet discharge head 100, it is possible to discharge droplets in the correct direction, so that high-quality printing can be performed.

ところで、前述するように本実施例のノズル基板10は、シリコン基材10aから形成される。これを図6を参照して詳しく説明する。図6は、シリコン基材10aに区画配置されたノズル基板10を示す説明図である。図示するように、所定の大きさの1枚のシリコン基材10aからノズル基板10が複数個(図では4個)形成できるように、シリコン基材10aには、分割溝などによってノズル基板10に相当する領域が区画配置されている。そして、シリコン基材10aが薄板化されたとき、各ノズル基板10は個別に分離されて個片化されるように形成されている。   Incidentally, as described above, the nozzle substrate 10 of this embodiment is formed from the silicon base material 10a. This will be described in detail with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory view showing the nozzle substrate 10 partitioned and arranged on the silicon base material 10a. As shown in the drawing, a plurality of nozzle substrates 10 (four in the figure) can be formed from a single silicon substrate 10a of a predetermined size. Corresponding areas are partitioned. When the silicon base material 10a is thinned, the nozzle substrates 10 are individually separated and formed into individual pieces.

従って、ノズル基板10は、支持基板18に両面接着シートを用いて貼り付けられているために、分離される前と後で、位置がずれてしまうことが起こりえる。このため、基準孔15は、図6に示すように、各ノズル基板10において少なくとも1つ形成することが好ましい。こうすれば、吐出面における第1ノズル11の位置を計測する際、個片化された各ノズル基板10において、基準孔15と第1ノズル11との相対位置は分離に関係なく不変であるので、基準孔15を基準(0,0)として第1ノズル11の位置を計測することが可能である。なお、各ノズル基板10において基準孔15を複数形成する場合は、キャビティ基板20との接合領域であって、できるだけ互いに離れた位置が好ましい。   Therefore, since the nozzle substrate 10 is affixed to the support substrate 18 using the double-sided adhesive sheet, the position may be shifted before and after being separated. For this reason, it is preferable to form at least one reference hole 15 in each nozzle substrate 10 as shown in FIG. In this way, when measuring the position of the first nozzle 11 on the ejection surface, the relative position between the reference hole 15 and the first nozzle 11 is unchanged regardless of the separation in each of the separated nozzle substrates 10. The position of the first nozzle 11 can be measured using the reference hole 15 as a reference (0, 0). In the case where a plurality of reference holes 15 are formed in each nozzle substrate 10, it is preferable that the regions be joined to the cavity substrate 20 and be separated from each other as much as possible.

(液滴吐出装置)
本発明の実施の形態として、上記液滴吐出ヘッド100を備えた液滴吐出装置としてもよい。液滴吐出装置の一実施形態について説明する。図7は上記実施例の製造方法によって形成されたノズル基板10に設けられた第1ノズル11から液体としてのインクを吐出する液滴吐出装置の一例となるインクジェットプリンター200について、その概略構造を示したものである。
(Droplet discharge device)
As an embodiment of the present invention, a droplet discharge apparatus including the droplet discharge head 100 may be used. An embodiment of a droplet discharge device will be described. FIG. 7 shows a schematic structure of an ink jet printer 200 as an example of a droplet discharge device that discharges ink as liquid from the first nozzle 11 provided on the nozzle substrate 10 formed by the manufacturing method of the above embodiment. It is a thing.

このインクジェットプリンター200は、液体としての各色インク(例えば、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック))がそれぞれ収納されたインクカートリッジ211,212,213,214が装着されたキャリッジ220を備えている。キャリッジ220は、その下方向(図面裏側方向)であって印刷用紙225と対向する面に液滴吐出ヘッド100が設けられ、キャリッジ220内に設けられた図示しない流路を経由してインクカートリッジ211〜214から供給されるインクを、この液滴吐出ヘッド100からインク滴として吐出して、対象物としての印刷用紙225に所定の画像等を印刷するものである。   The ink jet printer 200 is equipped with ink cartridges 211, 212, 213, and 214 that store respective color inks (for example, Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black)) as liquids. The carriage 220 is provided. The carriage 220 is provided with the droplet discharge head 100 on a surface facing the printing paper 225 in the downward direction (the back side of the drawing), and the ink cartridge 211 passes through a flow path (not shown) provided in the carriage 220. The ink supplied from ˜214 is ejected as ink droplets from the droplet ejection head 100, and a predetermined image or the like is printed on the printing paper 225 as an object.

具体的には、キャリッジ220は、キャリッジベルト241に固定され、キャリッジベルト241がキャリッジモーター240によって駆動されるのに伴って、フレーム217に固定されたガイド221に沿って主走査方向(図面左右方向)に移動する。このとき、液滴吐出ヘッド100に形成され、主走査方向に対して直交する方向に略直線状に穿設された複数のノズルから、ノズル毎に形成された圧力発生機構によって加圧されたインクを、所定量インク滴として印刷用紙225に吐出する。また印刷用紙225は、プラテン228によって裏面から支持されつつ、フレーム217に固定された駆動モーター226により駆動される図示しない紙送りローラーなどによって、主走査方向と直交する副走査方向(図面上下方向)に所定量ずつ移動する。こうして高画質の画像が、印刷用紙225の全面に印刷される。なお、この一連の動作についての主な制御は、フレーム217に取り付けられたメイン基板250と、フレキシブル基板245によってメイン基板250と接続されキャリッジ220に取り付けられたサブ基板260と、によって行われる。   Specifically, the carriage 220 is fixed to the carriage belt 241, and as the carriage belt 241 is driven by the carriage motor 240, the carriage 220 is driven along the guide 221 fixed to the frame 217 (the horizontal direction in the drawing). ) At this time, ink formed by the pressure generating mechanism formed for each nozzle from a plurality of nozzles formed in the droplet discharge head 100 and formed substantially linearly in a direction orthogonal to the main scanning direction. Are ejected onto the printing paper 225 as a predetermined amount of ink droplets. Further, the printing paper 225 is supported by the platen 228 from the back side, and is driven by a driving motor 226 fixed to the frame 217 to drive the printing paper 225 in a sub-scanning direction (vertical direction in the drawing) perpendicular to the main scanning direction. Move by a predetermined amount. In this way, a high-quality image is printed on the entire surface of the printing paper 225. The main control for this series of operations is performed by the main board 250 attached to the frame 217 and the sub board 260 connected to the main board 250 by the flexible board 245 and attached to the carriage 220.

このインクジェットプリンター200によれば、対象物となる印刷用紙225に対して、液滴としてのインクが正しい位置に吐出される液滴吐出装置が得られる。したがって、このインクジェットプリンター200を用いることによって高品位な印字や印刷、あるいは画像形成を行うことができる。   According to the ink jet printer 200, a liquid droplet ejecting apparatus that ejects ink as liquid droplets to a correct position on the printing paper 225 that is a target can be obtained. Therefore, high-quality printing or printing or image formation can be performed by using the inkjet printer 200.

以上、本発明について、実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。以下変形例を挙げて説明する。   The present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can of course be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention. It is. Hereinafter, a modification will be described.

(変形例)
上記実施例では、ノズル基板10は、個別電極31と振動板22の間に発生する静電気力を用いた構成を有する圧力発生機構を備えた液滴吐出ヘッド100を構成する一つの基板であったが、特にこれに限るものでないことは勿論である。例えば、本発明のノズル基板は、圧力発生機構に圧電素子を用いた液滴吐出ヘッドを構成するノズル基板であってもよい。本変形例を、図8を用いて説明する。
(Modification)
In the above embodiment, the nozzle substrate 10 is one substrate that constitutes the droplet discharge head 100 including the pressure generating mechanism having a configuration using the electrostatic force generated between the individual electrode 31 and the diaphragm 22. However, it is needless to say that the present invention is not limited to this. For example, the nozzle substrate of the present invention may be a nozzle substrate constituting a droplet discharge head using a piezoelectric element as a pressure generating mechanism. This modification will be described with reference to FIG.

図8は、図7においてキャリッジ220を主走査方向から見た模式図である。図示するように、キャリッジ220の下方向に設けられた本変形例の液滴吐出ヘッド100a内には、図中吹き出し部に示したように、圧力発生機構が形成されている。圧力発生機構は、圧電素子2を駆動体(アクチュエーター)とするものである。圧電素子2は、その両端のCOM電極とGNDとの間に、所定の電圧が印加されると、電歪性によって収縮あるいは伸長変形し、振動板3を図中矢印の方向に撓ませて、液体供給路の途中に形成された加圧室4に存在するインクを加圧する。この結果、加圧された液体は、液滴吐出ヘッド100aを構成するノズル基板10に設けられた第1ノズル11から、液滴9として吐出されるのである。   FIG. 8 is a schematic view of the carriage 220 in FIG. 7 viewed from the main scanning direction. As shown in the drawing, a pressure generating mechanism is formed in the droplet discharge head 100a of the present modification provided in the downward direction of the carriage 220, as shown in the blowing portion in the drawing. The pressure generating mechanism uses the piezoelectric element 2 as a driving body (actuator). When a predetermined voltage is applied between the COM electrodes and GND at both ends of the piezoelectric element 2, the piezoelectric element 2 contracts or expands due to electrostriction and deflects the diaphragm 3 in the direction of the arrow in the figure. The ink existing in the pressurizing chamber 4 formed in the middle of the liquid supply path is pressurized. As a result, the pressurized liquid is discharged as droplets 9 from the first nozzle 11 provided on the nozzle substrate 10 constituting the droplet discharge head 100a.

このとき、本変形例のノズル基板10は、上述するように第1ノズル11の垂直度や位置精度を正しく計測することができるので、液滴の飛翔方向や着弾位置が正しく得られ、対象物に形成される画像が高品質となる液滴吐出ヘッド100aを提供することができる。なお、本変形例において、液滴を吐出させる方法として圧電素子2を用いる代わりに、発熱体を用いて液滴を吐出させる所謂サーマル方式としてもよい。   At this time, since the nozzle substrate 10 of the present modification can correctly measure the verticality and position accuracy of the first nozzle 11 as described above, the flying direction and landing position of the droplet can be correctly obtained, and the target object can be obtained. Thus, it is possible to provide the droplet discharge head 100a in which the image formed at a high quality is obtained. In this modification, instead of using the piezoelectric element 2 as a method for ejecting droplets, a so-called thermal method in which droplets are ejected using a heating element may be used.

(その他の変形例)
上記実施例では、液滴の飛翔曲がりが、凡そ第1ノズル11の垂直度に起因するものとし、第1ノズル11の垂直度を計測することとして説明したが、液滴の飛翔曲がりの要因として、第1ノズル11と第2ノズル12の中心軸の軸ずれが起因する場合がある。この場合、第1ノズル11の接合面側の開口孔11sの中心位置の計測において、第2ノズル12の接合面における開口孔の中心位置を計測することが好ましい。こうすれば、第1ノズル11と第2ノズル12の中心軸の凡その軸ずれを算出することができる。
(Other variations)
In the above embodiment, it has been described that the flying curve of the droplet is caused by the verticality of the first nozzle 11 and the verticality of the first nozzle 11 is measured. However, as a cause of the flying curve of the droplet, In some cases, the first nozzle 11 and the second nozzle 12 may be misaligned from the central axis. In this case, in the measurement of the center position of the opening hole 11 s on the joint surface side of the first nozzle 11, it is preferable to measure the center position of the opening hole on the joint surface of the second nozzle 12. By doing so, it is possible to calculate the approximate axial deviation of the central axes of the first nozzle 11 and the second nozzle 12.

また、上記実施例では、ノズル基板10は、結晶方位が(100)のシリコン基板であり、異方性エッチングを行って基準穴15aを形成することとして説明したが、特にこれに限るものでないことは勿論である。例えば、ノズル基板10は、金属板あるいはセラミック板であってもよい。またこの場合、基準穴15aは、例えばプレス加工やポンチ加工などによって正四角錐の形状を有する穴を形成するようにすればよい。要は、吐出面(または接合面)に沿う面において形成される平面形状の中心位置が、常に同じ位置を呈する基準穴を形成すればよい。   In the above embodiment, the nozzle substrate 10 is a silicon substrate having a crystal orientation of (100), and the anisotropic etching is performed to form the reference hole 15a. However, the nozzle substrate 10 is not limited to this. Of course. For example, the nozzle substrate 10 may be a metal plate or a ceramic plate. In this case, the reference hole 15a may be a hole having a regular quadrangular pyramid shape by, for example, pressing or punching. In short, it is only necessary to form a reference hole in which the center position of the planar shape formed on the surface along the discharge surface (or the joining surface) always exhibits the same position.

また、上記実施例では、基準穴15aの接合面における開口部の形状が正方形であることとして説明したが、特にこれに限るものではないことは勿論である。例えば、長方形であってもよい。基準孔15の吐出面における開口部の形状が、基準穴15aの接合面における開口部の形状と同じ形状が形成される形状であれば何でもよく、上記実施例と同じ効果が得られる。   Moreover, in the said Example, although demonstrated that the shape of the opening part in the joint surface of the reference hole 15a was a square, of course, it does not restrict to this in particular. For example, it may be a rectangle. Any shape can be used as long as the shape of the opening on the discharge surface of the reference hole 15 is the same as the shape of the opening on the joint surface of the reference hole 15a, and the same effect as in the above embodiment can be obtained.

また、上記実施例では、液滴吐出ヘッド100を搭載した液滴吐出装置として、液体としてのインクを吐出するインクジェットプリンター200として説明したが、これに限るものでないことは勿論である。例えば、プロテインチップやDNAチップの作成のための液滴吐出装置としてもよい。あるいは、ガラス基板や樹脂基板に機能液を吐出して、配線パターンの形成を行うための液滴吐出装置やカラーフィルターを形成するための液滴吐出装置であってもよい。要するに、液体を吐出できる方式を用いて機能液を吐出することによって、画像や図形、文字などを被吐出対象物に記録する装置であれば、本発明を同様に適用実施できるものである。   In the above-described embodiment, the ink jet printer 200 that ejects ink as liquid is described as the liquid droplet ejecting apparatus including the liquid droplet ejecting head 100. However, the present invention is not limited to this. For example, a droplet discharge device for producing a protein chip or a DNA chip may be used. Alternatively, it may be a droplet discharging device for forming a wiring pattern by discharging a functional liquid onto a glass substrate or a resin substrate, or a droplet discharging device for forming a color filter. In short, the present invention can be similarly applied to any apparatus that records an image, a figure, a character, or the like on an object to be ejected by ejecting a functional liquid using a method capable of ejecting a liquid.

2…圧電素子、3…振動板、4…加圧室、9…液滴、10…ノズル基板、10a…シリコン基材、11…第1ノズル、11a…ノズル穴、11s…開口孔、11t…開口孔、12…第2ノズル、12a…ノズル穴、13…ノズル、15…基準孔、15a…基準穴、18…支持基板、20…キャビティ基板、21…加圧室、22…振動板、25…供給孔、26…絶縁膜、30…電極基板、31…個別電極、100…液滴吐出ヘッド、100a…液滴吐出ヘッド、110…供給路、200…インクジェットプリンター、211,212,213,214…インクカートリッジ、217…フレーム、220…キャリッジ、221…ガイド、225…印刷用紙、226…駆動モーター、228…プラテン、240…キャリッジモーター、241…キャリッジベルト、245…フレキシブル基板、250…メイン基板、260…サブ基板。   2 ... piezoelectric element, 3 ... vibrating plate, 4 ... pressure chamber, 9 ... droplet, 10 ... nozzle substrate, 10a ... silicon substrate, 11 ... first nozzle, 11a ... nozzle hole, 11s ... opening hole, 11t ... Opening hole, 12 ... second nozzle, 12a ... nozzle hole, 13 ... nozzle, 15 ... reference hole, 15a ... reference hole, 18 ... support substrate, 20 ... cavity substrate, 21 ... pressure chamber, 22 ... vibrating plate, 25 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Supply hole, 26 ... Insulating film, 30 ... Electrode substrate, 31 ... Individual electrode, 100 ... Droplet discharge head, 100a ... Droplet discharge head, 110 ... Supply path, 200 ... Inkjet printer, 211, 212, 213, 214 Ink cartridge, 217 ... Frame, 220 ... Carriage, 221 ... Guide, 225 ... Printing paper, 226 ... Drive motor, 228 ... Platen, 240 ... Carriage motor, 241 ... Carriage Jjiberuto, 245 ... flexible substrate, 250 ... main substrate, 260 ... sub-board.

Claims (5)

基板の両面に開口部を有するノズルが設けられたノズル基板の製造方法であって、
一端が前記基板の基材により閉じられ他端が開口しているノズル穴を前記基板に形成する工程と、
前記ノズル穴が開口している前記基板面に開口部を有し、前記基板面に沿う面において形成される平面形状の中心位置が、同じ位置を呈する基準穴を形成する工程と、
前記ノズル穴の一端を閉じている前記基材を除去して前記ノズルを形成するとともに、前記基準穴の底部が前記ノズル穴が開口している前記基板面と反対側の基板面において開口するように、前記基板を薄くする工程と、
を備えたことを特徴とするノズル基板の製造方法。
A method for manufacturing a nozzle substrate in which nozzles having openings on both sides of the substrate are provided,
Forming a nozzle hole in the substrate having one end closed by the base material of the substrate and the other end opened;
A step of forming a reference hole having an opening in the substrate surface where the nozzle hole is open, and the center position of the planar shape formed on the surface along the substrate surface presents the same position;
The base material closing one end of the nozzle hole is removed to form the nozzle, and the bottom of the reference hole is opened on the substrate surface opposite to the substrate surface where the nozzle hole is open. And thinning the substrate;
A method for manufacturing a nozzle substrate, comprising:
請求項1に記載のノズル基板の製造方法であって、
前記基板は、結晶方位(100)のシリコン基板であり、前記基準穴は異方性ウエットエッチングによって形成されることを特徴とするノズル基板の製造方法。
It is a manufacturing method of the nozzle substrate according to claim 1,
The method of manufacturing a nozzle substrate, wherein the substrate is a silicon substrate having a crystal orientation (100), and the reference hole is formed by anisotropic wet etching.
請求項1または2に記載のノズル基板の製造方法であって、
前記基準穴の開口部の形状は正方形であることを特徴とするノズル基板の製造方法。
It is a manufacturing method of the nozzle substrate according to claim 1 or 2,
The method for manufacturing a nozzle substrate, wherein the shape of the opening of the reference hole is square.
請求項1ないし3のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法によって製造されたノズル基板と、当該ノズル基板に設けられたノズルから液滴を吐出する機構とを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。   A nozzle substrate manufactured by the method for manufacturing a nozzle substrate according to claim 1, and a mechanism for discharging droplets from the nozzles provided on the nozzle substrate. Droplet discharge head. 請求項4に記載の液滴吐出ヘッドと、当該液滴吐出ヘッドを液滴の吐出対象物に対して相対的に走査する機構とを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。   5. A droplet discharge apparatus comprising: the droplet discharge head according to claim 4; and a mechanism for scanning the droplet discharge head relative to a droplet discharge target.
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