JP4735281B2 - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法 - Google Patents
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Description
インクジェットヘッドでは、ノズル孔のそれぞれに共通に連通するリザーバが設けられているので、ノズル密度の高密度化に伴い、吐出室の圧力がリザーバにも伝わり、その圧力の影響が他のノズル孔にも及ぶことになる。例えば、アクチュエータを駆動することにより、リザーバに正圧がかかると、本来インク滴を吐出すべきノズル孔(駆動ノズル)以外の非駆動ノズルからもインク滴が漏れ出たり、逆にリザーバに負圧がかかると、駆動ノズルから吐出するべきインク滴の吐出量が減少したりして、印字品質が劣化する。
ダイアフラム部と吐出室が別々の基板(リザーバ基板とキャビティ基板)に設けられているため、リザーバの体積を確保することができるとともに、リザーバの内部にダイアフラム部を設けることができる。このため、ノズルの高密度化が可能であるとともに、リザーバのコンプライアンスを低減してリザーバ内での圧力変動を抑制し、インク吐出時に発生するノズル間の圧力干渉を防止することで、良好な吐出特性を得ることができる。
また、ダイアフラム部の両面が空間部となるので、この空間部内でダイアフラム部の振動変位が可能となる。
また、ダイアフラム部が変形するための空間部をキャビテイ基板もしくはノズル基板に加工する必要がないので、キャビテイ基板もしくはノズル基板の設計および加工に対する影響をなくすことができる。
リザーバの底部全面をダイアフラムにすることでダイアフラム部の面積を大きくすることができ、ダイアフラム部の圧力緩衝効果を大きくすることができる。
ダイアフラム部の両面が空間部となるので、この空間部内でダイアフラム部の振動変位が可能となる。
また、ダイアフラム部が変形するための空間部をキャビテイ基板もしくはノズル基板に加工する必要がないので、キャビテイ基板もしくはノズル基板の設計および加工に対する影響をなくすことができる。
ダイアフラム部が変形するための空間部をキャビティ基板との接合面側に設けたので、リザーバ基板のリザーバはノズル基板側に位置し、前記リザーバをキャビティ基板のキャビティと立体的にオーバラップさせてヘッド面積を小型化することができる。
ダイアフラム部がヘッドチップに内抱される構造のため、直接外力が加わることはなく、ダイアフラム部を薄くすることができ、かつ保護カバー等のような特別の保護部材を必要とせず、ヘッドユニットの外力に対する強度を向上することができる。
ダイアフラム部が変形するための空間部をノズル基板との接合面側に設けたので、リザーバ基板のリザーバはキャビティ基板側に位置し、リザーバ基板の全ての加工をキャビティ基板側からの片面加工で完了させることができる。
ダイアフラム部がヘッドチップに内抱される構造のため、直接外力が加わることはなく、ダイアフラム部を薄くすることができ、かつ保護カバー等のような特別の保護部材を必要とせず、ヘッドユニットの外力に対する強度を向上することができる。
液滴吐出時に発生するノズル間の圧力干渉を防止して、吐出特性が良好な液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることができる。
リザーバ基板となるシリコン基材の一方の面からダイアフラム部になる部分を所要の深さエッチングし、その後、シリコン基材の反対側の面からリザーバになる部分をウェットエッチングにより加工して、ダイアフラム部を形成するようにしたものである。
ダイアフラム部を有し面積および深さが大きいリザーバを複数枚同時にエッチングして、効率よく加工することができる。
ダイアフラム部をウエハーに一括して形成することができ、かつ半導体プロセスによるので、位置合わせ精度や形状精度が向上する。
形状に依存しない良好な被覆性を有し、耐熱性、対薬品性および耐透湿性が高い樹脂薄膜を形成することができる。
ダイアフラム部形成工程が最終段階なので、リザーバ基板の形成工程の中で必要となる耐熱性や耐薬品性を考慮する必要がなく、樹脂材料選択の自由度が向上する。
耐薬品性、耐透湿性に優れた樹脂薄膜を形成することができる。
吐出特性が良好な液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることができる。
図1は本発明の実施の形態1に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図、図2は図1に示したインクジェットヘッドの組立状態を示す縦断面図である。なお、図1及び図2では、通常使用される状態とは上下が逆に示されている。
各ノズル孔11は、基板面に対し垂直にかつ同軸上に小さい穴の噴射口部分11aと、噴射口部分11aよりも径の大きい導入口部分11bとから構成されている。
なお、この樹脂薄膜111はリザーバ基板2の製造過程で成膜によって形成されるもので、例えばパリレンを用いて形成される。
また、リザーバ基板2のC面には、吐出室31の一部を構成する細溝状の第2の凹部28が形成されている。第2の凹部28は、キャビティ基板3を薄くすることによる吐出室31での流路抵抗の増加を防ぐために設けられているが、第2の凹部28は省略することも可能である。
なお、図示は省略するが、リザーバ基板2の全面にはインクによるシリコンの腐食を防ぐために、例えば熱酸化膜(SiO2膜)からなるインク保護膜が形成されている。
なお、個別電極41の材料はITOに限定するものではなく、IZO(Indium Zinc Oxide)あるいは金、銅等の金属を用いてもよい。しかし、ITOは透明であるので振動板の当接具合の確認が行いやすいことなどの理由から、一般にはITOが用いられている。
インクジェットヘッド10には、外部のインクカートリッジ(図示せず)内のインクがインク供給孔45、35、27を通じてリザーバ23内に供給され、さらにインクは個々の供給口22からそれぞれの吐出室31、ノズル連通孔21を経て、ノズル孔11の先端まで満たされている。また、このインクジェットヘッド10の動作を制御するためのドライバIC等の駆動制御回路5が、各個別電極41とキャビティ基板3に設けられた共通電極36との間に接続されている。
さらに、ダイアフラム部100のC面側はキャビティ基板3によって蓋がされ、外部に露出していないので、樹脂薄膜111を備えたダイアフラム部100を外力から確実に保護することができ、かつ保護カバー等特別な保護部材を全く必要としない。そのため、インクジェットヘッド10の小型化、およびコスト低減が可能となる。
まず、リザーバ基板2の製造方法について説明する。
(b)次に、フォトリソグラフィー法により、図3(b)に示すように、キャビテイ基板3と接合する側の面(C面)に、それぞれ、ノズル連通穴21、第2の凹部28、供給口22、ダイアフラム部100、インク供給穴27になる部分21a、28a、22a、100a、27aをパターニングする。このとき、C面における各部分21a、28a、100a、27aの熱酸化膜201の残し膜厚が、次の関係になるようにエッチングする。
ノズル連通穴になる部分21a=0<供給口22になる部分22a=インク供給穴27になる部分27a=ダイアフラム部100になる部分100a<第2の凹部28になる部分28a
(d)次に、図3(d)に示すように、熱酸化膜201を適量エッチングして、供給口22になる部分22a、インク供給穴27になる部分27aおよびダイアフラム100になる部分100aを開口させ、そののち、ICPで15μm程、ドライエッチングする。
(f)熱酸化膜201を除去した後に、図4(f)に示すように、再度、熱酸化膜201を形成し、C面にダイアフラム部100になる部分100aを、ノズル基板1と接合する側の面(N面)に、リザーバ凹部23aになる部分230をフォトリソグラフィー法で開口する。
こうして、樹脂薄膜111は、リザーバ基板2の製造過程で成膜によって形成される。
(h)次に、図4(h)に示すように、KOHでリザーバ凹部23aになる部分230を、150μm程、ウエットエッチングする。その結果、樹脂薄膜111が露出する。
(i)熱酸化膜201を剥離し、そののち、図5(i)に示すように、高濃度オゾン水浸漬でインク保護膜となる酸化膜201を形成する。
以上により、図5(i)に示すように、リザーバ基板2の各部が形成される。
まず、電極基板4にシリコン材よりなるキャビティ基材300を接合した後、そのキャビティ基材300からキャビティ基板3を製造する方法について説明する。
図6(a)に示すように、硼珪酸ガラス等からなる厚さ約1mmのガラス基材400に、金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより、凹部42を形成する。なお、この凹部42は個別電極41の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極41ごとに複数形成される。
そして、凹部42の内部に、スパッタにより、ITO(Indium Tin Oxide)からなる個別電極41を形成する。
その後、ブラスト等によってインク供給孔45になる部分45aを形成することにより、電極基板4が作製される。
そして、エッチング後、レジストを剥離する。
以上により、電極基板4に接合した状態のキャビティ基材300からキャビティ基板3が作製される。
(m)そして、図9(m)に示すように、ダイシングにより個々のヘッドに分離すれば、図2に示したインクジェットヘッド10の本体部が作製される。
図10は本発明の実施の形態2に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図、図11は図10に示したインクジェットヘッドの組立状態を示す縦断面図である。なお、実施の形態1と同一部分には同じ符号を付し説明を省略する。
実施の形態1に係るインクジェットヘッド10では、断面ほぼコ字状に成膜された樹脂薄膜111によってダイアフラム部100を構成したが、本実施の形態2では、平面状に貼り付けた樹脂薄膜111によってダイアフラム部100を構成したものである。
なお、この樹脂薄膜111は、リザーバ基板2の製造工程の最後に平面状の樹脂薄膜111を貼り付けることによって形成されるもので、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)を用いて形成される。
(a)まず、図12(a)に示すように、面方位(100)、厚さ180μmのシリコン材よりなるキャビティ基材200を用意し、このキャビティ基材200の外面に熱酸化膜201を形成する。
(b)次に、図12(b)に示すように、フォトリソグラフィー法により、キャビテイ基板3と接合する側の面(C面)に、それぞれノズル連通穴21、第2の凹部28、供給口22、ダイアフラム部100、インク供給穴27になる部分21a、28a、22a、100a、27aをパターニングする。このとき、C面における各部分21a、28a、100a、27aの熱酸化膜201の残し膜厚が、次の関係になるようにエッチングする。
ノズル連通穴になる部分21a=0<供給口22になる部分22a=インク供給穴27になる部分27a=ダイアフラム部になる部分100a<第2の凹部28になる部分28a
(d)次に、図12(d)に示すように、熱酸化膜201を適量エッチングして、供給口22になる部分22a、インク供給穴27になる部分27aおよびダイアフラム100になる部分100aを開口させ、そののち、ICPで15μm程、ドライエッチングする。
(f)熱酸化膜201を除去した後に、図13(f)に示すように、再度、熱酸化膜201を形成し、ノズル基板1と接合する側の面(N面)に、リザーバ凹部23aになる部分230をフォトリソグラフィー法で開口する。
(g)次に、図13(g)に示すように、KOHでリザーバ凹部23aになる部分230を150μm程ウエットエッチングする。
(h)次に、熱酸化膜201を剥離し、その後、図13(h)に示すように、再度ドライ酸化でインク保護膜201を形成する。このとき、インク供給穴27になる部分27aのシリコン塊は抜け落ちる。
以上により、図14(i)に示すように、リザーバ基板2の各部が形成される。
そして、上記のように作製されたリザーバ基板2を用いて、実施の形態1の図6乃至図9で説明したようにすれば、インクジェットヘッド10を製造することができる。
図15は本発明の実施の形態3に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図、図16は図15に示したインクジェットヘッドの組立状態を示す縦断面図である。なお、実施の形態1と同一部分には同じ符号を付し説明を省略する。
実施の形態3に係るインクジェットヘッド10は、リザーバ基板2に設けたダイアフラム部100を、実施の形態1、2とは逆に、ノズル基板1との接合面側(N面側)に設けたものである。
なお、この樹脂薄膜111はリザーバ基板2の製造過程で成膜によって形成されるもので、例えばパリレンを用いて形成される。
また、ダイアフラム部100のN面側はノズル基板1によって蓋がされ、外部に露出していないので、薄膜部111を備えたダイアフラム部100を外力から確実に保護することができ、かつ保護カバー等特別な保護部材を全く必要としない。そのため、インクジェットヘッド10の小型化、およびコスト低減が可能となる。
(a)まず、図17(a)に示すように、面方位(100)、厚さ180μmのシリコン材よりなるキャビテイ基材200を用意し、このキャビテイ基材200の外面に熱酸化膜201を形成する。
(b)次に、図17(b)に示すように、フォトリソグラフィー法により、C面にノズル連通穴21になる部分21aを開口する。
(c)次に、図17(c)に示すように、C面のノズル連通穴21になる部分21aを、ICPで貫通するまでドライエッチングする。
リザーバ凹部23aになる部分230>第2の凹部になる部分28a>供給口になる部分22a
(f)次に、図18(f)に示すように、樹脂薄膜111になる部分にパリレンを蒸着する。この場合、樹脂薄膜111になる部分のみを開口したマスクを被せ、それ以外の部分には蒸着されないようにする。
こうして、樹脂薄膜111は、リザーバ基板2の製造過程において成膜によって形成される。
リザーバ凹部23aになる部分230>第2の凹部になる部分28a>供給口になる部分22a
(h)次に、熱酸化膜201を剥離し、その後、高濃度オゾン水浸漬でインク保護膜となる酸化膜を形成する。
以上により、図18(h)に示すように、リザーバ基板2が作製される。
図19は本発明の実施の形態4に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図、図20は図19に示したインクジェットヘッドの組立状態を示す縦断面図である。なお、実施の形態1と同一部分には同じ符号を付し説明を省略する。
実施形態3に係るインクジェットヘッド10では、成膜された樹脂薄膜111によってダイアフラム部100を構成したが、本実施の形態4では、平面状に貼り付けた樹脂薄膜111によってダイアフラム部100を構成したものである。
なお、この樹脂薄膜111は、リザーバ基板2の製造工程の最後に平面状の樹脂薄膜111を貼り付けることによって形成されるもので、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)を用いて形成される。
(a)まず、図21(a)に示すように、面方位(100)、厚さ180μmのシリコン材よりなるキャビテイ基材200を用意し、このキャビテイ基材200の外面に熱酸化膜201を形成する。
(b)次に、図21(b)に示すように、フォトリソグラフィー法により、C面にノズル連通穴21になる部分21aを開口する。
(c)次に、図21(c)に示すように、C面のノズル連通穴21になる部分21aを、ICPで貫通するまでドライエッチングする。
リザーバ凹部23aになる部分230>第2の凹部28になる部分28a>供給口22になる部分22a
リザーバ凹部23aになる部分230>第2の凹部28になる部分28a>供給口22になる部分22a
(g)次に、図22(g)に示すように、さらなるKOHによるウエットエッチングで、C面およびN面からリザーバ凹部23aになる部分230、及びダイアフラム部100になる部分100aを貫通させる。その際、それぞれ第2の凹部28と供給口22になる部分28a、22aはエッチングが進行しない。各部の深さは次の関係になる。
リザーバ凹部23aになる部分23a>第2の凹部28になる部分28a>供給口22になる部分22a
(i)次に、図23(i)に示すように、ポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルムをアライメントして、ダイアフラム部100になる部分100aの底壁120にN面側より貼り付ける。こうして、樹脂薄膜111は、リザーバ基材200の組立工程の最終段階に形成される。
以上により、リザーバ基板2の各部が形成される。
Claims (13)
- 複数のノズル孔を有するノズル基板と、前記各ノズル孔に連通し、室内に圧力を発生させて前記ノズル孔より液滴を吐出する複数の独立した吐出室を有するキャビティ基板と、前記吐出室に対して共通に連通するリザーバを有し、前記ノズル基板と前記キャビティ基板との間に設けられるリザーバ基板とを少なくとも備えた液滴吐出ヘッドであって、
前記リザーバを構成する凹部の底面の一部又は全部が圧力変動を緩衝する樹脂薄膜で構成されてダイアフラム部を構成しており、
前記ダイアフラム部の前記リザーバとは反対側に、前記リザーバ基板の表面からダイアフラム部まで堀り込まれて形成された空間部を設けたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 前記ダイアフラム部は前記リザーバ基板の内、前記リザーバを構成する凹部の底面に位置することを特徴とする請求項1記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記ダイアフラム部の空間部を前記キャビティ基板との接合面側に設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記ダイアフラム部の空間部は、そのノズル基板側が前記樹脂薄膜で構成され、前記キャビティ基板側が該キャビテイ基板で構成されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記ダイアフラム部の空間部を前記ノズル基板との接合面側に設けたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記ダイアフラム部の空間部は、そのキャビティ基板側が樹脂薄膜で構成され、前記ノズル基板側が該ノズル基板で構成されることを特徴とする請求項5記載の液滴吐出ヘッド。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
- 複数のノズル孔を有するノズル基板と、前記各ノズル孔に連通し、室内に圧力を発生させて前記ノズル孔より液滴を吐出する複数の独立した吐出室を有するキャビティ基板と、前記吐出室に対して共通に連通するリザーバを有し、前記ノズル基板と前記キャビティ基板との間に設けられるリザーバ基板とを少なくとも備え、前記リザーバとなる凹部の底面の一部又は全部が圧力変動を緩衝する樹脂薄膜で構成されてダイアフラム部を構成している液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記リザーバ基板になるシリコン基材の一方の面からダイアフラム部になる部分を所要の深さエッチングし、その後、前記シリコン基材の反対側の面からリザーバになる部分をウェットエッチングにより加工して、前記ダイアフラム部を形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 - 前記ダイアフラム部になる部分が所要の深さにエッチングされて形成された凹部に樹脂薄膜を成膜したことを特徴とする請求項8記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記樹脂薄膜にはパリレンを用いることを特徴とする請求項9記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記ダイアフラム部になる部分が所要の深さエッチングされたのちに、前記シリコン基材の反対側の面からのウェットエッチングにて貫通部を形成し、前記貫通部に前記リザーバになる部分の側より樹脂薄膜を貼り付けて、前記ダイアフラム部を形成することを特徴とする請求項8記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 前記樹脂薄膜にはポリフェニレンサルファイド(PPS)を用いることを特徴とする請求項11記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
- 請求項8〜12のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
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CN105269963A (zh) * | 2014-05-27 | 2016-01-27 | 柯尼卡美能达株式会社 | 喷墨头、喷墨记录装置以及减振部件的制造方法 |
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