JP2005231274A - Method of manufacturing inkjet head, inkjet head, and inkjet recorder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッド並びにインクジェット記録装置に関し、特に歩留まりの高いインクジェットヘッドの製造方法等に関する。 The present invention relates to an ink jet head manufacturing method, an ink jet head, and an ink jet recording apparatus, and more particularly to a method for manufacturing an ink jet head having a high yield.
インクジェット記録装置は、高速印字が可能、記録時の騒音が極めて小さい、インクの自由度が高い、安価な普通紙を使用できる等の多くの利点を有する。近年、インクジェット記録装置の中でも、記録が必要なときにのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式のインクジェット記録装置が主流となっている。このインク・オン・デマンド方式のインクジェット記録装置は、記録に不要なインク液滴の回収を必要としない等の利点がある。 An ink jet recording apparatus has many advantages such as high-speed printing, extremely low noise during recording, high degree of freedom of ink, and use of inexpensive plain paper. In recent years, so-called ink-on-demand ink jet recording apparatuses, which eject ink droplets only when recording is necessary, have become mainstream among ink jet recording apparatuses. This ink-on-demand ink jet recording apparatus has an advantage that it does not require collection of ink droplets unnecessary for recording.
このインク・オン・デマンド方式のインクジェット記録装置には、インク液滴を吐出させる方法として、駆動手段に静電気力を利用した、いわゆる静電駆動方式のインクジェット記録装置がある。また、駆動手段に圧電素子(ピエゾ素子)を利用した、いわゆる圧電駆動方式のインクジェット記録装置や、発熱素子等を利用した、いわゆるジブルジェット(登録商標)方式のインクジェット記録装置等がある。 This ink-on-demand ink jet recording apparatus includes a so-called electrostatic drive ink jet recording apparatus that uses electrostatic force as a driving means as a method of ejecting ink droplets. In addition, there are so-called piezoelectric drive type ink jet recording apparatuses that use piezoelectric elements (piezo elements) as driving means, and so-called jibble jet (registered trademark) type ink jet recording apparatuses that use heating elements and the like.
上記のようなインクジェット記録装置では、一般にインクジェットヘッドのノズルからインク液滴を吐出するようになっている。インクジェットヘッドにノズルを設ける方式には、インクジェットヘッドの側面側からインク液滴を吐出するサイドイジェクトタイプと、インクジェットヘッドの表面側からインク液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプがある。
フェイスイジェクトタイプのインクジェットヘッドでは、ノズルの孔の部分の流路抵抗を調整し、ノズルの長さが最適になるようにノズル基板の厚さを調整するのが望ましい。
In the ink jet recording apparatus as described above, ink droplets are generally ejected from nozzles of an ink jet head. There are two methods for providing nozzles in an ink jet head: a side eject type that ejects ink droplets from the side surface of the ink jet head, and a face eject type that ejects ink droplets from the surface side of the ink jet head.
In the face eject type ink jet head, it is desirable to adjust the thickness of the nozzle substrate so as to optimize the length of the nozzle by adjusting the flow resistance of the nozzle hole.
従来のフェイスイジェクトタイプのインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法では、シリコン基板を所望の厚さに研削した後に、シリコン基板の両面からドライエッチングによって第1のノズル孔と第2のノズル孔を形成するようにしていた(例えば、特許文献1参照)。 In the conventional method of manufacturing a nozzle plate for a face eject type inkjet head, the first nozzle hole and the second nozzle hole are formed by dry etching from both sides of the silicon substrate after the silicon substrate is ground to a desired thickness. (For example, refer patent document 1).
従来のフェイスイジェクトタイプの噴射装置(インクジェットヘッド)のノズル形成方法では、シリコン基板の一方の面からICP放電を用いた異方性ドライエッチングにより、内径の異なる第1のノズル孔と第2のノズル孔を2段に形成した後に、反対側の面を異方性ウェットエッチングにより掘り下げてノズルの長さを調整するようにしていた(例えば、特許文献2参照)。
従来のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法では(例えば、特許文献1参照)、ドライエッチングによって第1のノズル孔と第2のノズル孔を形成する前に、シリコン基板を研削して薄くするため、製造工程の途中でシリコン基板が割れたり、欠けてしまうことがあるという問題点があった。またこの製造方法では、歩留まりが低くなるため、製造コストが高くなってしまうという問題点があった。
さらにこのインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法では、ドライエッチング加工の際に、加工形状を安定させるためにノズルプレートの加工面の反対側からヘリウムガス等で冷却を行うが、ノズルの貫通時にヘリウムガス等が加工面側にリークしてエッチングができなくなってしまうという問題点もあった。
In a conventional method of manufacturing a nozzle plate for an inkjet head (see, for example, Patent Document 1), before forming the first nozzle hole and the second nozzle hole by dry etching, the silicon substrate is ground and thinned. There has been a problem that the silicon substrate may be broken or chipped during the manufacturing process. In addition, this manufacturing method has a problem in that the manufacturing cost increases because the yield decreases.
Furthermore, in this method of manufacturing a nozzle plate for an inkjet head, cooling is performed with helium gas or the like from the opposite side of the processing surface of the nozzle plate in order to stabilize the processing shape during dry etching processing. And the like leaks to the processed surface side, which makes etching impossible.
また従来の噴射装置のノズル形成方法では(例えば、特許文献2参照)、第1のノズル孔が開口する吐出面が、基板表面から深く下がった位置に形成されるため、インク液滴が飛行中に曲がってしまうという問題点があった。またこのような構造では、ノズルの目詰まりの原因となる紙粉、インク等を、ゴム片やフェルト片で吐出面から除去するワイピング作業が困難になるという問題点があった。 Further, in the conventional nozzle forming method of the ejecting apparatus (see, for example, Patent Document 2), the ejection surface where the first nozzle hole opens is formed at a position that is deeply lowered from the substrate surface. There was a problem that it would turn. Also, with such a structure, there is a problem that it is difficult to perform wiping work for removing paper dust, ink, and the like that cause nozzle clogging from the ejection surface with rubber pieces or felt pieces.
本発明は、比較的厚いシリコン基板を使用でき、歩留まりの高いインクジェットヘッドの製造方法及びこのインクジェットヘッドの製造方法で製造された吐出性能の高いインクジェットヘッド並びにこのインクジェットヘッドが搭載されたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。 The present invention provides an inkjet head manufacturing method that can use a relatively thick silicon substrate and that has a high yield, an inkjet head that is manufactured by the inkjet head manufacturing method, and an inkjet recording apparatus equipped with the inkjet head. The purpose is to provide.
本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、所定の加工が施されたシリコンからなり複数のノズルを有するノズル基板を備え、個々のノズルが、少なくとも第1のノズル孔部分と、該第1のノズル孔部分と連通する第2のノズル孔部分を有するインクジェットヘッドの製造方法であって、ノズル基板となるシリコン基板に第1のノズル孔部分となる凹部を異方性エッチングにより形成する工程と、少なくとも第1のノズル孔部分となる凹部の側面及び底面にエッチングマスクを形成する工程と、シリコン基板の第1のノズル孔部分となる凹部の形成されている面に支持基板を貼り合わせる工程と、支持基板の貼り合わされた面の反対側の面からシリコン基板を研削する工程と、エッチングによって研削された面に第2のノズル孔部分を形成する工程と、支持基板をシリコン基板から分離する工程とを有するものである。
シリコン基板の第1のノズル孔部分となる凹部の形成されている面に支持基板を貼り合わせて、支持基板の貼り合わされた面の反対側の面からシリコン基板を研削するため、比較的厚いシリコン基板を使用することができ、製造工程の途中でシリコン基板が割れたり、欠けてしまうことを防止することができる。またシリコン基板に支持基板が貼り合わされているため、ノズルの貫通時にヘリウムガスが加工面側にリークしてエッチングができなくなってしまうのを防止することができる。
An inkjet head manufacturing method according to the present invention includes a nozzle substrate made of silicon subjected to predetermined processing and having a plurality of nozzles, and each nozzle includes at least a first nozzle hole portion and the first nozzle. A method of manufacturing an inkjet head having a second nozzle hole portion communicating with a hole portion, the step of forming a concave portion to be a first nozzle hole portion in a silicon substrate to be a nozzle substrate by anisotropic etching, and at least A step of forming an etching mask on the side surface and bottom surface of the concave portion serving as the first nozzle hole portion, a step of attaching a support substrate to the surface of the silicon substrate where the concave portion serving as the first nozzle hole portion is formed, and a support A step of grinding the silicon substrate from the surface opposite to the bonded surface of the substrate, and a second nozzle hole portion on the surface ground by etching A step of forming a supporting substrate and a step of separating from the silicon substrate.
Since the support substrate is bonded to the surface of the silicon substrate where the concave portion serving as the first nozzle hole portion is formed, and the silicon substrate is ground from the surface opposite to the bonded surface of the support substrate, relatively thick silicon is used. A substrate can be used, and the silicon substrate can be prevented from cracking or chipping during the manufacturing process. In addition, since the support substrate is bonded to the silicon substrate, it is possible to prevent helium gas from leaking to the processing surface side when the nozzle passes through and preventing etching from being performed.
また本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上記の支持基板が、透明基板であるものである。
例えば、支持基板としてガラス等からなる透明基板を使用すれば、第2のノズル孔部分を形成するときに、両面アライナーでシリコン基板に設けられたアライメントマークを見ることができ、第2のノズル孔部分のレジストのパターニングを高精度に行うことができる。
In the method of manufacturing an ink jet head according to the present invention, the support substrate is a transparent substrate.
For example, if a transparent substrate made of glass or the like is used as the support substrate, when the second nozzle hole portion is formed, the alignment mark provided on the silicon substrate can be seen with the double-sided aligner, and the second nozzle hole Patterning of the resist in the portion can be performed with high accuracy.
また本発明に係るインクジェトヘッドの製造方法は、上記のシリコン基板に支持基板を貼り合わせるときに、レジストを用いるものである。
レジストを用いてシリコン基板と支持基板を貼り合わせれば、貼り合わせが容易となる。また、レジストを溶解することによりシリコン基板と支持基板を容易に分離することができる。
In addition, in the method of manufacturing an inkjet head according to the present invention, a resist is used when a support substrate is bonded to the silicon substrate.
If the silicon substrate and the support substrate are bonded together using a resist, the bonding becomes easy. Further, the silicon substrate and the support substrate can be easily separated by dissolving the resist.
また本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、1枚のシリコン基板から複数のノズル基板を製造するものである。
1枚のシリコン基板から複数のノズル基板を製造するため、多数のノズル基板を製造することができ、製造コストを低くすることができる。
The method for manufacturing an inkjet head according to the present invention is to manufacture a plurality of nozzle substrates from a single silicon substrate.
Since a plurality of nozzle substrates are manufactured from one silicon substrate, a large number of nozzle substrates can be manufactured, and the manufacturing cost can be reduced.
また本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上記のシリコン基板に凹状のクレータを形成し、第1のノズル孔部分となる凹部をクレータの部分に形成するものである。
第1のノズル孔部分となる凹部を凹状のクレータの部分に形成するため、例えば印刷用紙との接触でノズルの周辺部分が摩耗したり、ノズルの周辺に施された撥水層が摩耗してしまったりするのを防止することができる。
またこのクレータの深さは比較的浅いため、インク液滴が飛行中に曲がってしまったり、ワイピング作業が困難になるということがない。
In addition, in the method for manufacturing an ink jet head according to the present invention, a concave crater is formed on the silicon substrate, and a concave portion to be a first nozzle hole portion is formed in the crater portion.
In order to form the concave portion that becomes the first nozzle hole portion in the concave crater portion, for example, the peripheral portion of the nozzle is worn by contact with the printing paper, or the water repellent layer applied to the periphery of the nozzle is worn. It can be prevented from being trapped.
Further, since the depth of the crater is relatively shallow, ink droplets are not bent during the flight and wiping work is not difficult.
また本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上記のエッチングマスクが、シリコン酸化膜からなるものである。
シリコン酸化膜からなるエッチングマスクを形成するようにすれば、高精度のエッチングマスクを容易に形成することができる。
In the inkjet head manufacturing method according to the present invention, the etching mask is made of a silicon oxide film.
If an etching mask made of a silicon oxide film is formed, a highly accurate etching mask can be easily formed.
また本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上記のエッチングマスクを、熱酸化により形成するものである。
熱酸化によりエッチングマスクを形成するようにすれば、CVD(Chemical Vapor Deposition)等に比べて、容易にエッチングマスクを形成することができる。
Moreover, the manufacturing method of the inkjet head which concerns on this invention forms said etching mask by thermal oxidation.
If the etching mask is formed by thermal oxidation, the etching mask can be easily formed as compared with CVD (Chemical Vapor Deposition) or the like.
また本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上記の第1のノズル孔部分となる凹部を形成する異方性エッチングが、ドライエッチングであるものである。
第1のノズル孔部分となる凹部をドライエッチングで形成することにより、短時間で高精度の凹部を形成することができる。
In the method of manufacturing an ink jet head according to the present invention, the anisotropic etching for forming the concave portion that becomes the first nozzle hole portion is dry etching.
By forming the concave portion serving as the first nozzle hole portion by dry etching, a highly accurate concave portion can be formed in a short time.
また本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上記の第1のノズル孔部分となる凹部を形成する異方性エッチングが、ICP放電によるドライエッチングであるものである。
第1のノズル孔部分となる凹部をICP(Inductively Coupled Plasma、誘導結合プラズマ)放電によるドライエッチングで形成することにより、短時間で高精度の凹部を形成することができる。
In the method of manufacturing an ink jet head according to the present invention, the anisotropic etching for forming the concave portion to be the first nozzle hole portion is dry etching by ICP discharge.
By forming the concave portion serving as the first nozzle hole portion by dry etching using ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge, a highly accurate concave portion can be formed in a short time.
また本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上記の第2のノズル孔部分を形成するエッチングが、ドライエッチングであるものである。
第2のノズル孔部分をドライエッチングで形成することにより、第1のノズル孔部分よりも径の大きい第2のノズル孔部分を短時間で高精度に形成することができる。
In the inkjet head manufacturing method according to the present invention, the etching for forming the second nozzle hole portion is dry etching.
By forming the second nozzle hole portion by dry etching, the second nozzle hole portion having a diameter larger than that of the first nozzle hole portion can be formed with high accuracy in a short time.
本発明に係るインクジェットヘッドは、上記のいずれかのインクジェットヘッドの製造方法で製造されたものである。
上記のいずれかのインクジェットヘッドの製造方法で製造されているため、ノズル基板に割れや欠けがなく、インク吐出性能が高いインクジェットヘッドである。
An inkjet head according to the present invention is manufactured by any one of the above-described inkjet head manufacturing methods.
Since the ink jet head is manufactured by any one of the above-described ink jet head manufacturing methods, the nozzle substrate is free of cracks and chips and has high ink ejection performance.
本発明に係るインクジェット記録装置は、上記のインクジェットヘッドが搭載されているものである。
上記のインク吐出性能が高いインクジェットヘッドが搭載されているため、印字性能の高いインクジェット記録装置である。
An ink jet recording apparatus according to the present invention is equipped with the above ink jet head.
Since the above-described ink jet head having high ink ejection performance is mounted, the ink jet recording apparatus has high printing performance.
実施形態1.
図1は、本発明の実施形態1に係るインクジェットヘッドを示した縦断面図である。なお図1では、駆動回路21の部分を模式的に示している。また図1では、インクジェットヘッドの例として、静電駆動方式でフェイスイジェクトタイプのインクジェットヘッドを示している。
本実施形態1に係るインクジェットヘッド1は、主にキャビティ基板2、電極基板3及びノズル基板4が接合されることにより構成されている。ノズル基板4は、シリコンからなり、例えば円筒状の第1のノズル孔部分6と釣鐘状の第2のノズル孔部分7を有するノズル8が形成されている。第1のノズル孔部分6は、インク吐出面10(キャビティ基板2との接合面11の反対側の面)の側に形成されており、第2のノズル孔部分7は、第1のノズル孔部分6と連通し、接合面11に向かって径が大きくなるようになっている。
なおノズル基板4は、後に示す所定の加工を施しやすように単結晶シリコンを使用するのが望ましい。
Embodiment 1. FIG.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an ink jet head according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the
The inkjet head 1 according to the first embodiment is mainly configured by bonding a cavity substrate 2, an
The
キャビティ基板2は、例えば単結晶シリコンからなり、底壁が振動板12である吐出室13となる凹部が複数形成されている。なお複数の吐出室13は、図1の紙面奥側又は紙面手前側に並んで形成されているものとする。またキャビティ基板2には、各吐出室13にインク等の液滴を供給するためのリザーバ14となる凹部と、このリザーバ14と各吐出室13を連通する細溝状のオリフィス15となる凹部が形成されている。さらにキャビティ基板2の全面には、例えば熱酸化によって酸化シリコンからなる絶縁膜16が形成されている。この絶縁膜16は、インクジェットヘッド1の駆動時の絶縁破壊やショートを防止するために設けられる。
The cavity substrate 2 is made of, for example, single crystal silicon, and has a plurality of recesses serving as
キャビティ基板2の振動板12側には、例えばホウ珪酸ガラスからなる電極基板3が接合されている。電極基板3には、振動板12と対向する複数の電極17が形成されている。この電極17は、例えばITO(Indium Tin Oxide)をスパッタすることにより形成する。また電極基板3には、リザーバ14と連通するインク供給孔18が形成されている。このインク供給孔18は、リザーバ14の底壁に設けられた孔と繋がっており、リザーバ14にインク等の液滴を外部から供給するために設けられている。
An
本実施形態1では、主にノズル基板4の製造方法について説明するが、図1に示すノズル基板4には、インク吐出面に凹状のクレータ20が形成されている。このクレータ20は、第1のノズル孔部分8の位置に形成されており、例えば印刷用紙とノズル基板4が接触することによりノズル8の周辺部分が摩耗したり、ノズル8の周辺部分に施された撥水層が摩耗してしまったりするのを防止するために設けられている。
また本実施形態1のインクジェットヘッドは、第1のノズル孔部分6と第2のノズル孔部分7の中心軸が高い精度で一致している。
In the first embodiment, a method for manufacturing the
In the inkjet head according to the first embodiment, the central axes of the first
ここで図1に示すインクジェットヘッドの動作について説明する。キャビティ基板2と個々の電極17には駆動回路21が接続されている。駆動回路21によりキャビティ基板2と電極17の間にパルス電圧が印加されると、振動板12が電極17の側に撓み、リザーバ14の内部に溜まっていたインク等の液滴が吐出室13に流れ込む。そして、キャビティ基板2と電極17の間に印加された電圧がなくなると、振動板12が元の位置に戻って吐出室13の内部の圧力が高くなり、ノズル8からインク等の液滴が吐出される。
なお本実施形態1では、インクジェットヘッドの例として静電駆動方式のインクジェットヘッドを示しているが、本実施形態1で示すインクジェットヘッドの製造方法は圧電駆動方式やジブルジェット(登録商標)方式等のインクジェットヘッドにも適用することができる。
Here, the operation of the inkjet head shown in FIG. 1 will be described. A
In the first embodiment, an electrostatic drive type ink jet head is shown as an example of the ink jet head. However, a method for manufacturing the ink jet head shown in the first embodiment is a piezoelectric drive method, a jibble jet (registered trademark) method, or the like. The present invention can also be applied to the inkjet head.
図2は、ノズル基板4をインク吐出面10側から見た上面図である。図2に示すように、第1のノズル孔部分6がノズル基板4の吐出面10側に複数開口している。なお第2のノズル孔部分7は、図2の個々の第1のノズル孔部分6の紙面奥側に形成されている。またキャビティ基板2の吐出室13は、個々の第1のノズル孔部分6ごとに形成されており、個々の吐出室13は図2のA−A線方向に細長いものとする。
さらにインク吐出面10の、第1のノズル孔部分6の周辺には凹状のクレータ20が形成されている。
FIG. 2 is a top view of the
Further, a
図3、図4及び図5は、本発明の実施形態1に係るインクジェットヘッドの製造工程を示した縦断面図である。なお図3、図4及び図5では、ノズル基板4となるシリコン基板30の1つのノズル基板4の周辺部分のみを示している。また図3、図4及び図5では、図2のA−A線に沿った断面について示している。
まず、例えば厚さが525μmのシリコン基板30を準備し、このシリコン基板30の両面にシリコン酸化膜31を均一に成膜する(図3(A))。このシリコン酸化膜31は、例えば熱酸化装置により温度1075℃、酸素と水蒸気の混合雰囲気中で4時間熱酸化することにより形成する。
3, 4 and 5 are longitudinal sectional views showing the manufacturing process of the ink-jet head according to Embodiment 1 of the present invention. 3, 4, and 5, only the peripheral portion of one
First, for example, a
そして、シリコン基板30の片側の表面にレジスト(図示せず)を塗布してクレータ20となる部分20aをパターニングし、この部分のシリコン酸化膜31をハーフエッチングによって薄くする。このハーフエッチングは、例えば緩衝フッ酸水溶液(フッ酸水溶液とフッ化アンモニウム水溶液の混合液)を用いて行う。その後、シリコン基板30の片側の表面に形成されたレジストを一旦剥離する。それから、再度シリコン基板30の同じ表面にレジスト(図示せず)を塗布して、第1のノズル孔部分6となる部分6aをパターニングし、例えば上記の緩衝フッ酸水溶液でエッチングしてこの部分のシリコン酸化膜31を除去する(図3(B))。なお第1のノズル孔部分6となる部分6aは、クレータ20となる部分20aに形成する。またエッチングの際、レジストを塗布した面と反対側の面のシリコン酸化膜31はエッチングされてなくなる。
この後、シリコン基板30に塗布されたレジストをすべて剥離する。
Then, a resist (not shown) is applied to one surface of the
Thereafter, all the resist applied to the
その後、ICP放電によるドライエッチングにより第1のノズル孔部分6となる部分6aから異方性エッチングを行い、例えば深さ20μmの凹部を形成する。この異方性ドライエッチングのエッチングガスとしてCF2、SF6を交互に使用することができる。このとき、CF4は凹部の側面方向にエッチングが進行しないように凹部の側面を保護するために使用し、SF6は凹部の垂直方向のエッチングを促進するために使用する。
それからクレータ20となる部分20aのシリコン酸化膜31のみが除去されるように、緩衝フッ酸水溶液等でシリコン酸化膜31をハーフエッチングする。そして、クレータ20となる部分20a及び第1のノズル孔部分6となる部分6aを、ICP放電によるドライエッチングによって、例えば垂直方向に深さ5μmだけ異方性エッチングする。これにより第1のノズル孔部分6となる凹部6b及びクレータ20が形成される(図3(C))。
After that, anisotropic etching is performed from the
Then, the
次に、シリコン基板30の両面にシリコン酸化膜からなるエッチングマスク33を、例えば厚さ1μmで均一に成膜する(図3(D))。このエッチングマスク33は、例えば熱酸化装置により温度1075℃、酸素と水蒸気の混合雰囲気中で4時間熱酸化することにより形成する。なおこのエッチングマスク33は、第1のノズル孔部分6となる凹部6bの側面及び底面とクレータ20の部分にも形成される。
そして、シリコン基板30の第1のノズル孔部分となる凹部6bの形成されている面にレジスト(図示せず)を塗布し、この面に支持基板40を貼り合わせる(図4(E))。このときレジストは接着剤として機能しており、支持基板40はレジストが乾く前にシリコン基板30に貼り合わせるようにする。なお支持基板40は、例えばガラス等からなり透明基板であるとする。
Next, an
Then, a resist (not shown) is applied to the surface of the
そして、シリコン基板30の支持基板40が貼り合わされた面の反対側の面を研削して、シリコン基板30を例えば厚さ70μmまで薄くする(図4(F))。この研削は、例えば機械研削でよく、機械研削を行った後は加工変質層をエッチングにより除去するのが望ましい。
その後、シリコン基板30の研削を行った面にレジスト41を塗布し、第2のノズル孔部分7となる部分7aをパターニングする(図4(G))。なおこのレジストをパターニングする際にマスクを使用するが、支持基板40が透明基板であるため、両面アライナーでシリコン基板30に設けられたアライメントマーク(図示せず)を見ながらアライメントができ、高精度のパターニングを行うことができる。
Then, the surface of the
Thereafter, a resist 41 is applied to the ground surface of the
それから、レジスト41をエッチングマスクとしてドライエッチングにより、例えば深さ45μmで第2のノズル孔部分7を形成する(図4(H))。このドライエッチングは、ICP放電によるドライエッチングを用いることができ、エッチングガスとしてXeF2(フッ化キセノン)やSF2を使用することができる。なおエッチングガスとしてXeF2又はSF2を使用した場合には、等方性エッチングとなり第2のノズル孔部分7は釣鐘状(又は半球状)になる。なお第2のノズル孔部分7は、異方性エッチングで形成してもよく、この場合は第2のノズル孔部分7は円筒状となる。
この図4(H)の工程では、シリコン基板30に支持基板40が貼り合わされているため、第2のノズル孔部分7をドライエッチングによって形成するときに、第1のノズル孔部分6となる凹部6bの底面のシリコン酸化膜33(図4(H)参照)が破れた場合でも、冷却用のヘリウムガス等が第2のノズル孔部分7側にリークすることがない。
Then, the second
In the step of FIG. 4H, since the
その後、シリコン基板30に貼り合わされている支持基板40を、レジスト(図示せず)を溶解させることによってシリコン基板30から分離する(図5(I))。この際、レジストを溶解させる溶液として硫酸と過酸化水素水の混合液等を使用することができる。なお、図5(I)の工程ではレジスト41も除去される。
そして、シリコン基板30に形成されているエッチングマスク33をフッ酸水溶液等ですべて除去して、シリコン基板30の全面に酸化シリコン等からなる耐インク保護膜を形成し、第1のノズル孔部分6の形成された側の面(インク吐出面10)に撥インク処理を行う。最後に、シリコン基板30をダイシング装置で切断して、個々のノズル基板4をが完成する(図5(J))。これにより、1枚のシリコン基板30から複数のノズル基板4を製造することができる。
Thereafter, the
Then, the
なお、上記の図3(A)から図3(C)の製造工程を以下のように変更して、第1のノズル孔部分6となる凹部6b及びクレータ20を形成してもよい。まずシリコン基板30のインク吐出面10側にレジストを塗布して、クレータ20となる部分をパターニングする。それからこのレジストをエッチングマスクとして例えば深さ5μmのクレータ20をドライエッチングし、レジストを一旦剥離する。そして再度シリコン基板30のインク吐出面10側にレジストを塗布して、第1のノズル孔部分となる部分をパターニングし、例えば深さ20μmで第1のノズル孔部分となる凹部をドライエッチングする。
しかしこの製造工程では、レジストを塗布して第1のノズル孔部分となる部分をパターニングする際に、クレータ20の段差部分でレジストの段切れが起こる可能性があるため、上記のようなシリコン酸化膜31を形成する製造方法の方が望ましい。
In addition, you may form the recessed
However, in this manufacturing process, when the resist is applied and the portion that becomes the first nozzle hole portion is patterned, there is a possibility that the resist will break at the step portion of the
本実施形態1では、シリコン基板30の第1のノズル孔部分6となる凹部6bの形成されている面に支持基板40を貼り合わせて、支持基板40の貼り合わされた面の反対側の面からシリコン基板30を研削するため、比較的厚いシリコン基板30を使用することができ、製造工程の途中でシリコン基板30が割れたり、欠けてしまうことを防止することができる。またシリコン基板30に支持基板40が貼り合わされているため、ノズル8の貫通時にヘリウムガスが加工面側にリークしてエッチングができなくなってしまうのを防止することができる。
また支持基板40としてガラス等からなる透明基板を使用するため、第2のノズル孔部分7を形成するときに、両面アライナーでシリコン基板30に設けられたアライメントマークを見ることができ、第2のノズル孔部分7となる部分7aのレジスト41のパターニングを高精度に行うことができる。
In the first embodiment, the
In addition, since a transparent substrate made of glass or the like is used as the
なお本実施形態1の図1では、インクジェットヘッドの例として静電駆動方式のインクジェットヘッドを示しているが、本実施形態1で示すインクジェットヘッドの製造方法はノズル基板の製造方法に特徴があるため、圧電駆動方式やジブルジェット(登録商標)方式等のインクジェットヘッドにも適用することができる。 In FIG. 1 of the first embodiment, an electrostatic drive type ink jet head is shown as an example of the ink jet head. However, the method of manufacturing the ink jet head shown in the first embodiment is characterized by the method of manufacturing the nozzle substrate. The present invention can also be applied to an inkjet head such as a piezoelectric drive system or a Jibble Jet (registered trademark) system.
実施形態2.
図6は、本発明の実施形態2に係るインクジェット記録装置の例を示した図である。図6に示されるインクジェット記録装置100は、インクジェットプリンタであり、実施形態1のインクジェットヘッドの製造方法で得られたインクジェットヘッドを搭載している。実施形態1のインクジェットヘッドの製造方法で得られるインクジェットヘッドは、インク吐出性能の高いノズル基板を備えているため、本実施形態2のインクジェット記録装置100は、印字性能が高いものである。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing an example of an ink jet recording apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. An ink
本発明の実施形態2に係るインクジェット記録装置には、図6に示すようなインクジェットプリンタの他に、有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造装置や、液晶表示装置のカラーフィルタの製造装置、DNAデバイスの製造装置等がある。 In addition to the ink jet printer as shown in FIG. 6, the ink jet recording apparatus according to Embodiment 2 of the present invention includes an organic electroluminescence display device manufacturing apparatus, a liquid crystal display device color filter manufacturing apparatus, and a DNA device manufacturing process. There are devices.
1 インクジェットヘッド、2 キャビティ基板、3 電極基板、4 ノズル基板、6 第1のノズル孔部分、7 第2のノズル孔部分、8 ノズル、10 インク吐出面、11 接合面、12 振動板、13 吐出室、14 リザーバ、15 オリフィス、16 絶縁膜、17 電極、18 インク供給孔、20 クレータ、21 駆動回路、30 シリコン基板、40 支持基板、100 インクジェット記録装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet head, 2 cavity board | substrate, 3 electrode board | substrate, 4 nozzle board | substrate, 6 1st nozzle hole part, 7 2nd nozzle hole part, 8 nozzle, 10 ink discharge surface, 11 joint surface, 12 diaphragm, 13 discharge Chamber, 14 Reservoir, 15 Orifice, 16 Insulating film, 17 Electrode, 18 Ink supply hole, 20 Crater, 21 Drive circuit, 30 Silicon substrate, 40 Support substrate, 100 Inkjet recording apparatus.
Claims (12)
前記ノズル基板となるシリコン基板に第1のノズル孔部分となる凹部を異方性エッチングにより形成する工程と、少なくとも前記第1のノズル孔部分となる凹部の側面及び底面にエッチングマスクを形成する工程と、前記シリコン基板の第1のノズル孔部分となる凹部の形成されている面に支持基板を貼り合わせる工程と、前記支持基板の貼り合わされた面の反対側の面から前記シリコン基板を研削する工程と、エッチングによって前記研削された面に第2のノズル孔部分を形成する工程と、前記支持基板を前記シリコン基板から分離する工程とを有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 A nozzle substrate made of silicon subjected to predetermined processing and having a plurality of nozzles, each nozzle being at least a first nozzle hole portion and a second nozzle hole portion communicating with the first nozzle hole portion A method of manufacturing an inkjet head having
Forming a recess serving as a first nozzle hole in the silicon substrate serving as the nozzle substrate by anisotropic etching; and forming an etching mask at least on the side and bottom surfaces of the recess serving as the first nozzle hole. And a step of bonding a support substrate to a surface of the silicon substrate on which a concave portion serving as a first nozzle hole portion is formed, and grinding the silicon substrate from a surface opposite to the bonded surface of the support substrate An ink jet head manufacturing method comprising: a step, a step of forming a second nozzle hole portion on the ground surface by etching, and a step of separating the support substrate from the silicon substrate.
An ink jet recording apparatus comprising the ink jet head according to claim 11.
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