JP5914976B2

JP5914976B2 - ノズル基板、液滴吐出ヘッド、および液滴吐出装置

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Publication number: JP5914976B2
Application number: JP2011074382A
Authority: JP
Inventors: 宮澤　清; 清宮澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP2012206419A

Description

本発明は、インクジェットプリンターなどの液滴吐出ヘッドや液滴吐出装置に係り、特にノズル孔が形成されるノズル基板に関する。

従来、例えば、特許文献１に記載されているように、液滴吐出ヘッドの吐出部であるノズル基板の製造では、シリコン基板に二段のノズル孔とチップ分離の溝部とを形成した後、シリコン基板を支持基板にテープで貼り合せ、ノズル孔形成面と反対側の面を研削し、ノズル孔の貫通およびチップを分離する方法が知られていた。

特開２００６−１５９６６１号公報

しかしながら、二段のノズル孔とチップ分離の溝部を同時に形成する特許文献１に記載のノズル基板では、チップ外周側面に段差が無いか、または、意図しない段差が形成され、分割されたチップを取り扱う際に、チップ外周側面の液滴保護膜が剥がれ易い。このため、剥がれた膜がチップ表面に付着した場合にはチップ接着の妨げになり、また、ノズル孔部に付着した場合には液滴吐出の妨げになるという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、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。

［適用例１］本適用例に係るノズル基板は、液滴吐出面側に開口した第１ノズル孔と、前記第１ノズル孔に連通し前記液滴吐出面側と反対側に開口した前記第１ノズル孔より断面積が大きい第２ノズル孔と、が連続したノズル孔と、前記液滴吐出面と反対側のチップ外周側面が、前記液滴吐出面の前記チップ外周側面より内側となるチップ外周側面と、前記チップ外周側面に形成された液滴保護膜と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、液滴吐出面側から液滴保護膜を形成する際、チップ外周側面の段差によってできる影部が大きくなるため、液滴吐出面側と反対側のチップ外周側面の液滴保護膜面積と厚さを低減することとなり、これによって、チップ表面及びノズル孔部に付着して接着、液滴吐出の妨げになる液滴保護膜の剥がれを低減することができる。
また、ノズル基板や液滴吐出ヘッドの製造歩留まりが向上するという効果を得ることができる。

［適用例２］上記適用例に記載のノズル基板は、前記液滴吐出面と反対側の前記チップ外周面の深さａと、前記液滴吐出面と反対側に開口した前記第２ノズル孔深さｂとが、ａ＞ｂ、となることが好ましい。

本適用例によれば、液滴吐出面側から液滴保護膜を形成する際、チップ外周側面の段差による影部が液滴吐出面に近づくことにより、液滴吐出面と反対側のチップ外周側面に形成される液滴保護膜厚さを薄くする効果がある。このため、分割されたチップを取り扱う際に、チップ外周側面の液滴保護膜が剥がれ難くなり、これによって、チップ表面及びノズル孔部に付着して接着、液滴吐出の妨げになる液滴保護膜剥がれを低減することができる。
また、ノズル基板や液滴吐出ヘッドの製造歩留まりが向上するという効果を得ることができる。

［適用例３］上記適用例に記載のノズル基板は、前記液滴吐出面と反対側の前記チップ外周側面が、前記液滴吐出面側の前記チップ外周側面より内側となり段差部が形成され、前記段差部の幅が前記液滴保護膜の厚みよりも大きいことが好ましい。

本適用例によれば、液滴吐出面側と反対側のチップ外周側面が、液滴吐出面側のチップ外周側面より内側となり、その段差幅を液滴保護膜厚さよりも大きいことにより、液滴吐出面側と反対側のチップ外周側面に形成される液滴保護膜厚さを薄くする効果があるため、分割されたチップを取り扱う際に、チップ外周側面の液滴保護膜が剥がれ難くなり、これによって、チップ表面及びノズル孔部に付着して接着、液滴吐出の妨げになる液滴保護膜剥がれを低減することができる。
また、ノズル基板や液滴吐出ヘッドの製造歩留まりが向上するという効果を得ることができる。

［適用例４］本適用例の液滴吐出ヘッドは、上記適用例のノズル基板を液滴吐出部に備えたことを特徴とする。

本適用例によれば、液滴吐出ヘッドに液滴保護膜の剥がれを低減するノズル基板を備えており、安定した液滴吐出のできる液滴吐出ヘッドを提供できる。

［適用例５］本適用例の液滴吐出装置は、上記適用例の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。

本適用例によれば、液滴吐出装置に安定した液滴吐出のできる液滴吐出ヘッドを備えており、印字品質の安定した液滴吐出装置を提供できる。

実施形態１に係るノズル基板を液滴吐出面側から見た上面図。実施形態１に係る図１のノズル基板Ａ−Ａ部分の断面図。実施形態１に係るノズル基板の製造方法を示す工程図。実施形態１に係るノズル基板の製造方法を示す工程図。実施形態１に係るノズル基板の製造方法を示す工程図。実施形態２に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す概略断面図。実施形態３に係る液滴吐出装置の例示図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るノズル基板１を液滴吐出面側から見た上面図である。図１に示すように、ノズル基板１の表面には複数のノズル孔１０が直線状に配置されている。１３は液滴吐出ヘッド組立時のピンアライメント孔、１４はチップ外周部である。
図２は、図１のノズル基板Ａ−Ａ部分の断面図である。図２に示すように、液滴吐出面側と反対側のチップ外周側面１４ａが、液滴吐出面側のチップ外周側面１４ｂより内側となる段差構造となっている。そして、チップ外周側面１４ａ，１４ｂには液滴保護膜１１が形成されている。ここで、液滴保護膜１１はノズル基板の外周部に形成された酸化膜と、その表面に形成された撥水膜を含めた膜を言う。

ノズル基板１は、液滴吐出面と反対側のチップ外周側面の深さａと、液滴吐出面と反対側に開口した第２ノズル孔の深さｂとが、ａ＞ｂ、となるように形成されている。
このような構造から、液滴吐出面側から液滴保護膜を形成する際、チップ外周側面の段差による影部が液滴吐出面に近づくことにより、液滴吐出面と反対側のチップ外周側面に形成される液滴保護膜厚さを薄くする効果がある。このため、分割されたチップを取り扱う際に、チップ外周側面の液滴保護膜が剥がれ難くなり、これによって、チップ表面及びノズル孔部に付着して接着、液滴吐出の妨げになる液滴保護膜剥がれを低減することができる。

また、ノズル基板１は、液滴吐出面と反対側のチップ外周側面が、液滴吐出面側のチップ外周側面より内側となり段差部が形成され、段差部の幅Ｗが液滴保護膜の厚みよりも数十倍大きく形成されている。

図３〜図５はノズル基板の製造方法を示す工程図である。これに基づき、ノズル基板の製造方法を説明する。
図３（Ａ）に示すように、最初に単結晶シリコン基板（以下ノズル基板１）を準備し、このノズル基板１の両面に熱酸化膜１５を厚さ０．５μｍ程度形成する。

図３（Ｂ）に示すように、第２ノズル孔１０ｂ、チップ外周側面１４ｂとなる部分の熱酸化膜１５を除去するパターニングを行う。

図３（Ｃ）に示すように、ノズル基板１の接着面側に厚さ２．０μｍのレジスト膜１６を形成し、第１ノズル孔１０ａ、チップ外周側面１４ａとなる部分のレジスト膜１６を除去するパターニングを行う。
ここで、液滴吐出面側と反対側のチップ外周側面１４ａが、液滴吐出面側のチップ外周側面１４ｂより数μｍ内側となるようにパターニングする。液滴保護膜厚さの数十倍である数μｍとすることにより、液滴吐出面側と反対側のチップ外周側面に形成される液滴保護膜厚さを薄く、かつ、面積が小さくなる。よって、チップ外周側面の液滴保護膜剥がれを低減することができる。

図３（Ｄ）に示すように、異方性ドライエッチングで、第１ノズル孔１０ａ、チップ外周側面１４ａとなる部分を所定の深さまでエッチングし、レジスト膜１６を除去する。

図４（Ｅ）に示すように、熱酸化膜１５のパターンをマスクにして、異方性ドライエッチングで第２ノズル孔１０ｂ、チップ外周側面１４ｂとなる部分を所定の深さまでエッチングする。
ここで、エッチング開口面積差を利用し、チップ外周側面１４ａの深さａが第２ノズル孔１０ｂの深さｂより深くなる構造ができる。これにより、液滴吐出面側から液滴保護膜を形成する際に、影部がより膜形成側となり、チップ外周側面１４ａに形成される液滴保護膜厚さを薄く、かつ、面積が小さくなる。よって、チップ外周側面の液滴保護膜剥がれを低減することができる。
図４（Ｆ）に示すように、熱酸化膜１５を剥離し、厚さ０．１μｍの液滴保護膜としての酸化膜１１ａを熱酸化で形成する。
図４（Ｇ）に示すように、ノズル基板１に支持基板１７を、支持テープ１７ａを用いて貼り合せ、所定の板厚になるまで、研削、研磨し、ノズル孔１０、チップ外周部１４を貫通させる。
図４（Ｈ）に示すように、液滴吐出面側からプラズマＣＶＤにより酸化膜を形成した後、シランカップリング剤をディップコートし、液滴吐出面に液滴保護膜としての撥水膜１１ｂを形成する。
図５（Ｉ）に示すように、液滴吐出面に撥水性保護テープ１８ｃを介して支持テープ１８ａと支持基板１８を貼り、接着面側の支持基板１７を剥離した後、接着面から酸素、または、アルゴンプラズマ処理により、ノズル孔内の撥水膜を親水化する。
図５（Ｊ）に示すように、最後に、支持基板１８を剥離して、ノズル基板１が完成する。

以上述べたように、本実施形態に係るノズル基板１によれば、以下の効果を得ることができる。
液滴吐出面側と反対側のチップ外周側面１４ａが、液滴吐出面側のチップ外周側面１４ｂより内側となる段差構造により、液滴吐出面側と反対側のチップ外周側面１４ａに形成される液滴保護膜１１の厚さは薄く、面積小となる。これによって、分割されたチップを取り扱う際に、チップ外周側面から液滴保護膜が剥がれ難く、剥がれ量も少なくなり、歩留まりが向上する。

（実施形態２）
図６は、実施形態１で説明したノズル基板を備えた、液滴吐出ヘッドの構成を示す概略断面図である。

液滴吐出ヘッド１００は、ノズル基板１、流路形成基板５０、弾性膜６０、保護基板７０が接合されることにより構成されている。また、弾性膜６０の上には絶縁体膜６５を介して圧電素子８０が配置されている。

流路形成基板５０は、本実施形態では板厚方向の結晶面方位が（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には弾性膜６０が形成されている。この流路形成基板５０には、複数の隔壁によって区画された複数の圧力発生室５２が並設されている。また、流路形成基板５０の圧力発生室５２の端部側には、インク供給路５４と連通路５５とが隔壁によって区画されている。また、連通路５５の一端には、各圧力発生室５２の共通のインク室（液体室）となるリザーバー９０の一部を構成する連通部５３が形成されている。すなわち、流路形成基板５０には、圧力発生室５２、連通部５３、インク供給路５４及び連通路５５からなる液体流路が設けられている。

また、流路形成基板５０の開口面側には、各圧力発生室５２のインク供給路５４とは反対側の端部近傍に連通するノズル孔１０が穿設されたノズル基板１が接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。

一方、流路形成基板５０の開口面とは反対側には、弾性膜６０が形成され、この弾性膜６０上には絶縁体膜６５が積層形成されている。また、絶縁体膜６５上には、下電極膜８１と、圧電体層８２と、上電極膜８３とが積層形成されて圧電素子８０が形成されている。

そして、圧電素子８０の個別電極である各上電極膜８３には、インク供給路５４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜６５上にまで延設される、リード電極８５が接続されている。

さらに、圧電素子８０が形成された流路形成基板５０上には、圧電素子８０に対向する領域に、圧電素子８０の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部７２を有する保護基板７０が、接着剤７５によって接合されている。

また、保護基板７０には、連通部５３に対向する領域にリザーバー部７１が設けられており、このリザーバー部７１は、流路形成基板５０の連通部５３と連通されて各圧力発生室５２の共通のインク室となるリザーバー９０を構成している。また、保護基板７０の圧電素子保持部７２とリザーバー部７１との間の領域には、保護基板７０を厚さ方向に貫通する貫通孔７３が設けられ、この貫通孔７３内に下電極膜８１の一部及びリード電極８５の先端部が露出されている。

また、保護基板７０上には、圧電素子８０を駆動するための図示しない駆動回路が固定されており、駆動回路とリード電極８５とは接続配線を介して電気的に接続されている。

保護基板７０上には、封止膜９６及び固定板９７とからなるコンプライアンス基板９５が接合されている。ここで、封止膜９６は、この封止膜９６によってリザーバー部７１の一方面が封止されている。また、固定板９７は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板９７のリザーバー９０に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部９８となっているため、リザーバー９０の一方面は可撓性を有する封止膜９６のみで封止されている。

このような本実施形態の液滴吐出ヘッド１００では、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバー９０からノズル孔１０に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室５２に対応するそれぞれの下電極膜８１と上電極膜８３との間に電圧を印加する。これに伴い、弾性膜６０、絶縁体膜６５、下電極膜８１及び圧電体層８２が撓んで変形し、各圧力発生室５２内の圧力が高まりノズル基板１のノズル孔１０からインク滴が吐出する。

このように、本実施形態の液滴吐出ヘッド１００は、実施形態１で説明したノズル基板１を備えており、安定した液滴吐出のできる液滴吐出ヘッドを提供できる。

（実施形態３）
図７は本実施形態の液滴吐出装置を示す図である。例えば、液滴吐出装置としてインクジェット記録装置３００を例示することができる。
このインクジェット記録装置３００は、実施形態１で説明したノズル基板を備えており、印字品質の安定した液滴吐出装置を提供できる。

１…ノズル基板、１０…ノズル孔、１０ａ…第１ノズル孔、１０ｂ…第２ノズル孔、１１…液滴保護膜、１１ａ…酸化膜、１１ｂ…撥水膜、１４…チップ外周部、１４ａ，１４ｂ…チップ外周側面、１７，１８…支持基板、１００…液滴吐出ヘッド、３００…インクジェット記録装置。

Claims

液滴吐出面に開口したノズル孔と、
前記液滴吐出面側のチップ外周側面より内側となる前記液滴吐出面と反対側のチップ外周側面と、
前記液滴吐出面と前記液滴吐出面と反対側のチップ外周側面に設けられた酸化膜と撥水膜とからなる液滴保護膜と、を有し、
前記液滴吐出面と反対側のチップ外周側面に設けられた酸化膜が、前記液滴吐出面に設けられた酸化膜よりも薄いことを特徴とするノズル基板。
請求項１記載のノズル基板において、
前記ノズル孔は、前記液滴吐出面側に開口した第１ノズル孔と、前記第１ノズル孔に連通し前記液滴吐出面と反対側に開口した前記第１ノズル孔より断面積が大きい第２ノズル孔と、を有し、
前記液滴吐出面と反対側のチップ外周側面の深さａと、前記液滴吐出面と反対側に開口した第２ノズル孔深さｂとが、
ａ＞ｂ、
となることを特徴とするノズル基板。
請求項１記載のノズル基板において、
前記液滴吐出面と反対側のチップ外周側面が、前記液滴吐出面側のチップ外周側面より内側となり段差部が形成され、前記段差部の幅が前記液滴保護膜の厚みよりも大きいことを特徴とするノズル基板。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のノズル基板を液滴吐出部に備えた液滴吐出ヘッド。
請求項４記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。