JPH0820108A - Inkjet head and manufacturing method thereof - Google Patents
Inkjet head and manufacturing method thereofInfo
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- JPH0820108A JPH0820108A JP15726194A JP15726194A JPH0820108A JP H0820108 A JPH0820108 A JP H0820108A JP 15726194 A JP15726194 A JP 15726194A JP 15726194 A JP15726194 A JP 15726194A JP H0820108 A JPH0820108 A JP H0820108A
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- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2002/14346—Ejection by pressure produced by thermal deformation of ink chamber, e.g. buckling
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、液状のインクを微小な
液滴状にして吐出させ、紙面に飛翔させて印刷を行な
う、いわゆるインクジェットヘッドプリンタのヘッドに
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a head of a so-called ink jet head printer, in which liquid ink is ejected in the form of minute liquid droplets and ejected onto the paper surface for printing.
【0002】[0002]
【従来の技術】計算機の発達に伴い、その情報の出力装
置としてプリンタの存在が最近重要となっている。すな
わち、計算機からのコード情報,画像情報等を、紙やO
HP(オーバヘッドプロジェクタ)用のフィルムに印
字,印刷するためのプリンタに、計算機の小型高性能化
に伴い、より高性能,小型,高機能化が求められてい
る。このうち、液状のインクを紙,高分子フィルム等に
吐出させ、文字情報,画像を形成するインクジェットプ
リンタは、装置の小型化,高性能化,低消費電力などの
特徴があり、近年開発が盛んに行なわれている。2. Description of the Related Art With the development of a computer, the existence of a printer as an output device of the information has become important recently. In other words, code information, image information, etc. from the computer are printed on paper or O
A printer for printing and printing on a film for HP (overhead projector) is required to have higher performance, smaller size, and higher functionality as the computer becomes smaller and higher performance. Among them, inkjet printers that eject liquid ink onto paper, polymer film, etc. to form character information and images have the features of downsizing, high performance, and low power consumption, and have been actively developed in recent years. Has been done to.
【0003】インクジェットプリンタの構造のうち、最
も重要なのは、インクを吐出させるインクジェットヘッ
ドと呼ばれる部分であり、このヘッドをいかに小型にか
つ低コストで作成できるかが鍵となる。The most important part of the structure of an ink jet printer is a part called an ink jet head for ejecting ink, and the key is how to make this head small and at low cost.
【0004】インクジェットヘッドの形式としては、従
来よりいくつかの方式が行なわれてきている。1つは圧
電素子を用いたもので、図13(a)および(b)は、
それぞれ圧電素子に通電した場合および通電を停止した
場合の略断面図である。容器10の内部に圧電素子11
が設けられ、圧電素子11と容器10の内壁との間にイ
ンク圧力室が形成され、容器10の一方にはインク流入
孔12、他方にはノズル13が設けられている。圧電素
子11に高電圧を印加して圧電素子11に機械的な変形
を生じさせ、この機械的な変位を用いてインク圧力室に
圧力を発生させ、これによりノズルよりインクを粒状に
して吐出させるものである。Several types of ink jet heads have been conventionally used. One uses a piezoelectric element, and FIGS. 13 (a) and 13 (b) show
3A and 3B are schematic cross-sectional views when a piezoelectric element is energized and when energization is stopped. The piezoelectric element 11 is provided inside the container 10.
Is provided, an ink pressure chamber is formed between the piezoelectric element 11 and the inner wall of the container 10, an ink inflow hole 12 is provided on one side of the container 10, and a nozzle 13 is provided on the other side. A high voltage is applied to the piezoelectric element 11 to cause mechanical deformation of the piezoelectric element 11, and a pressure is generated in the ink pressure chamber by using this mechanical displacement, whereby ink is ejected in a granular form from the nozzle. It is a thing.
【0005】また、別の方式として、バブルジェット方
式がある。図14はその一例の分解斜視図である。複数
のノズル22となる溝を形成した蓋20と基板21との
間のキャビティの内部にヒータ23が設けられている。
キャビティにはインクが充満されている。このヒータ2
3を急速に加熱することによりインクを沸騰させて泡を
形成し、この泡の発生による圧力変化でインクをノズル
から吐出させる。A bubble jet method is another method. FIG. 14 is an exploded perspective view of an example thereof. A heater 23 is provided inside a cavity between a lid 20 and a substrate 21 in which grooves that form a plurality of nozzles 22 are formed.
The cavity is full of ink. This heater 2
The ink is boiled by rapidly heating 3 to form bubbles, and the ink is ejected from the nozzle due to the pressure change due to the generation of the bubbles.
【0006】また、公開特許公報平成2年第30543
号に示したように、インク室中にバイメタル素子を設
け、このバイメタル素子を加熱して変形させ、この変形
によりインクを加圧して吐出させるバックリング方式も
ある。[0006] Also, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 30543 of 1990.
There is also a buckling system in which a bimetal element is provided in the ink chamber, the bimetal element is heated and deformed, and the ink is pressurized and ejected by this deformation, as shown in FIG.
【0007】さらに、バイメタル素子の代わりに、座屈
構造体(以下座屈体という)を用いその変形によりイン
クを加圧して吐出させる方式がある。本出願人の出願に
係る特願平5−278271,特願平6−55525,
特願平6−96670等である。Further, there is a system in which a buckling structure (hereinafter referred to as a buckling body) is used in place of the bimetal element, and its deformation causes the ink to be pressurized and ejected. Japanese Patent Application No. 5-278271, Japanese Patent Application No. 6-55525, filed by the applicant.
Japanese Patent Application No. 6-96670 and the like.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】まず、第1の圧電素子
を用いた方式では、圧電材料を多層化して圧電素子を形
成し、それを機械的に加工してヘッドを形成するが、圧
電素子を形成するときに機械的に加工する必要があるた
め、インク室の間隔をあまり小さくできず、結果的にイ
ンクを吐出させるノズルの間隔を小さくできないという
欠点があった。また、圧電素子の変形には高い電圧を必
要とする。First, in the method using the first piezoelectric element, a piezoelectric material is formed into multiple layers to form a piezoelectric element, which is mechanically processed to form a head. Since it is necessary to mechanically process when forming the ink, there is a drawback that the distance between the ink chambers cannot be reduced so much, and as a result, the distance between the nozzles that eject ink cannot be reduced. In addition, a high voltage is required to deform the piezoelectric element.
【0009】第2のバブルジェット方式の場合は、イン
クを沸騰させて泡を形成する必要があるため、ヒータを
瞬間的に数百℃の高温にする必要があり、ヒータの劣化
が避けられず、寿命が短いという欠点があった。In the case of the second bubble jet method, since it is necessary to boil the ink to form bubbles, it is necessary to instantaneously raise the temperature of the heater to several hundreds of degrees Celsius, and the deterioration of the heater cannot be avoided. However, it had a short life.
【0010】第3のバックリング方式は、駆動源として
異種材料を積層したバイメタル構造を形成する必要があ
り、構造が複雑となる欠点があった。また駆動源を作成
する場合、微小な駆動源を多数一括して作成することが
要求されるが、前述の公開特許公報の方法では、個別に
部品を作成して組立てなくてはならず、集積化が困難で
あった。さらにインク供給孔とバックリング体の形状に
問題があり、インク供給の効率が悪い。The third buckling method has a drawback that the structure becomes complicated because it is necessary to form a bimetal structure in which different kinds of materials are laminated as a driving source. Further, when a drive source is created, it is required to create a large number of minute drive sources all at once. However, in the method of the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open Publication, it is necessary to individually create and assemble the parts, and the integrated Was difficult to convert. Further, there is a problem in the shape of the ink supply hole and the buckling member, and the efficiency of ink supply is poor.
【0011】座屈体を用いると、従来のバックリング方
式の欠点が除かれるが、さらに吐出特性の向上が望まれ
ている。The use of the buckling body eliminates the drawbacks of the conventional buckling method, but further improvement of ejection characteristics is desired.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明においては前記の
課題を解決するため以下のような手段を用いる。In order to solve the above-mentioned problems, the following means are used in the present invention.
【0013】 基板上にインクを供給するための供給
孔と、基板上に両端を固定され座屈変形を生じる座屈体
と、座屈体に絶縁層を介して取付けられ座屈体を加熱す
るヒータと、インク供給孔内部でその壁面に沿って往復
運動をし座屈体と一体的に構成されたピストン部を設
け、ピストン部の基板に垂直な方向の運動でインクを吐
出させる。A supply hole for supplying ink onto the substrate, a buckling member having both ends fixed on the substrate to cause buckling deformation, and a buckling member attached to the buckling member via an insulating layer to heat the buckling member. A heater and a piston portion that reciprocates along the wall surface inside the ink supply hole and is configured integrally with the buckling body are provided, and ink is ejected by the movement of the piston portion in a direction perpendicular to the substrate.
【0014】 座屈体の一方の面に接着層を介してオ
リフィスプレートを接着するとき、接着層と座屈体との
接着面の高さが実質的に等しくされる。When the orifice plate is bonded to one surface of the buckling body via the bonding layer, the heights of the bonding surfaces of the bonding layer and the buckling body are made substantially equal.
【0015】 基板の材料を単結晶シリコンとし、イ
ンク供給孔壁面が(111)面により構成されるように
する。The material of the substrate is single crystal silicon, and the wall surface of the ink supply hole is constituted by the (111) plane.
【0016】 ピストン部は座屈体とともに殻構造に
より構成される。 基板上にインク供給孔に対応する凹部を形成する工
程と、前記凹部の内部および基板上面に形成する座屈体
下部に犠牲層を形成する工程と、基板上面に座屈体およ
び前記凹部内部にピストン部を形成する工程と、その後
にインク供給孔の形成および犠牲層の除去を行なう工程
とを含む製造方法とする。The piston part is formed of a shell structure together with the buckling body. Forming a recess corresponding to the ink supply hole on the substrate; forming a sacrificial layer inside the recess and on the lower portion of the buckling body formed on the upper surface of the substrate; The manufacturing method includes a step of forming a piston portion and a step of forming an ink supply hole and removing a sacrifice layer thereafter.
【0017】 前記の製造方法において基板にシリコ
ン単結晶を用い、凹部形成をシリコン異方性エッチング
により行なう。In the above manufacturing method, a silicon single crystal is used for the substrate, and recesses are formed by silicon anisotropic etching.
【0018】 前記の製造方法において、座屈体下部
に形成する犠牲層をアルミニウム薄膜により形成する。In the above manufacturing method, the sacrificial layer formed under the buckling body is formed of an aluminum thin film.
【0019】 前記の製造方法においてピストン部お
よび座屈体を同時にめっきにより形成する。In the above manufacturing method, the piston portion and the buckling body are simultaneously formed by plating.
【0020】[0020]
【作用】 本発明においては、インクの吐出に座屈体の座屈現
象を用いているので、バイメタルや圧電素子などを用い
る場合に比べて駆動体の構造が簡単である。また、特に
ピストンの寸法を適切な大きさにすると、解像度が高く
かつ小型の集積ヘッドが構成できる。また、ピストンと
その周囲の壁面との隙間を適切に設定すると、インクの
逆流が防止でき、効率的な吐出が行なえる。隙間を基板
に垂直に設けると、ピストンの駆動によっても隙間の大
きさが変化せず、特性が変わりにくいとともに、隙間の
基板方向への長さ、すなわちピストンの厚さを大きくす
ることによって、インクの逆流抵抗(流路抵抗)を容易
に大きくでき、インクの逆流防止の作用を増大できる。In the present invention, since the buckling phenomenon of the buckling body is used for ejecting ink, the structure of the driving body is simple as compared with the case of using a bimetal or a piezoelectric element. In addition, if the size of the piston is set to an appropriate size, an integrated head with high resolution and small size can be constructed. Further, when the gap between the piston and the wall surface around the piston is appropriately set, the backflow of ink can be prevented, and efficient ejection can be performed. If the gap is provided perpendicularly to the substrate, the size of the gap does not change even when the piston is driven, the characteristics do not change easily, and the length of the gap in the substrate direction, that is, the thickness of the piston increases The backflow resistance (flow path resistance) can be easily increased, and the effect of preventing ink backflow can be increased.
【0021】また、ヒータ回路を別に形成すると、座屈
体に直接電流を流す場合より抵抗値を高くでき、同じ電
力を与える場合に消費電力を小さくできる。また、ヒー
タを犠牲層によってできるギャップの上に形成するとヒ
ータ層が基板から浮いた状態になるため、加熱のとき基
板に逃げる熱が少なく、消費電力を低減できる。Further, if the heater circuit is separately formed, the resistance value can be made higher than that when a current is directly applied to the buckling body, and the power consumption can be made smaller when the same power is applied. Further, when the heater is formed on the gap formed by the sacrificial layer, the heater layer floats from the substrate, so that the amount of heat that escapes to the substrate during heating is small and power consumption can be reduced.
【0022】 接着層をキャビティの形にパターニン
グすることにより、キャビティ形成を容易に行なうこと
が可能となる。また、このとき隣接するキャビティ間に
インクの流通が生じないよう隔離を完全にして作成でき
るので、インク吐出時に圧力の損失がなく効率を高めら
れる。By patterning the adhesive layer in the shape of a cavity, the cavity can be easily formed. Further, at this time, since the isolation can be made completely so that the ink does not flow between the adjacent cavities, there is no pressure loss at the time of ink ejection, and the efficiency can be improved.
【0023】 基板の供給孔壁面に(111)面を用
いると、異方性エッチングの速度が遅いため、最後まで
この面が残り、供給孔および隙間の寸法が正確である。When the (111) plane is used for the wall surface of the supply hole of the substrate, the anisotropic etching rate is slow, and this surface remains until the end, and the dimensions of the supply hole and the gap are accurate.
【0024】また、このとき、基板の結晶面方位が(1
00)方位の基板を用いると、基板に垂直に供給孔を形
成でき、ピストンが移動しても隙間の大きさが変わら
ず、特性に変化がない。また、インクの逆流を防止する
作用が大きい。また、基板の結晶面方位が(110)で
ある基板を用いると、この基板は半導体の作成に主に用
いられ大量に消費されているため、安価にできるという
利点があり、コスト削減が可能となる。At this time, the crystal plane orientation of the substrate is (1
When the substrate having the (00) orientation is used, the supply hole can be formed perpendicularly to the substrate, the size of the gap does not change even if the piston moves, and the characteristics do not change. Further, it has a great effect of preventing backflow of ink. Further, when a substrate having a crystal plane orientation of (110) is used, this substrate is mainly used for manufacturing a semiconductor and is consumed in a large amount, so that there is an advantage that it can be inexpensive, and cost can be reduced. Become.
【0025】 座屈体の中央部に設けたこれと一体の
殻構造のピストンは、凹形状となっているため、曲げ剛
性が高く変形を生じにくく、強固な構造体を構成でき
る。また、殻構造により構成されているので体積を大き
くしても稼働部の重量が小さく高速で駆動することが可
能となる。Since the piston having a shell structure which is provided in the central portion of the buckling body and is integral with the buckling body has a concave shape, it has a high bending rigidity and is unlikely to be deformed, so that a strong structure can be configured. Further, since it is configured by the shell structure, even if the volume is increased, the weight of the moving part is small and it is possible to drive at high speed.
【0026】また、座屈体,ピストンおよび配線部のめ
っきを一度にほぼ同じ厚さで行なうことができる。この
ようにすると、一部に肉厚の部分を設ける必要がなく、
全体を均等な厚さにできる。めっきを行なうときに、各
部の膜厚が異なると、往往にして膜内部に内部応力が発
生し、膜の形成後に残留応力が生じたり、残留応力によ
り膜が剥離したりすることがある。均等な厚さにめっき
が行なえれば、このような問題は解消され、内部応力の
発生を抑えることが可能で、作成後応力により変形した
りすることが避けられ、精密な構造物を作成できる。Further, the buckling member, the piston and the wiring portion can be plated at the same thickness at one time. By doing this, it is not necessary to provide a thick part in a part,
The entire thickness can be made uniform. When plating is performed, if the film thickness of each portion is different, internal stress is often generated inside the film, residual stress may occur after the film is formed, or the film may be peeled off due to the residual stress. If plating can be performed to a uniform thickness, such problems will be solved, it is possible to suppress the generation of internal stress, it is possible to avoid deformation due to stress after creation, and it is possible to create precise structures. .
【0027】 基板に凹部を形成してそこにピストン
部を形成し、凹部をそのままインク供給部に利用できる
ので、ピストン部の形状を正確に形成できる。また、凹
部に犠牲層を形成してから座屈体,ピストン部を形成す
るので、隙間の大きさを犠牲層の厚さにより制御でき、
極めて小さな隙間を容易に形成することができる。Since the concave portion is formed in the substrate and the piston portion is formed therein and the concave portion can be used as it is for the ink supply portion, the shape of the piston portion can be accurately formed. Moreover, since the buckling body and the piston portion are formed after forming the sacrificial layer in the recess, the size of the gap can be controlled by the thickness of the sacrificial layer.
Very small gaps can be easily formed.
【0028】 基板にシリコン単結晶を用い、供給孔
壁面に(111)面を残すようなプロセスを用いると、
異方性エッチングの速度が遅いため、最後までこの面が
残り、供給孔および隙間の寸法が正確である。When a silicon single crystal is used for the substrate and a process for leaving the (111) plane on the wall surface of the supply hole is used,
Due to the slow rate of anisotropic etching, this surface remains to the end and the feed hole and gap dimensions are accurate.
【0029】また、このとき基板に(100)方位の基
板を使うプロセスを用いると、基板に垂直に供給孔を形
成でき、ピストンが移動しても隙間の大きさが変わら
ず、特性に変化がない。また、インクの逆流も防止す
る。また、結晶面方位が(110)である基板を使うプ
ロセスを用いると、この基板は半導体の作成に大量に消
費されているため、安価に入手できるという利点があ
り、コストを削減できる。At this time, if a process using a substrate having a (100) orientation is used, a supply hole can be formed perpendicularly to the substrate, the size of the gap does not change even if the piston moves, and the characteristics change. Absent. It also prevents the backflow of ink. In addition, when a process using a substrate having a crystal plane orientation of (110) is used, the substrate is consumed in large quantities for the production of a semiconductor, so that there is an advantage that the substrate can be obtained at low cost and cost can be reduced.
【0030】 犠牲層としてアルミニウムを用いる
と、犠牲層の形成に蒸着,スパッタを用いることがで
き、薄い犠牲層が容易に形成でき、また容易にエッチン
グが可能なので、微細なパターンの形成が容易である。
また、アルミニウムの場合、エッチングを行なうと薄い
隙間の内部も残渣が残らず容易にエッチングできるとい
う特性があり、薄い犠牲層を形成できる作用があるの
で、インクの逆流を防止する。When aluminum is used as the sacrificial layer, vapor deposition and sputtering can be used to form the sacrificial layer, a thin sacrificial layer can be easily formed, and etching can be easily performed, so that a fine pattern can be easily formed. is there.
Further, in the case of aluminum, when etching is performed, there is a characteristic that a residue does not remain even in the thin gap and etching can be easily performed, and since a thin sacrifice layer can be formed, backflow of ink is prevented.
【0031】犠牲層にアルミニウムを用いると、異方性
エッチングと同時にアルミニウムのエッチングも進行
し、犠牲層の除去が同時に行なわれるので、プロセスの
簡易化が図れる。When aluminum is used for the sacrificial layer, the etching of aluminum simultaneously proceeds with anisotropic etching, and the sacrificial layer is removed at the same time, so that the process can be simplified.
【0032】 ピストン形成をめっきで行なうと、凹
部へのピストン形成を容易に行なうことができる。ま
た、特にめっきの場合、材料としてNi,Cu,Co等
を用いることができるが、これらはめっきが容易で内部
応力の低い膜を形成するのが容易である。また、これら
の金属は熱膨張率もヤング率も比較的大きく、座屈体に
蓄えられる歪みエネルギを大きくすることが可能であ
る。また、これらの合金を作ることも容易であり、この
場合は座屈体の強度を高めて寿命を伸ばすとともに、歪
みエネルギを増やすことが可能である。また、めっきを
用いると、ピストン部を凹部を持つ等しい厚さの殻構造
で構成することが可能である。When the piston is formed by plating, the piston can be easily formed in the recess. Further, particularly in the case of plating, Ni, Cu, Co or the like can be used as a material, but these are easy to plate and it is easy to form a film having low internal stress. Further, these metals have a relatively large coefficient of thermal expansion and Young's modulus, and it is possible to increase the strain energy stored in the buckling body. It is also easy to make these alloys, and in this case, it is possible to increase the strength of the buckling body to prolong its life and increase the strain energy. Further, by using plating, it is possible to form the piston portion with a shell structure having a recess and having an equal thickness.
【0033】[0033]
【実施例】図1は本発明の一実施例の断面図である。シ
リコンの単結晶の基板101の面に垂直にインク供給孔
102が設けられている。インク供給孔102内部に
は、その壁面104に沿って基板101に垂直な方向に
可動なピストン103が設けられている。ピストン10
3とインク供給孔102の壁面104との隙間105
は、およそ0.05〜5μmの範囲に設定される。ピス
トン103は座屈体106と一体的に固着され、支持さ
れる。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention. Ink supply holes 102 are provided perpendicularly to the surface of a silicon single crystal substrate 101. Inside the ink supply hole 102, a piston 103 movable along the wall surface 104 in the direction perpendicular to the substrate 101 is provided. Piston 10
3 and the wall surface 104 of the ink supply hole 102
Is set in the range of approximately 0.05 to 5 μm. The piston 103 is integrally fixed to and supported by the buckling body 106.
【0034】座屈体106の両端部はそれぞれ固定部1
07,107で基板101に固着されるが、それ以外の
部分は固着されることなく、基板101からは隙間10
8を保って浮いた状態にある。座屈体106の端部の裏
面には、それぞれ上部絶縁層110を介してヒータ層1
09が設けられている。ヒータ層109の裏面は下部絶
縁層111により挟まれ、座屈体106と電気的な絶縁
および加熱時の酸化・劣化および腐食の防止の役割を果
たしている。基板101の両面はSiO2 による酸化膜
112が設けられている。図では下部絶縁層111は座
屈体106の全長にわたって設けられているが、特に全
長にわたって設ける必要はなく、ヒータ層109を覆っ
ていれば十分である。Both ends of the buckling member 106 are fixed portions 1 respectively.
Although it is fixed to the substrate 101 at 07 and 107, the other portions are not fixed, and a gap 10 is formed from the substrate 101.
It is in a floating state, keeping 8. The heater layer 1 is formed on the back surface of the end portion of the buckling body 106 via the upper insulating layer 110.
09 is provided. The back surface of the heater layer 109 is sandwiched between the lower insulating layers 111, and serves to electrically insulate the buckling body 106 and to prevent oxidation / deterioration and corrosion during heating. An oxide film 112 made of SiO 2 is provided on both surfaces of the substrate 101. In the figure, the lower insulating layer 111 is provided over the entire length of the buckling body 106, but it is not particularly necessary to provide it over the entire length, and it is sufficient to cover the heater layer 109.
【0035】ヒータ層109へは配線層113により電
気信号が供給され、加熱を行なう。座屈体106に通電
して加熱することもできるが、ヒータ層を設ける方が加
熱に便利である。An electric signal is supplied to the heater layer 109 by the wiring layer 113 to perform heating. Although it is possible to heat the buckling body 106 by energizing it, providing a heater layer is more convenient for heating.
【0036】座屈体106の両端の固定部107および
その周囲上には、接着層114が設けられ、その上にオ
リフィス板115を接着している。接着層114で囲ま
れた空間はインクを収容するキャビティ117となる。
オリフィス板115にはノズル116が設けられ、ここ
からインクが吐出する。次に、図1の素子の動作につい
て説明する。An adhesive layer 114 is provided on the fixed portions 107 at both ends of the buckling body 106 and on the periphery thereof, and an orifice plate 115 is adhered thereon. The space surrounded by the adhesive layer 114 becomes a cavity 117 that contains ink.
Nozzles 116 are provided on the orifice plate 115, from which ink is ejected. Next, the operation of the device shown in FIG. 1 will be described.
【0037】この素子の動作時には、接着層114によ
り囲まれたキャビティ117にインク供給孔102より
インクが供給され、キャビティ117、隙間108、1
05、インク供給孔102がすべてインクで充満された
状態にされる。During operation of this element, ink is supplied from the ink supply hole 102 to the cavity 117 surrounded by the adhesive layer 114, and the cavity 117, the gaps 108, 1
05, the ink supply holes 102 are all filled with ink.
【0038】そしてヒータ層109にパルス状に電流が
外部電源(図示せず)より供給され、急激に加熱され
る。すると、それに接している座屈体106も急激に加
熱されて熱膨張を生じる。ところが、座屈体106の両
端はそれぞれ固定部107により基板101に固定され
ているため、熱膨張は座屈体106内部に圧縮応力をも
たらす。この圧縮応力がある限界を越えると、座屈体1
06は、急激に変形を生じ(座屈し)、図1に点線で示
すように、基板101の垂直方向に変形する。すると、
座屈体106と一体的に構成されているピストン103
も点線の位置まで移動する。Then, a current is supplied to the heater layer 109 in a pulsed form from an external power source (not shown) to rapidly heat it. Then, the buckling body 106 that is in contact with it is also rapidly heated and causes thermal expansion. However, since both ends of the buckling body 106 are fixed to the substrate 101 by the fixing portions 107, thermal expansion causes compressive stress inside the buckling body 106. When this compressive stress exceeds a certain limit, the buckling body 1
No. 06 deforms rapidly (buckles) and deforms in the vertical direction of the substrate 101 as shown by the dotted line in FIG. Then
Piston 103 integrally configured with buckling body 106
Also moves to the position indicated by the dotted line.
【0039】このとき、キャビティ117にはピストン
103の移動によって、図1で斜線を設けた部分118
だけの体積変化が生じる。この体積変化は、ヒータ10
9の加熱を急速に行なうことにより、座屈体106の変
形を生じさせられるので、急速に生じさせることができ
る。このため、キャビティ117には圧力増大が急速に
生じ、これによりノズル116よりインクを吐出させる
ことができる。At this time, in the cavity 117, the movement of the piston 103 causes the shaded portion 118 in FIG.
Volume change occurs. This volume change is caused by the heater 10
Since the buckling body 106 can be deformed rapidly by heating 9 rapidly, it can be rapidly generated. Therefore, the pressure is rapidly increased in the cavity 117, and the ink can be ejected from the nozzle 116.
【0040】ヒータ層109への電流パルスが流れなく
なると、座屈体106は冷却され、元の状態に戻り変形
はなくなる。このとき、吐出したインクに見合う量のイ
ンクがインク供給孔102から、隙間105を通ってキ
ャビティ117内に供給されるので、再度電流パルスを
ヒータ層109に加えることによりインクの吐出を行な
うことが可能になる。When the current pulse to the heater layer 109 stops flowing, the buckling body 106 is cooled, returns to its original state and is not deformed. At this time, an amount of ink corresponding to the ejected ink is supplied from the ink supply hole 102 through the gap 105 into the cavity 117, so that the ink can be ejected by applying a current pulse to the heater layer 109 again. It will be possible.
【0041】このピストンの動作をさらに詳しく表わし
たものが図9(a),(b)であり、それぞれ座屈体1
06の変形前および変形後の状態を示す断面図である。
座屈体106が加熱により熱膨張し、図9(b)のよう
に座屈変形を生じる。この結果、ピストン103が基板
101に対して垂直方向に駆動される。インクの吐出は
図12(a)および(b)に示される。(a)は座屈体
の変形前の状態であり(b)は座屈体の変形後の状態で
ある。座屈体106の変形によりピストン103は基板
101に垂直に駆動されキャビティ117内に圧力上昇
をもたらしインク滴を吐出させる。9A and 9B show the operation of the piston in more detail.
It is sectional drawing which shows the state before and after the deformation | transformation of 06.
The buckling body 106 is thermally expanded by heating, and buckling deformation occurs as shown in FIG. 9B. As a result, the piston 103 is driven in the direction perpendicular to the substrate 101. Ink ejection is shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b). (A) is a state before the buckling body is deformed, and (b) is a state after the buckling body is deformed. Due to the deformation of the buckling body 106, the piston 103 is driven perpendicularly to the substrate 101 to increase the pressure in the cavity 117 and eject ink droplets.
【0042】ここで、インクの吐出を効率的に行なうに
は、次のような点が重要である。 ピストン103の移動によりインクの吐出を行なう
ときに、体積変化118を、吐出させるインク粒の体積
の2〜3倍以上にとる必要がある。したがって、ピスト
ン103は大きい方がよい。しかし大き過ぎるとヘッド
全体が大型化するため、適度な大きさを選択しなくては
ならない。一般に、プリンタの解像度は300〜600
dpi(dot per inch)必要とされている。ノズルがこ
の間隔で並ぶと、一体的に構成されたヘッドが作成でき
る。したがって、ヘッドの横幅は80から40μm以下
であるのが望ましい。したがって、ピストン103の長
さを300から600μmにし、インク滴の直径をおよ
そ40μmとすると最低5から6μmの変位が必要であ
る。一方、座屈体106の加熱される部分の長さ(ピス
トン103を除いた片側の長さ)が300μmとする
と、厚さ,上昇温度にもよるが5から20μmの変形が
可能であり、インクの吐出が可能になる。Here, the following points are important for efficient ink ejection. When the ink is ejected by the movement of the piston 103, the volume change 118 needs to be set to 2 to 3 times or more the volume of the ejected ink particles. Therefore, the piston 103 should be large. However, if it is too large, the size of the entire head becomes large, and therefore an appropriate size must be selected. Generally, the printer resolution is 300-600.
dpi (dot per inch) is required. If the nozzles are lined up at this interval, an integrally configured head can be created. Therefore, the lateral width of the head is preferably 80 to 40 μm or less. Therefore, if the length of the piston 103 is 300 to 600 μm and the diameter of the ink droplet is about 40 μm, a minimum displacement of 5 to 6 μm is required. On the other hand, if the length of the portion of the buckling body 106 to be heated (the length on one side excluding the piston 103) is 300 μm, the deformation of 5 to 20 μm is possible depending on the thickness and the rising temperature. Can be discharged.
【0043】特に、ピストン103の長さを300μ
m、幅を50μm、厚さを50μm程度にすると、解像
度が高くかつ小型の集積ヘッドが構成できる。Particularly, the length of the piston 103 is set to 300 μm.
When m, the width is 50 μm, and the thickness is about 50 μm, an integrated head with high resolution and small size can be configured.
【0044】 ピストン103が移動してインクの吐
出を行なうときは、キャビティ117のインクは加圧さ
れ、ノズル116から吐出するが、同時に隙間105を
通って供給孔102側に逆流する。したがって、隙間1
05はできるだけ小さい方が好ましい。ただし、あまり
小さくし過ぎると、ピストン103の駆動が終わって、
元の位置に戻るときに、キャビティ117へのインクの
供給が追いつかず、キャビティ117にノズル116か
ら空気を吸い込んで、動作不良の原因になるので適度な
隙間を選択するのが重要である。When the piston 103 moves to eject ink, the ink in the cavity 117 is pressurized and ejected from the nozzle 116, but at the same time, flows backward through the gap 105 toward the supply hole 102 side. Therefore, the gap 1
05 is preferably as small as possible. However, if it is made too small, the driving of the piston 103 will end,
When returning to the original position, the supply of ink to the cavity 117 cannot catch up, and air is sucked into the cavity 117 from the nozzle 116, which causes malfunction, so it is important to select an appropriate gap.
【0045】隙間105は、実施例に示したように基板
に垂直方向に設け、その大きさを5μm以下特に好まし
くは1から0.05μmの間に設定すると、インクの逆
流が防止でき効率的な吐出が行なえる。隙間105を基
板に垂直に設けると、ピストン103の駆動によっても
隙間105の大きさが変化せず、特性が変わりにくい。The gap 105 is provided in the direction perpendicular to the substrate as shown in the embodiment, and when the size thereof is set to 5 μm or less, particularly preferably 1 to 0.05 μm, the backflow of ink can be prevented and the efficiency is improved. Discharge is possible. When the gap 105 is provided perpendicularly to the substrate, the size of the gap 105 does not change even when the piston 103 is driven, and the characteristics are hard to change.
【0046】また、隙間105を基板に垂直に設ける
と、隙間105の基板101に垂直方向への長さ、すな
わちピストン103の厚さを大きくすることによって、
インクの逆流抵抗(流路抵抗)を容易に大きくでき、イ
ンクの逆流防止の作用を増大できる。ピストン103の
厚さとしては、ピストンの移動距離より大きいことが望
ましく、最低5μm、好ましくは20μm以上である。Further, when the gap 105 is provided perpendicularly to the substrate, the length of the gap 105 in the direction perpendicular to the substrate 101, that is, the thickness of the piston 103 is increased.
The backflow resistance of ink (flow path resistance) can be easily increased, and the effect of preventing backflow of ink can be increased. The thickness of the piston 103 is preferably larger than the moving distance of the piston, and is at least 5 μm, preferably 20 μm or more.
【0047】図2(a)〜(f)は、前述の第1の実施
例の素子を作成する各工程の略断面図である。2 (a) to 2 (f) are schematic cross-sectional views of respective steps for producing the element of the first embodiment described above.
【0048】まず図2(a)に示すように、基板101
の両面に酸化膜112を形成しこれにパターニングを行
なって窓をあけた後、KOH溶液を用いて異方性エッチ
ングを行なう。ここで基板101に基板面の結晶面方位
が(110)である基板を用いると、エッチング速度の
遅い(111)面が残り、基板101に垂直な方向にエ
ッチングが進行し、両面に凹部203−a,203−b
が形成されるので、図1で説明したインクの逆流を防止
する隙間105を正確に形成できる。凹部203−a,
203−bで挟まれる残存部212はピストン形成のた
めの土台となる。First, as shown in FIG. 2A, the substrate 101
After forming an oxide film 112 on both surfaces of the above and patterning it to open a window, anisotropic etching is performed using a KOH solution. If a substrate having a crystal plane orientation of (110) is used as the substrate 101, a (111) plane having a slow etching rate remains, etching proceeds in a direction perpendicular to the substrate 101, and recesses 203- are formed on both sides. a, 203-b
Since the gap is formed, the gap 105 for preventing the backflow of the ink described in FIG. 1 can be accurately formed. Recess 203-a,
The remaining portion 212 sandwiched by 203-b serves as a base for forming the piston.
【0049】次に図2(b)に示すように、犠牲層20
4を形成する。犠牲層204は、最後にエッチングによ
り除去され、図1の隙間105,108を形成するため
のもので、材料としてはアルミニウム、二酸化シリコ
ン、フォトレジスト、ポリイミド樹脂を用いることがで
きる。アルミニウム、二酸化シリコンを犠牲層として作
成する方法としては、蒸着,スパッタ,CVD等の方法
を用いることができる。次に上方の凹部203−aに金
属をめっきすることによりピストン103を作成する。
これは、めっき前に全体に下地となる導電層(たとえば
Ni,Ta,Ag)を0.01〜1μmの厚さで形成
し、この上に、めっきしたくない部分をフォトレジスト
で覆い、部分めっきを行なうことで達成できる。この場
合、凹部203−aの角部217によって前記の導電層
が断線しないよう、導電層の作成時に基板101の回転
や斜め方向からの成膜を行なうことが有効である。ま
た、段差の被覆を良好にできるCVD等の成膜方法を採
用するのも特に有効である。ピストン103は、ほぼ基
板101の上面と同じ高さまで形成する。ピストン10
3を構成する材料としては、Ni,Cu,Co,P,S
あるいはそれらの合金を用いることができる。Next, as shown in FIG. 2B, the sacrificial layer 20.
4 is formed. The sacrificial layer 204 is finally removed by etching to form the gaps 105 and 108 in FIG. 1, and the material can be aluminum, silicon dioxide, photoresist, or polyimide resin. As a method of forming aluminum and silicon dioxide as a sacrificial layer, a method such as vapor deposition, sputtering, CVD or the like can be used. Next, the piston 103 is created by plating the upper recess 203-a with a metal.
This is because a conductive layer (for example, Ni, Ta, Ag) as a base is formed in a thickness of 0.01 to 1 μm on the entire surface before plating, and a portion which is not desired to be plated is covered with a photoresist to form a portion. It can be achieved by plating. In this case, it is effective to rotate the substrate 101 or perform film formation from an oblique direction when forming the conductive layer so that the conductive layer is not broken by the corner portion 217 of the recess 203-a. Further, it is also particularly effective to adopt a film forming method such as CVD capable of excellently covering the step. The piston 103 is formed to have substantially the same height as the upper surface of the substrate 101. Piston 10
As the material constituting 3, Ni, Cu, Co, P, S
Alternatively, alloys thereof can be used.
【0050】ここで犠牲層204としてアルミニウムを
用いると、犠牲層の形成に、蒸着,スパッタを用いるこ
とができ、薄い犠牲層が容易に形成でき、また、容易に
エッチングが可能なので、微細なパターンの形成が容易
である。また、アルミニウムの場合、エッチングを行な
うと薄い隙間の内部も残渣が残らず容易にエッチングが
できるという特性があり、薄い犠牲層を形成できるの
で、隙間を小さくしインクの逆流を防止する。When aluminum is used as the sacrificial layer 204, vapor deposition and sputtering can be used to form the sacrificial layer, a thin sacrificial layer can be easily formed, and etching can be easily performed, so that a fine pattern can be obtained. Is easy to form. Further, in the case of aluminum, when etching is performed, there is a characteristic that a residue can be easily left inside the thin gap, and a thin sacrificial layer can be formed. Therefore, the gap is made small and backflow of ink is prevented.
【0051】また、ピストン103の材料としてNiを
用いると、めっきが容易で特に内部応力の低い膜を容易
に形成できる。Further, when Ni is used as the material of the piston 103, it is possible to easily form a film having a low internal stress by plating easily.
【0052】次に図2(c)に示すように、下部絶縁層
111,ヒータ層109、上部絶縁層110を順次形成
する。Next, as shown in FIG. 2C, a lower insulating layer 111, a heater layer 109 and an upper insulating layer 110 are sequentially formed.
【0053】上部および下部絶縁層110,111の材
料としては、SiO2 ,Al2 O3等の酸化物、Si
N,AlN,TaN,MoN等の窒化物、SiC等の炭
化物を用いることができる。Materials for the upper and lower insulating layers 110 and 111 include oxides such as SiO 2 and Al 2 O 3 and Si.
Nitride such as N, AlN, TaN and MoN, and carbide such as SiC can be used.
【0054】ヒータ層109の材料は、Ni,Co,C
r,Hf,Mo,Taまたはその合金を用いることがで
きる。ヒータ層109はジグザグ状、あるいは鋸歯状等
長さを長くするように形成することが可能で、このこと
により抵抗値を大きくし、消費電流を低減できる作用が
ある。The material of the heater layer 109 is Ni, Co, C
r, Hf, Mo, Ta or alloys thereof can be used. The heater layer 109 can be formed in a zigzag shape or a sawtooth shape so as to have a long length, which has the effect of increasing the resistance value and reducing the current consumption.
【0055】また、ヒータ層109を犠牲層204の上
に形成すると、図1のようにヒータ層109が基板10
1から浮いた状態になるため、加熱のとき基板101に
逃げる熱が少なく、消費電力を低減できる。When the heater layer 109 is formed on the sacrificial layer 204, the heater layer 109 is formed on the substrate 10 as shown in FIG.
Since it is in a state of being floated from 1, the amount of heat that escapes to the substrate 101 during heating is small, and power consumption can be reduced.
【0056】次に図2(d)に示すように、座屈体10
6および配線パターン210をめっきにより形成する。
めっきの方法は、めっきの不要な部分211にフォトレ
ジストでパターンを形成し、めっき後レジストを除去す
ることで行なえる。配線パターン210は、配線をヒー
タ層109に接続するようなパターンに形成する。座屈
体106を構成する材料としてはNi,Cu,Co,
P,Sあるいはそれらの合金を用いることができる。Next, as shown in FIG. 2D, the buckling member 10
6 and the wiring pattern 210 are formed by plating.
The plating method can be performed by forming a pattern with a photoresist on a portion 211 that does not require plating, and removing the resist after plating. The wiring pattern 210 is formed in a pattern that connects the wiring to the heater layer 109. The materials for forming the buckling body 106 include Ni, Cu, Co,
P, S or alloys thereof can be used.
【0057】特にNi,Cu,Coは熱膨張率もヤング
率も比較的大きく、座屈体に蓄える歪みエネルギを大き
くすることが可能で大きな吐出エネルギを得られる。ま
た、これらの合金を用いると座屈体106の強度を向上
させ、寿命を伸ばすとともに、ヤング率を増大させて歪
みエネルギを増やして吐出エネルギを増大させる。In particular, Ni, Cu, and Co have a relatively large thermal expansion coefficient and Young's modulus, so that the strain energy stored in the buckling body can be increased and a large ejection energy can be obtained. Further, when these alloys are used, the strength of the buckling body 106 is improved, the life is extended, and the Young's modulus is increased to increase the strain energy and increase the ejection energy.
【0058】次に図2(e)に示すように、以上の処理
を施した基板101全体をKOH溶液に浸して異方性エ
ッチングを行ない、残っていた残存部212を除く。こ
のとき犠牲層204にアルミニウムを用いていると、異
方性エッチングと同時にアルミニウムのエッチングも進
行し、犠牲層204の除去が同時に行なわれるので、プ
ロセスの簡略化が図れる。Next, as shown in FIG. 2E, the entire substrate 101 which has been subjected to the above processing is immersed in a KOH solution and anisotropically etched to remove the remaining portion 212. At this time, if aluminum is used for the sacrificial layer 204, the etching of aluminum proceeds simultaneously with the anisotropic etching, and the sacrificial layer 204 is removed at the same time, so that the process can be simplified.
【0059】次に図2(f)に示すように基板101の
上部に、ノズル116を有するオリフィス板115を接
着層114により接着する。接着層114としては紫外
線硬化型接着剤、熱硬化型接着剤を用いることができ
る。Next, as shown in FIG. 2F, an orifice plate 115 having a nozzle 116 is adhered to the upper part of the substrate 101 by an adhesive layer 114. As the adhesive layer 114, an ultraviolet curable adhesive or a thermosetting adhesive can be used.
【0060】図3は接着層114のパターンおよびその
周辺の平面図である。接着層114は斜線のような形状
に構成され、これによりキャビティ117を形成する。
ヒータ層109は座屈体106の固定部107の下をく
ぐって座屈体106の下部に形成されているヒータ層に
接続されている。ヒータ層109は配線層113に接続
されている。座屈体106は、たとえばニッケルめっき
層に隙間301,301を穿設して形成される。FIG. 3 is a plan view of the pattern of the adhesive layer 114 and its periphery. The adhesive layer 114 is formed in a shape like a diagonal line, and thus the cavity 117 is formed.
The heater layer 109 passes under the fixing portion 107 of the buckling body 106 and is connected to the heater layer formed under the buckling body 106. The heater layer 109 is connected to the wiring layer 113. The buckling body 106 is formed, for example, by forming gaps 301, 301 in a nickel plating layer.
【0061】ここで、接着層114が形成される図2
(f)の面216の高さは、基板全体にわたってほぼ等
しく設定する。ヒータ層109が固定部107をくぐる
一部分のみ高くなるが、ヒータ層109ならびに上部お
よび下部絶縁層110,111の厚さを薄くしておけ
ば、実質的に無視できる程度に構成することができる。
第1の実施例の場合、キャビティ117の高さは10か
ら50μmは必要であるため、接着層114の厚さはこ
の厚さに設定する。一方ヒータ層109、上部および下
部絶縁層110,111の厚さはいずれも0.1から1
μm程度の厚さに形成する。本発明の場合、ヒータ層は
薄い方が座屈体に対する熱伝導が良くなり、効率的に加
熱することが可能になる。また、ヒータ層、上部および
下部絶縁層は薄膜プロセスで構成するので、前記のよう
な厚さに形成することが可能である。すると、面216
の高さは実質的に同じ高さに構成することができる。こ
のようにすると接着層114を図3のようにキャビティ
の形にパターニングした時、隣接するキャビティ間にイ
ンクの流通が生じないよう、隔離を完全にすることが容
易にできる。もし、段差があると、その部分に隙間が生
じてインク吐出の時に圧力の損失が生じて吐出が行なえ
なくなる。したがって、このようにするとインクを吐出
させるときに圧力の損失がなく効率を高められる。Here, the adhesive layer 114 is formed in FIG.
The height of the surface 216 in (f) is set to be substantially equal over the entire substrate. Although only a portion of the heater layer 109 that passes through the fixing portion 107 is raised, it is possible to configure the heater layer 109 and the upper and lower insulating layers 110 and 111 to be substantially negligible if they are thin.
In the case of the first embodiment, the height of the cavity 117 needs to be 10 to 50 μm, so the thickness of the adhesive layer 114 is set to this thickness. On the other hand, the thickness of each of the heater layer 109 and the upper and lower insulating layers 110 and 111 is 0.1 to 1
It is formed to a thickness of about μm. In the case of the present invention, the thinner the heater layer, the better the heat conduction to the buckling body, and the more efficient heating becomes possible. Moreover, since the heater layer and the upper and lower insulating layers are formed by a thin film process, it is possible to form them with the above-mentioned thickness. Then, the surface 216
The heights can be configured to be substantially the same height. In this way, when the adhesive layer 114 is patterned into cavities as shown in FIG. 3, the isolation can be easily completed so that ink does not flow between the adjacent cavities. If there is a step, a gap is created in that portion, and a pressure loss occurs when ink is ejected, making ejection impossible. Therefore, in this case, there is no pressure loss when ejecting ink, and the efficiency can be improved.
【0062】図4は本発明の第2の実施例の略断面図で
ある。シリコン単結晶の基板101の基板面に斜めに上
下の斜面404−a,404−bを有するインク供給孔
402が設けられている。供給孔402内部には、供給
孔402の上部の壁面404−aとほぼ同等な断面をも
ち、基板101に垂直な方向に可動な断面台形のピスト
ン403が設けられている。ピストン403とインク供
給孔402の上方の壁面404−aとの隙間405は、
およそ0.05〜5μmの範囲に設定される。ピストン
403は座屈体106と一体的に固着され支持される。
座屈体106の両端部は、シリコン基板101に固着さ
れるが、それ以外の部分は固着されることなく、基板1
01からは隙間408を保って浮いた状態にある。座屈
体106の裏面にはヒータ層109が設けられ、図4の
例では左右に1個ずつ設けられている。ヒータ層109
は上部絶縁層110、下部絶縁層111により挟まれ、
座屈体106と電気的な絶縁および加熱時の酸化・劣化
および腐食の防止の役割を果たしている。シリコン基板
101の両面には、それぞれ酸化膜112が設けられて
いる。FIG. 4 is a schematic sectional view of the second embodiment of the present invention. Ink supply holes 402 having obliquely upper and lower slopes 404-a and 404-b are provided on the substrate surface of a silicon single crystal substrate 101. Inside the supply hole 402, there is provided a piston 403 having a trapezoidal cross section, which has a cross section substantially equal to the wall surface 404-a at the upper part of the supply hole 402 and is movable in the direction perpendicular to the substrate 101. The gap 405 between the piston 403 and the wall surface 404-a above the ink supply hole 402 is
It is set in the range of approximately 0.05 to 5 μm. The piston 403 is integrally fixed to and supported by the buckling body 106.
Both ends of the buckling body 106 are fixed to the silicon substrate 101, but the other portions are not fixed to the substrate 1.
From 01, it is in a state of floating with a gap 408 being maintained. A heater layer 109 is provided on the back surface of the buckling body 106, and one heater layer 109 is provided on each of the left and right sides in the example of FIG. Heater layer 109
Is sandwiched between the upper insulating layer 110 and the lower insulating layer 111,
It plays a role of electrically insulating the buckling body 106 and preventing oxidation / deterioration and corrosion during heating. An oxide film 112 is provided on each side of the silicon substrate 101.
【0063】ヒータ層109へは配線層113により電
気信号が供給され加熱を行なう。座屈体106の固定部
107およびその周囲上には接着層114が設けられ、
その上にオリフィス板115を接着している。オリフィ
ス板115にはノズル116が設けられ、ここからイン
クが吐出する。An electric signal is supplied to the heater layer 109 by the wiring layer 113 to heat it. An adhesive layer 114 is provided on the fixing portion 107 of the buckling body 106 and on the periphery thereof,
An orifice plate 115 is adhered on it. Nozzles 116 are provided on the orifice plate 115, from which ink is ejected.
【0064】第2の実施例では、インク供給孔404の
壁面404−a,404−bが基板101に対して垂直
でなく、ある角度を有している以外構造的には第1の実
施例と全く等価であり、これと同じ構造的な利点を有す
る。ただし、ピストン403の往復に際し隙間405が
変動する。ここで、インク供給孔402は酸化膜112
にパターニングを行なって窓を開けた後、KOH溶液を
用いて異方性エッチングを行なう。この際基板101に
基板面の結晶面方位が(100)であるシリコン単結晶
を用いると、エッチング速度の遅い(111)面が残
り、基板101に対し55°の方向に壁面404−a,
404−bが形成される。The second embodiment is structurally different from the first embodiment except that the wall surfaces 404-a and 404-b of the ink supply hole 404 are not perpendicular to the substrate 101 and have an angle. And has the same structural advantages. However, the gap 405 changes when the piston 403 reciprocates. Here, the ink supply hole 402 is formed by the oxide film 112.
After the patterning is performed to open the window, anisotropic etching is performed using a KOH solution. At this time, when a silicon single crystal having a crystal plane orientation of (100) is used for the substrate 101, a (111) plane having a slow etching rate remains, and a wall surface 404-a in a direction of 55 ° with respect to the substrate 101,
404-b is formed.
【0065】結晶面方位が(100)である基板は、半
導体の作成に主に用いられ、大量に消費されているた
め、安価に入手できるという利点があり、コストを削減
できる。A substrate having a crystal plane orientation of (100) is mainly used for producing a semiconductor and is consumed in a large amount, so that it has an advantage that it can be obtained at a low cost and the cost can be reduced.
【0066】また、この吐出の動作についても、図1に
示した第1の実施例と全く同じで、基板に対し垂直方向
にピストン403が移動し、インクをノズル116から
吐出させる。図10(a)および(b)はこのピストン
の動作をさらに詳しく表わしたもので、それぞれ、座屈
体106の変形前および変形後の断面図である。座屈体
106は加熱により熱膨張し、図10(b)のように座
屈変形を生じる。この結果、ピストン403が基板10
1に対して垂直方向に駆動される。The ejection operation is exactly the same as in the first embodiment shown in FIG. 1, and the piston 403 moves in the direction perpendicular to the substrate to eject ink from the nozzle 116. FIGS. 10A and 10B show the operation of the piston in more detail, and are cross-sectional views of the buckling body 106 before and after deformation, respectively. The buckling body 106 thermally expands due to heating, and causes buckling deformation as shown in FIG. As a result, the piston 403 is
It is driven in the direction perpendicular to 1.
【0067】ここで、インクの吐出を効率的に行なう点
についても第1の実施例と同じであり、次のような点が
重要であり、ピストン403の大きさに関して同じ議論
を行なうことができ、その結果、特にピストン403の
長さを断面台形の長辺の長さを300μm、幅を50μ
m、厚さを50μm程度にすると、解像度が高く、かつ
小型の集積ヘッドが構成できる。Here, the point that ink is ejected efficiently is also the same as in the first embodiment, and the following points are important and the same discussion can be made regarding the size of the piston 403. As a result, in particular, the length of the piston 403 is 300 μm for the long side of the trapezoidal cross section and 50 μ for the width.
When the m and the thickness are about 50 μm, a high resolution and small integrated head can be configured.
【0068】また隙間405の大きさについても第1の
実施例と同じであり、第2の実施例では基板に55°の
面方向に設けられるが、その大きさを5μm以下、特に
好ましくは1から0.05μmの間に設定するとインク
の逆流が防止でき、効率的な吐出を行なえる。また、隙
間405の長さ、すなわちピストン403の厚さを大き
くすることによって、インクの逆流抵抗(流路抵抗)を
容易に大きくでき、インクの逆流防止の作用を増大でき
る。ピストン403の厚さとしては、ピストン403の
移動距離より大きいことが望ましく、最低5μm、好ま
しくは20μm以上であるということについても同じで
ある。The size of the gap 405 is also the same as that of the first embodiment. In the second embodiment, the size is 5 μm or less, particularly preferably 1 although it is provided on the substrate in the plane direction of 55 °. If it is set to between 0.05 μm and 0.05 μm, backflow of ink can be prevented, and efficient ejection can be performed. Further, by increasing the length of the gap 405, that is, the thickness of the piston 403, it is possible to easily increase the backflow resistance of ink (flow path resistance) and increase the effect of preventing backflow of ink. The thickness of the piston 403 is preferably larger than the moving distance of the piston 403, and the same applies to the fact that the thickness is at least 5 μm, preferably 20 μm or more.
【0069】図5(a)〜(f)は、第2の実施例の構
成を作成する各工程の略断面図である。この各工程が図
2(a)〜(f)の各工程と同じプロセスを用いて行な
うことができる。異なるのは最初のシリコン単結晶の基
板101に(100)の方位を持つ基板を用いることで
ある。したがって、図5(a)で示すように、凹部20
3−aおよび203−bが基板101に対して55°の
角度で形成される。その他のプロセスは全く同一であ
り、したがって、各工程の説明は省略する。5 (a) to 5 (f) are schematic cross-sectional views of respective steps for forming the structure of the second embodiment. Each of these steps can be performed using the same process as each step of FIGS. 2 (a) to 2 (f). The difference is that a substrate having a (100) orientation is used as the first silicon single crystal substrate 101. Therefore, as shown in FIG.
3-a and 203-b are formed at an angle of 55 ° with respect to the substrate 101. The other processes are exactly the same, and therefore the description of each step is omitted.
【0070】オリフィス板115の接着についても第1
の実施例と同じ方法を採用できる。すなわち、接着層1
14が形成される図5(f)の面216の高さは、基板
全体にわたってほぼ等しく設定し、接着層114を図3
と同じように、キャビティの形にパターニングすると、
隣接するキャビティ間にインクの流通が生じないよう、
隔離を完全にして容易に作成できる。もし段差がある
と、その部分に隙間を生じて、インク吐出のときに圧力
の損失が生じて吐出が行なえなくなる。したがって、こ
のようにするとインクを吐出させるときに圧力の損失が
なく効率を高められる。The adhesion of the orifice plate 115 is also the first
The same method as in the embodiment of can be adopted. That is, the adhesive layer 1
The height of the surface 216 of FIG. 5 (f) where 14 is formed is set to be substantially equal over the entire substrate, and the adhesive layer 114 is formed as shown in FIG.
In the same way as patterning in the shape of a cavity,
To prevent ink flow between adjacent cavities,
Complete isolation and easy to create. If there is a step, a gap is created in that portion, and a loss of pressure occurs when ejecting ink, making ejection impossible. Therefore, in this case, there is no pressure loss when ejecting ink, and the efficiency can be improved.
【0071】次に、本発明の第3の実施例を説明する。
図6(a)は本発明の第3の実施例の断面図であり、図
6(b)はオリフィス板を除いた略平面図である。シリ
コン単結晶の基板101の面に垂直にインク供給孔10
2が設けられている。供給孔102内部にはその壁面1
04に沿って基板101に垂直な方向に可動なピストン
603が設けられている。ピストン603とインク供給
孔102の壁面104との隙間105はおよそ0.05
〜5μmの範囲に設定される。ピストン603は座屈体
606と一体的に固着され支持される。座屈体606の
両端部はそれぞれ固定部107でシリコンの基板101
に固着されるが、それ以外の部分は固着されることな
く、基板101からは隙間108を保って浮いた状態に
ある。また、座屈体606、ピストン603はおよそ等
厚の部材により一体的に構成されている。ピストン60
3は座屈体606に凹部619を設けることにより構成
されている。Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 (a) is a sectional view of the third embodiment of the present invention, and FIG. 6 (b) is a schematic plan view without the orifice plate. The ink supply hole 10 is perpendicular to the surface of the silicon single crystal substrate 101.
2 are provided. The wall surface 1 is inside the supply hole 102.
A piston 603 that is movable in the direction perpendicular to the substrate 101 is provided along the axis 04. The gap 105 between the piston 603 and the wall surface 104 of the ink supply hole 102 is about 0.05.
It is set in the range of ˜5 μm. The piston 603 is integrally fixed to and supported by the buckling body 606. The both ends of the buckling member 606 are fixed portions 107, and the silicon substrate 101
However, the other portions are not fixed and are in a state of floating from the substrate 101 with a gap 108 kept therebetween. The buckling body 606 and the piston 603 are integrally formed by members having approximately the same thickness. Piston 60
The buckling member 606 is provided with a recess 619.
【0072】図7は、座屈体606およびピストン60
3の中心線付近に沿った断面斜視図である。すなわち、
座屈体606の中央に凹部619が設けられ、これによ
りピストン603が構成されている。FIG. 7 shows a buckling member 606 and a piston 60.
3 is a cross-sectional perspective view taken along the vicinity of the center line of FIG. That is,
A recess 619 is provided in the center of the buckling body 606, and a piston 603 is configured by this.
【0073】図6(a)に示されるように、座屈体60
6の裏面にはヒータ層109が設けられ、この例では左
右に1個ずつ設けられている。ヒータ層109は上部絶
縁層110,下部絶縁層111により挟まれ、座屈体6
06と、電気的な絶縁および加熱時の酸化・劣化および
腐食の防止の役割を果たしている。シリコン基板101
の両面には酸化膜112が設けられている。As shown in FIG. 6A, the buckling member 60
A heater layer 109 is provided on the back surface of 6, and one heater layer 109 is provided on each of the left and right sides in this example. The heater layer 109 is sandwiched between the upper insulating layer 110 and the lower insulating layer 111, and the buckling member 6 is formed.
06, it plays a role of electrical insulation and prevention of oxidation / deterioration and corrosion during heating. Silicon substrate 101
An oxide film 112 is provided on both surfaces of.
【0074】ヒータ層109へは配線層113により電
気信号が供給され加熱を行なう。座屈体606の固定部
107およびその周囲上には接着層114が設けられ、
オリフィス板115を接着している。オリフィス板11
5にはノズル116が設けられ、ここからインクが吐出
する。An electric signal is supplied to the heater layer 109 by the wiring layer 113 to heat the heater layer 109. An adhesive layer 114 is provided on the fixing portion 107 of the buckling body 606 and its periphery,
The orifice plate 115 is bonded. Orifice plate 11
5, a nozzle 116 is provided, from which ink is ejected.
【0075】図6(b)に示されるように、座屈体60
6はめっき層に設けた2本の間隙601,601により
分離され座屈するようになっている。中央部に一体でめ
っきにより形成された凹部619は中空のピストン60
3の内面となる。As shown in FIG. 6 (b), the buckling body 60
6 is buckled by being separated by two gaps 601 and 601 provided in the plating layer. The recess 619 integrally formed in the center by plating is a hollow piston 60.
It becomes the inner surface of 3.
【0076】次に、図6の素子の動作について説明す
る。この素子の動作時には、接着層114により囲まれ
た空間であるキャビティ117にはインク供給孔100
によりインクが供給され、キャビティ117、隙間10
8,105、インク供給孔102がすべてインクで充填
された状態にされる。Next, the operation of the device shown in FIG. 6 will be described. During operation of this element, the ink supply hole 100 is placed in the cavity 117, which is a space surrounded by the adhesive layer 114.
The ink is supplied by the cavity 117 and the gap 10
8, 105 and the ink supply hole 102 are all filled with ink.
【0077】そして、ヒータ層109にパルス状に電流
が図示されない外部電源より供給され加熱される。する
と、それに接している座屈体606も急速に加熱されて
熱膨張を生じる。ところが座屈体606の両端はそれぞ
れ固定部107により基板101に固定されているた
め、熱膨張は座屈体606内部に圧縮応力をもたらす。
この圧縮応力がある限界を越えると、座屈体606は急
激に変形を生じ(座屈し)、基板101の垂直方向に変
形する。すると、座屈体606と一体的に構成されてい
るピストン603も垂直方向に移動する。Then, a current is supplied to the heater layer 109 in a pulsed form from an external power source (not shown) to heat it. Then, the buckling member 606 that is in contact with it is also rapidly heated and causes thermal expansion. However, since both ends of the buckling body 606 are fixed to the substrate 101 by the fixing portions 107, thermal expansion causes a compressive stress inside the buckling body 606.
When the compressive stress exceeds a certain limit, the buckling body 606 is rapidly deformed (buckles) and is deformed in the vertical direction of the substrate 101. Then, the piston 603 integrally configured with the buckling body 606 also moves in the vertical direction.
【0078】この場合、座屈体606の中央部のピスト
ン603は、図7に示すように凹形状となっているた
め、曲げ剛性が高く変形を生じにくい。したがって、座
屈変形は座屈体606のピストン部以外の部分にのみ生
じる。また、座屈体606に生じる変形は、座屈体60
6のピストン部以外の中央部620を腹とした変形が生
じて座屈体606とピストン603との境界の端部62
1の変形が生じない懸念もあるが、本発明の構成では、
この変形のエネルギは座屈体606の固定部107を節
として端部621を腹とする変形のエネルギより大きい
ので、変形としては端部621を腹として所望の変形を
生じさせる。In this case, the piston 603 at the center of the buckling member 606 has a concave shape as shown in FIG. 7, and therefore has high bending rigidity and is unlikely to be deformed. Therefore, the buckling deformation occurs only in the portion of the buckling body 606 other than the piston portion. Further, the deformation caused in the buckling body 606 is caused by the buckling body 60.
6 is deformed with the central portion 620 other than the piston portion as an antinode, and the end portion 62 of the boundary between the buckling body 606 and the piston 603 is generated.
Although there is a concern that the deformation of No. 1 will not occur, in the configuration of the present invention,
Since the energy of this deformation is greater than the energy of deformation of the fixed portion 107 of the buckling body 606 as a node and the end portion 621 as an antinode, the desired deformation occurs with the end portion 621 as an antinode.
【0079】このように変形するとき、キャビティ11
7にはピストン603の移動によって、図1で斜線を設
けた部分に対応するだけの体積変化が生じる。この体積
変化はヒータ109の加熱を急速に行なうことにより、
座屈体606の変形を生じさせられるので、急速に生じ
させることができる。このためキャビティ117には圧
力増大が急速に生じ、これによりノズル116よりイン
クを吐出させることができる。When deformed in this way, the cavity 11
7, the movement of the piston 603 causes a volume change corresponding to the shaded portion in FIG. This volume change is caused by rapidly heating the heater 109,
Since the buckling body 606 can be deformed, it can be rapidly generated. Therefore, the pressure is rapidly increased in the cavity 117, and the ink can be ejected from the nozzle 116.
【0080】ヒータ層109への電流パルスが流れなく
なると、座屈体606は冷却され、元の状態に戻り変形
はなくなる。このとき吐出したインクに見合う量のイン
クがインク供給孔102から隙間105を通ってキャビ
ティ117内に供給されるので、再度電流パルスをヒー
タ層109に加えることによりインクの吐出を行なうこ
とが可能になる。このピストンの動作をさらに詳しく表
わしたものが図11(a),(b)であり、それぞれ座
屈体の変形前および変形後の状態を示す断面図である。
座屈体606が加熱により熱膨張し、同図(b)のよう
に座屈変形を生じる。この結果、ピストン603が基板
101に対して垂直方向に駆動される。When the current pulse to the heater layer 109 stops flowing, the buckling body 606 is cooled, returns to its original state, and is not deformed. At this time, an amount of ink corresponding to the ejected ink is supplied from the ink supply hole 102 through the gap 105 into the cavity 117, so that it is possible to eject the ink by applying a current pulse to the heater layer 109 again. Become. 11A and 11B show the operation of the piston in more detail, and are cross-sectional views showing states of the buckling body before and after deformation, respectively.
The buckling body 606 is thermally expanded by heating, and buckling deformation occurs as shown in FIG. As a result, the piston 603 is driven in the direction perpendicular to the substrate 101.
【0081】第3の実施例では、ピストン603が薄い
構造体の立体的な殻により構成されているので、殻の厚
さが薄いにもかかわらず剛性が高く強固な構造体を構成
できる。また殻構造により構成されているので、可動部
の重量が小さく高速で駆動することが可能となる。In the third embodiment, since the piston 603 is composed of a three-dimensional shell having a thin structure, it is possible to form a rigid structure having high rigidity despite the thin shell. Further, since it has a shell structure, the weight of the movable part is small and it is possible to drive at high speed.
【0082】ここでインクの吐出を効率的に行なうため
の、ピストンの寸法,隙間の大きさ等に関する配慮は第
1の実施例の場合と同様である。Here, consideration regarding the size of the piston, the size of the gap, and the like for efficiently ejecting the ink is the same as in the case of the first embodiment.
【0083】図8(a)〜(f)は第3の実施例の構造
を作成する各工程の略断面図である。図8(a)は図2
(a)と同様であるから説明を省略する。FIGS. 8A to 8F are schematic cross-sectional views of respective steps for forming the structure of the third embodiment. FIG. 8 (a) is shown in FIG.
Since it is similar to (a), the description is omitted.
【0084】図8(b)は図2(b)とほぼ同様である
が、この場合は凹部203−aにピストンを形成しな
い。FIG. 8B is almost the same as FIG. 2B, but in this case, no piston is formed in the recess 203-a.
【0085】次に図8(c)に示すように、下部絶縁層
111,ヒータ層109,上部絶縁層110を順次形成
する。各絶縁層の材料、ヒータ層の材料および形状、ヒ
ータ層を犠牲層の上に形成することによる利点等につい
ては図2(c)について説明したのと同様であるから省
略する。Next, as shown in FIG. 8C, a lower insulating layer 111, a heater layer 109, and an upper insulating layer 110 are sequentially formed. The material of each insulating layer, the material and shape of the heater layer, the advantages of forming the heater layer on the sacrificial layer, and the like are the same as those described with reference to FIG.
【0086】次に図8(d)に示すように凹部203−
aにピストン603、座屈体606および配線パターン
210をめっきにより形成する。これは、めっき前に全
体に下地の導電層(たとえばNi,Ta,Ag)を0.
01〜1μmの厚さで形成し、この上に、めっきの不要
な部分211にフォトレジストでパターンを形成し、め
っき後レジストを除去することによって行なうことがで
きる。この場合、凹部203−aの角部217によって
前記の導電層が断線しないよう、導電層の作成時に基板
101の回転や斜め方向からの成膜を行なうことが有効
である。また段差の被覆を良好にできるCVD等の成膜
方法を採用するのも特に有効である。Next, as shown in FIG. 8D, the concave portion 203-
The piston 603, the buckling member 606, and the wiring pattern 210 are formed on a by plating. This is because an underlying conductive layer (for example, Ni, Ta, Ag) is completely formed on the entire surface before plating.
It can be performed by forming a film having a thickness of 01 to 1 μm, forming a pattern of a photoresist on the portion 211 where plating is unnecessary, and removing the resist after plating. In this case, it is effective to rotate the substrate 101 or perform film formation from an oblique direction when forming the conductive layer so that the conductive layer is not broken by the corner portion 217 of the recess 203-a. Further, it is also particularly effective to adopt a film forming method such as CVD capable of excellently covering the step.
【0087】配線パターン210はヒータ層109に接
続するようなパターンに形成する。座屈体606を構成
する材料としてはNi,Cu,Co,P,Sあるいはそ
れらの合金を用いることができる。特にNi,Cu,C
oは熱膨張率もヤング率も比較的大きく、座屈体に蓄え
る歪みエネルギを大きくすることが可能で大きな吐出エ
ネルギを得られる。また、これらの合金を用いると座屈
体606の強度を向上させ、寿命を伸ばすとともにヤン
グ率を増大させて歪みエネルギを増やして吐出エネルギ
を増大させることは、図2(d)の説明において述べた
と同様である。The wiring pattern 210 is formed so as to be connected to the heater layer 109. As a material forming the buckling body 606, Ni, Cu, Co, P, S or an alloy thereof can be used. Especially Ni, Cu, C
o has a relatively large thermal expansion coefficient and Young's modulus, so that the strain energy stored in the buckling body can be increased and a large discharge energy can be obtained. In addition, when these alloys are used, the strength of the buckling member 606 is improved, the life is extended, the Young's modulus is increased, the strain energy is increased, and the ejection energy is increased, which is described in the description of FIG. 2D. Is the same as
【0088】本実施例の場合、座屈体606、ピストン
603および配線部のめっきを一度にほぼ同じ厚さで行
なう。このようにすると、一部に肉厚の部分を設ける必
要がなく全体を均等な厚さにできる。めっきを行なうと
きに、各部の膜厚が異なると、往々にして膜内部に内部
応力が発生し、膜の形成後に残留応力が生じたり、残留
応力により膜が剥離したりすることがある。均等にめっ
きが行なえれば、このような問題は解消され、内部応力
の発生を抑えることが可能で、作成後応力により変形し
たりすることが避けられ、精密な構造物を作成できる。In the case of this embodiment, the buckling body 606, the piston 603 and the wiring portion are plated at the same thickness at one time. By doing so, it is not necessary to provide a thick portion in a part, and the entire thickness can be made uniform. When plating, when the film thickness of each part is different, internal stress is often generated inside the film, and residual stress may occur after the film is formed, or the film may peel off due to the residual stress. If the plating is performed evenly, such a problem can be solved, the generation of internal stress can be suppressed, deformation due to stress after creation can be avoided, and a precise structure can be created.
【0089】次に図8(e)に示すように、前記の処理
を施した基板101全体をKOH溶液に浸して異方性エ
ッチングを行ない、残存部212を除く。このとき犠牲
層204にアルミニウムを用いていると、異方性エッチ
ングと同時にアルミニウムのエッチングも進行し、犠牲
層204の除去が同時に行なわれるのでプロセスの簡略
化が図れる。これは図2(e)について説明したのと同
様である。次に図8(f)に示すようにノズル115を
有するオリフィス板115を接着層114により接着す
る。接着層114としては紫外線硬化型接着剤、熱硬化
型接着剤を用いることができる。接着層114のパター
ンの平面図は図3に示すような形状にすることで、簡便
にキャビティの隔離が行なえるのは第1および第2の実
施例について説明したのと同様である。Next, as shown in FIG. 8 (e), the entire substrate 101 which has been subjected to the above-mentioned treatment is dipped in a KOH solution for anisotropic etching to remove the residual portion 212. At this time, if aluminum is used for the sacrificial layer 204, the etching of aluminum proceeds simultaneously with the anisotropic etching, and the sacrificial layer 204 is removed at the same time, so that the process can be simplified. This is similar to that described with reference to FIG. Next, as shown in FIG. 8F, the orifice plate 115 having the nozzle 115 is adhered by the adhesive layer 114. As the adhesive layer 114, an ultraviolet curable adhesive or a thermosetting adhesive can be used. As in the first and second embodiments, the cavity can be easily isolated by forming the plan view of the pattern of the adhesive layer 114 as shown in FIG.
【0090】[0090]
【発明の効果】簡単な構造のヘッドが実現できるのでコ
ストの低減が可能となる。また、集積化が容易な構造で
あるので、小型のヘッドが実現でき、また同時に高解像
度のヘッドが得られ高品質の印字が行なえる。インク供
給孔の隙間が狭いので吐出時にインクの逆流が防止で
き、効率の高いヘッドが実現できる。逆流の抵抗を高め
るのも容易であるから効率の向上が容易である。効率の
向上により消費電力の低減が図れる。ヒータ層を別に設
けると消費電流を低減でき、駆動電源の電流容量を小さ
くでき、駆動装置の小型軽量化が図れる。Since the head having a simple structure can be realized, the cost can be reduced. Moreover, since the structure is easily integrated, a small head can be realized, and at the same time, a high resolution head can be obtained and high quality printing can be performed. Since the gap between the ink supply holes is narrow, it is possible to prevent backflow of ink during ejection, and it is possible to realize a highly efficient head. Since it is easy to increase the resistance of the backflow, it is easy to improve the efficiency. Power consumption can be reduced by improving efficiency. If the heater layer is separately provided, the current consumption can be reduced, the current capacity of the drive power source can be reduced, and the drive device can be made compact and lightweight.
【0091】キャビティ形成を容易にできるので製造コ
ストが低減される。また、インクの隔離が完全に行なえ
るので効率の向上や、隣接するヘッドのクロストークが
防止できる。Since the cavity can be easily formed, the manufacturing cost is reduced. In addition, since ink can be completely isolated, it is possible to improve efficiency and prevent crosstalk between adjacent heads.
【0092】供給孔,隙間等の形成が正確に行なえるの
で、作成の精度が向上し、高集積度のヘッドが得られ、
解像度の高い小型のヘッドが得られる。また、作成時に
ばらつきの少ない歩留りの高いヘッドが得られる。結晶
面方位が(100)の基板を用いると特性変化の少ない
ヘッドが得られ、使用時に耐環境性の高いヘッドが得ら
れる。また、結晶面方位が(110)の基板を用いると
安価なヘッドが得られる。Since the supply holes, gaps, etc. can be formed accurately, the production accuracy is improved and a highly integrated head can be obtained.
A small head with high resolution can be obtained. In addition, a head with high yield and little variation can be obtained during production. When a substrate having a crystal plane orientation of (100) is used, a head with little change in characteristics can be obtained, and a head with high environmental resistance can be obtained during use. In addition, an inexpensive head can be obtained by using a substrate having a crystal plane orientation of (110).
【0093】ピストンを殻構造にすると、厚さを薄くし
てもピストンの剛性を高められる結果、駆動時に変形せ
ず効率の高いヘッドが得られる。また、剛性の高い薄い
軽量のピストンを作れるから、周波数応答の高いヘッド
が得られる。めっきの厚さを一様にでき残留応力を低減
できるので、精密な構造物の形成が可能で、集積度の高
いヘッドを歩留りよく作成できる。When the piston has a shell structure, the rigidity of the piston can be increased even if the thickness is reduced, and as a result, a highly efficient head can be obtained without being deformed during driving. Further, since a thin and lightweight piston having high rigidity can be manufactured, a head having a high frequency response can be obtained. Since the plating thickness can be made uniform and the residual stress can be reduced, a precise structure can be formed, and a highly integrated head can be manufactured with high yield.
【0094】各部の寸法および形状を正確に作成できる
ので、特性の揃ったヘッドを一度に形成することが可能
で、ヘッド作成コストの低減が図れる。また作成時のば
らつきを低減できるので、特性の向上や歩留りの向上が
図れる。さらに隙間の大きさを極めて小さく、しかも正
確に形成できるので逆流を防止する効果が大きく、効率
の向上が図れ、その結果小型で消費電力の小さなヘッド
が得られる。その作成を異方性エッチングを用いて一度
に行なうことができるので作成プロセスが簡便となりコ
スト低減の効果がある。Since the size and shape of each part can be accurately created, a head having uniform characteristics can be formed at one time, and the head manufacturing cost can be reduced. In addition, since variations at the time of production can be reduced, characteristics and yield can be improved. Furthermore, since the size of the gap is extremely small and can be accurately formed, the effect of preventing backflow is great, the efficiency is improved, and as a result, a compact head with low power consumption can be obtained. Since the fabrication can be performed all at once using anisotropic etching, the fabrication process is simplified and the cost can be reduced.
【0095】アルミニウムを犠牲層として用いると、微
細なパターン形成が容易なので、集積度が高く、解像度
の高い小型のヘッドが構成できる。薄い隙間を形成で
き、インク逆流を防止できるので、効率の高いヘッドを
構成でき、小型,低消費電力のヘッドが得られる。シリ
コン異方性エッチングと同時に犠牲層の除去が行なわれ
るのでプロセスの簡略化が図れる。When aluminum is used as the sacrificial layer, a fine pattern can be easily formed, so that a compact head having high integration and high resolution can be constructed. Since a thin gap can be formed and ink backflow can be prevented, a highly efficient head can be configured, and a compact and low power consumption head can be obtained. Since the sacrificial layer is removed simultaneously with the anisotropic silicon etching, the process can be simplified.
【0096】座屈体,ピストン等の形成にめっきを用い
ると、残留応力の小さな膜を容易に形成できる。したが
って微細で精密な構造体を形成でき、集積度が高く小型
のヘッドを形成できる。また、Ni,Co,Cu等の座
屈体の歪みエネルギの大きな材料を用いることができ、
吐出速度の大きいインクジェットヘッドが得られ、印字
品質の向上が図れる。また、めっきを用いると殻構造の
ピストンを容易に形成でき、周波数応答が高く軽量で剛
性の高いピストンが得られ、高速で印字品質の高いヘッ
ドが得られる。When plating is used to form the buckling body, the piston, etc., a film having a small residual stress can be easily formed. Therefore, a fine and precise structure can be formed, and a compact and highly integrated head can be formed. In addition, a material having a large buckling body strain energy such as Ni, Co, or Cu can be used,
An inkjet head with a high ejection speed can be obtained, and printing quality can be improved. Further, when plating is used, a shell structure piston can be easily formed, a lightweight and highly rigid piston having a high frequency response can be obtained, and a head having high printing quality at high speed can be obtained.
【図1】本発明の第1の実施例の略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a first embodiment of the present invention.
【図2】(a)〜(f)はそれぞれ第1の実施例の作成
の各工程の略断面図である。2 (a) to 2 (f) are schematic cross-sectional views of respective steps of manufacturing the first embodiment.
【図3】接着層およびその周辺の平面図である。FIG. 3 is a plan view of an adhesive layer and its periphery.
【図4】本発明の第2の実施例の略断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view of a second embodiment of the present invention.
【図5】(a)〜(f)はそれぞれ第2の実施例の作成
の各工程の略断面図である。5 (a) to 5 (f) are schematic cross-sectional views of respective steps of manufacturing the second embodiment.
【図6】(a)および(b)はそれぞれ本発明の第3の
実施例の断面図および接着層およびその周辺の平面図で
ある。6A and 6B are a cross-sectional view of a third embodiment of the present invention and a plan view of an adhesive layer and its periphery, respectively.
【図7】第3の実施例の座屈体およびピストンの断面斜
視図である。FIG. 7 is a sectional perspective view of a buckling body and a piston according to a third embodiment.
【図8】(a)〜(f)はそれぞれ第3の実施例の作成
の各工程の略断面図である。8A to 8F are schematic cross-sectional views of respective steps of manufacturing the third embodiment.
【図9】(a)および(b)はそれぞれ第1の実施例に
おける座屈体の変形前および変形後の説明図である。9A and 9B are explanatory views before and after deformation of the buckling body in the first embodiment, respectively.
【図10】(a)および(b)はそれぞれ第2の実施例
の座屈体の変形前および変形後の説明図である。10 (a) and 10 (b) are explanatory views of a buckling body of the second embodiment before and after deformation, respectively.
【図11】(a)および(b)はそれぞれ第2の実施例
の座屈体の変形前および変形後の説明図である。11 (a) and 11 (b) are explanatory views of the buckling body of the second embodiment before and after deformation, respectively.
【図12】(a)および(b)はそれぞれ座屈体の変形
前と変形によるインクの吐出の説明図である。12A and 12B are explanatory diagrams of ink ejection before and after deformation of the buckling body, respectively.
【図13】(a)および(b)はそれぞれ従来の一例の
圧電素子の変形前および変形後の断面図である。13A and 13B are cross-sectional views of a conventional piezoelectric element before and after deformation, respectively.
【図14】従来の他の一例の分解斜視図である。FIG. 14 is an exploded perspective view of another conventional example.
101 基板 102 インク供給孔 103 ピストン 104 壁面 105 隙間 106 座屈体 107 固定部 108 隙間 109 ヒータ層 110 上部絶縁層 111 下部絶縁層 112 酸化膜 113 配線層 114 接着層 115 オリフィス板 116 ノズル 117 キャビティ 101 Substrate 102 Ink Supply Hole 103 Piston 104 Wall Surface 105 Gap 106 Buckling Member 107 Fixing Part 108 Gap 109 Heater Layer 110 Upper Insulating Layer 111 Lower Insulating Layer 112 Oxide Film 113 Wiring Layer 114 Adhesive Layer 115 Orifice Plate 116 Nozzle 117 Cavity
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 頼成 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 阿部 新吾 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 太田 賢司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yorisei Ishii 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Within Sharp Corporation (72) Inventor Shingo Abe 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Incorporated (72) Inventor Kenji Ota 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture
Claims (8)
れた加熱により座屈変形を生じる座屈体と、 座屈体を加熱する手段と、 インク供給孔の壁面に沿って往復運動をするように座屈
体の一方の面にこれと一体に構成されたピストン部と、 座屈体の他方の面に接着層を介して取付けられたノズル
を有するオリフィス板と、 オリフィス板と接着層と座屈体とにより囲まれるキャビ
ティとを有し、 座屈体の座屈変形によるピストンの運動による加圧によ
りノズルよりインクを吐出させることを特徴とするイン
クジェットヘッド。1. A substrate having an ink supply hole, a buckling member that is subjected to buckling deformation by heating and has both ends fixed to one surface of the substrate across the ink supply hole, and means for heating the buckling member. , A piston part integrally formed with one surface of the buckling body so as to reciprocate along the wall surface of the ink supply hole, and attached to the other surface of the buckling body via an adhesive layer It has an orifice plate having a nozzle, a cavity surrounded by the orifice plate, an adhesive layer and a buckling body, and ejects ink from the nozzle by pressurizing the piston by the buckling deformation of the buckling body. And inkjet head.
面との高さは全面にわたり実質的に等しいことを特徴と
する請求項1記載のインクジェットヘッド。2. The ink jet head according to claim 1, wherein the heights of the material forming the buckling member and the adhesive surface of the adhesive layer are substantially equal over the entire surface.
ンク供給孔壁面が(111)面により構成されているこ
とを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。3. The ink jet head according to claim 1, wherein the material of the substrate is single crystal silicon, and the wall surface of the ink supply hole is composed of the (111) plane.
り構成されていることを特徴とする請求項1記載のイン
クジェットヘッド。4. The ink jet head according to claim 1, wherein the piston portion is integrally formed with the buckling body by a shell structure.
成する工程と、 前記凹部の内部および基板上面に形成する座屈体下部
に、犠牲層を形成する工程と、 基板上面に座屈体、前記の凹部内部にピストン部を形成
する工程と、 その後にインク供給孔の形成および犠牲層の除去を行な
う工程とを含むインクジェットヘッドの製造方法。5. A step of forming a concave portion corresponding to an ink supply hole in a substrate, a step of forming a sacrificial layer inside the concave portion and a buckling body lower portion formed on the upper surface of the substrate, and a buckling body on the upper surface of the substrate. A method for manufacturing an inkjet head, comprising: a step of forming a piston portion inside the concave portion; and a step of forming an ink supply hole and removing a sacrificial layer thereafter.
をシリコン異方性エッチングにより行なうことを特徴と
する請求項5記載のインクジェットヘッドの製造方法。6. The method for manufacturing an ink jet head according to claim 5, wherein a silicon single crystal is used for the substrate, and the recesses are formed by silicon anisotropic etching.
ウム薄膜によって形成することを特徴とする請求項5記
載のインクジェットヘッドの製造方法。7. The method for manufacturing an inkjet head according to claim 5, wherein the sacrificial layer formed below the buckling body is formed of an aluminum thin film.
り形成することを特徴とする請求項5記載のインクジェ
ットヘッドの製造方法。8. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 5, wherein the piston portion and the buckling member are simultaneously formed by plating.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15726194A JPH0820108A (en) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | Inkjet head and manufacturing method thereof |
| DE1995116997 DE19516997C2 (en) | 1994-05-10 | 1995-05-09 | Ink jet head and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15726194A JPH0820108A (en) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | Inkjet head and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0820108A true JPH0820108A (en) | 1996-01-23 |
Family
ID=15645790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15726194A Withdrawn JPH0820108A (en) | 1994-05-10 | 1994-07-08 | Inkjet head and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820108A (en) |
-
1994
- 1994-07-08 JP JP15726194A patent/JPH0820108A/en not_active Withdrawn
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