JPH0976505A - Inkjet head, method of manufacturing the same, and inkjet recording apparatus - Google Patents

Inkjet head, method of manufacturing the same, and inkjet recording apparatus

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JPH0976505A
JPH0976505A JP23541395A JP23541395A JPH0976505A JP H0976505 A JPH0976505 A JP H0976505A JP 23541395 A JP23541395 A JP 23541395A JP 23541395 A JP23541395 A JP 23541395A JP H0976505 A JPH0976505 A JP H0976505A
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head
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electrode
head substrate
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正幸 中本
Shuzo Hirahara
修三 平原
Kazushi Nagato
一志 永戸
Teruo Murakami
照夫 村上
Hideyuki Nakao
英之 中尾
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ヘッドの損傷を防止すると共に、均一性が良好
でばらつきが少なく同一形状の電極を多数設けることが
可能であって、隣接電極間の電界の相互干渉がなく、ヘ
ッド先端に安定なインク層を形成して高品質の記録を可
能としたインクジェット記録装置を提供する。 【解決手段】溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤
成分を凝集させて記録媒体上に飛翔させることにより記
録を行うインクジェット記録装置において、記録媒体1
15に対向するヘッド基板101上に、その壁面に底部
から先端部に向かって形成されたインク案内溝103を
有する凸状電極102を形成し、ヘッド基板101にイ
ンク107を供給すると共に、凸状電極102に信号電
圧を印加することにより、インク中の色剤成分をインク
案内溝103に沿って凸状電極102の先端部に向けて
搬送し先端部から記録媒体115に向けて飛翔させる。
(57) Abstract: It is possible to prevent damage to a head and to provide a large number of electrodes of the same shape with good uniformity and little variation, and there is no mutual interference of electric fields between adjacent electrodes. (EN) Provided is an inkjet recording device capable of high-quality recording by forming a stable ink layer on the tip of a head. SOLUTION: In an inkjet recording apparatus for recording by aggregating a colorant component in an ink in which a colorant is dispersed in a solvent and flying it onto a recording medium, a recording medium 1
A convex electrode 102 having an ink guide groove 103 formed from the bottom portion to the tip portion is formed on the wall surface of the head substrate 101 facing the head substrate 101, and the ink 107 is supplied to the head substrate 101 while the convex electrode is formed. By applying a signal voltage to the electrode 102, the colorant component in the ink is conveyed toward the tip of the convex electrode 102 along the ink guide groove 103 and is made to fly from the tip to the recording medium 115.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、溶剤中に色剤を分
散させたインク中の色剤成分を凝集させ、記録媒体上に
飛翔させて記録を行うためのインクジェットヘッドとそ
の製造方法およびインクジェット記録装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet head for producing a recording by aggregating a colorant component in an ink having a colorant dispersed in a solvent and flying it on a recording medium, a method for producing the same, and an inkjet. Recording device

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、コンピュータ技術の発達、情報化
社会の進展とともに、情報出力機器の一つとして、主に
液体のインクを小滴、液柱、または霧状にして空気中を
飛翔させ、記録紙等の記録媒体に文字、グラフ、画像な
どを記録するインクジェットプリンタの開発が盛んに行
われている。インクジェットプリンタの特徴としては、
インクを飛翔させて記録するので基本的に非接触・ノン
インパクト記録であって騒音が少なく、またインクを用
いる直接記録であるため、電子写真プリンタのように現
像、定着などの複雑な処理をせず、普通紙への記録が可
能であり、さらにカラーインクのインク滴の重ね合せが
可能であることから比較的容易に高品質のカラー記録が
できる等が挙げられる。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of computer technology and the progress of information-oriented society, as one of the information output devices, liquid ink is mainly made into droplets, liquid columns, or mist to fly in the air. 2. Description of the Related Art Inkjet printers for recording characters, graphs, images, etc. on recording media such as recording paper have been actively developed. Inkjet printer features include:
Since ink is ejected for recording, it is basically non-contact and non-impact recording with less noise, and since it is direct recording using ink, it does not require complicated processing such as development and fixing like an electrophotographic printer. However, it is possible to record on plain paper, and since ink drops of color inks can be superposed, it is possible to relatively easily perform high-quality color recording.

【0003】インクジェットプリンタの方式としては様
々な方式があるが、発熱抵抗素子により瞬間的に気泡を
発生させ、この気泡の圧力でインクを飛ばすバブルジェ
ット方式(原 利民他、画像電子学会誌、vol.11,2(19
82))や、圧電素子または電歪素子を用いて電気信号を機
械振動に変換して圧力パルスを発生させ、この圧力パル
スでインクを飛ばす方式(E.Stemme et.al.,IEEE Tran
s.ED20-1,p14(1973))などが代表的なものである。
There are various methods of ink jet printers, but a bubble jet method in which air bubbles are instantaneously generated by a heat generating resistance element and ink is ejected by the pressure of the air bubbles (Harimin et al., The Institute of Image Electronics Engineers of Japan, vol.11, 2 (19
82)) or a method in which an electric signal is converted into mechanical vibration using a piezoelectric element or an electrostrictive element to generate a pressure pulse, and ink is ejected by this pressure pulse (E.Stemme et.al., IEEE Tran.
s.ED20-1, p14 (1973)) is a typical example.

【0004】これらのインクジェットプリンタでは、何
れもインクノズルを用いているが、解像度を高めるため
にノズル数を多数にするなどによりインクノズルの大き
さが小さくなると、溶媒の蒸発などによりインクノズル
の目詰まりが発生しやすくなり、信頼性低下の大きな原
因となる。例えば、バブルジェット方式では瞬間的に発
生する高温度の蒸気による気泡を圧力源として用いてい
るが、ノズルとインクとの高温による熱的あるいは化学
的な反応などによる固形物のノズル壁への付着が問題に
なる。また、圧電素子や電歪素子を用いる方式では、イ
ンク経路などの複雑な機構により目詰まりが発生し易く
なる。
In each of these ink jet printers, ink nozzles are used. However, when the size of the ink nozzles is reduced by increasing the number of nozzles in order to increase the resolution, the ink nozzles will be liable to evaporate due to solvent evaporation. Clogging is likely to occur, which is a major cause of deterioration in reliability. For example, in the bubble jet method, bubbles generated by high-temperature vapor that is generated momentarily are used as a pressure source. However, solid matter may adhere to the nozzle wall due to thermal or chemical reaction due to high temperature between the nozzle and ink. Is a problem. Further, in the method using a piezoelectric element or an electrostrictive element, clogging easily occurs due to a complicated mechanism such as an ink path.

【0005】近年、さらに高解像度のプリンタのニーズ
が高まっているが、従来のバブルジェット方式では直径
20μm以下の粒径のインク滴を形成し難く、記録媒体
上では直径50μm程度の最小ドット径しか得られない
という欠点があった。
In recent years, there is an increasing need for printers with higher resolution, but it is difficult to form ink droplets having a diameter of 20 μm or less by the conventional bubble jet method, and only a minimum dot diameter of about 50 μm on the recording medium is possible. There was a drawback that it could not be obtained.

【0006】これらの問題を解決する方式として、図5
に示すような薄膜状の電極と記録紙背面にある対向電極
間に高電圧を印加し、静電引力により細いスリットから
インク柱(滴)を引き出す方式や、図6に示すように帯
電した色材成分を含むインクを用いて色材の濃度を高め
て飛翔させる方式(WO93/11866:PCT/AU92/00665)など
がある。前者はドット毎のノズルを必要としないスリッ
ト状ノズルのため、後者はノズルレス方式のため目詰ま
りの問題を低減することができると共に、微小粒径のイ
ンク滴を安定に生成して飛翔させることが可能なため、
高解像度化が可能になる。
As a method for solving these problems, FIG.
A high voltage is applied between the thin film electrode and the counter electrode on the back surface of the recording paper as shown in Fig. 6, and the ink column (droplet) is drawn out from the thin slit by electrostatic attraction, or the charged color as shown in Fig. 6. There is a method (WO93 / 11866: PCT / AU92 / 00665) in which the density of a color material is increased and the ink is ejected using an ink containing a material component. The former is a slit-shaped nozzle that does not require a nozzle for each dot, and the latter is a nozzleless system, which can reduce the problem of clogging, and can stably generate and fly ink droplets with a minute particle size. Because it is possible
Higher resolution is possible.

【0007】しかし、これらの静電方式のインクジェッ
トプリンタのヘッドは、図5および図6に示すようにヘ
ッド基板41,51の端面に電極アレイ42,52の先
端が突出するか、あるいはほぼ接して設けられているた
め、プリンタアッセンブリにおいて電極アレイに記録紙
などが接触して破損し易いという欠点があった。またヘ
ッド製造方法の観点からは、半導体作製プロセスで見ら
れるような高精度の作製技術、例えばステッパ露光技術
などを用いることができないため、加工精度、均一性お
よび歩留まりなどに問題があった。特に、ヘッドの先端
曲率半径を適度に小さく、均一に作製することができな
いため、ヘッド先端に高電圧を印加する必要があり、低
電圧駆動化の妨げになると同時に、形状不均一性にも起
因する異常放電の問題を抱えていた。
However, in the heads of these electrostatic ink jet printers, as shown in FIGS. 5 and 6, the tips of the electrode arrays 42 and 52 are projected or almost contacted with the end surfaces of the head substrates 41 and 51. Since it is provided, there is a drawback that recording paper or the like is easily damaged by contact with the electrode array in the printer assembly. Further, from the viewpoint of the head manufacturing method, there is a problem in processing accuracy, uniformity, and yield because it is not possible to use high-precision manufacturing technology such as that found in semiconductor manufacturing processes, such as stepper exposure technology. In particular, since the radius of curvature of the tip of the head is appropriately small and cannot be manufactured uniformly, it is necessary to apply a high voltage to the tip of the head, which hinders low voltage driving, and also causes non-uniformity in shape. I had a problem of abnormal discharge.

【0008】さらに、インクがヘッド先端で濃縮し凝集
して飛翔するためには、ヘッド先端にインク層が毛管現
象などにより安定して形成していることが必要である
が、上述したヘッド基板端面に形成したヘッドの先端で
は、重力の影響がヘッド先端で等価でないなどの理由で
インク層を安定して形成することが困難であった。
Further, in order for the ink to be concentrated and aggregated at the tip of the head to fly, it is necessary that the ink layer is stably formed at the tip of the head due to capillarity or the like. It was difficult to stably form the ink layer at the tip of the head formed in step 1 because the effect of gravity was not equivalent at the tip of the head.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の静電力で液状インクの中の色材成分を飛翔させるイン
クジェットプリンタヘッドは、ヘッド基板の端面に電極
アレイが位置しているため、プリンタアッセンブリにお
いて電極アレイに記録紙などが接触して破損し易く、ま
たヘッド製造上、半導体作製プロセスで見られるような
高精度の作製技術を用いることができないため、加工精
度、均一性および歩留まりなどに問題があった。特に、
ヘッドの先端曲率半径を適度に小さく、均一に作製する
ことができないため、ヘッド先端に高電圧を印加する必
要があり、低電圧駆動化の妨げになると同時に、形状不
均一性にも起因する異常放電の問題があり、さらにイン
クがヘッド先端で濃縮し凝集して飛翔するためには、ヘ
ッド先端にインク層が毛管現象などにより安定して形成
していることが必要であるが、ヘッド基板端面に形成す
ると、重力の影響がヘッド先端で等価でないなどの理由
でインク層を安定して形成することが困難であるという
問題があった。
As described above, in the conventional ink jet printer head for ejecting the color material component in the liquid ink by the electrostatic force, the electrode array is located on the end face of the head substrate. In the assembly, recording paper etc. is likely to be damaged by contact with the electrode array in the assembly, and it is not possible to use high-precision manufacturing technology found in the semiconductor manufacturing process in head manufacturing, so processing accuracy, uniformity and yield are improved. There was a problem. Especially,
Since the radius of curvature of the tip of the head is reasonably small and it is not possible to make it uniform, it is necessary to apply a high voltage to the head tip, which hinders low-voltage drive, and at the same time causes abnormalities due to shape non-uniformity. There is a problem of discharge, and further, in order for ink to concentrate and coagulate at the tip of the head to fly, it is necessary that the ink layer is stably formed at the tip of the head due to capillarity, etc. However, there is a problem that it is difficult to stably form the ink layer because the influence of gravity is not equivalent at the head tip.

【0010】本発明は上記の問題点を解消すべくなされ
たもので、静電力を用いてインク中の色剤成分を凝集さ
せ記録媒体に飛翔させてインクジェット記録を行う際に
ヘッドの損傷を防止すると共に、均一性が良好でばらつ
きが少なく同一形状のヘッドを多数設けることが可能で
あり、またヘッド先端に安定なインク層を形成して高品
質の記録を可能とし、しかも高集積化が容易で、且つ生
産性に富んだインクジェットヘッドとその製造方法およ
び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 has been made to solve the above-mentioned problems, and prevents damage to the head when ink-jet recording is performed by aggregating the colorant components in the ink by electrostatic force and causing the components to fly to the recording medium. In addition, it is possible to provide a large number of heads of the same shape with good uniformity and little variation, and a stable ink layer is formed at the head tip to enable high-quality recording, and high integration is easy. It is an object of the present invention to provide an inkjet head, a method of manufacturing the inkjet head, and an inkjet recording apparatus that have high productivity.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェットヘッドは、溶媒中に色
剤を分散させたインク中の色剤成分を凝集させて記録媒
体上に飛翔させることにより記録を行うインクジェット
記録装置に用いられるインクジェットヘッドであって、
記録媒体に対向して設けられるヘッド基板と、このヘッ
ド基板上に設けられ、その壁面に底部から先端部に向か
って形成された溝を有する凸状電極と、ヘッド基板上の
少なくとも凸状電極の付近に前記インクを供給するイン
ク供給手段とを有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the ink jet head according to the present invention causes the colorant component in the ink in which the colorant is dispersed in the solvent to aggregate and fly onto the recording medium. An inkjet head used in an inkjet recording apparatus for recording by:
A head substrate provided to face the recording medium, a convex electrode provided on the head substrate and having a groove formed in the wall surface from the bottom to the tip, and at least the convex electrode on the head substrate. Ink supply means for supplying the ink is provided in the vicinity.

【0012】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、第1の基板の第1主面上に凹部を設ける工程
と、この凹部を含む前記第1主面上にエッチング停止層
を形成する工程と、この凹部内のエッチング停止層上に
凹部の深さ方向に沿って少なくとも一つの筋状の凸部を
形成する工程と、エッチング停止層の凹部内を埋めるよ
うにエッチング停止層上に電極層を形成する工程と、こ
の電極層上に第2の基板を設ける工程と、第1の基板を
除去する工程と、エッチング停止層および凸部を除去し
て電極層を露出させることにより凸部に対応した溝を有
する凸状電極を形成する工程とを含むことを特徴とす
る。
The method of manufacturing an ink jet head according to the present invention comprises the steps of forming a recess on the first main surface of the first substrate, and forming an etching stopper layer on the first main surface including the recess. , A step of forming at least one streak-shaped convex portion along the depth direction of the concave portion on the etching stopper layer in the concave portion, and forming an electrode layer on the etching stopper layer so as to fill the concave portion of the etching stopper layer. The step of forming, the step of providing the second substrate on this electrode layer, the step of removing the first substrate, and the step of removing the etching stop layer and the convex portion to expose the electrode layer to deal with the convex portion And a step of forming a convex electrode having a groove.

【0013】本発明に係るインクジェット記録装置は、
溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤成分を凝集さ
せて記録媒体上に飛翔させることにより記録を行うイン
クジェット記録装置であって、記録媒体に対向して設け
られるヘッド基板上に、その壁面に底部から先端部に向
かって形成された溝を有する凸状電極を形成し、ヘッド
基板上の少なくとも凸状電極の付近にインクを供給し
て、該インク中の少なくとも色剤成分を少なくとも溝に
沿って先端部に向けて搬送することにより該先端部から
記録媒体に向けて飛翔させることを特徴とする。
[0013] The ink jet recording apparatus according to the present invention comprises:
An ink jet recording apparatus for recording by aggregating a colorant component in an ink in which a colorant is dispersed in a solvent and flying it onto a recording medium, wherein a head substrate provided facing the recording medium, A convex electrode having a groove formed from the bottom to the tip is formed on the wall surface, ink is supplied to at least the vicinity of the convex electrode on the head substrate, and at least the coloring agent component in the ink is at least It is characterized in that the recording medium is transported along the groove toward the leading end so as to fly toward the recording medium from the leading end.

【0014】より具体的には、本発明に係るインクジェ
ット記録装置は、記録媒体に対向して設けられるヘッド
基板と、このヘッド基板上に設けられ、その壁面に底部
から先端部に向かって形成された溝を有する凸状電極
と、ヘッド基板上の少なくとも凸状電極の付近にインク
を供給するインク供給手段と、このインク供給手段によ
りヘッド基板上に供給されるインク中の少なくとも色剤
成分を凸状電極の先端部から記録媒体に向けて飛翔させ
るための画像信号に応じた電圧を凸状電極に印加する電
圧印加手段とを有することを特徴とする。
More specifically, the ink jet recording apparatus according to the present invention is provided with a head substrate which faces the recording medium, and a head substrate which is provided on the head substrate and is formed on the wall surface from the bottom to the tip. A convex electrode having a groove, an ink supply means for supplying ink to at least the vicinity of the convex electrode on the head substrate, and at least a coloring agent component in the ink supplied on the head substrate by the ink supply means. Voltage applying means for applying to the convex electrode a voltage according to an image signal to fly from the tip of the electrode to the recording medium.

【0015】さらに具体的には、本発明に係るインクジ
ェット記録装置は所定極性に帯電した色剤を分散させた
インク中の色剤成分を凝集させて記録媒体上に飛翔させ
ることにより記録を行うインクジェット記録装置であっ
て、記録媒体に対向して設けられるヘッド基板と、この
ヘッド基板上に設けられ、その壁面に底部から先端部に
向かって形成された溝を有する凸状電極と、ヘッド基板
上の少なくとも凸状電極の付近にインクを供給するイン
ク供給手段と、このインク供給手段によりヘッド基板上
に供給されるインク中の少なくとも色剤成分を凸状電極
の先端部から記録媒体に向けて飛翔させるための色剤の
帯電極性と同一極性の画像信号に応じた電圧を前記凸状
電極に印加する電圧印加手段とを有することを特徴とす
る。
More specifically, the ink jet recording apparatus according to the present invention performs ink jet recording by aggregating the colorant components in the ink in which the colorant charged to a predetermined polarity is dispersed and flying on the recording medium. In a recording device, a head substrate provided to face a recording medium, a convex electrode provided on the head substrate and having a groove formed in a wall surface thereof from a bottom portion to a tip portion, and a head substrate Of the ink, the ink supplying means supplying ink to at least the vicinity of the convex electrode, and at least the colorant component in the ink supplied onto the head substrate by the ink supplying means flies from the tip of the convex electrode toward the recording medium. A voltage applying unit that applies a voltage corresponding to an image signal having the same polarity as the charging polarity of the coloring material to the convex electrode.

【0016】本発明において、凸状電極の形状として
は、四角錐や円錐、紡錘型などの他、四角錐の先端を切
り取ったメキシカンピラミッドなど、毛管現象や凸状電
極への電圧印加によって凸状電極の先端がインクで安定
して濡れた状態となり、かつインクの凝集および飛翔の
ための電界が十分に印加できる形状であればよく、必ず
しも先端が先鋭である必要はない。また、この凸状電極
に形成される溝の断面形状は、半球形状、台形状および
V形状など、インクが毛管現象により凸状電極の先端に
十分供給される形状であれば種々選択することができ
る。また、この溝の幅は平均して0.1μm以上である
ことが好ましい。
In the present invention, the shape of the convex electrode may be, for example, a quadrangular pyramid, a cone, or a spindle shape, or a Mexican pyramid in which the tip of the quadrangular pyramid is cut off. It is not necessary that the tip of the electrode is sharp, as long as the tip of the electrode is stably wet with the ink and the electric field for the aggregation and flight of the ink can be sufficiently applied. Further, the cross-sectional shape of the groove formed in the convex electrode can be variously selected, such as a hemispherical shape, a trapezoidal shape, and a V shape, as long as the ink is sufficiently supplied to the tip of the convex electrode due to the capillary phenomenon. it can. The width of the groove is preferably 0.1 μm or more on average.

【0017】一方、筋状の凸部を構成する層はレジス
ト、ガラスまたはヘッド導電材料と選択エッチング可能
な金属等が好適である。さらに、エッチング停止層とし
ては例えば第1の基板にシリコン単結晶基板を用いた場
合、その凹部内を含む表面を熱酸化で形成してもよく、
あるいは他の方法により形成してもよい。特に、熱酸化
法を用いた場合は、一般的な半導体製造工程等とのプロ
セス整合性や工程の簡易化を図ることもできるので好ま
しい。
On the other hand, the layer forming the stripe-shaped convex portion is preferably made of resist, glass, or a head conductive material and a metal capable of being selectively etched. Further, as the etching stop layer, for example, when a silicon single crystal substrate is used as the first substrate, the surface including the inside of the recess may be formed by thermal oxidation,
Alternatively, it may be formed by another method. In particular, the use of the thermal oxidation method is preferable because the process consistency with a general semiconductor manufacturing process and the like and the simplification of the process can be achieved.

【0018】このように本発明においては、ヘッド基板
上に壁面に底部から先端部に向かって形成された溝を有
する凸状電極を形成してインクジェットヘッドを構成
し、ヘッド基板上の少なくとも凸状電極の付近に溶媒中
に色剤を分散させたインクを供給して、インク中の少な
くとも色剤成分をヘッド基板上、つまり基板の主面から
記録媒体に向けて飛翔させることで記録を行うため、ヘ
ッド基板端面に形成されたヘッドを持つ従来のインクジ
ェットヘッドのようなヘッドアッセンブリにおけるヘッ
ド先端の損傷が防止される。
As described above, in the present invention, the ink jet head is constructed by forming the convex electrode having the groove formed from the bottom portion to the tip portion on the wall surface on the head substrate, and at least the convex electrode on the head substrate is formed. To perform recording by supplying ink in which a colorant is dispersed in a solvent near the electrode and causing at least the colorant component in the ink to fly over the head substrate, that is, from the main surface of the substrate toward the recording medium. Damage to the head tip of a head assembly such as a conventional inkjet head having a head formed on the end surface of the head substrate is prevented.

【0019】また、ヘッド基板の表面にヘッド先端であ
る凸状電極が設けられているため、ヘッド基板の端面に
ヘッド先端を設ける従来の技術では用いることができな
かった高精度の半導体加工プロセスを利用した製造方法
により、均一性が良好でばらつきが少なく、同一形状の
凸状電極を多数形成したラインヘッドなどのマルチヘッ
ドの実現が容易となる。特に、本発明によるインクジェ
ットヘッドの製造方法によると、ヘッド先端曲率半径を
適度に小さく、均一に作製できるため、ヘッド先端に高
電圧を印加する必要がなく、低電圧駆動化が可能となる
と同時に、形状不均一性に起因する異常放電を防止する
ことが可能となる。
Further, since the convex electrode, which is the head tip, is provided on the surface of the head substrate, a highly accurate semiconductor processing process which cannot be used in the conventional technique of providing the head tip on the end surface of the head substrate is performed. The manufacturing method used facilitates realization of a multi-head such as a line head in which a large number of convex electrodes having the same shape are formed with good uniformity and little variation. In particular, according to the method of manufacturing an inkjet head of the present invention, since the radius of curvature of the head tip can be made appropriately small and uniform, it is not necessary to apply a high voltage to the head tip, and at the same time low voltage driving is possible, It is possible to prevent abnormal discharge due to non-uniform shape.

【0020】また、インク中の色剤成分が凝集して飛翔
するためには、ヘッド先端にインク層が毛管現象などに
より安定して形成していることが必要であり、また色剤
成分が凝集して飛翔するためには、ヘッド先端にインク
層が毛管現象などにより安定して形成されることが必要
であるが、本発明ではヘッド先端である凸状電極の壁面
に底部から先端部に向かって溝が形成されていることに
より、この先端に十分に到達するインク層を安定して形
成することが可能となり、高性能・高分解能のインクジ
ェット記録装置を実現することができる。
In order for the colorant components in the ink to aggregate and fly, it is necessary that the ink layer is stably formed at the tip of the head due to capillarity, and the colorant components aggregate. In order to fly, the ink layer needs to be stably formed at the tip of the head due to capillarity or the like, but in the present invention, the wall surface of the convex electrode, which is the tip of the head, extends from the bottom to the tip. Since the groove is formed in this way, it is possible to stably form an ink layer that reaches this tip sufficiently, and it is possible to realize an ink jet recording apparatus with high performance and high resolution.

【0021】さらに、本発明によるインクジェットヘッ
ドの製造方法においては、フォトリソグラフィ、異方性
エッチングなどを用いて形成した凹部および凹部内面の
正確な形状に沿って形成されたエッチング停止層および
筋状の凸部を原型として用いて、これに電極層を充填す
ることによりヘッドが作成されるので、凹部形状の溝を
含めて凸状電極の形状を高精度に均一に、かつ微細に形
成することができる。また、エッチング停止層を熱酸化
法で形成した絶縁層とすれば、第1の凹部内に形成され
た熱酸化絶縁層の第1の凹部内への成長作用により、第
1の凹部先端が鋭くなるため、ヘッド先端部を先鋭に、
しかも均一な形状にすることができる。このようにして
作製されるインクジェットヘッドによると、インク射出
性能、信頼性が大幅に向上する。
Further, in the method of manufacturing an ink jet head according to the present invention, the etching stopper layer and the streak-shaped layer formed along the accurate shape of the recess and the inner surface of the recess formed by photolithography, anisotropic etching or the like. Since the head is formed by using the convex portion as a prototype and filling the electrode layer with the convex portion, it is possible to form the convex electrode shape including the concave groove with high accuracy and in a fine pattern. it can. If the etching stop layer is an insulating layer formed by a thermal oxidation method, the tip of the first concave portion is sharpened due to the growth action of the thermal oxide insulating layer formed in the first concave portion into the first concave portion. Therefore, sharpen the tip of the head,
Moreover, a uniform shape can be obtained. According to the inkjet head manufactured in this manner, ink ejection performance and reliability are significantly improved.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係
るインクジェット記録装置の概略構成図である。同図に
おいて、ヘッド基板101は例えばガラス基板などの絶
縁性の基板であり、このヘッド基板101上に凸状電極
102とその引き出し電極104が形成されている。こ
こで、凸状電極102には壁面に底部から先端部に向け
て形成されたインク案内溝103が設けられている。な
お、引き出し電極103の凸状電極102に接続された
側と反対側の端部は外部に露出している。また、ヘッド
基板101の上方には、凸状電極102に対応する位置
にインク滴吐出口105を有する上部カバー106が配
置されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an inkjet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, a head substrate 101 is an insulating substrate such as a glass substrate, and a convex electrode 102 and its extraction electrode 104 are formed on the head substrate 101. Here, the convex electrode 102 is provided with an ink guide groove 103 formed on the wall surface from the bottom to the tip. The end of the lead electrode 103 opposite to the side connected to the convex electrode 102 is exposed to the outside. An upper cover 106 having an ink droplet ejection port 105 at a position corresponding to the convex electrode 102 is arranged above the head substrate 101.

【0023】図2は、ラインヘッドなどのマルチヘッド
を構成した場合の図1の一部を拡大して示す図であり、
ヘッド基板101上に主走査方向Xに沿って複数の凸状
電極102が設けられている。また、同図にも示される
ように本実施形態では凸状電極102の形状はピラミッ
ド状であり、その先端は尖鋭となっている。そして、凸
状電極102のピラミッドの各壁面にインク案内溝10
3が形成されている。また、この例ではインク案内溝1
03は底部から先端部に近付くにつれて幅狭の形状とな
っている。
FIG. 2 is an enlarged view showing a part of FIG. 1 in the case where a multi-head such as a line head is constructed.
A plurality of convex electrodes 102 are provided on the head substrate 101 along the main scanning direction X. Further, as shown in the figure, in this embodiment, the shape of the convex electrode 102 is a pyramid shape, and the tip thereof is sharp. The ink guide groove 10 is formed on each wall surface of the pyramid of the convex electrode 102.
3 are formed. Also, in this example, the ink guide groove 1
03 has a narrower shape as it approaches the tip from the bottom.

【0024】本実施形態で用いるインク107は、例え
ば108 Ωcm以上の絶縁性の溶媒中にコロイド状に例
えばプラス帯電性の色剤を帯電制御材やバインダ等とと
もに分散させたものであり、色剤はプラス極性に帯電さ
れているものとする。このインク107は、インクタン
クおよびポンプを含むインク還流機構108により、イ
ンク流路109を介してインク供給口110からヘッド
基板101上に供給される。
The ink 107 used in this embodiment is, for example, a colloidal dispersion of a positively chargeable coloring agent together with a charge control material and a binder in an insulating solvent of 10 8 Ωcm or more. The agent is assumed to be positively charged. The ink 107 is supplied onto the head substrate 101 from an ink supply port 110 via an ink flow path 109 by an ink recirculation mechanism 108 including an ink tank and a pump.

【0025】ヘッド基板101上に供給されたインク1
07は、ヘッド基板101の表面を副走査方向Y(記録
媒体の相対移動方向)に沿って流れ、一部は凸状電極1
02に到達する。凸状電極102に到達したインク10
7は、凸状電極102の壁面に形成されたインク案内溝
103に沿って毛管現象により上昇し、インク滴の飛翔
ポイントである凸状電極102の先端に到達する。ヘッ
ド基板104上に供給されたインク107のうち、凸状
電極102に到達しなかったインクはインク回収口11
1からインク流路109を介して還流機構108により
回収される。
Ink 1 supplied on the head substrate 101
07 flows on the surface of the head substrate 101 along the sub-scanning direction Y (relative movement direction of the recording medium), and a part of the convex electrode 1
Reach 02. Ink 10 reaching the convex electrode 102
7 rises by the capillary phenomenon along the ink guide groove 103 formed on the wall surface of the convex electrode 102, and reaches the tip of the convex electrode 102, which is the flight point of the ink droplet. Of the ink 107 supplied on the head substrate 104, the ink that has not reached the convex electrodes 102 is the ink recovery port 11
It is collected by the reflux mechanism 108 from 1 through the ink flow path 109.

【0026】上述したヘッド基板101、インク案内溝
103を有する凸状電極102、引き出し電極104、
インク滴吐出孔105を有する上部カバー106、イン
ク還流機構108、およびインク吐出口110とインク
排出口111を有するインク流路109によって、イン
クジェットヘッドが構成される。
The above-mentioned head substrate 101, the convex electrode 102 having the ink guide groove 103, the lead electrode 104,
An ink jet head is composed of an upper cover 106 having an ink droplet ejection hole 105, an ink recirculation mechanism 108, and an ink flow path 109 having an ink ejection port 110 and an ink ejection port 111.

【0027】引き出し電極104には、駆動回路112
および直流バイアス電源113が直列に接続されてい
る。駆動回路112は、記録すべき画像信号に応じてオ
ン・オフする例えば200Vのプラス極性の信号パルス
電圧を発生し、これが直流バイアス電源113から供給
される例えばDC1kVのバイアス電圧に重畳され、引
き出し電極103を介して凸状電極102に印加され
る。
A drive circuit 112 is provided on the extraction electrode 104.
And the DC bias power supply 113 is connected in series. The drive circuit 112 generates a signal pulse voltage with a positive polarity of, for example, 200 V that is turned on / off in accordance with an image signal to be recorded, and this is superimposed on a bias voltage of, for example, DC 1 kV supplied from the DC bias power source 113, and the extraction electrode. It is applied to the convex electrode 102 via 103.

【0028】すなわち、凸状電極102にはインク10
7中の色剤の帯電極性と同一極性の電圧が印加される。
従って、凸状電極102の先端に達したインク107中
の凝集した色剤成分が静電反発力によってヘッド基板1
01の表面に対しほぼ垂直方向にインク滴114として
射出される。この射出されたインク滴114は、上部カ
バー106に設けられたインク滴吐出孔105を通過
し、ヘッド基板101に上部カバー106を介して対向
して配置された記録媒体である記録紙115に向けて、
記録紙115の背面に設けられた接地電位の対向電極1
16に引っ張られて飛翔することによって記録紙115
上に到達する。これにより、記録紙115上に画像が記
録される。
That is, the ink 10 is formed on the convex electrode 102.
A voltage having the same polarity as the charging polarity of the coloring material in 7 is applied.
Therefore, the aggregated colorant component in the ink 107 that has reached the tip of the convex electrode 102 is electrostatically repulsive, and thus the head substrate 1
The ink droplets 114 are ejected in a direction substantially perpendicular to the surface 01. The ejected ink droplets 114 pass through the ink droplet ejection holes 105 provided in the upper cover 106, and are directed toward the recording paper 115, which is a recording medium that is arranged to face the head substrate 101 via the upper cover 106. hand,
Counter electrode 1 provided on the back surface of the recording paper 115 and having a ground potential
The recording paper 115 is pulled by 16 and flies.
To reach the top. As a result, an image is recorded on the recording paper 115.

【0029】このように本実施形態のインクジェット記
録装置では、インクジェットヘッドにおいて記録紙11
5に対向するヘッド先端をなす凸状電極102をヘッド
基板101の端面でなく主面上に設けることができるた
め、記録紙115との接触などによる凸状電極102の
破損のおそれは非常に少ない。
As described above, in the ink jet recording apparatus of this embodiment, the recording paper 11 is used in the ink jet head.
5 can be provided on the main surface of the head substrate 101 instead of the end surface of the head substrate 101, which is the head end of the head, so that the convex electrode 102 is unlikely to be damaged due to contact with the recording paper 115. .

【0030】また、凸状電極102の壁面にインク案内
溝103が設けられているため、凸状電極102の先端
部に毛管現象等によりインクが案内されることにより、
容易に安定してインク層が形成され、高性能・高品質の
インクジェット記録装置を実現することができる。
Further, since the ink guide groove 103 is provided on the wall surface of the convex electrode 102, the ink is guided to the tip of the convex electrode 102 by a capillary phenomenon or the like,
The ink layer is easily and stably formed, and a high-performance and high-quality inkjet recording device can be realized.

【0031】なお、凸状電極102の表面の一部または
全部をインク案内溝103の溝形状を維持しつつ絶縁層
で覆ってもよく、要はインク107が凝集され飛翔する
に十分な電界をインク107に与えることが可能であれ
ばよい。また、インク107中の色剤はマイナス極性に
帯電されていてもよく、その場合には引き出し電極10
4を介して凸状電極102に印加する電圧の極性をマイ
ナスにすればよい。
Incidentally, a part or the whole of the surface of the convex electrode 102 may be covered with an insulating layer while maintaining the groove shape of the ink guide groove 103. In short, an electric field sufficient for the ink 107 to be aggregated and fly. It is sufficient that it can be applied to the ink 107. Further, the coloring material in the ink 107 may be negatively charged, and in that case, the extraction electrode 10 is used.
The polarity of the voltage applied to the convex electrode 102 via 4 may be made negative.

【0032】次に、本実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの製造方法について説明する。図3は、インクジェ
ットヘッドの製造工程を示す断面図であり、特に1個の
凸状電極102およびインク溜り105の形成プロセス
を示している。また、マルチヘッドの場合、図3は図2
の主走査方向Xと直交する断面、すなわち副走査方向Y
の断面を示している。
Next, a method of manufacturing the ink jet head according to this embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the inkjet head, and particularly shows the forming process of one convex electrode 102 and one ink reservoir 105. In the case of a multi-head, FIG.
Cross section orthogonal to the main scanning direction X, that is, the sub-scanning direction Y
The cross section of FIG.

【0033】まず、Si単結晶基板201の第1主面側
に、凸状電極102の形状に対応した、例えば逆ピラミ
ッド状の凹部を形成する。このような凹部を形成する方
法としては、例えばSi単結晶基板の異方性エッチング
を利用することができる。すなわち、まず図3(a)に
示すように、p型で(100)結晶面方位のSi単結晶
基板201上に、厚さ0.1μmのSiO2 熱酸化層2
02をドライ酸化法により形成し、その上にレジスト2
03をスピンコート法により塗布する。次に、図3
(b)に示すように、例えばステッパを用いて10μm
角の正方形状の開口部204が得られるよう露光、現像
等によりパターニングした後、NH4 F・HF混合溶液
により、SiO2 熱酸化層202のエッチングを行う。
そして、残ったレジストを除去した後、例えば30wt
%のKOH水溶液を用いて異方性エッチングを行い、図
3(c)に示すように、深さ7.1μmの逆ピラミッド
状の凹部205をSi単結晶基板201上に形成する。
First, on the first main surface side of the Si single crystal substrate 201, for example, a concave portion having an inverted pyramid shape corresponding to the shape of the convex electrode 102 is formed. As a method of forming such a recess, for example, anisotropic etching of a Si single crystal substrate can be used. That is, first, as shown in FIG. 3A, a SiO 2 thermal oxide layer 2 having a thickness of 0.1 μm is formed on a p-type (100) crystal plane orientation Si single crystal substrate 201.
02 is formed by a dry oxidation method, and a resist 2 is formed thereon.
03 is applied by a spin coating method. Next, FIG.
As shown in (b), using a stepper, for example, 10 μm
After patterning by exposure, development, etc., so as to obtain the square-shaped opening 204 having a square shape, the SiO 2 thermal oxide layer 202 is etched with a NH 4 F / HF mixed solution.
Then, after removing the remaining resist, for example, 30 wt
% KOH aqueous solution is used to perform anisotropic etching to form an inverted pyramidal recess 205 having a depth of 7.1 μm on the Si single crystal substrate 201 as shown in FIG. 3C.

【0034】次に、NH4 F・HF混合溶液を用いて、
SiO2 酸化層202を一旦除去した後、図3(d)に
示すように、凹部205内を含むSi単結晶基板201
上に凹部205内ではその内面に沿って窪んだ形状とな
るように、SiO2 熱酸化絶縁層をエッチング停止層2
06として形成する。本実施形態では、SiO2 熱酸化
絶縁層からなるエッチング停止層206を厚さが0.3
μm程度となるようにWet酸化法により形成した。こ
の場合、エッチング層206は凹部205の内面上で図
3(d)に示すように凹部205の深さ方向の中央部が
膨らんだ構造となることにより、後述のようにして形成
されるヘッド先端である凸状電極102の先端部を先鋭
にすることができる。これにより凸状電極102の先端
への電界集中効果を高め、高解像度化と同時に低電圧駆
動化を促進することが可能となる。
Next, using a mixed solution of NH 4 F and HF,
After the SiO 2 oxide layer 202 is once removed, as shown in FIG. 3D, the Si single crystal substrate 201 including the inside of the recess 205 is included.
The SiO 2 thermally-oxidized insulating layer is formed on the upper surface of the etching stopper layer 2 so that the concave portion 205 has a recessed shape along the inner surface thereof.
It is formed as 06. In this embodiment, the etching stop layer 206 made of a SiO 2 thermal oxidation insulating layer has a thickness of 0.3.
It was formed by the Wet oxidation method so as to have a thickness of about μm. In this case, the etching layer 206 has a structure in which the central portion in the depth direction of the recess 205 swells on the inner surface of the recess 205 as shown in FIG. The tip of the convex electrode 102 can be sharpened. As a result, it is possible to enhance the effect of electric field concentration on the tip of the convex electrode 102 and promote high resolution and low voltage driving.

【0035】次いで、図3(e)に示すように、凹部2
05の内面上に筋状の凸部207を例えばガラスを用い
て気相堆積法により形成する。次いで、SiO2 熱酸化
絶縁層からなるエッチング停止層206および筋状の凸
部207上に、凸状電極102および引き出し電極10
4となる電極層208として、例えばモリブデン層、タ
ンタル層やクロム層を凹部205を埋めるように形成す
る。本実施形態では、電極層208としてスパッタリン
グ法によりモリブデン層を厚さ5μmとなるように形成
した。この際、副走査方向においては電極層208がほ
ぼ個別電極102および引き出し電極104となる部分
に選択的に形成されるように、マスクを用いてスパッタ
リングを行う。なお、電極層208の材質や導電性によ
っては、インクとの濡れ性などを考慮して、さらにIT
O層のような導電層を積層して形成してもよい。
Then, as shown in FIG. 3 (e), the recess 2 is formed.
On the inner surface of 05, a streak-shaped convex portion 207 is formed by vapor deposition using glass, for example. Next, the convex electrode 102 and the extraction electrode 10 are formed on the etching stop layer 206 made of the SiO 2 thermal oxidation insulating layer and the streak-shaped convex portion 207.
For example, a molybdenum layer, a tantalum layer, or a chromium layer is formed as the electrode layer 208 to be 4 so as to fill the recess 205. In this embodiment, a molybdenum layer is formed as the electrode layer 208 by a sputtering method so as to have a thickness of 5 μm. At this time, sputtering is performed using a mask so that the electrode layer 208 is selectively formed substantially in the portions that will become the individual electrodes 102 and the extraction electrodes 104 in the sub-scanning direction. Depending on the material and conductivity of the electrode layer 208, the wettability with ink may be taken into consideration, and the IT
It may be formed by stacking conductive layers such as an O layer.

【0036】なお、凸状電極102の形状を大きくする
ことが要求される場合、すなわち凹部205の開口の大
きさや深さが大きくなった場合には、電極層208を十
分に厚く形成して凹部内205を完全に埋めることが困
難となることがある。そのような場合には、電極層20
8上にSi単結晶基板201の第1主面側から他の単数
または複数の材料からなる芯材層を形成して凹部205
内を埋めればよい。
When it is required to make the shape of the convex electrode 102 large, that is, when the size or depth of the opening of the concave portion 205 becomes large, the electrode layer 208 is formed sufficiently thick to form the concave portion. It may be difficult to completely fill the inner part 205. In such a case, the electrode layer 20
And a concave portion 205 is formed by forming a core material layer made of another single material or a plurality of materials from the first main surface side of the Si single crystal substrate 201 on
Fill the inside.

【0037】次に、電極層208の上に図3(f)に示
すように、電極層208間を跨ぐようにパイレックスガ
ラス基板209を例えば静電接着法を用いて、Si単結
晶基板201と電極層208を介するように接着する。
そして、このパイレックスガラス基板209をそのまま
ヘッド基板101とするか、またはこれに比較的厚いガ
ラス基板を接着してヘッド基板101とする。
Next, as shown in FIG. 3F, a Pyrex glass substrate 209 is formed on the electrode layer 208 so as to extend over the electrode layers 208, by using, for example, an electrostatic bonding method, to form a Si single crystal substrate 201. Adhesion is performed so as to interpose the electrode layer 208.
Then, the Pyrex glass substrate 209 is used as the head substrate 101 as it is, or a relatively thick glass substrate is adhered thereto to form the head substrate 101.

【0038】なお、電極層208の厚さが十分に厚く、
構造材としての強度が十分に得られる場合には、図3
(g)の工程を省いて、電極層208を直接ヘッド基板
101に接着することも可能である。
The electrode layer 208 is sufficiently thick,
When sufficient strength as a structural material can be obtained, as shown in FIG.
It is possible to omit the step (g) and directly bond the electrode layer 208 to the head substrate 101.

【0039】次に、図3(g)に示すように、エチレン
ジアミン、ピロカテコールおよびピラジンの混合水溶液
でSi単結晶基板201をエッチング除去し、次いで熱
酸化層および筋状の凸部ガラスをNH4 F・HF等の各
種混酸またはHF水溶液を用いて除去する。これによっ
て図3(g)に示すように、電極層208に凹部形状の
溝210が形成され、図1および図2に示したようなイ
ンク案内溝103を有するピラミッド状の凸状電極10
2が形成される。
Next, as shown in FIG. 3 (g), the Si single crystal substrate 201 is removed by etching with a mixed aqueous solution of ethylenediamine, pyrocatechol and pyrazine, and then the thermal oxide layer and the streak-shaped convex glass are removed with NH 4. It is removed using various mixed acids such as F / HF or an HF aqueous solution. As a result, as shown in FIG. 3G, a concave groove 210 is formed in the electrode layer 208, and the pyramidal convex electrode 10 having the ink guide groove 103 as shown in FIGS. 1 and 2 is formed.
2 is formed.

【0040】このように実施形態に係るインクジェット
ヘッドは、異方性エッチングにより形成された凹部20
5を有するSi単結晶基板201上にSiO2 熱酸化絶
縁層からなるエッチング層206を形成した後、電極層
208を凹部205内に充填することによって凸状電極
102を形成している。従って、凹部205の形状に応
じて均一性・再現性に優れた凸状電極102を形成する
ことができる。
As described above, the ink jet head according to the embodiment has the concave portion 20 formed by anisotropic etching.
After forming an etching layer 206 made of a SiO 2 thermal oxidation insulating layer on the Si single crystal substrate 201 having No. 5, the concave electrode 205 is filled with the electrode layer 208 to form the convex electrode 102. Therefore, the convex electrode 102 having excellent uniformity and reproducibility can be formed according to the shape of the concave portion 205.

【0041】さらに、異方性エッチングによる凹部20
5の形状再現性および凹部205内へのエッチング停止
層206となるSiO2 熱酸化絶縁層の成長作用によ
り、凹部205の底部形状を良好に尖らせた逆ピラミッ
ド状とすることもできるため、先端への電界集中効果を
大幅に高めた凸状電極102を安定して形成することが
できる。その結果、従来のようにヘッド先端である凸状
電極102に高電圧を印加する必要がなく、低電圧駆動
化が可能となる同時に、形状不均一性にも起因する異常
放電を防止することが可能となる。また、熱酸化法は一
般的な半導体製造工程とのプロセス整合性が良いため、
工程の簡易化を図ることもできる。
Further, the concave portion 20 is formed by anisotropic etching.
Since the shape reproducibility of No. 5 and the growth action of the SiO 2 thermally-oxidized insulating layer serving as the etching stop layer 206 in the recess 205 can make the bottom of the recess 205 into a well-pointed inverted pyramid shape, It is possible to stably form the convex electrode 102 having a significantly enhanced electric field concentration effect on the electrode. As a result, unlike the prior art, it is not necessary to apply a high voltage to the convex electrode 102 that is the tip of the head, it is possible to drive at a low voltage, and at the same time, it is possible to prevent abnormal discharge due to shape nonuniformity. It will be possible. In addition, since the thermal oxidation method has good process compatibility with general semiconductor manufacturing processes,
It is also possible to simplify the process.

【0042】また、インク滴が凝集して飛翔するために
は、ヘッド先端である凸状電極102の先端部にインク
層が毛管現象などにより安定して形成されることが必要
であるが、凸状電極102の壁面に凹部形状のインク案
内溝103を形成したため、毛管現象によりヘッド基板
102上のインクが凸状電極102の先端へ登り、その
先端でインク層を安定して形成することが可能となるた
め、インク射出性能、信頼性を大幅に向上させることが
できる。
In order for the ink droplets to aggregate and fly, it is necessary that an ink layer is stably formed at the tip of the convex electrode 102, which is the tip of the head, by capillarity or the like. Since the concave-shaped ink guide groove 103 is formed on the wall surface of the electrode 102, the ink on the head substrate 102 climbs to the tip of the convex electrode 102 due to the capillary phenomenon, and the ink layer can be stably formed at the tip. Therefore, the ink ejection performance and reliability can be significantly improved.

【0043】なお、上記実施形態ではピラミッド形状の
凸状電極102の広い壁面上にインク案内溝103を設
けたが、図4(a)に示すようにピラミッドの稜線を形
成する位置にインク案内溝103を形成してもよい。ま
た、凸状電極102の形状はピラミッド形状である必要
はなく、例えば図4(b)に示すようなコーン形状と
し、このコーンの壁面にインク案内溝103を形成して
もよい。
In the above embodiment, the ink guide groove 103 is provided on the wide wall surface of the pyramidal convex electrode 102. However, as shown in FIG. 4A, the ink guide groove 103 is formed at the position where the ridge line of the pyramid is formed. 103 may be formed. Further, the shape of the convex electrode 102 does not have to be a pyramid shape, but may be a cone shape as shown in FIG. 4B, for example, and the ink guide groove 103 may be formed on the wall surface of this cone.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればヘッ
ド基板上に、壁面に底部から先端部に向かって形成され
た溝を有する凸状電極を形成し、ヘッド基板上の少なく
とも前記凸状電極の付近に前記インクを供給して、イン
ク中の少なくとも色剤成分を少なくともインク案内溝に
沿って先端部に向けて搬送し該先端部から記録媒体に向
けて飛翔させることで記録を行うため、ヘッド基板端面
に形成されたヘッドを持つ従来のインクジェットヘッド
のようなヘッドアッセンブリにおけるヘッド先端の損傷
が防止される。
As described above, according to the present invention, the convex electrode having the groove formed on the wall surface from the bottom to the tip is formed on the head substrate, and at least the convex electrode on the head substrate is formed. The ink is supplied in the vicinity of the electrode, and at least the colorant component in the ink is conveyed toward at least the tip portion along at least the ink guide groove and is ejected from the tip portion toward the recording medium to perform recording. Therefore, damage to the head tip of a head assembly such as a conventional inkjet head having a head formed on the end surface of the head substrate is prevented.

【0045】また、本発明ではヘッド基板の表面にヘッ
ド先端である凸状電極が設けられているため、ヘッド基
板端面にヘッド先端である凸状電極が設けられていたた
めに従来用いることができなかった高精度の半導体加工
プロセスを利用した製造方法により、均一性が良好でば
らつきが少なく同一形状の凸状電極を多数形成したマル
チヘッドの実現が容易となる。特に、本発明によるイン
クジェットヘッドの製造方法によると、ヘッド先端曲率
半径を適度に小さく、均一に作製できるため、ヘッド先
端に高電圧を印加する必要がなく、低電圧駆動化が可能
となると同時に、形状不均一性に起因する異常放電を防
止することが可能となる。
Further, in the present invention, since the convex electrode that is the tip of the head is provided on the surface of the head substrate, the convex electrode that is the tip of the head is provided on the end face of the head substrate, so that it cannot be used conventionally. By the manufacturing method using the highly accurate semiconductor processing process, it is easy to realize a multi-head in which a large number of convex electrodes having the same shape with good uniformity and less variation are formed. In particular, according to the method of manufacturing an inkjet head of the present invention, since the radius of curvature of the head tip can be made appropriately small and uniform, it is not necessary to apply a high voltage to the head tip, and at the same time low voltage driving is possible, It is possible to prevent abnormal discharge due to non-uniform shape.

【0046】また、インク中の色剤成分が凝集してイン
ク滴として飛翔するためには、凸状電極の先端にインク
層が安定して形成されることが必要であるが、本発明で
は凸状電極の壁面にインク案内溝があるため、毛管現象
により凸状電極の先端へインクが確実に供給され、イン
ク層を安定して形成することが可能となるため、高性能
・高分解能のインクジェット記録装置を実現できる。
Further, in order for the coloring agent components in the ink to aggregate and fly as ink droplets, it is necessary that a stable ink layer is formed at the tip of the convex electrode. Since there is an ink guide groove on the wall of the electrode, the ink can be reliably supplied to the tip of the convex electrode due to the capillary phenomenon, and the ink layer can be stably formed. A recording device can be realized.

【0047】さらに、本発明によるインクジェットヘッ
ドの製造方法によれば、フォトリソグラフィ、異方性エ
ッチングなどを用いて形成した凹部および凹部内面の正
確な形状に沿って形成されたエッチング停止層および筋
状の凸部を原型として用いて、これに電極層を充填する
ことによりヘッドが作成されるので、凹部形状の溝を含
めて凸状電極の形状を高精度に均一に、かつ微細に形成
することができる。また、エッチング停止層を熱酸化法
で形成した絶縁層とすれば、第1の凹部内に形成された
熱酸化絶縁層の第1の凹部内への成長作用により、第1
の凹部先端が鋭くなるため、ヘッド先端部を先鋭に、し
かも均一な形状にすることができる。このようにして作
製されるインクジェットヘッドによると、インク射出性
能、信頼性が大幅に向上する。
Further, according to the method of manufacturing the ink jet head of the present invention, the etching stopper layer and the streak formed along the accurate shape of the recess and the inner surface of the recess formed by photolithography, anisotropic etching, etc. Since the head is created by using the convex portions of as a prototype and filling the electrode layer with the convex portions, it is necessary to form the convex electrode shape including the concave groove with high accuracy and finely. You can Further, when the etching stop layer is an insulating layer formed by a thermal oxidation method, the thermal oxidation insulating layer formed in the first recess is allowed to grow in the first recess due to the growth action in the first recess.
Since the tip of the concave portion is sharpened, the head tip can be made sharp and uniform. According to the inkjet head manufactured in this manner, ink ejection performance and reliability are significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録
装置の概略構成図
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an inkjet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施形態に係るインクジェットヘッドの主要
部の構成を示す斜視図
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a main part of the inkjet head according to the embodiment.

【図3】同実施形態に係るインクジェットヘッドの製造
方法を説明するための工程断面図
FIG. 3 is a process cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the inkjet head according to the embodiment.

【図4】本発明の他の実施形態に係るインクジェットヘ
ッドにおける凸状電極の構成を示す図
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of convex electrodes in an inkjet head according to another embodiment of the present invention.

【図5】第1の従来例に係るインクジェットヘッドの要
部の構成を示す斜視図
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a main part of an inkjet head according to a first conventional example.

【図6】第2の従来例に係るインクジェットヘッドの要
部の構成を示す斜視図
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a main part of an inkjet head according to a second conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…ヘッド基板 102…凸状電極 103…インク案内溝 104…引き出し電極 105…インク滴吐出孔 106…上カバー 107…インク 108…インク還流機構 109…インク流路 110…インク供給口 111…インク回収孔 112…駆動回路 113…バイアス電源 115…記録紙 116…対向電極 201…Si単結晶基板(第1の基板) 202…熱酸化層 203…レジスト 204…矩形開口部 205…凹部 206…エッチング停止層 207…筋状凸部 208…電極層 209…ガラスパイレックス基板(第2の基板) 210…溝 101 ... Head substrate 102 ... Convex electrode 103 ... Ink guide groove 104 ... Extraction electrode 105 ... Ink droplet ejection hole 106 ... Top cover 107 ... Ink 108 ... Ink recirculation mechanism 109 ... Ink flow channel 110 ... Ink supply port 111 ... Ink recovery Hole 112 ... Driving circuit 113 ... Bias power supply 115 ... Recording paper 116 ... Counter electrode 201 ... Si single crystal substrate (first substrate) 202 ... Thermal oxidation layer 203 ... Resist 204 ... Rectangular opening 205 ... Recess 206 ... Etching stop layer 207 ... Streaky convex portion 208 ... Electrode layer 209 ... Glass Pyrex substrate (second substrate) 210 ... Groove

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 照夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 中尾 英之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Teruo Murakami 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Hideyuki Nakao Komukai-shiba, Kawasaki-shi, Kanagawa Town No. 1 Toshiba Corporation Research & Development Center

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤
成分を凝集させて記録媒体上に飛翔させることにより記
録を行うインクジェット記録装置に用いられるインクジ
ェットヘッドにおいて、 前記記録媒体に対向して設けられるヘッド基板と、 前記ヘッド基板上に設けられ、その壁面に底部から先端
部に向かって形成された溝を有する凸状電極と、 前記ヘッド基板上の少なくとも前記凸状電極の付近に前
記インクを供給するインク供給手段とを有することを特
徴とするインクジェットヘッド。
1. An ink jet head used in an ink jet recording apparatus for recording by aggregating a colorant component in an ink in which a colorant is dispersed in a solvent and flying it onto a recording medium, which is opposed to the recording medium. A head substrate provided in the head substrate, and a convex electrode provided on the head substrate and having a groove formed in the wall surface from the bottom to the tip, and at least in the vicinity of the convex electrode on the head substrate. An inkjet head, comprising: an ink supply unit that supplies the ink.
【請求項2】第1の基板の第1主面上に凹部を設ける工
程と、 前記凹部を含む前記第1主面上にエッチング停止層を形
成する工程と、 前記凹部内の前記エッチング停止層上に前記凹部の深さ
方向に沿って少なくとも一つの筋状の凸部を形成する工
程と、 前記エッチング停止層の前記凹部内を埋めるように前記
エッチング停止層上に電極層を形成する工程と、 前記電極層上に第2の基板を設ける工程と、 前記第1の基板を除去する工程と、 前記エッチング停止層および前記凸部を除去して前記電
極層を露出させることにより前記凸部に対応した溝を有
する凸状電極を形成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。
2. A step of providing a recess on the first main surface of a first substrate, a step of forming an etching stopper layer on the first main surface including the recess, and the etching stopper layer in the recess. A step of forming at least one streak-shaped convex portion along the depth direction of the concave portion, and a step of forming an electrode layer on the etching stopper layer so as to fill the concave portion of the etching stopper layer; A step of providing a second substrate on the electrode layer, a step of removing the first substrate, and a step of removing the etching stop layer and the convex portion to expose the electrode layer to form a convex portion on the convex portion. And a step of forming a convex electrode having a corresponding groove.
【請求項3】溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤
成分を凝集させて記録媒体上に飛翔させることにより記
録を行うインクジェット記録装置において、 前記記録媒体に対向して設けられるヘッド基板上に、そ
の壁面に底部から先端部に向かって形成された溝を有す
る凸状電極を形成し、前記ヘッド基板上の少なくとも前
記凸状電極の付近に前記インクを供給して、該インク中
の少なくとも色剤成分を少なくとも前記溝に沿って前記
先端部に向けて搬送し該先端部から前記記録媒体に向け
て飛翔させることを特徴とするインクジェット記録装
置。
3. An ink jet recording apparatus for recording by aggregating a colorant component in an ink in which a colorant is dispersed in a solvent and flying it onto a recording medium, wherein a head is provided facing the recording medium. A convex electrode having a groove formed on the wall surface from the bottom to the tip is formed on the substrate, and the ink is supplied to at least the vicinity of the convex electrode on the head substrate, 2. An ink jet recording apparatus, wherein at least the coloring agent component is conveyed along at least the groove toward the tip portion and is made to fly from the tip portion toward the recording medium.
【請求項4】溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤
成分を凝集させて記録媒体上に飛翔させることにより記
録を行うインクジェット記録装置において、 記録媒体に対向して設けられるヘッド基板と、 前記ヘッド基板上に設けられ、その壁面に底部から先端
部に向かって形成された溝を有する凸状電極と、 前記ヘッド基板上の少なくとも前記凸状電極の付近に前
記インクを供給するインク供給手段と、 前記インク供給手段により前記ヘッド基板上に供給され
るインク中の少なくとも色剤成分を前記凸状電極の先端
部から前記記録媒体に向けて飛翔させるための画像信号
に応じた電圧を前記凸状電極に印加する電圧印加手段と
を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
4. An ink jet recording apparatus for recording by aggregating a colorant component in an ink in which a colorant is dispersed in a solvent and flying it onto a recording medium, a head substrate provided facing the recording medium. A convex electrode provided on the head substrate and having a groove formed on its wall surface from the bottom to the tip, and ink for supplying the ink to at least the vicinity of the convex electrode on the head substrate. A supply unit and a voltage according to an image signal for causing at least the colorant component in the ink supplied onto the head substrate by the ink supply unit to fly from the tip of the convex electrode toward the recording medium. An inkjet recording apparatus comprising: a voltage applying unit that applies a voltage to the convex electrode.
【請求項5】溶媒中に所定極性に帯電した色剤を分散さ
せたインク中の色剤成分を凝集させて記録媒体上に飛翔
させることにより記録を行うインクジェット記録装置に
おいて、 記録媒体に対向して設けられるヘッド基板と、 前記ヘッド基板上に設けられ、その壁面に底部から先端
部に向かって形成された溝を有する凸状電極と、 前記ヘッド基板上の少なくとも前記凸状電極の付近に前
記インクを供給するインク供給手段と、 前記インク供給手段により前記ヘッド基板上に供給され
るインク中の少なくとも色剤成分を前記凸状電極の先端
部から前記記録媒体に向けて飛翔させるための前記色剤
の帯電極性と同一極性の画像信号に応じた電圧を前記凸
状電極に印加する電圧印加手段とを有することを特徴と
するインクジェット記録装置。
5. An ink jet recording apparatus for recording by causing a colorant component in an ink in which a colorant charged to a predetermined polarity is dispersed in a solvent to aggregate and fly onto a recording medium, facing the recording medium. A head substrate provided on the head substrate, a convex electrode having a groove formed on the wall surface of the head substrate from the bottom to the tip, and at least in the vicinity of the convex electrode on the head substrate. Ink supply means for supplying ink, and the color for causing at least the colorant component in the ink supplied on the head substrate by the ink supply means to fly from the tip of the convex electrode toward the recording medium. An ink jet recording apparatus comprising: a voltage applying unit that applies a voltage according to an image signal having the same polarity as the charging polarity of the agent to the convex electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6919169B2 (en) 2003-04-25 2005-07-19 Fuji Photo Film Co., Ltd. Method of producing a liquid ejection head
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KR101231039B1 (en) * 2010-11-08 2013-02-07 제주대학교 산학협력단 Fluid circulating type electrostatic ink-jet nozzle

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100434529B1 (en) * 1998-01-07 2004-07-16 삼성전자주식회사 Micro ink jet print header using electric field and manufacturing method thereof to secure low driving voltage and define shape of meniscus between nozzle and surface of ink
US6919169B2 (en) 2003-04-25 2005-07-19 Fuji Photo Film Co., Ltd. Method of producing a liquid ejection head
JP2009045870A (en) * 2007-08-22 2009-03-05 Ricoh Co Ltd Droplet flying apparatus, droplet flying method, and image forming apparatus
KR101231039B1 (en) * 2010-11-08 2013-02-07 제주대학교 산학협력단 Fluid circulating type electrostatic ink-jet nozzle

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