液滴排放头及其制造方法技术

一种制造液滴排放头的方法，包括如下步骤：提供硅基板；由硅基板形成沟槽成形元件，该沟槽成形元件具有用于容纳将被加压的液体的压力腔室和用于将受压液体引导到喷嘴的喷嘴连通槽，其中在通过干式刻蚀硅基板形成非通孔之后，通过各向异性刻蚀硅基板形成喷嘴连通槽。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及液滴排放头(drop discharge head)、该液滴排放头的制造方法、墨盒和喷墨式打印装置。
技术介绍
在打印机、传真机、复印机、绘图器等中用作成像装置的喷墨式打印装置设置有喷墨打印头作为液滴排放头。喷墨打印头包括用于喷射墨滴的喷嘴，与喷嘴液体连通的墨水沟槽(也称作唇部腔室、压力腔室、加压墨滴腔室或者墨腔)，以及用于加压墨水沟槽中的墨水的驱动机构。尽管下述说明主要涉及的是作为液滴排放头的喷墨打印头，但液滴排放头还包括用于排放液滴形式的液体抗蚀剂的头部件和用于排放液滴形式的DNA片段的头部件。采用压电式喷墨打印头，由于采用压电元件的隔膜的变形所导致的墨水沟槽的容积变化而使墨滴排出(例如，见JP 61-51734A)。采用另一类型的喷墨打印头，通过采用热阻元件加热墨水沟槽中的墨水所生成的气泡而使墨滴排出(例如，见JP 61-59911A)。采用另一类型的喷墨打印头，由于电极和隔膜之间生成静电力导致的隔膜变形所引起的墨水沟槽的容积变化而使墨滴排出(例如，见JP 61-51734A)。在这些类型的喷墨打印头之中，压电式喷墨打印头对于彩色打印特别有优势，因为消除了由于热能引发的墨滴降解的潜在性(特别是，彩色墨水更易于由于受热而降解)。此外，墨滴量的挠性控制可以通过压电振动器的变形量的控制来实现。因而，压电式喷墨打印头适于构造具有高质量彩色打印能力的喷墨式打印装置。顺便说起，为了实现较高质量的彩色打印，要求较高的清晰度。为此，压电振动器和与墨水沟槽相关的各部件(例如，压力腔室之间的隔壁)的尺寸不可避免地要减小，要求在制造和组装这些部件时精度增加。在这种情况下，为了精细地制造具有如压力腔室的微观结构的复杂部件，提出了显微机械加工技术，其中各向异性刻蚀法应用到单晶硅基板中。这时，由单晶硅基底制成的各部件(例如，布置在喷嘴板和隔膜之间并构成压力腔室的隔离件)相比于由光致抗蚀剂制成的各部件具有更高的力劲，由此由于压电振动器的振动导致的喷墨打印头的总体变形程度减小。此外，使压力腔室均匀成为可能，因为压力腔室的被刻蚀的壁表面垂直于隔离件的表面。JP 7-178908A公开了一种采用显微机械加工技术制成的打印头，其中各向异性刻蚀法应用于晶体取向(110)的单晶硅基板中以形成压力腔室。压力腔室邻近其出口的部分由六个壁表面限定，即，从单晶硅基板横截面视图来看的垂直于单晶硅基板的四个壁表面，每个壁表面以钝角连接到相邻壁表面上；和以钝角连接到这些四个壁表面具体一个上的两个表面。该传统技术试图通过使邻近流动停滞易于发生的压力腔室出口的区域(即，喷嘴板侧上的开口)中的墨流尽可能快地均匀而避免气泡停滞。JP 7-125198A公开了使用显微加工技术制成的打印头，其中压力腔室邻近其出口的部分由垂直于单晶硅基板的五个壁表面限定，每个壁表面以钝角连接到相邻壁表面上。此外，压力腔室的一个壁表面由储墨水沟槽的一个壁的延伸表面构成。该传统技术试图通过将储墨水沟槽和压力腔室之间平滑连通并且将压力腔室出口定位于距压力腔室壁表面几乎等距处而消除在喷嘴板侧上的开口的相邻区域中的气泡停滞。JP10-264383A公开了一种打印头，其包括墨腔(压力腔室)，其中采用压电元件使墨水受压使之向外排放。吸水性和耐碱性薄膜(如，氧化镍和氧化硅)沉积在墨腔的内表面上，从而使得洗提到墨水(特别是在使用阴离子墨水情况下)中的硅最少。JP 11-348282A公开了一种利用粘接剂将第一基板紧固到具有喷嘴孔的第二基板上而制成的打印头。第一基板具有沿着墨腔边缘和储墨水沟槽错列布置的凹陷。可以防止多余粘接剂流入墨水沟槽中，这是因为多余粘接剂流进了凹陷中。但是，在通过刻蚀硅基板制造隔离件(该部件中形成有墨水沟槽)的情况下，很难将硅基板加工成所需的结构，这是因为刻蚀工艺取决于硅基板的晶体取向。此外，刻蚀在压力腔室的硅表面上也产生了粗糙度。根据现有技术的上述打印头不能将气泡的停滞和墨水的保持性降低到足够程度。特别是，压力腔室具有不止四个壁表面由于多空间的表面结构而导致对墨水流动的有害作用，并且难以控制墨水流动。此外，在将氧化物薄膜或者氮化钛薄膜(液体(墨水)防护膜)沉积到隔离件的压力腔室壁表面上以防止硅洗提到墨水中的情况下，液体防护薄膜的内部应力引起整个隔离件的变形(弯曲)。如果其他部件固定到隔离件上，其他部件例如喷嘴板、热动式打印头和压电式打印头中的隔膜，以及用于组成墨水沟槽的盖件(例如，压力腔室)，会经常引起这些部件和隔离件之间的故障粘接，由此可靠性下降。
技术实现思路
本专利技术的总目的是提供液滴排放头、制造该液滴排放头的方法、以及可以以高稳定性排放墨滴的喷墨打印装置。本专利技术另一个且更具体的目的是提供液滴排放头、制造该液滴排放头的方法、以及在长期运转中可以以高可靠性进行操作的喷墨打印装置。为了实现这些目的，根据本专利技术一个方面，液滴排放头包括由硅基板制成的沟槽成形元件，其中沟槽成形元件中形成有沟槽，液体通过该沟槽流向喷嘴，所述沟槽具有表面粗糙度Ra不大于2μm的表面。该配置提高了液滴排放头的可靠性以及排墨性能的可靠性，因为它防止了气泡在沟槽表面的显微凹凸不平处上受阻。为了实现所述目的，根据本专利技术另一个方面，液滴排放头包括沟槽成形元件，其由硅基板制成并且其中形成有压力腔室和喷嘴连通槽；和喷嘴板，其设置在沟槽成形元件一侧上并具有经由喷嘴连通槽与压力腔室液体连通的喷嘴，其中喷嘴连通槽在沟槽成形元件内侧具有四个拐角，而喷嘴连通槽在喷嘴板侧上其出口处具有六个钝角拐角。该配置提高了液滴排放头的可靠性和排墨性能的稳定性，因为防止了粘接剂在装配过程中由于毛细管作用流入喷嘴连通槽中，由此防止由于喷嘴连通槽内粘接剂凝固导致的墨滴轨迹线偏移。此外，该配置消除了控制液体流动时的困难，因为喷嘴连通槽在沟槽成形元件内侧的拐角不多于四个。优选的是，在沟槽成形元件内部，喷嘴连通槽的四个侧面受到基本上垂直于喷嘴板的四个表面的限制，而在喷嘴板侧上，喷嘴连通槽的四个侧面受到四个这样垂直的表面和两个相对于喷嘴板倾斜的附加表面的限制。采用这种配置，借助于倾斜表面可以防止空气(或气体)的气泡和液体的流动停滞，由此防止排墨故障。为了实现所述目的，根据本专利技术另一方面，液滴排放头包括沟槽形成元件，其由硅基板制成并且具有压力腔室(隔膜侧沟槽43)、形成在其中的喷嘴连通槽和副腔室(喷嘴侧沟槽42)；喷嘴板，其设置在沟槽成形元件一侧上，并构成连同沟槽成形元件副腔室，并且具有经由副腔室和喷嘴连通沟槽与压力腔室液体连通的喷嘴；以及隔膜，其设置在沟槽成形元件的另一侧上，并且连同沟槽成形元件构成压力腔室，并且可以变形从而改变压力腔室的容积，其中喷嘴连通槽具有四个拐角，而在喷嘴附近的喷嘴板侧上，副腔室的开口形状通过以钝角连接的四条线限定。该配置提高了液滴排放头的可靠性和排墨性能的稳定性，因为其防止粘接剂由于毛细管作用流入喷嘴连通槽，由此防止由于容纳在喷嘴连通槽内的粘接剂而导致的墨滴轨迹线偏移。此外，该配置消除了控制液体流动时的困难，因为喷嘴连通槽在沟槽成形元件内侧的拐角不多于四个。优选的是，在喷嘴板侧上喷嘴附近处，副腔室的三个侧面受到基本上垂直于喷嘴板的三个表面和相对于喷嘴板倾斜的附加表面限制。采用这种配置，借助于倾斜表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液滴排放头，包括由硅基板制成的沟槽成形元件，其中沟槽成形元件中形成有沟槽，液体通过该沟槽导向喷嘴，所述沟槽具有表面粗糙度Ｒａ不大于２μｍ的表面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金原滋，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：JP[日本]