JP2000052551A - インクジェットヘッド構造 - Google Patents
インクジェットヘッド構造Info
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- JP2000052551A JP2000052551A JP22468798A JP22468798A JP2000052551A JP 2000052551 A JP2000052551 A JP 2000052551A JP 22468798 A JP22468798 A JP 22468798A JP 22468798 A JP22468798 A JP 22468798A JP 2000052551 A JP2000052551 A JP 2000052551A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- counter electrode
- jet head
- ink jet
- gap
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- 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
- B41J2/14314—Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 駆動電圧を低くするため振動板と個別対向電
極でできるギャップを狭くしてもインク吐出に充分な振
動板の変位が得られ、かつ振動板が個別対向電極に接す
ることなく駆動できるようにし、駆動周波数を向上させ
る。 【解決手段】 個別対向電極２と振動板１１は、電圧を
印加していない時は図２（Ａ）の状態にある。ここで、
個別対向電極２と振動板１１との間に駆動電圧を印加す
ると静電力により振動板１１が変位し、図２（Ｂ）に示
すように、振動板１１の厚い部分１１ａが段差５の上面
７に接する。このとき振動板１１の厚い部分１１ａは段
差の高さＬのギャップで対向電極２に面しており、振動
板の厚い部分１１ａと対向電極２とが等価的に図２
（Ｃ）のようになっている。静電型振動板駆動ではギャ
ップの１／３に達する動作が不安定になり、対向電極２
に衝突する。衝突をさけるために振動板１１が段差の高
さＬの２／３より高い範囲で変位させる。
極でできるギャップを狭くしてもインク吐出に充分な振
動板の変位が得られ、かつ振動板が個別対向電極に接す
ることなく駆動できるようにし、駆動周波数を向上させ
る。 【解決手段】 個別対向電極２と振動板１１は、電圧を
印加していない時は図２（Ａ）の状態にある。ここで、
個別対向電極２と振動板１１との間に駆動電圧を印加す
ると静電力により振動板１１が変位し、図２（Ｂ）に示
すように、振動板１１の厚い部分１１ａが段差５の上面
７に接する。このとき振動板１１の厚い部分１１ａは段
差の高さＬのギャップで対向電極２に面しており、振動
板の厚い部分１１ａと対向電極２とが等価的に図２
（Ｃ）のようになっている。静電型振動板駆動ではギャ
ップの１／３に達する動作が不安定になり、対向電極２
に衝突する。衝突をさけるために振動板１１が段差の高
さＬの２／３より高い範囲で変位させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッドの構造、より詳細には、インクジェット記録装置に
使用されるインクジェットヘッドの構造に関する。
ッドの構造、より詳細には、インクジェット記録装置に
使用されるインクジェットヘッドの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】パーソナルコンピュータとともにオンデ
マンド式のカラーインクジェットプリンタが普及し、印
刷画質が飛躍的に向上してきたが、更なる高画質と印刷
速度の向上が求められている。とくに印刷速度が遅いこ
とはインクジェットプリンタの短所とされ、高ノズル密
度を実現し印刷速度を向上する方法がいくつか検討され
ている。静電型方式のインクジェットヘッドはシンプル
な構造で製造方法が半導体デバイス技術に近く、マイク
ロマシンニング技術が活用できる。
マンド式のカラーインクジェットプリンタが普及し、印
刷画質が飛躍的に向上してきたが、更なる高画質と印刷
速度の向上が求められている。とくに印刷速度が遅いこ
とはインクジェットプリンタの短所とされ、高ノズル密
度を実現し印刷速度を向上する方法がいくつか検討され
ている。静電型方式のインクジェットヘッドはシンプル
な構造で製造方法が半導体デバイス技術に近く、マイク
ロマシンニング技術が活用できる。
【０００３】しかし、静電型インクジェットヘッドでは
高密度になるに従い、振動板の短辺方向の長さ短辺長が
１００μｍ以下と狭くなり、駆動電圧が１００Ｖ程度ま
で高くなる。そこで、特開平７−２１４７７５号公報で
はギャップすなわち個別対向電極と振動板との間隔を
０.３μｍ程度に狭くし、振動板が個別対向電極に接す
る動作で駆動している。
高密度になるに従い、振動板の短辺方向の長さ短辺長が
１００μｍ以下と狭くなり、駆動電圧が１００Ｖ程度ま
で高くなる。そこで、特開平７−２１４７７５号公報で
はギャップすなわち個別対向電極と振動板との間隔を
０.３μｍ程度に狭くし、振動板が個別対向電極に接す
る動作で駆動している。
【０００４】一方、特開平７−２４６７０６号公報の発
明では、ギャップ内に支柱を具備し、振動板の変位を制
限している。この目的は薄い振動板にして低い電圧でも
変位しやすくした場合、支柱を設けることでインク吐出
にたる剛性を得るものである。
明では、ギャップ内に支柱を具備し、振動板の変位を制
限している。この目的は薄い振動板にして低い電圧でも
変位しやすくした場合、支柱を設けることでインク吐出
にたる剛性を得るものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】振動板と個別対向電極
との間の静電力で振動板を変位させ、振動板の弾性復元
力でインク室を加圧し、インクを吐出する方式の静電型
インクジェットヘッドでは、変位が作り込みの実効ギャ
ップの１／３の変位に達すると振動が不安定になり、個
別対向電極に衝突して短絡する現象がある。
との間の静電力で振動板を変位させ、振動板の弾性復元
力でインク室を加圧し、インクを吐出する方式の静電型
インクジェットヘッドでは、変位が作り込みの実効ギャ
ップの１／３の変位に達すると振動が不安定になり、個
別対向電極に衝突して短絡する現象がある。
【０００６】また、特開平７−２１４７７５号公報の発
明のように対向電極に振動板を衝突させる方法がある。
しかし、振動板が一部でも対向電極に接すると電界は距
離の自乗に反比例するため、振動板のほとんどの部分が
対向電極に貼り付くことになる。振動板の個別電極への
貼り付きで復帰の時間が長くなることを招く。また、振
動板と個別対向電極との短絡での破壊を防止するため、
ＩＴＯのような特別な電極材料を用いる必要があった。
明のように対向電極に振動板を衝突させる方法がある。
しかし、振動板が一部でも対向電極に接すると電界は距
離の自乗に反比例するため、振動板のほとんどの部分が
対向電極に貼り付くことになる。振動板の個別電極への
貼り付きで復帰の時間が長くなることを招く。また、振
動板と個別対向電極との短絡での破壊を防止するため、
ＩＴＯのような特別な電極材料を用いる必要があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、振動
板と該振動板に対向して所定のギャップをもって配設さ
れた個別対向電極とを有し、該振動板と個別対向電極と
の間に電圧を印加して静電力を発生させ、前記振動板を
変形して該振動板の復元力により加圧して吐出する方式
のインクジェットヘッドにおいて、前記振動板が短辺両
端近傍の振動板の薄い部分と中央の厚い部分から構成さ
れ、かつ、前記ギャップ内の該振動板下の短辺両端に段
差を具備し、前記個別対向電極と該段差の側面とが凹構
造をなし、前記振動板の厚い部分と前記段差上面との距
離より前記振動板の厚い部分と個別対向電極との距離の
方が遠いことを特徴としたものである。
板と該振動板に対向して所定のギャップをもって配設さ
れた個別対向電極とを有し、該振動板と個別対向電極と
の間に電圧を印加して静電力を発生させ、前記振動板を
変形して該振動板の復元力により加圧して吐出する方式
のインクジェットヘッドにおいて、前記振動板が短辺両
端近傍の振動板の薄い部分と中央の厚い部分から構成さ
れ、かつ、前記ギャップ内の該振動板下の短辺両端に段
差を具備し、前記個別対向電極と該段差の側面とが凹構
造をなし、前記振動板の厚い部分と前記段差上面との距
離より前記振動板の厚い部分と個別対向電極との距離の
方が遠いことを特徴としたものである。
【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記該振動板の変位は該振動板の厚い部分が前記段
差まで変位したときに、該振動板と個別対向電極の距離
の最短部分が前記段差の側面の高さの２／３より高いこ
とを特徴としたものである。
て、前記該振動板の変位は該振動板の厚い部分が前記段
差まで変位したときに、該振動板と個別対向電極の距離
の最短部分が前記段差の側面の高さの２／３より高いこ
とを特徴としたものである。
【０００９】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記振動板上または個別対向電極上に絶縁体を有
し、前記振動板が、 実効ギャップ＝ギャップ−絶縁体膜厚＋（絶縁体膜厚／
絶縁体の比誘電率） 実効的段差の高さ＝段差の高さ−絶縁体膜厚＋（絶縁体
膜厚／絶縁体の比誘電率） 式で示される実効ギャップおよび実効的段差を上面まで
変位したときに、該振動板と個別対向電極の距離の最短
部分が前記段差の側面の実効的高さの２／３より高いこ
とを特徴としたものである。
て、前記振動板上または個別対向電極上に絶縁体を有
し、前記振動板が、 実効ギャップ＝ギャップ−絶縁体膜厚＋（絶縁体膜厚／
絶縁体の比誘電率） 実効的段差の高さ＝段差の高さ−絶縁体膜厚＋（絶縁体
膜厚／絶縁体の比誘電率） 式で示される実効ギャップおよび実効的段差を上面まで
変位したときに、該振動板と個別対向電極の距離の最短
部分が前記段差の側面の実効的高さの２／３より高いこ
とを特徴としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による静電型イン
クジェットヘッドの一実施例を説明するための要部断面
図で、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図、図
１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図で、図中、１は
対向電極基板、２は個別対向電極、３は絶縁体、４はギ
ャップ、５は段差、６は段差の側面、７は段差の上面、
８は電極パット、１１は振動板で、該振動板１１は振動
板が厚い構造部分１１ａと振動板が薄い構造部分１１ｂ
とから成っている。１２は液室の隔壁、１３は加圧液
室、３２は共通液室、３１は共通液室３２と加圧液室１
３とを連結する流路、３３はノズルで、静電型インクジ
ェットヘッドは、個別対向電極２を電極基板１上のギャ
ップ溝内に形成し、単結晶Ｓｉ振動板１１と個別対向電
極２との間にギャップ４を設ける。
クジェットヘッドの一実施例を説明するための要部断面
図で、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図、図
１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図で、図中、１は
対向電極基板、２は個別対向電極、３は絶縁体、４はギ
ャップ、５は段差、６は段差の側面、７は段差の上面、
８は電極パット、１１は振動板で、該振動板１１は振動
板が厚い構造部分１１ａと振動板が薄い構造部分１１ｂ
とから成っている。１２は液室の隔壁、１３は加圧液
室、３２は共通液室、３１は共通液室３２と加圧液室１
３とを連結する流路、３３はノズルで、静電型インクジ
ェットヘッドは、個別対向電極２を電極基板１上のギャ
ップ溝内に形成し、単結晶Ｓｉ振動板１１と個別対向電
極２との間にギャップ４を設ける。
【００１１】本発明のインクジェットヘッドでは、ギャ
ップ４の短辺端近傍を浅くし、段差５を具備する。さら
に、振動板１１の短辺端近傍のヒンジの構造として厚み
を薄くし、振動板１１の薄い部分１１ｂを形成する。こ
こでは振動板と一体の単結晶Ｓｉ液室の隔壁の例を示
す。ステンレス板３４，３５，３６で流路孔３１、共通
液室３２、ノズル孔３３をエッチングやレーザ加工で製
作し、接着して積層する。この蓄積したステンレス部材
３０をＳｉ隔壁１２に接着する。振動板１１が変位する
と共通液室３２からインクが流路３１を通して加圧液室
１３に流入し、振動板１１が復元すると振動板１１の圧
力が加圧液室１３に加わり、急激な圧力変化では流路３
１の抵抗が大きく、変位で流れ込んだインクの多くはノ
ズル３３から吐出する。
ップ４の短辺端近傍を浅くし、段差５を具備する。さら
に、振動板１１の短辺端近傍のヒンジの構造として厚み
を薄くし、振動板１１の薄い部分１１ｂを形成する。こ
こでは振動板と一体の単結晶Ｓｉ液室の隔壁の例を示
す。ステンレス板３４，３５，３６で流路孔３１、共通
液室３２、ノズル孔３３をエッチングやレーザ加工で製
作し、接着して積層する。この蓄積したステンレス部材
３０をＳｉ隔壁１２に接着する。振動板１１が変位する
と共通液室３２からインクが流路３１を通して加圧液室
１３に流入し、振動板１１が復元すると振動板１１の圧
力が加圧液室１３に加わり、急激な圧力変化では流路３
１の抵抗が大きく、変位で流れ込んだインクの多くはノ
ズル３３から吐出する。
【００１２】図２は、図１に示した本発明による静電型
インクジェットヘッドの動作原理を説明するための要部
構成図で、同図は、個別対向電極２と振動板１１のイメ
ージ図で、単結晶Ｓｉの振動板１１の断面が１１１面で
ヤング率が１９Ｅ１０ Ｎ／ｍ２であり、短辺長が１０
０μｍである場合の例を示している。
インクジェットヘッドの動作原理を説明するための要部
構成図で、同図は、個別対向電極２と振動板１１のイメ
ージ図で、単結晶Ｓｉの振動板１１の断面が１１１面で
ヤング率が１９Ｅ１０ Ｎ／ｍ２であり、短辺長が１０
０μｍである場合の例を示している。
【００１３】図２（Ａ）は、電圧を印加していない状態
である。ここで、個別対向電極２と振動板１１との間に
駆動電圧を例えば３０Ｖまで印加すると静電力により振
動板１１が変位し、図２（Ｂ）に示すように、振動板１
１の厚い部分１１ａが段差の上面７に接する。このと
き、振動板１１の厚い部分１１ａは段差の高さのギャッ
プで対向電極２に面しており、振動板１１を変位させた
電圧はすでに印加されている。この時、振動板の厚い部
分１１ａと対向電極２とが等価的に図２（Ｃ）のように
なっていると考えられる。静電型振動板駆動ではギャッ
プの１／３に達する動作が不安定になり、対向電極２に
衝突する。衝突をさけるためには振動板１１が段差５の
高さの２／３より高い範囲で変位することが必要で、好
ましくは、変位ができるだけ小さいほうがよい。
である。ここで、個別対向電極２と振動板１１との間に
駆動電圧を例えば３０Ｖまで印加すると静電力により振
動板１１が変位し、図２（Ｂ）に示すように、振動板１
１の厚い部分１１ａが段差の上面７に接する。このと
き、振動板１１の厚い部分１１ａは段差の高さのギャッ
プで対向電極２に面しており、振動板１１を変位させた
電圧はすでに印加されている。この時、振動板の厚い部
分１１ａと対向電極２とが等価的に図２（Ｃ）のように
なっていると考えられる。静電型振動板駆動ではギャッ
プの１／３に達する動作が不安定になり、対向電極２に
衝突する。衝突をさけるためには振動板１１が段差５の
高さの２／３より高い範囲で変位することが必要で、好
ましくは、変位ができるだけ小さいほうがよい。
【００１４】図３は、振動板の振動変位と印加電圧の関
係を示す図で、図示のように、例えば、ギャップを０.
１μｍ，短辺長を８０μｍ、振動板厚みを７.５μｍに
した場合は、変位が段差の高さＬの２／３の高さに達す
る電圧は４５Ｖであり、振動板と対向電極間に印加され
ている電圧を３０Ｖとすれば、振動板は対向電極に衝突
することはない。このように厚い部分の振動板１１の剛
性を段差の高さＬの２／３より高い範囲で変位するよう
に設定すれば、振動板の対向電極への貼り付きによる破
壊や貼り付きによる復元するときの遅れがなく動作でき
る。
係を示す図で、図示のように、例えば、ギャップを０.
１μｍ，短辺長を８０μｍ、振動板厚みを７.５μｍに
した場合は、変位が段差の高さＬの２／３の高さに達す
る電圧は４５Ｖであり、振動板と対向電極間に印加され
ている電圧を３０Ｖとすれば、振動板は対向電極に衝突
することはない。このように厚い部分の振動板１１の剛
性を段差の高さＬの２／３より高い範囲で変位するよう
に設定すれば、振動板の対向電極への貼り付きによる破
壊や貼り付きによる復元するときの遅れがなく動作でき
る。
【００１５】なお、個別対向電極２上に絶縁板３が形成
される場合は、 実効ギャップ＝ギャップ−絶縁板膜厚＋（絶縁板膜厚／
比誘電率） 実効的な高さ＝段差の高さ−絶縁体膜厚＋（絶縁体膜厚
／比誘電率） で得られる実効ギャップや実効的な高さの値を用いて設
定する。例えば、ＳｉＯ ２を１００ｎｍ電極上に形成し
た場合、ギャップ深さが０.３７５μｍ、段差の高さが
０.１７５μｍで、実効ギャップ０.３μｍ、実効的段差
の高さ０.１μｍが得られる。
される場合は、 実効ギャップ＝ギャップ−絶縁板膜厚＋（絶縁板膜厚／
比誘電率） 実効的な高さ＝段差の高さ−絶縁体膜厚＋（絶縁体膜厚
／比誘電率） で得られる実効ギャップや実効的な高さの値を用いて設
定する。例えば、ＳｉＯ ２を１００ｎｍ電極上に形成し
た場合、ギャップ深さが０.３７５μｍ、段差の高さが
０.１７５μｍで、実効ギャップ０.３μｍ、実効的段差
の高さ０.１μｍが得られる。
【００１６】上述のように、本発明によるインクジェッ
トヘッドにおいては、駆動電圧を印加すると振動板１１
が変位し実効ギャップの１／３に達した後、振動板は個
別対向電極２に向かってさらに変位し最終的に対向電極
に衝突する。しかし、本発明では振動板の短辺方向端の
近傍下に具備した段差５の上面７に振動板１１の厚い部
分１１ａが接する。しかし、振動板１１の短辺中央の振
動板の厚い部分１１ａの剛性は充分高いため、振動板が
対向電極２に接しない。さらに振動板の剛性は、段差の
高さＬの２／３の高さの範囲で振動板が変位するように
硬く設定され、振動板が個別対向電極２に接しないよう
にしている。このように、本発明によると、振動板が個
別対向電極に接しないことで振動板が復元する場合に、
振動板と対向電極が貼り付くことでの遅れが生じない。
トヘッドにおいては、駆動電圧を印加すると振動板１１
が変位し実効ギャップの１／３に達した後、振動板は個
別対向電極２に向かってさらに変位し最終的に対向電極
に衝突する。しかし、本発明では振動板の短辺方向端の
近傍下に具備した段差５の上面７に振動板１１の厚い部
分１１ａが接する。しかし、振動板１１の短辺中央の振
動板の厚い部分１１ａの剛性は充分高いため、振動板が
対向電極２に接しない。さらに振動板の剛性は、段差の
高さＬの２／３の高さの範囲で振動板が変位するように
硬く設定され、振動板が個別対向電極２に接しないよう
にしている。このように、本発明によると、振動板が個
別対向電極に接しないことで振動板が復元する場合に、
振動板と対向電極が貼り付くことでの遅れが生じない。
【００１７】図４乃至図６は、本発明による静電型イン
クジェットヘッドの製造工程を説明するための要部断面
図で図４（Ａ）〜図６（Ｉ）までは短辺の断面を示し
て、図６（Ｊ）と図６（Ｋ）は長辺の断面を示してい
る。以下、単結晶Ｓｉに線膨張係数が近い硼珪酸ガラス
を基板として使用する方法を説明するが、単結晶Ｓｉ上
に拡散層電極を形成し個別対向電極として基板とし、単
結晶Ｓｉ振動板を直接接合する方法もある。
クジェットヘッドの製造工程を説明するための要部断面
図で図４（Ａ）〜図６（Ｉ）までは短辺の断面を示し
て、図６（Ｊ）と図６（Ｋ）は長辺の断面を示してい
る。以下、単結晶Ｓｉに線膨張係数が近い硼珪酸ガラス
を基板として使用する方法を説明するが、単結晶Ｓｉ上
に拡散層電極を形成し個別対向電極として基板とし、単
結晶Ｓｉ振動板を直接接合する方法もある。
【００１８】Ａ（図４（Ａ））：単結晶Ｓｉに線膨張係
数の近い硼珪酸ガラス基板１にＣｒ薄膜を蒸着法により
成膜し、フォトリソグラフィ技術により、有機レジスト
をパターンニングして、赤血塩，水酸化ナトリウム，硝
酸第二セリウム，酢酸，水の混合液でＣｒ膜をエッチン
グし、ＢＨＦ（緩衝フッ酸）によりガラスをエッチング
し、短辺幅１００μｍで０.２μｍ程度の溝を掘り、段
差の上面７になる部分を形成し、Ｃｒ膜をエッチングし
て取り去る。
数の近い硼珪酸ガラス基板１にＣｒ薄膜を蒸着法により
成膜し、フォトリソグラフィ技術により、有機レジスト
をパターンニングして、赤血塩，水酸化ナトリウム，硝
酸第二セリウム，酢酸，水の混合液でＣｒ膜をエッチン
グし、ＢＨＦ（緩衝フッ酸）によりガラスをエッチング
し、短辺幅１００μｍで０.２μｍ程度の溝を掘り、段
差の上面７になる部分を形成し、Ｃｒ膜をエッチングし
て取り去る。
【００１９】Ｂ（図４（Ｂ））：有機レジストで短辺幅
８０μｍにパターンニングし狭ギャップＲＩＥ（リアク
ティブ・イオン・エッチング）により０.３７５μｍエ
ッチングし、段差５を形成し、ギャップ４に形成する。
８０μｍにパターンニングし狭ギャップＲＩＥ（リアク
ティブ・イオン・エッチング）により０.３７５μｍエ
ッチングし、段差５を形成し、ギャップ４に形成する。
【００２０】Ｃ（図４（Ｃ））：ガラス基板１に例えば
Ｎｉ薄膜２を２００ｎｍ、絶縁膜となる１００ｎｍのＳ
ｉＯ２を積層して成膜する。有機レジストを用いフォト
リソグラフィにより個別対向電極パターンを形成し、Ｂ
ＨＦによりＳｉＯ２膜をエッチングし、硝酸，酢酸，ア
セトンの混合液によりＮｉ膜をエッチングする。このよ
うにして、絶縁膜３と個別対向電極２が形成された。
Ｎｉ薄膜２を２００ｎｍ、絶縁膜となる１００ｎｍのＳ
ｉＯ２を積層して成膜する。有機レジストを用いフォト
リソグラフィにより個別対向電極パターンを形成し、Ｂ
ＨＦによりＳｉＯ２膜をエッチングし、硝酸，酢酸，ア
セトンの混合液によりＮｉ膜をエッチングする。このよ
うにして、絶縁膜３と個別対向電極２が形成された。
【００２１】段差５の高さＬは溝の深さ０.３７５μｍ
から個別対向電極の厚み０.２μｍを差し引いた０.１７
５μｍになる。また、ＳｉＯ２が絶縁膜として０.１μ
ｍあるため、実効ギャップは 実効ギャップ＝ギャップ深さ−絶縁体膜厚＋（絶縁体膜
厚／比誘電率） から得られ、０.１μｍとなる。したがって、実効的な
段差の高さは０.１μｍになる。
から個別対向電極の厚み０.２μｍを差し引いた０.１７
５μｍになる。また、ＳｉＯ２が絶縁膜として０.１μ
ｍあるため、実効ギャップは 実効ギャップ＝ギャップ深さ−絶縁体膜厚＋（絶縁体膜
厚／比誘電率） から得られ、０.１μｍとなる。したがって、実効的な
段差の高さは０.１μｍになる。
【００２２】Ｄ（図５（Ｄ））：単結晶Ｓｉ基板２１上
に、振動板の所定の厚み例えば７.５μｍに対応した厚
さに、Ｂ硼素を１Ｅ２０／ｃｍ−３含むエピタキシャル
成長層を成長してｐ形不純物層２２を形成した、厚み２
００μｍの両面研磨１１０面Ｓｉ基板２１に、ＳｉＯ２
膜２３を２０ｎｍ熱酸化し、その上にＣＶＤ法でＳｉＮ
膜（シリコン窒化膜）２４を１５０ｎｍ成膜する。
に、振動板の所定の厚み例えば７.５μｍに対応した厚
さに、Ｂ硼素を１Ｅ２０／ｃｍ−３含むエピタキシャル
成長層を成長してｐ形不純物層２２を形成した、厚み２
００μｍの両面研磨１１０面Ｓｉ基板２１に、ＳｉＯ２
膜２３を２０ｎｍ熱酸化し、その上にＣＶＤ法でＳｉＮ
膜（シリコン窒化膜）２４を１５０ｎｍ成膜する。
【００２３】Ｅ（図５（Ｅ））：ｐ形不純物層２２側の
ＳｉＮ膜２４をＲＩＥにて取り去り、ＢＨＦでＳｉＯ２
膜２３を除去する。
ＳｉＮ膜２４をＲＩＥにて取り去り、ＢＨＦでＳｉＯ２
膜２３を除去する。
【００２４】Ｆ（図５（Ｆ））：ｐ形拡散層２２側に有
機レジストパターンをフォトリソグラフィでパターンニ
ングし、ＳＦ６とＣＦ４の混合ガスで狭ギャップＲＩＥ
エッチング装置により５.０μｍエッチングし、振動板
の薄い部分を形成するための溝２５を形成する。この溝
部分では、７.５μｍのｐ形不純物層がエッチングさ
れ、２.５μｍの厚みに残っていることになる。
機レジストパターンをフォトリソグラフィでパターンニ
ングし、ＳＦ６とＣＦ４の混合ガスで狭ギャップＲＩＥ
エッチング装置により５.０μｍエッチングし、振動板
の薄い部分を形成するための溝２５を形成する。この溝
部分では、７.５μｍのｐ形不純物層がエッチングさ
れ、２.５μｍの厚みに残っていることになる。
【００２５】Ｇ（図５（Ｇ））：反対の面のＳｉＮ膜２
４を有機レジストを用いフォトリソグラフィで、液室隔
壁パターンでパターンニングし、液室隔離レジストパタ
ーン２６を形成する。液室隔壁パターン２６は１６９μ
ｍピッチで１００μｍ幅に６４本２列になっている。ま
た加圧液室の長辺は１１１面に平行になっている。Ｓｉ
Ｎ膜２４とＳｉＯ２膜２３をＳＦ６＋ＣＦガスでＲＩＥ
（リアクティブ・イオン・エッチング）で開口する。
４を有機レジストを用いフォトリソグラフィで、液室隔
壁パターンでパターンニングし、液室隔離レジストパタ
ーン２６を形成する。液室隔壁パターン２６は１６９μ
ｍピッチで１００μｍ幅に６４本２列になっている。ま
た加圧液室の長辺は１１１面に平行になっている。Ｓｉ
Ｎ膜２４とＳｉＯ２膜２３をＳＦ６＋ＣＦガスでＲＩＥ
（リアクティブ・イオン・エッチング）で開口する。
【００２６】Ｈ（図６（Ｈ））：単結晶Ｓｉ基板２１上
のＳｉＮ液室パターンとガラス基板１上の個別対向電極
パターンをアライメントし、ガラス基板１とＳｉ基板２
１の高濃度ｐ形不純物層２２の面を接触する。ガラス基
板側には針電極により負になるように、Ｓｉ基板を置い
た台電極には正になるように配線する。大気圧の空気中
またはＡｒ，Ｎ２，Ｈｅなど不活性ガス中で、４００℃
に加熱し、前記電極に前記極性にて８００Ｖを印加す
る。このようにして、ガラス基板１と該Ｓｉ基板２１を
陽極接合した。
のＳｉＮ液室パターンとガラス基板１上の個別対向電極
パターンをアライメントし、ガラス基板１とＳｉ基板２
１の高濃度ｐ形不純物層２２の面を接触する。ガラス基
板側には針電極により負になるように、Ｓｉ基板を置い
た台電極には正になるように配線する。大気圧の空気中
またはＡｒ，Ｎ２，Ｈｅなど不活性ガス中で、４００℃
に加熱し、前記電極に前記極性にて８００Ｖを印加す
る。このようにして、ガラス基板１と該Ｓｉ基板２１を
陽極接合した。
【００２７】Ｉ（図６（Ｉ））：エッチング用のジグに
取り付け液室パターン付近以外エッチング液に接しない
ようにしてＫＯＨにて異方性エッチングを行う。Ｂ濃度
が１Ｅ２０／ｃｍ３程度に充分高ければ、ｐ形層のエッ
チングレートが非常に遅くなることが知られており、高
濃度ｐ形層のみ残すことができる。エッチング液として
はＫＯＨ他エチレンジアミンとピロカテコールの水溶液
も使用できる。
取り付け液室パターン付近以外エッチング液に接しない
ようにしてＫＯＨにて異方性エッチングを行う。Ｂ濃度
が１Ｅ２０／ｃｍ３程度に充分高ければ、ｐ形層のエッ
チングレートが非常に遅くなることが知られており、高
濃度ｐ形層のみ残すことができる。エッチング液として
はＫＯＨ他エチレンジアミンとピロカテコールの水溶液
も使用できる。
【００２８】加圧液室パターンの長辺が１１１面に平行
であるため、異方性エッチングにより基板表面に垂直に
エッチングが進み、液室隔壁２７が形成されていき、加
圧液室２８が形成されていく。そして、エッチングが高
濃度ｐ形不純物層に達すると上述のように、エッチング
速度が急激に減速される。前記工程（Ｆ）で７.５μｍ
の高濃度Ｂ不純物層２２を５μｍエッチングした部分は
２.５μｍの薄い厚みに残すことができ、振動板の薄い
部分２２ｂが形成された。また、他の高濃度ｐ形不純物
層は７.５μｍの厚みであり、７.５μｍ厚みに残すこと
ができ、振動板の厚い部分２２ａを形成できた。
であるため、異方性エッチングにより基板表面に垂直に
エッチングが進み、液室隔壁２７が形成されていき、加
圧液室２８が形成されていく。そして、エッチングが高
濃度ｐ形不純物層に達すると上述のように、エッチング
速度が急激に減速される。前記工程（Ｆ）で７.５μｍ
の高濃度Ｂ不純物層２２を５μｍエッチングした部分は
２.５μｍの薄い厚みに残すことができ、振動板の薄い
部分２２ｂが形成された。また、他の高濃度ｐ形不純物
層は７.５μｍの厚みであり、７.５μｍ厚みに残すこと
ができ、振動板の厚い部分２２ａを形成できた。
【００２９】Ｊ（図６（Ｊ））：メタルマスク４０で単
結晶Ｓｉ隔壁２７を覆い、単結晶ＳｉをＲＩＥ（リアク
ティブ・イオン・エッチング）で除去し、個別対向電極
に対する電極取り出し用電極パット８を開口する。
結晶Ｓｉ隔壁２７を覆い、単結晶ＳｉをＲＩＥ（リアク
ティブ・イオン・エッチング）で除去し、個別対向電極
に対する電極取り出し用電極パット８を開口する。
【００３０】Ｋ（図６（Ｋ））：ステンレス板３４，３
５にエッチング加工して孔を形成し流路３１、共通液室
３２とする。ステンレス板３６に炭酸ガスレーザで孔を
あけノズル孔３３を形成する。これらステンレス板３
４，３５，３６を積層し接着３０し、ノズル３３および
共通液室部３２、流路３１を製作した。そして、これら
ノズル部および共通液室部を単結晶Ｓｉ液室隔壁２７に
接着した。
５にエッチング加工して孔を形成し流路３１、共通液室
３２とする。ステンレス板３６に炭酸ガスレーザで孔を
あけノズル孔３３を形成する。これらステンレス板３
４，３５，３６を積層し接着３０し、ノズル３３および
共通液室部３２、流路３１を製作した。そして、これら
ノズル部および共通液室部を単結晶Ｓｉ液室隔壁２７に
接着した。
【００３１】なお、図６（Ｋ）に示したインクジェット
ヘッドと図１（Ａ）に示したインクジェットヘッドとは
同じものであり、図６（Ｋ）において、図１（Ａ）と同
一の部材には図１（Ａ）において用いた参照番号を
（ ）内の数字で示してある。
ヘッドと図１（Ａ）に示したインクジェットヘッドとは
同じものであり、図６（Ｋ）において、図１（Ａ）と同
一の部材には図１（Ａ）において用いた参照番号を
（ ）内の数字で示してある。
【００３２】このようにして製作した、インクジェット
ヘッドを動作させたところ、振動板の短略は発生しなか
った。３０Ｖの駆動電圧、３０ＫＨｚの駆動周波数で振
動板変位が０.２μｍ得られた。従来方式の当接する方
式では３ｋＨｚでの駆動周波数であった。この値から本
発明インクジェットヘッド構造では駆動周波数の向上が
得られることがわかる。
ヘッドを動作させたところ、振動板の短略は発生しなか
った。３０Ｖの駆動電圧、３０ＫＨｚの駆動周波数で振
動板変位が０.２μｍ得られた。従来方式の当接する方
式では３ｋＨｚでの駆動周波数であった。この値から本
発明インクジェットヘッド構造では駆動周波数の向上が
得られることがわかる。
【００３３】
【発明の効果】請求項１に対応する効果：駆動電圧を低
くするため振動板と個別対向電極でできるギャップを狭
くしてもインク吐出に充分な振動板の変位が得られ、か
つ振動板が個別対向電極に接することなく駆動でき、こ
のため、駆動周波数を向上することができる。
くするため振動板と個別対向電極でできるギャップを狭
くしてもインク吐出に充分な振動板の変位が得られ、か
つ振動板が個別対向電極に接することなく駆動でき、こ
のため、駆動周波数を向上することができる。
【００３４】請求項２に対応する効果：振動板の厚い部
分の変位が段差の高さの２／３より高い範囲で変位する
振動板の剛性とすることで、確実に振動板が個別対向電
極に接することがない。振動の厚い部分の剛性を高くす
ることで、動作をより確実にすることができる。
分の変位が段差の高さの２／３より高い範囲で変位する
振動板の剛性とすることで、確実に振動板が個別対向電
極に接することがない。振動の厚い部分の剛性を高くす
ることで、動作をより確実にすることができる。
【００３５】請求項３に対応する効果：個別対向電極上
に絶縁体がある場合に、振動板の厚い部分の変位が段差
の実効的高さの２／３より高い範囲で変位することで、
確実に振動板が個別対向電極に接することがない。
に絶縁体がある場合に、振動板の厚い部分の変位が段差
の実効的高さの２／３より高い範囲で変位することで、
確実に振動板が個別対向電極に接することがない。
【図１】 本発明によるインクジェットヘッドの一例を
説明するための要部断面構造図である。
説明するための要部断面構造図である。
【図２】 本発明によるインクジェットヘッドの動作原
理を説明するためのイメージ図である。
理を説明するためのイメージ図である。
【図３】 振動板の、印加電圧と変位との関係を示す図
である。
である。
【図４】 本発明による個別対向電極基板の製造工程の
一部を説明するための工程図である。
一部を説明するための工程図である。
【図５】 本発明による振動板基板の製造工程の他の一
部を説明するための工程図である。
部を説明するための工程図である。
【図６】 本発明によるインクジェットヘッドを製造す
る工程の一部を説明するための図で、図４に示した個別
対向電極基板と図５に示した振動板基板とを接合する工
程を説明するための図である。
る工程の一部を説明するための図で、図４に示した個別
対向電極基板と図５に示した振動板基板とを接合する工
程を説明するための図である。
１…個別対向電極基板、２…個別対向電極、３…絶縁
体、４…ギャップ、５…段差、６…段差の側面、７…段
差の上面、８…電極パッド、１１，２２…振動板、１１
ａ，２２ａ…振動板の厚い部分、１１ｂ，２２ｂ…振動
板の薄い部分、１２，２７…隔壁、１３，２８…加圧液
室。
体、４…ギャップ、５…段差、６…段差の側面、７…段
差の上面、８…電極パッド、１１，２２…振動板、１１
ａ，２２ａ…振動板の厚い部分、１１ｂ，２２ｂ…振動
板の薄い部分、１２，２７…隔壁、１３，２８…加圧液
室。
Claims (3)
- 【請求項１】 振動板と該振動板に対向して所定のギャ
ップをもって配設された個別対向電極とを有し、該振動
板と個別対向電極との間に電圧を印加して静電力を発生
させ、前記振動板を変形して該振動板の復元力により加
圧して吐出する方式のインクジェットヘッドにおいて、 前記振動板が短辺両端近傍の振動板の薄い部分と中央の
厚い部分から構成され、 かつ、前記ギャップ内の該振動板下の短辺両端に段差を
具備し、前記個別対向電極と該段差の側面とが凹構造を
なし、前記振動板の厚い部分と前記段差上面との距離よ
り前記振動板の厚い部分と個別対向電極との距離の方が
遠いことを特徴とするインクジェットヘッド構造。 - 【請求項２】 請求項１のインクジェットヘッドにおい
て、 前記該振動板の変位は該振動板の厚い部分が前記段差ま
で変位したときに、該振動板と個別対向電極の距離の最
短部分が前記段差の側面の高さの２／３より高いことを
特徴とするインクジェットヘッド構造。 - 【請求項３】 請求項１のインクジェットヘッドにおい
て、前記振動板上または個別対向電極上に絶縁体を有
し、前記振動板が、 実効ギャップ＝ギャップ−絶縁体膜厚＋（絶縁体膜厚／
絶縁体の比誘電率） 実効的段差の高さ＝段差の高さ−絶縁体膜厚＋（絶縁体
膜厚／絶縁体の比誘電率） 式で示される実効ギャップおよび実効的段差を上面まで
変位したときに、該振動板と個別対向電極の距離の最短
部分が前記段差の側面の実効的高さの２／３より高いこ
とを特徴としたインクジェットヘッド構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22468798A JP2000052551A (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | インクジェットヘッド構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22468798A JP2000052551A (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | インクジェットヘッド構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000052551A true JP2000052551A (ja) | 2000-02-22 |
Family
ID=16817666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22468798A Pending JP2000052551A (ja) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | インクジェットヘッド構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000052551A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1226945A1 (en) * | 2001-01-24 | 2002-07-31 | Xerox Corporation | Electrostatically-actuated device |
| JP2007038486A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Seiko Epson Corp | 静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出装置の製造方法 |
| JP2015525679A (ja) * | 2012-07-06 | 2015-09-07 | シーエスエムシー テクノロジーズ エフエイビー１ カンパニー リミテッド | Ｍｅｍｓチップ及びその製造方法 |
-
1998
- 1998-08-07 JP JP22468798A patent/JP2000052551A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1226945A1 (en) * | 2001-01-24 | 2002-07-31 | Xerox Corporation | Electrostatically-actuated device |
| JP2007038486A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Seiko Epson Corp | 静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出装置の製造方法 |
| JP4655807B2 (ja) * | 2005-08-02 | 2011-03-23 | セイコーエプソン株式会社 | 静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 |
| JP2015525679A (ja) * | 2012-07-06 | 2015-09-07 | シーエスエムシー テクノロジーズ エフエイビー１ カンパニー リミテッド | Ｍｅｍｓチップ及びその製造方法 |
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