JP2001010036A - インクジェットヘッド及びその製造方法並びにインクジェット記録装置 - Google Patents

インクジェットヘッド及びその製造方法並びにインクジェット記録装置

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JP2001010036A
JP2001010036A JP18271299A JP18271299A JP2001010036A JP 2001010036 A JP2001010036 A JP 2001010036A JP 18271299 A JP18271299 A JP 18271299A JP 18271299 A JP18271299 A JP 18271299A JP 2001010036 A JP2001010036 A JP 2001010036A
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diaphragm
ink jet
electrode
liquid chamber
jet head
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Makoto Tanaka
田中  誠
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 小型化を図りつつ多値化を簡単な構成で達成
する静電型インクジェットヘッド、その製造方法及び記
録装置を提供する。 【解決手段】 静電型ヘッドの構成で、振動板が変位特
性の異なる複数の領域を有する構成としたものである。
ここで、振動板の変位特性を異ならせるために、幅或い
は厚さを異ならせることができ、また、中心部領域又中
心線に沿う領域を薄くすることができる。具体的には、
振動板10は短辺長の異なる複数の領域10a、10b
からなり変位特性の異なる複数の領域を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッド及
びその製造方法並びにインクジェット記録装置に関し、
特に静電型インクジェットヘッド及びその製造方法並び
に静電型インクジェットヘッドを搭載したインクジェッ
ト記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像記録装置(画像形成装置)として用いる
インクジェット記録装置において使用するインクジェッ
トヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズル
が連通する液室(吐出室、圧力室、加圧液室、インク流
路等とも称される。)と、この液室内のインクを加圧す
るエネルギーを発生するエネルギー発生手段(アクチュ
エータ)とを備えて、アクチュエータを駆動することで
液室内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させ
るものであり、記録の必要なときにのみインク滴を吐出
するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。
【0003】そして、インク滴(記録液体)の発生方法
及び飛翔方向を制御するための制御方法により、幾つか
の方式に大別される。例えば、液室の壁の一部を薄い振
動板とし、これに対応して電気機械変換素子としての圧
電素子を配置し、電圧印加に伴って発生する圧電素子の
変形により振動板を変形させることで液室内の圧力を変
化させて、インク滴を吐出させるピエゾ方式のもの、液
室内部に発熱体素子を配置し、通電による発熱体の加熱
によって気泡を発生させ、気泡の圧力によってインク滴
を吐出させるバブルジェット方式のものが一般に良く知
られている。
【0004】これらの方式では小型化、高密度化、高速
化、省電力化などに限界があることから、例えば特開平
2−289351号公報に記載されているように、Si
からなる液室の一部を形成する振動板と、この振動板に
対向して配置された液室外の個別電極とを備え、振動板
と電極との間に電界を印加することで発生する静電力に
より振動板を変形させて、液室内の圧力/体積を変化さ
せることによりノズルからインク滴を吐出させる静電型
のものが提案されている。
【0005】このような静電型インクジェットヘッドに
おいて、簡単なプロセスで高密度に液室を形成する方法
として、マイクロマシニングの分野において技術が確立
されている単結晶Siの異方性ウェットエッチング、特
に垂直壁が形成可能な結晶面方位(110)のSi基板
を液室基板に用いるようにしている。
【0006】また、画像品質を向上するためには高密度
化と共に多値化も要求される。多値化の方法としては、
インク滴を大きくする方法、印刷強度に合わせてインク
濃度(濃さ)を選択する方法などがある。後者のインク
濃度を選択する方法にあっては、インクの種類が増える
分、ヘッド数或いはノズル数を増やす必要があり、一般
にコスト高になることから、前者の方法が用いられてい
る。
【0007】前者のインク滴を大きくする方法として、
1周期(定格の噴射周期)内に2つの駆動パルスを印加
して、1周期内に2滴のインク滴を吐出して飛翔中に合
体させて大きなインク滴を形成する方法が知られてい
る。すなわち、最初のインク滴を通常インク滴(1周期
内に1つの駆動パルスを印加して吐出させるインク滴)
と同様にして吐出し、その1周期内で次のインク滴を通
常のインク滴より小さくして吐出することで、飛翔中に
2つのインク滴が1つのインク滴に合体して、結果的に
通常よりも大きなインク滴が得られるというものであ
る。
【0008】また、特開平9−39235号公報に記載
されているように、電極を段階的に形成することで振動
板と電極とのギャップ長を段階的に異ならせて多値化を
実現しようとするものも知られている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多値化
のために1周期内に2滴のインク滴を吐出して飛翔中に
合体させて大きなインク滴を形成する方法にあっては、
2番目に吐出させるインク滴は、液室内の圧力振動、或
いはノズルのメニスカス振動に同期させて駆動パルスを
印加して吐出させなければならず、技術的な難度が高い
という課題がある。また、電極を段階的に形成して振動
板と電極とのギャップ長を段階的に異ならせようとする
と、製造方法が複雑になる。
【0010】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、高密度化、小型化、低電圧化を図りつつ多値化
を簡単な構成で達成できるインクジェットヘッド及びそ
の製造方法並びにインクジェット記録装置を提供するこ
とを目的とする。
【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、振動板が変
位特性の異なる複数の領域を有する構成としたものであ
る。ここで、振動板の変位特性を異ならせるために、幅
或いは厚さを異ならせることができ、また、中心部領域
又中心線に沿う領域を薄くすることができる。
【0012】また、本発明に係るインクジェットヘッド
は、振動板が連続的に厚みが変化している構成としたも
のである。さらに、本発明に係るインクジェットヘッド
は、振動板が臨む液室が幅の異なる複数の領域を有する
構成としたもの、若しくは、振動板を固定する電極側の
部材に幅の異なる複数の領域を有する凹部を設けた構成
としたものである。
【0013】さらにまた、本発明に係るインクジェット
ヘッドは、振動板が臨む液室の短辺長が連続的に変化し
ている構成としたもの、或いは、振動板を固定する電極
側の部材に短辺長が連続的に変化する凹部を設けた構成
としたものである。
【0014】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、LOCOS法により酸化膜を形成/除去して厚
さの異なる領域を有する振動板を形成する構成としたも
のである。
【0015】本発明に係るインクジェット記録装置は、
上述したインクジェットヘッドの振動板に臨界変位を与
える電圧がSVであるときに、インク滴吐出を行うとき
の印加電圧Vが、SV<Vの関係にある構成としたもの
である。また、本発明に係るインクジェット記録装置
は、上述した振動板の異なる変位領域A1、A2、…An
に臨界変位を与える電圧がSV1、SV2、…SVnであ
るときに、異なる液適量M1、M2、…Mnのインク滴吐
出を行うときの印加電圧V1、V2、…Vnが、SV1<
V1<SV2<V2<SV3…<SVn<Vnの関係にある
構成としたものである。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照して説明する。図1は本発明の第1実
施形態に係るインクジェットヘッドの平面図、図2は図
1のA−A線に沿う正断面図、図3は図1のB−B線に
沿う側断面図、図4は図1のC−C線に沿う側断面図で
ある。
【0017】このインクジェットヘッドは、液室基板1
と、この液室基板1の下側に設けた電極側基板2と、液
室基板1と電極側基板2との間に介設したギャップ形成
用スペーサ部材3と、液室基板1の上側に設けたノズル
プレート4とを積層し、複数のノズル5、各ノズル5が
連通する液室(加圧液室)6、共通液室7及び流体抵抗
部8などを形成している。
【0018】液室基板1には、液室6を形成する貫通
穴、各液室6にインクを供給するための共通液室7を形
成する凹部、共通液室7から各液室6へのインク供給路
となる流体抵抗部8を形成する溝部などを形成してい
る。そして、この液室基板1の下面には液室6の壁面の
一部をなす振動板10を設けている。
【0019】ここで、振動板10を有する液室基板1
は、例えば結晶面方位(110)のシリコン単結晶基板
をKOH水溶液などの強アルカリ性エッチング液で異方
性エッチングして所望の微細な液室パターンを形成した
ものであり、シリコンの窒化膜や酸化膜などをエッチン
グマスク、振動板10となるSOI基板のシリコン酸化
膜または高濃度P+拡散層或いはボロン層をエッチング
ストップ層として用いることができる。液室形成におい
てはウエットエッチングプロセスだけでなく、RIEや
ICPなどのドライエッチングプロセスを用いることも
可能である。
【0020】また、振動板10を有する液室基板1とし
ては、液室6を形成する部分と振動板10とを異種の材
料、プロセスで形成した複合材料から構成することもで
きる。例えば振動板10は、振動板として十分な機械的
強度が得られるならば、Si基板やセラミック基板上に
CVDやスパッタリングなどの薄膜形成プロセスによっ
て形成されたSiエピタキシャル層/多結晶膜、または
金属薄膜、セラミック薄膜などであってもよい。液室6
もシリコンやセラミックだけでなく、微細加工が可能で
液室としての剛性が得られるのであれば、樹脂やSUS
など金属を液室部材の一部として用いることができる。
【0021】電極側基板2は、ガラス、Si等からな
り、この電極基板2上に振動板10に所定のギャップ1
2を置いて対向する電極11を形成するためのスペーサ
部材3を設け、このスペーサ部材3には電極11を形成
するための凹部14を形成している。このスペーサ部材
3は電極11と電極側基板2との絶縁分離膜を兼ねてい
る。
【0022】電極11はNi、A1、Ti、Pt、Cuまた
はTiNなどの導電性材料を、スパッタ、CVD、蒸着
などの成膜技術で所望の厚さに成膜し、その後、フォト
レジストを形成してエッチングすることにより形成する
ことができる。そして、この電極11上には電極保護ま
た短絡、放電による破損防止を目的としたSiO2などの
電極保護膜15を形成している。
【0023】この電極側基板2と液室基板1とは、スペ
ーサ部材3と振動板10とを陽極接合、直接接合、共晶
接合などのプロセスで接合することで一体化している。
【0024】ノズルプレート4は、NiやSUSなどの
金属板、セラミックス、ガラス、或いは樹脂などから構
成し、ノズルはドライ/ウエットエッチングやエレクト
ロフォーミング法、或いはレーザー加工などの周知の方
法で作製することができる。このノズルプレート4のノ
ズル面(吐出方向の表面)には、インクとの撥水性を確
保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティング
などの周知の方法で撥水膜を形成している。
【0025】このインクジェットヘッドにおいては、振
動板10と電極11との間に駆動パルス電圧を印加する
ことによって充電して、静電力によって振動板10が電
極11側に変形変位し、続いて振動板10と電極11間
の電荷を放電させることによって振動板10が復帰変形
変位して、液室6の内容積(体積)が変化することによ
って、ノズル5からインク滴が吐出される。
【0026】このように固体振動板を面屈曲振動させて
インク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッドにお
いて、振動板の厚さをt、振動板の固定端の短辺長を
a、静電実効ギャップをh、ギャップ(振動板−電極
間)への印加電圧をVとしたとき、振動板の変位(振動
変位)はδは、次の(1)式で近似的に与えられる。
【0027】
【数1】
【0028】すなわち、振動変位δは、短辺長aの4
乗、印加電圧Vの2乗に比例し、実効ギャップhの2
乗、振動板厚さtの3乗に反比例する。
【0029】また、インク滴噴射の面から考えると、振
動板変位時の体積変化量が噴射インク滴液量にとって重
要なファクターである。そこで、振動板の長辺長をb
(振動板面をa×bの四角形と考えた場合)とすると、
体積変化量ΔVolは、次の(2)式で与えられることに
なる。
【0030】
【数2】
【0031】これらの式は解析解の1例であり近似式で
ある。実際のインク噴射のメカニズムは複雑で、噴射ノ
ズルの大きさ・形状や位置及び表面状態、液の粘性、流
体抵抗部の大きさ・形状、液室の形状、表面状態等によ
って少なからず変化する。しかし、上式がヘッドの構
成、ディメンジョンを最適化あるいは決定する上での有
効な指標である。
【0032】そこで、上式を参考にすると、原理上、印
加電圧を変化させることによって多値化は可能である
が、振動板と対向電極とを用いる静電アクチュエータの
場合、振動板の変位は実効ギャップhの1/3程度が限
界とされている。これは印加電圧Vの印加による静電引
力と振動板の剛性による復元力の釣合から求まるもの
((以下、このときの電圧を「臨界電圧」といい、変位
を「臨界変位」という。)のこれ以上の静電引力を発生
する電圧を印加すると、静電引力が復元力に勝って、上
式が成り立たなくなる。
【0033】つまり、臨界変位を越えるような変位を発
生する印加電圧を印加した場合には振動板は対向する電
極あるいはその保護膜に接触することになる(以下、こ
の状態を「当接」といい、このときの振動板の変位を
「当接変位」いう。)。要するに、上式が成り立つ範
囲、即ち臨界変位以内において、印加電圧Vの調整によ
り多値化を行おうとすると、相対的に振動板と電極との
実効ギャップを大きくしなければならず、結果として高
電圧駆動が必要になる。
【0034】そこで、本発明では当接変位での振動を基
本振動とし、臨界変位での電圧をしきい値として多値化
を行うために、この第1実施形態では振動板に短辺長の
異なる複数の領域を形成することで変位特性の異なる領
域を形成したものである。なお、「変位特性」とは駆動
電圧に対する変位量を言い、変位特性が異なるとは同じ
駆動電圧を印加した場合でも変位量が異なることを言う
ものとする。
【0035】すなわち、振動板10は短辺方向の幅(短
辺長)aが異なる複数の領域、即ち短辺長a1の領域1
0aと短辺長a2(a1>a2)の領域10bとを有す
る形状としている。したがって、駆動電圧0Vでレベル
0(インク滴吐出無=液滴量Mj0)、領域10aのみ
が当接する臨界電圧SV1でレベル1(液滴量Mj1)
のインク滴吐出、領域10a及び10bの双方が当接す
る臨界電圧SV2でレベル2(液滴量Mj2)のインク
滴吐出を行うことができ、3値(Mj0,Mj1,Mj
2)を得ることができる。
【0036】なお、ここでの「レベル」とはインク滴の
大きさを意味し、レベルに関しては、単純に体積や直径
だけで定めるものではなく、紙面への浸透性なども考慮
して定められるものであるが、便宜上滴体積Mjの大き
さで表わしている。
【0037】そこで、このインクジェットヘッドの振動
板10と電極11との間に駆動電圧Vとして、電圧V1
を印加することによって滴体積Mj1のインク滴を吐出
させることができ、電圧V2を印加することによって滴
体積Mj2(Mj2>Mj1)のインク滴を吐出させる
ことができる。
【0038】ここで、臨界電圧SVと駆動電圧Vとの関
係は、SV1<V1<SV2<V2に設定して、当接変
位を行わせている。すなわち、振動板の異なる変位領域
A1、A2、…Anに臨界変位を与える電圧がSV1、S
V2、…SVnであるときに、異なる液適量M1、M2、
…Mnのインク滴吐出を行うときの印加電圧V1、V2、
…Vnが、SV1<V1<SV2<V2<SV3…<SVn
<Vnの関係になるようにしている。これにより、当接
変位を行わせることができる。
【0039】このように、振動板の幅を異ならせて変位
特性の異なる複数の領域を形成することによって、各ビ
ット(インク滴を吐出するための振動板、電極、液室、
ノズルから構成される単位を言う。)の電極数を増やす
ことなく、簡単な構成で多値化を図ることができ、低電
圧化も図れる。また、当接変位を行わせることで、製作
上のバラツキ、例えば振動板厚さ、ギャップ長、振動板
固定端長(短辺長)のバラツキが若干あっても液滴量の
バラツキに殆ど影響がなく、バラツキの少ないインク滴
を得られる。
【0040】次に、本発明の第2実施形態について図5
及び図6を参照して説明する。なお、図5は同実施形態
のインクジェットヘッドの一例を示す平面説明図、図6
は同じく他の例を示す平面説明図である。この実施形態
においては、振動板10の固定端となる液室6に短辺長
が異なる複数の領域6a、6b(図5の例)或いは6
a、6b、6c(図6の例)を形成している。これによ
って、結果的に、振動板10は変位特性の異なる複数の
領域10a、10b(図5の例)或いは10a、10
b、10c(図6の例)を有することになる。
【0041】したがって、上記第1実施形態と同様に、
図5の例では、電圧0Vでレベル0(インク滴噴射
無)、液室6の領域6aに対応する振動板10の領域1
0aのみが当接する臨界電圧でレベル1、液室6の領域
6a及び6bの双方に対応する振動板10の領域10a
及び10bが当接する臨界電圧でレベル2に対応し、3
値が得られる。
【0042】同様に、図6の例では、電圧0Vでレベル
0(インク滴噴射無)、液室6の領域6aに対応する振
動板10の領域10aのみが当接する臨界電圧でレベル
1、液室6の領域6a及び6bの双方に対応する振動板
10の領域10a、10bが当接する臨界電圧でレベル
2、液室6の領域6a、6b及び6cのすべてに対応す
る振動板10の領域10a、10b及び10cが当接す
る臨界電圧でレベル3に対応し、4値が得られる。
【0043】このように振動板が臨む液室は幅の異なる
複数の領域を有することで、ギャップ長を異ならせて多
値化を図る場合に比べて、製造方法が容易になり、簡単
な構成で多値化を実現できる。
【0044】次に、本発明の第3実施形態について図7
及び図8を参照して説明する。なお、図7は同実施形態
のインクジェットヘッドの一例を示す平面説明図、図8
は同じく他の例を示す平面説明図である。この実施形態
においては、振動板10の固定端となる液室6の平面形
状を略三角形状(図7の例)或いは楕円形状(図8の
例)に形成することで短辺長を連続的に変化させてい
る。これによって、結果的に、振動板10の短辺長も連
続的に変化し各部位によって変位特性が異なることにな
る。
【0045】この場合も液室6の各部位に対応する振動
板10の各部位の臨界電圧が異なることになるので、振
動板10と電極11との間に印加する駆動電圧を変化さ
せることで、複数のレベルのインク滴を吐出させること
ができる。そして、振動板10の短辺長が連続的に変化
していることから、低電圧でアナログ的に大きさの異な
るインク滴を吐出させることができる。ここで、液室形
状を選択することで、印加電圧と印字強度、大きさ(液
滴の大きさ)を線形的に変化させることも可能である。
【0046】次に、本発明の第4実施形態について図9
を参照して説明する。なお、同図は同実施形態のインク
ジェットヘッドの一例を示す平面説明図である。この実
施形態においては、複数の振動板10(液室6)を短辺
長が狭くなる領域がノズル列方向で交互に逆方向になる
ように配置したものであり、これにより、液室6間隔壁
の厚みを維持しつつ高密度に配置することが可能にな
る。なお、この場合、共通液室7や流体抵抗部8は立体
的な配置にて行うことが好ましい。
【0047】次に、上記第2実施形態のインクジェット
ヘッドの製造工程の一例について図10を参照して説明
する。先ず、同図(a)に示すように、電極側基板2上
に設けたスペーサ部材3に凹部14を形成し、同図
(b)に示すように電極11を凹部14に形成して保護
膜にて保護する。他方、同図(c)に示すように振動板
10を一体に形成し、液室6となる貫通穴の短辺長が2
段階に異なる液室基板1を得て、この液室基板1を電極
側基板2上に設けたスペーサ部材3上に接合する。そし
て、同図(d)に示すように、液室基板1上にノズルプ
レート4を接合する。
【0048】このように液室基板1と一体に振動板10
を形成するには、例えば、振動板10となる部分に高濃
度ボロン層を形成し結晶面方位(110)のシリコン単
結晶基板に窒化膜や酸化膜などのエッチングマスクを形
成して、KOH水溶液などの強アルカリ性エッチング液
で異方性エッチングして所望の微細な液室パターンを形
成する。このときボロン層がエッチストップ層となって
薄膜の振動板10が形成され、この振動板10の形状は
液室6の形状として規定される。
【0049】次に、本発明の第5実施形態について図1
1及び図12を参照して説明する。なお、図11は同実
施形態のインクジェットヘッドの一例を示す平面説明
図、図12は同じく他の例を示す平面説明図である。こ
の実施形態においては、振動板10の固定端となる電極
側部材であるスペーサ部材3に短辺長が異なる複数の領
域14a、14b(図11の例)或いは14a、14
b、14c(図12の例)を有する凹部14を形成して
いる。これによって、結果的に、振動板10は変位特性
の異なる複数の領域10a、10b又は10a、10
b、10cを有することになる。
【0050】したがって、前記第2実施形態と同様に、
図11の例では、電圧0Vでレベル0(インク滴噴射
無)、スペーサ部材3の凹部14の領域14aに対応す
る振動板10の領域10aのみが当接する臨界電圧でレ
ベル1、凹部14の領域14aa及び14bの双方に対
応する振動板10の領域10a及び10bが当接する臨
界電圧でレベル2に対応し、3値が得られる。
【0051】同様に、図12の例では、電圧0Vでレベ
ル0(インク滴噴射無)、スペーサ部材3の凹部14の
領域14aに対応する振動板10の領域10aのみが当
接する臨界電圧でレベル1、凹部14の領域14a及び
14bの双方に対応する振動板10の領域10a、10
bが当接する臨界電圧でレベル2、凹部14の領域14
a、14b及び14cのすべてに対応する振動板10の
領域10a、10b及び10cが当接する臨界電圧でレ
ベル3に対応し、4値が得られる。
【0052】このように振動板を固定する電極側部材
(ここではスペーサ部材)に幅の異なる複数の領域を有
する凹部を設けることで、ギャップ長を異ならせて多値
化を図る場合に比べて、製造方法が容易になり、簡単な
構成で多値化を実現できる。
【0053】次に、この第5実施形態のインクジェット
ヘッドの製造過程の一例について図13を参照して説明
する。先ず、同図(a)に示すように、電極側基板2上
に設けたスペーサ部材3に短辺長が2段階に異なる領域
14a、14bを有する凹部14を形成し、同図(b)
に示すように電極11を凹部14に形成して保護膜にて
保護する。他方、同図(c)に示すように振動板10を
一体に形成した液室基板1を得て、この液室基板1を電
極側基板2上に設けたスペーサ部材3上に接合する。そ
して、同図(d)に示すように、液室基板1上にノズル
プレート4を接合する。前述した図10の場合と比較す
ると、液室となる貫通穴ではなくスペーサ部材の凹部の
短辺長が段階的に異なっていることが理解できる。
【0054】次に、本発明の第6実施形態について図1
4乃至図17を参照して説明する。なお、図14は同実
施形態に係るインクジェットヘッドの平面図、図15は
図14のD−D線に沿う正断面図、図16は図14のE
−E線に沿う側断面図、図17は図14のF−F線に沿
う側断面図である。
【0055】この実施形態においては、液室6の壁面を
形成する振動板20を設け、この振動板20の電極11
側の彫り込み部21を形成して厚みの異なる複数の領域
20a、20bを形成することで、変位特性の異なる複
数の領域20a、20bを設けている。なお、この振動
板20及び液室6の形状はいずれも方形状に形成してい
る。また、その他の構成は前記第1実施形態にかかるイ
ンクジェットヘッドと同様である。
【0056】このように振動板20に厚さの変化を与え
ることで、電極11との間の実効ギャップ長が変化し、
振動板厚さが薄くなることとギャップ長が大きくなるこ
とは互いにトレードオフの関係にある。ここで、前述し
た(1)、(2)式よれば、振動変位(体積変位)は、
振動板厚さtの3乗に反比例し、実効ギャップ長hの2
乗に反比例するため、振動板厚さの変化の方が体積変位
の効果が高い。すなわち、ある範囲内においては、振動
板厚さを薄くすることによって、臨界変位のしきい値電
圧を下げることができる。
【0057】したがって、電圧0Vでレベル0(インク
滴噴射無)、振動板20の領域20aのみが当接する臨
界電圧でレベル1、振動板20の領域20a及び20b
の双方が当接する臨界電圧でレベル2に対応し、3値が
得られる。
【0058】このように振動板の厚さの異なる領域を形
成して変位特性の異なる複数の領域を設けることによっ
ても、各ビットに電極数を増やすことなく、簡単な構成
で多値化を図れ、低電圧化を図れる。
【0059】次に、本発明の第7実施形態について図1
8を参照して説明する。なお、同図同実施形態に係るイ
ンクジェットヘッドの正断面図である。この実施形態に
おいては、振動板20の彫り込み部21を液室6側に形
成して厚みの異なる複数の領域20a、20bを形成し
ている。このようにすることで、振動板20と電極11
とのギャップ長は一定であるので、上記第6実施形態に
比べてディメンジョンの設定は容易になるが、製造プロ
セスが若干難しくなる。
【0060】次に、本発明の第8実施形態について図1
9を参照して説明する。なお、同図は同実施形態のイン
クジェットヘッドの一例を示す平面説明図である。この
実施形態においては、振動板20の電極面側に彫り込み
部を形成して厚みを薄くすると共に、その薄くした領域
の液室6側の中心部付近に彫り込み部を形成して厚さの
異なる複数の領域20a、20b、20cを形成し、変
位特性の異なる複数の領域を持たせている。
【0061】したがって、上記第6実施形態と同様に、
電圧0Vでレベル0(インク滴噴射無)、振動板20の
領域20aのみが当接する臨界電圧でレベル1、振動板
20の領域20a及び20bが当接する臨界電圧でレベ
ル2に対応し、振動板20の領域20a、20b及び2
0cが当接する臨界電圧でレベル3に対応し、4値が得
られる。
【0062】次に、本発明の第9実施形態について図2
0を参照して説明する。なお、同図は同実施形態のイン
クジェットヘッドの一例を示す平面説明図である。この
実施形態においては、振動板20の液室6側の中心部付
近に彫り込み部21を形成して厚さの異なる複数の領域
20a、20bを形成し、変位特性の異なる複数の領域
を持たせている。
【0063】したがって、上記第6実施形態と同様に、
電圧0Vでレベル0(インク滴噴射無)、振動板20の
領域20aのみが当接する臨界電圧でレベル1、振動板
20の領域20a及び20bが当接する臨界電圧でレベ
ル2に対応し、3値が得られる。このとき、レベル2は
レベル1の当接変位(領域10aの当接変位)が補助的
に働いて、領域10bの当接が容易になり、しきい値電
圧を下げることができる。
【0064】次に、本発明の第10実施形態について図
21を参照して説明する。なお、同図は同実施形態のイ
ンクジェットヘッドの一例を示す平面説明図である。こ
の実施形態においては、振動板20の液室6側の中心線
に沿って3個の彫り込み部21を形成して厚さの異なる
複数の領域20a、20bを形成すると共に、領域20
aを3個形成し、変位特性の異なる複数の領域を持たせ
ている。
【0065】したがって、上記第9実施形態と同様に、
電圧0Vでレベル0(インク滴噴射無)、振動板20の
3個の領域20aのみが当接する臨界電圧でレベル1、
振動板20の3個の領域20a及び20bが当接する臨
界電圧でレベル2に対応し、3値が得られる。このと
き、レベル2はレベル1の当接変位(3個の領域10a
の当接変位)が補助的に働いて、領域10bの当接が容
易になり、しきい値電圧を下げることができる。
【0066】次に、前記第6実施形態に係るインクジェ
ットヘッドの製造工程について図22を参照して説明す
る。先ず、同図(a)に示すように液室基板1となる結
晶方位面(110)のSi基板31にボロンを注入して
振動板20となる高濃度ボロン(B)層32を形成した
後、同図(b)に示すように、マスク層33、34を順
次成膜し、写真製版技術を用いてマスク層33、34の
パターニングを行い、同図(c)に示すようにフィール
ド酸化を行ってLOCOS酸化膜35を形成する。
【0067】そして、上記マスク層33、34及びLO
COS酸化膜35をウェットエッチングで除去して、ボ
ロン層32に彫り込み部21を形成することで、厚さの
異なる領域20a、20bを有する振動板20を形成す
る。
【0068】その後、図示しないが、Si基板31の振
動板20と反対側の面にマスク層を形成してパターニン
グし、電極11を有するスペーサ部材3を設けた電極側
基板2を接合した後、インク液室(液室6、共通液室
7、流体抵抗部8など)をKOH液等で異方性エッチン
グして形成する。なお、Si基板に高濃度ボロン層を形
成するのは前述したようにKOH液でインク液室を形成
する場合のエッチストップ層として、振動板を得るため
である。また、前述したように、高濃度B層を形成する
以外にもSOI基板を用いるなど種々の方法を採用する
ことができる。
【0069】このようにLOCOS法で振動板厚みの異
なるインクジェットヘッドを製造することによって、振
動板の厚み段差が滑らかになり、振動板強度の低下を招
くことがなく、プロセスが安定して、均一性、再現性に
優れることからインク滴吐出特性のバラツキも少なくな
る。
【0070】次に、本発明の第11実施形態について図
23を参照して説明する。なお、同図は同実施形態のイ
ンクジェットヘッドの一例を示す平面説明図である。こ
の実施形態においては、振動板20の厚みを連続的に変
化させている。このようにしても前述したように振動板
の短辺長を連続的に変化させる場合と同様に、アナログ
的に大きさの異なるインク滴を吐出することができ、多
値化を図ることができる。
【0071】なお、上記各実施形態においては、インク
滴吐出無を含めて3値或いは4値若しくはアナログ的に
変化するインク滴を得られるようにした例で説明した
が、5値以上のインク滴が得られるようにすることもで
きる。また、上記各実施形態においては、電極側基板2
上にギャップ形成及び絶縁分離膜を兼ねたスペーサ部材
を介設した例で説明したが、電極側基板2に凹部を形成
して、この凹部内に電極を形成する構成とすることもで
きる。
【0072】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットヘッドによれば、振動板が変位特性の異なる
複数の領域を有する構成としたので、簡単な構成で多値
化を図ることができると共に、低電圧化を図れる。この
場合、振動板の変位特性を異ならせるために幅或いは厚
さを異なることがで、製造工程が容易になる。また、振
動板の中心部領域又中心線に沿う領域を薄くすること
で、低電圧化を図れる。
【0073】また、本発明に係るインクジェットヘッド
によれば、振動板が連続的に厚みが変化している構成と
したので、アナログ的に変化するインク滴を得ることが
できるようになる。
【0074】さらに、本発明に係るインクジェットヘッ
ドによれば、振動板が臨む液室が幅の異なる複数の領域
を有する構成とし、或いは振動板を固定し電極とのギャ
ップを形成するスペーサ部材が幅の異なる複数の領域を
有する構成としたので、簡単な構成で多値化を図ること
ができると共に、低電圧化を図れ、製造工程も容易にな
る。
【0075】さらにまた、本発明に係るインクジェット
ヘッドによれば、振動板が臨む液室の短辺長が連続的に
変化している構成とし、或いは、振動板を固定し電極と
のギャップを形成するスペーサ部材の短辺長が連続的に
変化している構成としたので、アナログ的にインク滴を
変化させることができ、簡単な構成で多値化を図ること
ができると共に、低電圧化を図れ、製造工程も容易にな
る。
【0076】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法によれば、LOCOS法により酸化膜を形成/除去
して厚さの異なる領域を有する振動板を形成する構成と
したので、振動板強度を損なうことなく、厚さの異なる
領域を有する振動板を得ることができ、インク滴吐出特
性のバラツキも少なくなる。
【0077】本発明に係るインクジェット記録装置によ
れば、上述したインクジェットヘッドの振動板の各変位
部位に臨界変位を与える電圧SVと異なる液適量のイン
ク滴吐出を行うときの印加電圧Vとが、SV<Vの関係
にある構成としたので、異なる大きさのインク滴を安定
して吐出することができる。
【0078】また、本発明に係るインクジェット記録装
置によれば、上述した振動板の異なる変位領域A1、A
2、…Anに臨界変位を与える電圧がSV1、SV2、…
SVnであるときに、異なる液適量M1、M2、…Mnの
インク滴吐出を行うときの印加電圧V1、V2、…Vn
が、SV1<V1<SV2<V2<SV3…<SVn<Vn
の関係にある構成としたので、各変位領域で当接変位を
行わせることができて、異なる液適量のインク滴を安定
して吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの平面説明図
【図2】図1のA−A線に沿う正断面図
【図3】図1のB−B線に沿う側断面図
【図4】図1のC−C線に沿う側断面図
【図5】本発明の第2実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの一例を示す平面説明図
【図6】同実施形態に係るインクジェットヘッドの他の
例を示す平面説明図
【図7】本発明の第3実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの一例を示す平面説明図
【図8】同実施形態に係るインクジェットヘッドの他の
例を示す平面説明図
【図9】本発明の第4実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの一例を示す平面説明図
【図10】第2実施形態に係るインクジェットヘッドの
製造過程を説明する説明図
【図11】本発明の第5実施形態に係るインクジェット
ヘッドの一例を示す平面説明図
【図12】同実施形態に係るインクジェットヘッドの他
の例を示す平面説明図
【図13】第5実施形態に係るインクジェットヘッドの
製造過程を説明する説明図
【図14】本発明の第6実施形態に係るインクジェット
ヘッドの平面説明図
【図15】図14のD−D線に沿う正断面図
【図16】図14のE−E線に沿う側断面図
【図17】図14のF−F線に沿う側断面図
【図18】本発明の第7実施形態に係るインクジェット
ヘッドの正断面図
【図19】本発明の第8実施形態に係るインクジェット
ヘッドの正断面図
【図20】本発明の第9実施形態に係るインクジェット
ヘッドの平面説明図
【図21】本発明の第10実施形態に係るインクジェッ
トヘッドの平面説明図
【図22】第6実施形態に係るインクジェットヘッドの
製造工程を説明する説明図
【図23】本発明の第11実施形態に係るインクジェッ
トヘッドの正断面図
【符号の説明】
1…液室基板、2…電極側基板、3…スペーサ部材、4
…ノズルプレート、5…ノズル、6…液室、10…振動
板、11…電極。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インク滴を吐出するノズルと、ノズルが
    連通する液室と、液室の少なくとも一部の壁面を形成す
    る振動板と、この振動板に対向する電極とを備え、前記
    振動板と電極との間の静電力により振動板を変形させる
    ことで前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
    ットヘッドにおいて、前記振動板は変位特性の異なる複
    数の領域を有することを特徴とするインクジェットヘッ
    ド。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のインクジェットヘッド
    において、前記振動板は幅の異なる複数の領域を有する
    ことを特徴とするインクジェツトヘッド。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のインクジェットヘッド
    において、前記振動板は厚さの異なる複数の領域を有す
    ることを特徴とするインクジェットヘッド。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載のインクジェットヘッド
    において、前記振動板は中心部領域又中心線に沿う領域
    が薄いことを特徴とするインクジェットヘッド。
  5. 【請求項5】 インク滴を吐出するノズルと、ノズルが
    連通する液室と、液室の少なくとも一部の壁面を形成す
    る振動板と、この振動板に対向する電極とを備え、前記
    振動板と電極との間の静電力により振動板を変形させる
    ことで前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
    ットヘッドにおいて、前記振動板は連続的に厚みが変化
    していることを特徴とするインクジェットヘッド。
  6. 【請求項6】 インク滴を吐出するノズルと、ノズルが
    連通する液室と、液室の少なくとも一部の壁面を形成す
    る振動板と、この振動板に対向する電極とを備え、前記
    振動板と電極との間の静電力により振動板を変形させる
    ことで前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
    ットヘッドにおいて、前記振動板が臨む液室は幅の異な
    る複数の領域を有することを特徴とするインクジェツト
    ヘッド。
  7. 【請求項7】 インク滴を吐出するノズルと、ノズルが
    連通する液室と、液室の少なくとも一部の壁面を形成す
    る振動板と、この振動板に対向する電極とを備え、前記
    振動板と電極との間の静電力により振動板を変形させる
    ことで前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
    ットヘッドにおいて、前記振動板を固定する前記電極側
    の部材には幅の異なる複数の領域を有する凹部を設けた
    ことを特徴とするインクジェツトヘッド。
  8. 【請求項8】 インク滴を吐出するノズルと、ノズルが
    連通する液室と、液室の少なくとも一部の壁面を形成す
    る振動板と、この振動板に対向する電極とを備え、前記
    振動板と電極との間の静電力により振動板を変形させる
    ことで前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
    ットヘッドにおいて、前記振動板が臨む液室は短辺長が
    連続的に変化していることを特徴とするインクジェツト
    ヘッド。
  9. 【請求項9】 インク滴を吐出するノズルと、ノズルが
    連通する液室と、液室の少なくとも一部の壁面を形成す
    る振動板と、この振動板に対向する電極とを備え、前記
    振動板と電極との間の静電力により振動板を変形させる
    ことで前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
    ットヘッドにおいて、前記振動板を固定する前記電極側
    の部材には短辺長が連続的に変化している凹部を設けた
    ことを特徴とするインクジェツトヘッド。
  10. 【請求項10】 請求項4に記載のインクジェットヘッ
    ドを製造するインクジェットヘッドの製造方法におい
    て、LOCOS法により酸化膜を形成/除去して厚さの
    異なる領域を有する振動板を形成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。
  11. 【請求項11】 請求項1乃至9のいずれかに記載のイ
    ンクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置
    において、前記インクジェットヘッドの振動板に臨界変
    位を与える電圧がSVであるときに、インク滴吐出を行
    うときの印加電圧Vが、SV<Vの関係にあることを特
    徴とするインクジェット記録装置。
  12. 【請求項12】 請求項1乃至9のいずれかに記載のイ
    ンクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置
    において、前記インクジェットヘッドの振動板の異なる
    変位領域A1、A2、…Anに臨界変位を与える電圧をS
    V1、SV2、…SVnであるときに、異なる液適量M
    1、M2、…Mnのインク滴吐出を行うときの印加電圧V
    1、V2、…Vnが、SV1<V1<SV2<V2<SV3…
    <SVn<Vnの関係にあることを特徴とするインクジ
    ェット記録装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002256188A (ja) * 2001-03-02 2002-09-11 Ricoh Co Ltd インク組成物及びインクジェット記録装置
JP2007276240A (ja) * 2006-04-05 2007-10-25 Fuji Xerox Co Ltd 液滴吐出ヘッドの駆動装置
JP2015009366A (ja) * 2013-06-26 2015-01-19 株式会社リコー 液滴吐出ヘッドおよび画像形成装置

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