JP2002127423A - インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型高密度、信頼性及び量産性のあるインク
ジェット記録装置及びそのヘッドの製造法を得る。 【解決手段】 少なくとも３枚の基板１，２，３を積層
し、中間基板２には複数のノズル孔４と、該ノズル孔の
各々に連通する複数の独立の吐出室６と、該吐出室の少
なくとも一方の壁の一部が機械的変形を起こすようにな
っている振動板５と、吐出室にインクを供給する共通の
インクキャビティ８を形成し、振動板５の駆動手段とし
て、下基板３に電極３１を形成して該振動板を静電気力
により変形させ、ノズル孔よりインク液滴１３を吐出さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、記録を必要とする
時にのみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるイ
ンクジェット記録装置、特にマイクロマシーニング技術
を応用して作製した小型高密度のインクジェット記録装
置及びその主要部であるインクジェットヘッドの製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の騒
音がきわめて小さいこと、高速印字が可能であること、
インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることな
ど多くの利点を有する。この中でも記録の必要な時にの
みインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマ
ンド方式が記録に不必要なインク液滴の回収を必要とし
ないため、最も注目を浴びているタイプである。
【０００３】このインク・オン・デマンド方式は、例え
ば特公平２−５１７３４号公報に示されるように、印字
ヘッドが、インク液滴を吐出するための複数並列に配置
されたノズル孔と、各々のノズル孔に連通し一方の壁の
一部がダイヤフラムとなっている複数の独立の吐出室
と、各ダイヤフラム上に取り付けられた電気機械変換手
段としての圧電素子と、各吐出室にインクを供給するた
めの共通のインクキャビティとから構成されており、印
字のためのパルス電圧を前記圧電素子に印加することに
より、ダイヤフラムを機械的に撓ませその吐出室の容積
を減少し、瞬間的にその室内の圧力を高めることによ
り、前記ノズル孔からインク液滴を記録紙に向け吐出す
るようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のインクジェット記録装置の構造では、吐出室
の外側にダイヤフラムを構成するガラス板やプラスチッ
ク板等を介して圧電素子を張り付けるか、吐出室内に圧
電素子を設置する必要があるため、圧電素子の取付作業
がきわめて煩雑で多大の時間を要する。特に最近のプリ
ンターは高速、高印字品質が要求されるため、インク液
滴を吐出するノズル孔の個数を多く設置する傾向にあ
り、そのためにそれぞれのノズル孔に対応する圧電素子
をダイシングやワイヤーソーにて機械加工し、さらに接
着剤などにより所定の位置に設置しているが、このよう
に非常に高密度で、多数のノズル孔を有するインクジェ
ット記録装置の場合において、圧電素子の機械加工等を
必要とするのでは処理能力、機械精度、寸法精度の観点
から限界がある。
【０００５】また、圧電素子自体の製造バラツキによる
歪誤差があり、各ノズル孔ごとのインク吐出速度にバラ
ツキが発生する場合があった。
【０００６】さらにまた、圧電素子を駆動するための電
極は、圧電素子自体に形成され、その後接着剤により接
合されていた。そのため、圧電素子の電極形成は、個別
に処理が必要で、しかも基板と圧電素子間に接着剤層が
介在するため、インクジェット記録装置の駆動効率が低
下しインクジェット記録装置の寿命を延ばすことが困難
であった。
【０００７】一方、前記のような圧電素子によるダイヤ
フラムの駆動形式のほかに、吐出室内のインクを加熱す
る方式のものもある（特公昭６１−５９９１１号）。こ
れは、吐出室内のインクを例えばヒーターで加熱し、イ
ンクの蒸発によるバブルの発生により圧力を高め、イン
ク液滴を吐出させる方式である。この加熱方式による
と、発熱抵抗体をスパッタ、ＣＶＤ、蒸着、メッキ等に
よりＴａＳｉＯ2 ，ＮｉＷＰ等の薄膜抵抗体で形成する
ことができる利点があるが、加熱・急冷の繰り返しやイ
ンク中のバブル消滅時の衝撃により発熱体がダメージを
受けることによりヘッド自体の寿命が短いという問題が
あった。
【０００８】したがって、本発明の目的は、吐出室のダ
イヤフラムもしくは振動板の駆動手段として、前記のよ
うな圧電素子や発熱体を用いる方式に代えて、静電気力
を利用した駆動方式を採用することにより、小型高密
度、高印字速度、高印字品質及び寿命の長い高信頼性を
有するインクジェット記録装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、マイクロマシーニング技術を応用
し、量産性に富む構造のインクジェット記録装置を提供
することにある。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、前記目的を達
成するインクジェット記録装置の主要部であるインクジ
ェットヘッドの製造に好適な製造方法を提供することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係るインクジェ
ット記録装置は、複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々
に連通する複数の独立の吐出室と、該吐出室の少なくと
も一方の壁の一部が機械的変形を起こすようになってい
る振動板と、該振動板を駆動する駆動手段と、前記複数
の吐出室にインクを供給する共通のインクキャビティと
を有するインクジェットヘッドを備え、前記駆動手段に
電気パルスを印加することにより、該駆動手段に対応す
る前記振動板を前記吐出室の圧力が上昇する方向に変形
させ、前記ノズル孔よりインク液滴を記録紙に向け吐出
するものにおいて、前記駆動手段が前記振動板を静電気
力により変形させる電極から成り、該電極を基板上に形
成したことを特徴とするものである。すなわち、電極は
通常のパターンエッチング技術を駆使して基板と一体的
に形成される。
【００１１】また、本発明は、好ましくは、前記インク
ジェットヘッドが少なくとも３枚の基板を重ねて接合し
た積層構造を有し、中間の基板に底部を前記振動板とし
た前記吐出室を設け、前記電極を該振動板に対向近接さ
せて下側の基板上に形成する。振動板は吐出室の後部壁
とすることもできるが、より薄型の装置とするために少
なくとも３枚の基板の積層構造とし、吐出室の底壁を振
動板とするものである。電極は絶縁膜で被覆することが
好ましく、電極を保護するとともに振動板とのショート
を防ぐ。
【００１２】吐出室の圧力を高めるためには、吐出室の
上下の壁を振動板で構成し、それぞれの振動板に対して
前記電極を配設して同期駆動する。このため、電極の駆
動電圧を低くすることができる。
【００１３】また、前記振動板は方形に形成し、該方形
の対向する２辺または４辺全部に設けた１つまたは２つ
以上のジャバラ溝を介して前記振動板を支持するか、も
しくは該方形の１辺を片持ち式に支持することにより、
振動板の変位量を大きくする。ただし、片持ち式の場
合、インクが電極部に接触し電極がショートするおそれ
があり、そのためパワーがとれないので絶縁性のインク
を用いる。
【００１４】また、前記電極を１つの振動板に対して２
個配設し、第１の電極を該振動板の直下の振動室内に、
第２の電極を前記振動室外に配設するか、もしくは両電
極共振動室内に配設し、両電極に反対の極性の電気パル
スを交互に印加する発振回路を接続し、前記静電気作用
を一段と発揮させる。さらに、電極に対向して金属極を
前記振動板に設けることにより、電荷の注入・消滅を速
め、より高周波パルスによる駆動が可能になり、高速印
字性能が得られる。
【００１５】また、前記振動室は空気抜けの溝を介して
大気に連通させることが好ましい。なお、前記電極は前
記基板に設けた凹部内に設けることもできる。前記複数
のノズル孔は前記中間基板の端部に等間隔に配設し、い
わゆるエッジインクジェットタイプとしたり、前記吐出
室の各々の直上において上側基板に等間隔に配設し、い
わゆるフェースインクジェットタイプとすることができ
る。
【００１６】次に、本発明の前記インクジェットヘッド
の製造方法は、シリコン単結晶基板に異方性エッチング
を施すことにより各要部を形成しノズル基板（前記中間
基板及び上基板）を作製する工程と、基板に電極または
電極及び絶縁膜を形成することにより電極基板（前記下
基板）を作製する工程と、前記ノズル基板と電極基板を
陽極接合により接合する工程とから成るものである。
【００１７】
【作用】本発明のインクジェット記録装置の動作原理
は、電極にパルス電圧を印加することにより、電極面の
正電荷または負電荷と対応の振動板面の負電荷または正
電荷により該振動板を吸引し撓ませ、次いで該電極をＯ
ＦＦにしたときの振動板の復元作用により吐出室の容積
を減少し、その室内の圧力を瞬間的に上昇させてインク
液滴をノズル孔から吐出させるものである。このような
静電気作用により振動板を駆動制御するものであるた
め、マイクロマシーニング技術により本装置を作製する
ことができ、小型高密度、高印字速度、高印字品質及び
長寿命化を達成できる。
【００１８】本発明の製造方法においては、シリコンは
単結晶であるため、異方性エッチングが可能で、例えば
（１００）面をエッチングした場合は、５５°の方向に
規則正しくエッチングできる。また、（１１１）面で
は、９０°方向にエッチングが可能である。そこでこの
特性を用いて、精度良く、ノズル孔、吐出室、オリフィ
ス、インクキャビティ等の各要部を形成できる。そして
最後に、このシリコンのノズル基板と電極及び絶縁膜を
形成した電極基板（電極基板にはシリコンと熱膨張係数
が近いガラス板または絶縁板を用いる）を重ねて３００
℃から５００℃で加熱し、シリコン側を陽極、電極基板
側を陰極として、数百ボルトの電圧を印加しと陽極接合
すれば、密着性の高いインクジェットヘッドが得られ
る。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って説明す
る。実施例１ 図１は本発明の第１の実施例によるインクジェット記録
装置の主要部を分解して示す斜視図であり、一部断面で
示してある。本実施例はインク液滴を基板の端部のノズ
ル孔から吐出させるエッジインクジェットタイプの例を
示すものである。図２は組み立てられた全体装置の断面
側面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視図である。
【００２０】これらの図に示すように、インクジェット
記録装置１０の主要部であるインクジェットヘッド１２
は、下記に詳述する構造を持つ３枚の基板１，２，３を
重ねて接合した積層構造となっている。中間の基板２
は、例えばシリコン基板であり、複数のノズル孔４を構
成するように基板２の表面に一端より平行に等間隔で形
成された複数のノズル溝２１と、各々のノズル溝２１に
連通し底壁を振動板５とする吐出室６を構成することに
なる凹部２２と、凹部２２の後部に設けられオリフィス
７を構成することになるインク流入口のための細溝２３
と、及び各々の吐出室６にインクを供給するための共通
のインクキャビティ８を構成することになる凹部２４を
有する。また、前記振動板５の下部には後述する電極を
装着するため振動室９を構成することになる凹部２５が
設けられている。ノズル溝２１のピッチは２mm程度であ
り、その幅は４０μｍ程度にされる。中間基板２の上面
に接合される上側の基板１は、例えばガラスまたはプラ
スチックからなり、この上基板１の接合によって、前記
ノズル孔４，吐出室６，オリフィス７及びインクキャビ
ティ８が構成される。そして、上基板１にはインクキャ
ビティ８に連通するインク供給口１４を穿設する。イン
ク供給口１４は接続パイプ１６及びチューブ１７を介し
て図示しないインクタンクに接続される。中間基板２の
下面に接合される下側の基板３は、例えばガラスまたは
プラスチックからなり、この下基板３の接合によって前
記振動室９を構成するとともに、下基板３の表面に前記
振動板５に対応する各々の位置にて電極３１を形成す
る。電極３１はリード部３２及び端子部３３を持つ。さ
らに端子部３３を除き電極３１及びリード部３２の全体
を絶縁膜３４で被覆している。各端子部３３にはリード
線３５がボンディングされる。
【００２１】前記の基板１，２，３は図２のように組み
立てられてインクジェットヘッド１２が構成される。さ
らに、中間基板２と電極３１の端子部３３間にそれぞれ
発振回路２６を接続し、本発明の積層構造によるインク
ジェット記録装置１０が構成される。インク１１は図示
しないインクタンクよりインク供給口１４を通じて中間
基板２の内部に供給され、インクキャビティ８，吐出室
６等を満たしている。なお、電極３１と振動板５の間隔
ｃは１μｍ程度に保持されている。図２において、１３
はノズル孔４より吐出されるインク液滴、１５は記録紙
である。また、使用されるインクは、水、アルコール、
トルエン等の主溶媒にエチレングリコール等の界面活性
剤、及び染料または顔料を溶解または分散させてつくら
れる。または、本装置中にヒーターなどを設置すればホ
ットメルトインクも使用できる。次に、本実施例の動作
を説明する。電極３１に発振回路２６により、例えば０
Ｖ〜＋電圧のパルス電圧を印加し、電極３１の表面が＋
電位に帯電すると、対応する振動板５の下面は−電位に
帯電する。したがって、振動板５は静電気の吸引作用に
より下方へ撓む。次に、電極３１をＯＦＦにすると、該
振動板５は復元する。したがって、吐出室６内の圧力が
急激に上昇し、ノズル孔４よりインク液滴１３を記録紙
１５に向けて吐出する。そして、振動板５が下方へ撓む
ことにより、インク１１がインクキャビティ８よりオリ
フィス７を通じて吐出室６内に補給される。発振回路２
６には、上記のように０Ｖ〜＋電圧間をＯＮ・ＯＦＦさ
せるものや交流電源等が用いられる。記録にあたって
は、それぞれのノズル孔４の電極３１に印加すべき電気
パルスを制御すればよい。
【００２２】ここで、前記のように振動板５を静電気力
により駆動させる場合において、該振動板５の変位量、
駆動電圧、及び吐出量を求める。
【００２３】振動板５は、図４の（ａ）に示すように短
辺長２ａ，長辺長ｂとした長方形で、４辺を周囲壁で支
持されている。圧力Ｐを受けるこの薄板の変位量ｗは、
アスペクト比（ｂ／２ａ）が大きいときは係数が０．５
に近づき、変位量はａに依存するので、次式で表わされ
る。
【００２４】 ｗ＝０．５×Ｐａ4 ／Ｅｈ3 …（１）た だし ｗ：変位量（ｍ） Ｐ：圧力（Ｎ／ｍ2 ） ａ：短辺の半分の長さ（ｍ） ｈ：板厚（ｍ） Ｅ：ヤング率（Ｎ／ｍ2 ，シリコン１１×１０10Ｎ／ｍ
2 ）静電気力による吸着圧力は、 Ｐ＝１／２×ε×（Ｖ／ｔ）2 ただし ε：誘電率（Ｆ／ｍ，真空中の誘電率８．８×
１０-12 Ｆ／ｍ） Ｖ：電圧（Ｖ） ｔ：振動板と電極の間隙（ｍ） よって、必要な吐出圧力を得るための駆動電圧Ｖは、 Ｖ＝ｔ（２Ｐ／ε）1/2 …（２）次 に、吐出量を求めるために、図４の（ｂ）に示すようなかまぼこ型の体積を求め る。
【００２５】体積 Δｗ＝４／３×ａｂｗ であるから ｗ＝３／４×Δｗ／ａｂ …（３） （１）式より、 Ｐ＝２ｗ×Ｅｈ3 ／ａ4 で、式（３）を代入すると、 Ｐ＝３／２×Δｗ Ｅｈ3 ／ａ5 ｂ …（４）さらに、式（４）を式（ ２）に代入すると、 Ｖ＝ｔ×（３Ｅｈ3 Δｗ／εｂ）1/2 ×（１／ａ5 ）1/2 …（５）す なわち、式（５）がインク吐出量を得るための駆動電圧となる。 また、式（２），式（５）から、インク吐出可能領域を
求めると図５（ａ）のようになる。図５の（ａ）は
（ｂ）に示すシリコン振動板の長辺長ｂ＝５mm，板厚ｈ
＝８０μｍ，振動板と電極間の間隙ｃ＝１μｍとしたと
きの短辺長２ａ（mm）に対する駆動電圧（Ｖ）の関係を
示したものである。吐出圧力Ｐ＝０．３atm のときの吐
出可能領域３０は図中の斜線で示す範囲となる。
【００２６】振動板の寸法は大きいほど有利であるが、
小型高密度のノズルを考えた場合、ノズルのピッチ方向
の幅は０．２mmから２．０mm程度が妥当である。
【００２７】振動板の長さについては、式（４）から、
目的とするインク吐出量と、シリコン基板のヤング率、
吐出圧力、板厚から算出して決定する。
【００２８】また、振動板の板厚については、幅が１mm
程度の場合は、吐出速度を考えると約５０μｍ以上必要
である。それよりもはるかに厚いと、式（５）からわか
るように駆動電圧が異常に高くなり、薄すぎると、振動
板のバネ性が小さくなり、インクを飛翔させるに不利と
なる。また、インクジェットの吐出周波数を満足しなく
なる。すなわち、インクジェットの印加パルスに対して
振動板の周波数が、大きく遅れを生じる。
【００２９】本実施例のインクジェットヘッド１２をプ
リンターに組み込み、５ＫＨｚで１５０Ｖ印加し、イン
ク液滴を７ｍ／sec で飛翔させた。３００ｄｐｉ印字を
試みた結果、良好な印字が得られた。なお、図示は省略
するが、吐出室の後部壁を振動板とすることもできる
が、実施例のように吐出室６の底壁を振動板とすること
により、ヘッド自体をより薄型にできる。実施例２ 図６は本発明の第２の実施例を示す断面図で、第１実施
例と同じくエッジインクジェットタイプの例である。本
実施例は、吐出室６の上下壁を振動板５ａ，５ｂとした
ものであり、そのために中間基板を２枚使用し、吐出室
６を間にして両基板２ａ，２ｂを重ね合わせたものであ
る。各基板２ａ，２ｂにそれぞれ振動板５ａ，５ｂ及び
振動室９ａ，９ｂを形成し、振動板５ａ，５ｂが吐出室
６の上下の壁を構成するように基板２ａ，２ｂを上下対
称に配置する。ノズル孔４は両基板２ａ，２ｂの端部接
合面に形成される。また、上基板１の下面及び下基板３
の上面にそれぞれ電極３１ａ，３１ｂを設け、振動室９
ａ，９ｂ内に装着する。電極３１ａと中間基板２ａの間
及び電極３１ｂと中間基板２ｂの間にそれぞれ発振回路
２６ａ，２６ｂを接続する。 本実施例は、吐出室６の
上下の振動板５ａ，５ｂを電極３１ａ，３１ｂにより対
称に振動させてインク液滴１３をノズル孔４より吐出さ
せることができるので、振動板５ａ，５ｂをより低電圧
で駆動することができる。吐出室６内の圧力は上下対称
に振動する振動板５ａ，５ｂによって高められ、印字速
度が向上する。実施例３ 以下に示す各実施例は全て基板の表面のノズル孔からイ
ンク液滴を吐出させるフェースインクジェットタイプの
例を示すものであり、その狙いは振動板の低電圧駆動を
可能にすることにある。ただし、前記のエッジインクジ
ェットタイプにも応用できるものである。
【００３０】図７は本発明の第３の実施例を示すもの
で、円形のノズル孔４が吐出室６の直上において上基板
１に穿設されている。吐出室６の底壁は振動板５とさ
れ、振動板５は中間基板２に形成される。さらに、振動
板５の下部の振動室９にて下基板３に電極３１が形成さ
れる。インク供給口１４は下基板３に設けられている。
【００３１】本実施例は、振動板５の振動により上基板
１に設けたノズル孔４よりインク液滴１３を吐出する。
１つのヘッドに多くのノズル孔４を設けることができる
ため、高密度にできるものである。実施例４ 本実施例は、図８，図９に示すように長方形振動板５の
対向する２辺（図９の（ａ）参照）または４辺（図９の
（ｂ）参照）に１つまたは２つ以上のジャバラ溝２７を
設けて振動板５を支持したもので、振動板５の変位量を
大きくとるようにしたものである。吐出室６内のインク
を吐出方向に垂直な振動板５の面で押すことができるた
め、インク液滴１３を真直ぐに飛翔させることができ
る。実施例５ 本実施例は、図１０に示すように長方形振動板５の短辺
側の１辺で支持し片持ち式としたものである。片持ち式
の振動板５とすることにより、同じく導電圧でも振動板
５の変位量を大きくとることができる。ただし、吐出室
６と振動室９が連通状態となるので、インク１１は絶縁
性のものを使用し、電極３１との電気的絶縁を確保する
必要がある。実施例６ 本実施例は、図１１に示すように１つの振動板５に対し
て２つの電極３１ｃ，３１ｄを配置し、振動板５を駆動
するようにしたものである。本実施例では、第１の電極
３１ｃを振動室９内に配置し、第２の電極３１ｄを振動
室９外部の中間基板２の下方に配置している。そして、
両電極３１ｃと３１ｄ間に発振回路２６を接続し、電極
３１ｃと電極３１ｄ間に電圧を印加しＯＮ，ＯＦＦを繰
り返すことにより、振動板５を駆動するものである。
【００３２】この構成によると、シリコン基板２を前述
の実施例のように共通電極にしていないため駆動部が電
気的に独立しているため、隣のノズルヘッドを駆動して
いる時に、吐出する予定のないノズル孔からインクを吐
出してしまうことがない、つまりクロストークがない。
また、高抵抗のシリコン基板を用いた場合、あるいは図
１１には示していないが、シリコン基板２の表面に高抵
抗の層を形成した場合は電極３１ｃと電極３１ｄに反対
の極性のパルス電圧を交互に印加し、振動板５を駆動す
ることができる。この場合は、振動板５に対して前述の
ごとき静電気の吸引作用のほかに反発作用も加わること
になり、吐出圧力を低電圧で高めることができる。実施例７ 本実施例は、図１２に示すように前記電極３１ｃ，３１
ｄを共に振動室９内に配置したものであり、シリコンの
面分極により振動板５を駆動する。すなわち、図１１の
実施例と同様に、電極３１ｃと電極３１ｄに電圧を印加
しＯＮ，ＯＦＦを繰り返すことにより、振動板５を駆動
するものである。また、実施例６と同様に、高抵抗のシ
リコン基板を用いた場合、あるいは図１２には示してい
ないが、シリコン基板２の表面に高抵抗の層を形成した
場合は電極３１ｃと電極３１ｄに反対の極性のパルス電
圧を交互に印加し、振動板５を駆動することもできる。
図１１の実施例に比べて中間基板２と下基板３の間に電
極による突起がないため、両基板の接合が容易になる。実施例８ 本実施例は、図１３に示すように電極３１に対向して金
属極３１ｅを振動板５の下面に設けたもので、シリコン
基板２を通して振動板５に電荷を供給するのではなく、
振動板５に形成した金属極３１ｅに配線を通じて電荷を
供給するため、電荷の供給スピードは速くなり、より高
周波駆動が可能になる。実施例９ 本実施例は、図１４に示すように振動室９内の空気抜け
をよくするため空気抜け溝２８を設けたものである。振
動板５直下の振動室９の気密性が高いと、振動板５が振
動しにくいため、圧力開放を目的として中間基板２と下
基板３の間に空気抜け溝２８を設ける。実施例１０ 本実施例は、図１５に示すように下基板３に凹部２９を
設け、この中に振動板５を駆動するための電極３１を形
成したものであり、電極３１用の絶縁膜を設けなくとも
振動板５の振動によるショートを防止できる。
【００３３】次に、前記インクジェットヘッド１２の製
造方法の一実施例を説明する。図１に示した構造のもの
を中心に説明すると、中間基板（ノズル基板とも呼ぶ）
２については下記の工程に従ってノズル孔４，振動板
５，吐出室６，オリフィス７，インクキャビティ８，振
動室９等が形成される。 （１）シリコン熱酸化工程（図１６の（ａ）参照） 面方位（１００）のシリコン単結晶基板２Ａを用い、両
面を研磨して板厚２８０μｍとした。このＳｉ基板２Ａ
を大気中で１１００℃で１時間加熱することにより熱酸
化を行い、全面にＳｉＯ2 の酸化膜２Ｂを１μｍの厚さ
で形成した。 （２）パターン形成工程（図１６の（ｂ）参照） Ｓｉ基板２Ａの両面にスピンコート法により片面ずつレ
ジスト（東京応化製ＯＭＲ−８３）を約１μｍの厚さで
形成し、所定のパターンに露光現像を行い、レジストパ
ターン２Ｃを形成した。このパターンは振動板５の形状
を定めるものであり、長方形で、幅１mm，長さ５mmとし
た。なお、図７の実施例では振動板は１辺の長さが５mm
の正方形とした。
【００３４】その後、図示のようにＳｉＯ2 膜２Ｂをエ
ッチングした。エッチング条件は、５０ｗｔ％のフッ酸
１に対し４０ｗｔ％のフッ化アンモニウム液６の容量比
の混合液を２０℃に保ち、その中に前記基板を１０分間
浸漬した。 （３）エッチング工程（図１６の（ｃ）参照） まず、レジスト２Ｃを剥離するために、エッチング条件
を３０ｗｔ％の過酸化水素１に対し９８ｗｔ％の硫酸４
の容量比の混合液を９０℃以上とし、その中に２０分間
浸漬することでレジスト２Ｃを剥離した。しかるのち、
Ｓｉ基板２Ａを８０℃，２０ｗｔ％のＫＯＨ溶液に１分
間浸漬することで深さ１μｍのエッチングを行った。こ
のエッチングにより振動室９を構成する凹部２５を形成
した。 （４）反対面側のパターン形成工程（図１６の（ｄ）参
照） Ｓｉ基板２Ａに残ったＳｉＯ2 膜を前記（２）と同様の
条件で完全にエッチングした後、前記（１）と（２）と
同様のプロセスを用いて、Ｓｉ基板２Ａの全面に１μｍ
厚のＳｉＯ2 膜を熱酸化で形成した後、フォトリソ工程
によりＳｉ基板２Ａの反対面（図において下面）のＳｉ
Ｏ2 膜２Ｂを所定のパターンにエッチングした。このパ
ターンは吐出室６とインクキャビティ８の形状を定める
ものである。 （５）エッチング工程（図１６の（ｅ）参照） 前記（３）と同様のプロセスにより、ＳｉＯ2 膜をレジ
ストとしてＳｉ基板２Ａのエッチングを行い、吐出室６
とインクキャビティ８のための凹部２２，２４を形成し
た。このとき同時にノズル孔４用の溝２１とオリフィス
７用の溝２３を形成した。振動板５の板厚は１００μｍ
とした。
【００３５】また、ノズル溝及びオリフィス溝の形成に
関しては、Ｓｉ基板の（１１１）面がエッチング方向に
現れると、ＫＯＨ溶液でのエッチングスピードが極端に
遅くなるため、それ以上エッチングは進まなくなり、浅
いエッチングでストップする。例えばノズル溝幅が４０
μｍの場合、深さが約２８μｍでストップする。しか
し、吐出室やインクキャビティの場合は、幅がエッチン
グ深さより十分広いため、目的の深さに形成することが
できる。すなわち、深さの異なる部分を同時に１回のエ
ッチングプロセスにより形成することができる。 （６）ＳｉＯ2 膜の除去工程（図１６の（ｆ）参照） 最後に、残ったＳｉＯ2 膜２Ｂをエッチングで除去する
ことにより、各要部２１，２２，２３，２４，２５，５
を持つノズル基板つまり中間基板２が作製された。
【００３６】また、図７の実施例では、前記と同様のプ
ロセスにより、前記ノズル溝２１を除き前記各要部２
２，２３，２４，２５，５を形成した中間基板と、２８
０μｍ厚のＳｉ基板に孔径５０μｍのノズル孔４を形成
したノズル基板（上基板１）を作製した。
【００３７】次に、電極基板（下基板３）の形成方法を
図１７により説明する。 （１）金属膜形成工程（図１７の（ａ）参照） ０．７mm厚のガラス基板３Ａの表面にスパッタ法によ
り、Ｎｉ膜３Ｂを１０００オングストロームの厚さで形
成した。 （２）電極形成工程（図１７の（ｂ）参照） フォトリソエッチング技術により、前記Ｎｉ膜３Ｂを所
定のパターンに形成した。ここに、電極３１，リード部
３２及び端子部３３が形成できた。 （３）絶縁膜の形成工程（図１７の（ｃ）参照） 最後に、絶縁膜としてＳｉＯ2 膜を約１μｍの厚さで、
マスクスパッタ法により、端子部３３を除き電極３１及
びリード部３２（図１参照）全体に被覆し、電極基板３
を作製した。
【００３８】以上により作製したノズル基板２と電極基
板３を陽極接合により接合した。すなわち、Ｓｉ基板２
とガラス基板３を重ねたのち、ホットプレート上に設置
し、３００℃で加熱しながらＳｉ基板側を陽極とし、ガ
ラス基板側を陰極として、５００Ｖの直流電圧を５分間
印加することにより接合した。さらに、このＳｉ基板２
の上にインク供給口１４を穿設したガラス基板（上基板
１）を上記と同様の陽極接合により接合した。また、図
７の実施例では、ノズル基板１とＳｉ基板２を熱圧着で
接合した。
【００３９】以上のプロセスにより、図２，図７に示す
ようなインクジェットヘッド１２が得られた。
【００４０】
【発明の効果】本発明の効果を列記すれば下記のとおり
である。
【００４１】（１）振動板を静電気力で駆動するもので
あるから、振動板駆動用の電極の構成が平面的で簡単な
ものとなり、小型高密度、高印字速度、高印字品質及び
長寿命化を達成できる。
【００４２】（２）インクジェットヘッドを少なくとも
３枚の基板の積層構造とすることにより、薄型にでき
る。
【００４３】（３）吐出室の上下壁を振動板とすること
により、吐出圧力を高めることができ、低電圧駆動が可
能になる。
【００４４】（４）振動板をジヤバラ溝を介して、また
は片持ち式に支持することにより、振動板の変位量を大
きくすることができ、低電圧駆動が可能になる。
【００４５】（５）１つの振動板に電極を２個配設する
ことにより、あるいは電極に対向して金属極を振動板に
設けることにより、電荷の供給速度が速くなるため、よ
り高周波の駆動が可能になる。
【００４６】（６）振動室を空気抜け溝を通して大気に
連通させることにより、振動板の動作が確実になり、か
つ安定する。
【００４７】（７）インクの吐出は基板の端または面の
いずれからでも可能である。
【００４８】（８）本製造方法を使用すれば、前記効果
を有するインクジェットヘッドを安価にかつ大量に製造
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の主要部を一部破断して示
す分解斜視図である。
【図２】第１実施例の組み立て後の断面側面図である。
【図３】第１図のＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】振動板の設計における説明図で、同図の（ａ）
は長方形振動板の寸法関係の説明図、（ｂ）は吐出圧力
及び吐出量を求めるための説明図である。
【図５】同図の（ａ）は（ｂ）に示す振動板寸法の場合
の振動板の短辺長さと駆動電圧の関係を示す線図であ
る。
【図６】本発明の第２実施例の断面図である。
【図７】本発明の第３実施例の断面図である。
【図８】本発明の第４実施例の断面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ線矢視図で、同図の（ａ）は振動
板の２辺にジャバラ溝を設けた場合、（ｂ）は振動板の
４辺にジャバラ溝を設けた場合である。
【図１０】本発明の第５実施例の断面図である。
【図１１】本発明の第６実施例の断面図である。
【図１２】本発明の第７実施例の断面図である。
【図１３】本発明の第８実施例の断面図である。
【図１４】本発明の第９実施例の断面図である。
【図１５】本発明の第１０実施例の断面図である。
【図１６】本発明におけるノズル基板の製造工程図であ
る。
【図１７】本発明における電極基板の製造工程図であ
る。
【符号の説明】
１ 上基板 ２ 中間基板 ３ 下基板 ４ ノズル孔 ５ 振動板 ６ 吐出室 ７ オリフィス ８ インクキャビティ ９ 振動室 １０ インクジェット記録装置 １１ インク １２ インクジェットヘッド １４ インク供給口 ２６ 発振回路 ３１ 電極 ３４ 絶縁膜
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１１月２１日（２００１．１１．
２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上基板、中間
基板、及び下基板を有し、前記上基板と前記中間基板に
よりインクを供給するためのインクキャビティ、前記イ
ンクキャビティにオリフィスを介して連通してなる吐出
室が形成され、前記下基板と前記中間基板に設けられた
振動板により振動室が形成されたインクジェット記録装
置であって、前記下基板には２つの電極が備えられ、前
記２つの電極に極性の異なるパルス電圧を交互に印加す
ることで、前記振動板を駆動させ、インク液滴を吐出す
ることを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】また、２つの電極のうち一方は、前記振動
室に対応する領域に、他方は、前記振動室に対応しない
領域に配置されていることを特徴とするインクジェット
記録装置である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】また、２つの電極の両方が、前記振動室に
対応する領域に配置されていることを特徴とするインク
ジェット記録装置である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】また、上基板、中間基板、及び下基板を有
し、前記上基板と前記中間基板によりインクを供給する
ためのインクキャビティ、前記インクキャビティにオリ
フィスを介して連通してなる吐出室が形成され、前記下
基板と前記中間基板に設けられた振動板により振動室が
形成されたインクジェット記録装置であって、前記下基
板には電極が備えられ、前記電極に対向して金属極を前
記振動板に設けたことを特徴とするインクジェット記録
装置である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】次に、本発明のインクジェットヘッドの製
造方法は、シリコン単結晶基板に異方性エッチングを施
すことにより吐出室、オリフィス、インクキャビティ等
の各要部を形成しノズル基板を作製する工程と、電極及
び絶縁膜を形成した電極基板と前記ノズル基板を陽極接
合により接合する工程とからなることを特徴とするもの
である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平3−140009 (32)優先日 平成３年６月12日(1991．6．12) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 丹保 仁志 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF01 AF37 AF55 AF93 AG12 AG54 AG55 AG93 AP02 AP28 AP34 AP52 AP56 AQ01 AQ02 BA03 BA15

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に
    連通する複数の独立の吐出室と、該吐出室の少なくとも
    一方の壁の一部が機械的変形を起こすようになっている
    振動板と、該振動板を駆動する駆動手段と、前記複数の
    吐出室にインクを供給する共通のインクキャビティとを
    有するインクジェットヘッドを備え、前記駆動手段に電
    気パルスを印加することにより、該駆動手段に対応する
    前記振動板を前記吐出室の圧力が上昇する方向に変形さ
    せ、前記ノズル孔よりインク液滴を記録紙に向け吐出す
    るものにおいて、 前記駆動手段が前記振動板を静電気力により変形させる
    電極から成り、該電極を基板上に形成したことを特徴と
    するインクジェット記録装置。
  2. 【請求項２】 前記インクジェットヘッドが少なくとも
    ３枚の基板を重ねて接合した積層構造を有し、中間の基
    板に底部を前記振動板とした前記吐出室を設け、前記電
    極を該振動板に対向近接させて下側の基板上に形成した
    ことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装
    置。
  3. 【請求項３】 前記電極がさらに絶縁膜で覆われている
    ことを特徴とする請求項１または２記載のインクジェッ
    ト記録装置。
  4. 【請求項４】 前記吐出室の上下の壁が振動板となって
    おり、それぞれの振動板に対して前記電極を配設したこ
    とを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録装
    置。
  5. 【請求項５】 前記振動板が長方形または正方形に形成
    され、該方形の対向する２辺または４辺全部に設けたジ
    ャバラ溝を介して前記振動板を支持したことを特徴とす
    る請求項１または２記載のインクジェット記録装置。
  6. 【請求項６】 前記振動板が長方形または正方形に形成
    され、該方形の１辺を片持ち式に支持するとともに、絶
    縁性のインクを用いることを特徴とする請求項１または
    ２記載のインクジェット記録装置。
  7. 【請求項７】 前記電極が１つの振動板に対して２個配
    設され、第１の電極を該振動板の直下の振動室内に、第
    ２の電極を前記振動室外に配設するとともに、両電極に
    反対の極性の電気パルスを交互に印加する発振回路を接
    続したことを特徴とする請求項１または２記載のインク
    ジェット記録装置。
  8. 【請求項８】 前記２個の電極を共に前記振動室内に配
    設したことを特徴とする請求項７記載のインクジェット
    記録装置。
  9. 【請求項９】 前記電極に対向して金属極を前記振動板
    に設けたことを特徴とする請求項１または２記載のイン
    クジェット記録装置。
  10. 【請求項１０】 前記振動室が溝を介して大気に連通す
    るようになっていることを特徴とする請求項７記載のイ
    ンクジェット記録装置。
  11. 【請求項１１】 前記電極を前記基板の凹部内に設けた
    ことを特徴とする請求項１または２記載のインクジェッ
    ト記録装置。
  12. 【請求項１２】 前記複数のノズル孔が前記中間基板の
    端部に等間隔に配設されていることを特徴とする請求項
    ２記載のインクジェット記録装置。
  13. 【請求項１３】 前記複数のノズル孔が前記吐出室の直
    上において上側基板に等間隔に配設されていることを特
    徴とする請求項２記載のインクジェット記録装置。
  14. 【請求項１４】 シリコン単結晶基板に異方性エッチン
    グを施すことにより各要部を形成しノズル基板を作製す
    る工程と、基板に電極または電極及び絶縁膜を形成する
    ことにより電極基板を作製する工程と、前記ノズル基板
    と電極基板を陽極接合により接合する工程とから成るこ
    とを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
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