JP2002240280A - ラインインクジェットヘッド及びその製造方法並びにプリンタ - Google Patents

ラインインクジェットヘッド及びその製造方法並びにプリンタ

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JP2002240280A
JP2002240280A JP2001043736A JP2001043736A JP2002240280A JP 2002240280 A JP2002240280 A JP 2002240280A JP 2001043736 A JP2001043736 A JP 2001043736A JP 2001043736 A JP2001043736 A JP 2001043736A JP 2002240280 A JP2002240280 A JP 2002240280A
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head
diaphragm
line
electrode
ink jet
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JP2001043736A
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Yasushi Karasawa
康史 柄沢
Shinichi Kamisuke
真一 紙透
Shuji Koeda
周史 小枝
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】複数のインクジェットヘッドを接続しラインイ
ンクジェットヘッドを作成するにあたって、接続部で適
正なノズルピッチを確保し、インクの吐出特性の低下を
防止する。又、極めて多数のノズルを備えたラインヘッ
ドにおいて、歩留まりを向上すると共に、小径ウェハー
向け製造装置での流動を可能とし、製造費と設備投資を
低減する。 【解決手段】配線加工したライン形状のガラス基板に流
路及びカバーガラスチップを配列して、接続することが
可能となるため、ヘッド接合部のノズルピッチが他のノ
ズル間と同等となる。その結果、接続部分の印字乱れが
発生すること無く、高解像度の印刷が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、印刷行方向に複数
のノズルを備えたラインインクジェットヘッドに関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、記録装置は高速印字が求められる
ようになってきた。しかし、従来の印刷行方向にヘッド
を走査する方式では、記録素子数が多い場合、ヘッドの
質量も増加する為、ヘッド走査機構の負荷も大きくな
り、記録素子数を増やすには限界があった。そこで、印
刷行方向に多数の記録素子を印字の解像度と同じ間隔で
並べ、固定したヘッドで印字するラインヘッドが考案さ
れた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来のライン
ヘッドは、印字幅を印字の解像度で割っただけの極めて
多数の記録素子数が必要となる。そのため多数の記録素
子を単一ヘッドで構成する方法は、歩留の点から困難で
ある。さらに、高解像度の印字が望まれることから、ヘ
ッドの制作には半導体技術を応用したフォトリソグラフ
ィー技術が用いられるが、フォトリソグラフィーを用い
た製造ラインの設備投資は、基板サイズが大きくなる
と、極めて高額になるという問題もあり、コスト面から
ヘッドサイズに制約があった。
【0004】そこで本発明は、ヘッド接続部分の印字間
隔を広げること無く、ヘッドサイズ制限の無い高解像度
印字の可能なラインインクジェットヘッド及びプリンタ
を提供することを目的とした。
【0005】
【課題を解決するための手段】(1)本発明のラインイ
ンクジェットヘッドは、複数のノズル孔と、該ノズル孔
の各々に連通する独立した吐出室と、該吐出室にインク
滴を飛翔させる圧力変化を与える圧力発生素子からなる
ラインインクジェットヘッドにおいて、前記吐出室の底
面からなる振動板と、該振動板に空隙をもって対向する
電極から成り、該振動板と該電極間に電気パルスを印加
することにより、該振動板を前記吐出室の圧力が上昇す
る方向に変形させる前記圧力発生素子を有し、前記振動
板に空隙をもって対向する一つの電極上に複数の前記吐
出室を並列に接続することにより構成されてなることを
特徴とする。 (2)本発明のラインインクジェットヘッドの製造方法
は、複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に連通する独
立した吐出室と、該吐出室にインク滴を飛翔させる圧力
変化を与える圧力発生素子からなるラインインクジェッ
トヘッドの製造方法であって、前記吐出室の底面からな
る振動板と、該振動板に空隙をもって対向する電極から
成り、該振動板と該電極間に電気パルスを印加すること
により、該振動板を前記吐出室の圧力が上昇する方向に
変形させる前記圧力発生素子を有するラインインクジェ
ットヘッドの製造方法において、前記振動板に空隙をも
って対向する一つの電極を製造し、該電極上に複数の前
記吐出室を並列に接続することを特徴とする。 (3)本発明のプリンタは、(1)又は(2)のライン
インクジェットヘッドを搭載することを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
【0007】(実施例1)図1は、本発明の第1の実施
例における静電駆動方式のラインヘッドユニットの全体
図であり、図2にヘッドチップ単体の分解斜視図、図3
に静電駆動方式インクジェットヘッドの構造と駆動原理
を示す。本実施例では、業務用プリンタの標準的な解像
度である360dpi(dot per inch)で、
1ヘッド当たり256個のノズルを有しているヘッドチ
ップ100を6個、並列に並べることによって、153
6ノズル、4.3インチのチケット印刷用ラインプリン
タのヘッドユニットを構成している。個々のヘッドチッ
プ100はライン形状の電極ガラス基板30を介して、
駆動用ドライバー120を有するFPC(Flexib
le Printed Circuit board)1
10により配線実装され、マウント130に固定され
る。マウント130はヘッドチップ100を支持するだ
けでなくインク供給路131を有し、個々のヘッドチッ
プ100にインクを供給する役割も有している。
【0008】個々のヘッドチップ100は図2及び図3
に示すように、硼珪酸ガラスから成る電極ガラス基板3
0へシリコン単結晶からなる流路基板20とカバーガラ
ス10を積層した構造である。流路基板20には、流路
21、振動板22、リザーバ23が形成されており、個
々の流路21は隔壁27で隔てられている。ノズル11
とオリフィス12を形成したカバーガラス10で流路基
板20上面を塞ぐことで流路を構成している。ライン形
状の電極ガラス基板30にはギャップ31と個別電極3
2を形成しており、ギャップ31に異物が侵入すること
を防止する為のシール33を施してある。さらに個別電
極32を避ける位置にインク供給孔34が開口してお
り、リザーバ23にインク40を供給している。駆動時
には、流路基板20に設けられた共通電極24と個別電
極32に電圧を印加し、振動板22と個別電極32間に
静電引力を発生させ、振動板22を個別電極32へ引き
寄せることでリザーバ23から流路21にインク40を
充填する(図3(b))。吐出時には電圧を取り除き、
振動板22のバネ力でインク40をノズル11から吐出
する(図3(c))。
【0009】図4は、個々のヘッドチップ100の製造
工程である。まずインクが通る流路基板の製造方法につ
いて説明する。面方位(110)、厚さ140μmの単
結晶シリコンウェハーの下面に0.8μmの深さでボロ
ンを高濃度(約5×1019cm−3)拡散しボロン層
25を形成(図4(a))した後、ウェット酸化により
熱酸化膜26を形成し、基板両面をフォトリソグラフィ
ーにより、フッ酸水溶液で熱酸化膜26をエッチングし
て流路形状、リザーバ形状、及びインク供給孔形状をパ
ターニングする。(図4(b))。この基板を80℃、
35%の水酸化カリウム水溶液でエッチングすると、シ
リコン単結晶のエッチングに対する異方性により、隔壁
部が垂直にエッチングがされ流路21が形成され、同時
にリザーバ23も形成される。エッチング面が高濃度の
ボロン層25に達すると、水酸化カリウム水溶液に対す
る溶解性が変わり、エッチング速度が低下し、均一な厚
さの振動板22が形成される。インク供給孔34の部分
のボロン層25はエッチング当初よりエッチングされる
為、リザーバ23へ貫通する(図4(c))。エッチン
グ終了後、全体を0.1μmの厚さでドライ酸化で熱酸
化膜26を形成することで、振動板下面に絶縁膜を形成
する。また、流路面に形成された酸化膜は親水性である
ことから、インクの流路への充填性を改善する働きをす
る。熱酸化膜26形成後、熱酸化膜26の一部をドライ
エッチングで除去し、白金をスパッタすることで共通電
極24を形成する(図4(d))。
【0010】次にライン形状の電極ガラス基板30の製
法を説明する。クロムと金をスパッタで硼珪酸ガラス基
板上に成膜し、エッチングマスクとする。3000オン
グストロームの深さで硼珪酸ガラス基板をフッ酸でエッ
チングしギャップ部となる段差を形成する(図4
(e))。透明電極であるインジウム・錫酸化膜を0.
1μmの厚さでスパッタした後、個別電極32の形状に
パターニングする。パターニング後、ダイヤモンドドリ
ルでインク供給孔34を開口し(図4(f))、ライン
ヘッドサイズにダイシングする。
【0011】最後にカバーガラス10の製法を説明す
る。カバーガラス10と成る硼珪酸ガラス基板にクロム
と金をスパッタで成膜し、ノズル11とオリフィス12
パターンをパターニングした後、垂直に異方性ドライエ
ッチングを行い、20μmの深さでノズル11とオリフ
ィス12を形成する(図4(g))。
【0012】ヘッドチップの組立は、流路基板とカバー
ガラスの2枚の基板を380℃に加熱し、シリコンを陽
極、硼珪酸ガラスを陰極に接続し800Vの電極を加え
ることで陽極接合する(図4(h))。
【0013】異物の有無や、配線の欠陥検査等の光学検
査をライン形状電極ガラス基板側より行った後、良品の
ヘッドチップ200をライン形状の電極ガラス基板30
上に並べていく。このとき、光学計測を行いながらマウ
ントを基準として1μmの位置精度でヘッドチップ10
0の位置決めを行う。全ヘッドチップ200の位置決め
が終了すると、これらの2枚の基板を380℃に加熱
し、シリコンを陽極、硼珪酸ガラスを陰極に接続し80
0Vの電極を加えることで陽極接合する(図4
(i))。続いて振動板22と個別電極32の間に異物
が入らないように、シール33で封止する(図4
(j))。
【0014】最後にラインヘッドの組立工程を説明す
る。図5は、ラインヘッドの組立図である。
【0015】ステンレス製マウント130上に、ヘッド
チップ100を配置したライン形状の電極ガラス基板3
0を完全に固定する為、またインク供給孔34の周囲を
シールする目的でマウント130底面よりシール孔13
2を通じてシール溝133にシリコーン系のシーラント
が充填される。ここでシリコーン系のシーラントを用い
るのは、ステンレス製のマウント130とガラス製ヘッ
ドチップ100の間に発生する熱応力等によるヘッドチ
ップ100のクラック発生を防止する為である。ヘッド
チップ100の固定が終了した後FPC実装を行い、ラ
インインクジェットヘッドユニットを完成する。
【0016】次に本発明のラインインクジェットヘッド
の性能について説明する。本発明によると、ライン形状
の電極ガラス基板へヘッドチップを配置、接続したた
め、ラインインクジェットヘッドのノズルピッチがガラ
スのフォトリソ加工精度まで高めることができる。その
結果、印字乱れ等の品質低下が無く、優れた印刷が実現
した。またライン形状の電極ガラス製造歩留まりは、工
程が短いため高く、ライン形状にヘッドチップ全て製造
するよりも高歩留まりが達成され、安価なラインインク
ジェットヘッドが提供可能である。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のラインイン
クジェットヘッドによれば、接続部でノズルのピッチが
広がることが無く、複数のインクジェットヘッドを接続
することができる。この結果、印字品質の低下を招くこ
とが無く、極めて多数のノズルを備えたラインヘッドを
歩留まり良く、安価に製造することができる。また、接
合前の個々のヘッドは比較的小型であることから、製造
装置も小径のウェハーを流動できれば良く、設備投資も
小額で済むと利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例におけるラインヘッドユ
ニットの全体図。
【図2】図1のラインヘッドを構成するヘッドチップ単
体の分解斜視図。
【図3】静電駆動方式インクジェットヘッドの構造と駆
動原理図。
【図4】ヘッドチップの製造工程図。
【図5】ラインヘッドの組み立て説明図。
【符号の説明】
10.カバーガラス 11.ノズル 12.オリフィス 20.流路基板 21.流路 22.振動板 23.リザーバ 24.共通電極 25.ボロン層 26.熱酸化膜 27.隔壁 28.接着層 29.接合部隔壁 30.ライン形状の電極ガラス基板 31.ギャップ 32.個別電極 33.シール 34.インク供給孔 40.インク 50.ヘッド接合部 100.ヘッドチップ 110.FPC 120.駆動用ドライバー 130.マウント 131.インク供給路 132.シール孔 133.シール溝 200.流路基板 201.ノズル 202.隔壁 203.接着層 204.ノズルプレート基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小枝 周史 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 AG16 AG55 AG93 AN05 AP02 AP22 AP28 AP32 AP34 AP52 AP56 AQ01 AQ02 BA03 BA15

Claims (3)

    【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
    連通する独立した吐出室と、該吐出室にインク滴を飛翔
    させる圧力変化を与える圧力発生素子からなるラインイ
    ンクジェットヘッドにおいて、前記吐出室の底面からな
    る振動板と、該振動板に空隙をもって対向する電極から
    成り、該振動板と該電極間に電気パルスを印加すること
    により、該振動板を前記吐出室の圧力が上昇する方向に
    変形させる前記圧力発生素子を有し、前記振動板に空隙
    をもって対向する一つの電極上に複数の前記吐出室を並
    列に接続することにより構成されてなることを特徴とす
    るラインインクジェットヘッド。
  2. 【請求項2】 複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に
    連通する独立した吐出室と、該吐出室にインク滴を飛翔
    させる圧力変化を与える圧力発生素子からなるラインイ
    ンクジェットヘッドの製造方法であって、前記吐出室の
    底面からなる振動板と、該振動板に空隙をもって対向す
    る電極から成り、該振動板と該電極間に電気パルスを印
    加することにより、該振動板を前記吐出室の圧力が上昇
    する方向に変形させる前記圧力発生素子を有するライン
    インクジェットヘッドの製造方法において、前記振動板
    に空隙をもって対向する一つの電極を製造し、該電極上
    に複数の前記吐出室を並列に接続することを特徴とする
    ラインインクジェットヘッドの製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載のラインインクジェ
    ットヘッドを搭載することを特徴とするプリンタ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8434845B2 (en) 2007-01-17 2013-05-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Image forming apparatus and ink jetting method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8434845B2 (en) 2007-01-17 2013-05-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Image forming apparatus and ink jetting method thereof

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