JP2746703B2

JP2746703B2 - インクジェットヘッド装置及びその製造法

Info

Publication number: JP2746703B2
Application number: JP1292899A
Authority: JP
Inventors: 成人芝池; 総一郎美間; 整宏南出
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1998-05-06
Anticipated expiration: 2013-05-06
Also published as: US5200768A; EP0431338B1; EP0431338A2; DE69020317D1; DE69020317T2; JPH03153359A; EP0431338A3

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はプリンタなどに使用するインクジェットヘッ
ド装置及びその製造法に関するものである。

従来の技術現在、オフィス用やパーソナルユースとしてコンパク
ト性を重視したプリンタに使用されているインクジェッ
トヘッド装置において、インク滴を吐出する方式に関し
ては以下の２種類が主流となっている。１つは圧電素子
を用いてインク室を加圧する圧電式であり、もう１つは
発熱素子の発熱を利用して気泡を形成するサーマル式で
ある。

圧電式はインク滴の径を制御し易いものの、圧電素子
を細かいピッチで配列することが難しいため、どうして
もヘッドが大きくなる。従って１つのヘッドで同時に多
数のインク滴を吐出することが不可能であるため、ヘッ
ドを移動させることが必要になり、インク滴の吐出周波
数を高くすることができても全体として記録速度が遅く
なってしまう。又当然のことながらヘッドの移動機構が
必要となり、装置の小型軽量化、低消費電力化、消音
化、低コスト化などの妨げになる。

これに対しサーマル式は、基本的には発熱素子を集積
して容易にラインヘッドが製作できるので、記録速度を
速くすることが可能である。しかし、発熱素子ごとに独
立したインク室とノズルが必要であり、これらの加工精
度や、発熱素子を形成した基板とインク室との位置精度
が吐出量に影響するためインク滴の径を制御しにくく、
ヘッド自体の製造が困難でコストが高くなる。又発熱素
子の集積時の歩留まりも実用レベルに到達していないた
め、実際には非常に高価なものになっている。

こうした課題を解決するために従来から種々の提案が
なされてきており、その１例を示す従来のインクジェッ
トヘッド装置が、「日経メカニカル」1989年５月29日号
（90〜91ページ）に示されている。

第11図はこの従来のインクジェットヘッド装置の構成
図を示すものであり、１はスリット板、２はスリット板
１にノズルの代わりとして複数設けられた幅50μｍ、長
さ8mmのスリット、３は同じくスリット板１に設けら
れ、基板４に形成された複数の発熱素子５と同数である
複数の補助孔であり、６がインクリザーバである。基板
４の上には発熱素子５に対応して複数の電極７と細長い
突起状である複数の流体抵抗素子８とが形成されてい
る。又スリット板１と基板４との間にはスペーサ９が配
されており、このスペーサ９とスリット板１及び基板４
によって挟まれた部分が、第12図（ａ）〜（ｄ）に示す
インク室11を形成する。基板４の下方にはインクタンク
10が設けられ、全体を重ねてヘッドを構成している。発
熱素子５は一般的なサーマルヘッドと同様、基板４にガ
ラス層、抵抗体、電極、保護膜を重ねて形成されてい
る。

以上のように構成された従来のインクジェットヘッド
装置においては、第12図（ａ）〜（ｄ）に示すようにし
てインク滴を吐出する。

（ａ）先ず、基板４上の発熱素子５にパルス電圧を加え
てインク室11内のインクを加熱すると、発熱素子５付近
のインクが蒸発して小さな気泡12が多数できる。

（ｂ）更に、小さな気泡12が集まって大きな気泡13がで
きる結果、表面張力に打勝ってスリット２にインクの膨
らみができる。

（ｃ）次に、加熱を終了した発熱素子５が冷却されて気
泡13の発生が止まると、インクの膨らみが途切れてイン
ク滴14ができる。

（ｄ）このインク滴14は気泡13が成長したときの勢いに
よりスリット２から吐出される。

この従来例のように多数の発熱素子５がスリット２と
インク室11を共有する場合、隣合った発熱素子５によっ
て発生したインク滴14同士の干渉が問題になるが、上記
従来例では第11図に示したように発熱素子５、５の間に
流体抵抗素子８が設けられているので、気泡発生時の水
平方向への圧力波の伝播を防ぐことができ、インク滴14
の形成、吐出に悪影響がない。又スリット板１に設けた
補助孔３が圧力波を吸収するので、圧力波の反射も防ぐ
ことができる。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記従来例では、結局発熱素子を使用す
ることには変わりがないため、ヘッドの大幅なコストダ
ウンにはつながらず、冷却を必要とすることもあって、
飛躍的な記録速度の向上は望めない。

又発熱素子がインクに接した状態で加熱、冷却のサイ
クルを繰返している間に発熱素子上に堆積物が発生し、
初期のインク滴の吐出性能が次第に変化して記録不良を
起こす。この堆積物はインクが発熱素子に焦げ付いたも
のであり、インクに含まれる有機物質である染料などの
色材、各種添加物などが熱的に分解したカーボンが主で
あるが、焦げの厚みが厚くなると気泡の発生が不均一に
なって発熱素子に熱機械的疲労を与え、発熱素子が破壊
される。しかも発熱素子上の堆積物が浮遊してスリット
を塞ぎ、インク滴の吐出を妨げてしまうのである。

インクの性能を考えた場合でも、加熱により気泡を発
生させその圧力をスリットの方向に伝えるには、蒸発し
易く、且つ圧力損失が少なく圧力伝達の忠実な低粘度の
インクが良い。一方、インク滴をスリットから吐出させ
て記録用紙（図示せず）に定着させるには、スリットの
目詰まりがないように乾燥が遅く、吐出が安定し、記録
用紙の上でにじみにくいような高粘度のインクが望まし
い。特に、安価な記録用紙は表面が粗く、インクがにじ
み易いので、記録用紙を自由に選択するためにも高粘度
で定着性の良いインクが必要である。

しかしこの相反する要求を同時に満たすインクの設計
は不可能であるため、発熱素子の寿命、気泡の発生感
度、記録品質のどれかを犠牲にしなければならず、又記
録用紙にはにじみにくい専用紙を使用する必要があり、
装置のコストダウンはもとよりランニングコストにも影
響があるという問題がある。

本発明はかかる点に鑑み、安価で、小型軽量で、稼動
音が静かで、高速高密度記録が可能で、信頼性が高く、
耐久性に優れ、且つ面積階調記録を可能にし、清潔で、
記録品質に優れ、又その劣化も少なく、記録用紙を選ば
ず、しかもインクの最適設計を可能にするインクジェッ
トヘッド装置及びその製造法を提供することを目的とす
る。

課題を解決するための手段請求項１記載の発明は、インク室と、このインク室に
設けられたインク吐出口と、前記インク室内のインクを
加圧する加圧手段と、前記インク吐出口の近傍において
前記インクの通過を遮断する遮断位置と前記インクを通
過させる通過位置との間を移動可能に設けられたシャッ
タと、このシャッタを記録信号に応じて駆動するシャッ
タ駆動手段を備え、前記シャッタを薄膜で構成するとと
もに、前記シャッタ駆動手段が、前記シャッタの前記遮
断位置と前記通過位置の各々に設けられた電極と、この
電極に電圧を印加する電源と、この電源の制御回路とを
備え、前記電極の表面と前記シャッタの表面との静電引
力を利用して前記シャッタを駆動するものであることを
特徴とするインクジェットヘッド装置である。

請求項２の発明は１つの前記インク室に対して、複数
の前記インク吐出口と複数の前記シャッタを設けたこと
を特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド装置
である。

請求項３の発明は、前記シャッタ駆動手段が、前記通
過位置および前記遮断位置での前記シャッタの停止時間
を制御する第１の制御手段を備えたことを特徴とする請
求項１記載のインクジェットヘッド装置である。

請求項４の発明は、前記シャッタによって遮断された
インクを回収して前記インク室に導くインク回収手段を
設けたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット
ヘッド装置である。

請求項５の発明は、前記加圧手段が、加圧を断続的に
行うことによって前記シャッタの停止時にのみインクを
加圧するように制御する第２の制御手段を備えたことを
特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド装置で
ある。。

請求項６の発明は、前記加圧手段を圧電素子によって
構成したことを特徴とする請求項５記載のインクジェッ
トヘッド装置である。

請求項７の発明は、インク室と、このインク室に設け
られたインク吐出口と、前記インク室内のインクを加圧
する加圧手段と、前記インク吐出口の前記インク室外側
近傍において前記インクの通過を遮断する遮断位置と前
記インクを通過させる通過位置との間を移動可能に設け
られたシャッタと、このシャッタを記録信号に応じて駆
動するシャッタ駆動手段を備え、前記シャッタを薄膜で
構成するとともに、前記シャッタ駆動手段が、前記シャ
ッタの前記遮断位置と前記通過位置の各々に設けられた
電極と、この電極に電圧を印加する電源と、この電源の
制御回路とを備え、前記電極の表面と前記シャッタの表
面との静電引力を利用して前記シャッタを駆動するもの
であることを特徴とするインクジェットヘッド装置であ
る。

請求項８の発明は、吐出口と、シャッタと、駆動手段
の電極とを、半導体製造プロセスで同一基板上に形成す
ることを特徴とする請求項１又は７に記載のインクジェ
ットヘッド装置の製造法である。

作用請求項１〜５記載の発明によれば、インク吐出口の近
傍に薄膜で構成されたシャッタと、電極の表面とシャッ
タ表面との間に働く静電引力を利用してシャッタを駆動
するシャッタ開閉手段としての駆動手段とを設けている
ので、インクの通過、遮断をこのシャッタの移動によっ
て機械的に制御して記録することができる。このため、
従来の圧電式やサーマル式のものに比べて小型軽量、低
コストでありながら、高品質で高密度記録が可能であ
り、信頼性にも優れている。さらにインクの最適設計も
可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、上記請求項１〜５記
載の発明の作用に加え、シャッタの外部に薄膜で構成し
た前面壁を設けることになり、遮断位置においてインク
の圧力がかかってもシャッタが歪むことがない。また、
手指等の接触から内部を保護することによって、上記請
求項１〜５記載の発明よりも一層信頼性の高いものにな
る。

請求項７の発明によれば、請求項１又は６記載のイン
クジェットヘッド装置の製造に際し、半導体製造プロセ
スで同一基板上に形成することによって、精度が高く且
つ安定したラインヘッドを極めて容易に製作でき、しか
もこのユニットを縦横に組合せれば、いくらでもヘッド
の数を増やしたり、高密度にしたりすることが可能なイ
ンクジェットヘッド装置を製造することができる。

実施例第１図ないし第６図（ａ）〜（ｎ）に基き、本発明の
第１実施例におけるインクジェットヘッド装置を説明す
る。

単結晶シリコンの基板21の中央部に第１開口部21aを
設け、その裏面側となるインク室20側部位にインク溜21
bを設けている。基板21の表面側には、酸化膜22、窒化
膜23を夫々形成している。第１開口部21aはインク溜21b
から、酸化膜22及び窒化膜23を貫通した形で設けられて
いる。窒化膜23の上には、多結晶シリコンにより電極24
a〜24hが形成され、その表面には窒化膜が絶縁層として
施されている。

25は多結晶シリコンにより形成されたシャッタであ
る。このシャッタ25は、中央部にインク通過口25aを両
端側部位にガイド孔25b、25cを夫々備えている。シャッ
タ25の下面を除く表面には窒化膜（図示せず）が潤滑層
として施されている。基板21上に立設された多結晶シリ
コン製のガイド軸27b、27cは、前記ガイド孔25b、25cを
挿通してこのシャッタ25を前記インク通過口25aが基板2
1のインク吐出口21aと重なってインク室20内のインク31
を通過させる通過位置（第１図及び第２図）と、前記イ
ンク吐出口21aを閉鎖して前記通過を遮断する遮断位置
（第４図及び第５図）との間で移動可能に案内する。

シャッタ25の各端部両側部位に、突出部25p〜25sを設
けている。一端側の突出部25p、25qは、シャッタ25が通
過位置にあるとき電極24a、24bに対向する。このとき多
端側の突出部25r、25sは電極24e、24fに対向する。シャ
ッタ25が遮蔽位置にあるとき、一端側の突出部25p、25q
は電極24c、24dに、多端側の突出部25r、25sは電極24
g、24hに対向する。

基板21上に前記シャッタ21を覆うように設けられた前
面壁28は、前記ガイド軸27b、27cと一体化され、中央部
には第２開口部28aが、両端側の基板２に対向する部位
にはインク回収溝28bが設けられている。

これらの各構成部品は、後に詳しく説明するが、基板
21上にリソグラフィやエッチングといった半導体製造プ
ロセスを用いて一括して製造される。従って極めて小型
軽量であり、加工精度も非常に高いので、千鳥配列ライ
ンヘッドが容易に製作でき、その密度も自由に選択でき
る。又厚み方向も非常に薄くなるので、このヘッドブロ
ックを厚み方向に重ねて構成することも可能である。
尚、第２図及び第５図に示す保護板29、30は前面壁28の
前方位置に配設されシャッタ25などを保護するものであ
るが、他の製造法により得られたものを所定の位置に取
付けたものでも良い。これら保護板29、30は外部から
手、指などによる接触や、ゴミ、異物の内部への混入を
防ぐことができ、シャッタ25などを保護することができ
る。インク溜21bにはインク31が充填されており、図示
しない加圧装置（例えば圧電素子）によって常に圧力を
受けている。又インク回収溝28bの延長上には図示しな
いインク回収装置が設けられインク室20につながってい
る。

以上のように構成された本実施例のインクジェットヘ
ッド装置において、以下その動作を説明する。

電極24a、24b、24e、24fに数十Ｖの電圧が印加される
と、第１図に示すシャッタ25の通過位置において、シャ
ッタ25の各突出部25p〜25sが、対応する電極24a、24b、
24e、24fの表面に働く静電引力によって吸引され前記通
過位置において安定する。このときシャッタ25のインク
通過口25aが基板21の第１開口部21aと重なり合ってい
る。これにより、インク溜21bに充填されたインク31
は、インク室20内の圧力によって第１開口部21a、イン
ク通過口25aを通過し、更に前面壁28の第２開口部28aを
通過してインク滴32となって外部に吐出される。すなわ
ちこの状態で保護板29、30の外側に記録用紙（図示せ
ず）をセッティングしておけば、このインク滴32によっ
て記録することができる。

次に、電極24c、24d、24g、24hに電圧を印加すると、
第４図に示すように、シャッタ25の各突出部25p〜25s
が、前記電極24c、24d、24g、24hの表面に働く静電引力
によって吸引され、シャッタ25は遮断位置に移動して安
定する。今度は、基板21の第１開口部21aはシャッタ25
によって遮られている。これによりインク溜21bに充填
されたインク31は、インク室20内の圧力によって第１開
口部から吐出しても、シャッタ25によってその経路を遮
断されシャッタ25より外部に吐出することができない。
すなわちこの状態では第４図に示す保護板29、30の外側
に記録用紙（図示せず）をセッティングしておいても記
録されない。

遮断されたインク31は、一部はインク溜21b側へ戻さ
れることになり、残りはシャッタ25の裏側を伝ってイン
ク回収溝28bからインク回収装置に流れる。そしてイン
ク室20へ送られ、再びインク溜21bに溜ることになり再
利用される。又遮断時にシャッタ25はインク31の吐出圧
を受けることになるが、そのときはシャッタ25が前面壁
28に押付けられた状態で支えられるので、シャッタ25が
インク31の吐出圧によって歪むこともなく、常に安定し
た動作が得られる。すなわちこの状態からシャッタ25を
通過位置に移動させ、すぐに遮断位置へ戻すことで記録
の最小単位（以下、ドットと称する）を形成することが
できる。

尚、本実施例ではシャッタ25の静止位置を通過位置と
遮断位置の２つとしたが、電極の数を増やすことにより
容易にこの静止位置の数を増やすことができる。従っ
て、例えばシャッタ25の静止位置を３つとした構成で、
真中の静止位置においてのみインク滴32を通過させるよ
うにすれば、一方向のシャッタ25の移動によってドット
を形成できるので、本実施例よりも高速化が図れる。勿
論２つの静止位置でも同様のことが可能である。それは
通過位置を間に挟んでその両側にシャッタ25の静止位置
（遮断位置）を設けるのである。但しこの場合は、通過
位置でシャッタ25を止めることが困難となる。例えば直
線などを記録するときに、インク滴32をドットではなく
連続して吐出させるようなモードを設けることも考えら
れる。このときは通過位置でシャッタ25を止めることが
必要となり、従ってこの構成では記録品質の低下が起こ
り得る。以上を総合すると、図に示した構成でシャッタ
25の往復動作が十分高速であれば全く問題はなく、３静
止位置構成との比較においても電極の数（すなわち配線
の数）や集積効率を考えると、どちらが優れているとは
一概にはいえない。

又インク室20の加圧を記録の周波数に同期して断続的
に行い、シャッタ25が移動するときにはインク31がイン
ク吐出口25aから吐出しないようにすることも考えられ
る。この場合、インク室20の加圧には圧電素子を用いる
ことが望ましいが、勿論他の加圧手段でも不可能ではな
い。シャッタ25の動きを妨げる要因の一つとして接触面
の摩擦があり、窒化膜23などによって軽減され移動に支
障はないものの、全く問題がないわけではない。従っ
て、インク室20の加圧を制御し、シャッタ25の動作に同
期してインク滴32を形成するようにすれば、吐出圧によ
ってシャッタ25が前面壁28に押付けられることがなくな
るので、この分の摩擦力については改善される可能性が
ある。しかしシャッタ25でインク滴32の通過を妨げる度
に、インク圧による衝撃をシャッタ25及び前面壁28が受
けることになるため、機械的強度の面からみれば、むし
ろ常にインク圧を受けている方が望ましく、又加圧装置
が複雑になったり大型化してしまう危険性もあり、この
場合も双方甲乙付けがたいものがある。

尚、本実施例の構成であれば、通過位置でシャッタ25
を停止させている時間を変化させることが容易に実現で
きる。すなわちインク滴32の大きさ（体積）を変えて、
ドットの大きさを制御することが可能になる。従って面
積階調記録ができるわけで、特に画像を記録するときな
どには極めて有効であり、記録品質の大幅な向上が望め
る。これは、従来のインクジェット方式プリンタの大き
な欠点の一つであったディザなどによる画質のざらつき
が改善されることを意味しており、その価値は非常に大
きい。

以上のように本実施例によれば、電極24a〜24hへの電
圧の印加により、シャッタ25を移動させて記録の有無を
制御しドットを形成することができる。従って記録信号
に応じてシャッタ25を動作させることにより、発熱素子
や圧電素子（インク室20の常時加圧に用いるものは除
く）を必要としないインクジェットヘッド装置を提供す
ることができる。

ここで、このインクジェットヘッド装置を用いてA4サ
イズの記録用紙一ぱいに画像を記録することを考えてみ
る。上記の説明で明らかなように、このインクジェット
ヘッド装置は容易にラインヘッド化ができ、しかもその
密度は千鳥配列によりいくらでも細かくすることができ
る。仮に記録密度を20本/mmとするならば、記録品質を
保つためにはインク滴の大きさを50μｍ程度にするのが
望ましい。本実施例の構成では基本的にインク滴32の大
きさを自由に設定できるので、どんな場合にも十分な対
応が可能である。又ラインヘッドを更に進めて２次元化
すれば、A4サイズの面ヘッドも可能であり、高速性での
飛躍的な性能アップが期待できる。

さて、紙送り方向をA3サイズへの発展性からA4サイズ
の短辺方向とすれば、ヘッドに要求される長さは約300m
mであるので、具体的なヘッドの数は最高で20×300＝60
00個である。このヘッドでA4サイズをフルに記録するの
に１秒かかるとすれば、縦横同密度と考えて１ドットを
記録するのに250マイクロ秒でなくてはならない。つま
りシャッタ25に要求される速度は4KHzとなる。発熱素子
を利用しても達成は可能と考えられるが、この場合には
ラインヘッドの性能自体に前述のような課題がある。

しかし、これと同じ性能（記録密度、記録速度）をシ
リアルヘッドを用いて、このヘッドを記録用紙の長辺方
向に移動させながら記録することによって達成しようと
すれば、仮に80個のヘッドを並べ、メカニズムによるヘ
ッド移動の反転時間がゼロであったとしても、１ドット
の記録に3.3マイクロ秒でなくてはならず、圧電素子を
使用しなくてはならないが、前述した数々の課題があり
実現は不可能といってよい。従って本実施例の構成によ
るインクジェットヘッド装置の持つポテンシャルの高さ
が十分に認識できることになる。

次に本実施例のインクジェットヘッド装置の製造法
を、第６図（ａ）〜（ｎ）に基き説明する。尚、本製造
法には一般的な半導体製造法を用いるので、個々の手法
の詳しい説明は省略し、製造のプロセスのみを示すこと
にする。

（ａ）先ず単結晶シリコンの基板21（第６図（ａ）斜線
部分）の表面に異方性エッチングによって凹部21a′を
形成する。エッチング溶液は水酸化カリウム（KOH）水
溶液を用いる。マスクの除去は酸素プラズマを使用した
フォトレジストストリッピングで行い、所定の方法で洗
浄と乾燥を行う。

（ｂ）次に酸化膜（SiO₂）22（第６図（ｂ）斜線部分）
を基板21の上に成長させる。この酸化膜22は、例えば重
量比８％のLPCVD/PSG層を約450℃で堆積させることによ
って形成することができる。その後緩衝フッ酸による酸
化物溶解で酸化膜22のエッチングを行う。マスクの除去
は酸素プラズマを使用したフォトレジストストリッピン
グで行い、洗浄と乾燥を行う。

（ｃ）次に窒化シリコン（Si₃N₄）層23（第６図（ｃ）
斜線部分）をこの酸化膜22の上に堆積させ、RIE（react
ive−ion−etching）でパターニングを行う。マスクの
除去は酸素プラズマを使用したフォトレジストストリッ
ピングで行い、洗浄と乾燥を行う。酸化膜22とこの窒化
膜23とにより、インクジェットヘッド形成後の絶縁層と
する。絶縁耐圧は500V以上である。又この窒化膜23は緩
衝フッ酸による酸化膜やPSG層の溶解時に酸化膜22を保
護する。

（ｄ）次に重量比８％のLPCVD/PSG層33（第６図（ｄ）
斜線部分）を約450℃で堆積させ、緩衝フッ酸による酸
化物溶解でエッチングを行う。マスクの除去は酸素プラ
ズマを使用したフォトレジストストリッピングで行い、
洗浄と乾燥を行う。

（ｅ）ここでLPCVD多結晶シリコン層34（第６図（ｅ）
斜線部分）を610〜630℃程度で全面的に堆積させ、プラ
ズマエッチングによって同図のように成形する。この多
結晶シリコン層34が、電極24a〜24h及びシャッタ25にな
る。ここでは残留応力除去のためにアニールを行う。
尚、この多結晶シリコン層34にリンを拡散することによ
って必要に応じて導電性を付与することができる。

（ｆ）続いて酸化膜35（第６図（ｆ）斜線部分）を多結
晶シリコン層34の上に成長させる。酸化膜35は重量比８
％のLPCVD/PSG層を約450℃で堆積させてもよい。この酸
化膜35は後のRIEエッチングの際の保護膜となる。

（ｇ）ここで第６図（ｇ）に示すように、多結晶シリコ
ン層34（同図斜線部分）と酸化膜35（同図斜線部分）と
を、プラズマエッチングによって図のようにパターニン
グし、電極24a〜24h及びシャッタ25の形状を作り出す。
エンドポイントの検出は30％オーバーエッチングで行
い、マスクの除去は酸素プラズマを使用したフォトレジ
ストストリッピングで行う。又洗浄及び乾燥を行い、残
留応力除去のためのアニールを行う。

（ｈ）次に第６図（ｈ）に示すように、窒化膜（Si
₃N₄）26（同図斜線部分）を堆積させる。パターニング
はRIEで行うが、この窒化膜26はインクジェットヘッド
形成時に前述の窒化膜（図示せず）となり、シャッタ25
と各部との間の摩擦を軽減したり材料の脆性を補うため
の潤滑層及び電極24a〜24hの絶縁層（図示せず）とな
る。マスクの除去は酸素プラズマを使用したフォトレジ
ストストリッピングで行い、洗浄の後、乾燥を行う。

（ｉ）ここで再び重量比８％のLPVCD/PSG層36（第６図
（ｉ）斜線部分）を約450℃で全面的に堆積させる。

（ｊ）続いて緩衝フッ酸による酸化物溶解で第６図
（ｊ）に示すように、PSG層36（同図斜線部分）のエッ
チングを行う。マスクの除去は酸素プラズマを使用した
フォトレジストストリッピングで行い、洗浄及び乾燥を
行う。

（ｋ）そして同じくPSG層36（第６図（ｋ）斜線部分）
に、プラズマエッチングによりパターニングする。この
パターンにより、後に形成するガイド軸27b、27c及び前
面壁28を固定することができる。エンドポイントの検出
は30％オーバーエッチングで行い、マスクの除去は酸素
プラズマを使用したフォトレジストストリッピングで行
う。又洗浄、乾燥を行う。

（ｌ）この状態で最後のLPCVD多結晶シリコン層37（第
６図（ｌ）斜線部分）を610〜630℃程度で堆積させ、プ
ラズマエッチングを行ってパターニングし、ガイド軸27
b、27c及び前面壁28を作る。マスクの除去は酸素プラズ
マを使用したフォトレジストストリッピングで行い、洗
浄と乾燥を行う。又残留応力除去のためにアニールを行
う。

（ｍ）ここでPSG層（あるいは酸化膜）33、36（第６図
（ｌ）参照）を緩衝フッ酸で溶解して窒化膜26、多結晶
シリコン層34及び酸化膜35が一体となった可動物（第６
図（ｍ）斜線部分）を形成することによりシャッタ25を
作る。又洗浄、乾燥を行う。

（ｎ）最後に、基板21に裏側から異方性エッチングを行
って凹部21b′を形成し、最初に形成した凹部21a′に貫
通させる。これで第６図（ｎ）に示すように、第１開口
部21a及びインク溜21bができる。エッチング溶液は水酸
化カリウム水溶液を用いる。マスクの除去は酸素プラズ
マを使用したフォトレジストストリッピングで行い、洗
浄と乾燥を行う。

以上の工程により本実施例のインクジェットヘッド装
置を製造することができる。このように半導体製造法を
用いて一括して製造するので、発熱素子や圧電素子に較
べてラインヘッドが極めて容易に製作できる上、その精
度も十分に高く安定している。しかもこのユニットを縦
横に組合せれば、いくらでもヘッドの数を増やしたり、
高密度にしたりすることが可能なインクジェットヘッド
装置を製造することができる。

第７図ないし第10図は、本発明の第２実施例における
インクジェットヘッド装置を示している。

単結晶シリコンの基板41の中央部に開口部41aを設
け、その裏面側となるインク室40側にインク溜41bを設
けている。42は酸化膜、43は窒化膜である。この開口部
41aはインク溜41bから、基板41上に形成された酸化膜42
及び窒化膜43を貫通した形で設けられている。インク溜
41bにはインク51が充填されており、図示しない加圧装
置（例えば圧電素子）によって常に圧力を受けている。
44a〜44eは多結晶シリコンにより形成され円弧状に配列
された電極であるが配線部は省略してある。又表面には
窒化膜（図示せず）が絶縁層として施されている。

45は多結晶シリコンにより形成された扇形状のシャッ
タである。このシャッタ45は中央部にインク通過口45a
を備え、その下面を除く表面には窒化膜（図示せず）が
潤滑層として施されている。又シャッタ45の円弧部両端
には突出部45p、45qが設けられている。47は基板45に立
設され前記シャッタ45を回動可能に枢支する支軸であ
り、これも多結晶シリコンで形成されている。支軸47は
シャッタ45を上フランジ47aで保持している。

これらの各構成部品は第１実施例と同様、基板41上に
リソグラフィやエッチングといった半導体製造プロセス
を用いて一括して作られる。従って当然のことながら第
１実施例と同様極めて小型軽量であり、加工精度も非常
に高いので、千鳥配列ラインヘッドが容易に製作でき、
その密度も自由に選択できる。又厚み方向も非常に薄く
なるので、このヘッドブロックを厚み方向に重ねて構成
することも可能である。

第７図及び第８図は電極44a、44cに数十Ｖの電圧が印
加された状態であり、シャッタ45は各突出部45p、45q
が、各電極44a、44cの表面に働く静電引力によって引力
され、第１遮断位置において安定している。このとき基
板41の開口部41aはシャッタ45によって遮られている。
これにより、インク溜41bに充填されたインク51はイン
ク室40内の圧力によって開口部41aから突出されてもシ
ャッタ45によってその経路を遮断され、シャッタ45より
外部に吐出することができない。すなわちこの状態では
外側に記録用紙（図示せず）をセッティングしておいて
も記録されない。

さてこの状態から電極44b、44dに電圧の印加を切替え
る。すると今までの説明で明らかなようにシャッタ45の
各突出部45p、45qが、各電極44b、44dの表面に働く静電
引力によって吸引される。シャッタ45は支軸47を中心に
して時計方向に回動し、第９図に示すようにシャッタ45
のインク通過口45aと基板41の開口部41aとが重なり合う
通過位置で安定する。これにより、インク溜41bに充填
されたインク51はインク室40内の圧力によってインク吐
出口41a及びシャッタ45のインク通過口45aを通過し、イ
ンク滴（図示せず）となって外部に吐出することができ
る。すなわちこの状態で外側に記録用紙（図示せず）を
セッティングしておけば記録することができる。

次に再び電極44c、44eに電圧を切替えて印加すると、
シャッタ45の各突出部45p、45qが、各電極44c、44eの表
面に働く静電引力によって吸引されてシャッタ45が更に
回動し、第10図に示すように基板41の開口部41aを遮る
第２遮断位置で安定する。これにより、インク51はシャ
ッタ45によってその経路を再び遮断され外部に吐出する
ことができなくなる。従ってシャッタ25のこのような一
連の動作によってドットを形成することができる。これ
は、前述したシャッタ45の静止位置を３つとした構成例
を示していることになり、当然のことながら面積階調記
録もできる。

以上のように本実施例によれば、第１実施例と同様電
極44a〜44eへの電圧の印加により、シャッタ45を回動さ
せて記録の有無を制御しドットを形成することができ
る。しかも第１実施例よりも高速化が図れる可能性もあ
る。従って記録信号に応じてシャッタ45を動作させるこ
とにより、発熱素子や圧電素子（インク室40の常時加圧
に用いるものは除く）を必要としないインクジェットヘ
ッド装置を提供することができる。尚、本実施例におい
て第１実施例の前面壁28や保護板29、30を設けことは容
易に可能である。

本発明は上記実施例に示すほか、種々の態様に構成す
ることができる。

例えば上記実施例ではシャッタの駆動源として静電引
力を用いているが、ほかの駆動手段を用いても良いこと
はいうまでもない。更に、詳しく説明しなかったがイン
ク回収装置やインク室の加圧装置などは、通常の装置
（ポンプや圧電素子など）を用いることで十分事足り
る。又上記実施例において開口部をインク滴の形成用に
円形として説明したが、シャッタの存在を考えれば必ず
しもそうである必要はない。すなわち開口部をスリット
状にしており、シャッタ自身と前記開口部とによって又
はそのインク通過口を用いてインク滴を形成してもよ
い。又インク室の開口部を比較的大きく設けると共に、
各インク吐出箇所におけるインクの通過、遮断を夫々の
シャッタで個別に行うように構成することもできる。

発明の効果本発明のインクジェットヘッド装置によれば、安価で
記録品質に優れ、又その劣化もなく、記録用紙を選ば
ず、しかもインクの最適設計を可能にすることができ
る。

又本発明のインクジェットヘッド装置の製造法によれ
ば、精度が高く且つ安定したラインヘッドを極めて容易
に製作でき、しかもこのユニットを縦横に組合せれば、
いくらでもヘッドの数を増やしたり、高密度にしたりす
ることが可能なインクジェットヘッド装置を製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例におけるインクジェットヘ
ッド装置のシャッタが通過位置にある状態を示す平面
図、第２図は第１図のＸ−Ｘ断面図、第３図は第１図の
Ｙ−Ｙ断面図、第４図は同装置のシャッタが遮断位置に
ある状態を示す平面図、第５図は第４図のＺ−Ｚ断面
図、第６図（ａ）〜（ｎ）は同装置の製造工程説明図、
第７図は本発明の第２実施例におけるインクジェットヘ
ッド装置のシャッタが第１遮断位置にある状態を示す平
面図、第８図は第７図のＷ−Ｗ断面図、第９図は同装置
のシャッタが通過位置にある状態を示す平面図、第10図
は同装置のシャッタにが第２遮断位置にある状態を示す
平面図、第11図は従来のインクジェットヘッド装置の構
成図、第12図（ａ）〜（ｄ）は同装置の動作説明図であ
る。 20、40……インク室 21、41……基板 21a、41a……第１開口部 24a〜24h、44a〜44e……電極 25、45……シャッタ 28……前面壁 28a……第２開口部 28b……インク回収溝 29、30……保護板

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】インク室と、このインク室に設けられたイ
ンク吐出口と、前記インク室内のインクを加圧する加圧
手段と、前記インク吐出口の近傍において前記インクの
通過を遮断する遮断位置と前記インクを通過させる通過
位置との間を移動可能に設けられたシャッタと、このシ
ャッタを記録信号に応じて駆動するシャッタ駆動手段を
備え、前記シャッタを薄膜で構成するとともに、前記シ
ャッタ駆動手段が、前記シャッタの前記遮断位置と前記
通過位置の各々に設けられた電極と、この電極に電圧を
印加する電源と、この電源の制御回路とを備え、前記電
極の表面と前記シャッタの表面との静電引力を利用して
前記シャッタを駆動するものであることを特徴とするイ
ンクジェットヘッド装置。
【請求項２】１つの前記インク室に対して、複数の前記
インク吐出口と複数の前記シャッタを設けたことを特徴
とする請求項１記載のインクジェットヘッド装置。
【請求項３】前記シャッタ駆動手段が、前記通過位置お
よび前記遮断位置での前記シャッタの停止時間を制御す
る第１の制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記
載のインクジェットヘッド装置。
【請求項４】前記シャッタによって遮断されたインクを
回収して前記インク室に導くインク回収手段を設けたこ
とを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド装
置。
【請求項５】前記加圧手段が、加圧を断続的に行うこと
によって前記シャッタの停止時にのみインクを加圧する
ように制御する第２の制御手段を備えたことを特徴とす
る請求項１記載のインクジェットヘッド装置。
【請求項６】前記加圧手段を圧電素子によって構成した
ことを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッド
装置。
【請求項７】インク室と、このインク室に設けられたイ
ンク吐出口と、前記インク室内のインクを加圧する加圧
手段と、前記インク吐出口の前記インク室外側近傍にお
いて前記インクの通過を遮断する遮断位置と前記インク
を通過させる通過位置との間を移動可能に設けられたシ
ャッタと、このシャッタを記録信号に応じて駆動するシ
ャッタ駆動手段を備え、前記シャッタを薄膜で構成する
とともに、前記シャッタ駆動手段が、前記シャッタの前
記遮断位置と前記通過位置の各々に設けられた電極と、
この電極に電圧を印加する電源と、この電源の制御回路
とを備え、前記電極の表面と前記シャッタの表面との静
電引力を利用して前記シャッタを駆動するものであるこ
とを特徴とするインクジェットヘッド装置。
【請求項８】吐出口と、シャッタと、駆動手段の電極と
を、半導体製造プロセスで同一基板上に形成することを
特徴とする請求項１又は７に記載のインクジェットヘッ
ド装置の製造法。