JP3185845B2 - インクジェット式印字ヘッド - Google Patents
インクジェット式印字ヘッドInfo
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Description
記録紙等の記録媒体上にインク像を形成するインクジェ
ット式印字ヘッドに関する。
ジェットプリンタの要求が高まる中、インクジェット式
印字ヘッドを構成する各部材への加工密度、加工精度が
高いものが要求されてきている。
にプラスチック、セラミック、ガラス等の材料が用いら
れている(米国特許第4057807号、米国特許第3
972474号明細書)。しかしながら、この様な技術
では近年のインクジェット式印字ヘッドの要求する高精
細、高精度化に応えることが出来なくなってきた。
コンウェハーをエッチングしてインクジェット式印字ヘ
ッドの構成部品として使用する技術が多々開示されてい
る。
ンクジェットヘッドとして図15に示した特公昭58−
40509号公報が知られており、この例では(10
0)シリコン基板が用いられている。
クジェットヘッドの例としては、"K.E.Petersen,`Fabri
cation of anIntegrated,PlanarSilicon Ink-Jet Struc
ture,'IEEE transactions onelectrondevices,vol.ED-2
6,No.12, December 1979"などが知られている。
おいてもシリコンウェハーをエッチングしてインク室を
構成する技術が開示されている。
うな課題を有する。
ている(100)シリコン基板61を用いたものではエ
ッチングの結果現れる(111)面は(100)面に対
し約54.7゜で傾斜するため、パターン幅に対して深
さが一定の比以上は取れないので、図15に示すように
台形もしくは三角形の断面形状になる。
いてインク室を配列しようとすると、先にも述べたが、
図15に示すようにインク室の壁が基材の表面に対し略
54.7゜で傾斜するため、薄いシリコン基材でしか貫
通することができない。例えば、流路の幅が100μm
である場合、シリコン基材の厚さは70μm以下とな
る。その場合シリコン基材の全体の剛性がなく、シリコ
ン基材全体がしなるため、他のノズルが駆動しているか
どうかによって特性に大きな差がでることになる。その
ため、高密度化が困難であるという課題を有する。
で開示されている図16の例に示した(110)シリコ
ン基板71による異方性エッチングでは、表面の(11
0)面に垂直な(111)面でインク室を構成できるの
で高密度にノズルを配列することが可能である。
は、インク流れに滞留部が存在し一度気泡がインク室に
入ってしまうとなかなか排出することが出来なかった。
つまり、気泡がインク室での圧力の逃げ場(コンプライ
アンス)として作用し、インク吐出不良の原因になって
いた。
題に鑑みてなされたものであって、その目的とするとこ
ろは製造工程の複雑化を招くことなく、圧力室でのイン
クの淀みを可及的に少なくして気泡の停滞を無くして、
安定な印字特性を得ることができるインクジェット式印
字ヘッドを提供することである。
るために本発明のインクジェット式印字ヘッドは、複数
のノズル開口が穿設されたノズルプレートと、前記複数
のノズル開口とそれぞれ連通する複数のインク室、イン
ク流路、及び前記インク流路と前記インク室とを接続す
るインク供給路を形成する壁部材と、振動板とを積層配
置するとともに、前記インク室に対応してインク吐出の
ための圧力発生部材を前記振動板に配置して構成された
インクジェット式印字ヘッドにおいて、前記インク流路
が、前記壁部材の両面に前記インク室と略同一幅で、か
つ前記インク室よりも浅く形成された凹部により前記ノ
ズルプレート側と前記振動板側とに分割して構成されて
いる。
る。
印字ヘッドのノズル配列に直交する方向の断面図、即
ち、図3に於けるA−A断面図である。図3、図4は本
発明に於けるインクジェット式印字ヘッドの斜視図であ
る。
印字ヘッドのノズル配列方向の断面図、即ち、図3に於
けるB−B断面図である。
(図示されていない)から供給されたインクは、各イン
ク室110に連通する壁部材103に形成されたインク
流路111を通り、各インク室110に対応するように
形成されたインク供給路107を通って、ノズルプレー
ト101、壁部材103、振動板104によって構成さ
れるインク室110に供給される。
105と、ノズル開口部102が配置されており、圧力
発生部材105はベース板201上に配置、固着され、
フレーム204に挿入され、接着剤203で固着されて
いる。ここで、圧力発生部材105は、FPC202を
介したプリンタ本体からの電気信号による伸縮運動によ
り、インク室110を加圧し、ノズル開口部102より
インクを吐出する。
部材103に、(111)結晶面は、他の結晶面に比べ
てエッチング速度が極端に遅いという、結晶方位により
決まる方向にエッチングが進行する特性を有した、シリ
コン単結晶基板を用いている。
0の面上の方向を示す図である。
な第1の(111)面801は、オリフラ901に平行
方向である<100>に対して約35゜の方向、即ち、
<211>方向に現れる。しかし、オリフラ901と垂
直方向<110>ではウェハ表面に対して約35゜の角
度で(111)面が存在する為に、そこでエッチング加
工が出来なくなる。この為、図8、図9に示す様にウェ
ハ両面に<211>方向にパターンを形成し湿式異方性
エッチングを行うと図9(d)の様にウェハ表面に対し
約35゜の角度で(111)面は出現するが、更にエッ
チングを続けると図9(e)の様に(111)面で構成
された突起部が現れる。これを更にエッチングを続けて
行くと、図9(f)の様に、この突起部の先端からアン
ダーカット現象が生じ、徐々にこの突起部は小さくな
る。そして、ついには消失して図9(g)のようにウェ
ハ表面に対して垂直な(111)面が出現しエッチング
は停止する。こうして出来たエッチング形状は垂直な
(111)面で囲まれた形状で、これをインク室に利用
することにより高密度なインクジェット式印字ヘッドの
提供が可能になる。
室の角部にインク滞留部が存在し、一度気泡がインク室
に入ってしまうとなかなか排出することが出来なかっ
た。この事は、気泡がインク室での圧力の逃げ場(コン
プライアンス)の働きをして、インク吐出不良の要因に
なっていた。
は、図5、図6、図7に示すように、全インク室に連通
するインク流路111と、各インク室とインク流路11
1を結ぶインク供給路107を構成しており、該インク
供給路107は、該ノズルプレート側と該振動板側の2
カ所に具備していることを特徴としている。
り、図6はインク供給路107近傍の上面図であり、図
7は図6に於けるC−C断面図である。
一実施例を、図8、図9を用いて手順を追って説明す
る。
晶面方位が(110)面となるシリコンウェハ800
を、900〜1100℃に加熱し、酸素、水蒸気などの
酸化剤を含んだ高温の気体の中に置いて、その表面に酸
素原子を拡散する。本実施例では、この熱酸化処理によ
って厚さ1.7μmから成るシリコン酸化物の膜801
を形成した。シリコン酸化物の膜801は後述する異方
性エッチング工程でのマスクの役割を果たし、その形成
手段は前述した熱酸化処理の他に、CVD(化学気相堆
積)法や、イオン注入法、陽極酸化法によっても差し支
えない。またシリコン酸化物の膜以外にも、シリコン窒
化物の膜や、ホウ素やガリウム原子を添加した所謂p型
シリコン膜や、ヒ素やアンチモン原子を添加した所謂n
型シリコン膜を形成しても差し支えない。
スト802で前記シリコンウェハ800上に図8に示す
ようにインク室110が(111)面で構成できるよう
にパターンを施し、図9(c)に示すように、フッ酸水
溶液などの酸エッチング液によってシリコン酸化物の膜
801を選択的に除去した後、樹脂レジストを除去する
と、パターニングされたシリコン酸化物の膜801のマ
スクパターンが現れる。
リウム水溶液などの、結晶方位に依存してエッチング速
度が変化するエッチング液によって、シリコンウェハを
異方性エッチングすると、図9(d)、図9(e)、図
9(f)に示す過程を経て、図9(g)に示す状態で終
了する。本実施例では、80℃に加熱した20[重量%]
の水酸化ナトリウム水溶液によって、前記シリコンウェ
ハを異方性エッチングして、図9(g)、図10に示す
ようなインク室110及びインク流路111を構成する
貫通孔805を得た。
10のD−D断面図である図11を用いて説明する。
801を除去し、図9(a)〜図9(c)と同様の方法
で、インク供給路107となる部分、即ち、壁部材10
3の両上面をハーフエッチングする部分以外に、図11
(a)に示すように、再度シリコン酸化膜801を形成
する。更に、上記と同様の方法でエッチングを行う。こ
こでの、エッチングは図8に於ける第1の(111)面
と平行な方向、即ち、<211>方向のエッチングとな
るため図11(b)の様にシリコンウェハ上面に垂直に
エッチングされ、その深さはエッチング時間に比例す
る。
必要なエッチング時間により、図11(b)の過程を経
て、図11(c)に示す形状、即ち、所望の深さの図5
のインク供給路107を得る。
を得るために図11(d)に示す様に保護膜804を形
成する。形成する膜の種類、並びに形成手段は前述のマ
スクパターンの工程と同じであるが、熱酸化処理によっ
てシリコン酸化物の保護膜を形成するのが最も好適であ
る。
4に示すようにノズルプレート101と振動板104と
積層接着し図1に示すインク室110を得る。このイン
ク室構造によれば、従来インク流れが生じなかった部
分、即ち、インク室角部にインク供給路107が形成さ
れたことで、インク流れを生じさせることが出来る。こ
のことで、気泡排出性に優れた、インク吐出特性に優れ
たインクジェット式印字ヘッドを提供できた。
ンク供給路107を構成し、インク供給路107は壁部
材103をハーフエッチングして構成した事により、イ
ンク流路111を深く、即ち、壁部材103を厚く、且
つ、インク供給路107を所望の深さに自由に設定出来
た。この事は、特開平5−220952号公報の様にフ
レーム204を彫り込む必要が無いため、フレーム20
4が平坦に出来る。この事は、フレーム204が振動板
104で完全にインク系と分離出来るため、安価で信頼
性の高いインクジェット式印字ヘッドの提供が可能にな
った。
コンウェハ上面(110)面をハーフエッチングし2つ
の(111)面と1つの(110)面で構成された平溝
形状にした例を示した。本構造は、インク供給路107
の深さはエッチング時間によって管理しなくてはならな
い。
11)面で構成した例を示す。
00の面上の方向を示す図である。
対して垂直の方向、即ち、<110>方向にはシリコン
ウェハ表面に対して約35゜の方向に、(111)面の
滑らかで、精度の良いV字溝1201が構成できる。
として壁部材103の両面に配置した例が図13であ
り、図13の斜視図が図14である。
つの結晶方位(111)面がぶつかった所でエッチング
が停止するので、エッチング時間のバラツキによらず、
インク供給路深さの管理が容易となる利点を有する。
して、図1の様に圧電材料と電極材料を交互にサンドイ
ッチ状に挟んだ積層型圧電素子の電界方向と同方向の変
位、即ちd33方向の変位を利用した例を示した。しか
しながら、本発明はこれに限定されるものではなく、圧
力発生部材として電界方向と垂直方向の変位、即ちd3
1方向の変位を利用した圧電素子や、インク室内に駆動
信号によりジュール熱を発生する抵抗線を設けたバブル
ジェット方式等にも同等の効果を有する。
給路からインク室にインクを円滑に流れ込ませて気泡の
停滞を可及的に少なくして、安定した印字特性を備えた
インクジェット式印字ヘッドを提供することができる。
例を示す図3に於けるA−A断面図。
例を示す図3に於けるB−B断面図。
例を示す斜視図。
例を示す斜視図。
例を示す斜視図。
例を示す上面図。
例を示す図6に於けるC−C断面図。
(110)面のシリコンウェハの面上の方向を示す図。
ン基材のエッチング過程を説明するための断面図。
コン基材のエッチング過程を説明するための斜視図。
コン基材のエッチング過程を説明するための断面図。
の実施例を説明する為の、(110)面のシリコンウェ
ハの面上の方向を示す図。
の実施例を示す上面図。
の実施例を示す図13の斜視図。
図。
図。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数のノズル開口が穿設されたノズルプ
レートと、前記複数のノズル開口とそれぞれ連通する複
数のインク室、インク流路、及び前記インク流路と前記
インク室とを接続するインク供給路を形成する壁部材
と、振動板とを積層配置するとともに、前記インク室に
対応してインク吐出のための圧力発生部材を前記振動板
に配置して構成されたインクジェット式印字ヘッドにお
いて、前記インク流路が、前記壁部材の両面に前記イン
ク室と略同一幅で、かつ前記インク室よりも浅く形成さ
れた凹部により前記ノズルプレート側と前記振動板側と
に分割して構成されているインクジェット式印字ヘッ
ド。 - 【請求項2】 前記壁部材は、結晶方位(110)面を
表面に持つ単結晶シリコンであることを特徴とする請求
項1に記載のインクジェット式印字ヘッド。 - 【請求項3】 前記インク供給路は、二つの結晶方位
(111)面と一つの結晶方位(110)面で構成され
た断面形状が四角形であることを特徴とする請求項2に
記載のインクジェット式印字ヘッド。 - 【請求項4】 前記インク供給路は、二つの結晶方位
(111)面で構成された断面形状が三角形であること
を特徴とする請求項2に記載のインクジェット式印字ヘ
ッド。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP22322494A JP3185845B2 (ja) | 1994-09-19 | 1994-09-19 | インクジェット式印字ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22322494A JP3185845B2 (ja) | 1994-09-19 | 1994-09-19 | インクジェット式印字ヘッド |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0885207A JPH0885207A (ja) | 1996-04-02 |
JP3185845B2 true JP3185845B2 (ja) | 2001-07-11 |
Family
ID=16794744
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22322494A Expired - Fee Related JP3185845B2 (ja) | 1994-09-19 | 1994-09-19 | インクジェット式印字ヘッド |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3185845B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11744372B2 (en) | 2019-05-24 | 2023-09-05 | Kiyoshi Kawaguchi | Stretch function-added loading sheet, and chair provided herewith |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7090325B2 (en) | 2001-09-06 | 2006-08-15 | Ricoh Company, Ltd. | Liquid drop discharge head and manufacture method thereof, micro device ink-jet head ink cartridge and ink-jet printing device |
JP2006068916A (ja) | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Ricoh Printing Systems Ltd | インクジェットヘッド |
-
1994
- 1994-09-19 JP JP22322494A patent/JP3185845B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11744372B2 (en) | 2019-05-24 | 2023-09-05 | Kiyoshi Kawaguchi | Stretch function-added loading sheet, and chair provided herewith |
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JPH0885207A (ja) | 1996-04-02 |
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