JP3326970B2 - インクジェット式記録ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット式記録
ヘッドに関し、より詳細には一定の間隔に保持して圧力
発生室を形成するスペーサをシリコン単結晶基板により
構成したインクジェット式記録ヘッドとその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式記録ヘッドは、記録媒
体上のドットをインク滴により構成する関係上、インク
滴のサイズを小さくすることにより極めて高い解像度で
の印刷が可能であるものの、効率よく印刷するためには
ノズル開口の数を多くする必要があり、特に圧電振動子
をインク滴噴射源に使用するものにあっては、圧電振動
子のエネルギを効率よく使用するために圧力発生室を可
及的に大きくする必要があり、小型化の要請と相反する
ことになる。このような相反する問題を解消するため、
通常隣り合う圧力発生室を区画している壁を可及的に薄
くするとともに、圧力発生室の形状を長手方向に大きく
して容積を稼ぐことが行われている。

【０００３】このような圧力発生室やリザーバは、蓋板
とノズルプレートとの間隔を所定の値に保持する部材で
あるスペーサに穿設して形成されているが、上述したよ
うに極めて小さく、しかも複雑な形状を備えた圧力発生
室に一致する通孔を形成する必要上、通常エッチング技
術が使用されている。

【０００４】このようなスペーサを構成する材料として
は、通常感光性樹脂膜が使用されているが、これは機械
的強度が低いため、クロストークやたわみ等が生じ、高
い解像度を実現しようとすると印字品質が低下するとい
う問題がある。

【０００５】このような問題を解消するために、結晶方
位（１１０）のシリコン単結晶基板をスペーサに適した
厚さに切り出し、これを圧力発生室やリザーバを構成す
るのに必要な形状に異方性エッチングを行うことが、米
国特許第４３１２００８号明細書に提案されている。

【０００６】このような単結晶シリコンを使用したスペ
ーサは、機械的剛性が高いため、圧電振動子の変形に伴
う記録ヘッド全体のたわみを可及的に小さくすることが
できるとともに、エッチングを受けた壁面が表面に対し
てほぼ垂直であるため、圧力発生室を均一に構成するこ
とが可能であるという大きな利点を備えている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エッチ
ングが結晶方位に依存するため、インクジェット式記録
ヘッドの圧力発生室として理想的な形状に加工すること
が困難で、圧力発生室内にインクのよどみや気泡の停滞
を招きやすいという不都合を抱えている。また、リザー
バと圧力発生室とを接続するインク供給口を貫通によっ
て形成されたスペーサは、反インク供給口側を固定端と
した片持ち梁状に形成されるため、特にノズル配列を高
密度に配置したインクジェット式記録ヘッドの場合に
は、片持ち梁の先端が振れ易く、インク供給口の寸法精
度を精密に管理することが困難であるという問題点を有
していた。

【０００８】本発明はこのような問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、インクの流れ
が滑らかなシリコン単結晶基板の異方性エッチングによ
り加工した圧力発生室を備え、かつインク供給口の寸法
精度を精密に管理することができるインクジェット式記
録ヘッドとその製造方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
式記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと連通する
圧力発生室と、圧力発生室へ供給するインクを貯留する
リザーバと、リザーバと圧力発生室を連通させるインク
供給口とが形成されたスペーサを有し、スペーサを２枚
の蓋板によって挟むよう積層させ、一方の蓋板に圧力発
生源を圧力発生室に対応して配置させたインクジェット
式記録ヘッドであって、スペーサは、結晶方位（１１
０）のシリコン単結晶基板により構成され、圧力発生室
は、シリコン単結晶基板の異方性エッチングにより形成
される貫通部と非貫通部とを有することを特徴とする。
また、係るインクジェット式記録ヘッドにおいて、非貫
通部は、圧力発生室の短辺方向で圧力発生室隔壁を接続
していることを特徴とする。また、係るインクジェット
式記録ヘッドにおいて、非貫通部は、圧力発生室内のイ
ンク供給口に連通する領域とノズルと連通する領域との
間に配設されていることを特徴とする。また、係るイン
クジェット式記録ヘッドにおいて、非貫通部は、ノズル
側及びインク供給口側に向けて圧力発生室の底面に対し
て傾斜した２つの面を有していることを特徴とする。ま
た、係るインクジェット式記録ヘッドにおいて、２つの
面のそれぞれにおける傾斜は、圧力発生室の底面に対し
て略３５度の角度であることを特徴とする。また、係る
インクジェット式記録ヘッドにおいて、非貫通部は、ス
ペーサの厚みより高さが低いことを特徴とする。また、
本発明のインクジェット式記録ヘッドは、インク滴を吐
出するノズルと連通する圧力発生室と、圧力発生室へ供
給するインクを貯留するリザーバと、リザーバと圧力発
生室を連通させるインク供給口とが形成されたスペーサ
を有し、スペーサを２枚の蓋板によって挟むよう積層さ
せ、一方の蓋板に圧力発生源を圧力発生室に対応して配
置させたインクジェット式記録ヘッドであって、スペー
サは、結晶方位（１１０）のシリコン単結晶基板により
構成され、圧力発生室及びリザーバは、シリコン単結晶
基板の異方性エッチングによる貫通部にて形成され、イ
ンク供給口は、リザーバ側及び圧力発生室側に向けて圧
力発生室の底面に対して傾斜した２つの面で構成された
非貫通部を有していることを特徴とする。また、係るイ
ンクジェット式記録ヘッドにおいて、２つの面のそれぞ
れにおける傾斜は、圧力発生室の底面に対して略３５度
の角度であることを特徴とする。また、係るインクジェ
ット式記録ヘッドにおいて、非貫通部は、スペーサの厚
みより高さが低いことを特徴とする。また、係るインク
ジェット式記録ヘッドの製造方法であって、シリコン単
結晶基板の両面にエッチング保護パターンが形成されて
おり、一方の面には、非貫通部の底辺にほぼ一致したパ
ターンと、他方の面には、２本の連続した剣状エッチン
グ保護パターンと、剣状エッチング保護パターンと圧力
発生室の壁面を形成するエッチング保護パターンとを接
続する２本の棒状エッチング保護パターンと、を有し、
２本の棒状エッチング保護パターンは、非貫通部の２つ
の斜面が圧力発生室底面と接続される部位のそれぞれに
対応させて、一直線上よりずらせて配置されていること
を特徴とする。

【００１０】

【作用】圧力発生室内またはインク供給口に非貫通部が
あるため、圧力発生室周囲のスペーサの片持ち梁長さを
短くすることができ、インク供給口の幅寸法を精度良く
管理することができる。また、非貫通部がスペーサ厚み
より低い３角屋根形状となっているため、非貫通部を滑
らかな形状とすることができ、インクの流れをスムース
にできて気泡の停滞を防止することができる。

【００１１】

【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。

【００１２】図１は本発明の一実施例を示すもので、図
中符号１はノズルプレートで、所定のピッチ、例えば１
８０ＤＰＩとなるようにノズル開口２、２、２…が穿設
された開口列３、３…が形成されている。

【００１３】４は、後述する蓋板となる振動板１０と、
ノズルプレート１との間にはさまれて配置されるスペー
サで、図２に示したようにノズル列に対応するように圧
力発生室、リザーバ、これらを接続するインク供給口、
インクタンクからのインクを各リザーバに分配する流路
等を形成する通孔５、５、５、…６、６、６、…、７、
７、７、…、８、８、８、…が形成されている。

【００１４】１０は蓋板となる振動板で、スペーサ４を
介してノズルプレート１と対向して圧力発生室を形成す
るもので、図３に示したように後述する圧電振動子ユニ
ット２１、２１、２１、…の圧電振動子３０、３０の先
端に当接してこれの変位を可及的に広い面積に伝達する
ように剛性を備えたアイランド部１１と、これのその周
縁領域に薄肉部１２とを形成して構成されている。この
ような構成により圧電振動子３０、３０、３０、…の伸
縮に応動して、圧力発生室を効率的に収縮、膨張させる
ことが可能となる。

【００１５】これら圧電振動子ユニット２１、２１、２
１、…は、図４に示したように圧電振動子３０、３０、
３０、…の一半を固定基板３１に一定ピッチで固定し
て、他半が縦振動モードでの振動が可能にまとめられて
いる。各振動子３０は、図５に示したように圧電振動材
料３２と駆動電極３３と共通電極３４とを交互にサンド
イッチ状に積層して構成されている。そして駆動電極３
３、３３、３３、…は、圧電振動子３０の後端列で端面
から露出していて、スパッタや蒸着などで形成された駆
動外部電極３５により並列に接続され、また共通電極３
４、３４、３４、…は圧電振動子３０の自由端側に露出
し、かつ側方にまで延長されていて共通外部電極３６に
より並列に接続されている。

【００１６】各圧電振動子３０の駆動外部電極３５は、
端面が固定基板３１とほぼ同一面となるように位置決め
されており、また圧電振動子３０、３０、３０・・・・の両
側に位置するダミー振動子３９の後端面の電極４０に導
通関係を持つように接続されている。ダミー振動子３９
の後端面には、駆動外部電極３５と同様に電極４０が構
成されていて、接続回路基板との接続が可能となってい
る。

【００１７】再び図１に戻って、図中符号４２は基台
で、圧電振動子３０、３０、３０・・・・の自由端側が露出
するように振動子ユニット２１、２１、２１・・・・を収容
するユニット収容穴４３、４３、４３・・・・と、インクタ
ンクからインクをリザーバに供給するためのインク供給
口４４が設けられており、表面に振動板１０、スペーサ
４、ノズルプレート１を位置決めして静電シールドを兼
ねる枠体４５により固定して記録ヘッド本体としてまと
め上げている。なお、図中符号４６はインクタンクから
のインクの流入口を示す。

【００１８】これにより図６に示したようにスペーサの
通孔５、５は、その開口がノズルプレート１と振動板１
０により封鎖されて圧力発生室を構成することになる。
圧力発生室４８は、圧電振動子３０の伸縮をアイランド
部１１により受ける振動板１０の薄肉部１２の変形によ
り収縮したときに、ここに存在するインクを圧縮して、
ノズル開口２からインク滴として飛翔させることにな
る。

【００１９】図７（ａ）、（ｂ）は、前述したスペーサ
４の一実施例を圧力発生室を構成する通孔５、５、５・・
・・の近傍を拡大して示すものであって、スペーサとして
必要な厚み、例えば２２０μｍを備えた結晶方位（１１
０）のシリコン単結晶基板に圧力発生室４８となる通孔
５、リサーバとなる通孔６、及びこれらを連通するイン
ク供給口となる通孔７が形成されている。通孔５の中は
非貫通部８が形成されている。このように非貫通部８を
設けることによって、通孔５を区画する壁部全体が片持
ち梁状になることを防ぐことができる。すなわち、ノズ
ル開口２近傍から非貫通部８までの壁部は、両持ち梁状
で、非貫通部８から通孔６までの長さのみ片持ち梁状と
することができる。インク供給口７の幅寸法はインク吐
出性能上非常に重要であり、精密に管理する必要があ
る。しかしながら、壁部の片持ち梁長さが長くなるほど
梁先端の振れが大きくなり、精密に管理することが困難
になる。特にノズル開口を高密度に配列させたインクジ
ェット式記録ヘッド、例えば１インチあたり１８０個配
置させるような場合、壁部の厚さが非常に薄くなってし
まい、梁先端の振れを抑えることが非常に困難になって
しまう。このような問題を解決するためには、１つには
壁部の厚みを厚くすることが効果的であるが、通孔５の
幅寸法はインク吐出性能を確保するために、ある一定以
上の寸法例えば１００μｍ程度確保する必要があり、必
然的に壁部厚みは限定されてしまう。

【００２０】また、片持ち梁の長さを短くすることも効
果的であるが、単に通孔５の長さを短くして片持ち梁長
さを短くすることはインク吐出性能、例えばインク吐出
量とのトレードオフとなってしまう。そこで通孔５内ま
たはインク供給口７内に非貫通部８を設けることによっ
て、通孔５の長さを必要量確保し、かつ壁部の片持ち梁
長さを短くすることが可能となり、インク供給口７の幅
寸法を精密に管理することが可能となる。

【００２１】インク供給口となる通孔７は、これを区画
する一方の壁面７ａが圧力発生室を形成する通孔５の一
方の壁５ａと一致するように、また他方の壁面７ｂがイ
ンク供給口に適した流路抵抗を実現できる程度に間隔を
おいて形成されている。

【００２２】これらの通孔の周囲には、振動板１０、及
びノズルプレート１との接着を接着剤によりおこなう場
合には、一辺が１００μｍ程度の接着剤吸収用の凹部５
０、５０、５０・・・・がやはり異方性エッチングにより形
成されている。これら凹部５０、５０、５０・・・・は、余
分な接着剤を収容できる程度の容積を備える最小限の深
さとなるようにそのサイズが設定されている。なお、共
晶接合等のように接着剤を必要としない場合にはこれら
接着剤吸収用の孔は不要となる。

【００２３】図８は、圧力発生室を形成する通孔、イン
ク供給口を形成する通孔を形成する壁面および非貫通部
のなす角度を示すものであって、圧力発生室を形成して
いる通孔５は、詳細には壁面５ａ乃至５ｈの８つの壁面
からなっていて、ノズル開口２が対向する面５ｂ、５
ｆ、５ｇ、５ｈ、５ａはそれぞれθ３、θ４、θ５、θ
６で接しており、これらの角度θ３、θ４、θ５、θ６
はそれぞれ約１５２度、１５４度、１２５度、１１０
度、となる鈍角となっている。またインク供給口となる
通孔７に連通する側においては壁面５ｃ、５ｄ、５ｅが
形成されていて、インク供給口と圧力発生室とを圧力発
生室側に広がるように形成されている。また、３角屋根
型の非貫通部は面８ａ、８ｂで形成されており、上面か
ら見た場合、壁面５ａ、５ｂと８ａ、８ｂとはそれぞれ
θ７、θ８、θ９、θ１０で接しており、これらの角度
θ７、θ８、θ９、θ１０はそれぞれ約１２６度、５５
度、１２６度、５５度となっている。

【００２４】図９は非貫通部８の断面形状を示すもので
あり、面８ａはノズル開口２側に向かって圧力発生室の
断面積が大きくなる方向に傾斜して形成されている。ノ
ズルプレートと面８ａとは角度θ１１で接しており、θ
１１の角度は約３５度となっている。一方面８ｂはイン
ク供給口７側に向かって同様に角度θ１２の角度をなし
て形成されており、θ１２の角度は約３５度となってい
る。このように鈍角で連続的に形成することによって、
インク流れを阻害することなくスムースに流すことで
き、気泡の停滞等を防止することができる。３角屋根の
高さは、後述するエッチングパターンの寸法によって決
めることができ、インク吐出性能を満足できる高さ、例
えば通孔５の厚みの２５％程度となるように設定すれば
よい。

【００２５】再び図８に戻って、圧力発生室からインク
供給口に一直線で延びる壁面５ａは、リザーバを形成す
る通孔６の壁面６ａと２つの面６ｂ、６ｃにより形成さ
れた拡開部を経て接続されている。なお図中θ１で示す
角度は、３０度前後であり、またθ２で示す角度は、約
７０度前後の値である。このように圧力発生室を全て鈍
角によって形成することができ、インクを淀みなく滑ら
かに流すことができる。

【００２６】このように構成されたスペーサ４に接着剤
を塗布し、ノズルプレート１及び振動板１０を位置合わ
せして圧着する。この圧着により余剰となった接着剤
は、圧力発生室、インク供給口、及びリザーバとなる通
孔５、７、６を取り囲むように形成されている微細な凹
部５０、５０、５０・・・・に流れ込む。このため、圧力発
生室、インク供給口、及びリザーバの容積が接着剤の流
れ込みにより変化するのを防止される。接合が完了する
と、図７（ｂ）に示したように圧力発生室を形成する通
孔５の先端近傍にノズルプレートのノズル開口２が、ま
たほぼ全域に及ぶように振動板４のアイランド部１１が
位置することになる。この状態で圧電振動子３０を駆動
すると、その変位がアイランド部１１を介して圧力発生
室全体に及ぶため、圧電振動子３０の変位を高い効率で
圧力発生室の容積変化に変換することができる。

【００２７】図１０は上述したスペーサの製造工程を示
すものであって、図中符号６０は、スペーサとして機能
するに必要な厚み、例えば２２０μｍを有する結晶方位
（１１０）のシリコン単結晶基板で、これの表面には熱
酸化法により、異方性エッチングの保護膜として機能で
きる程度の厚み、例えば１μｍ程度の二酸化珪素膜６１
が形成されている（図１０（ａ））。

【００２８】二酸化珪素膜６１が形成された基板６０の
表面及び裏面に前述した非貫通部を除いた通孔５および
６、７、さらに必要に応じて凹部５０に一致した窓６
３、６４を備えた耐フッ化水素保護膜６２をフォトリソ
グラフィにより形成する（図１０（ｂ））。

【００２９】この状態でフッ化水素によりエッチングを
実行すると、通孔５、６、７、及び凹部５０を形成すべ
き領域の窓６３、６４に一致して二酸化珪素膜６１が除
去される（図１０（ｃ））。なお、表面、及び裏面に形
成される二酸化珪素膜パターン６１ａ、及び６１ｂは、
一方の面のパターン６１ａ、及び６１ｂは、一方のパタ
ーン６１ａが他方の面のパターン６１ｂを取り囲むよう
に、サイズを若干異ならせて形成されている。

【００３０】このようにして二酸化珪素のパターン形成
が終了した段階で、一定温度、例えば８０℃に保温され
たエッチング液、例えば濃度１７％程度の水酸化カリウ
ムの水溶液を用いてエッチングを実行すると、二酸化珪
素膜のパターン６１ａ、６１ｂを保護膜として窓６３、
６４の部分だけが、毎分２μｍ程度の速度で両面から表
面に対して約３５度の面、つまり結晶方位（１１１）の
面に垂直にエッチングが進行する。

【００３１】ところで、前述したように基板６０に表
面、及び裏面に形成されているパターン６１ａ、６１ｂ
は、その一方が他方を取り囲むように大き目に設定され
ているため、エッチングが終了した段階では、窓のサイ
ズが大きなパターン６１ｂに一致するサイズの通孔６５
が形成される（図１０（ｄ））。この結果。表裏のパタ
ーンの若干のずれが生じたとしても、少なくとも外側に
位置するパターンのエッジがエッチング面となるので、
エッチング位置の管理を行うことが可能となる。

【００３２】すなわち、図１１に示したようにサイズが
等しいパターン７０、７１を基板７２の表裏に形成した
場合、これらパターンがずれていると、表裏で対向する
パターン内の形成すべき通孔７３にい外側に位置するパ
ターン７０ａ、７１ａの境界に一致して壁面７２ａ、７
２ｂが形成されるため、パターン７０、７１により規定
されるサイズとは異なるサイズの通孔７３が形成される
ことになり、通孔のサイズや、エッチング面の位置を管
理することが不可能となる。

【００３３】このようにして通孔６５が形成された段階
で、マスクとして使用した二酸化珪素膜６１ａ、６１ｂ
をフッ化水素により除去した後、再び熱酸化を行って露
出面、全面に保護膜として十分な厚み、例えば１μｍ程
度の二酸化珪素６６を形成して、インクに対する保護膜
とする（図１０（ｅ））。

【００３４】ところで、このような結晶方位（１１０）
の単結晶シリコン基板に対して異方性エッチングを実行
すると、目的のパターンに至る過程では、図１２に示し
たように結晶方位（１１０）に対して約３５度の角度、
つまり結晶方位（１１１）の面に一致してエッチングが
進行し、その後（１１１）が交差したエッジ部から、ス
ペーサの表面及び裏面と概ね垂直にエッチングが進行す
る。

【００３５】このような性質を積極的に利用するため、
図１３に示したように圧力発生室となる通孔５のノズル
開口が対向する側の約１／２の領域は、その壁面を規定
するエッチングパターン８０の境界線８０ａを他方の壁
面５ａとなる側に変位させて形成させておく。またイン
ク供給口となる通孔７を形成する壁面の内、圧力発生室
となる通孔５の壁面５ａと一直線上に位置する壁面７ａ
に対向する側の壁面ｂには、これから通孔５側に延長さ
れた剣状のエッチング保護パターン８１を形成してお
く。

【００３６】非貫通部８に相当する部分には、ノズルプ
レート側には３角屋根の底辺に相当する部分にエッチン
グ保護パターン８４および剣状エッチング保護パターン
８５ａ、８６ａが形成されている。一方振動板側は、図
１４に示すように剣状のエッチング保護パターン８５
ｂ、８６ｂおよび棒状のエッチング保護パターン８７、
８８が形成されている。エッチング保護パターン８７、
８８は通孔５の壁面を形成するためのエッチングパター
ンと接続されて形成されている。また８７と８８とはそ
れぞれの延長線が重ならないように形成されている。

【００３７】次に非貫通部８が形成される過程を説明す
る。図１５はエッチング過程を説明する断面図、図１６
はエッチング過程を説明する上面図である。前述したよ
うに１１０面のシリコンのエッチングは表面および裏面
から約３５度の角度を持つ１１１面に沿ってエッチング
が進行する。（図１５（ａ））。そして表面および裏面
から進行したエッチングが貫通した段階（図１５
（ｂ））、すなわちエッチング深さがシリコンの厚みの
ほぼ半分に達した段階から、エッジ部が１１０面にほぼ
垂直に進行していく（図１５（ｃ））。そしてノズルプ
レート側のエッチング保護パターン８４の端部まで垂直
にエッチングが進行してから、逆に約３５度の角度を持
って残るようにエッチングが進行し、振動板側のエッチ
ングパターン８７（または８８）と交差する部分までエ
ッチングが進行する（図１５（ｄ）および図１６
（ａ））。なお、図１６中の矢印は残った面の傾斜の方
向を示すものであり、矢印の後端から矢の先端に向かっ
て残り厚みが薄くなっていることを示している。

【００３８】この間剣状のエッチング保護パターン８
５、８６は、その長さが短くなるようにシリコンの表裏
面にほぼ垂直にエッチングされている。剣状エッチング
保護パターン８５、８６がエッチング保護パターン８４
の端部まで短くなってから、前述したのと同様に約３５
度の角度を持って残るようにエッチングが進行する（図
１６（ｂ））。そして棒状エッチング保護パターン８
７、８８に達し、さらに進行すると、エッチング保護パ
ターンが２股に分かれて、一方は壁面５ａ、５ｂに向か
って進行し、もう一方は剣状エッチング保護パターン８
５、８６と同方向に進行する（図１６（ｃ））。なお棒
状エッチング保護パターン８７、８８の延長線が一致し
ていると、保護パターン８７、８８とほぼ同形状をなす
（１１１）面の垂直な壁が形成されてしまい、その壁に
よって圧力発生室が２つに分離されてしまい所望する圧
力発生室が形成できない。そこで、棒状エッチング保護
パターン８７、８８をその延長線同士が一致しないよう
にずらしておくことによって、（１１１）面同士が交差
するエッジ部が形成されるようにし、垂直な壁が形成さ
れてしまうのを防ぐことができる。

【００３９】振動板側に設けられた棒状のエッチング保
護パターンが消滅してからさらにエッチングを継続する
と、ノズルプレート側から約３５度傾斜した結晶方位
（１１１）の面８ａ、８ｂが交差した３角屋根状の非貫
通部８が形成される。その後さらにエッチングを継続す
ると、３角屋根の稜が平になるようにエッチングが進行
するが、後述するノズル開口近傍およびインク供給口近
傍が所望の形状となるタイミングでエッチングを停止さ
せることで、非貫通部が所望の形状となるようにエッチ
ング保護パターンの寸法を設定しておく。

【００４０】図１３、１４のように形成したエッチング
パターンを用いて異方性エッチングを実行すると、通孔
５の形成にあたってはパターン８０が通孔５の内側に偏
位された部分８０ａ，８０ｂを備えているため、８０
ａ、ｂのエッチングが壁面５ｂに対して所定の角度θ、
約３０度で進行する。一方壁面５ｈは、壁面５ａに対し
てθ５＝約１１０度、正確には、 θ５＝１８０−２×ｔａｎ-1（１／√２） の角度を持った結晶方位（１１１）の面で形成される。
このためノズル開口に対向する領域までエッチングが進
行すると、先端の壁面５ｈに対して約１００度の鈍角で
接する壁面５ｆが形成されることになる。壁面５ｆが壁
面５ｈに到達してからさらにエッチングを進行させる
と、図１７に示すようにノズルプレート１および振動板
１０とθ１３の角度を持った面５ｇ１、５ｇ２および垂
直な面５ｇが形成される。所望の形状となった段階でエ
ッチングを停止させることで、ノズル開口２とこれに対
向する壁面５ａ、５ｂ、５ｆ、５ｇ、５ｈとの距離が可
及的に均等になる。またインク供給口と圧力発生室、及
びインク供給口とリザーバとの接続点におけるエッチン
グの進行を、インクの流れに対して隘路となるインク供
給口の流入口、流出口でのインクの流れの停滞を防止で
きる程度に拡開させる程度で停止させることで、インク
供給口として適正な流体抵抗を確保することができる。

【００４１】図１８は、本発明のインクジェット式記録
ヘッドの第２の実施例のスペーサに形成する圧力発生室
とインク供給口の接続領域近傍の形状を示すものであっ
て、図中符号１００は、圧力発生室を形成する通孔であ
る。この実施例においては、リザーバを形成する通孔１
０１と接続されるインク供給口をなす通孔１０２が、圧
力発生室を区画する長手方向の壁面１００ａ、１００ｂ
から斜めに延びる壁面１００ｃ、１００ｄを介して、圧
力発生室のほぼ中心線上で接続するように構成されてい
る。非貫通部１１０は前述した第１の実施例と同様な形
状に形成されている。

【００４２】この実施例によればリザーバからインクを
圧力発生室の端部中央で拡開する壁面１００ａとおよそ
１５０度の角度で接し、スペーサ表面及び裏面に対して
ほぼ垂直な面である壁面１００ｃ、及び１００ｄから供
給することができるため、インク流れをより一層円滑し
て、淀みを無くすることができる。なお、インク供給口
をなす通口１０２の位置は、圧力発生室の中心線上に限
らず、必要に応じて任意の位置に配置させることができ
る。

【００４３】以上実施例として非貫通部を圧力発生室の
インク供給口よりノズル開口に近い側に形成した例を述
べてきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、
図１９に示すように、インク供給口２００の中に非貫通
部２０１を形成しても全く同様である。このように片持
ち梁の自由端近傍に非貫通部を設けることで、梁が振れ
るこなく正確にインク供給口の幅寸法を管理することが
できる。

【００４４】以上実施例として圧電振動子を圧力発生源
とした構成を述べてきたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、例えば電気−熱変換素子を配し、熱エネ
ルギーにより発生した気泡を圧力発生源にしたインクジ
ェット式記録ヘッド等においてもなんら問題なく適用す
ることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明のインクジ
ェット式記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと連
通する圧力発生室と、圧力発生室へ供給するインクを貯
留するリザーバと、リザーバと圧力発生室を連通させる
インク供給口とが形成されたスペーサを有し、スペーサ
を２枚の蓋板によって挟むよう積層させ、一方の蓋板に
圧力発生源を圧力発生室に対応して配置させたインクジ
ェット式記録ヘッドであって、スペーサは、結晶方位
（１１０）のシリコン単結晶基板により構成され、圧力
発生室は、シリコン単結晶基板の異方性エッチングによ
り形成される貫通部と非貫通部とを有することにより、
圧力発生室を区画する壁部全体が片持ち梁状になること
を防ぎ、圧力発生室の長さを必要量確保し、インク供給
口の幅寸法を精密に管理することができるという効果を
有する。また、本発明のインクジェット式記録ヘッド
は、インク滴を吐出するノズルと連通する圧力発生室
と、圧力発生室へ供給するインクを貯留するリザーバ
と、リザーバと圧力発生室を連通させるインク供給口と
が形成されたスペーサを有し、スペーサを２枚の蓋板に
よって挟むよう積層させ、一方の蓋板に圧力発生源を圧
力発生室に対応して配置させたインクジェット式記録ヘ
ッドであって、スペーサは、結晶方位（１１０）のシリ
コン単結晶基板により構成され、圧力発生室及びリザー
バは、シリコン単結晶基板の異方性エッチングによる貫
通部にて形成され、インク供給口は、リザーバ側及び圧
力発生室側に向けて圧力発生室の底面に対して傾斜した
２つの面で構成された非貫通部を有していることによ
り、圧力発生室を区画する壁部の自由端近傍に非貫通部
を設けることで、梁が振れることなく正確にインク供給
口の幅寸法を管理することができると同時に非貫通部を
滑らかな形状とすることができ、インクの流れをスムー
スにできて気胞の停滞を防止することができるという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施
例を示す組み立て図である。

【図２】同装置に使用するスペーサの一実施例を示す平
面図である。

【図３】同装置に使用する振動板の一実施例を示す図で
ある。

【図４】同装置に使用する圧電素子ユニットの一実施例
である。

【図５】同装置に使用する圧電振動子の一実施例であ
る。

【図６】本発明の記録ヘッドの一実施例の圧力発生室を
拡大して示す断面図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ同上スペーサの圧
力発生室近傍を拡大して示す図、及びノズルプレート、
振動板、振動子を固定した場合におけるノズル開口、ア
イランド部、及び圧電振動子の位置関係を示す図であ
る。

【図８】通孔を形成する各壁面のなす角度を示す図であ
る。

【図９】本発明の非貫通部の断面を示す図である。

【図１０】結晶方位（１１０）を持つシリコン単結晶基
板を異方性エッチングしてスペーサを製造する工程を示
す説明図である。

【図１１】結晶方位（１１０）を異方性エッチングする
場合に使用する表裏両面に形成されたエッチングパター
ンの位置ずれによるエッチング状況の説明図である。

【図１２】結晶方位（１１０）をもつシリコン単結晶基
板の異方性エッチングの進行過程を示す図である。

【図１３】本発明のスペーサのノズルプレート側の面の
エッチングパターンを示す図である。

【図１４】本発明のスペーサの振動板側の面のエッチン
グパターンを示す図である。

【図１５】本発明の非貫通部のエッチング過程を説明す
る断面図である。

【図１６】本発明の非貫通部のエッチング過程を説明す
る上面図である。

【図１７】スペーサのノズル開口近傍の形状を示す図で
ある。

【図１８】本発明の他の実施例の通孔の形状を示す図で
ある。

【図１９】本発明の第３の実施例の通孔の形状を示す図
である。

【符号の説明】

１ ノズルプレート ２ ノズル開口 ３ ノズル開口列 ４ スペーサ ５ 圧力発生室形成用通孔 ５ａ〜５ｇ 圧力発生室を形成する通孔を区画する壁面 ６ リザーバ形成用通孔 ６ａ〜６ｃ リザーバを形成する通孔を区画する壁面 ７ インク供給口形成用通孔 ７ａ、７ｂ 壁面 ８ 非貫通部 １０ 振動板 １１ アイランド部 ２１ 圧電振動子ユニット ３０ 圧電振動子

Claims (10)

(57)【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連通する圧
   力発生室と、前記圧力発生室へ供給するインクを貯留す
   るリザーバと、前記リザーバと前記圧力発生室を連通さ
   せるインク供給口とが形成されたスペーサを有し、前記
   スペーサを２枚の蓋板によって挟むよう積層させ、前記
   一方の蓋板に圧力発生源を前記圧力発生室に対応して配
   置させたインクジェット式記録ヘッドであって、 前記スペーサは、結晶方位（１１０）のシリコン単結晶
   基板により構成され、前記圧力発生室は、前記シリコン
   単結晶基板の異方性エッチングにより形成される貫通部
   と非貫通部とを有することを特徴とするインクジェット
   式記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記非貫通部は、前記圧力発生室の短辺
   方向で前記圧力発生室隔壁を接続していることを特徴と
   する請求項１記載のインクジェット式記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記非貫通部は、前記圧力発生室内の前
   記インク供給口に連通する領域と前記ノズルと連通する
   領域との間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式記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記非貫通部は、前記ノズル側及び前記
   インク供給口側に向けて前記圧力発生室の底面に対して
   傾斜した２つの面を有していることを特徴とする請求項
   ３記載のインクジェット式記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記２つの面のそれぞれにおける傾斜
   は、圧力発生室の底面に対して略３５度の角度であるこ
   とを特徴とする請求項４記載のインクジェット式記録ヘ
   ッド。
6. 【請求項６】 前記非貫通部は、前記スペーサの厚みよ
   り高さが低いことを特徴とする請求項１乃至請求項５の
   いずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
7. 【請求項７】 インク滴を吐出するノズルと連通する圧
   力発生室と、前記圧力発生室へ供給するインクを貯留す
   るリザーバと、前記リザーバと前記圧力発生室を連通さ
   せるインク供給口とが形成されたスペーサを有し、前記
   スペーサを２枚の蓋板によって挟むよう積層させ、前記
   一方の蓋板に圧力発生源を前記圧力発生室に対応して配
   置させたインクジェット式記録ヘッドであって、 前記スペーサは、結晶方位（１１０）のシリコン単結晶
   基板により構成され、前記圧力発生室及びリザーバは、
   シリコン単結晶基板の異方性エッチングによる貫通部に
   て形成され、 前記インク供給口は、前記リザーバ側及び前記圧力発生
   室側に向けて前記圧力発生室の底面に対して傾斜した２
   つの面で構成された非貫通部を有していることを特徴と
   するインクジェット式記録ヘッド。
8. 【請求項８】 前記２つの面のそれぞれにおける傾斜
   は、圧力発生室の底面に対して略３５度の角度であるこ
   とを特徴とする請求項７記載のインクジェット式記録ヘ
   ッド。
9. 【請求項９】 前記非貫通部は、前記スペーサの厚みよ
   り高さが低いことを特徴とする請求項７または請求項８
   記載のインクジェット式記録ヘッド。
10. 【請求項１０】 請求項４に記載のインクジェット式記
    録ヘッドの製造方法であって、前記シリコン単結晶基板の両面にエッチング保護パター
    ンが形成されており、 一方の面には、非貫通部の底辺にほぼ一致したパターン
    と、 他方の面には、２本の連続した剣状エッチング保護パタ
    ーンと、前記剣状エッチング保護パターンと圧力発生室
    の壁面を形成するエッチング保護パターンとを接続する
    ２本の棒状エッチング保護パターンと、を有し、 前記２本の棒状エッチング保護パターンは、前記非貫通
    部の２つの斜面が前記圧力発生室底面と接続される部位
    のそれぞれに対応させて、一直線上よりずらせて配置さ
    れていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
    の製造方法。