JP3374852B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

インクジェット記録装置

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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。
【０００９】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。
【００１０】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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上基板と、振
動板としての機能を有する中間基板と、下基板と、前記
上基板と前記中間基板により形成されるインクを供給す
るためのインクキャビティと、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と、前記下基板
と前記中間基板の一部である振動板により形成される振
動室と、前記振動板と離間し、間隙を有して前記下基板
に配置された電極と、を有するインクジェット記録装置
であって、前記振動室の一部を構成する下基板に凹部が
設けられ、該凹部内に電極が配置され、前記振動板と前
記電極との間に電圧を印加することにより電極面と対応
する振動板に電荷を発生させ、前記振動板面と前記電極
面との間の静電気力により、前記振動板を変形させてイ
ンク液滴を吐出することを特徴とする。
【００１２】また、前記電極にパルス電圧を印加し、前
記振動板を電極側に吸引させて前記吐出室の容積を増加
させ、次いで該電圧を切り、前記振動板を復元させて前
記吐出室の容積を減少させることにより、前記吐出室の
圧力を上昇させてインク液滴を吐出することを特徴とす
る。
【００１３】また、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。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【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。
【００１９】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。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って説明す
る。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】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２
１のピッチは２mm程度であり、その幅は４０μｍ程度に
される。
【００２４】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３
２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。
【００２５】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。
【００２６】次に、本実施例の動作を説明する。電極３
１に発振回路２６により、例えば０Ｖ〜＋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２６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。
【００２７】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。
【００２８】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。
【００２９】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。
【００３０】体積 △ｗ＝４／３×ａｂｗ であるから ｗ＝３／４×△ｗ／ａｂ ．．．（３ ） （１）式より、Ｐ＝２ｗ×Ｅｈ3 ／ａ4 で、式（３）を
代入すると、 Ｐ＝３／２×△ｗＥｈ3 ／ａ5 ｂ
．．．（４）さらに、式
（４）を式（２）に代入すると、 Ｖ＝ｔ×（３Ｅｈ3 △ｗ／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。
【００３１】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＝５m
m，板厚ｈ＝８０μｍ，振動板と電極間の間隙ｃ＝１μ
ｍ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＝０．３
atm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。
【００３２】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。
【００３３】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。
【００３４】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。
【００３５】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。
【００３６】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。
【００３７】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。
【００３８】本実施例は、吐出室６の上下壁を振動板５
ａ，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５
ａ，５ｂが吐出室６の上下の壁を構成するように基板２
ａ，２ｂを上下対称に配置する。ノズル孔４は両基板２
ａ，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９ａ，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，５
ｂ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。
【００３９】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。
【００４０】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。
【００４１】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。
【００４２】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。
【００４３】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３
１との電気的絶縁を確保する必要がある。
【００４４】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。
【００４５】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。
【００４６】実施例７ 本実施例は、図１２に示すよ
うに前記電極３１ｃ，３１ｄ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３１
ｄ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。
【００４７】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３
１ｅ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。
【００４８】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２
８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。
【００４９】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３
１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。
【００５０】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。
【００５１】（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。
【００５２】（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。
【００５３】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。
【００５４】（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。
【００５５】（４）反対面側のパターン形成工程（図１
６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。
【００５６】（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。
【００５７】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。
【００５８】（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。
【００５９】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。
【００６０】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。
【００６１】（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。
【００６２】（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。
【００６３】（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。
【００６４】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。
【００６５】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。
【００６６】
【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。
【００６７】（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。
【００６８】（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。
【００６９】（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。
【００７０】（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。
【００７１】（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。
【００７２】（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。
【００７３】（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。
【００７４】（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
───────────────────────────────────────────────────── 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） (56)参考文献 特開 平２−89648（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−198851（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−80252（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−289351（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−146633（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−344253（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−159748（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上基板と、振動板としての機能を有する
    中間基板と、下基板と、前記上基板と前記中間基板によ
    り形成されるインクを供給するためのインクキャビティ
    と、前記インクキャビティにオリフィスを介して連通し
    てなる吐出室と、前記下基板と前記中間基板の一部であ
    る振動板により形成される振動室と、前記振動板と離間
    し、間隙を有して前記下基板に配置された電極と、を有
    するインクジェット記録装置であって、前記振動室の一部を構成する下基板に凹部が設けられ、
    該凹部内に電極が配置され、 前記振動板と前記電極との
    間に電圧を印加することにより電極面と対応する振動板
    面に電荷を発生させ、前記振動板面と前記電極面との間
    の静電気力により、前記振動板を変形させてインク液滴
    を吐出することを特徴とするインクジェット記録装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェット記録装
    置において、前記電極にパルス電圧を印加し、前記振動板を電極側に
    吸引させて前記吐出室の容積を増加させ、次いで該電圧
    を切り、前記振動板を復元させて前記吐出室の容積を減
    少させることにより、前記吐出室の圧力を上昇させてイ
    ンク液滴を吐出することを特徴とするインクジェット記
    録装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２のいずれかに記載のイ
    ンクジェット記録装置において、 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
    るインクジェット記録装置。
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