JP3389732B2 - INK JET RECORDING APPARATUS AND INK JET HEAD MANUFACTURING METHOD - Google Patents
INK JET RECORDING APPARATUS AND INK JET HEAD MANUFACTURING METHODInfo
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- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
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- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14314—Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane
Landscapes
- Ink Jet (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はインク・オン・デマンド
方式のインクジェット記録装置及びインクジェットヘッ
ドの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink-on-demand type ink jet recording apparatus and an ink jet head manufacturing method.
【0002】[0002]
【従来の技術】インクジェットプリンタは、記録時の騒
音が極めて小さいこと、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、記録に不要なインク液滴の回収を必要としな
いため、現在主流となっている。2. Description of the Related Art Ink jet printers have many advantages such as extremely low noise during recording, high-speed printing capability, and the availability of inexpensive plain paper with a high degree of freedom in ink. Of these, the so-called ink-on-demand method, which ejects ink droplets only when recording is necessary, is currently mainstream because it does not require the collection of ink droplets unnecessary for recording.
【0003】従来のインク・オン・デマンド方式のイン
クジェットヘッドには例えば特公昭62−8316号公
報に開示されているインクジェットヘッドがある。この
ヘッドは、ヘッドのインク供給部に設けられるフィルタ
ーをフォトエッチングにより流路と同時に形成したもの
である。これはインクを安定して吐出させることのでき
るフィルターを内蔵したインクジェットヘッドを得るも
のであった。A conventional ink-on-demand type ink jet head is, for example, the ink jet head disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-8316. In this head, a filter provided in the ink supply section of the head is formed at the same time as the flow path by photoetching. This was to obtain an inkjet head having a built-in filter capable of stably ejecting ink.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】異物の流路への侵入を
防止するためのフィルターはその開孔断面寸法が流路の
ノズルや供給口の断面積寸法よりも小さくする必要があ
るが、上述の従来のインクジェットヘッドでは、等方性
エッチングによって流路のノズルや供給口と同時にフィ
ルターを形成するのでその深さもまたすべて同一に形成
されてしまう。このためフィルターを通過した異物の大
きさは流路のノズルや供給口と同一となる場合があり、
流路のノズルや供給口を詰まらせる確率が高く、流路の
ノズルや供給口の詰まりを完全に防止することができな
いという課題を有していた。The filter for preventing foreign matter from entering the flow channel needs to have a cross-sectional size of the opening smaller than that of the nozzle or the supply port of the flow channel. In the conventional inkjet head, the filter is formed at the same time as the nozzle of the flow path and the supply port by isotropic etching, so that the depth is also formed to be the same. For this reason, the size of foreign matter that has passed through the filter may be the same as that of the nozzle or supply port of the flow path.
There is a high probability that the nozzles of the flow path and the supply port are clogged, and there is a problem that it is not possible to completely prevent the nozzles and the supply port of the flow path from being clogged.
【0005】また、従来のインクジェットヘッドの様
に、単にフィルターをヘッド内部に形成したのでは、以
下に述べるような課題を有しており実用化が困難であっ
た。Further, if the filter is simply formed inside the head as in the conventional ink jet head, it has the following problems and is difficult to put into practical use.
【0006】インク供給部は複数の流路に連通してイン
ク流路にインクを分配供給している。と同時に、ノズル
からインクを吐出した時のインク供給路からのインク逆
流による圧力を緩和している。The ink supply unit communicates with a plurality of flow paths to distribute and supply the ink to the ink flow paths. At the same time, the pressure due to the ink backflow from the ink supply path when the ink is ejected from the nozzle is relaxed.
【0007】フィルターのイナータンスが大きい場合に
はノズルからインクを吐出した時のインク供給路からの
インク逆流による圧力を十分に吸収・緩和できずに、イ
ンク供給部の圧力上昇を招き、インク流路間の圧力干渉
を起こし、インク流路の圧力発生部を動作させていない
流路のノズル(以下非駆動ノズル)からインクが吐出し
てしまうといった課題を有していた。(クロストークの
発生)
また、フィルターの流路抵抗が大きくなると、インク供
給部からインク流路へのインクの供給が十分にできなく
なり、インクの吐出量が減少したり、ノズルから空気を
取り込んでしまい、安定したインク吐出ができなくなっ
てしまうといった課題を有していた。When the inertance of the filter is large, the pressure due to the ink backflow from the ink supply passage when the ink is ejected from the nozzle cannot be sufficiently absorbed and alleviated, which causes the pressure rise in the ink supply portion, and the ink flow passage. There is a problem in that pressure interference occurs between them and ink is ejected from the nozzles (hereinafter, non-driving nozzles) of the flow passages in which the pressure generating portion of the ink flow passage is not operated. (Generation of crosstalk) When the flow path resistance of the filter becomes large, it becomes impossible to sufficiently supply the ink from the ink supply section to the ink flow path, and the ink ejection amount decreases or air is taken in from the nozzle. Therefore, there is a problem that stable ink ejection cannot be performed.
【0008】また、更に、インク流路のインク供給路か
らフィルターまでのインク供給部のインク容量が小さい
場合にも十分に圧力が吸収・緩衝されずに、フィルター
のイナータンスが大きい場合と同様にインク供給部を介
したインク流路間での圧力干渉を生じて、流路の圧力発
生部を動作させていない流路のノズルからインクが吐出
してしまうといった課題を有していた。Further, even when the ink capacity of the ink supply section from the ink supply path of the ink flow path to the filter is small, the pressure is not sufficiently absorbed and buffered, and the ink is the same as when the filter has a large inertance. There is a problem in that pressure interference occurs between the ink flow paths via the supply section, and ink is ejected from the nozzles of the flow path in which the pressure generating section of the flow path is not operating.
【0009】これらいずれの場合もインクジェットヘッ
ドを搭載したプリンタの印刷物の画素抜けや、印刷物の
汚れ、誤読の原因となる等の印刷の信頼性の低下となっ
たり、印刷結果が鮮明でない等の印刷品位の低下を招く
などの不具合の原因となる。In any of these cases, the printed matter of a printer equipped with an ink jet head may be missing pixels, may cause stains on the printed matter, or may lead to erroneous reading, leading to a decrease in printing reliability, or a printed result such that the printed result is not clear. It causes troubles such as lowering the rank.
【0010】また、ガラス等の等方性材料を用いてフィ
ルターを形成する場合はエッチング時のエッチング比が
安定せず、容易に且つ、精度よくフィルターを形成して
インクジェットヘッドを製造することが困難であるとい
った課題を有していた。Further, when forming a filter using an isotropic material such as glass, the etching ratio during etching is not stable, and it is difficult to easily and accurately form a filter to manufacture an ink jet head. There was a problem that was.
【0011】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、異物流入による流路の詰まりを
防止し、ドット抜けがなくて信頼性の高いインクジェッ
ト記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法を提供
することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is possible to prevent clogging of a flow path due to the inflow of foreign matter, and to manufacture a highly reliable ink jet recording apparatus and ink jet head without missing dots. The purpose is to provide a method.
【0012】更に、インク流路間の圧力干渉やインクの
供給不足がなく安定したインク吐出が可能で、良好な印
刷品質が得られるインクジェットヘッド及びインクジェ
ット記録装置を提供することを目的とする。It is another object of the present invention to provide an ink jet head and an ink jet recording apparatus which are capable of stable ink ejection without pressure interference between ink flow paths and insufficient supply of ink and which can obtain good print quality.
【0013】又、更に、容易に製造可能であり、安価
で、寸法精度や品質の高いインクジェットヘッド及びイ
ンクジェット記録装置を得ることを目的とする。Another object of the present invention is to obtain an ink jet head and an ink jet recording apparatus which can be easily manufactured, are inexpensive, and have high dimensional accuracy and quality.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録装置は、複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に連
通し、各々独立した吐出室と、該吐出室に連通する共通
インク室と、該共通インク室と前記吐出室を結ぶオリフ
ィスと、前記共通インク室へインクを供給する供給口側
に形成された複数の溝からなるフィルタと、前記吐出室
内の各々に圧力を発生させる圧力発生手段とを具備する
インクジェットヘッドと、該圧力発生手段を選択的に駆
動し、前記ノズルからインク滴を吐出させる駆動手段と
を有するインクジェット記録装置において、前記フィル
タを構成する複数の溝の各々が、前記ノズル孔の断面積
より小さな断面積を有し、前記フィルタのイナータンス
が、前記ノズル孔から前記オリフィスまでのイナータン
スの5分の1以下であることを特徴とする。An ink jet recording apparatus of the present invention comprises a plurality of nozzle holes, an ejection chamber communicating with each of the nozzle holes, an independent ejection chamber, and a common ink chamber communicating with the ejection chamber. An orifice that connects the common ink chamber and the ejection chamber, a filter including a plurality of grooves formed on the supply port side for supplying ink to the common ink chamber, and a pressure generating unit that generates pressure in each of the ejection chambers. In an ink jet recording apparatus having an ink jet head including: and a driving unit that selectively drives the pressure generating unit to eject an ink droplet from the nozzle, each of a plurality of grooves forming the filter is The filter has a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the nozzle hole, and the inertance of the filter is 1/5 or less of the inertance from the nozzle hole to the orifice. Characterized in that there.
【0015】[0015]
【0016】また、前記フィルタの流路抵抗が、前記ノ
ズルから前記オリフィスまでの流路抵抗の4分の1以下
であることが好ましい。また、前記吐出室の一部、前記
共通インク室の一部、前記オリフィスの一部を形成する
各溝と、前記フィルタを構成する複数の溝とが、第1の
面に形成された異方性結晶基板と、前記異方性結晶基板
の第1の面と接合され、前記各溝と共に前記吐出室、前
記共通インク室、前記フィルタをそれぞれ形成する蓋基
板とを備えるようにしてもよい。Further, it is preferable that the flow path resistance of the filter is one fourth or less of the flow path resistance from the nozzle to the orifice. Further, each groove forming part of the discharge chamber, part of the common ink chamber, part of the orifice, and a plurality of grooves forming the filter are anisotropically formed on the first surface. A crystalline substrate and a lid substrate that is joined to the first surface of the anisotropic crystalline substrate and that forms the discharge chamber, the common ink chamber, and the filter together with the grooves may be provided.
【0017】また、前記共通インク室の好ましい形態と
しては、少なくとも1壁面を可撓性としたことを特徴と
する。A preferred form of the common ink chamber is characterized in that at least one wall surface is made flexible.
【0018】また、本発明のインクジェットの製造方法
は、上述のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記吐出室の一部、前記共通インク室の一部、前記オリ
フィスの一部を形成する各溝とを異方性結晶基板の第1
面上に異方性エッチングする工程と、前記圧力発生手段
を前記吐出室に付設する工程と、蓋基板を前記異方性結
晶基板の第1面に接合することにより、前記各溝の縁を
封止すると共に、前記吐出室、前記共通インク室、前記
オリフィスを形成する工程とを有し、前記異方性エッチ
ング工程は、更に、前記フィルタのイナータンスが、前
記ノズル孔から前記オリフィスまでのイナータンスの5
分の1以下になるように、前記フィルタを構成する複数
の溝を、前記異方性結晶基板の第1面上に異方性エッチ
ングして形成することを特徴とする。The method of manufacturing an inkjet according to the present invention is the same as the method of manufacturing an inkjet head described above,
A part of the ejection chamber, a part of the common ink chamber, and each groove forming a part of the orifice are provided in the first anisotropic crystal substrate.
A step of anisotropically etching the surface, a step of attaching the pressure generating means to the discharge chamber, and a step of bonding the lid substrate to the first surface of the anisotropic crystal substrate to thereby remove the edge of each groove. Sealing, and forming the discharge chamber, the common ink chamber, and the orifice, the anisotropic etching step, further, the inertance of the filter is the inertance from the nozzle hole to the orifice. Of 5
A plurality of grooves constituting the filter are formed by anisotropic etching on the first surface of the anisotropic crystal substrate so as to be one-tenth or less.
【0019】前記吐出室の壁面の一部に設けられた振動
板を駆動させるためのアクチュエータを形成するため
に、更に絶縁体基板上にに電極を形成し、前記電極が、
前記振動板と所定のギャップで対向するよう前記絶縁基
板を前記異方性材料基板の第1面とは反対側の第2の面
に接合する工程もしくは、前記異方性材料基板の前記吐
出室の裏側に、前記振動板を変形させる圧電素子を貼着
する工程とを有する。In order to form an actuator for driving the vibration plate provided on a part of the wall surface of the discharge chamber, an electrode is further formed on the insulator substrate, and the electrode is
Bonding the insulating substrate to a second surface of the anisotropic material substrate opposite to the first surface so as to face the diaphragm with a predetermined gap, or the discharge chamber of the anisotropic material substrate. A step of attaching a piezoelectric element that deforms the vibration plate to the back side of the.
【0020】[0020]
【作用】本発明によればインクジェットヘッドに供給さ
れるインクは、インク供給口に設けられたフィルターを
通過して供給され、共通インク室に蓄えられる。共通イ
ンク室に蓄えられたインクは、各インク供給路を介し
て、各吐出室に分配供給される。記録データに基づいて
圧力発生手段が駆動され吐出室内のインクに圧力が加え
られ、吐出室に連通するノズル孔からインク液滴が吐出
される。According to the present invention, the ink supplied to the ink jet head is supplied through the filter provided at the ink supply port and is stored in the common ink chamber. The ink stored in the common ink chamber is distributed and supplied to each ejection chamber via each ink supply passage. The pressure generating means is driven based on the recording data to apply pressure to the ink in the ejection chamber, and ink droplets are ejected from the nozzle holes communicating with the ejection chamber.
【0021】インクまたは製造時のインク流路の洗浄液
等は、インク供給口に設けられたフィルターを通過して
供給されるため、これらの液体中に含まれるフィルター
の開孔面積より大きな異物はフィルターにより阻止され
て、インク供給口より下流のインク流路に侵入しないよ
うになる。フィルター開孔面積はノズル孔、各インク供
給路等の断面積より小さく設けて有るのでフィルターを
通過した異物はノズルより排出され、特に狭いノズル等
が異物で詰まることがなくなる。インク流路が目詰まり
を起こさないので印刷不良とならずに信頼性の高いヘッ
ドを得られるようになる。Since the ink or the cleaning liquid for the ink flow path at the time of manufacture is supplied through the filter provided at the ink supply port, foreign matters larger than the open area of the filter contained in these liquids are filtered. Are prevented by the above, so that they do not enter the ink flow path downstream of the ink supply port. Since the filter opening area is provided smaller than the cross-sectional area of the nozzle hole, each ink supply passage, etc., the foreign matter that has passed through the filter is discharged from the nozzle, and the narrow nozzle and the like are not clogged with the foreign matter. Since the ink flow path does not become clogged, it is possible to obtain a highly reliable head without causing printing defects.
【0022】更に、フィルターのイナータンスがノズル
孔から供給路までのインク流路のイナータンスの5分の
1以下に設定されているので、駆動されたノズル(駆動
ノズル)の吐出室で発生した圧力により生じる共通イン
ク室の圧力上昇が小さくなる。Further, since the inertance of the filter is set to 1/5 or less of the inertance of the ink flow path from the nozzle hole to the supply passage, the pressure generated in the ejection chamber of the driven nozzle (driving nozzle) The resulting pressure rise in the common ink chamber is reduced.
【0023】これにより、駆動ノズルで発生した圧力が
非駆動ノズルに伝わり、非駆動ノズルからインクが吐出
される好ましくない現象(吐出室間での圧力干渉、クロ
ストーク)が生じなくなる。As a result, the pressure generated in the driving nozzle is transmitted to the non-driving nozzle, and the undesirable phenomenon of ejecting ink from the non-driving nozzle (pressure interference between ejection chambers, crosstalk) does not occur.
【0024】更に、フィルターの流路抵抗がヘッドのノ
ズル孔から供給路までのインク流路の流路抵抗の4分の
1以下に設定されているのでインク供給口から下流のイ
ンク流路へ十分なインクを供給できるようになり、供給
不足が生じず、高速でヘッドを駆動しても印刷濃度の低
下や、吐出不安定によるドット抜け印刷不良を起こさな
くなる。Further, since the flow path resistance of the filter is set to 1/4 or less of the flow path resistance of the ink flow path from the nozzle hole of the head to the supply path, it is sufficient from the ink supply port to the downstream ink flow path. It is possible to supply various types of ink, and supply shortage does not occur. Even if the head is driven at high speed, print density does not drop, and dot missing printing defects due to unstable ejection do not occur.
【0025】更に、共通インク室の少なくとも1壁面を
可撓性にすれば、駆動ノズルの吐出室で発生した圧力を
十分に吸収して緩衝し、吐出室間での圧力干渉によるク
ロストークもまた無くなる。Further, if at least one wall surface of the common ink chamber is made flexible, the pressure generated in the ejection chamber of the drive nozzle is sufficiently absorbed and buffered, and crosstalk due to pressure interference between the ejection chambers is also caused. Lost.
【0026】[0026]
【実施例】図1は本発明の一実施例におけるインクジェ
ットヘッドの分解斜視図であり、一部断面図で示してあ
る。本実施例はインク液滴を基板の端部に設けたノズル
孔か吐出させるエッジイジェクトタイプの例を示すもの
であるが、基板の上面部に設けたノズル孔からインク液
滴を吐出させるフェイスイジェクトタイプでもよい。図
2は組み立てられたインクジェットヘッド全体の斜視
図、図3はインクジェットヘッドのインク流路部の断面
側面図である。以下図に従い、本発明の実施例について
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet head in one embodiment of the present invention, which is a partial sectional view. Although this embodiment shows an example of an edge eject type in which ink droplets are ejected from a nozzle hole provided at the end of the substrate, a face eject ejecting ink droplets from the nozzle hole provided in the upper surface of the substrate. You can type. 2 is a perspective view of the entire assembled inkjet head, and FIG. 3 is a cross-sectional side view of an ink flow path portion of the inkjet head. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0027】本実施例のインクジェットヘッド10は次
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。The ink jet head 10 of this embodiment has a laminated structure in which three substrates 1, 2, 3 having the structure described in detail below are laminated and joined.
【0028】中間の第1の基板1は、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1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1
1と、各々のノズル溝11に連通し、底壁を振動板5と
する圧力発生部である吐出室6を構成することになる凹
部12と、凹部12の後部に設けられたオリフィス7を
構成することになるインク流入口のための細溝13と、
各々の吐出室6にインクを供給するためインク供給部で
あるリザーバ8を構成することになる凹部14と、凹部
14の後部に設けられたフィルター51を構成すること
になるフィルター溝52を有する。The intermediate first substrate 1 is a silicon substrate, and a plurality of nozzle grooves 1 are formed on the surface of the substrate 1 in parallel at equal intervals from one end so as to form a plurality of nozzle holes 4.
1, a concave portion 12 communicating with each nozzle groove 11 and constituting a discharge chamber 6 which is a pressure generating portion having a diaphragm 5 as a bottom wall, and an orifice 7 provided at the rear portion of the concave portion 12. A narrow groove 13 for the ink inlet, which is to be
It has a concave portion 14 which constitutes a reservoir 8 which is an ink supply portion for supplying ink to each ejection chamber 6, and a filter groove 52 which constitutes a filter 51 provided at the rear portion of the concave portion 14.
【0029】本実施例においては、振動板5とこれに対
向して配置される電極との対向間隔、即ちギャップ部1
6の長さG(図3参照、以下「ギャップ長」と記す。)
が、凹部15の深さと電極の厚さとの差になるように、
間隔保持手段を第2の基板2に形成した振動室用の凹部
15により構成している。また、別の例として凹部の形
成は第1の基板1の下面でもよい。ここでは、凹部15
の深さをエッチングにより0.3μmとしている。な
お、ノズル溝11のピッチは0.509mmであり、そ
の幅は60μmである。In the present embodiment, the gap between the diaphragm 5 and the electrode arranged opposite thereto, that is, the gap portion 1
A length G of 6 (see FIG. 3, hereinafter referred to as “gap length”).
So that there is a difference between the depth of the recess 15 and the thickness of the electrode,
The space holding means is composed of the vibration chamber recess 15 formed in the second substrate 2. Further, as another example, the recess may be formed on the lower surface of the first substrate 1. Here, the recess 15
The depth is set to 0.3 μm by etching. The pitch of the nozzle grooves 11 is 0.509 mm and the width thereof is 60 μm.
【0030】また、第1の基板1への共通電極17の付
与については、半導体及び電極である金属の材料による
仕事関数の大小が重要であり、本実施例では共通電極材
料にはチタンを下付けとし白金、またはクロムを下付け
とし金を使用しているが、本実施例に限定されるもので
はなく、基板1がP型半導体の場合は仕事関数が共通電
極材料の方が大きくなるものであれば何でもよく、N形
半導体の場合は仕事関数が共通電極材料の方が小さくな
るような材料であれば何でもよい。Regarding the provision of the common electrode 17 on the first substrate 1, it is important that the work function of the metal material of the semiconductor and the electrode is large or small. In this embodiment, titanium is used as the common electrode material. Although platinum or chromium is used as an undercoat and gold is used as the undercoat, the invention is not limited to this embodiment, and when the substrate 1 is a P-type semiconductor, the work function of the common electrode material is larger than that of the common electrode material. Any material can be used as long as it is an N-type semiconductor, and any material can be used as long as the work function of the common electrode material is smaller than that of the common electrode material.
【0031】第1の基板1の下面に接合される下側の第
2の基板にはホウ珪酸系ガラスを使用し、第1の基板1
の振動板5の下部に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15が設けられている。この第2の
基板2の接合によって振動室9を構成するとともに、第
2の基板2上の振動板5に対応する各々の位置に、IT
O導電膜を0.1μmスパッタし、振動板5とほぼ同じ
形状にITOパターンを形成して個別電極21としてい
る。個別電極21はリード部22及び端子部23を持
つ。Borosilicate glass is used for the lower second substrate which is bonded to the lower surface of the first substrate 1.
In the lower part of the vibrating plate 5, there is provided a recess 15 which constitutes the vibrating chamber 9 for mounting the electrode. The vibration chamber 9 is formed by bonding the second substrate 2, and the IT is provided at each position corresponding to the vibration plate 5 on the second substrate 2.
An O conductive film is sputtered by 0.1 μm, and an ITO pattern is formed in the same shape as the vibration plate 5 to form the individual electrode 21. The individual electrode 21 has a lead portion 22 and a terminal portion 23.
【0032】第1の基板1の上面に接合される上側の第
3の基板3は、第2の基板2と同じくホウ珪酸ガラスを
用いている。この第3の基板3の接合によって、ノズル
孔4、吐出室6、オリフィス7、リザーバ8及びフィル
ター51が構成される。そして、このリザーバ8には、
第1の基板と第3の基板とを接合するときにその凹部が
つぶれないように強度をもたせるために凸部19が設け
られている。本実施例においてはフィルター51は同時
にインク供給口となっていおり、接続パイプ32が接続
され、チューブ33を介して図示しないインクタンクに
接続されている。The upper third substrate 3 bonded to the upper surface of the first substrate 1 is made of borosilicate glass as with the second substrate 2. By joining the third substrate 3, the nozzle hole 4, the discharge chamber 6, the orifice 7, the reservoir 8 and the filter 51 are formed. And in this reservoir 8,
A convex portion 19 is provided to have strength so that the concave portion is not crushed when the first substrate and the third substrate are joined. In the present embodiment, the filter 51 also serves as an ink supply port, is connected to the connection pipe 32, and is connected to an ink tank (not shown) via the tube 33.
【0033】次に、第1の基板1と第2の基板2を温度
300〜500℃、電圧500〜1000Vの印加で陽
極接合し、また同条件で第1の基板1と第3の基板3を
接合し、図3のようにインクジェットヘッドを組み立て
る。陽極の接合後に、振動板5と第2の基板2上の個別
電極21との間に形成されるギャップ長さGは、凹部1
5の深さと個別電極21の厚さとの差であり、本実施例
では0.2μmとしてある。更に基板1の振動板5の表
面には熱酸化により酸化シリコン膜が形成されており、
個別電極21と振動板5が接触しても短絡破壊しないよ
う構成されている。絶縁膜としての熱酸化膜は厚すぎる
と電界が弱くなる原因となる一方、薄過ぎると繰り返し
電界ストレスにより絶縁破壊しやすくなる。本実施例で
はこの熱酸化膜の厚さを0.13μmとしている。Next, the first substrate 1 and the second substrate 2 are anodically bonded by applying a temperature of 300 to 500 ° C. and a voltage of 500 to 1000 V, and under the same conditions, the first substrate 1 and the third substrate 3 And the ink jet head is assembled as shown in FIG. After joining the anode, the gap length G formed between the diaphragm 5 and the individual electrode 21 on the second substrate 2 is equal to the recess 1
5 and the thickness of the individual electrode 21, which is 0.2 μm in this embodiment. Further, a silicon oxide film is formed on the surface of the diaphragm 5 of the substrate 1 by thermal oxidation,
Even if the individual electrode 21 and the diaphragm 5 come into contact with each other, the short circuit does not occur. If the thermal oxide film as the insulating film is too thick, it causes a weak electric field. On the other hand, if it is too thin, dielectric breakdown is likely to occur due to repeated electric field stress. In this embodiment, the thickness of this thermal oxide film is 0.13 μm.
【0034】図2に説明されるようにインクジェットヘ
ッドを組み立てた後は、共通電極17と個別電極21の
端子部23間にFPC49により駆動回路40を接続
し、インクジェットプリンタを構成する。インク103
は、図示しないインクタンクよりフィルター51を経て
第1の基板1の内部に供給され、リザーバ8、吐出室6
等を満たしている。そして、吐出室6のインクは、図3
に示されるように、インクジェットヘッド10の駆動時
にノズル孔4よりインク液滴104となって吐出され、
記録紙105に印字される。After the ink jet head is assembled as shown in FIG. 2, the drive circuit 40 is connected between the common electrode 17 and the terminal portion 23 of the individual electrode 21 by the FPC 49 to form the ink jet printer. Ink 103
Is supplied to the inside of the first substrate 1 from an ink tank (not shown) through the filter 51, and the reservoir 8 and the discharge chamber 6
And so on. The ink in the ejection chamber 6 is
As shown in FIG. 2, when the inkjet head 10 is driven, the ink droplets 104 are ejected from the nozzle holes 4 as
It is printed on the recording paper 105.
【0035】図4は基板1の部分詳細平面拡大図であ
る。本発明の実施例に示すインクジェットヘッドの基板
1は単結晶シリコンを異方性エッチングにて形成されて
いる。異方性エッチングとはエッチング速度がエッチン
グ方向により異なることを利用してなされるエッチング
である。本実施例では単結晶シリコン(100)面のエ
ッチング速度が(111)面に比較して約40倍以上速
いことを利用して、前述のノズル溝11、凹部12、細
溝13、凹部14及びフィルター溝52を形成してい
る。この内ノズル溝11、細溝13及びフィルター溝5
2はそれぞれエッチング速度が遅い(111)面からな
るV字状の溝となっている。即ち、ノズル溝11、細溝
13及びフィルター溝52の断面形状を三角形に構成し
てある。ノズル溝11の幅は60μm、細溝13は3本
の流路を並列に構成してありその幅は55μmである。
また、フィルター溝52の幅は50μmであり、凹部1
4に54本が並列に連通している。また、凹部12及び
14は底面が(100)面で側面が(111)面からな
る台形状の溝となっている。凹部12及び14の溝深さ
はエッチング時間を調整することにより決められる。一
方V字状の溝となっているノズル溝11、細溝13及び
フィルター溝51はエッチング速度の遅い(111)面
のみからなるのでその深さはエッチング時間に寄らず溝
幅のみにより決まる。FIG. 4 is a partially detailed enlarged plan view of the substrate 1. The substrate 1 of the inkjet head shown in the embodiment of the present invention is formed by anisotropically etching single crystal silicon. Anisotropic etching is etching performed by utilizing the fact that the etching rate differs depending on the etching direction. In this embodiment, the fact that the etching rate of the single crystal silicon (100) plane is about 40 times or more higher than that of the (111) plane is utilized, and the nozzle groove 11, the concave portion 12, the narrow groove 13, the concave portion 14 and The filter groove 52 is formed. The inner nozzle groove 11, the narrow groove 13 and the filter groove 5
Reference numeral 2 is a V-shaped groove composed of a (111) plane with a slow etching rate. That is, the nozzle groove 11, the narrow groove 13, and the filter groove 52 are formed in a triangular cross-sectional shape. The nozzle groove 11 has a width of 60 μm, and the thin groove 13 has three flow passages arranged in parallel and has a width of 55 μm.
The width of the filter groove 52 is 50 μm, and the recess 1
54 are connected to each other in parallel. Further, the recesses 12 and 14 are trapezoidal grooves having a bottom surface of (100) plane and side surfaces of (111) plane. The groove depth of the recesses 12 and 14 is determined by adjusting the etching time. On the other hand, since the nozzle groove 11, the thin groove 13, and the filter groove 51, which are V-shaped grooves, are formed only by the (111) surface having a slow etching rate, the depth thereof is determined only by the groove width regardless of the etching time.
【0036】これらノズル溝11、細溝13とフィルタ
ー溝52はインク流路の内で吐出インクの量や速度等の
特性に対して敏感な部位であり、最も高い加工精度が要
求される。本発明の実施例では、これらの高い加工精度
が要求される部位をエッチング速度が遅い面を用いて構
成し、異方性エッチングにより加工することにより、一
度に異なる寸法の流路を高精度で得ることを可能にして
いる。The nozzle groove 11, the thin groove 13 and the filter groove 52 are parts sensitive to the characteristics such as the amount and speed of ejected ink in the ink flow path, and the highest processing accuracy is required. In the embodiment of the present invention, these high processing precision required parts are formed by using the surface having a slow etching rate, and by anisotropic etching, flow paths of different dimensions can be processed with high accuracy. Makes it possible to get.
【0037】上述の本実施例における寸法構成例の様
に、フィルター溝52の幅をノズル溝11、細溝13よ
りも狭く構成することにより、第3の基板接合により構
成されるインク流路の内フィルター51の開孔断面積が
流路断面積中で最も断面積が小さく構成されるようにな
る。ノズル孔4、オリフィス7を詰まらせる異物はすべ
てフィルター孔51により阻止されてインク流路中には
侵入せずドット抜け等の印刷不良が発生しにくくインク
ジェットヘッドの信頼性を確保可能である。更に、製造
中のノズル孔詰まりやオリフィス詰まりを防止できるの
で、良品率を向上させて、大量に作り易いヘッドを得る
ことができる。As in the above-described dimensional configuration example of the present embodiment, by configuring the width of the filter groove 52 to be narrower than the nozzle groove 11 and the narrow groove 13, the ink flow path formed by the third substrate bonding. The opening cross-sectional area of the inner filter 51 is configured to have the smallest cross-sectional area in the flow path cross-sectional area. All the foreign substances that block the nozzle holes 4 and the orifices 7 are blocked by the filter holes 51 and do not enter the ink flow path, so that printing defects such as dot dropouts are less likely to occur, and the reliability of the inkjet head can be secured. Furthermore, since it is possible to prevent clogging of nozzle holes and clogging of orifices during manufacturing, it is possible to improve the yield rate and obtain a head that is easy to manufacture in large quantities.
【0038】図5(a)〜(c)はそれぞれ本発明の実
施例におけるインクジェットヘッドの側断面図を示し、
特に振動板が待機状態から変形することによって、イン
クが吐出されるまでの状態を説明するものである。ま
た、図6(a)〜(c)は、それぞれ図5(a)〜
(c)の状態において、振動板と電極間に印加される電
圧の状態を示す略図である。以下、これらの図により本
発明のインクジェットヘッドの動作の一例を以下に説明
する。FIGS. 5A to 5C are side sectional views of the ink jet head in the embodiment of the present invention.
In particular, the state in which the diaphragm is deformed from the standby state until ink is ejected will be described. In addition, FIGS. 6A to 6C respectively show FIGS.
It is a schematic diagram showing the state of the voltage applied between the diaphragm and the electrode in the state of (c). An example of the operation of the inkjet head of the present invention will be described below with reference to these drawings.
【0039】図5(a)は、待機状態のインクジェット
ヘッドの側断面図を示すものであり、図6(a)は、そ
のときの振動板5、個別電極21間の電位を示す略図で
ある。FIG. 5A is a side sectional view of the ink jet head in the standby state, and FIG. 6A is a schematic view showing the potential between the diaphragm 5 and the individual electrode 21 at that time. .
【0040】このとき、インクジェットヘッドは、イン
ク流路中にはインクが充填されており、インクの吐出を
行う際の待機状態にある。次に、図6(b)に示すよう
に、待機状態から、振動板5と個別電極21に電圧を印
加して電位差を生じさせると、振動板5と個別電極21
に静電吸引力が作用して、振動板5は個別電極21に吸
引される。このとき、図5(b)に示すように、個別電
極21に吸引された振動板5により吐出室6内の圧力が
低下し、リザーバ8から吐出室6へ矢印B方向にインク
が供給される。また、これと同時に、ノズル4に形成さ
れているメニスカス102も吐出室6方向に吸引され
る。次に、図6(c)に示すように、インクが十分供給
されたタイミングを選んで、電圧の印加を止め、振動板
5と個別電極21に蓄えられている電荷を放電すると、
図5(c)に示すように、振動板5は電界の力から開放
されて自らの復原力により吐出室6側に復元する。この
時吐出室6に発生した圧力によりインク滴104はノズ
ル孔4より吐出する。と同時に吐出室6のインクは矢印
C方向にオリフィス7を通過してリザーバ8に排出され
る。この後インク流路内のインクの振動が流路抵抗によ
り減衰して収束し、再び図5(a)に示す待機状態とな
り、次のインクの吐出が可能な状態となる。At this time, the ink jet head is in a standby state when ink is ejected because the ink flow path is filled with ink. Next, as shown in FIG. 6B, when a voltage is applied to the diaphragm 5 and the individual electrode 21 from the standby state to generate a potential difference, the diaphragm 5 and the individual electrode 21 are
The electrostatic attraction force acts on the diaphragm 5, and the diaphragm 5 is attracted to the individual electrode 21. At this time, as shown in FIG. 5B, the pressure inside the ejection chamber 6 is reduced by the diaphragm 5 sucked by the individual electrode 21, and ink is supplied from the reservoir 8 to the ejection chamber 6 in the direction of arrow B. . At the same time, the meniscus 102 formed on the nozzle 4 is also sucked toward the discharge chamber 6. Next, as shown in FIG. 6C, the timing at which the ink is sufficiently supplied is selected, the voltage application is stopped, and the electric charges stored in the diaphragm 5 and the individual electrode 21 are discharged.
As shown in FIG. 5C, the diaphragm 5 is released from the force of the electric field and is restored to the discharge chamber 6 side by its own restoring force. At this time, the ink droplet 104 is ejected from the nozzle hole 4 by the pressure generated in the ejection chamber 6. At the same time, the ink in the ejection chamber 6 passes through the orifice 7 in the direction of arrow C and is discharged to the reservoir 8. After that, the vibration of the ink in the ink flow path is attenuated by the flow path resistance and converges, and the standby state again shown in FIG. 5A is reached, and the next ink can be ejected.
【0041】上述の駆動方法は、待機状態では、振動板
は変形させておらず、駆動時に、振動板を変形させるこ
とにより、一度吐出室内の圧力を低下させて直後、振動
板にかかる力を解放し、圧力を上昇させてインク液滴を
吐出する方法(いわゆる引き打ち)であるが、待機状態
では、常に振動板を変形させておき、インク吐出を行う
際にのみ振動板を開放する駆動方法(いわゆる押し打
ち)でもよい。例に示した引き打ちによる方法であれ
ば、吐出インク量を多くし、吐出インク量の周波数特性
が優れた駆動が可能である。何れにしても駆動力や駆動
方法が異なっても本発明による作用・効果は同様であ
る。In the driving method described above, the diaphragm is not deformed in the standby state, and the pressure inside the discharge chamber is once reduced by deforming the diaphragm during driving, and immediately after that, the force applied to the diaphragm is applied. It is a method of releasing and increasing the pressure to eject ink droplets (so-called pulling ejection), but in the standby state the diaphragm is always deformed and the diaphragm is opened only when ink is ejected. A method (so-called pushing) may be used. According to the method by the hitting ejection shown in the example, it is possible to increase the amount of ejected ink and drive with excellent frequency characteristics of the ejected ink amount. In any case, the operation and effect of the present invention are the same even if the driving force and the driving method are different.
【0042】次に、本実施例におけるインクジェットヘ
ッドの流路定数について説明する。インクジェットヘッ
ドのインク流路はインクの流線に垂直な断面積やその周
長、流路の長さによって、インクの粘性及び密度に起因
する各種の性質を有している。Next, the flow path constant of the ink jet head in this embodiment will be described. The ink flow path of the inkjet head has various properties due to the viscosity and density of the ink, depending on the cross-sectional area perpendicular to the streamline of the ink, the circumferential length thereof, and the length of the flow path.
【0043】イナータンスMはインクの密度をρ、流路
の長さをL、流路の流線に垂直な断面積をSとすると、
以下の式で示される。The inertance M is defined as follows: ρ is the density of ink, L is the length of the flow path, and S is the cross-sectional area perpendicular to the flow line of the flow path.
It is shown by the following formula.
【0044】[0044]
【数1】 [Equation 1]
【0045】イナータンスMはインクの体積加速度に対
する抵抗であり、イナータンスMは大きいほど発生圧力
等の力や加速度に対する抵抗が大きくなる。The inertance M is the resistance to the ink volume acceleration, and the larger the inertance M, the greater the resistance to the force such as generated pressure and the acceleration.
【0046】また、インクの粘度をη、流路の断面周長
をTとすると、流路抵抗Rは、When the viscosity of the ink is η and the cross-sectional circumference of the flow path is T, the flow path resistance R is
【0047】[0047]
【数2】 [Equation 2]
【0048】で示される。これはインクの体積速度に対
する抵抗を示す。流路抵抗Rが大きい程、インクの流れ
に対する抵抗が大きくなる。It is shown by. This represents the resistance to ink volume velocity. The greater the flow path resistance R, the greater the resistance to the ink flow.
【0049】更に、インク中の音速をc、インク流路の
容積をWとすると、インクの容量Cは、Further, when the speed of sound in the ink is c and the volume of the ink flow path is W, the capacity C of the ink is
【0050】[0050]
【数3】 [Equation 3]
【0051】で示される。インクの容量Cはインクの変
形抵抗を示しており、インクの容量Cが大きければ大き
いほどインクは変形し易い。即ち圧力を緩衝する能力が
大きい。It is shown by. The ink volume C indicates the deformation resistance of the ink, and the larger the ink volume C, the easier the ink is to deform. That is, the ability to buffer pressure is large.
【0052】インクジェットヘッドでは、構成されるイ
ンク流路のこれら流路定数のバランスをとって、これら
を調節しながら設定し、安定したインクの吐出を確保し
ている。In the ink jet head, the flow channel constants of the ink flow channels that are formed are balanced and set while adjusting these to ensure stable ink ejection.
【0053】また、インク流路と同様にリザーバ8やフ
ィルター51も上述のイナータンスや流路抵抗、インク
容量を有している。本発明の実施例では図5及び図6を
用いて説明した駆動方法により、非駆動ノズルからイン
ク滴が吐出するクロストーク(インク流路間の圧力干
渉)や、インクの供給不足が発生しない様に、リザーバ
8やフィルター51のイナータンスや流路抵抗、インク
容量といった流路定数をインク流路の流路定数に対して
設定している。The reservoir 8 and the filter 51 also have the inertance, the flow path resistance, and the ink capacity described above, like the ink flow path. In the embodiment of the present invention, the driving method described with reference to FIGS. 5 and 6 does not cause crosstalk (pressure interference between ink flow paths) in which ink droplets are ejected from non-driving nozzles or insufficient supply of ink. In addition, the flow path constants such as the inertance of the reservoir 8 and the filter 51, the flow path resistance, and the ink capacity are set with respect to the flow path constant of the ink flow path.
【0054】以下に、リザーバ8及びフィルター51の
流路定数の設定例を詳説して示す。Hereinafter, an example of setting the flow channel constants of the reservoir 8 and the filter 51 will be described in detail.
【0055】図7は本発明の一実施例の平面図である。
本図に基づきリザーバ8及びフィルター51の流路定数
について説明する。FIG. 7 is a plan view of an embodiment of the present invention.
The flow channel constants of the reservoir 8 and the filter 51 will be described based on this figure.
【0056】まず、n本のノズルを有するインクジェッ
トヘッドのノズルのうちn−k本のノズルより、前述し
たように吐出室6に付設されたアクチュエータを駆動す
ることによって、インク液滴104を吐出させている状
態を前提に以下の説明を行う。(kは非駆動ノズルの本
数)本実施例では、この様な状態で、非駆動ノズルから
クロストークによりインク滴が吐出しないようにリザー
バ8及びフィルター51の流路定数を設定している。First, the ink droplets 104 are ejected by driving the actuators attached to the ejection chamber 6 from the nozzles of nk out of the nozzles of the ink jet head having n nozzles. The following description will be made on the assumption that the state is set. (K is the number of non-driving nozzles) In this embodiment, the flow channel constants of the reservoir 8 and the filter 51 are set so that ink droplets are not ejected from the non-driving nozzles due to crosstalk in this state.
【0057】ノズル孔4からインク滴104を吐出する
と同時にオリフィス7からリザーバ8へインクの一部が
逆流する。この時の駆動ノズル一本当たりの一回のイン
ク吐出量をw、一つの駆動ノズルのオリフィス7からリ
ザーバ8へ逆流するインクの体積速度をUaとする。ま
た、n本並列に構成されたノズル4からオリフィス7ま
での吐出部の流路全体のイナータンスをMa、流路抵抗
をRaとし、リザーバ8とフィルター51で構成される
供給部の流路のイナータンスと流路抵抗をそれぞれM
f,Rfとすると、これらは以下のように表せる。At the same time when the ink droplet 104 is ejected from the nozzle hole 4, a part of the ink flows back from the orifice 7 to the reservoir 8. At this time, w is the amount of ink ejected once per drive nozzle, and Ua is the volume velocity of ink flowing back from the orifice 7 of one drive nozzle to the reservoir 8. Further, let the inertance of the entire flow path of the discharge section from the nozzle 4 to the orifice 7 configured in parallel with n be Ma and the flow path resistance be Ra, and the inertance of the flow path of the supply section composed of the reservoir 8 and the filter 51. And the flow path resistance are M
If f and Rf are given, these can be expressed as follows.
【0058】[0058]
【数4】 [Equation 4]
【0059】ここで、Lfはフィルタ51の長さ、Sf
はフィルタの開口断面積、Tfはフィルタの開口の断面
周長を示す。Here, Lf is the length of the filter 51, Sf
Indicates the cross-sectional area of the opening of the filter, and Tf indicates the cross-sectional perimeter of the opening of the filter.
【0060】[0060]
【数5】 [Equation 5]
【0061】ここで、lはノズル4からオリフィス7ま
での吐出部の流路全体の長さ、S(x)は、ノズル4か
らオリフィス7までの任意の位置xでの一本の流路の断
面積で、T(x)は、ノズル4からオリフィス7までの
任意の位置xでの一本の流路の断面周長である。Here, l is the length of the entire flow path of the discharge portion from the nozzle 4 to the orifice 7, and S (x) is the length of one flow path at any position x from the nozzle 4 to the orifice 7. In the cross-sectional area, T (x) is the cross-sectional perimeter of one flow path at any position x from the nozzle 4 to the orifice 7.
【0062】更に、吐出部全体のイナータンスMaと供
給部のイナータンスMfとの比をα=Mf/Maとす
る。図8の状態においてインク滴104吐出時のリザー
バ8の圧力上昇δPfkは、Further, the ratio of the inertance Ma of the entire discharge section and the inertance Mf of the supply section is set to α = Mf / Ma. In the state of FIG. 8, the pressure increase δPfk of the reservoir 8 when the ink droplet 104 is ejected is
【0063】[0063]
【数6】 [Equation 6]
【0064】となる。tは時間を示す。この時駆動して
いないノズル(非駆動ノズル)1本からのインクの吐出
量、即ちインク流路間の相互干渉の結果生ずるクロスト
ークの量wcは、リザーバ8での圧力上昇δPfkをnM
aで除した値を2回積分したものであるから、It becomes t indicates time. At this time, the amount of ink ejected from one nozzle that is not driven (non-driven nozzle), that is, the amount wc of crosstalk that occurs as a result of mutual interference between the ink flow paths, is determined by the pressure increase δPfk in the reservoir 8 being nM.
Since the value divided by a is integrated twice,
【0065】[0065]
【数7】 [Equation 7]
【0066】となる。ここでβはインク流路のノズル側
イナータンス及び流路抵抗とオリフィス側のイナータン
ス及び流路抵抗のバランスにより決まる定数で、ノズル
からの吐出インク量wとオリフィスからリザーバに逆流
するインク量の比を示している。即ち、It becomes Where β is a constant determined by the balance between the nozzle side inertance and flow path resistance of the ink flow path and the orifice side inertance and flow path resistance, and the ratio of the amount w of ink ejected from the nozzle to the amount of ink flowing back from the orifice to the reservoir. Shows. That is,
【0067】[0067]
【数8】 [Equation 8]
【0068】である。総ノズル数が12本のインクジェ
ットヘッドにおいて、非駆動ノズル本数が1であるよう
な場合は、n>>k,α<1であるから、更にクロスト
ーク量wcは、It is In the case where the total number of nozzles is 12 and the number of non-driving nozzles is 1, n >> k and α <1. Therefore, the crosstalk amount wc is
【0069】[0069]
【数9】 [Equation 9]
【0070】である。It is
【0071】これより本発明の実施例では更に、クロス
トークが生じないようにするために、αの値即ちMf/
Maとクロストークの関係を表1に示す実験結果により
求め、Mf/Maが0.2以下となるように設定し、サ
ンプル4にてMf/Maが0.121となるように構成
した。Therefore, in the embodiment of the present invention, in order to prevent crosstalk, the value of α, that is, Mf /
The relationship between Ma and crosstalk was obtained from the experimental results shown in Table 1, and Mf / Ma was set to 0.2 or less, and Sample 4 was configured to have Mf / Ma of 0.121.
【0072】次に、n本のノズル全てを最高周波数fd
にて駆動した場合でも、供給不足とならないようにリザ
ーバ8及びフィルター51の流路定数を設定する。Next, the maximum frequency fd is set for all n nozzles.
Even if it is driven by, the flow channel constants of the reservoir 8 and the filter 51 are set so that the supply does not become insufficient.
【0073】インクの表面張力をγ、ノズル孔4の周長
をTa、ノズル孔4の面積をSa、インクとヘッド材料
(例えば単結晶Si)との接触角をθとすると、(θ≒
0)この時、インクの供給が不足して、ノズル孔4より
気泡を取り込まれる不具合を防止し、安定した駆動を行
うためには、If the surface tension of the ink is γ, the peripheral length of the nozzle hole 4 is Ta, the area of the nozzle hole 4 is Sa, and the contact angle between the ink and the head material (for example, single crystal Si) is θ, then (θ≈
0) At this time, in order to prevent the problem that the supply of ink is insufficient and bubbles are taken in from the nozzle holes 4 and to perform stable driving,
【0074】[0074]
【数10】 [Equation 10]
【0075】なる関係が成立していることが必要があ
る。ここでPhは、インクジェットヘッドに外部からイ
ンクを供給するインク供給系によって加えられる圧力で
ある。例えば、ヘッドに供給するインクを保持している
インクタンクが弾性体である場合、インクタンクの変形
に伴って、インクジェットヘッドには外部から負圧が加
えられ、また、インクジェットヘッドとインクタンクの
高さ方向の配置関係(水頭値)によって、所定の圧力が
外部から加えられる。これよりリザーバ8及びフィルタ
ー51の流路抵抗Rfはインク流路全体の流路抵抗Ra
に比べて無視できる程度に小さければフィルター51の
付設によりインクの供給が不足する不具合は起こらない
ことが分かる。更に、表1の実験結果より本実施例では
Rf/Raを0.25以下とし、サンプル4にてRf/
Raを0.173となるように構成した。It is necessary that the following relationship be established. Here, Ph is a pressure applied by an ink supply system that supplies ink to the inkjet head from the outside. For example, when the ink tank holding the ink to be supplied to the head is an elastic body, a negative pressure is externally applied to the inkjet head due to the deformation of the ink tank, and the high pressure of the inkjet head and the ink tank. A predetermined pressure is applied from the outside by the arrangement relationship (water head value) in the depth direction. Therefore, the flow path resistance Rf of the reservoir 8 and the filter 51 is the flow path resistance Ra of the entire ink flow path.
It can be seen that the problem of insufficient ink supply due to the attachment of the filter 51 does not occur if it is small enough to be ignored as compared with. Further, from the experimental results in Table 1, Rf / Ra was set to 0.25 or less in this example, and Rf / Ra in sample 4 was set.
Ra was set to 0.173.
【0076】以下表1に本発明によるインクジェットヘ
ッドを作成し、クロストーク及び供給不足について実験
調査した結果を示す。実験で用いたインクジェットヘッ
ドのノズル本数は12本である。Table 1 below shows the results of an experimental investigation on crosstalk and insufficient supply of ink jet heads according to the present invention. The inkjet head used in the experiment has 12 nozzles.
【0077】[0077]
【表1】 [Table 1]
【0078】表1の中のサンプル2では高周波数駆動時
に供給不足によるインク吐出不安定が観測された。ま
た、サンプル3では11ノズルを駆動し、1ノズルを非
駆動とした時に、非駆動ノズルのノズル孔よりインク滴
の吐出が観測された。サンプル1及びサンプル4ではク
ロストーク及び供給不足が観測されず、サンプル4では
一回当たりのインク吐出量wも多く、インク吐出特性に
おいて最も良好な結果が得られた。サンプル4のフィル
ターの開孔数は58孔、フィルターの幅は45μm、長
さは50μmである。In Sample 2 in Table 1, unstable ink ejection was observed due to insufficient supply during high frequency driving. In Sample 3, when 11 nozzles were driven and one nozzle was not driven, ejection of ink droplets was observed from the nozzle holes of the non-driven nozzles. Crosstalk and insufficient supply were not observed in Sample 1 and Sample 4, and the ink discharge amount w per one time was large in Sample 4, and the best result was obtained in the ink discharge characteristics. The number of openings of the filter of Sample 4 is 58, the width of the filter is 45 μm, and the length is 50 μm.
【0079】図8は本発明の別の実施例を示す平面図で
ある。また、図9は図8におけるD−D断面の断面図で
ある。図8は複数のインク流路を平行に構成された例を
示すが図中インク流路は一部省略されている。FIG. 8 is a plan view showing another embodiment of the present invention. Further, FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. FIG. 8 shows an example in which a plurality of ink channels are configured in parallel, but some of the ink channels are omitted in the figure.
【0080】図8及び図9において、53はインク供給
部の下部に形成された空隙で、圧力緩衝室である。54
は前述の圧力緩衝室53の内部に形成された酸化透明導
電膜で、個別電極21と同じITOよりなる。55はイ
ンク供給部の底面壁に相当し振動板5と同一の厚みを有
する緩衝壁である。インク流路の吐出室6の駆動時に生
ずるリザーバ8部での圧力上昇は、緩衝壁55により吸
収・緩衝されて消失し、フィルター51を付設したこと
により生ずるインク流路間の圧力相互干渉やインク供給
不足を防止している。尚、酸化透明導電膜54を付設し
た主な理由は、基板1と基板2を陽極接合する際、緩衝
壁55が基板2に貼着されて、機能しなくなる不具合を
防止するためである。In FIG. 8 and FIG. 9, 53 is a void formed in the lower part of the ink supply section, which is a pressure buffer chamber. 54
Is an oxide transparent conductive film formed inside the pressure buffer chamber 53, and is made of the same ITO as the individual electrode 21. Reference numeral 55 is a buffer wall corresponding to the bottom wall of the ink supply unit and having the same thickness as the vibration plate 5. The pressure increase in the reservoir 8 portion that occurs when the ejection chamber 6 of the ink flow path is driven is absorbed and buffered by the buffer wall 55 and disappears, and the pressure mutual interference between the ink flow paths and the ink caused by the attachment of the filter 51. It prevents supply shortages. The main reason for providing the oxidized transparent conductive film 54 is to prevent the malfunction that the buffer wall 55 is stuck to the substrate 2 and does not function when the substrate 1 and the substrate 2 are anodically bonded.
【0081】リザーバ部8のインクの容量(コンプライ
アンス)が十分大きい場合にはインクの容量のみによ
り、駆動ノズルで発生しリザーバ8に波及した圧力を緩
衝する事が可能である。本実施例の様に積極的に緩衝壁
55を設けることにより、リザーバ8の容積は小さくて
も十分なコンプライアンスを得ることが可能であり、イ
ンクジェットヘッド動作時にリザーバ8に発生する圧力
を十分に緩衝することができる。更に緩衝壁55により
前述のフィルタ51の流路定数選定の範囲も広がる。即
ち、緩衝壁55を設けることによりフィルタ51のイナ
ータンスはインク流路全体のイナータンスに比較して大
きな値となっても、圧力が緩衝されるのでクロストーク
を生じない。When the ink capacity (compliance) of the reservoir portion 8 is sufficiently large, it is possible to buffer the pressure generated in the drive nozzle and spilled over the reservoir 8 only by the ink capacity. By positively providing the buffer wall 55 as in this embodiment, sufficient compliance can be obtained even if the volume of the reservoir 8 is small, and the pressure generated in the reservoir 8 during operation of the inkjet head is sufficiently buffered. can do. Further, the buffer wall 55 expands the range of selection of the flow channel constant of the filter 51. That is, by providing the buffer wall 55, even if the inertance of the filter 51 becomes a large value compared to the inertance of the entire ink flow path, the pressure is buffered, so that crosstalk does not occur.
【0082】以上述べた実施例では圧力発生手段として
静電吸引力を用いたが、圧力発生手段として圧電素子を
振動板5の吐出室6の反対側の面に貼着し、圧電素子に
適宜電気パルスを印加して、振動板を変形させても良
い。また、圧力発生手段として、発熱抵抗体素子を吐出
室6内に設け、発熱抵抗素子によるインクの加熱膨張に
よって、インクを吐出する圧力を得る方法であっても、
本発明の作用・効果として同一のものが得られる。この
ように、本発明は、圧力発生手段として、静電吸引力を
用いるものに限定されるものではないが、圧力発生手段
として静電吸引力を用いることにより、ギャップ量の選
定に寄っては大きな圧力を得ることが可能であり、か
つ、ヘッドの構成を簡素化することが可能である。静電
吸引力を用いるようにすれば本発明の特徴を最大限に応
用することができる。In the above-mentioned embodiments, the electrostatic attraction force is used as the pressure generating means, but a piezoelectric element is adhered to the surface of the vibrating plate 5 on the opposite side of the discharge chamber 6 as the pressure generating means, and is appropriately applied to the piezoelectric element. The diaphragm may be deformed by applying an electric pulse. Further, a method of providing a heating resistor element as the pressure generating means in the ejection chamber 6 and obtaining a pressure for ejecting ink by thermal expansion of ink by the heating resistor element,
The same effects and advantages of the present invention can be obtained. As described above, the present invention is not limited to the one that uses the electrostatic attraction force as the pressure generating means, but by using the electrostatic attraction force as the pressure generating means, it is possible to reduce the gap amount. It is possible to obtain a large pressure, and it is possible to simplify the configuration of the head. If the electrostatic attraction force is used, the features of the present invention can be applied to the maximum extent.
【0083】図10は上述のインクジェットヘッド10
を搭載した本発明のインクジェット記録装置の一実施例
を示す概要図である。300は記録紙105を搬送する
プラテン、301は内部にインクを貯蔵するインクタン
クであり、インク供給チューブ306を介してインクジ
ェットヘッド10にインクを供給する。302はキャリ
ッジであり、インクジェットヘッド10を記録紙105
の搬送方向と直行する方向に移動させる。キャリッジ3
02を移動させながら、駆動回路40により適時インク
ジェットヘッド10よりインク104を吐出させること
により、記録紙105に任意の文字や画像を印刷するこ
とができる。FIG. 10 shows the ink jet head 10 described above.
FIG. 3 is a schematic view showing an embodiment of an inkjet recording apparatus of the present invention equipped with the. A platen 300 conveys the recording paper 105, and an ink tank 301 stores ink therein, and supplies ink to the inkjet head 10 via an ink supply tube 306. Reference numeral 302 denotes a carriage, which connects the inkjet head 10 to the recording paper 105.
Move in the direction perpendicular to the transport direction of. Carriage 3
It is possible to print arbitrary characters or images on the recording paper 105 by ejecting the ink 104 from the inkjet head 10 at appropriate times by moving the driving circuit 40 while moving 02.
【0084】303はポンプであり、インクジェットヘ
ッド10のインク吐出不良時の回復動作を行ったり、イ
ンクの詰め替えを行う等の場合、キャップ304、廃イ
ンク回収チューブ308を介してインクを吸引し、排イ
ンク溜305に回収する機能を果たしている。Reference numeral 303 denotes a pump which sucks the ink through the cap 304 and the waste ink recovery tube 308 and discharges it when performing a recovery operation when the ink jet head 10 is defectively ejected or refilling the ink. It has a function of collecting in the ink reservoir 305.
【0085】本発明のインクジェット記録装置ではイン
クジェットヘッド10に前述したフィルタを内臓してい
るので、インクジェットヘッド10に異物が侵入するこ
とを防止するために、インクタンク301及びインク供
給チューブ306内にフィルタを設ける必要がないた
め、インク供給系を簡素に構成できる。また、本実施例
では、インクジェットヘッド10のみをキャリッジ30
2に配設したものを示すが、これに限定されるものでも
のはなく、インクタンクはキャリッジ上に配設されても
よいし、インクタンクをヘッドと一体に構成したいわゆ
るディスポーザブルタイプ(インクタンクのインクが空
になった時点でインクジェットヘッドごと交換するタイ
プ)に適用しても所望の効果が得られることは言うまで
もない。In the ink jet recording apparatus of the present invention, the above-mentioned filter is built in the ink jet head 10. Therefore, in order to prevent foreign matter from entering the ink jet head 10, the filter is provided in the ink tank 301 and the ink supply tube 306. Since it is not necessary to provide the ink supply system, the ink supply system can be simply configured. Further, in the present embodiment, only the inkjet head 10 is replaced by the carriage 30.
However, the present invention is not limited to this, and the ink tank may be provided on the carriage, or a so-called disposable type (ink tank) in which the ink tank is integrated with the head. It goes without saying that the desired effect can be obtained even if the present invention is applied to a type in which the entire ink jet head is replaced when the ink becomes empty.
【0086】以下、図11から図14を用いて、本発明
のインクジェットヘッドの製造方法を詳細に説明する。The method of manufacturing the ink jet head of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 11 to 14.
【0087】図11は本発明のインクジェットヘッドの
製造方法の内、基板1の溝形成プロセスを説明する図で
ある。図はいずれも基板1のフィルタ溝52の形成され
る部分の断面を示している。61は単結晶Siである基
板1の表面に1100℃の熱酸化にて形成された厚さ6
000ÅのSiO2熱酸化膜である。62は基板1表面
に塗布された感光性樹脂であるところのレジストであ
る。FIG. 11 is a diagram for explaining the groove forming process of the substrate 1 in the method of manufacturing an ink jet head of the present invention. Each of the figures shows a cross section of a portion of the substrate 1 where the filter groove 52 is formed. Reference numeral 61 is a thickness 6 formed by thermal oxidation at 1100 ° C. on the surface of the substrate 1 which is single crystal Si.
It is a SiO2 thermal oxide film of 000Å. Reference numeral 62 is a resist which is a photosensitive resin applied on the surface of the substrate 1.
【0088】図11(a)はレジスト61を熱酸化後の
基板1の表面に塗布・乾燥した後、フィルタ溝52を形
成する部分にのみパターンを描画したポジマスクを用い
て紫外光を照射・露光し、その後、現像・リンス・乾燥
した状態である。ここでパターンの幅について言及する
と、フィルタ溝52を形成することになるパターンの幅
は図1に示すノズル溝11、細溝13を形成することに
なるパターンの幅より狭く形成されているる。FIG. 11A shows that after the resist 61 is applied and dried on the surface of the substrate 1 after thermal oxidation, ultraviolet light is irradiated and exposed by using a positive mask in which a pattern is drawn only on the portion where the filter groove 52 is formed. Then, it is in a state of being developed, rinsed and dried. Referring to the width of the pattern, the width of the pattern for forming the filter groove 52 is narrower than the width of the pattern for forming the nozzle groove 11 and the narrow groove 13 shown in FIG.
【0089】次に酸化膜をフッ酸とフッ化アンモニュウ
ムを1:6(体積比)に混合したエッチング液(BH
F)によりエッチングする。これによりフィルタ溝52
を形成しようとするパターン部の酸化膜は除去される。
この後、レジスト61を剥離すると図11(b)に示す
状態となる。この時、同時にインク流路、インク供給
部、となる溝部を形成しようとするパターン部の酸化膜
も除去されている。Next, the oxide film was mixed with hydrofluoric acid and ammonium fluoride in a ratio of 1: 6 (volume ratio) to form an etching solution (BH
Etching according to F). Thereby, the filter groove 52
The oxide film in the pattern portion to be formed is removed.
Then, when the resist 61 is peeled off, the state shown in FIG. At this time, at the same time, the oxide film of the pattern portion, which is to form the groove to be the ink flow path and the ink supply portion, is also removed.
【0090】更に、水酸化カリウム(KOH)とエタノ
ールの水溶液により基板1である単結晶Siをエッチン
グする。この時、単結晶Siの(100)面は(11
1)面のエッチングスピードの40倍の速度でエッチン
グされるため、結果として(111)面が露出してく
る。図11(c)は単結晶シリコンのエッチング後の状
態である。この時フィルタ溝52は単結晶Siの(11
1)面のみで形成される。フィルタ溝52はエッチング
速度の遅い(111)面で構成されるため、エチングが
殆ど進行せず、マスクのパターン幅に対して安定した幅
・深さ寸法で出来上がる。他のインク流路・インク供給
部も同様に高精度で溝形状を作成することが可能であ
る。Further, the single crystal Si which is the substrate 1 is etched with an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) and ethanol. At this time, the (100) plane of the single crystal Si is (11
Since the etching is performed at 40 times the etching speed of the 1) plane, the (111) plane is exposed as a result. FIG. 11C shows a state after etching the single crystal silicon. At this time, the filter groove 52 is made of single crystal Si (11
1) Formed only on the surface. Since the filter groove 52 is composed of the (111) plane with a low etching rate, etching hardly progresses and the width and depth of the mask are stable with respect to the pattern width of the mask. Similarly, it is possible to form the groove shape with high accuracy in other ink flow paths and ink supply portions.
【0091】溝形成の最後に、熱硫酸で洗浄後、イソプ
ロピルアルコールにより蒸気洗浄し、BHFにて表面の
熱酸化膜を剥離する。図11(d)は熱酸化膜剥離後の
溝形成終了後の状態を示す。この後保護膜となる熱酸化
膜を再度形成して基板1は完成する。At the end of the groove formation, after cleaning with hot sulfuric acid, steam cleaning with isopropyl alcohol is performed, and the thermal oxide film on the surface is peeled off with BHF. FIG. 11D shows a state after the groove formation is completed after the thermal oxide film is peeled off. After that, a thermal oxide film serving as a protective film is formed again to complete the substrate 1.
【0092】図12は図4におけるフィルタ51の矢視
A方向の拡大図である。また、図13はリザーバ溝14
側からみたフィルタ溝52のエッチング後の斜視拡大図
である。フィルタ51はエッチングにてフィルタ溝52
を形成し、基板1、基板2、基板3を接合後、切断加工
により開口して形成される。従って開口形状はSi単結
晶の2つの(111)面と接合面である(100)面か
らなる三角形となる。このように、フィルタの形成速
度、即ちエッチング速度が比較的遅い結晶面で且つ、同
一な直行する結晶面を用いてフィルタを構成することに
より、即ち三角形形状にてフィルタを構成することによ
り、容易に且つ高精度になフィルタを得ることが可能と
なる。FIG. 12 is an enlarged view of the filter 51 in FIG. 4 in the direction of arrow A. Further, FIG. 13 shows the reservoir groove 14
It is a perspective enlarged view after the etching of the filter groove 52 seen from the side. The filter 51 is etched to form a filter groove 52.
Is formed, and the substrate 1, the substrate 2, and the substrate 3 are joined, and then opened by cutting. Therefore, the shape of the opening is a triangle composed of two (111) planes of the Si single crystal and a (100) plane which is a bonding surface. In this way, it is easy to form a filter by using crystal planes having a relatively low filter formation rate, that is, an etching rate, and the same orthogonal crystal planes, that is, by configuring a filter in a triangular shape. It is possible to obtain a filter with high accuracy.
【0093】尚、本実施例において、基板1に単結晶シ
リコンを用いているがゲルマニウムや単結晶酸化シリコ
ン(水晶)等、異方性エッチングが可能な材料であれば
何でもよい。単結晶シリコンは半導体材料として産業上
容易に手にすることができる材料であるし、水晶や、ゲ
ルマニウム等は高い純度の結晶を得ることができ更に高
精度の加工が可能である。In the present embodiment, single crystal silicon is used for the substrate 1, but any material such as germanium or single crystal silicon oxide (quartz) that can be anisotropically etched may be used. Single-crystal silicon is a material that can be easily obtained as a semiconductor material in the industry, and quartz, germanium, and the like can obtain crystals of high purity and can be processed with higher precision.
【0094】以下に、複数組のインク流路のパターンを
1枚のウエーハ状のシリコン基板1に多数まとめて作成
し、基板2、基板3となる部材もまた、対応する位置と
数まとめて多数作成してこれを積層して接合した後、切
断して個々のインクジェットヘッドに分離して、インク
ジェットヘッドを製造する方法を説明する。In the following, a plurality of sets of ink flow path patterns are collectively formed on one wafer-shaped silicon substrate 1, and a large number of members to be the substrates 2 and 3 are also grouped together with the corresponding positions. A method for manufacturing an inkjet head will be described in which the inkjet head is manufactured, laminated and bonded, and then cut and separated into individual inkjet heads.
【0095】図14は、シリコン基板上に異方性エッチ
ングされた、複数組のインク流路パターンの内、後の工
程で、切断され個々のインクジェットヘッドに分離され
る箇所を示すパターン図である。分離されることになる
インクジェットヘッド10、10’は、パターン上、ノ
ズル4とフィルター部51が向かい合う様に配置され
る。基板2、3を接合後、隣り合うパターンの切り代t
a分を除去して、個々のインクジェットヘッドに分離す
る。フィルタ部51のパターンはtb分、切り代taと
重複し、ノズル4部のパターンは、tc分、切り代ta
と重複している。FIG. 14 is a pattern diagram showing a portion of a plurality of sets of ink flow path patterns anisotropically etched on a silicon substrate, which are cut and separated into individual ink jet heads in a later step. . The inkjet heads 10 and 10 ′ to be separated are arranged so that the nozzle 4 and the filter unit 51 face each other on the pattern. After joining the substrates 2 and 3, the cutting margin t of adjacent patterns
After removing a, the individual inkjet heads are separated. The pattern of the filter portion 51 overlaps with the cutting margin ta by tb, and the pattern of the nozzle 4 portion by tc, the cutting margin ta.
Overlaps with.
【0096】例えば、ダイシング加工によって、切断・
分離するときは、切り代taより若干幅の狭い砥石を用
いて、フィルタ部51側を基準に個々のインクジェット
ヘッドに分離した後、ノズル4部を研磨し、撥水処理等
の後処理を行う。For example, by dicing, cutting / cutting
At the time of separation, a grindstone slightly narrower than the cutting allowance ta is used to separate the individual inkjet heads based on the filter section 51 side, and then the nozzle 4 section is polished and post-treatment such as water repellent treatment is performed. .
【0097】このような方法によれば、多くのインクジ
ェットヘッドを一度に作成できるので、容易に且つ安価
にインクジェットヘッドを製造することが可能となる。
この場合、フィルタ51の開口部の面積はヘッドの外部
に対して最も狭くしてあるため、フィルタ溝部を切断し
てヘッドを製造することにより、異物が製造上の取り扱
いでヘッド内に侵入することを防止する事が可能とな
る。これにより、インクジェットヘッドの製造不良を低
減させ更に多くのインクジェットヘッドを得ることがで
きるようになる。即ち製造歩留まりを向上させることが
可能となる。According to such a method, many ink jet heads can be produced at one time, so that it becomes possible to easily and inexpensively produce ink jet heads.
In this case, since the area of the opening of the filter 51 is the smallest with respect to the outside of the head, the filter groove is cut to manufacture the head, so that foreign matter may enter the head during handling during manufacturing. Can be prevented. As a result, manufacturing defects of the inkjet head can be reduced and more inkjet heads can be obtained. That is, the manufacturing yield can be improved.
【0098】上述の切断工程における切断加工はダイシ
ングによる研削切断でも、スクライブ(溝形成)後ブレ
ークする切断方法でも、レーザによるスクライブ切断
や、ウオータジェットによる切断加工でもよい。ダイシ
ングによる研削切断であれば、比較的精度良く切断する
ことが可能である。特にダイシングではフィルタ51の
長さを精度よく確保する事が可能である。また、スクラ
イブ後ブレークする方法は、最も容易で、短時間に切断
できる切断方法であり、大量生産向きである。レーザ加
工では、切断時の切り屑が発生せず、製造上の詰まりを
発生する確率が低く、更に、ウオータジェットによる切
断加工では熱の影響を受け難いといった利点を有してい
る。The cutting process in the above cutting step may be grinding cutting by dicing, a cutting method of breaking after scribing (groove formation), scribing cutting by laser, or cutting process by water jet. Grinding cutting by dicing enables relatively accurate cutting. Particularly in dicing, the length of the filter 51 can be accurately ensured. Further, the method of breaking after scribing is the easiest cutting method capable of cutting in a short time and is suitable for mass production. Laser processing has the advantages that no chips are generated during cutting, the probability of clogging during manufacturing is low, and that cutting processing using a water jet is less susceptible to heat.
【0099】何れの切断加工方法であっても、フィルタ
52をエッチングで形成された溝を接合後、最終的に切
断加工により形成することにより、得られる所の効果に
相違はない。Whichever cutting method is used, there is no difference in the effect obtained by finally forming the filter 52 by cutting after joining the grooves formed by etching.
【0100】[0100]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、異物
流入による流路の詰まりを防止し、ドット抜けがなくて
信頼性の高いインクジェットヘッドを得ることができ
る。As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a highly reliable ink jet head which prevents clogging of the flow path due to inflow of foreign matter and is free from missing dots.
【0101】更に、インク流路間の圧力干渉やインクの
供給不足がなく安定したインク吐出が可能で、良好な印
刷品質が得られるインクジェットヘッド及びインクジェ
ット記録装置を提供することが可能である。Further, it is possible to provide an ink jet head and an ink jet recording apparatus which can stably eject ink without pressure interference between ink flow paths and insufficient supply of ink and which can obtain good print quality.
【0102】又、更に、容易に製造可能であり、安価
で、寸法精度や品質の高いインクジェットヘッドが得ら
れるといった効果を有する。Further, there is an effect that an ink jet head which can be easily manufactured, is inexpensive, and has high dimensional accuracy and high quality can be obtained.
【図1】本発明の実施例のインクジェットヘッドの分解
斜視図。FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例のインクジェットヘッドの斜視
図。FIG. 2 is a perspective view of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施例のインクジェットヘッドの断面
側面図。FIG. 3 is a sectional side view of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施例のインクジェットヘッドの基板
の平面部分拡大図。FIG. 4 is a partially enlarged plan view of a substrate of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施例のインクジェットヘッドのイン
ク吐出動作を示す断面側面図。FIG. 5 is a sectional side view showing an ink discharge operation of the inkjet head according to the embodiment of the present invention.
【図6】図5に示したインクジェットヘッドの振動板と
個別電極に与える電圧の状態を示す説明図。6 is an explanatory diagram showing a state of voltage applied to a diaphragm and individual electrodes of the inkjet head shown in FIG.
【図7】本発明の実施例のインクジェットヘッドにおい
て、各インク流路の流路定数を説明する説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating flow channel constants of respective ink flow channels in the inkjet head according to the embodiment of the present invention.
【図8】本発明の他の実施例のインクジェットヘッドの
平面図。FIG. 8 is a plan view of an inkjet head according to another embodiment of the present invention.
【図9】図8のインクジェットヘッドの断面図。9 is a sectional view of the inkjet head of FIG.
【図10】本発明の実施例のインクジェットヘッドを搭
載したプリンタの概要図。FIG. 10 is a schematic diagram of a printer equipped with an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
【図11】本発明の実施例のインクジェットヘッドの基
板の製造過程を示す断面図。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the process of manufacturing the substrate of the inkjet head according to the embodiment of the present invention.
【図12】本発明の実施例のインクジェットヘッドのフ
ィルタの開孔部拡大図。FIG. 12 is an enlarged view of the opening portion of the filter of the inkjet head according to the embodiment of the present invention.
【図13】本発明の実施例のインクジェットヘッドの基
板フィルタ部の部分斜視図。FIG. 13 is a partial perspective view of the substrate filter portion of the inkjet head according to the embodiment of the present invention.
【図14】シリコン基板上に異方性エッチングされた、
複数組のインク流路パターンを示すパターン図である。FIG. 14 is anisotropically etched on a silicon substrate,
It is a pattern diagram which shows a plurality of sets of ink flow path patterns.
1・・・基板 4・・・ノズル孔 5・・・振動板 6・・・吐出室(圧力発生部) 7・・・オリフィス(インク供給路) 8・・・リザーバ(インク供給部) 52・・・フィルター 1 ... Substrate 4 ... Nozzle hole 5: Vibration plate 6 ... Discharge chamber (pressure generator) 7 ... Orifice (ink supply path) 8 ... Reservoir (ink supply unit) 52 ... Filter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽片 忠明 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 (72)発明者 宮下 育宏 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 (56)参考文献 特開 平5−193134(JP,A) 特開 平2−89648(JP,A) 特開 平5−50601(JP,A) 特開 平6−47917(JP,A) 特開 平2−277646(JP,A) 特開 昭62−8316(JP,A) 特開 昭60−147346(JP,A) 特開 昭57−116656(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/16 B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/175 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tadaaki Hakata 3-3-5 Yamato, Suwa City, Nagano Seiko Epson Corporation (72) Inventor Ikuhiro Miyashita 3-5 Yamato, Suwa City, Nagano Prefecture In Seiko Epson Corporation (56) Reference JP 5-193134 (JP, A) JP 2-89648 (JP, A) JP 5-50601 (JP, A) JP 6-47917 (JP, A) JP-A-2-277646 (JP, A) JP-A 62-8316 (JP, A) JP-A 60-147346 (JP, A) JP-A 57-116656 (JP, A) (JP 58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/16 B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/175
Claims (18)
連通し、各々独立した吐出室と、該吐出室に連通する共Communication, each independent discharge chamber, and
通インク室と、該共通インク室と前記吐出室を結ぶオリAn ink passage chamber and an orientation connecting the common ink chamber and the ejection chamber
フィスと、前記共通インク室へインクを供給する供給口Fice and a supply port for supplying ink to the common ink chamber
側に形成された複数の溝からなるフィルタと、前記吐出A filter including a plurality of grooves formed on the side, and the discharge
室内の各々に圧力を発生させる圧力発生手段とを具備すPressure generating means for generating pressure in each of the chambers
るインクジェットヘッドと、Inkjet head, 該圧力発生手段を選択的に駆動し、前記ノズルからインThe pressure generating means is selectively driven to drive the pressure from the nozzle.
ク滴を吐出させる駆動手段とを有するインクジェット記Inkjet recording device having a driving unit for discharging droplets
録装置において、In the recording device, 前記フィルタを構成する複数の溝の各々が、前記ノズルEach of the plurality of grooves forming the filter is the nozzle.
孔の断面積より小さな断面積を有し、前記フィルタのイIt has a smaller cross-sectional area than the cross-sectional area of the holes and
ナータンスが、前記ノズル孔から前記オリフィスまでのNartance from the nozzle hole to the orifice
イナータンスの5分の1以下であることを特徴とするイLess than one-fifth of inertance
ンクジェット記録装置。Recording device.
において、前記フィルタの流路抵抗が、前記ノズルからIn, the flow path resistance of the filter from the nozzle
前記オリフィスまでの流路抵抗の4分の1以下であるこIt should be 1/4 or less of the flow resistance to the orifice.
とを特徴とする請求項1記載のインクジェット記録装An ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein
置。Place
録装置において、In the recording device, 前記吐出室の一部、前記共通インク室の一部、前記オリPart of the discharge chamber, part of the common ink chamber,
フィスの一部を形成する各溝と、前記フィルタを構成すConstituting the grooves with each groove forming a part of the fiss
る複数の溝とが、第1の面に形成された異方性結晶基板An anisotropic crystal substrate having a plurality of grooves formed on the first surface
と、When, 前記異方性結晶基板の第1の面と接合され、前記各溝とIs bonded to the first surface of the anisotropic crystal substrate,
共に前記吐出室、前記共通インク室、前記フィルタをそBoth the discharge chamber, the common ink chamber, and the filter are
れぞれ形成する蓋基板とを有することを特徴とするインAnd a lid substrate formed respectively.
クジェット記録装置。Cudget recording device.
可撓性とした事を特徴とする請求項1乃至3記載のイン
クジェット記録装置。4. The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein at least one wall surface of the common ink chamber is made flexible.
コンであることを特徴とする請求項3記載のインクジェ
ットヘッド。5. The ink jet head according to claim 3, wherein the anisotropic crystal material of the substrate is single crystal silicon.
録装置において、 前記圧力発生手段が、前記吐出室の壁面の一部に設けら
れた振動板と、該振動板に対して所定の空隙を有して対
向する電極とを有する静電アクチュエータであり、 前記駆動手段が、前記静電アクチュエータに、パルス電
圧を印加して得られる静電気力によって前記振動板を変
形させる駆動手段であることを特徴とするインクジェッ
ト記録装置。6. The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein the pressure generating unit has a vibration plate provided on a part of a wall surface of the discharge chamber and a predetermined gap with respect to the vibration plate. And an electrostatic actuator having electrodes facing each other, wherein the driving unit is a driving unit that deforms the diaphragm by an electrostatic force obtained by applying a pulse voltage to the electrostatic actuator. Inkjet recording device.
録装置において、 前記圧力発生手段が、前記吐出室の壁面の一部に設けら
れた振動板と、該振動板に固着された圧電素子からな
り、前記駆動手段が、該圧電素子に電気パルスを印加す
ることによって前記振動板を変形させる駆動手段からな
ることを特徴とするインクジェット記録装置。7. The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein the pressure generating means includes a vibration plate provided on a part of a wall surface of the discharge chamber, and a piezoelectric element fixed to the vibration plate. The ink jet recording apparatus, wherein the driving means includes driving means for deforming the diaphragm by applying an electric pulse to the piezoelectric element.
録装置において、 前記圧力発生手段が、前記吐出室の内部に設けられた発
熱素子であり、前記駆動手段が、該発熱素子に電気パル
スを印加することによって、前記吐出室内に発生する気
化圧力により前記ノズル孔からインク液滴を吐出させる
駆動手段であることを特徴とするインクジェット記録装
置。8. The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein the pressure generating means is a heating element provided inside the discharge chamber, and the driving means applies an electric pulse to the heating element. By doing so, the ink jet recording apparatus is a driving unit that ejects ink droplets from the nozzle holes by vaporizing pressure generated in the ejection chamber.
連通し、各々独立した吐出室と、該吐出室に連通する共Communication, each independent discharge chamber, and
通インク室と、該共通インク室と前記吐出室を結ぶオリAn ink passage chamber and an orientation connecting the common ink chamber and the ejection chamber
フィスと、前記共通インク室へインクを供給する供給口Fice and a supply port for supplying ink to the common ink chamber
側に設けられたフィルタと、前記吐出室内の各々に圧力Side filter and pressure in each of the discharge chamber
を発生させる圧力発生手段とを具備するインクジェットInkjet comprising pressure generating means for generating
ヘッドの製造方法において、In the method of manufacturing the head, 前記吐出室の一部、前記共通インク室の一部、前記オリPart of the discharge chamber, part of the common ink chamber,
フィスの一部を形成する各溝とを異方性結晶基板の第1The first and second grooves of the anisotropic crystal substrate are formed with the grooves forming a part of the fiss.
面上に異方性エッチングする工程と、A step of anisotropically etching the surface, 前記圧力発生手段を前記吐出室に付設する工程と、Attaching the pressure generating means to the discharge chamber, 蓋基板を前記異方性結晶基板の第1面に接合することにBonding the lid substrate to the first surface of the anisotropic crystal substrate
より、前記各溝の縁を封止すると共に、前記吐出室、前The edge of each groove is sealed with the discharge chamber,
記共通インク室、前記オリフィスを形成する工程とを有Common ink chamber, the step of forming the orifice
し、Then 前記異方性エッチング工程は、更に、前記フィルタのイThe anisotropic etching step further comprises the steps of:
ナータンスが、前記ノズル孔から前記オリフィスまでのNartance from the nozzle hole to the orifice
イナータンスの5分の1以下になるように、前記フィルThe fill should be less than one fifth of inertance
タを構成する複数の溝を、前記異方性結晶基板の第1面The plurality of grooves forming the first surface of the anisotropic crystal substrate.
上に異方性エッチングして形成することを特徴とするイA. Characterized by being formed by anisotropic etching on top
ンクジェットヘッドの製造方法。Method for manufacturing a jet jet head.
基板の前記第1面に、エッチング液による腐食を防止す
るエッチング防止膜を均一に形成した後に、前記各溝を
描く輪郭内のエッチング防止膜を除去することによりマ
スクパターンを形成する工程を有し、前記フィルタを構
成する複数の溝を描く輪郭の幅が、他の溝を描く輪郭の
幅よりも狭いことを特徴とするインクジェットヘッドの
製造方法。10. The etching according to claim 9, wherein an etching prevention film for preventing corrosion by an etching solution is uniformly formed on the first surface of the substrate made of the anisotropic material, and then etching is performed within the contours of the grooves. There is a step of forming a mask pattern by removing the prevention film, and the filter is constructed.
A method of manufacturing an inkjet head, wherein a width of a contour that forms a plurality of formed grooves is narrower than a width of a contour that forms another groove.
あって、前記マスクパターンが前記シリコン基板の(1
00)面に形成されることを特徴とする請求項10記載
のインクジェットヘッドの製造方法。11. The anisotropic crystal substrate is a silicon substrate, and the mask pattern is (1) of the silicon substrate.
The ink-jet head manufacturing method according to claim 10, wherein the ink-jet head is formed on the (00) surface.
酸化膜であることを特徴とする請求項10記載のインク
ジェットヘッドの製造方法。12. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 10, wherein the etching prevention film is a thermal oxide film of silicon.
結晶基板に、複数組の各溝を異方性エッチングし、他の
基板を接合した後、少なくとも前記フィルタを構成する
複数の溝の一部分に相当する箇所を切断することによ
り、個々のインクジェットヘッドに切断分離することを
特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。13. The filter according to claim 9, wherein a plurality of sets of grooves are anisotropically etched in one anisotropic crystal substrate, and another substrate is bonded, and then at least the filter is formed.
A method for manufacturing an inkjet head, characterized in that the inkjet head is cut and separated into individual inkjet heads by cutting a portion corresponding to a part of a plurality of grooves .
部分に相当する箇所を切断する方法が、ダイシングによ
る研削切断であることを特徴とする請求項13記載のイ
ンクジェットヘッドの製造方法。14. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 13, wherein the method of cutting a portion corresponding to a part of the plurality of grooves forming the filter is grinding cutting by dicing.
部分に相当する箇所を切断する方法が、スクライブ後に
ブレークする方法であることを特徴とする請求項13記
載のインクジェットヘッドの製造方法。15. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 13, wherein the method of cutting a portion corresponding to a part of the plurality of grooves forming the filter is a method of breaking after scribing.
部分を切断する方法が、レーザによるスクライブ切断で
あることを特徴とする請求項13記載のインクジェット
ヘッドの製造方法。16. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 13, wherein the method of cutting a part of the plurality of grooves forming the filter is scribe cutting with a laser.
の製造方法において、前記圧力発生手段を前記吐出室に
付設する工程が、 絶縁体基板上に電極を形成する工程と、 前記吐出室の壁面の底部に設けられた振動板に対して、
前記電極が所定の空隙を有して対向するように、前記絶
縁体基板を前記異方性材料基板の第1面とは反対側の第
2の面に接合する工程からなることを特徴とするインク
ジェットヘッドの製造方法。17. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 9, wherein the step of providing the pressure generating means in the discharge chamber includes a step of forming an electrode on an insulating substrate, and a bottom portion of a wall surface of the discharge chamber. For the diaphragm provided in
It is characterized by comprising a step of bonding the insulator substrate to a second surface of the anisotropic material substrate opposite to the first surface so that the electrodes face each other with a predetermined gap. Inkjet head manufacturing method.
の製造方法において、前記圧力発生手段を前記吐出室に
付設する工程が、前記吐出室の壁面の一部に設けられた
振動板に圧電素子を貼着する工程であることを特徴とす
るインクジェットヘッドの製造方法。18. The method of manufacturing an inkjet head according to claim 9, wherein the step of attaching the pressure generating means to the discharge chamber includes attaching a piezoelectric element to a vibration plate provided on a part of a wall surface of the discharge chamber. A method for manufacturing an inkjet head, which is a step of wearing.
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