JP3552854B2 - インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法、より詳細には、記録を必要とする時だけ記録液滴を吐出して記録紙に記録するインクジェット、特に、静電力を利用した振動板の変形によるインクジェット記録ヘッドの構造およびその製造方法に関し、プリンター，プロッター，複写機等に用いて好適なインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オンデマンド型インクジェットとしては、加圧室の壁の一部に電気機械変換素子としての圧電材料を配置し、圧電素子への電圧印加に伴う加圧室の圧力変化によりインクを吐出する方式（ピエゾオンデマンド型）や、加圧室内部に発熱体を配置し、発熱体への通電により気泡を発生し、気泡の圧力によりインクを吐出させる方式（バブルジェット方式）が広く知られている。
【０００３】
また、これらの方式が有する課題を解決するため、すなわち、装置の小型化、高密度化、高速印字、印字品質の向上、および、信頼性の向上を目的として、加圧室の壁の一部を構成する振動板を静電力により変形させ、この振動板の変形に伴う加圧室の圧力変化によりインクを吐出する静電力型インクジェットが提供されている。
【０００４】
静電力型インクジェットの振動板の変位、加圧室容積の変化について考える。四辺が固定された振動板（短辺の長さをａ，長辺の長さをｂ，厚さをｈとする）が所定のギャップｔをもって基板に対向して配置された状態を考え、この２枚の平行平板に電圧Ｖを印加すると、平行平板間には力ｆが働く。その力ｆは、
ｆ＝０．５×ε０×εｓ×Ｖ２／ｔ２
で表わされる。ここで、ε０，εｓは、それぞれ真空の誘電率および平行平板間の物質の比誘電率を示す。
【０００５】
基板は十分な剛性があるため、変形しないと仮定すると、この力ｆにより、振動板のみが変形する。その最大変位量δは、
δ＝ε０×（ａ／２）４×（１−ν２）×Ｖ２／（４×Ｅ×ｈ３×ｔ２）
で表わされる。ここで、ν，Ｅは、それぞれ振動板のポアソン比およびヤング率を示す。
【０００６】
また、この変位により、インク吐出に寄与する振動板の変化に伴う加圧室の容積変化Ｗが得られる。その容積変化Ｗは、
Ｗ＝８×ａ×ｂ×δ／１５
で表わされる。
【０００７】
これらの結果から、容積変化Ｗは、ａの５乗、ｂの１乗、Ｖの２乗に比例し、ｈの３乗、ｔの２乗に反比例することになる。ところで、ａは振動板の短辺長であり、これを長くすることは、複数個の加圧室の間隔、すなわち、ノズル集積度を低くし、さらにはヘッド全体の寸法を大きくすることになる。ｈは振動板の板厚であり、これをあまり小さくすると、振動板の剛性が低くなり、インク加圧時の圧力発生に伴う反力により、振動板の十分な変位が得られない結果となる。
【０００８】
オンデマンド型インクジェットとして、例えば、次のようなものが開示されている。
【０００９】
（１）特開平５−５０６０１号公報に開示されたものは、シリコンからなる中基板にエッチングにより、ノズル，吐出室，インクキャビティーおよび振動板を形成する凹部を一体的に形成し、インク供給口を有する上基板と、中基板の凹部に対応して電極が設けられた下基板とを接合することにより、ヘッドを構成し、振動板と電極間への電圧印加によりインクを吐出するというものである。
【００１０】
（２）特開平６−７１８８２号公報に開示されたものは、低電圧駆動を目的としたもので、振動板と電極の間隔を０．０５μｍ以上２．０μｍ以下とし、この微小間隔を、中基板の凹部と下基板間、下基板の凹部と中基板間、中基板と下基板に設けられた酸化膜間、および、下基板の感光性樹脂と中基板間等に形成するというものである。
【００１１】
（３）特公平４−５２２１４号公報に開示されたものは、高誘電率を有する液体インクを満たし、一方に基板と、反対側に振動板を設け、各々に電極を設けた圧力室と、圧力室に連通するノズルを備え、基板と振動板間の電極に電圧を印加し、圧力室の容積を変化させてインクを吐出するというものである。
【００１２】
（４）特開平２−２８９３５１号公報に開示されたものは、振動部材となる第一電極と、流路外に第１電極と対向して配置された第２電極を設け、比誘電率の高い物質を充填し、第１，第２電極間への電圧印加でインクを吐出させるというものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開平６−７１８８２号公報に開示されたものは、上述のような微小ギャップの作成として、マイクロマシーニングで知られる微細加工技術を用いれば、技術的には可能であるが、インクジェットヘッドを量産するという観点からは、６または８インチのシリコンウエハーから、複数個のヘッドを得る必要があり、上記ギャップを精度良く、かつ、バラツキを少なく作成することは困難である。
【００１４】
また、上記特公平４−５２２１４号公報に開示されたものは、高誘電率を有する液体インクを用いるため、比較的低電圧でインクの吐出が可能であること、ギャップを比較的大きく作成できると言う長所がある反面、インクそのものの比誘電率を高くする必要があり、インク絶縁性，カラー化，乾燥性，価格等の点で実用的とは言えない欠点を有している。
【００１５】
さらに、上記特開平２−２８９３５１号公報に開示されたものは、第２電極が流路外に配置されるため、上記のインク組成に対する欠点は解決できる。しかし、低電圧での駆動を可能にするには、比誘電率の高い物質を用いても第１，第２電極間のギャップを小さくする必要があり、特に比誘電率の高い物質の粘性が高い場合には、均一に充填するために充填方法に特別な装置等が必要である。
【００１６】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、振動板と基板の間に比誘電率の高い物質を容易、かつ、均一に充填することが可能で、しかも低電圧で駆動することが可能なインクジェット記緑ヘッドを提供することを目的としてなされたものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加によって前記第１の振動板を変位させ、前記電圧印加をオフした時の前記第１の振動板の剛性にともなう復元力により前記加圧室の圧力を上昇させることにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ギャップに連通する充填室を前記基板の一部に設けたことを特徴としたもので、ギャップおよび充填室に比誘電率の高い物質を容易に、かつ、均一に充填することができ、また、比較的容易に製作することができるギャップにより、低電圧によるインク吐出ができるようにしたものである。
【００１８】
請求項２の発明は、第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加による前記第１の振動板の変位に伴って、前記充填材を介して前記加圧室の圧力が上昇することにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ギャップに連通する充填室を前記基板の一部に設け、該充填室を狭んで前記振動板に対向する位置に配設され、かつ、前記充填室と前記加圧室との境界に配設された第２の振動板を有することを特徴としたもので、ギャップおよび充填室に比誘電率の高い物質を密閉することにより、静電引力による振動板変形に伴うインク吐出をすることができ、駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がり時間の調整により、サテライトの少ないインク吐出ができるようにしたものである。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第２の振動板が、前記記録液体とほぼ同等の音響インピーダンスを有することを特徴としたもので、低電圧駆動でサテライトの少ないインク吐出ができるようにしたものである。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項１あるいは２の発明において、前記第１の振動板と前記充填室とを、前記基板に一体的に形成したことを特徴としたもので、振動部材と基板間の直接接合時の高温による振動板の変形や、陽極接合時の電極破損等の接合時の問題を避けることができるようにしたものである。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記第１の振動板を補強するための補強部材を前記第１の振動板に一体的に形成したことを特徴としたもので、絶縁膜や電極等のスパッタ法等による膜形成において、膜厚を薄くすることにより、製作時間を短縮することができ、接合などの工程を必要としないで、エレクトロフォーミング法により、短時間に所望の膜厚を一体的に得ることができるようにしたものである。
【００２２】
請求項６の発明は、第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加によって前記第１の振動板を変位させ、前記電圧印加をオフした時の前記第１の振動板の剛性にともなう復元力により前記加圧室の圧力を上昇させることにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記基板を製作するための基板に、前記ギャップを形成するための犠牲層と、第１の絶縁層と、前記第１の電極と、第２の絶縁層とを順次積層した後、前記犠牲層を除去することにより、前記ギャップを形成することを特徴としたもので、振動部材と基板間の直接接合時の高温による振動板の変形や、陽極接合時の電極破損等の接合時の問題を避けることができるようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるインクジェット記録ヘッドの一実施例を説明するための図で、図中、１は基板、２は振動部材、３はノズルプレート、３ａはノズル、４は蓋部材、５は充填室、６は加圧室、７は第１振動板、８は第１電極、９は第２電極、Ｇはギャップ、Ｖは印加電圧である。
【００２４】
図１に示した実施例は、ＫＯＨ等による異方性エッチングにより面方位（１００）のＳｉ単結晶からなる振動部材２に加圧室６と第１振動板７を形成し、周知の方法によりＮｉ，Ａｌ等の金属からなる第１電極８を第１振動板７の加圧室６に対して対側に膜形成し、他方、エッチングによりパイレックス（Ｒ）ガラスからなる基板１にギャップとなる微小間隔を形成し、第２電極９を膜形成した後、基板１の反対側からエッチングで充填室５を形成し、続いて、振動部材２と基板１をＳｉ、ガラスの陽極接合で接合し、ギャップＧ及び充填室５に比誘電率の高い液体を充填して蓋部材４により密閉したもので、第１電極８と第２電極９の間に電圧Ｖを印加して第１振動板７を基板１側に変形させ、電圧ＶをＯＦＦにした時の第１振動板７の剛性にともなう復元力により、加圧室６内のインクを加圧して、ノズル３ａよりインク液滴を吐出するようにしたものである。
【００２５】
請求項１の発明は、図１に示したように、Ｓｉの異方性エッチングにより振動部材２に薄い第１振動板７を形成し、基板１にギャップを形成してその各々を接合することにより、均一なギャップＧを得ると共に、Ｓｉの異方性エッチングにより、基板１の一部に基板１と第１振動板７の間のギャップに連通する比誘電率の高い物質を充填するための充填室５を形成し、比誘電率の高い物質を均一に充填して、第１振動板７と基板１に設けられた電極８，９間への電圧Ｖの印加により、第１振動板７の変形の復帰時に第１振動板７に隣接して設けた加圧室６の圧力変化により、インクを吐出するようにしたものである。特に、ギャップＧに連通する充填室５を基板１の一部に設けたので、ギャップＧおよび充填室５に比誘電率の高い物質を容易に、かつ、均一に充填することができ、比較的容易に製作することができるギャップにより、低電圧によるインク吐出が可能である。
【００２６】
図１に示した実施例に基づいて、以下に示すように、インクジェット記録ヘッドを製作し、その能力を確認した。
【００２７】
板厚２００μmで面方位（１００）のＳｉ単結晶から、短辺長さ３００μm，長辺長さ３０００μm、厚さ１５μmの第１振動板７を異方性エッチングで形成し、Ｎｉの第１電極８を形成した。他方、板厚１mmのパイレックス（Ｒ）ガラス（＃７７４０）から２μmと３μmのギャップＧを２種類作成し、充填室５およびＮｉの第２電極９を形成し、第１振動板７と基板１を温度４００℃、電圧５００Ｖの条件で陽極接合した。また、ギャップＧ及び充填室５には比誘電率が約１００のホルムアミドを充填し、ステンレス製の蓋部材４で、微小な大気開口を設けて密閉し、加圧室６には、インク容器（図示せず）より、粘度１.５c.pの水性インクを導くと共に、板厚４０μmのエレクトロフォーミングで作成したＮｉノズルプレート３を接合した。
【００２８】
上記２μｍと３μｍのギャップＧに対して、各々４７Ｖと７０Ｖの電圧を第１および第２電極８，９の間に印加することにより、ノズル径３０μｍのノズル３ａから、直径３５μｍのインク液滴が速度６ｍ／ｓで吐出することが確認され、これにより、実用的なギャップ間隔で比較的低電圧によるインク吐出が可能であることが確認された。
【００２９】
図２は、本発明によりインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図で、図中、１０は第２振動板、１１は液室部材で、その他、図１と同じ作用をする部分には、図１と同じ符号が付してある。
【００３０】
図２の示した実施例は、図１に示した実施例と同様に振動部材２，基板１，充填室５，第１および第２電極８，９を形成し、比誘電率の高い液体を基板１側から充填して、第２振動板１０で密閉し、第２振動板１０には液室部材１１およびノズルプレート３を接合したもので、第１電極８と第２電極９の間に電圧Ｖを印加し、第１振動板７を基板１側に変形させて、このとき発生する圧力波が第２振動板１０に伝播し、加圧室６内のインクを加圧し、ノズル３ａよりインク液滴を吐出するようにしたものである。
【００３１】
請求項２の発明は、図２に示したように、図１に示した実施例と同様な方法により、第１振動板７，ギャップ，充填室５を形成し、ギャップとは反対側に加圧室６が隣接して設けられた第２振動板１０を設け、第１振動板７と基板１に設けられた電極８，９間への電圧印加により、第１振動板７の変形に伴う加圧室６の圧力変化によりインクを吐出するようにしたものである。
【００３２】
図２に示した実施例を基づいて、以下に示すように、インクジェット記録ヘッドを製作し、その能力を確認した。
【００３３】
図１に示した実施例と同様な方法により、第１振動板７，ギャップ，充填室５，第１および第２電極８，９を形成し、充填室５にホルムアミドを充填後、充填室５の開口部を板厚５μｍのエレクトロフォーミングで製作したＮｉ板を接着剤により接合することにより第２振動板１０とし、ステンレスからなる液室部材１１をエッチングして加圧室６を形成し、ノズルプレート３は図１に示した実施例と同様に形成して、各々の部材を接着剤で接合した。
【００３４】
図１に示した実施例と同様に２μｍと３μｍのギャップＧに対して、直径３５μｍのインク液滴が吐出する電圧を求めたところ、各々、６０Ｖおよび８６Ｖであった。図１に示した実施例の場合に比べ、若干高い駆動電圧を必要としたが、駆動電圧の立ち上げおよび立ち下げ時間を調整することにより、サテライト発生が少ない条件が容易に得られることがわかった。
【００３５】
図３は、本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図で、図中、１２はゴムで、その他、図１あるいは図２と同じ作用をする部分には、図１あるいは図２と同じ符号が付してある。
【００３６】
図３に示した実施例は、図２に示した実施例において、第２振動板１０により、比誘電率の高い物質を密閉する替わりに、音響インピーダンスがインクに近い材料を充填室５に充填し、インクの反射に伴う損出を防止したもので、この材料として、ＲＴＶゴム１２を充填したものである。
【００３７】
図２に示した実施例と同様な評価を行ったところ、２μｍと３μｍのギャップＧに対して、直径３５μｍのインク液滴が吐出する電圧を求めたところ、各々、５０Ｖおよび７５Ｖであり、図１に示した実施例に近い結果が得られた。
【００３８】
請求項３の発明は、図３に示したように、低電圧駆動を目的として、インクと同等の音響インピーダンスを有するゴム１２を充填室５に充填したものである。
【００３９】
図４は、本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図で、図中、１３は熱酸化膜、１４は犠牲層、１５，１７は絶縁膜、１６は電極で、その他、図１乃至図３と同じ作用をする部分には、図１乃至図３と同じ符号が付してある。
【００４０】
図４に示した実施例は、一枚の基板１に第１振動板７，ギャップＧ，充填室５，電極１６を一体的に構成するようにしたもので、先ず、図４（Ａ）に示したように、熱酸化膜１３の付いた、低抵抗で面方位（１００）のＳｉ単結晶からなる基板１に金属または酸化膜からなり、エッチングによりプロセスの最後に選択的に除去できる犠牲層１４を周知の膜形成法により形成し、続いて、図４（Ｂ）に示したように、犠牲層１４の上に、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等からなる絶縁膜１５と、Ｎｉ，Ａｌ等の金属からなる電極１６と、同じく絶縁膜１７を膜形成法により順次形成し、最後に、図４（Ｃ）に示したように、基板１の裏側から、Ｓｉ異方性エッチングにより、充填室５を形成し、さらに、熱酸化膜１３をエッチング後に、犠牲層１４を選択的にエッチングすることにより、ギャップＧを形成し、ステンレスからなる液室部材１１と、エレクトロフォーミングで作成したＮｉノズルプレート３を接着材により接合し、基板１の充填室５に比誘電率の高い物質を充填して、ふた部材４により密閉したものである。
【００４１】
請求項４の発明は、図４に示したように、Ｓｉ基板１上に犠牲層１４，絶縁膜１５，電極１６，絶縁膜１７を、順次、膜形成して振動部材を形成し、Ｓｉ基板１の裏から犠牲層１４を除去することにより、ギャップＧを形成し、このギャップＧに比誘電率の高い物質を充填するようにしたものである。
【００４２】
図４に示した実施例に基づいて、以下に示すように、インクジェット記録ヘッドを製作し、その能力を確認した。
【００４３】
板厚２００μｍで熱酸化膜１３の付いた面方位（１００）のＳｉ基板１に、短辺長さ３００μｍ，長辺長さ３０００μｍ，厚さ３μｍのＡｌを犠牲層１４として膜形成し、続いて、犠牲層１４の上に、絶縁膜１５として３μｍのＳｉＯ２、電極１６として４μｍのＮｉ、さらに、絶縁膜１７として３μｍのＳｉＯ２を、順次、膜形成し、Ｓｉ基板１の裏の熱酸化膜１３を除去してＫＯＨ異方性エッチングにより充填室５を形成すると共に、熱酸化膜１３およびＡｌの犠牲層１４を選択的にエッチングすることにより、第１振動板７と、充填室５を形成し、充填室５に比誘電率が約１００のホルムアミドを充填し、ステンレス製の蓋部材４で、微小な大気開口を設けて密閉し、液室部材１１はステンレスのエッチングで製作し、ノズルプレート３はエレクトロフォーミングで作成した板厚４０μｍのＮｉで作成し、各々の部材を接着剤で接合し、加圧室６に粘度１．５ｃ．ｐの水性インクをインク容器（図示せず）より充填した。
【００４４】
Ｓｉ基板１と電極１６間に５４Ｖの電圧を印加することにより、ノズル径３０μｍのノズル３ａから直径３５μｍのインク液滴が速度４ｍ／ｓで吐出することが確認された。また、この実施例では基板１上にギャップＧ，第１振動板７，電極１６，充填室５が低温で一体的に形成することができるため、従来、Ｓｉとガラスの陽極接合時に必要であった高温処理による振動板の変形がないこと、また、陽極接合時の電極短絡防止等が不要であること等のメリットがあることがわかった。
【００４５】
図５は、本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図で、図中、１８は補強部材で、その他、図１乃至図４と同じ作用をする部分には、図１乃至図４と同じ符号が付してある。
【００４６】
図５に示した実施例は、板厚２００μｍで熱酸化膜１３の付いた面方位（１００）のＳｉ基板１に、短辺長さ３００μｍ，長辺長さ３０００μｍ，厚さ３μｍのＡｌを犠牲層１４として膜形成し、続いて、犠牲層１４の上に、絶縁膜１５として０．５μｍのＳｉＯ２、電極１６として０．２μｍのＮｉ、さらに、絶縁膜１７として０．５μｍのＳｉＯ２を、順次、膜形成し、続いて、絶縁膜１７の上に０．１μｍのＮｉを膜形成し、エレクトロフォーミングにより、このＮｉ上に最終的なＮｉ厚さが１５μｍとなるように補強部材１８を形成したもので、このとき、Ｎｉ膜は第１振動板７の一部を除くようにパターニングし、実効的に第１振動板７の周囲の膜厚が薄くなるようにしたものである。
【００４７】
Ｓｉ基板１と電極１６間に５０Ｖの電圧を印加することにより、ノズル径３０μｍのノズル３ａから、直径３５μｍのインク液滴が速度７ｍ／ｓで吐出することが確認された。
【００４８】
なお、図４および図５に示した実施例では、Ｓｉ基板１と電極１６間に電圧Ｖを印加したが、Ｓｉ基板１にあらかじめ絶縁膜１５，電極１６，絶縁膜１７を、順次、膜形成しておくことにより、基板１の電極と第１振動板７の電極間へ電圧を印加することにより、インクを吐出することも可能である。
【００４９】
請求項５および６の発明は、図５に示したように、第１振動板７の剛性の増加、製作時間の短縮を目的として、第１振動板７に補強部材１８を一体的に付加したものである。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加によって前記第１の振動板を変位させ、前記電圧印加をオフした時の前記第１の振動板の剛性にともなう復元力により前記加圧室の圧力を上昇させることにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ギャップに連通する充填室を前記基板の一部に設けたので、ギャップおよび充填室に比誘電率の高い物質を容易に、かつ、均一に充填することができ、比較的容易に製作することができるギャップにより、低電圧によるインク吐出が可能である。
【００５１】
請求項２の発明は、第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加による前記第１の振動板の変位に伴って、前記充填材を介して前記加圧室の圧力が上昇することにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ギャップに連通する充填室を前記基板の一部に設け、該充填室を狭んで前記振動板に対向する位置に配設され、かつ、前記充填室と前記加圧室との境界に配設された第２の振動板を有するので、ギャップおよび充填室に比誘電率の高い物質を密閉することにより、静電引力による振動板変形に伴うインク吐出が可能となり、駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がり時間の調整により、サテライトの少ないインク吐出が可能である。
【００５２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第２の振動板が、前記記録液体とほぼ同等の音響インピーダンスを有するので、低電圧駆動でサテライトの少ないインク吐出が可能である。
【００５３】
請求項４の発明は、請求項１あるいは２の発明において、前記第１の振動板と前記充填室とを、前記基板に一体的に形成したので、振動部材と基板間のＳｉ同士の直接接合時の高温による振動板の変形や、Ｓｉとガラス間の陽極接合時の電極破損等の接合時の問題を避けることができる。
【００５４】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記第１の振動板を補強するための補強部材を前記第１の振動板に一体的に形成したので、絶縁膜や電極等のスパッタ法等による膜形成において、膜厚を薄くすることにより、製作時間を短縮することができ、接合などの工程を必要としないで、エレクトロフォーミング法により、短時間に所望の膜厚を一体的に得ることができる。
【００５５】
請求項６の発明は、第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加によって前記第１の振動板を変位させ、前記電圧印加をオフした時の前記第１の振動板の剛性にともなう復元力により前記加圧室の圧力を上昇させることにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記基板を製作するための基板に、前記ギャップを形成するための犠牲層と、第１の絶縁層と、前記第１の電極と、第２の絶縁層とを順次積層した後、前記犠牲層を除去することにより、前記ギャップを形成するので、振動部材と基板間のＳｉ同士の直接接合時の高温による振動板の変形や、Ｓｉとガラス間の陽極接合時の電極破損等の接電時の問題を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインクジェット記録ヘッドの一実施例を説明するための図である。
【図２】本発明によりインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図である。
【図３】本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図である。
【図４】本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図である。
【図５】本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…基板、２…振動部材、３…ノズルプレート、３ａ…ノズル、４…蓋部材、５…充填室、６…加圧室、７…第１振動板、８…第１電極、９…第２電極、１０…第２振動板、１１…液室部材、１２…ゴム、１３…熱酸化膜、１４…犠牲層、１５，１７…絶縁膜、１６…電極、１８…補強部材、Ｇ…ギャップ、Ｖ…印加電圧。
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法、より詳細には、記録を必要とする時だけ記録液滴を吐出して記録紙に記録するインクジェット、特に、静電力を利用した振動板の変形によるインクジェット記録ヘッドの構造およびその製造方法に関し、プリンター，プロッター，複写機等に用いて好適なインクジェット記録ヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オンデマンド型インクジェットとしては、加圧室の壁の一部に電気機械変換素子としての圧電材料を配置し、圧電素子への電圧印加に伴う加圧室の圧力変化によりインクを吐出する方式（ピエゾオンデマンド型）や、加圧室内部に発熱体を配置し、発熱体への通電により気泡を発生し、気泡の圧力によりインクを吐出させる方式（バブルジェット方式）が広く知られている。
【０００３】
また、これらの方式が有する課題を解決するため、すなわち、装置の小型化、高密度化、高速印字、印字品質の向上、および、信頼性の向上を目的として、加圧室の壁の一部を構成する振動板を静電力により変形させ、この振動板の変形に伴う加圧室の圧力変化によりインクを吐出する静電力型インクジェットが提供されている。
【０００４】
静電力型インクジェットの振動板の変位、加圧室容積の変化について考える。四辺が固定された振動板（短辺の長さをａ，長辺の長さをｂ，厚さをｈとする）が所定のギャップｔをもって基板に対向して配置された状態を考え、この２枚の平行平板に電圧Ｖを印加すると、平行平板間には力ｆが働く。その力ｆは、
ｆ＝０．５×ε０×εｓ×Ｖ２／ｔ２
で表わされる。ここで、ε０，εｓは、それぞれ真空の誘電率および平行平板間の物質の比誘電率を示す。
【０００５】
基板は十分な剛性があるため、変形しないと仮定すると、この力ｆにより、振動板のみが変形する。その最大変位量δは、
δ＝ε０×（ａ／２）４×（１−ν２）×Ｖ２／（４×Ｅ×ｈ３×ｔ２）
で表わされる。ここで、ν，Ｅは、それぞれ振動板のポアソン比およびヤング率を示す。
【０００６】
また、この変位により、インク吐出に寄与する振動板の変化に伴う加圧室の容積変化Ｗが得られる。その容積変化Ｗは、
Ｗ＝８×ａ×ｂ×δ／１５
で表わされる。
【０００７】
これらの結果から、容積変化Ｗは、ａの５乗、ｂの１乗、Ｖの２乗に比例し、ｈの３乗、ｔの２乗に反比例することになる。ところで、ａは振動板の短辺長であり、これを長くすることは、複数個の加圧室の間隔、すなわち、ノズル集積度を低くし、さらにはヘッド全体の寸法を大きくすることになる。ｈは振動板の板厚であり、これをあまり小さくすると、振動板の剛性が低くなり、インク加圧時の圧力発生に伴う反力により、振動板の十分な変位が得られない結果となる。
【０００８】
オンデマンド型インクジェットとして、例えば、次のようなものが開示されている。
【０００９】
（１）特開平５−５０６０１号公報に開示されたものは、シリコンからなる中基板にエッチングにより、ノズル，吐出室，インクキャビティーおよび振動板を形成する凹部を一体的に形成し、インク供給口を有する上基板と、中基板の凹部に対応して電極が設けられた下基板とを接合することにより、ヘッドを構成し、振動板と電極間への電圧印加によりインクを吐出するというものである。
【００１０】
（２）特開平６−７１８８２号公報に開示されたものは、低電圧駆動を目的としたもので、振動板と電極の間隔を０．０５μｍ以上２．０μｍ以下とし、この微小間隔を、中基板の凹部と下基板間、下基板の凹部と中基板間、中基板と下基板に設けられた酸化膜間、および、下基板の感光性樹脂と中基板間等に形成するというものである。
【００１１】
（３）特公平４−５２２１４号公報に開示されたものは、高誘電率を有する液体インクを満たし、一方に基板と、反対側に振動板を設け、各々に電極を設けた圧力室と、圧力室に連通するノズルを備え、基板と振動板間の電極に電圧を印加し、圧力室の容積を変化させてインクを吐出するというものである。
【００１２】
（４）特開平２−２８９３５１号公報に開示されたものは、振動部材となる第一電極と、流路外に第１電極と対向して配置された第２電極を設け、比誘電率の高い物質を充填し、第１，第２電極間への電圧印加でインクを吐出させるというものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開平６−７１８８２号公報に開示されたものは、上述のような微小ギャップの作成として、マイクロマシーニングで知られる微細加工技術を用いれば、技術的には可能であるが、インクジェットヘッドを量産するという観点からは、６または８インチのシリコンウエハーから、複数個のヘッドを得る必要があり、上記ギャップを精度良く、かつ、バラツキを少なく作成することは困難である。
【００１４】
また、上記特公平４−５２２１４号公報に開示されたものは、高誘電率を有する液体インクを用いるため、比較的低電圧でインクの吐出が可能であること、ギャップを比較的大きく作成できると言う長所がある反面、インクそのものの比誘電率を高くする必要があり、インク絶縁性，カラー化，乾燥性，価格等の点で実用的とは言えない欠点を有している。
【００１５】
さらに、上記特開平２−２８９３５１号公報に開示されたものは、第２電極が流路外に配置されるため、上記のインク組成に対する欠点は解決できる。しかし、低電圧での駆動を可能にするには、比誘電率の高い物質を用いても第１，第２電極間のギャップを小さくする必要があり、特に比誘電率の高い物質の粘性が高い場合には、均一に充填するために充填方法に特別な装置等が必要である。
【００１６】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、振動板と基板の間に比誘電率の高い物質を容易、かつ、均一に充填することが可能で、しかも低電圧で駆動することが可能なインクジェット記緑ヘッドを提供することを目的としてなされたものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加によって前記第１の振動板を変位させ、前記電圧印加をオフした時の前記第１の振動板の剛性にともなう復元力により前記加圧室の圧力を上昇させることにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ギャップに連通する充填室を前記基板の一部に設けたことを特徴としたもので、ギャップおよび充填室に比誘電率の高い物質を容易に、かつ、均一に充填することができ、また、比較的容易に製作することができるギャップにより、低電圧によるインク吐出ができるようにしたものである。
【００１８】
請求項２の発明は、第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加による前記第１の振動板の変位に伴って、前記充填材を介して前記加圧室の圧力が上昇することにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ギャップに連通する充填室を前記基板の一部に設け、該充填室を狭んで前記振動板に対向する位置に配設され、かつ、前記充填室と前記加圧室との境界に配設された第２の振動板を有することを特徴としたもので、ギャップおよび充填室に比誘電率の高い物質を密閉することにより、静電引力による振動板変形に伴うインク吐出をすることができ、駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がり時間の調整により、サテライトの少ないインク吐出ができるようにしたものである。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第２の振動板が、前記記録液体とほぼ同等の音響インピーダンスを有することを特徴としたもので、低電圧駆動でサテライトの少ないインク吐出ができるようにしたものである。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項１あるいは２の発明において、前記第１の振動板と前記充填室とを、前記基板に一体的に形成したことを特徴としたもので、振動部材と基板間の直接接合時の高温による振動板の変形や、陽極接合時の電極破損等の接合時の問題を避けることができるようにしたものである。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記第１の振動板を補強するための補強部材を前記第１の振動板に一体的に形成したことを特徴としたもので、絶縁膜や電極等のスパッタ法等による膜形成において、膜厚を薄くすることにより、製作時間を短縮することができ、接合などの工程を必要としないで、エレクトロフォーミング法により、短時間に所望の膜厚を一体的に得ることができるようにしたものである。
【００２２】
請求項６の発明は、第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加によって前記第１の振動板を変位させ、前記電圧印加をオフした時の前記第１の振動板の剛性にともなう復元力により前記加圧室の圧力を上昇させることにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記基板を製作するための基板に、前記ギャップを形成するための犠牲層と、第１の絶縁層と、前記第１の電極と、第２の絶縁層とを順次積層した後、前記犠牲層を除去することにより、前記ギャップを形成することを特徴としたもので、振動部材と基板間の直接接合時の高温による振動板の変形や、陽極接合時の電極破損等の接合時の問題を避けることができるようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるインクジェット記録ヘッドの一実施例を説明するための図で、図中、１は基板、２は振動部材、３はノズルプレート、３ａはノズル、４は蓋部材、５は充填室、６は加圧室、７は第１振動板、８は第１電極、９は第２電極、Ｇはギャップ、Ｖは印加電圧である。
【００２４】
図１に示した実施例は、ＫＯＨ等による異方性エッチングにより面方位（１００）のＳｉ単結晶からなる振動部材２に加圧室６と第１振動板７を形成し、周知の方法によりＮｉ，Ａｌ等の金属からなる第１電極８を第１振動板７の加圧室６に対して対側に膜形成し、他方、エッチングによりパイレックス（Ｒ）ガラスからなる基板１にギャップとなる微小間隔を形成し、第２電極９を膜形成した後、基板１の反対側からエッチングで充填室５を形成し、続いて、振動部材２と基板１をＳｉ、ガラスの陽極接合で接合し、ギャップＧ及び充填室５に比誘電率の高い液体を充填して蓋部材４により密閉したもので、第１電極８と第２電極９の間に電圧Ｖを印加して第１振動板７を基板１側に変形させ、電圧ＶをＯＦＦにした時の第１振動板７の剛性にともなう復元力により、加圧室６内のインクを加圧して、ノズル３ａよりインク液滴を吐出するようにしたものである。
【００２５】
請求項１の発明は、図１に示したように、Ｓｉの異方性エッチングにより振動部材２に薄い第１振動板７を形成し、基板１にギャップを形成してその各々を接合することにより、均一なギャップＧを得ると共に、Ｓｉの異方性エッチングにより、基板１の一部に基板１と第１振動板７の間のギャップに連通する比誘電率の高い物質を充填するための充填室５を形成し、比誘電率の高い物質を均一に充填して、第１振動板７と基板１に設けられた電極８，９間への電圧Ｖの印加により、第１振動板７の変形の復帰時に第１振動板７に隣接して設けた加圧室６の圧力変化により、インクを吐出するようにしたものである。特に、ギャップＧに連通する充填室５を基板１の一部に設けたので、ギャップＧおよび充填室５に比誘電率の高い物質を容易に、かつ、均一に充填することができ、比較的容易に製作することができるギャップにより、低電圧によるインク吐出が可能である。
【００２６】
図１に示した実施例に基づいて、以下に示すように、インクジェット記録ヘッドを製作し、その能力を確認した。
【００２７】
板厚２００μmで面方位（１００）のＳｉ単結晶から、短辺長さ３００μm，長辺長さ３０００μm、厚さ１５μmの第１振動板７を異方性エッチングで形成し、Ｎｉの第１電極８を形成した。他方、板厚１mmのパイレックス（Ｒ）ガラス（＃７７４０）から２μmと３μmのギャップＧを２種類作成し、充填室５およびＮｉの第２電極９を形成し、第１振動板７と基板１を温度４００℃、電圧５００Ｖの条件で陽極接合した。また、ギャップＧ及び充填室５には比誘電率が約１００のホルムアミドを充填し、ステンレス製の蓋部材４で、微小な大気開口を設けて密閉し、加圧室６には、インク容器（図示せず）より、粘度１.５c.pの水性インクを導くと共に、板厚４０μmのエレクトロフォーミングで作成したＮｉノズルプレート３を接合した。
【００２８】
上記２μｍと３μｍのギャップＧに対して、各々４７Ｖと７０Ｖの電圧を第１および第２電極８，９の間に印加することにより、ノズル径３０μｍのノズル３ａから、直径３５μｍのインク液滴が速度６ｍ／ｓで吐出することが確認され、これにより、実用的なギャップ間隔で比較的低電圧によるインク吐出が可能であることが確認された。
【００２９】
図２は、本発明によりインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図で、図中、１０は第２振動板、１１は液室部材で、その他、図１と同じ作用をする部分には、図１と同じ符号が付してある。
【００３０】
図２の示した実施例は、図１に示した実施例と同様に振動部材２，基板１，充填室５，第１および第２電極８，９を形成し、比誘電率の高い液体を基板１側から充填して、第２振動板１０で密閉し、第２振動板１０には液室部材１１およびノズルプレート３を接合したもので、第１電極８と第２電極９の間に電圧Ｖを印加し、第１振動板７を基板１側に変形させて、このとき発生する圧力波が第２振動板１０に伝播し、加圧室６内のインクを加圧し、ノズル３ａよりインク液滴を吐出するようにしたものである。
【００３１】
請求項２の発明は、図２に示したように、図１に示した実施例と同様な方法により、第１振動板７，ギャップ，充填室５を形成し、ギャップとは反対側に加圧室６が隣接して設けられた第２振動板１０を設け、第１振動板７と基板１に設けられた電極８，９間への電圧印加により、第１振動板７の変形に伴う加圧室６の圧力変化によりインクを吐出するようにしたものである。
【００３２】
図２に示した実施例を基づいて、以下に示すように、インクジェット記録ヘッドを製作し、その能力を確認した。
【００３３】
図１に示した実施例と同様な方法により、第１振動板７，ギャップ，充填室５，第１および第２電極８，９を形成し、充填室５にホルムアミドを充填後、充填室５の開口部を板厚５μｍのエレクトロフォーミングで製作したＮｉ板を接着剤により接合することにより第２振動板１０とし、ステンレスからなる液室部材１１をエッチングして加圧室６を形成し、ノズルプレート３は図１に示した実施例と同様に形成して、各々の部材を接着剤で接合した。
【００３４】
図１に示した実施例と同様に２μｍと３μｍのギャップＧに対して、直径３５μｍのインク液滴が吐出する電圧を求めたところ、各々、６０Ｖおよび８６Ｖであった。図１に示した実施例の場合に比べ、若干高い駆動電圧を必要としたが、駆動電圧の立ち上げおよび立ち下げ時間を調整することにより、サテライト発生が少ない条件が容易に得られることがわかった。
【００３５】
図３は、本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図で、図中、１２はゴムで、その他、図１あるいは図２と同じ作用をする部分には、図１あるいは図２と同じ符号が付してある。
【００３６】
図３に示した実施例は、図２に示した実施例において、第２振動板１０により、比誘電率の高い物質を密閉する替わりに、音響インピーダンスがインクに近い材料を充填室５に充填し、インクの反射に伴う損出を防止したもので、この材料として、ＲＴＶゴム１２を充填したものである。
【００３７】
図２に示した実施例と同様な評価を行ったところ、２μｍと３μｍのギャップＧに対して、直径３５μｍのインク液滴が吐出する電圧を求めたところ、各々、５０Ｖおよび７５Ｖであり、図１に示した実施例に近い結果が得られた。
【００３８】
請求項３の発明は、図３に示したように、低電圧駆動を目的として、インクと同等の音響インピーダンスを有するゴム１２を充填室５に充填したものである。
【００３９】
図４は、本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図で、図中、１３は熱酸化膜、１４は犠牲層、１５，１７は絶縁膜、１６は電極で、その他、図１乃至図３と同じ作用をする部分には、図１乃至図３と同じ符号が付してある。
【００４０】
図４に示した実施例は、一枚の基板１に第１振動板７，ギャップＧ，充填室５，電極１６を一体的に構成するようにしたもので、先ず、図４（Ａ）に示したように、熱酸化膜１３の付いた、低抵抗で面方位（１００）のＳｉ単結晶からなる基板１に金属または酸化膜からなり、エッチングによりプロセスの最後に選択的に除去できる犠牲層１４を周知の膜形成法により形成し、続いて、図４（Ｂ）に示したように、犠牲層１４の上に、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等からなる絶縁膜１５と、Ｎｉ，Ａｌ等の金属からなる電極１６と、同じく絶縁膜１７を膜形成法により順次形成し、最後に、図４（Ｃ）に示したように、基板１の裏側から、Ｓｉ異方性エッチングにより、充填室５を形成し、さらに、熱酸化膜１３をエッチング後に、犠牲層１４を選択的にエッチングすることにより、ギャップＧを形成し、ステンレスからなる液室部材１１と、エレクトロフォーミングで作成したＮｉノズルプレート３を接着材により接合し、基板１の充填室５に比誘電率の高い物質を充填して、ふた部材４により密閉したものである。
【００４１】
請求項４の発明は、図４に示したように、Ｓｉ基板１上に犠牲層１４，絶縁膜１５，電極１６，絶縁膜１７を、順次、膜形成して振動部材を形成し、Ｓｉ基板１の裏から犠牲層１４を除去することにより、ギャップＧを形成し、このギャップＧに比誘電率の高い物質を充填するようにしたものである。
【００４２】
図４に示した実施例に基づいて、以下に示すように、インクジェット記録ヘッドを製作し、その能力を確認した。
【００４３】
板厚２００μｍで熱酸化膜１３の付いた面方位（１００）のＳｉ基板１に、短辺長さ３００μｍ，長辺長さ３０００μｍ，厚さ３μｍのＡｌを犠牲層１４として膜形成し、続いて、犠牲層１４の上に、絶縁膜１５として３μｍのＳｉＯ２、電極１６として４μｍのＮｉ、さらに、絶縁膜１７として３μｍのＳｉＯ２を、順次、膜形成し、Ｓｉ基板１の裏の熱酸化膜１３を除去してＫＯＨ異方性エッチングにより充填室５を形成すると共に、熱酸化膜１３およびＡｌの犠牲層１４を選択的にエッチングすることにより、第１振動板７と、充填室５を形成し、充填室５に比誘電率が約１００のホルムアミドを充填し、ステンレス製の蓋部材４で、微小な大気開口を設けて密閉し、液室部材１１はステンレスのエッチングで製作し、ノズルプレート３はエレクトロフォーミングで作成した板厚４０μｍのＮｉで作成し、各々の部材を接着剤で接合し、加圧室６に粘度１．５ｃ．ｐの水性インクをインク容器（図示せず）より充填した。
【００４４】
Ｓｉ基板１と電極１６間に５４Ｖの電圧を印加することにより、ノズル径３０μｍのノズル３ａから直径３５μｍのインク液滴が速度４ｍ／ｓで吐出することが確認された。また、この実施例では基板１上にギャップＧ，第１振動板７，電極１６，充填室５が低温で一体的に形成することができるため、従来、Ｓｉとガラスの陽極接合時に必要であった高温処理による振動板の変形がないこと、また、陽極接合時の電極短絡防止等が不要であること等のメリットがあることがわかった。
【００４５】
図５は、本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図で、図中、１８は補強部材で、その他、図１乃至図４と同じ作用をする部分には、図１乃至図４と同じ符号が付してある。
【００４６】
図５に示した実施例は、板厚２００μｍで熱酸化膜１３の付いた面方位（１００）のＳｉ基板１に、短辺長さ３００μｍ，長辺長さ３０００μｍ，厚さ３μｍのＡｌを犠牲層１４として膜形成し、続いて、犠牲層１４の上に、絶縁膜１５として０．５μｍのＳｉＯ２、電極１６として０．２μｍのＮｉ、さらに、絶縁膜１７として０．５μｍのＳｉＯ２を、順次、膜形成し、続いて、絶縁膜１７の上に０．１μｍのＮｉを膜形成し、エレクトロフォーミングにより、このＮｉ上に最終的なＮｉ厚さが１５μｍとなるように補強部材１８を形成したもので、このとき、Ｎｉ膜は第１振動板７の一部を除くようにパターニングし、実効的に第１振動板７の周囲の膜厚が薄くなるようにしたものである。
【００４７】
Ｓｉ基板１と電極１６間に５０Ｖの電圧を印加することにより、ノズル径３０μｍのノズル３ａから、直径３５μｍのインク液滴が速度７ｍ／ｓで吐出することが確認された。
【００４８】
なお、図４および図５に示した実施例では、Ｓｉ基板１と電極１６間に電圧Ｖを印加したが、Ｓｉ基板１にあらかじめ絶縁膜１５，電極１６，絶縁膜１７を、順次、膜形成しておくことにより、基板１の電極と第１振動板７の電極間へ電圧を印加することにより、インクを吐出することも可能である。
【００４９】
請求項５および６の発明は、図５に示したように、第１振動板７の剛性の増加、製作時間の短縮を目的として、第１振動板７に補強部材１８を一体的に付加したものである。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加によって前記第１の振動板を変位させ、前記電圧印加をオフした時の前記第１の振動板の剛性にともなう復元力により前記加圧室の圧力を上昇させることにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ギャップに連通する充填室を前記基板の一部に設けたので、ギャップおよび充填室に比誘電率の高い物質を容易に、かつ、均一に充填することができ、比較的容易に製作することができるギャップにより、低電圧によるインク吐出が可能である。
【００５１】
請求項２の発明は、第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加による前記第１の振動板の変位に伴って、前記充填材を介して前記加圧室の圧力が上昇することにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ギャップに連通する充填室を前記基板の一部に設け、該充填室を狭んで前記振動板に対向する位置に配設され、かつ、前記充填室と前記加圧室との境界に配設された第２の振動板を有するので、ギャップおよび充填室に比誘電率の高い物質を密閉することにより、静電引力による振動板変形に伴うインク吐出が可能となり、駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がり時間の調整により、サテライトの少ないインク吐出が可能である。
【００５２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第２の振動板が、前記記録液体とほぼ同等の音響インピーダンスを有するので、低電圧駆動でサテライトの少ないインク吐出が可能である。
【００５３】
請求項４の発明は、請求項１あるいは２の発明において、前記第１の振動板と前記充填室とを、前記基板に一体的に形成したので、振動部材と基板間のＳｉ同士の直接接合時の高温による振動板の変形や、Ｓｉとガラス間の陽極接合時の電極破損等の接合時の問題を避けることができる。
【００５４】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記第１の振動板を補強するための補強部材を前記第１の振動板に一体的に形成したので、絶縁膜や電極等のスパッタ法等による膜形成において、膜厚を薄くすることにより、製作時間を短縮することができ、接合などの工程を必要としないで、エレクトロフォーミング法により、短時間に所望の膜厚を一体的に得ることができる。
【００５５】
請求項６の発明は、第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加によって前記第１の振動板を変位させ、前記電圧印加をオフした時の前記第１の振動板の剛性にともなう復元力により前記加圧室の圧力を上昇させることにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記基板を製作するための基板に、前記ギャップを形成するための犠牲層と、第１の絶縁層と、前記第１の電極と、第２の絶縁層とを順次積層した後、前記犠牲層を除去することにより、前記ギャップを形成するので、振動部材と基板間のＳｉ同士の直接接合時の高温による振動板の変形や、Ｓｉとガラス間の陽極接合時の電極破損等の接電時の問題を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインクジェット記録ヘッドの一実施例を説明するための図である。
【図２】本発明によりインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図である。
【図３】本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図である。
【図４】本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図である。
【図５】本発明によるインクジェット記録ヘッドの他の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…基板、２…振動部材、３…ノズルプレート、３ａ…ノズル、４…蓋部材、５…充填室、６…加圧室、７…第１振動板、８…第１電極、９…第２電極、１０…第２振動板、１１…液室部材、１２…ゴム、１３…熱酸化膜、１４…犠牲層、１５，１７…絶縁膜、１６…電極、１８…補強部材、Ｇ…ギャップ、Ｖ…印加電圧。
Claims (6)
- 第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加によって前記第１の振動板を変位させ、前記電圧印加をオフした時の前記第１の振動板の剛性にともなう復元力により前記加圧室の圧力を上昇させることにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ギャップに連通する充填室を前記基板の一部に設けたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
- 第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加による前記第１の振動板の変位に伴って、前記充填材を介して前記加圧室の圧力が上昇することにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ギャップに連通する充填室を前記基板の一部に設け、該充填室を狭んで前記振動板に対向する位置に配設され、かつ、前記充填室と前記加圧室との境界に配設された第２の振動板を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
- 前記第２の振動板が、前記記録液体とほぼ同等の音響インピーダンスを有することを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記第１の振動板と前記充填室とを、前記基板に一体的に形成したことを特徴とする請求項１あるいは２に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記第１の振動板を補強するための補強部材を前記第１の振動板に一体的に形成したことを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 第１の電極を有する第１の振動板と、該第１の振動板に対して所定のギャップをもって対向して配設された第２の電極を有する基板と、前記ギャップに充填された充填材と、記録液体を充填する加圧室と、該加圧室に連通し前記記録液体を吐出するノズルとを有し、前記第１および第２の電極間の電圧印加によって前記第１の振動板を変位させ、前記電圧印加をオフした時の前記第１の振動板の剛性にともなう復元力により前記加圧室の圧力を上昇させることにより、前記記録液体を前記ノズルから吐出するインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記基板を製作するための基板に、前記ギャップを形成するための犠牲層と、第１の絶縁層と、前記第１の電極と、第２の絶縁層とを順次積層した後、前記犠牲層を除去することにより、前記ギャップを形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
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| JP24164496A JP3552854B2 (ja) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法 |
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1996
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