JPH03295654A - 液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はインクジェットプリンタ等に用いられる液体噴
射ベツドに関する。

［従来の技術］ 従来のインクジェットプリンタにおける液体噴射ヘッド
には、ピエゾ素子を利用したものが知られている。特公
昭５３−１２１３８に示された液体噴射ヘッドは、一方
の側に毛細管ノズル（オリフィス）を備え、他方の側が
ピエゾ素子を貼付けたインク液室を有し、前記圧電素子
に適当な電圧インパルスが選択的に印加されて前記ピエ
ゾ素子が逆圧電効果により電歪を生じ、前記インク液室
内の体積が減少してその室内のインク液の圧力が瞬間的
に上昇することにより前記毛細管ノズルよりインク液を
微小な液滴として噴出するようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のインクジェットプリンタに於ける液体噴射ヘッド
ではピエゾ素子を利用しているものが多かった。ピエゾ
素子としてＰＺＴ等のセラミックス焼結体を用いていた
ので、ピエゾ素子はインク流路とは別に製造し、両者を
接着等の方法で一体化して液体噴射ヘッドとしていた。

ピエゾ素子を用いた液体噴射ヘッドにおいては、その製
造を行う過程で、ピエゾ素子をハンドリングしたり貼付
けたすすることが必要であったため、該ピエゾ素子を微
細化することが困難であり、このため液体噴射を行うノ
ズルの高密度化や、ノズルをライン状に長尺に形成する
マルチノズル化が困難であった。またこれに加え、ピエ
ゾ素子貼付は等の煩雑な製造工程を有していたため、こ
の従来の液体噴射ヘッドは高価格であった。

本発明は以上の課題を解決するもので、その目的とする
ところは、ピエゾ素子によらず、ノズル高密度化やマル
チノズル化が容易で、しかも低価格の液体噴射ヘッドを
実現することにある。

［課題を解決するための手段］ 以上述べた課題を解決するため、本発明の液体噴射ヘッ
ドは、インク供給源から液状インクを供給されその液状
インクを噴射するノズルを開口されたインク液室の少な
くとも一部が薄膜によって構成され、かつ前記薄膜と対
向する電極を備えている液体噴射ヘッドにおいて、前記
ノズルを前記薄膜に形成したことを特徴とする。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例における液体噴射ヘッドの流路
に沿った断面図である。第１図において、１０１は（１
００）面単結晶シリコン基板、１０２は高濃度のボロン
を拡散させたシリコン層でその一部に薄膜部１０３を形
成した。１０４は前言己薄膜部を貫通しているノズル、
１０５は薄膜に一部覆われたインク液室、１０６はイン
ク供給路、１０７はガラス基板、１０８は前記ガラス基
板上に形成された電極である。インク流路１０６を通し
てインク液室１０５内にはインク液が満たされる。

本発明の液体噴射ヘッドの基本的な動作は次のようにな
る。ボロンを高濃度にドープしたシリコン層１０２と電
極１０８との間に電圧を印加すると、両者の間に静電引
力が働く、このため１０２の一部である薄膜部１０３は
内側にたわみ、インク液室１０５内の体積が急激に減少
し、その際の圧力上昇により、インク液がノズル１０４
より吐出される。

ノズルの長さが可動部であるシリコン薄膜部の厚さだけ
になるので、圧力の損失がなく効率の良いインク噴射が
可能になった。更にノズル面が一枚の基板から形成され
ているので非常に均一であり、インク噴射の方向がノズ
ル面の影響で曲がるということもなくなった。

このような構造の形成方法の一例は、以下の通りである
。シリコン基板１０１の一部に高濃度のボロンを拡散さ
せた層１０２を形成する。この層はエッチストップ層と
電極とを兼ねる。江刺正喜（センサ技術第５巻第１号ｐ
ｐＨ４〜１１９）に示されるようにこのシリコン基板を
反対側からエチレンジアミン、ピロカテコール、水の混
合液により結晶軸異方性エツチングすればよい、異方性
エツチングとエッチストップ層によりインク液室１０５
及び薄膜部１０３とを精度良く形成することができた。

薄膜部の厚さは高濃度のボロンを拡散させた層１０２の
厚さによって訣められるが、その厚さは、１０μｍから
２００μｍの間が望ましく、特に３０〜１００μｍで効
率が良かった。

インク供給路１０６はインク室と同時にエツチングによ
って形成することができる。加工済みシリコン基板と加
工済みガラス基板とを接合してインク液室１０５、イン
ク供給路１０６が完成される。

接合方法としては、接着やＧ、Ｗａｌｌｉｓ、ｅｔ　　
ａｌ、　　（Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ａｐｐｌｉｅ
　ｄ　　Ｐ　ｈ　ｙ　ｓ　ｉ　ｃ　ｓ、　　ｖ　ｏ　１
．　４０．　　ｐ　３９４６　（１９６９））に示され
ている静電接合等の既存の基板接合技術を用いることが
できる。

本実施例では電極が露出しているので、導電性インクを
用いることができない、しかし、電極１０８形成後に絶
縁膜でその表面を覆い、更にシリコン基板１０１を薄膜
部１０３及びノズル１０４の形成後に熱酸化してその表
面にＳｉＯ２の絶縁膜を形成することにより、容易に電
極を絶縁することができ、導電性インクも使用できるよ
うになる。また絶縁膜の上や電極、インク液室の壁に耐
腐食性の腹を形成することによりインクの選択の幅を広
げることができる。

第２図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明における液
体噴射ヘッドの他の実施例を示す断面図及び斜視図であ
る。同図において、第１図と同一の記号は第１図と同一
のものを表す、第２図（ａ）は本発明の液体噴射ヘッド
の流路に沿った断面図である。ガラス基板１０７上に電
極を形成後、５ｉ０２の絶縁膜２０９を積層した。流路
形成材２１０で、インク液室１０５やインク流路１０６
を形成し、最後にノズル１０４を形成したノズルプレー
ト２１１を貼合わせた。このようなノズルプレートは電
鋳により形成することもできるし、ガラス薄板をエツチ
ングによって加工してもよい。

絶縁１［２０９トｔ、テ）ｌ！、５ｉＯｚ以外Ｇ：　モ
Ａ　１２０３．５ｉｓＮ４．５ｉＣＳ　Ｔａ等を用いる
ことができる。もちろんこれらの材料は単独で用いるだ
けでなく、いくつかを組み合わせて用いてもよい、流路
形成材２１０としては、半導体プロセスのフォトレジス
トを用いることができる。流路形成材２１０の厚さは１
０〜１００μｍなので、ドライ・フィルム・レジストを
用いると容易に均一で厚い膜を形成できる。第２図（ｂ
）はノズルプレートを貼付ける前の状態の液体噴射ヘッ
ドの斜視図である。絶縁膜２０９上に流路形成材２１０
によってインク液室１０５及びインク流路１０６が作ら
れている様子を示す。

以上述べた実施例に於ける液体噴射ヘッドは、前述のご
とく半導体プロセス技術を応用して薄膜や液体流路等を
連続的に形成しているため、ノズルの高密度化やマルチ
ノズル化が容易となり、４００　ｄ　Ｏｔ　Ｓ　／　ｉ
　ｎ　Ｃｈの解像度で、５ｃｍの長さを持つライン液体
噴射ヘッドが製造できた０本発明の構成を取ることによ
り８００　ｄ　ｏ　ｔ　ｓ　／　１ｎｃｈ程度の高解像
度のライン液体噴射ヘッドも実現可能である。なお、本
発明の液体噴射ヘッドは以上述べた実施例のみならず、
本発明の主旨を逸脱しない範囲において広く応用が可能
であり、また、インクジェットプリンタのみならず、他
の印字、印刷装置（例えば、タイプライタ、コピー機出
力等）や、塗装装置、捺染装置等に広く適用される。

［発明の効果コ 静電的引力をインク液滴の噴出力として利用しているの
で、従来のピエゾ素子のような多層構造が必ずしも必要
ではなくなり、構造が簡単になった。更に薄膜部にノズ
ルを形成しているのでノズルの長さを最小にすることが
でき、圧力損失を最小にすることができた。またノズル
面が均一なので、インク噴射方向も一定となった。これ
らの効果に加えて、異方性エツチングを用いた薄膜形成
技術とフォトリソグラフィー技術を用いたバターニング
技術とにより、液体噴射ヘッドのマルチノズル化やノズ
ルの高密度化が容易となった。このため、高密度で長尺
のライン液体噴射ヘッドが実現された。

第２ｒＭ（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の他の実
施例における液体噴射ヘッドの断面図及び斜視図。

１０１・・・単結晶シリコン基板 １０２・・・ボロンを高濃度にドープしたシリコン層 １０３・・・シリコン薄膜部 １０４・・・ノズル １０５・・・インク液室 １０６・・・インク供給路 １０７・・・ガラス基板 １０８・・・電極 ２０９・・・絶縁膜 ２１０・・・流路形成材 ２１１・・・ノズルプレート

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例における液体噴射ヘッドのイ
ンク供給路に沿った断面図。 以　　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インク供給源から液状インクを供給されその液状インク
   を噴射するノズルを開口されたインク液室の少なくとも
   一部が薄膜によって構成され、かつ前記薄膜と対向する
   電極を備えている液体噴射ヘッドにおいて、前記ノズル
   を前記薄膜に形成したことを特徴とする液体噴射ヘッド
   。