JPH04129744A

JPH04129744A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH04129744A
Application number: JP25225390A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Ono; 大野　好弘
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-09-21
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1992-04-30

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、インク滴を飛翔させ記録媒体上に画像を形成
するインクジェット記録のヘッドの構造に関するもので
ある。

［従来の技術］インクジェットヘッドの構造は種々提案されているが、
現在実用化されているのはインク内での発熱体の熱発生
によりインクの蒸発によるバブル発生で圧力を生じさせ
る方式（第３図）とピエゾ等の圧電素子を基板に取り付
け、圧電素子の変形を利用し基板を変位させることによ
りインクタンク内の圧力を変化させる方式（第４図）が
ある。

第３図は発熱体方式によるインクジェットヘッドの断面
図であるが、基板３０１に発熱体３０２を形成し、イン
キの吐出穴を持った基板３０３を基板３０１に貼り付け
ることにより成るものである。発熱体は、スパッタ、Ｃ
ＶＤ、蒸着、メツキ等によりＴａＳ　１０２　、Ｎ１Ｗ
Ｐ等の抵抗体を薄膜で形成し、フォトリソ・エツチング
工程を経て所定の形状に形成される。ｉ！電用の電極も
同様の工程を経て形成できる。前述のように発熱体３０
２に通電することにより、インクを沸騰させバブルを発
生させることにより、インクジェットヘッド内の圧力を
変化させ、インク３０４を３０５の穴から吐出させるタ
イプのものである。

第４図は圧電素子方式のインクジェットヘッドの断面図
であるが、基板４０１にピエゾ等の圧電素子を貼り付け
、基板４０３と組み合わせることによりなるものである
。圧電素子は一般にＰＺＴのようなセラミックを焼成に
より形成し素子形状に切り出すことにより得られるこの
インクジェットヘッドの駆動は、圧電素子４０２に電圧
をかけることにより、圧電素子をたわませると供に、基
板４０１を同時にその力でたわませることにより、イン
クジェットヘッド内の圧力を変化させ、インク４０４を
４０５の穴から吐出させるタイプのものである。

［発明が解決しようとする課題］前述の発熱素子タイプ及び圧電素子タイプはそれぞれ長
短を持っている。

発熱タイプは、工Ｃプロセスのようないわゆる薄膜プロ
セスによって駆動体となる発熱素子を形成できるため、
駆動素子の高密度化は容易であり、このため小型のイン
クジェットヘッドの中に多くのインク吐出口を形成でき
るため、シリアルヘッドの場合は高速でヘッドの移動が
可能でかつ高密度印字の可能なヘッドを形成することが
できる。又、ラインヘッドの場合は高密度印字が可能と
なる。

しかし、発熱方式によるため、加熱・急冷の繰り返しに
より素子がダメージを受けること、及びインク中のバル
ブ消滅時の衝撃により発熱体がダメージを受けることに
よりヘッド自体の寿命が短いという欠点があった。

又、一方の圧電素子タイプは、発熱方式とは逆に上記の
ようなダメージがないためヘッド寿命は長いものの、圧
電素子をセラミックブロックから切り出し、貼り付ける
という工程かられかるように駆動素子の高密度化が困難
な構造となっている。

そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、そ
の目的は、駆動素子の高密度化が可能でかつ寿命の長い
インクジェットヘッドを提供するところにある。

［課題を解決するための手段］本発明のインクジェットヘッドは、インク１０８と接す
る基ｍｌ　０２がダイヤフラム構造をもち、このダイヤ
フラムが外部からの力によって変位することによって、
基板１０２と１０５によって囲まれている空間内に圧力
変化を生じさせ、穴１００からインク１０７を吐出させ
ることを特徴としている。

［作　用］本発明の構成を第１図ａ）、ｂ）で示す。

第１図ａ）は、本発明のインクジェットヘッドをインク
吐出口側を正面としてみた図であり、第１図ｂ）は、第
１図ａ）のｕＡ！で切った断面図である。

本発明の上記の構成であれば、基板１０１の下に配置さ
れた永久磁石とダイヤフラム上にある電磁石と付力が働
くように電流を流すと、ダイヤフラムに永久磁石からの
反発力が働きダイヤフラムが変位する。これにより、ダ
イヤフラムの上にあるインキ層に圧力変化をさせ、イン
キ吐出口からインキ滴を吐出させる。

ダイヤフラムの変位を更に大きくさせ、吐出口から吐出
するインキの量あるいはスピードを大きくする方法とし
て以下のものがある。

それは、最初ダイヤフラム上の１ｉ磁石に永久磁石との
間に引力が働くように電流を流し、ダイヤフラムを永久
磁石側に引き寄せた後、電磁石の極性を反転させ付力を
生じさせる。この方法によれば、付力な発生させるだけ
よりも、大きな力をダイヤプラムにかけることができ、
上記の効果を得るものである。

次に実施例を用いて詳細に説明する。

［実　施　例　１〕第１図に本発明のインクジェットヘッドの断面図を示す
が、その製造プロセスは、１）１．００単結晶の８１基板を研磨により１１００ｕ
厚とし基板１０２とした後、５１基板の片側から深さＩ
ＬＬｍにポロンを拡散した。このポロン層は次工程での
エツチングストップ屡となる。

２）Ｓｉ基板１０２のポロン拡散層と逆側に３１結晶の
１１０方向へ１辺を合わせ、１辺２４０ＬＬｍ（７）正
方形の穴を持つレジストパターンを形成し、ｓｏ’ｃ、
３０％濃度のＫＯＨ溶液に浸漬し、Ｓｌのエツチングを
行った。Ｓｉ基板は単結晶であるため、ＫＯＨに対し結
晶方位によりエツチングスピードの差がある。即ち選択
エツチング性があり、第２図に示す形状にエツチングさ
れた。

工程１）で形成されたポロン拡散層は、ＫＯＨに対して
エツチングスピードが遅く、１μｍ厚のシリコン・ポロ
ン層を残すことができ、これを第１図のダイヤフラム層
１０３とした。

３）ダイヤフラム層上への電磁石の形成は次の通りであ
る。

第５図（ａ）において、電磁石の磁心５０１としてダイ
ヤフラムの中央にｌｏｕｍ円の純鉄のパターンをスパッ
タにより形成した。

この磁心の回りに厚さ３μｍ、巾ｌＯμｍのコイル５０
２を形成した。コイル材質はＣｒ−Ａｕをスパッタで成
膜後フォトリソプロセスによりバクーニングした。

更にコイル及び磁心全体に絶縁膜Ｓ　ｉ　Ｏ２を５００
０人スパッタにより成膜し、第５図（ａ）の５０３部に
はコンタクトホールを形成した。

最後に第５図（ｂ）の形状になるようにＣｒ−Ａｕをコ
ンタクトホールを通して配線することにより電磁石を形
成した。

４）次に、第１図において３１基板１０２とパイレック
スガラス基板１０１を陽極接合法、いわゆるマロリー法
により接合した。

接合条件は、基板１０１と１０２を５０ｇ／ｃｍ２の力
で押し付け、両基板を４００℃に加熱し、パイレックス
基板１０１側をマイナス、Ｓｉ基板１０２側をプラスと
して２ＫＶの電圧を１０分間印加することにより接合し
た。

５）次に直径５０μｍのインク吐出口１００を持つ厚さ
５０ＬＬｍのノズルプレート１０５を、基板１０２との
間隔が８００ＬＬｍとなるようにエポキシ樹脂を用いて
貼り合わせ、更に基板１０１に永久磁石１０６としてサ
マリウム・コバルト磁石を貼り付けた６サマリウム・コ
バルト磁石はＮ極をインクジェットヘッド側にして貼り
付けることにより、本発明のインクジェットヘッドを作
った。

６）基板１０２と１０５の間にインクを満たした後、を
磁石１０４に３０ｍＡの電流を永久磁石側の電磁石の極
性がＮになるように流すことで、ダイヤフラム１０３を
変位させ、インク吐出口１００からインキ滴を飛ばすこ
とができた。

［実施例２］実施例１で作ったインクジェットヘッドを用いて、電磁
石１０４に３０ｍＡの電流を、永久磁石側の電磁石の極
性がＳになるように流した後、電磁石の極性をＳからＮ
へ変えたところ、実施例１と同様にインク吐出口１００
からインキ滴を飛ばすことができた。

インキ滴の量は実施例１よりも多かった。

（実施例３〕実施例１と同様の方法でインクジェットを作る中で、第
６図で示すようにｔＩｉｆ１石をＳ１基板のエツチング
溝の中に形成したインクジェットヘッドを作ったところ
、実施例１と同様にインク滴を飛ばすことができた。

［発明の効果］以上実施例よりわかるように、本発明のインクジェット
ヘッドは、駆動に発熱方式を取らないため素子の寿命が
長く、かつ駆動素子がＩＣプロセスに代表される薄膜加
工プロセスにより形成されるため駆動素子の高密度化が
可能である。

即ち、本発明によれば高寿命かつ高印字品質（高密度ド
ツト）のインクジェットヘッドが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ）は本発明のインクジェットヘッドの平面図、
第１図ｂ）は本発明のインクジェットヘッド、第１図ａ
）のρ−℃′の断面図。第２図は本発明のインクジェットヘッドダイヤフラム部
の断面形状の図。第３図は従来の発熱式インクジェットヘッドの断面図。第４図は従来の圧電素子式インクジェットヘッドの断面
図。第５図は本発明のインクジェットヘッドの電磁石部の図
で第５図（ａ）ｍ心コイル形成まての図、第５図（ｂ）
は電磁石完成図。第６図は、本発明のインクジェットヘッドの断面図。ノズル（インク吐出口）・ガラス基板・・・３１基板・・・ダイヤフラム部・・・電磁石１０７　・３０１　・３０２　・３０３　・３０４　・３０５　・４０２　・４０３　・４０４　・４０５　・５０１　・５０２　・６０１　・６０２　・６０３　　・ノズルフレート永久磁石・・インキ・基板・・発熱体・　ノズルプレート・・インク・・ノズル（インク吐出口）・・基板・・圧電素子ノズルプレート・・インク・・ノズル（インク吐出口）・・磁心・・コイル・・コイル端部コンタクトホール形成部・・ガラス基板・・５１基板・・ダイヤフラム部・ｉｉ電磁石ズルプレート・ノズル（インク吐出口）・永久磁石・インク以

Claims

【特許請求の範囲】

（１）インク１０８と接する基板１０２がダイヤフラム
構造をもち、このダイヤフラムが外部からの力によって
変位することによって、基板１０２と１０５によって囲
まれている空間内に圧力変化を生じさせ、穴１００から
インク１０７を吐出させることを特徴とするインクジェ
ットヘッド。
（２）請求項１記載のインクジェットヘッドにおいて、
ダイヤフラム１０３の変位を基板１０１の下にある永久
磁石１０６とダイヤフラム部上に形成された電磁石１０
４による反発力によって発生させることを特徴とするイ
ンクジェットヘッド。
（３）請求項１記載のインクジェットヘッドにおいて、
永久磁石１０７と電磁石１０４に引力を発生させた後、
電磁石へ流す電流の極性を反転させることで反発力を発
生させることを特徴とするインクジェットヘッド。