JPH05229114A

JPH05229114A - インクジェット印字ヘッド

Info

Publication number: JPH05229114A
Application number: JP3222192A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Kurashima; 憲彦倉島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1993-09-07
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JP3218664B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、製造工程の簡略化と寸法精度の確
保を容易にし、長期に渡って信頼性の高いインクジェッ
ト印字ヘッドを提供することである。【構成】流路基板１にシリコン単結晶基板を用い、シ
リコン単結晶の異方性エッチングによって、一平面側に
ノズル開口６を他平面側に圧力発生室７とインク供給口
８を一体形成し、流路基板と同一の熱膨張係数を有する
振動板２を直流電圧を印加することによって強固に接合
した構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧力発生室のインクを
ノズル開口からインク滴として飛翔させ、記録媒体に画
像を形成させるオンデマンド型のインクジェット印字ヘ
ッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェット印字ヘッドにおい
てインク流路を形成する基板材料にシリコンウェーハー
を用いた例としては、例えば特開平２−２６５７５４に
開示されているサーマルインクジェットヘッドがある。
このヘッドは、異方性エッチングされた貫通凹部のイン
ク供給口と複数の平行な細い溝から成るインクチャンネ
ルを有した第１基板と、発熱素子とアドレッシング電極
を有した第２基板とを接着した後、所定の位置でカッテ
ィングすることによって基板端面にノズルを形成し、発
熱素子で圧力を発生させてノズルよりインク滴を吐出さ
せるように構成されている。またシリコンウェーハーの
異方性エッチングによってノズル開口部を形成する方法
は、例えば特開昭５８ー１１２７５５号等に開示される
ように、ノズル形成技術としては広く用いられている方
法の１つである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし前述の従来技術
では、インクジェット印字ヘッドの構成部として必要な
形状を、複数の部材を接着によって貼合わせた後、カッ
ティングによってノズルを形成するか、もしくはノズル
開口を形成した基板とインク流路を形成した基板と天板
とをそれぞれ接着して、インクジェット印字ヘッドを構
成することが通例とされている。したがって、従来技術
では複数の部品精度、組立精度を確保するために製造プ
ロセスが複雑になり、特にノズルをカッティングによっ
て形成する場合には、チッピング等のカケが発生しやす
く、製造歩留まりの確保に対しても限度がある。さらに
接着剤を用いていることによって、接着剤のインク流路
への流出、接着強度不足、インクの対蝕性といった信頼
性の確保が難しいといった問題を有していた。

【０００４】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、製造工程の
簡略化と形状精度の確保を容易にし、耐久性に優れた高
信頼性のインクジェット印字ヘッドを提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
印字ヘッドは、流路形成基板にシリコン単結晶基板を用
い、基板の一平面側に圧力発生室とインク供給口を、他
平面側にノズル開口を異方性エッチングによって一体形
成し、基板と熱膨張係数を等しくする振動板を接合した
構造であることを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明の上記の構成によれば、インクジェット
印字ヘッドのインク流路構成部として必要な形状を、単
一部材に同一の製造プロセスによって行うことによっ
て、製造工程の短縮とインク流路構成部の形状精度の向
上を達成することができる。

【０００７】

【実施例】以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づ
いて説明する。

【０００８】図１は本発明の実施例におけるインクジェ
ット印字ヘッドの構成を示す分解斜視図、図２は流路基
板の斜視図である。インク流路を形成した流路基板１、
流路基板１と熱膨張率を同一にする振動板２、圧力発生
素子を構成する短冊状または櫛歯状の圧電素子３、印字
信号を圧電素子３に伝達するリード電極４、インクを印
字ヘッドに供給するインク供給管５を備えている。イン
ク供給管５より供給されたインク（図示せず）は、リザ
ーバー９からインク供給口８を通じて平行に複数個配置
された圧力発生室７に充填される。リード電極４に印字
信号が印加されると、圧電素子３に歪が生じて振動板２
を変形させ、圧力発生室７に圧力が加わることによって
ノズル開口６よりインク滴を吐出することができる。

【０００９】インク流路は、ノズル開口６、圧力発生室
７、インク供給口８、リザーバー９より構成されてい
る。ここで流路基板１の材料としては、厚さ２００〜５
００μｍのシリコン単結晶基板を用いたものであり、
｛１００｝結晶面を基板表面にもち前記のインク流路は
全て｛１１１｝結晶面に沿って異方性エッチングによっ
て形成されている。このためノズル開口６は、内壁が４
角錐形状を成す貫通孔として形成され、圧力発生室７と
リザーバー９は深さを同じくしてその断面が台形状の凹
部を成し、インク供給口８はリザーバー９から各圧力発
生室７に連通する位置に、断面がＶ字溝として形成され
ている。ここでインク供給口８の形状は、Ｖ字溝に限定
されるわけではなく、圧力発生室７と同様な台形溝でも
かまわない。だだしインク流路の設計上、インク供給口
８の流体抵抗はノズル開口６とほぼ同等で、圧力発生室
７の流体抵抗に対しては充分大きくすることが要求され
るために、インク供給口８の流路断面積は圧力発生室８
のそれより充分小さくなるように設定する必要がある。
またインク流路は｛１１１｝結晶面に沿って異方性エッ
チングされるため、それぞれのインク流路断面における
テーパ角度は、基板表面の｛１００｝結晶面に対してシ
リコン単結晶特有の５４．７゜という角度をなしてい
る。

【００１０】図３は図２で説明したインク流路の形成プ
ロセスを示している。まずシリコン単結晶基板の｛１０
０｝結晶面上下両面に、１０００〜１２００℃の酸素雰
囲気中で熱酸化処理によって０．５〜２μｍの厚さのＳ
ｉ酸化膜１３を形成した後、フォトレジストをコーティ
ングし、ノズル開口パターンを露光、現像する。次にフ
ッ酸水溶液によってＳｉ酸化膜を除去すると、図３
（ａ）のようにシリコン単結晶基板の｛１００｝結晶面
がノズル開口パターンとして露出する。そこで、ＫＯＨ
水溶液等の異方性エッチング液を使用して、シリコン単
結晶基板総厚に対して残厚が圧力発生室７の深さに相当
する厚みになるまで、第１の異方性エッチングをすると
図３（ｂ）ような凹部１ａが形成される。続いて、前述
と同様の方法で、フォトレジストに圧力発生室７、イン
ク供給口８パターンを形成した後、Ｓｉ酸化膜を除去す
る（図３（ｃ））。さらに、第２の異方性エッチングを
行うことによって、ノズル開口６が貫通すると同時に、
ノズル開口６以外のインク流路が凹部として形成され、
図３（ｄ）に示すようなインク流路形状を得ることがで
きる。ここでインク供給口８のパターン幅を、エッチン
グ深さに対して充分小さく設定すれば、異方性エッチン
グは｛１１１｝結晶面に沿ってエッチングされるため
に、｛１１１｝結晶面が交差した時点でエッチングは停
止し、インク供給口はＶ字溝として形成される。したが
って、圧力発生室７とインク供給口８はエッチング深さ
が異なるにも関わらず、１回のエッチング工程によって
同時に形成することが可能である。

【００１１】そこで図２に示すように、圧力発生室７の
幅をノズル入口部１１の開口長と同一にして、インク供
給口８を圧力発生室壁１０の同一壁面延長上に２カ所ず
つ配置し、Ｖ字溝となるように形成することによって、
リザーバー９を除いた複数のインク流路は平行に規則正
しく配列され、各インク流路壁に段差等の不連続面がな
いインク流路を構成することができる。したがって、リ
ザーバー９より各インク供給口８に供給されたインク
は、滞留や淀みの発生がなくスムーズな流れによってノ
ズルまで到達することとなる。

【００１２】なお、ノズル開口６と圧力発生室７は２回
の異方性エッチングによって連通形成されるため、第１
の異方性エッチングによって形成されたノズル開口壁面
と、第２の異方性エッチングで形成される圧力発生室壁
面の相互に重なり合う部分では、新な結晶面が露出し切
り欠き状壁面１２が生じるが、インクジェット印字ヘッ
ドの機能上、何ら支障はない。

【００１３】図４は本実施例のインクジェット印字ヘッ
ドの断面を示している。インク流路が形成された流路基
板１に、流路基板１と熱膨張率を同一にする振動板２が
接合されインク流路が完成する。ここでは振動板２の材
料として、厚さ２０〜１００μｍのパイレックスガラス
を使用している。流路基板１と振動板２を重ね合わせて
固定し、２００〜５００℃の雰囲気温度で両基板を加熱
する。そこで両基板間に２００〜１０００Ｖの直流電圧
を印加すると、静電引力によって接合界面が密着すると
同時に電流が流れ、両基板は強固に接合される。このよ
うに、流路基板１と振動板２の接合面には接着剤等の有
機化合物が介在せずに接合が可能なために、複雑な微細
形状であっても極めて高い寸法精度が得られる。

【００１４】振動板２の圧電素子３との接着面には、Ｓ
ｎ酸化物またはＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₅−ＳｎＯ₂）がリード
電極として薄膜形成されており、外部に設定された印字
信号ソースと電気的に接続される。

【００１５】振動板２の材料としては、シリコン単結
晶、Ｓｉ化合物、Ｓｉ化合物を表面に形成した金属材料
を用いることができる。金属材料としてシリコン単結晶
と熱膨張係数を等しくする、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合
金）を用いることも可能であるが、この場合には予め表
面にＳｉ酸化物をスパッタ等により薄膜形成しておく必
要がある。４２アロイのＳｉ酸化物形成面を流路基板１
に合わせて固定し、以下は前述と同様の方法によって両
基板を接合することができ、強固な接合力を得ることが
できる。また４２アロイは導電性材料であるため、共通
電極として用いることができ、リード電極は圧電素子３
の上面に接続されることになる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によればシリコン単結晶基板にノ
ズル開口と圧力発生室、インク供給口を異方性エッチン
グによって一体形成することにより、段差のない連続し
たインク流路面ができるため、仮にインク吐出に悪影響
を及ぼす気泡等の混入が生じたとしても、簡易的なイン
ク排出動作によって印字ヘッド外に容易に排出すること
が可能になる。さらに、接着剤等の有機化合物が介在し
ないインク流路が形成できることによって、クリープや
ヒステリシス疲労など生じないため、長期に渡って信頼
性の高いインクジェット印字ヘッドが提供されるという
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット印字ヘッドの構成を示
した分解斜視図である。

【図２】流路基板の外観を示す斜視図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は流路基板のインク流路の形成
プロセスを示した図である。

【図４】インクジェット印字ヘッドの一部断面図であ
る。

【符号の説明】

１流路基板２振動板３圧電素子４リード電極５インク供給管６ノズル開口７圧力発生室８インク供給口９リザーバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のノズル開口と圧力発生室とインク供
給路とを有するインクジェットヘッドにおいて、同一基
板内の一平面側に前記圧力発生室と前記インク供給路
を、他平面側に前記ノズル開口を一体形成した流路基板
に、前記流路基板と熱膨張係数を等しくする振動板が接
合され、前記振動板上の前記圧力発生室に対応する位置
に圧力発生素子が設けられていることを特徴とするイン
クジェット印字ヘッド。
【請求項２】前記基板にシリコン単結晶基板を用い、前
記基板に接合する前記振動板に、シリコン単結晶または
Ｓｉ化合物またはＳｉ化合物を、表面に形成した金属材
料を用いたことを特徴とする請求項１記載のインクジェ
ット印字ヘッド。