JPH0550601A - インクジエツト記録装置及びインクジエツトヘツドの製造方法 - Google Patents
インクジエツト記録装置及びインクジエツトヘツドの製造方法Info
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- JPH0550601A JPH0550601A JP3234537A JP23453791A JPH0550601A JP H0550601 A JPH0550601 A JP H0550601A JP 3234537 A JP3234537 A JP 3234537A JP 23453791 A JP23453791 A JP 23453791A JP H0550601 A JPH0550601 A JP H0550601A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型高密度、信頼性及び量産性のあるインク
ジェット記録装置及びそのヘッドの製造法を得る。 【構成】 少なくとも3枚の基板1,2,3を積層し、
中間基板2には複数のノズル孔4と、該ノズル孔の各々
に連通する複数の独立の吐出室6と、該吐出室の少なく
とも一方の壁の一部が機械的変形を起こすようになって
いる振動板5と、吐出室にインクを供給する共通のイン
クキャビティ8を形成し、振動板5の駆動手段として、
下基板3に電極31を形成して該振動板を静電気力によ
り変形させ、ノズル孔よりインク液滴13を吐出させ
る。
ジェット記録装置及びそのヘッドの製造法を得る。 【構成】 少なくとも3枚の基板1,2,3を積層し、
中間基板2には複数のノズル孔4と、該ノズル孔の各々
に連通する複数の独立の吐出室6と、該吐出室の少なく
とも一方の壁の一部が機械的変形を起こすようになって
いる振動板5と、吐出室にインクを供給する共通のイン
クキャビティ8を形成し、振動板5の駆動手段として、
下基板3に電極31を形成して該振動板を静電気力によ
り変形させ、ノズル孔よりインク液滴13を吐出させ
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、記録を必要とする時に
のみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるインク
ジェット記録装置、特にマイクロマシーニング技術を応
用して作製した小型高密度のインクジェット記録装置及
びその主要部であるインクジェットヘッドの製造方法に
関する。
のみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるインク
ジェット記録装置、特にマイクロマシーニング技術を応
用して作製した小型高密度のインクジェット記録装置及
びその主要部であるインクジェットヘッドの製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の騒
音がきわめて小さいこと、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必要なインク液滴の回収を必要とし
ないため、最も注目を浴びているタイプである。このイ
ンク・オン・デマンド方式は、例えば特公平2−517
34号公報に示されるように、印字ヘッドが、インク液
滴を吐出するための複数並列に配置されたノズル孔と、
各々のノズル孔に連通し一方の壁の一部がダイヤフラム
となっている複数の独立の吐出室と、各ダイヤフラム上
に取り付けられた電気機械変換手段としての圧電素子
と、各吐出室にインクを供給するための共通のインクキ
ャビティとから構成されており、印字のためのパルス電
圧を前記圧電素子に印加することにより、ダイヤフラム
を機械的に撓ませその吐出室の容積を減少し、瞬間的に
その室内の圧力を高めることにより、前記ノズル孔から
インク液滴を記録紙に向け吐出するようになっている。
音がきわめて小さいこと、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必要なインク液滴の回収を必要とし
ないため、最も注目を浴びているタイプである。このイ
ンク・オン・デマンド方式は、例えば特公平2−517
34号公報に示されるように、印字ヘッドが、インク液
滴を吐出するための複数並列に配置されたノズル孔と、
各々のノズル孔に連通し一方の壁の一部がダイヤフラム
となっている複数の独立の吐出室と、各ダイヤフラム上
に取り付けられた電気機械変換手段としての圧電素子
と、各吐出室にインクを供給するための共通のインクキ
ャビティとから構成されており、印字のためのパルス電
圧を前記圧電素子に印加することにより、ダイヤフラム
を機械的に撓ませその吐出室の容積を減少し、瞬間的に
その室内の圧力を高めることにより、前記ノズル孔から
インク液滴を記録紙に向け吐出するようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のインクジェット記録装置の構造では、吐出室
の外側にダイヤフラムを構成するガラス板やプラスチッ
ク板等を介して圧電素子を張り付けるか、吐出室内に圧
電素子を設置する必要があるため、圧電素子の取付作業
がきわめて煩雑で多大の時間を要する。特に最近のプリ
ンターは高速、高印字品質が要求されるため、インク液
滴を吐出するノズル孔の個数を多く設置する傾向にあ
り、そのためにそれぞれのノズル孔に対応する圧電素子
をダイシングやワイヤーソーにて機械加工し、さらに接
着剤などにより所定の位置に設置しているが、このよう
に非常に高密度で、多数のノズル孔を有するインクジェ
ット記録装置の場合において、圧電素子の機械加工等を
必要とするのでは処理能力、機械精度、寸法精度の観点
から限界がある。また、圧電素子自体の製造バラツキに
よる歪誤差があり、各ノズル孔ごとのインク吐出速度に
バラツキが発生する場合があった。さらにまた、圧電素
子を駆動するための電極は、圧電素子自体に形成され、
その後接着剤により接合されていた。そのため、圧電素
子の電極形成は、個別に処理が必要で、しかも基板と圧
電素子間に接着剤層が介在するため、インクジェット記
録装置の駆動効率が低下しインクジェット記録装置の寿
命を延ばすことが困難であった。
うな従来のインクジェット記録装置の構造では、吐出室
の外側にダイヤフラムを構成するガラス板やプラスチッ
ク板等を介して圧電素子を張り付けるか、吐出室内に圧
電素子を設置する必要があるため、圧電素子の取付作業
がきわめて煩雑で多大の時間を要する。特に最近のプリ
ンターは高速、高印字品質が要求されるため、インク液
滴を吐出するノズル孔の個数を多く設置する傾向にあ
り、そのためにそれぞれのノズル孔に対応する圧電素子
をダイシングやワイヤーソーにて機械加工し、さらに接
着剤などにより所定の位置に設置しているが、このよう
に非常に高密度で、多数のノズル孔を有するインクジェ
ット記録装置の場合において、圧電素子の機械加工等を
必要とするのでは処理能力、機械精度、寸法精度の観点
から限界がある。また、圧電素子自体の製造バラツキに
よる歪誤差があり、各ノズル孔ごとのインク吐出速度に
バラツキが発生する場合があった。さらにまた、圧電素
子を駆動するための電極は、圧電素子自体に形成され、
その後接着剤により接合されていた。そのため、圧電素
子の電極形成は、個別に処理が必要で、しかも基板と圧
電素子間に接着剤層が介在するため、インクジェット記
録装置の駆動効率が低下しインクジェット記録装置の寿
命を延ばすことが困難であった。
【0004】一方、前記のような圧電素子によるダイヤ
フラムの駆動形式のほかに、吐出室内のインクを加熱す
る方式のものもある(特公昭61−59911号)。こ
れは、吐出室内のインクを例えばヒーターで加熱し、イ
ンクの蒸発によるバブルの発生により圧力を高め、イン
ク液滴を吐出させる方式である。この加熱方式による
と、発熱抵抗体をスパッタ、CVD、蒸着、メッキ等に
よりTaSiO2 ,NiWP等の薄膜抵抗体で形成する
ことができる利点があるが、加熱・急冷の繰り返しやイ
ンク中のバブル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問題が
あった。
フラムの駆動形式のほかに、吐出室内のインクを加熱す
る方式のものもある(特公昭61−59911号)。こ
れは、吐出室内のインクを例えばヒーターで加熱し、イ
ンクの蒸発によるバブルの発生により圧力を高め、イン
ク液滴を吐出させる方式である。この加熱方式による
と、発熱抵抗体をスパッタ、CVD、蒸着、メッキ等に
よりTaSiO2 ,NiWP等の薄膜抵抗体で形成する
ことができる利点があるが、加熱・急冷の繰り返しやイ
ンク中のバブル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問題が
あった。
【0005】したがって、本発明の目的は、吐出室のダ
イヤフラムもしくは振動板の駆動手段として、前記のよ
うな圧電素子や発熱体を用いる方式に代えて、静電気力
を利用した駆動方式を採用することにより、小型高密
度、高印字速度、高印字品質及び寿命の長い高信頼性を
有するインクジェット記録装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、マイクロマシーニング技術を応用
し、量産性に富む構造のインクジェット記録装置を提供
することにある。本発明のさらに他の目的は、前記目的
を達成するインクジェット記録装置の主要部であるイン
クジェットヘッドの製造に好適な製造方法を提供するこ
とにある。
イヤフラムもしくは振動板の駆動手段として、前記のよ
うな圧電素子や発熱体を用いる方式に代えて、静電気力
を利用した駆動方式を採用することにより、小型高密
度、高印字速度、高印字品質及び寿命の長い高信頼性を
有するインクジェット記録装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、マイクロマシーニング技術を応用
し、量産性に富む構造のインクジェット記録装置を提供
することにある。本発明のさらに他の目的は、前記目的
を達成するインクジェット記録装置の主要部であるイン
クジェットヘッドの製造に好適な製造方法を提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係るインクジェ
ット記録装置は、複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々
に連通する複数の独立の吐出室と、該吐出室の少なくと
も一方の壁の一部が機械的変形を起こすようになってい
る振動板と、該振動板を駆動する駆動手段と、前記複数
の吐出室にインクを供給する共通のインクキャビティと
を有するインクジェットヘッドを備え、前記駆動手段に
電気パルスを印加することにより、該駆動手段に対応す
る前記振動板を前記吐出室の圧力が上昇する方向に変形
させ、前記ノズル孔よりインク液滴を記録紙に向け吐出
するものにおいて、前記駆動手段が前記振動板を静電気
力により変形させる電極から成り、該電極を基板上に形
成したことを特徴とするものである。すなわち、電極は
通常のパターンエッチング技術を駆使して基板と一体的
に形成される。
ット記録装置は、複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々
に連通する複数の独立の吐出室と、該吐出室の少なくと
も一方の壁の一部が機械的変形を起こすようになってい
る振動板と、該振動板を駆動する駆動手段と、前記複数
の吐出室にインクを供給する共通のインクキャビティと
を有するインクジェットヘッドを備え、前記駆動手段に
電気パルスを印加することにより、該駆動手段に対応す
る前記振動板を前記吐出室の圧力が上昇する方向に変形
させ、前記ノズル孔よりインク液滴を記録紙に向け吐出
するものにおいて、前記駆動手段が前記振動板を静電気
力により変形させる電極から成り、該電極を基板上に形
成したことを特徴とするものである。すなわち、電極は
通常のパターンエッチング技術を駆使して基板と一体的
に形成される。
【0007】また、本発明は、好ましくは、前記インク
ジェットヘッドが少なくとも3枚の基板を重ねて接合し
た積層構造を有し、中間の基板に底部を前記振動板とし
た前記吐出室を設け、前記電極を該振動板に対向近接さ
せて下側の基板上に形成する。振動板は吐出室の後部壁
とすることもできるが、より薄型の装置とするために少
なくとも3枚の基板の積層構造とし、吐出室の底壁を振
動板とするものである。電極は絶縁膜で被覆することが
好ましく、電極を保護するとともに振動板とのショート
を防ぐ。
ジェットヘッドが少なくとも3枚の基板を重ねて接合し
た積層構造を有し、中間の基板に底部を前記振動板とし
た前記吐出室を設け、前記電極を該振動板に対向近接さ
せて下側の基板上に形成する。振動板は吐出室の後部壁
とすることもできるが、より薄型の装置とするために少
なくとも3枚の基板の積層構造とし、吐出室の底壁を振
動板とするものである。電極は絶縁膜で被覆することが
好ましく、電極を保護するとともに振動板とのショート
を防ぐ。
【0008】吐出室の圧力を高めるためには、吐出室の
上下の壁を振動板で構成し、それぞれの振動板に対して
前記電極を配設して同期駆動する。このため、電極の駆
動電圧を低くすることができる。また、前記振動板は方
形に形成し、該方形の対向する2辺または4辺全部に設
けた1つまたは2つ以上のジャバラ溝を介して前記振動
板を支持するか、もしくは該方形の1辺を片持ち式に支
持することにより、振動板の変位量を大きくする。ただ
し、片持ち式の場合、インクが電極部に接触し電極がシ
ョートするおそれがあり、そのためパワーがとれないの
で絶縁性のインクを用いる。
上下の壁を振動板で構成し、それぞれの振動板に対して
前記電極を配設して同期駆動する。このため、電極の駆
動電圧を低くすることができる。また、前記振動板は方
形に形成し、該方形の対向する2辺または4辺全部に設
けた1つまたは2つ以上のジャバラ溝を介して前記振動
板を支持するか、もしくは該方形の1辺を片持ち式に支
持することにより、振動板の変位量を大きくする。ただ
し、片持ち式の場合、インクが電極部に接触し電極がシ
ョートするおそれがあり、そのためパワーがとれないの
で絶縁性のインクを用いる。
【0009】また、前記電極を1つの振動板に対して2
個配設し、第1の電極を該振動板の直下の振動室内に、
第2の電極を前記振動室外に配設するか、もしくは両電
極共振動室内に配設し、両電極に反対の極性の電気パル
スを交互に印加する発振回路を接続し、前記静電気作用
を一段と発揮させる。さらに、電極に対向して金属極を
前記振動板に設けることにより、電荷の注入・消滅を速
め、より高周波パルスによる駆動が可能になり、高速印
字性能が得られる。
個配設し、第1の電極を該振動板の直下の振動室内に、
第2の電極を前記振動室外に配設するか、もしくは両電
極共振動室内に配設し、両電極に反対の極性の電気パル
スを交互に印加する発振回路を接続し、前記静電気作用
を一段と発揮させる。さらに、電極に対向して金属極を
前記振動板に設けることにより、電荷の注入・消滅を速
め、より高周波パルスによる駆動が可能になり、高速印
字性能が得られる。
【0010】また、前記振動室は空気抜けの溝を介して
大気に連通させることが好ましい。なお、前記電極は前
記基板に設けた凹部内に設けることもできる。前記複数
のノズル孔は前記中間基板の端部に等間隔に配設し、い
わゆるエッジインクジェットタイプとしたり、前記吐出
室の各々の直上において上側基板に等間隔に配設し、い
わゆるフェースインクジェットタイプとすることができ
る。
大気に連通させることが好ましい。なお、前記電極は前
記基板に設けた凹部内に設けることもできる。前記複数
のノズル孔は前記中間基板の端部に等間隔に配設し、い
わゆるエッジインクジェットタイプとしたり、前記吐出
室の各々の直上において上側基板に等間隔に配設し、い
わゆるフェースインクジェットタイプとすることができ
る。
【0011】次に、本発明の前記インクジェットヘッド
の製造方法は、シリコン単結晶基板に異方性エッチング
を施すことにより各要部を形成しノズル基板(前記中間
基板及び上基板)を作製する工程と、基板に電極または
電極及び絶縁膜を形成することにより電極基板(前記下
基板)を作製する工程と、前記ノズル基板と電極基板を
陽極接合により接合する工程とから成るものである。
の製造方法は、シリコン単結晶基板に異方性エッチング
を施すことにより各要部を形成しノズル基板(前記中間
基板及び上基板)を作製する工程と、基板に電極または
電極及び絶縁膜を形成することにより電極基板(前記下
基板)を作製する工程と、前記ノズル基板と電極基板を
陽極接合により接合する工程とから成るものである。
【0012】
【作用】本発明のインクジェット記録装置の動作原理
は、電極にパルス電圧を印加することにより、電極面の
正電荷または負電荷と対応の振動板面の負電荷または正
電荷により該振動板を吸引し撓ませ、次いで該電極をO
FFにしたときの振動板の復元作用により吐出室の容積
を減少し、その室内の圧力を瞬間的に上昇させてインク
液滴をノズル孔から吐出させるものである。このような
静電気作用により振動板を駆動制御するものであるた
め、マイクロマシーニング技術により本装置を作製する
ことができ、小型高密度、高印字速度、高印字品質及び
長寿命化を達成できる。
は、電極にパルス電圧を印加することにより、電極面の
正電荷または負電荷と対応の振動板面の負電荷または正
電荷により該振動板を吸引し撓ませ、次いで該電極をO
FFにしたときの振動板の復元作用により吐出室の容積
を減少し、その室内の圧力を瞬間的に上昇させてインク
液滴をノズル孔から吐出させるものである。このような
静電気作用により振動板を駆動制御するものであるた
め、マイクロマシーニング技術により本装置を作製する
ことができ、小型高密度、高印字速度、高印字品質及び
長寿命化を達成できる。
【0013】本発明の製造方法においては、シリコンは
単結晶であるため、異方性エッチングが可能で、例えば
(100)面をエッチングした場合は、55°の方向に
規則正しくエッチングできる。また、(111)面で
は、90°方向にエッチングが可能である。そこでこの
特性を用いて、精度良く、ノズル孔、吐出室、オリフィ
ス、インクキャビティ等の各要部を形成できる。そして
最後に、このシリコンのノズル基板と電極及び絶縁膜を
形成した電極基板(電極基板にはシリコンと熱膨張係数
が近いガラス板または絶縁板を用いる)を重ねて300
℃から500℃で加熱し、シリコン側を陽極、電極基板
側を陰極として、数百ボルトの電圧を印加しと陽極接合
すれば、密着性の高いインクジェットヘッドが得られ
る。
単結晶であるため、異方性エッチングが可能で、例えば
(100)面をエッチングした場合は、55°の方向に
規則正しくエッチングできる。また、(111)面で
は、90°方向にエッチングが可能である。そこでこの
特性を用いて、精度良く、ノズル孔、吐出室、オリフィ
ス、インクキャビティ等の各要部を形成できる。そして
最後に、このシリコンのノズル基板と電極及び絶縁膜を
形成した電極基板(電極基板にはシリコンと熱膨張係数
が近いガラス板または絶縁板を用いる)を重ねて300
℃から500℃で加熱し、シリコン側を陽極、電極基板
側を陰極として、数百ボルトの電圧を印加しと陽極接合
すれば、密着性の高いインクジェットヘッドが得られ
る。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って説明す
る。実施例1 図1は本発明の第1の実施例によるインクジェット記録
装置の主要部を分解して示す斜視図であり、一部断面で
示してある。本実施例はインク液滴を基板の端部のノズ
ル孔から吐出させるエッジインクジェットタイプの例を
示すものである。図2は組み立てられた全体装置の断面
側面図、図3は図2のA−A線矢視図である。これらの
図に示すように、インクジェット記録装置10の主要部
であるインクジェットヘッド12は、下記に詳述する構
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。中間の基板2は、例えばシリコン基板
であり、複数のノズル孔4を構成するように基板2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
21と、各々のノズル溝21に連通し底壁を振動板5と
する吐出室6を構成することになる凹部22と、凹部2
2の後部に設けられオリフィス7を構成することになる
インク流入口のための細溝23と、及び各々の吐出室6
にインクを供給するための共通のインクキャビティ8を
構成することになる凹部24を有する。また、前記振動
板5の下部には後述する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25が設けられている。ノズル
溝21のピッチは2mm程度であり、その幅は40μm程
度にされる。中間基板2の上面に接合される上側の基板
1は、例えばガラスまたはプラスチックからなり、この
上基板1の接合によって、前記ノズル孔4,吐出室6,
オリフィス7及びインクキャビティ8が構成される。そ
して、上基板1にはインクキャビティ8に連通するイン
ク供給口14を穿設する。インク供給口14は接続パイ
プ16及びチューブ17を介して図示しないインクタン
クに接続される。中間基板2の下面に接合される下側の
基板3は、例えばガラスまたはプラスチックからなり、
この下基板3の接合によって前記振動室9を構成すると
ともに、下基板3の表面に前記振動板5に対応する各々
の位置にて電極31を形成する。電極31はリード部3
2及び端子部33を持つ。さらに端子部33を除き電極
31及びリード部32の全体を絶縁膜34で被覆してい
る。各端子部33にはリード線35がボンディングされ
る。
る。実施例1 図1は本発明の第1の実施例によるインクジェット記録
装置の主要部を分解して示す斜視図であり、一部断面で
示してある。本実施例はインク液滴を基板の端部のノズ
ル孔から吐出させるエッジインクジェットタイプの例を
示すものである。図2は組み立てられた全体装置の断面
側面図、図3は図2のA−A線矢視図である。これらの
図に示すように、インクジェット記録装置10の主要部
であるインクジェットヘッド12は、下記に詳述する構
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。中間の基板2は、例えばシリコン基板
であり、複数のノズル孔4を構成するように基板2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
21と、各々のノズル溝21に連通し底壁を振動板5と
する吐出室6を構成することになる凹部22と、凹部2
2の後部に設けられオリフィス7を構成することになる
インク流入口のための細溝23と、及び各々の吐出室6
にインクを供給するための共通のインクキャビティ8を
構成することになる凹部24を有する。また、前記振動
板5の下部には後述する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25が設けられている。ノズル
溝21のピッチは2mm程度であり、その幅は40μm程
度にされる。中間基板2の上面に接合される上側の基板
1は、例えばガラスまたはプラスチックからなり、この
上基板1の接合によって、前記ノズル孔4,吐出室6,
オリフィス7及びインクキャビティ8が構成される。そ
して、上基板1にはインクキャビティ8に連通するイン
ク供給口14を穿設する。インク供給口14は接続パイ
プ16及びチューブ17を介して図示しないインクタン
クに接続される。中間基板2の下面に接合される下側の
基板3は、例えばガラスまたはプラスチックからなり、
この下基板3の接合によって前記振動室9を構成すると
ともに、下基板3の表面に前記振動板5に対応する各々
の位置にて電極31を形成する。電極31はリード部3
2及び端子部33を持つ。さらに端子部33を除き電極
31及びリード部32の全体を絶縁膜34で被覆してい
る。各端子部33にはリード線35がボンディングされ
る。
【0015】前記の基板1,2,3は図2のように組み
立てられてインクジェットヘッド12が構成される。さ
らに、中間基板2と電極31の端子部33間にそれぞれ
発振回路26を接続し、本発明の積層構造によるインク
ジェット記録装置10が構成される。インク11は図示
しないインクタンクよりインク供給口14を通じて中間
基板2の内部に供給され、インクキャビティ8,吐出室
6等を満たしている。なお、電極31と振動板5の間隔
cは1μm程度に保持されている。図2において、13
はノズル孔4より吐出されるインク液滴、15は記録紙
である。また、使用されるインクは、水、アルコール、
トルエン等の主溶媒にエチレングリコール等の界面活性
剤、及び染料または顔料を溶解または分散させてつくら
れる。または、本装置中にヒーターなどを設置すればホ
ットメルトインクも使用できる。
立てられてインクジェットヘッド12が構成される。さ
らに、中間基板2と電極31の端子部33間にそれぞれ
発振回路26を接続し、本発明の積層構造によるインク
ジェット記録装置10が構成される。インク11は図示
しないインクタンクよりインク供給口14を通じて中間
基板2の内部に供給され、インクキャビティ8,吐出室
6等を満たしている。なお、電極31と振動板5の間隔
cは1μm程度に保持されている。図2において、13
はノズル孔4より吐出されるインク液滴、15は記録紙
である。また、使用されるインクは、水、アルコール、
トルエン等の主溶媒にエチレングリコール等の界面活性
剤、及び染料または顔料を溶解または分散させてつくら
れる。または、本装置中にヒーターなどを設置すればホ
ットメルトインクも使用できる。
【0016】次に、本実施例の動作を説明する。電極3
1に発振回路26により、例えば0V〜+電圧のパルス
電圧を印加し、電極31の表面が+電位に帯電すると、
対応する振動板5の下面は−電位に帯電する。したがっ
て、振動板5は静電気の吸引作用により下方へ撓む。次
に、電極31をOFFにすると、該振動板5は復元す
る。したがって、吐出室6内の圧力が急激に上昇し、ノ
ズル孔4よりインク液滴13を記録紙15に向けて吐出
する。そして、振動板5が下方へ撓むことにより、イン
ク11がインクキャビティ8よりオリフィス7を通じて
吐出室6内に補給される。発振回路26には、上記のよ
うに0V〜+電圧間をON・OFFさせるものや交流電
源等が用いられる。記録にあたっては、それぞれのノズ
ル孔4の電極31に印加すべき電気パルスを制御すれば
よい。
1に発振回路26により、例えば0V〜+電圧のパルス
電圧を印加し、電極31の表面が+電位に帯電すると、
対応する振動板5の下面は−電位に帯電する。したがっ
て、振動板5は静電気の吸引作用により下方へ撓む。次
に、電極31をOFFにすると、該振動板5は復元す
る。したがって、吐出室6内の圧力が急激に上昇し、ノ
ズル孔4よりインク液滴13を記録紙15に向けて吐出
する。そして、振動板5が下方へ撓むことにより、イン
ク11がインクキャビティ8よりオリフィス7を通じて
吐出室6内に補給される。発振回路26には、上記のよ
うに0V〜+電圧間をON・OFFさせるものや交流電
源等が用いられる。記録にあたっては、それぞれのノズ
ル孔4の電極31に印加すべき電気パルスを制御すれば
よい。
【0017】ここで、前記のように振動板5を静電気力
により駆動させる場合において、該振動板5の変位量、
駆動電圧、及び吐出量を求める。振動板5は、図4の
(a)に示すように短辺長2a,長辺長bとした長方形
で、4辺を周囲壁で支持されている。圧力Pを受けるこ
の薄板の変位量wは、アスペクト比(b/2a)が大き
いときは係数が0.5に近づき、変位量はaに依存する
ので、次式で表わされる。 w=0.5×Pa4 /Eh3 …(1) ただし w:変位量(m) P:圧力(N/m2 ) a:短辺の半分の長さ(m) h:板厚(m) E:ヤング率(N/m2 ,シリコン11×1010N/m
2 ) 静電気力による吸着圧力は、 P=1/2×ε×(V/t)2 ただし ε:誘電率(F/m,真空中の誘電率8.8×
10-12 F/m) V:電圧(V) t:振動板と電極の間隙(m) よって、必要な吐出圧力を得るための駆動電圧Vは、 V=t(2P/ε)1/2 …(2) 次に、吐出量を求めるために、図4の(b)に示すよう
なかまぼこ型の体積を求める。体積 Δw=4/3×a
bw であるから w=3/4×Δw/ab …(3) (1)式より、P=2w×Eh3 /a4 で、式(3)を
代入すると、 P=3/2×ΔwEh3 /a5 b …(4) さらに、式(4)を式(2)に代入すると、 V=t×(3Eh3 Δw/εb)1/2 ×(1/a5 )1/2 …(5) すなわち、式(5)がインク吐出量を得るための駆動電
圧となる。また、式(2),式(5)から、インク吐出
可能領域を求めると図5(a)のようになる。図5の
(a)は(b)に示すシリコン振動板の長辺長b=5m
m,板厚h=80μm,振動板と電極間の間隙c=1μ
mとしたときの短辺長2a(mm)に対する駆動電圧
(V)の関係を示したものである。吐出圧力P=0.3
atm のときの吐出可能領域30は図中の斜線で示す範囲
となる。
により駆動させる場合において、該振動板5の変位量、
駆動電圧、及び吐出量を求める。振動板5は、図4の
(a)に示すように短辺長2a,長辺長bとした長方形
で、4辺を周囲壁で支持されている。圧力Pを受けるこ
の薄板の変位量wは、アスペクト比(b/2a)が大き
いときは係数が0.5に近づき、変位量はaに依存する
ので、次式で表わされる。 w=0.5×Pa4 /Eh3 …(1) ただし w:変位量(m) P:圧力(N/m2 ) a:短辺の半分の長さ(m) h:板厚(m) E:ヤング率(N/m2 ,シリコン11×1010N/m
2 ) 静電気力による吸着圧力は、 P=1/2×ε×(V/t)2 ただし ε:誘電率(F/m,真空中の誘電率8.8×
10-12 F/m) V:電圧(V) t:振動板と電極の間隙(m) よって、必要な吐出圧力を得るための駆動電圧Vは、 V=t(2P/ε)1/2 …(2) 次に、吐出量を求めるために、図4の(b)に示すよう
なかまぼこ型の体積を求める。体積 Δw=4/3×a
bw であるから w=3/4×Δw/ab …(3) (1)式より、P=2w×Eh3 /a4 で、式(3)を
代入すると、 P=3/2×ΔwEh3 /a5 b …(4) さらに、式(4)を式(2)に代入すると、 V=t×(3Eh3 Δw/εb)1/2 ×(1/a5 )1/2 …(5) すなわち、式(5)がインク吐出量を得るための駆動電
圧となる。また、式(2),式(5)から、インク吐出
可能領域を求めると図5(a)のようになる。図5の
(a)は(b)に示すシリコン振動板の長辺長b=5m
m,板厚h=80μm,振動板と電極間の間隙c=1μ
mとしたときの短辺長2a(mm)に対する駆動電圧
(V)の関係を示したものである。吐出圧力P=0.3
atm のときの吐出可能領域30は図中の斜線で示す範囲
となる。
【0018】振動板の寸法は大きいほど有利であるが、
小型高密度のノズルを考えた場合、ノズルのピッチ方向
の幅は0.2mmから2.0mm程度が妥当である。振動板
の長さについては、式(4)から、目的とするインク吐
出量と、シリコン基板のヤング率、吐出圧力、板厚から
算出して決定する。また、振動板の板厚については、幅
が1mm程度の場合は、吐出速度を考えると約50μm以
上必要である。それよりもはるかに厚いと、式(5)か
らわかるように駆動電圧が異常に高くなり、薄すぎる
と、振動板のバネ性が小さくなり、インクを飛翔させる
に不利となる。また、インクジェットの吐出周波数を満
足しなくなる。すなわち、インクジェットの印加パルス
に対して振動板の周波数が、大きく遅れを生じる。
小型高密度のノズルを考えた場合、ノズルのピッチ方向
の幅は0.2mmから2.0mm程度が妥当である。振動板
の長さについては、式(4)から、目的とするインク吐
出量と、シリコン基板のヤング率、吐出圧力、板厚から
算出して決定する。また、振動板の板厚については、幅
が1mm程度の場合は、吐出速度を考えると約50μm以
上必要である。それよりもはるかに厚いと、式(5)か
らわかるように駆動電圧が異常に高くなり、薄すぎる
と、振動板のバネ性が小さくなり、インクを飛翔させる
に不利となる。また、インクジェットの吐出周波数を満
足しなくなる。すなわち、インクジェットの印加パルス
に対して振動板の周波数が、大きく遅れを生じる。
【0019】本実施例のインクジェットヘッド12をプ
リンターに組み込み、5KHzで150V印加し、イン
ク液滴を7m/sec で飛翔させた。300dpi印字を
試みた結果、良好な印字が得られた。なお、図示は省略
するが、吐出室の後部壁を振動板とすることもできる
が、実施例のように吐出室6の底壁を振動板とすること
により、ヘッド自体をより薄型にできる。
リンターに組み込み、5KHzで150V印加し、イン
ク液滴を7m/sec で飛翔させた。300dpi印字を
試みた結果、良好な印字が得られた。なお、図示は省略
するが、吐出室の後部壁を振動板とすることもできる
が、実施例のように吐出室6の底壁を振動板とすること
により、ヘッド自体をより薄型にできる。
【0020】実施例2 図6は本発明の第2の実施例を示す断面図で、第1実施
例と同じくエッジインクジェットタイプの例である。本
実施例は、吐出室6の上下壁を振動板5a,5bとした
ものであり、そのために中間基板を2枚使用し、吐出室
6を間にして両基板2a,2bを重ね合わせたものであ
る。各基板2a,2bにそれぞれ振動板5a,5b及び
振動室9a,9bを形成し、振動板5a,5bが吐出室
6の上下の壁を構成するように基板2a,2bを上下対
称に配置する。ノズル孔4は両基板2a,2bの端部接
合面に形成される。また、上基板1の下面及び下基板3
の上面にそれぞれ電極31a,31bを設け、振動室9
a,9b内に装着する。電極31aと中間基板2aの間
及び電極31bと中間基板2bの間にそれぞれ発振回路
26a,26bを接続する。 本実施例は、吐出室6の
上下の振動板5a,5bを電極31a,31bにより対
称に振動させてインク液滴13をノズル孔4より吐出さ
せることができるので、振動板5a,5bをより低電圧
で駆動することができる。吐出室6内の圧力は上下対称
に振動する振動板5a,5bによって高められ、印字速
度が向上する。
例と同じくエッジインクジェットタイプの例である。本
実施例は、吐出室6の上下壁を振動板5a,5bとした
ものであり、そのために中間基板を2枚使用し、吐出室
6を間にして両基板2a,2bを重ね合わせたものであ
る。各基板2a,2bにそれぞれ振動板5a,5b及び
振動室9a,9bを形成し、振動板5a,5bが吐出室
6の上下の壁を構成するように基板2a,2bを上下対
称に配置する。ノズル孔4は両基板2a,2bの端部接
合面に形成される。また、上基板1の下面及び下基板3
の上面にそれぞれ電極31a,31bを設け、振動室9
a,9b内に装着する。電極31aと中間基板2aの間
及び電極31bと中間基板2bの間にそれぞれ発振回路
26a,26bを接続する。 本実施例は、吐出室6の
上下の振動板5a,5bを電極31a,31bにより対
称に振動させてインク液滴13をノズル孔4より吐出さ
せることができるので、振動板5a,5bをより低電圧
で駆動することができる。吐出室6内の圧力は上下対称
に振動する振動板5a,5bによって高められ、印字速
度が向上する。
【0021】実施例3 以下に示す各実施例は全て基板の表面のノズル孔からイ
ンク液滴を吐出させるフェースインクジェットタイプの
例を示すものであり、その狙いは振動板の低電圧駆動を
可能にすることにある。ただし、前記のエッジインクジ
ェットタイプにも応用できるものである。図7は本発明
の第3の実施例を示すもので、円形のノズル孔4が吐出
室6の直上において上基板1に穿設されている。吐出室
6の底壁は振動板5とされ、振動板5は中間基板2に形
成される。さらに、振動板5の下部の振動室9にて下基
板3に電極31が形成される。インク供給口14は下基
板3に設けられている。本実施例は、振動板5の振動に
より上基板1に設けたノズル孔4よりインク液滴13を
吐出する。1つのヘッドに多くのノズル孔4を設けるこ
とができるため、高密度にできるものである。
ンク液滴を吐出させるフェースインクジェットタイプの
例を示すものであり、その狙いは振動板の低電圧駆動を
可能にすることにある。ただし、前記のエッジインクジ
ェットタイプにも応用できるものである。図7は本発明
の第3の実施例を示すもので、円形のノズル孔4が吐出
室6の直上において上基板1に穿設されている。吐出室
6の底壁は振動板5とされ、振動板5は中間基板2に形
成される。さらに、振動板5の下部の振動室9にて下基
板3に電極31が形成される。インク供給口14は下基
板3に設けられている。本実施例は、振動板5の振動に
より上基板1に設けたノズル孔4よりインク液滴13を
吐出する。1つのヘッドに多くのノズル孔4を設けるこ
とができるため、高密度にできるものである。
【0022】実施例4 本実施例は、図8,図9に示すように長方形振動板5の
対向する2辺(図9の(a)参照)または4辺(図9の
(b)参照)に1つまたは2つ以上のジャバラ溝27を
設けて振動板5を支持したもので、振動板5の変位量を
大きくとるようにしたものである。吐出室6内のインク
を吐出方向に垂直な振動板5の面で押すことができるた
め、インク液滴13を真直ぐに飛翔させることができ
る。
対向する2辺(図9の(a)参照)または4辺(図9の
(b)参照)に1つまたは2つ以上のジャバラ溝27を
設けて振動板5を支持したもので、振動板5の変位量を
大きくとるようにしたものである。吐出室6内のインク
を吐出方向に垂直な振動板5の面で押すことができるた
め、インク液滴13を真直ぐに飛翔させることができ
る。
【0023】実施例5 本実施例は、図10に示すように長方形振動板5の短辺
側の1辺で支持し片持ち式としたものである。片持ち式
の振動板5とすることにより、同じく導電圧でも振動板
5の変位量を大きくとることができる。ただし、吐出室
6と振動室9が連通状態となるので、インク11は絶縁
性のものを使用し、電極31との電気的絶縁を確保する
必要がある。
側の1辺で支持し片持ち式としたものである。片持ち式
の振動板5とすることにより、同じく導電圧でも振動板
5の変位量を大きくとることができる。ただし、吐出室
6と振動室9が連通状態となるので、インク11は絶縁
性のものを使用し、電極31との電気的絶縁を確保する
必要がある。
【0024】実施例6 本実施例は、図11に示すように1つの振動板5に対し
て2つの電極31c,31dを配置し、振動板5を駆動
するようにしたものである。本実施例では、第1の電極
31cを振動室9内に配置し、第2の電極31dを振動
室9外部の中間基板2の下方に配置している。そして、
両電極31cと31d間に発振回路26を接続し、電極
31cと電極31d間に電圧を印加しON,OFFを繰
り返すことにより、振動板5を駆動するものである。こ
の構成によると、シリコン基板2を前述の実施例のよう
に共通電極にしていないため駆動部が電気的に独立して
いるため、隣のノズルヘッドを駆動している時に、吐出
する予定のないノズル孔からインクを吐出してしまうこ
とがない、つまりクロストークがない。また、高抵抗の
シリコン基板を用いた場合、あるいは図11には示して
いないが、シリコン基板2の表面に高抵抗の層を形成し
た場合は電極31cと電極31dに反対の極性のパルス
電圧を交互に印加し、振動板5を駆動することができ
る。この場合は、振動板5に対して前述のごとき静電気
の吸引作用のほかに反発作用も加わることになり、吐出
圧力を低電圧で高めることができる。
て2つの電極31c,31dを配置し、振動板5を駆動
するようにしたものである。本実施例では、第1の電極
31cを振動室9内に配置し、第2の電極31dを振動
室9外部の中間基板2の下方に配置している。そして、
両電極31cと31d間に発振回路26を接続し、電極
31cと電極31d間に電圧を印加しON,OFFを繰
り返すことにより、振動板5を駆動するものである。こ
の構成によると、シリコン基板2を前述の実施例のよう
に共通電極にしていないため駆動部が電気的に独立して
いるため、隣のノズルヘッドを駆動している時に、吐出
する予定のないノズル孔からインクを吐出してしまうこ
とがない、つまりクロストークがない。また、高抵抗の
シリコン基板を用いた場合、あるいは図11には示して
いないが、シリコン基板2の表面に高抵抗の層を形成し
た場合は電極31cと電極31dに反対の極性のパルス
電圧を交互に印加し、振動板5を駆動することができ
る。この場合は、振動板5に対して前述のごとき静電気
の吸引作用のほかに反発作用も加わることになり、吐出
圧力を低電圧で高めることができる。
【0025】実施例7 本実施例は、図12に示すように前記電極31c,31
dを共に振動室9内に配置したものであり、シリコンの
面分極により振動板5を駆動する。すなわち、図11の
実施例と同様に、電極31cと電極31dに電圧を印加
しON,OFFを繰り返すことにより、振動板5を駆動
するものである。また、実施例6と同様に、高抵抗のシ
リコン基板を用いた場合、あるいは図12には示してい
ないが、シリコン基板2の表面に高抵抗の層を形成した
場合は電極31cと電極31dに反対の極性のパルス電
圧を交互に印加し、振動板5を駆動することもできる。
図11の実施例に比べて中間基板2と下基板3の間に電
極による突起がないため、両基板の接合が容易になる。
dを共に振動室9内に配置したものであり、シリコンの
面分極により振動板5を駆動する。すなわち、図11の
実施例と同様に、電極31cと電極31dに電圧を印加
しON,OFFを繰り返すことにより、振動板5を駆動
するものである。また、実施例6と同様に、高抵抗のシ
リコン基板を用いた場合、あるいは図12には示してい
ないが、シリコン基板2の表面に高抵抗の層を形成した
場合は電極31cと電極31dに反対の極性のパルス電
圧を交互に印加し、振動板5を駆動することもできる。
図11の実施例に比べて中間基板2と下基板3の間に電
極による突起がないため、両基板の接合が容易になる。
【0026】実施例8 本実施例は、図13に示すように電極31に対向して金
属極31eを振動板5の下面に設けたもので、シリコン
基板2を通して振動板5に電荷を供給するのではなく、
振動板5に形成した金属極31eに配線を通じて電荷を
供給するため、電荷の供給スピードは速くなり、より高
周波駆動が可能になる。
属極31eを振動板5の下面に設けたもので、シリコン
基板2を通して振動板5に電荷を供給するのではなく、
振動板5に形成した金属極31eに配線を通じて電荷を
供給するため、電荷の供給スピードは速くなり、より高
周波駆動が可能になる。
【0027】実施例9 本実施例は、図14に示すように振動室9内の空気抜け
をよくするため空気抜け溝28を設けたものである。振
動板5直下の振動室9の気密性が高いと、振動板5が振
動しにくいため、圧力開放を目的として中間基板2と下
基板3の間に空気抜け溝28を設ける。
をよくするため空気抜け溝28を設けたものである。振
動板5直下の振動室9の気密性が高いと、振動板5が振
動しにくいため、圧力開放を目的として中間基板2と下
基板3の間に空気抜け溝28を設ける。
【0028】実施例10 本実施例は、図15に示すように下基板3に凹部29を
設け、この中に振動板5を駆動するための電極31を形
成したものであり、電極31用の絶縁膜を設けなくとも
振動板5の振動によるショートを防止できる。
設け、この中に振動板5を駆動するための電極31を形
成したものであり、電極31用の絶縁膜を設けなくとも
振動板5の振動によるショートを防止できる。
【0029】次に、前記インクジェットヘッド12の製
造方法の一実施例を説明する。図1に示した構造のもの
を中心に説明すると、中間基板(ノズル基板とも呼ぶ)
2については下記の工程に従ってノズル孔4,振動板
5,吐出室6,オリフィス7,インクキャビティ8,振
動室9等が形成される。 (1)シリコン熱酸化工程(図16の(a)参照) 面方位(100)のシリコン単結晶基板2Aを用い、両
面を研磨して板厚280μmとした。このSi基板2A
を大気中で1100℃で1時間加熱することにより熱酸
化を行い、全面にSiO2 の酸化膜2Bを1μmの厚さ
で形成した。 (2)パターン形成工程(図16の(b)参照)Si基
板2Aの両面にスピンコート法により片面ずつレジスト
(東京応化製OMR−83)を約1μmの厚さで形成
し、所定のパターンに露光現像を行い、レジストパター
ン2Cを形成した。このパターンは振動板5の形状を定
めるものであり、長方形で、幅1mm,長さ5mmとした。
なお、図7の実施例では振動板は1辺の長さが5mmの正
方形とした。その後、図示のようにSiO2 膜2Bをエ
ッチングした。エッチング条件は、50wt%のフッ酸
1に対し40wt%のフッ化アンモニウム液6の容量比
の混合液を20℃に保ち、その中に前記基板を10分間
浸漬した。 (3)エッチング工程(図16の(c)参照) まず、レジスト2Cを剥離するために、エッチング条件
を30wt%の過酸化水素1に対し98wt%の硫酸4
の容量比の混合液を90℃以上とし、その中に20分間
浸漬することでレジスト2Cを剥離した。しかるのち、
Si基板2Aを80℃,20wt%のKOH溶液に1分
間浸漬することで深さ1μmのエッチングを行った。こ
のエッチングにより振動室9を構成する凹部25を形成
した。 (4)反対面側のパターン形成工程(図16の(d)参
照) Si基板2Aに残ったSiO2 膜を前記(2)と同様の
条件で完全にエッチングした後、前記(1)と(2)と
同様のプロセスを用いて、Si基板2Aの全面に1μm
厚のSiO2 膜を熱酸化で形成した後、フォトリソ工程
によりSi基板2Aの反対面(図において下面)のSi
O2 膜2Bを所定のパターンにエッチングした。このパ
ターンは吐出室6とインクキャビティ8の形状を定める
ものである。 (5)エッチング工程(図16の(e)参照) 前記(3)と同様のプロセスにより、SiO2 膜をレジ
ストとしてSi基板2Aのエッチングを行い、吐出室6
とインクキャビティ8のための凹部22,24を形成し
た。このとき同時にノズル孔4用の溝21とオリフィス
7用の溝23を形成した。振動板5の板厚は100μm
とした。また、ノズル溝及びオリフィス溝の形成に関し
ては、Si基板の(111)面がエッチング方向に現れ
ると、KOH溶液でのエッチングスピードが極端に遅く
なるため、それ以上エッチングは進まなくなり、浅いエ
ッチングでストップする。例えばノズル溝幅が40μm
の場合、深さが約28μmでストップする。しかし、吐
出室やインクキャビティの場合は、幅がエッチング深さ
より十分広いため、目的の深さに形成することができ
る。すなわち、深さの異なる部分を同時に1回のエッチ
ングプロセスにより形成することができる。 (6)SiO2 膜の除去工程(図16の(f)参照) 最後に、残ったSiO2 膜2Bをエッチングで除去する
ことにより、各要部21,22,23,24,25,5
を持つノズル基板つまり中間基板2が作製された。ま
た、図7の実施例では、前記と同様のプロセスにより、
前記ノズル溝21を除き前記各要部22,23,24,
25,5を形成した中間基板と、280μm厚のSi基
板に孔径50μmのノズル孔4を形成したノズル基板
(上基板1)を作製した。
造方法の一実施例を説明する。図1に示した構造のもの
を中心に説明すると、中間基板(ノズル基板とも呼ぶ)
2については下記の工程に従ってノズル孔4,振動板
5,吐出室6,オリフィス7,インクキャビティ8,振
動室9等が形成される。 (1)シリコン熱酸化工程(図16の(a)参照) 面方位(100)のシリコン単結晶基板2Aを用い、両
面を研磨して板厚280μmとした。このSi基板2A
を大気中で1100℃で1時間加熱することにより熱酸
化を行い、全面にSiO2 の酸化膜2Bを1μmの厚さ
で形成した。 (2)パターン形成工程(図16の(b)参照)Si基
板2Aの両面にスピンコート法により片面ずつレジスト
(東京応化製OMR−83)を約1μmの厚さで形成
し、所定のパターンに露光現像を行い、レジストパター
ン2Cを形成した。このパターンは振動板5の形状を定
めるものであり、長方形で、幅1mm,長さ5mmとした。
なお、図7の実施例では振動板は1辺の長さが5mmの正
方形とした。その後、図示のようにSiO2 膜2Bをエ
ッチングした。エッチング条件は、50wt%のフッ酸
1に対し40wt%のフッ化アンモニウム液6の容量比
の混合液を20℃に保ち、その中に前記基板を10分間
浸漬した。 (3)エッチング工程(図16の(c)参照) まず、レジスト2Cを剥離するために、エッチング条件
を30wt%の過酸化水素1に対し98wt%の硫酸4
の容量比の混合液を90℃以上とし、その中に20分間
浸漬することでレジスト2Cを剥離した。しかるのち、
Si基板2Aを80℃,20wt%のKOH溶液に1分
間浸漬することで深さ1μmのエッチングを行った。こ
のエッチングにより振動室9を構成する凹部25を形成
した。 (4)反対面側のパターン形成工程(図16の(d)参
照) Si基板2Aに残ったSiO2 膜を前記(2)と同様の
条件で完全にエッチングした後、前記(1)と(2)と
同様のプロセスを用いて、Si基板2Aの全面に1μm
厚のSiO2 膜を熱酸化で形成した後、フォトリソ工程
によりSi基板2Aの反対面(図において下面)のSi
O2 膜2Bを所定のパターンにエッチングした。このパ
ターンは吐出室6とインクキャビティ8の形状を定める
ものである。 (5)エッチング工程(図16の(e)参照) 前記(3)と同様のプロセスにより、SiO2 膜をレジ
ストとしてSi基板2Aのエッチングを行い、吐出室6
とインクキャビティ8のための凹部22,24を形成し
た。このとき同時にノズル孔4用の溝21とオリフィス
7用の溝23を形成した。振動板5の板厚は100μm
とした。また、ノズル溝及びオリフィス溝の形成に関し
ては、Si基板の(111)面がエッチング方向に現れ
ると、KOH溶液でのエッチングスピードが極端に遅く
なるため、それ以上エッチングは進まなくなり、浅いエ
ッチングでストップする。例えばノズル溝幅が40μm
の場合、深さが約28μmでストップする。しかし、吐
出室やインクキャビティの場合は、幅がエッチング深さ
より十分広いため、目的の深さに形成することができ
る。すなわち、深さの異なる部分を同時に1回のエッチ
ングプロセスにより形成することができる。 (6)SiO2 膜の除去工程(図16の(f)参照) 最後に、残ったSiO2 膜2Bをエッチングで除去する
ことにより、各要部21,22,23,24,25,5
を持つノズル基板つまり中間基板2が作製された。ま
た、図7の実施例では、前記と同様のプロセスにより、
前記ノズル溝21を除き前記各要部22,23,24,
25,5を形成した中間基板と、280μm厚のSi基
板に孔径50μmのノズル孔4を形成したノズル基板
(上基板1)を作製した。
【0030】次に、電極基板(下基板3)の形成方法を
図17により説明する。 (1)金属膜形成工程(図17の(a)参照) 0.7mm厚のパイレックスガラス基板3Aの表面にスパ
ッタ法により、Ni膜3Bを1000オングストローム
の厚さで形成した。 (2)電極形成工程(図17の(b)参照) フォトリソエッチング技術により、前記Ni膜3Bを所
定のパターンに形成した。ここに、電極31,リード部
32及び端子部33が形成できた。 (3)絶縁膜の形成工程(図17の(c)参照) 最後に、絶縁膜としてSiO2 膜を約1μmの厚さで、
マスクスパッタ法により、端子部33を除き電極31及
びリード部32(図1参照)全体に被覆し、電極基板3
を作製した。以上により作製したノズル基板2と電極基
板3を陽極接合により接合した。すなわち、Si基板2
とガラス基板3を重ねたのち、ホットプレート上に設置
し、300℃で加熱しながらSi基板側を陽極とし、ガ
ラス基板側を陰極として、500Vの直流電圧を5分間
印加することにより接合した。さらに、このSi基板2
の上にインク供給口14を穿設したガラス基板(上基板
1)を上記と同様の陽極接合により接合した。また、図
7の実施例では、ノズル基板1とSi基板2を熱圧着で
接合した。以上のプロセスにより、図2,図7に示すよ
うなインクジェットヘッド12が得られた。
図17により説明する。 (1)金属膜形成工程(図17の(a)参照) 0.7mm厚のパイレックスガラス基板3Aの表面にスパ
ッタ法により、Ni膜3Bを1000オングストローム
の厚さで形成した。 (2)電極形成工程(図17の(b)参照) フォトリソエッチング技術により、前記Ni膜3Bを所
定のパターンに形成した。ここに、電極31,リード部
32及び端子部33が形成できた。 (3)絶縁膜の形成工程(図17の(c)参照) 最後に、絶縁膜としてSiO2 膜を約1μmの厚さで、
マスクスパッタ法により、端子部33を除き電極31及
びリード部32(図1参照)全体に被覆し、電極基板3
を作製した。以上により作製したノズル基板2と電極基
板3を陽極接合により接合した。すなわち、Si基板2
とガラス基板3を重ねたのち、ホットプレート上に設置
し、300℃で加熱しながらSi基板側を陽極とし、ガ
ラス基板側を陰極として、500Vの直流電圧を5分間
印加することにより接合した。さらに、このSi基板2
の上にインク供給口14を穿設したガラス基板(上基板
1)を上記と同様の陽極接合により接合した。また、図
7の実施例では、ノズル基板1とSi基板2を熱圧着で
接合した。以上のプロセスにより、図2,図7に示すよ
うなインクジェットヘッド12が得られた。
【0031】
【発明の効果】本発明の効果を列記すれば下記のとおり
である。 (1)振動板を静電気力で駆動するものであるから、振
動板駆動用の電極の構成が平面的で簡単なものとなり、
小型高密度、高印字速度、高印字品質及び長寿命化を達
成できる。 (2)インクジェットヘッドを少なくとも3枚の基板の
積層構造とすることにより、薄型にできる。 (3)吐出室の上下壁を振動板とすることにより、吐出
圧力を高めることができ、低電圧駆動が可能になる。 (4)振動板をジヤバラ溝を介して、または片持ち式に
支持することにより、振動板の変位量を大きくすること
ができ、低電圧駆動が可能になる。 (5)1つの振動板に電極を2個配設することにより、
あるいは電極に対向して金属極を振動板に設けることに
より、電荷の供給速度が速くなるため、より高周波の駆
動が可能になる。 (6)振動室を空気抜け溝を通して大気に連通させるこ
とにより、振動板の動作が確実になり、かつ安定する。 (7)インクの吐出は基板の端または面のいずれからで
も可能である。 (8)本製造方法を使用すれば、前記効果を有するイン
クジェットヘッドを安価にかつ大量に製造することがで
きる。
である。 (1)振動板を静電気力で駆動するものであるから、振
動板駆動用の電極の構成が平面的で簡単なものとなり、
小型高密度、高印字速度、高印字品質及び長寿命化を達
成できる。 (2)インクジェットヘッドを少なくとも3枚の基板の
積層構造とすることにより、薄型にできる。 (3)吐出室の上下壁を振動板とすることにより、吐出
圧力を高めることができ、低電圧駆動が可能になる。 (4)振動板をジヤバラ溝を介して、または片持ち式に
支持することにより、振動板の変位量を大きくすること
ができ、低電圧駆動が可能になる。 (5)1つの振動板に電極を2個配設することにより、
あるいは電極に対向して金属極を振動板に設けることに
より、電荷の供給速度が速くなるため、より高周波の駆
動が可能になる。 (6)振動室を空気抜け溝を通して大気に連通させるこ
とにより、振動板の動作が確実になり、かつ安定する。 (7)インクの吐出は基板の端または面のいずれからで
も可能である。 (8)本製造方法を使用すれば、前記効果を有するイン
クジェットヘッドを安価にかつ大量に製造することがで
きる。
【図1】本発明の第1実施例の主要部を一部破断して示
す分解斜視図である。
す分解斜視図である。
【図2】第1実施例の組み立て後の断面側面図である。
【図3】第1図のA−A線矢視図である。
【図4】振動板の設計における説明図で、同図の(a)
は長方形振動板の寸法関係の説明図、(b)は吐出圧力
及び吐出量を求めるための説明図である。
は長方形振動板の寸法関係の説明図、(b)は吐出圧力
及び吐出量を求めるための説明図である。
【図5】同図の(a)は(b)に示す振動板寸法の場合
の振動板の短辺長さと駆動電圧の関係を示す線図であ
る。
の振動板の短辺長さと駆動電圧の関係を示す線図であ
る。
【図6】本発明の第2実施例の断面図である。
【図7】本発明の第3実施例の断面図である。
【図8】本発明の第4実施例の断面図である。
【図9】図8のB−B線矢視図で、同図の(a)は振動
板の2辺にジャバラ溝を設けた場合、(b)は振動板の
4辺にジャバラ溝を設けた場合である。
板の2辺にジャバラ溝を設けた場合、(b)は振動板の
4辺にジャバラ溝を設けた場合である。
【図10】本発明の第5実施例の断面図である。
【図11】本発明の第6実施例の断面図である。
【図12】本発明の第7実施例の断面図である。
【図13】本発明の第8実施例の断面図である。
【図14】本発明の第9実施例の断面図である。
【図15】本発明の第10実施例の断面図である。
【図16】本発明におけるノズル基板の製造工程図であ
る。
る。
【図17】本発明における電極基板の製造工程図であ
る。
る。
1 上基板 2 中間基板 3 下基板 4 ノズル孔 5 振動板 6 吐出室 7 オリフィス 8 インクキャビティ 9 振動室 10 インクジェット記録装置 11 インク 12 インクジェットヘッド 14 インク供給口 26 発振回路 31 電極 34 絶縁膜
フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平3−140009 (32)優先日 平3(1991)6月12日 (33)優先権主張国 日本(JP)
Claims (14)
- 【請求項1】 複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に
連通する複数の独立の吐出室と、該吐出室の少なくとも
一方の壁の一部が機械的変形を起こすようになっている
振動板と、該振動板を駆動する駆動手段と、前記複数の
吐出室にインクを供給する共通のインクキャビティとを
有するインクジェットヘッドを備え、前記駆動手段に電
気パルスを印加することにより、該駆動手段に対応する
前記振動板を前記吐出室の圧力が上昇する方向に変形さ
せ、前記ノズル孔よりインク液滴を記録紙に向け吐出す
るものにおいて、 前記駆動手段が前記振動板を静電気力により変形させる
電極から成り、該電極を基板上に形成したことを特徴と
するインクジェット記録装置。 - 【請求項2】 前記インクジェットヘッドが少なくとも
3枚の基板を重ねて接合した積層構造を有し、中間の基
板に底部を前記振動板とした前記吐出室を設け、前記電
極を該振動板に対向近接させて下側の基板上に形成した
ことを特徴とする請求項1記載のインクジェット記録装
置。 - 【請求項3】 前記電極がさらに絶縁膜で覆われている
ことを特徴とする請求項1または2記載のインクジェッ
ト記録装置。 - 【請求項4】 前記吐出室の上下の壁が振動板となって
おり、それぞれの振動板に対して前記電極を配設したこ
とを特徴とする請求項2記載のインクジェット記録装
置。 - 【請求項5】 前記振動板が長方形または正方形に形成
され、該方形の対向する2辺または4辺全部に設けたジ
ャバラ溝を介して前記振動板を支持したことを特徴とす
る請求項1または2記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項6】 前記振動板が長方形または正方形に形成
され、該方形の1辺を片持ち式に支持するとともに、絶
縁性のインクを用いることを特徴とする請求項1または
2記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項7】 前記電極が1つの振動板に対して2個配
設され、第1の電極を該振動板の直下の振動室内に、第
2の電極を前記振動室外に配設するとともに、両電極に
反対の極性の電気パルスを交互に印加する発振回路を接
続したことを特徴とする請求項1または2記載のインク
ジェット記録装置。 - 【請求項8】 前記2個の電極を共に前記振動室内に配
設したことを特徴とする請求項7記載のインクジェット
記録装置。 - 【請求項9】 前記電極に対向して金属極を前記振動板
に設けたことを特徴とする請求項1または2記載のイン
クジェット記録装置。 - 【請求項10】 前記振動室が溝を介して大気に連通す
るようになっていることを特徴とする請求項7記載のイ
ンクジェット記録装置。 - 【請求項11】 前記電極を前記基板の凹部内に設けた
ことを特徴とする請求項1または2記載のインクジェッ
ト記録装置。 - 【請求項12】 前記複数のノズル孔が前記中間基板の
端部に等間隔に配設されていることを特徴とする請求項
2記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項13】 前記複数のノズル孔が前記吐出室の直
上において上側基板に等間隔に配設されていることを特
徴とする請求項2記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項14】 シリコン単結晶基板に異方性エッチン
グを施すことにより各要部を形成しノズル基板を作製す
る工程と、基板に電極または電極及び絶縁膜を形成する
ことにより電極基板を作製する工程と、前記ノズル基板
と電極基板を陽極接合により接合する工程とから成るこ
とを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
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