JPH06198873A - Ink jet head - Google Patents
Ink jet headInfo
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- JPH06198873A JPH06198873A JP137193A JP137193A JPH06198873A JP H06198873 A JPH06198873 A JP H06198873A JP 137193 A JP137193 A JP 137193A JP 137193 A JP137193 A JP 137193A JP H06198873 A JPH06198873 A JP H06198873A
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- ink
- ink chamber
- substrate
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- chamber
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、紙面に水滴状のインク
を噴出させて記録を行うインクジェットプリンタ等に用
いられるインクジェットヘッドに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet head used in an ink jet printer or the like for recording by ejecting water droplet ink onto a paper surface.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年のコンピュータ等の目覚ましい発達
に伴い、その情報の出力を得る手段として、インクを水
滴状に噴出させ、記録紙に付着させて文字や絵を記録す
る技術が開発されてきており、低騒音で普通紙に記録で
き、カラー化もできるインクジェットプリンタが登場し
ている。2. Description of the Related Art With the remarkable development of computers and the like in recent years, as a means for obtaining the output of the information, a technique for ejecting ink in the form of water droplets and adhering it to recording paper to record characters and pictures has been developed. In addition, inkjet printers that can record on plain paper with low noise and that can also be colorized have appeared.
【０００３】インクジェット記録方式は、大別するとコ
ンテニアス方式とオンデマンド方式とからなり、コンテ
ニアス方式は、インクジェットヘッドから連続噴出させ
たインク粒を、記録紙に達する間で飛行軌道の制御を行
うもので、高速記録に適しているが、記録に使わなかっ
たインク粒を回収する必要があり、装置の小型化が難し
いという欠点がある。一方、オンデマンド方式は、記録
に必要なときのみインク粒を噴出するもので、インクの
回収が不要なことから、装置の小型化と低価格化に適し
ており、オンデマンド方式が主流になりつつある。The ink jet recording system is roughly classified into a continuous system and an on-demand system. The continuous system controls the flight trajectory of ink particles continuously ejected from an ink jet head while reaching the recording paper. Although it is suitable for high-speed recording, it has a drawback that it is difficult to miniaturize the device because it is necessary to collect ink particles not used for recording. On-demand method, on the other hand, ejects ink particles only when it is necessary for printing, and since ink recovery is not required, it is suitable for downsizing and cost reduction of the device, and the on-demand method becomes the mainstream. It's starting.
【０００４】このオンデマンド方式も、インク粒の噴出
方法で分類でき、主なものとしてはサーマル式と圧電式
がある。サーマル式は、インク流路に発熱素子を設けイ
ンクの沸騰による気泡の圧力でインク粒を噴出させるよ
うになっている。This on-demand system can also be classified by the method of ejecting ink particles, and the main ones are a thermal system and a piezoelectric system. In the thermal type, a heating element is provided in the ink flow path to eject ink particles by the pressure of bubbles generated by boiling of the ink.
【０００５】一方、圧電式は電気信号による圧電素子の
機械的振動により、インク流路の体積を変えてインク粒
を噴出するもので、図５（ａ）を用いて説明すると、イ
ンク３１を内部に貯溜したインク室３２を有しており、
このインク室３２には、インク室３２の体積を変化させ
る圧電素子３３が設けられている。また、インク室３２
の一方の壁面には、水滴状のインク粒３１ａを噴出する
噴出口であるオリフィス３４が形成され、他方の壁面に
は、インク室３２内部にインク３１を供給するためのイ
ンク供給口３５が形成されている。On the other hand, the piezoelectric type ejects ink particles by changing the volume of the ink flow path by the mechanical vibration of the piezoelectric element due to an electric signal. Has an ink chamber 32 stored in
The ink chamber 32 is provided with a piezoelectric element 33 that changes the volume of the ink chamber 32. In addition, the ink chamber 32
An orifice 34, which is an ejection port for ejecting water-drop-shaped ink particles 31a, is formed on one wall surface, and an ink supply port 35 for supplying the ink 31 into the ink chamber 32 is formed on the other wall surface. Has been done.
【０００６】そして、同図に示すように、圧電素子３３
を下方に変形させ、インク室３２の体積を減少させてイ
ンク室３２内部の圧力を高め、この圧力によりオリフィ
ス３４から水滴状のインク粒３１ａを噴出させ、また、
噴出後は、図５（ｂ）に示すように、圧電素子３３を上
方に変形させ、インク室３２の体積を増加させてインク
室３１内部の圧力を減少させ、インク３１をインク供給
口３５からインク室３２内部に供給させるようになって
いる。Then, as shown in FIG.
Is deformed downward, the volume of the ink chamber 32 is reduced to increase the pressure inside the ink chamber 32, and this pressure causes the ink droplets 31a in the form of water droplets to be ejected from the orifice 34, and
After the ejection, as shown in FIG. 5B, the piezoelectric element 33 is deformed upward, the volume of the ink chamber 32 is increased, the pressure inside the ink chamber 31 is decreased, and the ink 31 is ejected from the ink supply port 35. The ink is supplied into the ink chamber 32.
【０００７】ところが、このような方式を採用すると、
インク３１をオリフィス３４から噴出させるとき、イン
ク３１はオリフィス３４から噴出すると同時に、インク
供給口３５からも流れ出そうとし、このため、インク室
３２内部の圧力が低下し、インク粒３１ａの噴出効率が
低くなるという不具合を有していた。However, if such a system is adopted,
When ejecting the ink 31 from the orifice 34, the ink 31 ejects from the orifice 34 and at the same time tries to flow out from the ink supply port 35. Therefore, the pressure inside the ink chamber 32 decreases, and the ejection efficiency of the ink particles 31a is reduced. It had the problem of becoming low.
【０００８】このような不具合を解決するために、図６
（ａ）に示すような逆止弁３６ａ・３６ｂを設ける構成
が提案されており、逆止弁３６ａ・３６ｂは、インク室
３１におけるオリフィス３４側と、インク供給口３５側
に各々設けられている。その具体的構造は、図６（ｂ）
に示すように、ダイヤフラム状の金属製の弁体３７と、
円盤３８とからなり、弁体３７は、中央の弁板３７ａが
複数のアーム３７ｂにて支持され、これが円盤３８の中
央部に開口されたインク流路３８ａを塞ぐようになって
いる。In order to solve such a problem, FIG.
A configuration has been proposed in which the check valves 36a and 36b as shown in (a) are provided. The check valves 36a and 36b are provided on the orifice 34 side and the ink supply port 35 side of the ink chamber 31, respectively. . The specific structure is shown in FIG.
As shown in FIG.
The valve body 37 is composed of a disc 38, and a central valve plate 37a is supported by a plurality of arms 37b, and the valve plate 37 closes an ink flow path 38a opened in the central portion of the disc 38.
【０００９】このような逆止弁３６ａ・３６ｂを備えた
インクジェットヘッドにおいて、圧電素子３３が変形し
てインク室３２内部の圧力が高まると、インク供給口３
５側に設けられた逆止弁３６ｂの弁板３７ａは、インク
流路３８ａに押し付けられてインク流路３８ａを塞ぐの
で、インク３１の逆流が防止される。一方、オリフィス
３４側に設けられた逆止弁３６ａの弁板３７ａは、イン
ク流路３８ａから離れる方向に動くので、オリフィス３
４からのインク粒１１ａの噴出はスムーズに行われる。In the ink jet head having such check valves 36a and 36b, when the piezoelectric element 33 is deformed and the pressure inside the ink chamber 32 increases, the ink supply port 3
The valve plate 37a of the check valve 36b provided on the fifth side is pressed against the ink flow path 38a to close the ink flow path 38a, so that the reverse flow of the ink 31 is prevented. On the other hand, since the valve plate 37a of the check valve 36a provided on the orifice 34 side moves in the direction away from the ink flow path 38a, the orifice 3
The ink particles 11a are ejected smoothly from No.4.
【００１０】また、逆にインク室３２内部の圧力が低く
なると、上記とは逆に作用し、逆止弁３６ｂの弁板３７
ａはインク流路３８ａから離れる方向に移動するので、
インク３１はインク供給口３５からスムーズに供給さ
れ、逆止弁３６ａの弁板３７ａはインク流路３８ａに押
し付けられる。On the contrary, when the pressure inside the ink chamber 32 becomes low, the above-mentioned effect is exerted, and the valve plate 37 of the check valve 36b.
Since a moves in a direction away from the ink flow path 38a,
The ink 31 is smoothly supplied from the ink supply port 35, and the valve plate 37a of the check valve 36a is pressed against the ink flow path 38a.
【００１１】尚、図６（ａ）中、３３ａにて示されるも
のは電圧印加部であり、圧電素子３３にパルス電圧を印
加することで、圧電素子３３を変形させるようになって
いる。Incidentally, in FIG. 6A, the reference numeral 33a is a voltage applying portion, and by applying a pulse voltage to the piezoelectric element 33, the piezoelectric element 33 is deformed.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成においては、逆止弁３６ａ・３６ｂを金属板等
を加工して形成しているため、金属という材料の性質上
薄さに限界が有り、逆止弁３６ａ・３６ｂの動作が鈍感
で不確実なものとなり、そのため、必ずしもインクジェ
ットヘッドの噴出効率が向上されているとは言い難い。However, in the above conventional structure, since the check valves 36a and 36b are formed by processing a metal plate or the like, there is a limit to the thinness of the material of metal. However, the operation of the check valves 36a and 36b becomes insensitive and uncertain, and therefore, it cannot be said that the ejection efficiency of the inkjet head is necessarily improved.
【００１３】また、金属は、材質的に歪みや欠陥が少な
くなく、金属からなる弁体を用いて長時間の動作を行う
と、曲げによるクラックや疲労が発生し、破損の恐れを
有すると共に、歪みにより、初期の特性を維持すること
が難しく、安定した性能を維持できない等の欠点が指摘
されている。Further, metal has many distortions and defects in terms of material, and if a valve body made of metal is operated for a long time, cracks and fatigue due to bending occur, and there is a risk of damage. It has been pointed out that due to the distortion, it is difficult to maintain the initial characteristics, and stable performance cannot be maintained.
【００１４】本発明は、上記課題を鑑み成されたもの
で、丈夫で効率よく動作し、安定した性能が維持できる
逆止弁とすることで、インクジェットヘッドの噴出効率
と信頼性を高めると共に、さらには、性能の向上とコス
ト削減を図ることを目的としている。The present invention has been made in view of the above problems, and improves the ejection efficiency and reliability of an ink jet head by providing a check valve that is durable, operates efficiently, and can maintain stable performance. Furthermore, it aims to improve performance and reduce costs.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】請求項１記載のインクジ
ェットヘッドは、上記の目的を達成するために、インク
を内部に貯溜する圧力切り換え可能なインク室と、イン
ク室内部のインクがインク供給口から逆流することを防
止するための逆止弁とが備えられ、インク室内部の圧力
が高められることにより、噴出口からインク室内部に貯
溜されたインクが噴出される一方、インク室内部の圧力
が低下されることにより、インク供給口からインク室内
部にインクが供給されるインクジェットヘッドにおい
て、上記逆止弁における弁座に接離するダイヤフラム状
の弁体が、シリコン単結晶からなる薄板にて形成されて
いることを特徴としている。In order to achieve the above object, an ink jet head according to a first aspect of the present invention has a pressure switchable ink chamber for storing ink therein and an ink supply port for the ink inside the ink chamber. A check valve for preventing backflow from the ink chamber is provided, and the pressure in the ink chamber is increased while the pressure in the ink chamber is increased so that the ink stored in the ink chamber is ejected from the ejection port. In the ink jet head in which the ink is supplied from the ink supply port to the inside of the ink chamber by decreasing the pressure, the diaphragm-shaped valve element that comes in contact with and separates from the valve seat of the check valve is a thin plate made of a silicon single crystal. It is characterized by being formed.
【００１６】また、請求項２記載のインクジェットヘッ
ドは、上記の目的を達成するために、請求項１のインク
ジェットヘッドにおいて、上記インク室を形成するイン
ク室壁部がシリコン単結晶から形成されていることを特
徴としている。In order to achieve the above object, the ink jet head according to a second aspect is the ink jet head according to the first aspect, wherein the ink chamber wall portion forming the ink chamber is formed of a silicon single crystal. It is characterized by that.
【００１７】また、請求項３記載のインクジェットヘッ
ドは、上記の目的を達成するために、請求項２のインク
ジェットヘッドにおいて、上記逆止弁とインク室壁部と
が一体に形成されていることを特徴としている。In order to achieve the above object, the ink jet head according to a third aspect of the present invention is the ink jet head according to the second aspect, wherein the check valve and the ink chamber wall are integrally formed. It has a feature.
【００１８】[0018]
【作用】請求項１記載の構成によれば、逆止弁の弁体
が、シリコン単結晶からなる薄板にて形成されているの
で、例えばシリコン単結晶基板等を異方性エッチングに
て加工することにより、極めて薄く均一に形成すること
ができる。したがって、従来の金属からなる弁体より
も、弁として敏感に動作するようになる。According to the structure of the present invention, since the valve body of the check valve is formed of a thin plate made of silicon single crystal, for example, a silicon single crystal substrate or the like is processed by anisotropic etching. As a result, it can be formed extremely thin and uniform. Therefore, the valve operates more sensitively as a valve than the conventional valve body made of metal.
【００１９】また、シリコン単結晶は、歪みや欠陥が極
めて少ないので、シリコン単結晶からなる弁体を用いた
場合、長時間の動作を行っても曲げによるクラックや疲
労が発生し難く、破損の恐れが少ないと共に、歪みが少
ないことから初期の特性をそのまま維持することができ
る。Further, since the silicon single crystal has extremely few strains and defects, when a valve body made of the silicon single crystal is used, cracks and fatigue due to bending are unlikely to occur even if the valve body is operated for a long time, and the silicon single crystal is not damaged. Since the fear is small and the distortion is small, the initial characteristics can be maintained as they are.
【００２０】また、請求項２記載の構成によれば、イン
ク室を形成するインク室壁部がシリコン単結晶から形成
されているので、従来の金属等からなるものよりもイン
ク室内部の圧力が上昇した場合のインク室壁部の変形が
小さく、インク室内部の圧力がインク室の変形にて低下
するという恐れが少ない。このため、噴出口からインク
を噴出させる際、高速のインク噴出にも対応可能とな
る。According to the second aspect of the invention, since the ink chamber wall forming the ink chamber is formed of silicon single crystal, the pressure inside the ink chamber is lower than that of the conventional one made of metal or the like. The deformation of the ink chamber wall portion when it rises is small, and the pressure inside the ink chamber is less likely to drop due to the deformation of the ink chamber. Therefore, when ejecting ink from the ejection port, it is possible to cope with high-speed ejection of ink.
【００２１】また、請求項３記載の構成によれば、上記
逆止弁とインク室壁部とが一体に形成されているので、
組み立ての際の組み立て精度の向上が図れる。Further, according to the third aspect of the invention, since the check valve and the ink chamber wall are integrally formed,
It is possible to improve the assembly accuracy at the time of assembly.
【００２２】[0022]
【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図４に
基づいて説明すれば、以下の通りである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The following will describe one embodiment of the present invention with reference to FIGS.
【００２３】本発明のインクジェットヘッドは、図１に
示すように、シリコン単結晶からなる基板（インク室壁
部）３・４・５を有しており、これら３枚の基板３・４
・５が接合されることで、インク１を貯溜するインク室
２が形成されている。このインク室２は、基板４に設け
られた後述するダイヤフラム状の弁体８にて互いに連通
状態であるメインインク室２ａとサブインク室２ｂとに
分割されており、基板３と基板４とでメインインク室２
ａが形成され、基板４と基板５とでサブインク室２ｂが
形成されている。As shown in FIG. 1, the ink jet head of the present invention has substrates (ink chamber wall portions) 3 and 4 made of silicon single crystal, and these three substrates 3 and 4 are provided.
The ink chamber 2 that stores the ink 1 is formed by joining 5 together. The ink chamber 2 is divided into a main ink chamber 2a and a sub ink chamber 2b which are in communication with each other by a diaphragm-shaped valve body 8 which will be described later and is provided on the substrate 4. Ink chamber 2
a is formed, and the sub-ink chamber 2b is formed by the substrate 4 and the substrate 5.
【００２４】メインインク室２ａを形成する基板３に
は、インク粒１ａの噴出口としてのオリフィス９が形成
され、また、図示しない圧電素子にて進退移動可能に構
成されたピストン１０が洞貫されており、圧電素子にパ
ルス波形の電圧が印加された際に、進退移動してインク
室２の体積を変化させ、インク室２内部の圧力を変化さ
せるようになっている。An orifice 9 as an ejection port for the ink particles 1a is formed in the substrate 3 forming the main ink chamber 2a, and a piston 10 configured to be movable back and forth by a piezoelectric element (not shown) is pierced. Therefore, when a voltage having a pulse waveform is applied to the piezoelectric element, it moves back and forth to change the volume of the ink chamber 2 and change the pressure inside the ink chamber 2.
【００２５】一方、サブインク室２ｂを形成する基板５
には、中央部にインク供給口６が開口されており、この
インク供給口６の回りには、インク室２内部の圧力が高
められたときに上記弁体８が当接する弁座７が一体に形
成されている。On the other hand, the substrate 5 forming the sub ink chamber 2b
Has an ink supply port 6 opened in the center thereof, and a valve seat 7 with which the valve body 8 abuts when the pressure inside the ink chamber 2 is increased is integrated around the ink supply port 6. Is formed in.
【００２６】そして、メインインク室２ａ及びサブイン
ク室２ｂを仕切る基板４には、図２に示す弁板８ａと、
４個のアーム８ｂ…とからなるダイヤフラム状の弁体８
が一体に形成されている。この弁体８と上記弁座７と
で、逆止弁が構成されている。The substrate 4 for partitioning the main ink chamber 2a and the sub ink chamber 2b has a valve plate 8a shown in FIG.
A diaphragm-shaped valve body 8 composed of four arms 8b.
Are integrally formed. The valve body 8 and the valve seat 7 constitute a check valve.
【００２７】上記構成のインクジェットヘッドにおい
て、ピストン１０がインク室２内部に挿入されると、イ
ンク室２内部の体積が減少してインク室２内部の圧力が
高まり、インク１がオリフィス９からインク粒１ａとし
て噴出する。同時に、弁体８は、インク室２内部の圧力
の高まりと共に、メインインク室２ａからサブインク室
２ｂ方向への圧力を受けて下方に変形し、弁板８ａが弁
座７に押し付けられてインク供給口６を塞ぐ。これに
て、インク１の逆流が防止され、インク１の逆流による
インク室２内部の圧力低下が生じず、インク粒１ａの噴
出効率が向上する。In the ink jet head having the above construction, when the piston 10 is inserted into the ink chamber 2, the volume inside the ink chamber 2 decreases and the pressure inside the ink chamber 2 increases, so that the ink 1 is ejected from the orifice 9 into ink particles. It jets out as 1a. At the same time, as the pressure inside the ink chamber 2 increases, the valve body 8 receives pressure in the direction from the main ink chamber 2a to the sub ink chamber 2b and is deformed downward, and the valve plate 8a is pressed against the valve seat 7 to supply ink. Block mouth 6. As a result, the backflow of the ink 1 is prevented, the pressure drop inside the ink chamber 2 due to the backflow of the ink 1 does not occur, and the ejection efficiency of the ink particles 1a is improved.
【００２８】一方、ピストン１０がインク室２内部から
引き抜かれると、インク室２内部の体積が増大してイン
ク室２内部の圧力が低下し、インク粒１ａのオリフィス
９からの噴出は停止する。同時に、弁体８は、インク室
２内部の圧力の低下と共に、サブインク室２ｂからメイ
ンインク室２ａ方向への圧力を受けて上方に変形し、弁
板８ａが弁座７から離れてインク供給口６を開放し、イ
ンク室２へインク１が供給される。On the other hand, when the piston 10 is pulled out from the inside of the ink chamber 2, the volume inside the ink chamber 2 increases and the pressure inside the ink chamber 2 decreases, so that the ejection of the ink particles 1a from the orifice 9 is stopped. At the same time, the valve body 8 receives pressure in the direction from the sub ink chamber 2b to the main ink chamber 2a as the pressure inside the ink chamber 2 decreases, and deforms upward, so that the valve plate 8a separates from the valve seat 7 and the ink supply port is opened. 6 is opened, and the ink 1 is supplied to the ink chamber 2.
【００２９】次に、上記インクジェットヘッドにおける
弁体８が形成されている基板４、及び弁座７が形成され
ている基板５の作製方法を、図３及び図４を用いて説明
する。Next, a method of manufacturing the substrate 4 on which the valve body 8 is formed and the substrate 5 on which the valve seat 7 is formed in the above ink jet head will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
【００３０】基板４を作製する際、まず、図３（ａ）に
示すように、シリコン単結晶基板１１（以下、単に基板
１１と略記する）の両面にＳｉＯ2 薄膜１２ａ・１２ｂ
を形成し、これにフォトリソグラフィーにて、図におい
て上側に位置するＳｉＯ2 薄膜１２ａに薄膜開口部１３
を形成する。フォトリソグラフィーの工程を詳細に説明
すると、まず、ＳｉＯ2 薄膜１２ａ・１２ｂの上にフォ
トレジストを塗布し、このフォトレジスト面に、所望の
形状のパターン、この場合は、ＳｉＯ2 薄膜１２ａ側の
フォトレジスト面に薄膜開口部１３のパターンを露光し
て現像を行う。次いで、弗酸を含むエッチング液でウエ
ットエッチング、もしくは真空中で加速したイオンを衝
突させるイオンミリングを用いて、不要な部分のＳｉＯ
2 膜１２ａを除去し、基板１１の上面に所望のパターン
である薄膜開口部１３を形成する。When the substrate 4 is manufactured, first, as shown in FIG. 3A, SiO 2 thin films 12a and 12b are formed on both surfaces of a silicon single crystal substrate 11 (hereinafter simply referred to as the substrate 11).
And a thin film opening 13 is formed on the SiO 2 thin film 12a located on the upper side in the figure by photolithography.
To form. The process of photolithography will be described in detail. First, a photoresist is applied onto the SiO 2 thin films 12a and 12b, and a pattern of a desired shape, in this case, the photoresist on the SiO 2 thin film 12a side is formed on the photoresist surface. The pattern of the thin film opening 13 is exposed on the resist surface and development is performed. Then, using wet etching with an etching solution containing hydrofluoric acid or ion milling in which ions accelerated in a vacuum collide with each other, unnecessary portions of SiO
2 The film 12a is removed, and a thin film opening 13 having a desired pattern is formed on the upper surface of the substrate 11.
【００３１】次に、ＫＯＨを含むエッチング液にて、Ｓ
ｉＯ2 薄膜１２ａ・１２ｂにて覆われていない薄膜開口
部１３部位における基板１１の異方性エッチングを行
い、基板１１の上面側に、図３（ｂ）に示すような溝部
１４を形成する。このときの溝部１４の深さは、エッチ
ング時間を換えることで、自由に変えられるようになっ
ており、溝部１４の底部にあたる基板１１の厚みが、弁
体８の厚みとなる。Next, with an etching solution containing KOH, S
Anisotropic etching of the substrate 11 is performed in the thin film opening 13 portion which is not covered with the iO 2 thin films 12a and 12b, and the groove portion 14 as shown in FIG. 3B is formed on the upper surface side of the substrate 11. At this time, the depth of the groove portion 14 can be freely changed by changing the etching time, and the thickness of the substrate 11 at the bottom of the groove portion 14 becomes the thickness of the valve body 8.
【００３２】続いて、今度は、図３（ｃ）に示すよう
に、基板１１の下面側のＳｉＯ2 薄膜１２ｂに、図２に
示した弁体８の全体形状に相当する薄膜開口部１５を、
上記と同様のフォトリソグラフィーにて形成する。尚、
上記弁体８における弁板８ａの大きさ、形成部位等は、
インクジェットヘッドとして完成された際に弁座７と対
応して、上述の作用を成しえるように位置合わせされて
いる。Next, as shown in FIG. 3C, a SiO 2 thin film 12b on the lower surface side of the substrate 11 is provided with a thin film opening 15 corresponding to the entire shape of the valve body 8 shown in FIG. ,
It is formed by the same photolithography as above. still,
The size of the valve plate 8a in the valve body 8 and the formation site are
When completed as an ink jet head, it is aligned with the valve seat 7 so as to perform the above-mentioned operation.
【００３３】そして、再び、ＫＯＨを含むエッチング液
にて薄膜開口部１５部位における基板１１の異方性エッ
チングを行い、基板１１の下面側に、図３（ｄ）に示す
ような基板開口部１６を形成し、基板１１を図２に示す
弁板８ａ、アーム８ｂ…からなる弁体８を備えた上記基
板４に形成する。Then, again, the substrate 11 is anisotropically etched at the thin film opening 15 portion with an etching solution containing KOH, and the substrate opening 16 as shown in FIG. Then, the substrate 11 is formed on the substrate 4 having the valve body 8 including the valve plate 8a, the arms 8b, ... Shown in FIG.
【００３４】このような工程にて弁体８を加工すること
により、弁体８を希望する薄さに均一に、かつ、インク
室２を形成する基板４と一体に形成できるので、機敏な
動作が可能で、かつ、強固な構造とすることができる。By processing the valve body 8 in such a process, the valve body 8 can be uniformly formed to a desired thinness and can be integrally formed with the substrate 4 forming the ink chamber 2, so that agile operation is possible. And a strong structure can be obtained.
【００３５】一方、基板５を形成する際は、まず、図４
（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板２１（以下、
単に基板２１と略記する）の両面にＳｉＯ2 薄膜２２ａ
・２２ｂを形成し、これにフォトリソグラフィーにて、
基板２１の上面側のＳｉＯ2薄膜２２ａに薄膜開口部２
３を形成する。On the other hand, when forming the substrate 5, first, referring to FIG.
As shown in (a), the silicon single crystal substrate 21 (hereinafter,
The SiO 2 thin film 22a is formed on both surfaces of the substrate 21).
・ 22b is formed, and by photolithography,
The thin film opening 2 is formed in the SiO 2 thin film 22a on the upper surface side of the substrate 21.
3 is formed.
【００３６】次に、ＫＯＨを用いたエッチング液にて、
ＳｉＯ2 薄膜２２ａ・２２ｂにて覆われていない薄膜開
口部２３部位における基板２１の異方性エッチングを行
い、基板２１の上面に、図４（ｂ）に示すような基板開
口部２４を形成する。Next, with an etching solution using KOH,
Anisotropic etching of the substrate 21 is performed in the thin film opening 23 portion not covered with the SiO 2 thin films 22a and 22b, and a substrate opening 24 as shown in FIG. 4B is formed on the upper surface of the substrate 21. .
【００３７】次いで、図４（ｃ）に示すように、基板開
口部２４の斜面にＳｉＯ2 薄膜２２ｃを形成した後、フ
ォトリソグラフィーにて再び基板２１の上面側のＳｉＯ
2 薄膜２２ａに薄膜開口部２５を形成する。Next, as shown in FIG. 4C, after forming a SiO 2 thin film 22c on the slope of the substrate opening 24, the SiO 2 on the upper surface side of the substrate 21 is again formed by photolithography.
2 Form a thin film opening 25 in the thin film 22a.
【００３８】次に、ＫＯＨを用いたエッチング液にて、
ＳｉＯ2 薄膜２２ａ・２２ｂ・２２ｃにて覆われていな
い薄膜開口部２５部位における基板２１の異方性エッチ
ングを行い、基板２１の上面に、図４（ｄ）に示すよう
な溝部２６を形成し、基板２１を弁座７を備えた基板５
に形成する。Next, with an etching solution using KOH,
Anisotropic etching of the substrate 21 is performed in the thin film opening 25 portion not covered with the SiO 2 thin films 22a, 22b, 22c, and a groove 26 as shown in FIG. 4D is formed on the upper surface of the substrate 21. , The substrate 21 and the substrate 5 with the valve seat 7
To form.
【００３９】このような工程にて弁座７を加工すること
により、弁座７をインク室２を形成する基板５と一体に
形成できるので、強固な構造とすることが可能となる。By processing the valve seat 7 in such a process, the valve seat 7 can be formed integrally with the substrate 5 forming the ink chamber 2, so that a strong structure can be obtained.
【００４０】また、このようなインクジェットヘッドを
形成する際、弁板８ａ及び弁座７の接触面は、インク室
２の圧力が高まって、弁板８ａが弁座７に押し付けられ
たときに、インク１の漏れが発生しないように、充分に
両者の密着性を高めることが必要であるため、両者の接
触面を予め研磨し、表面粗さを小さくしておく。この場
合、好ましくは表面の粗さとして、０．１μｍ以下に設
定しておくことが望ましい。When forming such an ink jet head, when the pressure in the ink chamber 2 is increased and the valve plate 8a is pressed against the valve seat 7 on the contact surface between the valve plate 8a and the valve seat 7, Since it is necessary to sufficiently improve the adhesiveness between the two so that the ink 1 does not leak, the contact surfaces of the two are preliminarily polished to reduce the surface roughness. In this case, the surface roughness is preferably set to 0.1 μm or less.
【００４１】そして、このようにして作製した基板４、
基板５、及びフォトリソグラフィーと異方性エッチング
を行って同様に形成した基板３を、基板４を基板３と基
板５とで挾持するように、例えばエポキシ樹脂、熱硬化
樹脂等の接着剤を用いて接合することで、前述の図１に
示すインクジェットヘッドが得られる。Then, the substrate 4 thus manufactured,
An adhesive such as an epoxy resin or a thermosetting resin is used so that the substrate 5 and the substrate 3 similarly formed by photolithography and anisotropic etching are sandwiched between the substrate 3 and the substrate 5. The ink jet head shown in FIG.
【００４２】以上のように、本実施例においては、イン
ク室２からインク供給口６へのインク１の逆流を防止す
る逆止弁の弁体８をシリコン単結晶から構成している。
したがって、極めて薄く均一に形成でき、従来の金属か
らなる弁体よりも、弁として敏感に動作させることがで
き、インクジェットヘッドの噴出効率を向上させること
ができる。As described above, in this embodiment, the valve body 8 of the check valve for preventing the reverse flow of the ink 1 from the ink chamber 2 to the ink supply port 6 is made of silicon single crystal.
Therefore, it can be formed to be extremely thin and uniform, and can be operated more sensitively as a valve than a conventional valve body made of metal, and the ejection efficiency of the inkjet head can be improved.
【００４３】また、歪みや欠陥が極めて少ないシリコン
単結晶からなる弁体８は、長時間の動作を行っても曲げ
によるクラックや疲労が発生し難く、破損の恐れが少な
いと共に、歪みが少ないことから初期の特性をそのまま
維持することができるので、インクジェットヘッドの信
頼性の向上を可能とする。Further, the valve body 8 made of silicon single crystal with very few strains and defects is unlikely to be cracked or fatigued by bending even if it is operated for a long period of time, and is less likely to be damaged and has little strain. Since the initial characteristics can be maintained as they are, the reliability of the inkjet head can be improved.
【００４４】さらに、本実施例においては、インク室２
を形成する各基板３・４・５をそれぞれシリコン単結晶
から形成しているので、従来の金属等からなるものより
もインク室２内部の圧力が上昇した場合の壁部の変形が
小さく、インク室２内部の圧力がインク室２の変形にて
低下するという恐れが少ない。このため、オリフィス９
からインク粒１を噴出させる際、高速のインク噴出に対
応可能となり、インクジェットヘッドの性能を向上させ
ることができる。Further, in this embodiment, the ink chamber 2
Since each of the substrates 3, 4 and 5 forming the ink is formed of a silicon single crystal, the deformation of the wall portion when the pressure inside the ink chamber 2 rises is smaller than that of the conventional one made of metal or the like, and the ink There is little risk that the pressure inside the chamber 2 will drop due to the deformation of the ink chamber 2. Therefore, the orifice 9
When the ink particles 1 are ejected from the ink jet head, it is possible to cope with high-speed ink ejection, and the performance of the inkjet head can be improved.
【００４５】そして、本実施例においては、逆止弁を成
す弁体８と弁座７とをインク２を形成する基板４、また
は基板５と各々一体に形成しているので、組み立ての際
の組み立て精度が向上され、ひいては、製作コストの削
減が可能である。In this embodiment, since the valve body 8 and the valve seat 7 which form the check valve are integrally formed with the substrate 4 or the substrate 5 forming the ink 2, respectively, they are assembled together. The assembling accuracy is improved, and the manufacturing cost can be reduced.
【００４６】尚、本実施例においては、基板３・４・５
にあたる素子を別々にそれぞれの形状に加工し、個々の
切り離された素子を接合することで、１個のインクジェ
ットヘッドを得るようになっているが、接合の方法とし
ては、これ以外に、シリコンウエーファに個々の素子が
加工されている状態で一括して接合し、その後、個々の
素子に切り離す工程を採ることもできる。このような構
成を採用することにより、組み立ての工数を削減するこ
とができると共に大量生産が可能となり、作製コストの
削減を図ることができる。In this embodiment, the substrates 3, 4, 5 are
One ink jet head is obtained by separately processing the corresponding elements into their respective shapes and joining the separated elements, but the other method of joining is to use a silicon wafer. It is also possible to adopt a process in which the individual elements are joined to the fiber at once in a state of being processed, and then the individual elements are separated. By adopting such a configuration, the number of assembling steps can be reduced, mass production is possible, and the production cost can be reduced.
【００４７】また、本実施例においては、弁体８におけ
る弁板８ａ、アーム８ｂ…それぞれの厚さを等しく形成
したが、それぞれに必要な特性を考慮して、弁板８ａと
アーム８ｂ…をそれぞれ異なる厚さに設定することも可
能である。つまり、本実施例の作製工程においては、ア
ーム８ａを加工した後、再び弁体８部分にフォトレジス
トを塗布し、弁板８ａ、もしくはアーム８ｂ…のどちら
かの形にフォトリソグラフィーを行いパターニングし、
再度異方性エッチングを行って、弁板８ａとアーム８ｂ
…との厚さを違えて加工すればよい。Further, in the present embodiment, the valve plate 8a and the arms 8b of the valve body 8 are formed to have the same thickness, but the valve plate 8a and the arms 8b are formed in consideration of the characteristics required for each. It is also possible to set different thicknesses. That is, in the manufacturing process of the present embodiment, after the arm 8a is processed, the valve body 8 is coated with photoresist again, and the valve plate 8a or the arm 8b is subjected to photolithography to be patterned. ,
Anisotropic etching is performed again to make the valve plate 8a and the arm 8b
It should be processed with a different thickness.
【００４８】上記の弁板８ａに必要な特性としては、弁
座７に押し付けられたときに、破損はもちろんのこと、
弾性変形を生じないことが必要であり、このため、充分
な厚みを有していることが必要である。弾性変形が生じ
ると、インク室２の圧力低下や、弁座７との接触面に隙
間ができ、インク粒１ａの噴出効率の低下や、インク漏
れを引き起こす原因となる。The characteristics required for the valve plate 8a are, of course, damage when pressed against the valve seat 7.
It is necessary not to cause elastic deformation, and therefore, it is necessary to have a sufficient thickness. When the elastic deformation occurs, the pressure in the ink chamber 2 is reduced, and a gap is formed on the contact surface with the valve seat 7, which causes the ejection efficiency of the ink particles 1a to be reduced and causes ink leakage.
【００４９】また、アーム部６ｂ…に必要な特性として
は、微小な圧力変化にも敏感に反応して弁板８ａが動く
ように、適当なバネ定数を有する必要がある。敏感な動
きを行うためには、バネ定数が小さく、共振周波数が小
さく、僅かな圧力変動で大きな弁体８の動作を生じる方
がよい。しかし弁体８が高速で動作するにはバネ定数が
大きく、共振周波数が大きい方がよく、このため、アー
ム６ｂの厚さは自由に設定可能なことが望ましい。Further, as a characteristic required for the arms 6b ..., It is necessary to have an appropriate spring constant so that the valve plate 8a can move sensitively in response to a minute pressure change. In order to perform a sensitive movement, it is preferable that the spring constant is small, the resonance frequency is small, and a large movement of the valve body 8 is caused by a slight pressure fluctuation. However, in order for the valve body 8 to operate at high speed, it is preferable that the spring constant is large and the resonance frequency is large. Therefore, it is desirable that the thickness of the arm 6b can be freely set.
【００５０】[0050]
【発明の効果】請求項１記載のインクジェットヘッド
は、以上のように、逆止弁における弁体に接離するダイ
ヤフラム状の弁体が、シリコン単結晶からなる薄板にて
形成されている構成である。As described above, the ink jet head according to the first aspect of the present invention is configured such that the diaphragm-shaped valve element that comes into contact with and separates from the valve element of the check valve is formed of a thin plate made of silicon single crystal. is there.
【００５１】これによれば、逆止弁の弁体が、シリコン
単結晶からなる薄板にて形成されているので、例えばシ
リコン単結晶基板等を異方性エッチングにて加工するこ
とにより、極めて薄く均一に形成することができる。し
たがって、従来の金属からなる弁体よりも、弁として敏
感に動作するようになる。According to this, since the valve body of the check valve is formed by the thin plate made of silicon single crystal, it is extremely thin by processing the silicon single crystal substrate or the like by anisotropic etching. It can be formed uniformly. Therefore, the valve operates more sensitively as a valve than the conventional valve body made of metal.
【００５２】また、シリコン単結晶は、歪みや欠陥が極
めて少ないので、シリコン単結晶からなる弁体を用いた
場合、長時間の動作を行っても曲げによるクラックや疲
労が発生し難く、破損の恐れが少ないと共に、歪みが少
ないことから初期の特性をそのまま維持することができ
る。Further, since the silicon single crystal has very few strains and defects, when a valve body made of the silicon single crystal is used, cracks and fatigue due to bending are unlikely to occur even if the valve body is operated for a long time, and the silicon single crystal is not damaged. Since the fear is small and the distortion is small, the initial characteristics can be maintained as they are.
【００５３】これらの結果、信頼性が高く、噴出効率の
高いインクジェットヘッドを得ることができるという効
果を奏する。As a result, there is an effect that an ink jet head having high reliability and high ejection efficiency can be obtained.
【００５４】また、請求項２記載のインクジェットヘッ
ドは、以上のように、請求項１のインクジェットヘッド
において、インク室を形成するインク室壁部がシリコン
単結晶から形成されている構成である。Further, as described above, the ink jet head according to the second aspect is the ink jet head according to the first aspect, wherein the ink chamber wall portion forming the ink chamber is formed of a silicon single crystal.
【００５５】これによれば、インク室を形成するインク
室壁部がシリコン単結晶から形成されているので、従来
の金属等からなるものよりもインク室内部の圧力が上昇
した場合のインク室壁部の変形が小さく、インク室内部
の圧力がインク室の変形にて低下するという恐れが少な
い。それゆえ、噴出口からインクを噴出させる際、高速
のインク噴出に対応することができる。According to this, since the ink chamber wall portion forming the ink chamber is formed of silicon single crystal, the ink chamber wall when the pressure inside the ink chamber is higher than that of the conventional one made of metal or the like. Since the deformation of the ink chamber is small, the pressure inside the ink chamber is less likely to decrease due to the deformation of the ink chamber. Therefore, when ejecting ink from the ejection port, it is possible to cope with high-speed ink ejection.
【００５６】この結果、上記請求項１と同様の効果を奏
すると共に、さらに、高性能なインクジェットヘッドを
得られるという効果を奏する。As a result, the same effects as those of the above-described claim 1 can be obtained, and further, an effect that a high performance ink jet head can be obtained.
【００５７】また、請求項３記載のインクジェットヘッ
ドは、以上のように、請求項２のインクジェットヘッド
において、逆止弁とインク室壁部とが一体に形成されて
いる構成である。As described above, the ink jet head according to the third aspect of the present invention is the ink jet head according to the second aspect, in which the check valve and the ink chamber wall are integrally formed.
【００５８】これによれば、逆止弁とインク室壁部とが
一体に形成されているので、組み立ての際の組み立て精
度の向上が図れる。According to this, since the check valve and the ink chamber wall are integrally formed, the assembling accuracy at the time of assembling can be improved.
【００５９】この結果、上記請求項２と同様の効果を奏
すると共に、さらに、製作コストの削減を可能にすると
いう効果を奏する。As a result, the same effects as those of the above-mentioned claim 2 are obtained, and further, the effect that the manufacturing cost can be reduced is exhibited.
【図１】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドの縦断面図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.
【図２】上記インクジェットヘッドに備えられた逆止弁
における弁体の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a valve body of a check valve provided in the inkjet head.
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、上記インクジェットヘッド
に備えられた逆止弁における弁体を作製するプロセスを
説明する説明図である。3 (a) to 3 (d) are explanatory views for explaining a process of manufacturing a valve body of a check valve provided in the inkjet head.
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、上記インクジェットヘッド
に備えられた逆止弁における弁座を作製するプロセスを
説明する説明図である。4A to 4D are explanatory views illustrating a process of manufacturing a valve seat in a check valve included in the inkjet head.
【図５】従来のインクジェットヘッドの縦断面図であ
り、（ａ）はインク粒噴出時の状態を示すもので、
（ｂ）はインク供給時の状態を示すものである。FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a conventional inkjet head, in which (a) shows a state when ink particles are ejected,
(B) shows a state when ink is supplied.
【図６】従来の逆止弁が設けられたタイプのインクジェ
ットヘッドを示すものであり、（ａ）はその縦断面図
で、（ｂ）はこのインクジェットヘッドに設けられた逆
止弁の拡大斜視図である。6A and 6B show an inkjet head of a type provided with a conventional check valve, in which FIG. 6A is a longitudinal sectional view thereof, and FIG. 6B is an enlarged perspective view of a check valve provided in the inkjet head. It is a figure.
１ インク １ａ インク粒 ２ インク室 ２ａ メインインク室 ２ｂ サブインク室 ３ 基板（インク室壁部） ４ 基板（インク室壁部） ５ 基板（インク室壁部） ６ インク供給口 ７ 弁座（逆止弁） ８ 弁体（逆止弁） ８ａ 弁板 ８ｂ アーム ９ オリフィス（噴出口） １０ ピストン １１ シリコン単結晶基板 ２１ シリコン単結晶基板 1 Ink 1a Ink Particles 2 Ink Chamber 2a Main Ink Chamber 2b Sub Ink Chamber 3 Substrate (Ink Chamber Wall) 4 Substrate (Ink Chamber Wall) 5 Substrate (Ink Chamber Wall) 6 Ink Supply Port 7 Valve Seat (Check Valve) ) 8 valve body (check valve) 8a valve plate 8b arm 9 orifice (jet outlet) 10 piston 11 silicon single crystal substrate 21 silicon single crystal substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 和博 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 石井 頼成 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kazuhiro Kimura 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka, Osaka Within the corporation
Claims (3)
なインク室と、インク室内部のインクがインク供給口か
ら逆流することを防止するための逆止弁とが備えられ、
インク室内部の圧力が高められることにより、噴出口か
らインク室内部に貯溜されたインクが噴出される一方、
インク室内部の圧力が低下されることにより、インク供
給口からインク室内部にインクが供給されるインクジェ
ットヘッドにおいて、 上記逆止弁における弁座に接離するダイヤフラム状の弁
体が、シリコン単結晶からなる薄板にて形成されている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。1. A pressure switchable ink chamber for storing ink therein, and a check valve for preventing ink in the ink chamber from flowing backward from an ink supply port,
By increasing the pressure in the ink chamber, the ink stored in the ink chamber is ejected from the ejection port,
In an inkjet head in which ink is supplied from the ink supply port to the inside of the ink chamber by reducing the pressure inside the ink chamber, the diaphragm-shaped valve element that comes in contact with and separates from the valve seat of the check valve is a silicon single crystal. An inkjet head characterized by being formed of a thin plate made of.
リコン単結晶から形成されていることを特徴とする請求
項１記載のインクジェットヘッド。2. The ink jet head according to claim 1, wherein the ink chamber wall portion forming the ink chamber is made of silicon single crystal.
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
ットヘッド。3. The ink jet head according to claim 2, wherein the check valve and the ink chamber wall are integrally formed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP137193A JPH06198873A (en) | 1993-01-07 | 1993-01-07 | Ink jet head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP137193A JPH06198873A (en) | 1993-01-07 | 1993-01-07 | Ink jet head |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06198873A true JPH06198873A (en) | 1994-07-19 |
Family
ID=11499645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP137193A Pending JPH06198873A (en) | 1993-01-07 | 1993-01-07 | Ink jet head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06198873A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100986760B1 (en) * | 2008-06-09 | 2010-10-08 | 포항공과대학교 산학협력단 | Pneumatic Dispenser |
| JP2016104580A (en) * | 2016-03-03 | 2016-06-09 | セイコーエプソン株式会社 | Liquid discharge device |
-
1993
- 1993-01-07 JP JP137193A patent/JPH06198873A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100986760B1 (en) * | 2008-06-09 | 2010-10-08 | 포항공과대학교 산학협력단 | Pneumatic Dispenser |
| US8439484B2 (en) | 2008-06-09 | 2013-05-14 | Postech Academy-Industry Foundation | Pneumatic dispenser |
| JP2016104580A (en) * | 2016-03-03 | 2016-06-09 | セイコーエプソン株式会社 | Liquid discharge device |
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