JPH09123448A

JPH09123448A - インクジェット式記録ヘッド、及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09123448A
Application number: JP30662295A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Okazawa; 宣昭岡沢; Takahiro Naka; 隆廣中; Tsuyoshi Kitahara; 強北原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 1997-05-13
Anticipated expiration: 2015-10-31
Also published as: JP3386093B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコン単結晶基板をスペーサ構成部材とし
て高密度印刷に適した記録ヘッドを構成すること。【解決手段】圧力発生室１を凹部としてシリコン単結
晶基板２のハーフエッチングにより、また圧力発生室１
とノズル開口５とを接続するノズル連通孔６を圧力発生
室１よりも幅が狭い貫通孔として形成し、圧力発生室１
の容積を可及的に小さくしつつ、他面側のノズル開口５
とノズル連通孔６により接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン単結晶基板を
スペーサ形成部材に使用したインクジェット式記録ヘッ
ド、及びこれの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノズル開口が形成されたノズルプレート
と振動板とをスペーサの両面に接着して圧力室を形成
し、振動板を圧電振動子により変形させる形式のインク
ジェット式記録ヘッドは、インク滴を飛翔させるための
駆動源として熱エネルギを使用しないから、熱によるイ
ンクの変質がなく、特に熱により劣化しやすいカラーイ
ンクを吐出させることが可能で、しかも圧電振動子の変
位量を調整してインク滴のインク量を自在に調節するこ
とが可能であるため、高品質なカラー印刷のためのプリ
ンタを構成するのに最適なヘッドである。

【０００３】一方、インクジェット式記録ヘッドを用い
てより品質の高いカラー印刷を行おうとすると、一層高
い解像度が要求されるため、圧電振動子やスペーサ部材
の隔壁等のサイズが必然的に小さくなって、部材の加工
や、部材の組立に高い精度が要求される。

【０００４】このため、比較的簡単な手法で微細な形状
を高い精度で加工が可能なシリコン単結晶基板の異方性
エッチングを用いたパーツ製作技術、いわゆるマイクロ
マシニング技術を適用してインクジェット式記録ヘッド
を構成する部材を加工することが検討され、種々な技術
や手法が提案されている（例えば、特開平3-187755号公
報、特開平3-187756号公報、特開平3-187757号公報、特
開平4-2790号公報、特開平4-129745号公報、特開平5-62
964号公報）。

【０００５】ところで、高い品質でカラー画像や文字を
印刷しようとすると、ノズル開口の配列密度を高めるば
かりでなく、１つのドット自体の面積を画像信号に対応
して変化させる、いわゆる面積階調による印刷が要求さ
れる。このためには１回のインク滴の吐出のインク量を
可及的に少なくし、かつ高速駆動を可能ならしめて１つ
ピクセルに対して複数回のインク滴の吐出ができる記録
ヘッドを実現する必要がある。

【０００６】このためには、先ず、圧電振動子の変位量
を小さくし、かつ瞬時に圧力発生室の容積変化として反
映させることが必要となる。そしてつぎに、圧力発生室
の小さな容積変化をインク滴の吐出に結び付けるには圧
力発生室内での圧力損失を可及的に小さくする必要があ
る。圧電振動子の変位を効率良く圧力発生室の容積変化
に結び付けるためには圧力発生室の剛性を高めることが
重要な要件となり、また圧力発生室での圧力損を小さく
するためには、圧力発生室の容積をも可及的に小さくす
ることが必然的な課題となる。

【０００７】圧力発生室の容積を小さくするには開口面
積を小さくすることが考えれるが、これに当接する圧電
振動子の加工精度等を考慮すると、せいぜいノズル開口
の配列ピッチ程度が限界となるから、結局のところ圧力
発生室の深さを浅くして容積を縮小する方法を採らざる
を得ない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら一方で、
組立工程等でのスペーサのハンドリングを考慮すると、
シリコン単結晶基板の厚みは少なくとも２２０μｍ以上
が必要で、これより薄いものでは強度が低くて組立工程
時に破損が生じるという問題がある。

【０００９】このため、圧力発生室は、シリコン単結晶
基板をその一方の面だけからエッチングする、いわゆる
ハーフエッチングを適用することによりシリコン単結晶
基板の厚みよりも浅く形成することが可能ではある。し
かしながら、他方でシリコン単結晶基板をスペーサに用
いる場合には、圧力発生室に対向させてノズルプレート
を設け、ノズル開口と圧力発生室とを連通させために、
圧力発生室からノズルプレートが設けられる面に連通さ
せるための貫通部の形成が必要となる。

【００１０】ところが、周知のように異方性エッチング
により貫通部Ｈを形成するためには、図１４に示したよ
うに少なくともシリコン単結晶基板の厚みの約１．７倍
（√３倍）以上の開口長さを設定する必要があり、基板
に２２０μｍ以上のものを用いると、貫通部の最小長さ
が３８０μｍ程度となる。

【００１１】これでは連通孔の容積が圧力発生室の容積
の増加を引き起こすことになるばかりでなく、この連通
孔がシリコン単結晶基板の厚み、つまり２２０μｍで、
かつ長手方向の長さが３８０μｍにもなるから、高密度
で圧力発生室を配列した場合のように圧力発生室の隔壁
を薄くせざるを得ない場合には、隔壁の剛性が低下して
しまうという問題がある。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的とするところは可及的に厚いシ
リコン単結晶基板を母材として、これの厚みよりも浅い
圧力発生室を備えた新規なインクジェット式記録ヘッド
を提供することである。

【００１３】本発明の他の目的は上記インクジェット式
記録ヘッドの製造方法を提案することである。

【００１４】

【課題を解消するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、シリコン単結晶基板の異方
性エッチングにより圧力発生室、インク供給口及び共通
のインク室が形成されたスペーサに、該スペーサの一方
の面に前記圧力発生室に一致したピッチでノズル開口が
穿設されたノズルプレートと、他方の面に前記圧力発生
室を膨張収縮させる振動板とを設けたインクジェット式
記録ヘッドにおいて、前記圧力発生室が前記シリコン単
結晶基板のハーフエッチングによる凹部として形成さ
れ、また前記圧力発生室と前記ノズル開口とを接続する
ノズル連通孔が前記シリコン単結晶基板のフルエッチン
グにより前記圧力発生室よりも幅が狭い貫通孔として形
成され、さらに前記共通のインク室が前記シリコン単結
晶基板のフルエッチングによる貫通孔または、ハーフエ
ッチングによる凹部として形成するようにした。

【００１５】

【作用】圧力発生室を凹部とすることによりその容積を
可及的に小さし、かつ他面側のノズル開口とはノズル連
通孔により接続して、インク滴の吐出に関る実効容積を
小さくし、かつ貫通孔が占める割合を少なくしてシリコ
ン単結晶基板の剛性を生かす。

【００１６】

【実施例】そこで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。図１、図２は、それぞれ本発明の
一実施例を圧力発生室１近傍の断面構造でもって示すも
のであり、また図３はスペーサの上面構造を示すもので
あって、図中符号２は、本発明が特徴とするスペーサ
で、所定の結晶方位、例えば表面に結晶方位（１１０）
を持つシリコン単結晶基板を母材として構成されてお
り、一方の面にはスペーサ２の厚みよりも深さＤ１が小
さい圧力発生室１、及びインク供給口３が形成されてい
る。

【００１７】またインク供給口３に連通して他側に貫通
する貫通孔として形成された共通のインク室４が設けら
れており、さらに圧力発生室１の他端には圧力発生室１
とノズル開口５とを接続する後述の貫通孔からなるノズ
ル連通孔６が形成され、これのノズルプレート７側には
ノズル開口５と接続の自由度を高めるために、ノズル開
口５の直径φよりも大きく、かつ圧力発生室の幅Ｗ２よ
りも小さな幅Ｗ４で、またその深さが圧力発生室１の深
さＤ１と同程度の深さＤ２をもつ凹部８が形成されてい
る。

【００１８】インク供給口３は、圧力発生室１の深さＤ
１と同じ深さの凹部として形成されているが、その幅Ｗ
１を圧力発生室１の幅Ｗ２のほぼ１／２程度に狭くされ
ていて、圧力発生室１で加圧されたインクがノズル開口
５から可及的に多く吐出できるように構成されている。

【００１９】これら圧力発生室１、インク供給口３、及
び凹部８は、スペーサ１の母材となるシリコン単結晶基
板を一方の面からだけ異方性エッチングを施して所定の
厚みＤ１、Ｄ２となった時点でエッチングを停止するい
わゆるハーフエッチングにより形成されている。

【００２０】一方、共通のインク室４は、同一列の圧力
発生室１、１、１‥‥の全てをカバーできる程度の大き
な開口面積が必要であるから、シリコン単結晶基板を両
面から貫通するまで異方性エッチングするいわゆるフル
エッチングにより貫通孔として形成されている。

【００２１】他方、圧力発生室１とノズルプレート７の
ノズル開口５とを接続するノズル連通孔６は、圧力発生
室１の長手方向に延び、かつ貫通させるに必要な長さＬ
（Ｌはシリコン単結晶基板の厚みの√３倍以上）を圧力
発生室１の長手方向に求めて幅Ｗ３を可及的に狭く抑え
ながらフルエッチングにより形成されている。

【００２２】またノズル連通孔６を隔てる壁の厚みＷ５
がノズル連通孔６の幅Ｗ３より大きくなるように形成す
るのが好ましく、例えばノズル連通孔６を構成している
貫通孔の幅Ｗ３を７０μｍ以下に、またノズル連通孔６
を隔てる壁の厚みＷ５を７０μｍ以上の範囲で選択し、
圧力発生室１の深さＤ１を６０μｍ以下に選択すると、
圧力発生室１のコンプライアンスを可及的に小さくでき
て、直径２５μｍのノズル開口から１０ナノグラム（１
０のマイナス６乗立方mm）程度のインク滴を秒速７メー
トル以上の速度で吐出、飛翔させることが可能となる。

【００２３】このように構成されたスペーサ２の一方の
面に圧力発生室側に振動板１０が、また他方の面にノズ
ルプレート７が固着されて流路ユニットに纏められた上
で、振動板１０に後述する圧電振動子１１が設けられて
記録ヘッドとして構成される。

【００２４】この振動板１０は、変形可能な薄肉部１０
ａと、圧電振動子１１の振動を効率よく圧力発生室全体
に伝達するために厚肉部１０ｂとから構成されていて、
厚肉部１０ｂに縦振動モードの圧電振動子１１の先端が
固定されている。

【００２５】この実施例において、圧電振動子１１を伸
長させるための駆動信号を印加すると、振動板１０が圧
力発生室１側に変位して圧力発生室１を収縮させる。こ
れにより、圧力発生室１のインクが加圧されてノズル連
通孔６を経由してノズル開口５からインク滴として吐出
する。

【００２６】ところで、圧力発生室１は、スペーサ２の
厚みよりも小さな深さＤ１を備え、しかもノズル連通孔
６となる貫通孔の幅Ｗ３が狭いから、圧力発生室１の実
質的な容積、つまり圧電振動子１１の伸長、収縮による
インクの圧力変化に関与できる容積が小さくなり、その
分だけスペーサ２の剛性が大きくなる。

【００２７】したがって微小な変位量でしかも衝撃的に
印加される圧電振動子１１からの変位が、圧力発生室１
を区画する壁やインクで吸収される割合が小さく抑えら
れて、圧力発生室１の容積変化に効率良く変換されるこ
とになり、インク量の少ないインク滴を所定の速度で確
実に吐出させることができる。

【００２８】また圧力発生室１は、上述したように実効
容積が小さいため、高速駆動可能な縦振動モードの圧電
振動子１１に十分に追従できてインク滴吐出の繰り返し
周波数が高くなる。したがって、画像信号の濃度に対応
して同一箇所に着弾させるインク滴の数を制御すること
ができる。

【００２９】さらに、圧力発生室１の深さＤ１がスペー
サ２の厚みに比較して小さいため、圧力発生室１を貫通
孔として形成している従来の記録ヘッドに比較して全体
の強度が高くなり、圧電振動子１１の伸縮に対しても従
来起こりがちであったヘッド全体の変形を防止できる。

【００３０】これらがあいまって本願発明の記録ヘッド
は、１画素分の印字信号に対して微小なインク滴を同一
の箇所に一定の速度で、かつ高い位置精度で記録用紙に
着弾させることができることになり、面積階調での印刷
が可能となる。

【００３１】次ぎに、上述した記録ヘッドの製造方法に
ついて説明する。図４（I）において符号２０は、結晶
方位（１１０）を表面に有し、組立工程において容易に
ハンドリングできる程度の厚み、例えば２２０μｍのシ
リコン単結晶基板で、その両面には貫通孔となる領域、
この図ではノズル連通孔６を形成する領域に窓２１、２
２を有している。

【００３２】そして圧力発生室１、及びノズル開口５と
の接続用の凹部８に対応する部分には、貫通孔形成に耐
える程度の薄い層２３ａ、２４ａを、また圧力発生室１
の隔壁となる領域には厚い層２３ｂ、２４ｂの２段階の
厚みを備えた二酸化珪素膜（ＳiＯ2）が形成されてい
る。

【００３３】この状態でシリコン単結晶基板２０を濃度
２５ｗｔ％程度で温度８０℃に維持されたＫＯＨの水溶
液に浸漬すると、窓２１、２２の両面から異方性エッチ
ングが開始され、共通のインク室４やまたノズル連通孔
６となる貫通孔２５が形成される（図４（II））。

【００３４】ついで二酸化珪素膜（ＳiＯ₂）をその厚み
が半分程度になるようにエッチングして圧力発生室１と
なる領域、及びノズル開口５との接続用の凹部８となる
領域２６、２７を露出させて（図４（III））、上述と
同様の酸化シリコンエッチング液により異方性エッチン
グを実行する。

【００３５】異方性エッチングが所定深さＤ１、Ｄ２に
到達した時点でエッチングを停止することにより、一方
の面に圧力発生室１、及びインク供給口３となる浅い凹
部２８が、また他面にノズル開口５と連通する連通用の
凹部８となる凹部２９が形成される（図４（IV））。

【００３６】これにより、圧力発生室１、インク供給口
３、及びノズル開口連通用の凹部８が浅い凹部として形
成され、また一方の面に形成された圧力発生室となる凹
部２８からシリコン単結晶基板２を貫通して他面のノズ
ル開口との連通用の凹部２９まで到達し、かつ圧力発生
室１の幅Ｗ２に比較して幅Ｗ３の狭い貫通孔６が形成さ
れる。そして不要な二酸化珪素膜（ＳiＯ₂）３０、３１
を除去し、必要に応じて再度全表面に二酸化珪素膜を形
成した後、一方の面に振動板１０を、また他方の面にノ
ズルプレート７を接着剤で固定することにより流路ユニ
ットが完成する。

【００３７】この実施例においては、二酸化珪素膜（Ｓ
iＯ₂）を２段階の厚みに形成しているため、マスクの位
置合わせ工程が１度で済み、凹部２８、２９と貫通孔２
５との相対的位置を高い精度で形成することができる。

【００３８】なお、この実施例においてはノズル開口５
と連通孔６との接続の自由度を高めるために接続用の凹
部８を形成しているが、インク吐出の機能には直接関与
しないから、必要に応じて形成すればよい。

【００３９】また上述の実施例においてはノズル連通孔
を圧力発生室１領域の内に形成するようにしているが、
図５に示したように先端６ａを圧力発生室１の領域外に
形成することにより、圧力発生室１の長手方向のサイズ
を短くしてその容積を可及的に小さくすることができ
る。

【００４０】さらに、上述の実施例のおいては、ノズル
開口５との連通用の凹部８をノズル開口５の近傍にだけ
限定して形成しているが、図６に示したように圧力発生
室１やインク供給口３と同様に一端３５ａが共通のイン
ク室４に連通し、また他端３５ｂがノズル開口５に対向
する領域まで延びる、ほぼ圧力発生室１の幅Ｗ２、また
は凹部８の幅Ｗ４と同程度の凹部３５として形成するこ
とにより、ノズル開口５との接続の自由度を高めつつ、
この凹部３５を第２のインク供給口として利用してイン
ク滴吐出後における圧力発生室１へのインクを表面及び
裏面の両面から行うことができる。

【００４１】図７、図８は、本発明のインクジェット式
記録ヘッドに使用するスペーサの他の実施例を示すもの
で、図中符号４０は、表面の結晶方位（１１０）を有す
るシリコン単結晶基板を母材とするスペーサで、一方の
面には凹部として形成された圧力発生室４１、インク供
給口４２が前述と同様の異方性エッチングにより形成さ
れている。

【００４２】また圧力発生室４１の一方の隔壁に沿って
ほぼ圧力発生室４１の幅の半分程度の幅で、圧力発生室
４１のノズル開口側の一半からノズル開口５が位置する
領域に延びる部分４３ａと、ノズル開口５に対向する領
域で圧力発生室４１の幅に一致する部分４３ｂとからな
る略「Ｌ」字状の貫通孔からなるノズル連通孔４３が形
成されている。

【００４３】このようにノズル連通孔４３を圧力発生室
４１の一方の隔壁に一致させ、かつ圧力発生室４１のノ
ズル開口側の先端で拡幅させることにより、圧力発生室
４１の幅を可及的に小さく、貫通孔の長さを短く形成す
ることが可能となる。

【００４４】この実施例においても前述したものと同様
にノズル連通孔４３を隔てる壁の厚みＷ５がノズル連通
孔４３の幅Ｗ３より大きく形成されていて、好ましくは
ノズル連通孔４３を構成している貫通孔の幅Ｗ３を７０
μｍ以下に、またノズル連通孔４３を隔てる壁の厚みＷ
５を７０μｍ以上の範囲で選択し、ハーフエッチングで
形成される圧力発生室１の深さを６０μｍ以下に選択す
ると、圧力発生室４１のコンプライアンスを可及的に小
さくできて、直径２５μｍのノズル開口から１０ナノグ
ラム（１０のマイナス６乗立方mm）程度のインク滴を秒
速７メートル以上の速度で吐出、飛翔させることが可能
となる。

【００４５】図９、図１０は、それぞれ上述のノズル連
通孔４３の形成方法の一実施例を、圧力発生室近傍に例
を採って示すものであって、図中ハッチングにより示す
領域はエッチング保護膜を示している。

【００４６】このエッチング保護膜は、圧力発生室の
内、ハーフエッチングにより凹部として形成する領域に
はエッチング保護膜５０が、また貫通孔として形成すべ
きノズル連通孔４３のほぼ中央には細長く延び、先端５
１ａが斜めに形成された保護膜５１が、さらにはノズル
開口を取り囲むように形成される領域には、その貫通孔
を分けるように細長く延びる保護膜５２が、それぞれシ
リコン単結晶基板の両面に位置合わせして設けられてい
る。

【００４７】このように形成されたシリコン単結晶基板
を異方性エッチング液に浸漬して両面から異方性エッチ
ングを開始すると、保護膜が形成されていない領域がエ
ッチングを受け、同時に保護膜５１で保護されている領
域の先端５１ａもエッチングを受ける（図９（II））。

【００４８】このようにして両面からのエッチングが貫
通すると、保護膜５１により保護されていた領域も同時
にエッチングを受けてその先端５１ａが保護膜５２の位
置に到達する（図９（III））。

【００４９】さらにエッチングを行って保護膜５１の後
端側５１ｂと保護膜５２とに保護されている部分を切り
離す（図（IV））。

【００５０】圧力発生室となる面の残っているエッチン
グ保護膜５０、５２、５１ｂを除去してから（図１０
（I））、この面から再び異方性エッチングを施して、
圧力発生室として最適な深さまでエッチングが進んだ段
階でエッチングを停止すると、圧両発生室、及びインク
供給口となる凹部が形成され、同時に圧力発生室の先端
側に残っていた部分６１、６２も除去されて貫通孔が完
成する（図１０（II））。

【００５１】なお、上述の実施例のおいても圧力発生室
と対向する裏面に共通のインク室４からノズル開口５に
至る凹部（図６における符号３５で示す凹部）を形成す
ることにより、共通のインク室４からのインクを表裏両
面から圧力発生室１に供給することができる。

【００５２】ところで上述の実施例においては、共通の
インク室４を貫通孔として形成するようにしているが、
インク滴のインク量をより少なくし、また高速駆動を可
能ならしめるには圧力発生室を貫通孔ではなく、スペー
サ２に底部を有する凹部として構成さするのが望まし
い。

【００５３】すなわち、図１１（イ）、（ロ）に示した
ように振動板に対向する面には各圧力発生室１、４１に
接続する全てのインク供給口３、４２と連通する凹部か
らなる第１の共通のインク室７１、８１を、またノズル
プレート７と対向する面には前記第１の共通のインク室
７１、８１とあいまって印刷に必要なインクを賄う容積
を確保できる程度の凹部からなる第２の共通のインク室
７２、８２を形成する。

【００５４】これら第１、第２の共通のインク室７１と
７２とを、及び８１と８２とを連通させるようにこれら
が対向する領域の適当な位置に貫通孔からなる接続孔７
３、８３を設けて第１、第２の共通のインク室７１、７
２、及び８１、８２のインクの流動性の向上を図るよう
にする。

【００５５】なお、図中符号３５、８４は、それぞれノ
ズル開口５とノズル連通孔６、４３とを接続する凹部を
第２の共通のインク室７２、８２にまで延長した凹部を
示す。

【００５６】この実施例によれば、振動板１０またはノ
ズルプレート７側の第１の共通のインク室７１、８１ま
たは第２の共通のインク室７２、８２にインクタンクか
らインクを供給すると、接続孔７３、８３を介して他方
の共通のインク室７２、８２または７１、８１にインク
が流れ込み、これら２つの共通のインク室７１、７２、
及び８１、８２の合計の容積により印刷に必要なインク
をインク供給口３、４２からだけ、または凹部３５、８
４とノズル連通孔６、４３をも使用して圧力発生室１、
４１に供給することができる。

【００５７】また、スペーサ２、４０に占める貫通孔の
占有面積が減ると、スペーサ２、４０の剛性が高くなる
ため、組立作業が容易になるばかりでなく、印刷時の圧
電振動子１１の変位に起因する記録ヘッド全体の曲がり
を抑えて記録媒体への着弾位置の精度を向上することが
できる。

【００５８】さらにスペーサ２、４０の剛性が大きくな
った分、ノズルプレート７に頼っていた分の剛性を減ら
してノズルプレート７を薄くすることができるため、ノ
ズル開口５の流路長方向の抵抗が小さくなり、したがっ
てその口径を２５μｍよりもさらに小さくできて微小量
のインク滴吐出に適したノズル開口を形成することが容
易となる。

【００５９】なお、上述の実施例ではノズル開口５と連
通する凹部３５、８４を第２の圧力発生室７２、８２に
まで延長しているが、図１２（イ）、（ロ）に示したよ
うにノズル開口５とノズル連通孔６、４３を連通させる
に十分なサイズの凹部７５、８５として形成してもよ
い。

【００６０】これら図１１、図１２に示したスペーサ
２、４０は、先ずノズル連通孔６、４３となる貫通孔、
及び第１の共通のインク室７１、８１と第２の共通のイ
ンク室７２、８２とを接続する接続孔７３、８３となる
貫通孔をシリコン単結晶基板の両面から異方性エッチン
グにより形成する。

【００６１】次いで圧力発生室１、４１、インク供給口
３、４２、及び第１の共通のインク室７１、８１となる
凹部をシリコン単結晶基板の一方の面からハーフエッチ
ングにより形成する。

【００６２】さらに第２の共通のインク室７２、８２、
及びノズル連通孔６、４３とノズル開口５との接続を容
易にするための凹部７５、８５を上記ハーフエッチング
と同時、または別工程として実行する。

【００６３】上述の実施例においてはノズルプレート７
の側に第２の共通のインク室７２、８２を設けている
が、一方の面の凹部で共通のインク室として十分な容積
が確保できる場合には図１３（イ）、（ロ）に示したよ
うに圧力発生室１、４１が形成されている面だけに共通
のインク室７１、８１を設けてもよい。

【００６４】この実施例によれば、離散的に存在するノ
ズル連通孔６、４３だけが貫通孔となるため、スペーサ
２、４０を構成するシリコン単結晶基板のそのものに近
い剛性を生かすことができて、ノズルプレート７の薄型
化やノズル開口５のさらなる縮小化を図ることができ
る。

【００６５】上述の図１３に示したスペーサ２、４０
は、先ずノズル連通孔６、４３となる貫通孔をシリコン
単結晶基板の異方性フルエッチングにより形成し、次い
で圧力発生室１、４１、インク供給口３、４２、及び共
通のインク室７１、８１となる凹部をシリコン単結晶基
板の一方の面から異方性ハーフエッチングにより形成
し、さらにノズル連通孔６、４３とノズル開口５との連
通を図る凹部７５、８５を上記ハーフエッチングと同
時、または別工程としてハーフエッチングすることによ
り形成することができる。

【００６６】このように凹部として構成されている第１
の共通のインク室７１、８１、インク供給口３、４２、
及び圧力発生室１、４１は、同一面のハーフエッチング
により形成されるため、第１の共通のインク室７１、８
１の深さＤ３、Ｄ４と圧力発生室１、４１の深さＤ５、
Ｄ６とは同一の深さとなる。

【００６７】また同じく凹部として構成されている第２
の共通のインク室７２、８２、及びノズル開口５との接
続を容易にする凹部７５、８５はシリコン単結晶基板の
他方の同一面のエッチングとして形成されるため、第２
の共通のインク室７２、８２の深さＤ７、Ｄ８と凹部７
５、８５の深さＤ９、Ｄ１０とは同一の深さとなる。

【００６８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、圧力発生室を凹部としてシリコン単結晶基板のハー
フエッチングにより、また圧力発生室とノズル開口とを
接続するノズル連通孔を圧力発生室よりも幅が狭い貫通
孔として形成したので、ノズル開口の高密度配列に対応
できるばかりでなく、組立工程での破損を防止でき、さ
らには駆動時におけるヘッドの変形を防止して印字品質
の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施
例を、圧力発生室の配列方向の断面構造で示す図であ
る。

【図２】同上インクジェット式記録ヘッドの圧力発生室
の長手方向の断面構造を示す図である。

【図３】同上インクジェット式記録ヘッドのスペーサの
一実施例を示す上面図である。

【図４】図（I）乃至（IV）は、それぞれ同上記録ヘッ
ドにおけるスペーサの製造方法を示す図である。

【図５】図（イ）、（ロ）はそれぞれ、本発明の他の実
施例をスペーサの上面構造と、断面構造でもって示す図
である。

【図６】本発明の他の実施例をスペーサの断面構造でも
って示す図である。

【図７】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の他の実
施例をスペーサの上面構造、及び断面構造で示す図であ
る。

【図８】同上スペーサの圧力発生室の配列方向における
断面構造を示す図である。

【図９】図（I）乃至（IV）は、それぞれ異方性エッチ
ングにより共通のインク室やノズル連通孔となる貫通孔
を形成する工程を示す図である。

【図１０】図（I）、（II）は、それぞれ異方性エッチ
ングにより圧力発生室やインク供給口をなる凹部を形成
する工程を示す図である。

【図１１】図（イ）、（ロ）はそれぞれ共通のインク室
を凹部として構成した本発明の他の実施例を、スペーサ
の圧力発生室の長手方向の断面構造でもって示す図であ
る。

【図１２】図（イ）、（ロ）はそれぞれ共通のインク室
を凹部として構成した本発明の他の実施例を、スペーサ
の圧力発生室の長手方向の断面構造でもって示す図であ
る。

【図１３】図（イ）、（ロ）はそれぞれ共通のインク室
を凹部として構成した本発明の他の実施例を、スペーサ
の圧力発生室の長手方向の断面構造でもって示す図であ
る。

【図１４】シリコン単結晶基板の異方性エッチングによ
り形成される貫通孔の一例を示す図である。

【符号の説明】１圧力発生室２シリコン単結晶基板からなるスペーサ３インク供給口４共通のインク室５ノズル開口６ノズル連通孔７ノズルプレート１０振動板１１圧電振動子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン単結晶基板の異方性エッチング
により圧力発生室、インク供給口及び共通のインク室が
形成されたスペーサに、該スペーサの一方の面に前記圧
力発生室に一致したピッチでノズル開口が穿設されたノ
ズルプレートと、他方の面に前記圧力発生室を膨張収縮
させる振動板とを設けたインクジェット式記録ヘッドに
おいて、前記圧力発生室が前記シリコン単結晶基板のハーフエッ
チングによる凹部として形成され、また前記圧力発生室
と前記ノズル開口とを接続するノズル連通孔が前記シリ
コン単結晶基板のフルエッチングにより前記圧力発生室
よりも幅が狭い貫通孔として形成され、さらに前記共通
のインク室が前記シリコン単結晶基板のフルエッチング
による貫通孔として形成されているインクジェット式記
録ヘッド。
【請求項２】シリコン単結晶基板の異方性エッチング
により圧力発生室、インク供給口及び共通のインク室が
形成されたスペーサに、該スペーサの一方の面に前記圧
力発生室に一致したピッチでノズル開口が穿設されたノ
ズルプレートと、他方の面に前記圧力発生室を膨張収縮
させる振動板とをもうけたインクジェット式記録ヘッド
において、前記圧力発生室が前記シリコン単結晶基板のハーフエッ
チングによる凹部として形成され、また前記圧力発生室
と前記ノズル開口とを接続するノズル連通孔が前記シリ
コン単結晶基板のフルエッチングにより前記圧力発生室
よりも幅が狭い貫通孔として形成され、さらに前記共通
のインク室が前記シリコン単結晶基板の前記圧力発生室
が形成される面にハーフエッチングによる凹部として形
成されているインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】シリコン単結晶基板の異方性エッチング
により圧力発生室、インク供給口及び共通のインク室が
形成されたスペーサに、該スペーサの一方の面に前記圧
力発生室に一致したピッチでノズル開口が穿設されたノ
ズルプレートと、他方の面に前記圧力発生室を膨張収縮
させる振動板とを設けたインクジェット式記録ヘッドに
おいて、前記圧力発生室が前記シリコン単結晶基板のハーフエッ
チングによる凹部として形成され、また前記圧力発生室
と前記ノズル開口とを接続するノズル連通孔が前記シリ
コン単結晶基板のフルエッチングにより前記圧力発生室
よりも幅が狭い貫通孔として形成され、さらに前記共通
のインク室が前記シリコン単結晶基板の両面に２つに分
離されたハーフエッチングによる凹部して形成され、か
つ貫通孔からなる接続孔により接続されているインクジ
ェット式記録ヘッド。
【請求項４】前記ノズル連通孔が前記シリコン単結晶
基板の前記ノズル開口側に形成された凹部を介して前記
共通のインク室に連通されている請求項１、２、３に記
載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】前記ノズル開口に対向する前記シリコン
単結晶基板の領域に、前記ノズル開口よりも面積が大き
な凹部が形成されている請求項１、２、３に記載のイン
クジェット式記録ヘッド。
【請求項６】前記ノズル開口に対向する前記シリコン単
結晶基板の領域に、前記ノズル開口及びノズル連通孔の
幅よりも幅が広く、かつ前記圧力発生室の幅よりも小さ
く、かつ深さが前記圧力発生室の凹部と同一である凹部
が形成されている請求項１、２、３に記載のインクジェ
ット式記録ヘッド。
【請求項７】前記ノズル開口に対向する凹部が前記共
通のインク室に連通するように延長されている請求項
５、６に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項８】前記共通のインク室を構成する凹部が前
記圧力発生室をなす凹部と同一の深さとして形成されて
いる請求項２、３に記載のインクジェット式記録ヘッ
ド。
【請求項９】前記ノズル開口側に形成される共通のイ
ンク室を構成する凹部と、前記ノズル開口に対向する凹
部とが同一の深さに形成されている請求項３のインクジ
ェット式記録ヘッド。
【請求項１０】前記ノズル連通孔を隔てる壁の厚みが
前記連通孔の幅よりも大きく選択されている請求項１、
２、３に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１１】前記ノズル連通孔の幅が７０μｍ以下
で、また前記ハーフエッチングにより形成された凹部の
深さが６０μｍ以下である請求項１、２、３に記載のイ
ンクジェット式記録ヘッド。
【請求項１２】前記ノズル連通孔の幅が７０μｍ以下
で、また前記ハーフエッチングにより形成された凹部の
深さが６０μｍ以下で、さらに前記ノズル連通孔を隔て
る壁の厚みが７０μｍ以上である請求項１、２、３に記
載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１３】シリコン単結晶基板の異方性エッチン
グにより圧力発生室、インク供給口及び共通のインク室
が形成されたスペーサに、該スペーサの一方の面に前記
圧力発生室に一致したピッチでノズル開口が穿設された
ノズルプレートと、他方の面に前記圧力発生室を膨張収
縮させる振動板とを設けたインクジェット式記録ヘッド
において、前記圧力発生室が前記シリコン単結晶基板のハーフエッ
チングにより凹部として形成され、また前記圧力発生室
と前記ノズル開口とを接続するノズル連通孔が前記シリ
コン単結晶基板のフルエッチングにより前記圧力発生室
よりも幅が狭く、かつ一方の壁が前記圧力発生室を区画
する壁に一致するとともに前記ノズル開口と対向する領
域で前記圧力発生室と同一の幅を備えた貫通孔として形
成され、さらに前記共通のインク室がフルエッチングに
よる貫通孔として形成されているインクジェット式記録
ヘッド。
【請求項１４】シリコン単結晶基板の異方性エッチン
グにより圧力発生室、インク供給口及び共通のインク室
が形成されたスペーサに、該スペーサの一方の面に前記
圧力発生室に一致したピッチでノズル開口が穿設された
ノズルプレートと、他方の面に前記圧力発生室を膨張収
縮させる振動板とを設けたインクジェット式記録ヘッド
において、前記圧力発生室が前記シリコン単結晶基板のハーフエッ
チングにより凹部として形成され、また前記圧力発生室
と前記ノズル開口とを接続するノズル連通孔が前記シリ
コン単結晶基板のフルエッチングにより前記圧力発生室
よりも幅が狭く、かつ一方の壁が前記圧力発生室を区画
する壁に一致するとともに前記ノズル開口と対向する領
域で前記圧力発生室と同一の幅を備えた貫通孔として形
成され、さらに前記共通のインク室が前記シリコン単結
晶基板の前記圧力発生室が形成される面にハーフエッチ
ングによる凹部して形成されているインクジェット式記
録ヘッド。
【請求項１５】シリコン単結晶基板の異方性エッチン
グにより圧力発生室、インク供給口及び共通のインク室
が形成されたスペーサに、該スペーサの一方の面に前記
圧力発生室に一致したピッチでノズル開口が穿設された
ノズルプレートと、他方の面に前記圧力発生室を膨張収
縮させる振動板とを設けたインクジェット式記録ヘッド
において、前記圧力発生室が前記シリコン単結晶基板のハーフエッ
チングにより凹部として形成され、また前記圧力発生室
と前記ノズル開口とを接続するノズル連通孔が前記シリ
コン単結晶基板のフルエッチングにより前記圧力発生室
よりも幅が狭く、かつ一方の壁が前記圧力発生室を区画
する壁に一致するとともに前記ノズル開口と対向する領
域で前記圧力発生室と同一の幅を備えた貫通孔として形
成され、さらに前記共通のインク室が前記シリコン単結
晶基板の両面に２つに分離されたハーフエッチングによ
る凹部して形成され、かつ貫通孔からなる接続孔により
接続されているインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１６】前記共通のインク室を構成する凹部が
前記圧力発生室をなす凹部と同一の深さとして形成され
ている請求項１４、１５に記載のインクジェット式記録
ヘッド。
【請求項１７】前記ノズル連通孔と前記共通のインク
室が、前記スペーサのノズル開口側に形成された凹部に
より連通されている請求項１３、１４、１５に記載のイ
ンクジェット式記録ヘッド。
【請求項１８】前記ノズル連通孔を隔てる壁の厚みが
前記連通孔の幅よりも大きく選択されている請求項１
３、１４、１５に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１９】前記ノズル連通孔の幅が７０μｍ以下
で、また前記ハーフエッチングにより形成された凹部の
深さが６０μｍ以下である請求項１３、１４、１５に記
載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２０】前記ノズル連通孔の幅が７０μｍ以下
で、また前記ハーフエッチングにより形成された凹部の
深さが６０μｍ以下で、さらに前記ノズル連通孔を隔て
る壁の厚みが７０μｍ以上である請求項１３、１４、１
５に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２１】圧力発生室とノズル開口とを接続する
ノズル連通孔、及び共通のインク室となる貫通孔をシリ
コン単結晶基板の両面からの異方性エッチングにより形
成する第１工程と、前記貫通孔形成後に圧力発生室とな
る凹部を前記シリコン単結晶基板の一方の面からハーフ
エッチングにより形成する第２工程と、前記工程により
貫通孔、及び凹部が形成されたシリコン単結晶基板の圧
力発生室となる凹部側に振動板を、また他方の面にノズ
ルプレートを固定する第３工程とからなるインクジェッ
ト式記録ヘッドの製造方法。
【請求項２２】圧力発生室とノズル開口とを接続する
ノズル連通孔、及び共通のインク室となる貫通孔をシリ
コン単結晶基板の両面からの異方性エッチングにより形
成する第１工程と、前記貫通孔形成後に圧力発生室とな
る凹部を前記シリコン単結晶基板の一方の面からハーフ
エッチングにより形成する第２工程と、前記ノズル開口
に対向する面にハーフエッチングにより接続用の凹部を
形成する第３工程と、前記工程により貫通孔、及び凹部
が形成されたシリコン単結晶基板の圧力発生室となる凹
部側に振動板を、また他方の面にノズルプレートを固定
する第４工程とからなるインクジェット式記録ヘッドの
製造方法。
【請求項２３】圧力発生室とノズル開口とを接続する
ノズル連通孔、及び共通のインク室となる貫通孔をシリ
コン単結晶基板の両面からの異方性エッチングにより形
成する第１工程と、前記貫通孔形成後に圧力発生室とな
る凹部を前記シリコン単結晶基板のハーフエッチングに
より形成する第２工程と、前記ノズル開口に対向する面
にハーフエッチングによりノズル連通孔と共通のインク
室を連通させる凹部を形成する第３工程と、前記工程に
より貫通孔、及び凹部が形成されたシリコン単結晶基板
の圧力発生室となる凹部側に振動板を、また他方の面に
ノズルプレートを固定する第４工程とからなるインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項２４】圧力発生室とノズル開口とを接続する
ノズル連通孔となる貫通孔、及び共通のインク室となる
領域に接続孔となる貫通孔をシリコン単結晶基板の両面
からの異方性エッチングにより形成する第１工程と、前
記貫通孔形成後に圧力発生室及び第１の共通のインク室
となる凹部を前記シリコン単結晶基板の一方の面からハ
ーフエッチングにより形成する第２工程と、第２の共通
のインク室となる凹部を前記シリコン単結晶基板の他方
の面からハーフエッチングにより形成する第３の工程
と、前記工程により貫通孔、及び凹部が形成されたシリ
コン単結晶基板の第１の圧力発生室となる凹部側に振動
板を、また他方の面にノズルプレートを固定する第４工
程とからなるインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項２５】前記第２工程と第３工程とのハーフエ
ッチングが前記シリコン単結晶基板の両面から同時に実
施される請求項２２、２３、２４に記載のインクジェッ
ト式記録ヘッドの製造方法。