JPH09267472A

JPH09267472A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH09267472A
Application number: JP7765196A
Authority: JP
Inventors: Shuji Koeda; 周史小枝
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】【解決手段】キャビティ基板１００に、キャビティ１
０１とリザーバ１０２を形成し、振動板１０３をキャビ
ティ基板１００の下面にボロンを高濃度で拡散しエッチ
ングストップを行うことにより精度良く形成する。キャ
ビティ基板１００の上面に、ノズル２０１とオリフィス
２０２を形成したノズル基板２００を接着する。キャビ
ティ基板１００の下面には、エアギャップ３０１と個別
電極３０２が設けられたガラス製の電極基板３００を陽
極接合する。エアギャップ３０１は、電極基板３００を
二回に分けてエッチングすることにより、深さ３０００
オングストロームの大ギャップ３０１ａと深さ２５００
オングストロームの小ギャップ３０１ｂを１００ミクロ
ンピッチで長手方向に交互に並べる。【効果】キャビティションの発生を防止でき、印字品
質に優れたインクジェットヘッドが製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録を必要とする
時のみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるイン
クジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の騒
音が極めて小さく、高速印字が可能であり、安価な普通
紙にも印字が可能であるなど多くの利点を有している
が、中でも記録に必要な時のみインク滴を吐出する、い
わゆるインク・オン・デマンド方式が、記録に必要なイ
ンク滴の回収を必要としないため、現在主流となってき
ている。

【０００３】このインク・オン・デマンド方式のインク
ジェットヘッドには、特開平５−５０６０１号公報に示
されるように、インクを吐出するアクチュエータの駆動
手段が静電気である静電駆動式インクジェットがある。

【０００４】

【発明が解決しょうとする課題】静電駆動式インクジェ
ットでは、振動板に設けられた共通電極と、共通電極に
対向する個別電極に電圧を印加することにより、共通電
極と個別電極間に静電引力を発生し、振動板を変位させ
る。その時に発生する負圧で、オリフィスを通してリザ
ーバからインクを吸引し、電圧を解除することで振動板
を復帰させインクを吐出する。このとき共通電極と個別
電極は当接するが、電極間の短絡を防ぐ為に共通電極の
当接面には絶縁膜が成膜されている。従来の静電アクチ
ュエータでは以下の式に示す様に、振動板の変位により
電極間距離が狭くなると電極間距離の逆数の自乗に比例
して静電引力が強まった。

【０００５】Ｐ＝０．５×ｅ×（Ｖ／ｄ）² ｅ：空気の誘電率ｄ：電極間距離ここで、電極間には空気層と絶縁膜が存在する為、絶縁
膜の厚さを空気の厚さに換算すると、ｄ＝ｄａ＋ｅ／ｅ'×ｄ’ ｄａ：空気層の厚さｅ’：絶縁層の誘電率ｄ’：絶縁層の厚さとなる。

【０００６】これに対し、振動板が変位に対して発生す
る反力は、変位に比例するだけであり、電極間距離ｄに
対する振動板の反力Ｆは次式で与えられる。

【０００７】Ｆ＝ｋ×（ｄ１−ｄ）ｄ１：初期状態における振動板と個別電極間の距離ｋ：振動板のバネ定数以上の式からわかるように、静電駆動式インクジェット
では図６に示す様に、変位が増すに連れて、振動板に加
わる力が急激に増大し振動板の変位が発散する。この
時、オリフィスの流体抵抗が高かったり、初期状態の電
極間距離が広く大量のインクを吸引すると、オリフィス
からキャビティへのインク供給が間に合わず、インクに
高い負圧が発生し、インクに溶存する気体分子が気泡と
なって成長する。気泡が一旦成長すると、振動板の変位
によって生じる圧力変化を吸収し、インクの吐出不良が
生じる。そこで、発生する負圧を下げる為に初期状態の
電極間距離を狭くし、吸い込むインク量を少なくする、
あるいはオリフィスの流体抵抗を下げ、インクを速やか
に供給し負圧の発生を防止する方法があるが、前者の方
法ではインク吐出重量が低下し充分な印字濃度が得られ
なくなる。また、後者の方法でも吐出時にインクがオリ
フィスを通じてリザーバへ逆流する為、インク吐出重量
が低下してしまう。

【０００８】本発明は上記の課題を解決するもので、そ
の目的とするところは、キャビティションによる気泡の
発生を防止し、印字品質に優れたインクジェットヘッド
を提供することにある。

【０００９】

【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、複数のノズル孔と、ノズル孔の各々に連通す
る複数の独立した吐出室と、吐出室の少なくとも一方の
壁の一部が振動板で構成されており、振動板に設けられ
た共通電極と、振動板の各々に空間を挟んで対向する個
別電極間に電圧を加えることにより、振動板を変形させ
るインクジェットヘッドにおいて、前記個別電極に段差
が形成されていることを特徴とする。

【００１０】また、前記振動板に段差が形成されてお
り、振動板が部分的に厚く形成されていることを特徴と
する。

【００１１】また、前記個別電極と振動板の両方に段差
が形成されていることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づき詳
細に説明する。

【００１３】（実施例１）図１は、本発明の一実施例の
インクジェットヘッドの断面図であり、図２は電極ガラ
スの平面図である。本実施例は、基板の上面部に設けた
ノズル孔からインクを吐出させるフェイスイジェクトタ
イプであるが、基板の端部に設けたノズル孔からインク
を吐出させるエッジイジェクトタイプでもよい。本実施
例のインクジェットヘッドは３枚の基板１００・２００
・３００を重ねて接合した積層構造となっている。中間
のキャビティ基板１００は、シリコン基板であり、結晶
面方位（１１０）基板をＫＯＨ水溶液で異方性エッチン
グすることによりキャビティ１０１とリザーバ１０２を
形成している。リザーバ１０２には、外部のインクタン
クからインクを供給するインク供給パイプ１０５が接続
される。振動板１０３は、キャビティ基板１００の下面
にボロンを高濃度で拡散し、エッチングストップを行う
ことにより、厚さ３ミクロン幅１００ミクロン長さ３０
００ミクロンのサイズで精度良く形成している。また、
高濃度でボロンを拡散することにより、シリコンの電気
抵抗を充分低くできることから、シリコン自体を共通電
極としている。キャビティ基板１００には、エッチング
後、インクの濡れ性改善と、共通電極と個別電極の短絡
を防止する目的で、１０００オングストロームの熱酸化
膜１０４を成膜している。このキャビティ基板１００の
上面に、ノズル２０１とオリフィス２０２を形成したノ
ズル基板２００が接着されている。ノズル基板２００も
結晶面方位（１１０）のシリコン基板であり、基板下面
からノズル２０１のテーパ部２０１ａとオリフィス２０
２が、キャビティ基板１００と同じようにＫＯＨ水溶液
で異方性エッチングされている。異方性エッチング後、
上面からドライエッチングでノズル２０１のストレート
部を貫通している。キャビティ基板１００の下面にはホ
ウ珪酸ガラス製の電極基板３００が陽極接合されてお
り、この電極基板３００には静電アクチュエータを構成
する為のエアギャップ３０１と、個別電極３０２が設け
られている。エアギャップ３０１に異物が侵入すること
を防止する目的で、シール３０３によりエアギャップ３
０１は封止されている。エアギャップ３０１は、電極基
板３００を二回に分けてエッチングすることにより、深
さ３０００オングストロームの大ギャップ３０１ａと、
深さ２５００オングストロームの小ギャップ３０１ｂを
１００ミクロンピッチで長手方向に交互に並べている。
エアギャップ３０１の底に位置する個別電極３０２と共
通電極であるところの振動板１０３に電圧を加えた場
合、図３に示す様に大ギャップ３０１ａと小ギャップ３
０１ｂの部分では、発散を起こす変位が異なり、大ギャ
ップ３０１ａの部分に位置する振動板は、小ギャップ３
０１ｂの部分に位置する振動板より遅れて変位の発散を
起こす。この結果、単位面積当たりの振動板に発生する
圧力は同じであるが、大ギャップ部と小ギャップ部に分
割されている為、振動板１０３全体が同時に変位を発散
する場合に比べ、発生する最大負圧が小さくなり、キャ
ビティションの発生を防止することができる。この様に
して試作したインクジェットヘッドを、１０ｋＨｚで駆
動したところ、エアギャップが２０００オングストロー
ムで均一なヘッドに比べて、他の特性の低下を生じるこ
と無く、インク重量で３５パーセントの増加が得られ
た。

【００１４】（実施例２）以下に本発明の第２の実施例
を説明する。図４は、本発明の第２の実施例におけるイ
ンクジェットヘッドの断面図である。本実施例では、エ
ッチングストップを生じさせるボロンのドープ深さを部
分的に変化させることにより、振動板１０３の厚みに段
差を設けている。シリコンに拡散させたボロンの濃度が
１×１０¹⁸ａｔｍ／ｃｍ³ 以上になると、ＫＯＨ水溶液
によるエッチングレートが極度に遅くなり、エッチング
ストップが掛かった状態となる。そこで、ボロンドープ
面に熱酸化膜を３００オングストローム成膜し、深くボ
ロンをドープしたい部分の熱酸化膜を除去する。この結
果、拡散源からシリコンに拡散したボロンの一部は熱酸
化膜中に留まる。熱酸化膜を除去した部分のドープ深さ
は３マイクロメータまで拡散するが、除去しなかった部
分のドープ深さは２．５マイクロメータとなる。このキ
ャビティ基板１００を実施例１と同じようにＫＯＨ水溶
液でエッチングすると、ボロンのドープ深さに応じてエ
ッチングストップが行われる。この結果、厚部振動板１
０３ａは厚さ３マイクロメータであり、薄部振動板１０
３ｂの厚さは２．５マイクロメータである。厚部振動板
１０３ａと薄部振動板１０３ｂは実施例１と同じ様に長
手方向に１００ミクロンピッチで交互にならんでいる。
この結果、振動板の反力が厚部振動板１０３ａと薄部１
０３ｂは異なるので発散を起こす変位が異なり、実施例
１と同じ様に、キャビティションの発生を防止すること
ができる。

【００１５】（実施例３）以下に本発明の第３の実施例
について説明する。図５は、本発明の第３の実施例にお
けるインクジェットヘッドの断面図である。本実施例で
は、エアギャップ３０１に段差を設けると共に、振動板
１０３の厚みにも段差を設けている。エアギャップ３０
１に段差を設ける方法は実施例１に準じ、振動板１０３
に段差を設ける方法は実施例２に準じている。本実施例
では、エアギャップ３０１の段差と振動板１０３の厚み
の段差を半ピッチずらすことにより、厚部振動板１０３
ａと大ギャップ３０１ａ、厚部振動板１０３ａと小ギャ
ップ３０１ｂ、薄部振動板１０３ｂと大ギャップ３０１
ａ、薄部振動板１０３ｂと小ギャップ３０１ｂの４通り
の組み合わせが可能となり、発散を起こす変位を４箇所
に分けることができる。この結果、発生する最大負厚を
より低下させることが可能となる。

【００１６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、振動板の
変位が振動板全体で同時に発散しなくなる為、発生する
最大負圧が小さくなり、キャビティションによる気泡の
発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドの断面図である。

【図２】本発明の一実施例における電極ガラスの平面図
である。

【図３】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッ
ドの振動板変位と発生圧力の関係を示す線図である。

【図４】本発明の第２の実施例におけるインクジェット
ヘッドの断面図である。

【図５】本発明の第３の実施例におけるインクジェット
ヘッドの断面図である。

【図６】静電駆動式インクジェットの振動板変位と発生
圧力の関係を示す線図である。

【符号の説明】

１００キャビティ基板１０１キャビティ１０２リザーバ１０３振動板１０３ａ厚部振動板１０３ｂ薄部振動板１０４熱酸化膜１０５インク供給用チューブ２００ノズル基板２０１ノズル２０１ａノズルテーパ部２０２オリフィス３００電極基板３０１エアギャップ３０１ａ大ギャップ３０１ｂ小ギャップ３０２個別電極３０３シール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のノズル孔と、ノズル孔の各々に連
通する複数の独立した吐出室と、吐出室の少なくとも一
方の壁の一部が振動板で構成されており、該振動板に設
けられた共通電極と、該振動板の各々に空間を挟んで対
向する個別電極間に電圧を加えることにより、該振動板
を変形させるインクジェットヘッドにおいて、前記個別
電極に段差が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。
【請求項２】複数のノズル孔と、ノズル孔の各々に連
通する複数の独立した吐出室と、吐出室の少なくとも一
方の壁の一部が振動板で構成されており、該振動板に設
けられた共通電極と、該振動板の各々に空間を挟んで対
向する個別電極間に電圧を加えることにより、該振動板
を変形させるインクジェットヘッドにおいて、前記振動
板に段差が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。
【請求項３】前記請求項１記載の個別電極の段差と、
請求項２記載の振動板の段差が両方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。