JPH10146973A - インクジェット式記録ヘッド、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リザーバに十分なコンプライアンスを確保す
ること。 【解決手段】 圧電振動子６に信号を供給するフレキシ
ブルケーブル７により、貫通孔として形成されたリザー
バ４の圧電振動子側の開口４ａを封止して、酸化シリコ
ンに比較して剛性の低いフレキシブルケーブル７で形成
した壁により大きなコンプライアンスを与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術の分野】本発明は、ノズル開口に連
通する圧力発生室の一部をたわみ振動するアクチュエー
タにより膨張、収縮させて、ノズル開口からインク滴を
吐出させるインクジェット式記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式記録ヘッドには、圧力
発生室を機械的に変形させてインクを加圧する圧電振動
型と、圧力発生室の中に発熱素子を設け、発熱素子の熱
で発生した気泡の圧力によりインクを加圧するバブルジ
ェット型との２種類のものが存在する。そして圧電振動
型の記録ヘッドは、さらに軸方向に変位する圧電振動子
を使用した第１の記録ヘッドと、たわみ変位する圧電振
動子を使用した第２の記録ヘッドとの２種類に分類され
る。

【０００３】第１の記録ヘッドは、高速駆動が可能でか
つ高い密度での記録が可能である反面、圧電振動子の加
工に切削作業が伴ったり、また圧電振動子を圧力発生室
に固定する際に３次元的組立作業を必要として、製造の
工程数が多くなるという問題がある。これに対して、第
２の記録ヘッドは、圧電振動子が膜状であるため、圧力
発生室を構成する弾性膜と一体的に焼成して作り付ける
ことが可能で、製造工程の簡素化を図ることができると
いう特徴を有するものの、たわみ振動できる程度の面積
を必要とするため、圧力発生室の幅が大きくなって配列
密度が低下するという問題を抱えている。

【０００４】このようなたわみ振動を利用した記録ヘッ
ドが抱える問題点を克服するため、例えば特表平5-5047
40号公報には、格子面（１１０）のシリコン単結晶基板
を異方性エッチングして圧力発生室、インク供給口、リ
ザーバが形成された流路形成基板と、圧力発生室に連通
するノズル開口が複数形成されたノズルプレートとを備
え、流路形成基板の他面を酸化シリコンにより弾性変形
可能なメンブレムとして構成したインクジェット式記録
ヘッドが提案されている。

【０００５】これによれば、メンブレム部の圧力発生室
に対向する領域に造膜法により圧電体膜を形成して駆動
部を作り付けて、エッチングと膜形成により記録ヘッド
を構成することができるため、印刷密度の高い記録ヘッ
ドを高い歩留まりで製造することが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、流路形
成基板の内の大きな面積を占めるリザーバの一方の面が
脆弱な酸化シリコンの膜により封止されているため、製
造工程における搬送時等に破損しやすく、ハンドリング
が困難であるばかりでなく、酸化シリコンの剛性が高い
ため、リザーバに十分なコンプライアンスを付与するこ
とが困難となり、クロストークや圧力発生室へのインク
の供給不足を生じるという問題がある。

【０００７】さらには、外部駆動回路に接続するフレキ
シブルケーブルと圧電振動子とを接続するリードパター
ンが、リザーバを横断するため、リザーバを封止するメ
ンブレム部の圧力による振動により切断されたり、リー
ドパターンの静電容量の増加により応答遅れが生じる等
種々の問題を抱えている。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リ
ザーバのコンプライアンスの確保と、圧電位振動子まで
の配線領域の疲労や、静電容量を低減することができる
インクジェット式記録ヘッドを提供することである。ま
た本発明の他の目的は、同上記録ヘッドの製造方法を提
案することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、複数のノズル開口が穿設さ
れたノズルプレートと、一方の面に外部からインクの供
給を受けるリザーバ、該リザーバとインク供給口を介し
て接続するとともに前記ノズル開口の各々に連通する複
数の圧力発生室とをシリコン単結晶基板を異方性エッチ
ングにより形成し、圧電振動子を備えた弾性膜により他
方の面が封止された流路形成基板とを接合し、前記圧電
振動子にフレキシブルケーブルを介して駆動信号を供給
するインクジェットヘッドにおいて、前記リザーバが貫
通孔として形成されていて、前記貫通孔の前記圧電振動
子形成面内の開口が第３の可撓性薄板により封止するよ
うにした。

【０００９】

【作用】酸化シリコンに比較して剛性の低い材料により
構成された可撓性薄板からなる壁により、リザーバに大
きなコンプライアンスが付与され、また圧電振動子への
リード部に対向電極が存在しない分、静電容量が減少す
る。

【００１０】

【発明の実施の態様】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示す組立斜視図と、１つの圧力発
生室の長手方向における断面構造とを示す図であって、
図中符号１は、流路形成基板で、一方の面が開口面とな
り、また他方の面の一部がメンブレム部２を形成するよ
うにシリコン単結晶基板を異方性エッチングし、メンブ
レム部２に対向する位置に圧力発生室３を形成、また貫
通孔としてリザーバ４を形成、さらにこれら圧力発生室
３とリザーバ４とを一定の流体抵抗で連通させる凹部か
らなるインク供給口５を形成して構成されている。

【００１１】圧力発生室４の一方の面を封止するメンブ
レム部２には、膜形成方法で作り付けられた圧電振動子
６が設けら、また貫通孔として形成されたリザーバ４の
圧電振動子側の開口４ａは、メンブレム部２とは別の第
２の可撓性薄板、この実施例では圧電振動子６に信号を
供給する後述するフレキシブルケーブル７により液密に
封止されている。

【００１２】７は、前述のフレキシブルケーブルで、好
ましくはリザーバ４に対向する面に絶縁層を備えた３層
構造として構成されていて、リザーバ４の周縁部で接着
剤により液密に接着されており、また圧電振動子６が配
置されている領域では圧電振動子６に接触しないように
引き回された上で、圧電振動子６の一端部６ａに対向す
る領域では絶縁層を剥離されて内部の導電パターンを半
田付け等により圧電振動子６の上電極に電気的に接続さ
れている。

【００１３】８はノズルプレートで、圧力発生室３の一
端側で連通するようにノズル開口９を穿設して構成され
ている。なお、図中符号１０は、ヘッドケースを示す。

【００１４】この実施例において、外部駆動回路からフ
レキシブルケーブル７を介して圧電振動子６に信号を印
加すると、圧電振動子６がたわんで圧力発生室３を収縮
させる。

【００１５】圧力発生室３の収縮によりで加圧された圧
力発生室３のインクは、一部がノズル開口９からインク
滴として吐出し、また残部がインク供給口５を経由して
リザーバ４に逆流する。リザーバ４に流れ込んだインク
はリザーバ４の圧力を増大させることになるが、ここを
封止するフレキシブルケーブル７が、酸化シリコンより
もその高い柔軟性により大きくたわみ、流れ込んだイン
クにより増大した圧力を吸収する。これによりインク供
給口５を介してインク滴を吐出しない他の圧力発生室３
への圧力の伝搬が防止され、クロストークが防止され
る。

【００１６】インク滴の吐出が終了して圧電振動子６が
元の状態に戻ると、圧力発生室３が膨張して、インク供
給口５を介してリザーバ４のインクが圧力発生室３に流
れ込む。リザーバ４はフレキシブルケーブル７により十
分なコンプライアンスを備えているから、たとえ多数の
圧力発生室３が同時に膨張しても、各圧力発生室３には
十分なインクが流れ込む。

【００１７】なお、フレキシブルケーブルのリザーバに
対向する面にはカバーコート等の絶縁層が形成されてい
るため、圧電振動子６に信号を供給する導電パターンが
インクにより腐蝕されることはない。

【００１８】次に上述した流路形成基板の製造方法を図
３、図４に基づいて説明する。表面が（１１０）で切り
出されたシリコン単結晶基板１１を熱酸化法等により、
少なくとも表裏両面に１μｍ程度のＳiＯ2層１２、１３
を形成した母材１４を用意する。エッチング面（図中、
下面）に形成されたＳiＯ2層１２は、エッチング保護膜
として機能し、また駆動面（図中、上面）のＳiＯ2層１
３は、この上に形成される圧電振動子１５の絶縁膜とし
て機能する。ＳiＯ2層１３の表面の圧力発生室に対向す
る領域にスパッタリングによりジルコニア（Ｚr）の膜
を形成し、この膜を熱酸化法で０．８μｍ厚さの酸化ジ
ルコニウムからなる弾性膜を形成してメンブレム部２を
作り付ける。

【００１９】さらに、メンブレム１４の表面にスパツタ
リングにより厚さ０．２μｍ程度の白金（Ｐt）の膜を
形成して下電極、この表面にＰＺＴ等の圧電体材料をス
パッタリング等により１．０μｍ厚の膜を形成し、さら
にその表面にスパッタリング等により厚さ０．２μｍの
アルミニューム（Ａｌ）の上電極を形成して圧電振動子
１５を作り付ける（図３（I））。

【００２０】圧力発生室３、及びリザーバ４の配列方向
にあわせてフオトレジスト層を形成して、弗化水素酸と
塩化アンモニウムを１：６の割合で混合した緩衝弗酸液
を用いてエッチング面のＳiＯ2層１２を除去して圧力発
生室３、及びリザーバ４を形成するための異方性エッチ
ング用の窓１６、１７をパターニングする（図３（I
I））。

【００２１】その上で、インク供給口５を形成する領域
１８のＳiＯ2層１２を選択的に約５分程度前述の緩衝弗
酸液により厚さを約０．５μｍ程度にまで薄くするため
のハーフエッチングをする（図３（III））。

【００２２】母材１４を８０°Ｃ程度に加熱した１０％
の水酸化カリウム溶液に浸漬して異方性エッチングを実
行する。この異方性エッチングにより、圧力発生室３、
リザーバ４となる凹部１９、２０が出現する。同時に、
保護膜として機能したＳiＯ2層１２、１８も徐々に溶解
して約０．４μｍ程度がエッチングを受けて無くなり、
インク供給口５に対向する領域のＳiＯ2層１８が０．１
μｍ程度、それ以外の領域のＳiＯ2層１２が０．６μｍ
程度まで薄くなる（図３（IV））。

【００２３】母材１４を前述の緩衝弗酸液に０．１μｍ
のＳiＯ2層１８を除去できる程度の時間、例えば１分程
度浸潰して、インク供給口５を形成する領域のＳiＯ2層
１８を除去してエッチング用の窓２１、他の領域のＳi
Ｏ2膜１２については厚さ０．５μｍ程度のエッチング
保護層１２’として残す（図４（I））。

【００２４】母材１４を約４０％の水酸化カリウム溶液
に浸潰して異方性エッチングを行なうと、インク供給口
５の領域が選択的にエッチングされてインク供給口５と
して必要な流体抵抗を備えた凹部２２が出現する（図４
（II））。

【００２５】次いで、リザーバ４となる凹部２０の他方
の面の領域のＳiＯ2膜１３を、緩衝弗酸液により除去し
て開口２３を形成すると（図４（III））、図５（イ）
に示したように貫通孔として形成されたリザーバを有す
る流路形成基板が完成する。

【００２６】流路形成基板に開口面側にノズルプレート
２５を取付けた後、またフレキシブルケーブル２４の導
電パターンを圧電振動子１５の上電極に半田付け等によ
り接続し、同時にリザーバ４となる領域の開口２３を覆
うようにフレキシブルケーブル２４を接着剤等により液
密に貼着すると、リザーバ４の一方の面がフレキシブル
ケーブル２４で封止された記録ヘッドが完成する（図４
（IV）、図５（ロ））。

【００２７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、リザーバを貫通孔として形成するとともに、第２の
可撓性薄板により液密に封止したので、酸化シリコンに
比較して剛性の低い材料の可撓性薄板により、酸化シリ
コンよりも大きなコンプライアンスを付与することがで
き、インク滴吐出後の圧力上昇を吸収することができ、
また圧電振動子へのリード部に対向電極が存在しない
分、静電容量が減少させることができる。

【００２８】また、リザーバを封止する酸化シリコン等
の薄く、かつ脆弱で、しかも広い面積の膜が存在しない
ため、ハンドリングが容易となり、製造工程の簡素化と
歩留まりの向上と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
例を示す組立斜視図である。

【図２】同上記録ヘッドの断面構造を示す図である。

【図３】図（I）乃至（IV）は、それぞれ同上記録ヘッ
ドの製造方法のうち、前半の工程を示す図である。

【図４】図（I）乃至（IV）は、それぞれ同上記録ヘッ
ドの製造方法のうち、後半の工程を示す図である。

【図５】図（イ）、（ロ）は、同上製造方法により製作
された流路形成基板と、フレキシブルケーブルを取付け
た状態とを示す図である。

【符号の説明】

１ 流路形成基板 ２ メンブレム部 ３ 圧力発生室 ４ リザーバ ４ａ 開口 ５ インク供給口 ６ 圧電振動子 ７ フレキシブルケーブル ８ ノズルプレート ９ ノズル開口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のノズル開口が穿設されたノズルプ
   レートと、一方の面に外部からインクの供給を受けるリ
   ザーバ、該リザーバとインク供給口を介して接続すると
   ともに前記ノズル開口の各々に連通する複数の圧力発生
   室とをシリコン単結晶基板を異方性エッチングにより形
   成し、圧電振動子を備えた弾性膜により他方の面が封止
   された流路形成基板とを接合し、前記圧電振動子にフレ
   キシブルケーブルを介して駆動信号を供給するインクジ
   ェットヘッドにおいて、 前記リザーバが貫通孔として形成されていて、前記貫通
   孔の前記圧電振動子形成面内の開口が第２の可撓性薄板
   により封止されているインクジェット式記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記可撓性薄板が前記フレキシブルケー
   ブルである請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 前記フレキシブルケーブルの少なくとも
   前記リザーバに対向する面に絶縁層が形成されている請
   求項２に記載のインクジェット式記録ヘッド。
4. 【請求項４】 一方の面に外部からインクの供給を受け
   る貫通孔として形成されたリザーバ、該リザーバとイン
   ク供給口を介して接続するとともに、圧力発生手段が表
   面に作り付けられた弾性板により一方の面が封止される
   複数の圧力発生室とをシリコン単結晶基板を異方性エッ
   チングして形成する工程と、 前記圧力発生手段にフレキシブルケーブルを導電的に接
   続するとともに、前記リザーバとなる貫通孔の前記圧力
   発生手段が形成される面を、前記フレキシブルケーブル
   により封止する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。