JPH10166572A

JPH10166572A - インクジェット式記録ヘッド

Info

Publication number: JPH10166572A
Application number: JP35980796A
Authority: JP
Inventors: Hajime Mizutani; 肇水谷
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-12-06
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 1998-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】リザーバ十分なコンプライアンスを持たせつ
つ、強度を確保すること。【解決手段】複数のノズル開口１０が穿設されたノズ
ルプレート９と、一方の面に、外部からインクの供給を
受けるリザーバ４、リザーバ４とインク供給口５を介し
て接続するとともにノズル開口１０の各々に連通する複
数の圧力発生室３とをシリコン単結晶基板の異方性エッ
チングにより形成し、圧電振動子を備えたメンブレム部
２により他方の面が封止された流路形成基板１とを接合
したインクジェットヘッドにおいて、メンブレム部２の
リザーバ４に対向する領域に、リザーバ側に突出する少
なくとも１本の凸条部６、６を形成する。長く延びる凸
条部６により剛性を無用に高めることなく、開口面積の
大きなリザーバ４の領域のメンブレム部２の強度を補強
する。

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り、さらに
はリザーバの１つの壁を弾性変形可能としてコンプライ
アンスを付与することができてクロストークを防止する
ことができる。

【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からなるメンブレム部により封
止されているため、製造工程における搬送時等に破損し
やすくなり、ハンドリングが困難であるという問題があ
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製造工程におけるハンド
リングの容易性を確保しつつ、リザーバに十分なコンプ
ライアンスの確保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。

【０００７】

【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の異方性エッ
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たインク
ジェットヘッドにおいて、前記弾性膜のリザーバに対向
する領域に、前記リザーバ側に突出する少なくとも１本
の凸条部を形成するようにした。

【０００８】

【作用】長く延びる凸条部により剛性を無用に高めるこ
となく、開口面積の大きなリザーバの領域の弾性膜の強
度を補強する。

【０００９】

【発明の実施の形態】そこで以下に本発明の詳細を図示
した実施例の基づいて説明する。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、また他方の面が酸化シリコンからなるメンブレム部
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
ングして圧力発生室３、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。

【００１０】メンブレム部２のリザーバ４に対向する領
域には、リザーバ側に突出するように圧力発生室３の並
び方向に延びる少なくとも１条の凸条部６、６、６が、
メンブレム部２の露出領域２ａを確保するよう形成され
ている。

【００１１】また、メンブレム部２の各圧力発生室３に
対向する領域には、各圧力発生室３毎に独立させて膜形
成方法で作り付けられた圧電振動子８が設けらている。

【００１２】９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１０を穿設して構成さ
れている。なお、図中符号１１は、圧電振動子８に駆動
信号を供給するフレキシブルケーブルを、また１２はヘ
ッドケースを示す。

【００１３】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８に信号を印
加すると、圧電振動子８がたわんで圧力発生室３を収縮
させる。

【００１４】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１０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
を封止するメンブレム部２がたわんで、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。

【００１５】インク滴の吐出が終了して圧電振動子８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のメンブレム部２には、凸条部６、
６、‥‥が形成されているとしても、圧力発生室３の並
び方向に長く延びるいるため、弾性に富み印刷に必要な
十分なコンプライアンスを発現するから、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。

【００１６】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２０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２１、２２
を形成した母材２３を用意する。エッチング面側（図
中、下面）に形成されたＳiＯ2層２１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２２は、この上に形成される圧電振動子８の絶縁膜、
及びメンブレム部２として機能する。

【００１７】非エッチング面となるＳiＯ2層２２の表面
にスパツタリングにより厚さ０．２μｍ程度の白金（Ｐ
t）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８を作り付ける（図３（I））。

【００１８】圧力発生室３、及び共通のインク室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
素酸とフッ化アンモニウムを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２１を除去し
て圧力発生室３、及びリザーバ４となる窓２４、２５を
パターニングし、さらにインク供給口５及びリザーバの
凸条部６を形成するためエッチング保護層２６、２７、
２７、‥‥をパターニングする（図３（II））。

【００１９】ついで、インク供給口５、リザーバの凸条
部６を形成するためのエッチング保護層２６、２７、２
７、‥‥を選択的に約５分程度、前述の緩衝弗酸液によ
りエッチングして厚さを約０．５μｍ程度にまで薄くす
る（図３（III））。

【００２０】母材２３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２８、２９、２９、２９‥‥が出
現する。同時に、保護膜２１、２６’、２７’、２７’
‥‥として機能したＳiＯ2層も徐々に溶解して約０．４
μｍ程度薄くなり、インク供給口５に対向する領域のエ
ッチング保護層２６、及び凸条部６を形成する保護層２
７’、２７’、‥‥が０．１μｍ程度、それ以外の領域
の保護層２１が０．６μｍ程度まで薄くなる（図３（I
V））。

【００２１】母材２３を前述の緩衝弗酸液に０．１μｍ
のＳiＯ2層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、及び凸条部６、６、６を形成
する保護層２６’、２７’、２７’、２７’‥‥を形成
しているをＳiＯ2層を除去してエッチング用の窓３０、
３１、３１、３１‥‥を形成し、他の領域のＳiＯ2膜に
ついては厚さ０．５μｍ程度のエッチング保護層２１’
として残す（図４（I））。

【００２２】母材２３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、及び凸条部６となる凸部３２、３３、３３、３３、
‥‥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３４が出現し、また凸部３
３、３３、３３‥‥が凸条部６して機能できる程度に薄
くなる（図４（II））。

【００２３】次いで、エッチング保護膜２１’を除去
し、次の工程に移送して接着剤等によりノズルプレート
９を開口側に固定すれば記録ヘッドが完成する（図４
（III））。この移送の際、比較的開口面積の大きなリ
ザーバのメンブレム部には、圧力発生室の並び方向に延
びる凸条部６、６‥‥が形成されているため、酸化シリ
コン膜だけで形成されているものに比較して、強度が高
く、ハンドリング時の破損を防止することができる。

【００２４】なお、上述の実施例においては凸条部を圧
力発生室の並び方向にのみ形成しているが、これと直交
する方向にも形成して碁盤目条に形成しても同様の作用
を奏する。

【００２５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明において
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、
リザーバとインク供給口を介して接続するとともにノズ
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
単結晶基板の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
基板とを接合したインクジェットヘッドにおいて、弾性
膜のリザーバに対向する領域に、リザーバ側に突出する
少なくとも１本の凸条部を形成したので、長く延びる凸
条部により剛性を無用に高めることなく、開口面積の大
きなリザーバの領域の弾性膜の強度を補強することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明のインク
ジェット式記録ヘッドの一実施例を示す組立斜視図、及
びリザーバの一部を拡大して示す図である。

【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（III）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。

【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５インク供給口６凸条部８圧電振動子９ノズルプレート１０ノズル開口

Claims

【特許請求の範囲】

【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の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たインクジェットヘッ
ドにおいて、前記弾性膜のリザーバに対向する領域に、前記リザーバ
側に突出する少なくとも１本の凸条部が形成されている
インクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】前記凸条部が、相互間に前記弾性膜が露
出するように複数条形成されている請求項１に記載のイ
ンクジェット式記録ヘッド。