JPH10166580A

JPH10166580A - インクジェット式記録ヘッド

Info

Publication number: JPH10166580A
Application number: JP34456796A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Fujimori; 一彦藤森
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1998-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】位置合わせに必要となる薄膜部の破壊を不要
として、流路形成基板とノズルプレートとを高い信頼性
でもって接合すること。【解決手段】ノズルプレート１０の圧力発生室７に対
向する面に複数個の凸部１３を、また流路形成基板１の
ノズルプレート１０の対向面の凸部１３に対向する位置
に、凸部１３が挿入可能なサイズの凹部１２を形成し
て、これら凸部１３、凹部１２との嵌合により位置決め
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薄膜型圧電振動子により膨
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。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。

【０００３】これに対して、第２の記録ヘッドは、図８
に示したようにシリコン単結晶基板をその一方の面から
異方性エッチングして圧力発生室５１、リザーバ５２、
インク供給口５３を形成し、また他面にメンブレム部５
４を形成して圧力発生室５１に対応させて膜状の圧電振
動子５５が作り付けられた流路形成基板５０と、各圧力
発生室５１に連通するノズル開口５６を備えたノズルプ
レート５７とを、それぞれの所定位置に貫通孔６０、６
１を穿設し、ここに位置決めピン６２を挿入した上で、
ホルダ５８に収容して構成されている。

【０００４】このようにインク滴を吐出させるための駆
動手段を圧電振動子５５を膜として構成することがで
き、また流路形成基板５０をシリコン単結晶基板のエッ
チングにより形成できるため、機械加工や組立工数を少
なくすることができて印刷密度が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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな薄膜形成プロセスでは貫通孔を形成することが困難
であるため、薄膜部を残したままシリコン単結晶基板だ
けを貫通する孔を形成せざるを得ない。この結果、後工
程である組立工程においてシリコン単結晶基板だけを貫
通した孔を塞ぐ薄膜部をピン等で破壊してから位置合わ
せすることが必要となり、薄膜部の破壊時に生じたバリ
等が流路形成基板とノズルプレートとの間に挟まって両
者の接合に不具合を来す等の問題がある。

【０００６】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組立工程で薄膜
部の破壊を不要として、流路基板とノズルプレートを高
い信頼性で接合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てなるイン
クジェットヘッドにおいて、前記ノズルプレートが前記
圧力発生室に対向する面に複数個の凸部を有し、また前
記流路形成基板の一方の面に前記凸部に対向する位置に
前記凸部が挿入可能なサイズの凹部を形成する。

【０００８】

【作用】ノズルプレートの凸部と流路形成基板の凹部と
により位置決めされるため、膜の破壊による貫通孔の形
成が不要となる。

【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ものであって、１はシリコン
単結晶基板をエッチングして形成された流路形成基板
で、一方の表面を開口面９とし、裏面にメンブレム部２
を形成するように複数列、この実施例では千鳥状となる
ように位置する２列の圧力発生室３と、これら圧力発生
室３にインクを供給するリザーバ４と、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
るインク供給口７とを形成するように構成されている。

【００１０】裏面のメンブレム部２には、膜形成方法で
作り付けられた圧電振動子８が設けられている。１０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１１を穿設して構成されている。

【００１１】これらインク圧力発生室基板１とノズルプ
レート１０には、その対向する面に異方性エッチングに
より形成された凹部１２と、プレスにより凸部１３が形
成されていて、これら凹部１２と凸部１３により位置決
めされた上で液密に固定されて、周縁部及び中央部を支
持する支持部を備えたホルダ１４に収容されて記録ヘッ
ドに纏められている。なお、図中符号１５は凹部を、ま
た１６は圧電体膜８に駆動信号を供給するためのフレキ
シブルケーブルを示す。

【００１２】次に上述した流路形成基板の製造方法を図
３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（図中、下面）
に形成されたＳiＯ2層は、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
上に形成される駆動部の絶縁膜として機能する。ＳiＯ2
層２２の表面に例えばスパッタリングにより厚さ０．８
μｍのチタンの膜や酸化ジルコニアの膜を形成して弾性
膜２４を形成してメンブレム部２を作り付ける。

【００１３】さらに、弾性膜２４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体膜２５を
作り付ける（I）。

【００１４】この圧電体膜２５を下電極を残すようにし
て圧電体の膜と上電極とを圧力発生室３の配列位置に対
応するようにパターニングして圧電振動子８を形成す
る。このようにして圧電振動子構成要素の作り付けが終
了した段階で、この面を有機材料、例えば弗素樹脂を塗
布して図示しないエッチング保護膜を形成する。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を除去して異方性エッチング
用の窓２６、２７をパターニングする（II）。

【００１５】その上で、インク供給口７を形成する領域
２８のＳiＯ2層２１を選択的に約５分程度前述の緩衝弗
酸液により約０．５μｍ程度にまで薄くするためのハー
フエッチングを行う（III）。

【００１６】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２９、３０が出現する。同時に、保
護膜として機能したＳiＯ2層２１、２８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７に対向する領域のＳiＯ2層２８が０．１μ
ｍ程度、それ以外の領域のＳiＯ2層２１が０．６μｍ程
度まで薄くなる（IV）。

【００１７】母材２３を前述の緩衝弗酸液に０．１μｍ
のＳiＯ2層２８’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７を形成する領域のＳiＯ2
層２８’を除去してエッチング用の窓３１、他の領域の
ＳiＯ2膜２１’については厚さ０．５μｍ程度のエッチ
ング保護層として残す（V）。

【００１８】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ってインク供給口７
の領域を選択的に再度エッチングすると、インク供給口
７として必要な流体抵抗を備えた凹部３２が形成される
（VI）。そしてエッチング液から圧電体膜２５を保護す
るために形成されていた保護膜を剥離する。

【００１９】異方性エッチングによる流路の形成が終了
して流路形成基板３３として形をなした段階で、エッチ
ング面側の流路が形成されていない領域に、図４に示し
たように深さ０．１ｍｍ程度の一辺の長さＬ１が０．９
ｍｍの平行四辺形からなる凹部３４と、一辺の長さＬ２
が１．０ｍｍの平行四辺形からなる凹部３４より若干大
きめの凹部３５とを一定の距離を隔てて形成する。

【００２０】次にこのように構成した流路形成基板３３
に位置決めされるノズルプレートの製造方法、及びノズ
ルプレートと流路形成基板との位置決め方法を図５に基
づいて説明する。

【００２１】予めノズル開口４０が穿設されたノズルプ
レート４１を用意し（I）、流路形成基板３３の凹部３
４、３５と一致する位置にポンチＰを位置決めし（I
I）、パンチングにより他面に凸部４３を形成できる程
度の凹部４２を形成する（III）。このポンチＰには凸
部４３として直径０．９ｍｍのものを形成できるものが
使用される。

【００２２】このパンチングによりノズルプレート４１
の圧力発生室対向面側に凸部４３が形成されるから（I
V）、研磨等により所定の突出量、例えば０．１ｍｍに
調整して位置決め用凸部４４とする（Ｖ）。

【００２３】ノズルプレート４１をその凸部４４、４４
が、流路形成基板３３の位置決め用凹部３４、３５に対
向するように位置決めして（VI）、押込むことにより、
大きく形成された一方の凹部３５と凸部４３との遊びに
よりスムーズに嵌合して、各ノズル開口４０が流路形成
基板３３の圧力発生室に対して所定の位置に位置決めさ
れる（VII）。

【００２４】もとより流路形成基板３３とノズルプレー
ト４１との位置決めに際して薄膜部の破壊を必要としな
いから、バリなどの発生がなく、流路形成基板３３とノ
ズルプレート４１とを完全に密着させることができる。

【００２５】なお、上述の実施例においては流路形成基
板に圧力発生室等の流路を形成した後、位置決め用の凹
部３４、３５を形成しているが、最初に位置決め用の凹
部を形成し、次いで異方性エッチングを施して圧力発生
室等の流路を形成してもよい。

【００２６】図６は、製造方法の他の実施例を示すもの
であって、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（図中、下面）に形成された
ＳiＯ2層は、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
る駆動部の絶縁膜として機能する。ＳiＯ2層２２の表面
に例えばスパッタリングにより厚さ０．８μｍのチタン
の膜や酸化ジルコニアの膜を形成して弾性膜２４を形成
してメンブレム部２を作り付ける。

【００２７】さらに、弾性膜２４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体膜２５を
作り付ける（I）。

【００２８】この圧電体膜２５を下電極を残すようにし
て圧電体の膜と上電極とを圧力発生室３の配列位置に対
応するようにパターニングして圧電振動子８を形成す
る。このようにして圧電振動子構成要素の作り付けが終
了した段階で、この面を有機材料、例えば弗素樹脂を塗
布して図示しないエッチング保護膜を形成する。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を除去して異方性エッチング
用の窓２６、２７をパターニングする（II）。

【００２９】インク供給口７を形成する領域２８、凹部
３４、３５を形成する領域４７のＳiＯ2層２１を選択的
に約５分程度前述の緩衝弗酸液により約０．５μｍ程度
にまで薄くするためのハーフエッチングを行う（II
I）。

【００３０】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２９、３０が出現する。同時に、保
護膜として機能したＳiＯ2層２１、２８も徐々に溶解し
て約０．４μｍ程度エッチングを受けて無くなり、イン
ク供給口７に対向する領域のＳiＯ2層２８が０．１μｍ
程度、凹部３４、３５に対向する領域４７のＳiＯ2層４
７’が０．１μｍ程度、それ以外の領域のＳiＯ2層２１
が０．６μｍ程度まで薄くなる（IV）。

【００３１】母材２３を前述の緩衝弗酸液に０．１μｍ
のＳiＯ2層２８’、４７’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７、及び凹部３
４、３５を形成する領域のＳiＯ2層２８’、４７’を除
去してエッチング用の窓３１、４８、他の領域のＳiＯ2
膜２１’については厚さ０．５μｍ程度のエッチング保
護層として残す（V）。

【００３２】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ってインク供給口
７、凹部３４、３５の領域を選択的に再度エッチングす
ると、インク供給口７として必要な流体抵抗を備えた凹
部３２が形成され、また位置決め用の凹部３４、３５に
対応する凹部４９が形成される（図８（イ））。この凹
部４９は、図８（イ）、（ロ）に示すように一方の対向
する辺４９ａ、４９ｂが表面に対して約３５度の角度
を、また他方の辺４９ｃ、４９ｄが垂直となる。

【００３３】そして凹部３４、３５を形成するためのエ
ッチング用の窓４８として、図４に示したように一辺の
長さＬ１が０．９ｍｍの平行四辺形からなるものと、一
辺の長さＬ２が１．０ｍｍの平行四辺形からなるものを
形成しておけばよい。最後にエッチング液から圧電体膜
２５を保護するために形成されていた保護膜を剥離す
る。

【００３４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、ノズルプレートが圧力発生室に対向する面に複数個
の凸部を有し、また流路形成基板の一方の面に凸部に対
向する位置に凸部が挿入可能なサイズの凹部を形成した
ので、薄膜部を破壊を必要とすることなくノズルプレー
トと流路形成基板を位置合わせすることができて、薄膜
部の破壊に起因するバリの発生がなくなり、ノズルプレ
ートと流路形成基板を高い信頼性で接合することができ
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】図（イ）、（ロ）は、それぞれ図１におけるＡ
−Ａ線での断面構造を示す図、及び位置決め領域を拡大
して示す断面図である。

【図３】図（I）乃至（VI）は、それぞれ同上記録ヘッ
ドに使用する流路形成基板の製造方法の一実施例を示す
図である。

【図４】流路形成基板の位置決め用凹部の一実施例を示
す斜視図である。

【図５】図（I）乃至（VII）は、それぞれノズルプレー
トの製造工程、及び流路形成基板とノズルプレートの位
置決めの工程を示す図である。

【図６】図（I）乃至（V）は、それぞれ同上記録ヘッド
に使用する流路形成基板の製造方法の内、中盤までの工
程を示す図である。

【図７】図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上記録ヘッド
に使用する流路形成基板の製造方法の内、最終工程、及
びＡ−Ａ線における断面構造を示す図である。

【図８】従来のインクジェット式記録ヘッドのノズルプ
レートと流路形成基板との位置決め構造を示す図であ
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７インク供給口８圧電振動子１０ノズルプレート１１ノズル開口１２位置決め用凹部１３位置決め用凸部

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てなるインクジェットヘッドにおい
て、前記ノズルプレートが前記圧力発生室に対向する面に複
数個の凸部を有し、また前記流路形成基板の一方の面に
前記凸部に対向する位置に前記凸部が挿入可能なサイズ
の凹部を有するインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】前記凸部がノズルプレートの表面側から
のパンチにより形成され、また前記凹部がシリコン単結
晶基板の異方性エッチングにより形成されている請求項
１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】前記凸部の高さが０．１ｍｍ以上である
請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】前記凹部が矩形である請求項１に記載の
インクジェット式記録ヘッド。