JPH10202878A

JPH10202878A - インクジェット式記録ヘッド

Info

Publication number: JPH10202878A
Application number: JP2439297A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Kitahara; 強北原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 1998-08-04
Anticipated expiration: 2017-01-23
Also published as: JP3473668B2

Abstract

(57)【要約】【課題】圧力発生室へのインクの供給効率を図りつ
つ、圧力発生室の気泡の排除性を高めること。【解決手段】流路形成基板の両面にそれぞれ第１イン
ク供給口４、第２インク供給口４を介してリザーバ３に
連通し、かつインク供給連通孔１０を介して相互に接続
する第１圧力発生室２、及び第２圧力発生室９を形成す
るとともに、インク供給連通孔１０、１０が圧電振動子
側をリザーバ側とし、またノズルプレート側をノズル開
口側とするように斜めに形成する。インク供給連通孔１
０、１０の傾斜に沿ってノズルプレート側の圧力発生室
９にインクが容易に流れ込み、圧電振動子側の第１圧力
発生室２に停滞している気泡のノズル開口６に近い第２
圧力発生室９への移動を容易にさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力発生室を構成
する弾性板を圧電振動子により弾性変形させて、圧力発
生室のインクをノズル開口からインク滴として吐出させ
るインクジェット式記録ヘッド、より詳細には流路形成
基板の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式記録ヘッドは外部のタ
ンクからインクの供給を受けるリザーバ、外部からの加
圧力を受ける凹部からなる圧力発生室、リザーバと圧力
発生室とを接続するインク供給口、及び圧力発生室とノ
ズル開口とを接続する貫通孔からなるノズル連通孔を形
成した流路形成基板と、流路形成基板の一方の面を封止
する弾性板と、流路形成基板の他面を封止するノズル開
口を備えたノズルプレートとにより流路ユニットを構成
するとともに、弾性板に圧電振動子を設けて圧電振動子
の変位により圧力発生室を膨張させてリザーバのインク
をインク供給口を経由して圧力発生室に吸引し、また圧
力発生室を収縮させて圧力発生室のインクを加圧してノ
ズル開口からインク滴を吐出させるように構成されてい
る。

【０００３】このインクジェット式記録ヘッドは、色イ
ンクを用いることによりフルカラーでの印刷が簡単に行
えるため、カラープリンタの記録ヘッドとして急速に普
及し、これにともなって印字品質をさらに向上させるこ
とが要望されている。

【０００４】インクジェット式記録ヘッドの印字品質
は、インク滴が形成するドットのサイズと、記録密度と
に大きく支配されるため、１滴当たりのインク量を可及
的に少なくしてドットサイズを小さくし、かつ記録密度
を高めることが必要となる。

【０００５】このため、圧力発生室を高い密度で配列す
る一方、インク吐出時の圧力により流路形成基板の変形
を防止する必要や、さらには組立時のハンドリングのし
易さから、流路形成基板は、３００μｍ以上、望ましく
は５００μｍ程度の厚みを有するシリコン単結晶基板
を、例えば特開昭58-40509号公報等に見られるように、
フォトリソグラフィ技術と異方性エッチングにより面方
位（１００）のシリコン単結晶基板を加工して開口面積
が小さく、また深さの浅い凹部を形成して、これを圧力
発生室とすることにより圧力発生室の容積を可及的に小
さく、しかも高い密度で配列したものが提案されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに圧力発生室を偏平な形状として構成すると、流路抵
抗が増大してリザーバからのインクの供給に滞りが生じ
易くなるため、圧電振動子が設けられている側とは反対
側、つまりノズル開口側に第２の発生室を形成して、イ
ンク滴に関る容積の拡大を招くこと無く、インク供給路
の拡大を図ることが考えられるが、今度はリザーバから
圧力発生室に流入するインクの流速が低下するため、特
に圧電振動子側の圧力発生室に気泡が停滞しやすくな
り、印字品質の低下を招くという新たな問題が生じる。
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、圧力発生室へのインクの
供給性の向上を図りつつ、圧力発生室の気泡の停滞を防
止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、シリコン単結晶基板を異方
性エッチングして凹部からなる圧力発生室、リザーバ、
インク供給口、及び貫通孔からなるノズル連通孔を形成
した流路形成基板と、前記ノズル連通孔を介して前記圧
力発生室に連通するノズル開口を備えたノズルプレート
と、前記流路形成基板の他面を封止する弾性板と、前記
圧力発生室を加圧する圧力発生手段とを備えたインクジ
ェット式記録ヘッドにおいて、前記流路形成基板の両面
にそれぞれ第１インク供給口、第２インク供給口を介し
て前記リザーバに連通する第１圧力発生室、及び第２圧
力発生室を形成するとともに、前記ノズル連通孔が前記
圧力発生手段側を前記リザーバ側とし、また前記ノズル
プレート側を前記ノズル開口側とするように斜めに形成
するようにした。

【０００８】

【作用】圧電振動子側の圧力発生室からノズル開口に向
かうように斜めに形成されたインク供給連通孔に沿って
インクがスムーズに流れ、圧電振動子側の圧力発生室に
停滞している気泡が、排出口であるノズル開口に近い圧
力発生室に移動して、メンテナンス時に簡単に記録ヘッ
ドの外に排出される。

【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は、本発明の一
実施例をそれぞれ隣接する圧力発生室の中心線上での断
面構造を示すものであり、また図２（イ）、（ロ）はそ
れぞれ、流路形成基板の表裏の構造を示すものであっ
て、図中符号１は、シリコン単結晶基板を異方性エッチ
ングすることにより形成された流路形成基板で、一方の
面には第１圧力発生室２がハーフエッチングにより浅い
凹部として形成されており、第１圧力発生室２の一側に
は貫通孔からなるリザーバ３が形成されている。

【００１０】第１圧力発生室２とリザーバ３の間には凹
部からなる第１インク供給口４が形成され、また第１圧
力発生室２の他端側にはノズルプレート５のノズル開口
６に連通する貫通孔からなるノズル連通孔７が形成され
ている。

【００１１】第１圧力発生室２が形成された面と対向す
る面、つまりノズルプレート５側には、第２インク供給
口８が凹部として形成され、これに連通させて第１圧力
発生室２と同様の凹部からなる第２圧力発生室９がノズ
ル開口６まで延びて形成されている。そして第１、第２
圧力発生室２、９が対向する領域には複数の貫通孔から
なるインク供給連通孔１０、１０が形成されていて、第
１圧力発生室２と第２圧力発生室９とが連通されてい
る。

【００１２】これら貫通孔１０、１０は、圧電振動子１
２側をリザーバ側とし、またノズルプレート側をノズル
開口側とするように角度θを持つように斜めに形成され
ている。

【００１３】そして圧電振動子１２の変位を受けて容積
が変化する側の第１圧力発生室２とリザーバ３とを接続
する第１インク供給口４は、第２インク供給口８の流体
抵抗よりも小さくなるように、この実施例では開口面積
が大きく選択されている。

【００１４】このように構成された流路形成基板１は、
その第１圧力発生室２の側の面を弾性板１１で封止さ
れ、ほぼ中央部には圧力発生手段となる縦振動モードの
圧電振動子１２が、その先端を弾性板１１に形成された
アイランド部１１ａに当接させて他端を図示しないフレ
ームに固定されて配置されている。

【００１５】この実施例において圧電振動子１２に駆動
信号を印加して充電すると、圧電振動子１２が収縮して
第１圧力発生室２の容積が膨張する。この膨張により第
１インク供給口４を介してリザーバ３のインクが第１圧
力発生室２に流れ込み、また第２インク供給口８を介し
て第２圧力発生室９にもインクが流れ込むから、ノズル
開口６のメニスカスに無用な後退を招くこと無く、印刷
に必要なインクを確実に第１、第２圧力発生室２、９に
供給することができる。

【００１６】ついで、圧電振動子１２の電荷を放電させ
ると、圧電振動子１２が元の状態に伸長して圧力発生室
２の容積を縮小させて、圧力発生室２、９のインクを加
圧して、ノズル連通孔７を経由してノズル開口６からイ
ンク滴を吐出させる。

【００１７】ところで、長時間の印刷によりノズル開口
６に気泡が付着したり、また圧力発生室２、９に気泡が
停滞したり、増大した場合には、ノズルプレート５にキ
ャップ部材を密着させてノズル開口６に負圧を作用させ
て、ノズル開口６インク滴を強制的に排出させる。

【００１８】第１インク供給口４は、第２インク供給口
８よりも流体抵抗が小さく設定されているため、第１圧
力発生室２に流れ込んだインクは、第２圧力発生室９に
流れ込んだインクよりも流速が速くなり図１（ロ）にお
いて矢印Ａで示したように第２圧力発生室９のノズル開
口６側に向かって第２圧力発生室９に流れ込む。これに
より、第１圧力発生室２やまた第１インク供給口４、イ
ンク供給連通孔１０、１０に停滞している気泡がノズル
開口６に近い第２圧力発生室９に流れ込み、インクの流
れに乗って簡単にノズル開口６から外部に排出される。

【００１９】次に、上述した流路形成基板１の製造方法
を、図３、４に基づいて説明する。ハンドリングの容易
な３００μｍ乃至６００ミクロン程度の厚みを有する、
面方位（１１０）のシリコン単結晶基板２１の表面全体
にエッチング保護膜となる二酸化シリコン膜２２を熱酸
化法により膜厚１μｍで形成し、その表面にフォトレジ
スト剤をスピンコート法等により両面に塗布してフォト
レジスト層２３、２４を形成し、フォトリソグラフィ技
術により貫通孔として形成すべきリザーバ３、ノズル貫
通孔７、及びインク供給連通孔１０となるレジストパタ
ーン２５、２５’、２６、２６’、２７、２７’、２
８、２８’を表裏に形成する（図３（I））。

【００２０】これら貫通孔を形成するレジストパターン
２６、２６’、２７、２７’、２８、２８’は、表裏で
ラップしないように圧力発生室の軸方向に位置をずらせ
て形成されている。

【００２１】シリコン単結晶基板を緩衝フッ酸溶液に浸
漬してレジストパターン２５、２５’、２６、２６’、
２７、２７’、２８、２８’に対応したパターン２９、
２９’、３０、３０’、３１、３１’、３２、３２’を
二酸化シリコン膜２２のハーフエッチングとして転写す
る（図３（II））。

【００２２】ついで、第１、第２圧力発生室２、９、及
び第１、第２インク供給口４、８となる領域を露光、現
像して両面にインク供給口４、８のパターン３３、３
４、及び３５、３６を形成し（図３（III））、再びシ
リコン単結晶基板２１を緩衝フッ酸溶液に浸漬して、前
述の工程（II）で形成した二酸化シリコン膜のパターン
２９、２９’、３０、３０’、３１、３１’、３２、３
２’が消失するまでエッチングを行う（図３（VI））。
これによりハーフエッチングとして形成すべき第１、第
２圧力発生室２、９、及び第１、第２インク供給口４、
８の酸化シリコンのパターンの一部が残り、また表裏に
は貫通孔として形成すべきリザーバ３、ノズル連通孔
７、インク供給連通孔１０、１０の異方性エッチング用
の窓３７、３７’、３８、３８’３９、３９’、４０、
４０’が形成される。

【００２３】ついで、ＹＡＧレーザー等により斜め方向
に先導用の小径の通孔４１、４２、４３を穿設する（図
４（I））。シリコン単結晶基板２１を摂氏８０度に維
持された２０重量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶
液に浸潰して異方性エッチングを行うと、リザーバ３、
ノズル連通孔７、及びインク供給連通孔１０となる貫通
孔４４、４５、４６、４７が形成される（図４（I
I））。

【００２４】ついで、インク供給口４、８、及び圧力発
生室２、９となる領域にこれらを形成するパターン４
８、４９、５０、５１を前述と同様にして二酸化シリコ
ン膜２２に形成し（図４（III））、第１、第２インク
供給口４、８及び第１、第２圧力発生室２、９に適した
深さの凹部５２、５３、５４、５５となるまで異方性エ
ッチングを実行し（図４（IV））、最後に二酸化シリコ
ン膜２２をエッチングにより除去すると流路形成基板１
が完成する。

【００２５】なお、上述の実施例においては、パターン
形成後にレーザー光を照射してエッチング誘導用の貫通
孔を形成してから、異方性エッチングしているが、図５
に示したように貫通孔形成用の窓３７、３７’、３８、
３８’３９、３９’、４０、４０’を形成した段階で
（図３（IV））、断面三角形状の凹部５６、５６’、５
７、５７’、５８、５８’が出現する程度に短時間の仮
の異方性エッチングを実行し、表面に対して３５度程度
の壁面５６ａ、５７ａ、５８ａを出現させる（図５
（I））。

【００２６】次いで、これらの面５６ａ、５７ａ、５８
ａにＹＡＧレーザーを照射してエッチング誘導用の貫通
孔５９、６０、６１を形成する（図５（II））。基板２
１の表面に対して３５度程度の角度を有する壁面５６
ａ、５７ａ、５８ａにほぼ直角にレーザー光を照射する
ことになるから、反射率を低下させてレーザー光を穿孔
のために有効に利用することができる。そして前述と同
様に異方性エッチングを行なってリザーバ３、ノズル連
通孔９、及びインク供給連通孔１０、１０を形成する。

【００２７】なお、上述の実施例のおいては圧力発生手
段として軸方向に伸縮する縦振動モードの圧電振動子を
使用したものを例に採って説明したが、弾性板の表面に
圧電材料のスパッタリングや、また圧電材料のグリーン
シートの貼着等により圧電体層を形成し、各圧力発生室
の領域だけを選択的に変形させるたわみ変位型圧電振動
子を使用しても同様の作用を奏することは明らかであ
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
シリコン単結晶基板を異方性エッチングして凹部からな
る圧力発生室、リザーバ、インク供給口、及び貫通孔か
らなるノズル連通孔を形成した流路形成基板と、ノズル
連通孔を介して圧力発生室に連通するノズル開口を備え
たノズルプレートと、流路形成基板の他面を封止する弾
性板と、圧力発生室を加圧する圧力発生手段とを備えた
インクジェット式記録ヘッドにおいて、流路形成基板の
両面にそれぞれ第１インク供給口、第２インク供給口を
介してリザーバに連通する第１圧力発生室、及び第２圧
力発生室を形成するとともに、ノズル連通孔が圧力発生
手段側をリザーバ側とし、またノズルプレート側をノズ
ル開口側となるように斜めに形成したので、インク供給
連通孔の傾斜に沿ってノズルプレート側の圧力発生室に
インクが流れ込むことになり、圧電振動子側の第１圧力
発生室に停滞している気泡を排出口であるノズル開口に
近い第２圧力発生室に容易に移動させることができ、メ
ンテナンス時に簡単に記録ヘッドの外に排出することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図（イ）（ロ）は、それぞれ本発明の一実施例
を、それぞれ隣接する圧力発生室の中心線での断面構
造、及びインクの流れを示す図である。

【図２】図（イ）、（ロ）は、それぞれ流路形成基板の
一実施例を、表裏２面で持って示す図である。

【図３】図（I）乃至（IV）は、それぞれ本発明のイン
クジェット式記録ヘッドに用いる流路形成基板の製造方
法の一実施例の内、貫通孔形成までの工程を示す図であ
る。

【図４】図（I）乃至（IV）は、それぞれ本発明のイン
クジェット式記録ヘッドに用いる流路形成基板の製造方
法の一実施例の内、エッチング誘導孔形成後の工程を示
す図である。

【図５】図（I）、（II）は、それぞれ本発明のインク
ジェット式記録ヘッドに用いる流路形成基板のインク供
給連通孔を形成するための他の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１流路形成基板２第１圧力発生室３リザーバ４第１インク供給口５ノズルプレート６ノズル開口７ノズル連通孔８第２インク供給口９第２圧力発生室１０インク供給連通孔１１弾性板１２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を異方性エッチング
して凹部からなる圧力発生室、リザーバ、インク供給
口、及び貫通孔からなるノズル連通孔を形成した流路形
成基板と、前記ノズル連通孔を介して前記圧力発生室に
連通するノズル開口を備えたノズルプレートと、前記流
路形成基板の他面を封止する弾性板と、前記圧力発生室
を加圧する圧力発生手段とを備えたインクジェット式記
録ヘッドにおいて、前記流路形成基板の両面にそれぞれ第１インク供給口、
第２インク供給口を介して前記リザーバに連通する第１
圧力発生室、及び第２圧力発生室を形成するとともに、
前記ノズル連通孔が前記圧力発生手段側を前記リザーバ
側とし、また前記ノズルプレート側を前記ノズル開口側
とするように斜めに形成されているインクジェット式記
録ヘッド。
【請求項２】第１圧力発生室と第２圧力発生室が前記
シリコン単結晶基板に形成された少なくとも１以上のイ
ンク供給連通孔を介して相互に連通されている請求項１
に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】前記インク供給連通孔が前記圧力発生手
段側を前記リザーバ側とし、また前記ノズルプレート側
を前記ノズル開口側とするように斜めに形成されている
請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】前記弾性板に対向する側に位置する第１
インク供給口が、前記ノズルプレート側に位置する第２
のインク供給口の流体抵抗よりも小さくなるように形成
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５】前記シリコン単結晶基板の厚みが３００
μｍ乃至６００μｍ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６】前記ノズル連通孔、及び前記インク供給
連通孔が前記シリコン単結晶基板の表面に対して約３５
度の角度を持つように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。
【請求項７】前記ノズル連通孔、及び前記インク供給
連通孔が、前記シリコン単結晶基板にレーザー光を前記
基板に対しいて斜めに照射して先孔加工してから異方性
エッチングすることにより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。
【請求項８】前記ノズル連通孔が、その第１圧力発生
室側の開口と第２圧力発生室側の開口とが表裏でラップ
しない位置となるように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９】前記インク供給連通孔が、その第１圧力
発生室側の開口と第２圧力発生室側の開口とが表裏でラ
ップしない位置となるように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。
【請求項１０】前記圧力発生手段が、軸方向に伸縮す
る縦振動モードの圧電振動子である請求項１に記載のイ
ンクジェット式記録ヘッド。