JPH10211697A - 記録ヘッド - Google Patents

記録ヘッド

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JPH10211697A
JPH10211697A JP1670997A JP1670997A JPH10211697A JP H10211697 A JPH10211697 A JP H10211697A JP 1670997 A JP1670997 A JP 1670997A JP 1670997 A JP1670997 A JP 1670997A JP H10211697 A JPH10211697 A JP H10211697A
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JP
Japan
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diaphragm
liquid chamber
pressurized liquid
recording medium
electrode
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JP1670997A
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English (en)
Inventor
Hidekazu Ota
英一 太田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10211697A publication Critical patent/JPH10211697A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, e.g. INK-JET PRINTERS, THERMAL PRINTERS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14314Structure of ink jet print heads with electrostatically actuated membrane

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動板と電極の間に微小ギャップを形成する
必要をなくし、比較的低電圧の印加によっても大きな振
動板の変形を誘起できる構成を与える。 【解決手段】 記録体を吐出する吐出口9と、記録体に
吐出の圧力を加える加圧液室7と、加圧液室7の一部を
構成する振動板6と、振動板6と対向する位置に設けた
電極3とを有し、該電極3と振動板6の間に働く静電力
によって振動板6を変形せしめ、記録体を吐出口9によ
り吐出する。振動板6と電極3の間に電圧を印加すると
両者間に静電引力が作用し振動板6が電極方向に引き付
けられる。電圧が高い時は振動板6は保護層4に接する
まで変形する。この振動板の変形は、最も振動板の板厚
の薄い部分63から板厚の厚い部分61へとに順次おこ
ることになり、最終の厚い部分61でも大きな変位が、
比較的低い電圧で起こる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、記録ヘッド、より
詳細には、静電型あるいは圧電型の記録体ジェットヘッ
ドの振動板に関し、カラープリント等の高画質印刷の他
に、例えば、マイクロポンプ、圧力センサ等の振動板と
して利用可能なものである。
【0002】
【従来の技術】オンデマンド型インクジェットとして
は、加圧液室の壁の一部を薄い振動板にしておき、ここ
に電気機械変換素子として圧電素子を設け、電圧印加に
伴って発生する圧電素子の変形で前記振動板を変形せし
め、該振動板の変形によって前記加圧液室の圧力を変化
させてインクを吐出する方式(ピエゾオンデマンド
型)、加圧液室内に発熱体素子を設け、該発熱体に通電
して該発熱体を加熱してインク中に気泡を発生せしめ、
該気泡の圧力によってインクを吐出する方式(バブルジ
ェット方式)が広く一般に知られている。これら方式に
は、小型化、高密度化、高速化、高画質化等の課題があ
り、これら課題を解決するものとして、静電力型インク
ジェットが提案されている。
【0003】静電型インクジェットは、加圧液室の壁面
の一部を構成する薄い振動板を静電力で変形させ、その
変形によって加圧液室の圧力を上昇させてインクを吐出
させるものである。例えば、特開平5−50601号公
報に記載の発明では、シリコンからなる中基板に、ノズ
ル、吐出室、記録体キャビティ及び振動板をエッチング
にて形成し、記録体供給口を有する上基板と前記振動板
に対向して電極を設けた下基板とを一体化してヘッドを
構成し、該振動板と電極間に電界を印加し、該振動板を
静電力で変形させてインクを吐出させているものであ
る。しかし、前記特開平5−50601号公報に開示さ
れている振動板は、その板厚が全面にわたって均一なも
のである。
【0004】また、特開平6−71882号公報に記載
の発明は、前述のごとき静電型インクジェットにおい
て、低電圧駆動を目的として、振動板と電極の距離を
0.05μ〜2.0μと限定している。しかし、このよう
な微小ギャップを数ミリの長さにわたって均一に、しか
も複数個をバラツキ少なく量産することは難しい。更
に、上述した両者に関していえることであるが、振動板
の変形を大きくするためには、振動板を薄くすれば良い
が、そうすると振動板の剛性が低下して、破壊が起こっ
たり、復元力(吐出の駆動力)が弱くなったりする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術で説明したような問題点である振動板と電極との間
に微小ギャップを必要とする点を解決し、更に、比較的
低電圧の印加によっても大きな振動板の変形を誘起でき
る構成を与えることである。また、本発明の他の目的
は、振動板にて発生した圧力を記録体の吐出口方向に進
行、集中せしめて記録体の飛翔を効率よく行い、ひいて
は、駆動電圧の低減を達成することである。更に、本発
明の他の目的は、駆動時の振動板の損傷を防止すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、記録
体に吐出の圧力を加える加圧液室と、該加圧液室に連通
して前記記録体を吐出する吐出口と、前記加圧液室の一
部を構成する振動板と、該振動板と対向する位置に配設
された電極とを有し、該電極と前記振動板との間に働く
静電力によって前記振動板を変形せしめ、前記加圧液室
内の記録体を前記吐出口より吐出する記録ヘッドにおい
て、前記振動板の板厚が前記加圧液室側の面内にわたっ
て均一でないことを特徴とし、もって、圧力波の発生と
利用効率を向上させ、記録体の吐出特性(記録体滴の体
積と飛翔速度)を飛躍的に改善し、更には、振動板の損
傷(特に中心付近)を防止するようにしたものである。
【0007】請求項2の発明は、記録体に吐出の圧力を
加える加圧液室と、該加圧液室に連通して前記記録体を
吐出する吐出口と、前記加圧液室の一部を構成する振動
板と、該振動板と対向する位置に配設された電極とを有
し、該電極と前記振動板との間に働く静電力によって前
記振動板を変形せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記
吐出口より吐出する記録ヘッドにおいて、前記振動板の
板厚が前記吐出口に近づくに従って厚くなっていること
を特徴とし、もって、圧力波の発生と利用効率を向上さ
せ、記録体の吐出特性(記録体滴の体積と飛翔速度)を
飛躍的に改善し、ひいては、低駆動電圧化を図ったもの
である。
【0008】請求項3の発明は、記録体に吐出の圧力を
加える加圧液室と、該加圧液室に連通して前記記録体を
吐出する吐出口と、前記加圧液室の一部を構成する振動
板と、該振動板と対向する位置に配設された電極とを有
し、該電極と前記振動板との間に働く静電力によって前
記振動板を変形せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記
吐出口より吐出する記録ヘッドにおいて、前記振動板の
板厚が前記吐出口に近づくに従って薄くなっていること
を特徴とし、もって、急激な圧力変動に対しても加圧液
室及び流路内における気泡の発生を防止することが出来
るようにしたものである。
【0009】請求項4の発明は、記録体に吐出の圧力を
加える加圧液室と、該加圧液室に連通して前記記録体を
吐出する吐出口と、前記加圧液室の一部を構成する振動
板と、該振動板と対向する位置に配設された電極とを有
し、該電極と前記振動板との間に働く静電力によって前
記振動板を変形せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記
吐出口より吐出する記録ヘッドにおいて、前記振動板の
板厚が前記振動板の中心に近づくに従って薄くなってい
ることを特徴とし、もって、圧力波の発生と利用効率を
向上させ、記録体の吐出特性(記録体滴の体積と飛翔速
度)を飛躍的に改善し、ひいては、低駆動電圧化を図っ
たものである。
【0010】請求項5の発明は、請求項2又は3又は4
の発明において、前記電極が複数に分割されていること
を特徴とし、もって、波の合成によって強い進行波が発
生するようにし、また、途中の電極において電圧を切ら
ずに印加しつづければ、波の合成が起こらず、波の強弱
を調節出来、従って、飛翔できる記録体の径を変えるこ
とができ、さらには、加圧液室及び流路内における気泡
の発生を防止することができるようにしたものである。
【0011】請求項6の発明は、記録体に吐出の圧力を
加える加圧液室と、該加圧液室に連通して前記記録体を
吐出する吐出口と、前記加圧液室の一部を構成する振動
板と、該振動板と対向する位置に配設された電極とを有
し、該電極と前記振動板との間に働く静電力によって前
記振動板を変形せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記
吐出口より吐出する記録ヘッドにおいて、前記振動板の
中心での板厚が周囲での板厚よりも厚くなっていること
を特徴とし、もって、振動板の損傷(特に中心付近)を
防止し、更には、周辺部の変形を大きく取れるように
し、加圧液室の容積変化を大きくできるようにしたもの
である。
【0012】
【発明の実施の形態】
(請求項1,2の発明)図1は、本発明による記録ヘッ
ドの概念構成を示す断面図で、図中、矢印はインクの移
動、吐出方向を示している。図1において、1は下基
板、5は中基板、8は上基板で、まず、電極3及びその
保護層4、振動板6とのギャップを取るための段差(凹
部)2が設けられている下基板1を作製する。次に、加
圧液室7及び振動板6が設けられている中基板5を作製
する。この際、振動板6の板厚は、63,62,61に
て示すように、吐出口9に近づくにしたがって厚くなる
ように作製する。更に、吐出口9,記録体流路10,記
録体流入口流路11が設けてある上基板8を作製し、基
板1,5,8を、図示のように、順次接合して記録ヘッ
ドを完成する。
【0013】ここで、基板1,5,8の材料としては、
ガラス(とくにはパイレックス#7740,#707
0,#7059等)、或いは、結晶シリコンが微細加工
の面からはのぞましいが、とくにこれらに限定されるも
のではない。但し、中基板5に関しては、電圧を印加す
るために抵抗の低い材料が望ましく、この意味では低抵
抗の結晶シリコンが好適である。
【0014】図1において、振動板6と電極3の間に電
圧を印加すると両者間に静電引力が作用し、振動板6が
電極3の方向に引き付けられる。電圧が高い時は振動板
6は保護層4に接するまで変形する。この振動板6の変
形は、最も振動板の板厚の薄い部分63から板厚の厚い
部分61へとに順次おこることになる。この過程を更に
詳しく述べると、薄い部分63が電極3に近接した時に
は振動板の部分62と電極3の実効的なギャップは初期
ギャップより遥かに小さくなっており、より低い電圧で
変形を生じさせることが出来る。すなわち、部分63が
変形するような低い電圧でも部分62は変形を起こしう
る。このような過程が振動板の厚い側へと順次移行し、
最終の厚い部分61でも大きな変位が、比較的低い電圧
で起こることとなる。すなわち、低電圧駆動が達成され
る。
【0015】次に、電圧をOFFとして振動板6がもと
の平衡位置に復帰する時(記録体滴を形成、飛翔させる
時)には、その復元力は振動板の変形量に比例するので
部分63の復元力が最も強くなり、部分61側(記録体
の吐出口9の方向)にいくに従って弱くなる。また、復
元動作の速度もやはり振動板の変形量に比例するため
に、部分63の部分が最も早く、部分61側(記録体の
吐出口9の方向)にいくに従って遅くなる。従って、加
圧室7に発生する圧力波は記録体吐出口9より遠い方か
ら、近い方へと順次発生、しかも圧力波は順次重畳され
て強められながら、記録体吐出口9に向かって進行する
ことになる。すなわち、圧力波の発生と利用効率が向上
し、記録体の吐出特性(記録体滴の体積と飛翔速度)
が、飛躍的に改善される。このことは、取りも直さず、
低駆動電圧化が図れることを意味する。
【0016】図1では、振動板6は3つの板厚部61,
62,63で構成されているが、本発明はこれに限られ
るわけではなく、むしろ分割数は多い方が振動板の変形
がよりスムーズになり、振動板の破損の頻度も少なくな
って有利である。また、分割数が多くなれば実質的には
振動板6は曲面に限りなく近づくことになり、この意味
では、本発明の振動板6は曲面をも包含することにな
る。
【0017】(請求項3の発明)図2は、本発明による
記録ヘッドの他の実施例を説明するための要部断面図
で、図中、矢印はインクの移動、吐出方向を示してい
る。図2において、まず、電極3及びその保護層4、振
動板6とのギャップを取るための段差(凹部)2の設け
てある下基板1を作製する。次に、加圧液室7及び振動
板6の設けてある中基板5を作製する。この際、振動板
6の板厚は吐出口9に近づくにしたがって薄くなるよう
に作製する。更に、吐出口9,記録体流路10,記録体
流入口11が設けてある上基板8を作製し、これら基板
1,5,8を順次接合して記録ヘッドを完成する。
【0018】ここで、基板1,5,8の材料としては、
ガラス(とくにはパイレックス#7740,#707
0,#7059等)、或いは、結晶シリコンが微細加工
の面からはのぞましいが、とくにこれらに限定されるも
のではない。但し、中基板5に関しては、電圧を印加す
るために抵抗の低い材料が望ましく、この意味では低抵
抗の結晶シリコンが好適である。
【0019】図2において、振動板6と電極3の間に電
圧を印加すると両者間に静電引力が作用し、振動板6が
電極3の方向に引き付けられる。電圧が比較的低い時は
振動板6は保護層4に接するまで変形する。この振動板
6の変形は、振動板6の最も板厚の薄い部分61から板
厚の厚い部分63へと順次おこることになる。この過程
を更に詳しく述べると、薄い部分61が電極3に近接し
た時には振動板の部分62と電極3の実効的なギャップ
は初期ギャップより遥かに小さくなっており、より低い
電圧で変形を生じさせることが出来る。すなわち、部分
61が変形するような低い電圧でも部分62は変形を起
こしうる。このような過程が振動板の厚い側へと順次移
行し、最終の厚い部分63でも大きな変位が、比較的低
い電圧で起こることとなる。すなわち、低電圧駆動が達
成される。更に、振動板の変形方向が記録体の移動方向
に沿って大きくなっているので、記録体の流入の方向は
流入口11から吐出口9方向に働くようになり、急激な
圧力変動に対しても気泡の発生を防止することができ
る。
【0020】図2では、振動板6は3つの板厚の異なる
部分61,62,63で構成されているが、本発明は、
これに限られるわけではなく、むしろ分割数は多い方が
振動板の変形がよりスムーズになり、振動板6の破損の
頻度も少なくなって有利である。また、分割数が多くな
れば実質的には振動板6は曲面に限りなく近づくことに
なり、この意味では本発明の振動板6は曲面をも包含す
ることになる。
【0021】(請求項4の発明)図3は、本発明による
記録ヘッドの他の実施例を説明するための要部断面図
で、図中、矢印はインクの移動、吐出方向を示してい
る。図3において、まず、電極3及びその保護層4、振
動板6とのギャップを取るための段差(凹部)2の設け
てある下基板1を作製する。次に、加圧液室7及び振動
板6の設けてある中基板5を作製する。この際、振動板
6の板厚は吐出口9に近づくにしたがって薄くなるよう
に作製する。更に、吐出口9,記録体流路10,記録体
流入口流路11が設けてある上基板8を作製し、基板
1,5,8を順次接合して記録ヘッドを完成する。
【0022】ここで、基板1,5,8の材料としては、
ガラス(とくにはパイレックス#7740,#707
0,#7059等)、或いは、結晶シリコンが微細加工
の面からはのぞましいが、とくにこれらに限定されるも
のではない。但し、中基板5に関しては、電圧を印加す
るために抵抗の低い材料が望ましく、この意味では低抵
抗の結晶シリコンが好適である。
【0023】図3において、振動板6と電極3の間に電
圧を印加すると両者間に静電引力が作用し振動板6が電
極3の方向に引き付けられる。電圧が高い場合は、振動
板6は保護層4に接するまで変形する。この振動板6の
変形は、振動板6の板厚の最も薄い部分63,63′か
ら板厚の厚い部分61,61′へと順次おこることにな
る。この過程を更に詳しく述べると、薄い部分63,6
3′が電極3に近接した時には振動板の部分62,6
2′と電極3の実効的なギャップは初期ギャップより遥
かに小さくなっており、より低い電圧で変形を生じさせ
ることが出来る。すなわち、部分63,63′が変形す
るような低い電圧でも部分62,62′は変形を起こし
うる。このような過程が振動板の厚い側へと順次移行
し、最終の厚い部分61,61′でも大きな変位が、比
較的低い電圧で起こることとなる。すなわち、低電圧駆
動が達成される。
【0024】次に、電圧をOFFとして振動板6がもと
の平衡位置に復帰する時(記録体滴を形成、飛翔させる
時)には、その復元力は振動板6の変形量に比例するの
で、部分63,63′の復元力が最も強くなり、部分6
1側(記録体吐出方向)にいくに従って弱くなる。ま
た、復元動作の速度もやはり振動板6の変形量に比例す
るために、部分63,63′の部分が最も早く、部分6
1,61′側(記録体の吐出方向)にいくに従って遅く
なる。従って、加圧室7に発生する圧力波は記録体吐出
口より遠い方から、近い方へと順次発生、しかも、圧力
波は順次重畳されて強められながら、記録体吐出口9に
向かって進行することになる。すなわち、圧力波の発生
と利用効率が向上し、記録体の吐出特性(記録体滴の体
積と飛翔速度)が、飛躍的に改善される。このことは、
取りも直さず、低駆動電圧化が図れることを意味する。
【0025】さらに、吐出口9に対する振動板6の配置
が左右対称であり、吐出方向は振動板に対して垂直方向
であるために、発生した圧力進行波は左右から吐出口9
に向けて重畳されながら進むため、図2,図3に示した
タイプの記録ヘッドよりさらに効率的に記録体を飛翔で
きる。
【0026】ここで、前述のごとき場所によって厚さの
異なる振動板を形成する方法について、図4を参照して
説明する。振動板6の形成にはエッチング法が使用さ
れ、図4において、まず、Si基板の表面に、SiO2
を2ミクロンつけたものを基体として、振動板の最も薄
いところに対応したSiO2の部分66をエッチングし
て開口部をあけて(図4(A))、その部分のSiのみ
をKOH水溶液(数%〜約45%)をエッチャントとし
て、80℃において所定の深さ(2番目に薄い部分67
との差分)まで異方性エッチする(図4(B))。
【0027】次に、2番目に薄い部分67に対応した位
置のSiO2をエッチングして開口部をあけて(図4
(C))、部分67,66を同時に所定の深さ(2番目
67と3番目68との差分)まで上述した方法で異方性
エッチする。最後に、3番目に薄い部分68に対応した
位置のSiO2をエッチングして開口部をあけて(図4
(D))、部分67,66,68を同時に所定の深さ
(部分66が少なくとも貫通しないレベルで振動板とし
て機能する板厚)まで上述した方法で異方性エッチする
(図4(E))。この時、部分66の板厚は0.5μ〜
40μ、好ましくは、1〜20μである。更に、部分6
6と部分67及び部分67と部分68との差分は0.1
〜20μ、好ましくは、0.2〜10μであった。
【0028】なお、このほかに、ウエットの異方性エッ
チャントとしてはヒドラジン、TMHAなどが使用でき
る。また、Siの高ドープ層を利用した選択エッチやP
N接合基板の電気化学的手法によるエッチストップ等の
利用によって、振動板厚の制御性の向上を図ることがで
きる。
【0029】次に、図5を参照して、ドライエッチング
法による作製プロセスについて説明する。まず、Si基
板の表面にSiO2を2μつけたものを基体として、振
動板全体に対応するパターンにSiO2をエッチングし
て開口部6をあける(図5(A))。その後、最も薄い
部分66を除いた部分67,68に対応したパターンの
レジスト1を形成し、さらに、その上に部分68に対応
したレジスト2を多層レジスト法を用いて形成する(図
5(B))。この基板をドライエッチング法(プラズマ
エッチ、RIE、イオンエッチ)にてエッチングする。
この際、シリコン用のエッチャントガスを使用するが、
条件を選択することによって、同時にレジストもエッチ
ング除去されつつエッチングが進行するため、図5
(C)に示したような形状の段差が形成される。この基
板をKOH水溶液(数%〜約45%)をエッチャントと
して、80℃において所定の深さエッチングすると所望
形状の振動板6が形成される(図5(D))。
【0030】図6に示すように、レジストにグレイマス
クを用いて膜厚分布に方向性があるレジストパターン形
成すれば、段差の形状は、図6(C)に示すように、曲
面になり、振動板6を曲面に出来る。要はレジスト層の
膜厚分布をデジタル的にするかアナログ的にするかによ
って、振動板6の断面形状はステップ的にも連続曲面に
も制御できる。
【0031】次に、電極及び保護層の形成方法について
説明する。前述のごとくして形成した凸部に対応して、
前記基板1の上に電極材料として、主として金属材料の
薄膜をスパッタ法、蒸着法、EB蒸着法等の気相合成法
にて堆積せしめ、フォトリソ、エッチングにて電極3と
した。より具体的には、金属材料としTi/Pt,N
i,Cu,W,Ta,NiCr,Crt等を用いて膜厚
0.05から1.0ミクロン形成した。金属のほかに透明
導電(ITO,ZnO,SnO)等が使用できるが、こ
れらの材料に特に限定されるものではない。また、保護
層4としては、SiO2,SiNx,SiONx等の無
機絶縁膜が使用され、スパッタ法、蒸着法、EB蒸着法
等の気相合成法にて堆積せしめフォトリソ、エッチング
にて保護層とした。
【0032】(請求項5の発明)図7は、請求項5の発
明による記録ヘッドの一実施例を説明するための要部断
面図で、図中、矢印はインクの移動、吐出方向を示して
いる。図7において、まず、電極3及びその保護層4、
振動板6とのギャップを取るための段差(凹部)2の設
けてある下基板1を作製する。この際、電極3は複数の
部分31,32,33に分割して形成する。次に、加圧
液室7及び振動板6の設けてある中基板5を作製する。
この際、振動板6の板厚は吐出口9に近づくにしたがっ
て薄くなるように作製する。更に、吐出口9,記録体流
路10,記録体流入口流路11が設けてある上基板8を
作製し、基板1,5,8を順次接合して記録ヘッドを完
成する。
【0033】ここで基板1,5,8の材料としては、ガ
ラス(とくにはパイレックス#7740,#7070,
#7059等)、或いは、結晶シリコンが微細加工の面
からはのぞましいが、とくにこれらに限定されるもので
はない。但し、中基板5に関しては、電圧を印加するた
めに抵抗の低い材料が望ましく、この意味では低抵抗の
結晶シリコンが好適である。
【0034】上述のように分割された電極を用いて時分
割駆動することによって、振動板の各部分の変形のタイ
ミングを制御することが可能となる。たとえば、図8に
示したように、振動板を電極側に引き付ける時に、電極
31に電圧V1を印加した後に、P1の時間間隔をおい
て次の電極32に電圧V2を印加することにより振動板
の変形をP1だけ遅らせることができる。このように、
順次ある時間間隔をおいて印加電圧を走引させることに
より振動板をゆっくりと変形させることができ、加圧液
室にインクが供給される時に発生する気泡を防ぐことが
出来る。次に、電圧をOFFとして振動板6がもとの平
衡位置に復帰する時(記録体滴を形成、飛翔させる時)
にも、まず、電極33の電圧を切り、その部分の振動板
が復元力することで発生させた圧力波が、電極32上に
到達した瞬間に電極32の電圧を切ると、伝播してきた
圧力波と電極32上で発生した圧力波の位相が合って、
波の合成によって強い進行波がうまれる。同様の過程を
順次繰り返し、さらに強い圧力波を発生できる。また、
途中の電極において電圧を切らずに印加しつづければ、
波の合成は起こらず、波の強弱を調節出来る。すなわ
ち、飛翔出来る記録体の径を変えることができる。
【0035】発生する圧力波の制御するもう一つの方法
は、電極31,32,33のうちから、電圧を印加する
電極の組み合わせを選択することにより実現できる。す
なわち、駆動する電極の面積を、電極を選択することに
よって制御することになる。図7のように3分割の場
合、組み合わせの総数は3C1+3C2+3C3の7通
りが可能である。
【0036】次に、電極3の形成方法について説明す
る。電極材料として主として金属材料の薄膜をスパッタ
法、蒸着法、EB蒸着法等の気相合成法にて堆積せし
め、記録体吐出口に近づくに従ってその面積が小さくな
るように、かつ、図7のように3分割した形状にフォト
ソリ、エッチングして電極とした。より具体的には、金
属材料とし、Ti/Pt,Ni,Cu,W,Ta,Ni
Cr,Crt等を用いて膜厚0.05から1.0ミクロン
形成した。金属のほかに透明導電(ITO,ZnO,S
nO)等が使用できるが、これらの材料に特に限定され
るものではない。また、保護層4としては、SiO2
SiNx,SiONx等の無機絶縁膜が使用され、スパ
ッタ法、蒸着法、EB蒸着法等の気相合成法にて堆積せ
しめフォトリソ、エッチングにて保護層とした。電極パ
ターンは四角形を組み合せのもののほか、色々なパター
ンが可能であり、分割数も3分割に限定されるものでは
ない。
【0037】(請求項6の発明)図9は、請求項6の発
明による記録ヘッドの一実施例を説明するための断面図
で、図中、矢印は記録体の移動、吐出方向を示してい
る。図9において、まず、電極3及びその保護層4、振
動板6とのギャップを取るための段差(凹部)2の設け
てある下基板1を作製する。次に、加圧液室7及び振動
板6の設けてある中基板5を作製する。この際、振動板
6は中心での板厚が周囲での板厚よりも厚くなっている
ように作製する。更に、吐出口9を記録体流入口流路1
1が設けてある上基板8を作製し、基板1,5,8を順
次接合して記録ヘッドを完成する。
【0038】ここで基板1,5,8の材料としては、ガ
ラス(とくにはパイレックス#7740,#7070,
#7059等)、或いは、結晶シリコンが微細加工の面
からはのぞましいが、とくにこれらに限定されるもので
はない。但し、中基板5に関しては、電圧を印加するた
めに抵抗の低い材料が望ましく、この意味では低抵抗の
結晶シリコンが好適である。
【0039】振動板6は中心での板厚が周囲での板厚よ
りも厚くなっているために、振動板6の損傷(特に中心
付近)を防止できる。振動板6は駆動時にも損傷する
が、それよりもハンドリング時に損傷することが多く
(ハンドリング時は限界以上の大きな力が加わる)、歩
留まりの低下を招いている。本発明によれば、中心部の
損傷が防げる。更に、駆動時の振動板の変形を考えると
本発明の形状では周辺部の変形が大きく取れるので、均
一な振動板と比べて加圧液室7の堆積変化を大きくでき
る。上述のごとき振動板は、図4乃至図6に示した作製
方法と同様のエッチング法によって容易に作成すること
ができる。
【0040】
【発明の効果】
請求項1の効果:記録体に吐出の圧力を加える加圧液室
と、該加圧液室に連通して前記記録体を吐出する吐出口
と、前記加圧液室の一部を構成する振動板と、該振動板
と対向する位置に配設された電極とを有し、該電極と前
記振動板との間に働く静電力によって前記振動板を変形
せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記吐出口より吐出
する記録ヘッドにおいて、前記振動板の板厚を加圧液室
側の面内にわたって均一でないようにしたので、圧力波
の発生と利用効率が向上し、記録体の吐出特性(記録体
滴の体積と飛翔速度)が飛躍的に改善される。また、振
動板6の損傷(特に中心付近)が防止できる。
【0041】請求項2の効果:記録体に吐出の圧力を加
える加圧液室と、該加圧液室に連通して前記記録体を吐
出する吐出口と、前記加圧液室の一部を構成する振動板
と、該振動板と対向する位置に配設された電極とを有
し、該電極と前記振動板との間に働く静電力によって前
記振動板を変形せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記
吐出口より吐出する記録ヘッドにおいて、前記振動板の
板厚を吐出口に近づくに従って厚くしたので、圧力波の
発生と利用効率が向上し、記録体の吐出特性(記録体滴
の体積と飛翔速度)が、飛躍的に改善される。このこと
は、取りも直さず、低駆動電圧化が図れることを意味す
る。
【0042】請求項3の効果:記録体に吐出の圧力を加
える加圧液室と、該加圧液室に連通して前記記録体を吐
出する吐出口と、前記加圧液室の一部を構成する振動板
と、該振動板と対向する位置に配設された電極とを有
し、該電極と前記振動板との間に働く静電力によって前
記振動板を変形せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記
吐出口より吐出する記録ヘッドにおいて、前記振動板の
板厚を吐出口に近づくに従って薄くしたので、急激な圧
力変動に対しても液室及び流路内の気泡の発生を防止す
ることが出来る。
【0043】請求項4の効果:記録体に吐出の圧力を加
える加圧液室と、該加圧液室に連通して前記記録体を吐
出する吐出口と、前記加圧液室の一部を構成する振動板
と、該振動板と対向する位置に配設された電極とを有
し、該電極と前記振動板との間に働く静電力によって前
記振動板を変形せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記
吐出口より吐出する記録ヘッドにおいて、前記振動板の
板厚を振動板の中心に近づくに従って薄くしたので、圧
力波の発生と利用効率が向上し、記録体の吐出特性(記
録体滴の体積と飛翔速度)が、飛躍的に改善される。こ
のことは、取りも直さず、低駆動電圧化が図れることを
意味する。
【0044】請求項5の効果:請求項2,3,4の発明
において、前記電極を複数に分割したので、波の合成に
よって強い進行波を発生させることができる。また、途
中の電極において電圧を切らずに印加しつづければ、波
の合成が起こらず、波の強弱を調節出来る。すなわち、
飛翔できる記録体の径を変えることができる。さらに、
液室及び流路内の気泡の発生を防止することができる。
【0045】請求項6の効果:記録体に吐出の圧力を加
える加圧液室と、該加圧液室に連通して前記記録体を吐
出する吐出口と、前記加圧液室の一部を構成する振動板
と、該振動板と対向する位置に配設された電極とを有
し、該電極と前記振動板との間に働く静電力によって前
記振動板を変形せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記
吐出口より吐出する記録ヘッドにおいて、前記振動板の
中心での板厚を周囲での板厚よりも厚くしたので、振動
板の損傷(特に中心付近)が防止できる。更に、駆動時
の振動板の変形を考えると本発明の形状では周辺部の変
形が大きく取れるので、均一な振動板と比べて加圧液室
の体積変化を大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 請求項1の発明による記録ヘッドの要部概念
構成図である。
【図2】 請求項3の発明による記録ヘッドの要部概念
構成図である。
【図3】 請求項4の発明による記録ヘッドの要部概念
構成図である。
【図4】 振動板の形成方法の一例を示す図である。
【図5】 振動板の他の形成方法の例を示す図である。
【図6】 振動板の更に他の形成方法の例を示す図であ
る。
【図7】 請求項5の発明による記録ヘッドの要部概念
構成図である。
【図8】 振動板の駆動方法の一例を説明するための図
である。
【図9】 請求項6の発明による記録ヘッドの要部概念
構成図である。
【符号の説明】
1…下基板、2…段差部(凹部)、3…電極、4…保護
層、5…中基板、6…振動板、7…加圧液室、8…上基
板、9…吐出口、10…インク流路、11…インク流入
流路。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 記録体に吐出の圧力を加える加圧液室
    と、該加圧液室に連通して前記記録体を吐出する吐出口
    と、前記加圧液室の一部を構成する振動板と、該振動板
    と対向する位置に配設された電極とを有し、該電極と前
    記振動板との間に働く静電力によって前記振動板を変形
    せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記吐出口より吐出
    する記録ヘッドにおいて、前記振動板の板厚が前記加圧
    液室側の面内にわたって均一でないことを特徴とする記
    録ヘッド。
  2. 【請求項2】 記録体に吐出の圧力を加える加圧液室
    と、該加圧液室に連通して前記記録体を吐出する吐出口
    と、前記加圧液室の一部を構成する振動板と、該振動板
    と対向する位置に配設された電極とを有し、該電極と前
    記振動板との間に働く静電力によって前記振動板を変形
    せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記吐出口より吐出
    する記録ヘッドにおいて、前記振動板の板厚が前記吐出
    口に近づくに従って厚くなっていることを特徴とする記
    録ヘッド。
  3. 【請求項3】 記録体に吐出の圧力を加える加圧液室
    と、該加圧液室に連通して前記記録体を吐出する吐出口
    と、前記加圧液室の一部を構成する振動板と、該振動板
    と対向する位置に配設された電極とを有し、該電極と前
    記振動板との間に働く静電力によって前記振動板を変形
    せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記吐出口より吐出
    する記録ヘッドにおいて、前記振動板の板厚が前記吐出
    口に近づくに従って薄くなっていることを特徴とする記
    録ヘッド。
  4. 【請求項4】 記録体に吐出の圧力を加える加圧液室
    と、該加圧液室に連通して前記記録体を吐出する吐出口
    と、前記加圧液室の一部を構成する振動板と、該振動板
    と対向する位置に配設された電極とを有し、該電極と前
    記振動板との間に働く静電力によって前記振動板を変形
    せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記吐出口より吐出
    する記録ヘッドにおいて、前記振動板の板厚が前記振動
    板の中心に近づくに従って薄くなっていることを特徴と
    する記録ヘッド。
  5. 【請求項5】 請求項2又は3又は4において、前記電
    極が複数に分割されていることを特徴とする記録ヘッ
    ド。
  6. 【請求項6】 記録体に吐出の圧力を加える加圧液室
    と、該加圧液室に連通して前記記録体を吐出する吐出口
    と、前記加圧液室の一部を構成する振動板と、該振動板
    と対向する位置に配設された電極とを有し、該電極と前
    記振動板との間に働く静電力によって前記振動板を変形
    せしめ、前記加圧液室内の記録体を前記吐出口より吐出
    する記録ヘッドにおいて、前記振動板の中心での板厚が
    周囲での板厚よりも厚くなっていることを特徴とする記
    録ヘッド。
JP1670997A 1997-01-30 1997-01-30 記録ヘッド Pending JPH10211697A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003094649A (ja) * 2001-09-21 2003-04-03 Ricoh Co Ltd 液滴吐出ヘッド
JP2008068483A (ja) * 2006-09-13 2008-03-27 Seiko Epson Corp 液滴吐出ヘッドの駆動方法及び液滴吐出装置
JP2014031009A (ja) * 2012-08-06 2014-02-20 Xerox Corp インクジェットプリンタにおける静電気アクチュエータ用ダイヤフラム

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JP2008068483A (ja) * 2006-09-13 2008-03-27 Seiko Epson Corp 液滴吐出ヘッドの駆動方法及び液滴吐出装置
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