JPH11314363A

JPH11314363A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH11314363A
Application number: JP12369498A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Fujii; 泰久藤井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1999-11-16
Anticipated expiration: 2018-05-06
Also published as: JP3867399B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電極間ギャップを広くしても比較的低電圧で
駆動可能なインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】対向電極７２、８６間に電圧を印加し静
電気力で振動板５５を変形させて、インク流路５１内部
に供給されたインクをノズル５４から飛翔させる方式の
インクジェット記録装置において、前記対向電極間のギ
ャップ７１が、間隙８８により前記インク流路と連通さ
れ、前記対向電極間のギャップの少なくとも一部にイン
クが侵入可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電気力で振動板
を変形させてインクを飛翔させる方式のインクジェット
ヘッド記録装置に係り、特に、対向電極間ギャップを広
くしても比較的低電圧で駆動可能なインクジェット記録
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の騒
音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、イ
ンクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど
多くの利点を有する。この中でも記録の必要な時にのみ
インク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマン
ド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としな
いため、現在主流となってきてきている。このインク・
オン・デマンド方式のインクジェットヘッドには、特公
平２−５１７３４号公報に示されるように、駆動手段が
圧電素子であるものや、特公昭６１−５９９１１号公報
に示されるように、インクを加熱し気泡を発生させるこ
とによる圧力でインクを吐出させる方式などがある。し
かしながら、前者の圧電素子を用いる方式においては、
インク室に圧電素子のチップを取り付ける作業（接着、
位置合わせ等）が難しく、また高密度化に伴い圧電素子
の発生力が小さくなるという欠点があった。

【０００３】また、後者のインクを加熱する方式におい
ては、駆動手段が薄膜の抵抗加熱体により形成されるた
め、圧電素子を駆動源とする方式における問題は生じな
いが、駆動手段の急速な加熱・冷却の繰り返しや気泡消
滅時の衝撃により、抵抗加熱体がダメージを受けるた
め、インクジェットヘッドの寿命が短いという欠点があ
った。さらに、駆動手段に静電気力を利用したインクジ
ェット記録装置（以下、「静電型インクジェット記録装
置」と呼ぶ。）も提唱されている（例えば、特開平７−
２１４７６９号公報）。この静電型インクジェット記録
装置においては、インクジェットヘッドを半導体の製造
工程と同様の工程で製造することができ、また、小形化
が容易であるなどの特徴を有する。

【０００４】静電型インクジェット記録装置は、静電気
力で振動板を変形させてインクを飛翔させるために、振
動板と基板の間に狭いギャップを設け、この振動板と基
板との対向する面にそれぞれ設けられた対向電極間に電
圧を印加するというものである。

【０００５】図１は、静電型インクジェット記録装置の
インクジェットヘッドの従来例における構造を示す断面
図である。

【０００６】この従来例のインクジェットヘッド１３１
は、図示側面側に設けられているノズル１５４、ノズル
１５４からインクを吐出させるためにその内圧を可変す
る振動板１５５を備えた加圧室１５１、加圧室１５１へ
インクを供給するためにインクを蓄えておく共通インク
室１５２、共通インク室１５２内のインクを加圧室１５
１へ導くインレット１５３、および振動板１５５に設け
られた第１電極である共通電極１５６と対向する位置に
空間１７１により隔てられた第２電極である駆動電極１
７２を有している。なお、図中、符号１５０は所望形状
のインク流路を形成するためのチャネルプレート、６０
はインク流路の上部壁面を形成するカバープレート、７
０は振動板下方に空間および駆動電極を設けるための下
部基板をそれぞれ示すものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
７−２１４７６９号公報などに開示されるような従来の
静電型インクジェット記録装置のインクジェットヘッド
においては、対向電極間のギャップは、図１に示すよう
に独立した密閉系の空間１７１とされていた。

【０００８】このように電極間ギャップが空隙部である
ため、ギャップ間の誘電率が高く、従来構成のものにお
いては、インクを飛翔させるためには、広いギャップ
間隔を採択する代わりに高電圧（例えば、２００〜３０
０Ｖ）で駆動するか、低電圧で駆動可能とするために
比較的狭いギャップ間隔（例えば、０．３μｍ）を全域
にわたり正確に形成するかのいずれかを採択する必要が
あった。

【０００９】ところがは駆動回路の問題から実質上こ
のような高電圧を使用することは困難であり、一方、
は（ａ）非常に精度の高い加工が必要となり、また
（ｂ）あまりにギャップ間隔を狭くしすぎると駆動時に
電極同士が当接してしまうおそれがあるので電極保護膜
などを設ける必要性が生じ、さらに（ｃ）振動板の変位
によってギャップ間隔が大幅に縮まると、電界強度がだ
んだん高まって振動板が加速的に引き寄せられ、激しく
基板にぶつかるおそれ生じ、ヘッドの耐用期間が減じら
れるなどといった問題があって、いずれも大きな課題と
なってしまう。

【００１０】従って、本発明は、上記問題点に鑑み、本
発明は改良された静電型インクジェット記録装置を提供
することを課題とするものである。本発明はまた、電極
間ギャップを広くしても比較的低電圧で駆動可能なイン
クジェット記録装置を提供することを課題とする。本発
明はさらに、製造過程において、電極間ギャップを精度
良く形成することができるインクジェット記録装置を提
供することを課題とする。

【００１１】

【解決を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、以下に示すような特徴を有する。

【００１２】（１）ノズルと、前記ノズルに連通する
インク流路と、前記インク流路の壁面の一部に設けられ
た振動板部と、前記振動板における前記インク流路の内
面となる面とは反対側の面に対して所定の離間空間をお
いて配置された対向壁面部と、前記振動板部および前記
対向壁面部にそれぞれ設けられた互いに対向する電極と
を有し、前記対向電極間に電圧を印加し静電気力で前記
振動板を変形させて、インク流路内部に供給されたイン
クを前記ノズルから飛翔させる方式のインクジェット記
録装置において、前記振動板部と前記対向壁面との間に
設けられた前記離間空間が、前記インク流路と連通さ
れ、前記対向電極間のギャップの少なくとも一部にイン
クが侵入可能とされていることを特徴とするインクジェ
ット記録装置。

【００１３】（２）前記振動板部は、一辺方向のみに
おいて前記インク流路の隣接する内面と連続し他辺方向
においては間隙をもって不連続とされてなる片もち梁構
造、または、相対峙する二辺方向において前記インク流
路の隣接する内面と連続し残りの二辺方向においては間
隙をもって不連続とされてなる両もち梁構造とされてい
ることを特徴とする上記（１）に記載のインクジェット
記録装置。

【００１４】（３）前記離間空間は、前記対向壁面部
上に犠牲層を形成し、その上部に前記振動板部を形成す
る層を形成した後に、前記犠牲層をエッチング除去する
ことで形成されたものであることを特徴とする上記
（１）または（２）に記載のインクジェット記録装置。

【００１５】

【作用】本発明のインクジェット記録装置においては、
上記したように電極間のギャップに、インク流路よりイ
ンクが侵入できるような構造とされており、インク充填
により、電極間のギャップに何も充填しない場合（空気
充填）と比べて、同じ電極間ギャップであっても電界強
度を大幅に向上できる。

【００１６】以下に振動板を変形させる圧力の式（式
（１））を記す。

【００１７】

【数１】Ｐ＝１／２・ε_ｒε_０｛Ｖ／（ｄ−δ）｝＾２ …（１）ここで、Ｐ：圧力、ε_ｒ：比誘電率、ε_０：真空の誘
電率（＝8.854×10^-12F/m）、Ｖ：電圧、ｄ：電極間ギ
ャップ、δ：基準位置からの変位量である。

【００１８】この式からわかるように、インクの比誘電
率は約６０、空気の比誘電率は１であることより、所定
圧力を得るための電圧値は約１／７．７倍と、低電圧で
の駆動が可能になる。また、逆に同じ印加電圧ならギャ
ップ間隔を７．７倍に広げることができる。

【００１９】また本発明においては、電極間ギャップは
インク流路に連通している構造とされ、振動板が変形し
やすいようにされている。これはギャップが密閉系で
は、ギャップ間にインクがあることにより振動板の変位
が阻害されるためである。従って、ギャップ間隔が広が
っても振動板の変位量、変形後の弾性力の低下の虞れが
ない。

【００２０】このようなインク流路と電極間ギャップと
の連通を図るためには、連通孔ないしはスリット等が設
けられていれば良いが、振動板が片もち梁または両もち
梁構造とされていると、振動板の変位が良好となり、ま
たインクの流通も良好なものとなる。

【００２１】また、電極間ギャップを形成するために、
ギャップ（離間空間）となる部分に予め犠牲層を形成し
ておき、その上部に前記振動板部となる層を重ねて形成
した後に、前記犠牲層をエッチング除去することで、電
極間ギャップを形成すれば、間隔が非常に狭くとも、高
精度にバラツキなくギャップを形成でき、振動板の変位
量に関する個々のヘッド内、および複数のヘッド間にお
けるバラツキがなくなり、信頼性が向上する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態を例示す
ることによって具体的に説明する。

【００２３】上記したように本発明のインクジェット記
録装置は、ノズルと、前記ノズルに連通するインク流路
と、前記インク流路の壁面の一部に設けられた振動板部
と、前記振動板における前記インク流路の内面となる面
とは反対側の面に対して所定の離間空間をおいて配置さ
れた対向壁面部と、前記振動板部および前記対向壁面部
にそれぞれ設けられた互いに対向する電極とを有し、前
記対向電極間に電圧を印加し静電気力で前記振動板を変
形させて、インク流路内部に供給されたインクを前記ノ
ズルから飛翔させる静電型インクジェット記録装置であ
って、比較的広い電極間ギャップで低電圧駆動できるよ
うな構成としたものである。

【００２４】図２は、本発明に係るインクジェット記録
装置のインクジェットヘッドの一実施形態における構造
を示す垂直断面図である。この実施形態においては、振
動板の部位にインク流路と電極間ギャップとなる空間と
の連通が図れるようにされている以外は、図１に示した
従来例構造のものとほぼ同様に、インクジェットヘッド
３１は、図示側面側に設けられているノズル５４、ノズ
ル５４からインクを吐出させるためにその内圧を可変す
る振動板８５を備えた加圧室５１、加圧室５１へインク
を供給するためにインクを蓄えておく共通インク室５
２、共通インク室５２内のインクを加圧室５１へ導くイ
ンレット５３、および振動板８５に設けられた第１電極
である共通電極８６と対向する位置に空間７１により隔
てられた第２電極である駆動電極７２を有している。な
お、図中、符号５０は所望形状のインク流路を形成する
ためのチャネルプレート、符号６０はインク流路の上部
壁面を形成するカバープレートであり、符号６１はカバ
ープレートを貫通して設けられた共通インク供給口であ
り、また符号７０は下部基板である。この実施形態にお
いて、前記対向壁面部は、符号７０で示される下部基板
の図示上面部である。

【００２５】また、図３は、同実施態様のチャネルプレ
ートにおける水平断面図である。図３に図示するよう
に、同実施態様において、前記インク流路は、カバープ
レートに開口された共通インク供給口（図２の符号６
１）に連通する共通インク供給流路５７から、共通イン
ク室５２へと至り、さらにこれより複数のインレット５
３によって分岐して複数の加圧室５１に至り、最終的に
複数のノズル５４へとつながるように構成されている。

【００２６】本発明を詳細に説明するにあたって、まず
この方式の駆動原理について説明する。この方式におい
ては、対向電極８６、７２間に電圧を印加することによ
り、静電気力によって振動板８５が対向壁面部（下部基
板７０）方向に引き付けられる。このとき、インクは共
通インク室から加圧室内に引き込まれる。次に、対向電
圧間に印加した電圧を急激に除去することにより、振動
板がそれ自身の剛性による復元力によって加圧室の容積
を急峻に収縮させて、インクをノズル５４から飛翔させ
るものである。

【００２７】このとき、インクを正常に吐出させるに
は、「振動板の変位体積」および「振動板の復元圧力」
の２つが共に所定の値を満足する必要がある。

【００２８】ここで、「変位体積」については飛翔させ
るインク液滴の体積によって設定すべき項目である。一
方、「復元圧力」は、インクを加速するのに必要な圧力
以上に設定する必要がある。この値は、例えば、現在最
も一般的な、水系インクでドット径数十μｍの印字を行
う場合、およそ０．３（Ｍｐａ）程度になる。この圧力
は、振動板の材質や厚みなどにかかわらず、電界強度に
よって、前記した式（１）によって決まる。

【００２９】ところで、図１に示す従来例のように電極
間ギャップが空隙である場合、ギャップ間の誘電率は、
真空の誘電率とほぼ等しくなる。従って、式（１）で発
生圧力：Ｐを０．３（Ｍｐａ）以上にするには、電界強
度：｛Ｖ／（ｄ−δ）｝≧２６０（ｖ／μｍ）以上であ
る必要がある。そこで仮に電源電圧を５０ｖで駆動しよ
うとすると、変形後のギャップ間隔を０．２（μｍ）以
下にする必要が生じるので非常に高度な加工が必要とな
ってくる。

【００３０】そこで本発明のインクジェット記録装置お
いては、低電圧で駆動するために電極間ギャップにイン
クを侵入させる構造としたものである。

【００３１】インクジェットインクの比誘電率ε_ｒは、
代表的には、例えば、ε_ｒ＝６０であるので、前記式
（１）より必要な電界強度はこの平方根分の１に相当す
る３３．６（ｖ／μｍ）で良い。従って、電源電圧を５
０ｖで駆動する場合、変形後のギャップ間隔を１．５
（μｍ）程度とすれば良く、加工は容易である。一方、
変形後のギャップ間隔が０．２（μｍ）の場合、駆動電
圧は６．５（ｖ）で良くなる。

【００３２】図２および３に示す実施形態においては、
振動板８５は、後述するように下部基板上に犠牲層を形
成し、その上部に前記振動板部を形成する層を形成した
後に、前記犠牲層をエッチング除去することで形成され
たものであり、加圧室５１の共通インク室側に位置する
一辺のみにおいて柱状部位８７により下部基板７０側に
支持され下部基板上面とは離間された矩形の水平膜状物
であって、この矩形の水平膜状物の外輪郭は、チャネル
プレート５０の孔路における加圧室部の内輪郭よりも小
さいものであるから、下部基板７０とチャネルプレート
５０とを接合した図２に図示する状態において、当該矩
形の水平膜状物の残りの三辺部は、隣接するインク流路
内面となるチャネルプレート５０の孔路内面とは接しな
い。結局のところ、加圧室部の底面を構成する振動板８
５は、一辺方向のみにおいて前記インク流路の隣接する
内面と連続し、他の三辺方向においてはスリット状の間
隙８８をもって不連続とされてなる片もち梁構造を呈し
ている。

【００３３】そして、この間隙８８によって、空間７１
（電極間ギャップ）は、インク流路と連通し、インクが
侵入可能な構造となっている。

【００３４】しかしながら、本発明において、インク流
路と電極間ギャップとの連通は、電極間ギャップにイン
クが侵入（充填）でき、かつ振動板変形時のギャップ内
の圧力が逃げ得るという条件が満たされる限り、その形
態は特に限定されるものではなく、図２および図３に示
す実施形態におけるように、振動板を片もち梁構造とす
る構成以外にも、振動板を両もち梁構造として同様のス
リット状間隙を形成して連通させる、振動板の適当な部
位に貫通孔を設ける、あるいは図４に示す別の実施形態
におけるような構成などを採り得る。

【００３５】この図４に示す本発明に係るインクジェッ
ト記録装置の別の実施形態においては、チャネルプレー
ト５０内に設けられたインク流路形成のための図示上下
方向に貫通する孔部の図示下方側の開口端を完全に塞ぐ
ものとして、振動板８５（および共通電極８６）が接合
されている。一方、チャネルプレート５０の図示上下方
向の中間部に、この振動板５５の面と並行する孔部中心
側に突出するような壁面部５８が設けられている。なお
この壁面部５８は、チャネルプレート５０の図示上下方
向に貫通する孔路を完全に塞ぐものではなく、壁面部５
８の中央には図示上下方向の連通を図るための開口が残
されている。そして、この壁面部５８を振動板８５（お
よび共通電極８６）に対する前記対向壁面部として、こ
の図示下面側に駆動電極５９を形成している。このよう
に、図４に示す実施形態においては、振動板はその全周
にわたりインク流路の隣接内面と液密に連続させる代わ
りに、振動板に対する対向壁面部をインク流路内部側に
インク流路の液流通性を完全に阻害しない状態で配し、
インク流路と電極間ギャップとの連通性図っている。

【００３６】次に、本発明に係るインクジェット記録装
置の製造方法について説明する。

【００３７】本発明に係るインクジェット記録装置は、
いわゆる半導体装置製造プロセスやマイクロマシーン製
造プロセスなどを利用して製造することができ、その方
法は様々であるが、ここでは、その一例について説明す
る。なお、本発明は以下で例示するような製造方法に何
ら限定されるものではない。

【００３８】図５〜６は、図２および３に示した本発明
に係るインクジェットヘッドの一実施形態に使用される
基板の加工工程を示す図面である。

【００３９】図２および３に示した実施形態のインクジ
ェットヘッド３１は３つの基板から作製される。上記に
説明した図３を参照すれば、加圧室５１、共通インク室
５２、インレット５３およびノズル５４の主として側壁
部を形成するチャネルプレート５０と、このチャネルプ
レート５０の図示上側を覆う天板６０と、駆動電極７
２、およびその上部に犠牲層エッチングにより形成され
る所定の空間７１をもって離間して振動板８５ないし共
通電極８６を形成するための下部基板７０とからなる。

【００４０】まず、図５（ａ）に示すように下部基板７
０としては、シリコンウェハーが用いられ、このシリコ
ンウェハー上部に、スパッタ法、蒸着法、スクリーン印
刷法、ＣＶＤ法等によって、例えば、ＩＴＯ、Ａｕ、Ｃ
ｕＡｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｍｏ等からなる駆動電極７２形成
のための電極膜を形成する。なお、電極膜の膜厚は、特
に限定されるものではないが、例えば、０．１〜２μｍ
程度とされる。なお、この実施形態においてはＣｒＡｕ
膜をスパッタ法により２μｍの膜厚に成膜させた。

【００４１】次いで、図６（ｂ）に示すように電極膜上
全面に保護膜７３を製膜する。保護膜７３の形成は、上
記と同様に、例えば、スパッタ法、蒸着法、スクリーン
印刷法、ＣＶＤ法等によって、ＳｉＯ_２、Ｓｉ
_２Ｎ_４、ＳｉＣ、Ｔａ_２Ｏ_５およびＡｌ_２Ｏ_３等の材質
を用いて行われ得る。これ以外の方法、例えばコーティ
ング法等などによって前記以外の材質。例えば各種樹脂
等によって保護膜を形成することも可能であるが、均質
でかつ精度良く保護膜を形成する上からは、前記した方
法および材質を選択することが望ましい。また、保護膜
の膜厚は、特に限定されるものではないが、例えば、
０．１〜２μｍ程度のものであることが望ましい。膜厚
がこれよりも極端薄いものであると、駆動電極を全面に
わたり均一に被覆できない虞れがあり、一方、極端に厚
いものであると、デバイスの小型化が困難となると共
に、インクジェットヘッドの駆動電圧が高くなる虞れが
ある。

【００４２】なお、この実施形態においてはＳｉ_２Ｎ_４
膜をＬＰＣＶＤ法により０．１７５μｍの膜厚に成膜さ
せた。

【００４３】次いで、例えば、フォトレジストを用いた
適当なエッチング法によって所望形状にパターニングし
て、駆動電極７２およびその上部を覆う保護膜７３を形
成する。例えば、この実施態様においては、前記Ｓｉ_２
Ｎ_４膜上部にスピンコーターを用いてレジストを塗布
後、アライナーによってレジストの所定部分のみを露光
し、現像して所望パターン化し、このレジストをマスク
としてまず、ＲＩＥによるＳｉ_２Ｎ_４膜エッチング、さ
らに硝酸セリウムアンモノをエッチング液とするＣｒＡ
ｕ膜エッチングを行い、最後にレジストを剥離して、図
５（ｃ）に示すようなパターンの駆動電極７２およびそ
の上部を覆う保護膜７３を形成した。

【００４４】次いで、図５（ｄ）に示すように、基板全
面上に犠牲層７４を成膜する。犠牲層は、後述する振動
板８５ないし共通電極８６を形成するための構造材、お
よび犠牲層エッチングに使用されるエッチング液の組合
せで、犠牲層エッチングにおいて犠牲層のみを選択的に
除去でき、当該犠牲層が除去された部位に所望の空間７
１（電極間ギャップ）を形成できる限りにおいて、特に
限定されるものではなく、例えば、次の表に示されるよ
うな組合せが例示できる。

【００４５】

【表１】

【００４６】なお犠牲層７４の形成は、例えば、スパッ
タ法、蒸着法、スクリーン印刷法、ＣＶＤ法等、スピン
コーティング法などによって行われ得る。また、犠牲層
７４は、その下部に形成された保護膜７３とは、異なる
材質とすることが望ましい。

【００４７】また、犠牲層７４の膜厚は、後の犠牲層エ
ッチングによるこの膜の除去によって形成される空間７
１の距離、すなわち、電極間ギャップを決定するもので
あるから、必要とされる振動板の変位体積、振動板の復
元圧力、使用しようとする駆動電圧等に応じて、適正な
ものとする必要があり、例えば、０．１〜５μｍ程度、
好ましくはより低い駆動電圧で駆動することができるよ
うに、０．１〜２μｍ程度とすることが望ましい。

【００４８】なお、この実施形態においては、犠牲層７
４としてＳｉＯ_２膜をＬＰＣＶＤ法により０．５μｍの
膜厚に成膜させた。

【００４９】次いで、例えば、フォトレジストを用いた
適当なエッチング法によって犠牲層７４を、図５（ｅ）
に示すように駆動電極７２の一部のみを覆う所望形状に
パターニングする。例えば、この実施態様においては、
前記ＳｉＯ_２膜上部にスピンコーターを用いてレジスト
を塗布後、アライナーによってレジストの所定部分のみ
を露光し、現像して所望パターン化し、このレジストを
マスクとして、ＲＩＥによるＳｉＯ_２膜エッチングを行
い、最後にレジストを剥離した。

【００５０】次いで、形成した犠牲層７４に対し、上記
したような適当な組合せとなる材質によりなる構造材膜
８０を、図５（ｆ）に示すように、基板上全面に成膜す
る。この構造材膜８０の膜厚としては、特に限定される
ものではないが、例えば、０．５〜５０μｍ程度、好ま
しくは、１〜３０μｍ程度とすることが望ましい。

【００５１】なお、この実施形態においては、構造材膜
８０としてボロンドープ多結晶シリコン膜をエピタキシ
ャル装置を用いて、３μｍの膜厚に成長させた。

【００５２】次いで、例えば、フォトレジストを用いた
適当なエッチング法によって構造材膜８０、図５（ｇ）
に示すように所望形状にパターニングし振動板８５（共
通電極８６）を形成する。

【００５３】最後に、犠牲層エッチングを上記したよう
な適当な組合せとなるエッチング剤を用いて実施して犠
牲層７４のみを除去し、図５（ｈ）に示すように、犠牲
層７４が取り除かれた部位に所望の空間７１（電極間ギ
ャップ）を形成する。

【００５４】なお、この実施形態においては、エッチン
グ剤としてフッ酸を用い、犠牲層７４としてのＳｉＯ_２
ボロンドープ多結晶シリコン膜を選択的に除去した。

【００５５】次に、チャネルプレート５０の形成につい
て説明する。

【００５６】チャネルプレート５０の形成には、図６
（ａ）に図示するように予め５０〜５００μｍ程度、例
えばこの実施形態においては２００μｍにラッピングし
たシリコン基板１００を使用する。そして、シリコン基
板１００の全面に、熱酸化法により０．１〜１０μｍ程
度、例えば１．０μｍの膜厚の酸化膜１０１を形成す
る。

【００５７】次いで、図６（ｂ）に図示するように、さ
らにシリコン基板１００の全面おいてこの酸化膜の上部
に、さらにＰ−ＣＶＤ法により、０．０５〜５μｍ程
度、例えば０．１７μｍの膜厚の窒化膜１０２を形成す
る。

【００５８】次に、図６（ｃ）に図示するように、シリ
コン基板１００両面に、スピンコーターを用いてレジス
ト１０３を塗布する。そして、まず図示下側面におい
て、このレジストを所定パターンに露光・現像し、これ
をマスクとして図６（ｄ）に示すようにＲＩＥによりま
ず窒化膜１０２をエッチングし、さらにフッ酸を用いて
図６（ｅ）に示すように、酸化膜１０１をエッチング
し、シリコン基板１００の図示下面側において、前記窒
化膜および酸化膜に、加圧室５１、共通インク室５２の
形状を規定するための開口を設け、エッチングマスクと
する。レジストを剥離した後、パターニングされた酸化
膜１０１により形成されたエッチングマスクを有するシ
リコン基板１００を、例えば、ＫＯＨ水溶液−イソプロ
ピルアルコール系、エチレンジアミン−ピロカテコール
系、硝酸銅−酢酸系などのエッチング液を用いて、異方
性エッチングし、図６（ｆ）に示すような所望の流路形
状（加圧室、共通インク室部位）をシリコン基板１００
に形成する。ここで使用したシリコン基板１００は、基
板表面が（１１０）面または（１００）面を有するもの
である。例えばＫＯＨ水溶液による異方性エッチング
は、シリコン基板の（１１１）面が露出することにより
自動的にエッチングが停止するため、前記エッチングマ
スクの形成時において、加圧室５１、共通インク供給室
５２となる部分の開口の大きさを調整することにより、
これらの部分におけるエッチング深さを所望の深さとす
ることができる。なお、この実施形態においては、４５
重量％ＫＯＨ水溶液をエッチング剤として用い、１７５
μｍの深さでエッチングした。また、この異方性エッチ
ングによって、加圧室５１、インク供給室５２の側壁部
分は（１１１）面が露出することにより、適度なテーパ
が形成される。

【００５９】次いで、シリコン基板１００の図示上面側
にレジストを塗布した後、このレジストを所定パターン
に露光・現像し、これをマスクとしてＲＩＥによりまず
窒化膜１０２をエッチングし、さらにフッ酸を用いて、
酸化膜１０１をエッチングし、図６（ｇ）に示すように
シリコン基板１００の図示上面側において、前記窒化膜
および酸化膜に、インレット５３、およびノズル５４の
形状を規定するための開口を設け、エッチングマスクと
する。レジストを剥離した後、パターニングされた酸化
膜により形成されたエッチングマスクを有するシリコン
基板１００を、前記と同様に異方性エッチングし、図６
（ｈ）に示すような所望の流路形状をシリコン基板１０
０に形成する。なお、この実施形態においては、１７重
量％ＫＯＨ水溶液をエッチング剤として用い、２５μｍ
の深さでエッチングした。

【００６０】その後、エッチングマスクとして使用した
窒化膜を熱リン酸処理にて、また酸化膜をフッ酸（この
実施形態においては２５重量％濃度を使用）して、それ
ぞれ剥離除去し、最後に熱酸化炉においてシリコン基板
表面全面に酸化膜を成膜し、流路内親水化を行い、図６
（ｉ）に示すように、加圧室５１、共通インク供給室５
２、インレット５３およびノズル５４となる孔路がシリ
コン基板に形成されたチャネルプレート５０が得られ
る。

【００６１】なお、上述においてはシリコン基板１００
の化学エッチングにおける面方位依存性を利用して、所
望形状に加工したが、その加工方法としてはこのような
方法に限定されるものではない。例えば、より制御性の
良好なドライエッチングプロセスを利用して、同様の構
造を作製することも可能である。

【００６２】天板６０は、ガラス基板（ホウケイ酸ガラ
ス）を使用して、共通インク室５２上部にインクカセッ
トからのインクを導入させるためのインク供給口６１を
形成したものである。

【００６３】最後に、上記のごとく、それぞれ形成した
チャネルプレート５０、ガラス基板７０および天板６０
を図２に示したようなサンドイッチ構造となるように陽
極接合し、振動板８５に形成したコンタクトラインと、
ガラス基板７０に形成したコンタクトラインとにそれぞ
れ配線を接続して、インクジェットヘッドが完成する。

【００６４】なお、本実施形態においては、下部基板７
０およびチャネルプレート５０としてシリコン基板が、
また天板６０の材料として、ガラス基板を用いたが、本
発明においては、これらの各基板の材質としては、例示
した実施形態に何ら限定されるものではなく、下部基板
７０としてシリコン基板に代えて、ガラス基板、あるい
は各種セラミックス、各種金属、各種樹脂組成物などを
用いることが、また、チャンネルプレート５０としても
加圧室５１等の基本的な形状を形成することができる限
り、シリコン基板に代えて、ガラス、セラミックス、金
属、樹脂組成物などを、さらに天板６０としても、ガラ
ス基板に代えて、シリコン基板、セラミックス、金属、
樹脂組成物などを、それぞれ用いることができる。さら
に、各電極を構成する材質および各基板相互の接続方法
としても上記に例示した実施形態におけるものに限定さ
れるものではない。

【００６５】また、本発明に係るインクジェット記録装
置は、振動板部とこれに対向する壁面との間に設けられ
た離間空間が、インク流路と連通され、対向電極間のギ
ャップの少なくとも一部にインクが侵入可能とされてい
れば、その構造上においても例示した実施形態ものに何
ら限定されるものではない。例えば、先にも説明したよ
うにインク流路と電極間ギャップとの連通は、種々の部
位に形成された種々の形状の孔部、スリット等を介して
行うことができ、また振動板は、図２ないし３に実施形
態においては、下部基板側に犠牲層を介して成膜した構
造体膜によって形成したが、図１に示す従来例における
構造のごとくチャネルプレートの一部に形成することも
可能であり、さらに電極間ギャップとなる空間について
も、上記実施継体においては犠牲層エッチングによって
形成しているが、下部基板の上面部ないしはチャネルプ
レートの下面部をエッチング等によって掘り下げること
で、あるいは下部基板とチャネルプレートとの間にギャ
ップ形成のための適当な枠状のスペーサーを配すること
などによって形成可能である。

【００６６】さらに、図２ないし３に示す実施形態にお
いては、加圧室５１に連通するノズル５４の軸線が、振
動板８５の膜厚方向と略垂直方向に位置する構成とされ
ているが、図４に示す別の実施形態におけるように、振
動板８５の膜厚方向と略並行方向に軸線を有するノズル
を設けてなる（ノズルが天板６０に開口される。）よう
な構成を採択することが可能であり、また、例えば、１
つの加圧室に対して複数の振動板が存在する構成等、各
種の変更が可能である。

【００６７】図７は、本発明のインクジェット記録装置
を搭載するインクジェットプリンタの一例に関する概略
構成を説明するための斜視図である。

【００６８】インクジェットプリンタ１は、用紙やＯＨ
Ｐシートなどの記録媒体である記録シート２に印字する
ものであって、インクジェットヘッド走査系と記録シー
ト送り系とから構成される。

【００６９】インクジェットヘッド走査系は、本発明に
係る静電型インクジェットヘッドを１色分ないしは複数
色（例えば、４色、７色等）分含むヘッドユニット３
と、ヘッドユニット３を保持するキャリッジ４と、キャ
リッジ４を記録シート２の記録面に平行に往復移動させ
るためのスキャンシャフト５及びガイド軸６と、キャリ
ッジ４をガイド軸６に沿って往復駆動するパルスモータ
７と、パルスモータ７の回転をキャリッジ４の往復運動
に変えるためのアイドルプーリ８、タイミングベルト９
とから構成される。

【００７０】また、記録シート送り系は、記録シート２
を搬送経路に沿って案内するガイド板を兼ねるプラテン
１０と、プラテン１０との間の記録シート２を押さえて
浮きを防止する紙押さえ板１１と、記録シート２を排出
するための排出ローラ１２、排紙押さえローラ１３と、
ヘッドユニット３のインクを吐出するノズル面を洗浄し
インク吐出不良を良好な状態に回復させるメンテナンス
装置１４と、記録シート２を手動で搬送するための紙送
りノブ１５とから構成される。

【００７１】記録シート２は、図示しない手差しあるい
はカットシートフィーダ等の給紙装置によって、ヘッド
ユニット３とプラテン１０とが対向する記録部へ送り込
まれる。この際、図示しない紙送りローラの回転量が制
御され、記録部への搬送が制御される。

【００７２】ヘッドユニット３のインクジェットヘッド
は、前記したような作動原理によって、ノズルからイン
クを吐出させ、記録シート２への記録が行なわれる。

【００７３】キャリッジ４は、パルスモータ７、アイド
ルプーリ８、タイミングベルト９により、記録シート２
を横方向に走査（主走査）し、キャリッジ４に取り付け
られたヘッドユニット３は１ライン分の画像を記録す
る。１ライン分の記録が終わるごとに、記録シート２は
縦方向に送られ（副走査）、次のラインへの記録がされ
る。

【００７４】このようにして記録シート２に画像が記録
され、記録部を通過した記録シート２は、その搬送方向
下流側に配置された排出ローラ１２とこれに一定の圧力
で接する排紙押さえローラ１３とによって排出される。

【００７５】図８は、図７に示したヘッドユニット３の
１色分のプリントヘッド３１を含むキャリッジ４周辺の
構成を説明するための斜視図である。

【００７６】キャリッジ４周辺には、インクを収容し通
気口４０４を有するインクカートリッジ４０３と、イン
クカートリッジ４０３を収納するケーシング４０１、ケ
ーシング蓋４０５と、インクカートリッジ４０３を着脱
可能にしつつインクをプリントヘッド３１に供給するイ
ンク供給管４０２と、ケーシング蓋４０５を閉じた際ケ
ーシング４０１にケーシング蓋４０５を固定するための
フック４０６、蓋止め４０７と、インクカートリッジ４
０３を収納する向き（矢印Ｄ３の向き）とは反対の向き
にインクカートリッジ４０３を付勢しつつインクカート
リッジ４０３をケーシング蓋４０５との間でケーシング
４０１内に保持する押さえバネ４０８とが設けられる。

【００７７】このような構成のキャリッジ４がスキャン
方向（矢印Ｄ１の向き）に移動することによって記録シ
ート２は主走査されることになる。また、記録シート２
が送られることによって副走査方向（矢印Ｄ２の向き）
に印字されることになる。

【００７８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、上記
したように電極間のギャップに、インク流路よりインク
が侵入できるような構造とされており、インク充填によ
り、電極間のギャップに何も充填しない場合（空気充
填）と比べて、同じ電極間ギャップであっても電界強度
を大幅に向上でき、極めて低い駆動電圧にて作動させる
ことができる。逆に電極間ギャップをある程度大きくし
ても十分に低い駆動電圧にて作動させることができる。
また本発明においては、電極間ギャップはインク流路に
連通している構造とされ、振動板が変形しやすいように
されているため、ギャップ間隔が広がっても振動板の変
位量、変形後の弾性力の低下の虞れがない。

【００７９】さらに本発明において振動板が片もち梁ま
たは両もち梁構造とされていると、振動板の変位が良好
となり、またインクの流通も良好なものとなる。

【００８０】また、本発明において電極間ギャップを犠
牲層をエッチング除去することで形成すれば、間隔が非
常に狭くとも、高精度にバラツキなくギャップを形成で
き、振動板の変位量に関する個々のヘッド内、および複
数のヘッド間におけるバラツキがなくなり、信頼性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェットヘッドの従来例の構造を示す
断面図である。

【図２】本発明の一実施形態におけるインクジェット
ヘッドの構造を示す垂直断面図である。

【図３】同実施形態におけるインクジェットヘッドの
構造を示す水平断面図である。

【図４】本発明の別の実施形態におけるインクジェッ
トヘッドの構造を示す断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｈ）は図３に示す実施形態におけ
るインクジェットヘッドの基板の作製工程を示す図であ
る。

【図６】（ａ）〜（ｉ）は同実施形態におけるインク
ジェットヘッドの別の基板の作製工程を示す図である。

【図７】インクジェットプリンタの概略構成を説明す
るための斜視図である。

【図８】図１に示したヘッドユニットの１色分のプリ
ントヘッドを含むキャリッジ周辺の構成を説明するため
の斜視図である。

【符号の説明】

３１…インクジェットヘッド、５１…加圧室、５２…インク供給室、５４…ノズル、７１…空間（電極間ギャップ）、７２…駆動電極、８５…振動板、８６…共通電極、８８…間隙（連通部）。

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年５月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルと、前記ノズルに連通するインク
流路と、前記インク流路の壁面の一部に設けられた振動
板部と、前記振動板における前記インク流路の内面とな
る面とは反対側の面に対して所定の離間空間をおいて配
置された対向壁面部と、前記振動板部および前記対向壁
面部にそれぞれ設けられた互いに対向する電極とを有
し、前記対向電極間に電圧を印加し静電気力で前記振動
板を変形させて、インク流路内部に供給されたインクを
前記ノズルから飛翔させる方式のインクジェット記録装
置において、前記振動板部と前記対向壁面との間に設けられた前記離
間空間が、前記インク流路と連通され、前記対向電極間
のギャップの少なくとも一部にインクが侵入可能とされ
ていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】前記振動板部は、一辺方向のみにおいて
前記インク流路の隣接する内面と連続し他辺方向におい
ては間隙をもって不連続とされてなる片もち梁構造、ま
たは、相対峙する二辺方向において前記インク流路の隣
接する内面と連続し残りの二辺方向においては間隙をも
って不連続とされてなる両もち梁構造とされていること
を特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装
置。
【請求項３】前記離間空間は、前記対向壁面部上に犠
牲層を形成し、その上部に前記振動板部を形成する層を
形成した後に、前記犠牲層をエッチング除去することで
形成されたものであることを特徴とする請求項１または
２に記載のインクジェット記録装置。