JPH1170650A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

インクジェット記録ヘッド及びその製造方法

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JPH1170650A
JPH1170650A JP23417697A JP23417697A JPH1170650A JP H1170650 A JPH1170650 A JP H1170650A JP 23417697 A JP23417697 A JP 23417697A JP 23417697 A JP23417697 A JP 23417697A JP H1170650 A JPH1170650 A JP H1170650A
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JP
Japan
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recording head
same
jet recording
ink jet
ink
Prior art date
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Application number
JP23417697A
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English (en)
Inventor
Akihiko Kadowaki
昭彦 門脇
Koji Yoshizawa
孝二 吉沢
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】特性がよく揃い、印字品質が優れたインクジェ
ット記録ヘッドを提供する。 【解決手段】ノズル11a 及び11b 等の中心線の長さと形
状及び互いに対応する位置の断面積を同じとし、供給路
13a 及び13b 等の長さと断面積を同じとし、ノズル間の
流体抵抗のばらつき及び供給路間の流体抵抗のばらつき
を最小化する。また、供給路の長さを同じにすることに
より加圧室の長さに生ずる差異及びエッチング面積密度
の差異による深さの差異は、深彫りエッチングの幅を調
整することによって補正し、加圧室の体積を同じとし、
周波数特性のばらつきを最小化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、インクをインク
滴として吐出して記録媒体上に付着させて記録するイン
クジェット記録技術に関する。
【0002】
【従来の技術】インクを液滴として記録媒体上に付着さ
せて記録する方式には多くの方法がある。これらを大き
く分類すると、連続噴射型、オンデマンド型(インパル
ス型)及び静電吸引型の3つとなる。この中で、オンデ
マンド型インクジェット記録方式は、その記録ヘッドの
構成が比較的簡単であり、しかも安価に製造できるとい
う特徴をもつため、プリンタ等の記録ヘッドとして広く
使用されている。
【0003】図3及び図4はこの種の記録ヘッドの一例
を示すもので、図3はそのインク流路のパターンを示す
流路基板1の平面図であり、図4は記録ヘッドのインク
流路に沿った断面図である。インク流路はノズル11、加
圧室12及び供給路13で構成され、流路基板1に形成され
た流路溝とその表面に接合された振動板2とによって形
成されている。振動板2の外面の加圧室12に対応する位
置には、振動板2とのバイモルフ効果によって加圧室の
体積を変化させる圧電素子3が接合されており、圧電素
子3にパルス電圧が印加された時の振動板2の急激な振
動によって、加圧室12内のインクがノズル11から滴状に
噴射する。供給路13は、この際にインクが戻ることを防
止するために細く絞られている。
【0004】図3に示した流路基板1に形成されている
流路溝は、左側の一部を省略しているが、508 μm ピッ
チで32本のノズル11が配置されており、両サイドの更に
外側に使用しない2本の流路が形成されている。この2
本の流路は、流路溝を加工する際に外周部において発生
するエッチング速度の増大の影響を緩和するために形成
されているもので、通常、捨てパターンと称している。
この2本の流路(捨てパターン)を除いた流路間の吐出
速度のばらつきは、例えば中央領域で11m/秒であるの
に対して外周部では9m/秒と2m/秒程度減少する。
捨てパターンの領域では更に吐出速度が減少して実用に
ならない。また、図示していないが、流路基板1の裏面
にも同様の流路が形成されており、表裏のノズル11は30
0dpiの解像度の1ピッチ分に相当する85μm だけずらせ
てあり、表裏合わせてで64本のノズル11が形成されてい
る。ノズル11の形状は幅50μm 、深さ30μm に、加圧室
12の形状は幅 448μm 、深さ50μm に、供給路13の形状
は幅95μm 、深さ30μm に設定されている。1個の記録
ヘッドの寸法は18.5mm×6.5mm である。例えば直径4イ
ンチのシリコンウェハにこのような流路基板1を形成す
ると、記録ヘッド40個分の流路基板1を作成することが
できる。なお、インクの供給部は、1つの記録ヘッドで
3色のインクを吐出させるために3つに分割されてい
る。(図3では最も左の部分が省略されている) このような流路溝を有する流路基板1は、通常、シリコ
ン、ガラス、セラミックス、金属等を素材とする基板に
エッチングや機械加工等の手段によって形成される。以
下では、シリコンウェハを精度の高いドライエッチング
法によって加工する場合について説明する。
【0005】シリコンウェハの加工手段としてのドライ
エッチングは、所定のガス雰囲気中に置かれた電極間に
高周波の電界を印加してプラズマを発生させ、その電極
間に形成されるプラズマ中にシリコンウェハを配置し、
シリコンとプラズマ中のラジカルとを反応させて溝加工
する。流路溝の中で加圧室12は深く、ノズル11と供給路
13とは浅いので、両者の差をつけるために、浅彫り工程
と深彫り工程との2回の工程を用いて加工する。
【0006】図3に示したように、従来の流路溝は、ノ
ズル11及び供給路13近傍を除く加圧室12を同じマスク形
状とし、加圧室12の長さも同じとし、インクの供給部が
3分割されるために供給部が絞られる影響を供給路13の
形状に吸収させている。したがって、同じ供給部の中央
の供給路13は短く、両側の供給路13は長くなっている。
【0007】また、ドライエッチングの性質から、溝の
深さは、同じ開口幅の場合においても、単位領域内にお
けるエッチング加工部の占める面積の割合(以下ではエ
ッチング面積密度という)が大きいと小さくなり、面積
密度が小さいと大きくなる。この性質のために、ウェハ
でみると、中央部に比べて外周部の方が溝が深くなり、
1個の記録ヘッド単位でみると、切断部に近い部分の溝
が深くなる。このような状況をモデル的に示したのが図
5である。記録ヘッドの中央部のインク流路の断面を実
線で示し、外側のインク流路の断面を破線で示した。
(a)は加圧室12の断面であり、浅彫り部の幅をWs
深彫り部の幅をWd1、中央部の加圧室の深さをdc 、外
側の加圧室の深さをde で示した。(b)はノズル11の
断面、(c)は供給路13の断面を示している。
【0008】このような、供給路13の長さの違いや溝の
深さのばらつきが、流体抵抗や加圧室12の体積のばらつ
きを生じさせ、個々のインク流路間のインク吐出特性
(吐出速度、吐出量、周波数特性等)のばらつきを生じ
させる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、上
記のインク吐出特性のばらつきを低減して、特性が揃っ
た、印字品質の優れたインクジェット記録ヘッドを提供
することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明の第1の発明に
おいては、ノズル、加圧室及び供給路からなるインク流
路を形成するための複数の流路溝を備えた流路基板と、
振動板とが接合されて、複数のインク流路が形成され、
振動板の外側で加圧室に対応する位置に圧電素子が接合
されているインクジェット記録ヘッドにおいて、各ノズ
ルの中心線が同一形状に形成され、かつ各ノズルの長さ
方向の対応する位置の断面積が同じに形成され、更に各
供給路が同じ長さで同じ断面積に形成されている。
【0011】ノズルの中心線の形状を同じにし、かつ対
応する位置の断面積を同じにしているので、ノズルの流
体抵抗が同じになる。また、供給路はその長さと断面積
とを同じにしているので、供給路の流体抵抗も同じとな
る。第2の発明においては、各加圧室が同じ体積に形成
されている。加圧室が同じ体積に形成されているので、
圧電素子の駆動による加圧室の体積変化と加圧室の体積
との割合が一定になる。
【0012】第3の発明においては、請求項1及び請求
項2に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法であ
って、流路基板に流路溝を加工するためのエッチングマ
スクの幅を、エッチング加工部分のエッチング面積密度
に起因して生じるエッチング深さの差異に基づいて流路
溝毎に設定している。マスクパターンにおけるエッチン
グ部のエッチング面積密度に合わせてエッチング深さを
推定することができるので、断面積が一定になるよう
に、あるいは体積を一定にするようにマスクパターンの
幅を調整することは可能である。
【0013】
【発明の実施の形態】この発明によるインクジェット記
録ヘッドの実施の形態について、実施例を用いて説明す
る。図1は、この発明によるインクジェット記録ヘッド
の実施例に用いられている流路基板1aの流路溝パターン
を示す平面図である。流路溝は、従来技術の場合と同様
に、片面に32本形成され、供給部は3色用に3分割され
ている。ノズル11a及び11b 等と加圧室12a 及び12b 等
の配置は従来技術と同じであるが、加圧室12a 及び12b
等の長さと供給路13a 及び13b 等は従来技術の場合と異
なっている。この実施例においては、供給路13a 及び13
b 等の長さを揃えるために、加圧室12a 及び12b 等の長
さは各インク供給部毎の中央部の加圧室(最短加圧室12
a )が最も短くなっており、最も外側の加圧室(最長加
圧室12b )が最も長くなっている。
【0014】加圧室12a 等の長さを変えて、供給路13a
等の長さを一定にしているのは、供給路の流体抵抗の方
が加圧室の流体抵抗に比べて桁違いに大きいため、供給
路の流体抵抗を一定に制御することが各流路毎のインク
吐出特性を揃えるために有効であるからである。この有
効性は、実験によっても確認され、集中定数解析におい
ても同様の結果が得られている。なお、ノズル11a 等に
関しては従来技術においても既に一定形状に設定されて
いる。
【0015】集中定数解析とは、インクの挙動を電気回
路に置き換えて解析する方法であり、溝の寸法、インク
の粘度、圧電素子の寸法、機械的諸定数等を入力するこ
とによって、インク吐出速度、インク吐出量、周波数特
性等を予測することができる解析手法である。図2は、
実施例における流路の各部の断面形状を示すもので、
(a)は最短加圧室12a 、(b)は最長加圧室12b 、
(c)は記録ヘッドの中央部のノズル11a、(d)は記
録ヘッドの両端部のノズル11b 、(e)は記録ヘッドの
中央部あるいは各供給部の中央部の供給路13a 、(f)
は記録ヘッドの両端部の供給路13bのそれぞれの断面図
である。
【0016】最短加圧室12a の浅彫り部の幅Ws は、最
長加圧室12b の浅彫り部の幅Ws と同じに形成されてい
る。これは圧電素子の幅に合わせて加圧室12a 及び12b
等の幅が一定であることが必要であるからである。これ
に対して、最長加圧室12b の深彫り部の幅Wd2は、最短
加圧室12a の深彫り部の幅Wd1より小さく形成され、両
者の体積が同じになるように設定されている。なお、記
録ヘッドの両端部近傍に形成される加圧室は、従来技術
の項で説明したように、エッチング面積密度の関係で中
央部の加圧室より深くなるので、この分も含めて深彫り
部の幅がより狭く設定されている。この設定によって、
従来技術において記録ヘッドの両端部に設けられていた
2本づつの不使用の流路を無くすることもできる。
【0017】ノズル11a 及び11b は、エッチング面積密
度の差異によるエッチング深さの違いをエッチング幅で
調整していることを示しており、両端部のノズル11b は
エッチング深さが深くなるので幅が小さくされており、
ノズル11a 及びノズル11b の断面積は同じに設定されて
いる。供給路13a 及び13b の場合についても全く同様に
断面積が同じになるように設定されている。
【0018】以上のように、この実施例においては、イ
ンク供給側の流体抵抗を決める供給路の長さと断面積を
同じにしてインク供給側の流体抵抗のばらつきを最小限
に小さくし、インク吐出側の流体抵抗を決めるノズルの
長さと断面積を同じにしてインク吐出側の流体抵抗のば
らつきを最小限に小さくしている。更に、周波数特性に
影響する加圧室の体積をその長さとエッチング深さに合
わせて深彫り部の幅を調節することによって加圧室の体
積のばらつきを最小限に小さくしている。これらの効果
によって、特性のよく揃った、印字品質の優れたインク
ジェット記録ヘッドを得ることができたのである。
【0019】
【発明の効果】この発明の第1の発明によれば、ノズ
ル、加圧室及び供給路からなるインク流路を形成するた
めの複数の流路溝を備えた流路基板と、振動板とが接合
されて、複数のインク流路が形成され、振動板の外側で
加圧室に対応する位置に圧電素子が接合されているイン
クジェット記録ヘッドにおいて、各ノズルの中心線が同
一形状に形成され、かつ各ノズルの長さ方向の対応する
位置の断面積が同じに形成され、更に各供給路が同じ長
さで同じ断面積に形成されているので、ノズル部分の流
体抵抗及び供給路の流体抵抗が各流路において同じとな
る。
【0020】したがって、各流路毎のインク吐出特性の
ばらつきが低減し、特性が揃った、印字品質の優れたイ
ンクジェット記録ヘッドを提供することができる。第2
の発明によれば、各加圧室が同じ体積に形成されている
ので、圧電素子の駆動による加圧室の体積変化と加圧室
の体積との割合が一定になる。したがって、各流路毎の
インク吐出特性のばらつきがより低減し、特性がより揃
った、印字品質のより優れたインクジェット記録ヘッド
を提供することができる。
【0021】第3の発明によれば、請求項1及び請求項
2に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法であっ
て、流路基板に流路溝を加工するためのエッチングマス
クの幅を、エッチング加工部分のエッチング面積密度に
起因して生じるエッチング深さの差異に基づいて設定し
ているので、インク流路の形成位置による特性のばらつ
きが補償され、特性が揃った、印字品質の優れたインク
ジェット記録ヘッドを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明によるインクジェット記録ヘッドの実
施例に用いられている流路基板の流路パターン図
【図2】実施例における流路の各部の断面形状を示し、
(a)は最短加圧室の断面図、(b)は最長加圧室の断
面図、(c)は最短加圧室につながるノズルの断面図、
(d)は最長加圧室につながるノズルの断面図、(e)
は最短加圧室につながる供給路の断面図、(f)は最長
加圧室につながる供給路の断面図
【図3】従来技術によるインクジェット記録ヘッドの一
例に用いられている流路基板の流路パターン図
【図4】従来技術によるインクジェット記録ヘッドの一
例の流路に沿った断面図
【図5】従来技術によるインクジェット記録ヘッドの一
例における流路の各部の断面形状を示し、(a)は加圧
室の断面図、(b)はノズルの断面図、(c)は供給路
の断面図
【符号の説明】
1, 1a 流路基板 11, 11a, 11b ノズル 12 加圧室 12a 最短加圧室 12b 最長加圧室 13, 13a, 13b 供給路 2 振動板 3 圧電素子 Ws 浅彫りの幅 Wd1, Wd2 深彫りの幅 dc 中央部加圧室の深さ de 外側の加圧室の深さ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ノズル、加圧室及び供給路からなるインク
    流路を形成するための複数の流路溝を備えた流路基板
    と、振動板とが接合されて、複数のインク流路が形成さ
    れ、振動板の外側で加圧室に対応する位置に圧電素子が
    接合されているインクジェット記録ヘッドにおいて、各
    ノズルの中心線が同一形状に形成され、かつ各ノズルの
    長さ方向の対応する位置の断面積が同じに形成され、更
    に各供給路が同じ長さで同じ断面積に形成されているこ
    とを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
  2. 【請求項2】各加圧室が同じ体積に形成されていること
    を特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッ
    ド。
  3. 【請求項3】請求項1及び請求項2に記載のインクジェ
    ット記録ヘッドの製造方法であって、流路基板に流路溝
    を加工するためのエッチングマスクの幅を、エッチング
    加工部分のエッチング面積密度に起因して生じるエッチ
    ング深さの差異に基づいて設定することを特徴とするイ
    ンクジェット記録ヘッドの製造方法。
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