JPS5831228B2

JPS5831228B2 - 液滴噴射装置

Info

Publication number: JPS5831228B2
Application number: JP9834078A
Authority: JP
Inventors: 正年笠原; 正次寒河江; 泰昌松田; 元久西原; 寛児川上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-08-11
Filing date: 1978-08-11
Publication date: 1983-07-05
Also published as: JPS5524580A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は液滴噴射装置に係り、特にノズルより電気信号
に応じて液滴を噴射させるための電気音響変換部の圧電
素子の位置決めを正確に行うのに好適な構造の液滴噴射
装置に関する。

この種液滴噴射装置はインクジェットプリンタなどに用
いられるが、従来の液滴噴射装置は、第１図に示すよう
に構成されていた。

第１図ａは平面図、ｂは正面図、Ｃは側面図で、第１図
において、１は液滴を噴射させるためのノズル、２は液
体をノズル１に導く流路で、その途中にダイヤフラム室
３があって、ダイヤフラム室３には電気音響変換部４が
設けである。

電気音響変換部４は、パルス状の電気信号が与えられる
と変形する圧電素子（圧電性高分子材料などのものを含
む。

）４１と圧電素子４１の変形に応じて変位するダイヤフ
ラム４２とよりなり、電気信号に応じてダイヤフラム４
２が変位するとダイヤプラム室３の体積が変化するよう
になっている。

５は流体ダイオ−ド、６は供給タンクＴより導入管８を
経て液体が供給されている共通液体だめで、流体ダイオ
ード５は液体を共通液体だめ６からノズル１の方向にの
み通す作用をするように構成されており、共通液体だめ
６はそれぞれの流体ダイオード５を経てそれぞれのノズ
ル１に液体を導いている。

ところで、ノズル１、流路２、ダイヤフラム室３、流体
ダイオード５および共通液体だめ６は、第１図すに示す
ように、本体９の片面側に溝部を形成し、本体９をそれ
の溝部を内側としてベース１０に接着して構成されてい
る。

そして、ダイヤフラム４２はダイヤフラム室３用の溝部
が形成されると同時に形威される。

圧電素子４１はダイヤフラム４２のダイヤフラム室３側
と反対側に接着しである。

なお、図示を省略しであるが、圧電素子４１は駆動回路
に接続されていて、駆動パルスが与えられる。

したがって、供給タンク７からノズル１までの流路内に
液体が充満された状態で、圧電素子４１に駆動パルスが
与えられると、圧電素子４１がたわみ、それに応じてダ
イヤフラム４２が変位して、ダイヤプラム室３の体積が
急激に小さくなり、それに応じてノズル１から液滴が噴
射される。

上記のような構成の液滴噴射装置において、液滴噴射特
性を左右する最も大きな要因は、電気音響変換部４のダ
イヤフラム４２と圧電素子４１との厚さ、パ大きさおよ
び相対位置関係などである。

ところで、それぞれの厚さおよび大きさは比較的容易に
管理できるが、相対位置関係は、ダイヤフラム４２に圧
電素子４１を接着した構成となっているので、圧電素子
４１の正確な位置決めの管理が困難である。

特に、ノズル１の数がマルチ化シて、電気音響変換部４
のまわりが高密度化され、さらに、全体が小形化される
（こしたがって、益々困難になる。

ところで、従来、本体９が不透明の材料の場合は、圧電
素子４１の接着位置を本体９の端面を基準面として治具
を押しあてることなどｌこよって決めているが、このよ
うな方法によると、治具の遊びや端面加工誤差などが累
積されるので、正確な位置決めができず、液滴噴射特性
にばらつきを生じていた。

また、圧電素子４１をダイヤフラム４２に接着後の位置
測定が困難であり、液滴噴射特性（こ対する相関を求め
ることもできず、歩留向上策に苦慮していた。

本発明は上記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、液滴噴射特性のばらつきが少ない液滴
噴射装置を提供することにある。

本発明の特徴は、ダイヤフラムをシリコンで構成し、こ
のダイヤフラムの圧電素子接着部分Ｏこ接着位置を示す
パターンを形成しておくようにした点にある。

以下本発明を第２図ないし第５図に示した実施例および
第６図を用いて詳細に説明する。

第２図は本発明の液滴噴射装置の一実施例を示す平面図
、第３図は第２図の正面図で、第２図、第３図Ｉこおい
て、第１図と同一部分は同じ符号で示し、説明を省略す
る。

第１図と異なるところは、本体９としてシリコン板を用
い、本体９のノズル１、流路２、ダイヤフラム室３、流
体ダイオード５、共通液体だめ６用の溝部を形威しであ
る部分の反対側の部分にシリコンの酸化膜（Ｓｉ０２）
１１を形成させ、酸化膜１１の圧電素子４１を接着する
ダイヤフラム４２のダイヤフラム室３側と反対側の部分
の位置をエツチングによって除去して四角の窓１２を設
け、窓１２４こ圧電素子４１を接着するようにした点に
ある。

酸化膜１１は厚さ０．３〜１．０μ程度と非常に薄いた
め、光の干渉によってシリコン表面とは異なった色に見
え、窓１２を肉眼で観察することができ、窓１２の位置
に圧電素子４１を正確に接着することは容易である。

なお、窓１２の位置決めは、半導体製造プロセスで用い
られる両面マスクアライナ−などを用いれば、容易に数
ミクロン以上の精度で正確に行うことができる。

これは、従来の治具を用いて本体９の端面を基準面とし
て位置決めする場合よりも、容易で、かつ、正確である
。

特に、液滴噴射装置が高密度化されたものであり、ダイ
ヤフラム４２と圧電素子４１のまわりが限界設計となっ
ている場合でも、ダイヤフラム４２（こ対する窓１２の
位置決め、すなわち、圧電素子４１の接着の位置決めを
正確に行うのに好適である。

上記したように、本発明の実施例によれば、ダイヤフラ
ム４２に対する圧電素子４１の接着の位置決めを正確に
行うことができるから、液滴噴射装置の液滴噴射特性の
ばらつきを小さくすることができる。

そして、例えば、７つのノズルの液滴噴射装置に本発明
を適用した場合、位置決めを含めた圧電素子４１の接着
時間が従来の１／３程度に短縮され、かつ、接着作業の
歩留りが従来の５０〜７０％から約１００％に向上する
。

第４図は本発明の他の実施例を示す図で、ａは平面図、
ｂは正面図である。

第４図においては、シリコンよりなる本体９の表面に形
成したシリコン酸化膜１１の上面に本体９の下面の流路
パターン（ノズル１、流路２、ダイヤフラム室３、流体
ダイオード５など）のエツチングに用いるのと同一のマ
スクを用いて酸化膜１１を除去してパターン窓１３を形
成し、窓１３のうち、ダイヤフラム４２に相当する窓部
に圧電素子４１を接着しである。

この場合、酸化膜１１が非常に薄いので、流路部分の機
械的強度に対して何ら影響はなく、効果は第２図、第３
図の場合と同様である。

第５図は本発明のさらに他の実施例を示す正面図で、第
５図においては、シリコンよりなる本体９の表面に形成
したシリコン酸化膜１１に第２図、第３図を用いて説明
したのと同様の要領で一部酸化膜１１を除去して窓１２
を形成し、この窓１２の部分を本体９の下面に流路パタ
ーンをエツチングするときに同時にエツチングして、窓
１２の部分を深い溝部１４としてあり、溝部１４に圧電
素子４１が接着しである。

第５図によれば、第２図、第３図の窓１２が溝部１４と
なっているから、圧電素子４１の明確な位置決めが可能
になる。

なお、この場合、ダイヤフラム４２の厚さを同一とする
ためには、シリコンよりなる本体９として溝部１４の深
さだけ厚いシリコン板を使用しなければならないが、実
際には本体９として板厚０．２ｍｍのものを０．４
ｍｒｔｔ程度とすればよく、このことは、ウェハカット
時の歩留り向上の上から有利であり、また、シリコン酸
化膜１１の形成、洗浄およびエツチングなどの製造プロ
セス中の歩留り向上のためにも有利であり、かえってコ
スト低減につながる。

第６図は、圧電素子にパルス状の電気信号が与えられて
、圧電素子が励起されてダイヤフラムが変位したときの
ダイヤフラムの端部まわりの変位計算例を図示したもの
で、ａは第１図の場合、ｂは第５図の場合である。

すなわち、第６図ａに示すように、固定部１５とダイヤ
フラム１６の上面が平面状になっているときは、図示点
線で示すよう（こ、固定部１５の断面■の部分までダイ
ヤフラム１６の変位の影響が及んでいるが、第６図すに
示すように、固定部１５に肉厚部１５ａがあると、肉厚
部１５ａの剛性により、変位の影響が及ぶのは断面■の
部分までとなり、ａの場合より狭くなる。

したがって、第５図の場合は、ダイヤフラム室３を設計
する場合に、隣接するダイトフラム室３との間隔を狭く
することが可能になり、それだけ全体を小形化できるこ
とになる。

なお、第２図〜第５図に示した実施例では、本体９の表
面にシリコン酸化膜１１を形成させて、窓１２またはパ
ターン窓１３を設けたが、これらの窓をシリコン酸化膜
１１を形成させずに、シリコンの本体９の表面に直接エ
ツチングによって設けるようにしてもよく、効果が変る
ことはない。

以上説明したように、本発明によれば、ダイヤフラムに
対する圧電素子の位置決めを容易に、かつ、正確に行う
ことができ、液滴噴射特性のばらつきが少ない液滴噴射
装置を提供できるという顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液滴噴射装置の構成図、第２図は本発明
の液滴噴射装置の一実施例を示す平面図、第３図は第２
図の正面図、第４図は本発明の他の実施例を示す構成図
、第５図は本発明のさらに他の実施例を示す正面図、第
６図は第５図の効果を説明するためのダイヤフラム端部
まわりの変位計算例を示す図である。１・・・・・・ノズル、２・・・・・・流路、３・・・
・・・ダイヤフラム室、４・・・・・・電気音響変換部
、５・・・・・・流体ダイオード、６・・・・・・共通
液体だめ、７・・・・・・供給タンク、９・・・・・・
本体、１０・・・・・・ベース、１１・・・・・・シリ
コン酸化膜、１２・・・・・・窓、１３・・・・・・パ
ターン窓、１４・・・・・・溝部、４１・・・・・・圧
電素子、４２・・・・・・ダイヤフラム。

Claims

【特許請求の範囲】１液滴を噴射するノズルと、供給タンクから前記ノズ
ルまで液体を導く流路と、該流路に設けられ電気信号が
与えられるとそれに応じて流路の体積を変化させること
ができる電気音響変換部とを備え、前記ノズルから前記
電気信号に応じて液滴を噴射させる液滴噴射装置におい
て、前記電気音響変換部が、前記電気信号により変形す
る圧電素子と、該圧電素子の変形に応じて変位するシリ
コンよりなるダイヤフラムとよりなり、該ダイヤフラム
の前記圧電素子接着部分に該圧電素子の接着位置を示す
パターンが形成しであることを特徴とする液滴噴射装置
。２圧電素子の接着位置を示すパターンが、シリコンダ
イヤフラムの前記圧電素子接着面側表面にシリコン酸化
膜を形成し、該酸化膜をエツチングにより除去すること
によって設けである特許請求の範囲第１項記載の液滴噴
射装置。３圧電素子の接着位置を示すパターンが、シリコンダ
イヤフラムの前記圧電素子接着面側表面をエツチングす
ることＧこよって設けである特許請求の範囲第１項記載
の液滴噴射装置。４圧電素子の接着位置を示すパターンが、シリコンダ
イヤフラムの前記圧電素子接着面側表面にシリコン酸化
膜を形成し、該酸化膜をエツチングにより除去し、さら
に、該酸化膜を除去した部分のシリコンをエツチングに
より所定の深さまで除去して設けである特許請求の範囲
第１項記載の液滴、噴射装置。