JPS585785B2 - インクジエツト記録用ノズルヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インクをノズルから噴射して記録用紙等に所
要の記録を行なうインクジェット記録装置に用いられる
ノズルヘッドに係り、特にそのノズルヘッドを構成する
基板と蓋板との接合に関する。

第１図は既に提案されているオン・デマンド型のインク
ジェット記録装置の一例を示す。

１はインクジェット記録用のノズルヘッド、２はインク
タンク、３は表面に記録紙を巻き付けたプラテンである
。

インクタンク２は上下２段に分離されており、下段のイ
ンクタンク２ｂの中間部にはフィルタ４が設けられてい
る。

このフィルタ４の下側の室と上段のインクタンク２ａと
は連通管５により連通されている。

そして、フィルタ４の上側の室と前記ノズルヘッド１と
は毛細管６によって連通されている。

外部から、上段のインクタンク２ａに供給されたインク
は、連通管５を通って下段のインクタンク２ｂに入り、
そこでフィルタ４により濾過された後、毛細管６を通っ
てノズルヘッド１に供給される。

ノズルヘッド１は、第２図および第３図にその詳細を示
すように、基板７と、蓋板８と、圧電振動子９とから構
成されている。

第２図は圧電振動子９を省略し、蓋板８が透明なものと
して画かれている。

基板７には所定形状の溝が形成されており、これに蓋板
８を被せることにより、インク溜め１０、抵抗部１１、
ポンプ室１２、ノズル穴１３が形成される。

蓋板７の各ポンプ室１２に相当する部分の表面には、そ
れぞれ圧電振動子９が接着されている。

毛細管６によりノズルヘッド１のインク溜め１０に供給
されたインクは、抵抗通路１１を通ってポンプ室１２に
入る。

一方、それぞれの圧電振動子９は記録指令に応じてパル
ス電圧により選択的に駆動されるようになっており、こ
れが駆動されると、第３図に示すように蓋板８が変形し
てポンプ室１２の容積変化が起こり、ノズル穴１３から
インクジェット１４が噴出する。

このインクジェット１４はプラテン３上の記録紙に当た
り、所定の記録が行なわれる。

このような装置により良好な記録を行なうためには、イ
ンクジェットの液滴径を１００μｍφくらいにする必要
があり、そのためにはノズル穴を５０〜１００μｍφ程
度の相当小さなものとし、しかもその寸法精度をきわめ
て高いものとする必要がある。

しかしながら、従来は基板と蓋板とを有機接着剤や半田
等を介して貼り合わせていたため、この接着剤等がノズ
ル穴内に入り、ノズル穴の断面積盆変化させたり、ノズ
ル穴をつまらせたりするトラブルが生じ易く、また、こ
れに伴ない、複数のノズル穴を均一な断面積に仕上げる
ことがむずかしいという問題があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、寸法
精度の高いノズル穴を有するインクジェット記録用ノズ
ルヘッドを提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、ノズル用の溝を有
する基板とこれに被さる蓋板とを、接着剤や半田等を用
いることなく、静電接合により＝体化したことを特徴と
する。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳述する。

第４図は、本発明の一実施例に係るノズルヘッドを、そ
の製造方法と共に示す。

ノズル用の溝を形成して基板７に蓋板８が被せられてノ
ズル穴１３が形成されている点は従来と同様であるが、
この実施例では、基板７はシリコンからなり、また、蓋
板８はこれに静電結合可能な硼硅酸ガラス（例えばパイ
レツクス、コーニング社の商品名）からなっており、こ
の両者は接着剤を用いることなく、静電接合により一体
化されている。

このようなノズルヘッドを製造するには、まず、シリコ
ンからなる基板７にフォトエッチング技術を用いて高精
度の溝成形加工を行ない、その基板７と硼硅酸ガラスか
らなる蓋板８との接合面を、それぞれ平面度をよく出し
、面荒さ０．１μｍ程度に仕上げる。

次に、この両者を重ね合せて、電極１５．１６間に挾み
、全体の温度が約４００℃になるまで加熱した後、基板
７側の電極１５が十電位に、蓋板８側の一極１６が一電
位になるようにして、両電極１５．１６間に約１０００
Ｖの電圧をかける。

１７はその電源、１８は電流計である。電流は初期にほ
とんどが流れて数分後に減少し、静電接合が完了する。

接合後、両者の接合部を顕微鏡で観察したところ、両者
間には何等の介在物も存在していないことが確認された
。

また、接合強度は、両者を引きはがす際に両者の一部が
破壊するほどに大きなものであった。

このようにして？電接合が完了したら、蓋板８の、ポン
プ室に相当する部分の表面に圧電振動子を接着すること
により、ノズルヘッドが完成する。

基板として用いられるシリコンは、多額晶でも単結晶で
もよいが、特に、単結晶を用い、表面に形成したＳｉＯ
をマスクとしてアルカリエツテング法によりノズル用の
溝を形成すると、エッチング速度が結晶方位により著し
く異なるため、シリコン基板の結晶面と溝方向を工夫す
ることにより、きわめてシャープな断面形状を有する寸
法精度の高い溝を形成することができる。

また、蓋板として用いられる硼硅酸ガラスは、シリコン
とほぼ同じ熱膨張係数を有しており、シリコン基板と静
電結合する際に、高温にしても熱歪が少なくて済む。

上記実施例では、基板としてシリコンを、蓋板として硼
硅酸ガラスを用いたが、基板としてシリコン、ゲルマニ
ウム等の半導体、蓋板としてセラミックスを用いること
もでき、これら以外にも静電接合が可能な基板及び蓋板
の材質の組合せがあり、好ましいものを例示すると次表
のとおりである。

静電接合可能な材質の組合せは米国特許第３３９７２７
８号明細書によれば、これ以外にも次のようなものがあ
る。

ノズルヘッドの製造に適する材質の組合せは、精密加工
の容易さ、平面仕上げの容易さ、最高許容温度、入手の
容易さ、コストなどを考慮して選定される。

第５図及び第６図は本発明の他の実施例を示す。

この実施例は、２枚の基板７Ａ，７Ｂの間に１枚の蓋板
８をサンドウィッチ状に挾んで、互いに静電接合したも
のである。

両基板７Ａ，７Ｂの蓋板．８側には、第２図及び第３図
に示したものと同１様な溝がそれぞれ形成されている。

このようにすると、蓋板８の厚みを隔てて２列に並ぶノ
ズル穴１ ３Ａ，１ ３Ｂを形成でき、高密度マルチノ
ズルが得られる。

圧電振動子９Ａ，９Ｂは、両基板７Ａ，７Ｂの、ポンプ
室１２Ａ，１２Ｂに相当する部分の外表面に接着されて
いる。

基板７Ａ，７Ｂ４蓋板８の材質は前記実施例と同じであ
る。

その他の構成は第２図及び第３図に示すものと同様であ
るので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する
。

第７図は、この実施例に係るノズルヘッドを製造する際
の基板７Ａ，７Ｂと蓋板８との静電接合法を示す。

基板７Ａ，７Ｂの外表面上には十電極１５Ａ，１５Ｂを
接触させ、蓋板８には基板７Ａ，７Ｂの端面から突出す
る部分８ａを設け、そこに一電極１６を接触させる。

その他、接合面の仕上げ、温度、電圧、時間等は第４図
に示した実施例の場合と同様であるので、同一部分には
同一符号を付して説明を省略する。

この実施例では、圧電振動子が基板のポンプ室に相当す
る部分の外表面に接着されており、この圧電振動子を接
着する部分の基板の厚さは、エッチングによって、薄く
しかも精度よく仕上げることができるので、圧電振動子
に加える励振電圧が小さくても効率のよいポンプ作用を
得ることができる。

第８図は、本発明のさらに他の実施例を、その製造方法
と共に示す。

この実施例は、２枚の基板８Ａ，８Ｂの間に１枚の蓋板
７をサンドウィッチ状に挾んで、互いに静電接合したも
のである。

基板７には、両面に第２図及び第３図に示したものと同
様な溝が形成されている。

このようにしても２列のノズル穴１３Ａ，１３Ｂが形成
できる。

基板７の両面に形成する溝は、両面マスクアライナーを
用いれば、フォトエッチング法により約１０μｍ以下の
位置ずれで形成することができるのでこの実施例のもの
は第５図及び第６図に示す実施例のものに比べて、上下
のノズル穴１３Ａ，１３Ｂの位置ずれ精度が高い点で優
れている。

その他の構成及び製造方法は第４図に示す実施例と同様
であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略
する。

第９図は、本発明のさらに他の実施例を、その製造方法
と共に示す。

２枚の蓋板８Ａ，８Ｂの間に１枚の基板７を挾んで互い
に静電接合した点は第８図に示すものと同様であるが、
この実施例では、基板７の溝が基板７を貫通して形成さ
れており、ノズル穴１３は１列である。

このようなノズルヘッドを製造するには、まず、第１０
図に示すように、基板７にそれを貫通する所定形状の穴
をエッチング又は打抜加工等により形成し、この基板７
の両面に蓋板８Ａ，８Ｂを重ね合わせて静電接合した後
、第１０図のＸ−Ｘ線に沿って切断すればよい。

その他の構成及び製造方法は第４図に示す実施例と同様
であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略
する。

第１１図は、本発明のさらに他の実施例を、その製造方
法と共に示す。

この実施例は、基板７とこの基板７と同じ材質の蓋板本
体８ｂとの間に薄い接合板８ｃを挾んで互いに静電接合
したもので、蓋板本体８ｂと接合板８ｃとで蓋板８が構
成されている。

その他の構成は第４図に示す実施例と同様であり、また
静電接合の際の電圧のかけ方は第Ｔ図の場合と同様であ
るので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する
。

なお、この実施例において、接合板８ｃは予め蓋板本体
８ｂに蒸着法やスパッタリング法で被着させることによ
り形成してもよい。

その場合は蓋板本体８ｂは基板７と別の材質で構成する
ことができる。

第１２図は、本発明のさらに他の実施例を示す，この実
施例は、基板７のインクが触れる部分に耐食性の保護被
膜１９を設けたものである。

この保護被膜１９の材質は例えばＳ ｉ０２等が好まし
く、スパッタリングやＣＶＤ法等により基板７に被着さ
せることができる。

保護被膜１９を設ける理由は、基板としてシリコンのよ
うなアルカリに弱いものを用いると、インクが弱アルカ
リ性であるため、インクによって基板が侵かされるおそ
れがあるからである。

また、シリコン等の表面はインクをはじく性質があるが
、ＳｉＯ２等の保護被膜を設けるとインクの濡れ性がよ
くなる。

第１３図は本発明のさらに他の実施例を示す。

この実施例は、基板７と蓋板８の両方に耐食性保護被膜
１９Ａ，１９Ｂを設けたものである。

なお、上記第１２図及び第１３図に示す各実施例の説明
において、上記以外の構成は第４図に示す実施例と同様
であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略
する。

以上説明したように、本発明によれば、ノズル用の溝を
有する基板とこれに被さる蓋板とが静電接合により一体
化されているので、従来のようにノズル穴内に接着剤等
が侵入することがなく、ノズル穴の寸法精度を高くする
ことができ、且つばらつきを小さくすることができる。

したがって、微細なインクジェットを正確に噴射して鮮
明な記録が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図はオン・デマンド型のインクジェット記録装置の
一例を示す概略構成図、第２図及び第３図は第１図の装
置に用いられるノズルヘッドの斜視図及び縦断面図、第
４図は本発明の一実施例に係るノズルヘッドを製造方法
と共に示す正面図、第５図及び第６図は本発明の他の実
施例に係るノズルヘッドを示す正面図及び縦断面図、第
７図はその製造方法を示す正面図、第８図及び第９図は
それぞれ本発明のさらに他の実施例に係るノズルヘッド
を製造方法と共に示す正面図、第１０図は第９図のノズ
ルヘッドを製造するのに用いられる基板の水平断面図、
第１１図ないし第１３図はそれぞれ本発明のさらに他の
実施例に係るノズルヘッドを示す正面図である。 ７，７Ａ，７Ｂ・・・・・・基板、８ ，８Ａ，８Ｂ・
・・・・・蓋板、１３，１３Ａ，１３Ｂ・・・・・・ノ
ズル穴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ノズル用の溝を有する基板と、この基板に被さって
   前記溝の部分にノズル穴を形成する蓋板とを備えたイン
   クジェット記録用ノズルヘッドにおいて、前記基板と蓋
   板とは互いに静電結合が可能な材質の組合せからなり、
   この両者は静電接合により一体化されていることを特徴
   とするインクジェット記録用ノズルヘッド。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記基板と前記蓋
   板とは同等の熱膨張係数を有することを特徴とするイン
   クジェット記録用ノズルヘッド。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記基板の材質は
   半導体であり、前記蓋板の材質は硼硅酸ガラスであるこ
   とを特徴とするインクジェット記録用ノズルヘッド。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記基板の材質は
   半導体であり、前記蓋板の材質はセラミックスであるこ
   とを特徴とするインクジェット記録用ノズルヘッド。 ５ 特許請求の範囲第１項において、前記蓋板は２枚の
   基板の間に挾まれ、前記溝は各基板の蓋板側に形成され
   ていることを特徴とするインクジェット記録用ノズルヘ
   ッド。 ６ 特許請求の範囲第１項において、前記基板は２枚の
   蓋板の間に挾まれ、前記溝は基板の両面に形成されてい
   ることを特徴とするインクジェット記録用ノズルヘッド
   。 ７ 特許請求の範囲第１項において、前記基板は２枚の
   蓋板の間に挾まれ、前記溝は基板を貫通して形成されて
   いることを特徴とするインクジェット記録用ノズルヘッ
   ド。