WO1998022288A1 - Tete d'ecriture a jet d'encre - Google Patents

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WO1998022288A1
WO1998022288A1 PCT/JP1997/004150 JP9704150W WO9822288A1 WO 1998022288 A1 WO1998022288 A1 WO 1998022288A1 JP 9704150 W JP9704150 W JP 9704150W WO 9822288 A1 WO9822288 A1 WO 9822288A1
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pressure generating
jet recording
recording head
pressure
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Inventor
Tsuyoshi Kitahara
Original Assignee
Seiko Epson Corporation
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters 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
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14274—Structure of print heads with piezoelectric elements of stacked structure type, deformed by compression/extension and disposed on a diaphragm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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    • B41J2/005—Typewriters 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
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14387—Front shooter

Definitions

  • the present invention relates to an inkjet recording head, and more particularly, to a method for manufacturing a flow path forming substrate.
  • the ink jet recording head has a reservoir 8 receiving ink from an external tank, a pressure generating chamber B consisting of a recess receiving external pressure, and a reservoir A and a pressure generating chamber.
  • a pressure generating chamber B consisting of a recess receiving external pressure
  • a reservoir A and a pressure generating chamber One of the flow path forming substrate F and the flow path forming substrate F in which the ink supply port C connecting the chamber B and the nozzle communication hole E formed of the through hole connecting the pressure generating chamber B and the nozzle opening D are formed.
  • a channel unit is constituted by an elastic plate G sealing the surface of the elastic member G and a nozzle plate H having a nozzle opening D sealing the other surface of the channel forming substrate F, and the elastic plate G is subjected to piezoelectric vibration.
  • the pressure generating chamber B is expanded by the displacement of the piezoelectric vibrator J, the ink of the reservoir A is sucked into the pressure generating chamber B via the ink supply port C, and the pressure generating chamber B Shrink and pressurize the ink in the pressure generation chamber B to open the nozzle It is configured to eject ink droplets from D.
  • This ink jet recording head can be easily printed in full color by using color ink, so it has rapidly spread as a recording head of a color printer, and accordingly the printing quality and recording density have been reduced. There is a demand for further improvement. Since the print quality and recording density of an ink jet recording head are largely determined by the size of the dot formed by the ink droplet, the amount of ink per droplet is reduced as much as possible to reduce the dot size. It is necessary to do. For this reason, while the pressure generating chambers are arranged at a high density, the flow path forming substrate is formed in consideration of preventing the deformation of the flow path forming substrate due to the pressure at the time of ink ejection, and furthermore, the ease of handling during assembly.
  • a substrate having a thickness of at least 300 / xm, preferably about 500 ⁇ m, for example, a silicon single crystal substrate is selected from the viewpoint of processing accuracy, as disclosed in JP-A-58-40509 and the like.
  • the pressure generating chamber When the pressure generating chamber is formed as a recess on one surface of the substrate in this way, it is necessary to communicate with the nozzle opening D of the nozzle plate disposed on the surface opposite to the surface on which the pressure generating chamber is formed. Above, a nozzle communication hole E that connects the pressure generating chamber and the nozzle opening is required.
  • Such a nozzle communication hole E is preliminarily formed with a small-diameter through-hole penetrating from one surface to the other surface in a region to be the nozzle communication hole E as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-309835.
  • the through hole is used as an etching guide hole, and anisotropic etching is advanced to a deep portion regardless of the etching so that the width of the nozzle communication hole E is maximized and the width of the nozzle communication hole E is suppressed to about the width of the pressure generating chamber B. For this reason, as shown in FIG.
  • An ink jet recording head includes a flow path forming substrate formed with a nozzle communication hole including a pressure generation chamber, a reservoir, an ink supply port, and a through hole; and the pressure generation chamber is connected to the pressure generation chamber via the nozzle communication hole.
  • a nozzle plate having a communicating nozzle, a lid member for sealing the pressure generating chamber side of the flow path forming substrate, and pressure generating means for pressurizing the pressure generating chamber;
  • Two pressure reservoirs are formed so as to sandwich the pressure generation chamber, the pressure generation chamber communicates with at least one of the reservoirs via an ink supply port, and the adjacent nozzle communication hole defines a longitudinal center point of the pressure generation chamber.
  • the pressure generating chambers are arranged in a zigzag manner at substantially symmetrical positions so as to be sandwiched therebetween and shifted in the longitudinal direction of the pressure generating chamber.
  • the height of the partition wall that separates the nozzle communication hole serving as a through hole from the adjacent pressure generation chamber is substantially the same as the height of the partition wall of the pressure generation chamber, so that the flow path forming substrate has sufficient rigidity. be able to. Therefore, even when the pressure generating chambers are arranged at a high density, a piezoelectric vibrator smaller than the outer shape of the diaphragm can be used, and crosstalk can be prevented.
  • FIGS. 1 (a) and 1 (b) are views each showing an embodiment of the ink jet recording head of the present invention in a sectional structure taken along the center line of an adjacent pressure generating chamber.
  • FIG. 3 is an enlarged top view showing an embodiment of an ink supply port, a pressure generating chamber, and a vicinity of a nozzle communication hole of the ink jet recording head according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. Reservoir, ink supply port, pressure generating chamber, and nozzle of flow path forming substrate for print head It is a perspective view which expands and shows the vicinity of a communication hole.
  • FIGS. 4, 5, and 6 are diagrams showing an embodiment in which the channel forming substrate of the present invention is manufactured by anisotropic etching using a silicon single crystal substrate.
  • FIGS. 7 (a) and (b) are views showing another embodiment of the ink jet recording head of the present invention in a sectional structure taken along the center line of an adjacent pressure generating chamber.
  • FIGS. 8 (a) and (b) are views showing another embodiment of the ink jet recording head of the present invention in a sectional structure taken along the center line of an adjacent pressure generating chamber.
  • FIG. 9 is a top view showing the arrangement of nozzle openings applicable to the ink jet recording head shown in FIG. 8 in relation to the flow path forming substrate.
  • FIGS. 10 (a) and (b) are views showing another embodiment of the ink jet recording head of the present invention, respectively, in a sectional structure taken along the center line of the adjacent pressure generating chamber.
  • FIG. 11 is a top view showing another embodiment of the flow path forming substrate used in the ink jet recording head of the present invention.
  • FIG. 12 is a top view showing another embodiment of the flow path forming substrate used in the ink jet recording head of the present invention.
  • FIG. 13 is a view showing an example of a conventional ink jet recording head
  • FIG. 14 is a perspective view showing an example of a flow path forming substrate of the conventional ink jet recording head.
  • FIGS. 1 (a) and (b) show an embodiment of the present invention in which adjacent pressure sources It shows a cross-sectional structure along the center line of the living room 2 (line A--A, line B--B in FIG. 2).
  • the flow path forming substrate 1 is a silicon single crystal substrate.
  • the pressure generation chamber 2 is formed as a shallow recess by anisotropic half-etching, and the first reservoir 3 and the second reservoir 4 are also anisotropic on both sides of the pressure generation chambers 2 and 2.
  • two rows of through holes are formed by reactive etching.
  • the pressure generating chambers 2 adjacent to each other in the arrangement direction are connected to the first reservoir 3 or the second reservoir 4 via the ink supply ports 5 and 6 each having a recess having substantially the same depth as the pressure generating chamber 2.
  • Nozzle communication holes 7, 8 penetrating from the pressure generating chamber 2 to the other surface, that is, the surface to which the nozzle plate 13 is fixed, are formed in the area on the end side where the ink supply ports 5, 6 are not formed. Have been.
  • the staggered hatching indicates a non-etched area
  • the hatched area indicates a half-etched area
  • the non-hatched area indicates a through hole.
  • the thus configured spacer 1 has its surface on the pressure generating chamber side sealed with an elastic plate 10, and the other surface has nozzles in areas opposed to the nozzle communication holes 7 and 8.
  • the openings 11 and 12 are sealed by the nozzle plate 13 having the perforations, and form a flow path unit together with these members.
  • Each of the pressure generating chambers 2 has a pressure generating means.
  • a longitudinal vibration mode as a pressure generating means is provided in a substantially central area of the elastic plate 10 on the center lines A—A and B—B of the pressure generating chambers 2.
  • the piezoelectric vibrator 14 is provided with its tip abutting on an island portion 10 a formed on the elastic plate 10 and the other end fixed to a head frame also serving as a fixing member (not shown). .
  • the piezoelectric vibrators 14 serving as pressure generating means are arranged in a row in the direction in which the pressure generating chambers 2 are arranged.
  • the piezoelectric vibrator 14 contracts and the pressure generating chamber 2 expands. This expansion causes the ink supply The ink in the first and second reservoirs 3 and 4 flows into the pressure generating chamber 2 through the supply ports 5 and 6.
  • the piezoelectric vibrator 14 expands to its original state and compresses the pressure generating chamber 2.
  • the pressurized ink is ejected as ink droplets from the nozzle openings 11 and 12 via the nozzle communication holes 7 and 8.
  • the nozzle communication holes 7 and 8 of the adjacent pressure generating chambers 2 and 2 are arranged at least with an interval L (see FIG. 2) in the longitudinal direction of the pressure generating chamber 2, 3
  • the height M of the areas 15 ', 15' '' facing the nozzle communication holes 7, 8 of the partition wall 15 that partitions the adjacent pressure generation chambers 2, 2 is Since the depth N of the pressure generating chamber 2 is the same as that of the pressure generating chamber 2 and is low, it has sufficient rigidity equivalent to that of the partition wall 15 separating the pressure generating chamber 2. Therefore, the regions 15 ′ and 15 ′ ′′ adjacent to the nozzle communication holes 7 and 8 of the partition wall 15 are not deformed even by the pressure at the time of ink ejection, and crosstalk is prevented.
  • the nozzle openings 11 and 12 communicating with the adjacent pressure generation chamber 2 can be spaced apart in the longitudinal direction of the pressure generation chamber 2, the degree of freedom in the arrangement of the nozzle openings increases. In addition, it is possible to disperse distortion when the nozzle plate 13 is pressed.
  • FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6 show the method of manufacturing the above-mentioned flow path forming substrate in a case where one reservoir and a nozzle communication hole are formed.
  • a silicon oxide film 22 serving as an etching protection film is thermally oxidized on the entire surface of a silicon single crystal substrate 21 having an easy thickness, for example, about 500 microns and having a crystal plane orientation of (110). Thus, a film having a predetermined thickness, for example, ⁇ is formed.
  • the etching protection film has corrosion resistance to anisotropic etching liquid such as silicon nitride film and metal film. If the substance is formed as a film, it can function as an equivalent etching protective film (Fig. 4 (I)).
  • a photoresist agent is evenly applied to both surfaces of the silicon oxide film 22 by spin coating or the like to form photoresist layers 23 and 24 (FIG. 4 ( ⁇ )).
  • the resist patterns 25, 25, 26, and 26 'that become the pressure generating chamber 7 and the reservoir 3 are formed on the front and back (Fig. 4 (III)).
  • the silicon single crystal substrate 21 is immersed in a buffered hydrofluoric acid solution, and the patterns 27, 27 ', 28, and 28' corresponding to the resist patterns 25, 25 ', 26, 26 are used as half etching of the silicon oxide film 22. Transfer (Fig. 4 (IV)).
  • the areas to become the ink supply ports 5 and 6 and the pressure generating chamber 2 are exposed and imaged to form a pattern 29 of the ink supply port 2 on one surface (FIG. 5 (I)).
  • the crystal substrate 21 is immersed in a buffered hydrofluoric acid solution, and etching is performed until the patterns 27, 27 ', 28 and 28' of the silicon oxide film formed in the above step (FIG. 4 (IV)) disappear (see FIG. Figure ( ⁇ )).
  • the silicon oxide pattern 30 remains, and the anisotropic etching patterns 31, 31 ', 32, and 32' corresponding to the pressure generating chamber 2 and the reservoirs 3 and 4 are formed on the front and back surfaces.
  • the patterns 31 and 31 ' which are the substantially parallelogram pressure generating chambers 2, on one of the surfaces.
  • the center of the pattern 31 is illuminated with an etching guide hole 33 that is deep enough to allow etching to proceed from one surface to the other surface, and a wavelength laser suitable for drilling 21 on a silicon single crystal substrate, such as a YAG laser. Perforate (Fig. 5 (IV)).
  • the silicon single crystal substrate 21 is immersed in an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) to perform anisotropic etching.
  • KOH potassium hydroxide
  • the reservoir 35 is formed by the (1 1 1) plane of the silicon single crystal which appears at an angle of 0 with respect to the surface of the silicon single crystal substrate 21.
  • the ink supply ports 5 and 6 and the concave patterns 36 and 37 to be the pressure generation chambers 2 are suitable.
  • the anisotropic etching is performed until the concave portions 38 and 39 have a depth (FIG. 6 (III)), and the silicon oxide film 22 is finally removed by etching to complete the flow path forming substrate (FIG. 6). (IV)).
  • the ink supply ports 5 and 6 are formed only on the elastic plate 10 side. However, as shown in FIGS. 7 (a) and (b), the nozzle plate 13 side When the second ink supply ports 40 and 41 and the second pressure generating chambers 42 and 43 communicating with the ink supply ports 40 and 41 and the nozzle communication holes 7 are formed, the ink in the reservoirs 3 and 4 is formed. Can be supplied to the pressure generating chamber 2 by the two ink supply ports 5, 40, and 6, 41. This makes it possible to drive the recording head at a high speed by shortening the ink supply time to the pressure generating chamber 2.
  • FIGS. 8 (a) and 8 (b) not only the nozzle opening 11 is positioned not only at the position facing the nozzle communication holes 7 and 8, but also at the second pressure generating chamber.
  • Nozzles 1 1 ′ and 1 1 ′′ are formed in a region facing 42 and 43, so that the ink pressurized in the pressure generating chamber 2 can be ejected as ink droplets.
  • the nozzle openings 1 1 ′ and 1 2 ′ can be aligned on the same line Lr even in the pressure generating chambers 2 that are arranged alternately in different directions as shown in FIG.
  • the timing at the time of ejecting ink droplets can be simplified.
  • the ink supply ports 5 and 6 are connected to the pressure generating chambers.
  • the width of the end of 2 is narrowed, but as shown in Fig. 9, the non-etched portions 44 and 45 are provided on the reservoir side of the pressure generating chamber 2 to adjust the flow path resistance. Can also be formed.
  • the ink supply ports 5 and 6 are formed at one end of the pressure generating chamber 2 on the side remote from the nozzle openings 11 and 12 so that ink is supplied from one side.
  • the first and second inks are provided on both sides of each pressure generating chamber 2 so as to communicate with the two reservoirs 3 and 4 which are arranged with the pressure generating chamber 2 interposed therebetween.
  • the supply ports 46 and 47 may be formed.
  • the nozzle communication hole 7 is formed to have the same width as the pressure generation chamber 2, but as shown in FIG. 11, the width W is smaller than the width W a of the pressure generation chamber 2.
  • the same effect is obtained by forming the nozzle communication holes 48 and 49 having b.
  • staggered hatching indicates a non-etched area
  • hatched areas indicate half-etched areas
  • non-hatched areas indicate through holes.
  • the widths of the pressure generating chambers 2 and 2 which are arranged alternately in the opposite directions are the same, but as shown in FIG.
  • the ejection performance of ink droplets can be changed, so that a width suitable for the viscosity and properties of the ink can be selected, and different types of ink can be used with the same printhead.
  • ink of black ink and color ink or ink of different colors Drops can be adjusted to a size suitable for printing, and the freedom of usable ink can be increased.
  • the flow path forming substrate is processed by anisotropically etching a silicon single crystal substrate on which a concave portion or a through hole can be formed with high precision. Even if the base material is a thin plate of ceramic or glass, which is then punched, or if it is applied to construct a flow path forming substrate by injection molding of a polymer material, the strength of the partition wall near the nozzle communication hole It is clear that the same effect can be obtained when the flow path forming substrate is made of a material other than the silicon single crystal substrate. Industrial applicability
  • two reservoirs are formed so as to sandwich the pressure generation chamber, and the pressure generation chamber has at least one reservoir through the ink supply port.
  • the nozzles are arranged in almost staggered positions so that the adjacent nozzle communication holes sandwich the longitudinal center of the pressure generating chamber, and are staggered so as to be shifted in the longitudinal direction of the pressure generating chamber.
  • the height of the partition separating the nozzle communication hole and the adjacent pressure generation chamber is substantially the same as the height of the partition of the pressure generation chamber, and rigidity sufficient to prevent crosstalk can be maintained.
  • the nozzle openings can be dispersedly arranged in the longitudinal direction of the pressure generating chamber, the degree of freedom of the position of the nozzle openings is high, and distortion during processing of the nozzle plate can be dispersed.

Description

明 細 書 インクジェッ ト式記録へッド 技術分野
本発明は、 インクジェッ ト式記録ヘッド、 より詳細には流路形成基板 の製造方法に関する。 背景技術
ィンクジェッ ト式記録へッ ドは、 第 1 3図に示したように外部のタン クからインクの供給を受けるリザーバ八、 外部から加圧力を受ける凹部 からなる圧力発生室 B、 リザーバ Aと圧力発生室 Bとを接続するインク 供給口 C、 及び圧力発生室 Bとノズル開口 Dとを接 する貫通孔からな るノズル連通孔 Eを形成した流路形成基板 Fと、 流路形成基板 Fの一方 の面を封止する弾性板 Gと、 流路形成基板 Fの他面を封止するノズル開 口 Dを備えたノズルプレート Hとにより流路ュニットを構成するととも に、 弾性板 Gに圧電振動子 Jを当接させて、 圧電振動子 Jの変位により 圧力発生室 Bを膨張させてリザーバ Aのインクをィンク供給口 Cを経由 させて圧力発生室 Bに吸引し、 また圧力発生室 Bを収縮させて圧力発生 室 Bのィンクを加圧してノズル開口 Dからインク滴を吐出させるように 構成されている。
このインクジェッ ト式記録ヘッドは、 色インクを用いることによりフ ルカラーでの印刷が簡単に行えるため、 カラープリンタの記録へッ ドと して急速に普及し、 これにともなって印字品質や記録密度をさらに向上 させることが要望されている。 インクジエツ ト式記録へッドの印字品質や記録密度は、 インク滴が形 成するドッ トのサイズに大きく支配されるため、 1滴当たりのインク量 を可及的に少なく してドッ トサイズを小さくすることが必要となる。 このため、 圧力発生室を高い密度で配列する一方、 インク吐出時の圧 力による流路形成基板の変形防止や、 さらには組立時のハンドリングの し易さを考慮して、 流路形成基板は、 3 0 0 /x m以上、 望ましくは 5 0 0 μ m程度の厚みを有する基板、 例えば加工精度の点からシリコン単結 晶基板が選択され、 特開昭 58 - 40509号公報等に見られるようにフォ トリ ソグラフィ技術と異方性エッチングにより圧力発生室を浅い凹部として 形成することで、 圧力発生室の容積を可及的に小さく、 しかも高い密度 で配列することが可能となる。
このように圧力発生室を基板の一方の面に凹部として構成すると、 圧 力発生室が形成された面とは反対側の面に配置されるノズルプレ一トの ノズル開口 Dとの連通を図る必要上、 圧力発生室とノズル開口とを接続 するノズル連通孔 Eを必要とする。
このようなノズル連通孔 Eは、 特開昭 5-309835号公報に見られるよう にノズル連通孔 Eとなる領域に一方の面から他方の面に貫通する微小な 直径の貫通孔を予め穿設し、 この貫通孔をエッチング誘導孔として異方 性エッチングをエッチングに関わりなく深部まで進行させてノズル連通 孔 Eの幅を最大限、 圧力発生室 Bの幅程度に抑えて形成されている。 このため、 第 1 4図に示したように圧力発生室 B、 Bを区画する隔壁 の内、 圧力発生室近傍の領域 Kでは圧力発生室 Bの深さ dが小さいため 高い剛性を示すものの、 ノズル連通孔 Eに面する領域 K ' ではその高さ がシリ コン単結晶基板の厚み d， に一致して大きいため、 隣接するノズ ル連通孔£、 Eの隔壁の剛性が極めて小さくなり、 インク吐出時の圧力 がこの領域 K ' を弾性変形させて隣接する圧力発生室 Bにクロストーク を生じさせるという問題がある。 発明の開示
本発明のインクジェット式記録ヘッ ドは、 圧力発生室、 リザーバ、 ィ ンク供給口、 及び貫通孔からなるノズル連通孔を形成した流路形成基板 と、 前記ノズル連通孔を介して前記圧力発生室に連通するノズルを備え たノズルプレートと、 前記流路形成基板の圧力発生室側を封止する蓋部 材と、 前記圧力発生室を加圧する圧力発生手段とを備えたものにおいて、 前記圧力発生室を挟むように 2つのリザーバが形成され、 前記圧力発生 室が少なく とも一方のリザーバにインク供給口を介して連通し、 また隣 接する前記ノズル連通孔が前記圧力発生室の長手方向の中心点を挟むよ うにほぼ対象な位置で、 かつ前記圧力発生室の長手方向にずれるように 千鳥状に配置されている。
これにより、 貫通孔となるノズル連通孔と隣接する圧力発生室とを隔 てる隔壁の高さが、 圧力発生室の隔壁と同程度となるため、 流路形成基 板に十分な剛性を持たせることができる。 したがって、 圧力発生室を高 密度で配列した場合にも、 振動板の外形よりも小さい圧電振動子を用い ることができ、 かつクロス トークを防止することができる。 図面の簡単な説明
第 1図 （a ) ( b ) は、 それぞれ本発明のインクジェッ ト式記録へッ ドのー実施例を、 それぞれ隣接する圧力発生室の中心線での断面構造で 示す図であり、 第 2図は、 同上インクジェッ ト式記録ヘッ ドの流路形成 基板の一実施例を、 インク供給口、 圧力発生室、 ノズル連通孔の近傍を 拡大して示す上面図であり、 第 3図は、 同上インクジェッ ト式記録へッ ドの流路形成基板のリザーバ、 インク供給口、 圧力発生室、 及びノズル 連通孔の近傍を拡大して示す斜視図である。
第 4図、 第 5図、 及び第 6図は、 それぞれ発明の流路形成基板をシリ コン単結晶基板を使用して異方性エッチングにより製造する場合の一実 施例を示す図である。
第 7図 （a ) 、 （b ) は、 それぞれ本発明のインクジェッ ト式記録へ ッドの他の実施例を、 隣接する圧力発生室の中心線での断面構造で示す 図である。
第 8図 （a ) 、 （b ) は、 それぞれ本発明のインクジェッ ト式記録へ ッドの他の実施例を、 隣接する圧力発生室の中心線での断面構造で示す 図である。
第 9図は、 同上第 8図に示したインクジエツ ト式記録へッ ドに適用可 能なノズル開口の配列形態を流路形成基板との関係で示す上面図である。 第 1 0図 （a ) 、 （b ) は、 それぞれ本発明のインクジェッ ト式記録 へッ ドの他の実施例を、 それぞれ隣接する圧力発生室の中心線での断面 構造で示す図である。
第 1 1図は、 本発明のインクジェッ ト式記録ヘッドに使用する流路形 成基板の他の実施例を示す上面図である。
第 1 2図は、 本発明のインクジェッ ト式記録ヘッドに使用する流路形 成基板の他の実施例を示す上面図である。
第 1 3図は、 従来のインクジヱッ ト式記録へッドの一例を示す図であ り、 第 1 4図は、 従来のインクジェッ ト式記録ヘッドの流路形成基板の 一例を示す斜視図である。 発明を実施するための最良の形態
そこで、 以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。 第 1図 （a ) ( b ) は、 本発明の一実施例をそれぞれ隣接する圧力発 生室 2の中心線上 （第 2図の A— A線、 B— B線） での断面構造を示す ものであって、 流路形成基板 1は、 この実施例においてはシリ コン単結 晶基板を母材として、 圧力発生室 2が異方性ハーフエッチングにより浅 い凹部として形成されいて、 これら圧力発生室 2、 2の両側には第 1 リ ザーパ 3と第 2リザーバ 4とがやはり異方性エッチングによりこの実施 例では貫通孔として 2列形成されている。 並び方向に隣接する圧力発生 室 2は、 圧力発生室 2とほぼ同等の深さの凹部からなるインク供給口 5、 6を介して第 1 リザーバ 3、 または第 2のリザーバ 4に連通されている。 インク供給口 5、 6が形成されていない端部側の領域には、 圧力発生 室 2から他方の面、 つまりノズルプレート 1 3が固定される面に貫通す るノズル連通孔 7、 8が形成されている。 なお、 第 2図において千鳥状 ハツチングは非ェッチング領域を、 また斜線によるハツチングの領域は ハーフエッチングの領域を、 さらに非ハッチング領域は貫通孔を示す。 このように構成されたスぺ一サ 1は、 その圧力発生室側の面を弾性板 1 0で封止され、 また他方の面には各ノズル連通孔 7、 8に対向する領 域にノズル開口 1 1、 1 2が穿設されたノズルプレート 1 3により封止 され、 これらの部材とともに流路ユニッ トを形成する。
各圧力発生室 2には圧力発生手段、 この実施例では弾性板 1 0の圧力 発生室 2の中心線 A— A、 B— B上のほぼ中央領域には圧力発生手段と なる縦振動モードの圧電振動子 1 4を、 その先端を弾性板 1 0に形成さ れたアイランド部 1 0 aに当接させて、 また他端を図示しない固定部材 を兼ねるへッドフレームに固定されて設けられている。 そして圧力発生 手段となる圧電振動子 1 4は、 圧力発生室 2の並び方向に圧力発生室 2 の数だけ列設されている。
この実施例において圧電振動子 1 4に駆動信号を印加すると、 圧電振 動子 1 4が収縮して圧力発生室 2が膨張する。 この膨張によりインク供 給口 5、 6を介して第 1、 第 2リザーバ 3、 4のインクが圧力発生室 2 に流れ込む。
ついで、 圧電振動子 1 4の電荷を放電させると、 圧電振動子 1 4が元 の状態に伸長して圧力発生室 2を圧縮する。 これにより加圧されたィン クがノズル連通孔 7、 8を経由してノズル開口 1 1、 1 2からインク滴 として吐出する。
この実施例においては、 隣接する圧力発生室 2、 2のノズル連通孔 7、 8が圧力発生室 2の長手方向に少なく とも間隔 L (第 2図参照） を開け て配置されているため、 第 3図に示したように隣接する圧力発生室 2、 2を区画する隔壁 1 5のノズル連通孔 7、 8に対向する領域 1 5 ' 、 1 5 ' ' の高さ Mは、 圧力発生室 2、 2の深さ Nと同一で低いから、 圧力 発生室 2を隔てる隔壁 1 5と同程度の十分な剛性を備えることになる。 したがって、 隔壁 1 5の各ノズル連通孔 7、 8に隣接する領域 1 5 ' 、 1 5 ' ' は、 インク吐出時の圧力によっても変形することがなく、 クロ ストークが防止される。
また、 隣接する圧力発生室 2に連通するノズル開口 1 1、 1 2を、 圧 力発生室 2の長手方向に対して間隔を空けることができるため、 ノズル 開口の配置の自由度が高くなり、 またノズルプレ一ト 1 3をプレス加工 する際の歪みを分散させることが可能となる。
第 4図、 第 5図、 及び第 6図は、 上述した流路形成基板の製造方法を、 1つのリザーバ、 ノズル連通孔を形成する場合に例を採って示すもので あって、 ハンドリ ングの容易な厚み、 例えば 5 0 0ミクロン程度の厚み を有する、 結晶面方位 （1 1 0 ) のシリ コン単結晶基板 2 1の表面全体 にエッチング保護膜となる酸化シリ コン膜 2 2を熱酸化法により、 所定 の膜厚、 例えば Ι μ πιで形成する。 なお、 エッチング保護膜としては窒 化シリコン膜ゃ金属膜等の異方性エッチング液に対して耐蝕性を有する 物質を膜として形成するれば同等のエッチング保護膜としての作用を奏 する （第 4図 （I) ) 。
次に、 酸化シリコン膜 22の表面にフォトレジス ト剤をスピンコート 法等により両面に均等に塗布してフォ トレジス ト層 23、 24を形成し (第 4図 （Π) ) 、 フォ トリソグラフィ技術により圧力発生室 7とリザ ーバ 3となるレジス トパターン 25、 25， 26、 26 ' を表裏に形成 する （第 4図 （III) ) 。
シリコン単結晶基板 21を緩衝フッ酸溶液に浸漬してレジストパター ン 25、 25' 、 26、 26， に対応したパターン 27、 27 ' 、 28、 28 ' を酸化シリ コン膜 22のハーフエッチングと して転写する （第 4 図 （IV) ) 。
ついで、 インク供給口 5、 6及び圧力発生室 2となる領域を露光、 現 像して一方の面にインク供給口 2のパターン 29を形成し （第 5図 （ I) ) 、 再びシリ コン単結晶基板 21を緩衝フッ酸溶液に浸漬して、 前述の 工程 （第 4図 （IV) ) で形成した酸化シリコン膜のパターン 27、 27' 28、 28' が消失するまでエッチングを行う （第 5図 （Π) ) 。 これ により酸化シリ コンのパターン 30が残り、 また表裏に圧力発生室 2及 びリザーバ 3、 4に対応する異方性エッチング用のパターン 31、 3 1' 、 32、 32' が形成される。
不要となったフォ トレジス ト層 33、 34を剝離した後 （図 5 (III) ) 、 略平行四辺形の圧力発生室 2となるパターン 31、 31 ' の内の一 方の面に、 望ましくはパターン 31の中心点に一方の面からエッチング が他面に進行できる程度の深さのエッチング誘導孔 33を、 シリコン単 結晶基板の 21穿孔に適した波長レーザー、 例えば Y AGレーザーを照 射して穿孔する （図 5 (IV) ) 。
穿孔作業が終了した段階で、 摂氏 80度程度に維持された 20重量％ の水酸化カリウム （KOH) の水溶液にシリ コン単結晶基板 2 1を浸潰 して異方性エッチングを行う。 この異方性エッチングにより リザーバ 3 5は、 シリコン単結晶基板 2 1の表面に対し角度 0で出現するシリコン 単結晶の （1 1 1) 面により形成される。
また、 ノズル連通孔 7、 8のパターン 3 1、 3 1 ' が形成された領域 は、 エッチング誘導孔 33に導かれながらパターン 3 1、 3 1， の範囲 內で厚み方向にエッチングを受け、 遂には所定の断面積の貫通孔が形成 される （第 6図 （I) ) 。
ついで、 インク供給口 5、 6及び圧力発生室 2となる凹部のパターン 36、 3 7を形成した後 （第 6図 （Π) ) 、 インク供給口 5、 6及び圧 力発生室 2に適した深さの凹部 38、 3 9となるまで異方性エッチング を実行し （第 6図 （III) ) 、 最後に酸化シリ コン膜 22をエッチング により除去すると流路形成基板が完成する （第 6図 （IV) ) 。
なお、 上述の実施例においてはインク供給口 5、 6を弾性板 1 0側に だけ形成するようにしているが、 第 7図 （a) 、 （b) に示したように ノズルプレート 1 3側に第 2のインク供給口 40、 4 1、 及びこれらィ ンク供給口 40、 4 1 とノズル連通孔 7とに連通する第 2の圧力発生室 42、 43を形成すると、 リザーバ 3、 4のインクを 2つのインク供給 口 5、 40、 及び 6、 4 1により圧力発生室 2に供給することができる。 これにより圧力発生室 2へのインクの供給時間を短縮して記録へッ ドを 高速度で駆動することが可能となる。
また、 この実施例によれば、 第 8図 （a) 、 (b) に示したようにノ ズル開口 1 1をノズル連通孔 7、 8に対向する位置ばかりでなく、 第 2 の圧力発生室 4 2、 43と対向する領域にノズル開口 1 1 ' 、 1 1 " を 形成して、 圧力発生室 2で加圧されたインクをインク滴として吐出させ ることができる。 これにより、 第 9図に示したように交互に向きを違えて配置された圧 力発生室 2であっても同一ライン L r上に揃えてノズル開口 1 1 ' 、 1 2 ' を配列することができ、 インク滴吐出時のタイミングの簡素化を図 ることができる。
また、 上述の実施例においては、 インク供給口 5、 6を、 圧力発生室
2の端部の幅を絞るようにして形成しているが、 第 9図に示したように 圧力発生室 2のリザーバ側に非エッチング部 4 4、 4 5を設けて流路抵 抗を調整しても形成できる。
また上述の実施例においては、 圧力発生室 2のノズル開口 1 1、 1 2 から離れた側の一端にインク供給口 5、 6を形成して、 一方の側からィ ンクを供給するようにしているが、 第 1 0図に示したように圧力発生室 2を挟んで配置されている 2つのリザーパ 3、 4と連通するように、 各 圧力発生室 2の両側に第 1、 第 2のインク供給口 4 6、 4 7を形成して もよい。
さらに、 上述の実施例においてはノズル連通孔 7を圧力発生室 2と同 一の幅として形成しいるが、 第 1 1図に示したように圧力発生室 2の幅 W aよりも狭い幅 W bを持つノズル連通孔 4 8、 4 9を形成しても同様 の作用を奏する。 なお、 第 1 1図において千鳥状ハツチングは非エッチ ング領域を、 また斜線によるハッチングの領域はハーフエッチングの領 域を、 さらに非ハッチング領域は貫通孔を示す。
さらには、 上述の実施例においては交互に逆向きに配列されている圧 力発生室 2、 2の幅を同一としているが、 第 1 2図に示したように向き が異なる圧力発生室 2、 2の幅 W c、 W dを違えることによりインク滴 の吐出性能を変更することができるため、 インクの粘度や性状に適した 幅を選択することができ、 同一の記録ヘッドで異なる種類のインク、 例 えばブラックインクと力ラーインク、 または色が異なるインクのィンク 滴を印字に適したサイズに調整することができ、 使用できるインクの自 由度を高めることができる。
ところで、 上述の実施例においては、 流路形成基板は、 高い精度で凹 部や貫通孔を形成することができるシリコン単結晶基板を異方性エッチ ングすることにより加工されているが、 金属やセラミック、 ガラスの薄 板を母材とし、 これを穿孔加工したり、 また高分子材料を射出成形して 流路形成基板を構成する場合に適用しても、 ノズル連通孔の近傍の隔壁 の強度を上げることができることは明らかであるから、 シリコン単結晶 基板以外の材料で流路形成基板を構成する場合にも同様の作用を奏する。 産業上の利用可能性
以上説明したように本発明に係るィンクジヱット式記録へッドは、 圧 力発生室を挟むように 2つのリザーバが形成され、 圧力発生室が少なく とも一方のリザ一バにインク供給口を介して連通し、 また隣接するノズ ル連通孔が圧力発生室の長手方向の中心点を挟むようにほぼ対象な位置 で、 かつ圧力発生室の長手方向にずれるように千鳥状に配置したので、 貫通孔となるノズル連通孔と隣接する圧力発生室とを隔てる隔壁の高さ が、 圧力発生室の隔壁と同程度となり、 クロス トークを防止するに十分 な剛性を維持することができる。
また、 ノズル開口を圧力発生室の長手方向に分散して配置できるため、 ノズル開口の位置の自由度が高く、 またノズルプレートの加工時の歪み を分散させることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 板材に圧力発生室、 リザーバ、 インク供給口、 及び貫通孔からなる ノズル連通孔を形成した流路形成基板と、 前記ノズル連通孔を介して前 記圧力発生室に連通するノズルを備えたノズルプレートと、 前記流路形 成基板の圧力発生室側を封止する蓋部材と、 前記圧力発生室を加圧する 圧力発生手段とを備えたィンクジェッ ト式記録へッドにおいて、
前記圧力発生室を挟むように 2つのリザーバが形成され、 前記圧力発 生室が少なくとも一方のリザーバにィンク供給口を介して連通し、 また 隣接する前記ノズル連通孔が前記圧力発生室の長手方向の中心点を挟む ようにほぼ対象な位置で、 かつ前記圧力発生室の長手方向にずれるよう に千鳥状に配置されているインクジエツ ト式記録へッ ド。
2 . 前記ィンク供給口が前記圧力発生室が形成されている面側に形成さ れている請求の範囲第 1項記載のィンクジェッ ト式記録へッ ド。
3 . 前記インク供給口が前記蓋部材側と前記ノズルプレート側とに形成 されている請求の範囲第 1項記載のインクジヱット式記録へッ ド。
4 . 前記ィンク供給口が前記圧力発生室の両端に形成されている請求の 範囲第 1項記載のインクジエツ ト式記録へッ ド。
5 . 前記ノズル連通孔の幅が、 前記圧力発生室の幅よりも狭くなるよう に形成されている請求の範囲第 1項記載のインクジェッ ト式記録へッ ド。
6 . 前記ノズル連通孔が、 微小径の孔によりエッチングを誘導して形成 されている請求の範囲第 1項記載のインクジヱット式記録へッド。
7 . 前記圧力発生手段が圧電振動子により構成され、 前記圧力発生室の 並び方向に延び、 かつ前記圧力発生室のほぼ中央を通る線上に配置され ている請求の範囲第 1項記載のインクジヱッ ト式記録へッ ド。
8 . 隣接する前記圧力発生室の幅がそれぞれ異なる請求の範囲第 1項に 記載のィンクジエツト式記録へッ ド。
9 . 前記ノズルプレート側にも第 2のインク供給口を有し、 第 2のイン ク供給口と前記ノズル連通孔に連通する流路を備えた請求の範囲第 1項 に記載のィンクジエツ ト式記録へッド。
1 0 . 前記流路に対向する位置に前記ノズル開口が形成されている請求 の範囲第 9項に記載のインクジェット式記録へッド。
1 1 . 前記ノズル開口がほぼ一直線となるように配置されている請求の 範囲第 9項に記載のィンクジヱッ ト式記録へッ ド。
1 2 . 前記流路形成基板がシリコン単結晶基板を異方性エッチングする ことにより構成されている請求の範囲第 1項に記載のインクジヱッ ト式 記録へッ ド。
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