WO1998042514A1 - Tete a jet d'encre, son procede de production et enregistreur a stylet - Google Patents

Tete a jet d'encre, son procede de production et enregistreur a stylet Download PDF

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Description

明 細 インクジヱッ トへッ ド及びその製造方法並びにィンクジヱッ ト記録装置

技 術 分 野 本発明は、 記録を必要とする時にのみインク液滴を吐出し、 記録紙面に付着 させるインクジヱッ トへッ ド記録装置の主要部であるインクジエツ トへッ ド及 びその製造方法並びにィンクジエツ ト記録装置に関する。 背 景 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、 ィンクの自由が高く安価な普通紙を使用できることなど多く の利点がある。 その中でも記録が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、 記録に不要なィ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いる。

このィンク ·オン -デマンド方式を採用したィンクジエツ ト記録装置には、 ィンクを吐出させる駆動方式として、 静電気力を利用した方式のィンクジエツ トヘッ ド (例えば特開平 6 - 7 1 8 8 2号公報) があり、 この方式は小型高密 度 ·高印字品質及び長寿命であるという利点がある。 この静電気力を利用した 方式のイインクジエツ トへッ ドは、 特開平 6 - 7 1 8 8 2号公報に開示されて いるように、 マイクロマシニング技術により加工された S i基板と、 電極付き ガラスとを接合することによって作製されるものであり、 1枚の基板に複数の インクジエツ トへッ ドのチップが一括して形成され、 ダイシングによって各チ ップに切り放されることによって得られる。

しかしながら、 インクジェッ ト記録装置のカラ一化、 及び高速印字化に伴つ て、 インクジェッ トヘッ ドの多ノズル化が必要になっている。 この多ノズル化 を、 従来の 1ノズル列のへッ ドチップを平面に並列に配置して複数のノズル列 を形成して実現した場合には、 全体としてのへッ ドチップのサイズが大きくな つてしまう。 すなわち、 複数のノズル列を有するィンクジエツ トへッ ドを 1枚 の基板に一括して形成した場合には、 へッ ドチップサイズの大型化により、—1 枚の基板からのへッ ドチップの取り出し個数が減少し、 インクジェッ トへヅ ド のコス トアップになってしまう。 発 明 の 開 示 本発明の目的は、 サイズの大型化ゃコス トアップを避けて多ノズル化を実現 したインクジエツ トへッ ドを提供することにある。

本発明の他の目的は、 上記に加えて、 多ノズル化を実現する際のインクジェ ッ トへッ ドチップの高精度なァライメントを実現したインクジエツ トへッ ドを 提供することにある。

本発明の更に他の目的は、 上記のインクジエツ トヘッ ドの製造方法及びその インクジェッ トへッ ドを搭載したィンクジエツ ト記録装置を提供することにあ る。

本発明に係るィンクジェヅ トへッ ドは、 ィンク液滴を吐出する複数のノズル 孔と、 このノズル孔の各々に連結する吐出室と、 この吐出室の少なくとも 1つ の壁を構成する振動板と、 この振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備えた インクジェッ トへッ ドチップを、 所定の間隔をもって複数個積み重ねた積層体 から構成される。 そして、 駆動手段は振動板を静電気力により変形させるため の電極からなり、 振動板が形成される基板は S i基板であり、 そして、 駆動方 法が静電方式のものに適用される。

本発明においては、 このようにィンクジエツ ト へ ヅ ドチップを積層化するこ とによりインクジエツ トへッ ドを構成しており、 インクジェッ トヘッ ドの多ノ ズル化が可能となり、 カラー化、 高速印字への対応が可能となっている。 また、 小型のィンクジエツ トへッ ドチップの積層で済むため、 1枚の基板からのィン クジエツ トへッ ドチップの取り個数が多くなり、 正常なインクジエツ トへッ ド チップを選別して組み立てれば良いため、 歩留まりが向上する。 また、 ノズル 孔が並ぶノズル面の面積も小さくなるため、 印刷時のィンクジエツ トへッ ドの 移動量を少なくすることができ、 プリン夕内部のスペース効率を向上させるこ ともできる。 更に、 インクジェッ トヘッ ドチヅプを所定の間隔をもつて積み重 ねいることから、 インクジェッ トヘッ ドチップの外形寸法、 接着剤の厚みのバ ラツキの影響を避けることができる。

また、 本発明に係るインクジエツ トへッ ドは、 インクジエツ トへヅ ドチップ のノズル孔側の端面又その両側面に、 積層の際のガイ ドとなる複数の溝が設け られており、 この溝をガイ ドとしてインクジェッ トヘッ ドチップのァライメン トが行われる。 このため、 インクジェッ トヘッ ドチップのァライメントを容易 に且つ高精度に行うことができる。

また、 本発明に係るインクジェッ トヘッ ドは、 インク液滴が流れる複数の開 孔部と、 開孔部の各々に連結する吐出室と、 吐出室の少なくとも一方の壁を構 成する振動板と、 振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備えたィンクジエツ トヘッ ドチップを、 所定の間隔をもって、 複数個積み重ねた積層体を備え、 更 に、 その積層体に、 前記の開孔部からのインク液滴を吐出する複数のノズル孔 を有するノズルプレートを接合したものである。 そして、 駆動手段は振動板を 静電気力により変形させるための電極からなり、 振動板が形成される基板は S i基板であり、 そして、 駆動方法が静電方式のものに適用される。

本発明においては、 ノズルプレートを採用したことにより、 上記の効果に加 えて、 ノズル孔の位置精度が向上するという効果がえられてる。

更に、 本発明に係るノズルプレートを採用したィンクジエツ トへッ ドにおい ては、 インクジェッ トへッ ドチップの開孔部側の端面にガイ ド用の複数の溝が 設けられており、 ノズルプレートにはその溝に挿入される突起部を設けている, このノズルプレートがァライメント治具の役割を果たしており、 インクジエツ トへッ ドチップのァライメン トもより簡便になものとなっている。 また、 本発明に係るインクジェッ トヘッ ドの製造方法は、 インクジェッ トへ ッ ドチップがそのノズル孔側の端面又その両側面に、 積層の際のガイ ドとなる 複数の溝を設けるものである場合には、 その複数の溝を異方性エッチングによ り生成する。 そして、 その溝にァライメン ト治具のァライメント部材を揷入す ることによりインクジエツ トヘッ ドチップのァライメントを行う。 このたぬ、 インクジエツ トへッ ドチップのァライメン 卜が容易になっている。

更に、 本発明に係るインクジェッ トヘッ ドの製造方法は、 インクジェッ トへ ッ ドチップがその開孔部側の端面にガイ ド用の複数の溝を設け、 ノズルプレー トにその溝に挿入される突起部を設けるものである場合には、 その溝及び突起 部をそれぞれ異方性エッチングにより生成する。 そして、 その複数の溝に突起 部をそれそれ挿入することによりインクジエツ トへヅ ドチップのァライメン 卜 を行う。 上記のノズルプレートがァライメント治具の役割を果たしており、 ィ ンクジェヅ トへッ ドチップのァライメン トがより簡便になものとなっている。 また、 本発明に係るインクジェッ ト記録装置は、 上記のインクジェッ トへッ ドが搭載されており、 カラー化、 高速印字への対応が可能な記録装置が実現さ れている。

図面の簡単な説明 図 1は本発明の実施形態 1に係るイ ンクジェッ トへッ ドの積層体の内、 単層 部分を抽出し、 一部断面した分解斜視図である。

図 2は図 1の単層部分を組立てた状態における断面側面図である。

図 3は図 2の A— A ' 線矢視図である。

図 4は本発明の実施形態 1に係るインクジヱッ トへッ ドの積層体の斜視図で ある。

図 5は本発明の実施形態 2に係るインクジヱッ トへッ ドの積層体の斜視図で ある。 図 6はァライメント時の図 5の B— B, 線部の断面図である。

図 7は図 6のノズル面部を示す側面図である。

図 8は上記の実施形態 2に適用されるァライメント装置の分解斜視図である c 図 9は本発明の実施形態 3に係るインクジエツ トへッ ドの積層体の斜視図で ある。

図 1 0はァライメント時の図 9の D— D ' 線部の断面図である。

図 1 1は上記の実施形態 3に適用されるァライメント装置の分解斜視図であ る。

図 1 2は上記の実施形態 2, 3におけるインクジェッ トヘッ ドの第 1の基板 の製造工程を構成するエッチングの工程図である。

図 1 3は上記の実施形態 2におけるィンクジエツ トへッ ドのガイ ド溝をノズ ル面に形成した場合の第 1の基板の上面図である。

図 1 4は上記の実施形態 3におけるインクジエツ トへッ ドのガイ ド溝を側面 に形成した場合の第 1の基板の上面図である

図 1 5は本発明の実施形態 5に係るィンクジェッ トへッ ドの積層体の分解斜 視図である。

図 1 6は図 1 5の E— E, 線部の断面図である。

図 1 7は上記の実施形態 5に係るインクジエツ トへッ ドのノズルプレートの 製造工程を構成するエッチングの工程図である。

図 1 8は本発明の実施形態 6に係るィンクジヱッ トへッ ドの積層体の分解斜 視図である。

図 1 9は図 1 8の F— F ' 線部の断面図である。

図 2 0は上記の実施形態 6に係るインクジエツ トへッ ドのノズルプレートの 製造工程を構成するエッチングの工程図である。

図 2 1は図 4、 図 5、 図 9、 図 1 5又は図 1 8のインクジエツ トへッ ドの周 辺の機構を示した説明図である。

図 2 2は図 2 1の機構を内蔵したィンクジエツ ト記録装置の外観図である。 発明を実施するための最良の形態 実施形態 1 .

本実施形態 1に係るィンクジヱッ トへッ ドの積層体の内、 単層部分 (以下、 インクジェッ トヘッ ドチップという) は、 図 1及び図 2に示されるような構成 からなつている。 このインクジェッ トヘッ ドチヅプは、 インク液をへッ ド端部 に設けられたノズル孔から吐出させるエツジイジェク トタイプである。

本実施形態 1のインクジエツ トへッ ドチップは、 図 1及び図 2に示されるよ うに、 3枚の基板 1, 2, 3を重ねて接合した積層構造となっている。 中間の 第 1の基板 1は、 S i基板から構成されており、 底壁を振動板 5とする吐出室 6を構成することになる凹部 7と、 凹部 7の後部に設けられたオリフィス 8を 構成することになるィンク流入口のための細溝 9と、 各々の吐出室 6にインク を供給するための共通のィンクキヤビティ 1 0を構成することになる凹部 1 1 とを有する。 そして、 吐出室 6のインク流入口のための細溝 9に対向する側に ノズル孔 1 2 となる細溝 1 3を有する。 第 1の基板 1の全面には、 熱酸化によ り 0 . 1 ミクロンの酸化膜が形成されており、 これを絶縁膜としている。 この 絶縁膜は、 インクジェッ ト駆動時の絶縁破壊、 ショートを防止するためのもの である。

第 1の基板 1の下面に接合される第 2の基板 2は、 ホウケィ酸ガラスを使用 し、 この第 2の基板 2に電極 1 5を装着するための凹部 1 4を 0 . 3ミクロン エッチングすることにより、 図 2に示されるように、 振動板 5とこれに対向し て配置させる電極 1 5との対向間隔、 すなわちギャップ Gを形成している。 こ の凹部 1 4は、 その内部に、 図 3に示される電極 1 5、 リード部 1 6及び端子 1 7を装着することができるように電極部形状に類似したやや大きめの形状に パターン形成されている。 電極 1 5は凹部 1 4内に I T Oを 0 . 1 ミクロンス パッ夕して、 I T〇パターンを形成することで作製する。 したがって、 本実施 形態 1における第 1の基板 1 と第 2の基板 2とを陽極接合した後のギヤップ G は、 0 . 2 ミクロンとなっている。

また、 第 1の基板の上面に接合される第 3の基板 3には、 S i基板あるいは ホウケィ酸ガラスを使用する。

次に、 上記のように構成されたィンクジエツ トへッ ドチップの動作を説明す る。 図 2に示されるように、 電極 1 5に発信回路 2 3により 0 Vから 3 5 Vの パルス電圧を印加し、 電極 1 5の表面がプラスに帯電すると、 電極 1 5に対応 する振動板 5の下面はマイナス電位に帯電する。 したがって、 振動板 5は静電 気の吸引作用により下方へたわむ。 次に、 電極 1 5へのパルス電圧を 0 F Fに すると、 振動板 5は復元する。 そのため、 吐出室 6内の圧力が急激に上昇し、 ノズル孔 1 2よりィンク液滴 2 1を記録紙 2 2に向けて吐出する。 次に、 振動 板 5が再び下方へたわむことにより、 インクがインクキヤビティ 1 0よりオリ フィス 8を通じて吐出室 6内に補給される。 なお、 基板 1と発信回路 2 3との 接続は、 ドライエッチングにより基板 1の一部に開けた酸化膜の窓 (図示せず) において行う。 また、 インクジェッ トヘッ ドへのインクの供給は、 インクキヤ ビティ 1 0の端部のィンク供給口 1 8により行う。

本実施形態 1に係るィンクジエツ トへッ ドは、 図 4の斜視図に示されるよう に、 図 1〜図 3のインクジエツ トへッ ドチップ 4 1を 4チップ積層した積層体 から構成されている。

各インクジエツ トへッ ドチップ 4 1を単に重ね合わせた場合には、 ガラスの 厚みばらつきは数十ミクロンに達しノズル列間のばらつきになる。 さらに、 接 合に接着剤を使用した場合、 接着層の厚みのコン トロールは難しくノズル列間 隔のばらつきはいつそう大きくなる。 したがって、 各インクジェッ トヘッ ドチ ップ 4 1は、 図 4に示されるように、 積層する際にはそれそれ間隔 Cを開けた 状態で行う。 まず、 各インクジェッ トヘッ ドチップ 4 1を X Y Zの 3方向に微 動可能なァライメント治具にセヅ 卜し、 ノズル面 4 2をァライメント用に用意 したガラス面に密着させた状態でガラス越しにノズル孔 1 2の位置を観察しな がらァライメントした後、 インクジエツ トへヅ ドチップ 4 1間に接着剤を流し 込み固定する。 あるいは、 U V硬化接着剤、 熱硬化接着剤をあらかじめ塗布し 状態でィンクジエツ トへッ ドチップ 4 1を重ね合わせ、 ァライメン 卜が終了し た時点で、 U V照射、 加熱等を行い接着剤を硬化させる。 以上の方法によりィ ンクジエツ トへッ ドチヅプ 4 1を積層した積層体からなるインクジェッ トへッ ドの作製が可能であり、 複数ノズル列の多ノズルィンクジエツ トへッ ドを実現 することができる。 実施形態 2 .

本実施形態 2に係るインクジヱヅ トヘッ ドは、 図 5に示されるように、 イン クジエツ トへッ ドチップ 4 1のノズル面 4 2にァライメン ト時のガイ ドとなる 溝 5 1を設けたものである。 この図 5のインクジェッ トヘッ ドは、 図 6及び図 7に示されるように、 ァライメント治具 6 1のピン 6 2により位置決めされな がら組立てられる。

ァライメント治具 6 1は図 8のァライメント装置に組み込まれており、 その ァライメントケース 2 0 1は、 上部が開放しており、 側部には窓 2 0 2 , 2 0 3が設けられており、 その側部の内壁にはィンクジェヅ トへヅ ドチップ 4 1の 間隔を規定するための凸条の仕切部 2 0 4が設けられている。 窓 2 0 2, 2 0 3には固定板 2 0 5 , 2 0 6が嵌め込まれるが、 一方の固定板 2 0 5の内壁に は多孔性ゴムパッ ド (硬) 2 0 6が設けられており、 他方の固定板 2 0 7の内 壁には多孔性ゴムパッ ド (軟) 2 0 8が設けられている。 また、 ァライメント ケース 2 0 1の底部には、 ピン 6 2が上向きになるようにァライメント治具 6 1が配置されている。

インクジエツ トへッ ドチップ 4 1を、 図 5に示されるように位置決めする際 には、 図 8のァライメントケース 2 0 1の仕切部 2 0 4の間にインクジェッ ト へッ ドチップ 4 1を差し込む。 そして、 図 6に示されるように、 インクジエツ トへヅ ドチップ 4 1のガイ ド溝 5 1をァライメント治具 6 1のピン 6 2に合わ せる。 そして、 固定板 2 0 5を窓 2 0 2に嵌め込むとともに多孔性ゴムパヅ ド (硬) 2 0 6を図 8の a方向に押し付ける。 また、 固定板 2 0 7を窓 2 0 3に 嵌め込むとともに多孔性ゴムパッ ド (軟) 2 0 8を図 8の b方向に押し付ける, このようにしてインクジエツ トへッ ドチップ 4 1を固定すると、 多孔性ゴムパ ッ ド (硬) 2 0 6は多孔性ゴムパッ ド (軟) 2 0 8に比べて硬いので、 図 8の c方向にずれて、 インクジェッ トヘッ ドチップ 4 1は図 5及び図 7の位置にァ ライメントされる。 この後、 インクジエツ トへッ ドチップ 4 1の間に接着剤を 流し込んで硬化させることで、 インクジヱッ トへッ ドチップ 4 1を積層した積 層体からなるインクジエツ トへッ ドを作製することができる。 実施形態 3 .

本実施形態 3に係るインクジェッ トヘッ ドは、 図 9に示されるように、 イン クジエツ トへッ ドチップ 4 1の側面 4 3にァライメント時のガイ ドとなるガイ ド溝 8 1を設けたものである。 この図 9のインクジエツ トへヅ ドは、 図 1 0に 示されるァライメント治具 9 1のァライメント板 9 2により位置決めされなが ら組立てられる。

ァライメン ト治具 9 1は図 1 1のァライメン ト装置に組み込まれており、 そ のァライメントケース 2 0 1は、 その上部が開放しており、 側部には窓 2 0 2 2 0 3が設けられており、 その側部の内壁にはインクジエツ トへッ ドチップ 4 1の間隔を規定するための凸条の仕切部 2 0 4が設けられている。 窓 2 0 2, 2 0 3にはァライメント治具 9 1が嵌め込まれるが、 この治具 9 1の内壁には ァライメント板 9 2が設けられている。 そして、 ァライメン トケース 2 0 1の 底部にはノズル面 4 2を揃えるための平滑な板 2 1 1が配置されている。

ィンクジエツ トへッ ドチップ 4 1を図 9に示されるように位置決めする際に は、 図 1 1のァライメントケース 2 0 1の仕切部 2 0 4の間にインクジェッ ト へッ ドチップ 4 1を差し込んでァライメントケース 2 0 1の底部の平滑な板 2 1 1に押さえ付けることによりノズル面 4 2の位置合わせを行い、 次に、 図 1 0に示されるように、 インクジエツ トへッ ドチップ 4 1の側面のガイ ド溝 8 1 に、 ァライメント治具 9 1のァライメント板 9 2を両側から差し込み、 そして. ァライメント治具 9 1を水平方向に移動させて、 ガイ ド溝 8 1における基板 1 とガラス基板 3との接合面にァライメント板 9 2の上面を合わせることにより. ノズル列間の間隔を揃える。 この後、 インクジェッ トヘッ ドチップ 4 1の間に 接着剤を流し込んで硬化させることで、 インクジエツ トへッ ドチップ 4 1を積 層した積層体からなるインクジヱッ トへッ ドを作製することができる。 実施形態 4. .: 次に、 上述の実施形態 2, 3における、 ガイ ド溝 5 1, 8 1を含む第 1の基 板 1の作製方法を図 1 2〜図 1 4に基づいて説明する。 なお、 これらの図にお いて、 点線はダイシング時の切断部分を示すものである。

①面方位 ( 1 1 0 ) の S i基板 1 0 0全面に酸化温度 1 1 00°C、 酸化時間 4 時間の条件で酸化膜 10 1を 1. 2ミクロンの厚みで形成する (図 12 (a) ) 。

②フォ ト リソグラフィ工程によりオリフィス 8 (図 1 3, 図 1 4) となる部分 1 02及びノズル孔 1 2 (図 1 3 , 図 14) となる部分 1 03の酸化膜 1 0 1 を 0. 2ミクロンの厚みにエッチングする (図 1 2 ( b ) )

③次に、 フォトリソグラフィ工程により吐出室 6 (図 1 3 , 図 14) となる部 分 1 04、 及びィンクキヤビティ 1 0 (図 1 3 , 図 14 )となる部分 1 0 5を ふつ酸水溶液で除去する (図 1 2 ( c ) ) 。 このとき同時に、 ノズル面 42に ガイ ド溝 5 1 (図 5 ) を設ける場合は、 ガイ ド溝 5 1 (図 5 ) になる部分 1 1 1 (図 1 3) の酸化膜 1 0 1をふつ酸水溶液で除去する。 また、 側面 43にガ ィ ド溝 8 1 (図 9 ) を設ける場合はガイ ド溝 8 1 (図 9 ) となる部分 1 2 1

(図 14 ) の酸化膜 1 0 1をふつ酸水溶液で除去する。

④酸化膜 1 0 1のパ夕一ニングが終了したら、 吐出室 6 (図 1 3 , 図 14) と なる部分 1 04、 インクキヤビティ 1 0 (図 1 3 , 図 14) となる部分 1 05 、 ガイ ト溝 5 1 (図 5 ) 、 8 1 (図 9 ) となる部分 1 1 1 (図 1 3 ) , 1 2 1

(図 1 4) の S i基板 1 00を水酸化力リゥム水溶液で基板厚みから振動板厚 み、 細溝の深さを除いた寸法だけエッチングする (図 1 2 (d) ) 。

⑤次に、 ふつ酸水溶液に S i基板 1 0 0を浸潰し、 エッチング時間を調節して. オリフィス 8 (図 1 3, 図 14) となる部分 1 02、 ノズル孔 1 2 (図 1 3 , 図 1 4 ) となる部分 1 03の酸化膜のみを除去する (図 1 2 ( e ) 。 ⑥そして、 再び吐出室 6 (図 1 3 , 図 14) となる部分 1 04、 インクキヤビ ティ 1 0 (図 1 3, 図 14) となる部分 1 05、 ガイ ト溝 5 1 (図 5 ) 、 8 1

(図 9 ) となる部分 1 1 1 (図 1 3 ) , 1 2 1 (図 14) 、 オリフ ィ ス 8 (図 1 3 , 図 14) となる部分 1 0 2、 ノズル孔 1 2 (図 1 3 , 図 14) となる部 分 1 03の S i基板 1 00を水酸化力リゥム水溶液でエッチングする (図 1 2 ) ) 。

⑦最後に、 S i基板 1 00表面に残る酸化膜 1 0 1をふつ酸水溶液で完全に除 去する (図 1 2 (h) ) 。 このときのガイ ド溝 5 1に対応する箇所の断面形状 は図 1 2 (h, ) に示されるとおりである。 なお、 図 1 2 ( d ) 〜 (h) はノ ズル孔に対応した箇所の断面形状を示したものであり、 ガイ ド溝 5 1 , 8 1に 対応する箇所の断面形状は図示されていない。

前記のように、 ガイ ド溝 5 1 (図 5 ) 、 8 1 (図 9 ) もフォ トリソグラフィ 工程によりパ夕一ニングされ、 ノズル孔 1 2 (図 5、 図 9 ) に対するガイ ド溝 5 1 (図 5 ) 、 8 1 (図 9 ) の位置精度は高く、 水酸化カリウム水溶液での異 方性エッチングにより形成されるため、 ガイ ド溝 5 1 (図 5 ) , 8 1 (図 9 ) の形状精度も高い。

したがって、 ノズル孔 1 2 (図 5、 図 9 ) とガイ ド溝 5 1 (図 5 ) , 8 1 (図 9 ) の位置ずれは数ミクロンに抑えられるため、 ガイ ド溝 5 1 (図 5) , 8 1 (図 9 ) を使用したインクジェッ トヘッ ドチヅプのァライメントが可能と なる。 また、 ァライメントにおいてガイ ド溝 5 1 (図 5) 、 8 1 (図 8 ) を基 準としたことにより、 ダイシング精度によるインクジエツ トへッ ドチップ 4 1 (図 4 ) の外形寸法の変化の影響を回避できる。 なお、 エッチングを異方性の ドライエッチングで行つた場合も水酸化カリウム水溶液で異方性ェツチングし た場合と同様である。 実施形態 5.

本実施形態 5に係るインクジェッ トヘッ ドは、 図 4、 図 5又は図 9のインク ジエツ トへッ ドの積層体にノズルプレートが接合されたものである。 図 1 5に示されるように、 インクジエツ トへッ ドの積層体 1 3 1は 4つのィ ンクジエツ ト へ ヅ ドチップ 4 1が積層された積層体 (図 4 , 図 5, 図 9 ) から 構成されており、 そのノズル面 4 2側に、 S i基板に多数のノズル孔 1 3 2を 形成したノズルプレート 1 3 3が接合される。 ノズルプレート 1 3 3の接合面 1 3 4側のノズル孔 1 3 2の開口部 1 3 5は、 図 1 6示されるように、 その開 口面積をインクジエツ トへッ ド積層体 1 3 1のノズル孔 1 2の開口部 1 3 6の 開口面積に対して小さく してあるため、 ノズル孔 1 3 2の開口部 1 3 5が、 ィ ンクジエツ ト へヅ ド積層体 1 3 1のノズル孔 1 2の開口部 1 3 6内に収まれば 良く、 インクジェッ トヘッ ドの積層体 1 3 1の高度なァライメントを行う必要 は無い。 また、 ノズルプレート 1 3 3上のノズル孔 1 3 2はフォト リソグラフ イエ程により一括形成されるため、 ノズル孔 1 3 2の位置精度は極めて高く数 ミクロン以内である。

一方、 インクジェッ トへッ ドの吐出特性はノズル孔の長さによる流路抵抗の 変化の影響を受けるため、 前述の積層しただけのインクジエツ トへッ ドでは、 ダイシング後のノズル面 4 2の研磨などによりノズル孔 1 2の長さを調整する 必要があった。 しかし、 本実施形態 5のインクジェッ トヘッ ドでは、 ノズルプ レート 1 3 3のノズル孔 1 3 2の長さがィンクの吐出特性に大きく影響するた め、 ノズル孔 1 2の開口面積を大きく し、 長さの影響を小さくすることによつ てインクノズル孔 1 2の長さの調整を不要にしている。 次に、 本実施形態 5のノズルプレート 1 3 3の作製方法を図 1 7の工程図に に基づいて説明する。

①厚み 1 8 0 ミクロンの S i基板 1 5 1全面に酸化温度 1 1 0 0 °C、 酸化時間 4時間の条件で酸化膜 1 5 2を 1 . 2 ミクロンの厚みで形成する (図 1 7

( a ) ) 。

②フォ ト リソグラフイエ程によりィンク吐出面側のノズル孔となる部分 1 5 3 . 及び接合面側のノズル孔となる部分 1 5 4の酸化膜をふつ酸水溶液で除去する

(図 1 7 ( b ) ) 。 ③ィンク吐出面側のノズル孔となる部分 1 5 3から ドライエッチングにより 3 5 ミクロンの深さで S i基板 1 5 1をエッチングし (図 1 7 ( c ) ) 、 さらに ィンク吐出面の反対の接合面側のノズル孔となる部分 1 5 4から 1 5 0 ミクロ ンの深さにドライエッチングにより S i基板 1 5 1をエッチングする (図 1 7

( d ) ) 。 この時、 ノズル孔 1 3 2の長さは 3 0 ミクロンとなる。

④全ての S i基板 1 5 1のエッチングが終ったら、 S i基板 1 5 1表面に残る 酸化膜 1 5 2をふつ酸水溶液で除去する (図 1 7 ( e ) ) 。

以上の工程により、 ノズル孔の位置精度が高く、 ノズル孔の長さの安定した ノズルプレート 1 3 3を作製することができる。 実施形態 6 .

本実施形態 6にインクジェッ トヘッ ドは、 上記のノズルプレート 1 3 3にガ ィ ド突起を形成するとともに、 ィンクジエツ トへッ ドチップ 4 1にそのガイ ド 突起に対応したガイ ド溝を設けたものである。

図 1 8に示されるように、 ノズルプレート 1 3 3はそのインクジエツ トへヅ ドチヅプ接合面 1 3 4にインクジェヅ トへッ ドチヅプ 4 1のァライメント用の ガイ ド突起 1 4 1が形成されている。 このガイ ド突起 1 4 1を、 図 1 9に示さ れるように、 インクジェッ トヘッ ドチップ 4 1のノズル面 4 2に形成されてい るガイ ド溝 5 1に差し込む形でィンクジエツ トへッ ドチップ 4 1をァライメン 卜する。 そして、 ノズルプレート 1 3 3及び各ィンクジエツ トへッ ドチップ 4 1を接着剤で接合する。 このように、 ノズルプレート 1 3 3にァライメント治 具の機能を持たせたことにより、 ァライメント治具の作製を簡略化でき、 イン クジエツ トへッ ドの積層体 1 3 1の作製が容易になる。 次に、 本実施形態 6のノズルプレート 1 3 3の作製例を図 2 0の工程図に従 つて説明する。

①厚みが 2 8 0 ミクロンの S i基板 1 8 1の全面に、 熱酸化により酸化温度 1 1 0 0 °C、 酸化時間 4時間で、 厚み 1 . 2 ミクロンの酸化膜 1 8 2を形成する (図 2 0 ( a ) ) 。

②インクジエツ トへッ ドチップ 4 1 との接合面 1 3 4となる部分 1 8 3の酸化 膜をフォ ト リソグラフイエ程と、 ふつ酸水溶液によるエツチング工程とにより ハーフエッチングする (図 2 0 ( b ) ) 。 なお、 基板左右に残された島状の部 分 1 8 4がガイ ド突起 1 4 1 となる部分である。

③次に、 上記の実施形態 5のノズルプレートの場合と同様に、 フォ ト リソグラ フイエ程により吐出面側のノズル孔となる部分 1 8 5、 接合面側のノズル孔と なる部分 1 8 6の酸化膜 1 8 2をふつ酸水溶液で除去する (図 2 0 ( c ) ) 。 インク吐出面側のノズル孔となる部分 1 8 5から ドライエッチングにより 3 5 ミクロンの深さで S i基板 1 8 1をエッチングし (図 2 0 ( d ) 、 接合面側の ノズル孔となる部分 1 8 6から 5 0 ミクロンの深さにドライエッチングにより S i基板 1 8 1をエッチングする (図 2 0 ( e ) ) 。

④次に、 接合面 1 3 4となる部分 1 8 3の酸化膜のみをふつ酸水溶液によりェ ツチング時間を調整し除去する。 接合面側から ドライエッチングにより接合面 1 3 4となる部分 1 8 3及び接合面側のノズル孔となる部分 1 8 6を 2 0 0ミ クロンの深さで S i基板 1 8 1をエッチングする (図 2 0 ( f ) ) 。 この時、 ノズル孔 1 3 2の長さは 3 0 ミクロンとなる。

⑤全ての S i基板 1 8 1のエッチングが終ったら、 S i基板 1 8 1表面に残る 酸化膜 1 8 2をふつ酸水溶液で除去する (図 2 0 ( g ) ) 。

以上のようにガイ ド突起 1 4 1も、 フォ ト リソグラフィー工程とエッチング 工程とにより形成されるため、 ガイ ド突起 1 4 1をノズル孔 1 3 2に対して精 度良く作製できる。 実施形態 7 .

ところで、 図 4、 図 5、 図 9、 図 1 5又は図 1 8のインクジエツ トへッ ド 3 0 0は、 図 2 1に示されるようにキヤリ ッジ 3 0 1に取り付けられ、 そして、 このキャリッジ 3 0 1はガイ ドレ一ル 3 0 2に移動自在に取り付けられており, ローラー 3 0 3により送り出される用紙 3 0 4の幅方向にその位置が制御され る。 この図 2 1の機構は図 2 2に示されるインクジエツ ト記録装置 3 1 0に装 備される。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . インク液滴を吐出する複数のノズル孔と、 該ノズル孔の各々に連結する吐 出室と、 該吐出室の少なく とも一方の壁を構成する振動板と、 該振動板に変形 を生じさせる駆動手段とを備えたィンクジエツ トへッ ドチップを、 所定の間隔 をもって、 複数個積み重ねた積層体からなることを特徴とするィンクジエツ ト へヅ ド。
2 . 前記駆動手段は前記振動板を静電気力により変形させるための電極からな り、 前記振動板が形成される基板は S i基板であることを特徴とする請求項 1 記載のィンクジエツ トへッ ド。
3 . 前記インクジェッ トヘッ ドチップのノズル孔側の端面又その両側面に、 前 記の積層の際のガイ ドとなる複数の溝が形成されていることを特徴とする請求 項 1又は 2記載のィンクジエツ トへヅ ド。
4 . インク液滴が流れる複数の開孔部と、 該開孔部の各々に連結する吐出室と、 該吐出室の少なく とも一方の壁を構成する振動板と、 該振動板に変形を生じさ せる駆動手段とを備えたィンクジエツ トへッ ドチップを、 所定の間隔をもって、 複数個積み重ねた積層体を備え、 更に、 該積層体に、 前記開孔部からのインク 液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズルプレートを接合したことを特徴 とするインクジエツ トへッ ド。
5 . 前記駆動手段は前記振動板を静電気力により変形させるための電極からな り、 前記振動板が形成される基板は S i基板であることを特徴とする請求項 4 記載のィンクジエツ トへッ ド。
6 . 前記インクジエツ トへッ ドチップの開孔部側の端面に複数の溝が設けられ, 前記溝に挿入される突起部を前記ノズルプレートに設けたことを特徴とする請 求項 4又は 5記載のィンクジヱッ トヘッ ド。
7 . 請求項 3記載のィンクジエツ トへッ ドを製造するためのインクジエツ 卜へ ッ ドの製造方法において、 前記複数の溝を異方性エッチングにより生成し、,前 記複数の溝にァラィメント治具のァライメント部材を揷入することによりイン クジエツ トへヅ ドチップのァライメントを行うことを特徴とするインクジエツ トへッ ドの製造方法。
8 . 請求項 6記載のィンクジエツ トへッ ドを製造するためのィンクジエツ トへ ッ ドの製造方法において、 前記ィンクジエツ トへッ ドチップの複数の溝及び前 記ノズルプレートの突起部をそれぞれ異方性エッチングにより生成し、 前記複 数の溝に前記突起部を挿入することによりィンクジエツ トへッ ドチップのァラ ィメントを行うことを特徴とするィンクジエツ トへッ ドの製造方法。
9 . 請求項 1〜 6記載のいずれかに記載のィンクジエツ トへッ ドを搭載したこ とを特徴とするインクジエツ ト記録装置。
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