(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口からインク滴を吐出する圧力発生室と、外部からインクの供給を受けるリザーバと、前記圧力発生室を加圧する圧力発生手段を備え、少なくとも前記リザーバをシリコン単結晶基板の異方性エッチングにより形成したインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記リザーバには、前記圧力発生室の配列方向と交差する方向で、かつ前記圧力発生室側から前記リザーバ側に連続して延出する隔壁が前記圧力発生室の配列方向に所定の間隔で配置され、
前記隔壁が、前記圧力発生室から前記リザーバに逆流したインクの圧力で弾性変形する壁と、前記壁により挟まれた中空部とにより構成されているインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
一方の面が弾性板により封止された凹部として形成された圧力発生室を一定のピッチで有し、前記弾性板の圧力発生室に対向する位置に圧力発生手段を有し、シリコン単結晶基板の異方性エッチングにより形成されたアクチュエータユニットと、
前記圧力発生室の一端で連通するインク供給口と、前記圧力発生室の他端で連通するノズル連通孔とを有し、金属材料からなるインク供給口形成基板と、
前記圧力発生室の一端で連通するリザーバと、前記圧力発生室の他端で連通するノズル開口とを有し、シリコン単結晶基板の異方性エッチングにより形成された流路形成ユニットと、
を積層、接合して構成されたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記リザーバには、前記圧力発生室の配列方向と交差する方向で、かつ前記圧力発生室側から前記リザーバ側に連続して延出する隔壁が前記圧力発生室の配列方向に所定の間隔で配置され、
前記隔壁が、前記圧力発生室から前記リザーバに逆流したインクの圧力で弾性変形する壁と、前記壁により挟まれた中空部とにより構成されているインクジェット式記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術の分野】
本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室の一部をたわみ振動するアクチュエータにより膨張、収縮させて、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録ヘッドには、圧力発生室を機械的に変形させてインクを加圧する圧電振動型と、圧力発生室の中に発熱素子を設け、発熱素子の熱で発生した気泡の圧力によりインクを加圧するバブルジェット型との２種類のものが存在する。そして圧電振動型の記録ヘッドは、さらに軸方向に変位する圧電振動子を使用した第１の記録ヘッドと、たわみ変位する圧電振動子を使用した第２の記録ヘッドとの２種類に分類される。
【０００３】
第１の記録ヘッドは、高速駆動が可能でかつ高い密度での記録が可能である反面、圧電振動子の加工に切削作業が伴ったり、また圧電振動子を圧力発生室に固定する際に３次元的組立作業を必要として、製造の工程数が多くなるという問題がある。これに対して、第２の記録ヘッドは、圧電振動子が膜状であるため、圧力発生室を構成する弾性膜と一体的に焼成して作り付けることが可能で、製造工程の簡素化を図ることができるという特徴を有するものの、たわみ振動できる程度の面積を必要とするため、圧力発生室の幅が大きくなって配列密度が低下するという問題を抱えている。
【０００４】
このようなたわみ振動を利用した記録ヘッドが抱える問題点を克服するため、例えば特許出願公表平5-504740号公報には、格子面（１１０）のシリコン単結晶基板を異方性エッチングして圧力発生室、インク供給口、リザーバが形成された流路形成ユニットと、圧力発生室に連通するノズル開口が複数形成されたノズルプレートとを備え、流路形成ユニットの他面を酸化シリコンにより弾性変形可能なメンブレムとして構成したインクジェット式記録ヘッドが提案されている。
【０００５】
これによれば、エッチングにより主要な部材を構成することができるため、印刷密度の高い記録ヘッドを高い歩留まりで製造することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらシリコン単結晶基板を、一方の面からエッチングして他方の面を残すようにして隔壁を形成する関係上、リザーバを構成する壁の剛性が大きく、圧力発生室へのインク供給に不足が生じたり、またクロストークを生じるという問題がある。
このような問題を解消するため、リザーバに対向する領域の弾性板を選択的に薄くすることも考えられるが、リザーバは比較的面積が広いため、弾性板の強度が低下して耐久性が低下するなどの新たな問題が生じる。
本発明はこのような問題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露出面の強度を下げることなく、リザーバに十分なコンプライアンスを確保することができるシリコン単結晶基板を主材としたインクジェット式記録ヘッドを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、ノズル開口からインク滴を吐出する圧力発生室と、外部からインクの供給を受けるリザーバと、前記圧力発生室を加圧する圧力発生手段を備え、少なくとも前記リザーバをシリコン単結晶基板の異方性エッチングにより形成したインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記リザーバには、前記圧力発生室の配列方向と交差する方向で、かつ前記圧力発生室側から前記リザーバ側に連続して延出する隔壁が前記圧力発生室の配列方向に所定の間隔で配置され、前記隔壁が、前記圧力発生室から前記リザーバに逆流したインクの圧力で弾性変形する壁と、前記壁により挟まれた中空部とにより構成されている。
【０００８】
【作用】
リザーバの圧力がインク滴吐出により上昇すると、隔壁の壁がたわんで圧力を吸収する。
【０００９】
【発明の実施の態様】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例の基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す組立斜視図であり、また図２は１つの圧力発生室の長手方向における断面構造を示す図であって、記録ヘッドは、圧電振動子等の圧力発生手段により圧力発生室１１のインクを加圧するアクチュエータユニット１と、アクチュエータユニット１にインクを供給するとともに、圧力発生室１１で加圧されたインクをインク滴として吐出させるノズル開口を備えた流路形成ユニット２、これら２つの部材を接合するインク供給口形成基板３とから構成されている。
【００１０】
アクチュエータユニット１は、開口側が拡開し、他面が弾性板１２により封止された凹部として形成された圧力発生室１１を一定のピッチで形成するとともに、弾性板１２の圧力発生室１１に対向する位置に圧力発生手段、この実施例では薄膜法により形成された圧電振動体膜からなる圧電振動子１３を作り付けて構成されている。
【００１１】
流路形成ユニット２は、圧力発生室１１の一端、この実施例では側部側に端面がほぼ一致するように誘導路２１と、これに連通するリザーバ２２とを形成し、また圧力発生室１１の他端側に位置するように各圧力発生室１１と独立に連通するノズル連通孔２３と、ノズル開口２４を形成して構成されている。
【００１２】
誘導路２１の両端２１ａは、圧力発生室１１が位置しない側部まで延長され、またリザーバ２２には圧力発生室１１が位置する領域に位置させて、図３に示したようにインクが流入しない中空部２５ａを備えた２枚の壁２５ｂからなる隔壁２５を所定の間隔で形成されている。
【００１３】
インク供給口形成基板３は、圧力発生室１１の開口の一方の斜面１１ａに対向する位置にインク供給口３１を、また圧力発生室１１の他方の斜面１１ｂに対向する位置にノズル連通孔３２を、さらに圧力発生室１１が位置せず、かつ誘導路２１の端部２１ａに対向する位置には、外部からのインクを供給するインク導入口３３を設けて構成されている。
【００１４】
このインク供給口形成基板３は、インクに対して耐蝕性を有するとともに、シリコン単結晶基板よりも弾性の大きな金属、例えば不錆鋼の板からなり、これをプレス加工や、エッチング加工等により構成されている。
【００１５】
この実施例において、外部駆動回路から圧電振動子１３に信号を印加すると、圧電振動子１３がたわみ変位を起こして圧力発生室１１の容積を縮小させる。
【００１６】
圧力発生室１１の縮小によりで加圧されたインクは、その一部がインク供給口形成基板３のノズル連通孔３２、及び流路形成ユニット２のノズル連通孔２３を経由してノズル開口２４からインク滴として吐出する。
【００１７】
インク滴の吐出が終了して圧電振動子１３が元の状態に戻ると、圧力発生室１１が膨張してインク供給口形成基板３のインク供給口３１を介してリザーバ２２のインクが圧力発生室１１に流れ込み、次のインク滴の吐出に備える。
【００１８】
ところで、圧力発生室１１が収縮して圧力発生室１１のインクが加圧されると、インク滴として吐出された以外のインクがインク供給口３１からリザーバ２２に流れ込み、ここの圧力を上昇させる。
【００１９】
この圧力上昇により、比較的薄く形成された隔壁２５を構成している壁２５ｂ、２５ｂが中空部２５ａ側にたわんで、圧力の上昇分を吸収し、インク滴を吐出しない他の圧力発生室１１に圧力変動が伝搬するのを防止する。
【００２０】
これにより、駆動信号が印加されない圧力発生室１１のノズル開口２４からインク滴が吐出する現象、いわゆるクロストークの発生を防止するとともに、圧力発生室１１にインクを供給するためのコンプライアンスを付与する。
【００２１】
次に上述したアクチュエータユニットの製造方法を図４に基づいて説明する。表面が（１１０）で切り出されたシリコン単結晶基板４０を熱酸化法等により、少なくとも表裏両面に１μｍ程度のＳiＯ2層４１、４２を形成した母材４３を用意する。エッチング面側（図中、下面）に形成されたＳiＯ2層４１は、エッチング保護膜として機能し、また駆動面（図中、上面）のＳiＯ2層４２は、この上に形成される圧電振動子１３の絶縁膜、及び弾性膜１２として機能する（図４（I））。
【００２２】
非エッチング面となるＳiＯ2層４２の表面にスパツタリングにより厚さ０．２〜０．８μｍ程度の白金（Ｐt）の膜を形成して下電極４４を、この表面にＰＺＴ等の圧電体材料をスパッタリング等の造膜法により１．０μｍ厚の圧電体膜４５として形成し、赤外光により所定温度で所定時間、アニール処理を行こなう（図４（II））。
【００２３】
アニール処理後、圧電体膜４５を、圧力発生室１１となる領域に対応させてトリミングして圧力発生室１１ごとに独立して変位できる圧電振動子１３として成形する（図４（III））。
【００２４】
圧力発生室１１の配列方向にあわせてフオトレジスト層を形成して、弗化水素酸と弗化アンモニウムを１：６の割合で混合した緩衝弗酸液を用いてエッチング面のＳiＯ2層４１を除去して圧力発生室１１の開口側に対応した窓４６をパターニングする（図４（IＶ））。
【００２５】
母材４３を８０°Ｃ程度に加熱した１０％の水酸化カリウム溶液に浸漬して、他方のＳiＯ2層４２に到達するまで異方性エッチングを行なうと、圧力発生室１１となる凹部４７が形成され、接合面側のＳiＯ2層４１を必要に応じて除去すると、アクチュエータユニットが完成する。
【００２６】
次に流路形成ユニットの製造方法を図５に基づいて説明する。
表面が（１１０）で切り出されたシリコン単結晶基板５０を熱酸化法等により、少なくとも表裏両面に１μｍ程度のＳiＯ2層５１、５２を形成した母材５３を用意する（図５（I））。
【００２７】
誘導路２１、リザーバ２２、ノズル連通孔２３、及び隔壁２５を形成すべき位置にあわせてフオトレジスト層を形成して、弗化水素酸と弗化アンモニウムを１：６の割合で混合した緩衝弗酸液を用いてエッチング面のＳiＯ2層５１を除去して誘導路２１、リザーバ２２、ノズル連通孔２３、及び隔壁２５の中空部２５ａを形成するため窓５４、５５、５６をパターニングする（図５（II））。
【００２８】
母材５３を８０°Ｃ程度に加熱した１０％の水酸化カリウム溶液に浸漬してリザーバとして最適な深さまで異方性エッチングを実行する。これにより誘導路２１、ノズル連通孔２３となる凹部５７、５８が形成され（図５（III））、またリザーバ２２となる凹部５９が隔壁２５とともに形成される（図５（III'））。
【００２９】
ノズル連通孔２３となる凹部５８の先端に位置合わせして、ノズル開口２４に適した径の通孔６０をドライエッチング等により穿設し、接合面側のＳiＯ2層５２を必要に応じて除去すると、流路形成ユニットが完成する（図５（IV））。
【００３０】
このようにして構成されたアクチュエータユニット１、インク供給口形成基板３、及び流路形成ユニット２とを接着剤層を介して積層し、接着に適した温度、例えば６０乃至２００°Ｃに加熱して、所定の圧力で加圧して接着する。
【００３１】
接着が終了した段階で、常温に戻すと、アクチュエータユニット１、及び流路形成ユニット２を構成しているシリコンと、インク供給口形成基板３を構成している金属との熱膨張率の相違に起因する応力が各接合面に作用することになるが、インク供給口形成基板３が自身の弾性により吸収する。
【００３２】
なお、上述の実施例においては、圧電振動子を製膜法により形成するようにしているが、圧電材料のグリーンシートを貼着し、これを焼成して圧電振動子を構成しても同様の作用を奏することは明らかである。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、外面の壁の剛性に関りなく、インク滴吐出により逆流したインクによるリザーバ内の圧力上昇を、隔壁の壁の変形により確実に吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の記録ヘッドの一実施例を示す組立斜視図である。
【図２】本発明の記録ヘッドの一実施例を、１つの圧力発生室の断面構造で示す図である。
【図３】リザーバに形成されている隔壁を拡大して示す図である。
【図４】図（I）乃至（V）は、それぞれアクチュエータユニットに製造方法を示す図である。
【図５】図（I）乃至（IV）は、それぞれ流路形成ユニットの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
１  アクチュエータユニット
２  流路形成ユニット
３  インク供給口形成基板
１１  圧力発生室
１２  弾性板
１３  圧電振動子
２１  誘導路
２２  リザーバ
２３  ノズル連通孔
２４  ノズル開口
２５  隔壁
２５ａ  中空室
２５ｂ  壁
３１  インク供給口
３２  ノズル連通孔
３３  インク導入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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