JP3173281B2 - Ink jet recording head - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ、
記録紙等の記録媒体上にインク像を形成するインクジェ
ット式記録ヘッドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention
The present invention relates to an ink jet recording head that forms an ink image on a recording medium such as recording paper.

【０００２】[0002]

【従来の技術】印字信号に応じてノズルからインク滴を
記録媒体に飛翔させるオンデマンド型インクジェット式
記録ヘッド（以下記録ヘッド）としては、インク滴吐出
のための圧力発生手段として圧電振動子を用いる方式や
発熱素子を用いる方式が代表的な方式として挙げられ
る。2. Description of the Related Art A piezoelectric vibrator is used as an on-demand type ink jet recording head (hereinafter referred to as a recording head) for ejecting ink droplets from a nozzle to a recording medium in accordance with a print signal as pressure generating means for discharging ink droplets. Typical methods include a method and a method using a heating element.

【０００３】両者の方式を比較すると、圧電振動子を用
いる方式は発熱素子を用いる方式に比べ記録ヘッドの耐
久性、インクの汎用性といった点で優れている反面、発
熱素子を用いる方式の方が高密度化が容易であるといっ
た点で優れている。Comparing the two methods, the method using a piezoelectric vibrator is superior to the method using a heating element in terms of the durability of a recording head and the versatility of ink, but the method using a heating element is better. It is excellent in that it is easy to increase the density.

【０００４】従来の圧力発生室を形成する技術として
は、プラスチック、セラミック、そして、ガラスなどの
材料を用いている。（米国特許第４０５７８０７号明細
書、米国特許第３９７２４７４号明細書）しかし、製造
技術的な問題で高精細に作ることができないため、高密
度化が困難である。これに対し、米国特許第４３１２０
０８号明細書に開示されたシリコンウェハーをエッチン
グして圧力発生室を構成する技術によれば、一体で精度
の良い圧力発生室が得られる。[0004] As a conventional technique for forming a pressure generating chamber, materials such as plastic, ceramic, and glass are used. (U.S. Pat. No. 4,057,807 and U.S. Pat. No. 3,972,474) However, it is difficult to achieve high density because it cannot be manufactured with high definition due to a technical problem of manufacturing. In contrast, U.S. Pat.
According to the technique of forming a pressure generating chamber by etching a silicon wafer disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 08-08, a pressure generating chamber with high accuracy can be obtained integrally.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１３
に示す米国特許第４３１２００８号明細書に開示された
技術を単に１８０ｄｐｉ以上の高密度に配置しても、イ
ンク吐出量、高周波駆動、クロストークといった問題が
あり十分な記録ヘッドを得ることができなかった。However, FIG.
However, even if the technique disclosed in US Pat. No. 4,311,2008 described above is simply arranged at a high density of 180 dpi or more, a sufficient recording head cannot be obtained due to problems such as ink ejection amount, high-frequency driving, and crosstalk. Was.

【０００６】そこで本発明の目的は、高密度配置を精度
良く形成でき、インク吐出量が十分であり、高周波駆動
が実現でき、クロストークのないインクジェット式記録
ヘッドの構成を提供することにある。It is an object of the present invention to provide a structure of an ink jet recording head which can form a high-density arrangement with high accuracy, has a sufficient ink discharge amount, can realize high-frequency driving, and has no crosstalk.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
式記録ヘッドは、インクを吐出するノズルと、該ノズル
と連通する圧力発生室と、該圧力発生室の一壁面を形成
する振動板と、該振動板に形成された島部と当接し圧力
発生室を加圧する圧電振動子とを有するインクジェット
式記録ヘッドにおいて、圧力発生室は、結晶面方位（１
１０）面が表面となる単結晶シリコン基材に設けられ
る、二つの（１１１）面で構成されるＶ字溝とＶ字溝に
連通し少なくとも二つの（１１１）面を壁面とする貫通
口とからなり、振動板の島部を貫通口とＶ字溝に対応す
るよう設けたことを特徴とする。また、係るインクジェ
ット式記録ヘッドにおいて、複数の圧力発生室と連通し
て各圧力発生室へインクを供給するリザーバを更に有
し、圧力発生室のＶ字溝はリザーバと連通し、貫通口は
ノズルと連通していることを特徴とする。また、係るイ
ンクジェット式記録ヘッドにおいて、圧力発生室のＶ字
溝と貫通口がＺ字状に接続され、島部は圧力発生室形状
に沿うようにＺ字状に形成されていることを特徴とす
る。また、係るインクジェット式記録ヘッドにおいて、
圧力発生室のＶ字溝と貫通口がＶ字状に接続され、島部
は圧力発生室形状に沿うようにＶ字状に形成されている
ことを特徴とする。また、係るインクジェット式記録ヘ
ッドにおいて、貫通口の幅と長さをそれぞれＶ、Ｗと
し、シリコン基材の厚みをｔとしたとき、下記の式を満
たすことを特徴とする。According to the present invention, there is provided an ink jet recording head comprising: a nozzle for discharging ink; a pressure generating chamber communicating with the nozzle; a diaphragm forming one wall of the pressure generating chamber; In an ink jet type recording head having an island portion formed on a diaphragm and a piezoelectric vibrator which abuts against the pressure generating chamber and presses the pressure generating chamber, the pressure generating chamber has a crystal plane orientation (1).
10) A V-shaped groove formed of two (111) surfaces and a through hole formed in the single-crystal silicon base material whose surface is a surface and communicating with the V-shaped groove and having at least two (111) surfaces as wall surfaces. And the island portion of the diaphragm is provided to correspond to the through hole and the V-shaped groove. The ink jet recording head further includes a reservoir that communicates with the plurality of pressure generating chambers and supplies ink to each of the pressure generating chambers. The V-shaped groove of the pressure generating chamber communicates with the reservoir, and the through-hole is a nozzle. It is characterized by being in communication with In the ink jet type recording head, the V-shaped groove and the through hole of the pressure generating chamber are connected in a Z-shape, and the island portion is formed in a Z-shape along the shape of the pressure generating chamber. I do. Further, in such an ink jet recording head,
The V-shaped groove and the through hole of the pressure generating chamber are connected in a V-shape, and the island portion is formed in a V-shape along the shape of the pressure generating chamber. Further, in such an ink jet recording head, when the width and the length of the through-hole are V and W, respectively, and the thickness of the silicon base material is t, the following formula is satisfied.

【数２】（Ｖ＋Ｗ）・cos35.2°・tan35.2°＜２ｔ また、係るインクジェット式記録ヘッドにおいて、Ｖ字
溝の幅Ｖ’が貫通口の幅Ｖより広いことを特徴とする。
また、係るインクジェット式記録ヘッドにおいて、圧力
発生室の容積を拡大させて、リザーバからインクを吸い
込む第１の信号と、圧力発生室の容積を維持させる第２
の信号と、圧力発生室の容積を縮小させてインク滴を吐
出させる第３の信号とを圧電振動子に印加することを特
徴とする。(V + W) · cos 35.2 ° · tan 35.2 ° <2t In such an ink jet recording head, the width V ′ of the V-shaped groove is wider than the width V of the through hole.
Further, in such an ink jet recording head, the first signal for sucking ink from the reservoir and the second signal for maintaining the volume of the pressure generating chamber are obtained by enlarging the volume of the pressure generating chamber.
And a third signal for discharging the ink droplets by reducing the volume of the pressure generating chamber is applied to the piezoelectric vibrator.

【０００８】また、前記圧力発生室の前記Ｖ字溝と前記
貫通口がＺ字状に形成され、前記島部は前記圧力発生室
形状に沿うようにＺ字状に形成されていることを特徴と
する。Further, the V-shaped groove and the through-hole of the pressure generating chamber are formed in a Z-shape, and the island portion is formed in a Z-shape along the shape of the pressure generating chamber. And

【０００９】また、前記圧力発生室の前記Ｖ字溝と前記
貫通口がＶ字状に形成され、前記島部は前記圧力発生室
形状に沿うようにＶ字状に形成されていることを特徴と
する。Further, the V-shaped groove and the through-hole of the pressure generating chamber are formed in a V-shape, and the island portion is formed in a V-shape along the shape of the pressure-generating chamber. And

【００１０】また、前記貫通口の幅と長さをｖ，ｗと
し、前記シリコン基材の厚みをｔとしたとき、下記の式
を満たすことを特徴とする。Further, when the width and length of the through hole are v and w, and the thickness of the silicon base is t, the following formula is satisfied.

【００１１】[0011]

【数２】 (Equation 2)

【００１２】また、前記Ｖ字溝の幅ｖ’が前記貫通口の
幅ｖより広いことを特徴とする。The width v 'of the V-shaped groove is larger than the width v of the through hole.

【００１３】[0013]

【実施例】以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説
明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【００１４】図１は本発明のインクジェット式記録ヘッ
ド（以下、記録ヘッド）の一実施例を示す分解斜視図で
あり、複数のノズル２が形成されたノズルプレート３
と、圧力発生室１と開口６を介して圧力発生室１と連通
したリザーバ１４が形成されたシリコン基板５と、振動
板４が積層されて構成されている。振動板４には図３に
示すように各圧力発生室に対応する島部１０が形成さ
れ、各島部１０には一端が固定基板１１に固定された圧
電振動子７の先端が当接している。この圧電振動子７
は、図２に示すように圧電材料８と電極形成材料９を交
互に積層した構造であり、固定基板１１に固定されてい
ない活性領域と、固定基板１１に固定された不活性領域
とから構成されている。この不活性領域は、圧電現象が
生じないよう圧電材料８と電極９ａと接続する電極のみ
から形成されている。これらの固定基板１１、振動板
４、シリコン基板５及びノズルプレート３は、基台１２
を介して一体に固定され、記録ヘッドとして構成されて
いる。FIG. 1 is an exploded perspective view showing an embodiment of an ink jet type recording head (hereinafter, recording head) of the present invention, and a nozzle plate 3 having a plurality of nozzles 2 formed thereon.
And a silicon substrate 5 on which a reservoir 14 communicating with the pressure generating chamber 1 via the pressure generating chamber 1 and the opening 6 is formed, and the diaphragm 4 are laminated. As shown in FIG. 3, island portions 10 corresponding to the respective pressure generating chambers are formed on the vibration plate 4, and the tip of the piezoelectric vibrator 7, one end of which is fixed to the fixed substrate 11, is in contact with each island portion 10. I have. This piezoelectric vibrator 7
Has a structure in which a piezoelectric material 8 and an electrode forming material 9 are alternately laminated as shown in FIG. 2, and comprises an active region not fixed to the fixed substrate 11 and an inactive region fixed to the fixed substrate 11. Have been. This inactive region is formed only of the electrode connected to the piezoelectric material 8 and the electrode 9a so that the piezoelectric phenomenon does not occur. These fixed substrate 11, diaphragm 4, silicon substrate 5, and nozzle plate 3 are
, And is integrally configured as a recording head.

【００１５】次に本発明の圧力発生室と振動板の構成に
ついて説明する。Next, the configuration of the pressure generating chamber and the diaphragm of the present invention will be described.

【００１６】図４に示すように、シリコン基板５には、
圧力発生室１が貫通口１ａとＶ字溝１ｂ，１ｂとをそれ
ぞれ連通するようにして構成されている。貫通口１ａ、
Ｖ字溝１ｂは共に、他の結晶方位面に対してエッチング
速度の遅い（１１１）面によって構成されており、シリ
コンのエッチングの利点である形状精度を生かしてい
る。Ｖ字溝１ｂ，１ｂは開口６，６を経由してリザーバ
１４，１４とそれぞれ連通し、リザーバ１４からインク
を各圧力発生室１に供給できるように構成されている。
この様に圧力発生室などのインク供給路を形成すること
により精度良く圧力発生室を高精度に形成することがで
きる。As shown in FIG. 4, a silicon substrate 5 has
The pressure generating chamber 1 is configured so that the through-hole 1a and the V-shaped grooves 1b, 1b communicate with each other. Through-hole 1a,
Each of the V-shaped grooves 1b is constituted by a (111) plane having a lower etching rate with respect to the other crystal orientation planes, and makes use of the shape accuracy, which is an advantage of silicon etching. The V-shaped grooves 1b, 1b communicate with the reservoirs 14, 14 via the openings 6, 6, respectively, so that the reservoir 14 can supply ink to each of the pressure generating chambers 1.
By forming the ink supply path such as the pressure generating chamber in this way, the pressure generating chamber can be formed with high accuracy.

【００１７】実施例では、ノズル間の距離は１４０μｍ
であり、貫通口１ａの幅ｖは１００μｍで貫通口と貫通
口との間の隔壁の厚さｕは４０μｍである。貫通口１ａ
の長さｗは３８６μｍである。貫通口１ａとＶ字溝１ｂ
との間の角度αは約５５゜である。In the embodiment, the distance between the nozzles is 140 μm
The width v of the through-hole 1a is 100 μm, and the thickness u of the partition wall between the through-holes is 40 μm. Through hole 1a
Is 386 μm. Through hole 1a and V-shaped groove 1b
Is approximately 55 °.

【００１８】振動板４は、厚さ５μｍのポリイミドフィ
ルムに高さ３０μｍの島部１０が形成されてできてい
る。これはポリイミドフィルムにＳＵＳの膜をコーティ
ングしエッチングすることによって得られる。島部１０
は、圧力発生室１の貫通口１ａ及びＶ字溝１ｂ，１ｂに
対応するように形成されている。The diaphragm 4 is made of a polyimide film having a thickness of 5 μm and an island portion 10 having a height of 30 μm. This is obtained by coating and etching a SUS film on a polyimide film. Island 10
Are formed so as to correspond to the through-hole 1a and the V-shaped grooves 1b, 1b of the pressure generating chamber 1.

【００１９】本実施例では圧力発生室を構成する貫通口
１ａとＶ字溝１ｂ，１ｂはＺ字状に形成されており、こ
れに対応するように島部もＺ字状に形成されている。こ
れにより、十分なインク吐出量を確保している。In this embodiment, the through-hole 1a and the V-shaped grooves 1b, 1b constituting the pressure generating chamber are formed in a Z-shape, and the island portion is also formed in a Z-shape corresponding to this. . As a result, a sufficient ink discharge amount is secured.

【００２０】圧力発生室の貫通口１ａは、図４に示すよ
うに長さｗが長いと、隣同士の圧力発生室間のクロスト
ークが問題となる。また、隔壁の持つ弾性及び貫通口１
ａ内のインクの持つ弾性の成すコンプライアンスが大き
く、高周波駆動のできるヘッドの構成が困難である。し
かし、本実施例では長さｗを短かくすることができ、相
互干渉を許容範囲に抑えることができ、高周波駆動ので
きるインクジェットヘッドを構成することができた。こ
の本発明の記録ヘッドを実現するため、以下の式を満た
すようにすると、顕著な効果があることがわかった。If the through-hole 1a of the pressure generating chamber has a long length w as shown in FIG. 4, crosstalk between adjacent pressure generating chambers becomes a problem. Also, the elasticity of the partition and the through hole 1
The compliance of the elasticity of the ink in a is large, and it is difficult to configure a head that can be driven at a high frequency. However, in this embodiment, the length w can be shortened, the mutual interference can be suppressed to an allowable range, and an inkjet head that can be driven at a high frequency can be configured. It has been found that when the following formula is satisfied to realize the recording head of the present invention, a remarkable effect is obtained.

【００２１】[0021]

【数３】 (Equation 3)

【００２２】以上の相互干渉を許容範囲に抑えることが
でき、高周波駆動のできる圧力発生室形状に加え、上述
した振動板形状にすることによりインク吐出体積を十分
に確保することが可能になった。The above mutual interference can be suppressed to an allowable range. In addition to the shape of the pressure generating chamber which can be driven at a high frequency, the above-mentioned diaphragm shape makes it possible to secure a sufficient ink discharge volume. .

【００２３】次に本発明のシリコン基材５から圧力発生
室を製造する製造方法を説明する。Next, a method of manufacturing the pressure generating chamber from the silicon substrate 5 of the present invention will be described.

【００２４】まず、表面の結晶面方位が（１１０）面と
なる単結晶シリコン基材を、９００〜１１００℃に加熱
し、酸素、水蒸気などの酸化剤を含んだ高温の気体の中
に置いて、その表面に酸素原子を拡散する。本実施例で
は、この熱酸化処理によって厚さ１．７μｍから成るシ
リコン酸化物の膜２００を形成した。シリコン酸化物の
膜２００は後述する異方性エッチング工程でのマスクの
役割を果たし、その形成手段は前述した熱酸化処理の他
に、ＣＶＤ（化学気相堆積）法や、イオン注入法、陽極
酸化法によっても差し支えない。またシリコン酸化物の
膜以外にも、シリコン窒化物の膜や、ホウ素やガリウム
原子を添加した所謂ｐ型シリコン膜や、ヒ素やアンチモ
ン原子を添加した所謂ｎ型シリコン膜を形成しても差し
支えない。First, a single-crystal silicon base material having a (110) crystal plane orientation is heated to 900 to 1100 ° C. and placed in a high-temperature gas containing an oxidizing agent such as oxygen or water vapor. , Diffuse oxygen atoms to the surface. In this embodiment, a silicon oxide film 200 having a thickness of 1.7 μm is formed by this thermal oxidation treatment. The silicon oxide film 200 plays a role of a mask in an anisotropic etching process described later, and is formed by a CVD (chemical vapor deposition) method, an ion implantation method, Oxidation may be used. In addition to the silicon oxide film, a silicon nitride film, a so-called p-type silicon film to which boron or gallium atoms are added, or a so-called n-type silicon film to which arsenic or antimony atoms are added may be used. .

【００２５】なおシリコン基材の厚みは０．１〜０．５
mmが好適であって、さらに好適は０．１５〜０．３mmで
ある。先に既に述べたが、本実施例では厚さ０．２７mm
のシリコン基材を用いた。The thickness of the silicon substrate is 0.1 to 0.5.
mm is preferred, and more preferably 0.15 to 0.3 mm. As described above, in this embodiment, the thickness is 0.27 mm.
Was used.

【００２６】次に、樹脂レジストを前記シリコン基材の
両面に同じパターンで施し、フッ酸水溶液などの酸エッ
チング液によってシリコン酸化物の膜２００を選択的に
除去した。樹脂レジストは、シリコンウェハーの結晶面
方位を考慮して、貫通口とＶ字溝ができるようにパター
ンが形成されている。Next, a resin resist was applied to both surfaces of the silicon substrate in the same pattern, and the silicon oxide film 200 was selectively removed by an acid etching solution such as a hydrofluoric acid aqueous solution. The resin resist is formed in a pattern such that a through hole and a V-shaped groove are formed in consideration of the crystal plane orientation of the silicon wafer.

【００２７】図６は、表面が（１１０）面であるシリコ
ンウェハーの結晶面方位を示した図である。本発明の貫
通口及びＶ字溝にあたる窓部２０１、窓部２０２，２０
３は、窓部２０１をシリコンウェハーの結晶面方位であ
る＜２１１＞方向に設け、窓部２０２，２０３はシリコ
ンウェハーの結晶面方位である＜１１０＞方向に形成し
ている。この方法は、シリコンの結晶面方位を利用して
いるので、精度の高い圧力発生室形状を得ることができ
る。FIG. 6 is a diagram showing the crystal plane orientation of a silicon wafer whose surface is the (110) plane. Windows 201, windows 202, 20 corresponding to through holes and V-shaped grooves of the present invention
Reference numeral 3 indicates that the window 201 is provided in the <211> direction, which is the crystal plane orientation of the silicon wafer, and the windows 202, 203 are formed in the <110> direction, which is the crystal plane orientation of the silicon wafer. Since this method utilizes the crystal plane orientation of silicon, a highly accurate pressure generating chamber shape can be obtained.

【００２８】以降の過程について、図５（ａ）乃至
（ｄ）により説明する。The following steps will be described with reference to FIGS.

【００２９】樹脂レジストを除去すると、図５（ａ）に
示すように前工程のエッチングによってパターニングさ
れた、シリコン酸化物の膜２００のマスクパターンが現
れる。窓部２０１は貫通口１ａに相当する部位、窓部２
０２はＶ字溝１ｂに相当する部位、窓部２０３はリザー
バ１４に相当する部位となる。When the resin resist is removed, as shown in FIG. 5A, a mask pattern of the silicon oxide film 200 patterned by the etching in the previous step appears. The window 201 is a portion corresponding to the through-hole 1a, the window 2
02 is a part corresponding to the V-shaped groove 1b, and the window 203 is a part corresponding to the reservoir 14.

【００３０】次に、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カ
リウム水溶液などの結晶方位に依存してエッチング速度
が変化するエッチング液によって、シリコン基材を異方
性エッチングした。シリコン基材の異方性エッチング
は、図５（ｂ）に示す過程を経て、図５（ｃ）に示す状
態で終了する。すなわち、異方性エッチングされた窓部
２０１には、一旦図５（ｂ）に示すようにシリコン基材
の表面の（１１０）面に対して垂直な（１１１）面と、
傾斜した（１１１）面が発現した。一方、窓部２０２に
も傾斜した（１１１）面が発現した。さらに異方性エッ
チングを進行させると、窓部２０１の中央から貫通し、
そして、図５（ｃ）に示すように、窓部２０１の斜めの
（１１１）面は消失して、垂直な（１１１）面が新たに
発現した。以上の工程によって、貫通口１ａを実質的に
決定する貫通した空間、Ｖ字溝１ｂを実質的に決定する
貫通しない空間、並びにリザーバ１４を実質的に決定す
る貫通した空間が、垂直な（１１１）面の薄い隔壁２０
４に仕切られて形成された。Next, the silicon substrate was anisotropically etched with an etchant such as an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide solution whose etching rate changes depending on the crystal orientation. The anisotropic etching of the silicon base material goes through the process shown in FIG. 5B and ends in the state shown in FIG. That is, as shown in FIG. 5B, the window portion 201 that has been anisotropically etched has a (111) plane perpendicular to the (110) plane of the surface of the silicon base material,
An inclined (111) plane was developed. On the other hand, the inclined (111) plane also appeared in the window 202. When the anisotropic etching further proceeds, it penetrates from the center of the window 201,
Then, as shown in FIG. 5C, the oblique (111) plane of the window 201 disappeared, and a vertical (111) plane newly appeared. By the above steps, the penetrating space that substantially determines the through-hole 1a, the non-penetrating space that substantially determines the V-shaped groove 1b, and the penetrating space that substantially determines the reservoir 14 are vertical (111). ) Thin partition wall 20
4 and formed.

【００３１】本実施例では、８０℃に加熱した２０[重
量％]の水酸化ナトリウム水溶液によって、前記シリコ
ン基材を異方性エッチングして、略９０分間の浸漬で図
５（ｃ）に示すような形状を得た。In this embodiment, the silicon substrate is anisotropically etched with a 20% by weight aqueous sodium hydroxide solution heated to 80 ° C., and immersed for approximately 90 minutes, as shown in FIG. Such a shape was obtained.

【００３２】つぎに、前述の垂直な（１１１）面から成
り、貫通口１ａとなる空間とＶ字溝１ｂとなる空間とを
仕切る隔壁２０４ａと、同様にＶ字溝１ｂとなる空間と
リザーバ１４となる空間とを仕切る隔壁２０４ｂとをフ
ッ酸水溶液などの等方性エッチング液によって除去し
た。なお、等方性エッチング液によればシリコン酸化物
の膜２００も同時に除去され、その除去速度はシリコン
基材と略同等の速度である。従って、本実施例での前記
隔壁２０４の厚さは、シリコン酸化物の膜２００の厚さ
と同じ１．７μｍに成るようにした。また、前記隔壁２
０４の他の除去手段として、超音波振動などの衝撃によ
って除去する手段も有効である。Next, a partition wall 204a composed of the above-mentioned vertical (111) plane and separating the space to be the through hole 1a and the space to be the V-shaped groove 1b, and the space to be the same as the V-shaped groove 1b and the reservoir 14 And a partition 204b that separates the space to be formed were removed with an isotropic etching solution such as a hydrofluoric acid aqueous solution. The isotropic etching solution also removes the silicon oxide film 200 at the same time, and the removal speed is almost the same as that of the silicon base material. Therefore, the thickness of the partition wall 204 in this embodiment is set to 1.7 μm, which is the same as the thickness of the silicon oxide film 200. In addition, the partition 2
As another means for removing 04, means for removing by impact such as ultrasonic vibration is also effective.

【００３３】次に、インクへの耐性やインクとの親和性
を得るために保護膜（図示しない）を形成する。形成す
る膜の種類、並びに形成手段は前述のマスクパターン２
００の工程と同じであるが、熱酸化処理によってシリコ
ン酸化物の保護膜を形成するのが最も好適である。Next, a protective film (not shown) is formed to obtain resistance to the ink and affinity with the ink. The type of film to be formed and the forming means are the mask pattern 2 described above.
Although the process is the same as that of the step 00, it is most preferable to form a silicon oxide protective film by a thermal oxidation treatment.

【００３４】図５（ｂ）から図５（ｃ）へ移行する過程
で、シリコン基材の同じ側に現れる２つの傾斜した（１
１１）面がぶつかると（図７（ａ）参照）、エッチング
がそこで終わるので、そうなる前に違う側の傾斜した
（１１１）面が出会い、中央部から貫通し（図７（ｂ）
参照）、図５（ｃ）へ移行するようにする必要がある。
そのため、次式を満たすように形成すれば良いことが分
かった。In the process of transitioning from FIG. 5B to FIG. 5C, two inclined (1) appearing on the same side of the silicon substrate are shown.
11) When the surfaces collide (see FIG. 7 (a)), the etching ends there. Before that, the inclined (111) surface on the different side meets and penetrates from the center (FIG. 7 (b)).
See FIG. 5C).
Therefore, it was found that the film should be formed so as to satisfy the following expression.

【００３５】[0035]

【数４】 (Equation 4)

【００３６】ここで、ｖ、ｗはそれぞれ貫通口１ａの辺
の長さで、ｔはシリコン基材の厚さである（図４）。Here, v and w are the lengths of the sides of the through-hole 1a, and t is the thickness of the silicon substrate (FIG. 4).

【００３７】本実施例では、ｔ＝２７０μｍ，ｖ＝１０
０μｍ，ｗ＝３８６μｍであり、次式の通り上記式を満
たすように構成された。In this embodiment, t = 270 μm, v = 10
0 μm, w = 386 μm, and was configured to satisfy the above expression as the following expression.

【００３８】[0038]

【数５】 (Equation 5)

【００３９】シリコン基材５は、すでに述べたように剛
性を持つ必要がある。ｔが小さすぎると、シリコン基材
の剛性が不足し全体がしなり、相互干渉が問題となる。
本実施例ではシリコン基材の厚さｔが２７０μｍであ
り、充分な剛性を有する。The silicon substrate 5 needs to have rigidity as described above. If t is too small, the rigidity of the silicon base material is insufficient, and the entire body is deformed, which causes a problem of mutual interference.
In this embodiment, the thickness t of the silicon base material is 270 μm, and the silicon base material has sufficient rigidity.

【００４０】このように構成された本実施例の記録ヘッ
ドの駆動方法は、圧電振動子７に電圧を印加し、圧電振
動子７の収縮させて圧力発生室１の体積を拡大させる。
次に電圧を一定にして圧電振動子７の収縮状態を一定時
間維持する。この時間はノズルに形成されるメニスカス
などの条件によって設定される。その後、圧電振動子７
の電圧を下げることによる圧電振動子１の伸長により圧
力発生室１を振動板４を介して圧縮し、その圧力により
ノズル２からインクを吐出させる。In the driving method of the recording head according to the present embodiment thus configured, a voltage is applied to the piezoelectric vibrator 7 and the piezoelectric vibrator 7 is contracted to increase the volume of the pressure generating chamber 1.
Next, the voltage is kept constant, and the contracted state of the piezoelectric vibrator 7 is maintained for a certain time. This time is set according to conditions such as a meniscus formed in the nozzle. Then, the piezoelectric vibrator 7
The pressure generating chamber 1 is compressed via the vibrating plate 4 by the expansion of the piezoelectric vibrator 1 by lowering the voltage of the piezoelectric vibrator 1, and the ink is ejected from the nozzle 2 by the pressure.

【００４１】この駆動方法を本発明の実施例に適用する
ことにより、インク滴がメニスカスから切れるのが早く
良好なインク滴形状を得ることができる。これは、第１
の信号８１の印加（図１１参照）によって圧力発生室１
の容積を拡大し、リザーバ１４からインクが吸い込まれ
る時インクが貫通口１ａに流入するため、貫通口１ａ内
のインクは図１２に示すような矢印Ｓで示すように回転
をし始め、メニスカスが引き込まれる。第２の信号８２
の印加によって、圧力発生室１の容積が維持され、貫通
口１ａ内のインクが回転をし続けながら、メニスカスが
もとの位置に戻って来る。そして、信号８３が印加され
ると、圧力発生室１の容積が縮小され、インク滴がノズ
ル２から吐出される。この時インク滴が回転しながら吐
出されるのでメニスカスから切れ易いためである。By applying this driving method to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a good ink droplet shape in which the ink droplet is quickly cut off from the meniscus. This is the first
Of the pressure generating chamber 1 by the application of the signal 81 of FIG.
Since the ink flows into the through-hole 1a when the ink is sucked from the reservoir 14, the ink in the through-hole 1a starts to rotate as shown by an arrow S as shown in FIG. Be drawn in. Second signal 82
Is applied, the volume of the pressure generating chamber 1 is maintained, and the meniscus returns to the original position while the ink in the through-hole 1a continues to rotate. Then, when the signal 83 is applied, the volume of the pressure generating chamber 1 is reduced, and the ink droplet is ejected from the nozzle 2. At this time, since the ink droplets are ejected while rotating, the ink droplets are easily cut from the meniscus.

【００４２】図８は、本発明の他の実施例である。圧力
発生室１を構成する貫通口１ａとＶ字溝１ｂはＶ字状に
構成されており、その圧力発生室と対応するように振動
板の島部もＶ字状に形成されている。この実施例のイン
クジェットヘッドは、インク供給が片側からのみ行われ
る記録ヘッドである。この実施例によれば２方向からイ
ンクが供給されるタイプに比べヘッドサイズを小型化で
きる。FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. The through-hole 1a and the V-shaped groove 1b constituting the pressure generating chamber 1 are formed in a V-shape, and the island portion of the diaphragm is also formed in a V-shape so as to correspond to the pressure generating chamber. The ink jet head of this embodiment is a recording head in which ink is supplied from only one side. According to this embodiment, the head size can be reduced as compared with the type in which ink is supplied from two directions.

【００４３】図１０は本発明の第３の実施例を示す図で
ある。この実施例では、Ｖ字溝１ｂの幅ｖ’が貫通口１
ａの幅ｖより広くなっている。Ｖ字溝１ｂ内でインクの
流れがあっても、図１０のＣ−Ｃ断面図である図９で示
す角Ａ部には流速がないため、そこに気泡が付くとなか
なか取れない。本実施例では、Ｖ字溝の幅を広くし、そ
して、角Ａに接着剤が溜るように接着して気泡が抜け易
くしている。また、単位長さのＶ字溝１ｂの流路抵抗が
小さくなるため、Ｖ字溝１ｂを長くすることができ（第
１の実施例に比べ）、ヘッド全体の剛性が上がり相互干
渉のレベルが減少した。FIG. 10 is a view showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the width v 'of the V-shaped groove 1b is
It is wider than the width v of a. Even if there is ink flow in the V-shaped groove 1b, there is no flow velocity at the corner A shown in FIG. 9 which is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. In the present embodiment, the width of the V-shaped groove is increased, and the adhesive is adhered so as to collect the adhesive at the corner A, so that air bubbles are easily released. Further, since the channel resistance of the V-shaped groove 1b having a unit length is reduced, the V-shaped groove 1b can be lengthened (compared with the first embodiment), the rigidity of the entire head increases, and the level of mutual interference increases. Diminished.

【００４４】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、精
度良く高密度に形成でき、インク吐出量が十分であり、
高周波駆動が実現でき、クロストークのないインクジェ
ット式記録ヘッドが提供できる。As described above, according to the present invention, a high-density ink can be formed with high accuracy and a sufficient ink ejection amount.
High-frequency driving can be realized, and an ink jet recording head without crosstalk can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の記録ヘッド一実施例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a recording head of the present invention.

【図２】本発明の記録ヘッドに用いた圧電振動子を示す
図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a piezoelectric vibrator used in the recording head of the present invention.

【図３】本発明の圧力発生室と島部との一実施例を示す
図である。FIG. 3 is a view showing one embodiment of a pressure generating chamber and an island according to the present invention.

【図４】本発明の一実施例の圧力発生室と島部と圧電振
動子とノズルとの一関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a pressure generating chamber, an island, a piezoelectric vibrator, and a nozzle according to one embodiment of the present invention.

【図５】本発明のシリコン基材の製造方法の一実施例を
示す図である。FIG. 5 is a view showing one embodiment of the method for producing a silicon base material of the present invention.

【図６】本発明の記録ヘッドに用いる（１１０）面のシ
リコンウェハーの面上の方向を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the direction on the surface of the silicon wafer of the (110) plane used for the recording head of the present invention.

【図７】本発明の記録ヘッドのエッチング過程を説明す
るための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an etching process of the recording head of the present invention.

【図８】本発明の記録ヘッドの第２の実施例を示す図で
ある。FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the recording head of the present invention.

【図９】本発明の記録ヘッドの第３の実施例の断面図を
示す図である。FIG. 9 is a sectional view showing a third embodiment of the recording head according to the present invention.

【図１０】本発明の記録ヘッドの第３の実施例を示す図
である。FIG. 10 is a diagram showing a third embodiment of the recording head of the present invention.

【図１１】本発明の記録ヘッドの駆動信号を示す図であ
る。FIG. 11 is a diagram showing a driving signal of the recording head of the present invention.

【図１２】本発明の記録ヘッド内のインクの回転を示す
図である。FIG. 12 is a diagram illustrating rotation of ink in a recording head according to the present invention.

【図１３】従来技術の記録ヘッドを示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a recording head according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１‥‥圧力発生室 １ａ‥‥貫通口 １ｂ‥‥Ｖ字溝 ２‥‥ノズル ７‥‥圧電振動子 １４‥‥リザーバ 1 Pressure generating chamber 1a Through hole 1b V-shaped groove 2 Nozzle 7 Piezoelectric vibrator 14 Reservoir

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 インクを吐出するノズルと、該ノズルと
連通する圧力発生室と、該圧力発生室の一壁面を形成す
る振動板と、該振動板に形成された島部と当接し前記圧
力発生室を加圧する圧電振動子とを有するインクジェッ
ト式記録ヘッドにおいて、 前記圧力発生室は、結晶面方位（１１０）面が表面とな
る単結晶シリコン基材に設けられる、二つの（１１１）
面で構成されるＶ字溝と前記Ｖ字溝に連通し少なくとも
二つの（１１１）面を壁面とする貫通口とからなり、 前記振動板の島部を前記貫通口と前記Ｖ字溝に対応する
よう設けたことを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ド。1. A nozzle for discharging ink, a pressure generating chamber communicating with the nozzle, a vibration plate forming one wall surface of the pressure generation chamber, and an island portion formed on the vibration plate, and the pressure contacting the island portion.
An ink jet recording head having a piezoelectric vibrator for pressurizing a force generating chamber , wherein the pressure generating chamber is provided on two (111) single-crystal silicon base materials having a crystal plane orientation (110) plane as a surface.
A V-shaped groove formed of a surface, and a through hole communicating with the V-shaped groove and having at least two (111) surfaces as wall surfaces. Island portions of the diaphragm correspond to the through-hole and the V-shaped groove. An ink jet recording head characterized by being provided. 【請求項２】 複数の前記圧力発生室と連通して各圧力
発生室へインクを供給するリザーバを更に有し、前記圧
力発生室のＶ字溝は前記リザーバと連通し、貫通口は前
記ノズルと連通していることを特徴とする請求項１記載
のインクジェット式記録ヘッド。2. Each pressure generating chamber communicates with a plurality of said pressure generating chambers.
The ink jet type according to claim 1 , further comprising a reservoir for supplying ink to the generation chamber, wherein a V-shaped groove of the pressure generation chamber communicates with the reservoir, and a through hole communicates with the nozzle. Recording head. 【請求項３】 前記圧力発生室のＶ字溝と貫通口がＺ字
状に接続され、前記島部は前記圧力発生室形状に沿うよ
うにＺ字状に形成されていることを特徴とする請求項１
または請求項２記載のインクジェット式記録ヘッド。3. A V-shaped groove and a through-hole of the pressure generating chamber are connected in a Z-shape, and the island portion is formed in a Z-shape along the shape of the pressure generating chamber. Claim 1
Or the ink jet recording head according to claim 2. 【請求項４】 前記圧力発生室のＶ字溝と貫通口がＶ字
状に接続され、前記島部は前記圧力発生室形状に沿うよ
うにＶ字状に形成されていることを特徴とする請求項１
または請求項２記載のインクジェット式記録ヘッド。4. A V-shaped groove and a through hole of the pressure generating chamber are connected in a V-shape, and the island portion is formed in a V-shape along the shape of the pressure-generating chamber. Claim 1
Or the ink jet recording head according to claim 2. 【請求項５】 前記貫通口の幅と長さをそれぞれＶ、Ｗ
とし、前記シリコン基材の厚みをｔとしたとき、下記の
式を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項４のい
ずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。 【数１】（Ｖ＋Ｗ）・cos35.2°・tan35.2°＜２ｔ5. The width and length of the through hole are V and W , respectively .
The ink jet recording head according to any one of claims 1 to 4, wherein the following formula is satisfied, where t is the thickness of the silicon base material. (V + W) · cos 35.2 ° · tan 35.2 ° <2t 【請求項６】 前記Ｖ字溝の幅Ｖ’が前記貫通口の幅Ｖ
より広いことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいず
れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。6. The width V ′ of the V-shaped groove is equal to the width V of the through hole.
The inkjet recording head according to claim 1, wherein the inkjet recording head is wider. 【請求項７】 前記圧力発生室の容積を拡大させて、前
記リザーバからインクを吸い込む第１の信号と、前記圧
力発生室の容積を維持させる第２の信号と、前記圧力発
生室の容積を縮小させてインク滴を吐出させる第３の信
号とを前記圧電振動子に印加することを特徴とする請求
項２記載のインクジェット式記録ヘッド。7. A first signal for sucking ink from the reservoir by enlarging the volume of the pressure generating chamber, a second signal for maintaining the volume of the pressure generating chamber, and a volume of the pressure generating chamber. claims by reducing the third signal for ejecting ink droplets, characterized in that applied to the piezoelectric vibrator
Item 3. An ink jet recording head according to Item 2 .