JP3557891B2 - インクジェット式記録ヘッド - Google Patents
インクジェット式記録ヘッド Download PDFInfo
- Publication number
- JP3557891B2 JP3557891B2 JP5219098A JP5219098A JP3557891B2 JP 3557891 B2 JP3557891 B2 JP 3557891B2 JP 5219098 A JP5219098 A JP 5219098A JP 5219098 A JP5219098 A JP 5219098A JP 3557891 B2 JP3557891 B2 JP 3557891B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow path
- recording head
- jet recording
- ink jet
- nozzle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電体層を形成して、圧電体層の変位により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】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電振動子により変形させて圧力発生室のインクを加圧し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は、圧電振動子が軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電振動子を使用したものと、たわみ振動モードの圧電振動子を使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電振動子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電振動子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電振動子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電振動子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電振動子を形成したものが提案されている。
【０００６】
これによれば圧電振動子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電振動子を作り付けることができるばかりでなく、圧電振動子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００７】
また、この場合、基板として、例えばシリコン単結晶基板を用い、圧力発生室やリザーバ等の流路を異方性エッチングにより形成し、圧力発生室の開口面積を可及的に小さくして記録密度の向上を図ることが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなシリコン単結晶基板と、連通板又は封止板などのノズル形成部材とは、通常、接着剤等により接合されている。したがって、接着剤の塗布不良による不良率が高いという問題がある。また、接着剤の乾燥に時間がかかるため、生産性が悪いという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、流路形成基板とノズル形成部材とを弾性部材を介して固定することにより、接着不良が無く、生産性を向上することができるインクジェット式記録ヘッドを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、圧力発生室を画成して当該圧力発生室の一方面側に振動板を介して圧電振動子を有する流路形成基板と、この流路形成基板の他方面側に接合されて前記圧力発生室に連通するノズル開口を有するノズル形成部材とを有する流路セットを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記流路形成基板と前記ノズル形成部材とは、両者の接合面の少なくとも前記圧力発生室及びこの圧力発生室から前記ノズル開口に連通する流路の周囲に弾性部材を介して接合されていると共に、前記流路形成基板の前記圧電振動子側には、さらに、前記流路セットを保持固定する固定部材を有し、前記流路セットは、一端部が前記ノズル形成部材に係止され且つ他端部が前記固定部材上に固着される保持部材とにより固定されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１１】
かかる第１の態様では、流路形成基板とノズル形成部材とを弾性部材を介して確実且つ容易に接合することができる。また、部分的に部品を交換可能なインクジェットヘッドを実現することができる。また、流路セットは、固定部材によって保持部材に固定され、同時にノズル面を保護することができる。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記弾性部材は、前記ノズル形成部材の表面に成形により設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１３】
かかる第２の態様では、ノズル形成部材と流路形成部材との間に弾性部材を配置する手間が省略でき、容易に接合できる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１の態様において、前記保持部材は、前記固定部材に備えられたリブを熱圧着することにより、当該固定部材上に固定されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１７】
かかる第３の態様では、固定部材と保持部材とを容易に取り付け、また取り外すことができる。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第１の態様において、前記保持部材は、前記流路セットの接合した状態の厚さを所定の厚さに規制することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１９】
かかる第４の態様では、流路セットの各部が均一に押圧され、確実にシールされた流路を形成でき、インク吐出が安定する。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記固定部材は、前記流路セットの接合した状態の厚さを所定の厚さに規制する規制部を有し、前記保持部材の一端部近傍が前記規制部に固着されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２１】
かかる第５の態様では、流路セットの各部が均一に押圧され、確実にシールされた流路を形成でき、インク吐出が安定する。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第１の態様において、前記流路形成基板には前記圧力発生室に連通されるリザーバが画成され、前記ノズル形成部材は前記ノズル開口を有するノズルプレートであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２３】
かかる第６の態様では、ノズル開口からインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを容易に実現できる。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第１の態様において、前記ノズル形成部材は、前記ノズル開口を有するノズルプレートと、当該ノズルプレート及び前記流路形成基板の間に設けられ、前記圧力発生室にインクを供給する共通インク室と、前記圧力発生室と、前記ノズル開口とを連通する流路を形成する流路ユニットとで構成されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２５】
かかる第７の態様では、流路ユニットを介してノズル開口からインクが吐出される。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記流路ユニットと前記ノズルプレートとが少なくとも前記ノズル開口に連通する流路の周囲に前記弾性部材を介して接合されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２７】
かかる第８の態様では、流路ユニットとノズルプレートとを容易に且つ確実に接合することができる。
【００２８】
本発明の第９の態様は、第８の態様において、前記弾性部材は、前記流路ユニット側に設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２９】
かかる第９の態様では、弾性部材を配置する手間を省略でき、容易に接合できる。
【００３０】
本発明の第１０の態様は、第１の態様において、前記弾性部材は、前記流路以外の全ての接合面に設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３１】
かかる第１０の態様では、接合面の弾性部材が均一に押圧され、確実にシールされた流路が形成される。
【００３２】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記弾性部材の当接面は凹凸形状を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３３】
かかる第１１の態様では、弾性部材の密着面積が小さくなり、流路がより確実にシールされる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３７】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る流路セットを示す分解斜視図であり、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る。
【００３８】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなる。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３９】
流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００４０】
一方、流路形成基板１０の開口面には、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、圧力発生室１２が形成されている。
【００４１】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われるものである。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００４２】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。なお、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。
【００４３】
また、各圧力発生室１２と後述する共通インク室３１とは、後述する供給プレート２０の各圧力発生室１２の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク供給連通口２１を介して連通されており、インクはこのインク供給連通口２１を介して共通インク室３１から供給され、各圧力発生室１２に分配される。
【００４４】
供給プレート２０は、前述の各圧力発生室１２に対応したインク供給連通口２１が穿設された、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０−６／℃］であるガラスセラミックスからなる。なお、供給プレート２０は、線膨張係数が流路形成基板１０に近ければ、ガラスまたはステンレス鋼であってもよい。また、インク供給連通口２１は、各圧力発生室１２のインク供給側端部の近傍を横断する一つのスリット孔でも、あるいは複数のスリット孔であってもよい。供給プレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、供給プレート２０は、他面で共通インク室３１の一壁面を構成し、供給インク室３１にインク供給を受けるインク導入口４２が打抜き形成されている。
【００４５】
リザーバプレート３０は、共通インク室３１の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、インク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、リザーバプレート３０の厚さは、０．２ｍｍとしている。
【００４６】
インク室側板４０は、ステンレス基板からなり、一方の面で共通インク室３１の一壁面を構成するものである。また、インク室側板４０には、他方の面の一部にハーフエッチングにより凹部４０ａを形成することにより薄肉壁４１が形成されている。なお、薄肉壁４１は、インク滴吐出の際に発生するノズル開口１７と反対側へ向かう圧力を吸収するためのもので、他の圧力発生室１２に、共通インク室３１を経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。本実施形態では、必要な剛性を考慮して、インク室側板４０を０．２ｍｍとし、その一部を厚さ０．０２ｍｍの薄肉壁４１としているが、ハーフエッチングによる薄肉壁４１の形成を省略するために、インク室側板４０の厚さを初めから０．０２ｍｍとしてもよい。
【００４７】
このように形成された供給プレート２０、リザーバプレート３０、及びインク室側板４０は、それぞれ接着剤等により接合されて、流路ユニット１１０が形成される。また、この流路ユニット１１０は、その後、後述するように流路形成基板に１０に接合される。
【００４８】
また、ノズル開口１７が形成されたノズルプレート１８は、流路ユニット１１０のリザーバプレート４０に接合され、各ノズル開口１７と各圧力発生室１２とは、上述の供給プレート２０及びリザーバプレート３０に形成されたインク導通孔２２を介して連通されている。
【００４９】
ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口１７の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口１７は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
【００５０】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．５μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体膜７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電振動子（圧電素子）を構成している。このように、弾性膜５０の各圧力発生室１２に対向する領域には、各圧力発生室１２毎に独立して圧電振動子が設けられており、本実施形態では、下電極膜６０は圧電振動子の共通電極とし、上電極膜８０を圧電振動子の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、本実施形態では、圧電体膜７０を各圧力発生室１２に対応して個別に設けたが、圧電体膜を全体に設け、上電極膜８０を各圧力発生室１２に対応するように個別に設けてもよい。何れの場合においても、各圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。
【００５１】
そして、かかる各上電極膜８０の上面の少なくとも周縁、及び圧電体膜７０の側面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層９０が形成されている。絶縁体層９０は、成膜法による形成やまたエッチングによる整形が可能な材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、有機材料、好ましくは剛性が低く、且つ電気絶縁性に優れた感光性ポリイミドで形成するのが好ましい。
【００５２】
ここで、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０上に、圧電体膜７０等を形成するプロセスを図３を参照しながら説明する。
【００５３】
図３（ａ）に示すように、まず、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。
【００５４】
次に、図３（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を形成する。下電極膜６０の材料としては、Ｐｔ等が好適である。これは、スパッタリングやゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜７０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体膜７０としてＰＺＴを用いた場合には、ＰｂＯの拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由からＰｔが好適である。
【００５５】
次に、図３（ｃ）に示すように、圧電体膜７０を成膜する。この圧電体膜７０の成膜にはスパッタリングを用いることもできるが、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いている。圧電体膜７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。
【００５６】
次に、図３（ｄ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、Ｐｔをスパッタリングにより成膜している。
【００５７】
次に、図４に示すように、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０をパターニングする。
【００５８】
まず、図４（ａ）に示すように、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０を一緒にエッチングして下電極膜６０の全体パターンをパターニングする。次いで、図４（ｂ）に示すように、圧電体膜７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電体能動部３２０のパターニングを行う。次に、図４（ｃ）に示すように、各圧力発生室１２（図４では圧力発生室１２は形成前であるが、破線で示す）の幅方向両側に対向した領域である圧電体能動部３２０の両側の振動板の腕に相当する部分の下電極膜６０を除去することにより、下電極膜除去部３５０を形成する。このように下電極膜除去部３５０を設けることにより、圧電体能動部３２０への電圧印加による変位量の向上を図るものである。
【００５９】
なお、下電極除去部３５０は、下電極膜６０を完全に除去せずに、厚さを薄くしたものでもよい。また、圧電体能動部３２０の腕部に相当する部分に下電極除去部３５０を形成しているが、これに限定されず、例えば、圧電体能動部３２０の両端部よりも長手方向外側まで形成するようにしてもよいし、圧力発生室１２の周縁部ほぼ全体に亘って形成してもよい。勿論、この下電極除去部３５０は、必ずしも設ける必要はない。
【００６０】
以上のように、下電極膜６０等をパターニングした後には、好ましくは、各上電極膜８０の上面の少なくとも周縁、及び圧電体膜７０および下電極膜６０の側面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層９０を形成する（図１参照）。
【００６１】
そして、絶縁体層９０の各圧電体能動部３２０の一端部に対応する部分の上面を覆う部分の一部には後述するリード電極１００と接続するために上電極膜８０の一部を露出させるコンタクトホール９０ａが形成されている。そして、このコンタクトホール９０ａを介して各上電極膜８０に一端が接続し、また他端が接続端子部に延びるリード電極１００が形成されている。
【００６２】
このような絶縁体層及びリード電極の形成プロセスを図５に示す。
【００６３】
まず、図５（ａ）に示すように、上電極膜８０の周縁部、圧電体膜７０および下電極膜６０の側面を覆うように絶縁体層９０を形成する。この絶縁体層９０の好適な材料は上述した通りであるが、本実施形態ではネガ型の感光性ポリイミドを用いている。
【００６４】
次に、図５（ｂ）に示すように、絶縁体層９０をパターニングすることにより、各圧力発生室１２のインク供給側の端部近傍に対応する部分にコンタクトホール９０ａを形成する。このコンタクトホール９０ａは、後述するリード電極１００と上電極膜８０との接続をするためのものである。なお、コンタクトホール９０ａは、圧力発生室１２の圧電体能動部３２０に対応する部分に設ければよく、例えば、中央部やノズル側端部に設けてもよい。
【００６５】
次に、例えば、Ｃｒ−Ａｕなどの導電体を全面に成膜した後、パターニングすることにより、リード電極１００を形成する。
【００６６】
以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、図５（ｃ）に示すように、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２等を形成する。
【００６７】
また、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、上述の一連の膜形成及び異方性エッチングで、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割する。
【００６８】
その後、上述の流路ユニット１１０、すなわち、供給プレート２０と流路形成基板１０とが、弾性部材１２０を介して接合されて流路セット１が形成される。
【００６９】
この弾性部材１２０は、例えば、硬度が３０°以下の発泡ポリエチレン、発泡ウレタン、発泡シリコーン等で形成され、本実施形態では、例えば、各圧力発生室１２の周壁に対向する領域の供給プレート２０上に成形により帯状に設けられている。したがって、接合の際に、弾性部材を所定位置に位置合わせする手間が省け、容易に接合することができる。なお、弾性部材１２０を流路ユニット１１０側に設けてもよく、例えば、供給プレート２０の所定の位置に貼付した後、流路形成基板１０と接合するようにしてもよい。
【００７０】
また、この弾性部材１２０は、加圧させることにより、両者の接合面に密着されて、接着剤を用いることなく流路形成基板１０と流路ユニット１１０とを接合することができる。
【００７１】
そして、このような流路セット１は、図６の断面図に示すように、固定部材１３０の凹部１３１の周縁部に保持固定される。すなわち、固定部材１３０の凹部１３１の周縁部は、流路セット１の流路形成基板１０側の面の端部に当接して流路セット１を水平に保持することができるようになっており、流路形成基板１０の端部に当接する相対的に低い第１の周縁部１３２と、流路ユニット１１０の端部に当接する相対的に高い第２の周縁部１３３とを具備する。そして、流路セット１を第１の周縁部１３２と第２の周縁部１３３との上に載置すると、圧電振動子は固定部材１３０の凹部１３１内に保持されるようになっている。また、流路セット１は、流路形成基板１０とは反対側の面の端部に一端部が係止され流路形成基板１０側の面に向かって延びる保持部材１４０により保持される。この保持部材１４０の他端部は、固定部材１３０の上面に設けられたリブ１５０を熱圧着することにより、固定部材１３０に固着される。
【００７２】
これにより、流路セット１は、一方側の面の端部が固定部材１３０に当接し、他方側の面の端部が保持部材１４０に当接して両者間に挟持され、同時に、固定部材１３０により圧電振動子は保護される。
【００７３】
このような固定部材１３０は、材質は特に限定されず、例えば、流路形成基板１０の線膨張係数に近い線膨張係数を有するガラスセラミックス、窒化アルミニウムなどで形成されればよく、また凹部１３１は、流路セット１を保持できる大きさを有していれば特に限定されない。また、保持部材１４０も、特に限定されず、例えば、剛性のある樹脂又はステンレス（ＳＵＳ３０４等）などの金属をプレス加工等することにより形成されればよく、形状は、ノズル開口１７からのインクの吐出を妨げない形状であれば特に限定されない。さらに、この保持部材１４０は、本実施形態では、リブ１５０により固定されているが、これに限定されず、比較的容易に取り外しができ、且つ確実に固定されていればよい。
【００７４】
このように形成したインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口４２からインクを取り込み、共通インク室３１からノズル開口１７に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、リード電極１００を介して下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体膜７０をたわみ変形させることにより、圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口１７からインク滴が吐出する。
【００７５】
以上説明した本実施形態では、流路形成基板と流路ユニットとを、接着剤の代わりに弾性部材で接合するようにしたので、接着剤の塗布不良による不良を防止することができ、また、乾燥時間を必要としないため、作業効率を向上することができる。さらに、弾性部材により接合しているので、例えば、駆動部である圧電体能動部に動作不良等が起こった場合でも、流路ユニットと分離して容易に交換することができる。また、流路セットは、固定部材に保持部材をリブで固定することにより保持されているので、固定部材からも比較的容易に取り外し、また取り付けることができる。また、このような構造は、多ノズルヘッド、長尺ヘッド等に用いても有効である。
【００７６】
（実施形態２）
図７は、実施形態２にかかるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【００７７】
本実施形態では、図７に示すように、さらに、ノズルプレート１８と流路ユニット１１０とを弾性部材１２０で接合するようにした以外は、実施形態１と同様である。
【００７８】
これにより、実施形態１と同様の効果を奏する。さらに、ノズルプレートと流路ユニットは弾性部材を介して接合されているので、両者を容易に分離することができ、例えば、インク流路内への異物の混入等の不良が生じた場合にも、インクの流路が形成されている流路ユニットのみを容易に交換することができる。
【００７９】
なお、本実施形態では、弾性部材１２０をノズルプレート２０側に設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、インク室側板４０側に設けるようにしてもよい。
【００８０】
（実施形態３）
図８は、実施形態３にかかるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【００８１】
本実施形態は、図８に示すように、固定部材１３０の凹部１３１の第１の周縁部１３２に隣接する外側に、流路セット１の振動板を含む部分の所定の厚さに一致する高さを有する第１の周壁１３４を設け、第２の周縁部１３３の隣接する外側に、流路セット１の振動板を含まない部分の所定の厚さに一致する高さを有する第２の周壁１３５を設け、保持部材１４０の一端部を第１の周壁１３４及び第２の周壁１３５の上面に固定するようにした。例えば、本実施形態では、第１の周壁１３４及び第２の周壁１３５の上面に突設されたリブ１５０で保持部材１４０の一端部を熱圧着することにより固定した。
【００８２】
これにより、上述の実施形態と同様の効果を奏することができ、さらに、保持部材を固定部材の周壁上面でも固定するようにしたので、流路セットの各部が均一、且つ適当な力で押圧され、弾性部材と各接合面とが確実に密着する。したがって、流路を確実にシールすることができ、インク吐出を安定させることができる。
【００８３】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【００８４】
例えば、上述の実施形態では、弾性部材を、圧力発生室及び流路の周囲等、接合面の一部に設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、図９に示すように、接合面全体に設けるようにしてもよい。
【００８５】
また、接合面全体に設ける場合には、弾性部材１２０の接合面に当接する表面を、例えば、図１０（ａ）に示すように波状に形成したり、また、例えば、図１０（ｂ）に示すように、先端側が細い複数の凸部を設けるようにするのが好ましい。これにより、当接面積を小さくすることができ、インクの流路が確実シールされ、インク吐出を安定させることができる。
【００８６】
また、例えば、上述した供給プレート２０の他、共通インク室形成板３０をガラスセラミックス製としてもよく、さらには、薄肉膜４１を別部材としてガラスセラミックス製としてもよく、材料、構造等の変更は自由である。
【００８７】
また、勿論、共通インク室を流路形成基板に形成したタイプのインクジェット式記録ヘッドにも同様に応用できる。
【００８８】
以上説明した各実施形態は、成膜及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造できる薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を形成するもの、又は結晶成長により圧電体膜を形成するもの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本発明を採用することができる。
【００８９】
さらに、上述した各実施形態では、振動板として下電極膜とは別に弾性膜を設けたが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよい。
【００９０】
また、圧電振動子とリード電極との間に絶縁体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜を熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続したり、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング技術を用いて接続したりする構成としてもよい。
【００９１】
このように、本発明は、その趣旨に反しない限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応用することができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、流路形成基板と流路ユニットとを、接着剤の代わりに弾性部材を介して接合するようにしたので、接着剤の塗布不良によるヘッドの不良を防止することができ、また、乾燥時間を必要としないので、作業効率を向上することができるという効果を奏する。さらに、流路形成基板と流路ユニットとは、容易に取り付け、また取り外すことができるため、部分的に不具合が生じた場合には、その部分のみを交換することができる。すなわち、コストの削減を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図３】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図７】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図８】本発明の実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図である。
【図１０】弾性部材の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 流路セット
１０ 流路形成基板
１２ 圧力発生室
１７ ノズル開口
１８ ノズルプレート
２１ インク供給口
４２ インク導入口
５０ 弾性膜
６０ 下電極膜
７０ 圧電体膜
８０ 上電極膜
９０ 絶縁体層
９０ａ コンタクトホール
１００ リード電極
１１０ 流路ユニット
１２０ 弾性部材
１３０ 固定部材
１４０ 保持部材
１５０ リブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電体層を形成して、圧電体層の変位により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】
インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電振動子により変形させて圧力発生室のインクを加圧し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は、圧電振動子が軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電振動子を使用したものと、たわみ振動モードの圧電振動子を使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電振動子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電振動子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電振動子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電振動子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電振動子を形成したものが提案されている。
【０００６】
これによれば圧電振動子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電振動子を作り付けることができるばかりでなく、圧電振動子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００７】
また、この場合、基板として、例えばシリコン単結晶基板を用い、圧力発生室やリザーバ等の流路を異方性エッチングにより形成し、圧力発生室の開口面積を可及的に小さくして記録密度の向上を図ることが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなシリコン単結晶基板と、連通板又は封止板などのノズル形成部材とは、通常、接着剤等により接合されている。したがって、接着剤の塗布不良による不良率が高いという問題がある。また、接着剤の乾燥に時間がかかるため、生産性が悪いという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、流路形成基板とノズル形成部材とを弾性部材を介して固定することにより、接着不良が無く、生産性を向上することができるインクジェット式記録ヘッドを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の第１の態様は、圧力発生室を画成して当該圧力発生室の一方面側に振動板を介して圧電振動子を有する流路形成基板と、この流路形成基板の他方面側に接合されて前記圧力発生室に連通するノズル開口を有するノズル形成部材とを有する流路セットを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記流路形成基板と前記ノズル形成部材とは、両者の接合面の少なくとも前記圧力発生室及びこの圧力発生室から前記ノズル開口に連通する流路の周囲に弾性部材を介して接合されていると共に、前記流路形成基板の前記圧電振動子側には、さらに、前記流路セットを保持固定する固定部材を有し、前記流路セットは、一端部が前記ノズル形成部材に係止され且つ他端部が前記固定部材上に固着される保持部材とにより固定されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１１】
かかる第１の態様では、流路形成基板とノズル形成部材とを弾性部材を介して確実且つ容易に接合することができる。また、部分的に部品を交換可能なインクジェットヘッドを実現することができる。また、流路セットは、固定部材によって保持部材に固定され、同時にノズル面を保護することができる。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記弾性部材は、前記ノズル形成部材の表面に成形により設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１３】
かかる第２の態様では、ノズル形成部材と流路形成部材との間に弾性部材を配置する手間が省略でき、容易に接合できる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１の態様において、前記保持部材は、前記固定部材に備えられたリブを熱圧着することにより、当該固定部材上に固定されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１７】
かかる第３の態様では、固定部材と保持部材とを容易に取り付け、また取り外すことができる。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第１の態様において、前記保持部材は、前記流路セットの接合した状態の厚さを所定の厚さに規制することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１９】
かかる第４の態様では、流路セットの各部が均一に押圧され、確実にシールされた流路を形成でき、インク吐出が安定する。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記固定部材は、前記流路セットの接合した状態の厚さを所定の厚さに規制する規制部を有し、前記保持部材の一端部近傍が前記規制部に固着されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２１】
かかる第５の態様では、流路セットの各部が均一に押圧され、確実にシールされた流路を形成でき、インク吐出が安定する。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第１の態様において、前記流路形成基板には前記圧力発生室に連通されるリザーバが画成され、前記ノズル形成部材は前記ノズル開口を有するノズルプレートであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２３】
かかる第６の態様では、ノズル開口からインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを容易に実現できる。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第１の態様において、前記ノズル形成部材は、前記ノズル開口を有するノズルプレートと、当該ノズルプレート及び前記流路形成基板の間に設けられ、前記圧力発生室にインクを供給する共通インク室と、前記圧力発生室と、前記ノズル開口とを連通する流路を形成する流路ユニットとで構成されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２５】
かかる第７の態様では、流路ユニットを介してノズル開口からインクが吐出される。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記流路ユニットと前記ノズルプレートとが少なくとも前記ノズル開口に連通する流路の周囲に前記弾性部材を介して接合されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２７】
かかる第８の態様では、流路ユニットとノズルプレートとを容易に且つ確実に接合することができる。
【００２８】
本発明の第９の態様は、第８の態様において、前記弾性部材は、前記流路ユニット側に設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２９】
かかる第９の態様では、弾性部材を配置する手間を省略でき、容易に接合できる。
【００３０】
本発明の第１０の態様は、第１の態様において、前記弾性部材は、前記流路以外の全ての接合面に設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３１】
かかる第１０の態様では、接合面の弾性部材が均一に押圧され、確実にシールされた流路が形成される。
【００３２】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記弾性部材の当接面は凹凸形状を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３３】
かかる第１１の態様では、弾性部材の密着面積が小さくなり、流路がより確実にシールされる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３７】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る流路セットを示す分解斜視図であり、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る。
【００３８】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなる。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３９】
流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００４０】
一方、流路形成基板１０の開口面には、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、圧力発生室１２が形成されている。
【００４１】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われるものである。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００４２】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。なお、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。
【００４３】
また、各圧力発生室１２と後述する共通インク室３１とは、後述する供給プレート２０の各圧力発生室１２の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク供給連通口２１を介して連通されており、インクはこのインク供給連通口２１を介して共通インク室３１から供給され、各圧力発生室１２に分配される。
【００４４】
供給プレート２０は、前述の各圧力発生室１２に対応したインク供給連通口２１が穿設された、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０−６／℃］であるガラスセラミックスからなる。なお、供給プレート２０は、線膨張係数が流路形成基板１０に近ければ、ガラスまたはステンレス鋼であってもよい。また、インク供給連通口２１は、各圧力発生室１２のインク供給側端部の近傍を横断する一つのスリット孔でも、あるいは複数のスリット孔であってもよい。供給プレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、供給プレート２０は、他面で共通インク室３１の一壁面を構成し、供給インク室３１にインク供給を受けるインク導入口４２が打抜き形成されている。
【００４５】
リザーバプレート３０は、共通インク室３１の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、インク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、リザーバプレート３０の厚さは、０．２ｍｍとしている。
【００４６】
インク室側板４０は、ステンレス基板からなり、一方の面で共通インク室３１の一壁面を構成するものである。また、インク室側板４０には、他方の面の一部にハーフエッチングにより凹部４０ａを形成することにより薄肉壁４１が形成されている。なお、薄肉壁４１は、インク滴吐出の際に発生するノズル開口１７と反対側へ向かう圧力を吸収するためのもので、他の圧力発生室１２に、共通インク室３１を経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。本実施形態では、必要な剛性を考慮して、インク室側板４０を０．２ｍｍとし、その一部を厚さ０．０２ｍｍの薄肉壁４１としているが、ハーフエッチングによる薄肉壁４１の形成を省略するために、インク室側板４０の厚さを初めから０．０２ｍｍとしてもよい。
【００４７】
このように形成された供給プレート２０、リザーバプレート３０、及びインク室側板４０は、それぞれ接着剤等により接合されて、流路ユニット１１０が形成される。また、この流路ユニット１１０は、その後、後述するように流路形成基板に１０に接合される。
【００４８】
また、ノズル開口１７が形成されたノズルプレート１８は、流路ユニット１１０のリザーバプレート４０に接合され、各ノズル開口１７と各圧力発生室１２とは、上述の供給プレート２０及びリザーバプレート３０に形成されたインク導通孔２２を介して連通されている。
【００４９】
ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口１７の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口１７は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
【００５０】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．５μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体膜７０と、厚さが例えば、約０．１μｍの上電極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電振動子（圧電素子）を構成している。このように、弾性膜５０の各圧力発生室１２に対向する領域には、各圧力発生室１２毎に独立して圧電振動子が設けられており、本実施形態では、下電極膜６０は圧電振動子の共通電極とし、上電極膜８０を圧電振動子の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、本実施形態では、圧電体膜７０を各圧力発生室１２に対応して個別に設けたが、圧電体膜を全体に設け、上電極膜８０を各圧力発生室１２に対応するように個別に設けてもよい。何れの場合においても、各圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。
【００５１】
そして、かかる各上電極膜８０の上面の少なくとも周縁、及び圧電体膜７０の側面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層９０が形成されている。絶縁体層９０は、成膜法による形成やまたエッチングによる整形が可能な材料、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、有機材料、好ましくは剛性が低く、且つ電気絶縁性に優れた感光性ポリイミドで形成するのが好ましい。
【００５２】
ここで、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０上に、圧電体膜７０等を形成するプロセスを図３を参照しながら説明する。
【００５３】
図３（ａ）に示すように、まず、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。
【００５４】
次に、図３（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を形成する。下電極膜６０の材料としては、Ｐｔ等が好適である。これは、スパッタリングやゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜７０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体膜７０としてＰＺＴを用いた場合には、ＰｂＯの拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由からＰｔが好適である。
【００５５】
次に、図３（ｃ）に示すように、圧電体膜７０を成膜する。この圧電体膜７０の成膜にはスパッタリングを用いることもできるが、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いている。圧電体膜７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。
【００５６】
次に、図３（ｄ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、Ｐｔをスパッタリングにより成膜している。
【００５７】
次に、図４に示すように、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０をパターニングする。
【００５８】
まず、図４（ａ）に示すように、下電極膜６０、圧電体膜７０及び上電極膜８０を一緒にエッチングして下電極膜６０の全体パターンをパターニングする。次いで、図４（ｂ）に示すように、圧電体膜７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電体能動部３２０のパターニングを行う。次に、図４（ｃ）に示すように、各圧力発生室１２（図４では圧力発生室１２は形成前であるが、破線で示す）の幅方向両側に対向した領域である圧電体能動部３２０の両側の振動板の腕に相当する部分の下電極膜６０を除去することにより、下電極膜除去部３５０を形成する。このように下電極膜除去部３５０を設けることにより、圧電体能動部３２０への電圧印加による変位量の向上を図るものである。
【００５９】
なお、下電極除去部３５０は、下電極膜６０を完全に除去せずに、厚さを薄くしたものでもよい。また、圧電体能動部３２０の腕部に相当する部分に下電極除去部３５０を形成しているが、これに限定されず、例えば、圧電体能動部３２０の両端部よりも長手方向外側まで形成するようにしてもよいし、圧力発生室１２の周縁部ほぼ全体に亘って形成してもよい。勿論、この下電極除去部３５０は、必ずしも設ける必要はない。
【００６０】
以上のように、下電極膜６０等をパターニングした後には、好ましくは、各上電極膜８０の上面の少なくとも周縁、及び圧電体膜７０および下電極膜６０の側面を覆うように電気絶縁性を備えた絶縁体層９０を形成する（図１参照）。
【００６１】
そして、絶縁体層９０の各圧電体能動部３２０の一端部に対応する部分の上面を覆う部分の一部には後述するリード電極１００と接続するために上電極膜８０の一部を露出させるコンタクトホール９０ａが形成されている。そして、このコンタクトホール９０ａを介して各上電極膜８０に一端が接続し、また他端が接続端子部に延びるリード電極１００が形成されている。
【００６２】
このような絶縁体層及びリード電極の形成プロセスを図５に示す。
【００６３】
まず、図５（ａ）に示すように、上電極膜８０の周縁部、圧電体膜７０および下電極膜６０の側面を覆うように絶縁体層９０を形成する。この絶縁体層９０の好適な材料は上述した通りであるが、本実施形態ではネガ型の感光性ポリイミドを用いている。
【００６４】
次に、図５（ｂ）に示すように、絶縁体層９０をパターニングすることにより、各圧力発生室１２のインク供給側の端部近傍に対応する部分にコンタクトホール９０ａを形成する。このコンタクトホール９０ａは、後述するリード電極１００と上電極膜８０との接続をするためのものである。なお、コンタクトホール９０ａは、圧力発生室１２の圧電体能動部３２０に対応する部分に設ければよく、例えば、中央部やノズル側端部に設けてもよい。
【００６５】
次に、例えば、Ｃｒ−Ａｕなどの導電体を全面に成膜した後、パターニングすることにより、リード電極１００を形成する。
【００６６】
以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、図５（ｃ）に示すように、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２等を形成する。
【００６７】
また、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、上述の一連の膜形成及び異方性エッチングで、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割する。
【００６８】
その後、上述の流路ユニット１１０、すなわち、供給プレート２０と流路形成基板１０とが、弾性部材１２０を介して接合されて流路セット１が形成される。
【００６９】
この弾性部材１２０は、例えば、硬度が３０°以下の発泡ポリエチレン、発泡ウレタン、発泡シリコーン等で形成され、本実施形態では、例えば、各圧力発生室１２の周壁に対向する領域の供給プレート２０上に成形により帯状に設けられている。したがって、接合の際に、弾性部材を所定位置に位置合わせする手間が省け、容易に接合することができる。なお、弾性部材１２０を流路ユニット１１０側に設けてもよく、例えば、供給プレート２０の所定の位置に貼付した後、流路形成基板１０と接合するようにしてもよい。
【００７０】
また、この弾性部材１２０は、加圧させることにより、両者の接合面に密着されて、接着剤を用いることなく流路形成基板１０と流路ユニット１１０とを接合することができる。
【００７１】
そして、このような流路セット１は、図６の断面図に示すように、固定部材１３０の凹部１３１の周縁部に保持固定される。すなわち、固定部材１３０の凹部１３１の周縁部は、流路セット１の流路形成基板１０側の面の端部に当接して流路セット１を水平に保持することができるようになっており、流路形成基板１０の端部に当接する相対的に低い第１の周縁部１３２と、流路ユニット１１０の端部に当接する相対的に高い第２の周縁部１３３とを具備する。そして、流路セット１を第１の周縁部１３２と第２の周縁部１３３との上に載置すると、圧電振動子は固定部材１３０の凹部１３１内に保持されるようになっている。また、流路セット１は、流路形成基板１０とは反対側の面の端部に一端部が係止され流路形成基板１０側の面に向かって延びる保持部材１４０により保持される。この保持部材１４０の他端部は、固定部材１３０の上面に設けられたリブ１５０を熱圧着することにより、固定部材１３０に固着される。
【００７２】
これにより、流路セット１は、一方側の面の端部が固定部材１３０に当接し、他方側の面の端部が保持部材１４０に当接して両者間に挟持され、同時に、固定部材１３０により圧電振動子は保護される。
【００７３】
このような固定部材１３０は、材質は特に限定されず、例えば、流路形成基板１０の線膨張係数に近い線膨張係数を有するガラスセラミックス、窒化アルミニウムなどで形成されればよく、また凹部１３１は、流路セット１を保持できる大きさを有していれば特に限定されない。また、保持部材１４０も、特に限定されず、例えば、剛性のある樹脂又はステンレス（ＳＵＳ３０４等）などの金属をプレス加工等することにより形成されればよく、形状は、ノズル開口１７からのインクの吐出を妨げない形状であれば特に限定されない。さらに、この保持部材１４０は、本実施形態では、リブ１５０により固定されているが、これに限定されず、比較的容易に取り外しができ、且つ確実に固定されていればよい。
【００７４】
このように形成したインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口４２からインクを取り込み、共通インク室３１からノズル開口１７に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、リード電極１００を介して下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体膜７０をたわみ変形させることにより、圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口１７からインク滴が吐出する。
【００７５】
以上説明した本実施形態では、流路形成基板と流路ユニットとを、接着剤の代わりに弾性部材で接合するようにしたので、接着剤の塗布不良による不良を防止することができ、また、乾燥時間を必要としないため、作業効率を向上することができる。さらに、弾性部材により接合しているので、例えば、駆動部である圧電体能動部に動作不良等が起こった場合でも、流路ユニットと分離して容易に交換することができる。また、流路セットは、固定部材に保持部材をリブで固定することにより保持されているので、固定部材からも比較的容易に取り外し、また取り付けることができる。また、このような構造は、多ノズルヘッド、長尺ヘッド等に用いても有効である。
【００７６】
（実施形態２）
図７は、実施形態２にかかるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【００７７】
本実施形態では、図７に示すように、さらに、ノズルプレート１８と流路ユニット１１０とを弾性部材１２０で接合するようにした以外は、実施形態１と同様である。
【００７８】
これにより、実施形態１と同様の効果を奏する。さらに、ノズルプレートと流路ユニットは弾性部材を介して接合されているので、両者を容易に分離することができ、例えば、インク流路内への異物の混入等の不良が生じた場合にも、インクの流路が形成されている流路ユニットのみを容易に交換することができる。
【００７９】
なお、本実施形態では、弾性部材１２０をノズルプレート２０側に設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、インク室側板４０側に設けるようにしてもよい。
【００８０】
（実施形態３）
図８は、実施形態３にかかるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【００８１】
本実施形態は、図８に示すように、固定部材１３０の凹部１３１の第１の周縁部１３２に隣接する外側に、流路セット１の振動板を含む部分の所定の厚さに一致する高さを有する第１の周壁１３４を設け、第２の周縁部１３３の隣接する外側に、流路セット１の振動板を含まない部分の所定の厚さに一致する高さを有する第２の周壁１３５を設け、保持部材１４０の一端部を第１の周壁１３４及び第２の周壁１３５の上面に固定するようにした。例えば、本実施形態では、第１の周壁１３４及び第２の周壁１３５の上面に突設されたリブ１５０で保持部材１４０の一端部を熱圧着することにより固定した。
【００８２】
これにより、上述の実施形態と同様の効果を奏することができ、さらに、保持部材を固定部材の周壁上面でも固定するようにしたので、流路セットの各部が均一、且つ適当な力で押圧され、弾性部材と各接合面とが確実に密着する。したがって、流路を確実にシールすることができ、インク吐出を安定させることができる。
【００８３】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【００８４】
例えば、上述の実施形態では、弾性部材を、圧力発生室及び流路の周囲等、接合面の一部に設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、図９に示すように、接合面全体に設けるようにしてもよい。
【００８５】
また、接合面全体に設ける場合には、弾性部材１２０の接合面に当接する表面を、例えば、図１０（ａ）に示すように波状に形成したり、また、例えば、図１０（ｂ）に示すように、先端側が細い複数の凸部を設けるようにするのが好ましい。これにより、当接面積を小さくすることができ、インクの流路が確実シールされ、インク吐出を安定させることができる。
【００８６】
また、例えば、上述した供給プレート２０の他、共通インク室形成板３０をガラスセラミックス製としてもよく、さらには、薄肉膜４１を別部材としてガラスセラミックス製としてもよく、材料、構造等の変更は自由である。
【００８７】
また、勿論、共通インク室を流路形成基板に形成したタイプのインクジェット式記録ヘッドにも同様に応用できる。
【００８８】
以上説明した各実施形態は、成膜及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造できる薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を形成するもの、又は結晶成長により圧電体膜を形成するもの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本発明を採用することができる。
【００８９】
さらに、上述した各実施形態では、振動板として下電極膜とは別に弾性膜を設けたが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよい。
【００９０】
また、圧電振動子とリード電極との間に絶縁体層を設けた例を説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁体層を設けないで、各上電極に異方性導電膜を熱溶着し、この異方性導電膜をリード電極と接続したり、その他、ワイヤボンディング等の各種ボンディング技術を用いて接続したりする構成としてもよい。
【００９１】
このように、本発明は、その趣旨に反しない限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応用することができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、流路形成基板と流路ユニットとを、接着剤の代わりに弾性部材を介して接合するようにしたので、接着剤の塗布不良によるヘッドの不良を防止することができ、また、乾燥時間を必要としないので、作業効率を向上することができるという効果を奏する。さらに、流路形成基板と流路ユニットとは、容易に取り付け、また取り外すことができるため、部分的に不具合が生じた場合には、その部分のみを交換することができる。すなわち、コストの削減を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図３】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図７】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図８】本発明の実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図である。
【図１０】弾性部材の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 流路セット
１０ 流路形成基板
１２ 圧力発生室
１７ ノズル開口
１８ ノズルプレート
２１ インク供給口
４２ インク導入口
５０ 弾性膜
６０ 下電極膜
７０ 圧電体膜
８０ 上電極膜
９０ 絶縁体層
９０ａ コンタクトホール
１００ リード電極
１１０ 流路ユニット
１２０ 弾性部材
１３０ 固定部材
１４０ 保持部材
１５０ リブ
Claims (11)
- 圧力発生室を画成して当該圧力発生室の一方面側に振動板を介して圧電振動子を有する流路形成基板と、この流路形成基板の他方面側に接合されて前記圧力発生室に連通するノズル開口を有するノズル形成部材とを有する流路セットを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記流路形成基板と前記ノズル形成部材とは、両者の接合面の少なくとも前記圧力発生室及びこの圧力発生室から前記ノズル開口に連通する流路の周囲に弾性部材を介して接合されていると共に、前記流路形成基板の前記圧電振動子側には、さらに、前記流路セットを保持固定する固定部材を有し、前記流路セットは、一端部が前記ノズル形成部材に係止され且つ他端部が前記固定部材上に固着される保持部材とにより固定されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。 - 請求項１において、前記弾性部材は、前記ノズル形成部材の表面に成形により設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項１において、前記保持部材は、前記固定部材に備えられたリブを熱圧着することにより、当該固定部材上に固定されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項１において、前記固定部材は、前記流路セットの接合した状態の厚さを所定の厚さに規制することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項４において、前記固定部材は、前記流路セットの接合した状態の厚さを所定の厚さに規制する規制部を有し、前記保持部材の一端部近傍が前記規制部に固着されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項１において、前記流路形成基板には前記圧力発生室に連通されるリザーバが画成され、前記ノズル形成部材は前記ノズル開口を有するノズルプレートであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項１において、前記ノズル形成部材は、前記ノズル開口を有するノズルプレートと、当該ノズルプレート及び前記流路形成基板の間に設けられて、前記圧力発生室にインクを供給する共通インク室を画成すると共に、前記ノズル開口と前記圧力発生室とを連通する流路を形成する流路ユニットとで構成されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項７において、前記流路ユニットと前記ノズルプレートとが少なくとも前記ノズル開口に連通する流路の周囲に前記弾性部材を介して接合されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項８において、前記弾性部材は、前記流路ユニット側に成形により設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項１の何れかにおいて、前記弾性部材は、前記流路以外の全ての接合面に設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
- 請求項１０において、前記弾性部材の表面の当接面は凹凸形状を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5219098A JP3557891B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | インクジェット式記録ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5219098A JP3557891B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | インクジェット式記録ヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11245408A JPH11245408A (ja) | 1999-09-14 |
| JP3557891B2 true JP3557891B2 (ja) | 2004-08-25 |
Family
ID=12907888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5219098A Expired - Fee Related JP3557891B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | インクジェット式記録ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3557891B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4333724B2 (ja) | 2006-10-05 | 2009-09-16 | セイコーエプソン株式会社 | 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法 |
-
1998
- 1998-03-04 JP JP5219098A patent/JP3557891B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11245408A (ja) | 1999-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3491688B2 (ja) | インクジェット式記録ヘッド | |
| JP3931976B2 (ja) | アクチュエータ装置及びインクジェット式記録ヘッド並びにインクジェット式記録装置 | |
| JP3555653B2 (ja) | インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法 | |
| JP2000246888A (ja) | インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置 | |
| JP3551748B2 (ja) | インクジェット式記録ヘッド | |
| JP2000263785A (ja) | アクチュエータ装置及びその製造方法並びにインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置 | |
| JP3557891B2 (ja) | インクジェット式記録ヘッド | |
| JPH11309864A (ja) | インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置 | |
| JPH11309867A (ja) | インクジェット式記録ヘッドの製造方法 | |
| JPH11115184A (ja) | アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッド | |
| JPH11138809A (ja) | アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッド | |
| JP3552017B2 (ja) | インクジェット式記録ヘッド | |
| JPH11157070A (ja) | インクジェット式記録ヘッド | |
| JPH11291495A (ja) | インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法 | |
| JPH11129468A (ja) | アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッド | |
| JPH11105281A (ja) | アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッド | |
| JP3541638B2 (ja) | インクジェット式記録ヘッド | |
| JP3374900B2 (ja) | インクジェット式記録ヘッド | |
| JP3603933B2 (ja) | インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置 | |
| JP3539220B2 (ja) | インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置 | |
| JP2000006395A (ja) | インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置 | |
| JPH1178015A (ja) | インクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置 | |
| JP3690098B2 (ja) | インクジェット式記録ヘッド | |
| JP3365486B2 (ja) | インクジェット式記録ヘッドおよびその製造方法並びにインクジェット式記録装置 | |
| JPH11300961A (ja) | インクジェット式記録ヘッド及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040427 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040510 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080528 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090528 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100528 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110528 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120528 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130528 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140528 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |