JPH06297701A - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JPH06297701A
JPH06297701A JP8752893A JP8752893A JPH06297701A JP H06297701 A JPH06297701 A JP H06297701A JP 8752893 A JP8752893 A JP 8752893A JP 8752893 A JP8752893 A JP 8752893A JP H06297701 A JPH06297701 A JP H06297701A
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ink
silicon wafer
ink chamber
nozzle
inkjet head
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Kazunaga Suzuki
一永 鈴木
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14419Manifold

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクがスムーズに流れるような形状を形成
し気泡排出性を改善し、インク吐出安定性のすぐれた、
高密度で高信頼性のあるインクジェットヘッドを得る。 【構成】 (110)シリコンウェハーを異方性エッチ
ングで貫通させ、両面をノズル板2と圧力発生手段4を
持った平板3によってそれぞれ挟み込み、隣合う(11
1)側面で形成される鋭角コーナ部になめらかな形状を
成す樹脂壁8を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、駆動電圧の印加により
圧力室の容積を変化させてインクを吐出させるオンデマ
ンド型インクジェットヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高速、高密度の低価格インクジェ
ットプリンタの要求が高まる中、それを実現するための
種々の方法が考えられているが、特公平4−15095
号公報などに見られる感光性樹脂による方法、シリコン
ウェハーの異方性エッチングによる方法などが知られて
いる。シリコンウェハーをエッチングして流路を形成す
る方法としては、大別して(100)シリコンウェハー
を用いるものと、(110)シリコンウェハーを用いた
ものがある。
【0003】(100)シリコンウェハーを用いた例と
して特公昭58−40509号公報が知られている。こ
の場合、エッチングの結果現れる(111)面は(10
0)面に対して傾きを持つため、パターン幅に対して深
さが一定の比以上は取れない。このため、エッチング断
面は台形もしくは三角形の断面形状になり、複数の流路
を高密度に並べることにより深さが浅くなってしまう。
さらに、ウェハーの一面にノズルを持った平板を持った
いわゆるフェースイジェクト型でウェハーの裏面から電
気機械変換手段によってインク室の容積を変化させてイ
ンクを吐出させる構造のヘッドの場合、台形もしくは三
角形の断面形状のインク室では電気機械変換手段を配置
させることが困難である。
【0004】一方、(110)シリコンウェハー を用
いたインクジェットヘッドの例として、"K.E.Prtrrse
n,'Fabrication of an Integrated, Planar Silicon In
k-JetStructure,'IEEE transactions on electron devi
ces, vol.ED-26,No.12, December 1979" などが知られ
ている。図6に示すように(110)シリコンウェハー
による異方性エッチングでは、エッチングの結果現われ
る(111)面は(110)面に対して垂直であり、こ
の(111)面を側壁として、インク室101、供給路
102、インク溜り103が形成されている。このため
インク室101を所定の深さに形成できるため、流路の
高密度化により流路幅が狭くても流路抵抗を小さくで
き、高密度で複数のインク室を配置しても高応答が得ら
れ易い。前記エッチングにより(110)シリコンウェ
ハーを貫通させた前記インク流路を形成し、そのウェハ
ーの両(110)面をノズル板2と振動板3で挟み込む
構造にすることにより、前記インク室の深さバラツキを
抑えることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の(11
0)シリコンウェハーの異方性エッチングからなる従来
例は、以下のような課題を有する。
【0006】前記インク室101は(110)シリコン
ウェハー面に対して垂直な(111)面で全側壁が形成
されるため、図6に示すように前記インク室は概ね平行
四辺形をしている。このため、この平行四辺形の鋭角側
の隅でインクの流れが滞りやすく、インクが充填不足と
なったり、気泡が停滞しやすく、流路中の気泡排出性を
損ね、吐出不良の原因となる。
【0007】本発明はこういった状況に鑑み上記の課題
を解決するもので、その目的とするところは、高密度か
つ流路の気泡排出性が良いインクジェットヘッドを提供
することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、インク流路の側面が(110)シリコンウェ
ハーの(111)面で形成され、その隣合う側面で構成
されるコーナー部に、樹脂を充填したことを特徴とす
る。
【0009】
【実施例】以下実施例に従って本発明のインクジェット
ヘッドの構造について詳しく説明する。
【0010】図1は本発明の一実施例のインクジェット
ヘッドであり、図2はBB面の断面図である。1は(1
10)シリコンウェハーで、両面からの異方性エッチン
グによりインク室101、供給路102、インク溜り1
03のそれぞれの側壁を形成し、耐インク性を向上させ
るためにパターン形成後、熱酸化処理を施してある。供
給路102はインク室103よりも幅を小さくして流路
抵抗を大きくし、吐出時に効果的にノズル201側にイ
ンクを送り出すと共にインク溜り103への流出を減ら
してクロストークを防止する。また、インク室101を
(111)面に囲まれた平行四辺形とし、供給路102
は、インクの流れを円滑にし気泡排出性を向上させるよ
うにインク室101の平行四辺形の鋭角側の隅に配置
し、かつ、一つの(111)面を共有するように配し
た。また、対向する前記ノズル側のインク室101の平
行四辺形の鋭角側のコーナー部には、樹脂を充填してな
めらかな形状にすることにより、インクの流れを円滑に
し気泡排出性を向上させている。このシリコンウェハー
1の両面に各インク室101に対応するノズル201を
持つノズル板2と、振動板3が接着されており、振動板
3の背面に圧電素子4が各インク室101の位置に取り
付けられている。ノズル板2は厚さ0.1mmの金属板
で直径40μmのノズル201があけられている。圧電
素子4の振動板3と反対側はブロック5と波線Aで示し
た箇所で接着されている。インクはパイプ6からブロッ
ク5にあけられた貫通口7、インク溜り103、供給路
102、インク室101へと供給される。振動板3には
図2に示すように、インク室101毎に突起部301が
設けられており、圧電素子4の変位が効果的にインク室
101内の体積変化を発生させるようになっている。本
実施例では振動板3はポリイミドフィルムやニッケルの
電鋳で製作し厚さ1〜5μm、突起部は厚さ20〜40
μmとした。また、シリコンウェハー1と振動板3間の
接着剤のはみ出し104は、振動板3の変位を妨げイン
ク室101内の体積変化量を大きく減少させるため、接
着剤のはみ出し長さを10μm以下になるように管理し
ている。
【0011】次に前記実施例のインク流路部の組立方法
について図3(a)〜(d)に沿って説明する。まず、
図3(a)に示すように、(110)シリコンウェハー
の異方性エッチングによって全側面が(111)面から
成る前記インク溜り、供給路、インク室が貫通形成され
たしたシリコンウェハー1とそのインク室に対応したノ
ズル201を有するノズル板2を接着する。その後、図
3(b)に示すように感光性レジストを前記インク溜
り、供給路、インク室に充填し、プレベーキングを行
う。その後、A方向よりマスク9を介して、インク室1
01のノズル側の鋭角コーナーに前記感光性レジストが
残るようにイメージ露光および現像をおこない、図3
(c)に示すように樹脂壁8を形成する。その後、図3
(d)のように、ノズル板2と対面する(110)面に
振動板3を接着し、前記インク溜り、供給路、インク室
を閉溝とする。樹脂壁8はインクの流れをスムーズにす
るために、滑らかな形状を設けている。特に、ノズル付
近のインクの流れをより向上させるために、その形状は
ノズル孔に沿っている方が望ましい。
【0012】このようなウェハーの一面にノズルを持っ
た平板を持ったいわゆるフェースイジェクト型の場合、
インク室からノズルへインクが流れる際、不均一な流れ
の速度分布が生じ気泡が滞りやすいが、前記のような樹
脂壁を設けることにより、気泡排出性が改善されより吐
出安定性の向上を図ることができる。
【0013】図4(a)〜(c)において、前記インク
流路部の別の組立方法を説明する。図4(a)に示すよ
うに、シリコンウェハー1の片面に、ガラスやシリコン
などの平面度のよい平板でテフロンシートを介して蓋を
行い、その上から感光性レジストを充填し、プレベーキ
ングを行う。その後、図4(b)に示すように、シリコ
ンウェハー1の逆片面と振動板3を接着した後、前記平
板およびテフロンシートをはがし、A方向よりマスク9
を介して、インク室101のノズル側の鋭角コーナーに
前記感光性レジストが残るようにイメージ露光および現
像を行い、前記樹脂壁を形成する。その後、振動板3と
対面する(110)面にノズル板2を図4(c)の様に
接着し、前記インク溜り、供給路、インク室を閉溝とす
る。
【0014】以上のような組立方法を用いた場合、シリ
コンウェハー1と振動板3の接着の際、接着剤はB方向
(図3(c)参照)に流れ出す量が増し、振動板側への
はみ出し104を極力小さくすることができる。図2を
用いて説明したように、シリコンウェハー1と振動板3
間の接着剤のはみ出し104は、振動板3の変位を妨げ
インク吐出特性に大きく影響するため、上記の組立方法
は、ヘッドおよびノズル間のインク特性バラツキを減少
させる効果がある。
【0015】また、ノズル板2は本実施例では金属板に
プレスによってノズル201を形成し、ノズル板2とシ
リコンウェハー1を接着したが、ノズルをEL加工する
方法や、ノズル板2をガラスで形成して陽極接合で接合
する方法や、ノズル板2を(100)シリコンウェハー
で形成して拡散接合する方法でも良い。
【0016】図5に図1に示した実施例よりも多数ノズ
ルでより高密度の印字を行えるインクジェットヘッドの
例を示す。基本構造は図1と同様であるので、ここでは
シリコンウェハーのパターンのみを示した。本実施例で
は供給路102、インク室101、ノズル201の組を
0.141mmピッチで26組づつ0.07mmずらし
て2列配した。この構成で1インチ当たり360ドッ
ト、48ノズルのインクジェットヘッドとなる。図中の
ノズル201および供給口7はシリコンウェハー1のパ
ターンの中には無いが説明のために記入してある。両列
とも図中最上部と最下部の組の計4組は実際にはインク
吐出を行わず、インク室101の隣接インク室との隔壁
を同じ状態にして吐出特性を揃えることと、上部の組で
は積極的にインク溜り103に混入した気泡を流入させ
他のインク室に流入させないことを目的に設置されてい
るものである。しかしながら、これらのインク流路は全
て(111)面で囲まれたパターンで側面が形成されて
いるため、前記実施例で説明したインク室と同様に、イ
ンク溜り103においても形状が制限され、図中の波線
Aの箇所でインクの流れが滞りやすい。この箇所におい
ても、前記実施例の組立方法を用いて、インクの流れを
スムーズにするための滑らかな形状を成す図のような樹
脂壁8を設けることにより、インク溜り103内の気泡
排出性を向上する事ができる。また、波線Cの場所の鋸
状になっているところは、気泡がこの部分に引っ掛かる
のを防ぐために鋸状の谷の部分の深さが50μm以下に
なるようにしているが、より信頼性を確保するため前記
実施例と同様に、樹脂を充填することが望ましい。
【0017】
【発明の効果】本発明の実施例の構成により、高精度か
つ深いパターンでのインク流路においても、インク流路
内のインクの流れを円滑にすることができるため、気泡
排出性が向上し安定した印字特性を確保できるという効
果を有する。
【0018】また、全て貫通したパターンで、エッチレ
ートが遅い(111)面しか残らないので、エッチング
工程における条件変動の許容範囲が広く、非常に安定し
た品質を容易に確保でき、かつ、接着剤によるヘッド特
性への影響を極力小さくすることができ、ヘッド間のイ
ンク吐出特性バラツキを抑えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のインクジェットヘッドの斜視
図。
【図2】本発明の実施例のインクジェットヘッドのBB
断面図。
【図3】本発明の実施例のインクジェットヘッドの組立
方法の説明図。
【図4】本発明の実施例のインクジェットヘッドの別の
組立方法の説明図。
【図5】本発明の他の実施例のインクジェットヘッド流
路基板を示す図。
【図6】(110)シリコンウェハーを用いた従来のイ
ンクジェットヘッドの断面図。
【符号の説明】
1 (110)シリコンウェハー 2 ノズル板 3 振動板 4 圧電素子 5 ブロック 6 パイプ 7 貫通孔 8 樹脂壁 9 マスク 101 インク室 102 供給路 103 インク溜り 104 接着剤 201 ノズル 301 突起部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インク流路の側面が(110)シリコン
    ウェハーの(111)面で形成され、その隣合う側面で
    構成されるコーナー部に、樹脂を充填したことを特徴と
    するインクジェットヘッド。
  2. 【請求項2】 一端が供給路を介してインク溜りに連通
    し、他端がインク滴吐出ノズルに連通したインク室を複
    数有し、前記インク溜り、供給路、インク室の少なくと
    も1側面は、前記(111)面から成り、前記インク室
    は概ね平行四辺形をしており、シリコンウェハーの両
    (110)面を挟み込む第1、第2の平板を有し、第1
    の平板には前記インク室に連通するノズルを、第2の平
    板には圧力発生手段を有することを特徴とする請求項1
    記載のインクジェットヘッド。
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