JPH0414457A

JPH0414457A - 記録ヘッド

Info

Publication number: JPH0414457A
Application number: JP11686490A
Authority: JP
Inventors: Katsuzo Uenishi; 上西　勝三; Susumu Shibata; 進柴田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1990-05-08
Filing date: 1990-05-08
Publication date: 1992-01-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、インクジェットプリンタにおいて、ドツト印
字を行うための記録ヘッドに関するものである。

（従来の技術）従来、インクジェットプリンタにおいて記録ヘッドを動
作させる方式は各種提供されているが、発熱体が発生す
るジュール熱によりバブルを発生させ、該バブルからイ
ンクを吐出させる方法が多く用いられている。

第１２図はバブルジェット方式の記録ヘッドを示す図、
第１２図（Ａ）は記録ヘッドの要部断面図、第１２図（
Ｂ）は発熱体拡大図である。

図において、絶縁物で構成される基板１上に下部層２が
被着され、その上に相互に分離された複数の発熱体３及
び保護［４が形成される。さらに、バリヤ５を備えたノ
ズルプレート６が上記保護膜上に設置されていて、各バ
リヤ５に包囲された空間にインク７が収容される。７ａ
は発熱体３の発熱により発生する蒸気バブルである。上
記ノズルプレート６は加工されたステンレス上にＮｉの
電気メツキを行い、これを剥離してほぼ７０〜８０μ蒙
の厚さに形成する。該ノズルプレート６に形成されたノ
ズル８の穴径（ノズル径）は２０〜３０μｍ、また、発
熱体からノズル８までの距離は２０〜３０μ−とされる
、基板ｌはこの場合、ガラスであり、発熱体３はＴａ−
＾ｌで、電極９は＾ｌで、基板ｌと発熱体間の下部層Ｓ
１０．で、保護膜４は５ｉｓＮ４＋　ＳｉＣの２層構造
で形成される。発熱体３のピッチは８０〜１５０μ園が
一般的である（Ｒｏｓｓ　Ｒ，ＡＩＩｅｎ　ｅｔ　ａｌ
：“Ｔｈｅｒ＋ｓｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ａｎｄ　Ｈｙｄ
ｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｏｆ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｉｎｋ
　Ｊｅｔｓ”Ｍａｙ　１９８５　ｐｐ２１−２７（１９
８５）参照）。

第１３図は第２の従来の記録ヘッドを示す図である。

図において、１１はシリコン（Ｓｉ）単結晶で形成され
る基板、１２は該基板１１の上に被覆され、熱バリヤを
構成するＳｉＯ□の蓄熱層である。該蓄熱層１２の上に
は、Ｔａ−Ａｌからなる発熱体１３が形成される。

１４はＡＩからなる電極、１５は５ｔｊｌ１４．ｓｔｃ
からなる保護膜、１６はＴａからなる層である。該保護
膜１５及び層１６は、発熱体１３及び電極１４を被覆し
てインクによるケミカルアタックから防止する。

１７はインクのノズル１８を形成したオリフィス板、イ
ンクバリア１９は発熱体１３の上部のインクを分離する
ために形成される。

上記構成の記録ヘッドにおいても、その断面構造が複雑
で、ノズル１８、インクバリヤ１９等を形成するための
作業コストが高くなってしまう（Ｒｏｎａｌｄ　Ａ、Ａ
ｓｋｅｌａｎｄ　ｅｔ　ａｌｅ”Ｔｈｅ　５ｅｃｏｎｄ
−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｔｈｅｒｍａｌ　　Ｉｎｋ　
　Ｊｅｔ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ″　Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐ
ａｃｋａｒｄ　Ｊ。

ｕｒｎａｌ　Ａｕｇｕｓｔ　１９８８　ｐｐ２８−３１
（１９８Ｂ）参照）。

第１４図は第３の従来の記録ヘッドを示す図、第１４図
（＾）は記録ヘッドの斜視図、第１４図（Ｂ）は記録ヘ
ッドの断面図である。

この場合、Ｓｉ単結晶が異方性エツチングにより加工さ
れる。すなわち、Ｓｉウェハ２１の両面を酸化してＳｉ
ｎｇ膜２２ａ、　２２ｂを形成する０次に、フォトリソ
グラフィ技術で一辺が所定の大きさの正方形状にＳｉＯ
□膜を除去する。異方性エッチャントによって結晶面（
１００）、　（１１０）、　（１１１）方向にそれぞれ
５０：３０：３の速度比でエツチングすると、最終的に
は逆ピラミッド型のノズル２３が形成される。上記ノズ
ル２３により構成されるノズル列を発熱体列にかぶせる
とヘッドが形成されるが、その製造工程は必ずしも簡単
ではない（Ｅ、Ｂａ５ｓｏｕｓ、Ｈ，ｅｔａｌ″Ｉｎｋ
ｊｅｔ　Ｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｎｏｚｚｌｅ　ａｒｒａｙ
ｓ　ｅｔｃｈｅｄ　ｉｎ　ｓｉｔ　０ｎＡｐｐｌｉｅｄ
　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ、３１．　
ＮＯ，２＋１５−＋ｕｌｙρｐ１３５−１３７　（１９
７７）参照）。

そして、上記第１２図〜第１４図に示す記録ヘッドによ
るバブルジェット方式においては、短時間にしかも急激
に効率よくインク加熱することが重要である。

第１５図は第４の従来の記録ヘッドを示す図である。

発熱体３１の各所に模型のキャビティ３２が形成される
。該構成の発熱体３１の上面にインクが充満すると、上
記キャビティ３２の部分でまずバブル３３が発生する。

３４は発熱体３１の上のインク内に形成された等層線で
ある。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記従来の記録ヘッドにおいては、ノズ
ル、インクバリヤ等を形成するための作業が複雑であり
、製造コストが高くなってしまう。

また、発熱体が平面状になっているので、効率的に加熱
することができない。

本発明は、上記従来の記録ヘッドの問題点を解決して、
発熱体を分離するためのインクバリヤを不要とし製造コ
ストを低減させるとともに、加熱効率を向上させた記録
ヘッドを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）そのために、本発明の記録ヘッドにおいては、異方性エ
ツチングによってＳｉ単結晶にＶ字型、ピラミッド型等
の溝が形成され、該溝を構成する複数の傾斜面に発熱部
が設けられる。

該発熱部に対向してプレートが配設され、上記溝内に供
給されたインクが加熱される。

上記プレートにはインクを吐出するためのノズル穴が形
成される。

（作用）本発明によれば、上記のように異方性エツチングによっ
てＳｉ単結晶に７字型、ピラミッド型等の溝が形成され
、該溝を構成する複数の傾斜面に発熱部が設けられるの
で、溝内に供給されたインクは上記発熱部によって加熱
される。

上記発熱部に対向してプレートが配設され、該プレート
にはインクを吐出するためのノズル穴が形成されている
ので、インクはバブルとなって上記ノズル穴からインク
ジェットとなって噴出する。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照シナがら詳細
に説明する。

第１図は本発明の実施例を示す記録ヘッドの組立図、第
２図は本発明の記録ヘッドの発熱体部の斜視図、第３図
は本発明の記録ヘッドのノズル部の底面図である。

第２図において、１００はＳｉ単結晶であり、異方性エ
ツチングにより頂上部に平面を持った■型構造に加工さ
れる。２００は発熱体となる抵抗体層であり、Ｓｉの拡
散技術により形成される。シート抵抗は５０Ω／口〜５
にΩ／口位であるが、これに限らない０通常、上記シー
ト抵抗は拡散技術によってＮ型単結晶にＰ型層を形成す
ることにより作られる。

１０１、１０２．１０３．・・・はジュール熱を発生さ
せる斜面であり、Ｐは二つの斜面の最大幅、ｈは二つの
斜面の最大深さ、Ｗは平面部の幅である。そして、発熱
体ピッチ（Ｐ＋１１）は８０〜１５０　μ−位である。

Ｗは１０８ｍあれば十分であるが、これ以下でもよい。

３０１、３０２．・・・３０６は上記平面部に形成され
た電極である。ＡＩ、　ＮｉＣｒ−Ａｕ、　Ｔｉ−Ｐｔ
−＾Ｕ等の材料を用い蒸着によりほぼ１μ鋼位の厚みに
形成される。この形状をした発熱体部はいわゆる集積回
路技術を用い、Ｓｉ単結晶ウェハから一度に大量に作製
することができる。

また、第３図において、４００は厚さ２０〜８０μ閣程
度のプレート、３１１．３１２．３１３．・・・３１６
は（Ｐ＋ｊ１）のピッチで配設される電極、　５１１．
５１２．５１３゜５１４、５１５は直径２０〜３０μｍ
のノズル穴である。上記プレート４００は、ポリイミド
膜、ガラス樹脂、ガラス等のほか、Ｓｉを加工して表面
を絶縁体にしたものが用いられる。また、厚みを十分と
り、ノズル穴５１１．５１２．・・・５１５の周辺を加
工して、その部分の厚みを２０〜３０μ−とする。

第１図に示すように、第２図の発熱体部に第３図のノズ
ル部を組み立ててヘッドが形成される以外に６０１．６
０２．６０３が用いられている。６０１はインクをヘッ
ドに供給する穴６０４を有する板である。

発熱体部がノズル部にセットされると、電極３１１゜３
１２、３１３．・・・が電極３０６．３０５．３０４．
・・・にそれぞれ電気的に接続される。６０２は壁、６
０３はシール材でありインクが外に流れ出さないように
、またプレート４００を強力に固定するために設けられ
、ガラスまたは他の材料で作られる。外部との電気的接
続が容品であり、インクを効率よくノズル穴５１１゜５
１２、・・・５１５から吐出することが可能である。

第４図は本発明の第２の実施例を示す記録ヘッドの発熱
体部の斜視図、第５図は本発明の第２の実施例を示す記
録ヘッドの組立図である。

第４図において、１１０はＳｉ単結晶、１１１．１１２
゜１１３、１１４．・・・、及び１２Ｌ　１２２．１２
３．１２４．・・・はＳｉ単結晶１１０をエンチングし
て得られる斜面であり、斜面１１１．１１２．１１３．
１１４．・・・には拡散によって抵抗体層が形成してい
る。　３１１．３１２．３１３．３１４．３１５、・・
・３１９は抵抗体層に電流を流すための電極であり、−
点鎖線Ｑで示す駆動用回路に接続される。

３２１、３２２．３２３．３２４は外部回路との接続用
電極である。

第５図に示すようにインク供給用の穴５２１．５２２゜
及び電極３３１．３３２．・・・、３３４等が形成され
ている。そして上記電極３３１．３３２．・・・、３３
４が電極３２１、３２２．・・・、３３４と圧接又はロ
ー付により電気的に接続される。

第６図は本発明の第３の実施例を示す記録ヘッドの発熱
体部の斜視図、第７図は本発明の第３の実施例を示す記
録ヘッドのノズル部の斜視図、第８図は本発明の第３の
実施例を示す記録ヘッドの組立図である。

第６図において、１２０はＳｉ単結晶であり、異方性エ
ツチングにより吐出穴５３１．５３２．５３３．５３４
５３５が形成される。

７１１、７１２．７１３．７１４は吐出穴５３１を、？
２１．７２２７２３、７２４は吐出穴５３２を形成する
に当たり作らされた斜面である。以下、７３１．・・・
、７５４も同様である。

上記斜面７１２．・・・、７５４も含めて破線で示した
部分７６１、７６２．・・・、７６５は、拡散技術によ
り形成され、母体Ｓｉ単結１２０に比べて抵抗の低い抵
抗層である。

３５０は各抵抗層７６１．・・・、７６５の共通電極３
５１．３５２゜３５３、３５４．３５５は各抵抗層７６
１１・・・、７６５への個別電極である。上記各抵抗層
７６１．・・・、７６５にジュール熱が発生する。。

また、第７図において、６１２はインクを供給するため
のノズル穴６４１．６４２．６４３．６４４．６４５を
有するプレートである。上記プレートは、絶縁物で形成
するとよい。

上記構成の発熱体部とノズル部を組み合わせて記録ヘッ
ドを形成する。接合部分は外側からガラス等でシールさ
れる。

第９図は本発明の第４の実施例を示す記録ヘッドの発熱
体部の斜視図である。

図において、１２１はＳｉ単結晶であり、逆ピラミッド
型ノズルが形成され、更にその斜面には発熱用の抵抗体
層が形成されている。

８００、８０１．８０２．・・・はＳｉ単結晶基板１２
１に形成された溝でありインクを各ノズルに供給する。

この場合、−点鎖線Ｑで示した部分が覆われる。

第１０図は本発明の第５の実施例を示す記録ヘッドの発
熱体部の斜視図、第１１図は本発明の第５の実施例を示
す記録ヘッドのノズル部の斜視図である。

図において、１２２はＳｉ単結晶であり、■字形の溝７
００が形成され、該溝７００を介してインクが供給され
る。溝７００の両側斜面７０１．７０２．７０３．７０
４・・・に発熱用の抵抗体層が形成される。　３００は
各発熱体の共通電極、３０１．３０２．・・・は各発熱
体の個別電極である。

また、９００は発熱体部を覆うプレートであり、ノズル
穴９０１．９０２・・・を有し、ここからインクが吐出
する。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

例えば、上記実施例では発熱用の抵抗体層を拡散により
形成しているが、Ｐ−Ｎ接合により形成してもよく、あ
るいはＳｉの単結晶を異方性エツチングした後、表面に
絶縁層を形成して蓄熱層とし、該蓄熱層上に抵抗体層を
形成してもよい。また、抵抗体層と電極との接続方法も
上記方法に限らない（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば、異方性エ
ツチングによってＳｉ単結晶に複数の傾斜面が形成され
、該傾斜面に発熱部が設けられるので、インクを複数の
方向から同時に加熱することが可能となる。

したがって、効率よくバブルを発生することが可能とな
る。

また、発熱部が傾斜面に形成されているので、インクの
流れが隣の溝に影響されることがなく、安定した動作を
得ることができる。

しかも、傾斜面が異方性エツチングによって形成される
ため、傾斜面と同時にインクバリヤを形成することが可
能となり、作業が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す記録ヘッドの組立図、第
２図は本発明の記録ヘッドの発熱体部の斜視図、第３図
は本発明の記録ヘッドのノズル部の底面図、第４図は本
発明の第２の実施例を示す記録ヘッドの発熱体部の斜視
図、第５図は本発明の第２の実施例を示す記録ヘッドの
組立図、第６図は本発明の第３の実施例を示す記録ヘッ
ドの発熱体部の斜視図、第７図は本発明の第３の実施例
を示す記録ヘッドのノズル部の斜視図、第８図は本発明
の第３の実施例を示す記録ヘッドの組立図、第９図は本
発明の第４の実施例を示す記録ヘッドの発熱体部の斜視
図、第１０図は本発明の第５の実施例を示す記録ヘッド
の発熱体部の斜視図、第１１図は本発明の第５の実施例
を示す記録ヘッドのノズル部の斜視図、第１２図はバブ
ルジェット方式の記録ヘッドを示す図、第１２図（Ａ）
は記録ヘッドの要部断面図、第１２図（Ｂ）は発熱体拡
大図、第１３図は第２の従来の記録ヘッドを示す図、第
１４図は第３の従来の記録ヘッドを示す図、第１４図（
Ａ）は記録ヘッドの斜視図、第１４図（Ｂ）は記録ヘッ
ドの断面図、第１５図は第４の従来の記録ヘッドを示す
図である。１００・・・Ｓｉ単結晶、１０１．１０２．・・・斜面
、２００・・・抵３乙！抗体層、３１１３１２゜・・・Ｔ４極、４００・・・プレート、５１１゜５１２、・・・ノズル穴。

Claims

【特許請求の範囲】（ａ）異方性エッチングによってシリコン単結晶に形成
した複数の傾斜面と、（ｂ）該傾斜面に形成される発熱部と、（ｃ）該発熱部に対向して配設され、インクを吐出する
ためのノズル穴を形成したプレートを有することを特徴
とする記録ヘッド。