JPH07125205A

JPH07125205A - サーマルインクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH07125205A
Application number: JP14166293A
Authority: JP
Inventors: Takuro Sekiya; 卓朗関谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-06-14
Filing date: 1993-06-14
Publication date: 1995-05-16

Abstract

(57)【要約】【目的】発熱層等を有する発熱体基板と断面台形状を
なす流路用溝を有する流路基板とを積層するヘッド構造
に関して、流路用溝のディメンジョンを最適化し、噴射
特性を改善するとともに高密度化を可能にすること。【構成】基板上に蓄熱層と発熱層とこの発熱層に通電
するための電極と保護層とを形成した発熱体基板２と、
（１００）面の結晶方位面に切出されたシリコンウエハ
基板上に異方性エッチングにより２つの等価な（１１
１）面による側面と１つの（１００）面による天井面と
で断面台形状となる複数の流路用溝６を形成した流路基
板３とよりなり、発熱体基板２と流路基板３とを発熱面
と溝面とが相対するように積層し、流路用溝６の底部溝
幅ａを発熱体基板２に接する面における各溝間幅ｂに対
して２ｂ≦ａ≦３．８ｂなる長さ関係に設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ノンインパクト記録用
ヘッドの一つである発熱体基板と流路基板とを積層させ
たヘッド構造のサーマルインクジェットヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録法は、記録時におけ
る騒音の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点
において、関心の高い記録法とされている。中でも、高
速記録が可能で、特別な定着処理を必要とせず所謂普通
紙に記録を行うことが可能な、所謂インクジェット記録
法は極めて有力な記録法である。そこで、従来において
もインクジェット記録法に関して様々な方式が提案さ
れ、種々の改良も加えられ、現に商品化されているもの
や、実用化に向けて開発段階のものもある。

【０００３】このようなインクジェット記録法は、所謂
インクと称される記録液体の小滴（droplet）を飛翔さ
せて普通紙などの記録媒体に付着させて記録を行うもの
である。その一例として、例えば本出願人提案による特
公昭５６−９４２９号公報に示されるようなものがあ
る。これは、要約すれば、液室内のインクを加熱して気
泡を発生させることでインクに圧力上昇を生じさせ、微
細な毛細管ノズルからインクを飛び出させて記録するよ
うにしたものである。

【０００４】その後、このようなインク飛翔原理を利用
して多くの提案がなされている。これらの中で、例えば
特公昭５９−３１９４０号公報に示されるような高密度
並設のマルチ方式のヘッドが提案されている。これは、
複数の隣接した吐出インク滴同士が飛翔中に衝突してイ
ンク滴の大きさにバラツキが出たり、被記録面上での付
着点が所望位置よりずれたりして印字に乱れを生じてし
まう点を考慮したもので、互いに近接配置された複数個
の吐出オリフィスを有し、各オリフィスに連絡している
室内に導入される記録液体を、熱エネルギーを利用する
ことにより各オリフィスから小滴として被記録面へ向け
て吐出・飛翔させるものにおいて、複数個の吐出オリフ
ィスを隣接オリフィス中心間の距離Ｌと隣接オリフィス
間隔Ｒとを、Ｒ／（Ｌ−Ｒ）≧１／３なる関係を満足す
るように設定したものである。

【０００５】上記公報に記載されたものは、サーマルヘ
ッドの作製方法と類似の技術を用いて、微細粒子からな
るＡｌ₂Ｏ₃基板上に蓄熱層であるＳｉＯ₂ 、ヒータ層で
あるＨｆＢ₂ 、電極層であるＡｌを順次薄膜形成技術に
より積層した後、選択エッチングによりパターン形成し
て、発熱体基板を作製し、これとは別に、ガラス板に半
導体チップスクライバ用カッタにブレード刃を付けて溝
を形成した溝板を、発熱体基板上にエポキシ樹脂で接着
してマルチオリフィスアレイ記録装置を作製したもので
ある。よって、上記公報中の記載、及び、このような加
工法から推察すると、このような装置は８〜１６本／ｍ
ｍ程度の密度で配列されたヘッドに適用されるものと考
えられる。また、Ｒ／（Ｌ−Ｒ）なる数値の上限に関し
ても、上記公報中記載によれば約２０に止めるべきであ
るとされている。

【０００６】また、特開平２−６７１４０号公報に示さ
れるような流路基板の製法が本出願人により提案されて
いる。これは、単結晶シリコン（Ｓｉ）の異方性エッチ
ングを利用したＶ字溝を流路とするようにしたものであ
る。このように形成されるインク流路は、Ｖ字溝の両側
２面を形成する面が（１１１）面となり、単結晶の精度
で形成でき、かつ、その面も非常に滑らかとなるため、
インクジェットの流路として考えた場合、非常に都合の
よいものとなる。

【０００７】さらに、このようなＶ字溝（Ｖ字状の天井
部付近に気泡が詰まり、インクの流れが阻害されるおそ
れがある）を改良したものとして、同様に（１００）面
の結晶方位面に切出されたシリコンウエハ基板上に異方
性エッチングにより２つの等価な（１１１）面による側
面と１つの（１００）面による天井面とで断面台形状の
流路用溝を形成した流路基板を用いるようにしたものも
考えられている。このような断面台形状の流路用溝ない
しは流路による場合も、単結晶の精度で形成でき、か
つ、その面も非常に滑らかとなるため、上述した特公昭
５９−３１９４０号公報例のようなガラス板に対する半
導体チップスクライバ用カッタで溝を形成するものに比
して、極めて優れたものとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、このように優
れた断面台形状の流路用溝を持つ流路基板を用いたサー
マルインクジェットヘッドを試作し、上述した特公昭５
９−３１９４０号公報中に記載された条件で噴射実験を
行ったところ、断面台形状の流路を有するサーマルイン
クジェットヘッドについては、同公報中に示される条
件、即ち、Ｒ／（Ｌ−Ｒ）≧１／３が必ずしも最適では
ないことが判明したものである。

【０００９】その原因を検討したところ、第１に、流路
の断面形状に関して、同公報例では正方形状であるのに
対して、本出願人の考えたものでは台形状であるので、
両者の形状が異なるのみならず、その断面積等も異なっ
てくるため、その最適条件が異なるためであると考えら
れる。第２に、同公報例のようにガラス基板に対する半
導体チップスクライバ用カッタで溝を形成したものに比
して、本出願人の考えたものでは単結晶Ｓｉの（１０
０）面に対する異方性エッチングによるため単結晶の精
度で流路用溝が形成され、表面が非常に滑らかであるた
め、インクが流れる際の流体抵抗が非常に小さく、噴射
特性も異なるためであると考えられる。ちなみに、同公
報例方式の場合の流路表面の粗さは１〜３ｓ程度であっ
たのに対し、単結晶精度で形成された台形状の流路表面
の粗さは０．１ｓ以下となったものである。

【００１０】これらの点を考慮すると、単結晶Ｓｉウエ
ハに対する異方性エッチングにより断面台形状となる流
路用溝を形成した流路基板を用いることは好ましいもの
となるが、その際、高密度配列を実現し、かつ、記録紙
面上で必要な大きさのドット径が得られ、さらには、安
定したインク噴射が確保されるような最適条件を見出す
ことが要望される。同時に、極力高密度配列を確保しつ
つ隣接ジェット同士が影響を及ぼさずに所望のドット径
が得られるような最適条件を見出すことも要望される。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、基板上に蓄熱層と発熱層とこの発熱層に通電するた
めの電極と保護層とを形成した発熱体基板と、（１０
０）面の結晶方位面に切出されたシリコンウエハ基板上
に異方性エッチングにより２つの等価な（１１１）面に
よる側面と１つの（１００）面による天井面とで断面台
形状となる複数の流路用溝を形成した流路基板とよりな
り、前記発熱体基板とこの流路基板とを発熱面と溝面と
が相対するように積層し、前記流路用溝の底部溝幅ａを
前記発熱体基板に接する面における各溝間幅ｂに対して
２ｂ≦ａ≦３．８ｂなる長さ関係に設定した。

【００１２】この際、請求項２記載の発明では、発熱体
基板と流路基板との積層により流路用溝部分に形成され
る流路の一端を直接インク吐出ノズルとした。

【００１３】また、請求項３記載の発明では、発熱体基
板と流路基板との積層により流路用溝部分に形成される
流路の一端に、各流路に連通するインク吐出ノズルを形
成した薄膜基板を接合させた。

【００１４】

【作用】請求項１記載の発明においては、単結晶精度で
滑らかに形成される断面台形状の複数の流路用溝に関し
て、その底部溝幅ａを発熱体基板に接する面における各
溝間幅ｂに対して２ｂ≦ａ≦３．８ｂなる長さ関係に設
定したので、十分速いインク飛翔速度が確保され、極め
て安定した噴射が得られるものとなり、かつ、多数の流
路を高密度配列させても、隣接ジェットが影響し合って
合体してしまう、といった悪影響がなく、画像乱れのな
い安定した高密度・高画質の記録が可能となる。

【００１５】請求項２記載の発明においては、発熱体基
板と流路基板との積層により流路用溝部分に形成される
流路の一端を直接インク吐出ノズルとしたので、ヘッド
作製が容易となる。

【００１６】一方、請求項３記載の発明においては、イ
ンク吐出ノズルを有する薄膜基板を別体で用意して接合
させるようにしたので、インク吐出ノズル部分に基板間
の接合代がなくなってインク吐出ノズルの滑らかさが増
すため、隣接ジェット間の影響を確実に防ぐことがで
き、よって、連続駆動周波数をより高周波化させること
が可能となる。

【００１７】

【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。本実施例のサーマルインクジェットヘッドの構成及
び動作原理を図１ないし図３を参照して説明する。この
ヘッドチップ１は図１（ａ）に示すように発熱体基板２
上に流路基板３を積層させたものである。ここに、流路
基板３には表裏に貫通したインク流入口４が形成されて
いるとともに、流路及びインク吐出ノズル５を形成する
ための流路用溝６が複数本形成されている。前記インク
流入口４はこれらの流路用溝６に連なったインク供給室
領域に連通している。また、発熱体基板２上には図２に
示すように各インク吐出ノズル５（流路用溝６）に対応
してエネルギー作用部を構成する発熱体（ヒータ）８が
複数個形成され、各々個別に制御電極９に接続されてい
るとともに共通電極１０に共通接続されている。これら
の電極９，１０の一端は発熱体基板２の端部まで引出さ
れ、駆動信号導入部となるボンディングパッド部１１と
されている。ここに、発熱体基板２の発熱面上に流路基
板３の溝面側を相対させて積層接合することにより、流
路用溝６及びインク供給室領域は閉じられた状態とな
り、先端にインク吐出ノズル５を有する流路とインク供
給室７とが形成される。

【００１８】このようなヘッドチップ１において、サー
マルインクジェットによるインク噴射は図３に示すよう
なプロセスにより行われる。まず、定常状態では同図
（ａ）に示すような状態にあり、インク吐出ノズル５先
端のオリフィス面でインク１４の表面張力と外圧とが平
衡状態にある。ついで、ヒータ８が加熱され、その表面
温度が急上昇し隣接インク層に沸騰現象が起きるまで加
熱されると同図（ｂ）に示すように、微小な気泡１５が
点在する状態となる。さらに、ヒータ８全面で急激に加
熱された隣接インク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、
同図（ｃ）に示すように気泡１５が成長する。この時、
流路内の圧力は、気泡１５の成長した分だけ上昇し、オ
リフィス面での外圧とのバランスが崩れ、オリフィスよ
りインク柱１６が成長し始める。同図（ｄ）は気泡１５
が最大に成長した状態を示し、オリフィス面より気泡１
５の体積に相当する分のインク１４が押出される。この
時、ヒータ８には既に電流が流れていない状態にあり、
ヒータ８の表面温度は降下しつつある。気泡１５の体積
の最大値は電気パルス印加のタイミングよりやや遅れた
ものとなる。やがて、気泡１５はインク１４などにより
冷却されて同図（ｅ）に示すように収縮し始める。イン
ク柱１６の先端部では押出された速度を保ちつつ前進
し、後端部では気泡１５の収縮に伴うインク流路の内圧
の減少によってオリフィス面からインク流路内にインク
１４が逆流し、インク柱１６基部にくびれが生ずる。そ
の後、同図（ｆ）に示すように気泡１５がさらに収縮
し、ヒータ８面にインク１４が接し、ヒータ８面がさら
に冷却される。オリフィス面では外圧がインク流路内圧
より高い状態になるため、メニスカスが大きくインク流
路内に入り込んでくる。インク柱１６の先端部は液滴１
７となって記録紙（図示せず）の方向へ５〜１０m／sec
の速度で飛翔する。その後、同図（ｇ）に示すように毛
細管現象によりオリフィスにインク１４が再び供給（リ
フィル）されて同図（ａ）の定常状態に戻る過程で、気
泡１５は完全に消滅する。

【００１９】ついで、このようなヘッドチップ１を構成
する発熱体基板２、流路基板３等について詳細に説明す
る。まず、発熱体基板２について説明する。この発熱体
基板２用の基板としては、アルミナセラミックス、ガラ
ス、Ｓｉウエハなどが用いられる。アルミナセラミック
スの場合には、蓄熱層としてグレーズ層を設けたものが
用いられる。或いは、スパッタリング等の技術によって
ＳｉＯ₂ を数μｍの厚さで形成したアルミナセラミック
ス板としてもよい。ガラスの場合、熱伝導率が低いため
ガラスそれ自体が蓄熱作用を持つので、蓄熱層を別個に
設ける必要はない。Ｓｉウエハの場合、材料の入手が容
易であり（半導体プロセス分野で大量に出回ってい
る）、各種の半導体プロセス装置を利用でき、量産性が
高く都合がよい。

【００２０】本実施例の発熱体基板２には、例えば、Ｓ
ｉウエハが用いられ、Ｓｉウエハ上にヒータ８等が形成
されることになる。このＳｉウエハは例えば拡散炉中で
Ｏ₂，Ｈ₂Ｏのガスを流しながら、８００〜１０００℃
の高温にさらされ、表面に熱酸化膜ＳｉＯ₂ を１〜２μ
ｍ成長させる。この熱酸化膜ＳｉＯ₂ は図４に示すよう
に蓄熱層２１として働き、後述するように発熱体で発生
した熱が発熱体基板２側に逃げないようにすることで、
インク方向に効率よく熱が伝わるようにするためのもの
である。この蓄熱層２１上にはヒータ８となる発熱層２
２が形成される。この発熱層２２を構成する材料として
は、タンタル‐ＳｉＯ₂ の混合物、窒化タンタル、ニク
ロム、銀‐パラジウム合金、シリコン半導体、或いは、
ハフニウム、ランタン、ジルコニウム、チタン、タンタ
ル、タングステン、モリブデン、ニオブ、クロム、バナ
ジウム等の金属の硼化物が有用である。金属の硼化物
中、特に優れているものは、硼化ハフニウムであり、以
下、硼化ジルコニウム、硼化ランタン、硼化タンタル、
硼化バナジウム、硼化ニオブの順となる。発熱層２２は
このような材料を用いて、電子ビーム蒸着法やスパッタ
リング法などの手法により形成される。発熱層２２の膜
厚としては、単位時間当りの発熱量が所望通りとなるよ
うに、その面積、材料及び熱作用部分の形状及び大き
さ、さらには、実際面での消費電力等によって決定され
るが、通常、０．００１〜０．５μｍ、より好ましくは
０．０１〜１μｍとされる。本実施例では、その一例と
してＨｆＢ₂ （硼化ハフニム）を材料として２０００Å
の膜厚にスパッタリング形成されている。

【００２１】電極９，１０を構成する材料としては、通
常使用されている電極材料の多くのものを使用し得る。
具体的には、例えばＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ等が
挙げられ、これらを使用して蒸着等の手法により発熱層
２２上の所定位置に所定の大きさ、形状、膜厚で形成さ
れる。本実施例では、例えばＡｌを用い、スパッタリン
グ法により膜厚１．４μｍの電極９，１０を形成した。

【００２２】ついで、これらの発熱層２２や電極９，１
０上には保護層２３が形成される。この保護層２３に要
求される特性は、ヒータ８部分で発生した熱をインクに
効率よく伝達することを妨げず、かつ、ヒータ８をイン
クから保護し得ることである。よって、この保護層２３
を構成する材料としては、例えば酸化シリコン、窒化シ
リコン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化タ
ンタル、酸化ジルコニウム等がよい。これらを材料とし
て、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法により保護層
２３が形成される。また、炭化珪素、酸化アルミニウム
等のセラミックス材料を用いてもよい。保護層２３の膜
厚としては、通常、０．０１〜１０μｍとされるが、好
ましくは、０．１〜５μｍ、最適には０．１〜３μｍ程
度とするのがよい。本実施例では、ＳｉＯ₂ 膜としてス
パッタリング法により１．２μｍの膜厚に形成した。

【００２３】さらに、保護層２３上に耐キャビテーショ
ン保護層２４が形成されている。この保護層２４は発熱
体領域を気泡発生によるキャビテーション破壊から保護
するためのものであり、例えば、Ｔａをスパッタリング
法により４０００Åの膜厚に形成される。さらに、その
上部には、電極９，１０対応位置に位置させて膜厚２μ
ｍのＲesin層が電極保護層２５として形成されている。

【００２４】次に、流路基板３について説明する。この
流路基板３は発熱体基板２と同じく単結晶Ｓｉウエハ、
より具体的には、図５に示すように（１００）面の結晶
方位に切出されたＳｉウエハが用いられる。この単結晶
Ｓｉウエハは図におけるＸ軸とＹ軸とが互いに直交する
＜１１０＞軸となるように選定され、かつ、Ｘ‐Ｙ軸面
（上下面）が単結晶の（１００）面となるように選定さ
れている。このようにすると、単結晶の（１１１）面は
Ｙ軸に平行で、かつ、Ｘ‐Ｙ軸面に対して約５４．７°
の角度で交わることになる。

【００２５】このような流路基板３に形成される流路用
溝６は発熱体基板２と積層した状態で流路が断面台形状
となるような形状とされるが、その断面台形状をなす２
つの側面は各々等価な（１１１）面により傾斜面として
形成され、天井面は（１００）面により形成されてい
る。ここに、（１１１）面は他の結晶面に比べ水酸化ナ
トリウム、水酸化カリウム、ヒトラジンのようなアルカ
リ系溶液によるエッチング速度が極めて遅く、（１０
０）面をアルカリ系溶液でエッチングすると、（１０
０）面に対して約５４．７°をなす（１１１）面が現
れ、図５に示すように断面台形状をなすように拡開した
流路用溝６が形成される。このような断面台形状溝の開
口部（底部）の溝幅ａはフォトエッチングの際のフォト
レジストの間隔で定まり、極めて精度の高いものとな
る。また、断面台形状溝の深さｄは、異方性エッチング
時間をコントロールすることにより容易に管理できる。
さらには、このようなエッチングによって現れた（１１
１）面は鏡面状態となっており極めて平滑で直線性のよ
いものとなる。

【００２６】ここに、このような単結晶Ｓｉウエハを用
いて、異方性フォトエッチング法により断面台形状の流
路用溝６を形成する方法について、図６を参照して説明
する。

【００２７】まず、図５で説明したような結晶方位のＳ
ｉ単結晶からなる流路基板３を用意する。図６（ａ）に
示す状態では、紙面に対して垂直方向が＜１１０＞軸、
この基板３の上下面が（１００）面となる。このような
基板３を、例えば８００〜１２００℃程度の水蒸気雰囲
気中に置き、表面全面に熱酸化膜２６を形成する。熱酸
化膜２６の膜厚はエッチング深さの０．３％程度あれば
十分である。

【００２８】ついで、同図（ｂ）に示すように、熱酸化
膜２６の上面全面に周知の方法でフォトレジストを塗布
し、これを写真乾板を用いて露光し、現像を行い、フォ
トレジストパターン２７を得る。

【００２９】ついで、同図（ｃ）に示すように、このフ
ォトレジストパターン２７により露出している部分の熱
酸化膜２６をフッ酸水溶液等により除去し、シリコンの
露出部３ａを得て、その後、フォトレジストパターン２
７を取り去る。

【００３０】このような状態にある基板３を、２２％，
９０℃の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液中にお
いてエッチングする。ここに、エッチング液に水酸化テ
トラメチルアンモニウム水溶液を用いるのは、この他の
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のエッチング液を
利用した場合に比べ、天井面（溝では、底面となる）と
して露出してくる（１００）面が、両側の（１１１）面
と同様に、非常に滑らかな鏡面状態となるからである。
これにより露出部３ａのエッチングが進行するが、（１
１１）面のエッチング進行速度は（１００）面における
エッチング進行速度の０．３〜０．４％程度であるた
め、異方性エッチングとなり、露出部３ａの各溝部から
は基板３の上面（前述したように、（１００）面であ
る）に対し、tan~¹√２（約５４．７°）の角度をなす
（１１１）面が現れる。結局、エッチングにより形成さ
れる流路用溝６の溝形状は同図（ｄ）に示すように断面
台形状となる。

【００３１】このような断面台形状溝の精度について考
察すると、まず、熱酸化膜２６端部の下溝における、い
わゆるアンダカットは極めて小さく、（１００）面のエ
ッチング深さの０．２％程度でしかない。従って、断面
台形状溝の底部溝幅ａは、フォトマスクの誤差を考慮に
入れても±１μｍ程度の精度とすることができる。

【００３２】最後に、同図（ｅ）に示すように、エッチ
ングマスクに使用した熱酸化膜２６をフッ酸水溶液等に
より除去することにより断面台形状なる流路用溝６が形
成された単結晶Ｓｉのみによる流路基板３となる。な
お、このような流路基板３を実際にヘッドチップ１に適
用するには、Ｓｉウエハをインクから保護するため、Ｓ
ｉＯ₂ ，Ｓｉ₃Ｎ₄等の保護膜で保護するようにするのが
よい。

【００３３】このように異方性エッチングにより断面台
形状で形成された流路用溝６を有する流路基板３は、前
述したようにヒータ８等が形成された発熱体基板２上
に、接合又は圧接されて積層状態とされる。ここに、積
層されたこれらの基板２，３について、ヒータ８部分か
ら少し下流（１００〜２００μｍ程度）の領域におい
て、流路（流路用溝６）に対してほぼ垂直方向にダイシ
ングソーによって切断することにより、流路一端が直接
インク吐出ノズル５となるヘッドチップ１が完成する。
図１（ａ）はこのようにして完成したヘッドチップ１を
示し、同図（ｂ）はそのインク吐出ノズル５から見た一
部を拡大して示す正面図である。

【００３４】なお、インク吐出用のインク吐出ノズル５
の形成方法としては、上記のように、ダイシングソーに
よって切断した面をそのまま直接インク吐出ノズル５と
する他、例えば、図７に示すように、流路対応の台形状
のインク吐出ノズル２８ａを形成したノズル板（薄膜基
板）２８を別個に用意し、これをヘッドチップ１の端面
に接合させるようにしてもよい。このようなノズル板２
８は、例えばポリサルフォン、ポリエーテルサルフォ
ン、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレンなどの
樹脂板（厚さは、１０〜５０μｍ程度）に、エキシマレ
ーザを照射して樹脂を除去・蒸発させることによりイン
ク吐出ノズル２８ａを形成したものとすればよい。この
ような製法によると、インク吐出ノズル２８ａ用の台形
状のマスクパターンに沿った精密な加工を簡単に行うこ
とができ、高精度なノズル板２８が得られる。このノズ
ル板２８はヘッドチップ１の切断面に接着剤により接合
される。或いは、上記のような樹脂板をヘッドチップ１
の切断面に接合させた後に、エキシマレーザを照射して
吐出ノズル２８ａを形成するようにしてもよい。このよ
うにすれば、流路（流路用溝６）と吐出ノズル２８ａと
を整合させる点に関する煩雑さから解放されるものとな
る。また、このような製法で得られるインク吐出ノズル
２８ａの大きさは、ヘッドチップ１の切断面におけるイ
ンク流路の断面の大きさと同等か、やや小さめとするの
がよい。何れにしても、このようにノズル板２８を別体
で設けたヘッド構造によれば、図１等に示したものに比
べ、インク噴射の安定性が高いものとなる。

【００３５】このような本実施例の基本構成によれば、
インク流路が非常に滑らかなため、インク噴射性能に優
れたものであろうことは、容易に推察し得る。しかし、
前述したように、現実には、流路用溝６ないしは流路を
どのような大きさにしたら最も安定してインク噴射を行
えるかは不明である。また、その形状が断面台形状であ
るという点において、従来よりある円形、正方形といっ
た流路断面を持つものと異なっているため、インク吐出
ノズル部の最適なディメンジョンも明らかではない。そ
こで、インク吐出ノズル部（流路）のディメンジョンを
種々変えたヘッドチップを試作して以下のようなインク
噴射実験を実験１，２として行い、その最適値を見出し
たものである。

【００３６】（実験１）３００dpi の配列密度で６４ノ
ズルを１列に配列したヘッドチップを試作した。ここ
に、発熱体基板２は全て同じ大きさのものを使用し、流
路基板３は底部溝幅ａ、両基板２，３の接触面における
各溝間隔ｂ（図１（ｂ）参照）及び溝深さｄを表１のよ
うに変えた複数個のサンプルを用意した。なお、ヒータ
８のサイズは３５μｍ×１６０μｍ（抵抗値１２１Ω）
なる矩形形状とし、インク吐出ノズル５〜ヒータ８間距
離は２００μｍとした。また、ヘッド構造は図１（ａ）
に示したような、インク吐出ノズル５を直接ダイシング
ソーで切出したものとした。ヘッド駆動条件に関して
は、駆動電圧Ｖ_Oを２９Ｖ、駆動パルス幅Ｐ_Wを６μ
ｓ、連続駆動周波数Ｆ_Oを６．６ｋＨｚとし、使用液体
は水７５％、グリセリン１８％、エチルアルコール４．
７％、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１５４（染料）２．
３％の組成のものとした。表１に噴射評価の結果を示
す。

【００３７】

【表１】

【００３８】実験１の結果を示す表１によれば、流路基
板３において流路用溝６の大きさ、隣接溝間の位置関係
等を規制する寸法ａ，ｂに関して、ａ／ｂの値が例えば
１．８５４のようにある値よりも小さいと流路中のイン
クの流れが停止し、噴射も停止してしまうという不良が
起こり得ることが分かる。また、ａ／ｂの値が４．７７
３のようにある値よりも大きいと隣接ジェットが互いに
接触干渉してまっすぐに飛ばないという不良が起こり得
ることも分かる。つまり、表１の結果をまとめると、２
≦ａ／ｂ≦３．８となるような関係を満たすような流路
用溝６を形成すればよいといえる。

【００３９】（実験２）実験１と同一のディメンジョン
のヘッドチップを試作した。ただし、実験１と異なり、
この実験２では図７に示したように別体のノズル板２８
を接合させたヘッド構造のものとした。なお、ノズル板
２８に関しては、厚さ３０μｍのポリサルルフォン樹脂
をエキシマレーザでノズル加工したものとした。また、
このようなノズル板２８を接合させると、ノズル最表面
からヒータ８までの距離が変わるので、この点を考慮
し、実験２ではダイシングソーによる流路端面の切出し
を行い、このノズル板２８を接合させた時点でのノズル
最表面からヒータ８までの距離が実験１の場合と同じ
（２００μｍ）になるようにした。

【００４０】この実験２による噴射評価の結果も、実験
１の場合と同様に、２≦ａ／ｂ≦３．８となるような関
係を満たすような流路用溝６とした場合に安定した液滴
飛翔が得られたものである。もっとも、実験２の場合に
は実験１以上の良好なる結果が得られたものである。即
ち、実験１の場合の評価結果はほぼ安定した条件内で最
高の駆動周波数でインク噴射を行った結果であるが、実
験２の場合は、連続駆動周波数Ｆ_Oを９．２ｋＨｚまで
高めても安定したインク噴射が行われたものである。こ
の理由を考えると、ダイシングソーによる流路端面の切
出し口を直接インク吐出ノズル５とする構造の場合、図
１に示すように両基板２，３が接触する領域（寸法ｂを
構成する領域＝接合代Ａ）がノズル最表面に現れること
になるが、別体のノズル板２８を用いる場合、図７に示
すように両基板２，３の接合代がノズル最表面には現れ
ずノズル板２８によって滑らかな最表面となるため、隣
接ジェットが互いに影響を及ぼしにくくなるためである
と考えられる。この結果、図７に示すような構造のヘッ
ドによれば、連続駆動周波数をより高めた高速噴射を安
定して行わせることができる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、単結晶精
度で滑らかに形成される断面台形状の複数の流路用溝に
関して、その底部溝幅ａを発熱体基板に接する面におけ
る各溝間幅ｂに対して２ｂ≦ａ≦３．８ｂなる長さ関係
に設定したので、十分速いインク飛翔速度を確保し、極
めて安定した噴射が得られるとともに、多数の流路を高
密度配列させても、隣接ジェットが影響し合って合体し
てしまう、といった悪影響がなく、画像乱れのない安定
した高密度・高画質の記録を行わせることができる。

【００４２】請求項２記載の発明によれば、発熱体基板
と流路基板との積層により流路用溝部分に形成される流
路の一端を直接インク吐出ノズルとしたので、ヘッド作
製が容易となる。

【００４３】一方、請求項３記載の発明によれば、イン
ク吐出ノズルを有する薄膜基板を別体で用意して接合さ
せるようにしたので、インク吐出ノズル部分に基板間の
接合代がなくなってインク吐出ノズルの滑らかさが増す
ため、隣接ジェット間の影響を確実に防ぐことができ、
よって、連続駆動周波数をより高周波化させることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、（ａ）はヘッドチッ
プの斜視図、（ｂ）はその一部を拡大して示す正面図で
ある。

【図２】発熱体基板を示す斜視図である。

【図３】サーマルインクジェットの記録原理を順に示す
縦断側面図である。

【図４】ヒータ付近を拡大して示す縦断側面図である。

【図５】流路基板の結晶面及び結晶軸方向を示す斜視図
である。

【図６】流路基板に関する異方性エッチング工程を順に
示す縦断正面図である。

【図７】変形例を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

２発熱体基板３流路基板６流路用溝５インク吐出ノズル９，１０電極２１蓄熱層２２発熱層２３保護層２８薄膜基板２８ａインク吐出ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に蓄熱層と発熱層とこの発熱層に
通電するための電極と保護層とを形成した発熱体基板
と、（１００）面の結晶方位面に切出されたシリコンウ
エハ基板上に異方性エッチングにより２つの等価な（１
１１）面による側面と１つの（１００）面による天井面
とで断面台形状となる複数の流路用溝を形成した流路基
板とよりなり、前記発熱体基板とこの流路基板とを発熱
面と溝面とが相対するように積層し、前記流路用溝の底
部溝幅ａを前記発熱体基板に接する面における各溝間幅
ｂに対して２ｂ≦ａ≦３．８ｂなる長さ関係に設定した
ことを特徴とするサーマルインクジェットヘッド。
【請求項２】発熱体基板と流路基板との積層により流
路用溝部分に形成される流路の一端を直接インク吐出ノ
ズルとしたことを特徴とする請求項１記載のサーマルイ
ンクジェットヘッド。
【請求項３】発熱体基板と流路基板との積層により流
路用溝部分に形成される流路の一端に、各流路に連通す
るインク吐出ノズルを形成した薄膜基板を接合させたこ
とを特徴とする請求項１記載のサーマルインクジェット
ヘッド。