JPH0976505A - インクジェットヘッドとその製造方法およびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ヘッドの損傷を防止すると共に、均一性が良好
でばらつきが少なく同一形状の電極を多数設けることが
可能であって、隣接電極間の電界の相互干渉がなく、ヘ
ッド先端に安定なインク層を形成して高品質の記録を可
能としたインクジェット記録装置を提供する。 【解決手段】溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤
成分を凝集させて記録媒体上に飛翔させることにより記
録を行うインクジェット記録装置において、記録媒体１
１５に対向するヘッド基板１０１上に、その壁面に底部
から先端部に向かって形成されたインク案内溝１０３を
有する凸状電極１０２を形成し、ヘッド基板１０１にイ
ンク１０７を供給すると共に、凸状電極１０２に信号電
圧を印加することにより、インク中の色剤成分をインク
案内溝１０３に沿って凸状電極１０２の先端部に向けて
搬送し先端部から記録媒体１１５に向けて飛翔させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶剤中に色剤を分
散させたインク中の色剤成分を凝集させ、記録媒体上に
飛翔させて記録を行うためのインクジェットヘッドとそ
の製造方法およびインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータ技術の発達、情報化
社会の進展とともに、情報出力機器の一つとして、主に
液体のインクを小滴、液柱、または霧状にして空気中を
飛翔させ、記録紙等の記録媒体に文字、グラフ、画像な
どを記録するインクジェットプリンタの開発が盛んに行
われている。インクジェットプリンタの特徴としては、
インクを飛翔させて記録するので基本的に非接触・ノン
インパクト記録であって騒音が少なく、またインクを用
いる直接記録であるため、電子写真プリンタのように現
像、定着などの複雑な処理をせず、普通紙への記録が可
能であり、さらにカラーインクのインク滴の重ね合せが
可能であることから比較的容易に高品質のカラー記録が
できる等が挙げられる。

【０００３】インクジェットプリンタの方式としては様
々な方式があるが、発熱抵抗素子により瞬間的に気泡を
発生させ、この気泡の圧力でインクを飛ばすバブルジェ
ット方式（原 利民他、画像電子学会誌、vol.11，2(19
82))や、圧電素子または電歪素子を用いて電気信号を機
械振動に変換して圧力パルスを発生させ、この圧力パル
スでインクを飛ばす方式（E.Stemme et.al.,IEEE Tran
s.ED20-1,p14(1973))などが代表的なものである。

【０００４】これらのインクジェットプリンタでは、何
れもインクノズルを用いているが、解像度を高めるため
にノズル数を多数にするなどによりインクノズルの大き
さが小さくなると、溶媒の蒸発などによりインクノズル
の目詰まりが発生しやすくなり、信頼性低下の大きな原
因となる。例えば、バブルジェット方式では瞬間的に発
生する高温度の蒸気による気泡を圧力源として用いてい
るが、ノズルとインクとの高温による熱的あるいは化学
的な反応などによる固形物のノズル壁への付着が問題に
なる。また、圧電素子や電歪素子を用いる方式では、イ
ンク経路などの複雑な機構により目詰まりが発生し易く
なる。

【０００５】近年、さらに高解像度のプリンタのニーズ
が高まっているが、従来のバブルジェット方式では直径
２０μｍ以下の粒径のインク滴を形成し難く、記録媒体
上では直径５０μｍ程度の最小ドット径しか得られない
という欠点があった。

【０００６】これらの問題を解決する方式として、図５
に示すような薄膜状の電極と記録紙背面にある対向電極
間に高電圧を印加し、静電引力により細いスリットから
インク柱（滴）を引き出す方式や、図６に示すように帯
電した色材成分を含むインクを用いて色材の濃度を高め
て飛翔させる方式（WO93/11866：PCT/AU92/00665）など
がある。前者はドット毎のノズルを必要としないスリッ
ト状ノズルのため、後者はノズルレス方式のため目詰ま
りの問題を低減することができると共に、微小粒径のイ
ンク滴を安定に生成して飛翔させることが可能なため、
高解像度化が可能になる。

【０００７】しかし、これらの静電方式のインクジェッ
トプリンタのヘッドは、図５および図６に示すようにヘ
ッド基板４１，５１の端面に電極アレイ４２，５２の先
端が突出するか、あるいはほぼ接して設けられているた
め、プリンタアッセンブリにおいて電極アレイに記録紙
などが接触して破損し易いという欠点があった。またヘ
ッド製造方法の観点からは、半導体作製プロセスで見ら
れるような高精度の作製技術、例えばステッパ露光技術
などを用いることができないため、加工精度、均一性お
よび歩留まりなどに問題があった。特に、ヘッドの先端
曲率半径を適度に小さく、均一に作製することができな
いため、ヘッド先端に高電圧を印加する必要があり、低
電圧駆動化の妨げになると同時に、形状不均一性にも起
因する異常放電の問題を抱えていた。

【０００８】さらに、インクがヘッド先端で濃縮し凝集
して飛翔するためには、ヘッド先端にインク層が毛管現
象などにより安定して形成していることが必要である
が、上述したヘッド基板端面に形成したヘッドの先端で
は、重力の影響がヘッド先端で等価でないなどの理由で
インク層を安定して形成することが困難であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の静電力で液状インクの中の色材成分を飛翔させるイン
クジェットプリンタヘッドは、ヘッド基板の端面に電極
アレイが位置しているため、プリンタアッセンブリにお
いて電極アレイに記録紙などが接触して破損し易く、ま
たヘッド製造上、半導体作製プロセスで見られるような
高精度の作製技術を用いることができないため、加工精
度、均一性および歩留まりなどに問題があった。特に、
ヘッドの先端曲率半径を適度に小さく、均一に作製する
ことができないため、ヘッド先端に高電圧を印加する必
要があり、低電圧駆動化の妨げになると同時に、形状不
均一性にも起因する異常放電の問題があり、さらにイン
クがヘッド先端で濃縮し凝集して飛翔するためには、ヘ
ッド先端にインク層が毛管現象などにより安定して形成
していることが必要であるが、ヘッド基板端面に形成す
ると、重力の影響がヘッド先端で等価でないなどの理由
でインク層を安定して形成することが困難であるという
問題があった。

【００１０】本発明は上記の問題点を解消すべくなされ
たもので、静電力を用いてインク中の色剤成分を凝集さ
せ記録媒体に飛翔させてインクジェット記録を行う際に
ヘッドの損傷を防止すると共に、均一性が良好でばらつ
きが少なく同一形状のヘッドを多数設けることが可能で
あり、またヘッド先端に安定なインク層を形成して高品
質の記録を可能とし、しかも高集積化が容易で、且つ生
産性に富んだインクジェットヘッドとその製造方法およ
びインクジェット記録装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェットヘッドは、溶媒中に色
剤を分散させたインク中の色剤成分を凝集させて記録媒
体上に飛翔させることにより記録を行うインクジェット
記録装置に用いられるインクジェットヘッドであって、
記録媒体に対向して設けられるヘッド基板と、このヘッ
ド基板上に設けられ、その壁面に底部から先端部に向か
って形成された溝を有する凸状電極と、ヘッド基板上の
少なくとも凸状電極の付近に前記インクを供給するイン
ク供給手段とを有することを特徴とする。

【００１２】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、第１の基板の第１主面上に凹部を設ける工程
と、この凹部を含む前記第１主面上にエッチング停止層
を形成する工程と、この凹部内のエッチング停止層上に
凹部の深さ方向に沿って少なくとも一つの筋状の凸部を
形成する工程と、エッチング停止層の凹部内を埋めるよ
うにエッチング停止層上に電極層を形成する工程と、こ
の電極層上に第２の基板を設ける工程と、第１の基板を
除去する工程と、エッチング停止層および凸部を除去し
て電極層を露出させることにより凸部に対応した溝を有
する凸状電極を形成する工程とを含むことを特徴とす
る。

【００１３】本発明に係るインクジェット記録装置は、
溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤成分を凝集さ
せて記録媒体上に飛翔させることにより記録を行うイン
クジェット記録装置であって、記録媒体に対向して設け
られるヘッド基板上に、その壁面に底部から先端部に向
かって形成された溝を有する凸状電極を形成し、ヘッド
基板上の少なくとも凸状電極の付近にインクを供給し
て、該インク中の少なくとも色剤成分を少なくとも溝に
沿って先端部に向けて搬送することにより該先端部から
記録媒体に向けて飛翔させることを特徴とする。

【００１４】より具体的には、本発明に係るインクジェ
ット記録装置は、記録媒体に対向して設けられるヘッド
基板と、このヘッド基板上に設けられ、その壁面に底部
から先端部に向かって形成された溝を有する凸状電極
と、ヘッド基板上の少なくとも凸状電極の付近にインク
を供給するインク供給手段と、このインク供給手段によ
りヘッド基板上に供給されるインク中の少なくとも色剤
成分を凸状電極の先端部から記録媒体に向けて飛翔させ
るための画像信号に応じた電圧を凸状電極に印加する電
圧印加手段とを有することを特徴とする。

【００１５】さらに具体的には、本発明に係るインクジ
ェット記録装置は所定極性に帯電した色剤を分散させた
インク中の色剤成分を凝集させて記録媒体上に飛翔させ
ることにより記録を行うインクジェット記録装置であっ
て、記録媒体に対向して設けられるヘッド基板と、この
ヘッド基板上に設けられ、その壁面に底部から先端部に
向かって形成された溝を有する凸状電極と、ヘッド基板
上の少なくとも凸状電極の付近にインクを供給するイン
ク供給手段と、このインク供給手段によりヘッド基板上
に供給されるインク中の少なくとも色剤成分を凸状電極
の先端部から記録媒体に向けて飛翔させるための色剤の
帯電極性と同一極性の画像信号に応じた電圧を前記凸状
電極に印加する電圧印加手段とを有することを特徴とす
る。

【００１６】本発明において、凸状電極の形状として
は、四角錐や円錐、紡錘型などの他、四角錐の先端を切
り取ったメキシカンピラミッドなど、毛管現象や凸状電
極への電圧印加によって凸状電極の先端がインクで安定
して濡れた状態となり、かつインクの凝集および飛翔の
ための電界が十分に印加できる形状であればよく、必ず
しも先端が先鋭である必要はない。また、この凸状電極
に形成される溝の断面形状は、半球形状、台形状および
Ｖ形状など、インクが毛管現象により凸状電極の先端に
十分供給される形状であれば種々選択することができ
る。また、この溝の幅は平均して０．１μｍ以上である
ことが好ましい。

【００１７】一方、筋状の凸部を構成する層はレジス
ト、ガラスまたはヘッド導電材料と選択エッチング可能
な金属等が好適である。さらに、エッチング停止層とし
ては例えば第１の基板にシリコン単結晶基板を用いた場
合、その凹部内を含む表面を熱酸化で形成してもよく、
あるいは他の方法により形成してもよい。特に、熱酸化
法を用いた場合は、一般的な半導体製造工程等とのプロ
セス整合性や工程の簡易化を図ることもできるので好ま
しい。

【００１８】このように本発明においては、ヘッド基板
上に壁面に底部から先端部に向かって形成された溝を有
する凸状電極を形成してインクジェットヘッドを構成
し、ヘッド基板上の少なくとも凸状電極の付近に溶媒中
に色剤を分散させたインクを供給して、インク中の少な
くとも色剤成分をヘッド基板上、つまり基板の主面から
記録媒体に向けて飛翔させることで記録を行うため、ヘ
ッド基板端面に形成されたヘッドを持つ従来のインクジ
ェットヘッドのようなヘッドアッセンブリにおけるヘッ
ド先端の損傷が防止される。

【００１９】また、ヘッド基板の表面にヘッド先端であ
る凸状電極が設けられているため、ヘッド基板の端面に
ヘッド先端を設ける従来の技術では用いることができな
かった高精度の半導体加工プロセスを利用した製造方法
により、均一性が良好でばらつきが少なく、同一形状の
凸状電極を多数形成したラインヘッドなどのマルチヘッ
ドの実現が容易となる。特に、本発明によるインクジェ
ットヘッドの製造方法によると、ヘッド先端曲率半径を
適度に小さく、均一に作製できるため、ヘッド先端に高
電圧を印加する必要がなく、低電圧駆動化が可能となる
と同時に、形状不均一性に起因する異常放電を防止する
ことが可能となる。

【００２０】また、インク中の色剤成分が凝集して飛翔
するためには、ヘッド先端にインク層が毛管現象などに
より安定して形成していることが必要であり、また色剤
成分が凝集して飛翔するためには、ヘッド先端にインク
層が毛管現象などにより安定して形成されることが必要
であるが、本発明ではヘッド先端である凸状電極の壁面
に底部から先端部に向かって溝が形成されていることに
より、この先端に十分に到達するインク層を安定して形
成することが可能となり、高性能・高分解能のインクジ
ェット記録装置を実現することができる。

【００２１】さらに、本発明によるインクジェットヘッ
ドの製造方法においては、フォトリソグラフィ、異方性
エッチングなどを用いて形成した凹部および凹部内面の
正確な形状に沿って形成されたエッチング停止層および
筋状の凸部を原型として用いて、これに電極層を充填す
ることによりヘッドが作成されるので、凹部形状の溝を
含めて凸状電極の形状を高精度に均一に、かつ微細に形
成することができる。また、エッチング停止層を熱酸化
法で形成した絶縁層とすれば、第１の凹部内に形成され
た熱酸化絶縁層の第１の凹部内への成長作用により、第
１の凹部先端が鋭くなるため、ヘッド先端部を先鋭に、
しかも均一な形状にすることができる。このようにして
作製されるインクジェットヘッドによると、インク射出
性能、信頼性が大幅に向上する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係
るインクジェット記録装置の概略構成図である。同図に
おいて、ヘッド基板１０１は例えばガラス基板などの絶
縁性の基板であり、このヘッド基板１０１上に凸状電極
１０２とその引き出し電極１０４が形成されている。こ
こで、凸状電極１０２には壁面に底部から先端部に向け
て形成されたインク案内溝１０３が設けられている。な
お、引き出し電極１０３の凸状電極１０２に接続された
側と反対側の端部は外部に露出している。また、ヘッド
基板１０１の上方には、凸状電極１０２に対応する位置
にインク滴吐出口１０５を有する上部カバー１０６が配
置されている。

【００２３】図２は、ラインヘッドなどのマルチヘッド
を構成した場合の図１の一部を拡大して示す図であり、
ヘッド基板１０１上に主走査方向Ｘに沿って複数の凸状
電極１０２が設けられている。また、同図にも示される
ように本実施形態では凸状電極１０２の形状はピラミッ
ド状であり、その先端は尖鋭となっている。そして、凸
状電極１０２のピラミッドの各壁面にインク案内溝１０
３が形成されている。また、この例ではインク案内溝１
０３は底部から先端部に近付くにつれて幅狭の形状とな
っている。

【００２４】本実施形態で用いるインク１０７は、例え
ば１０⁸ Ωｃｍ以上の絶縁性の溶媒中にコロイド状に例
えばプラス帯電性の色剤を帯電制御材やバインダ等とと
もに分散させたものであり、色剤はプラス極性に帯電さ
れているものとする。このインク１０７は、インクタン
クおよびポンプを含むインク還流機構１０８により、イ
ンク流路１０９を介してインク供給口１１０からヘッド
基板１０１上に供給される。

【００２５】ヘッド基板１０１上に供給されたインク１
０７は、ヘッド基板１０１の表面を副走査方向Ｙ（記録
媒体の相対移動方向）に沿って流れ、一部は凸状電極１
０２に到達する。凸状電極１０２に到達したインク１０
７は、凸状電極１０２の壁面に形成されたインク案内溝
１０３に沿って毛管現象により上昇し、インク滴の飛翔
ポイントである凸状電極１０２の先端に到達する。ヘッ
ド基板１０４上に供給されたインク１０７のうち、凸状
電極１０２に到達しなかったインクはインク回収口１１
１からインク流路１０９を介して還流機構１０８により
回収される。

【００２６】上述したヘッド基板１０１、インク案内溝
１０３を有する凸状電極１０２、引き出し電極１０４、
インク滴吐出孔１０５を有する上部カバー１０６、イン
ク還流機構１０８、およびインク吐出口１１０とインク
排出口１１１を有するインク流路１０９によって、イン
クジェットヘッドが構成される。

【００２７】引き出し電極１０４には、駆動回路１１２
および直流バイアス電源１１３が直列に接続されてい
る。駆動回路１１２は、記録すべき画像信号に応じてオ
ン・オフする例えば２００Ｖのプラス極性の信号パルス
電圧を発生し、これが直流バイアス電源１１３から供給
される例えばＤＣ１ｋＶのバイアス電圧に重畳され、引
き出し電極１０３を介して凸状電極１０２に印加され
る。

【００２８】すなわち、凸状電極１０２にはインク１０
７中の色剤の帯電極性と同一極性の電圧が印加される。
従って、凸状電極１０２の先端に達したインク１０７中
の凝集した色剤成分が静電反発力によってヘッド基板１
０１の表面に対しほぼ垂直方向にインク滴１１４として
射出される。この射出されたインク滴１１４は、上部カ
バー１０６に設けられたインク滴吐出孔１０５を通過
し、ヘッド基板１０１に上部カバー１０６を介して対向
して配置された記録媒体である記録紙１１５に向けて、
記録紙１１５の背面に設けられた接地電位の対向電極１
１６に引っ張られて飛翔することによって記録紙１１５
上に到達する。これにより、記録紙１１５上に画像が記
録される。

【００２９】このように本実施形態のインクジェット記
録装置では、インクジェットヘッドにおいて記録紙１１
５に対向するヘッド先端をなす凸状電極１０２をヘッド
基板１０１の端面でなく主面上に設けることができるた
め、記録紙１１５との接触などによる凸状電極１０２の
破損のおそれは非常に少ない。

【００３０】また、凸状電極１０２の壁面にインク案内
溝１０３が設けられているため、凸状電極１０２の先端
部に毛管現象等によりインクが案内されることにより、
容易に安定してインク層が形成され、高性能・高品質の
インクジェット記録装置を実現することができる。

【００３１】なお、凸状電極１０２の表面の一部または
全部をインク案内溝１０３の溝形状を維持しつつ絶縁層
で覆ってもよく、要はインク１０７が凝集され飛翔する
に十分な電界をインク１０７に与えることが可能であれ
ばよい。また、インク１０７中の色剤はマイナス極性に
帯電されていてもよく、その場合には引き出し電極１０
４を介して凸状電極１０２に印加する電圧の極性をマイ
ナスにすればよい。

【００３２】次に、本実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの製造方法について説明する。図３は、インクジェ
ットヘッドの製造工程を示す断面図であり、特に１個の
凸状電極１０２およびインク溜り１０５の形成プロセス
を示している。また、マルチヘッドの場合、図３は図２
の主走査方向Ｘと直交する断面、すなわち副走査方向Ｙ
の断面を示している。

【００３３】まず、Ｓｉ単結晶基板２０１の第１主面側
に、凸状電極１０２の形状に対応した、例えば逆ピラミ
ッド状の凹部を形成する。このような凹部を形成する方
法としては、例えばＳｉ単結晶基板の異方性エッチング
を利用することができる。すなわち、まず図３（ａ）に
示すように、ｐ型で（１００）結晶面方位のＳｉ単結晶
基板２０１上に、厚さ０．１μｍのＳｉＯ₂ 熱酸化層２
０２をドライ酸化法により形成し、その上にレジスト２
０３をスピンコート法により塗布する。次に、図３
（ｂ）に示すように、例えばステッパを用いて１０μｍ
角の正方形状の開口部２０４が得られるよう露光、現像
等によりパターニングした後、ＮＨ₄ Ｆ・ＨＦ混合溶液
により、ＳｉＯ₂ 熱酸化層２０２のエッチングを行う。
そして、残ったレジストを除去した後、例えば３０ｗｔ
％のＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを行い、図
３（ｃ）に示すように、深さ７．１μｍの逆ピラミッド
状の凹部２０５をＳｉ単結晶基板２０１上に形成する。

【００３４】次に、ＮＨ₄ Ｆ・ＨＦ混合溶液を用いて、
ＳｉＯ₂ 酸化層２０２を一旦除去した後、図３（ｄ）に
示すように、凹部２０５内を含むＳｉ単結晶基板２０１
上に凹部２０５内ではその内面に沿って窪んだ形状とな
るように、ＳｉＯ₂ 熱酸化絶縁層をエッチング停止層２
０６として形成する。本実施形態では、ＳｉＯ₂ 熱酸化
絶縁層からなるエッチング停止層２０６を厚さが０．３
μｍ程度となるようにＷｅｔ酸化法により形成した。こ
の場合、エッチング層２０６は凹部２０５の内面上で図
３（ｄ）に示すように凹部２０５の深さ方向の中央部が
膨らんだ構造となることにより、後述のようにして形成
されるヘッド先端である凸状電極１０２の先端部を先鋭
にすることができる。これにより凸状電極１０２の先端
への電界集中効果を高め、高解像度化と同時に低電圧駆
動化を促進することが可能となる。

【００３５】次いで、図３（ｅ）に示すように、凹部２
０５の内面上に筋状の凸部２０７を例えばガラスを用い
て気相堆積法により形成する。次いで、ＳｉＯ₂ 熱酸化
絶縁層からなるエッチング停止層２０６および筋状の凸
部２０７上に、凸状電極１０２および引き出し電極１０
４となる電極層２０８として、例えばモリブデン層、タ
ンタル層やクロム層を凹部２０５を埋めるように形成す
る。本実施形態では、電極層２０８としてスパッタリン
グ法によりモリブデン層を厚さ５μｍとなるように形成
した。この際、副走査方向においては電極層２０８がほ
ぼ個別電極１０２および引き出し電極１０４となる部分
に選択的に形成されるように、マスクを用いてスパッタ
リングを行う。なお、電極層２０８の材質や導電性によ
っては、インクとの濡れ性などを考慮して、さらにＩＴ
Ｏ層のような導電層を積層して形成してもよい。

【００３６】なお、凸状電極１０２の形状を大きくする
ことが要求される場合、すなわち凹部２０５の開口の大
きさや深さが大きくなった場合には、電極層２０８を十
分に厚く形成して凹部内２０５を完全に埋めることが困
難となることがある。そのような場合には、電極層２０
８上にＳｉ単結晶基板２０１の第１主面側から他の単数
または複数の材料からなる芯材層を形成して凹部２０５
内を埋めればよい。

【００３７】次に、電極層２０８の上に図３（ｆ）に示
すように、電極層２０８間を跨ぐようにパイレックスガ
ラス基板２０９を例えば静電接着法を用いて、Ｓｉ単結
晶基板２０１と電極層２０８を介するように接着する。
そして、このパイレックスガラス基板２０９をそのまま
ヘッド基板１０１とするか、またはこれに比較的厚いガ
ラス基板を接着してヘッド基板１０１とする。

【００３８】なお、電極層２０８の厚さが十分に厚く、
構造材としての強度が十分に得られる場合には、図３
（ｇ）の工程を省いて、電極層２０８を直接ヘッド基板
１０１に接着することも可能である。

【００３９】次に、図３（ｇ）に示すように、エチレン
ジアミン、ピロカテコールおよびピラジンの混合水溶液
でＳｉ単結晶基板２０１をエッチング除去し、次いで熱
酸化層および筋状の凸部ガラスをＮＨ₄ Ｆ・ＨＦ等の各
種混酸またはＨＦ水溶液を用いて除去する。これによっ
て図３（ｇ）に示すように、電極層２０８に凹部形状の
溝２１０が形成され、図１および図２に示したようなイ
ンク案内溝１０３を有するピラミッド状の凸状電極１０
２が形成される。

【００４０】このように実施形態に係るインクジェット
ヘッドは、異方性エッチングにより形成された凹部２０
５を有するＳｉ単結晶基板２０１上にＳｉＯ₂ 熱酸化絶
縁層からなるエッチング層２０６を形成した後、電極層
２０８を凹部２０５内に充填することによって凸状電極
１０２を形成している。従って、凹部２０５の形状に応
じて均一性・再現性に優れた凸状電極１０２を形成する
ことができる。

【００４１】さらに、異方性エッチングによる凹部２０
５の形状再現性および凹部２０５内へのエッチング停止
層２０６となるＳｉＯ₂ 熱酸化絶縁層の成長作用によ
り、凹部２０５の底部形状を良好に尖らせた逆ピラミッ
ド状とすることもできるため、先端への電界集中効果を
大幅に高めた凸状電極１０２を安定して形成することが
できる。その結果、従来のようにヘッド先端である凸状
電極１０２に高電圧を印加する必要がなく、低電圧駆動
化が可能となる同時に、形状不均一性にも起因する異常
放電を防止することが可能となる。また、熱酸化法は一
般的な半導体製造工程とのプロセス整合性が良いため、
工程の簡易化を図ることもできる。

【００４２】また、インク滴が凝集して飛翔するために
は、ヘッド先端である凸状電極１０２の先端部にインク
層が毛管現象などにより安定して形成されることが必要
であるが、凸状電極１０２の壁面に凹部形状のインク案
内溝１０３を形成したため、毛管現象によりヘッド基板
１０２上のインクが凸状電極１０２の先端へ登り、その
先端でインク層を安定して形成することが可能となるた
め、インク射出性能、信頼性を大幅に向上させることが
できる。

【００４３】なお、上記実施形態ではピラミッド形状の
凸状電極１０２の広い壁面上にインク案内溝１０３を設
けたが、図４（ａ）に示すようにピラミッドの稜線を形
成する位置にインク案内溝１０３を形成してもよい。ま
た、凸状電極１０２の形状はピラミッド形状である必要
はなく、例えば図４（ｂ）に示すようなコーン形状と
し、このコーンの壁面にインク案内溝１０３を形成して
もよい。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればヘッ
ド基板上に、壁面に底部から先端部に向かって形成され
た溝を有する凸状電極を形成し、ヘッド基板上の少なく
とも前記凸状電極の付近に前記インクを供給して、イン
ク中の少なくとも色剤成分を少なくともインク案内溝に
沿って先端部に向けて搬送し該先端部から記録媒体に向
けて飛翔させることで記録を行うため、ヘッド基板端面
に形成されたヘッドを持つ従来のインクジェットヘッド
のようなヘッドアッセンブリにおけるヘッド先端の損傷
が防止される。

【００４５】また、本発明ではヘッド基板の表面にヘッ
ド先端である凸状電極が設けられているため、ヘッド基
板端面にヘッド先端である凸状電極が設けられていたた
めに従来用いることができなかった高精度の半導体加工
プロセスを利用した製造方法により、均一性が良好でば
らつきが少なく同一形状の凸状電極を多数形成したマル
チヘッドの実現が容易となる。特に、本発明によるイン
クジェットヘッドの製造方法によると、ヘッド先端曲率
半径を適度に小さく、均一に作製できるため、ヘッド先
端に高電圧を印加する必要がなく、低電圧駆動化が可能
となると同時に、形状不均一性に起因する異常放電を防
止することが可能となる。

【００４６】また、インク中の色剤成分が凝集してイン
ク滴として飛翔するためには、凸状電極の先端にインク
層が安定して形成されることが必要であるが、本発明で
は凸状電極の壁面にインク案内溝があるため、毛管現象
により凸状電極の先端へインクが確実に供給され、イン
ク層を安定して形成することが可能となるため、高性能
・高分解能のインクジェット記録装置を実現できる。

【００４７】さらに、本発明によるインクジェットヘッ
ドの製造方法によれば、フォトリソグラフィ、異方性エ
ッチングなどを用いて形成した凹部および凹部内面の正
確な形状に沿って形成されたエッチング停止層および筋
状の凸部を原型として用いて、これに電極層を充填する
ことによりヘッドが作成されるので、凹部形状の溝を含
めて凸状電極の形状を高精度に均一に、かつ微細に形成
することができる。また、エッチング停止層を熱酸化法
で形成した絶縁層とすれば、第１の凹部内に形成された
熱酸化絶縁層の第１の凹部内への成長作用により、第１
の凹部先端が鋭くなるため、ヘッド先端部を先鋭に、し
かも均一な形状にすることができる。このようにして作
製されるインクジェットヘッドによると、インク射出性
能、信頼性が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録
装置の概略構成図

【図２】同実施形態に係るインクジェットヘッドの主要
部の構成を示す斜視図

【図３】同実施形態に係るインクジェットヘッドの製造
方法を説明するための工程断面図

【図４】本発明の他の実施形態に係るインクジェットヘ
ッドにおける凸状電極の構成を示す図

【図５】第１の従来例に係るインクジェットヘッドの要
部の構成を示す斜視図

【図６】第２の従来例に係るインクジェットヘッドの要
部の構成を示す斜視図

【符号の説明】

１０１…ヘッド基板 １０２…凸状電極 １０３…インク案内溝 １０４…引き出し電極 １０５…インク滴吐出孔 １０６…上カバー １０７…インク １０８…インク還流機構 １０９…インク流路 １１０…インク供給口 １１１…インク回収孔 １１２…駆動回路 １１３…バイアス電源 １１５…記録紙 １１６…対向電極 ２０１…Ｓｉ単結晶基板（第１の基板） ２０２…熱酸化層 ２０３…レジスト ２０４…矩形開口部 ２０５…凹部 ２０６…エッチング停止層 ２０７…筋状凸部 ２０８…電極層 ２０９…ガラスパイレックス基板（第２の基板） ２１０…溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 照夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 中尾 英之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤
   成分を凝集させて記録媒体上に飛翔させることにより記
   録を行うインクジェット記録装置に用いられるインクジ
   ェットヘッドにおいて、 前記記録媒体に対向して設けられるヘッド基板と、 前記ヘッド基板上に設けられ、その壁面に底部から先端
   部に向かって形成された溝を有する凸状電極と、 前記ヘッド基板上の少なくとも前記凸状電極の付近に前
   記インクを供給するインク供給手段とを有することを特
   徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】第１の基板の第１主面上に凹部を設ける工
   程と、 前記凹部を含む前記第１主面上にエッチング停止層を形
   成する工程と、 前記凹部内の前記エッチング停止層上に前記凹部の深さ
   方向に沿って少なくとも一つの筋状の凸部を形成する工
   程と、 前記エッチング停止層の前記凹部内を埋めるように前記
   エッチング停止層上に電極層を形成する工程と、 前記電極層上に第２の基板を設ける工程と、 前記第１の基板を除去する工程と、 前記エッチング停止層および前記凸部を除去して前記電
   極層を露出させることにより前記凸部に対応した溝を有
   する凸状電極を形成する工程とを有することを特徴とす
   るインクジェットヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤
   成分を凝集させて記録媒体上に飛翔させることにより記
   録を行うインクジェット記録装置において、 前記記録媒体に対向して設けられるヘッド基板上に、そ
   の壁面に底部から先端部に向かって形成された溝を有す
   る凸状電極を形成し、前記ヘッド基板上の少なくとも前
   記凸状電極の付近に前記インクを供給して、該インク中
   の少なくとも色剤成分を少なくとも前記溝に沿って前記
   先端部に向けて搬送し該先端部から前記記録媒体に向け
   て飛翔させることを特徴とするインクジェット記録装
   置。
4. 【請求項４】溶媒中に色剤を分散させたインク中の色剤
   成分を凝集させて記録媒体上に飛翔させることにより記
   録を行うインクジェット記録装置において、 記録媒体に対向して設けられるヘッド基板と、 前記ヘッド基板上に設けられ、その壁面に底部から先端
   部に向かって形成された溝を有する凸状電極と、 前記ヘッド基板上の少なくとも前記凸状電極の付近に前
   記インクを供給するインク供給手段と、 前記インク供給手段により前記ヘッド基板上に供給され
   るインク中の少なくとも色剤成分を前記凸状電極の先端
   部から前記記録媒体に向けて飛翔させるための画像信号
   に応じた電圧を前記凸状電極に印加する電圧印加手段と
   を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
5. 【請求項５】溶媒中に所定極性に帯電した色剤を分散さ
   せたインク中の色剤成分を凝集させて記録媒体上に飛翔
   させることにより記録を行うインクジェット記録装置に
   おいて、 記録媒体に対向して設けられるヘッド基板と、 前記ヘッド基板上に設けられ、その壁面に底部から先端
   部に向かって形成された溝を有する凸状電極と、 前記ヘッド基板上の少なくとも前記凸状電極の付近に前
   記インクを供給するインク供給手段と、 前記インク供給手段により前記ヘッド基板上に供給され
   るインク中の少なくとも色剤成分を前記凸状電極の先端
   部から前記記録媒体に向けて飛翔させるための前記色剤
   の帯電極性と同一極性の画像信号に応じた電圧を前記凸
   状電極に印加する電圧印加手段とを有することを特徴と
   するインクジェット記録装置。