JPH11170532A

JPH11170532A - 液体噴射記録ヘッド

Info

Publication number: JPH11170532A
Application number: JP34625997A
Authority: JP
Inventors: Takuro Sekiya; 卓朗関谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 1999-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】液体噴射記録ヘッドにおいて、気泡が流路の
特定領域で発生するようにして、安定した気泡の発生消
滅及び再現性の向上を可能にする。【解決手段】熱ネエルギーによって記録液体を噴射す
る液体噴射記録ヘッドにおいて、熱エネルギー作用部領
域を前記流路面の凹部に形成して、気泡が該凹部に発生
するようにする。前記凹部は、Ｓｉ基板上に異方性エッ
チングを施すこと、Ｓｉ基板上に形成されたＳｉＯ₂よ
りなる蓄熱層をエッチングすること、熱エネルギー作用
部領域上部に形成された保護層を部分的にエッチング除
去すること、或いは、熱エネルギー作用部領域上部に形
成された保護層最上部の金属層を部分的にエッチング除
去すること、により形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体噴射記録ヘッ
ドの構造に関するものであり、とりわけ熱を利用して気
泡を発生させその作用力でインクを噴射し、記録するい
わゆるバブルジェット方式のインクジェットヘッドに関
するものである。

【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
において最近関心を集めている。その中で、高速記録が
可能であり、しかも、いわゆる普通紙に特別の定着処理
を必要とせずに記録の行える、いわゆるインクジェット
記録法は極めて有力な記録法であって、これまでにも、
様々な方式が提案され、改良が加えられ商品化されたも
のもあれば、現在もなお実用化への努力が続けられてい
るものもある。このようなインクジェット記録法は、い
わゆるインクと称される記録液体の小滴（droplet）を
飛翔させ、記録部材に付着させて記録を行うものであっ
て、例えば、本出願人により、特公昭５６−９４２９号
公報において提案されている。その後安定したインク噴
射を行うためにさまざまな改良がなされている。そのう
ちの一つとして、特開平１−２５５５５１号公報に記載
されているような発明がある。これは、発生する気泡が
インク流路を遮断しないようにするために、熱エネルギ
ー作用部を流路の他の部分より落としこまれた状態で形
成したものである。そしてその結果、インク流路遮断に
よる記録液（インク）補給不足等を解決したというもの
である。また、特開平６−３２８６９７号公報に記載さ
れているような発明がある。これは、熱エネルギー作用
部と相似形状の開口部を有するレジスト層を発熱体基板
上に設けたものであり、特開平１−２５５５５１号公報
の発明と同様に発生する気泡がインク流路を遮断しない
ようにするとともに、気泡成長の推進力を効果的にイン
ク噴射に利用するというものである。しかしながら、従
来技術には、安定した気泡発生〜消滅を行うという点に
関しては考慮されておらず、また、そのような液体噴射
記録ヘッドの具体的な構成，製造方法まで十分に検討さ
れてはいなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の欠点に鑑み、なされたものであり、その目的は、第
１に、熱を利用して気泡を発生させその作用力でインク
を噴射し、記録するいわゆるバブルジェット方式のイン
クジェットヘッドにおいて、気泡が安定して発生するよ
うな構成を提案することにある。また第２に、気泡がよ
り安定して発生するような構成を提案することにある。
さらに第３に、そのような構成のインクジェットヘッド
の具体的な製造方法を提案することにある。また第４
に、そのような構成のインクジェットヘッドを高精度に
製作する方法を提案することにある。さらに第５に、発
生する気泡が残留しないようなインクジェットヘッドの
構成を提案することにある。また第６に、そのような構
成のインクジェットヘッドの別の製造方法を提案するこ
とにある。さらに第７に、さらに別の製造方法を提案す
ることにある。また第８に、さらに別の製造方法を提案
することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、導入
される記録液体を収容するとともに、該記録液体に熱に
よって気泡を発生させ、該気泡の体積増加にともなう作
用力を発生させる熱エネルギー作用部を付設した流路
と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作用力によっ
て液滴として吐出させるためのオリフィスと、前記流路
に連絡して、該流路に前記記録液体を導入するための液
室と、該液室に前記記録液体を導入する手段よりなる液
体噴射記録ヘッドにおいて、前記流路の一部に凹部領域
を形成し、該凹部領域を前記気泡が発生する熱エネルギ
ー作用部領域とする液体噴射記録ヘッドである。

【０００５】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記熱エネルギー作用部領域は、Ｓｉ基板上にエッ
チングを施すことにより前記凹部領域を形成しかつ、該
凹部領域に前記熱エネルギー作用部を形成して得られる
液体噴射記録ヘッドである。

【０００６】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記凹部領域は、Ｓｉ基板上に異方性エッチングを
施すことにより形成する液体噴射記録ヘッドである。

【０００７】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、前記凹部領域は、（１００）面の結晶方位に切り出
されたＳｉ基板上に異方性エッチングを施すことにより
形成する液体噴射記録ヘッドである。

【０００８】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、前記熱エネルギー作用部領域は、Ｓｉ基板上に形成
されたＳｉＯ₂よりなる蓄熱層にエッチングを施すこと
により凹部領域を形成し、該凹部領域に前記熱エネルギ
ー作用部を形成して得られる液体噴射記録ヘッドであ
る。

【０００９】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、前記凹部領域は、前記熱エネルギー作用部上部に形
成された保護層を部分的にエッチング除去することによ
り形成する液体噴射記録ヘッドである。

【００１０】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、前記凹部領域は、前記熱エネルギー作用部上部に形
成された保護層最上部の金属層を部分的にエッチング除
去することにより形成する液体噴射記録ヘッドである。

【００１１】請求項８の発明は、請求項１乃至７のいず
れかに記載の発明において、前記凹部領域は、前記熱エ
ネルギー作用部ごとに独立して形成されている液体噴射
記録ヘッドである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、順に説明する。図１は、本
発明が適用されるインクジェット記録ヘッドの一例を示
す図で、図１（Ａ）はヘッド斜視図、図１（Ｂ）はヘッ
ドを構成する蓋基板の斜視図、図１（Ｃ）は発熱体基板
２の斜視図、図１（Ｄ）は蓋基板を裏側から見た斜視図
である。図２は、本発明が適用されるバブルジェット型
記録ヘッドの一例を説明するための図で、図中、１は蓋
基板、２は発熱体基板、３は記録液体流入口、４はオリ
フィス、５は流路、６は液室を形成するための領域、７
は個別（独立）電極、８は共通電極、９はヒータ（発熱
体）である。

【００１３】最初に、図２を参照しながらバブルジェッ
トによるインク噴射について説明すると、図２（Ａ）は
定常状態であり、オリフィス面でインク１０の表面張力
と外圧とが平衡状態にある。図２（Ｂ）はヒータ９が加
熱されて、ヒータ９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、微小気泡１１が点在
している状態にある。図２（Ｃ）は、ヒータ９の全面で
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、この気泡１１が成長した状態である。この時、
ノズル内の圧力は、気泡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くずれ、オリフィスよ
りインク柱が成長し始める。図２（Ｄ）は気泡が最大に
成長した状態であり、オリフィス面より気泡の体積に相
当する分のインク１０が押し出される。この時、ヒータ
９には電流が流れていない状態にあり、ヒータ９の表面
温度は降下しつつある。気泡１１の体積の最大値は電気
パルス印加のタイミングからやや遅れる。図２（Ｅ）は
気泡１１がインクなどにより冷却されて収縮を開始し始
めた状態を示す。インク柱の先端部では押し出された速
度を保ちつつ前進し、後端部では気泡の収縮に伴ってノ
ズル内圧の減少によりオリフィス面からノズル内へイン
クが逆流してインク柱にくびれが生じている。図２
（Ｆ）はさらに気泡１１が収縮し、ヒータ面にインクが
接しヒータ面がさらに急激に冷却される状態にある。オ
リフィス面では、外圧がノズル内圧より高い状態になる
ためメニスカスが大きくノズル内に入り込んできてい
る。インク柱先端部は液滴１２になり記録紙の方向へ５
〜１０ｍ／ｓｅｃの速度で飛翔している。図２（Ｇ）は
オリフィスにインクが毛細管現象により再び供給（リフ
ィル）されて図２（Ａ）状態にもどる過程で、気泡は完
全に消滅している。

【００１４】図３は、このような本発明が適用されるバ
ブルジェット型液体噴射記録ヘッドの要部構成を説明す
るための典型例を示す図で、図３（Ａ）はバブルジェッ
ト型液体噴射記録ヘッドのオリフィス側から見た正面詳
細部分図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）をＢ−Ｂ線で切断
した場合の切断面部分図である。図３に示された記録ヘ
ッド３０は、その表面に電気熱変換体３１が設けられて
いる基板３２上に、所定の線密度で、所定の幅と深さの
溝が所定数設けられている溝付板３３を、基板３２を覆
うように接合することによって、液体を飛翔させるため
のオリフィス３４（３４₁，３４₂，３４₃）を含む液吐
出部３５が形成された構造を有している。液吐出部３５
は、オリフィス３４と電気熱変換体３１より発生される
熱エネルギーが液体に作用して気泡を発生させ、その体
積の膨張と収縮による急激な状態変化を引き起こすとこ
ろである熱エネルギー作用部領域３６とを有する。

【００１５】熱エネルギー作用部領域３６は、電気熱変
換体３１の熱発生部３７の上部に位置し、熱発生部３７
の液体と接触する面としての熱作用面３８をその底面と
している。熱発生部３７は、基板３２上に設けられた下
部層３９、該下部層３９上に設けられた発熱抵抗層４
０、該発熱抵抗層４０上に設けられた上部層４１とで構
成される。発熱抵抗層４０（４０₁，４０₂，４０₃）に
は、熱を発生させるために該層４０に通電するための電
極４２，４３がその表面に設けられており、これら電極
間の発熱抵抗層４０によって熱発生部３７が形成されて
いる。電極４２は、各液吐出部の熱発生部に共通の電極
であり、電極４３は、各液吐出部の熱発生部を選択して
発熱させるための選択電極であって、液吐出部の液流路
に沿って設けられている。上部層（保護層）４１は、熱
発生部３７においては、発熱抵抗層４０を使用する液体
から化学的，物理的に保護するために、発熱抵抗層４０
と液吐出部３５の液流路を満たしている液体とを隔絶す
るとともに、液体を通じて電極４２，４３間が短絡する
のを防止し、さらに、隣接する電極間における電気的リ
ークを防止する役目を有している。上部層４１は、上記
のような機能を有するものであるが、発熱抵抗層４０が
耐液性であり、かつ液体を通じて電極４２，４３間が電
気的に短絡する必要が全くない場合には、必ずしも設け
る必要はなく、発熱抵抗層４０の表面に直ちに液体が接
触する構造の電気熱変換体として設計してもよい。下部
層３９は、熱容量制御機能を有する。すなわち、この下
部層３９は液滴吐出の際には、発熱抵抗層４０で発生す
る熱が基板３２側に伝導するよりも、熱エネルギー作用
部領域３６側に伝導する割合ができる限り多くなり、液
滴吐出後、つまり発熱抵抗層４０への通電がＯＦＦされ
た後には、熱作用部３８および熱発生部３７にある熱が
速やかに基板３２側に放出されて、熱エネルギー作用部
領域３６にある液体および発生した気泡が急冷されるた
めに設けられる。

【００１６】発熱抵抗層４０を構成する材料として有用
なものには、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、
あるいはハフニウム，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あげられる。発熱
抵抗層４０を構成するこれらの材料の中、殊に金属硼化
物が優れたものとしてあげることができ、その中でも最
も特性の優れているのが硼化ハフニウムであり、次い
で、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っている。発熱抵
抗層４０は、上記の材料を用いて、電子ビーム蒸着やス
パッタリング等の手法を用いて形成することができる。
発熱抵抗層４０の膜厚は、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，材質および熱作用部分の
形状および大きさ、さらには実際面での消費電力等にし
たがって決定されるものであるが、通常の場合、０.０
０１μｍ〜５μｍ，好適には、０.０１μｍ〜１μｍと
される。本発明では、一例として、ＨｆＢ₂を、２００
０Å（０.２μｍ）スパッタリングした。電極４２，４
３を構成する材料としては、通常使用されている電極材
料の多くのものが有効に使用され、具体的には、例え
ば、Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ等があげられ、これらを使
用して、蒸着等の手法で所定位置に所定の大きさ，形
状，厚さで設けられる。本発明では、Ａｌをスパッタリ
ングにより、１.４μｍに形成した。

【００１７】保護層（上部層）４１に要求される特性
は、発熱抵抗層４０で発生された熱を記録液体に効果的
に伝達することを妨げずに、記録液体より発熱抵抗層４
０を保護するということである。保護層４１を構成する
材料として有用なものには、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あげられる。これら
は、電子ビーム蒸着やスパッタリング等の手法を用いて
形成することができる。また、炭化ケイ素，酸化アルミ
ニウム（アルミナ）等セラミック材料も好適に用いられ
る材料である。保護層４１の膜厚は、通常は、０.０１
μｍ〜１０μｍ、好適には、０.１μｍ〜５μｍ、最適
には、０.１μｍ〜３μｍとされるのが望ましい。本発
明では、スパッタリングにより、ＳｉＯ₂を１.２μｍ形
成した。このように形成した発熱体基板は、図１に示し
たような蓋基板と係合させることにより液体噴射記録ヘ
ッドとして完成することができるが、ここでは、また別
の液体噴射記録ヘッドの構成を説明する。

【００１８】図４（Ａ）〜図４（Ｈ）は、流路ならびに
共通液室を形成して液体噴射記録ヘッドを完成させる工
程を示したものである。図中、５０は高熱伝導材料層を
設けて形成した発熱体基板、５１は発熱体、５２は保護
層などの薄膜、５３はレジスト層、５４はフォトマス
ク、６０は天井板、６１は接合層である。

【００１９】図４（Ａ）は、発熱体基板５０を示してお
り、次の図４（Ｂ）に示す工程では、図４（Ａ）に示し
た発熱体基板５０の上に、例えば、１０００ｃＰ〜２０
００ｃＰのレジスト層５３が、スピンコーティング，デ
ィップコーティングあるいはローラーコーティングによ
って、１０μｍ〜１００μｍ程度にコートされる。この
厚さは、最終的に流路障壁の高さになり、発熱体の配列
密度（印写密度）によって、その高さも変わってくる。
３０μｍ以上の厚さのレジスト層５３を得たい場合に
は、液状のフォトレジストではなく、ドライフィルムタ
イプのフォトレジストを用いればよい。ドライフィルム
タイプのフォトレジストを使用すれば、厚さ１００μｍ
程度のレジスト層まで形成することができる。その場合
には、熱と圧力をかけて基板上にラミネートすることに
よってレジスト層は得られる。続いて、図４（Ｂ）に示
すように、発熱体基板５０面に設けたレジスト層５３上
に所定のパターンを有するフォトマスク５４を重ね合わ
せた後、該フォトマスク５４の上部から露光を行う。こ
のとき、発熱体５１の設置位置と前記パターンの位置合
わせを行っておく必要がある。図４（Ｃ）は、前記露光
済みのレジスト層５３の未露光部分を炭酸ナトリウム水
溶液などのアルカリ現像液にて溶解除去した工程を示す
説明図である。図４（Ｄ）は、流路ならびに共通液室天
井となる基板の断面図であり、図４（Ｅ）に示すよう
に、発熱体基板５０と天井となるガラス基板６０とをレ
ジスト層５３と接合層６１を向かい合わせて接合する。
その際、熱硬化処理（例えば、１５０℃〜２５０℃で３
０分〜６０分加熱）、または紫外線照射（例えば、５０
ｍＷ／ｃｍ²〜２００ｍＷ／ｃｍ²またはそれ以上の紫外
線強度）を行い、耐インク性向上ならびに接合強度向上
をはかる。図４（Ｆ）は、発熱体基板５０と天井となる
ガラス基板６０とをレジスト層５３と接合層６１を向か
い合わせて接合した時の斜視図であり、この図および図
４（Ｇ）に示すａ−ａ線の部分を、ダイシングによって
切断し、吐出口部５６を形成することによって、液体噴
射記録ヘッドとして完成する（図４（Ｈ））。本発明
は、上述のごときバブルジェット型液体噴射記録ヘッド
において、安定した気泡発生〜消滅を行えるようにした
ものであり、そのような液体噴射記録ヘッドの具体的な
構成，製造方法を提案するものである。

【００２０】図５は、本発明の一実施例を説明するため
の図であり、発熱体を発熱体基板１０１の他より低い領
域に形成したものである。このような構成とすることに
より、発生する気泡は、その気泡生成領域が特定され、
安定した気泡生成，消滅が可能となり、その再現性がよ
く、インク滴吐出も再現性のよい、安定した吐出とな
る。このような構成の液体噴射記録ヘッドは、具体的に
は図６のような基板上１０１に、前述のような発熱体等
を形成することによって作ることができる。また、この
ような基板１０１上に凹部領域１０３を形成する手法と
しては、エッチングが好適に利用される。つまり、前述
のような発熱体等を形成する以前に基板上の所望領域
に、エッチングによって凹部領域を形成せしめ、その
後、通常の手法によって、発熱体等を形成するのであ
る。発熱体基板１０１のもとになる基板としては、例え
ば、Ｓｉ基板が用いられる。これはＳｉそのものの熱伝
導率が非常に高い（０℃で１６８Ｗ^-1・ｍ・Ｋ^-1）の
で、本発明のように熱を利用する液体噴射記録ヘッドに
用いる場合に、放熱性に優れているためである。Ｓｉを
エッチングして凹部領域を有するような基板を得るに
は、たとえばＳｉＯ₂を、耐エッチングマスク（マスカ
ウント）としてエッチング領域を開口したパターンと
し、硝酸等のエッチング液によってＳｉをエッチングし
た後、フッ酸等により、耐エッチングマスクとして利用
したＳｉＯ₂を除去すればよい。この場合、Ｓｉのエッ
チングの進行方向は、あらゆる面に等方的に進行し、断
面で見ると半円状のくぼみとなる。

【００２１】他の好適な凹部領域を有するような基板を
得る方法としては、単結晶Ｓｉを異方性エッチングする
方法がある。この場合は、上記のように等方的にエッチ
ングが進行するのではなく、結晶軸の方向によってエッ
チングの進行速度が異なり、特定の結晶軸の方向にのみ
エッチングが速く進行する。例えば、（１１０）面の結
晶方位に切り出したＳｉウエハを異方性エッチングする
と（１１０）面と垂直方向エッチングが進行し、矩形の
凹部領域となる。そしてこのエッチングは上記のように
等方的にエッチングされるものとは異なり、形成される
凹部領域が非常に高精度にできるという特徴を有する。

【００２２】他の異方性エッチングの例としては、例え
ば、（１００）面の結晶方位に切り出したＳｉウエハを
利用する方法がある。この場合は、（１００）面と５
４.７°の角度をなす（１１１）面で囲まれた凹部領域
となる。つまりその側面が（１１１）面，底面が（１０
０）面で構成される台形形状の凹部領域となる。この場
合も、形成される凹部領域は非常に高精度にできるとい
う特徴を有する。なお、この場合は、凹部領域１０３が
発熱体基板面に対して垂直ではなく、５４.７°の角度
をなすように形成され、その面も大変なめらかに形成で
きるので、一連の気泡発生〜消滅のプロセス、特に消滅
時に、残留気泡がなく完全に消滅、あるいは吐出口から
インクとともに排出できるという利点がある。また、こ
れらの異方性エッチングを行う際のエッチング液は、上
記の等方的にエッチングを行う場合のような硝酸等では
なく、水酸化カリウム水溶液，ヒドラジン水溶液，エチ
レンジアミンとピロカテコールの混合液等のアルカリ水
溶液が用いられる。以上のように凹部領域を形成したＳ
ｉ基板は、耐エッチングマスクとして利用した不要なＳ
ｉＯ₂をフッ酸等により除去した後、再び、蓄熱層であ
るＳｉＯ₂層（図３に示した下部層３９）を形成した
後、発熱体等のパターンを形成して発熱体基板１０１と
して完成する。本発明ではこのように発熱体基板１０１
に凹部領域１０３を形成しているので、図１（Ｂ），図
１（Ｄ）に示した蓋基板１に相当する蓋基板１０２（図
５）も、発熱体基板の凹部領域に係合するように形成さ
れる。また、流路の別の形成方法（図４（Ａ）〜図４
（Ｈ））においても、凹部領域にフォトレジスト５３が
ゆきわたるように形成される。

【００２３】図７は、本発明の別の実施例を説明するた
めの図であり、ここでは発熱体基板の凹部領域１０３
を、気泡発生領域（発熱体）毎に形成した例を示してい
る。このように凹部領域１０３を個別に形成する場合
も、形成手段は、図６のように基板全体に凹部領域１０
３を形成する場合と同じように、エッチングによって形
成される。違いは、耐エッチングマスク（マスカウン
ト）としてエッチング領域を開口する際のパターンだけ
であり、エッチング作業そのものは図６で説明したもの
と同じである。すなわち、Ｓｉ基板のエッチングには、
硝酸等による等方的に進行するエッチングが利用され、
さらに高精度の凹部領域を形成するには、単結晶Ｓｉに
よる異方性エッチングが利用される。このように気泡発
生領域（発熱体）毎に個別に凹部領域を形成する利点と
しては、発熱体基板に共通の大きな凹部領域を形成する
場合に較べて、より安定した気泡発生〜消滅が得られる
点が上げられる。また、図１（Ｂ），図１（Ｄ）に示し
た蓋基板や、流路の別の形成方法（図４（Ａ）〜図４
（Ｈ））においても、凹部領域がない発熱体基板と同じ
ものが使用できる。あるいはフォトレジスト５３の凹部
領域へのゆきわたりを心配する必要もないことから、流
路形成が、楽になるという利点もある。

【００２４】図８は、本発明のさらに別の実施例を説明
するための図である。前述のように本発明では、発熱体
の下に下部層３９（図３参照）を形成している。これは
蓄積層として作用し、Ｓｉ基板上に、ＳｉＯ₂層を形成
してなる。本発明は上記のように、気泡発生領域（発熱
体）に凹部領域を形成する発明であるが、ここでは、凹
部領域を蓄熱層であるＳｉＯ₂層に形成する例を説明す
る。まず最初にＳｉ基板３２上に、ＳｉＯ₂層３９を形
成する。その手法としては、ＣＶＤによる方法、スパッ
タリングによる方法、熱酸化による方法などがある。い
ずれの方法にしろ、その厚さは、少なくとも２μｍ以上
形成する。そして、通常のフォトリソグラフィー，エッ
チング技術を利用して、後工程で気泡発生領域（発熱
体）となる領域に凹部領域１０３を形成する。エッチン
グ液としてはフッ酸等が用いられる。このように蓄熱層
であるＳｉＯ₂層に直接凹部領域を形成することの利点
は、発熱体基板であるＳｉ材料に凹部領域を行うより
も、プロセスが単純化できるからである（Ｓｉ材料に凹
部領域を行う場合は、凹部領域を行った後に蓄熱層形成
を行う必要がある）。

【００２５】図９は、本発明のさらに別の実施例を説明
するための図である。この例は上部層４１（図３参
照）、つまり保護層４１に凹部領域を形成する例であ
る。保護層４１として有望な材料の１つは、前述のよう
にＳｉＯ₂である。ここでは、発熱抵抗層４０，電極４
２（４３）等を形成した後、保護層４１としてＳｉＯ₂
をスパッタリングにより２μｍの厚さに形成した。その
後、気泡発生領域（発熱体）にフォトリソグラフィー，
エッチング技術を利用して、１.２μｍ深さの凹部領域
１０３を形成した。このように保護層４１であるＳｉＯ
₂層に凹部領域１０３を形成することの利点は、気泡発
生領域、つまり発熱体の下にそのような凹部領域を形成
するよりも、上に形成する方が、各種パターン形成がし
やすいからである。つまり、あらかじめ凹部領域を形成
した部分に、発熱体，電極等のパターニングを行うより
も、発熱体，電極等のパターニングをすませた後に、保
護層４１を設け、そこに凹部領域１０３を形成する方
が、高精度のパターニングを行うためにはプロセス上有
利だからである。

【００２６】図１０は、本発明のさらに別の実施例を説
明するための図である。この例は上記のようなＳｉＯ₂
の保護層４１の上にさらに金属層１０４を設け、その金
属層１０４に凹部領域１０３を形成した例である。この
金属層１０４は、例えばＴａのような金属をスパッタリ
ングにより堆積させる。その機能は、気泡消滅時のキャ
ビテーション衝撃から、気泡発生領域（発熱体）を保護
するものである。ここでは、保護層４１としてＳｉＯ₂
をスパッタリングにより１.２μｍの厚さに形成した
後、Ｔａをスパッタリングにより１.２μｍの厚さに形
成し、その後フォトリソグラフィー，エッチング技術を
利用して、０.９μｍ深さの凹部領域１０３を形成し
た。このようにＳｉＯ₂の保護層４１の上の金属層１０
４に凹部領域１０３を形成することの利点は、上記のＳ
ｉＯ₂保護層４１の上に凹部領域１０３を形成する場合
と同様である。すなわち、あらかじめ凹部領域を形成し
た部分に、発熱体，電極，保護層等のパターニングを行
うよりも、発熱体，電極，保護層等のパターニングをす
ませた後に、金属層１０４を設け、そこに凹部領域１０
３を形成する方が、高精度のパターニングを行うために
はプロセス上有利だからである。

【００２７】（実施例１）図１に示したような、発熱体
基板と蓋基板を積層した構成の液体噴射記録ヘッドで、
発熱体基板として、（１００）面に切り出したＳｉウエ
ハに共通の台形形状の凹部を形成し、蓋基板は、台形形
状の凹部に係合するような形状としたプラスチックの成
形によって形成したものを用いた。吐出口および発熱体
の配列密度は、４００ｄｐｉとし、その数は、１２８個
とした。また、吐出口は２８μｍ×２８μｍの正方形と
し、発熱体は２７μｍ×１２０μｍの長方形（吐出方向
に長い）とした。なお、発熱体の抵抗値は、１０６Ωで
ある。そしてこの発熱体は、（１００）面Ｓｉウエハに
異方性エッチングで形成した深さ４μｍの共通の台形形
状の凹部の底面（凹部長さ１２４μｍ，台形の上底に相
当する長さ）に形成した。このような液体噴射記録ヘッ
ドを用い、インクとして以下のような組成の液体を使用
し、駆動電圧Ｖｏ＝２５Ｖ，駆動パルス幅Ｐｗ＝６μｓ
とし、連続駆動周波数Ｆｏを２ｋＨｚ〜１６ｋＨｚまで
変化させてインク噴射を行い、噴射状況を観察したが、
良好なインク噴射が行われることがわかった。・使用したインク：グリセリン：４５ｗｔ％，エチルア
ルコール：４.８ｗｔ％水：４８ｗｔ％，ダイレクトブラック１５４（染料）：
２.２ｗｔ％

【００２８】（実施例２）実施例１の発熱体基板の代わ
りに、図７に示したような、各発熱体毎に個別に台形形
状の凹部を形成したものを使用して、液体噴射記録ヘッ
ドを形成した。使用したＳｉウエハは、（１００）面に
切り出したものであり、個別に形成した台形形状の凹部
の幅を２９μｍとした以外は、すべて、実施例１と同じ
構成のヘッドとした。ただし、プラスチックの成形によ
って形成した蓋基板は、実施例１のように共通の凹部に
係合するような形状ではなく、図１のように凹部のない
フラットな発熱体基板に普通に積層させて使用するもの
である。このようなヘッドを用い、インク，駆動条件等
を実施例と同じにしてインク噴射を行ったところ、連続
駆動周波数Ｆｏを２ｋＨｚ〜１８ｋＨｚまで変化させて
も良好なインク噴射が行われることがわかった。

【００２９】（比較例１）図１に示したような発熱体基
板に凹部を設けないような構成のヘッドを製作し、実施
例１，２と同様な条件で、インク噴射を行い、連続駆動
周波数Ｆｏを２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚまで変化させたとこ
ろ、良好なインク噴射が行われることがわかった。しか
し、連続駆動周波数Ｆｏを１２ｋＨｚより高くしていく
と、時々、空打ちが生じることがわかった。そしてこれ
は、連続駆動周波数Ｆｏを高くすればその頻度が多くな
ることがわかった。

【００３０】

【発明の効果】請求項１に対応する効果：熱を利用して
気泡を発生させその作用力でインクを噴射し、記録する
いわゆるバブルジェット方式のインクジェットヘッドに
おいて、流路の一部である熱エネルギー作用部領域を、
流路面より低い位置に位置するようにすることにより、
気泡が安定して発生するようになり、インク吐出性能が
向上し、高画質記録が可能となった。

【００３１】請求項２に対応する効果：熱エネルギー作
用部を形成する凹部領域は、発熱体基板であるＳｉ基板
上にエッチングにより形成するようにしたので、容易に
そのような構造の液体噴射記録ヘッドが実現できるよう
になった。

【００３２】請求項３に対応する効果：液体噴射記録ヘ
ッドの凹部領域を、Ｓｉ基板上に異方性エッチングによ
り形成するようにしたので、非常に高精度な凹部領域を
得ることが可能となり、高精度でインク吐出性能バラツ
キの小さい液体噴射記録ヘッドが実現し、高画質記録が
可能となった。

【００３３】請求項４に対応する効果：（１００）面の
結晶方位に切り出されたＳｉ基板上への異方性エッチン
グとしたので、非常に高精度な、台形形状の凹部領域を
得ることが可能となり、気泡生成が安定するとともに気
泡が残留することなく、インク吐出性能が向上し、高画
質記録が可能となった。

【００３４】請求項５に対応する効果：熱エネルギー作
用部を形成する凹部領域は、発熱体基板であるＳｉ基板
上形成されたＳｉＯ₂よりなる蓄熱層に、エッチングに
より形成するようにしたので、容易にそのような構造の
液体噴射記録ヘッドが実現できるようになった。また、
その凹部領域形成プロセスを単純化できた。

【００３５】請求項６に対応する効果：熱エネルギー作
用部を形成する凹部領域は、熱エネルギー作用部領域上
部に形成された保護層を部分的にエッチング除去するこ
とにより形成するようにしたので、容易にそのような構
造の液体噴射記録ヘッドが実現できるようになった。特
に熱エネルギー作用部を形成した後に保護層エッチング
すればよいので、熱エネルギー作用部形成が非常に楽に
なり、かつ熱エネルギー作用部形成のパターニングが非
常に高精度にできるようになった。

【００３６】請求項７に対応する効果：上記７と同様
に、熱エネルギー作用部を形成した後に保護層最上部の
金属層をエッチングすればよいので、熱エネルギー作用
部形成が非常に楽になり、かつ熱エネルギー作用部形成
のパターニングが非常に高精度にできるようになった。

【００３７】請求項８に対応する効果：流路面より低い
位置を、熱エネルギー作用部領域ごとに独立して形成し
たので、気泡生成がより一層安定するとともにインク吐
出性能も向上し、高画質記録が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるインクジェット記録ヘッ
ドの構造を示す斜視図であって、（Ａ）は組立てた状
態、（Ｂ）〜（Ｄ）は分解した状態における各部の構成
を示す図である。

【図２】バブルジェットによるインク噴射を説明する
ための図である。

【図３】本発明が適用されるインクジェット記録ヘッ
ドの要部構成を示す図であって、（Ａ）は正面図、
（Ｂ）は断面図である。

【図４】液体噴射記録ヘッドの作製工程を示した図で
ある。

【図５】本発明の液体噴射記録ヘッドの一実施例を示
す断面図である。

【図６】発熱体基板の一実施例の斜視図である。

【図７】発熱体基板の別の実施例の斜視図である。

【図８】発熱体基板の別の実施例の断面図である。

【図９】発熱体基板の別の実施例の断面図である。

【図１０】発熱体基板の別の実施例の断面図である。

【符号の説明】

１…蓋基板、２…発熱体基板、３…記録液体流入口、４
…オリフィス、５…流路、６…液室を形成するための領
域、７…個別（独立）電極、８…共通電極、９…ヒータ
（発熱体）、１０…インク、１１…微小気泡、１２…液
滴、３０…記録ヘッド、３１…電気熱変換体、３２…基
板、３３…溝付板、３４（３４₁，３４₂，３４₃）…オ
リフィス、３５…液吐出部、３６…熱エネルギー作用部
領域、３７…熱発生部、３８…熱作用部（熱作用面）、
３９…下部層（ＳｉＯ₂層）、４０（４０₁，４０₂，４
０₃）…発熱抵抗層、４１…上部層（保護層）、４２，
４３…電極、５０…発熱体基板、５１…発熱体、５２…
保護層などの薄膜、５３…レジスト（層）、５４…フォ
トマスク、５６…吐出口部、６０…ガラス基板（天井
板）、６１…接合層、１０１…発熱体基板、１０２…蓋
基板、１０３…凹部領域、１０４…金属層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導入される記録液体を収容するととも
に、該記録液体に熱によって気泡を発生させ、該気泡の
体積増加にともなう作用力を発生させる熱エネルギー作
用部を付設した流路と、該流路に連絡して前記記録液体
を前記作用力によって液滴として吐出させるためのオリ
フィスと、前記流路に連絡して、該流路に前記記録液体
を導入するための液室と、該液室に前記記録液体を導入
する手段よりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、前記流
路の一部に凹部領域を形成し、該凹部領域を前記気泡が
発生する熱エネルギー作用部領域とすることを特徴とす
る液体噴射記録ヘッド。
【請求項２】前記熱エネルギー作用部領域は、Ｓｉ基
板上にエッチングを施すことにより前記凹部領域を形成
しかつ、該凹部領域に前記熱エネルギー作用部を形成し
て得られることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射
記録ヘッド。
【請求項３】前記凹部領域は、Ｓｉ基板上に異方性エ
ッチングを施すことにより形成することを特徴とする請
求項２に記載の液体噴射記録ヘッド。
【請求項４】前記凹部領域は、（１００）面の結晶方
位に切り出されたＳｉ基板上に異方性エッチングを施す
ことにより形成することを特徴とする請求項３に記載の
液体噴射記録ヘッド。
【請求項５】前記熱エネルギー作用部領域は、Ｓｉ基
板上に形成されたＳｉＯ₂よりなる蓄熱層にエッチング
を施すことにより凹部領域を形成し、該凹部領域に前記
熱エネルギー作用部を形成して得られることを特徴とす
る請求項１に記載の液体噴射記録ヘッド。
【請求項６】前記凹部領域は、前記熱エネルギー作用
部上部に形成された保護層を部分的にエッチング除去す
ることにより形成することを特徴とする請求項１に記載
の液体噴射記録ヘッド。
【請求項７】前記凹部領域は、前記熱エネルギー作用
部領域上部に形成された保護層最上部の金属層を部分的
にエッチング除去することにより凹部領域を形成するこ
とを特徴とする請求項６に記載の液体噴射記録ヘッド。
【請求項８】前記凹部領域は、前記熱エネルギー作用
部領域ごとに独立して形成されていることを特徴とする
請求項１乃至７のいずれかに記載の液体噴射記録ヘッ
ド。