JPS63197652A - インクジエツト記録ヘツドおよびその製造方法 - Google Patents

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、一般にインクと呼ばれている記録液を吐出さ
せて記録を行なうインクジェット記録ヘッド、中でも高
速応答性と優れた吐出安定性を有するインクジェット記
録ヘッドおよびその製造方法に関するものである。

（従来の技術） 従来より、記録液を吐出、飛翔させて記録を行うインク
ジェット記録法が知られている。該方法は、高速印字が
可能であり、低騒音、かつ記録品位が高く、しかもカラ
ー画像記録が容易であり、また普通紙等に記録できると
いった優れた特長を有している。

このようなインクジェット記録方法では種々の液滴吐出
原理に基づくインクジェット記録ヘッドを用いて記録を
行なっているが、液滴吐出のための吐出エネルギー発生
手段として電気機械変換体などの圧力エネルギー発生手
段を用いるものや、特開昭５３−１０１１８９号公報に
示されている電気熱変換体などの熱エネルギー発生手段
を用いるものが一般的である。

例えば特開昭５３−１０１１８９号公報に示されている
インクジェット記録ヘッドでは、流路内に付設した電気
熱変換体にパルス電流を与えて、該変換体と接する記録
液に発泡現象を生じさせ、気泡の生成に伴なう急速な体
積膨張が流路内の記録液に与える圧力を利用して、記録
液を吐出口から吐出させて記録を行なうのである。いず
れの原理にもとづくものであっても、記録装置としての
実用的な性能を得るには、１　ｋＨｚ〜１０　ｋＨｚの
高速において、液滴を繰り返し吐出させ得ることが要求
される。

ところで、このようなインクジェット記録ヘッドで液滴
を繰り返し吐出させるためには、吐出によって失われた
分の液体を次の吐出までに補充しなければならない。そ
のための代表的な方法は、液体の表面張力を利用し、毛
細管現象によって液体を吐出口に導くというものである
。

従って、吐出エネルギー発生手段を高周波数で駆動して
高速記録を行なうためには、吐出口に液体を補充しやす
い構造、すなわち流路を大きくすることが必要である。

しかしながら、流路を大きくすれば、吐出エネルギー発
生時において吐出エネルギーの流路後方へのエネルギー
損失を生じて吐出エネルギーの液滴吐出への有効寄与が
阻害され、液滴の吐出速度が遅くなって印字品位の低下
を招いていた。

このような開運を解消する方法として、流路内に弁を設
けることにより吐出エネルギーの有効利用をはかること
が提案されている。例えば特開昭８０−２４５５５８号
公報、特開昭６０−２３０８６５号公報などである。ま
た、実開昭６１−７８６３８号公報や特開昭５９−６８
２５１号公報などには弁の形状やその製造方法が提案さ
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような弁を有する従来のインクジェ
ット記録ヘッドには、以下のような欠点があった。

すなわち、ｌ）微細な弁の形成が困難であるため、流路
の微細化が容易でなく、このため複数の吐出口を記録紙
の紙幅全体にわたって配列するフルマルチ型のインクジ
ェット記録ヘッド、特に特開昭５３−１０１１８９号公
報に開示されであるようなフルマルチ化の容易なインク
ジェット記録ヘッドには十分な対応ができない。

２）弁の取り付けを接着などにより行なうため、組み立
て工数が増加してコスト上昇を招くばかりか、微細化も
困難であり、更には取り付は精度の良否による信頼性の
低下や吐出の不安定なども生じていた。

このように弁を用いた従来例のインクジェット記録ヘッ
ドでは、微細化やフルマルチ化に限度があるばかりか、
経済性や信頼性にも劣る等の種々の問題があった。

本発明は、このような従来のインクジェット記録ヘッド
の有する問題点を解消したインクジェット記録ヘッドお
よびその製造方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の上記目的は、以下の本発明によって達成される
。

すなわち第１の発明は、記録液を吐出するための吐出口
に連通ずる流路を基板上に備えたインクジェット記録ヘ
ッドにおいて、前記流路に前記基板の一部を利用して一
体形成した弁を有することを特徴とするインクジェット
記録ヘッドである。

第２の発明は、多層もしくは単層構成の基板を用い、 ■前記基板の層構成もしくは基板自体を利用して基板と
一体化した弁を作成する工程と、■前記弁を構成の一部
とする流路を形成する工程 とを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド
の製造方法である。

（作　用） 本発明では、従来のように弁を別途作成することなく、
基板の一部を利用して形成した基板と一体化した弁を用
いるため、記録ヘッドの微細化やフルマルチ化が容易で
あるばかりか、吐出も安定化し、高速かつ高品位な記録
を安定に行なえるインクジェット記録ヘッドを量産性よ
く、しかも経済的に提供できるものである。また、この
ような弁の形成に際して、微細パターンの形成が容易な
フォトリソ技法を採用し得るため、微細な弁を容易に基
板と一体形成することができ、更には一度に多数の弁を
形成可能なため、フルマルチ化が容易である。

ここで、本発明における基板としては、例えば耐久性や
絶縁性の向上をはかる等の種々の目的で所望の基材上に
各種の層を設けた複層構成のものが好ましく用いられる
。もちろん、これらの層を特には設けない単層の基板も
用いることができ、その材質も特に限定されるものでは
ない。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

なお、以下においては複数の吐出口を有するマルチアレ
イタイプのインクジェット記録ヘッドを主として説明す
るが、吐出口が１つのシングルアレイタイプのものにつ
いても本発明は適用し得るものである。

第１図（ａ）、第１図（ｂ）および第２図は本発明のイ
ンクジェット記録ヘッドの一態様を示すもので、第１図
（ａ）には該ヘッドの模式的斜視図が、また第１図（ｂ
）には第１図（ａ）の状態から覆い板９を取り除いた部
分の該ヘッドの模式的斜視図が、また第２図には第１図
（ｂ）の状態から流路壁ｌＯを取り除いた該ヘッドの模
式的斜視図が示されている。

この記録ヘッドは、基板１と、該基板１上に配列された
複数の吐出口ｌ」と、該吐出口１１に連通する流路１２
と、該流路１２の一部に吐出エネルギー発生手段として
の発熱体６と、この流路１２に記録液を供給するための
液室１３とを有したものとして構成されている。そして
この流路１２には、基板１の一部を利用して基板１と一
体形成した弁８が設けられている。なお、第１図（ｂ）
中に示す矢印は。

液室１３から流路１２への記録液の補充方向を示すもの
であり、また第２図中に符合１４にて示すものは発熱体
６に記録信号を印加するための電極である。

このような本発明のインクジェット記録ヘッドを用いて
の記録は、従来例にあけると特に異なることな〈実施す
ることができ、例えば記録信号として所望の電気パルス
を吐出エネルギー発生手段であるところの発熱体６に印
加することにより行なう。

ここで、弁８は発熱体６に電気パルスを印加して液滴吐
出を行なう記録の際には、吐出口方向に向う流れとは別
に生じてしまう液室方向へ向う記録液の流れによって基
板１方向に屈曲し、結果的に流路を閉じて液滴吐出に寄
与しない吐出エネルギーの損失防止をなす。一方、液滴
吐出後の記録液の補充の際には、弁８は吐出口方向に向
う記録液の流れによって覆い板９方向に屈曲し、流路を
開放するため抵抗とはならずに速やかな記録液の補充が
なされる。このような弁８の作用により、本発明のイン
クジェット記録ヘッドでは高速安定記録が達成されるの
である。

なお、吐出エネルギー発生手段は、上記発熱体のように
記録液への熱供給によって生じる発泡現象を利用してエ
ネルギー供給するものの他、圧電素子のように体積変形
を利用して記録液にエネルギー供給するもの等、周知の
手段を特に限定することなく用いることができる。

次に、上記のような弁を有する本発明のインクジェット
記録ヘッドの製造方法の一例を、特に弁の形成過程を中
心にしながら第３図に基づいて述べる。なお、この第３
図には第２図のＸＩ−Ｙｉ線に対応する部分で切断した
際の模式的断面が示されている。

まず、第３図（ａ）に示すように、所望の基板１を準備
する。本例では、後工程で実施する弁の形成や基板とし
ての耐久性などを考慮して、シリコンウェハー２上に５
ｉ０２層３、ポリシリコン層４および５ｉ０２層５を順
次積層してなる多層構成の基板１を用いた。そして、こ
れら各層の作成は以下のように行なフた。

すなわち、シリコンウェハー２上に熱酸化により５ｉ０
２層３を１μ厚にまず形成した。

次いで、この上にＣＶＤ法によりポリシリコン層４を３
０μ厚に形成した。この際、原料ガスとしてはＳｉＨ４
とＢＨ３を用い、ホウ素が＋Ｏ〜ｌＯ／ｃｌＩ２程度ド
ープされるようにポリシリコン層形成時のガス比を調整
した。

次いで、このポリシリコン層４上に、後で詳述する第３
図（ｅ）の工程でエツチングを施さない符合４０１にて
示す部分に対応する部分を開口した５ｉ０２からなるパ
ターンをフォトリソ技法によって形成した。

次いで、上記パターン形成したシリコンウェハーをＢＨ
３ガスを流した拡散炉に入れ、！０００℃程度の温度で
上記の開口部にホウ素を拡散させた。拡散させる部分は
５ｆ０２層３までとし、少ない所でも１０　７ｃｍ２程
度のホウ素がドープされるまで行なつた。その後、この
５ｉ０２からなるパターンをエツチング除去した後、ポ
リシリコン層４上にスパッタリングによって約３μ厚の
ＳｉＯ□層５を形成することにより、第３図（ａ）に示
した多層構成の基板１を得た。

次に、この基板１上に第３図（ｂ）に示すようなＨｆＢ
、からなる発熱体６と前述した第２図に示した電極口を
形成した。この発熱体６はスパッタリング法により１ｌ
ｆＢ２の層を基板ｉ上に形成した後、この層を７オトリ
ソ技法を用いてバターニングすることにより得た。また
、電極１４は、上記発熱体形成後、電子ビーム蒸着法を
用いて基板１上にＡＩを蒸着した後、このＡｎの蒸着層
をフォトリソ技法を用いてバターニングすることにより
得た。

次に、こうして発熱体と電極とを形成した基板１に、こ
れら発熱体および電極の保護層となる５ｆ０２層７をス
パッタリング法で第３図（Ｃ）に示すように約２μ厚に
形成した。

次に、第３図（ｅ）のエツチング工程を行なうに先立フ
て、上述のようにして形成した５ｆ０２層７と前述した
基板１の有する５ｆ０２層５とをフォトリソ技法により
バターニングして、第３図（ｄ）に示すよりな５ｉ０２
のパターンＩ５をポリシリコン層４上に形成した。

次に、上記のようなバターニングを施した基板１を、６
３．３重量％の水、２３．４重量％のにＯＨおよび１３
．３重量％のイソプロピルアルコールの混合溶液からな
るエツチング液に浸漬してポリシリコン層４をエツチン
グすることにより、基板の層構成の一部である５ｆ０２
層５を利用して形成された第３図（ｅ）に例示の弁８を
得た。この時、液室に連通ずる流路の一部１６も同時に
形成される。なお、説明を分りやすくするため、第４図
に、こうして弁を形成した基板を第２図のＸ２−Ｙ２線
に対応する部分で切断した際の模式的断面図を示す。

ここで、上記エツチング液はホウ素のドープ量が少ない
ポリシリコン層に対してはエツチング液として有効に作
用するが、ドープ量の多いものや５ｆ０２層にはエツチ
ング液として作用しないという性状を有しており、この
ためホウ素のドープ量が１０　〜１０　　／ｃｍ程度と
少ない領域４０２のポリシリコン層は約１　ｐ　／　ｗ
ｉｎのスピードでエツチングされる。これに対して、ホ
ウ素のドープ量が、１０”／ｃｍ程度と多い領域４０１
のポリシリコン層はエツチングされず、また５ｆ０２層
もエツチングされないので、上記第３図（ｅ）および第
４図示のような基板と一体化された弁が形成できるので
ある。

最後に、常法に従って第１図（ｂ）に示すような流路壁
ｌＯを基４１ｉｌ上に形成した後、第１図（ａ）に示す
ような流路の覆い板９を積層して流路１２を形成し、イ
ンクジェット記録ヘッドを完成させる。

なお、上記においては特に説明しなかったが、弁材料は
上述の５ｆ０２に特に限定されるものではなく、他の無
機絶縁物や金属、あるいはポリイミドなどの有機材料と
してもよい。また、弁形威徳　　　　−に、Ｔａなどを
弁にコーティングして耐久性の向上などをはかってもよ
い。

〔発明の効果〕

以上の本発明によってもたらされる効果としては、以下
に列挙するようなものを挙げることができる。

Ｉ）微細化に通したフォトリソ技法の利用により、弁の
微細化がはかれるようになった。このため、従来よりも
小型化されたインクジェット記録ヘッドを提供できるよ
うになった。

２）弁を基板と一体形成しているため、弁の取り付けを
特に必要とせず、信頼性が向上した。

３）一度に多数の弁を精度よく形成することが可能であ
り、フルマルチ化への十分な対応ができるようになった
。

４）このような弁の微細化と、信頼性の向上により、高
速かつ高品位な記録を安定に行なうことが可能なインク
ジェット記録ヘッドを量産性よく、しかも経済的に提供
できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図はおよび第２図は本発明のインクジェット記録ヘ
ッドの一例を説明する図、第３図および第４図は本発明
のインクジェット記録ヘッドの製造方法の一例を説明す
る図である １一基板　　　　　　２・−シリコンウェハー３．５．
７−５ｉ０２層　４−ポリシリコン層６−・発熱体　　
　　　８−弁 ９−覆い板　　　　　ｌ〇−流路壁 １１−吐出口　　　　　１２−流路 １３−・液室 ７３１図（ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、記録液を吐出するための吐出口に連通する流路を基
   板上に備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記
   流路に前記基板の一部を利用して一体形成した弁を有す
   ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 ２、多層もしくは単層構成の基板を用い、 （１）前記基板の層構成もしくは基板自体を利用して基
   板と一体化した弁を作成する工程と、 （２）前記弁を構成の一部とする流路を形成する工程 とを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド
   の製造方法。