JP2008260152A - インクジェット記録ヘッド及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インクジェットヘッドの発熱体の集積度を向上させる。
【解決手段】 共通液室上に梁を形成し、該梁上および基板上に発熱体を形成する。エッチング誘導孔を形成し、結晶異方性エッチングを実施することにより、前記梁を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクに熱エネルギーを作用させ、これにより発生する気泡の生成に基づいてインクを吐出口から吐出するインクジェットヘッドおよびその作製方法に関する発明である。

インクを加熱して気泡を生成させ、この気泡の生成に基づいてインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行う、インクジェット記録方式（特開昭５４−５１８３７に記載）は、高速記録が可能であり、また比較的記録品位も高く、低騒音であるという利点を有している。この方法はカラー画像記録が比較的容易であって、普通紙等にも記録でき、装置の小型化も容易であり、さらに、記録ヘッドにおける吐出口を高密度に配設することができるので、高解像度、高品位の画像を高速で記録することができるといった多くの優れた利点を有している。この方法を用いた記録装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等における情報出力手段として用いることができる。

このようなインクジェット記録方式の記録ヘッドの一般的構造は、インクを吐出するために設けられた吐出口と、これに連通してインクが満たされたインク路とこのインク路中に設けられた熱エネルギーを発生する為の電気熱変換素子（以下、発熱体と記す）を具備している。発熱体は、発熱抵抗層とそれをインクから保護する上部の保護層と蓄熱するための下部の蓄熱層を具備している。これに電極配線を介してパルス的に通電（駆動パルスの印加）がなされることによって熱エネルギーを発生し、熱エネルギーの作用を受けた液体が過熱されて気泡を発生し、この気泡発生に基づく作用力によって、記録ヘッド部先端の吐出口から液滴が形成され、この液滴が被記録部材に付着して情報の記録が行われる。

近年、データ量の多い画像情報を被記録部材に出力する要求が高まり、高精細且つ高速な記録が望まれてきている。高精細な画像を出力するには小液滴を安定に吐出することとなるが、このためには高密度、且つ高精度に吐出口を形成する必要がある。

その形成方法として、特開平5-330066，及び特開平6-286149に示されたインクジェット記録ヘッドの吐出口の製造方法が提案されており、また、特開平10-146979にて前記の吐出口の形成方法においてインク供給口部上部のオリフィスプレートにリブ構造を有する形成方法が提案されている。

これらのインクジェット記録ヘッドは発熱体が形成された基板に対して、垂直方向にインク液滴が吐出するものであり、「サイドシュータ型」インクジェット記録ヘッドと称する構造を有する。

「サイドシュータ型」インクジェット記録ヘッドにおいて、高精細するに伴い吐出口の間隔が短くなり、これによりインク流路は狭くなる。インク流路が狭くなると発泡後にインクがインク流路に満たすに要する時間（リフィル時間）が長くなる為、発熱体とインク供給口との距離を短くする必要がある。インク供給口と発熱体との距離を制御できる方法として、アルカリ水溶液によるシリコンの結晶方位面に応じたエッチング速度差を利用するシリコン結晶異方性エッチングが知られている。この方法では、一般的に、基板として方位面が（１００）のシリコンウエハを用いて基板裏面よりシリコン結晶異方性エッチングを行い精度良くインク供給口の開口幅を形成し、発熱体とインク供給口との距離の制御を行う。より高精度な開口幅を提供する為に、特開平10-181032では表面に形成した犠牲層と異方性エッチングを組み合せたインク供給口の作製方法が提案されている。
特開昭５４ー５１８３７号公報 特開平5-330066号公報 特開平6-286149公報 特開平10-146979号公報 特開平10-181032号公報

しかしながら、結晶異方性エッチングを用いてインク供給孔を形成する従来技術のインクジェットヘッドの形成方法には、以下に示す問題点があった。

高精度かつ高速に記録を行うためには、発熱体素子の集積度を上げる必要がある。また発熱体の集積度を上げることにより、同一基板内からのインクジェットヘッドの取り個数を増やすことができるので、作製コストを低減することが可能となる。しかしながら、従来技術では、以下に説明するように発熱体の集積度の向上には限界がある。

（１００）シリコンウエハの基板裏面より結晶異方性エッチングを用いてインク供給孔を形成した場合、共通インク室の形状が結晶面方位により規定されるため、インク供給口の長手方向と垂直な方向に関して、発熱体の集積度を向上させることに限界がある。このことについて、図７を用いて説明する。図７は、シリコン（１００）基板701を用い、基板の裏面にエッチングマスク702を形成し結晶異方性エッチングにより、（１１１）面で構成された複数の共通液室703および該共通液室703に連通するインク供給口704を形成したサイドシューター型インクジェットヘッドである。図7は、共通液室703の長手方向と垂直な面の断面図である。（１００）基板面と共通液室を構成する（１１１）面は、54.7°の角度をなしている。基板裏面側の隣り合うエッチング開口の間隔をaとすると、基板表面側のインク供給口の間隔は、2(d/tan54.7°) + a となる。a > 0であり、結晶面による規定から、基板表面側のインク供給口の間隔をこれよりも狭くすることはできない。

また発熱体705は、インク供給口の近傍に配置する必要がある。発熱体705とインク供給口704の距離が長くなると、発泡後のリフィル時間が長くなり、周波数特性が低下する場合があるためである。図7においては、基板表面のインク供給口704の両側に、発熱体705が一つずつ配置されている。

上で述べた理由から、従来技術のインクジェットヘッドにおいては、発熱体の集積度が、結晶面の方位によって制限されてしまうため、高精度かつ高速に記録を行うのが困難な場合があった。また、発熱体の集積度が低いことにより、基板からインクジェットヘッドを作製する際に一枚の基板からの取り個数を増やせず、作製コストが高くなってしまう場合があった。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものである。本発明が解決しようとする課題は、発熱体の集積度が高く、高精細で高速な記録が可能なインクジェットヘッドを提供することである。さらに本発明が解決しようとする課題は、インク供給口を精度良く形成可能であり作製コストを低く抑えることが可能な、上記インクジェットヘッドの作製方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明のインクジェットヘッドは、
共通液室とインクを加熱して気泡を生成する為の発熱体を有する基板と、該基板上にインクを吐出する吐出口を有するオリフィスプレートを備え、該オリフィスプレートの吐出口から該基板面に対して垂直方向にインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記基板のオリフィスプレートを備えた基板面に梁を有し、前記基板上および前記梁上に発熱体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。

さらに本発明のインクジェットヘッドは、前記共通液室の前記基板に平行な断面が矩形であり、前記矩形の長手方向に前記梁が形成されていることを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドは、前記基板の厚さをｄとしたときに、前記梁の幅ｗが、2(d/tan54.7)より狭いことを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドは、前記梁上に形成した発熱体を外部回路に接続するための電気配線が、前記共通液室上に浮かせた状態で支持されていることを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドは、前記基板のオリフィスプレートを備えた基板面と反対側の基板面に梁を備えていることを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドは、前記オリフィスプレートの一部が前記梁に接着されていることを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドは、前記基板と前記梁が同一材料よりなることを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドは、前記基板が単結晶シリコンよりなることを特徴とする。

本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、共通液室とインクを加熱して気泡を生成する為の発熱体を有する基板と、該基板上にインクを吐出する吐出口を有するオリフィスプレートを備え、該オリフィスプレートの吐出口から該基板面に対して垂直方向にインク液滴を吐出するインクジェットヘッドの作製方法であって、
(a)前記基板表面にエッチングストップ層を形成する工程
(b)前記基板裏面に複数の開口を有するマスク層を形成する工程
(c)前記開口部より基板をエッチングし、エッチング誘導孔を形成する第１のエッチング工程
(d)前記エッチング誘導孔内をエッチングすることにより、共通液室および梁を形成する第２のエッチング工程
少なくとも上記(a)から(d)の工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの作製方法である。

さらに本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記基板が単結晶シリコンよりなることを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記基板が（１００）単結晶シリコン基板であり、前記工程(b)における開口が<110>方向に平行な直線で構成されていることを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記工程(c)において、形成するエッチング誘導孔が、基板面に対して略垂直であることを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記工程(c)において形成するエッチング誘導孔の壁面が前記基板に対してなす角度が、８５度から９５度の範囲内にあることを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記工程（ｃ）が、高密度プラズマによるドライエッチング法によって、基板に対してエッチング誘導孔を形成する工程であることを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記工程（ｄ）において、となりあったエッチング誘導孔を連通することにより共通液室および梁を形成することを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記工程（ｄ）が、結晶異方性エッチングであることを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記工程(a)において、基板表面の一部に、工程（ｄ）において等方性エッチングされる犠牲層を形成することを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記工程(d)において、前記基板と前記犠牲層が同時にエッチングされることを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記犠牲層の形状が、前記インク供給口の基板面に平行な断面と同一の形状であることを特徴とする。

さらに本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記犠牲層が多結晶シリコンよりなることを特徴とする。

本発明には、上記記載の作製方法で作製したインクジェットヘッドが含まれる。

以上、説明したように本発明により、発熱体の集積度が高く、高精細で高速な記録が可能なインクジェットヘッドおよび該インクジェットヘッドの作製方法を提供することができた。また、インク供給口および梁の形状を精度良く形成することが可能なインクジェットヘッドの作製方法を提供することができた。さらに、作製コストが低いインクジェットヘッドの作製方法を提供することができた。

本発明のインクジェットヘッドの実施形態の一例を、図１および図２に示す。図１は、インクジェットヘッドの斜視図であり、図２は、図１におけるA-A断面図〜C-C断面図である。

本発明のインクジェットヘッドは、基板101と発熱体102とインク流路103と吐出口104を有するオリフィスプレート105よりなる。基板101の表面には、共通液室106からインク流路103にインクを供給するためのインク供給口107が形成されている。さらに基板101のオリフィスプレート105が形成された側には、梁108が設けてある。図２のA-A断面図〜C-C断面図に示したように、発熱体102は基板101上および梁108上に形成されている。また、図では示してないが、梁上の発熱体を駆動するための電気配線は、梁の両端部から基板に取り出して、駆動回路（不図示）に接続してある。

従来技術においては、結晶面による制約とリフィル低下への配慮から、異なるインク供給口からインクを供給される発熱体の間隔は、2d/tan54.7°より短くすることができなかった。本発明のインクジェットヘッドでは、梁を形成し該梁上に発熱体素子を設置することにより、発熱体の設置の間隔を2d/tan54.7°より狭くすることができる。すなわち、従来技術と比較して、発熱体の集積度を向上させることが可能となる。

図１の実施形態においては、共通インク室内に配置してある梁は一本であるが、共通インク室内に配置する梁の本数に特に制限は無い。共通インク室内に複数の梁を配置し、該梁上に発熱体を形成することにより、さらに発熱体の集積度を向上させることが可能となる。

また、図１の実施形態においては、梁上に形成された発熱体は一列に配置されているが、梁上に発熱体素子が複数列並んでいても良い。梁上に発熱体を複数列に配置することにより、さらに発熱体の集積度を向上させることが可能となる。このとき、インク供給口の近傍に発熱体を配置することにより、リフィル時間を低下させることなく、記録をすることが可能となる。

また梁は、基板の表面側のみでなく、表面と裏面の両方に形成することも可能である。基板の両面に梁を形成することにより、基板の強度を向上させることができる。これにより、基板の反りを低減させることができ、記録品位を向上させることが可能となる。

以上より本発明のインクジェットヘッドは、発熱体が高密度で配置可能であり、高精細かつ高速な記録が可能なインクジェットヘッドとなる。

図３に本発明の別の実施形態のインクジェットヘッドの斜視図およびA-A断面図を示す。図３では、図１および図２で符号を示した部分で本実施形態の説明に必要ない部分に関しては、符号を省略してある。図３の実施形態では、梁301上に形成した発熱体素子302を電気的に駆動するための配線303を、共通液室304上に浮かせて支持することにより、基板305側に取り出してある。これにより、梁301上面の面積が小さく、配線を梁上面に形成することが困難な場合でも、発熱体を駆動するための外部回路に電気的に接続することが可能となる。

図４に、本発明のインクジェットヘッドの作製方法の一例を示す。図4は、図２におけるA-A断面図を示している。本発明のインクジェットヘッドの作製方法では、第１のエッチング工程により基板を裏面側（発熱体素子がある面と反対側の面）からエッチングし、エッチング誘導孔を形成する。さらに、第２のエッチング工程でエッチング誘導孔内を結晶異方性エッチングによりエッチングし、共通液室および梁を形成する。以下、工程ごとに本発明の実施の形態を説明する。

まず、(100)単結晶シリコン基板401を用意する。

次に単結晶シリコン基板の表面にエッチングストップ層402を設け、裏面にエッチング工程のマスクとなるエッチングマスク層403を形成する（図4(a)）。エッチングストップ層402およびエッチングマスク層403の材質としては、後の第１のエッチング工程および第２のエッチング工程に対して耐性のある材料から選択する。例えば、SiO2、Si3N4およびCr等の金属が使用可能である。エッチングストップ層およびエッチングマスク層の形成方法としては、例えば真空蒸着法やスパッタ法、化学気相成長法、めっき法、薄膜塗布法等の薄膜作製技術を用いることが可能である。

次に、発熱体401を、基板上面および梁上面に形成する。さらに、発熱体を駆動するための電気的な配線（不図示）を形成する。梁上の発熱体を駆動するための配線は、梁表面上に形成し、梁の両端から基板側に取り出しても良いし、図３に示したように共通液室上に浮かせた状態で支持して、基板側に取り出しても良い。次に、流路を形成するための樹脂層（犠牲層）405、該樹脂層405を覆うようにオリフィスプレート406を形成する（図4(b)）。後の工程で樹脂層を除去することによりインク流路を形成する。

次に、フォトリソグラフィとエッチングを用いてエッチングマスク層403に、複数の開口407を形成する（図4（c））。開口407の形状は、後の第２のエッチング工程において共通液室および梁が形成される形状であれば、特に制限はない。特に開口を、基板の<11０>方向に平行な線で形成された矩形とした場合、第２のエッチング工程においてエッチングのアンダーカットを最小にすることができる。これにより、エッチング時間を短縮することができる。また、設計段階において、共通液室および梁の形状を予測することが容易となる。

次に、第１のエッチングを実施し、基板401にエッチング誘導孔408を形成する（図4(d)）。第１のエッチングには、反応性イオンエッチング、等方性ウエットエッチング、イオンミリング、エキシマレーザーやYAGレーザーを用いたレーザー加工、サンドブラストによる物理的エッチング等を用いることができる。特に、高密度プラズマによるドライエッチング法を用いることにより基板に対して略垂直なエッチング誘導孔を形成することが可能となり、精度良く共通液室およびインク供給口を形成することが可能となる。なお、精度良く共通液室および共通液室を形成するためには、エッチング誘導孔を構成する壁面が基板面に対してなす角度が、85度から95度の範囲内にあることが好ましい。

次に、アルカリ水溶液からなるエッチャントを用いた第２のエッチングにより、エッチング誘導孔408内をエッチングし、共通液室409および梁410を形成する(図4(e))。エッチャントとしては、例えばKOH、TMAH、EDP、ヒトラジン等のシリコンを結晶異方性エッチングできるエッチャントを選択する。第２のエッチングがシリコン結晶異方性エッチングであることで、インク供給口の幅の精度を保つことができる。第２のエッチングにより、エッチング誘導孔408内が基板側面方向にエッチングされ、隣りあうエッチング誘導孔が連通し、共通液室409および梁410が形成される。エッチングはエッチングストップ層402により停止する。本発明においては、エッチングマスク層403に形成する開口407のサイズ、形状、間隔、およびエッチング誘導孔408の深さ、基板側面方向の広がり、および第２のエッチング（結晶異方性エッチング）のエッチング条件、エッチング時間を制御することにより、所望の梁410および共通液室409の形状を形成することが可能となる。

次に、フォトリソグラフィ、エッチング等を用いて、オリフィスプレートにインク吐出口411を形成する。次に、エッチングストップ層の一部を基板裏面側より除去することにより、インク供給口412を形成し、樹脂層405を除去することにより、インク流路413を形成し、インクジェットヘッドが完成する(図4（ｆ）)。

上で説明したように、本発明のインクジェットヘッドの作製方法では、単結晶基板を用い、結晶異方性エッチングにより共通液室を形成するので、精度良く共通液室および梁の形状を制御することが可能となる。また、本発明のインクジェットヘッドの作製方法では、基板をエッチングすることにより、梁を形成する。これにより梁と基板は一体成形された同一材料よりなり、接着剤等を用いて接着する場合に比べて、強度を向上させることができる。

以下、実施例を用いて本発明を、より詳細に説明する。なお実施例中における、寸法、形状、材質、作製プロセス条件は、一例であり、本発明の要件を満たす範囲内であれば、設計事項として任意に変更できるものである。

本実施例では、図１に示したインクジェットヘッドを作製した。以下、図3を用いて本実施例のインクジェットヘッドの作製方法を説明する。

まず、出発基板として、膜厚625μmの(100)単結晶シリコン基板401を用意した。

次に、熱酸化炉を用いて、1100℃のH2/O2雰囲気中で熱酸化を行い、基板両面にエッチングマスク層403およびエッチングストップ層402となる膜厚0.5μmのSiO2膜を形成した。次に、基板上401に発熱体403および発熱体を駆動するための電気的配線（不図示）を形成した。次に基板上401に、インク流路413を形成するための犠牲層となる厚さ20μmのレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりパターニングした。次にオリフィスプレート406となる感光性エポキシ樹脂を塗布した。

次に、フォトリソグラフィとBHF(Buffered HF)水溶液を用いたエッチングにより、エッチングマスク層403に開口407を形成した。開口の形状は、<110>結晶方位に平行な線で構成された矩形とした。開口部の間隔は380μmとした。

次に、ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching)装置を用いて、SF6ガスとC4F8ガスをエッチングガスとして第１のエッチングを実施し、エッチング誘導孔408を形成した。エッチング誘導孔は、基板に対して略垂直に形成されており、その深さは500μmとした。

次に、液温83℃、濃度22%のTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液を用いて、エッチング誘導孔408内を結晶異方性エッチングした。エッチング面が、エッチングストップ層402に達した時点で、基板をエッチング槽から取り出しエッチングを終了した。この時点で、隣りあったエッチング誘導孔409は連通し、共通液室409が形成されていた。また、基板表面側には、梁410が形成されていた。

次に、フォトリソグラフィを用いて、感光性エポキシ樹脂よりなるオリフィスプレート406に吐出口411を形成した。

次に基板裏面より共通液室409を通じて、エッチングストップ層402の一部を、CF4ガスによる反応性イオンエッチングを用いて除去することによりインク供給口412を形成した。

最後に、犠牲層であるレジスト（樹脂層）405を除去することにより、インク流路413を形成し、図１に示したインクジェットヘッドが完成した。

本実施例のインクジェットヘッドを用いて、記録テストを行った。本実施例のインクジェットヘッドでは、発熱体の集積度が高いので、従来技術のインクジェットヘッドと比較して、高精細で高速な記録が可能であった。

本実施例では、高密度プラズマによるドライエッチングを用いて基板に垂直なエッチング誘導孔を形成し、該エッチング誘導孔内を結晶異方性エッチングによりエッチングする。また、エッチングマスク層に形成する開口は、<110>方向に平行な線により構成した矩形である。これにより、共通インク室および梁の形状を精度良く形成することができた。また、梁上に発熱体を形成することにより、発熱体の集積度を向上することができた。また、発熱体の集積度が向上したことにより、同一基板からのインクジェットヘッドの取り個数が増え、作製コストを低く抑えることができた。

本実施例では、図5に示したインクジェットヘッドを作製した。図5は、図２のA-A断面図〜C-C断面図に対応する図である。

本実施例のインクジェットヘッドは、基板501と発熱体502とインク流路503と吐出口504を有するオリフィスプレート505よりなる。基板501の表面には、共通液室506からインク流路503にインクを供給するためのインク供給口507が形成されている。さらに基板501のオリフィスプレート105が形成された側には、梁508が設けてある。発熱体502は基板501上および梁508上に形成されている。

本実施例のインクジェットヘッドは、図5に示したように、実施例１のインクジェットヘッドと比較して、インク流路503の体積が小さく、基板501とオリフィスプレート505の接着面積が大きい。作製方法は、インク流路503を形成するための樹脂層（図3における樹脂層305）の形状を変更する以外は、実施例１と同様である。

本実施例のインクジェットヘッドは、インク流路503の体積が小さいので、気泡の生成で発生したエネルギーが、インク流路内503および共通液室506に散逸するのを抑制することできる。これにより、気泡のエネルギーを効率良く、吐出液滴の運動エネルギーに変換することが可能となる。これにより液滴の吐出特性が安定し、記録品位を向上させることが可能となる。

また、基板501とオリフィスプレート505の接着面積が広い。これにより、基板501とオリフィスプレート505の接着強度が向上し、インクジェットヘッドの作製歩留まりが向上するとともに、耐久性を向上することが可能となる。さらに、接着面積が大きいことにより、オリフィスプレートの応力やインクによる膨潤に起因するオリフィスプレート505の変形を防止することができる。これにより吐出口504の位置ずれや変形による印字不良や画像の歪み等が抑制され、記録品位を向上させることが可能である。

本実施例は、エッチングマスク層の下部に、インク供給口と同じ寸法の犠牲層を設けることにより、インク供給口および梁の形状を精度良く形成するインクジェットヘッドの作製方法である。

図6に、本実施例のインクジェットヘッドの作製方法を示す。以下、この図を用いて説明する。

まず、（100）単結晶シリコン基板601を用意する。

次に、LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition)を用いて、基板表面に犠牲層602となる多結晶シリコンを成膜した。次に、フォトリソグラフィとCF4ガスを用いた反応性イオンエッチングを用いて、単結晶シリコンを犠牲層602形状にパターニングした（図6（a））。犠牲層602の形状は、インク供給口の形状と同様の形状である。犠牲層の材料としては、多結晶シリコン以外にも、第２のエッチング工程において等方的にエッチングされる材料を用いる材料が可能である。

以下、実施例１と全く同様の工程により、第１のエッチング工程までを実施することにより、エッチング誘導孔603を形成した(図6（ｂ）)。このとき、開口604の形状、エッチング誘導孔603の形状および深さは、次の第２のエッチング工程において、エッチング面が、図6（ｃ）に示したように犠牲層602に到達するように、適当に調節した。

次に、液温83℃、濃度22％のTMAH 水溶液を用いて、エッチング誘導孔603内を結晶異方性エッチングによりエッチングした（図6（ｃ））。このとき、図6（ｃ）に示したようにエッチング面が犠牲層602まで到達すると、多結晶シリコンよりなる犠牲層602は、等方的にエッチングされる。このとき、犠牲層下部の単結晶シリコン部も、同時にエッチングされる。犠牲層下部の単結晶シリコンのエッチングは、図6（ｄ）に示したように、犠牲層の端面から（１１１）面605が生成することにより停止する。また、第２のエッチング工程において、隣りあったエッチング誘導孔603が連通し、共通液室606と梁607および梁608が形成される。本実施例では、基板の表面側と裏面側の両方に梁607および梁608が形成されるように、開口604の形状、エッチング誘導孔603の形状、深さおよび第2のエッチング工程のエッチング条件を調整した。

次に、実施例１と同様の工程を用いて、インク供給口609および吐出口610およびインク流路611を形成することにより、インクジェットヘッドが完成した（図6(e)）。

本実施例では、犠牲層の寸法により、インク供給口の寸法および梁の幅が規定される。これにより、エッチング誘導孔の形状誤差、基板内の結晶欠陥、エッチング液の濃度ばらつき等によって生じるインク供給口の形状のばらつきおよび梁の幅のばらつきを回避することができた。

また、基板の裏面側にも梁を形成したことにより、インクジェットヘッドの強度を向上させることができた。

本実施例のインクジェットヘッドで記録を行ったところ、インク供給口の形状および梁の幅にばらつきがないので、安定した吐出が可能であり、良好な記録特性を得ることができた。

本発明のインクジェットヘッドを示す図。 本発明のインクジェットヘッドを示す図。 本発明のインクジェットヘッドを示す図。 本発明のインクジェットヘッドの作製方法を示す図。 本発明のインクジェットヘッドを示す図。 本発明のインクジェットヘッドの作製方法を示す図。 従来技術のインクジェットヘッドを示す図。

符号の説明

101 基板
102 発熱体
103 インク流路
104 吐出口
105 オリフィスプレート
106 共通液室
107 インク供給口
108 梁
301 梁
302 発熱体
303 配線
304 共通液室
305 基板
401 （１００）単結晶シリコン基板402エッチングストップ層
403 エッチングマスク層
404 発熱体
405 樹脂層
406 オリフィスプレート
407開口
408 エッチング誘導孔
409 共通液室
410 梁
411 インク吐出口
412 インク供給口
413 インク流路
501 基板
502 発熱体
503 インク流路
504 吐出口
505 オリフィスプレート
506 共通液室
507 インク供給口
508 梁
601 （100）単結晶シリコン基板
602 犠牲層
603 エッチング誘導孔
604 開口
605 ｛111｝面
606 共通液室
607 梁
608 梁
609 インク供給口
610 吐出口
611 インク流路
701 （１００）シリコン基板
702 エッチングマスク
703 共通液室
704 インク供給口
705 発熱体

Claims (21)

1. 共通液室とインクを加熱して気泡を生成する為の発熱体を有する基板と、該基板上にインクを吐出する吐出口を有するオリフィスプレートを備え、該オリフィスプレートの吐出口から該基板面に対して垂直方向にインク液滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記基板のオリフィスプレートを備えた基板面に梁を有し、前記基板上および前記梁上に発熱体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. 前記共通液室の前記基板に平行な断面が矩形であり、前記矩形の長手方向に前記梁が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記基板の厚さをｄとしたときに、前記梁の幅ｗが、2(d/tan54.7)より狭いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記梁上に形成した発熱体を外部回路に接続するための電気配線が、前記共通液室上に浮かせた状態で支持されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記基板のオリフィスプレートを備えた基板面と反対側の基板面に梁を備えていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項にインクジェット記録ヘッド。
6. 前記オリフィスプレートの一部が前記梁に接着されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記基板と前記梁が同一材料よりなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記基板が単結晶シリコンよりなることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
9. 共通液室とインクを加熱して気泡を生成する為の発熱体を有する基板と、該基板上にインクを吐出する吐出口を有するオリフィスプレートを備え、該オリフィスプレートの吐出口から該基板面に対して垂直方向にインク液滴を吐出するインクジェットヘッドの作製方法であって、
   (a)前記基板表面にエッチングストップ層を形成する工程
   (b)前記基板裏面に複数の開口を有するマスク層を形成する工程
   (c)前記開口部より基板をエッチングし、エッチング誘導孔を形成する第１のエッチング工程
   (d)前記エッチング誘導孔内をエッチングすることにより、共通液室および梁を形成する第２のエッチング工程
   少なくとも上記(a)から（d)の工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの作製方法。
10. 前記基板が単結晶シリコンよりなることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットヘッドの作製方法。
11. 前記基板が（１００）単結晶シリコン基板であり、前記工程(b)における開口の形状が<110>方向に平行な直線で構成されている矩形であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のインクジェットヘッド作製方法。
12. 前記工程(c)において、形成するエッチング誘導孔が、基板面に対して略垂直な壁面で構成されていることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドの作製方法。
13. 前記工程(c)において形成するエッチング誘導孔の壁面が前記基板に対してなす角度が、８５度から９５度の範囲内にあることを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
14. 前記工程（ｃ）が、高密度プラズマによるドライエッチング法によって、基板に対してエッチング誘導孔を形成する工程であることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドの作製方法。
15. 前記工程（ｄ）において、となりあったエッチング誘導孔を連通することにより共通液室および梁を形成することを特徴とする請求項９から請求項１４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドの作製方法。
16. 前記工程（ｄ）が、結晶異方性エッチングであることを特徴とする請求項９から請求項１５のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドの作製方法。
17. 前記工程(a)において、基板表面の一部に、工程（ｄ）において等方性エッチングされる犠牲層を形成することを特徴とする請求項９から請求項１６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドの作製方法。
18. 前記工程(d)において、前記基板と前記犠牲層が同時にエッチングされることを特徴とする請求項１７に記載のインクジェットヘッドの作製方法。
19. 前記犠牲層の形状が、前記インク供給口の基板面に平行な断面と同一の形状であることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載のインクジェットヘッドの作製方法。
20. 前記犠牲層が多結晶シリコンよりなることを特徴とする請求項１７から請求項１９のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドの作製方法。
21. 請求項９から請求項２０のいずれか一項に記載の作製方法を用いて作製したことを特徴とするインクジェットヘッド。

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