JP3388240B2 - インクジェットプリントヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットプリ
ントヘッド、その製造方法及びインク吐出方法に関す
る。
ントヘッド、その製造方法及びインク吐出方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】インクジェットプリンタのインク吐出方
式では、熱源を用いてインクに気泡(バブル)を生じてこ
の力でインクを吐出させる電気-熱変換方式と、圧電体
を用いて圧電体の変形により生じるインクの体積変化に
よりインクを吐出させる電気-機械変換方式がある。
式では、熱源を用いてインクに気泡(バブル)を生じてこ
の力でインクを吐出させる電気-熱変換方式と、圧電体
を用いて圧電体の変形により生じるインクの体積変化に
よりインクを吐出させる電気-機械変換方式がある。
【０００３】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照してイン
ク吐出メカニズムを説明すれば次の通りである。ノズル
１１が形成されたインク流路１０に抵抗発熱体よりなる
ヒーター１２に電流パルスを印加すれば、ヒーター１２
で生じた熱がインク１４を加熱してインク流路１０内に
バブル１５が生成され、その力によりインク液滴１４'
が吐出される。
ク吐出メカニズムを説明すれば次の通りである。ノズル
１１が形成されたインク流路１０に抵抗発熱体よりなる
ヒーター１２に電流パルスを印加すれば、ヒーター１２
で生じた熱がインク１４を加熱してインク流路１０内に
バブル１５が生成され、その力によりインク液滴１４'
が吐出される。
【０００４】ところで、このようなインク吐出部を有す
るインクジェットプリントヘッドは次のような要件を満
たさねばならない。第一に、可能な限りその製造が簡単
で製造コストが安く、大量生産が可能でなければならな
い。
るインクジェットプリントヘッドは次のような要件を満
たさねばならない。第一に、可能な限りその製造が簡単
で製造コストが安く、大量生産が可能でなければならな
い。
【０００５】第二に、鮮明な画質を得るためには、吐出
される主液滴に続く主液滴より小さな微細な副液滴の生
成が可能な限り抑制されねばならない。
される主液滴に続く主液滴より小さな微細な副液滴の生
成が可能な限り抑制されねばならない。
【０００６】第三に、一つのノズルからインクを吐出し
たりインクの吐出後にインクチャンバにインクが再び満
たされる時、インクを吐出しない隣接した他のノズルと
の干渉が可能な限り抑制されねばならない。このために
はインク吐出時にノズルの反対方向にインクが逆流する
現象を抑制せねばならない。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）
でもう一つのヒーター１３はこのためのものである。
たりインクの吐出後にインクチャンバにインクが再び満
たされる時、インクを吐出しない隣接した他のノズルと
の干渉が可能な限り抑制されねばならない。このために
はインク吐出時にノズルの反対方向にインクが逆流する
現象を抑制せねばならない。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）
でもう一つのヒーター１３はこのためのものである。
【０００７】第四に、高速プリントのためには、可能な
限りインク吐出後に再充填される周期が短くなければな
らない。すなわち、駆動周波数が高くなければならな
い。
限りインク吐出後に再充填される周期が短くなければな
らない。すなわち、駆動周波数が高くなければならな
い。
【０００８】ところで、このような要件は互いに相反す
る場合が多く、またインクジェットプリントヘッドの性
能は結局インクチャンバ、インク流路及びヒーターの構
造、それによるバブルの生成及び膨脹形態、または各要
素の相対的な大きさと密接な関連がある。
る場合が多く、またインクジェットプリントヘッドの性
能は結局インクチャンバ、インク流路及びヒーターの構
造、それによるバブルの生成及び膨脹形態、または各要
素の相対的な大きさと密接な関連がある。
【０００９】これにより、米国特許US４３３９７６２
号、US４８８２５９５号、US５７６０８０４号、US４８
４７６３０号、US５８５０２４１号、欧州特許EP３１７
１７１号、Fan-Gang Tseng、Chang-Jin Kim and Chih-M
ing Ho、"A Novel Microinjector with Virtual Chambe
r Neck"、IEEE MEMS'９８、pp.５７-６２など多様な構
造のインクジェットプリントヘッドが提案された。しか
し、これら特許や文献に示された構造のインクジェット
プリントヘッドは前述した要件中で一部は満足しても全
体的に満足するほどの水準ではない。
号、US４８８２５９５号、US５７６０８０４号、US４８
４７６３０号、US５８５０２４１号、欧州特許EP３１７
１７１号、Fan-Gang Tseng、Chang-Jin Kim and Chih-M
ing Ho、"A Novel Microinjector with Virtual Chambe
r Neck"、IEEE MEMS'９８、pp.５７-６２など多様な構
造のインクジェットプリントヘッドが提案された。しか
し、これら特許や文献に示された構造のインクジェット
プリントヘッドは前述した要件中で一部は満足しても全
体的に満足するほどの水準ではない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明が
解決しようとする技術的課題は、前述した要件を満たす
構造のインクジェットプリントヘッドを提供することで
ある。
解決しようとする技術的課題は、前述した要件を満たす
構造のインクジェットプリントヘッドを提供することで
ある。
【００１１】本発明が解決しようとする他の技術的課題
は、前述した要件を満たす構造のインクジェットプリン
トヘッドの製造方法を提供することである。
は、前述した要件を満たす構造のインクジェットプリン
トヘッドの製造方法を提供することである。
【００１２】前記の技術的課題を解決するために本発明
は、インク供給マニホルドとインクチャンバ及びインク
チャンネルが一体で形成された基板、ノズルが形成され
たノズル板、抵抗発熱体よりなるヒーター及びヒーター
に電流を印加する電極を具備するインクジェットプリン
トヘッドを提供する。
は、インク供給マニホルドとインクチャンバ及びインク
チャンネルが一体で形成された基板、ノズルが形成され
たノズル板、抵抗発熱体よりなるヒーター及びヒーター
に電流を印加する電極を具備するインクジェットプリン
トヘッドを提供する。
【００１３】前記基板には、その表面側に吐出されるイ
ンクが充填されるインクチャンバが実質的に半球状に形
成され、その背面側からインクチャンバ側にインクを供
給するためのマニホルドが形成され、前記インクチャン
バの底に前記マニホルドとインクチャンバを連結するイ
ンクチャンネルが一体に形成されていて、基板は垂直的
に表面からインクチャンバ、インクチャンネル及びマニ
ホルドの順番で形成された構造を有する。
ンクが充填されるインクチャンバが実質的に半球状に形
成され、その背面側からインクチャンバ側にインクを供
給するためのマニホルドが形成され、前記インクチャン
バの底に前記マニホルドとインクチャンバを連結するイ
ンクチャンネルが一体に形成されていて、基板は垂直的
に表面からインクチャンバ、インクチャンネル及びマニ
ホルドの順番で形成された構造を有する。
【００１４】前記ノズル板は基板上に積層されている
が、インクチャンバの中央部に対応する位置にノズルが
形成されている。
が、インクチャンバの中央部に対応する位置にノズルが
形成されている。
【００１５】前記ヒーターはノズル板のノズルを取り囲
むように環状に形成されている。
むように環状に形成されている。
【００１６】また、前記インクチャンネルの直径は、前
記ノズルの直径より小さいかまたは同じである。
記ノズルの直径より小さいかまたは同じである。
【００１７】また、本発明によれば、前記ノズルの縁部
からインクチャンバの深さ方向に延びたバブル及び液滴
ガイドが形成され、バブル成長時にその成長方向及びバ
ブルの形態をガイドし、インク吐出時にインク液滴の吐
出方向をガイドする。
からインクチャンバの深さ方向に延びたバブル及び液滴
ガイドが形成され、バブル成長時にその成長方向及びバ
ブルの形態をガイドし、インク吐出時にインク液滴の吐
出方向をガイドする。
【００１８】また、前記ヒーターを実質的に"O"字形ま
たは"C"字形にして生成されるバブルの形態を実質的に
ドーナツ形にする。
たは"C"字形にして生成されるバブルの形態を実質的に
ドーナツ形にする。
【００１９】前記の他の技術的課題を解決するために本
発明に係るインクジェットプリントヘッドの製造方法
は、基板をエッチングしてインクチャンバとインクチャ
ンネル及びインク供給マニホルドを基板で一体に製造す
る。
発明に係るインクジェットプリントヘッドの製造方法
は、基板をエッチングしてインクチャンバとインクチャ
ンネル及びインク供給マニホルドを基板で一体に製造す
る。
【００２０】具体的に、基板の表面にノズル板を形成
し、ノズル板上に環状のヒーターを形成する。インク供
給マニホルドは基板の背面から基板の表面側に形成す
る。また、環状のヒーターに電流を供給するための電極
を形成する。ノズルはノズル板をエッチングして形成す
るが、環状ヒーターの内側に環状ヒーターの直径より小
さな直径でノズル板をエッチングすることによって形成
する。インクチャンバはノズルにより露出された基板を
エッチングして形成するが、環状ヒーターの直径より大
きい直径を以って実質的に半球状にする。インクチャン
バとマニホルドを連結するインクチャンネルはインクチ
ャンバの底をエッチングして形成する。
し、ノズル板上に環状のヒーターを形成する。インク供
給マニホルドは基板の背面から基板の表面側に形成す
る。また、環状のヒーターに電流を供給するための電極
を形成する。ノズルはノズル板をエッチングして形成す
るが、環状ヒーターの内側に環状ヒーターの直径より小
さな直径でノズル板をエッチングすることによって形成
する。インクチャンバはノズルにより露出された基板を
エッチングして形成するが、環状ヒーターの直径より大
きい直径を以って実質的に半球状にする。インクチャン
バとマニホルドを連結するインクチャンネルはインクチ
ャンバの底をエッチングして形成する。
【００２１】ここで、前記インクチャンバは前記ノズル
により露出された基板を等方性エッチングして形成で
き、または前記ノズルにより露出された基板を所定深さ
に異方性エッチングした後、次いで基板を等方性エッチ
ングして形成することによって半球状にする場合もあ
る。
により露出された基板を等方性エッチングして形成で
き、または前記ノズルにより露出された基板を所定深さ
に異方性エッチングした後、次いで基板を等方性エッチ
ングして形成することによって半球状にする場合もあ
る。
【００２２】また、前記インクチャンバはインクチャン
バを形成する部位の基板を陽極酸化処理して実質的に半
球状に多孔質層を形成した後、この多孔質層を選択的に
エッチングして除去することによって形成する場合もあ
る。
バを形成する部位の基板を陽極酸化処理して実質的に半
球状に多孔質層を形成した後、この多孔質層を選択的に
エッチングして除去することによって形成する場合もあ
る。
【００２３】また、前記インクチャンバ及びインクチャ
ンネルを形成する前に、ノズルが形成されたノズル板上
にノズルより小さな直径で基板を露出するエッチングマ
スクを形成し、このエッチングマスクを用いてインクチ
ャンバ及びインクチャンネルを形成した後、エッチング
マスクを除去することによって、ノズルより小さな直径
を有するインクチャンネルを形成できる。
ンネルを形成する前に、ノズルが形成されたノズル板上
にノズルより小さな直径で基板を露出するエッチングマ
スクを形成し、このエッチングマスクを用いてインクチ
ャンバ及びインクチャンネルを形成した後、エッチング
マスクを除去することによって、ノズルより小さな直径
を有するインクチャンネルを形成できる。
【００２４】また、本発明によれば、前記インクチャン
バは前記ノズルにより露出された基板を所定深さに異方
性エッチングして孔を形成した後、基板の全面に所定厚
さに所定の物質膜を蒸着し、この物質膜を異方性エッチ
ングして前記孔の底を露出すると同時に孔の側壁にスペ
ーサを形成した後、孔の底に露出された基板を等方性エ
ッチングすることによって形成する場合もある。
バは前記ノズルにより露出された基板を所定深さに異方
性エッチングして孔を形成した後、基板の全面に所定厚
さに所定の物質膜を蒸着し、この物質膜を異方性エッチ
ングして前記孔の底を露出すると同時に孔の側壁にスペ
ーサを形成した後、孔の底に露出された基板を等方性エ
ッチングすることによって形成する場合もある。
【００２５】このように本発明によれば、環状ヒーター
の形によって生成されるバブルが実質的にドーナツ状に
なって前述したインク吐出時の諸般要件を満たし、その
製造方法も単純で、ノズル板まで含んでプリントヘッド
をチップ単位で大量生産できる。
の形によって生成されるバブルが実質的にドーナツ状に
なって前述したインク吐出時の諸般要件を満たし、その
製造方法も単純で、ノズル板まで含んでプリントヘッド
をチップ単位で大量生産できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、下
記の実施形態は本発明の範囲を限定するものではなく、
本発明をこの技術分野で通常の知識を有する者に十分に
説明するために提供されるものである。図面で同じ参照
符号は同じ要素を示し、図面上で各要素の大きさや厚さ
は説明の明瞭性と便宜のために誇張されている場合もあ
りうる。また、一層が基板や他層上に存在すると説明さ
れる時、その層は基板や他層に直接接しつつ上に存在す
る場合もあり、その間に第３の層が存在する場合もあ
る。
発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、下
記の実施形態は本発明の範囲を限定するものではなく、
本発明をこの技術分野で通常の知識を有する者に十分に
説明するために提供されるものである。図面で同じ参照
符号は同じ要素を示し、図面上で各要素の大きさや厚さ
は説明の明瞭性と便宜のために誇張されている場合もあ
りうる。また、一層が基板や他層上に存在すると説明さ
れる時、その層は基板や他層に直接接しつつ上に存在す
る場合もあり、その間に第３の層が存在する場合もあ
る。
【００２７】先ず、図２は本実施形態に係るインクジェ
ットプリントヘッドの概略的な平面図である。
ットプリントヘッドの概略的な平面図である。
【００２８】図２で、本実施形態に係るプリントヘッド
は点線で示されたインク供給マニホルド１０２上にジグ
ザグに配置されたインク吐出部３が２列に配置され、各
インク吐出部３と電気的に連結されワイヤーがボンディ
ングされるボンディングパッド２０が配置されている。
また、マニホルド１０２はインクを含んでいるインクコ
ンテナ(図示せず)と連結される。一方、図面でインク吐
出部３は２列に配置されているが、１列に配置される場
合もあり、解像度をさらに高めるために３列以上に配置
される場合もある。また、マニホルド１０２はインク吐
出部３の各列ごとに一つずつ形成される場合もある。ま
た、図面には一色相のインクだけを使用するプリントヘ
ッドが示されているが、カラー印刷のために各色相別に
３または４群のインク吐出部が配置される場合もある。
は点線で示されたインク供給マニホルド１０２上にジグ
ザグに配置されたインク吐出部３が２列に配置され、各
インク吐出部３と電気的に連結されワイヤーがボンディ
ングされるボンディングパッド２０が配置されている。
また、マニホルド１０２はインクを含んでいるインクコ
ンテナ(図示せず)と連結される。一方、図面でインク吐
出部３は２列に配置されているが、１列に配置される場
合もあり、解像度をさらに高めるために３列以上に配置
される場合もある。また、マニホルド１０２はインク吐
出部３の各列ごとに一つずつ形成される場合もある。ま
た、図面には一色相のインクだけを使用するプリントヘ
ッドが示されているが、カラー印刷のために各色相別に
３または４群のインク吐出部が配置される場合もある。
【００２９】図３は、本発明の特徴部のインク吐出部３
を拡大して示した平面図であり、図４は図３の４-４線
に沿って見たインク吐出部３の垂直構造を示す断面図で
ある。
を拡大して示した平面図であり、図４は図３の４-４線
に沿って見たインク吐出部３の垂直構造を示す断面図で
ある。
【００３０】図３及び図４を参照して本実施形態に係る
プリントヘッドの構造を詳細に説明すれば次の通りであ
る。
プリントヘッドの構造を詳細に説明すれば次の通りであ
る。
【００３１】先ず、基板１００には、その表面側にイン
クが充填されるインクチャンバ１０４がほぼ半球状に形
成されており、その背面側には各インクチャンバ１０４
にインクを供給するマニホルド１０２が形成されてお
り、インクチャンバ１０４の底中央にはインクチャンバ
１０４とマニホルド１０２とを連結するインクチャンネ
ル１０６が形成されている。ここで、基板１００は集積
回路の製造に広く使われるシリコンよりなることが望ま
しい。
クが充填されるインクチャンバ１０４がほぼ半球状に形
成されており、その背面側には各インクチャンバ１０４
にインクを供給するマニホルド１０２が形成されてお
り、インクチャンバ１０４の底中央にはインクチャンバ
１０４とマニホルド１０２とを連結するインクチャンネ
ル１０６が形成されている。ここで、基板１００は集積
回路の製造に広く使われるシリコンよりなることが望ま
しい。
【００３２】インクチャンネル１０６は図３及び図４で
ノズル１６０よりその直径が小さく示されているが、必
ずしも小さいという必要はない。ただし、インクチャン
ネル１０６の直径はインク吐出時にインクがインクチャ
ンネル１０６側に押し流される逆流現象と、インク吐出
後のインク再充填時、その速度に影響を及ぼす重要な要
素であるので、インクチャンネル１０６の形成時にその
直径は微細に制御される必要がある。詳細な形成方法は
後述する。
ノズル１６０よりその直径が小さく示されているが、必
ずしも小さいという必要はない。ただし、インクチャン
ネル１０６の直径はインク吐出時にインクがインクチャ
ンネル１０６側に押し流される逆流現象と、インク吐出
後のインク再充填時、その速度に影響を及ぼす重要な要
素であるので、インクチャンネル１０６の形成時にその
直径は微細に制御される必要がある。詳細な形成方法は
後述する。
【００３３】基板１００の表面にはノズル１６０が形成
されたノズル板１１０が形成され、インクチャンバ１０
４の上部壁をなす。ノズル板１１０は、基板１００がシ
リコンよりなる場合、シリコン基板１００を酸化させて
形成されたシリコン酸化膜よりなり、基板１００上に蒸
着されたシリコン窒化膜の絶縁膜よりなりうる。
されたノズル板１１０が形成され、インクチャンバ１０
４の上部壁をなす。ノズル板１１０は、基板１００がシ
リコンよりなる場合、シリコン基板１００を酸化させて
形成されたシリコン酸化膜よりなり、基板１００上に蒸
着されたシリコン窒化膜の絶縁膜よりなりうる。
【００３４】ノズル板１１０上にはノズル１６０を取り
囲む環状で"C"字形部分が対称的に結合されたほぼ"O"字
形のバブル生成用ヒーター１２０が形成されている。こ
のヒーター１２０は不純物がドーピングされた多結晶シ
リコンやタンタル-アルミニウム合金のような抵抗発熱
体よりなり、ヒーター１２０にはパルス状電流を印加す
るための電極１４０が接続される。この電極１４０は、
通常ボンディングパッド(図２の２０)及び必要な配線
(図示せず)と同じ物質、例えばアルミニウムやアルミニ
ウム合金のような金属よりなる。
囲む環状で"C"字形部分が対称的に結合されたほぼ"O"字
形のバブル生成用ヒーター１２０が形成されている。こ
のヒーター１２０は不純物がドーピングされた多結晶シ
リコンやタンタル-アルミニウム合金のような抵抗発熱
体よりなり、ヒーター１２０にはパルス状電流を印加す
るための電極１４０が接続される。この電極１４０は、
通常ボンディングパッド(図２の２０)及び必要な配線
(図示せず)と同じ物質、例えばアルミニウムやアルミニ
ウム合金のような金属よりなる。
【００３５】一方、図５はヒーターの変形例を示した平
面図であって、図５に示したヒーター１２０'は略"C"字
形の開いた曲線をなし、電極１４０はこの"C"字形ヒー
ター１２０'の両端部に各々接続される。すなわち、図
３に示したヒーター１２０の対称的な"C"字形部分が電
極１４０間で並列に接続されるのに対して、図５に示し
たヒーター１２０'は電極１４０間で直列に接続され
る。
面図であって、図５に示したヒーター１２０'は略"C"字
形の開いた曲線をなし、電極１４０はこの"C"字形ヒー
ター１２０'の両端部に各々接続される。すなわち、図
３に示したヒーター１２０の対称的な"C"字形部分が電
極１４０間で並列に接続されるのに対して、図５に示し
たヒーター１２０'は電極１４０間で直列に接続され
る。
【００３６】図６はインクチャンバの変形例を示す断面
図であり、図６に示したインクチャンバ１０４'はノズ
ル１６０'の縁部からインクチャンバ１０４'側に延びる
液滴ガイド１８０と、インクチャンバ１０４'の上部壁
をなすノズル板１１０の下の液滴ガイド１８０との周囲
に基板物質が少し残ってバブルガイド１０８を形成して
いる。液滴ガイド１８０とバブルガイド１０８の機能は
後述する。
図であり、図６に示したインクチャンバ１０４'はノズ
ル１６０'の縁部からインクチャンバ１０４'側に延びる
液滴ガイド１８０と、インクチャンバ１０４'の上部壁
をなすノズル板１１０の下の液滴ガイド１８０との周囲
に基板物質が少し残ってバブルガイド１０８を形成して
いる。液滴ガイド１８０とバブルガイド１０８の機能は
後述する。
【００３７】このようになった本実施形態のインクジェ
ットプリンタヘッドの機能と効果をインク吐出メカニズ
ムと共に詳細に説明する。図７（Ａ）及び図８（Ａ）
は、図４に示したインク吐出部のインク吐出メカニズム
を示す断面図である。
ットプリンタヘッドの機能と効果をインク吐出メカニズ
ムと共に詳細に説明する。図７（Ａ）及び図８（Ａ）
は、図４に示したインク吐出部のインク吐出メカニズム
を示す断面図である。
【００３８】図７（Ａ）に示したように、毛細管現象に
よりマニホルド１０２、インクチャンネル１０６を通じ
て供給されたインク２００がインクチャンバ１０４に充
填された状態で、環状ヒーター１２０にパルス状電流を
印加すればヒーター１２０で生じた熱が下のノズル板１
１０を通じて伝えられ、ヒーター１２０の下のインク２
００が沸騰してバブル２１０が生成される。このバブル
２１０の形は環状ヒーター１２０の形によって図７
（Ｂ）に示したように概略ドーナツ形になる。
よりマニホルド１０２、インクチャンネル１０６を通じ
て供給されたインク２００がインクチャンバ１０４に充
填された状態で、環状ヒーター１２０にパルス状電流を
印加すればヒーター１２０で生じた熱が下のノズル板１
１０を通じて伝えられ、ヒーター１２０の下のインク２
００が沸騰してバブル２１０が生成される。このバブル
２１０の形は環状ヒーター１２０の形によって図７
（Ｂ）に示したように概略ドーナツ形になる。
【００３９】時間が経過するにつれてドーナツ形のバブ
ル２１０が膨脹すれば、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示
したように、ノズル１６０の下でバブルが合体して中央
部が窪んだほぼ円盤型のバブル２１０'に膨脹する。同
時に、膨脹したバブル２１０'によりインクチャンバ１
０４内のインクが吐出される。
ル２１０が膨脹すれば、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示
したように、ノズル１６０の下でバブルが合体して中央
部が窪んだほぼ円盤型のバブル２１０'に膨脹する。同
時に、膨脹したバブル２１０'によりインクチャンバ１
０４内のインクが吐出される。
【００４０】印加した電流を遮断すれば冷却されバブル
は縮少されるか、そうでなければその前にはじけてイン
クチャンバ内には再びインク２００が充填される。
は縮少されるか、そうでなければその前にはじけてイン
クチャンバ内には再びインク２００が充填される。
【００４１】本実施形態のプリントヘッドのインク吐出
メカニズムによれば、ドーナツ状のバブルが中央で合体
することによって吐出されるインク２００'の尾を切っ
て前述した副液滴が生じなくなる。
メカニズムによれば、ドーナツ状のバブルが中央で合体
することによって吐出されるインク２００'の尾を切っ
て前述した副液滴が生じなくなる。
【００４２】また、バブル２１０、２１０'の膨脹が半
球状のインクチャンバ１０４内部に限定されてインク２
００の逆流が抑制されるので隣接した他のインク吐出部
との干渉が抑制される。さらに、図４に示したように、
インクチャンネル１０６の直径がノズル１６０の直径よ
り小さな場合は、インク２００の逆流を防止するのにさ
らに効果的である。
球状のインクチャンバ１０４内部に限定されてインク２
００の逆流が抑制されるので隣接した他のインク吐出部
との干渉が抑制される。さらに、図４に示したように、
インクチャンネル１０６の直径がノズル１６０の直径よ
り小さな場合は、インク２００の逆流を防止するのにさ
らに効果的である。
【００４３】一方、ヒーター１２０が環状でその面積が
広くて加熱と冷却が速く、それによりバブル２１０、２
１０'の生成から消滅までかかる時間が短くなって早い
応答と高い駆動周波数を有しうる。さらに、インクチャ
ンバ１０４の形状が半球状よりなっていて従来の直方体
またはピラミッド状のインクチャンバに比べてバブル２
１０、２１０'の膨脹経路が安定的であり、バブルの生
成及び膨脹が早くて短時間内にインクが吐出される。
広くて加熱と冷却が速く、それによりバブル２１０、２
１０'の生成から消滅までかかる時間が短くなって早い
応答と高い駆動周波数を有しうる。さらに、インクチャ
ンバ１０４の形状が半球状よりなっていて従来の直方体
またはピラミッド状のインクチャンバに比べてバブル２
１０、２１０'の膨脹経路が安定的であり、バブルの生
成及び膨脹が早くて短時間内にインクが吐出される。
【００４４】図９及び図１０は、図６に示したインク吐
出部のインク吐出メカニズムを示す断面図である。
出部のインク吐出メカニズムを示す断面図である。
【００４５】図７及び図８に示したインク吐出メカニズ
ムと違う点だけを説明すれば次の通りである。まず、バ
ブル２１０"が膨脹する時、ノズル１６０'周囲のバブル
ガイド１０８により下方に膨脹してノズル１６０'の下
でバブルが合体する確率は少なくなる。しかし、この膨
脹したバブル２１０"がノズル１６０'の下で合体する確
率は液滴ガイド１８０とバブルガイド１０８の下方に延
びた長さを調節することによって調節できる。一方、吐
出される液滴２００'はノズル１６０'の縁部から下に延
びた液滴ガイド１８０により吐出方向がガイドされて正
確に基板１００に垂直の方向に吐出される。
ムと違う点だけを説明すれば次の通りである。まず、バ
ブル２１０"が膨脹する時、ノズル１６０'周囲のバブル
ガイド１０８により下方に膨脹してノズル１６０'の下
でバブルが合体する確率は少なくなる。しかし、この膨
脹したバブル２１０"がノズル１６０'の下で合体する確
率は液滴ガイド１８０とバブルガイド１０８の下方に延
びた長さを調節することによって調節できる。一方、吐
出される液滴２００'はノズル１６０'の縁部から下に延
びた液滴ガイド１８０により吐出方向がガイドされて正
確に基板１００に垂直の方向に吐出される。
【００４６】次に、本発明のインクジェットプリントヘ
ッドを製造する方法を説明する。図１１ないし図１６
は、図４に示したようなインク吐出部を有するプリント
ヘッドを製造する過程を示す断面図であり、図２の１１
-１１線に沿って見た断面図である。
ッドを製造する方法を説明する。図１１ないし図１６
は、図４に示したようなインク吐出部を有するプリント
ヘッドを製造する過程を示す断面図であり、図２の１１
-１１線に沿って見た断面図である。
【００４７】まず、基板１００を準備する。本実施形態
で基板１００は結晶方向が１００で、その厚さが約５０
０μmのシリコン基板を使用する。これは、半導体素子
の製造に広く使われるシリコンウェーハをそのまま使用
できて大量生産に効果的であるからである。
で基板１００は結晶方向が１００で、その厚さが約５０
０μmのシリコン基板を使用する。これは、半導体素子
の製造に広く使われるシリコンウェーハをそのまま使用
できて大量生産に効果的であるからである。
【００４８】次いで、シリコンウェーハを酸化炉に入れ
て湿式または乾式酸化すれば、図１１に示したようにシ
リコン基板１００の表面及び背面が酸化されてシリコン
酸化膜１１０、１１２が成長する。基板１００の表面方
向に形成されたシリコン酸化膜１１０は以後にノズルが
形成されるノズル板になる。
て湿式または乾式酸化すれば、図１１に示したようにシ
リコン基板１００の表面及び背面が酸化されてシリコン
酸化膜１１０、１１２が成長する。基板１００の表面方
向に形成されたシリコン酸化膜１１０は以後にノズルが
形成されるノズル板になる。
【００４９】一方、図１１はシリコンウェーハのごく一
部を示したものであり、本発明に係るプリントヘッドは
一つのウェーハで数十個ないし数百個のチップ状態に製
造される。また、図１１には基板１００の表面と背面と
もにシリコン酸化膜１１０及び１１２が成長したものを
示したが、これはシリコンウェーハの背面も酸化雰囲気
に露出されるバッチ式酸化炉を使用したからである。し
かし、ウェーハの表面だけ露出される枚葉式酸化装置を
使用する場合は背面にシリコン酸化膜１１２が形成され
ない。このように使用する装置によって表面のみに所定
の物質膜が形成されたり背面まで形成される点は以下の
図１８まで同じである。ただし、便宜上、以下では他の
物質膜(後述する多結晶シリコン膜、シリコン窒化膜、T
EOS酸化膜など)は基板１００の表面方向のみに形成され
るものとして示しかつ説明する。
部を示したものであり、本発明に係るプリントヘッドは
一つのウェーハで数十個ないし数百個のチップ状態に製
造される。また、図１１には基板１００の表面と背面と
もにシリコン酸化膜１１０及び１１２が成長したものを
示したが、これはシリコンウェーハの背面も酸化雰囲気
に露出されるバッチ式酸化炉を使用したからである。し
かし、ウェーハの表面だけ露出される枚葉式酸化装置を
使用する場合は背面にシリコン酸化膜１１２が形成され
ない。このように使用する装置によって表面のみに所定
の物質膜が形成されたり背面まで形成される点は以下の
図１８まで同じである。ただし、便宜上、以下では他の
物質膜(後述する多結晶シリコン膜、シリコン窒化膜、T
EOS酸化膜など)は基板１００の表面方向のみに形成され
るものとして示しかつ説明する。
【００５０】次いで、表面方向のシリコン酸化膜１１０
上に環状ヒーター１２０を形成する。この環状ヒーター
１２０は、シリコン酸化膜１１０の全面に不純物がドー
ピングされた多結晶シリコンやタンタル-アルミニウム
合金を蒸着した後、これを環状にパターニングすること
によって形成される。具体的には、不純物がドーピング
された多結晶シリコンは、不純物として、例えば燐(P)
を含むソースガスを用いた低圧化学気相蒸着法により共
に蒸着されて約０.７〜１μmの厚さに形成されうる。ヒ
ーター１２０をタンタル-アルミニウム合金で形成する
場合、タンタル-アルミニウム合金膜はタンタル-アルミ
ニウム合金をターゲットとしたり、タンタルとアルミニ
ウムを別のターゲットとしてスパッタリング方法で蒸着
することによって約０.１〜０.３μmの厚さに形成でき
る。この多結晶シリコン膜やタンタル-アルミニウム合
金膜の蒸着厚さは、ヒーター１００の幅と長さを考慮し
て適正な抵抗値を有するように他の範囲にする場合もあ
る。シリコン酸化膜１１０の全面に蒸着された多結晶シ
リコン膜またはタンタル-アルミニウム合金膜は、フォ
トマスクとフォトレジストを用いた写真工程とフォトレ
ジストパターンをエッチングマスクとしてエッチングす
るエッチング工程によりパターニングされる。
上に環状ヒーター１２０を形成する。この環状ヒーター
１２０は、シリコン酸化膜１１０の全面に不純物がドー
ピングされた多結晶シリコンやタンタル-アルミニウム
合金を蒸着した後、これを環状にパターニングすること
によって形成される。具体的には、不純物がドーピング
された多結晶シリコンは、不純物として、例えば燐(P)
を含むソースガスを用いた低圧化学気相蒸着法により共
に蒸着されて約０.７〜１μmの厚さに形成されうる。ヒ
ーター１２０をタンタル-アルミニウム合金で形成する
場合、タンタル-アルミニウム合金膜はタンタル-アルミ
ニウム合金をターゲットとしたり、タンタルとアルミニ
ウムを別のターゲットとしてスパッタリング方法で蒸着
することによって約０.１〜０.３μmの厚さに形成でき
る。この多結晶シリコン膜やタンタル-アルミニウム合
金膜の蒸着厚さは、ヒーター１００の幅と長さを考慮し
て適正な抵抗値を有するように他の範囲にする場合もあ
る。シリコン酸化膜１１０の全面に蒸着された多結晶シ
リコン膜またはタンタル-アルミニウム合金膜は、フォ
トマスクとフォトレジストを用いた写真工程とフォトレ
ジストパターンをエッチングマスクとしてエッチングす
るエッチング工程によりパターニングされる。
【００５１】図１２は、図１１の結果物の全面にシリコ
ン窒化膜１３０を蒸着した後、基板１００の背面から基
板１００をエッチングしてマニホルド１０２を形成した
状態を示したものである。シリコン窒化膜１３０は環状
ヒーター１２０の保護膜であり、例えば約０.５μm厚さ
にやはり低圧化学気相蒸着法で蒸着されうる。マニホル
ド１０２はウェーハの背面を傾斜エッチングすることに
よって形成される。具体的に、ウェーハの背面にエッチ
ングされる領域を限定するエッチングマスクを形成しTM
AH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)をエッチング液と
して所定時間湿式エッチングすれば、１１１方向へのエ
ッチングが他の方向に比べて遅くなって約５４.７゜の
傾斜を有するマニホルド１０２が形成される。
ン窒化膜１３０を蒸着した後、基板１００の背面から基
板１００をエッチングしてマニホルド１０２を形成した
状態を示したものである。シリコン窒化膜１３０は環状
ヒーター１２０の保護膜であり、例えば約０.５μm厚さ
にやはり低圧化学気相蒸着法で蒸着されうる。マニホル
ド１０２はウェーハの背面を傾斜エッチングすることに
よって形成される。具体的に、ウェーハの背面にエッチ
ングされる領域を限定するエッチングマスクを形成しTM
AH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)をエッチング液と
して所定時間湿式エッチングすれば、１１１方向へのエ
ッチングが他の方向に比べて遅くなって約５４.７゜の
傾斜を有するマニホルド１０２が形成される。
【００５２】一方、このマニホルド１０２は基板１００
の背面を傾斜エッチングして形成するものと示され説明
されたが、傾斜エッチングではない異方性エッチングで
形成する場合もある。
の背面を傾斜エッチングして形成するものと示され説明
されたが、傾斜エッチングではない異方性エッチングで
形成する場合もある。
【００５３】図１３は、電極１４０とノズル１６０を形
成した状態を示すものである。具体的に、図１２のシリ
コン窒化膜１３０のヒーター１２０の上部で電極１４０
と接続される部分、及び環状ヒーター１２０の内側に環
状ヒーター１２０の直径より小さな直径でノズル１６０
をなす部分をエッチングして各々ヒーター１２０とシリ
コン酸化膜１１０とを露出する。次いで、露出されたシ
リコン酸化膜１００をエッチングしてノズル１６０をな
す部分の基板１００を露出する。このノズル１６０の直
径は約１６〜２０μmになるようにシリコン窒化膜１３
０及びシリコン酸化膜１１０をエッチングする。
成した状態を示すものである。具体的に、図１２のシリ
コン窒化膜１３０のヒーター１２０の上部で電極１４０
と接続される部分、及び環状ヒーター１２０の内側に環
状ヒーター１２０の直径より小さな直径でノズル１６０
をなす部分をエッチングして各々ヒーター１２０とシリ
コン酸化膜１１０とを露出する。次いで、露出されたシ
リコン酸化膜１００をエッチングしてノズル１６０をな
す部分の基板１００を露出する。このノズル１６０の直
径は約１６〜２０μmになるようにシリコン窒化膜１３
０及びシリコン酸化膜１１０をエッチングする。
【００５４】次いで、電極１４０は導電性が良くてパタ
ーニングが容易な金属、例えば、アルミニウムやアルミ
ニウム合金を約１μm厚さにスパッタリング法で蒸着し
パターニングすることによって形成される。この時、電
極１４０をなす金属膜は基板１００上の他の部位で配線
(図示せず)とボンディングパッド(図２の２０)をなすよ
うに同時にパターニングされる。一方、電極１４０とし
て銅を使用する場合もあるが、この場合は電気メッキを
用いることが望ましい。
ーニングが容易な金属、例えば、アルミニウムやアルミ
ニウム合金を約１μm厚さにスパッタリング法で蒸着し
パターニングすることによって形成される。この時、電
極１４０をなす金属膜は基板１００上の他の部位で配線
(図示せず)とボンディングパッド(図２の２０)をなすよ
うに同時にパターニングされる。一方、電極１４０とし
て銅を使用する場合もあるが、この場合は電気メッキを
用いることが望ましい。
【００５５】次いで、図１４に示したように、ノズル１
６０が形成された基板１００の全面にTEOS(Tetraethyle
orthosilane)酸化膜１５０を蒸着してパターニングし、
ノズル１６０部位の基板１００を露出する。このTEOS酸
化膜１５０は約１μm程度の厚さであり、アルミニウム
またはその合金よりなる電極１４０とボンディングパッ
ドが変形されない範囲の低温、例えば４００℃以下で化
学気相蒸着法で蒸着できる。一方、ノズル１６０は前記
シリコン窒化膜１３０及びシリコン酸化膜１１０をパタ
ーニングすることによって形成したが、前記シリコン窒
化膜１３０をパターニングする時、ノズル１６０部位の
シリコン窒化膜１３０及びシリコン酸化膜１１０をその
ままにし、TEOS酸化膜１５０まで形成した後、TEOS酸化
膜１５０、シリコン窒化膜１３０及びシリコン酸化膜１
１０を順次にエッチングすることによって形成する場合
もある。
６０が形成された基板１００の全面にTEOS(Tetraethyle
orthosilane)酸化膜１５０を蒸着してパターニングし、
ノズル１６０部位の基板１００を露出する。このTEOS酸
化膜１５０は約１μm程度の厚さであり、アルミニウム
またはその合金よりなる電極１４０とボンディングパッ
ドが変形されない範囲の低温、例えば４００℃以下で化
学気相蒸着法で蒸着できる。一方、ノズル１６０は前記
シリコン窒化膜１３０及びシリコン酸化膜１１０をパタ
ーニングすることによって形成したが、前記シリコン窒
化膜１３０をパターニングする時、ノズル１６０部位の
シリコン窒化膜１３０及びシリコン酸化膜１１０をその
ままにし、TEOS酸化膜１５０まで形成した後、TEOS酸化
膜１５０、シリコン窒化膜１３０及びシリコン酸化膜１
１０を順次にエッチングすることによって形成する場合
もある。
【００５６】次いで、ノズル１６０により露出された基
板１００をエッチングして略半球状のインクチャンバを
形成するが、具体的に図１４に示したように、ノズル１
６０が形成された基板１００の全面にフォトレジストを
塗布しパターニングしてノズル１６０より小さな直径で
基板１００を露出するフォトレジストパターンPRを形成
する。このフォトレジストパターンPRは以後に形成され
るインクチャンネル１０６の直径を微細に調節するため
のものであり、ノズル１６０の側壁に残るフォトレジス
トパターンPRの厚さによりインクチャンネル１０６の直
径が調節される。一方、インクチャンネル１０６の直径
をノズル１６０の直径と概略同一にする場合にはこのフ
ォトレジストパターンPRは要らない。
板１００をエッチングして略半球状のインクチャンバを
形成するが、具体的に図１４に示したように、ノズル１
６０が形成された基板１００の全面にフォトレジストを
塗布しパターニングしてノズル１６０より小さな直径で
基板１００を露出するフォトレジストパターンPRを形成
する。このフォトレジストパターンPRは以後に形成され
るインクチャンネル１０６の直径を微細に調節するため
のものであり、ノズル１６０の側壁に残るフォトレジス
トパターンPRの厚さによりインクチャンネル１０６の直
径が調節される。一方、インクチャンネル１０６の直径
をノズル１６０の直径と概略同一にする場合にはこのフ
ォトレジストパターンPRは要らない。
【００５７】図１５は、ノズル１６０により露出された
基板１００を所定深さにエッチングしてインクチャンバ
１０４及びインクチャンネル１０６を形成した状態を示
すものである。
基板１００を所定深さにエッチングしてインクチャンバ
１０４及びインクチャンネル１０６を形成した状態を示
すものである。
【００５８】まず、インクチャンバ１０４はフォトレジ
ストパターンPRをエッチングマスクとして基板１００を
等方性エッチングすることによって形成できる。具体的
に、XeF2ガスをエッチングガスとして使用して基板１０
０を所定時間乾式エッチングする。そうすると示したよ
うに、その深さと半径が約２０μmの概略半球状のイン
クチャンバ１０４が形成される。
ストパターンPRをエッチングマスクとして基板１００を
等方性エッチングすることによって形成できる。具体的
に、XeF2ガスをエッチングガスとして使用して基板１０
０を所定時間乾式エッチングする。そうすると示したよ
うに、その深さと半径が約２０μmの概略半球状のイン
クチャンバ１０４が形成される。
【００５９】一方、インクチャンバ１０４はフォトレジ
ストパターンPRをエッチングマスクとして、基板１００
を異方性エッチングする段階及びこれに続いて等方性エ
ッチングする段階の二つの段階でエッチングすることに
よって形成する場合もある。すなわち、フォトレジスト
パターンPRをエッチングマスクとして、シリコン基板１
００を誘導結合プラズマエッチングや反応性イオンエッ
チングを用いて異方性エッチングして所定深さの孔(図
示せず)を形成した後、次いで、前記のような方法で等
方性エッチングする。
ストパターンPRをエッチングマスクとして、基板１００
を異方性エッチングする段階及びこれに続いて等方性エ
ッチングする段階の二つの段階でエッチングすることに
よって形成する場合もある。すなわち、フォトレジスト
パターンPRをエッチングマスクとして、シリコン基板１
００を誘導結合プラズマエッチングや反応性イオンエッ
チングを用いて異方性エッチングして所定深さの孔(図
示せず)を形成した後、次いで、前記のような方法で等
方性エッチングする。
【００６０】また、インクチャンバ１０４はまた他の方
法として、基板１００のインクチャンバ１０４をなす部
位を多孔質シリコン層に変化させた後、この多孔質シリ
コン層を選択的にエッチングして除去することによって
形成する場合もある。具体的に、何も形成されていない
(すなわち、図１１の以前段階)シリコン基板１００の表
面上にインクチャンバ１０４を形成する部分の中央部だ
けを露出するマスクを、例えばシリコン窒化膜で形成
し、基板１００の背面には電極物質、例えば金膜を形成
した後、これをフッ酸溶液に入れて陽極酸化処理すれ
ば、マスクの露出された部分を中心として概略半球状に
多孔質シリコン層が形成される。この状態のシリコン基
板１００について前述した図１１ないし図１４の段階を
経た後、多孔質シリコン層だけを選択的にエッチングし
て除去すれば、図１５に示したような半球状インクチャ
ンバ１０４が形成される。多孔質シリコン層だけを選択
的にエッチングして除去するエッチング液としてはアル
カリ溶液、例えばKOH溶液を使用すればよい。一方、陽
極酸化処理は前記のように図１１に示した段階以前に行
えるが、ノズル１６０を陽極酸化処理時にマスクとして
使用する場合には図１３に示した段階に続いて行う場合
もある。
法として、基板１００のインクチャンバ１０４をなす部
位を多孔質シリコン層に変化させた後、この多孔質シリ
コン層を選択的にエッチングして除去することによって
形成する場合もある。具体的に、何も形成されていない
(すなわち、図１１の以前段階)シリコン基板１００の表
面上にインクチャンバ１０４を形成する部分の中央部だ
けを露出するマスクを、例えばシリコン窒化膜で形成
し、基板１００の背面には電極物質、例えば金膜を形成
した後、これをフッ酸溶液に入れて陽極酸化処理すれ
ば、マスクの露出された部分を中心として概略半球状に
多孔質シリコン層が形成される。この状態のシリコン基
板１００について前述した図１１ないし図１４の段階を
経た後、多孔質シリコン層だけを選択的にエッチングし
て除去すれば、図１５に示したような半球状インクチャ
ンバ１０４が形成される。多孔質シリコン層だけを選択
的にエッチングして除去するエッチング液としてはアル
カリ溶液、例えばKOH溶液を使用すればよい。一方、陽
極酸化処理は前記のように図１１に示した段階以前に行
えるが、ノズル１６０を陽極酸化処理時にマスクとして
使用する場合には図１３に示した段階に続いて行う場合
もある。
【００６１】次いで、フォトレジストパターンPRをエッ
チングマスクとして基板１００を異方性エッチングすれ
ば、インクチャンバ１０４の底にインクチャンバ１０４
とマニホルド１０２を連結するインクチャンネル１０６
が形成される。この異方性エッチングは前述した誘導結
合プラズマエッチングや反応性イオンエッチングにより
行われうる。
チングマスクとして基板１００を異方性エッチングすれ
ば、インクチャンバ１０４の底にインクチャンバ１０４
とマニホルド１０２を連結するインクチャンネル１０６
が形成される。この異方性エッチングは前述した誘導結
合プラズマエッチングや反応性イオンエッチングにより
行われうる。
【００６２】図１６は、図１５に示した状態でフォトレ
ジストパターンPRをアッシング及びストリップして除去
して本実施形態に係るプリントヘッドを完成した状態を
示すものである。フォトレジストパターンPRを除去すれ
ば、示したように、基板１００の表面側に半球状インク
チャンバ１０４が、背面側にはマニホルド１０２が形成
されており、インクチャンバ１０４とマニホルド１０２
を連結するインクチャンネル１０６が形成されており、
インクチャンネル１０６より大きい直径のノズル１６０
が形成されたノズル板が積層された構造のプリントヘッ
ドが得られる。
ジストパターンPRをアッシング及びストリップして除去
して本実施形態に係るプリントヘッドを完成した状態を
示すものである。フォトレジストパターンPRを除去すれ
ば、示したように、基板１００の表面側に半球状インク
チャンバ１０４が、背面側にはマニホルド１０２が形成
されており、インクチャンバ１０４とマニホルド１０２
を連結するインクチャンネル１０６が形成されており、
インクチャンネル１０６より大きい直径のノズル１６０
が形成されたノズル板が積層された構造のプリントヘッ
ドが得られる。
【００６３】図１７及び図１８は、図６に示したインク
吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を図２の
１１-１１線に沿って示す断面図である。
吐出部を有するプリントヘッドを製造する過程を図２の
１１-１１線に沿って示す断面図である。
【００６４】図６に示したインク吐出部を有するプリン
トヘッドの製造方法は、前述した図４に示すインク吐出
部を有するプリントヘッドの製造方法中で図１４のTEOS
酸化膜１５０の形成段階までは同一であり、その以後に
図１７及び図１８に示した段階をさらに遂行する。
トヘッドの製造方法は、前述した図４に示すインク吐出
部を有するプリントヘッドの製造方法中で図１４のTEOS
酸化膜１５０の形成段階までは同一であり、その以後に
図１７及び図１８に示した段階をさらに遂行する。
【００６５】すなわち、図１４のTEOS酸化膜１５０まで
形成した後、図１７に示したように、ノズル１６０が形
成されたTEOS酸化膜１５０及びシリコン窒化膜１３０を
エッチングマスクとして基板１００を所定深さに異方性
エッチングして孔１７０を形成する。次いで、基板１０
０の全面に所定の物質層、例えばTEOS酸化膜を約１μm
厚さに蒸着し、このTEOS酸化膜をシリコン基板１００の
孔１７０が露出されるまで異方性エッチングすれば孔１
７０の側壁にスペーサ１８０が形成される。
形成した後、図１７に示したように、ノズル１６０が形
成されたTEOS酸化膜１５０及びシリコン窒化膜１３０を
エッチングマスクとして基板１００を所定深さに異方性
エッチングして孔１７０を形成する。次いで、基板１０
０の全面に所定の物質層、例えばTEOS酸化膜を約１μm
厚さに蒸着し、このTEOS酸化膜をシリコン基板１００の
孔１７０が露出されるまで異方性エッチングすれば孔１
７０の側壁にスペーサ１８０が形成される。
【００６６】図１７に示した状態で前述した方法で、露
出されたシリコン基板１００を等方性エッチングすれ
ば、図１８に示したように、ノズル１６０'の縁部にイ
ンクチャンバ１０４'側に延びたバブルガイド１０８及
び液滴ガイド１８０を有するプリントヘッドが形成され
る。
出されたシリコン基板１００を等方性エッチングすれ
ば、図１８に示したように、ノズル１６０'の縁部にイ
ンクチャンバ１０４'側に延びたバブルガイド１０８及
び液滴ガイド１８０を有するプリントヘッドが形成され
る。
【００６７】以上、本発明の望ましい実施形態を詳細に
説明したが、本発明の範囲はこれに限定されずに、多様
な均等な変形例が可能である。例えば、本発明のプリン
トヘッドの各要素を構成する物質は示されない物質より
なる場合もある。すなわち、基板１００は必ずしもシリ
コンである必要はなく加工性が良い他の物質に取り替え
られ、ヒーター１２０や電極１４０、シリコン酸化膜、
窒化膜等も同じである。また、各物質の積層及び形成方
法も単に例示されたものであり、多様な蒸着方法とエッ
チング方法が適用されうる。
説明したが、本発明の範囲はこれに限定されずに、多様
な均等な変形例が可能である。例えば、本発明のプリン
トヘッドの各要素を構成する物質は示されない物質より
なる場合もある。すなわち、基板１００は必ずしもシリ
コンである必要はなく加工性が良い他の物質に取り替え
られ、ヒーター１２０や電極１４０、シリコン酸化膜、
窒化膜等も同じである。また、各物質の積層及び形成方
法も単に例示されたものであり、多様な蒸着方法とエッ
チング方法が適用されうる。
【００６８】また、本発明のプリントヘッド製造方法の
各段階の順序は例示されたものと違う場合がある。例え
ば、マニホルド１０２を形成するための基板１００の背
面のエッチングは、図１２に示した段階以前や図１３に
示した段階、すなわち、ノズル１６０を形成する段階以
後に行われる場合もある。
各段階の順序は例示されたものと違う場合がある。例え
ば、マニホルド１０２を形成するための基板１００の背
面のエッチングは、図１２に示した段階以前や図１３に
示した段階、すなわち、ノズル１６０を形成する段階以
後に行われる場合もある。
【００６９】併せて、各段階で例示された具体的な数値
は、製造されたプリントヘッドが正常に動作できる範囲
内でいくらでも例示された範囲を超えて調整できる。
は、製造されたプリントヘッドが正常に動作できる範囲
内でいくらでも例示された範囲を超えて調整できる。
【００７０】
【発明の効果】前述したように本発明によれば、バブル
状をドーナツ状にしインクチャンバの形状を半球状とす
ることによってインクの逆流を抑制できて他のインク吐
出部との干渉を避けられる。
状をドーナツ状にしインクチャンバの形状を半球状とす
ることによってインクの逆流を抑制できて他のインク吐
出部との干渉を避けられる。
【００７１】このような本発明のプリントヘッドのイン
クチャンバ、インクチャンネルの形状と共にヒーターの
形も窮極的に本発明に係るプリントヘッドの速い応答速
度と高い駆動周波数を保障する。
クチャンバ、インクチャンネルの形状と共にヒーターの
形も窮極的に本発明に係るプリントヘッドの速い応答速
度と高い駆動周波数を保障する。
【００７２】また、ドーナツ状のバブルを中央で合体さ
せることによって副液滴の発生を抑制できる。
せることによって副液滴の発生を抑制できる。
【００７３】また、インクチャンネルの直径を調節する
ことによってインクの逆流と駆動周波数を容易に調節で
きる。
ことによってインクの逆流と駆動周波数を容易に調節で
きる。
【００７４】また、本発明によれば、インクチャンバ、
インクチャンネル及びマニホルドを垂直的に配置するこ
とによって平面上でマニホルドが占める面積を減らして
さらに集積度が高いプリントヘッドを提供できる。
インクチャンネル及びマニホルドを垂直的に配置するこ
とによって平面上でマニホルドが占める面積を減らして
さらに集積度が高いプリントヘッドを提供できる。
【００７５】一方、本発明の実施形態によれば、ノズル
の縁部にバブル及び液滴ガイドを形成することによって
液滴を基板に正確に垂直方向に吐出させうる。
の縁部にバブル及び液滴ガイドを形成することによって
液滴を基板に正確に垂直方向に吐出させうる。
【００７６】また、本発明のプリントヘッドの製造方法
によれば、マニホルド、インクチャンバ及びインクチャ
ンネルが形成された基板と、ノズル板、環状ヒーターな
どを基板に一体化して形成することによって、従来にノ
ズル板とインクチャンバ及びインクチャンネル部を別に
製作してボンディングするなど複雑な工程を経なければ
ならなかった不便さと誤整列の問題が解決される。
によれば、マニホルド、インクチャンバ及びインクチャ
ンネルが形成された基板と、ノズル板、環状ヒーターな
どを基板に一体化して形成することによって、従来にノ
ズル板とインクチャンバ及びインクチャンネル部を別に
製作してボンディングするなど複雑な工程を経なければ
ならなかった不便さと誤整列の問題が解決される。
【００７７】併せて、本発明の製造方法によれば、一般
的な半導体素子の製造工程と互換が可能であり大量生産
が容易になる。
的な半導体素子の製造工程と互換が可能であり大量生産
が容易になる。
【図１】 （Ａ）は従来のインクジェットプリントヘッ
ド構造を示しかつ（Ｂ）はインク吐出メカニズムを示す
断面図である。
ド構造を示しかつ（Ｂ）はインク吐出メカニズムを示す
断面図である。
【図２】 本発明に係るインクジェットプリントヘッド
の概略的な平面図である。
の概略的な平面図である。
【図３】 図２の単位インク吐出部を拡大して示す平面
図である。
図である。
【図４】 図３の４-４線に沿って見たインク吐出部の
断面図である。
断面図である。
【図５】 図２の単位インク吐出部の他の例を示す平面
図である。
図である。
【図６】 図３の４-４線に沿って見たインク吐出部の
他の例を示す断面図である。
他の例を示す断面図である。
【図７】 （Ａ）は図４に示したインク吐出部からイン
クが吐出されるメカニズムを説明するために示す断面図
であり、（Ｂ）はバブルの形状を示す図である。
クが吐出されるメカニズムを説明するために示す断面図
であり、（Ｂ）はバブルの形状を示す図である。
【図８】 （Ａ）は図４に示したインク吐出部からイン
クが吐出されるメカニズムを説明するために示す断面図
であり、（Ｂ）はバブルの形状を示す図である。
クが吐出されるメカニズムを説明するために示す断面図
であり、（Ｂ）はバブルの形状を示す図である。
【図９】 図６に示したインク吐出部からインクが吐出
されるメカニズムを説明するために示す断面図である。
されるメカニズムを説明するために示す断面図である。
【図１０】 図９に続いて、インクが吐出されるメカニ
ズムを説明するために示す断面図である。
ズムを説明するために示す断面図である。
【図１１】 図４に示す構造のインク吐出部を有する本
発明のインクジェットプリントヘッドを製造する過程を
図２の１１-１１線に沿って示す断面図である。
発明のインクジェットプリントヘッドを製造する過程を
図２の１１-１１線に沿って示す断面図である。
【図１２】 図１１に続く過程を示す図である。
【図１３】 図１２に続く過程を示す図である。
【図１４】 図１３に続く過程を示す図である。
【図１５】 図１４に続く過程を示す図である。
【図１６】 図１５に続く過程を示す図である。
【図１７】 図６に示した構造のインク吐出部を有する
本発明のインクジェットプリントヘッドを製造する過程
を図２の１１-１１線に沿って示す断面図である。
本発明のインクジェットプリントヘッドを製造する過程
を図２の１１-１１線に沿って示す断面図である。
【図１８】 図１７に続く過程を示す図である。
３ インク吐出部
１１、１６０ ノズル
２０ ボンディングパッド
１０２ インク供給マニホルド
１０４ インクチャンバ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 金 鉉哲
大韓民国ソウル特別市瑞草区方背３洞
1018番地三益アパート５棟908号
(72)発明者 呉 龍洙
大韓民国京幾道城南市盆唐区盆唐洞35番
地セッビョルマウル東星アパート206棟
307号
(56)参考文献 特開 平５−338178（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−169117（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−156402（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−227254（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−191042（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−105279（ＪＰ，Ａ)
特公 平５−29638（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B41J 2/05
B41J 2/16
Claims (19)
- 【請求項１】 その表面には吐出されるインクが充填
される実質的に半球状のインクチャンバ、その背面には
インクを供給するマニホルド、及び前記インクチャンバ
の底には前記インクチャンバとマニホルドを連結するイ
ンクチャンネルが一体で形成された基板と、 前記基板上に積層され、前記インクチャンバの中央部に
対応する位置にノズルが形成されたノズル板と、 前記ノズル板のノズルを取り囲む環状に形成されたヒー
ターと、前記ノズル板の内側で前記ノズルを取り囲む湾曲された
形状のバブルガイドと、 前記ヒーターと電気的に連結されて前記ヒーターに電流
を印加する電極とを具備することを特徴とするインクジ
ェットプリントヘッド。 - 【請求項２】 前記インクチャンネルの直径は、前記
ノズルの直径より小さいかまたは同じであることを特徴
とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッ
ド。 - 【請求項３】 前記ヒーターは実質的に"O"字形であ
り、前記電極は前記"O"字形ヒーターの対称的な二つの
地点に各々連結されたことを特徴とする請求項１に記載
のインクジェットプリントヘッド。 - 【請求項４】 前記ヒーターは実質的に"C"字形であ
り、前記電極は前記"C"字形ヒーターの両端部に各々連
結されたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェ
ットプリントヘッド。 - 【請求項５】 前記ヒーターは不純物がドーピングされ
た多結晶シリコンにより形成されることを特徴とする請
求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。 - 【請求項６】 前記ヒーターはタンタル-アルミニウム
合金により形成されることを特徴とする請求項１に記載
のインクジェットプリントヘッド。 - 【請求項７】 前記基板はシリコンで形成されることを
特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘ
ッド。 - 【請求項８】 基板の表面にノズル板を形成する段階
と、 前記ノズル板上に環状のヒーターを形成する段階と、 前記基板の背面から前記基板の表面側に、インクを供給
するマニホルドを形成する段階と、 前記ノズル板上に前記環状ヒーターと電気的に連結され
る電極を形成する段階と、 前記環状ヒーターの内側に前記環状ヒーターの直径より
小さな直径で前記ノズル板をエッチングしてノズルを形
成する段階と、前記ノズルを通して前記基板を所定高さにエッチングし
て孔を形成した後、前記ノズルの縁部から基板側に延長
される液滴ガイドを前記孔の内壁に形成する段階と、 前記ノズル及び孔により露出された前記基板をエッチン
グし、前記環状ヒーターの直径より大きい直径で実質的
に半球状のインクチャンバと前記液滴ガイドの周りに沿
って形成されるものでバブルガイドとを形成する段階
と、 前記インクチャンバの底に前記インクチャンバと前記マ
ニホルドを連結するインクチャンネルを形成する段階と
を含むことを特徴とするインクジェットプリントヘッド
製造方法。 - 【請求項９】 前記ノズルを形成する段階に続き、前記
ノズルより小さな直径で前記基板を露出するエッチング
マスクを形成する段階をさらに含み、 前記インクチャンバを形成する段階及び前記インクチャ
ンネルを形成する段階は、前記エッチングマスクを用い
て前記基板をエッチングすることによって各々前記イン
クチャンバ及びインクチャンネルを形成し、 前記インクチャンバを形成する段階以後に、前記エッチ
ングマスクを除去する段階をさらに含むことを特徴とす
る請求項８に記載のインクジェットプリントヘッド製造
方法。 - 【請求項１０】 前記インクチャンバを形成する段階
は、前記ノズルにより露出された前記基板を等方性エッ
チングすることによって前記インクチャンバを形成する
ことを特徴とする請求項８に記載のインクジェットプリ
ントヘッド製造方法。 - 【請求項１１】 前記インクチャンバを形成する段階
は、 前記ノズルにより露出された前記基板を所定深さに異方
性エッチングする段階と、 前記異方性エッチングに続いて前記基板を等方性エッチ
ングする段階とを含むことを特徴とする請求項８に記載
のインクジェットプリントヘッド製造方法。 - 【請求項１２】 前記インクチャンバを形成する段階
は、 前記インクチャンバを形成する部位の前記基板を陽極酸
化処理して実質的に半球状の多孔質層を形成する段階
と、 前記多孔質層を選択的にエッチングして除去する段階と
を含むことを特徴とする請求項８に記載のインクジェッ
トプリントヘッド製造方法。 - 【請求項１３】 前記インクチャンネルを形成する段階
は、前記ノズルが形成されたノズル板をエッチングマス
クとして前記インクチャンバが形成された基板を異方性
エッチングすることによって前記インクチャンネルを形
成することを特徴とする請求項８に記載のインクジェッ
トプリントヘッド製造方法。 - 【請求項１４】 前記インクチャンバを形成する段階
は、 前記ノズルにより露出された前記基板を所定深さに異方
性エッチングして孔を形成する段階と、 前記異方性エッチングされた基板の全面に所定厚さで所
定の物質膜を蒸着する段階と、 前記物質膜を異方性エッチングして前記孔の底を露出す
ると同時に前記孔の側壁に前記物質膜のスペーサを形成
する段階と、 前記孔の底に露出された前記基板を等方性エッチングす
る段階とを含むことを特徴とする請求項８に記載のイン
クジェットプリントヘッド製造方法。 - 【請求項１５】 前記ヒーターは実質的に"O"字形であ
り、前記電極は前記"O"字形ヒーターの対称的な二つの
地点に各々連結されることを特徴とする請求項８に記載
のインクジェットプリントヘッド製造方法。 - 【請求項１６】 前記ヒーターは実質的に"C"字形であ
り、前記電極は前記"C"字形ヒーターの両端部に各々連
結されることを特徴とする請求項８に記載のインクジェ
ットプリントヘッド製造方法。 - 【請求項１７】 前記ヒーターは、不純物がドーピング
された多結晶シリコンまたはタンタル-アルミニウム合
金よりなることを特徴とする請求項８に記載のインクジ
ェットプリントヘッド製造方法。 - 【請求項１８】 前記基板はシリコンよりなることを特
徴とする請求項８に記載のインクジェットプリントヘッ
ド製造方法。 - 【請求項１９】 前記ノズル板を形成する段階は、前記
シリコン基板の表面を酸化することによってシリコン酸
化膜よりなるノズル板を形成することを特徴とする請求
項１８に記載のインクジェットプリントヘッド製造方
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