JPH04191054A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - 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〕 この発明は、インクジェット記録ヘッド及びその製造方
法に関し、特にインク流路部の形状を改良したインクジ
ェット記録ヘッド及びその製造方法に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、この種のインクジェット記録ヘッドとしては、例
えば特開昭６２−１５２８６０号公報に示すものがある
。このインクジェット記録ヘッドは、インクリザーバー
とインク吐出口とを連通ずるインク流路を、その断面積
がインクリザーバー側から吐出口側に向けて漸減するよ
うに形成したものである。そして、このようにインク流
路を形成することによって、インクの再供給性が向上す
るため、インク吐出の繰り返し周波数を高くすることが
できるという効果が得られる。上記形状のインク流路は
、例えば感光性熱硬化樹脂を用いてパターニングするこ
とによって容易に得ることかできる。

また、インク流路を所定の形状に形成するためのインク
ジェット記録ヘッドの製造方法としては、例えば特開昭
６１−２３０９５４号公報に示すものかある。このイン
クジェット記録ヘットの製造方法は、シリコン基板の結
晶方位（１００１面と＋１１１１　面のエツチング速度
の差を利用した、いわゆる異方性エツチングによって、
インクリザーバーおよびインク流路を形成するものであ
る。

この方法によると、シリコン基板に所定のエツチング処
理を行った後、２枚のシリコン基板を張り合わせた状態
で、ダイシングソーで個々のヘッドに分離することによ
り、−度に多数のヘッドを製造することができ、しかも
エツチング等の工程はバッチ処理できるため、量産化に
適している。

このインクンエツト記録ヘッドの製造方法は、第７図に
示すように、シリコン基板５０上に例えば窒化シリコン
等からなる被膜５１を全表面に着膜した後、この被膜５
１のシリコン基板５０の表面５０ａに対応した面にフォ
トリソエツチング等のプロセスにより、平面長方形状の
開口部５２．５２をパターニングする。

その後、上記シリコン基板５０をエツチングすることに
より、第７図に示すように、インク流路５３．５３に対
応した［１１１１　の結晶方位の面５４．５４で囲まれ
たエツチング部を形成する。

このエツチング方法は、いわゆるシリコンの異方性エツ
チングと呼ばれるもので、シリコン基板５０の結晶方位
＋１００１面が、結晶方位＋１１１）面のエツチング速
度に比べて速いことを利用したものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記従来技術の場合には、次のような問題点を
有している。すなわち、前者の場合には、インク流路を
その断面積がインクリザーバー側から吐出口側に向けて
漸減するように形成することにより、インクの再供給性
が向上し、インク突出の繰り返し周波数を高くすること
かできるという優れた効果か得られる。しかし、この場
合には、感光性熱硬化樹脂を所定の形状に露光してパタ
ーニングすることによって、インク流路を形成するもの
であるため、インク流路の形状をほとんど平面的にしか
変化させることができす、インク流路の形状を３次元的
に変化させることができないため、インクリザーバー側
と突出口側の面積比を大きく設定することができないと
いう問題点を有している。そのため、インクの再供給性
に限界があり、インクの再供給性をより一層向上させる
ことができないという問題点を有している。

また、後者の場合には、シリコン基板の結晶方位Ｎ　Ｏ
０１面と　（１１１１面のエツチング速度の差を利用し
た異方性エツチングにより、インクリザーバーおよびイ
ンク流路を形成するものであり、エツチングは、シリコ
ン基板の結晶方位（１１１１面でほぼ止まるため、イン
ク流路を所定の形状に精度良く形成することができるが
、インク流路の形状は、その平面形状か正方形もしくは
長方形に限定される。従って、このエツチングによって
凹所を形成したシリコン基板と他の基板と接着し、ダイ
シングソーで切断しノズル面を形成する場合、インク流
路の断面形状は三角形となり、その断面積は、第７図に
示すように、長手方向に沿って一様となる。そのため、
インク流路をその断面積がインクリザーバー側から吐出
口側に向けて漸減するように形成して、インクの再供給
性を向上させ、インク突出の繰り返し周波数を高くする
ことができないという問題点を有している。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、上記
両従来技術の利点を組み合わせることにより、インクリ
ザーバーと突出口とを連通ずるインク流路の断面積を立
体的に変化させ、インクの再供給性を向上させ、インク
突出の繰り返し周波数を高くすることができるとともに
、インク流路をエツチング処理によって製造することか
でき、精度且つ効率良く所定形状のインク流路を有する
インクジェット記録ヘッドを製造することが可能なイン
クジェット記録ヘッド及びその製造方法を提供すること
にある。

すなわち、この発明の請求項第１項記載の発明は、一対
の基板を互いに接合することによって、上記側基板間の
基端側に形成される容積の大きなインクリザーバーと、
上記側基板間の先端側に形成され且つインクリザーバー
に連通したインク流路と、このインク流路の開口端によ
って形成されるノズルとが形成され、上記インク流路の
断面積がインクリザーバー側からノズル側に向けて徐々
に減少するように設定されたインクジェット記録ヘッド
において、上記インク流路に対応した凹所を有する基板
は、インク流路に対応した凹所が当該基板の結晶方位に
よってエツチング速度が異なる異方性エツチングにより
形成され、しかもインク流路を形成する基板の表面が異
方性エツチングにより選択的にエツチングされる当該基
板の結晶方位に対して、所定の角度だけ傾斜するように
設定するように構成されている。

また、この発明の請求項第２項記載の発明は、一対の基
板を互い−に接合することによって、上記側基板間の基
端側に形成される容積の大きなインクリザーバーと、上
記側基板間の先端側に形成され且つインクリザーバーに
連通したインク流路と、このインク流路の開口端によっ
て形成されるノズルとが形成され、上記インク流路の断
面積がインクリザーバー側からノズル側に向けて徐々に
減少するように設定されたインクジェット記録ヘッドの
製造方法において、上記インク流路に対応した凹所を形
成する基板として、その表面が異方性エツチングにより
選択的にエツチングされる当該基板の結晶方位に対して
所定の角度だけ傾斜した基板を用い、このインク流路に
対応した凹所を形成する基板の表面にインク流路を形成
するためのマスキングを施した後、当該基板を異方性エ
ツチングによりエツチング処理し、上記インク流路に対
応した凹所を、基板の表面が異方性エツチングにより選
択的にエツチングされる当該基板の結晶方位に対して所
定の角度だけ傾斜していることにより、基板の表面が深
さ方向に当該傾斜角度に対応した角度だけ傾斜した状態
でエツチングされることによって形成するように構成さ
れている。

〔作用〕

この発明に係る請求項第１項に記載のインクジェット記
録ヘッドにおいては、請求項第２項に記載のインクジェ
ット記録ヘッドの製造方法と同様、上記の如くインク流
路の断面積がインクリザーバー側からノズル側に向けて
徐々に減少するように設定されているので、インクリザ
ーバーと突出口とを連通ずるインク流路の断面積を立体
的に変化させ、インクの再供給性を向上させ、インク突
出の繰り返し周波数を高くすることができる。また、上
記形状を有するインク流路は、異方性エツチング処理に
よって製造することかでき、精度且つ効率良く所定形状
のインク流路を有するインクジェット記録ヘッドを製造
することができる。

〔実施例〕

以下にこの発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第２図はこの発明に係るインクジェット記録ヘッドの一
実施例を示すものである。

図において、１はインクジェット記録ヘットを示すもの
であり、このインクジェット記録ヘッド１は、第２図に
示すように、ヒータ基板２上にチャネル基板３を接合す
ることにより、側基板２．３間の基端側に形成される容
積の大きなインクリザーバー４と、側基板２．３間の先
端側に形成され且つインクリザーバー４に連通した状態
で個々に分割された複数のインク流路５．５・・・とを
有している。そして、上記インクジェット記録ヘット１
は、インク流路５．５・・・の開口端によって形成され
る複数のノズル６．６・・・を有している。なお、図中
、７はチャネル基板３に開口されたインク供給口を示し
ている。

上記インクジェット記録ヘッドｌのヒータ基板２は、第
３図に示すように、Ｓｉウェハ８の表面に、蓄熱層９、
発熱層１０、保護層１１の順に積層して形成されている
。

また、上記インクジェット記録ヘッド１は、インクリザ
ーバー４とノズル６．６・・・とを連通するインク流路
５．５・・・が断面三角形状に形成されており、当該イ
ンク流路５．５・・・は、その断面積かインクリザーバ
ー４側からノズル６．６・・・側に向けて徐々に減少す
るように設定されている。

上記チャネル基板３の作成においてインクリザーバ一部
４とインク流路５は、−度のエツチング工程で同時に形
成することかできる。

ところで、上記の如く構成されるインクジェット記録ヘ
ッド１は、次のようにして製造される。

上記チャネル基板３は、次のようにして製造される。

まず、チャネル基板３用のシリコン基板１５を用意する
。このシリコン基板１５は、第１図に示すように、所定
の厚さを有する平面略円形状に形成されており、その外
周面には、結晶方位か（０１１１の平面からなるオリフ
ラ面１６が形成されている。また、上記シリコン基板１
５の表面１５ａは、第１図に示すように、結晶方位か（
１００）の面１５ｂに対して所定の角度θだけ傾斜する
ように設定されている。

次に、上記シリコン基板１５上に例えば窒化シリコン等
からなる被膜１７を全表面に着膜した後、この被膜１７
のシリコン基板Ｉ５の表面１５ａに対応した面にフォト
リソエツチング等のプロセスにより、第１図に示すよう
に、平面長方形状の開口部１８．１８をバターニングす
る。

その後、上記シリコン基板１５をＫＯＨ水溶液でエツチ
ングすることにより、第１図に示すように、インク流路
５．５・・・に対応したｆｌ　Ｉ　１１の）結晶方位で
囲まれたエツチング部を形成する。

このエツチング方法は、いわゆるシリコンの異方性エツ
チングと呼ばれるもので、シリコン基板１５の結晶方位
［１００１面が、結晶方位＋１１１）面のエツチング速
度に比べて速いことを利用したものである。

すなわち、上記シリコン基板１５の表面に位置する結晶
方位が＋１００１の面に対して所定の角度θをなす面１
５ａは、結晶方位が（１００１の面と略同様のエツチン
グ速度でエツチングされるのに対し、この結晶方位か＋
１００１の面と所定の角度（５４，７４°）をなす結晶
方位が１１１１１の面に比べてエツチング速度が速いた
め、結晶方位か（１００１の面が選択的にエツチングさ
れる。

その結果、シリコン基板Ｉ５をＫＯＨ水溶液でエツチン
グすることにより、エツチング速度の遅い結晶方位Ｎ　
１１１で囲まれた面１９、Ｊ９か表れ、この結晶方位Ｎ
　ｌ　１１で囲まれた面］９．１９からなる断面Ｖ字形
状の溝部２０か、シリコン基板１５の表面１５ａに形成
されるようになっている。

また、シリコン基板１５の表面１５ａは、選択的にエツ
チングされる結晶方位か＋１００］の面に対して所定の
角度θだけ傾斜するように設定されているため、結晶方
位ｆｌ　Ｉ　１１で囲まれた面１９．１９が合わさる谷
の部分は、シリコン基板１５の表面１５ａに対して所定
の角度θだけ傾斜した状態となる。

従って、上記の如く製造されるシリコン基板１５からな
るチャネル基板３のインク流路５．５・・・側に対応し
た部分３ｂは、第２図に示すように、その断面積が一端
側から他端側に向けて徐々に減少するように設定される
。

このようにして、シリコン基板１５からなるチャネル基
板３には、インク流路５．５・・・が形成される。

なお、このようにして形成されたインク流路５．５・・
・の平面形状が、第１図に示すように、被膜１７に形成
された平面長方形状の開口部１８．１８により大きくな
るのは、エッチング１速度の遅い結晶方位＋１１１１で
囲まれた面１９．１９も少しずつエツチングされるため
である。

また、チャネル基板３のインクリザーバー４は開口面積
が大きくエツチングによりシリコン基板を貫通するよう
にてきており、エツチング終了は、このインクリサーバ
一部４が貫通することによって判断している。

さらに、上記インクジェット記録ヘット１のヒータ基板
２は、既知の薄膜積層技術により、第３図に示すように
、Ｓ１ウエハ７の表面に、蓄熱層９、発熱層ｌＯ１保護
層１１の順に積層することによって製造される。

その後、上記の如く製造されたチャネル基板３と、ヒー
タ基板２とを、第４図に示すように接着し、グイシング
ツ−で個々のインクジェット記録ヘッドＬ　　１・・・
に分離することによって、最終的にインクジェット記録
ヘッド１、ｌ・・・が製造される。

このようにして製造されたインクジェット記録ヘッド１
は、インクリザーバー４とノズル６．６・・・とを連通
ずるインク流路５．５・・・が断面三角形状に形成され
ており、当該インク流路５．５・・・は、その断面積が
インクリザーバー４側とノズル６．６・・・側とで異な
り、しかもインクリザーバー４側からノズル６．６・・
・側に向けて徐々に減少するように設定されている。

このインク流路５のインクリザーバー４側とノズル６．
６・・・側との断面積の比は、容易に計算することがで
きる。すなわち、上記インク流路５のインクリザーバー
４側とノズル６．６・・・側の部分は、第５図及び第６
図に示すように、その断面形状か三角形であってしかも
相似形をしているため、−辺の２乗の比が断面積の比と
なる。

さらに説明すると、インク流路５のノ ズル６．６・・・側の端部の高さをｈｌ、インク流路５
のインクリザーバー４側の端部の高さをｈ２とすると、
インク流路５のノズル６．６・・・側の端部の断面積Ｓ
、と、インク流路５のインクリザーバー４側の端部の断
面積Ｓ２との比Ｓ、：Ｓ　　２は、ｓ、　　：、Ｓ　　
、−（ｈ、）”　　：　　（ｈ　　２）２’＝　（ｈ＋
　）’　　：　　（ｈ＋　＋Ｉ！−ｔａｎθ）２で表さ
れる。

ここで、θはシリコン基板１５の表面１５ａか結晶方位
か＋ｉ　ｏ　ｏ＋　の面１６に対してなす角度であり、
ｌはインク流路５の長さである。

よって、シリコン基板１５の表面１５ａと結晶方位か＋
１００１の面１６に対してなす角度θを調整することに
より、インク流路５のノズル６．６・・・側の端部の断
面積Ｓ１と、インク流路５のインクリザーバー４側の端
部の断面積Ｓ　２との比を容易に設定することができる
。

代表的な値として、インクジェット記録ヘッド１が例え
ば１ｍｍあたり１２ドツトの印字密度用のヘッドである
場合には、インク流路５の長さ１＝５００μｍ、インク
流路５のノズル６．６・・・側の端部の高さり、＝４０
μｍとする。いま、傾斜角度θ＝２．０°のシリコン基
板１５を用いると、インク流路５のインクリザーバー４
側の端部の高さｈ　　、＝５７．７μｍとなり、インク
流路５のインク’Ｊ　ｆ−）＜　−４側の端部の断面積
Ｓ　２は、インク流路５のノズル６．６・・・側の端部
の断面積ｓ１の２倍以上となり、インクの再供給性を向
上させることができるとともに、インク吐出の繰り返し
周波数を高くすることができ、印字の安定性を向上させ
ることができる。

〔発明の効果〕

この発明は以上の構成及び作用よりなるもので、インク
リザーバーと吐出口とを連通ずるインク流路の断面積を
立体的に変化させ、インクの再供給性を向上させ、イン
ク突出の繰り返し周波数を高くすることができるととも
に、インク流路をエツチング処理によって製造すること
ができ、精度且つ効率良く所定形状のインク流路を有す
るインクジェット記録ヘッドを製造することが可能なイ
ンクジェット記録ヘッド及びその製造方法を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るインクジェット記録ヘッドの一
実施例における製造過程を示す構成図、第２図は同イン
クジェット記録ヘッドの一実装置を示す外観斜視図、第
３図はヒータ基板を示す断面図、第４図はインクジェッ
ト記録ヘットの製造過程の１つを示す平面図、第５図及
び第６図はインク流路の形状をそれぞれ示す説明図、第
７図は従来のインクジェット記録ヘッドの製造過程を示
す構成図である。 〔符号の説明〕 ｌ・・・インクジェット記録ヘッド ２・・・ヒータ基板 ３・・・チャネル基板 ４・・・インクリザーバー ５・・・インク流路 ６・・・ノズル １５・・・シリコン基板 １５ａ・・・シリコン基板の表面 １７・・・被膜 １８・・・開口部 特　許　出　願　人　　富士セロツクス株式会社代　理
　人　弁理士　　中村　智廣（外１名）第１図 第２図 第３図 第５図 第６図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の基板を互いに接合することによって、上記
   両基板間の基端側に形成される容積の大きなインクリザ
   ーバーと、上記両基板間の先端側に形成され且つインク
   リザーバーに連通したインク流路と、このインク流路の
   開口端によって形成されるノズルとが形成され、上記イ
   ンク流路の断面積がインクリザーバー側からノズル側に
   向けて徐々に減少するように設定されたインクジェット
   記録ヘッドにおいて、上記インク流路に対応した凹所を
   有する基板は、インク流路に対応した凹所が当該基板の
   結晶方位によってエッチング速度が異なる異方性エッチ
   ングにより形成され、しかもインク流路を形成する基板
   の表面が異方性エッチングにより選択的にエッチングさ
   れる当該基板の結晶方位に対して、所定の角度だけ傾斜
   するように設定したことを特徴とするインクジェット記
   録ヘッド。
2. （２）一対の基板を互いに接合することによって、上記
   両基板間の基端側に形成される容積の大きなインクリザ
   ーバーと、上記両基板間の先端側に形成され且つインク
   リザーバーに連通したインク流路と、このインク流路の
   開口端によって形成されるノズルとが形成され、上記イ
   ンク流路の断面積がインクリザーバー側からノズル側に
   向けて徐々に減少するように設定されたインクジェット
   記録ヘッドの製造方法において、上記インク流路に対応
   した凹所を、形成する基板として、その表面が異方性エ
   ッチングにより選択的にエッチングされる当該基板の結
   晶方位に対して所定の角度だけ傾斜した基板を用い、こ
   のインク流路に対応した凹所を形成する基板の表面にイ
   ンク流路を形成するためのマスキングを施した後、当該
   基板を異方性エッチングによりエッチング処理し、上記
   インク流路に対応した凹所を、基板の表面が異方性エッ
   チングにより選択的にエッチングされる当該基板の結晶
   方位に対して所定の角度だけ傾斜していることにより、
   基板の表面が深さ方向に当該傾斜角度に対応した角度だ
   け傾斜した状態でエッチングされることによって形成す
   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。