JPH06320730A - Thermal ink jet head - Google Patents

Thermal ink jet head

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Publication number
JPH06320730A
JPH06320730A JP11442293A JP11442293A JPH06320730A JP H06320730 A JPH06320730 A JP H06320730A JP 11442293 A JP11442293 A JP 11442293A JP 11442293 A JP11442293 A JP 11442293A JP H06320730 A JPH06320730 A JP H06320730A
Authority
JP
Japan
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liquid chamber
ink
common liquid
substrate
flow path
Prior art date
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Pending
Application number
JP11442293A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takuro Sekiya
卓朗 関谷
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH06320730A publication Critical patent/JPH06320730A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve a method of forming a flow groove and a common liquid chamber area on a flow path base side and further, an ink inflow orifice, in a head structure which constitutes a thermal element substrate with a thermal layer and a flow path base with a flow groove in a laminated fashion. CONSTITUTION:Flow grooves 6 running in parallel and a common liquid chamber area 7 are formed using anisotropic etching with a monocrystal silicone wafer which is cut out on the crystal azimuthal facet of a plane in a flow path base 3 laminated on a thermal element substrate 2 with a thermal layer. Thus high accuracy processing is achieved. In this case, it is ensured by making the common liquid chamber area 7 deeper than the flow groove 6 that an ink supply shortage from the common liquid chamber does not occur, if a head drive frequency becomes higher. In addition, the flow groove 6 and the common liquid chamber area 7 on a different level are formed in a single processing step, using the characteristics of anisotropic etching against the plane.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ノンインパクト記録用
ヘッドの一つである発熱体基板と流路基板とを積層させ
たヘッド構造のサーマルインクジェットヘッドに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal ink jet head having a head structure in which a heating element substrate and a flow path substrate which are one of non-impact recording heads are laminated.

【0002】[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、関心の高い記録法とされている。中でも、高
速記録が可能で、特別な定着処理を必要とせず所謂普通
紙に記録を行うことが可能な、所謂インクジェット記録
法は極めて有力な記録法である。そこで、従来において
もインクジェット記録法に関して様々な方式が提案さ
れ、種々の改良も加えられ、現に商品化されているもの
や、実用化に向けて開発段階のものもある。
2. Description of the Related Art The non-impact recording method is a recording method of great interest in that noise generation during recording is so small that it can be ignored. Among them, the so-called inkjet recording method, which enables high-speed recording and can perform recording on so-called plain paper without requiring a special fixing process, is an extremely powerful recording method. Therefore, conventionally, various methods have been proposed for the inkjet recording method, various improvements have been added, and some have been commercialized, and some have been in the development stage for practical use.

【0003】このようなインクジェット記録法は、所謂
インクと称される記録液体の小滴(droplet) を飛翔さ
せて普通紙などの記録媒体に付着させて記録を行うもの
である。その一例として、例えば本出願人提案による特
公昭56−9429号公報に示されるようなものがあ
る。これは、要約すれば、液室内のインクを加熱して気
泡を発生させることでインクに圧力上昇を生じさせ、微
細な毛細管ノズルからインクを飛び出させて記録するよ
うにしたものである。
In such an ink jet recording method, recording is carried out by ejecting droplets of a recording liquid, so-called ink, and adhering the droplets onto a recording medium such as plain paper. An example thereof is that disclosed in Japanese Patent Publication No. 56-9429, which is proposed by the present applicant. In summary, the ink in the liquid chamber is heated to generate bubbles, thereby causing a pressure increase in the ink, and ejecting the ink from a fine capillary nozzle to perform recording.

【0004】その後、このようなインク飛翔原理を利用
して多くの提案がなされている。これらの提案の一つと
して、例えば、特公昭59−43315号公報に示され
るヘッド構造のものがある。同公報は、熱作用部の液体
と接する部分の重量減少量を規定することを特徴とした
ものであるが、同公報中の第3図のように、発熱体基板
と流路板とを積層組合せたヘッド構造が示されている。
ここに、流路板において、複数本の溝と共通インク室を
形成する溝とはマイクロカッタを用いて切削形成してい
る。
After that, many proposals have been made utilizing such an ink flying principle. One of these proposals is, for example, a head structure disclosed in Japanese Patent Publication No. 59-43315. The publication is characterized in that it defines the amount of weight reduction of the portion of the heat acting portion which comes into contact with the liquid. However, as shown in FIG. 3 of the publication, the heating element substrate and the flow path plate are laminated. A combined head structure is shown.
Here, in the flow path plate, the plurality of grooves and the groove forming the common ink chamber are formed by cutting using a micro cutter.

【0005】しかし、同公報に示されるようなヘッド構
造の場合、流路を形成する複数の溝や共通インク室を形
成する溝を切削により形成する際に、欠けや割れが発生
し、歩留まりの低下ないしは精度の低下を引起こす確率
が高く、好ましいとはいえないものである。また、各溝
の形成位置の精度、寸法精度の点からも不十分であり、
あまり高品質のものは期待できないものである。
However, in the case of the head structure as shown in the above publication, when a plurality of grooves forming a flow path and a groove forming a common ink chamber are formed by cutting, chipping or cracking occurs, and the yield is increased. This is not preferable because it has a high probability of causing deterioration or deterioration of accuracy. In addition, it is insufficient from the viewpoint of the accuracy of the formation position of each groove and the dimensional accuracy,
You can't expect too high quality.

【0006】このような点を考慮し、切削加工で精度の
よい溝を形成するために、使用する基板のガラス材料を
特定したものが特公昭63−36950号公報により提
案されている(第1の従来例とする)。
[0006] In consideration of such a point, Japanese Patent Publication No. 63-36950 proposes a glass material of a substrate to be used in order to form a groove with high precision by cutting. Of the conventional example).

【0007】また、特公昭63−44067号公報によ
れば、別の観点として、切削加工に代えて、所謂フォト
リソグラフィ技術によりこれらの溝(流路用及びインク
室用)を形成するようにしたものが提案されている(第
2の従来例とする)。
According to Japanese Examined Patent Publication No. 63-44067, these grooves (for flow channels and ink chambers) are formed by a so-called photolithography technique instead of cutting. One has been proposed (referred to as a second conventional example).

【0008】さらには、特開昭51−55237号公報
によれば、感光性ガラスを利用してエッチング技術で形
成するようにしたものが提案されている(第3の従来例
とする)。
Further, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-55237, there is proposed a photosensitive glass which is formed by an etching technique (referred to as a third conventional example).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところが、第1の従来
例の場合、同公報中の第4図に示されるように、中継室
(液室)ブロックを別に作製して組立てることによりヘ
ッドが完成する構造とされており、組立てコストが高く
つく。また、使用するガラス材料を限定したものであ
り、それ以前のものよりは精度面の進歩・向上は認めら
れるものの、切削加工法によるものには変わりなく、欠
けや割れの発生防止に関しての改善には限界があり、不
十分なものである。
However, in the case of the first conventional example, as shown in FIG. 4 of the publication, the head is completed by separately manufacturing and assembling the relay chamber (liquid chamber) block. The construction cost is high. In addition, the glass materials used are limited, and although advances and improvements in accuracy are recognized over those before that, it is still the same as the cutting method, and it is possible to improve the prevention of chipping and cracking. Is limited and inadequate.

【0010】また、第2の従来例の場合、切削法と異な
り、欠けや割れの発生はなく、位置精度の低下も少ない
が、フォトレジストが樹脂材料であるため、パターンが
崩れて寸法精度が低下する可能性があり、極端な場合に
は、流路用溝がつぶれて詰まってしまう可能性もあり、
ヘッドとしての信頼性に欠けるものとなる。
Further, in the case of the second conventional example, unlike the cutting method, there is no chipping or cracking, and the deterioration of the positional accuracy is small, but since the photoresist is a resin material, the pattern collapses and the dimensional accuracy is high. There is a possibility that it may decrease, and in extreme cases, the channel groove may be crushed and clogged,
It becomes unreliable as a head.

【0011】さらに、第3の従来例の場合、一般に流路
用溝とインク室用溝とでは深さが異なるため、2回に分
けてエッチングを行う必要があり、作製工程が面倒なも
のとなる。また、感光性ガラスのエッチングによる方法
は、切削加工法に比べれば精度のよいものとなるが、そ
れでも表面の粗さの点では、インクジェットの流路とし
て使用する上では不十分であり、あまり都合のよいもの
とはいえない。
Further, in the case of the third conventional example, since the groove for the flow path and the groove for the ink chamber generally have different depths, it is necessary to perform the etching in two steps, which is a troublesome manufacturing process. Become. Although the method of etching the photosensitive glass is more accurate than the cutting method, it is still insufficient in terms of surface roughness for use as an ink jet flow channel, and is not very convenient. It's not good.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、基板上に蓄熱層と発熱層とこの発熱層に通電するた
めの電極と保護層とを形成した発熱体基板と、(10
0)面の結晶方位面に切出された単結晶シリコンウエハ
上に異方性エッチングによる断面V字形状の複数本の平
行な流路用溝及びこれらの流路用溝と連通するとともに
これらの流路用溝よりも<100>軸方向に深い共通液
室領域とこの共通液室領域にインクを流入するためのイ
ンク流入口とを形成した流路基板とよりなり、前記発熱
体基板とこの流路基板とを発熱面と溝面とが相対するよ
うに積層した。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a heat generating substrate having a heat storage layer, a heat generating layer, an electrode for energizing the heat generating layer, and a protective layer formed on the substrate.
A plurality of parallel flow channel grooves having a V-shaped cross section formed by anisotropic etching on the single crystal silicon wafer cut out in the crystal orientation plane of the (0) plane, and communicating with these flow channel grooves. It comprises a common liquid chamber region deeper in the <100> axis direction than the flow channel groove, and a flow channel substrate having an ink inlet for flowing ink into the common liquid chamber region. The flow path substrate was laminated such that the heat generating surface and the groove surface face each other.

【0013】この際、請求項2記載の発明では、発熱体
基板の基板を(100)面の結晶方位面に切出された単
結晶シリコンウエハとし、独立駆動可能で各流路用溝に
対応した複数個の発熱体列を<110>軸方向に形成し
た。
In this case, according to the second aspect of the invention, the substrate of the heating element substrate is a single crystal silicon wafer cut out in the crystal orientation plane of the (100) plane, which can be independently driven and corresponds to each channel groove. A plurality of heating element rows were formed in the <110> axis direction.

【0014】これらの発明において、インク流入口に関
して、請求項3記載の発明では、流路基板の共通液室領
域の天井面に対する裏面側からの異方性エッチングによ
り形成された開口とし、請求項4記載の発明では、流路
基板の共通液室領域の天井面に対するレーザ加工により
形成された開口とし、請求項5記載の発明では、流路基
板の共通液室領域の側壁部に対する異方性エッチングに
より形成された凹部とした。
In these inventions, regarding the ink inlet, in the invention described in claim 3, the opening is formed by anisotropic etching from the back surface side with respect to the ceiling surface of the common liquid chamber region of the flow path substrate. In the invention according to claim 4, the opening is formed by laser processing on the ceiling surface of the common liquid chamber region of the flow path substrate, and in the invention according to claim 5, anisotropy with respect to the side wall portion of the common liquid chamber region of the flow path substrate. The recess was formed by etching.

【0015】[0015]

【作用】請求項1記載の発明においては、流路基板にお
いて複数本の平行な流路用溝と共通液室領域とを、(1
00)面の結晶方位面に切出された単結晶シリコンウエ
ハを利用した異方性エッチングにより形成するようにし
たので、異方性エッチングの特徴を活かして高精度に作
製でき、かつ、溝の両側側面も非常に滑らかなものとな
ってインクジェットヘッドの流路として都合のよいもの
となる。また、流路用溝数が多くなったり、ヘッド駆動
周波数が高くなっても共通液室からのインク供給不足を
起こすことなく追従性をよくするため、共通液室領域の
深さを流路用溝よりも深くすることで、共通液室の天井
面を高くするが、このように流路用溝と共通液室領域と
の深さが異なっても異方性エッチングによる場合、V字
形の流路用溝の両側側面をなす(111)面が、一旦、
露出形成されると、その領域のエッチングはそれ以上殆
ど進行しないという性質を利用することで、異方性エッ
チングをさらに続行するだけで共通液室領域も形成でき
るものとなり、1回の異方性エッチング工程で済み、短
時間・低コストにして作製可能となる。
According to the first aspect of the invention, a plurality of parallel channel grooves and the common liquid chamber region are formed in the channel substrate (1
Since it is formed by anisotropic etching using a single crystal silicon wafer cut out in the crystal orientation plane of the (00) plane, it can be produced with high precision by utilizing the characteristics of anisotropic etching, and Both side surfaces are also very smooth, which is convenient for the flow path of the inkjet head. In addition, even if the number of grooves for the flow path is large or the head drive frequency is high, the depth of the common liquid chamber area is set to the flow path in order to improve the followability without causing insufficient ink supply from the common liquid chamber. By making it deeper than the groove, the ceiling surface of the common liquid chamber is raised. However, even if the depths of the flow path groove and the common liquid chamber region are different from each other, when anisotropic etching is performed, a V-shaped flow is obtained. The (111) faces forming the both side surfaces of the road groove are temporarily
By utilizing the property that, when exposed, the etching in that region hardly progresses any more, and the common liquid chamber region can be formed by simply continuing anisotropic etching. The etching process is enough and it can be manufactured in a short time and at low cost.

【0016】加えて、請求項2記載の発明においては、
発熱体基板側についても、流路基板側と同じく、(10
0)面の結晶方位面に切出された単結晶シリコンウエハ
を利用するものとし、かつ、発熱体列を<110>軸方
向に揃えて配列形成したので、ヘッド作製時にノズル部
を切出す際のダイシング方向をこの結晶軸方向、即ち、
<110>軸方向とすることができ、よって、シリコン
ウエハの割れやすい方向にダイシングを行えるものとな
り、ダイシング時の破損がなくなり、歩留まりが著しく
向上するものとなる。
In addition, in the invention described in claim 2,
Regarding the heating element substrate side as well as the flow path substrate side (10
Since the single crystal silicon wafer cut out in the crystal orientation plane of the (0) plane is used and the heating element rows are aligned and formed in the <110> axial direction, the nozzle portion is cut out at the time of manufacturing the head. The dicing direction of is the crystal axis direction, that is,
The <110> axis direction can be employed, so that the dicing can be performed in the direction in which the silicon wafer is easily cracked, damage during dicing is eliminated, and the yield is significantly improved.

【0017】請求項3記載の発明においては、共通液室
領域に対するインク流入口をその天井面に対する裏面側
からの異方性エッチングによる開口として形成したの
で、十分なインク供給が可能となる大口径のインク流入
口を高精度に形成できるものとなる。
In the third aspect of the invention, the ink inlet to the common liquid chamber region is formed as an opening formed by anisotropic etching from the rear surface side with respect to the ceiling surface of the common liquid chamber area. Therefore, a large diameter that enables sufficient ink supply. The ink inflow port can be formed with high precision.

【0018】請求項4記載の発明においては、共通液室
領域に対するインク流入口をその肉厚の最も薄い天井面
に対するレーザ加工による開口として形成したので、簡
単なレーザ加工法により短時間で大口径のインク流入口
を形成できるものとなる。
According to the fourth aspect of the invention, since the ink inlet for the common liquid chamber region is formed as an opening formed by laser processing on the ceiling surface having the smallest wall thickness, a large diameter can be obtained in a short time by a simple laser processing method. The ink inflow port can be formed.

【0019】請求項5記載の発明においては、共通液室
領域に対するインク流入口をその側壁部に対する異方性
エッチングによる凹部として形成したので、流路用溝、
共通液室領域とともに1回の異方性エッチング工程で作
製できるものとなり、短時間で高精度かつ効率のよい流
路基板作製が可能となる。
According to the fifth aspect of the present invention, since the ink inlet port for the common liquid chamber region is formed as a concave portion by anisotropic etching on the side wall portion thereof, the flow channel groove,
It can be manufactured together with the common liquid chamber region in one anisotropic etching step, and it is possible to manufacture the flow path substrate with high accuracy and efficiency in a short time.

【0020】[0020]

【実施例】請求項1ないし3記載の発明の一実施例を図
1ないし図7に基づいて説明する。本実施例のサーマル
インクジェットヘッドの構成及び動作原理を図1ないし
図3を参照して説明する。このヘッドチップ1は図2に
示すように発熱体基板2上に流路基板3を積層させたも
のである。ここに、流路基板3には表裏に貫通したイン
ク流入口4が形成されているとともに、ノズル5を形成
するための流路用溝6が複数本平行に形成されている。
前記インク流入口4はこれらの流路用溝6に連なった共
通液室領域7に連通している。また、発熱体基板2上に
は図1に示すように各ノズル5(流路用溝6)に対応し
てエネルギー作用部を構成する発熱体(ヒータ)8が発
熱体列をなすように複数個形成され、各々個別に制御電
極9に接続されているとともに共通電極10に共通接続
されている。これらの電極9,10の一端は発熱体基板
2の端部まで引出され、駆動信号導入部となるボンディ
ングパッド部11とされている。ここに、発熱体基板2
の発熱面上に流路基板3の溝面側を相対させて積層接合
することにより、流路用溝6及び共通液室領域7は閉じ
られた状態となり、先端にノズル5を有するインク流路
とインク供給室とが形成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the invention described in claims 1 to 3 will be described with reference to FIGS. The configuration and operating principle of the thermal inkjet head of this embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, this head chip 1 has a flow path substrate 3 laminated on a heating element substrate 2. Here, an ink inflow port 4 penetrating the front and back is formed in the flow path substrate 3, and a plurality of flow path grooves 6 for forming nozzles 5 are formed in parallel.
The ink inlet port 4 communicates with a common liquid chamber region 7 that is connected to the flow channel grooves 6. In addition, as shown in FIG. 1, a plurality of heating elements (heaters) 8 forming an energy acting portion corresponding to each nozzle 5 (flow channel 6) are arranged on the heating element substrate 2 so as to form a heating element row. Individually formed, each is individually connected to the control electrode 9 and commonly connected to the common electrode 10. One end of each of these electrodes 9 and 10 is led out to the end of the heating element substrate 2 and serves as a bonding pad section 11 which serves as a drive signal introducing section. Here, the heating element substrate 2
By laminating and bonding the groove surface side of the flow path substrate 3 to the heat generating surface of the flow path substrate 3, the flow path groove 6 and the common liquid chamber region 7 are closed, and the ink flow path having the nozzle 5 at the tip is formed. And an ink supply chamber are formed.

【0021】このようなヘッドチップ1において、サー
マルインクジェットによるインク噴射は図3に示すよう
なプロセスにより行われる。まず、定常状態では同図
(a)に示すような状態にあり、ノズル5先端のオリフ
ィス面でインク14の表面張力と外圧とが平衡状態にあ
る。ついで、ヒータ8が加熱され、その表面温度が急上
昇し隣接インク層に沸騰現象が起きるまで加熱されると
同図(b)に示すように、微小な気泡15が点在する状
態となる。さらに、ヒータ8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、同図(c)
に示すように気泡15が成長する。この時、ノズル5内
の圧力は、気泡15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崩れ、オリフィスよりイン
ク柱16が成長し始める。同図(d)は気泡15が最大
に成長した状態を示し、オリフィス面より気泡15の体
積に相当する分のインク14が押出される。この時、ヒ
ータ8には既に電流が流れていない状態にあり、ヒータ
8の表面温度は降下しつつある。気泡15の体積の最大
値は電気パルス印加のタイミングよりやや遅れたものと
なる。やがて、気泡15はインク14などにより冷却さ
れて同図(e)に示すように収縮し始める。インク柱1
6の先端部では押出された速度を保ちつつ前進し、後端
部では気泡15の収縮に伴うインク流路の内圧の減少に
よってオリフィス面からインク流路内にインク14が逆
流し、インク柱16基部にくびれが生ずる。その後、同
図(f)に示すように気泡15がさらに収縮し、ヒータ
8面にインク14が接し、ヒータ8面がさらに冷却され
る。オリフィス面では外圧がインク流路内圧より高い状
態になるため、メニスカスが大きくインク流路内に入り
込んでくる。インク柱16の先端部は液滴17となって
記録紙(図示せず)の方向へ5〜10m/secの速度で飛
翔する。その後、同図(g)に示すように毛細管現象に
よりオリフィスにインク14が再び供給(リフィル)さ
れて同図(a)の定常状態に戻る過程で、気泡15は完
全に消滅する。
In such a head chip 1, ink jetting by a thermal ink jet is performed by the process shown in FIG. First, in the steady state, the state is as shown in FIG. 7A, and the surface tension of the ink 14 and the external pressure are in equilibrium on the orifice surface at the tip of the nozzle 5. Next, when the heater 8 is heated and the surface temperature of the heater 8 rapidly increases until the boiling phenomenon occurs in the adjacent ink layer, minute bubbles 15 are scattered as shown in FIG. Further, the adjacent ink layer that is rapidly heated on the entire surface of the heater 8 is instantly vaporized to form a boiling film,
Bubbles 15 grow as shown in FIG. At this time, the pressure in the nozzle 5 rises as much as the bubble 15 grows, the balance with the external pressure on the orifice surface is lost, and the ink column 16 starts to grow from the orifice. FIG. 6D shows a state in which the bubble 15 has grown to the maximum, and the ink 14 corresponding to the volume of the bubble 15 is extruded from the orifice surface. At this time, the heater 8 is in a state in which no current is already flowing, and the surface temperature of the heater 8 is decreasing. The maximum value of the volume of the bubble 15 is slightly behind the timing of applying the electric pulse. Eventually, the bubbles 15 are cooled by the ink 14 or the like and start contracting as shown in FIG. Ink column 1
At the front end of 6, the ink 14 advances while maintaining the extruding speed, and at the rear end, the ink 14 flows backward from the orifice surface into the ink flow path due to the decrease of the internal pressure of the ink flow path due to the contraction of the bubbles 15, and the ink column 16 Necking occurs at the base. Thereafter, as shown in FIG. 6F, the bubbles 15 further contract, the ink 14 contacts the heater 8 surface, and the heater 8 surface is further cooled. Since the external pressure is higher than the internal pressure of the ink flow path on the orifice surface, a large meniscus enters the ink flow path. The tip of the ink column 16 becomes a droplet 17 and flies toward the recording paper (not shown) at a speed of 5 to 10 m / sec. Thereafter, as shown in FIG. 9G, the ink 14 is supplied (refilled) to the orifice again by the capillary phenomenon and returns to the steady state in FIG.

【0022】ついで、このようなヘッドチップ1を構成
する発熱体基板2、流路基板3等について詳細に説明す
る。まず、発熱体基板2について説明する。一般に、こ
の種のサーマルインクジェットヘッド用の発熱体基板と
しては熱伝導率の高いSiウエハやアルミナセラミック
スなどが使用される他、材料入手の容易なガラス基板な
どが使用されるが、本実施例の発熱体基板2は単結晶基
板、より好ましくは、半導体工業分野で多用されている
単結晶Siウエハ、最適には、(100)面の結晶方位
面に切出された単結晶Siウエハが用いられる。このよ
うな単結晶Siウエハ上にヒータ8等が形成されること
になる。
Next, the heating element substrate 2, the flow path substrate 3 and the like which compose the head chip 1 will be described in detail. First, the heating element substrate 2 will be described. Generally, as a heating element substrate for this type of thermal inkjet head, a Si wafer or alumina ceramics having high thermal conductivity is used, and a glass substrate or the like whose material is easily available is used. The heating element substrate 2 is a single crystal substrate, more preferably a single crystal Si wafer widely used in the semiconductor industry field, and optimally, a single crystal Si wafer cut out in the (100) crystal orientation plane is used. . The heater 8 and the like are formed on such a single crystal Si wafer.

【0023】このSiウエハは例えば拡散炉中でO2
2O のガスを流しながら、800〜1000℃の高温
にさらされ、表面に熱酸化膜SiO2 を1〜2μm成長
させる。この熱酸化膜SiO2 は図4に示すように蓄熱
層21として働き、発熱体で発生した熱が基板(Siウ
エハ)側に逃げないようにすることで、インク方向に効
率よく熱が伝わるようにするためのものである。この蓄
熱層21上にはヒータ8となる発熱層22が形成され
る。この発熱層22を構成する材料としては、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、或いは、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
属の硼化物が有用である。金属の硼化物中、特に優れて
いるものは、硼化ハフニウムであり、以下、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る。発熱層22はこのような材
料を用いて、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法など
の手法により形成される。発熱層22の膜厚としては、
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、材料及び熱作用部分の形状及び大きさ、さらには、
実際面での消費電力等によって決定されるが、通常、
0.001〜0.5μm、より好ましくは0.01〜1
μmとされる。本実施例では、その一例としてHfB2
(硼化ハフニム)を材料として2000Åの膜厚にスパ
ッタリング形成されている。
This Si wafer is, for example, O 2 ,
While flowing a gas of H 2 O, it is exposed to a high temperature of 800 to 1000 ° C. to grow a thermal oxide film SiO 2 on the surface of 1 to 2 μm. This thermal oxide film SiO 2 functions as a heat storage layer 21 as shown in FIG. 4, and prevents the heat generated by the heating element from escaping to the substrate (Si wafer) side, so that the heat is efficiently transmitted in the ink direction. It is for A heat generating layer 22 serving as the heater 8 is formed on the heat storage layer 21. As a material for forming the heat generating layer 22, a mixture of tantalum-SiO 2 , tantalum nitride, nichrome, silver-palladium alloy, silicon semiconductor, or hafnium,
Borides of metals such as lanthanum, zirconium, titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, niobium, chromium and vanadium are useful. Among the metal borides, the most excellent one is hafnium boride, followed by zirconium boride, lanthanum boride, tantalum boride, vanadium boride, and niobium boride in this order. The heat generating layer 22 is formed of such a material by a method such as an electron beam vapor deposition method or a sputtering method. As the film thickness of the heat generating layer 22,
The area, the material and the shape and size of the heat acting portion, and further, so that the heat generation amount per unit time is as desired.
Although it is determined by the actual power consumption, etc.,
0.001 to 0.5 μm, more preferably 0.01 to 1
μm. In this embodiment, as an example, HfB 2
(Hafnium boride) is used as a material and is sputtered to a film thickness of 2000 liters.

【0024】電極9,10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を使用し得る。
具体的には、例えばAl,Ag,Au,Pt,Cu等が
挙げられ、これらを使用して蒸着等の手法により発熱層
22上の所定位置に所定の大きさ、形状、膜厚で形成さ
れる。本実施例では、例えばAlを用い、スパッタリン
グ法により膜厚1.4μmの電極9,10を形成した。
As the material for forming the electrodes 9 and 10, many of the commonly used electrode materials can be used.
Specifically, for example, Al, Ag, Au, Pt, Cu or the like is used, and these are formed at a predetermined position on the heat generating layer 22 with a predetermined size, shape and film thickness by a method such as vapor deposition. It In this embodiment, for example, Al is used to form the electrodes 9 and 10 having a film thickness of 1.4 μm by a sputtering method.

【0025】ついで、これらの発熱層22や電極9,1
0上には保護層23が形成される。この保護層23に要
求される特性は、ヒータ8部分で発生した熱をインクに
効率よく伝達することを妨げず、かつ、ヒータ8をイン
クから保護し得ることである。よって、この保護層23
を構成する材料としては、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よい。これらを材料とし
て、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法により保護層
23が形成される。また、炭化珪素、酸化アルミニウム
等のセラミックス材料を用いてもよい。保護層23の膜
厚としては、通常、0.01〜10μmとされるが、好
ましくは、0.1〜5μm、最適には0.1〜3μm程
度とするのがよい。本実施例では、SiO2 膜としてス
パッタリング法により1.2μmの膜厚に形成した。
Next, these heat generating layer 22 and electrodes 9, 1
A protective layer 23 is formed on the 0. The characteristic required for the protective layer 23 is that it does not prevent the heat generated in the heater 8 portion from being efficiently transferred to the ink and that the heater 8 can be protected from the ink. Therefore, this protective layer 23
As a material forming the above, for example, silicon oxide, silicon nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, or the like is preferable. Using these as materials, the protective layer 23 is formed by the electron beam evaporation method or the sputtering method. Alternatively, a ceramic material such as silicon carbide or aluminum oxide may be used. The thickness of the protective layer 23 is usually 0.01 to 10 μm, preferably 0.1 to 5 μm, and optimally 0.1 to 3 μm. In this embodiment, the SiO 2 film is formed to a thickness of 1.2 μm by the sputtering method.

【0026】さらに、保護層23上に耐キャビテーショ
ン保護層24が形成されている。この保護層24は発熱
体領域を気泡発生によるキャビテーション破壊から保護
するためのものであり、例えば、Taをスパッタリング
法により4000Åの膜厚に形成される。さらに、その
上部には、電極9,10対応位置に位置させて膜厚2μ
mのResin層が電極保護層25として形成されている。
Further, a cavitation resistant protective layer 24 is formed on the protective layer 23. The protective layer 24 is for protecting the heating element region from cavitation destruction due to generation of bubbles, and is formed by sputtering Ta to a thickness of 4000 Å, for example. Further, the film thickness of 2 μm is formed on the upper part of the electrode at positions corresponding to the electrodes 9 and 10.
m resin layer is formed as the electrode protection layer 25.

【0027】次に、流路基板3について説明する。この
流路基板3は発熱体基板2と同じく単結晶Siウエハ、
より具体的には、図5に示すように(100)面の結晶
方位面に切出されたSiウエハが用いられる。この単結
晶Siウエハは図におけるX軸とY軸とが互いに直交す
る<110>軸となるように選定され、かつ、X‐Y軸
面(上下面)が単結晶の(100)面となるように選定
されている。このようにすると、単結晶の(111)面
はY軸に平行で、かつ、X‐Y軸面に対して約54.7
°の角度で交わることになる。流路基板3に形成される
流路用溝6はV字溝形状とされるが、このV字溝はその
2つの傾斜面が各々(111)面で構成されている。
(111)面は他の結晶面に比べ水酸化ナトリウム、水
酸化カリウム、ヒトラジンのようなアルカリ系溶液によ
るエッチング速度が極めて遅く、(100)面をアルカ
リ系溶液でエッチングすると、(111)面で規制され
たV字形の溝を流路用溝6として得ることができる。こ
のようなV字溝の上部の幅はフォトエッチングの際のフ
ォトレジストの間隔で定まり、極めて精度の高いものと
なる。また、V字溝の深さは(100)面と(111)
面とのなす角度(約54.7°)と上面の幅とで定まる
ので、これも極めて精度の高いものとなる。さらには、
エッチングによって現れた(111)面は極めて平滑で
直線性のよいものとなる。
Next, the flow path substrate 3 will be described. The flow path substrate 3 is a single crystal Si wafer like the heating element substrate 2,
More specifically, as shown in FIG. 5, a Si wafer cut out to the crystal orientation plane of the (100) plane is used. This single crystal Si wafer is selected so that the X axis and the Y axis in the drawing are <110> axes orthogonal to each other, and the XY axis plane (upper and lower planes) is the single crystal (100) plane. Has been selected. By doing so, the (111) plane of the single crystal is parallel to the Y axis, and is about 54.7 with respect to the XY axis plane.
It will intersect at an angle of °. The flow channel groove 6 formed on the flow channel substrate 3 has a V-shaped groove shape, and each of the two inclined surfaces of the V-shaped groove is constituted by a (111) plane.
The (111) plane has an extremely low etching rate with an alkaline solution such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, or humanazine as compared to other crystal planes. When the (100) plane is etched with an alkaline solution, the (111) plane becomes A restricted V-shaped groove can be obtained as the channel groove 6. The width of the upper portion of such a V-shaped groove is determined by the distance between the photoresists during photoetching and is extremely accurate. The depth of the V-shaped groove is (100) plane and (111) plane.
Since it is determined by the angle formed by the surface (about 54.7 °) and the width of the upper surface, this is also extremely accurate. Moreover,
The (111) plane that appears by etching becomes extremely smooth and has good linearity.

【0028】ここに、このような単結晶Siウエハを用
いて、異方性フォトエッチング法により流路用溝6を形
成する方法について、図6を参照して説明する。まず、
図5で説明したような結晶方位のSi単結晶からなる流
路基板3を用意する。図6(a)に示す状態では、紙面
に対して垂直方向が<110>軸、この基板3の上下面
が(100)面となる。このような基板3を、例えば8
00〜1200℃程度の水蒸気雰囲気中に置き、表面全
面に熱酸化膜26を形成する。熱酸化膜26の膜厚はエ
ッチング深さの0.3%程度あれば十分である。つい
で、同図(b)に示すように、熱酸化膜26の上面全面
に周知の方法でフォトレジストを塗布し、これを写真乾
板を用いて露光し、現像を行い、フォトレジストパター
ン27を得る。ついで、同図(c)に示すように、この
フォトレジストパターン27により露出している部分の
熱酸化膜26をフッ酸水溶液等により除去し、シリコン
の露出部3aを得て、その後、フォトレジストパターン
27を取り去る。このような状態にある基板3を、例え
ば5〜40%,80℃の水酸化カリウム溶液中において
エッチングする。これにより露出部3aのエッチングが
進行するが、(111)面のエッチング進行速度は(1
00)面におけるエッチング進行速度の0.3〜0.4
%程度であるため、異方性エッチングとなり、露出部3
aの各溝部からは基板3の上面(前述したように、(1
00)面である)に対し、tan~1√2(約54.7°)
の角度をなす(111)面が現れる。結局、エッチング
により形成される流路用溝6の溝形状は同図(d)に示
すように台形状となる。さらにエッチングを進めると、
流路用溝6は同図(e)に示すように、2つの(11
1)面によって規制されたV字溝となる。
A method of forming the channel groove 6 by the anisotropic photoetching method using such a single crystal Si wafer will be described with reference to FIG. First,
The flow path substrate 3 made of Si single crystal having the crystal orientation as described in FIG. 5 is prepared. In the state shown in FIG. 6A, the <110> axis is in the direction perpendicular to the paper surface, and the upper and lower surfaces of the substrate 3 are the (100) surface. Such a substrate 3 is, for example, 8
The thermal oxide film 26 is formed on the entire surface by placing in a water vapor atmosphere at about 00 to 1200 ° C. It is sufficient that the thermal oxide film 26 has a film thickness of about 0.3% of the etching depth. Then, as shown in FIG. 3B, a photoresist is applied to the entire upper surface of the thermal oxide film 26 by a known method, and the photoresist is exposed by using a photographic dry plate and developed to obtain a photoresist pattern 27. . Then, as shown in FIG. 3C, the thermal oxide film 26 in the portion exposed by the photoresist pattern 27 is removed by an aqueous solution of hydrofluoric acid or the like to obtain an exposed portion 3a of silicon, and then the photoresist is removed. The pattern 27 is removed. The substrate 3 in such a state is etched in a potassium hydroxide solution at 5 to 40% and 80 ° C., for example. As a result, the etching of the exposed portion 3a proceeds, but the etching progress rate of the (111) plane is (1
Of the etching progress rate in the (00) plane of 0.3 to 0.4
%, The anisotropic etching results in exposed portion 3
From each groove portion of a, the upper surface of the substrate 3 (as described above, (1
(00) surface), tan ~ 1 √2 (about 54.7 °)
The (111) plane forming the angle of appears. Eventually, the groove shape of the flow path groove 6 formed by etching becomes a trapezoidal shape as shown in FIG. Further etching,
The channel groove 6 has two (11)
1) The V-shaped groove is regulated by the surface.

【0029】このようなV字溝の精度について考察する
と、まず、熱酸化膜26端部の下溝における、いわゆる
アンダカットは極めて小さく、純度の高い水酸化ナトリ
ウムを使用した場合、(100)面のエッチング深さの
0.2%程度でしかない。従って、V字溝の幅(W)
は、フォトマスクの誤差を考慮に入れても±1μm程度
の精度とすることができる。また、V字溝の底部がなす
角度は(111)面同士がなす角度(約70.6°)で
決定される。V字形の深さ(d)はW/√2となる。
Considering the accuracy of such a V-shaped groove, first, so-called undercut in the lower groove at the end of the thermal oxide film 26 is extremely small, and when using high-purity sodium hydroxide, the (100) plane It is only about 0.2% of the etching depth. Therefore, the width of the V-shaped groove (W)
Can have an accuracy of about ± 1 μm even if the error of the photomask is taken into consideration. The angle formed by the bottom of the V-shaped groove is determined by the angle formed by the (111) planes (about 70.6 °). The V-shaped depth (d) is W / √2.

【0030】最後に、同図(f)に示すように、エッチ
ングマスクに使用した熱酸化膜26をフッ酸水溶液等に
より除去することによりV字溝形状なる流路用溝6が形
成された単結晶Siのみによる流路基板3となる。な
お、このような流路基板3を実際にヘッドチップ1に適
用するには、Siウエハをインクから保護するため、S
iO2 ,Si34等の保護膜で保護するようにするのが
よい。
Finally, as shown in FIG. 6F, the thermal oxide film 26 used as the etching mask is removed by an aqueous solution of hydrofluoric acid or the like to form the channel groove 6 having a V-shaped groove. The flow path substrate 3 is made of only crystalline Si. In order to actually apply such a flow path substrate 3 to the head chip 1, in order to protect the Si wafer from the ink, S
It is preferable to protect with a protective film of iO 2 , Si 3 N 4, or the like.

【0031】このように異方性エッチングによりV字溝
形状で形成された流路用溝6を有する流路基板3は、前
述したようにヒータ8等が形成された発熱体基板2上
に、接合又は圧接されて積層状態とされる。ここに、積
層されたこれらの基板2,3について、ヒータ8部分か
ら少し下流(100〜200μm程度)の領域におい
て、流路(流路用溝6)に対してほぼ垂直方向にダイシ
ングソーによって切断することによりインク吐出用のノ
ズル5が切出されてヘッドチップ1が完成する。図2は
このようにして完成したヘッドチップ1を示し、図7は
そのインク吐出用のノズル5から見た一部を拡大して示
す正面図である。
The flow path substrate 3 having the flow path grooves 6 formed in the V-shaped groove shape by the anisotropic etching is formed on the heating element substrate 2 on which the heater 8 and the like are formed as described above. They are joined or pressure-welded to form a laminated state. These laminated substrates 2 and 3 are cut by a dicing saw in a region slightly downstream (about 100 to 200 μm) from the heater 8 in a direction substantially perpendicular to the flow channel (flow channel groove 6). By doing so, the nozzles 5 for ejecting ink are cut out and the head chip 1 is completed. FIG. 2 shows the head chip 1 completed in this way, and FIG. 7 is a front view showing a part of the nozzle 5 for ejecting ink in an enlarged manner.

【0032】なお、インク吐出用のノズル5の形成方法
としては、上記のように、ダイシングソーによって切断
した面をそのまま直接インク吐出用ノズル面とする他、
例えば、図8に示すように、三角形状の吐出ノズル28
aを形成したノズル板28を別個に用意し、これをヘッ
ドチップ1端面に接合させるようにしてもよい。このよ
うなノズル板28は、例えばポリサルフォン、ポリエー
テルサルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロ
ピレンなどの樹脂板(厚さは、10〜50μm程度)
に、エキシマレーザを照射して樹脂を除去・蒸発させる
ことにより吐出ノズル28aを形成したものとすればよ
い。このような製法によると、吐出ノズル28a用の三
角形のマスクパターンに沿った精密な加工を簡単に行う
ことができ、高精度なノズル板28が得られる。このノ
ズル板28はヘッドチップ1の切断面に接着剤により接
合される。また、このような製法で得られる吐出ノズル
28aの大きさは、ヘッドチップ1の切断面におけるイ
ンク流路の断面の大きさと同等か、やや小さめとするの
がよい。何れにしても、このようにノズル板28を別体
で設けたヘッド構造によれば、図2等に示したものに比
べ、インク噴射の安定性が高いものとなる。
As a method for forming the nozzles 5 for ejecting ink, as described above, the surface cut by the dicing saw is directly used as the nozzle surface for ejecting ink.
For example, as shown in FIG. 8, a triangular discharge nozzle 28.
It is also possible to separately prepare the nozzle plate 28 on which a is formed and to join this to the end surface of the head chip 1. Such a nozzle plate 28 is, for example, a resin plate made of polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene oxide, polypropylene or the like (thickness is about 10 to 50 μm).
In addition, the discharge nozzle 28a may be formed by irradiating an excimer laser to remove and evaporate the resin. According to such a manufacturing method, precise processing along the triangular mask pattern for the ejection nozzle 28a can be easily performed, and the highly accurate nozzle plate 28 can be obtained. The nozzle plate 28 is bonded to the cut surface of the head chip 1 with an adhesive. The size of the discharge nozzle 28a obtained by such a manufacturing method is preferably equal to or slightly smaller than the size of the cross section of the ink flow path in the cut surface of the head chip 1. In any case, according to the head structure in which the nozzle plate 28 is provided separately as described above, the stability of ink ejection is higher than that shown in FIG.

【0033】このような本実施例の基本構成によれば、
インク流路が非常に滑らかなため、インク噴射性能に優
れたものとなる。
According to the basic configuration of this embodiment,
Since the ink flow path is very smooth, the ink ejection performance is excellent.

【0034】このような基本構成において、本実施例で
は、(100)面の結晶方位面に切出された単結晶Si
による流路基板3に関して、断面V字形状の流路用溝6
とともに、共通液室領域7も異方性エッチングにより形
成した点を特に特徴とするものである。即ち、流路基板
3においては、前述したように流路用溝6が(100)
面の異方性エッチングにより断面V字形状に形成される
が、この際、共通液室を形成するための共通液室領域7
用の凹みもこの異方性エッチングを継続することにより
同時に形成するようにしたものである。この時、共通液
室領域7の凹み深さ(<100>軸方向の深さ)は、イ
ンク流路部へのインク供給不足を生じないように、少な
くとも流路用溝6の深さより深いものとされ、共通液室
の天井面のほうが高くなるように設定されている。
With this basic structure, in the present embodiment, a single crystal Si cut out in the crystal orientation plane of the (100) plane is used.
With respect to the flow path substrate 3 according to FIG.
At the same time, the common liquid chamber region 7 is particularly characterized in that it is formed by anisotropic etching. That is, in the flow channel substrate 3, the flow channel groove 6 is (100) as described above.
It is formed into a V-shaped cross section by anisotropic etching of the surface. At this time, the common liquid chamber region 7 for forming the common liquid chamber is formed.
The depression for use is also formed simultaneously by continuing this anisotropic etching. At this time, the depth of the recess of the common liquid chamber region 7 (the depth in the <100> axial direction) is at least deeper than the depth of the flow channel groove 6 so as to prevent insufficient ink supply to the ink flow channel portion. Therefore, the ceiling surface of the common liquid chamber is set to be higher.

【0035】即ち、共通液室の深さを流路溝の深さ(約
20〜40μm)と同等とした流路基板を用いてヘッド
チップを構成した場合、共通液室の天井面が低いために
インク供給不足が生じやすく、特に高い駆動周波数でヘ
ッドを駆動した場合にはインクが噴射されなくなって
(空打ち状態)、印字不可部分を生じたりして印字品質
の悪いものとなる。この点、上記のように、共通液室領
域7の深さを流路用溝6よりも深く形成することによ
り、常に十分なインク供給が可能となる。
That is, when the head chip is constructed by using the flow channel substrate in which the depth of the common liquid chamber is equal to the depth of the flow channel groove (about 20 to 40 μm), the ceiling surface of the common liquid chamber is low. Insufficient supply of ink is likely to occur, and when the head is driven at a particularly high driving frequency, the ink is not ejected (idle ejection state) and unprintable portions occur, resulting in poor print quality. In this respect, as described above, by forming the depth of the common liquid chamber region 7 deeper than the flow channel groove 6, it is possible to always supply sufficient ink.

【0036】ここに、このような流路基板構造による
と、流路用溝6と共通液室領域7とでは段違い構造とな
るが、(100)面の異方性エッチングによるため、1
回の異方性エッチング工程で済むものとなる。即ち、流
路用溝6の深さと共通液室領域7の深さとに違いがある
と、エッチング時間の違いが問題になるという懸念が生
ずるが、実際には、このようなエッチング時間の違いは
殆ど問題とはならない。その理由を説明する。前述した
ように、(100)面の結晶方位面に切出された単結晶
Siの(111)面のエッチング速度は(100)面の
エッチング速度に対して0.3〜0.4%程度と極めて
遅い性質を持つ。従って、本実施例のように、流路用溝
6部分と共通液室領域7部分とを1つのフォトマスクで
同時にパターニングし(フォトリソを行い)、異方性エ
ッチングを行った場合、エッチングが図6(d)に示し
た段階までは、流路用溝6部分と共通液室領域7部分と
の深さはほぼ同じとなる。しかし、流路用溝6が図6
(e)に示すように完全なV字形状となる段階までエッ
チングが一旦進行すると、流路用溝6は2つの(11
1)面で形成された溝となり、最早、(100)面は全
く露出していない状態となり、これ以降は深さ方向(<
100>軸方向)へはエッチングが殆ど進行しない状態
となるからである。一方、共通液室領域7はV字形状の
流路用溝6部分で深さ方向のエッチングが殆ど進行しな
い状態になっても、開口幅が非常に大きいため依然とし
て(100)面がかなり露出しているので、<100>
軸方向、従って、深さ方向へのエッチングが同じ速度で
進行することになる。このように、流路用溝6側では所
望深さに達してエッチングがほぼストップしても、共通
液室領域7側ではエッチングを続行させることができる
ので、容易に所望深さまでエッチングを継続するだけ
で、より深い所望深さの共通液室領域7を形成できる。
具体的には、例えば、流路用溝6の深さが20〜40μ
m程度とされるのに対し、共通液室領域7の深さは50
〜300μm程度とされる。
According to such a flow channel substrate structure, the flow channel groove 6 and the common liquid chamber region 7 have different steps, but because of the anisotropic etching of the (100) plane,
Only one anisotropic etching step is required. That is, if there is a difference between the depth of the flow channel groove 6 and the depth of the common liquid chamber region 7, there is a concern that the difference in etching time will be a problem. Almost no problem. The reason will be explained. As described above, the etching rate of the (111) plane of the single crystal Si cut out to the crystal orientation plane of the (100) plane is about 0.3 to 0.4% with respect to the etching rate of the (100) plane. It has an extremely slow property. Therefore, as in the present embodiment, when the flow channel groove 6 portion and the common liquid chamber region 7 portion are simultaneously patterned (photolithography) with one photomask and anisotropic etching is performed, etching is performed. Up to the stage shown in FIG. 6 (d), the depths of the channel groove 6 portion and the common liquid chamber region 7 portion are almost the same. However, the channel groove 6 is
Once the etching progresses to the stage where it becomes a complete V-shape as shown in (e), the channel groove 6 has two (11
It becomes a groove formed by the (1) plane, the (100) plane is no longer exposed at all, and thereafter, in the depth direction (<
This is because the etching hardly progresses in the direction of 100> axis direction). On the other hand, in the common liquid chamber region 7, even if etching in the depth direction hardly progresses in the V-shaped channel groove 6, the (100) plane is still exposed because the opening width is very large. <100>
Etching in the axial direction, and thus in the depth direction, will proceed at the same rate. In this way, even if the desired depth is reached on the channel groove 6 side and etching is almost stopped, the etching can be continued on the common liquid chamber region 7 side, so that the etching is easily continued to the desired depth. Only by doing so, the common liquid chamber region 7 having a deeper desired depth can be formed.
Specifically, for example, the depth of the channel groove 6 is 20 to 40 μm.
While the depth of the common liquid chamber region 7 is about 50 m
Approximately 300 μm.

【0037】このような観点に基づく具体例1を比較例
1と対比して示す。 (具体例1)具体例1として、まず、直径5インチ、厚
さ0.5mmで(100)面を結晶方位面として切出され
たSiウエハを用い、400dpi で128本分の断面V
字形状の流路用溝6及びこれらの流路用溝6に連通する
共通液室領域7を有する流路基板3を作製した。流路基
板3の外寸は7mm×10mmの大きさで144個取りとし
た。なお、流路用溝6の深さは28μm、長さは2mmと
した(もっとも、最終的に発熱体基板2と接合されてノ
ズル部をダイシングによって切出した後では、0.8mm
の長さとなる)。一方、共通液室領域7の大きさは3mm
×8mm、深さは0.15mmとした。
A concrete example 1 based on such a viewpoint will be shown in comparison with a comparative example 1. (Specific Example 1) As a specific example 1, first, using a Si wafer cut out with a diameter of 5 inches and a thickness of 0.5 mm with a (100) plane as a crystal orientation plane, a cross section V of 128 lines at 400 dpi is used.
A flow channel substrate 3 having a V-shaped flow channel groove 6 and a common liquid chamber region 7 communicating with these flow channel grooves 6 was produced. The outer dimensions of the flow path substrate 3 were 7 mm × 10 mm, and 144 pieces were taken. The depth of the flow channel groove 6 was 28 μm and the length was 2 mm (although, after being finally joined to the heating element substrate 2 and the nozzle portion was cut out by dicing, 0.8 mm was used.
Will be the length of). On the other hand, the size of the common liquid chamber area 7 is 3 mm.
The depth was 8 mm and the depth was 0.15 mm.

【0038】このような流路基板3は前述したようなフ
ォトリソグラフィ〜エッチング工程により形成される
が、今回の具体例1としての実験条件(異方性エッチン
グ条件)は、次の通りとした。まず、エッチング液とし
て22%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を使用
し、その液温を90℃に保ってディップエッチングを行
った。約10分後に流路用溝6がV字形状に形成された
が、その後もエッチングを続行し、約1時間のエッチン
グを行った。この結果、流路用溝6は深さ28μmとな
り、共通液室領域7は深さ0.15mmとなったものであ
る。なお、このようなエッチング液でエッチングを行っ
た場合、共通液室領域7の底面(天井面)も(111)
面と同様の表面粗さが得られたものである。
Such a flow path substrate 3 is formed by the photolithography-etching steps as described above, and the experimental conditions (anisotropic etching conditions) as the specific example 1 of this time are as follows. First, a 22% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was used as an etching solution, and the solution temperature was maintained at 90 ° C. to perform dip etching. The channel groove 6 was formed in a V shape after about 10 minutes, but the etching was continued after that for about 1 hour. As a result, the channel groove 6 has a depth of 28 μm, and the common liquid chamber region 7 has a depth of 0.15 mm. When etching is performed with such an etching solution, the bottom surface (ceiling surface) of the common liquid chamber region 7 is also (111).
The surface roughness similar to that of the surface was obtained.

【0039】一方、このような流路基板3とは別に、や
はり、(100)面の結晶方位面で切出されたSiウエ
ハを用い、400dpi で28μm×120μmサイズの
長方形状の発熱体が128素子分配列された発熱体基板
2を作製した。ここに、発熱体の長手方向及び短手方向
は、ともに直交する<110>軸方向となるようにパタ
ーニングし、128個の発熱体が1列に並ぶ方向(配列
方向)も<110>軸方向となるように設定されてい
る。
On the other hand, in addition to such a flow path substrate 3, again, a Si wafer cut out in the crystal orientation plane of the (100) plane is used, and 128 rectangular heating elements of 28 μm × 120 μm size at 400 dpi are formed. A heating element substrate 2 in which elements were arranged was produced. Here, the longitudinal direction and the lateral direction of the heating element are patterned so as to be orthogonal to the <110> axial direction, and the direction in which 128 heating elements are arranged in one row (arrangement direction) is also the <110> axial direction. Is set to be

【0040】このように作製された発熱体基板2と流路
基板3とを、発熱面と溝面とが相対するようにして積層
し、接着接合してヘッドチップ1を作製し、インク噴射
実験として、1つの発熱体〜ノズルの駆動周波数を8k
Hzとして駆動し、全面印写を行ったところ、インク噴
射は全てについて安定して行われ、きれいなベタ画像が
得られたものである。ちなみに、このインク噴射実験は
128個の発熱体全てを同時駆動させたわけではなく、
32個ずつ4ブロックに分けて分割駆動させるものとし
た。
The heating element substrate 2 and the flow path substrate 3 manufactured in this way are laminated so that the heating surface and the groove surface face each other, and adhesively bonded to manufacture the head chip 1, and an ink ejection experiment is carried out. Drive frequency of one heating element to nozzle is 8k
When the entire surface was printed by driving at a frequency of Hz, ink ejection was stably performed for all, and a clear solid image was obtained. By the way, in this ink ejection experiment, not all 128 heating elements were driven simultaneously,
It is assumed that 32 blocks are divided into 4 blocks and driven separately.

【0041】(比較例1)具体例1で説明した流路基板
の作製工程において、異方性エッチングを10分で全て
終了させるものとし、流路用溝及び共通液室領域の深さ
をともにほぼ28μmとした流路基板を作製し、具体例
1で説明したように作製された発熱体基板と積層させた
ヘッドチップを用いて、同一駆動条件でインク噴射実験
を行ったところ、多数の抜けが発生し、きれいなベタ画
像が得られなかったものである。もっとも、駆動周波数
を1.6kHzに大幅に下げて再度実験した場合には、
きれいなベタ画像が得られたものである。
(Comparative Example 1) In the process of manufacturing the flow path substrate described in the specific example 1, all anisotropic etching is completed in 10 minutes, and the depths of the flow path groove and the common liquid chamber region are both set. An ink ejection experiment was conducted under the same driving conditions using a head chip in which a flow path substrate having a thickness of approximately 28 μm was produced and the heating element substrate produced as described in Example 1 was used. Occurs, and a clear solid image cannot be obtained. However, if you drastically reduce the drive frequency to 1.6 kHz and experiment again,
A beautiful solid image was obtained.

【0042】このような結果からも、本実施例のよう
に、共通液室領域7の深さを流路用溝6の深さよりも深
くすれば、インク供給不足を生ぜず、高い頻度(高い駆
動周波数)でヘッド駆動できることが分かる。
Also from these results, if the depth of the common liquid chamber region 7 is made deeper than the depth of the flow channel groove 6 as in the present embodiment, the ink supply is not insufficient and the frequency is high (high). It can be seen that the head can be driven at the driving frequency).

【0043】さらに、本発明の特徴の一つである発熱体
基板2の基板として、(100)面の結晶方位面に切出
された単結晶Siウエハを用いた点について説明する。
本発明では、前述したように、(100)面の結晶方位
面に切出されたSiウエハを用いて、複数本の平行な流
路用溝6とこれらの流路用溝6に連通してより深い共通
液室領域7とを異方性エッチングにより形成した流路基
板3を作製し、相手側となる発熱体基板2と積層させた
後、ノズル部をダイシングにより切出すようにしてい
る。このダイシング方向は流路用溝6のインクが流れる
方向とほぼ直交する方向、つまり、<110>軸方向で
ある。従って、流路基板3のダイシングに関しては特に
問題はないが、発熱体基板2も同時にダイシング切断さ
れるので、この際の歩留まり向上を考慮した場合、発熱
体基板2用の基板材料の選定も重要となる。そこで、本
実施例では、前述したように、発熱体基板2用の基板材
料としても、流路基板3側と同じく、(100)面の結
晶方位面に切出された単結晶Siウエハを用いるように
したものである。
Further, a point of using a single crystal Si wafer cut out in the crystal orientation plane of the (100) plane as the substrate of the heating element substrate 2 which is one of the features of the present invention will be described.
In the present invention, as described above, using the Si wafer cut out in the crystal orientation plane of the (100) plane, the plurality of parallel channel grooves 6 and the channel grooves 6 are connected to each other. The flow path substrate 3 in which the deeper common liquid chamber region 7 is formed by anisotropic etching is produced, and the nozzle portion is cut out by dicing after being laminated with the heating element substrate 2 on the other side. The dicing direction is a direction substantially orthogonal to the direction in which the ink in the flow channel 6 flows, that is, the <110> axis direction. Therefore, there is no particular problem regarding dicing of the flow path substrate 3, but since the heating element substrate 2 is also cut by dicing at the same time, in consideration of the yield improvement at this time, it is important to select the substrate material for the heating element substrate 2. Becomes Therefore, in the present embodiment, as described above, as the substrate material for the heating element substrate 2, the single crystal Si wafer cut out to the (100) crystal orientation plane is used as in the flow path substrate 3 side. It was done like this.

【0044】ここに、発熱体基板2側については異方性
エッチング処理を行うわけではないが、次のような理由
から、発熱体基板2用の基板材料に関しても、(10
0)面のSiウエハを用いるようにしたものである。第
1の理由は、熱伝導率の点である。即ち、Siはガラ
ス、或いはアルミナセラミックスなどに比べて熱伝導率
が高く、サーマルインクジェットヘッドのように熱を利
用するヘッドにおいてはその放熱特性が優れたものとな
り、好ましいからである。第2の理由は、Siウエハに
関して、(100)面を用いる理由であるが、これは、
単結晶材料の持つへき開と称される性質の点である。即
ち、前述したように、ノズル部をダイシングにより切出
す際、そのダイシング方向を結晶軸の方向とするのが望
ましいからである。つまり、Siのような単結晶材料
は、一般に、へき開と称される性質を有しており、結晶
軸方向に沿って容易に割れる。具体的には、(100)
面のSiウエハを用いて流路基板3を作製する場合、<
110>軸方向に割れやすいので、ダイシング時には<
110>軸方向に切断するのが最良といえる。一方、こ
のような流路基板3と積層され同時に切断される発熱体
基板2についても、(100)面のSiウエハを利用し
ダイシング方向が<110>軸方向となるように発熱体
列のパターニングを行うのが最良となるからである。
Although the anisotropic etching process is not performed on the heating element substrate 2 side, the substrate material for the heating element substrate 2 is also (10) for the following reason.
The Si wafer of (0) plane is used. The first reason is the thermal conductivity. That is, Si has a higher thermal conductivity than glass, alumina ceramics, or the like, and a head that utilizes heat such as a thermal inkjet head has excellent heat dissipation characteristics, which is preferable. The second reason is the use of the (100) plane for Si wafers.
This is the property of single crystal material called cleavage. That is, as described above, when cutting out the nozzle portion by dicing, it is desirable that the dicing direction be the crystal axis direction. That is, a single crystal material such as Si generally has a property called cleavage and is easily broken along the crystal axis direction. Specifically, (100)
When the flow path substrate 3 is manufactured using the Si wafer of the surface,
110> It is easy to crack in the axial direction, so when dicing <
It can be said that it is best to cut in the 110> axial direction. On the other hand, with respect to the heating element substrate 2 that is laminated and cut at the same time as the flow path substrate 3, the heating element array is patterned using the (100) plane Si wafer so that the dicing direction is the <110> axis direction. Is best done.

【0045】ここに、ダイシング方向を結晶軸方向とし
た場合と、結晶軸方向とはしない場合とについて、チッ
プ化時にチップが破損したか否かの実験例を示す。この
実験は、1枚のウエハから長方形状のチップを切出す実
験である。 (実験1)厚さ0.5mmで(100)面に結晶方位面を
持つように切出した直径5インチのSiウエハを用い、
7mm×10mmの大きさの矩形チップをダイシング法によ
り144個切出す実験を行ったものである。使用したダ
イシングソーはディスコ社製のDAD−2H/5型であ
り、ブレード回転数は30000rpm 、ブレード送り速
度は2mm/sとした。使用したブレードは、ディスコ社
製NBC−Z600(=外径52mm×厚さ0.1mm×内
径40mm)である。Siウエハをダイシングフィルムに
貼付け、ダイシングソーに真空チャックし、0.5mmの
切込み深さで直交する2つの<110>軸方向にダイシ
ングを行ったものである。この結果、144個のチップ
を全て破損なくチップ化できたものである。
Here, an example of an experiment as to whether or not the chip is broken during chip formation is shown for the case where the dicing direction is the crystal axis direction and the case where the dicing direction is not the crystal axis direction. This experiment is an experiment in which a rectangular chip is cut out from one wafer. (Experiment 1) A Si wafer having a diameter of 5 inches and having a thickness of 0.5 mm and having a crystal orientation plane on a (100) plane was used.
An experiment was performed in which 144 rectangular chips each having a size of 7 mm × 10 mm were cut by a dicing method. The dicing saw used was a DAD-2H / 5 type manufactured by Disco Corporation, the blade rotation speed was 30,000 rpm, and the blade feed speed was 2 mm / s. The blade used is NBC-Z600 (= outer diameter 52 mm x thickness 0.1 mm x inner diameter 40 mm) manufactured by DISCO. A Si wafer was attached to a dicing film, vacuum chucked on a dicing saw, and dicing was performed in two <110> axis directions orthogonal to each other with a cutting depth of 0.5 mm. As a result, all 144 chips could be made into chips without damage.

【0046】(実験2)実験1と同じダイシングソー、
Siウエハ等を用い、ダイシング方向のみを、<110
>軸方向とは無関係(ランダム)な方向として144個
分のチップ化を行ったものである。結果は、144個の
チップの内、113個のチップに微小な欠け、或いは、
全面に割れが生じ、31個のチップだけが、7mm×10
mmの大きさで破損のない矩形チップとして得られたもの
である。破損等を生じたチップを観察したところ、欠
け、或いは、割れが<110>軸方向に生じていたこと
が判明した。
(Experiment 2) The same dicing saw as in Experiment 1,
Using a Si wafer or the like, only dicing direction <110
> 144 chips are formed as a direction that is unrelated (random) to the axial direction. As a result, 113 chips out of 144 chips have a small chipping or
Cracks occurred on the entire surface, and only 31 chips were 7 mm x 10
It was obtained as a rectangular chip with a size of mm without damage. Observation of the chip that was damaged or the like revealed that a chip or a crack was generated in the <110> axis direction.

【0047】以上の実験結果からも分かるように、Si
ウエハをダイシングによりチップ化する場合には、結晶
軸の方向にダイシングを行うことが重要であることが分
かる。つまり、発熱体基板2、流路基板3のように単結
晶材料からなり、それらの積層物をダイシングにより切
出す場合に、仮に、結晶軸方向から外れた方向にダイシ
ングを行うと、破損のない積層物チップを得ることが困
難なことが、これらの実験結果からも明かである。そこ
で、本実施例では、発熱体基板2、流路基板3の何れも
同一方位面に切出されたSiウエハを用いるものとし、
かつ、両基板2,3とも同一結晶軸方向にダイシングを
行うことで、ヘッドチップ1を完成させるようにし、歩
留まりが向上するようにしたものである。
As can be seen from the above experimental results, Si
It can be seen that when dicing the wafer into chips, it is important to perform dicing in the direction of the crystal axis. That is, when the heat-generating body substrate 2 and the flow path substrate 3 are made of a single crystal material and a laminate thereof is cut out by dicing, if the dicing is performed in a direction deviating from the crystal axis direction, no damage occurs. It is clear from these experimental results that it is difficult to obtain a laminated chip. Therefore, in the present embodiment, both the heating element substrate 2 and the flow path substrate 3 use Si wafers cut out in the same azimuth plane,
Moreover, the head chip 1 is completed by dicing both substrates 2 and 3 in the same crystal axis direction, and the yield is improved.

【0048】具体的には、(100)面を結晶方位面と
して切出されたSiウエハ上にヒータ8等を形成した発
熱体基板2は直交する2つの等価な<110>軸方向に
ダイシングを行ってチップ化され、(100)面を結晶
方位面として切出されたSiウエハ上に異方性エッチン
グにより流路用溝6及び共通液室領域7を形成した流路
基板3は直交する2つの等価な<110>軸方向にダイ
シングを行ってチップ化されたものが用いられ、これら
の2つのチップが積層される。積層状態で、ヒータ8部
分より少し下流領域において、<110>軸方向(換言
すれば、流路用溝6に直交する方向)にダイシングソー
によって両基板2,3の積層物を切断することにより、
インク吐出ノズル面が切出し形成される。つまり、2枚
の基板2,3をその結晶軸方向を揃えて積層し、同じ結
晶軸方向に切断するようにしているので、欠けや割れな
どの破損を生ずることなく、インク吐出ノズル面を形成
できることになる。
Specifically, the heating element substrate 2 in which the heater 8 and the like are formed on the Si wafer cut out with the (100) plane as the crystal orientation plane is diced in two equivalent <110> axis directions orthogonal to each other. The flow path substrate 3 in which the flow path groove 6 and the common liquid chamber region 7 are formed by anisotropic etching on the Si wafer which is formed into chips and is cut out with the (100) plane as the crystal orientation plane is orthogonal to 2 Chips obtained by dicing two equivalent <110> axes are used, and these two chips are stacked. In the laminated state, by cutting the laminated body of both substrates 2 and 3 with a dicing saw in the <110> axial direction (in other words, the direction orthogonal to the flow channel 6) in a region slightly downstream of the heater 8. ,
The ink ejection nozzle surface is cut out and formed. That is, since the two substrates 2 and 3 are laminated with their crystal axis directions aligned and cut in the same crystal axis direction, the ink ejection nozzle surface is formed without causing damage such as chipping or cracking. You can do it.

【0049】この点に関する具体例を比較例と対比して
示す。 (具体例2)具体例2として、まず、直径5インチ、厚
さ0.5mmで(100)面を結晶方位面として切出され
たSiウエハを用い、400dpi で128素子分が配列
された発熱体基板2を作製した。チップは、7mm×10
mmの大きさで144個取りとした。このSiウエハを前
述した実験1と同じ方法・処理で直交する<110>軸
方向にダイシングを行い、チップ化した。次いで、同様
に、直径5インチ、厚さ0.5mmで(100)面を結晶
方位面として切出されたSiウエハを用い、400dpi
で128本分の流路用溝6をV字溝として異方性エッチ
ングにより形成し、さらに、この異方性エッチングによ
り共通液室領域7を形成した流路基板3を作製した。チ
ップは、7mm×10mmの大きさで144個取りとした。
このSiウエハを前述した実験1と同じ方法・処理で直
交する<110>軸方向にダイシングを行い、チップ化
した。これらの2つのチップ(発熱体基板チップと流路
基板チップ)を、発熱面と溝面とが相対するようにして
積層し、接着接合して積層物とした。このような積層物
を50個作製し、ヒータ8部分より下流100μmの位
置で流路用溝6にほぼ直交する<110>軸方向にダイ
シングを行い、インク吐出ノズル面を切出すようにし
た。この時、ダイシングの条件は、ブレード厚さを0.
25mmとし、切込み深さは1mmとし、ブレード送り速度
を0.3mm/sとした以外は、実験1の場合と同じとし
た。結果は、50個全てについて、破損を生ずることな
く、インク吐出ノズル面を良好に切出すことができたも
のである。
A specific example regarding this point will be shown in comparison with a comparative example. (Specific Example 2) As a specific example 2, first, a Si wafer cut out with a diameter of 5 inches and a thickness of 0.5 mm and having a (100) plane as a crystal orientation plane is used, and heat generated by arranging 128 elements at 400 dpi. The body substrate 2 was produced. The tip is 7 mm x 10
The size of mm was 144 pieces. This Si wafer was diced in the <110> axis direction orthogonal to each other by the same method and treatment as in Experiment 1 described above to form a chip. Next, similarly, using a Si wafer having a diameter of 5 inches and a thickness of 0.5 mm and a (100) plane as a crystal orientation plane, 400 dpi
Then, 128 channels of the channel grooves 6 were formed as V-shaped grooves by anisotropic etching, and the channel substrate 3 having the common liquid chamber region 7 formed by the anisotropic etching was prepared. The size of the chip was 7 mm x 10 mm, and 144 chips were taken.
This Si wafer was diced in the <110> axis direction orthogonal to each other by the same method and treatment as in Experiment 1 described above to form a chip. These two chips (heater substrate chip and flow path substrate chip) were laminated so that the heat generation surface and the groove surface faced each other, and adhesively bonded to each other to obtain a laminate. Fifty such laminates were produced, and dicing was performed at a position of 100 μm downstream from the heater 8 in the <110> axial direction substantially orthogonal to the flow channel groove 6 to cut out the ink ejection nozzle surface. At this time, the dicing condition is that the blade thickness is 0.
25 mm, the cutting depth was 1 mm, and the blade feed rate was 0.3 mm / s. As a result, the ink ejection nozzle surface could be satisfactorily cut out for all 50 nozzles without causing damage.

【0050】(比較例2)具体例2で作製したものと同
じ積層物を20個用意し、流路の領域において流路用溝
6に対して垂直ではない方向(ここでは、垂直方向から
約20°ずれた方向)に、具体例2の場合と同じ切込み
深さでダイシングを行ったところ、20個の積層物全て
に破損を生じたものである。
(Comparative Example 2) 20 same laminates as those produced in Example 2 were prepared, and in the region of the flow channel, the direction not perpendicular to the flow channel groove 6 (here, about from the vertical direction) When dicing was performed in the same cutting depth as in the case of Example 2 in the direction shifted by 20 °), all 20 laminates were damaged.

【0051】さらに、本発明の特徴の一つである流路基
板3におけるインク流入口4について説明する。本実施
例では、流路基板3の基板材料に(100)面のSiウ
エハを利用している点を考慮し、共通液室領域7に対し
てインクを供給させるためのインク流入口4について
も、(100)面、即ち、共通液室領域7の天井面7a
に対する異方性エッチングにより開口として形成するよ
うにしたものである。この異方性エッチングは、流路用
溝6や共通液室領域7用のエッチングとは別工程として
反対の面(即ち、外面)側から行うことになる。これに
より、外観的に見た場合、図2に示すように、流路基板
3の外面側にて角錐すり鉢状に開口形成されたものとな
る。
Further, the ink inlet 4 in the flow path substrate 3 which is one of the features of the present invention will be described. In the present embodiment, considering that the (100) plane Si wafer is used as the substrate material of the flow path substrate 3, the ink inlet port 4 for supplying ink to the common liquid chamber region 7 is also considered. , (100) surface, that is, the ceiling surface 7a of the common liquid chamber region 7
It is formed as an opening by anisotropic etching. This anisotropic etching is performed from the surface (that is, the outer surface) opposite to the etching for the channel 6 and the common liquid chamber region 7 as a separate process. As a result, when viewed externally, as shown in FIG. 2, the openings are formed in a pyramidal mortar shape on the outer surface side of the flow path substrate 3.

【0052】即ち、流路基板3に関して前述したように
異方性エッチングにより流路用溝6及び共通液室領域7
を形成した後、その裏面側から共通液室領域7の天井面
7aに対してフォトリソ〜エッチング工程を行うことに
より、インク流入口4が形成される。このような裏面側
からの異方性エッチングによりインク流入口4を形成す
る方法によれば、大口径で十分にインク供給能力を持つ
開口として高精度に形成できるものとなる。
That is, as described above with respect to the flow path substrate 3, the flow path groove 6 and the common liquid chamber region 7 are formed by anisotropic etching.
After the formation of the ink, the ink inflow port 4 is formed by performing a photolithography-etching process on the ceiling surface 7a of the common liquid chamber region 7 from the back surface side. According to the method of forming the ink inflow port 4 by anisotropic etching from the back surface side as described above, it is possible to form with high accuracy an opening having a large diameter and a sufficient ink supply capability.

【0053】つづいて、請求項4記載の発明の一実施例
を図9により説明する。前記実施例で示した部分と同一
部分は同一符号を用いて示す(以下の実施例でも同様と
する)。本実施例は、流路用溝6及び共通液室領域7を
異方性エッチングにより形成した流路基板3において、
共通液室領域7の天井面7a部分に対してレーザ加工に
より開口を形成し、これをインク流入口29とするよう
にしたものである。
Next, an embodiment of the invention described in claim 4 will be described with reference to FIG. The same parts as those shown in the above-mentioned embodiments are designated by the same reference numerals (the same applies to the following embodiments). In this embodiment, in the flow channel substrate 3 in which the flow channel groove 6 and the common liquid chamber region 7 are formed by anisotropic etching,
An opening is formed in the ceiling surface 7a of the common liquid chamber region 7 by laser processing, and this is used as the ink inlet 29.

【0054】本実施例による場合も、前記実施例の場合
と同じく、共通液室領域7の天井面7a部分にインク流
入口29を形成しているので、大口径で十分にインク供
給能力を持つ開口として形成できるものとなる。また、
このような天井面7aは異方性エッチング工程を長い時
間に渡って行うことにより薄くなっているので、レーザ
加工法によって短時間で容易に開口させることができ、
低コスト・量産向きとなる。なお、レーザ加工機として
は、炭酸ガスレーザ等が好ましい。
Also in the case of this embodiment, the ink inlet 29 is formed in the ceiling surface 7a of the common liquid chamber region 7 as in the case of the above-mentioned embodiment, so that a large diameter has a sufficient ink supply capability. It can be formed as an opening. Also,
Since such a ceiling surface 7a is thinned by performing the anisotropic etching process for a long time, it can be easily opened in a short time by a laser processing method.
Low cost and suitable for mass production. The laser processing machine is preferably a carbon dioxide laser or the like.

【0055】さらに、請求項5記載の発明の一実施例を
図10により説明する。本実施例は、流路用溝6及び共
通液室領域7を異方性エッチングにより形成する工程に
おいて、共通液室領域7の両側の側壁部7b,7c(同
図(a)参照)、又は、奥側の側壁部7d(同図(b)
参照)部分に凹部も併せて形成し、これらをインク流入
口30とするようにしたものである。
Further, an embodiment of the invention described in claim 5 will be described with reference to FIG. In this embodiment, in the step of forming the channel groove 6 and the common liquid chamber region 7 by anisotropic etching, the side wall portions 7b and 7c on both sides of the common liquid chamber region 7 (see FIG. 7A), or , The side wall portion 7d on the back side ((b) in the figure)
The reference portion) is also formed with a concave portion, and these are used as the ink inlet 30.

【0056】即ち、本実施例の場合も図1に示した場合
と同様に異方性エッチングによりインク流入口30を形
成するが、本実施例の場合には、流路用溝6や共通液室
領域7の形成時に一緒に形成でき、1回の異方性エッチ
ングで流路基板3の作製が完成する利点があり、短時間
で低コストに作製でき、かつ、異方性エッチングの性質
を活かして単結晶の精度にて高精度に形成できるものと
なる。
That is, in the case of this embodiment, the ink inlet 30 is formed by anisotropic etching as in the case shown in FIG. 1, but in the case of this embodiment, the channel groove 6 and the common liquid are used. It has the advantage that it can be formed together when the chamber region 7 is formed, and that the production of the flow path substrate 3 can be completed by one-time anisotropic etching. By utilizing it, it becomes possible to form a single crystal with high accuracy.

【0057】[0057]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、流路基板
に関して複数本の平行な流路用溝と共通液室領域とを、
(100)面の結晶方位面に切出された単結晶シリコン
ウエハを利用した異方性エッチングにより形成するよう
にしたので、異方性エッチングの特徴を活かして高精度
に作製でき、かつ、流路用溝の両側側面も非常に滑らか
なものとなってインクジェットヘッドの流路として都合
のよいものとすることができ、また、共通液室領域の深
さを流路用溝よりも深くすることで、共通液室の天井面
を高くしたので、流路用溝数が多くなったり、ヘッド駆
動周波数が高くなっても共通液室からのインク供給不足
を起こすことなく追従性をよくすることができ、このよ
うに流路用溝と共通液室領域との深さが異なっても異方
性エッチングによる場合、V字形の流路用溝の両側側面
をなす(111)面が、一旦、露出形成されると、その
領域のエッチングはそれ以上殆ど進行しないという性質
を利用することで、異方性エッチングをさらに続行する
だけで共通液室領域も形成できるものとなり、1回の異
方性エッチング工程で済み、短時間・低コストにして作
製することができる。
According to the first aspect of the present invention, a plurality of parallel flow channel grooves and a common liquid chamber region are formed on the flow channel substrate.
Since it is formed by anisotropic etching using a single crystal silicon wafer cut out in the crystal orientation plane of the (100) plane, it can be manufactured with high accuracy by utilizing the characteristics of anisotropic etching, and the flow Both sides of the channel groove can be made very smooth to make it convenient for the flow channel of the inkjet head, and the common liquid chamber area should be deeper than the channel groove. Since the ceiling surface of the common liquid chamber is raised, it is possible to improve the followability without causing a shortage of ink supply from the common liquid chamber even if the number of channels for the flow passage is increased or the head drive frequency is increased. Even if the depths of the channel groove and the common liquid chamber region are different as described above, when anisotropic etching is performed, the (111) planes forming both side surfaces of the V-shaped channel groove are once exposed. Once formed, etching of that area By utilizing the property that it hardly progresses any more, the common liquid chamber region can be formed by simply continuing the anisotropic etching, and only one anisotropic etching step is required, which can shorten the time and cost. It can be produced by

【0058】加えて、請求項2記載の発明によれば、発
熱体基板側についても、流路基板側と同じく、(10
0)面の結晶方位面に切出された単結晶シリコンウエハ
を利用するものとし、かつ、発熱体列を<110>軸方
向に揃えて配列形成したので、ヘッド作製時にノズル部
を切出す際のダイシング方向をこの結晶軸方向、即ち、
<110>軸方向として揃えることができ、よって、シ
リコンウエハの割れやすい方向にダイシングを行えるも
のとなり、ダイシング時の破損がなくなり、歩留まりを
著しく向上させることができる。
In addition, according to the second aspect of the invention, the heating element substrate side (10) is the same as the flow path substrate side.
Since the single crystal silicon wafer cut out in the crystal orientation plane of the (0) plane is used and the heating element rows are aligned and formed in the <110> axial direction, the nozzle portion is cut out at the time of manufacturing the head. The dicing direction of is the crystal axis direction, that is,
Since the <110> axial directions can be aligned, dicing can be performed in a direction in which the silicon wafer is easily cracked, damage during dicing is eliminated, and yield can be significantly improved.

【0059】請求項3記載の発明によれば、共通液室領
域に対するインク流入口をその天井面に対する裏面側か
らの異方性エッチングによる開口として形成するように
したので、十分なインク供給が可能となる大口径のイン
ク流入口を高精度に形成できる。
According to the third aspect of the invention, since the ink inlet port for the common liquid chamber region is formed as an opening by anisotropic etching from the rear surface side to the ceiling surface, sufficient ink supply is possible. The large-diameter ink inlet can be formed with high accuracy.

【0060】請求項4記載の発明によれば、共通液室領
域に対するインク流入口をその肉厚の最も薄い天井面に
対するレーザ加工による開口として形成するようにした
ので、簡単なレーザ加工法により短時間で十分なインク
供給が可能な大口径のインク流入口を形成できる。
According to the fourth aspect of the invention, since the ink inlet port for the common liquid chamber region is formed as an opening by laser processing on the ceiling surface having the smallest wall thickness, a short laser processing method is used. It is possible to form a large-diameter ink inflow port capable of supplying sufficient ink in time.

【0061】請求項5記載の発明によれば、共通液室領
域に対するインク流入口をその側壁部に対する異方性エ
ッチングによる凹部として形成するようにしたので、流
路用溝、共通液室領域とともに1回の異方性エッチング
工程で作製でき、短時間で高精度かつ効率のよい流路基
板作製が可能となる。
According to the fifth aspect of the present invention, since the ink inlet for the common liquid chamber region is formed as a recess by anisotropic etching on the side wall portion thereof, the flow path groove and the common liquid chamber region are formed together. It can be manufactured by one anisotropic etching step, and a highly accurate and efficient flow path substrate can be manufactured in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】請求項1〜3記載の発明の一実施例を示す分解
斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an embodiment of the invention described in claims 1 to 3.

【図2】ヘッドチップを示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a head chip.

【図3】サーマルインクジェットの記録原理を順に示す
縦断側面図である。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional side view showing the recording principle of the thermal inkjet in order.

【図4】ヒータ付近を拡大して示す縦断側面図である。FIG. 4 is a vertical sectional side view showing a heater and its vicinity in an enlarged manner.

【図5】流路基板の結晶面及び結晶軸方向を示す斜視図
である。
FIG. 5 is a perspective view showing a crystal plane and a crystal axis direction of a flow path substrate.

【図6】流路基板に関する異方性エッチング工程を順に
示す縦断正面図である。
FIG. 6 is a vertical cross-sectional front view sequentially showing an anisotropic etching process for a flow path substrate.

【図7】ヘッドチップの一部を拡大して示す正面図であ
る。
FIG. 7 is a front view showing an enlarged part of the head chip.

【図8】変形例を示す分解斜視図である。FIG. 8 is an exploded perspective view showing a modified example.

【図9】請求項4記載の発明の一実施例を示す流路基板
の斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view of a flow path substrate showing an embodiment of the invention according to claim 4;

【図10】請求項5記載の発明の一実施例を示す流路基
板の斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view of a flow path substrate showing an embodiment of the invention as set forth in claim 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 発熱体基板 3 流路基板 4 インク流入口 6 流路用溝 7 共通液室領域 7a 天井面 7b〜7d 側壁部 9,10 電極 21 蓄熱層 22 発熱層 23 保護層 29,30 インク流入口 2 heating element substrate 3 channel substrate 4 ink inlet 6 channel groove 7 common liquid chamber region 7a ceiling surface 7b to 7d sidewall 9 and 10 electrode 21 heat storage layer 22 heat generating layer 23 protective layer 29 and 30 ink inlet

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に蓄熱層と発熱層とこの発熱層に
通電するための電極と保護層とを形成した発熱体基板
と、(100)面の結晶方位面に切出された単結晶シリ
コンウエハ上に異方性エッチングによる断面V字形状の
複数本の平行な流路用溝及びこれらの流路用溝と連通す
るとともにこれらの流路用溝よりも<100>軸方向に
深い共通液室領域とこの共通液室領域にインクを流入す
るためのインク流入口とを形成した流路基板とよりな
り、前記発熱体基板とこの流路基板とを発熱面と溝面と
が相対するように積層したことを特徴とするサーマルイ
ンクジェットヘッド。
1. A heat generating substrate having a heat storage layer, a heat generating layer, electrodes for energizing the heat generating layer and a protective layer formed on the substrate, and a single crystal cut out in a crystal orientation plane of a (100) plane. A plurality of parallel flow channel grooves having a V-shaped cross section formed by anisotropic etching on a silicon wafer, and a common that communicates with these flow channel grooves and is deeper than these flow channel grooves in the <100> axial direction. The flow path substrate is formed with a liquid chamber region and an ink inlet for flowing ink into the common liquid chamber region, and the heat generating substrate and the flow channel substrate are opposed to each other by a heat generating surface and a groove surface. The thermal inkjet head is characterized by being laminated in this manner.
【請求項2】 発熱体基板の基板を(100)面の結晶
方位面に切出された単結晶シリコンウエハとし、独立駆
動可能で各流路用溝に対応した複数個の発熱体列を<1
10>軸方向に形成したことを特徴とする請求項1記載
のサーマルインクジェットヘッド。
2. A heating element substrate is a single crystal silicon wafer cut out in a crystal orientation plane of (100) plane, and a plurality of heating element rows which can be independently driven and correspond to each channel groove are provided. 1
10. The thermal inkjet head according to claim 1, wherein the thermal inkjet head is formed in the axial direction.
【請求項3】 インク流入口を、流路基板の共通液室領
域の天井面に対する裏面側からの異方性エッチングによ
り形成された開口としたことを特徴とする請求項1又は
2記載のサーマルインクジェットヘッド。
3. The thermal ink according to claim 1, wherein the ink inflow port is an opening formed by anisotropic etching from the back surface side with respect to the ceiling surface of the common liquid chamber region of the flow path substrate. Inkjet head.
【請求項4】 インク流入口を、流路基板の共通液室領
域の天井面に対するレーザ加工により形成された開口と
したことを特徴とする請求項1又は2記載のサーマルイ
ンクジェットヘッド。
4. The thermal inkjet head according to claim 1, wherein the ink inlet is an opening formed by laser processing on the ceiling surface of the common liquid chamber region of the flow path substrate.
【請求項5】 インク流入口を、流路基板の共通液室領
域の側壁部に対する異方性エッチングにより形成された
凹部としたことを特徴とする請求項1又は2記載のサー
マルインクジェットヘッド。
5. The thermal ink jet head according to claim 1, wherein the ink inflow port is a recess formed by anisotropic etching on the side wall of the common liquid chamber region of the flow path substrate.
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