JPH07125210A - Thermal ink jet head - Google Patents

Thermal ink jet head

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Publication number
JPH07125210A
JPH07125210A JP14526393A JP14526393A JPH07125210A JP H07125210 A JPH07125210 A JP H07125210A JP 14526393 A JP14526393 A JP 14526393A JP 14526393 A JP14526393 A JP 14526393A JP H07125210 A JPH07125210 A JP H07125210A
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JP
Japan
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substrate
ink
liquid chamber
flow path
common liquid
Prior art date
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Pending
Application number
JP14526393A
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
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
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Publication of JPH07125210A publication Critical patent/JPH07125210A/en
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve a method for forming the passage grooves, common liquid chamber region and ink inflow orifices of a passage substrate in a head structure wherein a heating element substrate having a heat generating layer and the passage substrate having passage grooves are laminated. CONSTITUTION:In relation to the passage substrate 3 laminated on a heating element substrate 2 having a heat generating layer, a plurality of parallel passage grooves 6 having a trapezoidal cross-sectional shape and a common liquid chamber region 7 are simultaneously formed by one anisotropic etching process utilizing a single crystal silicon wafer cut out as the crystal azimuth surface of a (100) surface to enhance the accuracy.

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、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, the method of etching the photosensitive glass is more accurate than the cutting method, but still, in terms of surface roughness,
It is not sufficient for use as an ink jet flow path and is not very convenient.

【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り2つの等価な(111)面
と1つの(100)面とで形成される断面台形状の複数
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(100)面による天井面を有して前記流路用溝
と同等の深さの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 trapezoidal cross-sections formed by two equivalent (111) planes and one (100) plane are formed by anisotropic etching on a single crystal silicon wafer cut out in the crystal orientation plane of the (0) plane. A common liquid chamber region having a parallel channel and a channel surface communicating with these channel grooves and having a ceiling surface of (100) plane and having a depth equivalent to that of the channel groove and the common liquid chamber region. The heat generating substrate and the flow channel substrate are laminated so 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、流路用
溝及び共通液室領域の(100)面を鏡面状態に仕上げ
た。
In this case, according to the second aspect of the invention, the (100) surface of the flow channel groove and the common liquid chamber region is mirror-finished.

【0014】また、請求項3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。
According to the third 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.

【0015】これらの発明において、インク流入口に関
して、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5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6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, with respect to the ink inlet, in the invention according to claim 4, the opening is formed by anisotropic etching from the back surface side to the ceiling surface of the common liquid chamber region of the flow path substrate, In the invention described in claim 5, 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 of claim 6, 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.

【0016】[0016]

【作用】請求項1記載の発明においては、流路基板にお
いて断面台形状の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1回のエッチング工程で短時間・低コストにして高精
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。
In the first aspect of the present invention, a plurality of parallel channel grooves each having a trapezoidal cross section and the common liquid chamber region are cut out in the crystal orientation plane of the (100) plane in the channel substrate. Since it is formed by anisotropic etching using a single crystal silicon wafer, the characteristics of anisotropic etching can be used to perform high-precision fabrication in a single etching step in a short time, at low cost, and in a groove. Both side surfaces are also very smooth, which is convenient for the flow path of the inkjet head.

【0017】特に、請求項2記載の発明においては、流
路用溝及び共通液室領域の(100)面がエッチング液
を適切に選定することにより鏡面状態に仕上げられてい
るので、流路全体が滑らかとなり、インクの流れがスム
ーズとなり、ジェット速度を向上させて噴射を安定させ
ることができ、かつ、噴射の連続駆動周波数の上限もよ
り高くし得るものとなり、高速印写に適したものとな
る。
In particular, according to the second aspect of the invention, since the (100) surface of the channel groove and the common liquid chamber region is mirror-finished by appropriately selecting the etching solution, the entire channel is formed. Becomes smooth, the ink flow becomes smooth, the jet speed can be improved to stabilize the jetting, and the upper limit of the continuous driving frequency of jetting can be made higher, which is suitable for high-speed printing. Become.

【0018】加えて、請求項3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 of claim 3,
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.

【0019】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。
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 anisotropic etching from the rear surface side with respect to the ceiling surface thereof, a large diameter that enables sufficient ink supply. The ink inflow port can be formed with high precision.

【0020】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 fifth aspect of the invention, since the ink inlet port for the common liquid chamber region is formed as an opening formed by laser processing on the thinnest ceiling surface, a large diameter can be obtained in a short time by a simple laser processing method. The ink inflow port can be formed.

【0021】請求項6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 sixth 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.

【0022】[0022]

【実施例】請求項1ないし4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 4 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.

【0023】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. 6G, the ink 15 is supplied (refilled) to the orifice again by the capillary phenomenon and returns to the steady state in FIG.

【0024】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.

【0025】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 in a diffusion furnace,
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.

【0026】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 forming the electrodes 9 and 10, many of the electrode materials that are normally used 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.

【0027】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.

【0028】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, an anti-cavitation protection layer 24 is formed on the protection 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.

【0029】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。
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, a Si wafer cut out in the crystal orientation of the (100) plane as shown in FIG. 5 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.
Will intersect at an angle of.

【0030】このような流路基板3に形成される流路用
溝6は発熱体基板2と積層した状態で断面台形状となる
ような形状とされるが、その断面台形状をなす2つの側
面は各々等価な(111)面により傾斜面として形成さ
れ、インク流路において天井面をなす底面は(100)
面により形成されている。ここに、(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、(100)面に対して約54.7°をなす
(111)面が現れ、図5に示すように断面台形状をな
すように拡開した流路用溝6が形成される。このような
断面台形状溝の上部の幅W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、断面台形状溝の深さdは、異方性エッチン
グ時間をコントロールすることにより容易に管理でき
る。さらには、このようなエッチングによって現れた
(111)面は鏡面状態となっており極めて平滑で直線
性のよいものとなる。
The flow channel groove 6 formed on the flow channel substrate 3 has a trapezoidal cross section when laminated with the heating element substrate 2. Each side surface is formed as an inclined surface by an equivalent (111) plane, and the bottom surface forming the ceiling surface in the ink flow path is (100).
Formed by the surface. Here, the (111) plane has an extremely slow etching rate with an alkaline solution such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and humanazine as compared with other crystal planes. When the (100) plane is etched with an alkaline solution, (100) The (111) plane forming about 54.7 ° with respect to the () plane appears, and as shown in FIG. 5, the flow channel groove 6 is formed so as to have a trapezoidal cross section. The width W of the upper portion of such a trapezoidal cross section is determined by the distance between the photoresists at the time of photoetching, and is extremely accurate. Further, the depth d of the trapezoidal cross section can be easily controlled by controlling the anisotropic etching time. Furthermore, the (111) plane that appears by such etching is in a mirror surface state, which is extremely smooth and has good linearity.

【0031】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断面台形状の流
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800〜1200℃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2
6の膜厚はエッチング深さの0.3%程度あれば十分で
ある。
Here, a method of forming a channel groove 6 having a trapezoidal cross section by using an 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 placed in a water vapor atmosphere at, for example, about 800 to 1200 ° C., and the thermal oxide film 26 is formed on the entire surface. Thermal oxide film 2
It is sufficient that the film thickness of 6 is about 0.3% of the etching depth.

【0032】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。
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 plate and developed to develop a photoresist pattern. Get 27.

【0033】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2
7を取り去る。
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, , Photoresist pattern 2
Remove 7

【0034】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(10
0)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3a
の各溝部からは基板3の上面(前述したように、(10
0)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
ように断面台形状となる。
The substrate 3 in such a state is, for example, 5
Etch in potassium hydroxide solution at -40%, 80 ° C. As a result, the etching of the exposed portion 3a proceeds, but the etching progress rate of the (111) plane is
0 to 0.3% of the etching progress rate in the plane
Since it is about the degree, anisotropic etching is performed, and the exposed portion 3a
From the respective groove portions of the upper surface of the substrate 3 (as described above, (10
To 0) plane), an angle of tan ~ 1 √2 (about 54.7 °) (111) plane appears. Eventually, the groove shape of the channel groove 6 formed by etching has a trapezoidal cross section as shown in FIG.

【0035】このような断面台形状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、(100)面のエ
ッチング深さの0.2%程度でしかない。従って、断面
台形状溝の上部の幅(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。
Considering the accuracy of such a trapezoidal cross section, first, the so-called undercut in the lower groove at the end of the thermal oxide film 26 is extremely small, and is about 0.2% of the etching depth of the (100) plane. There is nothing. Therefore, the width (W) of the upper portion of the trapezoidal cross section can be set to an accuracy of about ± 1 μm even if the error of the photomask is taken into consideration.

【0036】最後に、同図(e)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断面台形状なる流路用溝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. 7E, the thermal oxidation film 26 used as the etching mask is removed by an aqueous solution of hydrofluoric acid or the like to form a single crystal in which the channel groove 6 having a trapezoidal cross section is formed. The flow path substrate 3 is made of only 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.

【0037】このように異方性エッチングにより断面台
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 groove 6 formed in the trapezoidal cross section by the anisotropic etching as described above is bonded to the heating element substrate 2 on which the heater 8 and the like are formed as described above. Alternatively, they are pressed into 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.

【0038】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、台形状の吐出ノズル28a
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用の台形状
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。或いは、上記のような樹脂板をヘッドチップ1の
切断面に接合させた後に、エキシマレーザを照射して吐
出ノズル28aを形成するようにしてもよい。このよう
にすれば、流路(流路用溝6)と吐出ノズル28aとを
整合させる点に関する煩雑さから解放されるものとな
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 of forming the ink ejection nozzle 5, as described above, the surface cut by the dicing saw is directly used as the ink ejection nozzle surface.
For example, as shown in FIG. 8, a trapezoidal ejection nozzle 28a
It is also possible to separately prepare the nozzle plate 28 on which the above is formed and to join this to the end surface of the head chip 1. Such a nozzle plate 28 is made of, for example, a resin plate (having a thickness of about 10 to 50 μm) such as polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene oxide, and polypropylene.
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 trapezoidal mask pattern for the discharge 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. Alternatively, the discharge nozzle 28a may be formed by irradiating an excimer laser after the resin plate as described above is bonded to the cut surface of the head chip 1. By doing so, the complexity of aligning the flow path (flow path groove 6) with the discharge nozzle 28a is released. In addition, 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 channel in the cut surface of the head chip 1. In any case, according to the head structure in which the nozzle plate 28 is separately provided as described above, compared with the structure shown in FIG.
The stability of ink ejection is high.

【0039】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.

【0040】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、断面台形状の流路用溝6と
ともに、共通液室領域7も同一の異方性エッチング工程
により同時に同じ深さに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、流路用溝6と
共通液室領域7となる凹部を形成するためのパターンは
1つのフォトマスク上に形成され、1回のみのフォトリ
ソ〜エッチングプロセスによって、図1に示すような流
路基板3が形成されるものである(ただし、インク流入
口4は、基本的には、後述するように別工程で形成され
る)。
With this basic structure, in this embodiment, single crystal Si cut out in the crystal orientation plane of the (100) plane is used.
The channel substrate 3 according to 1 is particularly characterized in that the common liquid chamber region 7 is formed at the same depth at the same time by the same anisotropic etching process together with the channel groove 6 having a trapezoidal cross section. That is, in the flow channel substrate 3, the pattern for forming the flow channel groove 6 and the concave portion which becomes the common liquid chamber region 7 is formed on one photomask, and the pattern is formed by only one photolithography-etching process. The flow path substrate 3 as shown in 1 is formed (however, the ink inlet 4 is basically formed in a separate step as described later).

【0041】ここに、本実施例の一つの重要点は、異方
性エッチングに用いるエッチング液を適切に選定するこ
とである。前述したように、流路用溝6及び共通液室領
域7の異方性エッチングを行なうためのエッチング液と
しては、一般に、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、
ヒドラジンの水溶液、或いは、エチレンシアミンとピロ
カテコールと水との混合液などが用いられるが、これら
のエッチング溶液を用いた場合、一般に、そのエッチン
グ面(即ち、(100)面)は滑らかではなく、ザラザ
ラした面となる。反面、両側面なる等価な(111)面
は鏡面状態なる非常に滑らかな面として形成される。こ
こに、流路用溝6の底面なる(100)面や共通液室領
域7の天井面なる(100)面もザラザラした面である
より、(111)面と同様に鏡面状態であることがイン
ク流れをスムーズにするためには好ましいと考えられ
る。そこで、各種エッチング液を検討した結果、水酸化
テトラメチルアンモニウム水溶液によるエッチングによ
って流路用溝6及び共通液室領域7に関して鏡面状態の
(100)面が得られることを見出したものである。
Here, one of the important points of this embodiment is to properly select the etching solution used for anisotropic etching. As described above, the etching liquid for anisotropically etching the channel groove 6 and the common liquid chamber region 7 is generally sodium hydroxide, potassium hydroxide,
An aqueous solution of hydrazine or a mixed solution of ethylenecyamine, pyrocatechol, and water is used, but when these etching solutions are used, the etching surface (that is, the (100) surface) is generally not smooth. , It has a rough surface. On the other hand, the equivalent (111) planes on both sides are formed as a very smooth surface which is a mirror surface. Here, the (100) surface that is the bottom surface of the flow channel groove 6 and the (100) surface that is the ceiling surface of the common liquid chamber region 7 are not rough surfaces, but may be mirror-like surfaces like the (111) surface. It is considered preferable for smoothing the ink flow. Then, as a result of studying various etching solutions, it was found that etching with an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide gives a mirror surface (100) surface for the channel groove 6 and the common liquid chamber region 7.

【0042】そこで、本実施例では、異方性エッチング
用のエッチング液として、前述したような水酸化ナトリ
ウム水溶液を用いて形成した流路基板3と、水酸化テト
ラメチルアンモニウム水溶液を用いて形成した流路基板
3とを使用して、2種類のヘッドチップ1を試作し、そ
れらのインク噴射性能を以下の実験1として比較してみ
た。
Therefore, in this embodiment, the flow path substrate 3 formed by using the above-mentioned sodium hydroxide aqueous solution and the tetramethylammonium hydroxide aqueous solution are formed as the etching liquid for anisotropic etching. Two types of head chips 1 were prototyped using the flow path substrate 3 and their ink ejection performances were compared as Experiment 1 below.

【0043】(実験1) 試作したヘッドチップ ・図2に示したようなヘッドチップ1で、流路基板3と
しては、20%の水酸化ナトリウム水溶液で80℃,1
0分エッチングしたものと、22%の水酸化テトラメチ
ルアンモニウム水溶液で90℃,8分エッチングしたも
のとの2種類を用いた。流路用溝6の(100)面及び
共通液室領域7の(100)面の表面粗さに関して、前
者は粗くザラザラしていたのに対し、後者は滑らかな鏡
面状態に仕上がっていたものである。 ・ノズルサイズ:上底24μm、下底59μm、深さ2
4.7μmの台形 ・ヒータサイズ:35μm×160μm(抵抗値は12
0.5Ω) ・ノズル配列密度:300dpi ・ノズル数:64個 使用したインク ・グリセリン18%、エチルアルコール4.8%、水7
5%、C.I.ダイレクトブラック154(染料)2.
2%なる組成のもの ヘッド駆動条件 ・駆動電圧Vo =28V ・駆動パルス幅Pw =6μs この実験1によれば、水酸化ナトリウム水溶液でエッチ
ングして形成した流路基板3を用いたヘッドチップ1の
場合には、ジェット速度がVj =11.8m/sとな
り、安定して連続噴射を行なえる駆動周波数の上限がF
o =4kHzに留まったのに対し、水酸化テトラメチル
アンモニウム水溶液でエッチングして形成した流路基板
3を用いたヘッドチップ1の場合には、ジェット速度が
j =15.2m/sとなり、安定して連続噴射を行な
える駆動周波数の上限もFo =7kHzとなったもので
ある。
(Experiment 1) Prototype Head Chip: The head chip 1 as shown in FIG. 2 was used. The flow path substrate 3 was a 20% sodium hydroxide aqueous solution at 80 ° C. for 1 hour.
Two types were used: one that was etched for 0 minutes and one that was etched with a 22% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution at 90 ° C. for 8 minutes. Regarding the surface roughness of the (100) surface of the flow channel groove 6 and the (100) surface of the common liquid chamber region 7, the former was rough and rough, whereas the latter was finished in a smooth mirror surface state. is there.・ Nozzle size: Upper bottom 24 μm, lower bottom 59 μm, depth 2
Trapezoid of 4.7 μm ・ Heater size: 35 μm × 160 μm (resistance value is 12
0.5Ω) ・ Nozzle array density: 300dpi ・ Number of nozzles: 64 Ink used ・ Glycerin 18%, Ethyl alcohol 4.8%, Water 7
5%, C.I. I. Direct Black 154 (dye) 2.
2% composition Head drive conditions-Drive voltage V o = 28 V-Drive pulse width P w = 6 μs According to this Experiment 1, a head chip using the flow path substrate 3 formed by etching with an aqueous solution of sodium hydroxide is used. In the case of 1, the jet velocity becomes V j = 11.8 m / s, and the upper limit of the drive frequency that enables stable continuous injection is F
While o = 4 kHz, in the case of the head chip 1 using the flow path substrate 3 formed by etching with an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide, the jet velocity becomes V j = 15.2 m / s, The upper limit of the driving frequency that allows stable continuous injection is also F o = 7 kHz.

【0044】このような結果によれば、異方性エッチン
グにより形成する流路用溝6及び共通液室領域7の(1
00)面も(111)面と同様に滑らかな鏡面状態に仕
上げたほうが、ジェット速度が速くなり、これにより噴
射が安定し、かつ、連続して噴射させる場合も、その安
定噴射させ得る連続駆動周波数の上限も高くし得るので
高速噴射に適したものであることが分かる。
According to these results, the channel groove 6 and the common liquid chamber area 7 (1
Like the (111) plane, the (00) plane has a smoother mirror finish, which results in a higher jet velocity, which stabilizes the jetting, and when continuous jetting is performed, continuous driving that enables stable jetting It can be seen that the upper limit of the frequency can be set to be high, which is suitable for high-speed injection.

【0045】さらに、本実施例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
な断面台形状の流路用溝6とこれらの流路用溝6に連通
した共通液室領域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、(10
0)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, the 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 this embodiment will be described. In the present invention, as described above, a plurality of parallel channel trapezoidal flow channel grooves 6 and these flow channel grooves 6 are used by using the Si wafer cut out in the crystal orientation plane of the (100) plane. The flow path substrate 3 is formed by anisotropically etching the common liquid chamber region 7 communicating with the above, and is laminated on the mating heating element substrate 2, and then the nozzle portion is cut out by dicing. . 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, the substrate material for the heating element substrate 2 is (10
The single crystal Si wafer cut out in the crystal orientation plane of the (0) plane is used.

【0046】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.

【0047】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2)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 2) Using a Si wafer having a diameter of 5 inches and having a thickness of 0.5 mm and having a crystal orientation plane on the (100) plane,
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.

【0048】(実験3)実験2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 3) The same dicing saw as in Experiment 2,
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.

【0049】以上の実験2,3の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 results of Experiments 2 and 3 described above, when dicing a Si 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 this embodiment, the heating element substrate 2 and the flow path substrate 3 are used.
In both cases, a Si wafer cut out in the same azimuth plane is used, and both substrates 2 and 3 are diced in the same crystal axis direction to complete the head chip 1 and improve the yield. It was done like this.

【0050】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.

【0051】この点に関する具体例を比較例と対比して
示す。 (具体例)具体例として、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×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2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本分の断面台形状の流路用溝6と共通液室領域
7とを異方性エッチングにより同時に形成した流路基板
3を作製した。なお、異方性エッチング時のエッチング
液は実験1で示した水酸化テトラメチルアンモニウム水
溶液を用いるものとした。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2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1
mmとし、ブレード送り速度を0.3mm/sとした以外
は、実験2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) As a specific example, first, a heating element substrate in which 128 elements are arranged at 400 dpi 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. 2 was produced. The tip is 7 mm x 10 mm
The size was set to 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 2 described above, and made into chips. 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, a channel substrate 3 was prepared in which 128 channels having a trapezoidal cross section and a common liquid chamber region 7 were simultaneously formed by anisotropic etching. The tetramethylammonium hydroxide aqueous solution shown in Experiment 1 was used as the etching solution for anisotropic etching. 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 2 described above, and made into chips. 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 the heater 8
Dicing was performed at a position of 100 μm downstream from the portion in the <110> axis 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 and the cutting depth is 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.

【0052】(比較例)具体例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1
5°ずれた方向)に、具体例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) Twenty laminates identical to those produced in the specific example were prepared, and in the region of the flow channel, the direction not perpendicular to the flow channel groove 6 (here, about 1 from the vertical direction).
When dicing was performed in the same cutting depth as in the case of the specific example in a direction shifted by 5 °), all 20 laminates were damaged.

【0053】さらに、本実施例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 this embodiment will be described. In this embodiment, the substrate material of the flow path substrate 3 is made of Si of (100) plane.
Considering the fact that a wafer is used, the ink inlet 4 for supplying ink to the common liquid chamber area 7 also has the (100) plane, that is, the ceiling surface 7a of the common liquid chamber area 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.

【0054】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.

【0055】つづいて、請求項5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 5 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.

【0056】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。ここ
に、レーザ加工は異方性エッチングに比べるとやや精度
が劣るものの、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. Here, although the laser processing is slightly less accurate than the anisotropic etching, it is possible to easily open in a short time,
Low cost and suitable for mass production. The laser processing machine is preferably a carbon dioxide laser or the like.

【0057】さらに、請求項6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 6 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) of the same figure)
The reference portion) is also formed with a concave portion, and these are used as the ink inlet 30.

【0058】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.

【0059】[0059]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、流路基板
に関して断面台形状の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1回のエッチング工程で短時間・低コストにして
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る。
According to the first aspect of the present invention, a plurality of parallel channel grooves each having a trapezoidal cross section with respect to the channel substrate and the common liquid chamber region are cut in the crystal orientation plane of the (100) plane. Since it is formed by anisotropic etching using the single crystal silicon wafer that has been taken out, the characteristics of anisotropic etching can be utilized to make highly accurate fabrication in a short time and at low cost in a single etching process. In addition, both side surfaces of the channel groove are made very smooth, which is convenient for the channel of the inkjet head.

【0060】特に、請求項2記載の発明によれば、流路
用溝及び共通液室領域の(100)面がエッチング液を
適切に選定することにより鏡面状態に仕上げるようにし
たので、流路全体を滑らかなものとし、インクの流れを
スムーズなものとすることができ、ジェット速度を向上
させて噴射を安定させることができ、かつ、噴射の連続
駆動周波数の上限もより高くでき、高速印写に適したも
のとすることができる。
In particular, according to the second aspect of the invention, since the groove for channel and the (100) surface of the common liquid chamber region are made to be mirror-finished by appropriately selecting the etching liquid, The whole can be made smooth, the flow of ink can be made smooth, the jet speed can be improved to stabilize the jetting, and the upper limit of the continuous drive frequency of jetting can be made higher, and high-speed printing can be performed. It can be suitable for copying.

【0061】加えて、請求項3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 third 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.

【0062】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 fourth aspect of the invention, since the ink inlet to the common liquid chamber region is formed as an opening by anisotropic etching from the back surface side to the ceiling surface, sufficient ink supply is possible. The large-diameter ink inlet can be formed with high accuracy.

【0063】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 fifth aspect of the present invention, since the ink inlet port for the common liquid chamber region is formed as the opening for the ceiling surface by laser processing, the ink can be sufficiently supplied in a short time by a simple laser processing method. A large-diameter ink inlet that can be supplied can be formed.

【0064】請求項6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 sixth aspect of the present invention, since the ink inlet for the common liquid chamber region is formed as a concave portion 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1〜4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 4.

【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. 9 is a perspective view of a flow path substrate showing an embodiment of the invention according to claim 5;

【図10】請求項6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 according to claim 6;

【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 side wall portion 9,10 electrode 21 heat storage layer 22 heat generation layer 23 protective layer 29, 30 ink inlet

Claims (6)

【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り2つの等価な
(111)面と1つの(100)面とで形成される断面
台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(100)面による天井面を有して
前記流路用溝と同等の深さの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 channel grooves each having a trapezoidal cross section and formed by two equivalent (111) planes and one (100) plane by anisotropic etching on a silicon wafer; A flow having a common liquid chamber region which is in communication with a ceiling surface of (100) face and has a depth equivalent to that of the channel groove, and an ink inflow port for flowing ink into the common liquid chamber region. A thermal ink jet head comprising a path substrate, wherein the heat generating substrate and the flow channel substrate are laminated so that a heat generating surface and a groove surface face each other.
【請求項2】 流路用溝及び共通液室領域の(100)
面を鏡面状態に仕上げ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 flow path groove and a common liquid chamber region (100)
The thermal inkjet head according to claim 1, wherein the surface is finished to be a mirror surface.
【請求項3】 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又は
2記載のサーマルインクジェットヘッド。
3. A substrate of the 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 or 2, wherein the thermal inkjet head is formed in the axial direction.
【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1,2
又は3記載のサーマルインクジェットヘッド。
4. The ink inflow port is an opening formed by anisotropic etching from the back surface side of the ceiling surface of the common liquid chamber region of the flow path substrate.
Alternatively, the thermal inkjet head described in 3.
【請求項5】 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1,2又は3記載のサーマ
ルインクジェットヘッド。
5. 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6】 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1,2又は3記載の
サーマルインクジェットヘッド。
6. 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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