JPH078570B2 - インクジェット式印字ヘッド及びその製造方法 - Google Patents
インクジェット式印字ヘッド及びその製造方法Info
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- JPH078570B2 JPH078570B2 JP61212529A JP21252986A JPH078570B2 JP H078570 B2 JPH078570 B2 JP H078570B2 JP 61212529 A JP61212529 A JP 61212529A JP 21252986 A JP21252986 A JP 21252986A JP H078570 B2 JPH078570 B2 JP H078570B2
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- B41J2/17563—Ink filters
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、インクジェット式印字装置、より詳細には内
蔵インク・フィルタを備えたサーマル・インクジェット
式印字ヘッドとその製造方法に関するものである。
蔵インク・フィルタを備えたサーマル・インクジェット
式印字ヘッドとその製造方法に関するものである。
（従来の技術） 一般に、ドロップオンデマンド形サーマル・インクジェ
ット式印字装置は、熱エネルギー・パルスを使用してイ
ンクの満ちたチャンネル内に気泡を発生させ、チャンネ
ルのノズルからインク滴を噴射させるようになってい
る。この方式のインクジェット式印字は、サーマル・イ
ンクジェット式印字またはバルブ・インクジェット式印
字と呼ばれ、これが本発明の対象である。従来のサーマ
ル・インクジェット式プリンタでは、米国特許第4,463,
359号に開示されているように、その印字ヘッドは一端
に比較的小さいインク供給室に通じている１個またはそ
れ以上のインクの満ちたチャンネルを有し、他端にノズ
ルと呼ばれるオリフィスを有している。熱エネルギー発
生供給、通例、発熱抵抗体は、チャンネル内に、ノズル
に近い所定の距離に配置されている。発熱抵抗体が電流
パルスで個別にアドレスされると、インクが瞬時に沸騰
してインク滴を噴出させる気泡が発生する。気泡が増大
すると、インクはノズルから膨れ、インクの表面張力に
よって凸状（メニスカス）になる。気泡が収縮し始める
と、ノズルと気泡の間のチャンネル内のインクが、収縮
する気泡に向って動き始め、ノズルの所で体積のくずれ
が生じるので、凸状のインクが分離して滴になる。気泡
が増大しているとき、ノズルの中から外にインクが加速
され、運動量と速度が与えられた滴は、記録媒体たとえ
ば紙に向ってほぼ一直線に進む。
ット式印字装置は、熱エネルギー・パルスを使用してイ
ンクの満ちたチャンネル内に気泡を発生させ、チャンネ
ルのノズルからインク滴を噴射させるようになってい
る。この方式のインクジェット式印字は、サーマル・イ
ンクジェット式印字またはバルブ・インクジェット式印
字と呼ばれ、これが本発明の対象である。従来のサーマ
ル・インクジェット式プリンタでは、米国特許第4,463,
359号に開示されているように、その印字ヘッドは一端
に比較的小さいインク供給室に通じている１個またはそ
れ以上のインクの満ちたチャンネルを有し、他端にノズ
ルと呼ばれるオリフィスを有している。熱エネルギー発
生供給、通例、発熱抵抗体は、チャンネル内に、ノズル
に近い所定の距離に配置されている。発熱抵抗体が電流
パルスで個別にアドレスされると、インクが瞬時に沸騰
してインク滴を噴出させる気泡が発生する。気泡が増大
すると、インクはノズルから膨れ、インクの表面張力に
よって凸状（メニスカス）になる。気泡が収縮し始める
と、ノズルと気泡の間のチャンネル内のインクが、収縮
する気泡に向って動き始め、ノズルの所で体積のくずれ
が生じるので、凸状のインクが分離して滴になる。気泡
が増大しているとき、ノズルの中から外にインクが加速
され、運動量と速度が与えられた滴は、記録媒体たとえ
ば紙に向ってほぼ一直線に進む。
米国特許第4,463,359号は、手管作用で供給される１個
またそれ以上のインク・チャンネルを有するサーマル・
インクジェット式プリンタを開示している。各ノズルに
生じたメニスカス（表面張力によって凸状または凹状に
なること）が、ノズルからインクが流出するのを阻止す
る作用をする。発熱抵抗体、すなわち加熱器は、各チャ
ンネル内のノズルから所定の距離に配置されている。
またそれ以上のインク・チャンネルを有するサーマル・
インクジェット式プリンタを開示している。各ノズルに
生じたメニスカス（表面張力によって凸状または凹状に
なること）が、ノズルからインクが流出するのを阻止す
る作用をする。発熱抵抗体、すなわち加熱器は、各チャ
ンネル内のノズルから所定の距離に配置されている。
データ信号を表わす電流パルスが発熱抵抗体に加えられ
ると、抵抗体に接触しているインクが瞬時に沸騰して、
各電流パルスに対し１つの気泡が発生する。気泡の増大
により、一定量のインクがノズルの外に膨れ、気泡の収
縮が始まると、滴にちぎれ、その結果、各ノズルからイ
ンク滴が噴射される。各インク滴が噴射されたあと、メ
ニスカスが破れてチャンネルの中に後退しすぎないよう
に、電流パルスの形が決められている。サーマル・イン
クジェット装置の直線アレイの種々の実施例として、た
とえば、ヒートシンク基板の上下に直接アレイがジグザ
グに配置されたものや多色印刷のため種々のカラー・イ
ンクを有するものが開示されている。ある実施例では、
両端にノズルを有する比較的短かいチャンネルの中央に
発熱抵抗体が配置されている。開端のチャンネルに接続
されて別の通路はチャンネルに対し垂直でＴ形構造を形
成している。インクはこの通路から毛管作用で開端チャ
ンネルに供給される。したがって、開端チャンネルの中
で気泡を発生させれば、２つの異なる記憶媒体を同時に
印字することができる。
ると、抵抗体に接触しているインクが瞬時に沸騰して、
各電流パルスに対し１つの気泡が発生する。気泡の増大
により、一定量のインクがノズルの外に膨れ、気泡の収
縮が始まると、滴にちぎれ、その結果、各ノズルからイ
ンク滴が噴射される。各インク滴が噴射されたあと、メ
ニスカスが破れてチャンネルの中に後退しすぎないよう
に、電流パルスの形が決められている。サーマル・イン
クジェット装置の直線アレイの種々の実施例として、た
とえば、ヒートシンク基板の上下に直接アレイがジグザ
グに配置されたものや多色印刷のため種々のカラー・イ
ンクを有するものが開示されている。ある実施例では、
両端にノズルを有する比較的短かいチャンネルの中央に
発熱抵抗体が配置されている。開端のチャンネルに接続
されて別の通路はチャンネルに対し垂直でＴ形構造を形
成している。インクはこの通路から毛管作用で開端チャ
ンネルに供給される。したがって、開端チャンネルの中
で気泡を発生させれば、２つの異なる記憶媒体を同時に
印字することができる。
米国特許第4,275,290号はインク溜めの水平壁面に複数
のオリフィスを有する熱活性インク液（thermally acti
vated liquid ink）式印字ヘッドを開示している。動作
中、電流パルスは、選択された各オリフィスを囲んでい
る発熱抵抗体を加熱して非導電性インクを沸騰させる。
その蒸気はインク溜めの上方に間隔をおいて平行に置か
れた紙などの記録媒体の上に凝結するので、画素すなわ
ちピクゼルを表わす黒点または着色点が生じる。代り
に、インクの部分的沸騰によってインクをオリフィスの
上に押し気泡で与えられる圧力によってインクを移動さ
せることができる。また、インクを部分的、または完全
に沸騰させる代りに、インクの表面張力を下げることに
よってインクをオリフィスから流出させることができ
る。すなわち、オリフィス内でインクを加熱すると、表
面張力係数が低下してメニスカスの曲率が増大するの
で、最後には紙面に達して点が印字される。インクに変
動圧力を加えるために、インク溜めに振動装置を取り付
けることができる。発熱抵抗体に対する電流パルスは、
振動によって生じる最大圧力に一致している。
のオリフィスを有する熱活性インク液（thermally acti
vated liquid ink）式印字ヘッドを開示している。動作
中、電流パルスは、選択された各オリフィスを囲んでい
る発熱抵抗体を加熱して非導電性インクを沸騰させる。
その蒸気はインク溜めの上方に間隔をおいて平行に置か
れた紙などの記録媒体の上に凝結するので、画素すなわ
ちピクゼルを表わす黒点または着色点が生じる。代り
に、インクの部分的沸騰によってインクをオリフィスの
上に押し気泡で与えられる圧力によってインクを移動さ
せることができる。また、インクを部分的、または完全
に沸騰させる代りに、インクの表面張力を下げることに
よってインクをオリフィスから流出させることができ
る。すなわち、オリフィス内でインクを加熱すると、表
面張力係数が低下してメニスカスの曲率が増大するの
で、最後には紙面に達して点が印字される。インクに変
動圧力を加えるために、インク溜めに振動装置を取り付
けることができる。発熱抵抗体に対する電流パルスは、
振動によって生じる最大圧力に一致している。
特許出願昭49−51160号（特公昭56−007874号）は、１
個またはそれ以上のノズルすなわちオリフィスを有する
インクジェット・ノズル板を製造する方法を開示してい
る。その方法は、低抵抗シリコン基板の上に高抵抗シリ
コン単結晶層を生成させること、高抵抗シリコン単結晶
を形成すべき円錐状オリフィスのエッチング・パターン
を有する窒化珪素（Si3N4）でマスクすること、高抵抗
シリコンを結晶軸依存性エッチング液で腐食させ円錐状
孔を形成すること、高抵抗シリコンの表面を酸化させる
こと、および低抵抗シリコンを除去すること、の工程か
ら成っている。
個またはそれ以上のノズルすなわちオリフィスを有する
インクジェット・ノズル板を製造する方法を開示してい
る。その方法は、低抵抗シリコン基板の上に高抵抗シリ
コン単結晶層を生成させること、高抵抗シリコン単結晶
を形成すべき円錐状オリフィスのエッチング・パターン
を有する窒化珪素（Si3N4）でマスクすること、高抵抗
シリコンを結晶軸依存性エッチング液で腐食させ円錐状
孔を形成すること、高抵抗シリコンの表面を酸化させる
こと、および低抵抗シリコンを除去すること、の工程か
ら成っている。
米国特許第4,362,599号は、高電圧半導体素子を作る方
法を開示している。その半導体素子は、（100）結晶面
の表面を有する導体タイプのシリコン基板を製作するこ
と、（100）結晶軸に平行な辺を有する長方形窓をあけ
ること、長方形窓の内部を異方性エッチング液で腐食さ
せシリコン基板に凹部を形成すること、酸化膜を除去
し、基板の全表面に基板のそれとは反対の導体タイプの
シリコンのエピタキシャル層を生成させること、および
凹部をマスクし、エピタキシャル層を異方性エッチング
液で腐食させエピタキシャル層の表面を平坦にすること
の諸工程によって製造される。大部分の半導体素子は、
平坦にされたエピタキシャル層の上に作られる。
法を開示している。その半導体素子は、（100）結晶面
の表面を有する導体タイプのシリコン基板を製作するこ
と、（100）結晶軸に平行な辺を有する長方形窓をあけ
ること、長方形窓の内部を異方性エッチング液で腐食さ
せシリコン基板に凹部を形成すること、酸化膜を除去
し、基板の全表面に基板のそれとは反対の導体タイプの
シリコンのエピタキシャル層を生成させること、および
凹部をマスクし、エピタキシャル層を異方性エッチング
液で腐食させエピタキシャル層の表面を平坦にすること
の諸工程によって製造される。大部分の半導体素子は、
平坦にされたエピタキシャル層の上に作られる。
米国特許第4,106,976号は、シリコンなどの単結晶基板
の平坦な表面の上に二酸化シリコンまたは窒化シリコン
などの一様な非有機薄膜材料層を形成すること、薄膜の
ある表面の反対側の表面から基板を腐食させて貫通孔を
形成すること、および薄膜を腐食させて基板の孔と同心
のオリフィスを形成すること、の諸工程から成るノズル
・アレイ構造製造方法を開示している。基板の両表面は
平行であり、（100）結晶軸方向に向いている。
の平坦な表面の上に二酸化シリコンまたは窒化シリコン
などの一様な非有機薄膜材料層を形成すること、薄膜の
ある表面の反対側の表面から基板を腐食させて貫通孔を
形成すること、および薄膜を腐食させて基板の孔と同心
のオリフィスを形成すること、の諸工程から成るノズル
・アレイ構造製造方法を開示している。基板の両表面は
平行であり、（100）結晶軸方向に向いている。
米国特許第4,157,935号は、表面が平行でないシリコン
・ウェーハからインクジェット式プリンタの印字ノズル
アレイを製造する方法を開示している。その方法は、マ
スクを通してウェーハを光源にさらすこと（ウェーハ構
造に対し所定の角度で光源から円柱光を送り、光源とウ
ェーハとの管に相対運動を生じさせる）、非露出領域の
みが異方性エッチングを受けるようにウェーハを処理す
ること、およびウェーハを異方性エッチングしてマスク
に対応する一様なオリフィスを生じさせること、の諸工
程から成っている。
・ウェーハからインクジェット式プリンタの印字ノズル
アレイを製造する方法を開示している。その方法は、マ
スクを通してウェーハを光源にさらすこと（ウェーハ構
造に対し所定の角度で光源から円柱光を送り、光源とウ
ェーハとの管に相対運動を生じさせる）、非露出領域の
みが異方性エッチングを受けるようにウェーハを処理す
ること、およびウェーハを異方性エッチングしてマスク
に対応する一様なオリフィスを生じさせること、の諸工
程から成っている。
IBM Technical Disclosure Bulletin.Vol.21、No.6（19
78年11月）は、（100）結晶軸方向のシリコン・ウェー
ハの両面に相互に垂直な溝をディファレンシャル・エッ
チングすることを開示している。溝の深さがウェーハの
厚さの半分になると、ノズル・アレイが形成される。
78年11月）は、（100）結晶軸方向のシリコン・ウェー
ハの両面に相互に垂直な溝をディファレンシャル・エッ
チングすることを開示している。溝の深さがウェーハの
厚さの半分になると、ノズル・アレイが形成される。
アーネストバッサウス（Ernest Bassous）の論文「（11
0）および（110）シリコンの異方性エッチングによる新
規な三次元微細構造の製造」IEEE Transactions on Ele
ctron Devices.Vol.ED−25、No.10、（1978年10月）
は、（100）および（110）結晶方向の単結晶シリコンの
異方性エッチングと三種類の微細構造、すなわち（１）
インクジェット・ノズルとして使用される薄膜内の高精
度円形オリフィス、（２）極低温使用に適している８個
の面から成る空胴を有する多受口小形電気コネクタ、
（３）（100）および（110）シリコン内の多重チャンネ
ルの製造、を論じている。上記の構造のいくつかを作る
ために、シリコン・ウェーハと燐ガラスとを溶着する新
規な接合技術が開発された円形オリフィスを有する薄膜
型ノズルは、エッチング液の中で濃くドーピングされた
P+シリコンの耐食性を利用するプロセスと開孔を異方性
エッチングするプロセスとを組み合わせて製作されてい
る。
0）および（110）シリコンの異方性エッチングによる新
規な三次元微細構造の製造」IEEE Transactions on Ele
ctron Devices.Vol.ED−25、No.10、（1978年10月）
は、（100）および（110）結晶方向の単結晶シリコンの
異方性エッチングと三種類の微細構造、すなわち（１）
インクジェット・ノズルとして使用される薄膜内の高精
度円形オリフィス、（２）極低温使用に適している８個
の面から成る空胴を有する多受口小形電気コネクタ、
（３）（100）および（110）シリコン内の多重チャンネ
ルの製造、を論じている。上記の構造のいくつかを作る
ために、シリコン・ウェーハと燐ガラスとを溶着する新
規な接合技術が開発された円形オリフィスを有する薄膜
型ノズルは、エッチング液の中で濃くドーピングされた
P+シリコンの耐食性を利用するプロセスと開孔を異方性
エッチングするプロセスとを組み合わせて製作されてい
る。
米国特許第4,438,191号は、多数個部品組立を作るため
接着剤を使う必要のない一体構造のバブル駆動インクジ
ェット式印字ヘッドを製造する方法を開示している。そ
の方法による層構造は、標準形集積回路とプリント回路
処理技術によって製作することが可能である。基本的に
は、バブル発生用発熱抵抗体と個別にアドレスされる電
極を有する基板の内部に、通常の半導体処理によってイ
ンク室とノズルが形成される。
接着剤を使う必要のない一体構造のバブル駆動インクジ
ェット式印字ヘッドを製造する方法を開示している。そ
の方法による層構造は、標準形集積回路とプリント回路
処理技術によって製作することが可能である。基本的に
は、バブル発生用発熱抵抗体と個別にアドレスされる電
極を有する基板の内部に、通常の半導体処理によってイ
ンク室とノズルが形成される。
（発明の目的と構成） 本発明の第１の目的は、フィルタを印字ヘッド内に配置
することによって最大の効果が得られる、インクジェッ
ト式印字ヘッドのインク濾過装置を提供することであ
る。
することによって最大の効果が得られる、インクジェッ
ト式印字ヘッドのインク濾過装置を提供することであ
る。
本発明の第２の目的は、フィルタの全流れ断面積を印字
ヘッドのノズルのそれよりも大きくすることによって印
字ヘッドを通るインクの流れが妨げられないようにする
ことである。
ヘッドのノズルのそれよりも大きくすることによって印
字ヘッドを通るインクの流れが妨げられないようにする
ことである。
本発明の第３の目的は、最小限のコスト上昇で、内部に
一体構造のフィルタが組み入れられた印字ヘッドを提供
することである。
一体構造のフィルタが組み入れられた印字ヘッドを提供
することである。
本発明の第４の目的は、各々が複数組のインク・チャン
ネルおよび関連するマニホルドと内蔵濾過装置を有し、
各チャンネルが最大1000点／インチ（spi）の画素密度
に対応するピッチ、すなわち中心間距離と高度に一様な
寸法と形状を有している構造チャンネル板を一括製造す
る方法、および１枚のチャンネル板と１枚の発熱要素基
板とを重ね合せ、相互に接着して、内蔵フィルタを有す
る複数の印字ヘッドを形成するために、複数の基板の上
に複数組の発熱要素とアドレス電極を一括製造する方法
を提供することである。
ネルおよび関連するマニホルドと内蔵濾過装置を有し、
各チャンネルが最大1000点／インチ（spi）の画素密度
に対応するピッチ、すなわち中心間距離と高度に一様な
寸法と形状を有している構造チャンネル板を一括製造す
る方法、および１枚のチャンネル板と１枚の発熱要素基
板とを重ね合せ、相互に接着して、内蔵フィルタを有す
る複数の印字ヘッドを形成するために、複数の基板の上
に複数組の発熱要素とアドレス電極を一括製造する方法
を提供することである。
本発明の第５の目的は、最初にウェーハに異方性エッチ
ングを行ない、次に、等方性エッチングを行ない、最後
に、第２の異方性エッチング処理を行なうことにより、
シリコン・ウェーハの上にチャンネル板を一括製造する
方法を提供することである。
ングを行ない、次に、等方性エッチングを行ない、最後
に、第２の異方性エッチング処理を行なうことにより、
シリコン・ウェーハの上にチャンネル板を一括製造する
方法を提供することである。
かかる目的を達成する本発明のインクジェット式印字ヘ
ッドは、第１基板と第２基板とから成り、第１基板の一
方の表面には、線形に配列された複数の発熱要素と、各
発熱要素毎に設けらた複数のアドレス電極と、発熱要素
と電極とを覆うパッシベーション層とが設けられてお
り、第２基板の一方の表面には複数の凹部が形成されて
おり、該凹部には、線形に配列された複数の平行なチャ
ンネル凹部と１つの共通マニホルド凹部と１つの内部隔
室凹部と複数の濾過通路凹部とが含まれ、チャンネル凹
部の各々の一端は該第２基板の縁部に開口し且つ他端は
マニホルド凹部に通じており、内部隔室凹部はマニホル
ド凹部の内側の壁によって包囲されて形成されており、
濾過通路凹部は、内部隔室とマニホルドとを連通するよ
うに、隔室壁に直交して貫通するように形成されてお
り、第２基板には、該基板を貫通し、一端が内部隔室凹
部の中に入りこんでいる充てん孔が設けられており、発
熱要素とアドレス電極とが形成された第１基板の前記表
面と、凹部が形成された第２基板の前記表面とが、チャ
ンネルの各々が対応する発熱要素を、インク滴噴射ノズ
ルとなるチャンネル開口端部から所定長さ離れた位置に
有するように、整合して接合されており、所定圧力でイ
ンクを、充てん孔に供給し、充てん孔を通して内部隔室
に流入させ、内部隔室から濾過通路を通してマニホルド
に供給する手段が設けられ、インクは、更にマニホルド
からチャンネルに入って該チャンネルを満たし、各ノズ
ルでメニカスを形成しており、濾過通路の各々の断面積
が各チャンネルの断面積より小さく且つ全濾過通路の総
断面積が全チャンネルの総断面積より大きく形成されて
いて、該濾過通路を通るときインクが濾過されるように
なっており、アドレス電極にデジタルデータ信号を表す
電流パルスを選択的に与える手段が設けられて、パルス
で選択的に付勢された発熱要素のノズルにおいてパッシ
ベーション層で覆われた発熱要素に接触しているインク
を一時的に気化させ、そのノズルからインク滴を噴射さ
せる気泡を発生させることを特徴とする。
ッドは、第１基板と第２基板とから成り、第１基板の一
方の表面には、線形に配列された複数の発熱要素と、各
発熱要素毎に設けらた複数のアドレス電極と、発熱要素
と電極とを覆うパッシベーション層とが設けられてお
り、第２基板の一方の表面には複数の凹部が形成されて
おり、該凹部には、線形に配列された複数の平行なチャ
ンネル凹部と１つの共通マニホルド凹部と１つの内部隔
室凹部と複数の濾過通路凹部とが含まれ、チャンネル凹
部の各々の一端は該第２基板の縁部に開口し且つ他端は
マニホルド凹部に通じており、内部隔室凹部はマニホル
ド凹部の内側の壁によって包囲されて形成されており、
濾過通路凹部は、内部隔室とマニホルドとを連通するよ
うに、隔室壁に直交して貫通するように形成されてお
り、第２基板には、該基板を貫通し、一端が内部隔室凹
部の中に入りこんでいる充てん孔が設けられており、発
熱要素とアドレス電極とが形成された第１基板の前記表
面と、凹部が形成された第２基板の前記表面とが、チャ
ンネルの各々が対応する発熱要素を、インク滴噴射ノズ
ルとなるチャンネル開口端部から所定長さ離れた位置に
有するように、整合して接合されており、所定圧力でイ
ンクを、充てん孔に供給し、充てん孔を通して内部隔室
に流入させ、内部隔室から濾過通路を通してマニホルド
に供給する手段が設けられ、インクは、更にマニホルド
からチャンネルに入って該チャンネルを満たし、各ノズ
ルでメニカスを形成しており、濾過通路の各々の断面積
が各チャンネルの断面積より小さく且つ全濾過通路の総
断面積が全チャンネルの総断面積より大きく形成されて
いて、該濾過通路を通るときインクが濾過されるように
なっており、アドレス電極にデジタルデータ信号を表す
電流パルスを選択的に与える手段が設けられて、パルス
で選択的に付勢された発熱要素のノズルにおいてパッシ
ベーション層で覆われた発熱要素に接触しているインク
を一時的に気化させ、そのノズルからインク滴を噴射さ
せる気泡を発生させることを特徴とする。
また、本発明によれば、一体構造の粒子用フィルタを有
するサーマル・インクジェット式印字ヘッドであって、
一端にノズルを有し且つ他端にインクの入ったマニホル
ドに通じている入口を有する複数のインクチャンネルを
有し、前記フィルタが前記チャンネルの入口にごく近接
しているインクジェット式印字ヘッドを製造する方法が
提供される。かかる方法は、（ａ）第１のシリコン基板
の（100）面のマスク層に写真印刷法で、所定の形状を
有する複数の開孔を形成するようにパターンを形成し、
（ｂ）前記第１シリコン基板に、異方性エッチングと等
方性エッチングと異方性エッチングとを連続して行っ
て、少なくとも前記マニホルドと該マニホルド内に前記
一体構造の粒子用フィルタとを同時にエッチングしつ
つ、前記フィルタの外側の角部分の寸法も制御し、
（ｃ）前記第１基板に等間隔で線形に並列された平行な
複数の溝を、該溝の一端がマニホルドに開口し且つ他端
が第１基板の縁部を貫通するように形成し、（ｄ）第２
のシリコン基板の絶縁性表面に、等間隔で線形に配列さ
れた、発熱要素として使用する複数の抵抗体を、その間
隔が前記第１基板の前記溝間の距離と同じであるように
形成し、また、該第２基板の前記表面に、電流パルスで
各発熱要素を選択的に付勢するのを可能にする複数の電
極のパターンを配置し、（ｅ）マニホルド、フィルタ及
び溝を有する前記第１基板の前記表面と、発熱要素及び
電極を有する第２基板の前記表面とが向かい合うように
第１基板と第２基板とを整合して接合し、該整合及び接
合において、フィルタを有する前記マニホルドが包囲さ
れ、発熱要素の各々が各溝の中にマニホルドから所定の
距離をおき且つ第１基板の縁部を貫通した前記溝の端部
から所定の距離をおいて配置されるようにしており、第
１及び第２基板の接合によって、前記溝から前記インク
チャンネルが形成され、前記第１基板の縁部を貫通する
前記溝部分からノズルが形成されることを特徴とする。
するサーマル・インクジェット式印字ヘッドであって、
一端にノズルを有し且つ他端にインクの入ったマニホル
ドに通じている入口を有する複数のインクチャンネルを
有し、前記フィルタが前記チャンネルの入口にごく近接
しているインクジェット式印字ヘッドを製造する方法が
提供される。かかる方法は、（ａ）第１のシリコン基板
の（100）面のマスク層に写真印刷法で、所定の形状を
有する複数の開孔を形成するようにパターンを形成し、
（ｂ）前記第１シリコン基板に、異方性エッチングと等
方性エッチングと異方性エッチングとを連続して行っ
て、少なくとも前記マニホルドと該マニホルド内に前記
一体構造の粒子用フィルタとを同時にエッチングしつ
つ、前記フィルタの外側の角部分の寸法も制御し、
（ｃ）前記第１基板に等間隔で線形に並列された平行な
複数の溝を、該溝の一端がマニホルドに開口し且つ他端
が第１基板の縁部を貫通するように形成し、（ｄ）第２
のシリコン基板の絶縁性表面に、等間隔で線形に配列さ
れた、発熱要素として使用する複数の抵抗体を、その間
隔が前記第１基板の前記溝間の距離と同じであるように
形成し、また、該第２基板の前記表面に、電流パルスで
各発熱要素を選択的に付勢するのを可能にする複数の電
極のパターンを配置し、（ｅ）マニホルド、フィルタ及
び溝を有する前記第１基板の前記表面と、発熱要素及び
電極を有する第２基板の前記表面とが向かい合うように
第１基板と第２基板とを整合して接合し、該整合及び接
合において、フィルタを有する前記マニホルドが包囲さ
れ、発熱要素の各々が各溝の中にマニホルドから所定の
距離をおき且つ第１基板の縁部を貫通した前記溝の端部
から所定の距離をおいて配置されるようにしており、第
１及び第２基板の接合によって、前記溝から前記インク
チャンネルが形成され、前記第１基板の縁部を貫通する
前記溝部分からノズルが形成されることを特徴とする。
印字ヘッドと娘基板とカートリッジの組合せは、たとえ
ば、紙などの記録媒体の表面を横切って往復動できるよ
うに構成されたインクジェット式プリンタのキャリッジ
に取り付けることができる。別の行を印字するため印字
ヘッドの移動方向が変るたびに所定の距離だけ紙がステ
ップ送りされる。この形態の印字ヘッドノズル・アレイ
は、記録媒体の移動方向と平行しており、キャリッジの
横断方向に対して垂直である。プリンタの制御装置がデ
ジタルデータ信号を受信すると、それに応じて制御装置
から各チャンネル内の発熱要素へ選択的に電流パルスが
印加される。ベージ幅のアレイ構造の場合には、もちろ
ん、アレイは固定して、記録媒体の移動方向に垂直な向
きに、配置され、印字動作中、記録媒体は一定速度で連
続的に移動する。
ば、紙などの記録媒体の表面を横切って往復動できるよ
うに構成されたインクジェット式プリンタのキャリッジ
に取り付けることができる。別の行を印字するため印字
ヘッドの移動方向が変るたびに所定の距離だけ紙がステ
ップ送りされる。この形態の印字ヘッドノズル・アレイ
は、記録媒体の移動方向と平行しており、キャリッジの
横断方向に対して垂直である。プリンタの制御装置がデ
ジタルデータ信号を受信すると、それに応じて制御装置
から各チャンネル内の発熱要素へ選択的に電流パルスが
印加される。ベージ幅のアレイ構造の場合には、もちろ
ん、アレイは固定して、記録媒体の移動方向に垂直な向
きに、配置され、印字動作中、記録媒体は一定速度で連
続的に移動する。
周知のように、電流パルスにより、発熱要素は熱エネル
ギーをインクへ伝達し、インクを沸騰させて瞬時に気泡
を発生させる。発熱要素は電流パルスが通過したあと冷
却し、気泡が収縮する。気泡の発生と膨張によって、イ
ンク滴が発生し、記録媒体に向けて飛ばされる。
ギーをインクへ伝達し、インクを沸騰させて瞬時に気泡
を発生させる。発熱要素は電流パルスが通過したあと冷
却し、気泡が収縮する。気泡の発生と膨張によって、イ
ンク滴が発生し、記録媒体に向けて飛ばされる。
上述のようなインクジェット式プリンタにおいては、印
字用の小さなインク滴を発生させるためには、１〜４平
方ミル（625〜2500平方ミクロン）程度の流れ断面積を
有する非常に細いノズルが必要である。このような微細
ノズルを使用する場合には、汚染粒子でノズルが閉塞さ
れないように、細目の濾過装置を使用する必要がある。
最大の効果を得るには、濾過はノズルの近くで行なわね
ばならないが、インクの流れを妨げてはならない。本発
明は、印字ヘッド自体に濾過装置を一体構造で組み入れ
ることによって前述の諸目的を実現しておき、さらに、
フィルタは特別な処理工程を伴うことなく印字ヘッド内
に一体構造で製造されるので，印字ヘッドの製造コスト
上昇は最小限ですむ。
字用の小さなインク滴を発生させるためには、１〜４平
方ミル（625〜2500平方ミクロン）程度の流れ断面積を
有する非常に細いノズルが必要である。このような微細
ノズルを使用する場合には、汚染粒子でノズルが閉塞さ
れないように、細目の濾過装置を使用する必要がある。
最大の効果を得るには、濾過はノズルの近くで行なわね
ばならないが、インクの流れを妨げてはならない。本発
明は、印字ヘッド自体に濾過装置を一体構造で組み入れ
ることによって前述の諸目的を実現しておき、さらに、
フィルタは特別な処理工程を伴うことなく印字ヘッド内
に一体構造で製造されるので，印字ヘッドの製造コスト
上昇は最小限ですむ。
（実施例） 第１図は、典型的なキャリッジ形多色サーマル・インク
ジェット式印字装置10を示す。インク滴発生チャンネル
の直線アレイは、随時使い捨てることができる各インク
供給キャリッジ12の各印字ヘッド11の中にある。案内レ
ール15の上で矢印13の方向に前後に往復するキャリッジ
装置14に、１個またはそれ以上のインク供給キャリッジ
が交換できるように取り付けられる。チャンネルはキャ
リッジの往復方向に垂直にかつ記録媒体16たとえば紙の
ステップ送り方向に平行に、一列に並んだオリフィスす
なわちノズルで終っている。したがって、印字ヘッド
は、一方向に動くとき、静止している記録媒体の上にあ
る幅の情報を印字する。キャリッジと印字ヘッドが方向
を変える前に、印字装置によって矢印17の方向に印字さ
れた前記情報幅に等しい距離だけ記録媒体がステップ送
りされ、そのあと印字ヘッドが逆方向に移動して別の情
報の幅を印字する。滴18は印字装置の制御装置（図示せ
ず）が受け取ったデジタルデータ信号に応じてノズルか
ら記録媒体に向って噴射される。制御装置は、デジタル
データ信号に応じて、印字ヘッドチャンネル内のノズル
から所定の距離の所に配置された個々の発熱要素を電流
パルスで選択的にアドレスする。発熱要素を通過する電
流パルスは発熱要素に接しているインクを沸騰させ、瞬
時に気泡を発生させ、ノズルからインク滴を噴射させ
る。代りに、数個の印字ヘッドを正確に並置して、ペー
ジ幅のノズル・アレイ（図示せず）を作ることができ
る。この場合には、ノズルが静置され、紙がそこを通過
することになる。
ジェット式印字装置10を示す。インク滴発生チャンネル
の直線アレイは、随時使い捨てることができる各インク
供給キャリッジ12の各印字ヘッド11の中にある。案内レ
ール15の上で矢印13の方向に前後に往復するキャリッジ
装置14に、１個またはそれ以上のインク供給キャリッジ
が交換できるように取り付けられる。チャンネルはキャ
リッジの往復方向に垂直にかつ記録媒体16たとえば紙の
ステップ送り方向に平行に、一列に並んだオリフィスす
なわちノズルで終っている。したがって、印字ヘッド
は、一方向に動くとき、静止している記録媒体の上にあ
る幅の情報を印字する。キャリッジと印字ヘッドが方向
を変える前に、印字装置によって矢印17の方向に印字さ
れた前記情報幅に等しい距離だけ記録媒体がステップ送
りされ、そのあと印字ヘッドが逆方向に移動して別の情
報の幅を印字する。滴18は印字装置の制御装置（図示せ
ず）が受け取ったデジタルデータ信号に応じてノズルか
ら記録媒体に向って噴射される。制御装置は、デジタル
データ信号に応じて、印字ヘッドチャンネル内のノズル
から所定の距離の所に配置された個々の発熱要素を電流
パルスで選択的にアドレスする。発熱要素を通過する電
流パルスは発熱要素に接しているインクを沸騰させ、瞬
時に気泡を発生させ、ノズルからインク滴を噴射させ
る。代りに、数個の印字ヘッドを正確に並置して、ペー
ジ幅のノズル・アレイ（図示せず）を作ることができ
る。この場合には、ノズルが静置され、紙がそこを通過
することになる。
第１図には、数個のインク供給カートリッジ12と固定し
て取り付けられた電極基板すなわち娘基板19が図示され
ているが、両者の間に点線で示した印字ヘッド11が各１
個はさまれている。印字ヘッド11は娘基板に永久的に取
り付けられており、それらの対応する電極は互いにワイ
ヤボンディングされている。あとでより詳細に述べる印
字ヘッドの充てん孔はカートリッジの開口（図示せず）
にぴったり合わせて密封されているので、印字装置の動
作中、カートリッジからのインクはマニホルドを介して
インク・チャンネルへ連続的に供給される。このカート
リッジは米国特許第4,571,599号明細書に詳しく記載さ
れているものと同じである。キャリッジ組立14の雌型リ
セプタクル（図示せず）に対する差込みを容易にするた
め、各娘基板19の下部分20には、カーリッジの底面22よ
り下に伸びた電極端子21が付いていることに注目された
い。好ましい実施例においては、約300点／インチ（sp
i）の解像度で印字するため、印字ヘッドは約３ミル（7
5ミクロン）の中心間間隔で少なくとも48個のチャンネ
ルを有している。各娘基板上のこのような高密度のアド
レス電極23は、一部の電極を両側面で終らせることによ
って都合よく処理されている。第１図において、側面24
は印字ヘッドが含まれている側面の反対側である。電極
はすべて印字ヘッドのある側面から始まっているが、一
部は娘基板を貫通している。すべての電極23は娘基板の
端20で終っている。
て取り付けられた電極基板すなわち娘基板19が図示され
ているが、両者の間に点線で示した印字ヘッド11が各１
個はさまれている。印字ヘッド11は娘基板に永久的に取
り付けられており、それらの対応する電極は互いにワイ
ヤボンディングされている。あとでより詳細に述べる印
字ヘッドの充てん孔はカートリッジの開口（図示せず）
にぴったり合わせて密封されているので、印字装置の動
作中、カートリッジからのインクはマニホルドを介して
インク・チャンネルへ連続的に供給される。このカート
リッジは米国特許第4,571,599号明細書に詳しく記載さ
れているものと同じである。キャリッジ組立14の雌型リ
セプタクル（図示せず）に対する差込みを容易にするた
め、各娘基板19の下部分20には、カーリッジの底面22よ
り下に伸びた電極端子21が付いていることに注目された
い。好ましい実施例においては、約300点／インチ（sp
i）の解像度で印字するため、印字ヘッドは約３ミル（7
5ミクロン）の中心間間隔で少なくとも48個のチャンネ
ルを有している。各娘基板上のこのような高密度のアド
レス電極23は、一部の電極を両側面で終らせることによ
って都合よく処理されている。第１図において、側面24
は印字ヘッドが含まれている側面の反対側である。電極
はすべて印字ヘッドのある側面から始まっているが、一
部は娘基板を貫通している。すべての電極23は娘基板の
端20で終っている。
第２図は印字ヘッド11の前面の拡大斜視図で、娘基板19
に取り付けられた印字ヘッドと滴を噴射するノズルアレ
イ27を示す。電気的に絶縁された下部基板28はその表面
にパターンに従って作られた発熱要素とアドレス電極33
を有し、他方、上部基板31は一方向に伸びて上部基板の
前面29を貫通し断面が三角形の平行な溝を有している。
溝の他端は、この図には示してないが、共通の内部凹部
に通じている。内部凹部の床面には、インク充てん孔25
として使われる開口が開いている。平行溝が設けられた
上部基板表面は、あとで述べるように、下部基板28に整
合されて接着され、溝と下部基板とによって形成された
各チャンネルの中に、それぞれ１個の発熱要素が配置さ
れる。インクは、凹部と下部基板とによって生じたマニ
ホルドに入り、インク充てん孔を通り、毛管作用によっ
てチャンネルを満す。インクは各ノズルの所でメニスカ
スを形成し、その表面張力のため、ノズルから流れ出る
ことはない。下部基板28上のアドレス電極33は端子32で
終っている。電極端子32を露出させ、それらを印字ヘッ
ド11を永久的に取り付けている娘基板19の電極にワイヤ
ボンディングすることができるように、上部基板すなわ
ちチャンネル板31は、下部基板すなわち発熱要素板28よ
り小さい。
に取り付けられた印字ヘッドと滴を噴射するノズルアレ
イ27を示す。電気的に絶縁された下部基板28はその表面
にパターンに従って作られた発熱要素とアドレス電極33
を有し、他方、上部基板31は一方向に伸びて上部基板の
前面29を貫通し断面が三角形の平行な溝を有している。
溝の他端は、この図には示してないが、共通の内部凹部
に通じている。内部凹部の床面には、インク充てん孔25
として使われる開口が開いている。平行溝が設けられた
上部基板表面は、あとで述べるように、下部基板28に整
合されて接着され、溝と下部基板とによって形成された
各チャンネルの中に、それぞれ１個の発熱要素が配置さ
れる。インクは、凹部と下部基板とによって生じたマニ
ホルドに入り、インク充てん孔を通り、毛管作用によっ
てチャンネルを満す。インクは各ノズルの所でメニスカ
スを形成し、その表面張力のため、ノズルから流れ出る
ことはない。下部基板28上のアドレス電極33は端子32で
終っている。電極端子32を露出させ、それらを印字ヘッ
ド11を永久的に取り付けている娘基板19の電極にワイヤ
ボンディングすることができるように、上部基板すなわ
ちチャンネル板31は、下部基板すなわち発熱要素板28よ
り小さい。
第３図を参照すると、複数組の気泡発生用発熱要素34と
アドレス電極33が、片面研磨の（100）シリコン・ウェ
ーハ36の研磨面にパターンに従って形成されている。拡
大図示されているのは、１個のインクジェット式印字ヘ
ッドに適した下部基板すなわち発熱要素板28と呼ばれる
ウェーハ36の一部に形成された１組の発熱要素34とアド
レス電極33である。複数組の印字ヘッド電極33、発熱要
素として働く抵抗体、共通帰線35をパターンに従って形
成する前に、発熱要素とアドレス電極を受け取る研磨面
は、厚さ5000Å〜１ミクロンのアンダグリーズ層（図示
せず）たとえばSiO2で被覆される。発熱抵抗体は、化学
気相蒸着（CVD:Chemical Vapor Deposition）によって
蒸着することができるドーピングされた多結晶シリコン
でもよいし、または他の周知の抵抗体のどれか、たとえ
ばZrB2でもよい。
アドレス電極33が、片面研磨の（100）シリコン・ウェ
ーハ36の研磨面にパターンに従って形成されている。拡
大図示されているのは、１個のインクジェット式印字ヘ
ッドに適した下部基板すなわち発熱要素板28と呼ばれる
ウェーハ36の一部に形成された１組の発熱要素34とアド
レス電極33である。複数組の印字ヘッド電極33、発熱要
素として働く抵抗体、共通帰線35をパターンに従って形
成する前に、発熱要素とアドレス電極を受け取る研磨面
は、厚さ5000Å〜１ミクロンのアンダグリーズ層（図示
せず）たとえばSiO2で被覆される。発熱抵抗体は、化学
気相蒸着（CVD:Chemical Vapor Deposition）によって
蒸着することができるドーピングされた多結晶シリコン
でもよいし、または他の周知の抵抗体のどれか、たとえ
ばZrB2でもよい。
好ましい実施例では、ポリシリコン発熱要素が使用さ
れ、SiO2熱酸化層（図示せず）は高温蒸気の中でポリシ
リコンから生成される。この熱酸化層は、発熱要素を導
電性インクから保護、絶縁するために、一般に0.5〜1.0
ミクロンの厚さまで生成させる。アドレス電極と共通帰
線を取り付けるため、ポリシリコン発熱要素の縁の所で
熱酸化層が除去され、そのあとアドレス電極と共通帰線
がパターンに従って蒸着される。ZrB2などの抵抗体を発
熱要素として使用する場合には、その上の保護層として
他の適当な周知の絶縁材料を使用することができる。
れ、SiO2熱酸化層（図示せず）は高温蒸気の中でポリシ
リコンから生成される。この熱酸化層は、発熱要素を導
電性インクから保護、絶縁するために、一般に0.5〜1.0
ミクロンの厚さまで生成させる。アドレス電極と共通帰
線を取り付けるため、ポリシリコン発熱要素の縁の所で
熱酸化層が除去され、そのあとアドレス電極と共通帰線
がパターンに従って蒸着される。ZrB2などの抵抗体を発
熱要素として使用する場合には、その上の保護層として
他の適当な周知の絶縁材料を使用することができる。
共通帰線とアドレス電極は、アンダグレーズ層および発
熱要素の縁の上に蒸着されたアルミニウム・リードであ
る。共通帰線の端37とアドレス電極の端子32は、チャン
ネル板31が取り付けられて印字ヘッドができあがったあ
と娘基板の電極32にワイヤボンディングするための空間
がある所定の場所に配置されている（第10図参照）。共
通帰線35とアドレス電極33は、0.5〜3.0ミクロンの厚さ
に蒸着されるが、好ましい厚さは1.5ミクロンである。
熱要素の縁の上に蒸着されたアルミニウム・リードであ
る。共通帰線の端37とアドレス電極の端子32は、チャン
ネル板31が取り付けられて印字ヘッドができあがったあ
と娘基板の電極32にワイヤボンディングするための空間
がある所定の場所に配置されている（第10図参照）。共
通帰線35とアドレス電極33は、0.5〜3.0ミクロンの厚さ
に蒸着されるが、好ましい厚さは1.5ミクロンである。
電極のパッシベーション処理の前に、印字ヘッドの動作
中インク気泡の収縮によって発生したキャビテーション
力に対する特別保護として発熱要素保護層したとえば、
熱酸化層１の上にタンタル（Ta）層（図示せず）を、随
意に、約１ミクロンの厚さまで蒸着することができる。
このTa層は、たとえばCf4/O2プラズマ・エッチングによ
って、発熱要素を直接おおっている保護層を除いて、す
べて取り除かれる。
中インク気泡の収縮によって発生したキャビテーション
力に対する特別保護として発熱要素保護層したとえば、
熱酸化層１の上にタンタル（Ta）層（図示せず）を、随
意に、約１ミクロンの厚さまで蒸着することができる。
このTa層は、たとえばCf4/O2プラズマ・エッチングによ
って、発熱要素を直接おおっている保護層を除いて、す
べて取り除かれる。
電極のパッシベーションのため、複数組の発熱要素とア
ドレス電極を含むウェーハ表面全体にわたって２ミクロ
ンの厚さの燐ドーピングされたCVD SiO2膜（図示せ
ず）が蒸着されるが、このSiO2膜は、続いてワイヤボン
ディングによって娘基板の電極に接続される共通帰線と
アドレス電極の端子および発熱要素すなわちTa層からエ
ッチングで除去される。このエッチングはウエットまた
はドライ・エッチング法のどちらでもよい。代りに、Si
3N4をプラズマ蒸着して電極のパッシベーションを行な
うことができる。
ドレス電極を含むウェーハ表面全体にわたって２ミクロ
ンの厚さの燐ドーピングされたCVD SiO2膜（図示せ
ず）が蒸着されるが、このSiO2膜は、続いてワイヤボン
ディングによって娘基板の電極に接続される共通帰線と
アドレス電極の端子および発熱要素すなわちTa層からエ
ッチングで除去される。このエッチングはウエットまた
はドライ・エッチング法のどちらでもよい。代りに、Si
3N4をプラズマ蒸着して電極のパッシベーションを行な
うことができる。
アンダグレーズ層を付着させたあと都合のよい時に、ウ
ェーハ36を構成している個々の下部基板28の所定の場所
にフォトリソグラフィ（写真印刷）によって少なくとも
２個の整合マーク38が形成される。これらの整合マーク
は、ウェーハ39を構成している複数のチャンネル板すな
わち上部基板31と下部基板28上の複数の発熱要素とを整
合するために使われる。あどで説明するように、複数組
の発熱要素とアドレス電極を含むウェーハ36の表面は、
両ウェーハの整合後、ウェーハ39に接着される。
ェーハ36を構成している個々の下部基板28の所定の場所
にフォトリソグラフィ（写真印刷）によって少なくとも
２個の整合マーク38が形成される。これらの整合マーク
は、ウェーハ39を構成している複数のチャンネル板すな
わち上部基板31と下部基板28上の複数の発熱要素とを整
合するために使われる。あどで説明するように、複数組
の発熱要素とアドレス電極を含むウェーハ36の表面は、
両ウェーハの整合後、ウェーハ39に接着される。
第４図において、両面が研磨された（100）シリコン・
ウェーハ39を使って、印字ヘッド用の複数の上部基板31
が作られる。ウェーハの化学洗浄後、マスキング層、た
とえば熱分解CVD窒化シリコン層41（第５図参照）が両
面に堆積される。通像の写真印刷（フォトオリソグラフ
ィ）を使用して、第４図に示した面とは反対のウェーハ
面42の上に、複数の上部基板の各々に充てん孔25のため
の開孔（Via）と整合孔40のための少なくとも２個の開
孔（Via）が所定の場所にパターンに従って作られる。
充てん孔および整合孔を表わす開孔パターンから窒化シ
リコンがプラズマ・エッチングによって除去される。次
に、水酸化カリウム（KOH）異方性エッチング液を使用
して充てん孔と整合孔がエッチングされる。この場合に
は、（100）ウェーハの｛111｝面はウェーハの表面と5
4.7゜の角度をなしている。充てん孔は一辺が約20ミル
（0.5mm）の小さい正方形の表面パターンであり、整合
孔は一辺が約60〜80ミル（1.5〜2.0mm）の正方形であ
る。したがって、整合孔は厚さ1mmのウェーハを完全に
貫通してエッチングされるのに対し、充てん孔はウェー
ハの厚さの約1/2〜3/4の所の頂点までしかエッチングさ
れない。比較的小さい正方形の充てん孔は、エッチング
を続けても、それ以上大きさは増大せず、したがって、
整合孔と充てん孔のエッチングには、その程の時間はか
からない。このエッチングは約二時間かかるが、多数の
ウェーハを同時に処理することが可能である。
ウェーハ39を使って、印字ヘッド用の複数の上部基板31
が作られる。ウェーハの化学洗浄後、マスキング層、た
とえば熱分解CVD窒化シリコン層41（第５図参照）が両
面に堆積される。通像の写真印刷（フォトオリソグラフ
ィ）を使用して、第４図に示した面とは反対のウェーハ
面42の上に、複数の上部基板の各々に充てん孔25のため
の開孔（Via）と整合孔40のための少なくとも２個の開
孔（Via）が所定の場所にパターンに従って作られる。
充てん孔および整合孔を表わす開孔パターンから窒化シ
リコンがプラズマ・エッチングによって除去される。次
に、水酸化カリウム（KOH）異方性エッチング液を使用
して充てん孔と整合孔がエッチングされる。この場合に
は、（100）ウェーハの｛111｝面はウェーハの表面と5
4.7゜の角度をなしている。充てん孔は一辺が約20ミル
（0.5mm）の小さい正方形の表面パターンであり、整合
孔は一辺が約60〜80ミル（1.5〜2.0mm）の正方形であ
る。したがって、整合孔は厚さ1mmのウェーハを完全に
貫通してエッチングされるのに対し、充てん孔はウェー
ハの厚さの約1/2〜3/4の所の頂点までしかエッチングさ
れない。比較的小さい正方形の充てん孔は、エッチング
を続けても、それ以上大きさは増大せず、したがって、
整合孔と充てん孔のエッチングには、その程の時間はか
からない。このエッチングは約二時間かかるが、多数の
ウェーハを同時に処理することが可能である。
次に、基準として前にエッチングされた整合孔を使っ
て、ウェーハ39の反対側の面44の上に、複数組の凹部を
異方性エッチングするための開孔が窒化シリコン層にパ
ターンに従って作られる。ウェーハ39を構成している各
チャンネル板の比較的大きな長方形凹部45は、最終的
に、印字ヘッドのマニホルドになる。マニホルド凹部45
の内側には、上面に小さいほぼ長方形または正方形の開
口55を有する狭い壁パターンが形成される。これらの内
部壁パターンは、各マニホルド凹部の内側に、充てん孔
25を含む内部隔室56を形成している。あとで説明する
が、インクは内部隔室からマニホルドへ動くときに、濾
過される。同様に、基板31のマニホルドの間には、マニ
ホルド凹部の短かい方の壁51の近くに、２個の凹部46が
パターンに従って形成されている。各長いマニホルド凹
部壁52に平行で、それに隣接している平行な細長い溝53
は、ウェーハ表面44を完全に横切り、隣りの基板31のマ
ニホルド凹部45の間に伸びている。しかし、この細長い
溝53はあとで説明する理由により、ウェーハの縁面に抜
けていない。マニホルド凹部の一方の壁52には、窒化シ
リコン層41に48個または以上の平行な狭い幅の開孔パタ
ーンが形成されており、このパターンは、エッチング
後、最終的にインク滴を噴射する印字ヘッドのチャンネ
ルの役目をする１組のチャンネル溝54を形成する。
て、ウェーハ39の反対側の面44の上に、複数組の凹部を
異方性エッチングするための開孔が窒化シリコン層にパ
ターンに従って作られる。ウェーハ39を構成している各
チャンネル板の比較的大きな長方形凹部45は、最終的
に、印字ヘッドのマニホルドになる。マニホルド凹部45
の内側には、上面に小さいほぼ長方形または正方形の開
口55を有する狭い壁パターンが形成される。これらの内
部壁パターンは、各マニホルド凹部の内側に、充てん孔
25を含む内部隔室56を形成している。あとで説明する
が、インクは内部隔室からマニホルドへ動くときに、濾
過される。同様に、基板31のマニホルドの間には、マニ
ホルド凹部の短かい方の壁51の近くに、２個の凹部46が
パターンに従って形成されている。各長いマニホルド凹
部壁52に平行で、それに隣接している平行な細長い溝53
は、ウェーハ表面44を完全に横切り、隣りの基板31のマ
ニホルド凹部45の間に伸びている。しかし、この細長い
溝53はあとで説明する理由により、ウェーハの縁面に抜
けていない。マニホルド凹部の一方の壁52には、窒化シ
リコン層41に48個または以上の平行な狭い幅の開孔パタ
ーンが形成されており、このパターンは、エッチング
後、最終的にインク滴を噴射する印字ヘッドのチャンネ
ルの役目をする１組のチャンネル溝54を形成する。
マニホルド凹部と内部隔室凹部を形作っている壁のラン
ド部48すなわち上面は、元のウェーハ面44の一部であ
り、まだ窒化シリコン層41が付いている。これらのラン
ド部48は、２枚のウェーハ36と39を接着するとき接着剤
が塗付される区域になる。好ましい実施例においては、
接着剤が塗付される前に、窒化シリコン層41が除去され
る。細長い溝53と凹部46は、あとで述べるワイヤボンデ
ィング工程のとき印字ヘッドの電極端子に対し余裕空間
を提供する。
ド部48すなわち上面は、元のウェーハ面44の一部であ
り、まだ窒化シリコン層41が付いている。これらのラン
ド部48は、２枚のウェーハ36と39を接着するとき接着剤
が塗付される区域になる。好ましい実施例においては、
接着剤が塗付される前に、窒化シリコン層41が除去され
る。細長い溝53と凹部46は、あとで述べるワイヤボンデ
ィング工程のとき印字ヘッドの電極端子に対し余裕空間
を提供する。
点線49、50、50aは、第10図についてあとで述べるよう
に、使用しないウェーハ材料を除去するときのフライス
削りまたはダイシング（さいの目切断）の境界線を示
す。点線49は、チャンネル54に平行であり、点線50、50
aは点線49に直交している。点線50aに沿うダイシングに
よってチャンネルが開かれ、ノズル27が生じる。このノ
ズル解放は、接着された２枚のウェーハを個々の印字ヘ
ッドに切り分けるとき、達成されることが好ましい。
に、使用しないウェーハ材料を除去するときのフライス
削りまたはダイシング（さいの目切断）の境界線を示
す。点線49は、チャンネル54に平行であり、点線50、50
aは点線49に直交している。点線50aに沿うダイシングに
よってチャンネルが開かれ、ノズル27が生じる。このノ
ズル解放は、接着された２枚のウェーハを個々の印字ヘ
ッドに切り分けるとき、達成されることが好ましい。
第４図に示すように、異方性エッチング液たとえば水酸
化カリウム（KOH）を使用して、マニホルド凹部45、内
部隔室56、チャンネル溝54、スペース凹部46、53、およ
び内部隔室を形成している壁57の上面のピット55が同時
にエッチングされる。マニホルドおよび内部隔室を形成
する開孔の寸法に対し、エッチング処理を調時して凹部
の深さを停止させなければならない。そうしないと、パ
ターンの寸法が大きいので、エッチング液がウェーハを
腐食し完全に貫通してしまうことになろう。マニホルド
凹部と内部隔室56の両方の床面58は、エッチング処理を
停止させた時点の深さで決まる。床面58の深さは、充て
ん孔の凹部と出合い、かつインク充てん孔として適当な
開口25が生じるように、充てん孔凹部を少し越える程度
である。米国特許第4,601,777号明細書に記載されてい
るように、壁52をエッチングする代りに、ダイシング加
工によってチャンネルを作ることもできるし、あるい
は、充てん孔25と整合孔40をマニホルド凹部やその他の
凹部と共に、片面研磨のウェーハ面からすべてを同時に
異方性エッチングすることもできる。
化カリウム（KOH）を使用して、マニホルド凹部45、内
部隔室56、チャンネル溝54、スペース凹部46、53、およ
び内部隔室を形成している壁57の上面のピット55が同時
にエッチングされる。マニホルドおよび内部隔室を形成
する開孔の寸法に対し、エッチング処理を調時して凹部
の深さを停止させなければならない。そうしないと、パ
ターンの寸法が大きいので、エッチング液がウェーハを
腐食し完全に貫通してしまうことになろう。マニホルド
凹部と内部隔室56の両方の床面58は、エッチング処理を
停止させた時点の深さで決まる。床面58の深さは、充て
ん孔の凹部と出合い、かつインク充てん孔として適当な
開口25が生じるように、充てん孔凹部を少し越える程度
である。米国特許第4,601,777号明細書に記載されてい
るように、壁52をエッチングする代りに、ダイシング加
工によってチャンネルを作ることもできるし、あるい
は、充てん孔25と整合孔40をマニホルド凹部やその他の
凹部と共に、片面研磨のウェーハ面からすべてを同時に
異方性エッチングすることもできる。
（100）シリコン・ウェーハの異方性エッチングは、エ
ッチングが｛111｝面に沿うように、必らず正方形また
は長方形の開孔を通して行なわなければならない。この
結果、各凹部または孔はウェーハの表面に対し54.7゜の
角度で相互に向って収束する壁を有している。正方形ま
たは長方形の開孔がウェーハの厚さに対し小さい場合に
は、凹部ができる。たとえば、小さい長方形の表面形状
は、すべての壁がウェファ表面に対し54.7゜の角度をな
している細長いＶ溝形の凹部を作るが、小さい正方形の
表面は、頂点を有する逆ピラミッド形の凹部を作る。周
知のように、内隅だけは、異方性エッチングすることが
可能であるが、外隅すなわち凸形隅はエッチングを案内
する｛111｝面を有していないので、エッチング液はそ
のような隅を非常に速く除去してしまう。これが、チャ
ンネル凹部54や内部隔室56をそれらの端の所で開くこと
ができず、すなわち外隅をもつことができず、代りに別
の処理工程によって補完しなければならない理由であ
る。
ッチングが｛111｝面に沿うように、必らず正方形また
は長方形の開孔を通して行なわなければならない。この
結果、各凹部または孔はウェーハの表面に対し54.7゜の
角度で相互に向って収束する壁を有している。正方形ま
たは長方形の開孔がウェーハの厚さに対し小さい場合に
は、凹部ができる。たとえば、小さい長方形の表面形状
は、すべての壁がウェファ表面に対し54.7゜の角度をな
している細長いＶ溝形の凹部を作るが、小さい正方形の
表面は、頂点を有する逆ピラミッド形の凹部を作る。周
知のように、内隅だけは、異方性エッチングすることが
可能であるが、外隅すなわち凸形隅はエッチングを案内
する｛111｝面を有していないので、エッチング液はそ
のような隅を非常に速く除去してしまう。これが、チャ
ンネル凹部54や内部隔室56をそれらの端の所で開くこと
ができず、すなわち外隅をもつことができず、代りに別
の処理工程によって補完しなければならない理由であ
る。
第５図は、第４図のチャンネル板31の拡大図の線５−５
に沿った断面図である。異方性エッチングの深さはエッ
チング液にさらされるウェーハの表面面積によって決ま
るので、チャンネル凹部54や内部隔室壁57のピット55は
｛111｝面に沿って収束し、それ以上進まないが、マニ
ホールド凹部45や内部隔室凹部56におけるより大きな表
面面積のエッチングは、凹部の｛111｝面が収束し、エ
ッチング液がウェーハを貫通するか、あるいはエッチン
グ処理を調時して停止させるまで、腐食し続ける。好ま
しい実施例の場合は、マニホルド凹部と内部隔室凹部の
共面の床58が、充てん孔25の凹部と出合うことができる
深さに達すると、エッチング処理が停止される。
に沿った断面図である。異方性エッチングの深さはエッ
チング液にさらされるウェーハの表面面積によって決ま
るので、チャンネル凹部54や内部隔室壁57のピット55は
｛111｝面に沿って収束し、それ以上進まないが、マニ
ホールド凹部45や内部隔室凹部56におけるより大きな表
面面積のエッチングは、凹部の｛111｝面が収束し、エ
ッチング液がウェーハを貫通するか、あるいはエッチン
グ処理を調時して停止させるまで、腐食し続ける。好ま
しい実施例の場合は、マニホルド凹部と内部隔室凹部の
共面の床58が、充てん孔25の凹部と出合うことができる
深さに達すると、エッチング処理が停止される。
第６図は、第４図の円で囲んだ領域６−６で示した、内
部隔室の壁57の一部の拡大平面図である。マニホルド凹
部の壁51につながっている壁57aの延長部は、以下述べ
る理由のため、ピット55と内部隔室の壁57との間の厚さ
にほぼ等しい“X"で示した厚さを有している。
部隔室の壁57の一部の拡大平面図である。マニホルド凹
部の壁51につながっている壁57aの延長部は、以下述べ
る理由のため、ピット55と内部隔室の壁57との間の厚さ
にほぼ等しい“X"で示した厚さを有している。
マニホルド凹部45に対するチャンネル凹部54と内部隔室
56の開放は、最初に短時間、たとえば２分間等方性エッ
チング液で窒化物の薄いマスクをアンダカットし、続い
て短時間たとえば５分間のKOH異方性エッチング液でチ
ャンネル凹部と内部隔室をマニホルド凹部に対し開くこ
とによって達成することができる。等方性エッチングは
同じ時間に全方向に等しく腐食するので、前記に触れた
米国特許第4,601,777号に述べられているように、異方
性エッチングを計画するときには、このシリコン除去を
考慮に入れなければならない。チャンネルと内部隔室
は、等方性エッチング次に異方性エッチングによって腐
食されて開放されるので、チャンネルの壁は短かくなる
が、また、望ましい20ミル（0.5mm）の長さの範囲内に
ある。第8b図は第６図の線8b−8bに沿ったピット55にお
ける等方性エッチングのアンダカットを示す。第8a図は
第７図の線8a−8aに沿った断面図であり、等方性エッチ
ング工程により窒化マスク41をアンダカットする前のピ
ット55を示す。第8a図において、内部隔室の壁57は、窒
化マスク41と連続している。距離“Y"で示した壁の厚さ
は、ピット55の各辺と内部隔室の壁57の外側表面との間
の距離“X"で示した厚さよりかなり大きいので、窒化マ
スク41は内部隔室の壁57の他の場所でなく、ピット55の
所だけが内部隔室の壁を完全に横断してアンダカットさ
れる。第５図から第７図を参照すると、壁の延長部57a
はピット55と内部隔室の壁57の外側表面の間の厚さとほ
ぼ同じ厚さを有するので、延長部57aもまた完全にアン
ダカットされ、したがって次の異方性エッチングによっ
てこの延長部57aが除去されて、内部隔室はマニホルド
凹部によって完全に取り囲まれた状態になる。
56の開放は、最初に短時間、たとえば２分間等方性エッ
チング液で窒化物の薄いマスクをアンダカットし、続い
て短時間たとえば５分間のKOH異方性エッチング液でチ
ャンネル凹部と内部隔室をマニホルド凹部に対し開くこ
とによって達成することができる。等方性エッチングは
同じ時間に全方向に等しく腐食するので、前記に触れた
米国特許第4,601,777号に述べられているように、異方
性エッチングを計画するときには、このシリコン除去を
考慮に入れなければならない。チャンネルと内部隔室
は、等方性エッチング次に異方性エッチングによって腐
食されて開放されるので、チャンネルの壁は短かくなる
が、また、望ましい20ミル（0.5mm）の長さの範囲内に
ある。第8b図は第６図の線8b−8bに沿ったピット55にお
ける等方性エッチングのアンダカットを示す。第8a図は
第７図の線8a−8aに沿った断面図であり、等方性エッチ
ング工程により窒化マスク41をアンダカットする前のピ
ット55を示す。第8a図において、内部隔室の壁57は、窒
化マスク41と連続している。距離“Y"で示した壁の厚さ
は、ピット55の各辺と内部隔室の壁57の外側表面との間
の距離“X"で示した厚さよりかなり大きいので、窒化マ
スク41は内部隔室の壁57の他の場所でなく、ピット55の
所だけが内部隔室の壁を完全に横断してアンダカットさ
れる。第５図から第７図を参照すると、壁の延長部57a
はピット55と内部隔室の壁57の外側表面の間の厚さとほ
ぼ同じ厚さを有するので、延長部57aもまた完全にアン
ダカットされ、したがって次の異方性エッチングによっ
てこの延長部57aが除去されて、内部隔室はマニホルド
凹部によって完全に取り囲まれた状態になる。
周知の等方性エッチング液は、たとえば、HF/HNO3、/C2
H4O2の混合液である。このようなエッチング液は、接触
している表面からすべての方向に等しくシリコンを除去
する、したがって、チャンネルの内端は、計画的に、よ
り長い距離“Y"で示した他の端より狭くしてあるので
（第５図および第７図参照）、異方性エッチングのため
のマスクを形成している窒化シリコン層41は、チャンネ
ルの内端（すなわち、距離“X"で示したマニホルド凹部
に近い端）の所でアンダカットされる。
H4O2の混合液である。このようなエッチング液は、接触
している表面からすべての方向に等しくシリコンを除去
する、したがって、チャンネルの内端は、計画的に、よ
り長い距離“Y"で示した他の端より狭くしてあるので
（第５図および第７図参照）、異方性エッチングのため
のマスクを形成している窒化シリコン層41は、チャンネ
ルの内端（すなわち、距離“X"で示したマニホルド凹部
に近い端）の所でアンダカットされる。
第７図は、異方性エッチング後のチャンネル板31の部分
拡大平面図であり、点線は等方性エッチングと２回目の
異方性エッチングを示す。等方性エッチング液は全表面
領域を腐食させるが、図はチャンネル凹部54の内側側壁
とピット55を含む領域のみを示す。異方性エッチング用
のマスクを形成しかつ接着剤塗付用のランド48の役目を
果す窒化シリコン層41は、マニホルド凹部45に隣接して
いるチャンネル凹部の端の所が非常に狭い。この距離は
“X"で表示されており、一般に、0.2〜1.0ミル（５〜25
ミクロン）の範囲内にある。最終的にノズルとなる他端
における距離“Y"は、距離“X"の少なくとも２倍であ
る。したがって、等方性エッチングは、チャンネルの内
端で窒化シリコン層を除去してアンダカットするけれど
も、より広い他端ではアンダカットできない。チャンネ
ルの拡張と短縮とをあらかじめ見越した上で、等方性エ
ッチング次に異方性エッチングを行なってチャンネルを
マニホルドに対し開く方法を使用すれば、一部の他の工
程、たとえばチャンネルの内端をマニホルドに対して開
くためダイシングを使用することが省ける。この同じ手
法を同時に使って、内部隔室の凹部56とマニホルドの凹
部45との間に通路が開かれる。すなわち、ピット55から
内部隔室の壁57までの距離は距離“X"だけであるが、壁
57の厚さは距離“Y"であるために、各ピット55の所にフ
ィルタとして作用する濾過通路59（第７図に点線で示
す）が形成される。同様に、第8b図を参照すると、内部
隔室の凹部56とマニホルドの凹部45との間に濾過通路59
が形成されることがわかる。好ましい実施例において
は、前に触れたように、ランド48に接着剤を塗付する前
に、窒化シリコン層41が除去される。
拡大平面図であり、点線は等方性エッチングと２回目の
異方性エッチングを示す。等方性エッチング液は全表面
領域を腐食させるが、図はチャンネル凹部54の内側側壁
とピット55を含む領域のみを示す。異方性エッチング用
のマスクを形成しかつ接着剤塗付用のランド48の役目を
果す窒化シリコン層41は、マニホルド凹部45に隣接して
いるチャンネル凹部の端の所が非常に狭い。この距離は
“X"で表示されており、一般に、0.2〜1.0ミル（５〜25
ミクロン）の範囲内にある。最終的にノズルとなる他端
における距離“Y"は、距離“X"の少なくとも２倍であ
る。したがって、等方性エッチングは、チャンネルの内
端で窒化シリコン層を除去してアンダカットするけれど
も、より広い他端ではアンダカットできない。チャンネ
ルの拡張と短縮とをあらかじめ見越した上で、等方性エ
ッチング次に異方性エッチングを行なってチャンネルを
マニホルドに対し開く方法を使用すれば、一部の他の工
程、たとえばチャンネルの内端をマニホルドに対して開
くためダイシングを使用することが省ける。この同じ手
法を同時に使って、内部隔室の凹部56とマニホルドの凹
部45との間に通路が開かれる。すなわち、ピット55から
内部隔室の壁57までの距離は距離“X"だけであるが、壁
57の厚さは距離“Y"であるために、各ピット55の所にフ
ィルタとして作用する濾過通路59（第７図に点線で示
す）が形成される。同様に、第8b図を参照すると、内部
隔室の凹部56とマニホルドの凹部45との間に濾過通路59
が形成されることがわかる。好ましい実施例において
は、前に触れたように、ランド48に接着剤を塗付する前
に、窒化シリコン層41が除去される。
第７図からわかるように、距離“a"で示したピット55の
辺すなわち濾過通路59の幅は、距離“b"で示したチャン
ネル凹部54の幅よりかなり小さい。ここで、“b"は、常
に“a"の寸法の約２倍である。濾過通路の間の距離Z1と
チャンネル間の距離Z2はほぼ等しく、両者共約１ミル
（25ミクロン）である。距離Z1とZ2は距離“Y"にほぼ等
しい、すなわち距離“X"のほぼ２倍である。窒化シリコ
ン層41が除去される好ましい実施例とは異なるが、ウェ
ーハ44上の窒化シリコン層41を接着表面にしてもよい、
その場合には、接着剤が溝54や他の凹部に流入したり、
拡がらないような仕方で、接着剤たとえば熱可塑性エポ
キシ膜が接着表面に塗付される。ウェーハ36とウェーハ
39は、整合孔40と整合マーク38を介して、たとえば真空
チャック式整合装置で整合される。両ウェーハは正確に
合わされ、接着剤の部分硬化により粘着される。上述の
代りに、上述36、39に精密にダイスした縁を付け、その
あと手動または自動的に精密治具の中で整合してもよ
い。どちらの整合方法であっても、各溝54は、チャンネ
ル板の端面29にあるノズルすなわちオリフィスから所定
の距離の所に発熱要素をもつように、自動的に配置され
る（第２図参照）。２枚のウェーハは炉または貼合せ機
の中で硬化され、永久的に接合され、そのあと、第10図
に示すように、チャンネル板ウェーハ39がフライス削り
され、発熱要素板ウェーハ39の上にマニホルドとインク
・チャンネルを有する個々の上部基板が形成される。こ
のとき、ノズルのない３つの側面を取り囲む露出した印
字ヘッドの電極端子32を削らないように注意が払われる
が、スペース凹部46と細長い溝53は、上部基板と印字ヘ
ッドの電極33や端子32、37との間にすきまを与えるの
で、それらの損傷を防止する上で非常に役立っている。
辺すなわち濾過通路59の幅は、距離“b"で示したチャン
ネル凹部54の幅よりかなり小さい。ここで、“b"は、常
に“a"の寸法の約２倍である。濾過通路の間の距離Z1と
チャンネル間の距離Z2はほぼ等しく、両者共約１ミル
（25ミクロン）である。距離Z1とZ2は距離“Y"にほぼ等
しい、すなわち距離“X"のほぼ２倍である。窒化シリコ
ン層41が除去される好ましい実施例とは異なるが、ウェ
ーハ44上の窒化シリコン層41を接着表面にしてもよい、
その場合には、接着剤が溝54や他の凹部に流入したり、
拡がらないような仕方で、接着剤たとえば熱可塑性エポ
キシ膜が接着表面に塗付される。ウェーハ36とウェーハ
39は、整合孔40と整合マーク38を介して、たとえば真空
チャック式整合装置で整合される。両ウェーハは正確に
合わされ、接着剤の部分硬化により粘着される。上述の
代りに、上述36、39に精密にダイスした縁を付け、その
あと手動または自動的に精密治具の中で整合してもよ
い。どちらの整合方法であっても、各溝54は、チャンネ
ル板の端面29にあるノズルすなわちオリフィスから所定
の距離の所に発熱要素をもつように、自動的に配置され
る（第２図参照）。２枚のウェーハは炉または貼合せ機
の中で硬化され、永久的に接合され、そのあと、第10図
に示すように、チャンネル板ウェーハ39がフライス削り
され、発熱要素板ウェーハ39の上にマニホルドとインク
・チャンネルを有する個々の上部基板が形成される。こ
のとき、ノズルのない３つの側面を取り囲む露出した印
字ヘッドの電極端子32を削らないように注意が払われる
が、スペース凹部46と細長い溝53は、上部基板と印字ヘ
ッドの電極33や端子32、37との間にすきまを与えるの
で、それらの損傷を防止する上で非常に役立っている。
次に、ウェファ36がさいの目に切られ、複数の独立した
印字ヘッドに切り分けられる。印字ヘッドを娘基板に接
着したあと、娘基板の電極に印字ヘッドの電極端子がワ
イヤボンディングされる。チャンネルの外側側面に対す
る切削は、個々の印字ヘッドをさいの目に切り分ける工
程のとき実行され、したがって、この時点で、チャンネ
ルが開かれ、第２図および第11図に示すように、チャン
ネル板（上部基板）31の端面29にノズル27が形成され
る。第11図は、見易いように発熱要素板（下部基板）28
を除いた状態で、Ｖ形インク・チャンネル54を示す。
印字ヘッドに切り分けられる。印字ヘッドを娘基板に接
着したあと、娘基板の電極に印字ヘッドの電極端子がワ
イヤボンディングされる。チャンネルの外側側面に対す
る切削は、個々の印字ヘッドをさいの目に切り分ける工
程のとき実行され、したがって、この時点で、チャンネ
ルが開かれ、第２図および第11図に示すように、チャン
ネル板（上部基板）31の端面29にノズル27が形成され
る。第11図は、見易いように発熱要素板（下部基板）28
を除いた状態で、Ｖ形インク・チャンネル54を示す。
このように形成された下部基板28と上部基板31は、チャ
ンネル凹部54の各々が対応する発熱要素34を、インク滴
噴射ノズル27となるチャンネルの開口端部から所定長さ
離された位置に有するように、第２図の状態に接合され
て印字ヘッド11となる。次に、第１図に図示のように、
各印字ヘッド11はインク供給カートリッジ12とともに組
立てられ、その組立体がインクジェット印字装置10に取
付けられる。インクが、カートリッジ12から所定圧力で
各ヘッド11の充てん孔25に供給される。このインクは内
部隔室56に流入し、該内部隔室から多数の濾過通路59
（すなわちフィルタ）を通してマニホルド45に供給され
る。この濾過通路59を通過するとき、インクの中の粒子
はその通過を妨げられて、内部隔室に留まり、粒子のな
いインクがマニホルド45に送られる。インクは、更にマ
ニホルド45からチャンネル54に毛管作用によって流入し
該チャンネルに満たされる。各チャンネルに対応して発
熱要素34が設けられており、対応するアドレス電極33か
らのパルス電流によって発熱要素34が加熱され、インク
を一時的に気化させて気泡を生じさせ、そのノズル27か
らインク滴を噴射させ、第１図の記録媒体16がインクで
書き込まれることになる。
ンネル凹部54の各々が対応する発熱要素34を、インク滴
噴射ノズル27となるチャンネルの開口端部から所定長さ
離された位置に有するように、第２図の状態に接合され
て印字ヘッド11となる。次に、第１図に図示のように、
各印字ヘッド11はインク供給カートリッジ12とともに組
立てられ、その組立体がインクジェット印字装置10に取
付けられる。インクが、カートリッジ12から所定圧力で
各ヘッド11の充てん孔25に供給される。このインクは内
部隔室56に流入し、該内部隔室から多数の濾過通路59
（すなわちフィルタ）を通してマニホルド45に供給され
る。この濾過通路59を通過するとき、インクの中の粒子
はその通過を妨げられて、内部隔室に留まり、粒子のな
いインクがマニホルド45に送られる。インクは、更にマ
ニホルド45からチャンネル54に毛管作用によって流入し
該チャンネルに満たされる。各チャンネルに対応して発
熱要素34が設けられており、対応するアドレス電極33か
らのパルス電流によって発熱要素34が加熱され、インク
を一時的に気化させて気泡を生じさせ、そのノズル27か
らインク滴を噴射させ、第１図の記録媒体16がインクで
書き込まれることになる。
第９図は、別の実施例を示す。図中、同じ構成部品は同
じ参照番号で表示してある。図を見ると、内部隔室の周
囲長さを大きく伸ばし、したがってピット55の数を増し
て内部隔室56とそれを取り囲んでいるマニホルド45との
間の通路59の数を大きく増すために、内部隔室56を形作
っている壁57は、曲がりくねった構造を有していること
がわかる。各通路59（図示せず）の大きさは、常に各チ
ャンネル54より小さい。しかし、印字ヘッドの正常な動
作のためには、通路の全流れ断面積はインク・チャンネ
ルの全流れ断面積よりも大きくなければならない。もし
そうでないと、特に、多数のノズルが同時に滴を噴射し
ている場合には、インクの補給が妨げられよう。始めに
窒化シリコン層をアンダカットする等方性エッチングに
おいて、次にそれをほぼ完全に除去する異方性エッチン
グ工程によって腐食される一部の延長部57aは、当初の
異方性エッチング工程後に現われるチャンネルを示すた
めに点線で示してある。
じ参照番号で表示してある。図を見ると、内部隔室の周
囲長さを大きく伸ばし、したがってピット55の数を増し
て内部隔室56とそれを取り囲んでいるマニホルド45との
間の通路59の数を大きく増すために、内部隔室56を形作
っている壁57は、曲がりくねった構造を有していること
がわかる。各通路59（図示せず）の大きさは、常に各チ
ャンネル54より小さい。しかし、印字ヘッドの正常な動
作のためには、通路の全流れ断面積はインク・チャンネ
ルの全流れ断面積よりも大きくなければならない。もし
そうでないと、特に、多数のノズルが同時に滴を噴射し
ている場合には、インクの補給が妨げられよう。始めに
窒化シリコン層をアンダカットする等方性エッチングに
おいて、次にそれをほぼ完全に除去する異方性エッチン
グ工程によって腐食される一部の延長部57aは、当初の
異方性エッチング工程後に現われるチャンネルを示すた
めに点線で示してある。
上に述べたように、本発明の印字ヘッドの形態は、ノズ
ルのすぐ近くに、印字ヘッドと一体構造のフィルタとな
る多数の濾過通路を備えており、かかるフィルタのため
に特別のハウジングやシーリングは不要であり、その
上、異方性エッチングと等方性エッチングによって、イ
ンク・チャンネルとマニホルドを形成すに同一工程でフ
ィルタも形成されるから、通常の印字ヘッド製造コスト
に追加されるフィルタ製造コストは無視することができ
る。唯一の特別な努力は、マニホルドとチャンネルのマ
スクにフィルタ構造を含めることである。さらに、１枚
のシリコン・ウェーハに多数のフィルタ内蔵チャンネル
板31を、少なくとも１ウェーハにつき180個のチャンネ
ル板31を作ることが可能である。25ウェーハのバッチを
同時に処理することが可能であるから、１バッチにつ
き、4500個の上部基板すなわちチャンネル板を製造する
ことが可能である。
ルのすぐ近くに、印字ヘッドと一体構造のフィルタとな
る多数の濾過通路を備えており、かかるフィルタのため
に特別のハウジングやシーリングは不要であり、その
上、異方性エッチングと等方性エッチングによって、イ
ンク・チャンネルとマニホルドを形成すに同一工程でフ
ィルタも形成されるから、通常の印字ヘッド製造コスト
に追加されるフィルタ製造コストは無視することができ
る。唯一の特別な努力は、マニホルドとチャンネルのマ
スクにフィルタ構造を含めることである。さらに、１枚
のシリコン・ウェーハに多数のフィルタ内蔵チャンネル
板31を、少なくとも１ウェーハにつき180個のチャンネ
ル板31を作ることが可能である。25ウェーハのバッチを
同時に処理することが可能であるから、１バッチにつ
き、4500個の上部基板すなわちチャンネル板を製造する
ことが可能である。
（発明の効果） 要約すると、一端に滴噴射ノズルを有する毛管作用イン
ク・チャンネルよりも常に断面積が小さい複数の通路を
有する内部隔室も各マニホルドに組み入れることによっ
て、ほとんどコストを増すことなく、内部隔室装置を備
えた多数の印字ヘッドを製造することができる。したが
って、チャンネルを通過する前のインク内の全ての汚染
粒子は、内部隔室とそれを取囲んでいるマニホルドとを
連絡している通路によって事前に濾過される。すなわち
阻止される。これは、インクが最初に内部隔室に流入
し、次に通路を通ってマニホルドへ、最後にチャンネル
に入るようになっているためであり、さらに重要なこと
として、通路が常にチャンネルよりも細いためである。
通路の多少の詰りは、インクジェット印字の品質に影響
しないが、印字ヘッドのチャンネルの詰りははっきり印
字の品質に影響する。
ク・チャンネルよりも常に断面積が小さい複数の通路を
有する内部隔室も各マニホルドに組み入れることによっ
て、ほとんどコストを増すことなく、内部隔室装置を備
えた多数の印字ヘッドを製造することができる。したが
って、チャンネルを通過する前のインク内の全ての汚染
粒子は、内部隔室とそれを取囲んでいるマニホルドとを
連絡している通路によって事前に濾過される。すなわち
阻止される。これは、インクが最初に内部隔室に流入
し、次に通路を通ってマニホルドへ、最後にチャンネル
に入るようになっているためであり、さらに重要なこと
として、通路が常にチャンネルよりも細いためである。
通路の多少の詰りは、インクジェット印字の品質に影響
しないが、印字ヘッドのチャンネルの詰りははっきり印
字の品質に影響する。
以上の説明から多くの修正や変更をだれでも思い浮べる
であろうが、そのような修正や変更は、すべて本発明の
範囲に含まれるべきものと考える。
であろうが、そのような修正や変更は、すべて本発明の
範囲に含まれるべきものと考える。
第１図は本発明を組み入れたキャリッジ形サーマル・イ
ンクジェット式印字装置の斜視図、 第２図はインク滴噴射ノズルが図示されている娘基板に
取り付けられた印字ヘッドの部分拡大斜視図、 第３図は複数の発熱要素アレイと関連アドレス電極を有
するウェーハの略平面図と、拡大図示され発熱要素アレ
イと拡大図示された整合マーク、 第４図は複数のインクマニホルド凹部を有し、各マニホ
ルドが同時に異方性エッチングされたチャンネル・アレ
イと濾過壁とをもつウェーハの略平面図と、拡大図示さ
れたマニホルド凹部と拡大図示された整合孔、 第５図はチャンネル壁と濾過壁を示す、第４図の線５−
５に沿ったウェーハの拡大断面図、 第６図は第４図の円６−６で囲まれたウェーハの一部の
拡大図、 第７図は異方性エッチングで形成された（次の等方性エ
ッチングされる部分は点線で示す）チャンネルと濾過ピ
ットの部分拡大平面図、 第8a図は第７図の線8a−8aに沿って見た濾過壁の部分断
面図、 第8b図は等方性エッチングされた保護窒化シリコン層の
アンダカットを示す、第６図の線8b−8bに沿って見た濾
過壁の部分断面図、 第９図は第４図の拡大ウェーハ部分の別の実施例の拡大
平面図、 第10図はウェーハを多数の単独した印字ヘッドに切り分
ける前に、印字ヘッドの電極端子を露頭させるため不要
なチャンネルウェーハ材料を除去したあとの、発熱要素
板ウェーハに接着されたチャンネル・マニホルド板ウェ
ーハの拡大斜視図、および 第11図は第２図の印字ヘッドのエッチングされた１組の
チャンネルの部分斜視図（チャンネルをフライス削りで
開いてノズルを形成したあとのチャンネルを見易くする
ため、発熱要素を取り除いてある）である。 10……キャリッジ形多色サーマルインクジェット式印字
装置、11……印字ヘッド、12……インク供給キャリッ
ジ、13……移動方向、14……キャリッジ組立、15……案
内レール、16……記録媒体、17……移動方向、18……イ
ンク滴、19……娘基板（電極基板）、20……下部、21…
…電極端子、22……キャリッジ底面、23……アドレス電
極、24……側面、25……インク充てん孔、27……ノズ
ル、28……下部基板（発熱要素板）、29……端面、30…
…表面、31……上部基板（チャンネル板）、32……端
子、33……アドレス電極、34……発熱要素、35……共通
帰線、36……（100）シリコン・ウェーハ、37……共通
帰線端、38……整合マーク、39……（100）シリコン・
ウェーハ、40……整合孔、41……窒化シリコン層、42…
…ウェーハ面、44……ウェーハ面、45……マニホルド凹
部、46……スペーサ凹部、49、50、50a……不要のウエ
ファ材料を除去するフライス削りの境界線、51、52……
マニホルド凹部壁、53……スペーサ回路、54……チャン
ネル凹部、55……ピット（小凹部）、56……内部隔室、
57……内部隔室壁、57a……延長壁、58……床面、59…
…濾過通路
ンクジェット式印字装置の斜視図、 第２図はインク滴噴射ノズルが図示されている娘基板に
取り付けられた印字ヘッドの部分拡大斜視図、 第３図は複数の発熱要素アレイと関連アドレス電極を有
するウェーハの略平面図と、拡大図示され発熱要素アレ
イと拡大図示された整合マーク、 第４図は複数のインクマニホルド凹部を有し、各マニホ
ルドが同時に異方性エッチングされたチャンネル・アレ
イと濾過壁とをもつウェーハの略平面図と、拡大図示さ
れたマニホルド凹部と拡大図示された整合孔、 第５図はチャンネル壁と濾過壁を示す、第４図の線５−
５に沿ったウェーハの拡大断面図、 第６図は第４図の円６−６で囲まれたウェーハの一部の
拡大図、 第７図は異方性エッチングで形成された（次の等方性エ
ッチングされる部分は点線で示す）チャンネルと濾過ピ
ットの部分拡大平面図、 第8a図は第７図の線8a−8aに沿って見た濾過壁の部分断
面図、 第8b図は等方性エッチングされた保護窒化シリコン層の
アンダカットを示す、第６図の線8b−8bに沿って見た濾
過壁の部分断面図、 第９図は第４図の拡大ウェーハ部分の別の実施例の拡大
平面図、 第10図はウェーハを多数の単独した印字ヘッドに切り分
ける前に、印字ヘッドの電極端子を露頭させるため不要
なチャンネルウェーハ材料を除去したあとの、発熱要素
板ウェーハに接着されたチャンネル・マニホルド板ウェ
ーハの拡大斜視図、および 第11図は第２図の印字ヘッドのエッチングされた１組の
チャンネルの部分斜視図（チャンネルをフライス削りで
開いてノズルを形成したあとのチャンネルを見易くする
ため、発熱要素を取り除いてある）である。 10……キャリッジ形多色サーマルインクジェット式印字
装置、11……印字ヘッド、12……インク供給キャリッ
ジ、13……移動方向、14……キャリッジ組立、15……案
内レール、16……記録媒体、17……移動方向、18……イ
ンク滴、19……娘基板（電極基板）、20……下部、21…
…電極端子、22……キャリッジ底面、23……アドレス電
極、24……側面、25……インク充てん孔、27……ノズ
ル、28……下部基板（発熱要素板）、29……端面、30…
…表面、31……上部基板（チャンネル板）、32……端
子、33……アドレス電極、34……発熱要素、35……共通
帰線、36……（100）シリコン・ウェーハ、37……共通
帰線端、38……整合マーク、39……（100）シリコン・
ウェーハ、40……整合孔、41……窒化シリコン層、42…
…ウェーハ面、44……ウェーハ面、45……マニホルド凹
部、46……スペーサ凹部、49、50、50a……不要のウエ
ファ材料を除去するフライス削りの境界線、51、52……
マニホルド凹部壁、53……スペーサ回路、54……チャン
ネル凹部、55……ピット（小凹部）、56……内部隔室、
57……内部隔室壁、57a……延長壁、58……床面、59…
…濾過通路
フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム グレッグ ホーキンズ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウエブスター ストーニイ ポイント トレイル 175
Claims (5)
- 【請求項１】第１基板と第２基板とから成るインクジェ
ット式印字ヘッドにおいて、 前記第１基板の一方の表面には、線形に配列された複数
の発熱要素と、各発熱要素毎に設けらた複数のアドレス
電極と、前記発熱要素と前記電極とを覆うパッシベーシ
ョン層とが設けられており、 前記第２基板の一方の表面には複数の凹部が形成されて
おり、該凹部には、線形に配列された複数の平行なチャ
ンネル凹部と１つの共通マニホルド凹部と１つの内部隔
室凹部と複数の濾過通路凹部とが含まれ、前記チャンネ
ル凹部の各々の一端は該第２基板の縁部に開口し且つ他
端は前記マニホルド凹部に通じており、前記内部隔室凹
部は前記マニホルド凹部の内側の壁によって包囲されて
形成されており、前記濾過通路凹部は、前記内部隔室と
前記マニホルドとを連通するように、前記隔室壁に直交
して貫通するように形成されており、 前記第２基板には、該基板を貫通し、一端が前記内部隔
室凹部の中に入りこんでいる充てん孔が設けられてお
り、 前記発熱要素とアドレス電極とが形成された第１基板の
前記表面と、前記凹部が形成された第２基板の前記表面
とが、前記チャンネルの各々が対応する発熱要素を、イ
ンク滴噴射ノズルとなるチャンネル開口端部から所定長
さ離れた位置に有するように、整合して接合されてお
り、 所定圧力でインクを前記充てん孔に供給し、該インク
を、前記充てん孔を通して前記内部隔室に流入させ、該
内部隔室から前記濾過通路を通して前記マニホルドに供
給する手段が設けられ、前記インクは、更に該マニホル
ドから前記チャンネルに入って該チャンネルを満たし、
各ノズルでメニカスを形成しており、 前記濾過通路の各々の断面積が各チャンネルの断面積よ
り小さく且つ全濾過通路の総断面積が全チャンネルの総
断面積より大きく形成されていて、該濾過通路を通ると
きインクが濾過されるようになっており、 前記アドレス電極にデジタルデータ信号を表す電流パル
スを選択的に与える手段が設けられて、前記パルスで選
択的に付勢された発熱要素の前記ノズルにおいてパッシ
ベーション層で覆われた前記発熱要素に接触しているイ
ンクを一時的に気化させ、そのノズルからインク滴を噴
射させる気泡を発生させる ことを特徴とするインクジェット式印字ヘッド。 - 【請求項２】前記濾過通路が形成された、内部隔室を包
囲する前記壁は、該内部隔室の周囲の長さを長くしてそ
の濾過通路数を増加させるような曲がりくねった形状で
あり、該濾過通路の増加により、多数のノズルがインク
滴を同時に噴射させても、該濾過通路のいくつかが詰ま
っても、インクの補給が妨げられないことを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載のインクジェット式印字ヘ
ッド。 - 【請求項３】一体構造の粒子用フィルタを有するサーマ
ル・インクジェット式印字ヘッドであって、一端にノズ
ルを有し且つ他端にインクの入ったマニホルドに通じて
いる入口を有する複数のインクチャンネルを有し、前記
粒子用フィルタが前記チャンネルの入口にごく近接して
いるインクジェット式印字ヘッドを製造する方法におい
て、 （ａ） 第１のシリコン基板の（100）面のマスク層に
写真印刷法で、所定の形状を有する複数の開孔を形成す
るようにパターンを形成し、 （ｂ） 前記第１シリコン基板に、異方性エッチングと
等方性エンチングと異方性エッチングとを連続して行っ
て、少なくとも前記マニホルドと該マニホルド内に前記
一体構造の粒子用フィルタとを同時にエッチングしつ
つ、前記フィルタの外側の角部分の寸法も制御し、 （ｃ） 前記第１基板に等間隔で線形に配列された平行
な複数の溝を、該溝の一端が前記マニホルドに開口し且
つ他端が前記第１基板の縁部を貫通するように形成し、 （ｄ） 第２のシリコン基板の絶縁性表面に、等間隔で
線形に配列された、発熱要素として使用する複数の抵抗
体を、その間隔が前記第１基板の前記溝間の距離と同じ
であるように形成し、また、該第２基板の前記表面に、
電流パルスで各発熱要素を選択的に付勢するのを可能に
する複数の電極のパターンを配置し、 （ｅ） 前記マニホルド、前記粒子用フィルタ及び前記
溝を有する前記第１基板の前記表面と、前記発熱要素及
び前記電極を有する前記第２基板の前記表面とが向かい
合うように第１基板と第２基板とを整合して接合し、該
整合及び接合において、前記粒子用フィルタを有する前
記マニホルドが包囲され、前記発熱要素の各々が各溝の
中に前記マニホルドから所定の距離をおき且つ前記第１
基板の縁部を貫通した前記溝の端部から所定の距離をお
いて配置されるようにしており、前記第１及び第２基板
の接合によって、前記溝から前記インクチャンネルが形
成され、前記第１基板の縁部を貫通する前記溝部分から
前記ノズルが形成される ことを特徴とするインクジェット式印字ヘッドの製造方
法。 - 【請求項４】前記溝はダイシングにより作られることを
特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の方法。 - 【請求項５】前記工程（ｃ）における前記溝を、前記エ
ッチング工程（ｂ）のとき前記マニホルドと前記粒子用
フィルタと共に同時に形成して、該溝が前記第１基板の
縁部を貫通することを除いて前記工程（ｂ）と（ｃ）を
組み合わせ、更に、前記溝に垂直な１回のダイシングを
用いて、前記接合された前記第１基板と前記第２基板の
一部分を前記マニホルドから所定の距離で切除して、ノ
ズルを形成する工程（ｆ）を含んでいることを特徴とす
る特許請求の範囲第３項に記載の方法。
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