JPH11179914A - インクジェット記録ヘッド用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 天板と基板の合わせ込み部の密着性を良く
し、充填する樹脂のノズルへの流れ込みを低減可能なイ
ンクジェット記録ヘッド用基板を提供する。 【解決手段】 吐出エネルギーを発生する複数のエネル
ギー発生体を配置した基板１０００と、記録用インク吐
出口と、インク流路であるノズルと該ノズルにインクを
供給する複数の共通液室を備え、複数の共通液室凹部を
有した天板と前記基板を接合することによって構成さ
れ、共通液室およびノズル部の液室分離溝に樹脂を充填
することにより液室分離するインクジェットヘッドにお
いて、基板と天板１００８の接合する部分の基板１００
０側にＶ字型の溝１３０が掘り込まれていることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
ヘッド用基板に関するもので、とりわけ、カラー用のイ
ンクジェット記録ヘッド用基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来インクジェット記録ヘッドにおいて
は、特開昭５５−１３２２５３に記載されているように
シリコン基板上に形成された電気熱変換体と該シリコン
基板上の記録用インク吐出口と、前記電気熱変換体によ
る熱作用部を有するインク流路と、該インク流路にイン
クを供給する共通液室を構成するための凹部を有した天
板とを接合することによって構成されている。

【０００３】また、インクジェット記録ヘッド用基板に
は電気熱変換体を駆動するための駆動回路が該シリコン
基板内に作り込まれている。さらにインクジェット記録
ヘッドはインクジェット用基板と上記インク吐出口とイ
ンク流路と共通液室と外部との電気的接続をとるための
配線板を備え、これらは放熱部材上に配置されている。

【０００４】これらインクジェット記録ヘッドにおいて
モノクロに対し、カラー例えばばら色のインクを使う場
合は混色をさけるためにインク吐出口やインク流路や共
通液室を各色分離する必要があり特に天板とインクジェ
ット用基板の接着は隙間のないように行わなければなら
ない。このため従来はインクジェット用基板と天板の間
に接着剤を流し込み接着する方法がとられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、インクジェット用基板と天板の壁部分の平面
部をお互いに押し付けて接着する訳であるから、共通液
室凹部を有する天板と、前記基板の間に樹脂を充填時に
樹脂の量が少なすぎれば十分に埋めることができず分離
不良が発生し、逆に多すぎればインク吐出用ノズルに流
れ込んでノズルづまりが発生するという問題があった。

【０００６】そこで本発明は天板と基板の合わせ込み部
の密着性を良くすると共に充填する樹脂のノズルへの流
れ込みを低減することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本出願に係る発明は、天板と基板の合わせ込み部に溝
を作り、合わせ込み性をよくすると共に、溝部に樹脂を
溜めることで十分な充填性と、樹脂の横広がりを防止す
ることにある。よって、確実に歩留まりよく、液室を分
離することが可能となるものである。

【０００８】さらには本発明の構成をとらないものと比
較して、上記天板と基板がはめ合わされるため、接合の
位置精度が増すのでずれた場合のために余分に両サイド
に配置していたダミーノズル数をすくなくでき、インク
ジェット記録ヘッドを小さくすることが可能である。

【０００９】そして本発明では、基板と天板の接合する
部分の基板側にＶ字型のＵ字型のまたは逆台形型のいず
れかの溝をエッチング方法の違いによって形成した。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により具体
的に説明する。

【００１１】

【実施例】（第１実施例）図１は本発明の特徴を最もよ
く表す図面であり、同図において、１０００は基板、１
００１はＶ字型の溝を掘り込んだ基板と天板とを貼り合
わせる接合部であり、１００８は天板、１０１２は充填
した樹脂であり、１７０はこの溝にはめ込む天板側の壁
であり、１３０は封止剤供給用の天板側の溝である。こ
の構成は以下のようにして作る。

【００１２】ヘッド材料となるＳｉ単結晶の基板に加熱
処理により酸化膜を形成し、溝となるべき部分をフォト
リソグラフィ法およびＳｉＯ₂ エッチングによって除去
し、残ったＳｉＯ₂ を異方性エッチングのマスクとし
て、アルカリ塩とアルコールの混合液中に入れる。エッ
チングは単結晶の結晶面に沿って緩やかに進行し、図１
に示すようにＶ字型の溝が形成される。ヘッド材料とな
るＳｉ単結晶のウェハーは一般にミラー指数が（１，
０，０）または（１．１．１）の結晶面を有し、Ｖ字型
の溝の面が基板平面となす角度θはミラー指数が（１，
０，０）の場合はおよそ４５°である。またＶ字型の溝
の深さαは、開口部の大きさおよびエッチング液の濃度
と温度のよって定まり、数十〜数百μｍの範囲内に制御
することが可能である。溝の形成後、再び酸化処理を行
い、基板全面にＳｉの酸化膜を形成する。この酸化膜は
発熱抵抗体の熱効率を上げるため蓄熱層となる。図２
は、本実施例によって溝を形成した後、インクジェット
用基板として形成したもののインクジェットとしての機
能部分の断面図である。図中、１０００はＳｉ基板、１
００２は発熱抵抗体層、１００３は電極および配線層、
１００４はインクから発熱抵抗体層や配線層を保護する
保護膜、１００５は耐キャビテーション膜である。この
構成は以下のような工程を経て形成される。

【００１３】すなわち、溝の形成後、酸化膜を形成した
Ｓｉ基板にスパッタリング法によって、約１０００オン
グストロームの発熱抵抗体層としてのＴａＮ膜、続いて
配線層としてのＡｌ膜を約６０００オングストローム形
成する。

【００１４】次にフォトリソグラフィ法によって、Ａ
ｌ，ＴａＮのパターンを形成し、ヒーター部分と配線パ
ターンを形成する。

【００１５】次に、保護膜としてＣＶＤ法でＳｉＯ₂ 膜
を約１μｍ形成し、続いて、耐キャビテーション膜とし
て、Ｔａ膜を約３０００オングストロームスパッタリン
グ法で形成し、フォトリソグラフィ法によって、所定の
パターンとする。

【００１６】このようにして形成したインクジェット基
板に図３で示すような色別に液室が分離された天板をは
め込む。図中１００は吐出用ノズル、１１０はダミーノ
ズル、１８０は色別の液室部、１６０はオリフィスプレ
ート、１７０は液室を分離する壁、１３０は封止剤供給
用の溝である。

【００１７】このようにして形成した溝と天板をはめ込
むことによって充填用の樹脂が十分に充填され分離用の
封止が可能となり、かつ、封止剤のしみ出しが極力抑え
られる。

【００１８】（第２の実施例）図４の本発明の特徴を最
もよく表す図面であり、同図において、１０００は基
板、１００１はＵ字型の溝を掘り込んだ基板と天板を貼
り合わせる接合部であり、１０１２は充填した樹脂であ
る。この構造は下記のようにして基板上に作り込む。

【００１９】ヘッド材料となるＳｉ単結晶基板にＣＶＤ
法によってＳｉＮ膜を２μｍ形成し、溝となるべき部分
をフォトリソグラフィ法およびＳｉＮドライエッチング
によって除去し、Ｓｉを露出させる。そして、Ｓｉドラ
イエッチングによって、約２０μｍ程度のＳｉの溝を掘
り込む。この後ＳｉＮを全面除去し、酸化処理を行い全
体的にＳｉの酸化膜を形成する。この酸化膜は発熱抵抗
体の熱効率を上げるための蓄熱層となる。その後にさき
に実施例１に示した図２の構造を形成し、図３で示すよ
うな色別に液室が分離された天板をはめ込む。このこと
によって十分な分離用の封止を可能とし、かつ、封止剤
のしみ出しが極力抑えられる。

【００２０】（第３の実施例）図５は本発明の特徴を最
もよく表す図面であり、同図において１０００は基板、
１００１は逆台形型の溝が掘り込まれた基板と天板を貼
り合わせる接合部であり、１０１２は充填した樹脂であ
る。この構造は下記のようにして基板上に作り込む。

【００２１】ヘッド材料となるＳｉ単結晶の基板に、熱
酸化によって、約２μｍの熱酸化膜を形成させ、これが
蓄熱層となる。この層をフォトリソグラフィ法によって
パターニングし、深さ２μｍの逆台形状の溝を形成す
る。この上に図２で示したような構造を形成する。その
後図３で示すような色別に液室が分離された天板をはめ
込む。このことによって十分な分離用の封止を可能と
し、かつ封止剤のしみ出しが極力抑えられる。

【００２２】（第４の実施例）図１および図４および図
５の溝は図２で示したＳｉ基板上に形成するだけでな
く、同一基板平面上にそれを駆動する集積回路を同時に
作り込んでいるＳｉ基板にも適用できる。

【００２３】すなわち、下記の手順で集積回路を図６の
ように作り込んだ後上記のように溝を堀り込む。この場
合もさきに説明した実施例第１、第２、第３と同様にこ
の基板と天板のはめ込みで十分封止が可能となる。

【００２４】まず最初にＰ導電体のＳｉ基板２４０１に
Ａｓ等のドーパントをイオンプランテーションおよび拡
散の手段により導入し、Ｎ型埋込層２４０２を形成し、
上層にＮ型エピタキシャル層２４０３を５μｍ以上１０
μｍ以下の厚さに形成する。

【００２５】また、前記エピタキシャル層２４０３にＢ
等の不純物を導入し、Ｐ型ウエル領域２４０４を形成す
る。その後、フォトリソグラフィと酸化拡散およびイオ
ンプランテーション等の不純物導入を繰り返してＮ型エ
ピタキシャル領域にＰ−ＭＯＳ２４５０、Ｐ型ウエル領
域にＮ−ＭＯＳ２４５１が構成される。Ｐ−ＭＯＳ２４
５０およびＮ−ＭＯＳ２４５１は、それぞれ厚さ数百オ
ングストロームのゲート絶縁膜２４１０を介して４００
０オングストローム以上５０００オングストローム以下
の厚さにＣＶＤ法で堆積したｐｏｌｙ−Ｓｉによるゲー
ト配線２４１５およびＮ型あるいはＰ型の不純物導入を
したソース領域２４０５、ドレイン領域．２４０６等で
構成される。

【００２６】また、パワートランジスタとなるＮＰＮ型
トランジスタ２４５２は、やはり不純物導入および拡散
等の工程によりＮ型エピタキシャル層中にコレクタ領域
２４１１、ベース領域２４１２、エミッタ領域２４１３
等で構成される。

【００２７】また、各素子間は、５０００オングストロ
ーム以上１００００オングストローム以下の厚さのフィ
ールド酸化により、酸化膜分離領域２４５３を形成し、
素子分離されている。このフィールド酸化膜は、熱作用
部２４５５下においては一層目蓄熱層２４１４として作
用する。

【００２８】各素子が形成された後、層間絶縁膜２４１
６が約７０００オングストロームの厚さにＣＶＤ法によ
るＰＳＧ，ＢＰＳＧ等で堆積され、熱処理により平坦化
処理等をされてからコンタクトホールを介し、一層目Ａ
ｌ電極２４１７により配線が行われている。

【００２９】その後プラズマＣＶＤ法によってＳｉＯ₂
の層間絶縁膜２４１８を約１．４μｍの厚さに形成し、
さらにスルーホールを介して、発熱抵抗層２４１９を約
１０００オングストロームの厚さにスパッタリング法で
ＴａＮによって形成し、続けて２層目Ａｌ層電極２４２
０を形成した。保護膜２４２１はプラズマＣＶＤ法でＳ
ｉＯ₂ を約１μｍの厚さに形成した。このようにして形
成した基板は論理回路部３００５、駆動Ｔｒ部３００
４、発熱抵抗体部３００１に区分される。

【００３０】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でも熱エネルギーを利用して飛翔的液滴を形成し、記
録を行うインクジェット方式の記録ヘッド、記録装置に
おいて、優れた効果をもたらすものである。

【００３１】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式はいわゆるオンデマンド
型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能である
が、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）
が保持されているシートや液路に対応して配置されてい
る電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越
える急速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆動信号
を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギー
を発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさ
せて、結果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体
（インク）内の気泡を形成できるので有効である。この
気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（イン
ク）を吐出させて、少なくとも一つの滴を形成する。こ
の駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成
長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（イン
ク）の吐出が達成でき、より好ましい。

【００３２】このパルス形状の駆動信号としては、米国
特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号
明細書に記載されているようなものが適している。な
お、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許
第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用
すると、さらに優れた記録を行うことができる。

【００３３】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体
の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の
他に、熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を
開示する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許
第４４５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含ま
れるものである。

【００３４】加えて、複数の電気熱変換体に対して、共
通するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開
示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギー
の圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開
示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づいた構成
においても本発明は有効である。

【００３５】さらに、記録装置が記録できる最大記録媒
体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているよう
な複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満た
す構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとして
の構成のいずれでもよいが、本発明は、上述した効果を
一層有効に発揮することができる。

【００３６】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けら
れたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも
本発明は有効である。

【００３７】また、本発明の記録装置の構成として設け
られる、記録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助
手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できる
ので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、
記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング
手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこ
れとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせによる
予備加熱手段、記録とは別の吐出を行う予備吐出モード
を行うことも安定した記録を行うために有効である。

【００３８】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッ
ドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによってで
もよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフ
ルカラーの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極
めて有効である。

【００３９】以上説明した本発明実施例においては、イ
ンクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固
化するインクであって、室温で軟化するもの、もしくは
液体であるもの、あるいは上述のインクジェット方式で
はインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲内で温度調
整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温
度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与
時にインクが液状をなすものであればよい。

【００４０】加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温
をインクの固形状態から液体状態への状態変化のエネル
ギーとして使用せしめることで防止するか、またはイン
クの蒸発防止を目的として放置状態で固化するインクを
用いるかして、いずれにしても熱エネルギーの記録信号
に応じた付与によってインクが液化し、インク液状とし
て吐出するものや、記録媒体に到達する時点では既に固
化し始めるもの等のような、熱エネルギーによって初め
て液化する性質のインクの使用も本発明では適用可能で
ある。このような場合インクは、特開昭５４−５６８４
７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記載
されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状ま
たは固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対
して対向するような形態としてもよい。本発明において
は、上述した各インクに対して最も有効なものは、上述
した膜沸騰方式を実行するものである。

【００４１】さらに加えて、本発明に係る記録装置の形
態としては、ワードプロセッサやコンピュータ等の情報
処理機器の画像出力端末として一体または別体に設けら
れるものの他、リーダ等と組み合わせた複写装置、さら
には送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を採る
ものであってもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
天板と基板の合わせ込み部に溝を作り、合わせ込み性を
よくすると共に、溝部に樹脂を溜めることで十分な充填
性と樹脂の横広がりが防止でき、確実に歩留まりよく液
室を分離することが可能になる。

【００４３】さらに、本発明の構成をとらないものに対
して、上記天板と基板がはめ合わされるため、接合の位
置精度が増すのでずれた場合のために余分に両サイドに
配置していたダミーノズル数を少なくでき、インクジェ
ット記録ヘッドを小さくすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る基板上の溝の掘り
込みを説明する図である。

【図２】本発明の第１、第２および第３の実施例に係る
基板の吐出部分の断面を説明する図である。

【図３】本発明の第１、第２および第３および第４の実
施例に係る天板を説明する図である。

【図４】本発明の第２の実施例に係る基板上の溝の掘り
込みを説明する図である。

【図５】本発明の第３の実施例に係る基板上の溝の掘り
込みを説明する図である。

【図６】本発明の第４の実施例に係る基板の構造を説明
する断面図である。

【符号の説明】

１０００ Ｓｉ基板 １００１ 溝が堀り込まれた基板と天板を貼り合わせ
る接合部 １０１２ 封止用樹脂 １００２ 発熱抵抗体層 １００３ 電極および配線層 １００４ 保護膜 １００５ 耐キャビテーション膜 １００６ ヒーター部 １００７ 液室およびインク流路 １００８ 天板 ２４０１ Ｓｉ基板 ２４０２ Ｎ型埋込層 ２４０３ エピタキシヤル層 ２４０４ Ｐ型ウエル領域 ２４０５ ソース領域 ２４０６ ドレイン領域 ２４１０ ゲート絶縁膜 ２４１１ コレクタ領域 ２４１２ ベース領域 ２４１３ エミッタ領域 ２４１４ 一層目蓄熱層 ２４１５ ゲート配線 ２４１６ 層間絶縁膜 ２４１７ Ａｌ電極 ２４１８ 層間絶縁膜 ２４１９ 発熱抵抗層 ２４２０ 二層目Ａｌ電極 ２４５０ Ｐ−ＭＯＳ ２４５１ Ｎ−ＭＯＳ ２４５２ ＮＰＮトランジスタ ２４５３ 熱酸化膜 ２４５５ 発熱部分 ３００１ 発熱抵抗体部 ３００４ 駆動Ｔｒ部 ３００５ 論理回路部 １３０ 天板側溝 １７０ 天板側壁 １００ ノズル列 １１０ ダミーノズル １５０ 色別液室分離壁 １８０ 色別液室部 １６０ オリフィスプレート

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吐出エネルギーを発生する複数のエネル
   ギー発生体を配置した基板と、記録用インク吐出口と、
   インク流路であるノズルと該ノズルにインクを供給する
   複数の共通液室を備え、複数の共通液室凹部を有した天
   板と前記基板を接合することによって構成され、共通液
   室およびノズル部の液室分離溝に樹脂を充填することに
   より液室分離するインクジェットヘッドにおいて、基板
   と天板の接合する部分の基板側にＶ字型の溝が掘り込ま
   れていることを特徴とするインクジェットヘッド記録ヘ
   ッド用基板。
2. 【請求項２】 吐出エネルギーを発生する複数のエネル
   ギー発生体を配置した基板と、記録用インク吐出口とイ
   ンク流路であるノズルと該ノズルにインクを供給する複
   数の共通液室を備え、複数の共通液室凹部を有した天板
   と前記基板を接合することによって構成され、共通液室
   およびノズル部の液室分離溝に樹脂を充填することによ
   り、液室を分離するインクジェットヘッドにおいて、基
   板と天板の接合する部分の基板側にＵ字型の溝が掘り込
   まれていることを特徴とするインクジェットヘッド記録
   ヘッド用基板。
3. 【請求項３】 吐出エネルギーを発生する複数のエネル
   ギー発生体を配置した基板と、記録用インク吐出口とイ
   ンク流路であるノズルと該ノズルにインクを供給する複
   数の共通液室を備え、複数の共通液室凹部を有した天板
   と前記基板を接合することによって構成され、共通液室
   およびノズル部の液室分離溝に樹脂を充填することによ
   り、液室を分離するインクジェットヘッドにおいて、基
   板と天板の接合する部分の基板側に逆台形型の溝が掘り
   込まれていることを特徴とするインクジェットヘッド記
   録ヘッド用基板。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のうち、いづれか１項に
   示される溝を形成した、吐出エネルギーを発生する複数
   のエネルギー発生体を配置する基板に、同時に、同一基
   板平面上にそれを駆動する集積回路が作り込まれている
   構造を特徴とするインクジェットヘッド記録ヘッド用基
   板。