JPH07125204A - サーマルインクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発熱層等を有する発熱体基板と流路用溝を有
する流路基板を積層、切断して吐出ノズルを形成するヘ
ッド構造に関して、断面三角形状の流路の場合のように
発生した気泡が流路天井に滞まるようなことを防止し、
噴射特性を改善すること。 【構成】 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２と、
単結晶基板上に異方性エッチングにより断面台形状とな
る流路用溝６を形成した流路基板３とよりなり、発熱体
基板２とこの流路基板３とを発熱面と溝面とが相対する
ように積層した。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。これらの中で、例えば
特開平２−６７１４０号公報に示されるような流路基板
の製法が本出願人により提案されている。これは、単結
晶シリコン（Ｓｉ）の異方性エッチングを利用したＶ字
溝を流路とするようにしたものである。このように形成
されるインク流路は、Ｖ字溝の両側２面を形成する面が
（１１１）面となり、単結晶の精度で形成でき、かつ、
その面も非常に滑らかとなるため、インクジェットの流
路として考えた場合、非常に都合のよいものとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この提案例
による場合であっても、実際の噴射実験等によれば、時
々噴射が行われなくなったり、或いは、紙面上でのドッ
トの位置精度が悪く、画像品質が低下する、といった問
題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明にお
いては、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、単結
晶基板上に異方性エッチングにより断面台形状となる流
路用溝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。

【０００７】請求項２記載の発明においては、単結晶基
板を（１００）面の結晶方位面に切出されたシリコンウ
エハとし、流路用溝を２つの等価な（１１１）面による
側面と１つの（１００）面による天井面とで断面台形状
となるように形成した。

【０００８】請求項３記載の発明においては、流路用溝
の天井面を形成する（１００）面を鏡面状態に仕上げ
た。

【０００９】

【作用】請求項１記載の発明においては、流路基板の流
路用溝を単結晶基板の異方性エッチングにより断面台形
状となるように形成したので、断面Ｖ字状の場合のよう
に微小な気泡が流路天井に滞まるようなことがなく、良
好に排出されるものとなり、よって、噴射安定性が向上
し、高画質な印写が可能となる。

【００１０】この際、請求項２記載の発明においては、
単結晶基板を（１００）面の結晶方位面に切出されたシ
リコンウエハとし、流路用溝を２つの等価な（１１１）
面と１つの（１００）面とで断面台形状となるように形
成したので、単結晶の精度で流路用溝を形成でき、よっ
て、非常に高精度な流路〜ノズルを低コストで得ること
が可能となる。

【００１１】また、請求項３記載の発明においては、流
路用溝の天井面を形成する（１００）面も、２つの等価
な（１１１）面による側面と同じく鏡面状態に仕上げら
れているので、滑らかなインク流路となり、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ることが
でき、高画質記録が可能となる。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
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１（ａ）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に連なったインク供給室領域に連通してい
る。また、発熱体基板２上には図２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及びインク供給室領
域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７とが形成される。

【００１３】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。

【００１４】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。この発熱体
基板２用の基板としては、アルミナセラミックス、ガラ
ス、Ｓｉウエハなどが用いられる。アルミナセラミック
スの場合には、蓄熱層としてグレーズ層を設けたものが
用いられる。或いは、スパッタリング等の技術によって
ＳｉＯ₂ を数μｍの厚さで形成したアルミナセラミック
ス板としてもよい。ガラスの場合、熱伝導率が低いため
ガラスそれ自体が蓄熱作用を持つので、蓄熱層を別個に
設ける必要はない。Ｓｉウエハの場合、材料の入手が容
易であり（半導体プロセス分野で大量に出回ってい
る）、各種の半導体プロセス装置を利用でき、量産性が
高く都合がよい。

【００１５】本実施例の発熱体基板２には、例えば、Ｓ
ｉウエハが用いられ、Ｓｉウエハ上にヒータ８等が形成
されることになる。このＳｉウエハは例えば拡散炉中で
Ｏ₂，Ｈ₂Ｏ 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１〜２μ
ｍ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、後述するように発熱体で発生
した熱が発熱体基板２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２
２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
０．０１〜１μｍ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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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Ｗ₁ 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。

【００２１】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。ついで、同図（ｂ）に示すように、熱酸化膜２６
の上面全面に周知の方法でフォトレジストを塗布し、こ
れを写真乾板を用いて露光し、現像を行い、フォトレジ
ストパターン２７を得る。ついで、同図（ｃ）に示すよ
うに、このフォトレジストパターン２７により露出して
いる部分の熱酸化膜２６をフッ酸水溶液等により除去
し、シリコンの露出部３ａを得て、その後、フォトレジ
ストパターン２７を取り去る。このような状態にある基
板３を、例えば５〜４０％，８０℃の水酸化カリウム溶
液中においてエッチングする。これにより露出部３ａの
エッチングが進行するが、（１１１）面のエッチング進
行速度は（１００）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、（１００）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。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、純度の高い水酸化ナトリウムを使用した
場合、（１００）面のエッチング深さの０．２％程度で
しかない。従って、断面台形状溝の上部の幅（Ｗ₁）
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。

【００２２】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 ，Ｓｉ₃Ｎ₄等の保護膜で保護するようにするのが
よい。

【００２３】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１
（ａ）はこのようにして完成したヘッドチップ１を示
し、同図（ｂ）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。

【００２４】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７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１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。

【００２５】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。

【００２６】しかして、このような構成に基づく断面台
形状のインク流路を持つ本実施例のヘッドチップと前述
した本出願人既提案の特開平２−６７１４０号公報記載
の断面略Ｖ字状のインク流路を持つヘッドチップとの、
インク噴射時の噴射特性の違いを以下の実験１，２によ
り観察した結果を各々表１，２に示す。

【００２７】（実験１）ヘッドチップを下記の条件で試
作し、下記の条件で噴射実験を行い、気泡発生部の様子
の観察及びジェット速度を測定し、表１に示すような評
価結果を得たものである。 ヘッド試作条件； ヒータ８のサイズ：３５μｍ×１６０μｍなる矩形形状
（１２０．５Ω） ノズル配列密度 ：３００dpi ノズル数 ：６４個 ノズル吐出口５ａ〜ヒータ８間距離 ：２００μｍ ノズル形状 ：台形の底辺をＷ₁ 、上辺をＷ₂ 、高
さをｄとした時、以下の４つのサンプルＳ１〜Ｓ４と、
比較例Ｄ１とを使用 ヘッド駆動条件； 駆動電圧Ｖ_O ：２８Ｖ 駆動パルス幅Ｐ_W ：６μｓ 連続駆動周波数Ｆ_O ：６．８ｋＨｚ 使用液体 ：水７５％、グリセリン１８％、エチ
ルアルコール４．８％、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１
５４（染料）２．２％の組成のもの ノズル形状によるサンプル等 サンプルＳ１：Ｗ₁＝59μｍ，Ｗ₂＝24μｍ， ｄ＝24.7
μｍ サンプルＳ２：Ｗ₁＝63μｍ，Ｗ₂＝32.6μｍ，ｄ＝21.5
μｍ サンプルＳ３：Ｗ₁＝70μｍ，Ｗ₂＝44.7μｍ，ｄ＝17.9
μｍ サンプルＳ４：Ｗ₁＝80μｍ，Ｗ₂＝59.1μｍ，ｄ＝14.8
μｍ 比較例Ｄ１ ：Ｗ₁＝54μｍ，Ｗ₂＝0μｍ，ｄ＝38μｍ
（三角形状）

【００２８】

【表１】

【００２９】実験１の結果を示す表１によれば、比較例
Ｄ１のように断面Ｖ字状（三角形状）のインク流路を持
つものでは、時々空打ちがあったり、ジェットが周囲に
飛散する現象が見られたのに対し、サンプルＳ１〜Ｓ４
のように断面台形状のインク流路を持つものではこのよ
うな現象を生じなかったことが分かる。もっとも、断面
台形状といっても、その流路幅Ｗ₁ をサンプルＳ４のよ
うに大きくし過ぎると、隣接ドットが接触して画質を落
してしまうことがあり、適正値に選ぶ必要はある。

【００３０】（実験２）一方、上記実験１に準じた実験
であって、ノズル寸法等を一回り小さくした実験２を行
い、その噴射結果を表２に示す。 ヘッド試作条件； ヒータ８のサイズ：２８μｍ×１２０μｍなる矩形形状
（１０５Ω） ノズル配列密度 ：４００dpi ノズル数 ：１２８個 ノズル吐出口５ａ〜ヒータ８間距離 ：１４０μｍ ノズル形状 ：台形の底辺をＷ₁ 、上辺をＷ₂ 、高
さをｄとした時、以下の４つのサンプルＳ５〜Ｓ８と、
比較例Ｄ２とを使用 ヘッド駆動条件； 駆動電圧Ｖ_O ：２３Ｖ 駆動パルス幅Ｐ_W ：５μｓ 連続駆動周波数Ｆ_O ：８．２ｋＨｚ 使用液体 ：実験１と同じもの ノズル形状によるサンプル等 サンプルＳ５：Ｗ₁＝51μｍ， Ｗ₂＝20.1μｍ，ｄ＝2
1.8μｍ サンプルＳ６：Ｗ₁＝53.5μｍ，Ｗ₂＝25.8μｍ，ｄ＝1
9.6μｍ サンプルＳ７：Ｗ₁＝55μｍ， Ｗ₂＝28.8μｍ，ｄ＝1
8.5μｍ サンプルＳ８：Ｗ₁＝62μｍ， Ｗ₂＝40.6μｍ，ｄ＝1
5.1μｍ 比較例Ｄ２ ：Ｗ₁＝47μｍ，Ｗ₂＝0μｍ，ｄ＝33μｍ
（三角形状）

【００３１】

【表２】

【００３２】実験２による場合も、実験１による場合と
同様であり、やはり、比較例Ｄ２のように断面Ｖ字状
（三角形状）のインク流路を持つものでは、時々空打ち
があったり、ジェットが周囲に飛散する現象が見られた
のに対し、サンプルＳ５〜Ｓ８のように断面台形状のイ
ンク流路を持つものではこのような現象を生じなかった
ことが分かる。もっとも、断面台形状といっても、その
流路幅Ｗ₁ をサンプルＳ８のように大きくし過ぎると、
隣接ドットが接触して画質を落してしまうことがあり、
適正値に選ぶ必要はある。

【００３３】そこで、次にこの現象を解明するために、
実験１に使用した各サンプルＳ１〜Ｓ４と同等の発熱体
基板及び透明な流路基板を用いたヘッドでヒータ近傍の
様子を実験３として観察し、以下のような結果を得たも
のである。

【００３４】（実験３） ヘッド試作条件；構造、サイズ等は実験１の各サンプ
ル、比較例と同一とした。但し、流路基板はパイレック
スガラスにダイシングソーで断面台形状及び三角形状の
溝を切ったものを使用した。また、溝数は何れも１本と
した。 ヘッド駆動条件；実験１と同じとした。ただし、使用液
体は、水７５％、グリセリン１８％、エチルアルコール
７％の組成による透明液体とした。

【００３５】この実験３によれば、インク流路を断面台
形状に形成したヘッドの場合には何時も安定した気泡発
生〜消滅、液噴射が得られたのに対し、インク流路を断
面三角形状に形成したヘッドの場合には時々発生した気
泡が消滅した後で微小な気泡がインク流路の三角形の頂
点付近にトラップされているのが分かったものである。
そして、このような微小な気泡が存在している時は、液
噴射が行われなかったり、或いは、液噴射が行われても
ジェット速度が遅く、不安定であることが判明したもの
である。さらには、このような微小な気泡が液とともに
噴射される時に周囲に液を飛散させてしまう現象も観察
されたものである。

【００３６】このように、本実施例によれば、流路基板
３において流路用溝６を断面台形状をなすように形成し
たので、既提案の断面三角形状としたものに比較して微
小な気泡が天井面付近に残りにくいものとなり、噴射の
安定性が増すものとなる。

【００３７】ところで、本実施例の別の特徴点について
説明する。本実施例の流路用溝６は前述したように（１
００）面のＳｉウエハにアルカリ溶液を用いた異方性エ
ッチングにより形成される。よって、その底面（天井
面）も流路基板３自身と同じく（１００）面により形成
されることになる。ここに、上記のようなアルカリエッ
チング溶液を用いた場合、一般に、そのエッチング面は
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のが好ましいと考え、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鏡面状態の（１
００）面が得られることを見出したものである。ちなみ
に、前述した実験１，２で使用したヘッドチップを作製
する際の流路基板３に対する異方性エッチングは、全
て、水酸化ナトリウム水溶液としたものであり、流路用
溝６の底面（天井面）をなす（１００）面は何れもザラ
ザラしたままのものとした。

【００３８】このような点を踏まえ、実験１に使用した
各サンプルＳ１〜Ｓ４と同じ構造、寸法の流路基板３
を、２２％の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を
用いて９０℃で８分間エッチングすることにより作製し
た。この結果、形成された断面台形状の流路用溝６はそ
の底面（天井面）となる（１００）面も（１１１）面と
同程度の鏡面状態に仕上げられたものであり、前述した
ように水酸化ナトリウム水溶液でエッチングして作製し
たものとは比較にならない程、滑らかな（１００）面と
なったものである。このように底面（天井面）も鏡面仕
上げされた流路用溝６を持つ流路基板３を備えたヘッド
チップを用いて、実験１と同じ噴射実験を行ったとこ
ろ、ジェット速度が１４．５ｍ／ｓとなり、実験１等に
よるものに比して、ジェット速度が約２０％も向上した
ものである。また、噴射の様子も非常に安定しており、
記録紙面上での画質も良好となったものである。

【００３９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、流路基板
の流路用溝を単結晶基板の異方性エッチングにより断面
台形状となるように形成したので、断面Ｖ字状の場合の
ように微小な気泡が流路天井に滞まるようなことがな
く、良好に排出させることができ、よって、噴射安定性
を向上させ、高画質な印写を可能とすることができる。

【００４０】この際、請求項２記載の発明によれば、単
結晶基板を（１００）面の結晶方位面に切出されたシリ
コンウエハとし、流路用溝を２つの等価な（１１１）面
と１つの（１００）面とで断面台形状となるように形成
したので、単結晶の精度で流路用溝を形成でき、よっ
て、非常に高精度な流路〜ノズルを低コストで得ること
が可能となる。

【００４１】また、請求項３記載の発明によれば、流路
用溝の天井面を形成する（１００）面も、２つの等価な
（１１１）面による側面と同じく鏡面状態に仕上げるよ
うにしたので、全体的に滑らかなインク流路とし、イン
クの流れをスムーズにすることができ、よって、ジェッ
ト速度を向上させることができ、高画質記録が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、（ａ）はヘッドチッ
プの斜視図、（ｂ）はその一部を拡大して示す正面図で
ある。

【図２】発熱体基板を示す斜視図である。

【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。

【図４】ヒータ付近を拡大して示す縦断側面図である。

【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。

【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。

【図７】変形例を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

２ 発熱体基板 ３ 流路基板 ６ 流路用溝 ９，１０ 電極 ２１ 蓄熱層 ２２ 発熱層 ２３ 保護層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、単結晶基板上に異方性エッチングにより断面台形状
   となる流路用溝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。
2. 【請求項２】 単結晶基板を（１００）面の結晶方位面
   に切出されたシリコンウエハとし、流路用溝を２つの等
   価な（１１１）面による側面と１つの（１００）面によ
   る天井面とで断面台形状となるように形成したことを特
   徴とする請求項１記載のサーマルインクジェットヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 流路用溝の天井面を形成する（１００）
   面を鏡面状態に仕上げたことを特徴とする請求項２記載
   のサーマルインクジェットヘッド。