JP2008188828A - Method for manufacturing inkjet head, inkjet head manufactured by using the method, and recorder having the inkjet head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流路内の液体を加熱して発泡させ発生気泡を利用して液体を吐出するインクジェットヘッドの作製方法、及び該作製方法を用いて作製したインクジェットヘッドおよび該インクジェットヘッドを備えた記録装置に関する発明である。 The present invention relates to a method for manufacturing an inkjet head that heats and foams a liquid in a flow path and discharges the liquid by using generated bubbles, an inkjet head manufactured using the manufacturing method, and a recording including the inkjet head It is an invention related to a device.
従来から液体吐出装置は、微細加工、実験分析、画像形成等の様々な分野で応用されているが、ここではインクジェットによる記録方法を例にとって説明する。 Conventionally, liquid ejecting apparatuses have been applied in various fields such as microfabrication, experimental analysis, and image formation. Here, an ink jet recording method will be described as an example.
インク滴を吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行なうインクジェット記録方法は、高速記録が可能であり、また記録品位も高く、低騒音であるという利点を有している。さらに、この方法はカラー画像記録が容易であって、普通紙等にも記録でき、さらに装置を小型化し易いといった多くの優れた利点を有している。 An ink jet recording method that forms an image by ejecting ink droplets and depositing them on a recording medium has the advantages of being capable of high-speed recording, high recording quality, and low noise. Furthermore, this method has many excellent advantages such as easy color image recording, recording on plain paper and the like, and further facilitating miniaturization of the apparatus.
このようなインクジェット記録方法を用いる記録装置には、一般にインクを飛翔インク滴として吐出させるための吐出口と、この吐出口に連通するインク路と、このインク路の一部に設けられ、インク路内のインクに吐出のための吐出エネルギーを与えるエネルギー発生手段とを有する記録ヘッドが備えられる。例えば、特公昭６１−５９９１１号、特公昭６１−５９９１２号、特公昭６１−５９９１３号、特公昭６１−５９９１４号の各公報には、エネルギー発生手段として電気熱変換体を用い、電気パルス印加によってこれが発生する熱エネルギーをインクに作用させてインクを吐出させる方法が開示されている。 A recording apparatus using such an ink jet recording method is generally provided with an ejection port for ejecting ink as flying ink droplets, an ink path communicating with the ejection port, and a part of the ink path. There is provided a recording head having energy generating means for giving ejection energy to the ink inside. For example, JP-B 61-59911, JP-B 61-59912, JP-B 61-59913, and JP-B 61-59914 use an electrothermal converter as an energy generating means, and by applying an electric pulse. A method for ejecting ink by applying thermal energy generated by the ink to the ink is disclosed.
上記各公報に開示されている記録方法は、熱エネルギーの作用を受けたインクに気泡が発生し、この気泡の急激な膨張に基づく作用力によって、記録ヘッド部先端の吐出口よりインクを吐出し、この吐出インク滴が被記録媒体に付着して画像形成を行なうものである。この方法によれば記録ヘッドにおける吐出口を高密度に配設することができるので、高解像度、高品質の画像を高速で記録することができ、この方法を用いた記録装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどにおける情報出力手段として用いることができる。 In the recording methods disclosed in the above publications, bubbles are generated in the ink subjected to the action of thermal energy, and the ink is discharged from the discharge port at the tip of the recording head by an action force based on the rapid expansion of the bubbles. The ejected ink droplets adhere to the recording medium to form an image. According to this method, since the discharge ports in the recording head can be arranged with high density, it is possible to record high-resolution, high-quality images at high speed. A recording apparatus using this method is a copying machine, It can be used as information output means in printers, facsimiles and the like.
このインクジェット記録方式においては、上述のように電気熱変換体すなわち液体を加熱するための発熱体素子が必要であり、従来は薄膜抵抗体を流路内の壁面に設置し、該薄膜抵抗体の２辺に電気パルスを印加するための配線を接続したものが、発熱体素子として用いられていた。 In this ink jet recording method, an electrothermal transducer, that is, a heating element for heating a liquid as described above is required. Conventionally, a thin film resistor is installed on the wall surface in the flow path, and the thin film resistor A device in which wiring for applying an electric pulse to two sides is used as a heating element.
しかしながら、上記したように発熱体素子を流路の壁面に設置した場合は、該発熱体素子で発生した熱エネルギーが、かなりの割合で壁面に散逸してしまう場合があった。これにより、熱エネルギーを発泡のエネルギーに変換する効率が低下し、消費電力が大きくなってしまう場合があった。この問題点を解決するために、特開昭５５−５７４７７ならびに特開昭６２−９４３４７号公報には、発熱体素子を部分的に流路内の空間に空中に浮かせた状態で設置し、これにより発熱体素子からプリントヘッド本体乃至は基板に熱が散逸されることを極力防止し、発熱体で発生した熱エネルギーを効率良く発泡のエネルギーに変換することにより、消費電力を低減させる装置が開示されている。 However, when the heating element is installed on the wall surface of the flow path as described above, the thermal energy generated in the heating element may be dissipated to the wall surface at a considerable rate. Thereby, the efficiency which converts a thermal energy into the energy of foaming falls, and power consumption may become large. In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-57477 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-94347 disclose that the heating element is partially floated in the space in the flow path. Discloses a device that reduces power consumption by preventing heat dissipation from the heating element to the print head body or substrate as much as possible, and efficiently converting the thermal energy generated in the heating element into foaming energy. Has been.
また、特開平１０−２０２９１５公報でも、熱アクチュエータを部分的に流路内の空間に空中に浮かせた状態で設置した装置が開示されている。本公報では、熱アクチュエータ(発熱体素子)と発射チャンバ(液体吐出口)が正確に整列され、侵食性を有するインクおよび熱サイクルに長期にわたってさらされても故障がしにくいインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの作製方法が開示されている。
しかしながら、発熱体素子を流路内の空間に浮かせて設置した上記従来技術では、以下に示す問題点があった。 However, the above-described conventional technology in which the heating element is installed in a space in the flow path has the following problems.
図８に示した特開昭６２−９４３４７7のインクジェットヘッドでは、作製工程のなかに、発熱体素子の形成された基板と、封止プレートと、液体吐出口の形成されたカバープレートを接着する工程が含まれており、発熱体素子と液体吐出口を正確に整列して配置できない場合があった。このことにより、吐出特性が落ち、各インクジェットヘッド間の吐出特性にばらつきが生じる可能性がある。高画質化を目指して吐出液滴を小型化した場合、液体吐出口と発熱体素子のサイズがさらに小さくなるので、上記した問題はさらに深刻になると考えられる。 In the ink jet head disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-94347 shown in FIG. 8, a step of bonding a substrate on which a heating element is formed, a sealing plate, and a cover plate on which a liquid discharge port is formed in a manufacturing process. In some cases, the heating element and the liquid discharge port cannot be arranged in an accurate alignment. As a result, the ejection characteristics are degraded, and there is a possibility that the ejection characteristics between the inkjet heads vary. When the size of the ejected droplets is reduced with the aim of improving the image quality, the size of the liquid ejection port and the heating element is further reduced, so that the above problem is considered to be more serious.
一方、特開平１０−２０２９１５のインクジェットヘッドでは、液体吐出口と発熱体素子(特開平１０−２０２９１５では熱アクチュエータと記載)を同一基板上に集積回路製造プロセスを用いて形成するため、発熱体素子と液体吐出口を正確に整列させることが可熊である。しかしながら、特開平１０−２０２９１５では、基板上に発熱体素子を作製した後、発熱体素子を作製した面からエッチングすることにより発射チャンバを形成するので、発熱体素子の形状や寸法が、発射チャンバの寸法や形状や形成方法によって制限されてしまう。これにより、所望の形状や寸法を有する発熱体素子を作製することができない場合があった。 On the other hand, in the ink jet head disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-202915, a liquid discharge port and a heat generating element (described as a thermal actuator in Japanese Patent Laid-Open No. 10-202915) are formed on the same substrate using an integrated circuit manufacturing process. It is possible to align the liquid discharge ports accurately. However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-202915, a heating chamber element is formed on a substrate, and then a firing chamber is formed by etching from the surface on which the heating element is fabricated. It is limited by the size, shape and forming method. As a result, a heating element having a desired shape and size may not be produced.
また、特開平１０−２０２９１５のインクジェットヘッドでは、発熱体素子が複数配置されており、液体供給路と基板の整列の要求事項を緩和するために、複数ある発熱体素子の行全体に共通である液体供給路が形成されている。これにより液体供給路側のイナータンスが小さくなってしまう。これにより、発生気泡のエネルギーが、液体供給路の方向に伝わりやすくなり、液体吐出口の方向に伝わりにくくなってしまう。したがって、高品位な記録を行うのに十分な吐出液滴の運動エネルギーを得ることができない可能性がある。仮に、記録に必要な運動エネルギーが得られたとしても、そのためには発熱体素子により大きな電気的エネルギーを投入する必要があり、このことは消費電力の増大につながる。さらに、液体供給路が共通であることにより、個々の発熱体素子が他の発熱体素子の影響(クロストーク)を受けやすくなるという問題点がある。 In addition, in the inkjet head disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-202915, a plurality of heating element elements are arranged, which are common to the entire row of heating element elements in order to alleviate the requirement for alignment of the liquid supply path and the substrate. A liquid supply path is formed. As a result, the inertance on the liquid supply path side becomes small. As a result, the energy of the generated bubbles is easily transmitted in the direction of the liquid supply path, and is not easily transmitted in the direction of the liquid discharge port. Therefore, there is a possibility that the kinetic energy of the ejected droplets sufficient to perform high-quality recording cannot be obtained. Even if kinetic energy necessary for recording is obtained, it is necessary to input a large amount of electrical energy to the heating element for this purpose, which leads to an increase in power consumption. Further, since the liquid supply path is common, there is a problem in that each heating element is likely to be affected by other heating element (crosstalk).
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものである。本発明の課題は、発熱体素子で発生した熱エネルギーを効率良く発泡のエネルギーに変換でき、さらに発泡エネルギーを効率良く吐出する液滴のエネルギーに変換することが可能なインクジェットヘッドおよびその作製方法を提供することである。さらに本発明の課題は、作製工程中に接着工程を含まず、所望の形状、サイズの発熱体素子を容易に形成することが可能で、高精度に発熱体素子と液体吐出口の位置合わせが可能なインクジェットヘッドの作製方法を提供することである。さらに本発明の課題は、消費電力が低く記録品位が高い記録装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems. An object of the present invention is to provide an inkjet head capable of efficiently converting thermal energy generated in a heating element into foaming energy, and further capable of converting foaming energy into energy of liquid droplets to be efficiently ejected, and a method for manufacturing the same. Is to provide. Furthermore, the problem of the present invention is that a heating element having a desired shape and size can be easily formed without including an adhesion process in the manufacturing process, and the positioning of the heating element and the liquid discharge port can be performed with high accuracy. It is to provide a method for manufacturing a possible inkjet head. A further object of the present invention is to provide a recording apparatus with low power consumption and high recording quality.
本発明は上記課題を解決するため、流路内の液体を加熱して発泡させ、発生気泡を利用して液体を吐出するインクジェットヘッドの作製方法および該作製方法を用いて作製したインクジェットヘッドおよび記録装置を以下のように構成したことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for manufacturing an ink-jet head that heats and foams a liquid in a flow path, and discharges the liquid using generated bubbles, and an ink-jet head manufactured using the method and recording The apparatus is configured as follows.
本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、液体吐出口と、該液体吐出口に連通して配置された液室と、前記液室に液体入口を介して連通し前記液室に液体を供給するための液体供給路と、前記液室と前記液体供給路の間に内壁面より浮かせた状態で支持して配置した発熱体素子と、前記発熱体素子を外部回距に接続するための配線電極を備え、液体を加熱して発泡させ、発生気泡を利用して液体を吐出するためのインクジェットヘッドの作製方法であり、
（ｅ）基板の表面に発熱体素子を形成する工程と、
（ｆ）前記発熱体素子と電気的に接続された配線電極を形成する工程と、
（ｇ）前記発熱体素子上に、液室および液滴吐出口を形成する工程と、
（ｈ）前記基板を裏面から貫通エッチングすることにより液体供給路を形成するとともに発熱体素子を内壁面より浮かせた状態で支持する工程と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッドの作製方法である。
The method for producing an ink jet head according to the present invention includes a liquid discharge port, a liquid chamber arranged in communication with the liquid discharge port, and a liquid that communicates with the liquid chamber via a liquid inlet. A liquid supply path, a heating element supported and arranged in a state of being floated from an inner wall surface between the liquid chamber and the liquid supply path, and a wiring electrode for connecting the heating element to an external distance A method for producing an inkjet head for heating and foaming a liquid and discharging the liquid using generated bubbles,
(E) forming a heating element on the surface of the substrate;
(F) forming a wiring electrode electrically connected to the heating element;
(G) forming a liquid chamber and a droplet discharge port on the heating element;
(H) forming a liquid supply path by through-etching the substrate from the back surface and supporting the heating element in a state of floating from the inner wall surface;
It is a manufacturing method of the inkjet head characterized by having.
本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記基板が単結晶シリコン基板であることを特徴とする上記記載のインクジェットヘッドの作製方法である。 The method for producing an ink jet head of the present invention is the method for producing an ink jet head described above, wherein the substrate is a single crystal silicon substrate.
本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記工程（ｄ）において、結晶異方性エッチングを用いて貫通エッチングすることを特徴とする上記記載のインクジェットヘッドの作製方法である。 The method for producing an ink-jet head according to the present invention is the method for producing an ink-jet head described above, wherein in step (d), through etching is performed using crystal anisotropic etching.
本発明のインクジェットヘッドの作製方法は、前記工程（ｄ）において、高密度プラズマを用いたドライエッチング法を用いて貫通エッチングすることを特徴とする上記記載のインクジェットヘッドの作製方法である。 The inkjet head manufacturing method of the present invention is the inkjet head manufacturing method described above, wherein in the step (d), through etching is performed using a dry etching method using high-density plasma.
本発明のインクジェットヘッドは、上記記載のインクジェットヘッドの作製方法を用いて作製したインクジェットヘッドであり、前記液滴の吐出方向と前記液体の供給方法が略並行であることを特徴とするインクジェットヘッドである。 The inkjet head of the present invention is an inkjet head manufactured by using the inkjet head manufacturing method described above, wherein the droplet discharge direction and the liquid supply method are substantially parallel. is there.
本発明のインクジェットヘッドは、上記記載の作製方法を用いて作製したインクジェットヘッドであり、前記発熱体素子の発泡面におけるイナータンスのうち、液室側のイナータンスが液体供給路側のイナータンズよりも小さいことを特徴とする上記記載のインクジェットヘッドである。 The inkjet head of the present invention is an inkjet head manufactured using the above-described manufacturing method, and among the inertances on the foamed surface of the heating element, the inertance on the liquid chamber side is smaller than the inertance on the liquid supply path side. The ink jet head described above, which is characterized.
本発明のインクジェットヘッドは、上記記載の作製方法を用いて作製したインクジェットヘッドであり、前記発熱体素子が平板形状であることを特徴とする上記記載のインクジェットヘッドである。 The ink-jet head of the present invention is an ink-jet head produced using the production method described above, wherein the heating element is a flat plate shape.
本発明のインクジェットヘッドは、上記記載の作製方法を用いて作製したインクジェットヘッドであり、前記発熱体素子の両面で発泡することを特徴とする上記記載のインクジェットヘッドである。 The ink-jet head of the present invention is an ink-jet head produced by using the production method described above, wherein the ink-jet head foams on both sides of the heating element.
本発明のインクジェットヘッドは、上記記載の作製方法を用いて作製したインクジェットヘッドであり、前記液体入口の形状が、四角形であることを特徴とする上記記載のインクジェットヘッドである。 The ink-jet head of the present invention is an ink-jet head produced using the production method described above, wherein the liquid inlet has a quadrangular shape.
本発明のインクジェットヘッドは、上記記載の作製方法を用いて作製したインクジェットヘッドであり、前記液体入口の形状が、略半円形状であることを特徴とする請求項５から請求項８に記載のインクジェットヘッド。 The ink-jet head of the present invention is an ink-jet head produced using the production method described above, and the shape of the liquid inlet is a substantially semicircular shape. Inkjet head.
発明のインクジェットヘッドは、上記記載の作製方法を用いて作製したインクジェットヘッドであり、前記発熱体素子を複数備え、前記液体供給路が各発熱体素子に1対1対応で備えられていることを特徴とする上記記載のインクジェットヘッドである。 The inkjet head of the invention is an inkjet head manufactured using the above-described manufacturing method, and includes a plurality of the heating element, and the liquid supply path is provided for each heating element in a one-to-one correspondence. The ink jet head described above, which is characterized.
本発明の記録装置は、上記記載のインクジェットヘッドを備え、各発熱体に電気信号を供給する手段を備えたことを特徴とする記録装置である。 The recording apparatus of the present invention is a recording apparatus comprising the above-described ink jet head and further comprising means for supplying an electric signal to each heating element.
以上説明したように、本発明のインクジェットヘッドの作製方法を用いることにより、作製時に接着工程が含まれないので、吐出特性の安定したインクジェットヘッドを容易に作製することが可能である。また、本発明のインクジェットヘッドの作製方法を用いることにより、所望の形状、サイズの発熱体素子を容易に作製することが可能となる。また、本発明のインクジェットヘッドでは、癸熱体素子を流路内壁から浮かせた状態で支持することで、発熱体で発生した熱が基板に散逸するのを防ぎ熱エネルギーの利用効率を向上させることが可能となる。また、発熱体素子の発泡面におけるイナータンスのうち、液室側のイナータンスを液体供給路側のイナータンスよりも小さくすることにより、発生した気泡のエネルギーを効率良く吐出される液滴のエネルギーに変換することができる。また、本発明の記録装置により、消費電力が低く記録品位が高い記録装置を提供することができる。 As described above, by using the ink jet head manufacturing method of the present invention, since an adhesion step is not included in the manufacturing process, an ink jet head with stable ejection characteristics can be easily manufactured. Further, by using the method for producing an ink jet head of the present invention, a heating element having a desired shape and size can be easily produced. Further, in the inkjet head of the present invention, the heat generating element is supported in a state of being floated from the inner wall of the flow path, thereby preventing the heat generated in the heating element from being dissipated to the substrate and improving the utilization efficiency of the heat energy. Is possible. In addition, among the inertances on the foaming surface of the heating element, the liquid chamber side inertance is made smaller than the liquid supply path side inertance, thereby efficiently converting the energy of the generated bubbles into the energy of the liquid droplets to be discharged. Can do. The recording apparatus of the present invention can provide a recording apparatus with low power consumption and high recording quality.
本発明のインクジェットヘッドの作製方法を用いることにより、接着工程を用いることなくエネルギー利用効率の高いインクジェットヘッドを作製することができる。接着工程を用いないので、液体吐出口と発熱体素子を精度良く位置合わせすることができ、吐出特性が安定したインクジェットヘッドを作製することが可能になる。 By using the inkjet head manufacturing method of the present invention, an inkjet head with high energy utilization efficiency can be manufactured without using an adhesion process. Since the bonding process is not used, the liquid discharge port and the heating element can be accurately aligned, and an ink jet head with stable discharge characteristics can be manufactured.
また本発明のインクジェットヘッド作製方法では、発熱体素子および配線電極を形成した面と反対の面から、貫通エッチングを行うことにより、液体供給路を作製すると同時に発熱体素子を浮いた状態に支持する。これにより、所望の形状やサイズの発熱体素子および液体入口を容易に形成することが可能となり作製自由度が向上する。 Further, in the inkjet head manufacturing method of the present invention, by performing through etching from the surface opposite to the surface on which the heating element and the wiring electrode are formed, the liquid supply path is manufactured and the heating element is supported in a floating state. . Thereby, it becomes possible to easily form a heating element and a liquid inlet having a desired shape and size, and the degree of manufacturing freedom is improved.
インクジェットヘッドを作製する基板としては、耐熱性や耐溶剤性が高い基板であれば特に制限はないが、単結晶シリコン基板を用いることにより、半導体集積回路作製技術を用いることが可能となる。これにより低コストで高精度にインクジェットヘッドを作製することができる。 The substrate for manufacturing the inkjet head is not particularly limited as long as it is a substrate having high heat resistance and solvent resistance. However, by using a single crystal silicon substrate, a semiconductor integrated circuit manufacturing technique can be used. Thereby, an inkjet head can be produced with high accuracy at low cost.
また、前記単結晶基板を裏面からエッチングして液体供給路を形成する際に、結晶異方性エッチングを用いることにより、精度良く液体供給路を作製することが可能となる。 In addition, when the single crystal substrate is etched from the back surface to form the liquid supply path, the liquid supply path can be accurately manufactured by using crystal anisotropic etching.
また、前記単結晶基板を裏面からエッチングして液体供給路を形成する際に、例えば、ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching)等の高密度プラズマによるドライエッチングを用いて単結晶シリコン基板をエッチングすることにより、液体供給方向に垂直な面の断面積が小さい液体供給路を精度良く作製することが可能となる。これにより、液体供給路側のイナータンスが大きいインクジェットヘッドを容易に作製することが可能となる。 Further, when forming the liquid supply path by etching the single crystal substrate from the back surface, for example, the single crystal silicon substrate using dry etching by high density plasma such as ICP-RIE (Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching) The liquid supply path having a small cross-sectional area of the surface perpendicular to the liquid supply direction can be accurately manufactured. Thereby, it is possible to easily produce an ink jet head having a large inertance on the liquid supply path side.
ここで、発泡面におけるイナータンスを、以下に定義し、発泡面におけるイナータンスが発泡エネルギーの利用効率にどう影響するかまとめる。 Here, the inertance on the foaming surface is defined as follows, and the influence of the inertance on the foaming surface on the utilization efficiency of foaming energy is summarized.
図７は、インクジェットヘッドを模式的に示した図である。以下、この図を用いて本発明のイシクジェットヘッドについて説明する。本発明のインクジェットヘッドでは、発熱体素子７０１の発泡面７０２と液体吐出口７０３を圧力規定面としたイナータンス(液室７０４側のイナータンス)を、発泡面７０５と液体供給路７０６の端面を圧力規定面としたイナータンス(液体供給路側７０６のイナータンス)より小さくする。これにより、液室７０４側の液体は、液体供給路７０６側の液体よりも動きやすくなる。したがって、発泡面７０２のみで発泡した場合には、発生した気泡のエネルギーが液体供給路７０６側に伝わりにくくなり、発生した気泡のエネルギーを液滴の吐出に有効に利用することができる。さらに、発泡面７０２と発泡面７０５の両面で発泡した場合には、発泡面７０２で発生した気泡のエネルギーだけでなく、発泡面７０５で発生した気泡のエネルギーも液体の吐出に利用することが可能となる。以上のことから、本発明のインクジエットヘッドでは、発生した気泡のエネルギー(発泡エネルギー)を液滴の吐出に有効に利用することが可能となる。 FIG. 7 is a diagram schematically showing the ink jet head. Hereinafter, the sicjet head of the present invention will be described with reference to this drawing. In the ink jet head of the present invention, the inertance (inertance on the liquid chamber 704 side) with the foaming surface 702 and the liquid discharge port 703 of the heating element 701 as the pressure regulating surface, and the foaming surface 705 and the end surface of the liquid supply path 706 with the pressure regulating. The surface is made smaller than the inertance (inertance on the liquid supply path side 706). As a result, the liquid on the liquid chamber 704 side moves more easily than the liquid on the liquid supply path 706 side. Therefore, when foaming is performed only on the foaming surface 702, the energy of the generated bubbles is hardly transmitted to the liquid supply path 706 side, and the generated energy of the bubbles can be effectively used for discharging the droplets. Further, when foaming is performed on both the foaming surface 702 and the foaming surface 705, not only energy of bubbles generated on the foaming surface 702 but also energy of bubbles generated on the foaming surface 705 can be used for discharging liquid. It becomes. From the above, in the ink jet head of the present invention, it is possible to effectively use the generated bubble energy (foaming energy) for the discharge of droplets.
液室側のイナータンスを小さくする方法としては、例えば、発熱体素子と液体吐出口の間の距離を短くする、液室の液滴の吐出方向に垂直な面の断面積を大きくする等の方法がある。 As a method for reducing the inertance on the liquid chamber side, for example, a method of shortening the distance between the heating element and the liquid ejection port, or increasing the cross-sectional area of the surface perpendicular to the liquid droplet ejection direction, etc. There is.
液体供給路側のイナータンスを大きくするための方法としては、例えば、液体供給略の液体供給方向に垂直な面の断面積を小さくする、液体供給路の長さを長くする等の方法がある。 As a method for increasing the inertance on the liquid supply path side, for example, there are methods such as reducing the cross-sectional area of the surface perpendicular to the liquid supply direction of the liquid supply and increasing the length of the liquid supply path.
また本発明のインクジェットヘッドでは、発熱体素子を内壁面より浮かせた状態で支持するので、ヘッド本体や基板への熱の散逸を防止することができ、発熱体素子で発生したエネルギーを効率よく発泡エネルギーに変換することができる。 In the ink jet head of the present invention, since the heating element is supported in a state of floating from the inner wall surface, heat dissipation to the head body and the substrate can be prevented, and the energy generated in the heating element is efficiently foamed. Can be converted into energy.
また液滴の吐出方向と液体の供給方向を平行に並べることにより、発熱体素子が内壁面より浮いた状態で支持された構成を、作製工程中に接着工程を含むことなく容易に作製することが可能となる。これにより、液体吐出口と発熱体素子を精度良く位置合わせすることができ、安定した吐出特性を得ることが可能になる。 In addition, by arranging the droplet discharge direction and the liquid supply direction in parallel, it is possible to easily produce a configuration in which the heating element is supported in a state of floating from the inner wall surface without including an adhesion step in the production process. Is possible. As a result, the liquid discharge port and the heating element can be accurately aligned, and stable discharge characteristics can be obtained.
また、発熱体素子の形状に特に制限はないが、平板形状の発熱体素子のときに、投入電力を発泡エネルギーに変換する効率が最も良い。 The shape of the heating element is not particularly limited, but the efficiency of converting input power into foaming energy is the best when the heating element has a flat plate shape.
さらに、平板形状の発熱体素子の両面で発泡することにより、発熱体素子で発生した熱エネルギーをさらに効率よく発泡エネルギーに変換することができる。 Furthermore, by foaming on both surfaces of the flat heating element, the thermal energy generated in the heating element can be more efficiently converted into foaming energy.
液体入口の形状としては、特に制限は無いが、例えば四角形や略半円形とすることにより、液体を吐出した後の液室への液体移動(リフィル)を円滑に行うことが可能となり、インクジェットヘッドの吐出周波数を向上させることができる。 The shape of the liquid inlet is not particularly limited, but for example, by making it square or substantially semicircular, it is possible to smoothly move the liquid (refill) to the liquid chamber after discharging the liquid, and the inkjet head The discharge frequency can be improved.
発熱体素子を複数備えたインクジェットヘッドの場合には、各発熱体素子に１対１対応で液体供給路を備えることにより、複数ある発熱体素子の行全体に共通の液体供給路が形成されている従来技術と比較して、液体供給路側のイナータンスを大きく保つことが可能となる。さらにこれにより、個々の発熱体素子が、他の発熱体素子の影響(クロストーク)を受けることが無くなり、安定した発泡特性、吐出特性を得ることができる。 In the case of an ink jet head having a plurality of heating element elements, a liquid supply path is provided for each heating element element in a one-to-one correspondence so that a common liquid supply path is formed in the entire row of the plurality of heating element elements. It is possible to keep the inertance on the liquid supply path side large compared to the conventional technology. Further, this eliminates the influence (crosstalk) of each heat generating element from other heat generating elements, so that stable foaming characteristics and ejection characteristics can be obtained.
本発明の記録装置は、上記したインクジェットヘッドを備えることにより、投入した電力を効率良く液滴の吐出エネルギーに変換することが可能なので消費電力が低く、安定した吐出が可能なので高品位な記録を行うことが可能である。 Since the recording apparatus of the present invention includes the above-described inkjet head, the input power can be efficiently converted into droplet discharge energy, so that the power consumption is low and stable discharge is possible, so high-quality recording is possible. Is possible.
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。なお、以下の実施例中の基板、天板、流路、発熱体、液体吐出口等の寸法や形状や材質、作製条件、駆動条件等は一例であり、設計事項として任意に変形できるものである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. The dimensions, shapes, materials, production conditions, driving conditions, etc. of the substrate, top plate, flow path, heating element, liquid discharge port, etc. in the following examples are examples, and can be arbitrarily modified as design matters. is there.
（第1実施例）
本実施例では、図１に示したインクジェットヘッドを設計、作製した。本実施例吐出ヘッドは、単結晶シリコン基板１０１、液体吐出口１０２、液体吐出口１０２に連通した液室１０３、液室１０３に液体入口１０４を介して連通した液体供給路１０５、液室１０３および液体供給路１０５の間に内壁面より浮かせた状態で支持した発熱体素子１０６、発熱体素子１０６を外部回路に接続するための配線電極１０７よりなる。発熱体素子１０６は、図1では省略してあるが、ｐｏｌｙ−Ｓｉよりなる厚さ１．０μｍの発熱部の両面に、Ｓｉ3Ｎ4よりなる厚さ０．２μｍの保護層が形成された構成となっている。また配線電極１０７は、ＡｕおよびＣｒ（密着層）よりなり、前記保護層に形成されたコンタクトホールを介して、発熱体素子１０６と電気的接続をとっている。
(First Example)
In this example, the ink jet head shown in FIG. 1 was designed and manufactured. The ejection head of this embodiment includes a single crystal silicon substrate 101, a liquid ejection port 102, a liquid chamber 103 communicating with the liquid ejection port 102, a liquid supply path 105 communicating with the liquid chamber 103 via a liquid inlet 104, a liquid chamber 103, and A heating element 106 supported in a state of being floated from the inner wall surface between the liquid supply paths 105, and a wiring electrode 107 for connecting the heating element 106 to an external circuit. Although the heating element 106 is omitted in FIG. 1, a protective layer having a thickness of 0.2 μm made of Si 3 N 4 is formed on both surfaces of a heating part having a thickness of 1.0 μm made of poly-Si. It has a configuration. The wiring electrode 107 is made of Au and Cr (adhesion layer), and is electrically connected to the heating element 106 through a contact hole formed in the protective layer.
以下、主要部分のサイズについて説明する。液体吐出口１０２は、直径３０μｍの円形である。発熱体素子１０６の厚さは約１．４μｍであり、発泡部の面積は４０μｍ×３０μｍである。発熱体素子１０６から液体吐出口までの距離は約２０μｍである。また液体供給路の長さは約５２５μｍである。 Hereinafter, the size of the main part will be described. The liquid discharge port 102 is circular with a diameter of 30 μm. The thickness of the heating element 106 is about 1.4 μm, and the area of the foamed portion is 40 μm × 30 μm. The distance from the heating element 106 to the liquid discharge port is about 20 μm. The length of the liquid supply path is about 525 μm.
本実施例では、発熱体素子１０５の発泡面における液室側イナータンスが、液体供給路側のイナータンスよりも小さい。これにより発生した気泡のエネルギーを、従来技術と比較して効率良く液滴吐出のエネルギーに変換することができる。 In this embodiment, the liquid chamber side inertance on the foaming surface of the heating element 105 is smaller than the inertance on the liquid supply path side. As a result, the energy of the generated bubbles can be efficiently converted into energy for discharging the droplets as compared with the prior art.
本実施例のインクジェットヘッドにおいては、液滴の吐出方向と液体の供給方向は略並行である。これにより、以下に説明する方法を用いて、接着工程を全く用いることなく、内壁面に浮かせた状態で発熱体素子１０５を配置することが容易にできる。以下、本実施例のインクジェットヘッドの製造工程について説明する。図２は、本実施例のインクジェットヘッドの作製工程を示した図である。図２の断面は、図１におけるＡ−Ａ'断面に対応している。以下、この図を用いて説明する。 In the ink jet head of this embodiment, the droplet discharge direction and the liquid supply direction are substantially parallel. Thereby, it is possible to easily arrange the heating element 105 in a state of being floated on the inner wall surface by using the method described below without using any bonding process. Hereinafter, the manufacturing process of the ink jet head of this embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the ink jet head of this example. The cross section in FIG. 2 corresponds to the AA ′ cross section in FIG. Hereinafter, description will be made with reference to this figure.
まず、結晶方位が（１００）の単結晶シリコン基板２０１の両面に熱酸化によりＳｉＯ2、膜２０２を０．５μｍ形成する。次に基板表面をレジストによって保護し、基板裏面のＳｉＯ2膜のみＨＦ水溶液を用いたエッチングにより除去する(図２(a))。 First, SiO 2 and a film 202 of 0.5 μm are formed on both surfaces of a single crystal silicon substrate 201 having a crystal orientation of (100) by thermal oxidation. Next, the substrate surface is protected with a resist, and only the SiO 2 film on the back surface of the substrate is removed by etching using an HF aqueous solution (FIG. 2A).
次に、ＬＰＣＶＤを用いて発熱体素子の下面の保護層となるＳｉ3Ｎ4膜２０３およびエッチングマスクとなるＳｉ3Ｎ4膜２０４を０．２μｍ成膜する。次にＬＰＣＶＤを用いて発熱部となるｐｏｌｙ−Ｓｉ膜２０５を１．０μｍ成膜する。次に、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜２０５に導電性を持たせるために、イオン注入法によりＰ(リン)イオンを、加速電圧１２０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2の条件で打ち込む。次に、拡散炉を用いて、Ｎ2雰囲気中で１１００℃×１８０分間の熱処理を行う。次に、フォトリソグラフィとＣＦ4ガスによるドライエッチングを用いて、発熱体素子の形状のパターニングする(図２（ｂ）)。
Next, a 0.2 μm thick Si 3 N 4 film 203 serving as a protective layer on the lower surface of the heating element and an Si 3 N 4 film 204 serving as an etching mask are formed using LPCVD. Next, 1.0 μm of a poly-
次に、ＬＰＣＶＤを用いて発熱体素子の上面の保護層となるＳｉＮ4膜２０６を０．２μｍ成腹する。フォトフォトリソグラフィとＣＦ4ガスによるドライエッチングを用いて、ＳｉＮ4膜２０６の所望の位置に発熱体素子と配線電極の電気的接続をとるためのコンタクトホール２０７を形成する。このとき同時に液体入口(不図示)も形成する(図２（ｃ）)。 Next, the SiN 4 film 206 serving as a protective layer on the upper surface of the heating element is grown by 0.2 μm using LPCVD. A contact hole 207 for electrically connecting the heating element and the wiring electrode is formed at a desired position of the SiN 4 film 206 using photolithography and dry etching with CF 4 gas. At the same time, a liquid inlet (not shown) is also formed (FIG. 2C).
次に、スパッタ法により密着層であるＣｒ膜を０．０２μｍ、配線電極となるＡｕ膜を１９μｍ成膜する。次にフォトリソグラフィとＫＩとＩ2を主成分とするＡｕのエッチング液およびＣｅ（ＮＨ4）2（ＮＯ3）6を主成分とするＣｒのエッチング液を用いて、Ａｕ膜およびＣｒ膜をパターニングして配線電極２０８を形成する。次に、フォトリソグラフィおよびＣＦ4ガスによるドライエッチングを用いて、基板裏面のＳｉ3Ｎ4膜２０４をパターニングしてエッチング開口２０９を形成する(図２（ｄ）)。 Next, a Cr film that is an adhesion layer is formed to a thickness of 0.02 μm and an Au film that is a wiring electrode is formed to a thickness of 19 μm by sputtering. Next, the Au film and the Cr film are patterned using photolithography, an Au etching solution mainly containing KI and I 2 , and a Cr etching solution mainly containing Ce (NH 4 ) 2 (NO 3 ) 6. Thus, the wiring electrode 208 is formed. Next, the etching opening 209 is formed by patterning the Si 3 N 4 film 204 on the back surface of the substrate using photolithography and dry etching with CF 4 gas (FIG. 2D).
次に、レジスト樹脂（ＰＭＥＲＡ−９００、東京応化社製）を基板表面にスピンコートを用いて塗布し、露光、現像を行い液室の形状にパターニングし犠牲エッチング層２１０を形成する（図２（ｅ））。この樹脂層が後の工程で溶解することにより、液室が形成される。 Next, a resist resin (PMERA-900, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied to the substrate surface using a spin coat, exposed and developed, and patterned into the shape of a liquid chamber to form a sacrificial etching layer 210 (FIG. 2 ( e)). The resin layer is dissolved in a later step, whereby a liquid chamber is formed.
次に、液体吐出口および液室を形成するエポキシ系のレジスト樹脂２１１（ＳＵ−８−２５（Ｍｉｃｒｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ社製）を犠牲層エッチング層２１０上にスピンコートにて塗布し、露光、現像を行い、液体吐出口２１２を形成する（図２（ｆ））。 Next, an epoxy resist resin 211 (SU-8-25 (manufactured by Micro Chemical Corp)) that forms a liquid discharge port and a liquid chamber is applied onto the sacrificial layer etching layer 210 by spin coating, and exposure and development are performed. Then, the liquid discharge port 212 is formed (FIG. 2F).
次に、犠牲エッチング層２１０を溶解して洗い流すことにより、液室２１３を形成する（図２（ｇ））。 Next, the sacrificial etching layer 210 is dissolved and washed away, thereby forming a liquid chamber 213 (FIG. 2G).
次に、基板裏面からＴＭＡＨ(テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド)水溶液を用いて結晶異方性エッチング行い、（１１１）結晶面２１４で規定された液体供給路２１５を形成する。このとき、エッチングはＳｉＯ2膜２０２により自動的に停止する。次に、ＨＦ水溶液を用いて、ＳｉＯ2膜２０２の流路内に露出した部分を除去し、液体入口(不図示)を介して液室２１３と液体供給路２１５を貫通させる（図２（ｈ））。 Next, crystal anisotropic etching is performed from the back surface of the substrate using an aqueous solution of TMAH (tetramethylammonium hydroxide) to form a liquid supply path 215 defined by the (111) crystal plane 214. At this time, the etching is automatically stopped by the SiO 2 film 202. Next, the exposed portion of the SiO 2 film 202 in the flow path is removed using an HF aqueous solution, and the liquid chamber 213 and the liquid supply path 215 are passed through a liquid inlet (not shown) (FIG. 2 (h) )).
本実施例のインクジェットヘッドの作製方法では、接着工程を用いることなく半導体集積回路製造プロセスを用いて、発熱体素子の上に液体吐出口を作製するので、発熱体素子と液体吐出口を精度良く整列させることが可能である。これにより、さらなる記録品位の向上により、発熱体素子や液体供給口等のサイズが小さくなった場合でも容易に対応することが可能である。また、発熱体素子を作製した面と反対の面から貫通エッチングをして液体供給路を作製するので、所望のサイズや形状の発熱体素子を容易に作製することが可能となる。また、結晶異方性エッチングを用いて、液体供給路を形成するので、（１１１）結晶面に規定された液体供給路を精度良く作製することが可能となる。 In the ink jet head manufacturing method of the present embodiment, the liquid discharge port is formed on the heating element using the semiconductor integrated circuit manufacturing process without using the bonding step. It is possible to align. Thereby, it is possible to easily cope with the case where the size of the heating element, the liquid supply port, etc. is reduced by further improving the recording quality. In addition, since the liquid supply path is formed by performing through etching from the surface opposite to the surface on which the heating element is manufactured, it is possible to easily manufacture the heating element having a desired size and shape. In addition, since the liquid supply path is formed by using crystal anisotropic etching, the liquid supply path defined on the (111) crystal plane can be manufactured with high accuracy.
次に図３を用いて、本実施例のインクジェットヘッドの発泡、液体吐出、リフィルの過程を説明する。 Next, the process of foaming, liquid ejection, and refilling of the ink jet head of this embodiment will be described with reference to FIG.
図３は、図１におけるＢ−Ｂ’断面に対応した断面である。 FIG. 3 is a cross section corresponding to the B-B ′ cross section in FIG. 1.
初期状態は、液室３０１および液体供給路３０２が液体に満たされた状態である（図３（ａ））。 The initial state is a state where the liquid chamber 301 and the liquid supply path 302 are filled with liquid (FIG. 3A).
初期状態の発熱体素子３０３の両端に形成された配線電極(不図示)にパルス電圧を印加することにより、発熱体素子３０３の温度を膜沸騰が生じる温度(３０６℃以上)まで急速に上昇させる。これにより、発熱体３０３の両面に気泡３０４が発生し急激に膨張を始める（図３（ｂ））。 By applying a pulse voltage to wiring electrodes (not shown) formed at both ends of the heating element 303 in the initial state, the temperature of the heating element 303 is rapidly increased to a temperature at which film boiling occurs (306 ° C. or higher). . As a result, bubbles 304 are generated on both surfaces of the heating element 303 and start to expand rapidly (FIG. 3B).
さらに気泡３０４が膨張すると、気泡は液体を液体吐出口３０５側に押し出す（図３（ｃ））。 When the bubble 304 further expands, the bubble pushes the liquid toward the liquid discharge port 305 (FIG. 3C).
さらに気泡が膨張すると、独立した液滴３０６が形成され、液体吐出口３０５から吐出される（図３（ｄ））。 When the bubbles further expand, independent droplets 306 are formed and discharged from the liquid discharge port 305 (FIG. 3D).
本実施例では、液体供給路側のイナータンスと比較して、液室側のイナータンスが小さい。したがって発熱体素子の液室側で発生した気泡のエネルギーだけでなく液体供給路側で発生した気泡のエネルギーも、液体吐出口側に液体を押し出して、液滴を吐出するのに有効に利用される。 In this embodiment, the inertance on the liquid chamber side is smaller than the inertance on the liquid supply path side. Therefore, not only the energy of bubbles generated on the liquid chamber side of the heating element, but also the energy of bubbles generated on the liquid supply path side is effectively utilized for ejecting liquid to the liquid discharge port side and discharging droplets. .
その後、気泡は収縮に転じ、液滴に取り込まれずに液体吐出口近傍に残った液体は、液体供給路側の液体と合体する（図３（ｅ））。 Thereafter, the bubbles turn into contraction, and the liquid remaining in the vicinity of the liquid discharge port without being taken in by the liquid droplets is combined with the liquid on the liquid supply path side (FIG. 3E).
続いて液体の表面が、ほぼ表面張力と粘性抵抗がバランスする速度で液体吐出口方向に移動しはじめ、最終的に液体吐出口まで液体が充填されて、図３（ａ）に示した初期状態に戻る。 Subsequently, the surface of the liquid starts to move toward the liquid discharge port at a speed that substantially balances the surface tension and the viscous resistance, and finally the liquid is filled up to the liquid discharge port, so that the initial state shown in FIG. Return to.
本実施例の吐出ヘッドを用いて、Ｃ．Ｉ．フードブラック２３．０重量％，ジエチレングリコール１５．０重量％，Ｎ−メチル−２−ピロリドン５．０重量％,イオン交換水７７．０重量％よりなる各配合成分を容器中で撹拌し、均一に混合溶解させた後、孔径０．４５μｍのポリフッ化エチレン系繊維製フィルタで濾過して得た粘度２．０ｃｐｓ（２０℃）のインクを流路に供給し、発熱体素子を加熱するための外部回路を接続し、インクの吐出を試みた。 Using the ejection head of this example, C.I. I. Each compounding component consisting of 23.0% by weight of food black, 15.0% by weight of diethylene glycol, 5.0% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone, and 77.0% by weight of ion-exchanged water is stirred in a container to be uniform. After mixing and dissolving, an ink having a viscosity of 2.0 cps (20 ° C.) obtained by filtering through a filter made of a polyfluorinated ethylene fiber having a pore diameter of 0.45 μm is supplied to the flow path to heat the heating element. The circuit was connected and ink ejection was attempted.
吐出ヘッドの発熱体の加熱条件を、電圧９．０Ｖ,パルス幅２．５μｓｅｃ,周波数３ｋＨｚの矩形パルスよりなる電気信号とし、吐出口よりインクを吐出させた。この状況をパルス光源と顕微鏡を用い観察した。すなわち、発熱体を加熱するための駆動パルスに同期し、かつ所定の遅延時間をおいてパルス光を発光させながら、発泡および消泡の状況、吐出したインクを観察したところ、安定した吐出特性を得ることができた。 The heating condition of the heating element of the discharge head was an electric signal composed of a rectangular pulse having a voltage of 9.0 V, a pulse width of 2.5 μsec, and a frequency of 3 kHz, and ink was discharged from the discharge port. This situation was observed using a pulsed light source and a microscope. That is, when the foaming and defoaming conditions and the ejected ink were observed while emitting pulsed light in synchronization with the driving pulse for heating the heating element and with a predetermined delay time, stable ejection characteristics were obtained. I was able to get it.
(第２実施例)
本実施例では、図４に示したインクジェットヘッドを設計、作製した。本実施例の吐出ヘッドは、単結晶シリコン基板４０１、液体吐出口４０２、液体吐出口に連通した液室４０３、液室に液体入口４０４を介して連通した液体供給路４０５、液室４０３および液体供給路４０５の間に内壁面より浮かせた状態で支持した発熱体素子４０６、発熱体素子４０６を外部回路に接続するための配線電極４０７よりなる。発熱体素子４０６の構成は、実施例１と同じである。
(Second embodiment)
In this example, the inkjet head shown in FIG. 4 was designed and manufactured. The discharge head of this embodiment includes a single crystal silicon substrate 401, a liquid discharge port 402, a
本実施例の各部のサイズおよび形状は、液体供給路４０５を除いて実施例１と同じである。本実施例では、図４に示したように、液体供給路を底面の直径が３０μｍ、長さ２５０μｍの円筒形とした。 The size and shape of each part in the present embodiment are the same as those in the first embodiment except for the liquid supply path 405. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the liquid supply path has a cylindrical shape with a bottom diameter of 30 μm and a length of 250 μm.
本実施例では、発熱体素子の発泡面における液室側のイナータンスは、液体供給路側のイナータンスよりも小さい。これにより、発熱体素子の液体吐出口側で発生した気泡のエネルギーに加えて、液体供給路側で発生した気泡のエネルギーも効率よく液滴の吐出に利用することが司能となる。 In this embodiment, the inertance on the liquid chamber side in the foaming surface of the heating element is smaller than the inertance on the liquid supply path side. Thus, in addition to the energy of bubbles generated on the liquid discharge port side of the heating element, the energy of bubbles generated on the liquid supply path side is efficiently used for discharging droplets.
本実施例のインクジェットヘッドは、液体供給路の形成方法を除けば、実施例１のインクジェットヘッドの作製方法と同様に作製することができる。本実施例では、液体供給路４０５は、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置（６０１Ｅ、ＡＬＣＡＴＥＬ社製）を用いて、シリコンを垂直エッチングすることにより形成した。 The ink jet head of this example can be manufactured in the same manner as the method of manufacturing the ink jet head of Example 1, except for the method of forming the liquid supply path. In this embodiment, the liquid supply path 405 was formed by vertically etching silicon using an ICP-RIE apparatus (601E, manufactured by ALCATEL).
本実施例のインクジェットヘッドは、液体供給路が円筒形なので、実施例１と比較して液体供給路の断面積を小さくすることができる。これにより、実施例１と比較して液体供給路の長さを短く保ったまま、液室側と液体供給路側のイナータンス比を大きくすることが可能となる。したがって、インクジェットヘッドを小型化することが可能となる。また実施例１と比較して、液体供給路部分の断面積が小さいので、基板内に発熱体素子を複数配置した場合に、高密度に配置することが可能となる。 In the ink jet head of the present embodiment, since the liquid supply path is cylindrical, the cross-sectional area of the liquid supply path can be reduced as compared with the first embodiment. Thereby, it is possible to increase the inertance ratio between the liquid chamber side and the liquid supply path side while keeping the length of the liquid supply path short compared to the first embodiment. Therefore, the ink jet head can be reduced in size. In addition, since the cross-sectional area of the liquid supply path portion is smaller than that of the first embodiment, when a plurality of heating element elements are arranged in the substrate, it is possible to arrange them at high density.
本実施例のインクジェットヘッドを用いて、実施例1と同様のインク、同様の駆動条件により、実施例１と同様の吐出実験を行い、吐出インクを観察したところ、安定した吐出特性を得ることができた。 Using the ink jet head of this example, the same discharge experiment as in Example 1 was performed under the same ink and the same driving conditions as in Example 1, and when the discharged ink was observed, stable discharge characteristics could be obtained. did it.
(第３実施例)
本実施例では、第２実施例のインクジェットヘッドを複数配置したインクジェットヘッドを作製した。
(Third embodiment)
In this example, an ink jet head in which a plurality of ink jet heads of the second example were arranged was produced.
本実施例のインクジェットヘッドを図５に示す。図５は、図４におけるＢ−Ｂ’断面図に対応する断面の図である。本実施例では、各発熱体素子５０１に１対１対応で液体供給路５０２を配置してある。これにより、複数ある発熱体素子の行全体に共通の液体供給路が形成されている従来技術と異なり、発熱体素子を複数配置した場合でも液体供給路５０２側のイナータンスが小さくならないので、発熱体素子で発生した気泡のエネルギーを効率良く液滴の吐出エネルギーに変換することが可能となる。 The ink jet head of this example is shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view in FIG. 4. In the present embodiment, the liquid supply path 502 is arranged in a one-to-one correspondence with each heating element 501. Thus, unlike the prior art in which a common liquid supply path is formed in the entire row of a plurality of heating element elements, the inertance on the liquid supply path 502 side is not reduced even when a plurality of heating element elements are arranged. It becomes possible to efficiently convert the energy of bubbles generated in the element into the ejection energy of droplets.
また個々の発熱体素子が、他の発熱体素子の流体的な影響を受けることがないので、各発熱体素子において安定した発泡特性および吐出特性を得ることができた。 In addition, since each heating element is not affected by the fluid of other heating element, stable foaming characteristics and ejection characteristics can be obtained in each heating element.
(第４実施例)
第３実施例のインクジェット記録ヘッドを装備し、発熱体駆動用回路を備え、該記録ヘッドと被記録媒体とを所望の間隔で対向させるための支持体と、入力された情報に応じて、該記録ヘッドと被記録媒体との相対位置を変化させるための機構を有する記録装置を作製した。本実施例の記録装置は、高解像度印字が可能で、従来と比較して消費電力が低かった。さらに、駆動周波数も従来と同等に設定することができ、高速印字が可能であった。
(Fourth embodiment)
Equipped with the ink jet recording head of the third embodiment, provided with a heating element driving circuit, a support for making the recording head and a recording medium face each other at a desired interval, and depending on input information, A recording apparatus having a mechanism for changing the relative position between the recording head and the recording medium was produced. The recording apparatus of this example was capable of high-resolution printing and consumed less power than the conventional one. Furthermore, the driving frequency can be set to be equal to the conventional one, and high-speed printing is possible.
１０１ 単結晶シリコン基板
１０２ 液体吐出口
１０３ 液室
１０４ 液体入口
１０５ 液体供給路
１０６ 発熱体素子
１０７ 配線電極
２０１ 単結晶シリコン基板
２０２ ＳｉＯ2膜
２０３ Ｓｉ3Ｎ4膜(保護層)
２０４ Ｓｉ3Ｎ4膜（エッチングマスク）
２０５ Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜(発熱体素子)
２０６ Ｓｉ3Ｎ4膜(保護層)
２０７ コンタクトホール
２０８ 配線電極
２０９ エッチング開口
２１０ 犠牲エッチング層(レジスト)
２１１ レジスト樹脂
２１２ 液体吐出口
２１３ 液室
２１４ （１１１）結晶面
２１５ 液体供給路
３０１ 液室
３０２ 液体供給路
３０３ 発熱体素子
３０４ 気泡
３０５ 液体吐出口
３０６ 液滴
４０１ 単結晶シリコン基板
４０２ 液体吐出口
４０３ 液室
４０４ 液体入口
４０５ 液体供給路
４０６ 発熱体素子
４０７ 配線電極
５０１ 発熱体素子
５０２ 液体供給路
７０１ 発熱体素子
７０２ 発泡面
７０３ 液体吐出口
７０４ 液室
７０５ 発泡面
８０１ 発熱体素子
８０２ 液体吐出口
８０３ 気泡
８０４ 液滴
101 single-crystal silicon substrate 102 liquid discharge port 103 liquid chamber 104 liquid inlet 105 liquid supply path 106 heat elements 107 wiring electrodes 201 single crystal silicon substrate 202 SiO 2 film 203 Si 3 N 4 film (protective layer)
204 Si 3 N 4 film (etching mask)
205 Poly-Si film (heating element)
206 Si 3 N 4 film (protective layer)
207 Contact hole 208 Wiring electrode 209 Etching opening 210 Sacrificial etching layer (resist)
211 Resist Resin 212 Liquid Discharge Port 213 Liquid Chamber 214 (111) Crystal Surface 215 Liquid Supply Channel 301 Liquid Chamber 302 Liquid Supply Channel 303 Heating Element 304 Bubble 305 Liquid Discharge Port 306 Droplet 401 Single Crystal Silicon Substrate 402
Claims (12)
（ａ）基板の表面に発熱体素子を形成する工程と、
（ｂ）前記発熱体素子と電気的に接続された配線電極を形成する工程と、
（ｃ）前記発熱体素子上に、液室および液滴吐出口を形成する工程と、
（ｄ）前記基板を裏面から貫通エッチングすることにより液体供給路を形成するとともに発熱体素子を内壁面より浮かせた状態で支持する工程と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッドの作製方法。 A liquid discharge port; a liquid chamber disposed in communication with the liquid discharge port; a liquid supply path for supplying liquid to the liquid chamber in communication with the liquid chamber via a liquid inlet; and the liquid chamber; A heating element disposed and supported between the liquid supply path and floating from an inner wall surface, and a wiring electrode for connecting the heating element to an external circuit are provided. A method for producing an inkjet head for discharging liquid using bubbles,
(A) forming a heating element on the surface of the substrate;
(B) forming a wiring electrode electrically connected to the heating element;
(C) forming a liquid chamber and a droplet discharge port on the heating element;
(D) forming a liquid supply path by penetrating and etching the substrate from the back surface and supporting the heating element in a state of floating from the inner wall surface;
A method for manufacturing an ink-jet head, comprising:
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