JP3019561B2 - サーマルインクジェット記録ヘッド - Google Patents

サーマルインクジェット記録ヘッド

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、サーマルインクジェッ
ト記録ヘッド、特に、インク吐出口の形成材料に考慮を
したサーマルインクジェット記録ヘッドに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】サーマルインクジェット記録方式は、比
較的高い周波数で印字ができる記録方法として注目され
ている。この方式に用いられるインクジェット記録ヘッ
ドは、インクを噴出させるための毛細管状に形成された
ノズルと、それぞれのノズルのインク流路に配置される
発熱素子や圧電素子などの圧力発生手段とから構成され
ている。
【0003】特開平1−166965号公報に記載され
たインクジェット記録ヘッドでは、溝が形成されたチャ
ンネル基板と、圧力発生手段としてのヒーターが設けら
れたヒーター基板とを接合して記録ヘッドが構成されて
いる。図9は、その斜視図であり、1はヒーター基板、
2は厚膜絶縁層、3はチャンネル基板、4はインク吐出
口、5はフィルタ、6はインク供給口である。ヒーター
基板1は、シリコンウェハ上に図示しない発熱抵抗体お
よびそれに通電する電極や保護膜が形成され、圧膜絶縁
層2により被覆されている。チャンネル基板3もシリコ
ンウェハが用いられ、インク吐出口4を形成する溝と、
インク供給口6が異方性エッチングにより作製され、そ
の上にフィルタ5が設けられる。これら両基板を接着剤
により接合し、ダイシングソーで個々のヘッドに分割し
て、図に示す記録ヘッドが作製される。厚膜絶縁層2
は、ヒーター基板の前面にまで形成されているから、イ
ンク吐出口4の付近の形状は、図10に示すように、ヒ
ーター基板1側の厚膜絶縁層2とチャンネル基板3側の
シリコンにより形成されている。厚膜絶縁層としては、
特開昭61−249767号公報に記載されているよう
に、ポリイミド系樹脂やポリアミド系樹脂等が採用さ
れ、その結果、インクジェット記録ヘッドとしての耐久
性が向上し、高信頼性を得ることができるようになっ
た。
【0004】このように、図10に示した従来のインク
吐出口の形状では、その周囲が厚膜絶縁層とシリコンの
2種類の材料からなっているため、両者のインク濡れ性
が異なる。そのため、インク吐出中にインクがノズルよ
り流出もしくは細かく飛び散った場合に、親インク性の
表面はインクが全面的に付着してノズルまで連結するの
に対して、撥インク性の表面ではインクが疎らに連結す
る。このようなインク滴の表面の連結状態の相違によ
り、また、汚れがないとしても、厚膜絶縁層側とシリコ
ン側、すなわち、ヒーター基板側とチャンネル基板側で
インクの濡れ性の相違により、インク滴の尾の部分の離
脱状態が異なるため、図11に示すように、インクに対
して濡れ性が大きい材料側にインク滴が引っ張られやす
い傾向を示し、インク滴7のインク吐出方向8が変化し
て印字画質が悪化する問題があった。なお、図11にお
いて、9はノズル面で連結したインクである。
【0005】また、特開昭62−33648号公報に記
載されているように、気泡の成長領域を限定したり、ノ
ズルからの空気の抱き込み防止を目的として凹部を形成
することが知られている。すなわち、図9で説明した厚
膜絶縁層2の部分が、ピット層としてより厚く形成さ
れ、発熱素子が配置された部分のピット層が除去され
て、ピットと呼ぶ凹部が形成されたものである。ピット
層の形成にも熱硬化性樹脂が有効に利用されている。
【0006】このような熱硬化性樹脂を用いたインクジ
ェット記録ヘッドのインク吐出口の近傍は、熱硬化性樹
脂と他の材料との組み合わせにより構成されるものであ
る。したがって、図9乃至図11で説明したインクジェ
ット記録ヘッドにおける厚膜絶縁層を形成したものと同
様に、インク吐出口の周囲が濡れ性の異なる複数の材料
により構成されていることにより、インク滴を吐出した
ときに、その噴射方向性が安定しないという問題点があ
った。
【0007】上述のインク滴の噴射方向性を改善するた
め、ノズル面の表面を同一材料で覆う試みもなされてい
るが、この表面を覆う材料に対する密着性が下地の材料
により異なるため、ノズルが複数の異なる材料により構
成されていると、部分的な剥離等が生じるという問題が
ある。したがって、この場合にも、ノズル面の表面を同
一材料で覆うことは困難であり、インクの噴射方向性を
安定させることは困難であった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を解決するためになされたもので、インクの濡れ特
性が異なる複数種類の材料を用いてノズルが形成される
サーマルインクジェット記録ヘッドにおいて、インクの
吐出特性に影響を与えることのないインク吐出口の構造
を実現することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1に記
載の発明は、上下に対向した2枚の基板の一方の基板に
ヒーターが配設され、インク吐出口を有するサーマルイ
ンクジェット記録ヘッドにおいて、前記インク吐出口の
対向する上面および下面は、前記上下に対向した2枚の
基板の対向する面に設けられた同一材料の厚膜絶縁層に
より形成され、かつ、前記インク吐出口の対向する左右
の側面は、前記上下に対向した2枚の基板の間のインク
吐出口間に設けられたシリコン薄板により形成されてい
ることを特徴とするものである。
【0010】請求項2に記載の発明は、上下に対向した
2枚の基板の一方の基板にヒーターが配設され、インク
吐出口を有するサーマルインクジェット記録ヘッドにお
いて、前記上下に対向した2枚の基板はシリコンにより
形成され、前記インク吐出口の対向する上面および下面
は、前記上下に対向した2枚の基板により形成され、か
つ、前記インク吐出口の対向する左右の側面は、前記上
下に対向した2枚の基板の間のインク吐出口間に設けら
れた厚膜絶縁層により形成されていることを特徴とする
ものである。
【0011】
【作用】上述したように、請求項1に記載の発明におい
ては、インク吐出口を形成する材料が、対向する上下面
が厚膜絶縁層、対応する左右面がシリコンで形成され
る。また、請求項2に記載の発明においては、対向する
上下面がシリコン、対応する左右面が厚膜絶縁層で形成
される。したがって、上下が同じ材料となり、左右は上
下とは異なる他の同じ材料となる。したがって、対向す
る面同士が同じインク濡れ性を持つため、インク噴射方
向は上下方向がバランスし、また、左右方向もバランス
するから、インク噴射方向が変化して印字画質が悪化す
る欠点が回避される。
【0012】
【実施例】図1は、本発明のインクジェット記録ヘッド
の第1の実施例を説明するための工程図である。図中、
1はヒーター基板、2は厚膜絶縁層、3はチャンネル基
板、4はインク吐出口、10はシリコン薄板、11は貫
通溝、12は厚膜絶縁層である。(A)図に示すよう
に、ヒーターや電極等を形成したヒーター基板1上に厚
膜絶縁層2を形成し、パターニングを行なう。一方、
(B)図に示すように、シリコン薄板10に、インク流
路となるための貫通溝11を形成する。貫通溝の形成方
法は、特開平1−166965号公報または特開平1−
148560号公報に開示されているように、ダイサー
を用いて切削する方法や異方性エッチングによる方法を
用いることができる。次に、特開平1−166965号
公報に開示されているように、整合マークによる方法な
どを用いて、(C)図に示すように、シリコン薄板10
をヒーター基板上に位置合わせした後、接着する。シリ
コン基板10に形成された貫通溝11は、上方に開口し
た溝となる。
【0013】また、チャンネル基板3上にも、(D)図
に示すように、厚膜絶縁層12を形成する。厚膜絶縁層
12の形成は、特開平1−166965号公報に開示さ
れているような、ポリイミドなどを用いてフォトリソ工
程によりパターニングする方法を用いることができる。
最後に、(E)図に示すように、ヒーター基板1とチャ
ンネル基板3を接着することにより、貫通溝11の上方
の開口は、チャンネル基板3に形成された厚膜絶縁層1
2により塞がれ、インク流路となり、インク吐出口4が
形成され、インクジェット記録ヘッドが作製される。
【0014】このようにして作製されたインク吐出口4
の周囲の材料は、対向する上下方向は厚膜絶縁層2と厚
膜絶縁層12であり、左右方向は共にシリコン10であ
るから、インク吐出口を形成する材料が、対向する上下
同士および左右同士において同じ材料により形成された
インクジェット記録ヘッドが得られ、従来のヘッドに比
べ、格段にインク滴の噴射方向性を安定させることがで
きる。
【0015】図2乃至図5は、本発明のインクジェット
記録ヘッドの第2の実施例を説明するためのものであ
り、図2は斜視図、図3はそのヒーター近傍の断面図、
図4は熱硬化性樹脂層の平面図、図5はインク吐出口近
傍の拡大斜視図である。図中、1はヒーター基板、2は
厚膜絶縁層、3はチャンネル基板、4はインク吐出口、
5はフィルタ、6はインク供給口、13はヒーター層、
14aは個別電極、14bは共通電極、15はピット
層、16はピット、17,18はヒーター保護層、19
は電極保護層、20は蓄熱層である。
【0016】チャンネル基板3には、(100)面を表
面に持つSiウェハの異方性エッチングにより、インク
吐出口4を形成するための溝およびインク供給口6を形
成するための開口が形成されている。
【0017】一方、ヒーター基板1は、図3に概略を示
すように、Si基板を用い、その上に熱酸化により蓄熱
層20が形成されている。ヒーター層13は、poly
−Siにより形成され、個別電極14aおよび共通電極
14bは、Alにより形成され、その上の電極保護層1
7は、SiO2 により形成されている。ヒーター保護層
17,18には、Si3 4 膜とその上のTa膜が用い
られている。ピット層15は、熱硬化性樹脂として感光
性ポリイミドを用い、その膜厚は25μmに形成し、ヒ
ーター層13の上部にピット16が設けられている。
【0018】このようにして作製されたヒーター基板1
とチャンネル基板3を位置合わせして接合した後、ダイ
シングソーにより各チップに切断、分離して、図2に示
したようなインクジェット記録ヘッドが作製される。
【0019】この実施例のインクジェット記録ヘッドで
は、ピット層15は、図3乃至図5に示すように、各イ
ンク吐出口4の近傍においては、下部にはピット層が存
在しないようにパターニングした。図4において矢印B
で指示した面は、ノズル面の位置である。したがって、
インク吐出口4の近傍の下面は、Siが露出されてい
る。
【0020】このようにすると、図5に示すとおり、イ
ンク吐出口4近傍においては、対向する上下の面は同一
の材料であるSiにより、また、対向する左右の面は同
一の材料であるポリイミドで形成されているので、上下
方向および左右方向は、それぞれ同一のインク濡れ性を
持つようになり、従来のヘッドに比べ、格段にインク滴
の噴射方向性が安定した。
【0021】図6乃至図8は、インクジェット記録ヘッ
ドの参考例を説明するためのものであり、図6は斜視
図、図7は熱硬化性樹脂層の平面図、図8はインク吐出
口近傍の拡大斜視図である。図中、図2乃至図5と同様
な部分には同じ符号を付して説明を省略する。この参考
例では、第2の実施例に加え、チャンネル基板9とヒー
ター基板1との接合部のピット層15も除去するように
したものである。すなわち、図7の上面図に示すよう
に、チャンネル基板との接合部Aの領域のピット層も除
去されている。
【0022】このようにピット層がパターニングされた
ヒーター基板1に、異方性エッチングによりインク吐出
口を形成するための溝が形成されたチャンネル基板3を
接着すると、図8に示すように、インク吐出口4の近傍
は、Siだけで構成されるようになり、上下方向および
左右方向の材料は同一となり、インク滴の噴射方向性が
安定したインクジェット記録ヘッドが得られる。
【0023】また、この参考例においては、インク吐出
口4の表面が全てSiで構成されているため、コーティ
ング膜の密着性が安定しているから、吐出口表面を均一
の膜でコーティングする場合にも、剥離が生じにくいの
で、コーティング膜を施すのに適し、さらに噴射方向性
を改善することが可能である。
【0024】なお、第2の実施例においては、ピット層
を用いたインクジェット記録ヘッドについて説明した
が、熱硬化性樹脂層は、ピット層に限られるものではな
く、厚膜絶縁層として形成されたものにも本発明が適用
できるものであることは明らかである。
【0025】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、インク吐出口を形成する材料が、対向する上
下、左右同士で同じ材料により形成されることにより、
対向する面同士が同じインク濡れ性を持つため、インク
噴射方向が変化するという欠点が回避され、印字画質が
向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のインクジェット記録ヘッドの第1の
実施例を説明するための工程図である。
【図2】 本発明のインクジェット記録ヘッドの第2の
実施例の斜視図である。
【図3】 第2の実施例のヒーター近傍の断面図であ
る。
【図4】 第2の実施例の熱硬化性樹脂層の平面図であ
る。
【図5】 第2の実施例のインク吐出口近傍の拡大斜視
図である。
【図6】 インクジェット記録ヘッドの参考例の斜視図
である。
【図7】 参考例の熱硬化性樹脂層の平面図である。
【図8】 参考例のインク吐出口近傍の拡大斜視図であ
る。
【図9】 従来のインクジェット記録ヘッドの一例の斜
視図である。
【図10】 図9のインク吐出口近傍の正面図である。
【図11】 従来のインクジェット記録ヘッドのインク
滴の吐出特性の説明図である。
【符号の説明】
1…ヒーター基板、2…厚膜絶縁層、3…チャンネル基
板、4…インク吐出口、5…フィルタ、6…インク供給
口、10…シリコン薄板、11…貫通溝、12…厚膜絶
縁層、13…ヒーター層、14a…個別電極、14b…
共通電極、15…ピット層、16…ピット、17,18
…ヒーター保護層、19…電極保護層、20…蓄熱層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/05

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上下に対向した2枚の基板の一方の基板
    にヒーターが配設され、インク吐出口を有するサーマル
    インクジェット記録ヘッドにおいて、前記インク吐出口
    の対向する上面および下面は、前記上下に対向した2枚
    の基板の対向する面に設けられた同一材料の厚膜絶縁層
    により形成され、かつ、前記インク吐出口の対向する左
    右の側面は、前記上下に対向した2枚の基板の間のイン
    ク吐出口間に設けられたシリコン薄板により形成されて
    いることを特徴とするサーマルインクジェット記録ヘッ
    ド。
  2. 【請求項2】 上下に対向した2枚の基板の一方の基板
    にヒーターが配設され、インク吐出口を有するサーマル
    インクジェット記録ヘッドにおいて、前記上下に対向し
    た2枚の基板はシリコンにより形成され、前記インク吐
    出口の対向する上面および下面は、前記上下に対向した
    2枚の基板により形成され、かつ、前記インク吐出口の
    対向する左右の側面は、前記上下に対向した2枚の基板
    の間のインク吐出口間に設けられた厚膜絶縁層により形
    成されていることを特徴とするサーマルインクジェット
    記録ヘッド。
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