(57)【要約】【課題】  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することが可能で、発熱抵抗素子が破壊され難く耐久性が高いインクジェットヘッドを提供する。また、消費電力が低く、耐久性が高く、記録品位が高い記録装置を提供する。【解決手段】  発熱体素子がメンブレン構造体の一部であり、該面部連句増体の周囲全体が基板によって支持されている。【選択図】  図１
2008213375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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において、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、前記液室に開口部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形成されたメンブレン構造体と、該メンブレン構造体に形成された発熱体素子と、前記発熱体素子を外部回路に接続するための配線電極と、を備えていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記開口部が前記メンブレン構造体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記メンブレン構造体の周囲全体が基板によって支持されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記液滴の吐出方向と前記液室に液体を供給する方向が、略並行であることを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記開口部が略円形であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記開口部が前記メンブレン構造体の略中心に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記液体供給路が略円筒形であり、メンブレン構造体周囲の支持部分が略円形であることを特徴とする請求項１から６のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記発熱体素子の両面に気泡が発生することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドを複数備え、前記液室に対して前記液体供給路が1対１対応で形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドを１個もしくは複数備え、各発熱体素子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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、及び該インクジェットヘッドを用いた記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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、特開昭６２−９４３４７ならびに特開平９−２３９９８０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。
【特許文献１】特公昭６１−５９９１１号公報
【特許文献２】特公昭６１−５９９１２号公報
【特許文献３】特公昭６１−５９９１３号公報
【特許文献４】特公昭６１−５９９１４号公報
【特許文献５】特開昭５５−５７４７７号公報
【特許文献６】特開昭６２−９４３４７号公報
【特許文献７】特開平９−２３９９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら熱エネルギーの発泡エネルギーへの変換効率を改善した上記従来技術では、発熱体素子が壁面に付着せずに浮いた状態で支持されていることにより、強度の点で以下に示す問題点があった。
【０００９】
特開昭62-94374号では、平板型の発熱体素子の配置や発泡の不均一により、気泡成長時に発熱体素子の両面で圧力差が生じ、それによって発熱体素子が破壊してしまったり、一度の発泡では破壊しなくても繰り返し応力を加えられることによって発熱体素子の耐久性が著しく低下してしまうことがあった。
【００１０】
図６に示した特開平９−２３９９８０では、発熱体素子を有する宙吊り部６０１が４本の脚６０２で支持されている。これにより、発泡時に脚の部分に応力が集中し、脚の部分が破壊したり亀裂が入ることにより、耐久性が低下してしまうことがあった。応力の集中に関しては、『発明の実施の形態』の項で、さらに詳しく説明する。
【００１１】
また、急激に膨張した気泡が収縮して消泡するときに生じる機械的ダメージ（キャビテーション衝撃）によっても、発熱体素子が破壊されてしまったり、一度の発泡では破壊せずとも繰り返し衝撃を加えられることにより発熱体素子の耐久性が著しく低下してしまうことがあった。
【００１２】
また、発熱体素子が破壊しない場合でも、塑性変形することにより発泡特性や耐久性が著しく低下してしまう場合があった。また発熱体素子の外側に保護層を形成した場合は、発熱体素子が破壊しなくとも、保護層に亀裂が生じてしまい発泡特性や耐久性が著しく低下してしまうことがあった。
【００１３】
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気泡のエネルギーに変換することが可能で、耐久性が高く、発泡特性が安定したインクジェットヘッド、ならびに消費電力が低く、耐久性が高く、記録品位が高い記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、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。
【００１５】
本発明のインクジェットヘッドは、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において、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、前記液室に開口部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形成されたメンブレン構造体と、該メンブレン構造体に形成された発熱体素子と、前記発熱体素子を外部回路に接続するための配線電極を備えていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１６】
また、本発明のインクジェットヘッドは、前記開口部が前記メンブレン構造体に形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１７】
また、本発明のインクジェットヘッドは、前記メンブレン構造体の周囲全体が基板によって支持されていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１８】
また、本発明のインクジェットヘッドは、前記液滴の吐出方向と前記液室に液体を供給する方向が、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。
【００１９】
また、本発明のインクジェットヘッドは、前記開口部が略円形であることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００２０】
また、本発明のインクジェットヘッドは、前記開口部が前記メンブレン構造体の略中心に配置されていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００２１】
また、本発明のインクジェットヘッドは、前記液体供給路が円筒形であり、メンブレン構造体周囲の支持部分が円形であることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００２２】
また、本発明のインクジェットヘッドは、前記発熱体素子の両面に気泡が発生することを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００２３】
また、本発明のインクジェットヘッドは、前項記載のインクジェットヘッドを複数備え、前記液室に対して前記液体供給路が1対１対応で形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００２４】
本発明の記録装置は、前項記載の本発明のインクジェットヘッドを１個もしくは複数個備え、各発熱体素子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。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のインクジェットヘッドでは、メンブレン構造体に発熱体素子を形成し、該メンブレン構造体に発熱体を形成することにより、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、前記メンブレン構造体に周囲全体を基板で支持することにより、発泡時および消泡時に発熱体素子にかかる応力を分散することができるので、発熱他素子の破壊や変形を防ぐことができるので、耐久性を向上させ、安定した発泡を得ることが可能となった。さらに本発明のインクジェットヘッドを用いて記録装置を構成することにより、記録品位が高く、従来技術と比較して消費電力を低く抑えられ、耐久性が高い記録装置を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
従来技術の発熱体素子を浮いた状態で支持する液体インクジェットヘッドにおいて、発熱体素子もしくは保護層が破壊する場合、その支持部に亀裂が生じた状態で破壊することが多かった。これは、梁形状の発熱体素子に荷重がかかると、応力がその支持部（根元部分）に集中するためである。発泡時の衝撃やキャビテーション衝撃により、発熱体素子の支持部に作用する最大応力が、発熱体素子や保護層を構成する材料の降伏応力を超えると、破壊が起こったり、塑性変形することにより発泡特性や耐久性が著しく低下してしまう。
【００２７】
本発明は、発熱体素子に発泡やキャビテーション衝撃による荷重がかかったときに、発熱体支持部への応力の集中を緩和するために、メンブレン構造体に発熱体素子を形成し、該メンブレン構造体の周囲全体を基板で支持することにより、発熱体素子の耐久性および発泡特性を改善するものである。さらに、メンブレン構造体の形状や開口部の配置や形状を改善し、メンブレン構造体の支持部分に応力を分散することにより、メンブレン構造体に形成された発熱体素子の破壊を防ぎ、耐久性および発泡安定性を向上させるものである。
【００２８】
本発明のインクジェットヘッドでは、メンブレン構造体に発熱体素子が形成されているので、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熱エネルギーを、効率良く発泡エネルギーに変換することができる。これにより消費電力を低減することが可能となる。
【００２９】
また、本発明のインクジェットヘッドでは、前記開口部が前記メンブレン構造体に形成されていることにより、液滴を吐出した後の液室部への液体の再供給（リフィル）が円滑に行われる。これにより、高い繰り返し周波数で液滴を吐出することが可能となる。
【００３０】
さらに、本発明のインクジェットヘッドでは、前記メンブレン構造体の周囲全体が基板によって支持されていることにより、これまで発熱体素子の支持部に集中していた発泡時および消泡時に発生する応力を、支持部全体に分散させることができる。これにより、従来技術で問題となっていた発熱体の破壊や塑性変形を防止することができ、発熱体素子の耐久性を向上させることができる。
【００３１】
また、液滴の吐出方向と液室に液体を供給する方向の関係に関して特に制限はないが、前記液滴の吐出方向と前記液室に液体を供給する方向を略並行とした場合、液滴を吐出した後の液室部への液体の再供給（リフィル）が円滑に行われる。これにより、高い繰り返し周波数で。液滴を吐出することが可能となる。
【００３２】
また前記開口部の形状に関して、特に制限はないが、円形もしくは略円形としメンブレン構造体の中央に配置することにより、発泡時および消泡時に発生する応力を、均等に支持部分に分散することが可能となり、発熱体素子の破壊を防ぐことができる。また、開口部の形状に鋭角的な部分が存在すると、その部分に応力が集中して亀裂等が発生する場合がある、この観点からも開口部の形状は、円形、略円形もしくは楕円形状が好ましい。
【００３３】
また、開口部をメンブレン構造体に配置する位置に関して特に制限はないが、前記開口部を前記メンブレン構造体の略中心に配置することにより、発泡時および消泡時に発生する応力を、より均等に支持部分に分散することが可能となり、発熱体素子の破壊を防ぐことができる。
【００３４】
また、液体供給路の形状に特に制限はないが、前記液体供給路が円筒形の場合、メンブレン構造体周囲の支持部分が円形となり、発泡時および消泡時に発生する応力を、より均等に支持部分に分散することが可能となり、発熱体素子の破壊を防ぐことができる。
【００３５】
また、前記発熱体素子の両面に気泡を発生させた場合、発熱体素子で発生した熱を、効率良く発泡エネルギーに変換することができる。これにより消費電力を低減することが可能となる。
【００３６】
また、前項で述べたインクジェットを複数配置する場合、複数の液室に対して、共通のインク供給路を形成しても、１対１対応でインク供給路を形成しても良い。特に、前記液室に対して前記液体供給路を1対１対応で形成した場合、個々の発熱体素子が、他の発熱体素子の駆動により影響（クロストーク）を受けることがなくなり、安定した吐出が可能となる。また、液体供給路を共通に配置した場合と比較して、液体供給路側のイナータンスを大きく保つことができる。これにより、気泡のエネルギーを吐出液滴の運動エネルギーに効率良く変換することが可能となる。
【００３７】
本発明の記録装置は、前項記載の本発明のインクジェットヘッドを１個もしくは複数個備え、各発熱体素子に電気信号を供給する手段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を変換することができ、消費電力が低く、安定した吐出が可能となり、高品位な記録を得ることができる。
【００３８】
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。
【００３９】
（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して作製した。本実施例のインクジェットヘッドは、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に開口部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の間に形成されたメンブレン構造体106およびメンブレン構造体106に形成された発熱体素子107、発熱体素子107を外部回路に接続するための配線電極108よりなる。図１に示したとおり、開口部104は、メンブレン構造体106に形成されている。
【００４０】
図１から分かるように、メンブレン構造体の周囲はすべて単結晶シリコン基板101によって支持されている。また、メンブレン構造体は、poly-Siよりなる厚さ1.0μmの発熱素子部の上下両面に、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。すなわち、メンブレン構造体のうち、発熱体素子の無い部分は、厚さ0.4μｍのSi3N4よりなる。また配線電極108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107と電気的接続をとっている。なお、図１の上面図では、説明の便宜上、液室および液体吐出口は省略してある。
【００４１】
以下、主要部分のサイズについて説明する。液体吐出口は、直径30μmの円形である。液室部は直径80μｍの円筒形である。メンブレン構造体は、50μｍ×50μｍの正方形である。メンブレン構造体から液体吐出口までの距離は約20μmである。
【００４２】
本実施例では、上で説明したように発熱体素子がメンブレン構造体の一部として形成されており、該メンブレン構造体の周囲全体が、単結晶シリコン基板によって支持されている。これにより、応力を支持部分に分散することができ、従来技術で問題となる場合があった応力の集中を回避することができる。また、開口部が、メンブレン構造体に形成されているので、液体吐出後の液室への液体の流入が円滑になり、高い周波数での液体の吐出が可能となる。
【００４３】
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。
【００４４】
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)）。
【００４５】
次に、LPCVDを用いてメンブレン構造体の下半分および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を用いて発熱体素子部となる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poly-Si膜205を発熱体素子の形状にパターニングする（図２(b)）。
【００４６】
次に、LPCVDを用いてメンブレン構造体の上半分および発熱体素子の上面の保護層となるSi3N4膜206を0.2μｍ成膜する。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、Si3N4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、同時に開口部（不図示）部分のSi3N4膜を除去することにより開口部を形成する（図２(c)）。
【００４７】
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1.0μｍ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)）。
【００４８】
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213が形成される。
【００４９】
次に、液体吐出口212および液室213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)）。
【００５０】
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)）。
【００５１】
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オキサイド)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、開口部(不図示)を介して液室213と液体供給路215を貫通させ、メンブレン構造体216を形成する（図２(h)）。
【００５２】
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。図３は、図１におけるB-B'断面に対応した断面である。
【００５３】
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))。
【００５４】
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（３００℃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))。発泡の瞬間に発熱体素子に印加される圧力は、数10気圧に達すると考えられる。
【００５５】
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))。
【００５６】
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))。
【００５７】
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)）。気泡が収縮して消滅するときに発熱体素子に印加されるキャビテーション衝撃は、数10気圧程度に達すると考えられている。
【００５８】
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、開口部を介して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。
【００５９】
本実施例のインクジェットヘッドを用いて、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。
【００６０】
インクジェット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、発熱体素子が破壊することなく、安定した繰り返し吐出が可能であった。
【００６１】
本実施例のインクジェットヘッドでは、発熱体素子をメンブレン構造体に形成しているので、発熱体素子で発生した熱は基板等に散逸せず、そのほとんどが発泡に利用されるので、エネルギーの利用効率が良い。さらに、発泡時（図３（ｂ））の初期圧力や消泡時（図３（ｅ））のキャビテーション衝撃により発熱体素子に圧力が加わっても、メンブレン構造体が、その周囲全体で支持されているので、従来技術と異なり発熱体素子の支持部分に応力が集中しにくいので、発熱体素子の耐久性を向上させることができる。
【００６２】
（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。本実施例のインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板401、液体吐出口402、液体吐出口402に連通した液室403、液室403に開口部404を介して連通した液体供給路405、液室404および液体供給路405の間に形成されたメンブレン構造体406、該メンブレン構造体に形成された第1の発熱体素子407および第2の発熱体素子408、発熱体素子407および408を外部回路に接続するための配線電極409よりなる。発熱体素子406および407は、poly-Siよりなる厚さ1.0μmの発熱部の上下両面に、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409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、発熱体素子と電気的接続をとっている。なお、図４の上面図では、図1と同様に、説明の便宜上液室部および液体吐出口部は省略してある。
【００６３】
本実施例のインクジェットヘッドでは、メンブレン構造体406に２つの発熱体素子407および408が形成されており、メンブレン構造体の中心部の液体供給口404が形成されている。これにより、発泡時および消泡時にメンブレン構造体に作用する応力が、支持部分に均等に分散されやすくなり、発熱体素子の破壊を防ぐことができるので、発熱体素子の耐久性が向上し、安定した発泡をえることが可能となる。
【００６４】
本実施例のインクジェットヘッドは、フォトリソグラフィ工程におけるフォトマスクのパターンを変更することにより、図２に示したインクジェットヘッドの作製方法を用いて作製することができる。
【００６５】
本実施例のインクジェットヘッドを用いて、実施例１と同様のインクおよび駆動条件により、吐出実験を行ったところ、発熱体素子を破壊することなく安定した繰り返し吐出が可能であった。
【００６６】
（第３実施例）
本実施例では、図５に示したインクジェットヘッドを設計、作製した。本実施例のインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板501、液体吐出口502、液体吐出口502に連通した液室503、液室503に開口部504を介して連通した液体供給路505、液室504および液体供給路505の間に形成されたメンブレン構造体506、該メンブレン構造体に形成された第1の発熱体素子507および第2の発熱体素子508、発熱体素子507および508を外部回路に接続するための配線電極509よりなる。発熱体素子506および507は、poly-Siよりなる厚さ1.0μmの発熱部の上下両面に、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509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、発熱体素子と電気的接続をとっている。なお、図４の上面図では、図1と同様に、説明の便宜上液室部および液体吐出口部は省略してある。
【００６７】
本実施例のインクジェットヘッドでは、実施例１および実施例２と異なり、液体供給路505が円筒形状をしており、メンブレン構造体506が円形状をなしている。また、メンブレン構造体の中心部分に、円形状の開口部504が配置されている。メンブレン構造体を円形状とし、円形状の開口部をその中心部に配置することにより、発泡時および消泡時に発生する応力を、メンブレン構造体の支持部分に、より均等に分散させることが可能となり、発熱体素子の破壊および変形を防ぐことができる。これにより、発熱体素子の耐久性が向上し、安定した発泡、液滴の吐出を得ることができる。また、実施例１および実施例２と比較して、メンブレン構造体を基準とした液体供給路のイナータンスが大きい。これにより、発熱体素子で発生した気泡のエネルギーを効率良く、吐出液滴の運動エネルギーに変換することが可能となる。
【００６８】
本実施例のインクジェットヘッドは、液体供給路の作製方法を除いて、図２に示した実施例１のインクジェットヘッドの作製方法を用いて作製することができる。本実施例では、従来公知の高密度プラズマによるドライエッチング（ICP-RIE）を用いて、シリコン基板をエッチングすることにより形成した。
【００６９】
本実施例のインクジェットヘッドを用いて、実施例１と同様のインクおよび駆動条件により、吐出実験を行ったところ、発熱体素子を破壊することなく安定した繰り返し吐出が可能であった。
【００７０】
（第４実施例）
第３実施例のインクジェットヘッドを複数装備し、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。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第1実施例のインクジェットヘッドを示す図である。
【図２】本発明のインクジェットヘッドの作製方法を示す図である。
【図３】本発明のインクジェットヘッドの発泡、吐出、リフィルの様子を示す図である。
【図４】本発明の第2実施例のインクジェットヘッドを示す図である。
【図５】本発明の第3実施例のインクジェットヘッドを示す図である。
【図６】従来技術のインクジェットを示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
101  単結晶シリコン基板
102  液体吐出口
103  液室
104  開口部
105  液体供給路
106  メンブレン構造体
107  発熱体素子
108  配線電極
201  単結晶シリコン基板
202  SiO2膜
203  Si3N4膜
204  Si3N4膜(エッチングマスク)
205  poly-Si膜（発熱部）
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（レジスト樹脂）
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
216  メンブレン構造体
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  開口部
405  液体供給路
406  メンブレン構造体
407  第１の発熱体素子
408  第２の発熱体素子
409  配線電極
501  単結晶シリコン基板
502  液体吐出口
503  液室
504  開口部
505  液体供給路
506  メンブレン構造体
507  第１の発熱体素子
508  第２の発熱体素子
509  配線電極
601  宙吊り部
602  脚
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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