(57)【要約】      （修正有）【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可能なインクジェット及びその作製方法を提供する。【解決手段】発熱体素子１０６を形成した面と反対の基板面より貫通エッチングを行い、液体供給路１０５を作成すると同時に発熱抵抗素子１０６を内壁面より浮かせた状態に支持することにより、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１０６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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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路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、
（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。
【請求項２】
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請求項1に記載のインクジェットヘッドの作製方法。
【請求項３】
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請求項１または２に記載のインクジェットヘッドの作製方法。
【請求項４】
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請求項１または２に記載のインクジェットヘッドの作製方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に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。
【請求項６】
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スよりも小さいことを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記発熱体素子が平板形状であることを特徴とする請求項５または６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で発泡することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記液体入口の形状が、四角形であることを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
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８のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１１】
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と１対１対応で備えられていることを特徴とする請求項５から１０のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１２】
請求項５から１１のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドを備え、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。
【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。
【０００８】
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。
【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１０−２０２９１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【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。
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【発明の効果】
【００２７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
【数１】
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【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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))。
【００５１】
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）)。
【００５２】
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）)。
【００５３】
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）)。
【００５４】
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。
【００５５】
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））。
【００５６】
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））。
【００５７】
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））。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
図３は、図１におけるＢ−Ｂ’断面に対応した断面である。
【００６１】
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））。
【００６２】
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））。
【００６３】
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））。
【００６４】
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））。
【００６５】
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。
【００６６】
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））。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
(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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
(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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
(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。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【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】本発明の第１実施例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】本発明の第１実施例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】２開口系の基本管路を示す図である。
【図７】インクジェットヘッドを模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００８１】
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
【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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【図７】
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