JP2000085121A

JP2000085121A - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2000085121A
Application number: JP25427198A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Hashimoto; 憲一郎橋本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2000-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】流体抵抗部の形状、寸法の最適化が困難であ
る。【解決手段】吐出室４５及び共通インク室４７を結晶
面方位（１１０）のシリコン基板６１で形成し、このシ
リコン基板６１上に<−１１０>方向の流体抵抗部４６と
なる溝を異方性エッチングで形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッド及
びインクジェット記録装置に関し、特に吐出室をシリコ
ン基板で形成するインクジェットヘッド及びこれを搭載
したインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の
画像記録装置として用いるインクジェット記録装置にお
いて使用するインクジェットヘッドは、インク滴を吐出
するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室（圧力
室、加圧液室、液室、インク流路等とも称される。）
と、この吐出室内のインクを加圧するエネルギーを発生
するエネルギー発生手段とを備えて、エネルギー発生手
段を駆動することで吐出室内インクを加圧してノズル孔
からインク滴を吐出させるものであり、記録の必要なと
きにのみインク滴を吐出するインク・オン・デマンド方
式のものが主流である。

【０００３】従来、吐出室内のインクを加圧するエネル
ギーを発生するエネルギー発生手段として、圧電素子を
用いて吐出室の壁面を形成する振動板を変形させて吐出
室内容積を変化させてインク滴を吐出させるようにした
もの（特開平２−５１７３４号公報参照）、或いは、発
熱抵抗体を用いて吐出室内でインクを加熱して気泡を発
生させることによる圧力でインク滴を吐出させるように
したもの（特開昭６１−５９９１１号公報参照）などが
知られている。

【０００４】しかしながら、上述した従来のインクジェ
ットヘツドのうち、前者の圧電素子を用いる方式におい
ては、吐出室に圧力を生じさせるために振動板に圧電素
子のチップを貼り付ける工程が複雑であり、特にインク
ジェット記録装置では高速、高印字品質が求められてき
ており、これに対応するためにはマルチノズル化、ノズ
ルの高密度化が不可欠であるが、圧電素子を微細に加工
し、多数の圧電素子を振動板に接着することは、極めて
煩雑で多くの時間がかかる。しかも、高密度化の結果、
圧電素子を幅数十〜百数十μｍで加工する必要が生じて
きているが、従前の機械加工における寸法、形状精度で
は加工品質にばらつきが発生するために印字品質のばら
つきが大きくなる。

【０００５】また、後者のインクを加熱する方式におい
ては、圧電素子を用いる場合の問題は生じないものの、
発熱抵抗体の急速な加熱、冷却の繰り返し、気泡消滅時
の衝撃によって、発熱抵抗体がダメージを受けるため
に、総じてインクジェットヘッドの寿命が短くなる。

【０００６】そこで、こうした問題を解決するものとし
て、特開平６−７１８８２号公報に記載されているよう
に、吐出室の壁面を形成する振動板を静電気力によって
変形させることで吐出室内容積を変化させてインク滴を
吐出させるインクジェットヘッドが提案されており、こ
の静電気力を用いる方式にあっては、小型、高密度、高
印字品質及び長寿命を達成できるという利点がある。

【０００７】上述した公報に記載されている従来の静電
型インクジェットヘッドについて図２６乃至図２８を参
照して説明する。図２６を参照して、このインクジェッ
トヘッドは３枚の基板１０１，１０２、１０３を重ねて
接合した積層構造をなし、第３の基板１０３に設けたノ
ズル穴１０４よりインク滴を吐出させるようにしたもの
である。

【０００８】ここで、中間の第1の基板１０１は、シリ
コン基板であり、底壁を振動板１０５とする吐出室１０
６を構成することになる凹部１１２と、凹部１1２の後
部に設けられた流体抵抗部１０７を構成することになる
ることになるインク流入ロのための細溝１１３と、各吐
出室１０６にインクを供給するための共通インク室１０
８を構成することになる凹部１１４を有する。

【０００９】この第1の基板1０１の下面に接合される下
側の第２の墓板１０２にはパイレックスガラス(ホウ珪
酸ガラス)を使用し、この基板２に個別電極１２１を装
着するための凹部１２５を０．５μｍエッチングするこ
とにより、第1の基板１０１と第２の基板１０２とを接
合した状態で、振動板１０５と第２の基板１０２上の個
別電極１２１とのギャップを形成する。

【００１０】この凹部２５はその内部に個別電極１２
１、リード部１２２及び端子部１２３を装着できるよう
に電極部形状に類似したやや大きめの形状にパターン形
成することで作製する。個別電極１２１は凹部１２５内
に金を０．１μｍスパッタして形成する。さらに、端子
部１２３もボンデイングのための金をスパッタしてい
る。基板１０２と基板１０１を接合することによって、
振動板１０５と個別電極１２１との間に０．４μｍの微
小ギャップが形成される。

【００１１】さらに、第１の基板１０１の上面に接合す
る第３の基板１０３には、厚さ１００μｍのＳＵＳ板を
用いて、基板１０３の面部に吐出室用の凹部１１２と連
通するようにそれぞれノズル孔１０４を設け、また共通
インク室用の凹部１１４と連通するようにインク供給口
１３１を設ける。インク供給口１３１は、接続パイプ１
３２及びチューブ１３３を介して図示しないインクタン
クに接続される。

【００１２】ここで、基板１０１には結晶面方位（１０
０）の単結晶シリコン基板を用いている。すなわち、図
２７に示すように、そのシリコン基板を両面研磨し、厚
さ２００μｍのシリコン基板１３５を作製し、このシリ
コン基板１３５に酸素及び水蒸気雰囲気中で熱酸化処理
を施し、同図（ａ）に示すようにシリコン基板１３５の
両面に酸化膜１３６、１３７を形成する。

【００１３】次いで、上面の酸化膜１３６上に、吐出室
１０６、流体抵抗部１０７、共通インク室１０８の形状
に相当するフォトレジストパターンを形成し、フッ酸系
エッチング液にて酸化膜１３６の露出部分をエッチング
除去した後、フォトレジストパターンを除去する（同図
（ｂ）)。次に、厚さ２００μｍのシリコン基板１３５
に、深さ１７０μｍのアルカリ液による異方性エッチン
グを施し、残った酸化膜１３６及び１３７を除去し、厚
さが３０μｍの振動板１０５を形成する(同図（ｃ）)。

【００１４】ところで、高解像度の画像を高速に印字す
るためには、ノズル孔１０４や凹部１１２、振動板１０
５を高密度に並べる必要がある。図２３は第１の基板１
０１の他の例を示すもので、第1の基板１０１に結晶面
方位（１１０）のシリコン基板を用いており、（１１
０）面方位のシリコン基板では、周知のように（１１
１）面が（１１０）面の基板表面と<１１２>方向で直交
しており、すなわちアリカリ液を用いた異方性エッチン
グにより基板表面に対して垂直な壁構造を形成すること
ができる。このことを利用して、ノズル、吐出室などか
らなるインクジェット構成単位を多数配置する場合のピ
ッチ間隔を狭めて、ノズルの高密度化を実現することが
できる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、第1の基板に結晶面方位（１１０）のシリコ
ン基板を用いた場合、（１１０）面方位のシリコン基板
に異方性エッチングによって流体抵抗部１０７を浅い溝
で形成することは困難である。

【００１６】すなわち、図２８を参照して、（１１０）
面方位のシリコン基板の異方性エッチングにおいては、
パターンの角の部分に（１１１）面のテーパ１０９が現
れる。流体抵抗部１０７の部分にも同様に（１１１）面
のテーパが現れ、両側からのテーパがぶつかったところ
でエッチングが進まなくなる。このことを利用して、流
体抵抗部１０７を浅い溝に形成することは可能である
が、結果として形成される流体抵抗部１０７は複雑な形
状となって、所定の流体抵抗を得るための流体抵抗寸法
の最適化などが煩雑になる。

【００１７】また、異方性エッチングでは吐出室１０６
から流体抵抗部１０７の部分あるいは共通インク室１０
８から流体抵抗部１０７の部分はマスクパターン通りの
形状が得られなく、予期せぬ方向にエッチングが進ん
で、結果として得られる形状を設計することが困難にあ
り、各吐出室１０６の流体抵抗部１０７の形状や寸法が
ばらついてしまい、各ノズル孔１０４から吐出されるイ
ンク滴吐出特性のばらつきが生じる。

【００１８】さらに、図２８では、<１１２>方向と垂直
方向に、共通インク室１０８の長手方向及び吐出室１０
６を配列しているが、（１１０）面方位のシリコン基板
にあっては<１１２>方向と垂直な方向に壁を形成するこ
とは困難である。

【００１９】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、ノズル孔及び吐出室を高密度に配列したインク
ジェットヘッドを容易に製作できるようにすることを目
的とし、またこのインクジェットヘッドを備えたインク
ジェット記録装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１のインクジェットヘッドは、インク滴を吐
出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室と、
この吐出室に流体抵抗部を介して連通する共通インク室
とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記吐出室
又は共通インク室を結晶面方位（１１０）のシリコン基
板で形成し、このシリコン基板上に<−１１０>方向の前
記流体抵抗部となる溝を異方性エッチングで形成した構
成とした。なお、方向の表記における「−１」の「−」
は、例えば図４に示すように「１」のオーバーラインを
意味している（「−２」についても同様である。）。

【００２１】請求項２のインクジェットヘッドは、イン
ク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐
出室と、この吐出室に流体抵抗部を介して連通する共通
インク室とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前
記吐出室は結晶面方位（１１０）のシリコン基板に異方
性エッチングで形成し、この異方性エッチングの開口部
が平行四辺形をなし、一方の一対の辺を<−１１−２>方
向に一致させ、他方の一対の辺を<−１−１−２>方向に
一致させた構成とした。

【００２２】請求項３のインクジェットヘッドは、イン
ク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐
出室と、この吐出室に流体抵抗部を介して連通する共通
インク室とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前
記吐出室又は共通インク室は結晶面方位（１１０）のシ
リコン基板に異方性エッチングで形成し、この異方性エ
ッチングの開口部を一辺が１０〜５００μｍの範囲のエ
ッチング小領域に分割した構成とした。

【００２３】請求項４のインクジェットヘッドは、イン
ク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐
出室と、この吐出室に流体抵抗部を介して連通する共通
インク室とを備え、異なる大きさのエッチング開口部を
異方性エッチングして前記吐出室、流体抵抗部、共通イ
ンク室を形成したインクジェットヘッドにおいて、前記
エッチング開口部の短辺が１ｍｍ以上の開口部に酸化膜
を形成し、この酸化膜の厚さはこの酸化膜を形成してい
ない開口部のエッチング開始から終了までの間に除去さ
れる厚さに設定した構成とした。

【００２４】請求項５のインクジェットヘッドは、イン
ク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐
出室と、この吐出室に流体抵抗部を介して連通する共通
インク室とを備え、異なる大きさのエッチング開口部を
異方性エッチングして前記吐出室、流体抵抗部、共通イ
ンク室を形成したインクジェットヘッドにおいて、前記
エッチング開口部の短辺が１ｍｍ以上の開口部を、エッ
チング開口部の短辺が１ｍｍ未満の開口部をエッチング
する前にエッチングした構成とした。

【００２５】請求項６のインクジェットヘッドは、上記
請求項１のインクジェットヘッドにおいて、前記シリコ
ン基板に予め流体抵抗部となる溝を<−１１０>方向に異
方性エッチングで形成した後、前記吐出室又は共通イン
ク室を異方性エッチングで形成した構成とした。

【００２６】請求項７のインクジェットヘッドは、イン
ク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐
出室と、この吐出室に流体抵抗部を介して連通する共通
インク室とを備えたインクジェットヘッドにおいて、予
め前記流体抵抗部となる溝を等方性エッチングで形成し
た基板に前記吐出室又は共通インク室を異方性エッチン
グで形成した構成とした。

【００２７】請求項８のインクジェットヘッドは、イン
ク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐
出室と、この吐出室に流体抵抗部を介して連通する共通
インク室とを備えたインクジェットヘッドにおいて、結
晶面方位（１１０）のシリコン基板に<−１１２>方向に
前記流体抵抗部となる溝を異方性エッチングで形成した
構成とした。

【００２８】請求項９のインクジェットヘッドは、イン
ク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐
出室と、この吐出室に連通する共通インク室とを備えた
インクジェットヘッドにおいて、前記共通インク室を結
晶面方位（１１０）のシリコン基板に異方性エッチング
で形成し、この共通インク室の異方性エッチング開口部
が平行四辺形をなし、一方の一対の辺を<−１１−２>方
向に一致させ、他方の一対の辺を<−１−１−２>方向に
一致させ、前記吐出室の長手方向を<−１１２>方向に一
致させ、かつ吐出室を<１−１−２>方向に配列した構成
とした。

【００２９】請求項１０のインクジェットヘッドは、上
記請求項１乃至９のいずれかのインクジェットヘッドに
おいて、前記吐出室を形成した基板の異方性エッチング
を開始した面をインク滴を吐出させるアクチュエータ手
段を備えた基板に接合した構成とした。

【００３０】請求項１１のインクジェット記録装置は、
インクジェットヘッドをキャリッジに搭載したインクジ
ェット記録装置において、前記インクジェットヘッドが
前記請求項９のインクジェットヘッドからなり、かつ、
前記吐出室の長手方向が前記インクジェットヘッドに対
する記録紙の相対的な移動方向と垂直となるように搭載
した構成とした。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明に係るインクジ
ェットヘッドを備えたインクジェット記録装置の機構部
を示す概略構成図である。

【００３２】このインクジェット記録装置は、記録装置
本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キ
ャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録
ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカート
リッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、装置本
体１の下方部には前方側から多数枚の用紙３を積載可能
な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）４を抜
き差し自在に装着することができ、給紙カセット４から
給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所
要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ
６に排紙する。

【００３３】印字機構部２は、図示しない左右の側板に
横架した主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とで
キャリッジ１３を主走査方向（図１で紙面垂直方向）に
摺動自在に保持し、このキャリッジ１３の下面側にはイ
エロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラッ
ク（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するノズルを有する
静電気力型インクジェットヘッドからなる記録ヘッド１
４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッ
ジ５の上側には記録ヘッド１４に各色のインクを供給す
るための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を
交換可能に装着している。

【００３４】なお、記録ヘッド１４としては、各色のイ
ンク滴を吐出する複数個のヘッドを主走査方向に並べて
配置したものでも、或いは、各色のインク滴を吐出する
ノズルを有する１個のヘッドを用いたものでもよい。

【００３５】一方、給紙カセット４にセットした用紙３
を記録ヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセ
ット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフ
リクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材
２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ロ
ーラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられ
る搬送コロ２５及び搬送ローラ１５からの用紙３の送り
出し角度を規定する搬送コロ２６とを設けている。

【００３６】そして、キャリッジ５の主走査方向の移動
範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３
を記録ヘッド４の下方側で案内する用紙ガイド部材であ
る印写受け部材２７を設けている。

【００３７】この印写受け部材２７の用紙搬送方向下流
側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動さ
れる搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに用紙３を排
紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、
排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設して
いる。

【００３８】ここで、記録ヘッド１４を構成している静
電型インクジェットヘッドについて図２乃至図４を参照
して説明する。なお、図２は静電型インクジェットヘッ
ドの基本構成を説明する要部断面説明図、図３は同ヘッ
ドの図２と直交する方向の断面説明図である。

【００３９】このインクジェットヘッド４０は、シリコ
ン基板からなる第１の基板４１と、この第１の基板４１
の下側に設けたパイレックスガラス基板等からなる第２
の基板（電極基板）４２と、第１の基板４１の上側に設
けた第３の基板４３とを備え、複数（便宜上１個のみ図
示する。）のノズル孔４４、各ノズル孔４４が連通する
吐出室４５、各吐出室４５に流体抵抗部４６を介して連
通する共通インク液室４８などを形成している。

【００４０】第１の基板４１には、吐出室４５及びこの
吐出室４５の底部をなす振動板（第1の電極）４８を形
成する凹部４９と、流体抵抗部４６を形成する溝５０
と、共通インク室４７を形成する凹部５１とを形成して
いる。また、第２の基板４２には振動板４８に所定（こ
こでは、１μｍとしている。）のギャップを置いて対向
する第２の電極５２を設け、この第２の電極５２と第１
の電極である振動板４８によってアクチュエータ部を構
成している。更に、第３の基板４３には複数のノズル孔
４４と、共通インク室４７にインクを供給するインク供
給口５３を形成している。

【００４１】このインクジェットヘッド４０において
は、第１の電極である振動板４８と第２の電極５２との
間に駆動電圧を印加することによって静電気力によって
振動板４８が変形して、吐出室４５の内容積が変化する
ことによってノズル孔４４からインク滴が吐出される。

【００４２】そこで、本発明の第１実施形態について図
４及び図５をも参照して説明する。なお、図４は、イン
クジェットヘッド４０の第１の基板４１を示す斜視図、
図５は同基板に形成した流体抵抗部４６の拡大説明図で
ある。本実施形態において、第１の基板４１には結晶面
方位（１１０）のシリコン基板を用いており、この第１
の基板４１に上述したように吐出室４５、流体抵抗部４
６及び共通インク室４７などを異方性エッチングで形成
している。

【００４３】ここで、流体抵抗部４６は、シリコン基板
の<−１１−２>方向と５４．７°の角度をなす<−１１
０>方向に形成した溝５０としている。結晶面方位（１
１０）のシリコン基板において、<−１１０>方向に溝を
形成すると、図５に示すように、（１１０）面に対して
３５．３°をなす（１１１）テーパ面５５が形成され
る。このとき、２つの（１１１）テーパ面５５がぶつか
ると、エッチングはそこで停止する。

【００４４】したがって、流体抵抗部４６の深さＤは、
図５に示すように、幅Ｗによって、「Ｄ＝Ｗ＊tan３
５．３°／２」で決定される値になるので、流体抵抗部
４６の寸法を容易に求めることができ、流体抵抗部４６
の寸法の最適化の計算を容易に行うことができる。

【００４５】このように、吐出室又は共通インク室を結
晶面方位（１１０）のシリコン基板で形成し、このシリ
コン基板上に<−１１０>方向の流体抵抗部となる溝を異
方性エッチングで形成することによって、エッチングが
テーパのぶつかったところで停止し、流体抵抗の深さは
幅によって規定され、容易に流体抵抗寸法計算、設計な
どができる。

【００４６】そこで、この第１実施形態の基板４１の作
製方法について図６を参照して説明する。先ず、同図
（ａ）に示すように、結晶面方位（１１０）の単結晶シ
リコン基板の両面を研磨し、厚さ４００μｍのシリコン
基板６１を作製し、このシリコン基板６１を酸素及び水
蒸気雰囲気中で熱酸化処理を施し、シリコン基板６１の
両面に酸化膜６２、６３を１５００Åの厚みで形成す
る。さらに、これらの酸化膜６２、６３上に、水酸化カ
リウム水溶液のエッチングに対して高い耐久性を示すシ
リコン窒化膜６４、６５をＬＰ−ＣＶＤによって１００
０Åの厚みで形成する。この場合、酸化膜６２、６３は
窒化膜６４、６５の応力緩和の役目をする。

【００４７】次いで、上面の窒化膜６４の上に、吐出室
４５、共通インク室４７及び流体抵抗部４６の形状のフ
ォトレジストパターンを形成し、ドライエッチングにて
窒化膜６４の露出部分をエッチング除去し、続いて、フ
ッ酸系エッチング液によって酸化膜６２の露出部分を除
去した後、当該フォトレジストパターンを除去すること
により、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板６１の
上面側に吐出室４５、共通インク室４７及び流体抵抗部
４６の形状開口部を有する酸化膜６２及び窒化膜６４の
パターンを形成する。

【００４８】なお、窒化膜６４のドライエッチングに
は、ＣＦ4、ＣＦ4＋Ｈ2、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨ3Ｆ、ＣＨＦ3
などのＦ系のエッチングガスを用いてエッチングするこ
とができる。また、酸化膜６２の除去もＣＦ4＋Ｈ2、Ｃ
ＨＦ3、Ｃ2Ｆ6などのＦ系のエッチングガスでエッチン
グすることが可能であるので、酸化膜６２もドライエッ
チングで除去しても良い。

【００４９】次に、酸化膜６２および窒化膜６４の開口
部を水酸化力リウム水溶液などのアルカリ液により深さ
３９５μｍの異方性エッチングをし、同図（ｃ）に示す
ように、吐出室４５及び厚さ５μｍの振動板４８を構成
する凹部４９、共通インク室４７を構成する凹部５１、
流体抵抗部４６を構成する溝５０を形成する。最後に窒
化膜６４、６５、酸化膜６２、６３を上述したエッチン
グ方法によって除去する。また、窒化膜６４、６５は熱
リン酸に浸漬することによっても除去可能である。

【００５０】なお、エッチング液の温度や濃度によって
エッチレートが変化するため、厚さ４００μｍのシリコ
ン基板に深さ３９５μｍの異方性エッチングを施して、
厚さ５μｍの振動板４８を制御するのは容易でない。そ
こで、振動板４８の厚さを制御するためには、所望の位
置で自発的にエッチングが停止するエッチングストップ
技術を用いるのが有効である。

【００５１】このエッチングストップ技術には、例え
ば、Ｐ形シリコン基板にＮ形層をインプラあるいはエピ
タキシャル膜などで形成した基板を用いて、電気化学エ
ッチングを行いＰＮジャンクションでエッチングを停止
させる方法、シリコン基板にインプラ、拡散、エピタキ
シャル膜などで高濃度ボロン層を形成した基板を用い
て、高濃度ボロン層でエッチングを停止させる方法、あ
るいはＳＯＩ基板を用いて酸化膜でエッチングを停止さ
せる方法などがある。シリコン基板の異方性エッチング
には水酸化カリウム水溶液以外にも、ＥＤＰ、ＴＭＡ
Ｈ、ヒドラジンなども有効である。

【００５２】そこで、上述した酸化膜６４上に形成する
フォトレジストパターンのためのマスクパターンについ
て図７を参照して説明する。なお、同図はポジ形フォト
レジストを用いた場合のフォトマスクパターンを示すも
のである。同図（ａ）に示すフォトマスク７１は、吐出
室４５を形成するための開口部７２と流体抵抗部４６を
形成するための開口部７３と共通インク室４７を形成す
るための開口部７４を有している。これらの開口部７２
〜７４によってシリコン基板６１上に酸化膜６４の開口
部が形成されて、この酸化膜６４の開口部に前述したよ
うに異方性エッチングを施す。

【００５３】ここで、吐出室４５を形成するための開口
部７２の長手方向を結晶面方位（１１０）のシリコン基
板の<−１１−２>方向と一致させるようにフォトマスク
７１とシリコン基板６１をアライメントする。また、吐
出室４５を形成するための開口部７２及び共通インク室
４７を形成するための７４は、シリコンの結晶軸<−1１
−>と<１−１−２>とがなす角度７０．５°と等しい角
度の形状の平行四辺形としている。

【００５４】すなわち、結晶面方位（１１０）のシリコ
ン基板を異方性エッチングした結果、（１１１）面で囲
まれる凹部が形成される場合の開口部のマスクの形状
は、振動板４８の形状を等しくしようとした場合、図８
（ａ）〜（ｃ）に示すように３種類存在する。なお、同
図中、太線はフォトマスクの形状を示すものである。

【００５５】このうち、マスクの開口部面積が一番小さ
くなるのは、同図（ａ）に示すように、一方の一対の辺
を結晶面方位（１１０）のシリコン基板の<−１１−２>
方向に一致させ、他方の一対の辺を<１−１−２>方向に
一致させた７０．５°の角度をもつ平行四辺形マスクパ
ターンの場合である。

【００５６】そして、第１の基板４１上にノズル孔４４
などを形成した第３の基板４３を接合するとき、開口部
面積の小さいものの方が接合面積が大きくなり、より強
固な接合が可能となる。その結果、インク吐出時におい
て隣接する吐出室４５，４５間のクロストーク、共通イ
ンク室４７と吐出室４５或いは吐出室４５，４５間の液
漏れなどの不良を低減することができる。

【００５７】このように、吐出室は結晶面方位（１１
０）のシリコン基板に異方性エッチングで形成し、この
異方性エッチングの開口部が平行四辺形をなし、一方の
一対の辺を<−１１−２>方向に一致させ、他方の一対の
辺を<−１−１−２>方向に一致させることによって、ノ
ズル孔を形成した基板を接合するときの接合面積を大き
くして、クロストークや共通インク室と吐出室或いは吐
出室間の液漏れなどの不良を低減することができる。

【００５８】また、マスク７１において、流体抵抗部４
６を形成するための開口部７３は、<−１１０>方向に形
成している。開口部７３を<−１１０>方向に形成するこ
とによって、異方性エッチングを施した場合、前述のよ
うに（１１０）面と３５．３°の角度をなすテーパ面が
形成され、流体抵抗部４６の深さは開口部７３の幅で規
定されるので、でき上がり寸法を容易に計算することが
できる。

【００５９】さらに、マスク７１において、共通インク
室を形成するための開口部７４は細パターン７５で小領
域に区切っている。このマスク７１を用いてパターンを
形成した後、水酸化カリウム水溶液などのアルカリ液で
エッチングすると、（１１０）面と（１１１）面との選
択比が有限なため、（１１１）面も若干エッチングさ
れ、その結果として、横方向にもエッチングが進み（サ
イドエッチ）、開口部が広くなる。

【００６０】具体的に、細パターン７５の幅を８μｍと
して、水酸化カリウム水溶液２５ｗｔ％、８０℃で深さ
３９５μｍのエッチングを施した結果、サイドエッチが
４μｍ進んで、細パターン７５によって形成される（１
１１)面による垂直壁はなくなって、図４に示したよう
な１つの共通インク室４７が形成された構造体が得られ
た。

【００６１】この場合、水酸化カリウム水溶液の濃度や
温度によってサイドエッチ量が異なるので、エッチング
条件によって最適なマスク設計をする必要がある。水酸
化カリウム水溶液でシリコン基板をエッチングする場
合、化学反応によってエッチング表面から水素が発生す
る。

【００６２】特に、結晶面方位（１１０）のシリコン基
板の場合、結晶面方位（１００）基板に比べて、発生し
た水素が気泡としてエッチング表面に付着し易い。例え
ば、水酸化カリウム水溶液２５ｗｔ％では、気泡は２ｍ
ｍ程度の大きさに成長するまでエッチング表面に付着し
ており、それ以上の大きさになると付着力よりも浮力の
方が大きくなってエッチング表面から離れる。この気泡
がエッチング表面に付着することによって、エッチング
表面はエッチング液にさらされなくエッチレートが低下
する。

【００６３】さらに、気泡の付着は開口部の形状に影響
される。エッチング開口部の短辺が１ｍｍ以上である大
きな開口では気泡が付着し易くなり、２ｍｍ以上の開口
では気泡の付着が顕著になる。またエッチング開口部の
短辺が１ｍｍ未満の小さな開口や細い開口部分には、気
泡は付着しづらく、５００μｍ以下の開口ではほとんど
気泡の付着がない。

【００６４】したがって、マスク７１のように大きな開
口部分を細パターン７５を入れて小領域に区切ることに
よって、気泡の付着を抑えることができ、大きな開口部
分もエッチレートは低くならず、エッチレートのパター
ン依存性を低減できる。開口幅が５００μｍ以下になる
と、ほとんど気泡が付着しなくなるが、１０μｍ以下に
なると、逆に溝の中に気泡が取り込まれてエッチレート
が低下する。よって、大きな開口部分を区切って気泡の
付着を低減するには、区切った開口幅を１０〜５００μ
ｍの範囲に設定するのが好ましい。

【００６５】このように、異方性エッチング開口部を一
辺が１０〜５００μｍの範囲のエッチング小領域に分割
することによって、大きな開口部のエッチングにおいて
もエッチング時の気泡の付着を防止し、エッチレートの
低下を低減できる。

【００６６】また、エッチレートの低下を低減するに
は、異方性エッチング開口部を分割する小領域は、図７
（ａ）に示した小開口以外にも、同図（ｂ）に示すよう
に閉じていない課以降パターンでも同様の効果が得られ
る。

【００６７】ところで、共通インク室４７を形成するた
めの開口部７４を分割する細パターン７５によってでき
た垂直壁がサイドエッチによってなくなった後もエッチ
ングを続けると、開口部７４によってできる共通インク
室４７は、図７に示す矢印方向にエッチングが進んで、
広がってしまう。この場合、サイドエッチが計算通りに
進んだ場合は、振動板４８が完成した時点でサイドエッ
チにより垂直壁がなくなるが、エッチング液の濃度や温
度のゆらぎによってサイドエッチ量が変化することがあ
る。

【００６８】このような場合には、図９のように細パタ
ーン７５の両サイド７５ａを太くする。このようにすれ
ば、垂直壁がなくなっても、両サイド７５ａは残ってい
るので、開口部７４の広がりを妨げることができる。

【００６９】なお、水酸化カリウム水溶液以外のエッチ
ング液では、ＴＭＡＨもシリコンの異方性エッチングに
有効であるが、ＴＭＡＨは水酸化カリウム水溶液よりも
サイドエッチ量が大きくなるので、マスク設計の場合に
細パターン７５の幅を大きくする必要がある。

【００７０】また、図１０に示すように共通インク室４
７を形成するための開口部７４に補償パターン７６を設
けることによっても開口部７４によってできる共通イン
ク室４７の広がりを妨げることができる。エッチングが
進むにつれ補償パターン７６は小さくなり、エッチング
終了時にはほとんどなくなる。

【００７１】このパターンの場合、開口部分が広いの
で、エッチング時に気泡が付着しエッチレートの低下を
招くおそれがあるが、水酸化カリウム水溶液の濃度を高
くするなど、エッチング条件を最適化することによっ
て、エッチレートの低下を小さくできる。付着する気泡
の大きさは、水酸化カリウム水溶液の濃度が高くなると
小さくなり、濃度が低くなると大きくなり、濃度を高く
するとエッチング表面に気泡は付着しづらくなる。ま
た、共通インク室４７の深さを吐出室４５の深さよりも
浅くすることによって、共通インク室４７部分のエッチ
レートが低下が問題とならなくなり、逆に利用すること
ができる。

【００７２】次に、第１の基板４１のパターン幅による
エッチレートの差によるエッチング深さの差を解消する
他の例について図１１及び図１２を参照して説明する。
まず、図１１（ａ）に示すように、厚さ４００μｍの両
面研磨した結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板
に酸化膜６２、６３及び窒化膜６４、６５を形成し、上
面の酸化膜６２の上に、吐出室４５、共通インク室４７
及び流体抵抗部４６の形状のフォトレジストパターンを
形成し、ドライエッチングにて窒化膜６４の露出部分を
エッチング除去し、その後フォトレジストパターンを除
去する。

【００７３】そして、同図（ｂ）に示すように、再びフ
ォトレジストを塗布して、上面に共通インク室４７のフ
ォトレジストパターン６６を形成し、同図（ｃ）に示す
ように、フッ酸系エッチング液により、フォトレジスト
開口部の酸化膜６２を除去した後、フォトレジストパタ
ーン６６を除去する。

【００７４】次いで、水酸化カリウム水溶液により異方
性エッチングを施す。このとき、同図（ｄ）に示すよう
に、酸化膜６２の開口部６２ａはエッチングが進行す
る。また、酸化膜６２の上面に窒化膜６４がない部分６
２ｂの酸化膜６２は、水酸化カリウム水溶液によって膜
減りを起こす。さらにエッチングを続けると、膜減りが
進行し、上面に窒化膜６４がない部分６２ｂの酸化膜６
２はなくなり、シリコンのエッチングが始まる。

【００７５】この段階では、図１２（ａ）に示すよう
に、共通インク室４７となる部分（酸化膜６２の開口部
６２ａ）のエッチングはさらに深く進んでいるが、この
共通インク室４７となる部分は気泡の付着によってエッ
チレートが低下するので、エッチングの最終段階では、
同図（ｂ）に示すように、共通インク室４７と吐出室４
５として深さの等しい凹部５１、４９が得られる。最後
に、同図（ｇ）に示すように、酸化膜６２、６３と窒化
膜６４、６５を除去する。

【００７６】この場合、エッチング終了時に吐出室４５
と共通インク室４７の深さが等しくなるようにあらかじ
め酸化膜６２の厚さを設定しておく。８０℃の２５ｗｔ
％水酸化カリウム水溶液では、酸化膜６２の厚さを１２
００Åにしたとき、エッチング終了時に吐出室４５と共
通インク室４７の深さをほぼ等しくすることができた。

【００７７】また、酸化膜６２、６３の成膜時には厚め
に形成しておき、図１１（ｃ）における時点でフッ酸系
エッチング液によって上面に窒化膜６４がない部分の酸
化膜６２をエッチングし、酸化膜６２の厚さを調整する
こともできる。このとき、エッチング開口部の短辺がｌ
ｍｍ以上の開口部では気泡が付着しやすくなるので、短
辺が１ｍｍ以上の開口部において酸化膜６２を残すのが
好ましい。

【００７８】このように、異なる大きさのエッチング開
口部を異方性エッチングして吐出室、共通インク室を形
成する場合に、エッチング開口部の短辺が１ｍｍ以上の
開口部に酸化膜を形成し、この酸化膜を酸化膜を形成し
ていない開口部のエッチング開始から終了までの間にエ
ッチング除去される厚さに設定することにより、大きな
開口部と小さな開口部のエッチングにおいて、エッチン
グ終了時にエッチング深さを等しくすることができる。

【００７９】次に、第１の基板のパターン幅によるエッ
チレートの差によるエッチング深さの差を解消する更に
他の例について図１３及び図１４を参照して説明する。
まず、上述した図１１に示す例と同様に、図１３（ａ）
に示すように、厚さ４００μｍの両面研磨した結晶面方
位（１１０）の単結晶シリコン基板に酸化膜６２、６３
及び窒化膜６４、６５を形成し、上面の酸化膜６２の上
に、吐出室４５、共通インク室４７及び流体抵抗部４６
の形状のフォトレジストパターンを形成し、ドライエッ
チングにて窒化膜６４の露出部分をエッチング除去し、
その後フォトレジストパターンを除去する。

【００８０】そして、同図（ｂ）に示すように、再びフ
ォトレジストを塗布して、上面に共通インク室４７のフ
ォトレジストパターン６６を形成し、同図（ｃ）に示す
ように、フッ酸系エッチング液により、フォトレジスト
開口部の酸化膜６２を除去した後、フォトレジストパタ
ーン６６を除去する。

【００８１】次いで、同図（ｄ）に示すように、酸化膜
６２の開口部６２ａに水酸化カリウム水溶液によって大
きな開口部におけるエッチレートの低下に相当する深さ
だけエッチングを施す。このときのエッチングマスクは
酸化膜６２となっているが、浅いエッチングなので酸化
膜６２で耐え得る。続いて、図１４（ａ）に示すよう
に、酸化膜６２の窒化膜６４で覆われていない露出部分
をフッ酸系エッチング液によって除去する。

【００８２】そして、水酸化カリウム水溶液によって異
方性エッチングを施す。開口の大きな部分では気泡が付
着しエッチレートが低下するが、予めエッチングが進ん
でいるので、エッチング終了時には、同図（ｂ）に示す
ように共通インク室４７となる大きな開口部の凹部５１
と吐出室４５となる小さな開口部の凹部４９の深さが略
等しくなる。最後に、同図（ｃ）に示すように、酸化膜
６２、６３及び窒化膜６４、６５を除去する。

【００８３】この場合、吐出室４５と流体抵抗部４６の
連結部、あるいは共通インク室４７と流体抵抗部４６と
の連結部に高次面が発生することがあるが、流体抵抗9
の内部までは入り込まないので影響は少ない。

【００８４】このように、異なる大きさのエッチング開
口部を異方性エッチングして吐出室、流体抵抗部、共通
インク室を形成する場合に、エッチング開口部の短辺が
１ｍｍ以上の開口部を、エッチング開口部の短辺が１ｍ
ｍ未満の開口部をエッチングする前にエッチングするこ
とで、エッチング終了時に深さを等しくすることができ
る。

【００８５】次に、吐出室４５と流体抵抗部４６或いは
共通インク室４７と流体抵抗部４６との連結部の高次面
の発生を防止する例について図１５乃至図１７を参照し
て説明する。

【００８６】まず、図１５（ａ）に示すように、両面研
磨した結晶面方位（１１０）のシリコン基板６１に酸化
膜６２、６３を形成し、上面の酸化膜６２上に、図１７
（ａ）に示すような流体抵抗部４６を形成する開口部７
３のみを形成したフォトマスク７１ａを用いて、流体抵
抗部４６の形状のフォトレジストパターンを形成し、フ
ッ酸系エッチング液によって酸化膜６２の露出部分を除
去し、当該フォトレジストパターンを除去する。なお、
このときのフォトマスク７１ａの開口部７３は、前述し
た図７に示した流体抵抗部４６を形成するための開口部
７３よりも短くしている。

【００８７】その後、図１５（ｂ）に示すように、酸化
膜６２の開口部を水酸化カリウム水溶液などのアルカリ
液によって異方性エッチングし、シリコン基板６１の<
−１１０>方向に流体抵抗部４６となる溝５０を形成
し、再び熱酸化処理を施し、流体抵抗部４６となる溝５
０上にも酸化膜６２を形成する。さらに、同図（ｃ）に
示すように、その上にＬＰ−ＣＶＤにより窒化膜６４、
６５を形成する。

【００８８】続いて、図１７（ｂ）に示すような吐出室
４５を形成するための開口部７２と共通インク室４７を
形成するための開口部７４を設けたフォトマスク７１ｂ
を用いて、図１５（ｄ）に示すように、吐出室４５と共
通インク室４７の形状のフォトレジストパターンを形成
し、前述したと同様の方法によって、窒化膜６４及び酸
化膜６２の露出部分を除去する。

【００８９】次に、図１６（ａ）に示すように、アルカ
リ液による異方性エッチングにより吐出室４５及び共通
インク室４７となる凹部４９、５１を形成する。この吐
出室４５及び共通インク室４７を形成するとき、サイド
エッチが生じて、先に形成してあった流体抵抗部４６の
溝５０と連通する。最後に、同図（ｂ）に示すように、
窒化膜６４、６５及び酸化膜６２、６３を除去する。

【００９０】このように、シリコン基板に予め流体抵抗
部となる溝を<−１１０>方向に異方性エッチングで形成
した後、吐出室又は共通インク室を異方性エッチングで
形成することにより、吐出室と流体抵抗部或いは共通イ
ンク室と流体抵抗部との間に高次面が発生することを防
止できる。

【００９１】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。この実施形態は、上述した図１３で説明した実施
例の流体抵抗部４６を等方性エッチングにより形成する
ようにしたものである。シリコン基板の等方性エッチン
グには、フッ酸と硝酸に水を混合したＨＦ−ＨＮＯ3系
のエッチング液を用いる。希釈液に酢酸を用いることに
よって、水に比べてエッチング形状のＨＦ−ＨＮＯ3濃
度依存性の許容度増大させることが可能である。

【００９２】このように、等方性エッチングでは、流体
抵抗部４６となる溝の方向や形状はシリコン基板の結晶
方向と無関係にすることができるので、直線のみならず
曲線などのようなものも形成可能であり、設計の自由度
を大きくすることができる。

【００９３】また、流体抵抗部４６はドライエッチング
によっても形成することができる。シリコン基板のドラ
イエッチングは、ＣＦ4、ＳＦ6、ＮＦ3、ＳiＦ4、ＢＦ
3、ＣＢｒＦ3、ＸｅＦ2などのようなＦ系ガス、ＣＣlＦ
3、ＣＣl2Ｆ2、ＣＣl3Ｆ、Ｃ2ＣlＦ5、Ｃ2Ｃl2Ｆ4など
のようなＣl−Ｆ系ガス、ＣＣl4、ＳiＣl４、ＰＣl3、
ＢＣl3、Ｃl2、ＨＣlなどのようなＣl系ガスによって行
うことができる。

【００９４】このようなドライエッチングによっても流
体抵抗部４６となる溝の方向や形状をシリコン基板の結
晶方向と無関係にすることができるので、設計の自由度
を大きくすることができる。

【００９５】次に、本発明の第３実施形態について図１
８乃至図２０を参照して説明する。この実施形態では、
流体抵抗部４６は結晶面方位（１１０）のシリコン基板
の結晶軸<−１１−２>方向、すなわち吐出室長手方向に
形成している。

【００９６】このときに用いるフォトマスク８１のパタ
ーンの一例を図１８に示している。このフォトマスク８
１には、前述したフォトマスク７１と同様に、吐出室４
５を形成するための開口部７２と、流体抵抗部４６を形
成するための開口部８３と、共通インク室４７を形成す
るための開口部７４とを形成している。

【００９７】このフォトマスク８１の吐出室４５を形成
するための開口部７２及び共通インク室４７を形成する
ための開口部７４は、前述した図７に示したフォトマス
ク７１の開口部７２，７４と同様であるが、流体抵抗部
４６を形成するための開口部８３は吐出室４５を形成す
るための開口部７２の長手方向と平行にしており、結晶
面方位（１１０）のシリコン基板の<−１１２>方向に一
致させている。

【００９８】このフォトマスク８１を用いたパターンに
より異方性エッチングを施すと、流体抵抗部４６の側壁
はシリコン基板６１表面に垂直となり、深さは吐出室４
５や共通インク室４７と等しいものが得られる。

【００９９】ここで、流体抵抗部４６の深さと幅を変化
させた場合の流体抵抗値Ｒｆ（流体抵抗の大きさ）の測
定結果を図１９に示している。この測定結果から分かる
ように、流体抵抗値Ｒｆは深さが幅よりも大きくなる
と、深さが大きくなっても流体抵抗値Ｒｆの変化は小さ
くなり、流体抵抗値Ｒｆは幅にほぼ依存するようにな
る。

【０１００】すなわち、上記のように流体抵抗部４６の
深さを大きくしても、流体抵抗値Ｒｆの減少分は小さく
なるので、流体抵抗としての機能を確保することがで
き、流体抵抗値Ｒｆの大きさは幅によって規定される。
したがって、流体抵抗部４６の深さを深くして幅を狭く
することができる。

【０１０１】このように、結晶面方位（１１０）のシリ
コン基板に<−１１２>方向に流体抵抗部となる溝を異方
性エッチングで形成したことによって、インクジェット
ヘッドを小さくすることができ、コストダウンを図るこ
とができる。

【０１０２】この場合、吐出室４５と流体抵抗部４６の
連結部或いは共通インク室４７と流体抵抗部４６との連
結部に高次面が発生するしたり、角が取れたりすること
があるので、このときには補償パターンを設けることで
高次面の発生を防止できる。

【０１０３】例えばマスク８１の開口部８３付近を部分
拡大して示す図２０に示すように、開口部８３の両サイ
ド（吐出室４５と流体抵抗部４６の連結部或いは共通イ
ンク室４７と流体抵抗部４６との連結部）に補償パター
ン８３ａを形成している。これにより、上記連結部に高
次面が発生するしたり、角が取れたりすることを防止す
ることができる。なお、補償パターンは別のパターンで
も可能であり、図示したものに限るものではない。

【０１０４】次に、本発明の第４実施形態について図２
１乃至図２３を参照して説明する。なお、図２１はこの
実施形態における第１の基板４１の上面図である。ここ
で、第１の基板４１は、前述したように、結晶面方位
（１１０）のシリコン基板である。そして、共通インク
室４７は<−１１−２>と<１−１−２>方向に平行な辺か
らなる一つの平行四辺形として形成している。これに伴
って、吐出室４５は第１の基板４１の結晶軸<１−１−
２>方向に配列している。

【０１０５】このような吐出室４５及び共通インク室４
７は図２２に示すようなフォトマスク８６を用いること
によって得られる。このマスク８６には吐出室４５を形
成するための開口部８７と、流体抵抗部４６を形成する
ための開口部８８と、共通インク室４７を形成するため
の開口部８９とを形成し、流体抵抗部４６を形成するた
めの開口部８８は結晶面方位（１１０）のシリコン基板
の<−１１０>方向に一致させている。

【０１０６】このようにした場合、上記実施形態では、
共通インク室４７の側壁は鋸歯状になっているので、共
通液室４８から各吐出室４５へのインクの流れの抵抗に
なったり、インク中に気泡がたまったりすることがある
が、本実施形態にすることで、共通インク室４７の側壁
が鋸状ではなく直線になるので、インクの流れの抵抗に
なったり、インク中に気泡がたまったりすることを防止
できる。

【０１０７】すなわち、共通インク室を結晶面方位（１
１０）のシリコン基板に異方性エッチングで形成し、こ
の共通インク室の異方性エッチング開口部が平行四辺形
をなし、一方の一対の辺を<−１１−２>方向に一致さ
せ、他方の一対の辺を<−１−１−２>方向に一致させ、
吐出室の長手方向を<−１１２>方向に一致させ、かつ吐
出室を<１−１−２>方向に配列することによって、イン
ク滴を安定して吐出することができる。

【０１０８】ただし、エッチング時、共通インク室４７
となるところの開口部幅が大きいので、気泡の付着が発
生するが、そのようなときは、前記実施形態と同様に、
図２３に示すように、共通インク室４７に対応する開口
部８９に細パターン９０を入れて小領域に分割すればよ
い。また、図１１或いは図１２で説明した例を適用する
こともできる。

【０１０９】また、吐出室４５と流体抵抗部４６との連
結部或いは共通インク室４７と流体抵抗部４６との連結
部に高次面が発生するしたり、角が取れたりする場合に
は、前述した図２０に示したような補償パターン８３ａ
を設ければよい。さらに、本実施形態では、流体抵抗部
４６は<−１１０>方向に設けているが、図１８で説明し
たように<−１１−２>方向に深い流体抵抗部４６を設け
たり、図１５で説明した例を適用することもできる。

【０１１０】次に、この第５実施形態のインクジェット
ヘッドを搭載したインクジェット記録装置について図２
４を参照して説明する。図２１に示す第１の基板４１と
個別電極などが形成された第２の基板４２とノズル孔４
４などが形成された第３の基板４３とを接合し、インク
ジェットヘッドを形成したものを、ノズル孔４４の方向
から見ると図２４に示すようになる。

【０１１１】ここで、吐出室４５は第１の基板４１の結
晶軸<１−１−２>方向に配列されているので、ノズル４
４も<１−１−２>方向に配列している。また、同図にお
いて、第３の基板４３の向こう側に形成されている吐出
室４５、共通インク室４７、流体抵抗部４６は点線で示
してある。

【０１１２】そこで、このインクジェツトヘツドを吐出
室４５の長手方向がインクジェットヘッドに対する記録
紙（紙に限定されるものではなく、インク滴が付着し得
るすべてのものを含む。）の相対的な移動方向（同図の
矢印方向）と垂直となるように（直交するように）搭載
する。

【０１１３】このとき、同図に示すように、吐出室４５
のピッチをaとしたとき、インクを吐出して用紙に印字
したときの画素のピッチはｂとなり、この吐出室４５の
ピッチaと画素ピッチbとの関係は、ｂ＝ａ／tan７０．
５°＝０．３５ａで表わされ、吐出室４５のピッチaよ
りも用紙上の画素ピッチbを小さくでき、高解像度の画
像が得られることになる。

【０１１４】このように、共通インク室を結晶面方位
（１１０）のシリコン基板に異方性エッチングで形成
し、この共通インク室の異方性エッチング開口部が平行
四辺形をなし、一方の一対の辺を<−１１−２>方向に一
致させ、他方の一対の辺を<−１−１−２>方向に一致さ
せ、前記吐出室の長手方向を<−１１２>方向に一致さ
せ、かつ吐出室を<１−１−２>方向に配列したインクジ
ェットヘッドを、吐出室の長手方向がインクジェットヘ
ッドに対する記録紙の相対的な移動方向と垂直となるよ
うに（直交するように）搭載することによって、高密
度、高解像度印写を行うことができる。

【０１１５】ただし、第５実施形態のインクジェットヘ
ッドは吐出室４５の長手方向がキヤリツジ１３の移動方
向と垂直となるようにキヤリツジ１３に搭載する必要は
なく、すなわち必ずしも垂直である必要はなく、角度を
変えることによって上式の用紙上の画素ピッチbを変え
ることができ、角度によって画素ピッチを調整すること
ができる。

【０１１６】次に、本発明の第６実施形態について図２
５を参照して説明する。この実施形態においては、同図
（ａ）に示すように、結晶面方位（１１０）のシリコン
基板９１にエッチング停止層である高濃度ボロン層９２
を形成し、このシリコン基板９１の高濃度ボロン層９２
側面と第２の電極５２を形成した第２の基板４２とを接
合する。

【０１１７】次いで、同図（ｂ）に示すように、アルカ
リ液によって、シリコン基板９１ををエッチングする。
アルカリ液は、水酸化カリウム水溶液１０ｗｔ％、８０
℃を用いた。このとき、エッチングが高濃度ボロン層９
２に達すると、エッチレートは急激に落ち、エッチング
が自発的に停止して、振動板４８となる高濃度ボロン層
９２が残り、シリコン基板９１のシリコン部分は除去さ
れる。

【０１１８】一方、同図（ｃ）に示すように、図２１に
示したような第１の基板４１を更にエッチングして吐出
室４５の底壁（振動板４８の部分）及び共通インク室４
７の底部を貫通させた形状をなす第１の基板９３を形成
しておき、この第１の基板９１をエッチングを開始した
面を下にして第２の基板４２上に接合する。

【０１１９】その後、図２５（ｄ）に示すように、ノズ
ル孔４４を形成した第３の基板４３を第１の基板９３上
に接合してインクジヱツトヘッドを完成する。

【０１２０】このようにした場合、前述した図２１に示
す実施形態では吐出室４５の角にテーパ４９が形成され
るために、振動板４８の面積が小さくなるのに対して、
この実施形態の吐出室４５はテーパ部分によって振動板
４８の面積が小さくなることがなくなり、インク滴吐出
の効率が向上する。

【０１２１】なお、上記各実施形態においては、本発明
を静電型インクジェットヘッド及びこれを搭載するイン
クジェット記録装置に適用した例で説明したが、静電型
インクジェットヘッド以外に、ピエゾ素子などの電気機
械変換素子を用いるインクジェットヘッド、あるいはヒ
ータなどの電気熱変換素子を用いてインクを沸騰させて
インク滴を吐出させるインクジェットヘッド、並びにこ
れらのヘッドを搭載するシリアル型及びライン型のイン
クジェット記録装置にも適用できる。

【０１２２】また、上記各実施形態においては、左上が
りの平行四辺形のパターンを例として説明してきたが、
シリコン基板の裏側からエッチングを施すことによっ
て、エッチング形状は、これまで説明してきたものと左
右対称形となり、右上がりの平行四辺形が得られる。こ
の場合においても、本発明をまったく同様に適用するこ
とができる。

【０１２３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のインク
ジェットヘッドによれば、吐出室又は共通インク室を結
晶面方位（１１０）のシリコン基板で形成し、このシリ
コン基板上に<−１１０>方向の流体抵抗部となる溝を異
方性エッチングで形成した構成としたので、流体抵抗部
の流体抵抗値の設定を容易に行うことができる。

【０１２４】請求項２のインクジェットヘッドによれ
ば、吐出室は結晶面方位（１１０）のシリコン基板に異
方性エッチングで形成し、この異方性エッチングの開口
部が平行四辺形をなし、一方の一対の辺を<−１１−２>
方向に一致させ、他方の一対の辺を<−１−１−２>方向
に一致させた構成としたので、インク滴吐出時の隣接吐
出室間のクロストークや共通インク室と吐出室或いは吐
出室間の液漏れを防止できる。

【０１２５】請求項３のインクジェットヘッドによれ
ば、異方性エッチングの開口部を一辺が１０〜５００μ
ｍの範囲のエッチング小領域に分割した構成としたの
で、大きな開口部のエッチングにおいてエッチング時の
気泡の付着を防止でき、エッチレートの低下を低減でき
る。

【０１２６】請求項４のインクジェットヘッドによれ
ば、異なる大きさのエッチング開口部を異方性エッチン
グして吐出室、流体抵抗部、共通インク室を形成すると
き、エッチング開口部の短辺が１ｍｍ以上の開口部に酸
化膜を形成し、この酸化膜の厚さはこの酸化膜を形成し
ていない開口部のエッチング開始から終了までの間に除
去される厚さに設定した構成としたので、大きな開口部
と小さな開口部のエッチング終了時のエッチング深さを
ほぼ同じにすることができる。

【０１２７】請求項５のインクジェットヘッドによれ
ば、異なる大きさのエッチング開口部を異方性エッチン
グして吐出室、流体抵抗部、共通インク室を形成すると
き、エッチング開口部の短辺が１ｍｍ以上の開口部を、
エッチング開口部の短辺が１ｍｍ未満の開口部をエッチ
ングする前にエッチングした構成としたので、大きな開
口部と小さな開口部のエッチング終了時のエッチング深
さをほぼ同じにすることができる。

【０１２８】請求項６のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１のインクジェットヘッドにおいて、シ
リコン基板に予め流体抵抗部となる溝を<−１１０>方向
に異方性エッチングで形成した後、吐出室又は共通イン
ク室を異方性エッチングで形成した構成としたので、吐
出室と流体抵抗部との連結部或いは共通インク室と流体
抵抗部との連結部に高次面が発生することがなくなる。

【０１２９】請求項７のインクジェットヘッドによれ
ば、予め流体抵抗部となる溝を等方性エッチングで形成
した基板に吐出室又は共通インク室を異方性エッチング
で形成した構成としたので、流体抵抗部の自由度が向上
する。

【０１３０】請求項８のインクジェットヘッドによれ
ば、結晶面方位（１１０）のシリコン基板に<−１１２>
方向に流体抵抗部となる溝を異方性エッチングで形成し
た構成としたので、インクジェットヘッドを小型化で
き、コストダウンを図れる。

【０１３１】請求項９のインクジェットヘッドによれ
ば、共通インク室を結晶面方位（１１０）のシリコン基
板に異方性エッチングで形成し、この共通インク室の異
方性エッチング開口部が平行四辺形をなし、一方の一対
の辺を<−１１−２>方向に一致させ、他方の一対の辺を
<−１−１−２>方向に一致させ、吐出室の長手方向を<
−１１２>方向に一致させ、かつ吐出室を<１−１−２>
方向に配列した構成としたので、インク中への気泡の滞
留を低減することができ、インク滴吐出安定性が向上す
る。

【０１３２】請求項１０のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至９のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、吐出室を形成した基板の異方性エッチン
グを開始した面をインク滴を吐出させるアクチュエータ
手段を備えた基板に接合した構成としたので、異方性エ
ッチングによる振動板面積の低減を抑えることができ、
インク滴吐出効率が向上する。

【０１３３】請求項１１のインクジェット記録装置によ
れば、インクジェットヘッドをキャリッジに搭載したイ
ンクジェット記録装置において、インクジェットヘッド
が請求項９のインクジェットヘッドからなり、かつ、吐
出室の長手方向が前記インクジェットヘッドに対する記
録紙の相対的な移動方向と垂直となるように搭載した構
成としたので、高密度、高解像度印写が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットヘッドを搭載した
インクジェット記録装置の機構部を示す概略構成図

【図２】本発明に係る静電型インクジェットヘッドの基
本構成を説明する説明する要部断面説明図

【図３】同ヘッドの図２と直交する方向の断面説明図

【図４】本発明の第１実施形態を説明する第１の基板の
斜視説明図

【図５】同第１の基板の流体抵抗部の要部拡大説明図

【図６】同第１の基板の製作工程を説明する説明図

【図７】同製作工程に用いるフォトマスクパターンの異
なる例の説明図

【図８】同マスクパターンの開口部形状の異なる例を説
明する説明図

【図９】同マスクパターンの他の例を説明する説明図

【図１０】同マスクパターンの更に他の例を説明する説
明図

【図１１】同第１の基板の他の製作工程を説明する説明
図

【図１２】図１１に続く工程を説明する説明図

【図１３】同第１の基板の更に他の製作工程を説明する
説明図

【図１４】図１３に続く工程を説明する説明図

【図１５】同第１の基板の更にまた他の製作工程を説明
する説明図

【図１６】図１５に続く工程を説明する説明図

【図１７】図１５及び図１６に示す工程に用いるマスク
パターンの説明図

【図１８】本発明の第３実施形態の説明に供するマスク
パターンの説明図

【図１９】流体抵抗部の深さと幅の関係の説明に供する
説明図

【図２０】同実施形態に用いる他のマスクパターンの説
明図

【図２１】本発明の第４実施形態の説明に供する第1の
基板の上面図

【図２２】同実施形態に用いるマスクパターンの説明図

【図２３】同実施形態に用いる他のマスクパターンの説
明図

【図２４】本発明の第５実施形態の説明に供するインク
ジェットヘッドの上面説明図

【図２５】本発明の第５実施形態に係るインクジェット
ヘッドの製作工程を説明する説明図

【図２６】従来のインクジェットヘッドの分解斜視図

【図２７】同従来のインクジェットヘッドの第1の基板
の製作工程を説明する説明図

【図２８】同従来のインクジェットヘッドの他の第1の
基板を示す斜視図

【符号の説明】

１３…キャリッジ、１４…記録ヘッド、４０…インクジ
ェットヘッド、４１…第1の基板、４２…第２の基板、
４３…第３の基板、４４…ノズル孔、４６…流体抵抗
部、４７…共通インク室、４８…振動板、５１…第２の
電極、６１…シリコン基板、６２、６３…酸化膜、６
４，６５…窒化膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク滴を吐出するノズル孔と、このノ
ズル孔が連通する吐出室と、この吐出室に流体抵抗部を
介して連通する共通インク室とを備えたインクジェット
ヘッドにおいて、前記吐出室又は共通インク室を結晶面
方位（１１０）のシリコン基板で形成し、このシリコン
基板上に<−１１０>方向の前記流体抵抗部となる溝を異
方性エッチングで形成したことを特徴とするインクジェ
ットヘッド。
【請求項２】インク滴を吐出するノズル孔と、このノ
ズル孔が連通する吐出室と、この吐出室に流体抵抗部を
介して連通する共通インク室とを備えたインクジェット
ヘッドにおいて、前記吐出室は結晶面方位（１１０）の
シリコン基板に異方性エッチングで形成し、この異方性
エッチングの開口部が平行四辺形をなし、一方の一対の
辺を<−１１−２>方向に一致させ、他方の一対の辺を<
−１−１−２>方向に一致させたことを特徴とするイン
クジェットヘッド。
【請求項３】インク滴を吐出するノズル孔と、このノ
ズル孔が連通する吐出室と、この吐出室に流体抵抗部を
介して連通する共通インク室とを備えたインクジェット
ヘッドにおいて、前記吐出室又は共通インク室は結晶面
方位（１１０）のシリコン基板に異方性エッチングで形
成し、この異方性エッチングの開口部を一辺が１０〜５
００μｍの範囲のエッチング小領域に分割したことを特
徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】インク滴を吐出するノズル孔と、このノ
ズル孔が連通する吐出室と、この吐出室に流体抵抗部を
介して連通する共通インク室とを備え、異なる大きさの
エッチング開口部を異方性エッチングして前記吐出室、
流体抵抗部、共通インク室を形成したインクジェットヘ
ッドにおいて、前記エッチング開口部の短辺が１ｍｍ以
上の開口部に酸化膜を形成し、この酸化膜の厚さはこの
酸化膜を形成していない開口部のエッチング開始から終
了までの間に除去される厚さに設定したことを特徴とす
るインクジェットヘッド。
【請求項５】インク滴を吐出するノズル孔と、このノ
ズル孔が連通する吐出室と、この吐出室に流体抵抗部を
介して連通する共通インク室とを備え、異なる大きさの
エッチング開口部を異方性エッチングして前記吐出室、
流体抵抗部、共通インク室を形成したインクジェットヘ
ッドにおいて、前記エッチング開口部の短辺が１ｍｍ以
上の開口部を、エッチング開口部の短辺が１ｍｍ未満の
開口部をエッチングする前にエッチングしたことを特徴
とするインクジェットヘッド。
【請求項６】請求項１に記載のインクジェットヘッド
において、前記シリコン基板に予め流体抵抗部となる溝
を<−１１０>方向に異方性エッチングで形成した後、前
記吐出室又は共通インク室を異方性エッチングで形成し
たことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】インク滴を吐出するノズル孔と、このノ
ズル孔が連通する吐出室と、この吐出室に流体抵抗部を
介して連通する共通インク室とを備えたインクジェット
ヘッドにおいて、予め前記流体抵抗部となる溝を等方性
エッチングで形成した基板に前記吐出室又は共通インク
室を異方性エッチングで形成したことを特徴とするイン
クジェットヘッド。
【請求項８】インク滴を吐出するノズル孔と、このノ
ズル孔が連通する吐出室と、この吐出室に流体抵抗部を
介して連通する共通インク室とを備えたインクジェット
ヘッドにおいて、結晶面方位（１１０）のシリコン基板
に<−１１２>方向に前記流体抵抗部となる溝を異方性エ
ッチングで形成したことを特徴とするインクジェットヘ
ッド。
【請求項９】インク滴を吐出するノズル孔と、このノ
ズル孔が連通する吐出室と、この吐出室に連通する共通
インク室とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前
記共通インク室を結晶面方位（１１０）のシリコン基板
に異方性エッチングで形成し、この共通インク室の異方
性エッチング開口部が平行四辺形をなし、一方の一対の
辺を<−１１−２>方向に一致させ、他方の一対の辺を<
−１−１−２>方向に一致させ、前記吐出室の長手方向
を<−１１２>方向に一致させ、かつ吐出室を<１−１−
２>方向に配列した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乃至９のいずれかに記載のイ
ンクジェットヘッドにおいて、前記吐出室を形成した基
板の異方性エッチングを開始した面をインク滴を吐出さ
せるアクチュエータ手段を備えた基板に接合したことを
特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１１】インクジェットヘッドをキャリッジに
搭載したインクジェット記録装置において、前記インク
ジェットヘッドが前記請求項９に記載のインクジェット
ヘッドからなり、かつ、前記吐出室の長手方向が前記イ
ンクジェットヘッドに対する記録紙の相対的な移動方向
と垂直となるように搭載したことを特徴とするインクジ
ェット記録装置。