JP2001010047A

JP2001010047A - インクジェットヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001010047A
Application number: JP18383299A
Authority: JP
Inventors: Yasutarou Kobata; 八州太郎木幡; Kenichiro Hashimoto; 憲一郎橋本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単なプロセスで高精度のインク供給路を得
られない。【解決手段】液室６の底部にインク供給孔８を設け
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
びその製造方法に関する。

【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（画像形成装置）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と、このノズルが連通す
る液室（インク室、圧力室、加圧液室、吐出室、インク
流路等とも称される。）と、この液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液室内インク
を加圧してノズル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）、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
るようにしたもの（特開平６−７１８８２号公報参照）
などが知られている。

【０００４】このような各種インクジェットヘッドにお
ける共通の課題として、ノズル孔及び液室（吐出室）の
高密度配置があり、これに対応するため、マイクロマシ
ニングの分野において技術が確立されている単結晶Ｓｉ
の異方性ウェットエッチング、特にエッチングレートの
遅いＳｉ（１１１）面を用いた結晶面方位（１１０）の
Ｓｉ基板の垂直エッチングで、インク液室やインク供給
路を形成するインクジェットヘッドが知られている。

【０００５】例えば、特開平７−４７８９０９号公報に
記載のインクジェットヘッドにおいては、結晶面方位
（１１０）のＳｉ基板上に垂直壁からなるインク圧力発
生室へのインク供給方法として、（１）圧力室延長上に
同様に垂直壁からなるインク供給路を形成する方法、
（２）液室垂直壁に対して５４．７°の角度で傾斜各３
５°のＶ溝のインク供給路を形成する方法などが開示さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、結晶面
方位（１１０）のＳｉ基板上に垂直壁からなるインク圧
力発生室を形成して、この圧力室延長上に同様に垂直壁
からなるインク供給路を形成するインクジェットヘッド
にあっては、インク供給路エッチングマスクが結晶方位
面と角度ずれが少し発生しただけでもエッチング幅が広
がってしまうが、液室深さがそのままインク供給路深さ
となるため、供給路幅が少し変化しただけで流路断面積
が大きく変化し、インク供給特性に大きな影響が生じ、
ウエハ毎の製造バラツキが大きくなる。

【０００７】この場合、ウエハとマスクのアライメント
角度ずれを防ぐために、マスク合わせ前にＳｉ（１１
０）ウエハ上に角度防止パターンを形成する工程など、
高精度な結晶方位合わせのための工程を追加するので
は、生産コストが上昇する。

【０００８】また、液室垂直壁に対して５４．７°の角
度で傾斜各３５°のＶ溝のインク供給路を形成するイン
クジェットヘッドにあっては、Ｖ溝の傾斜角が３５°を
浅いためにインク供給路として適当な断面積を得るため
には、幅を広く形成しなければならない。ところが、Ｖ
溝は垂直液室に対して５４．７°の角度で形成されるこ
とから、パターン配置に制約が生じ、高密度にインク液
室を配列することが困難になる。

【０００９】さらに、従来のインクジェットヘッドのよ
うにコストの高い結晶面方位（１１１）のＳｉ基板に液
室の他にインク供給路やこれおにつながる共通インク室
等を形成しなければならず、１つあたりのヘッド面積が
大きくなり、１枚あたりのＳｉウエハから作製すること
ができるヘッド数が少なくなって、コスト高となるとい
う課題がある。

【００１０】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、簡単なプロセスでインク供給路を高精度に形成
でき、小型化、低コスト化が可能なインクジェットヘッ
ド及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェットヘッドは、液室の底部
に液室へインクを供給するインク供給路を設けた構成と
したものである。

【００１２】ここで、インク供給路は流体抵抗部を兼ね
ることができ、また、インク供給路は複数の液室にイン
クを供給する共通インク室に連通させることができる。
更に、インク供給路は液室接続路を介して複数の液室に
インクを供給する共通インク室に連通させることもでき
る。この場合、インク供給路の開口断面積を液室接続路
の開口断面積より小さくすることも、大きくすることも
できる。更にまた、共通インク室は液室の配列方向側に
設けたインクタンク接続路と連通させることができる。

【００１３】また、液室、振動板及びインク供給路を有
する第１基板と、振動板に対向する電極を有する第２基
板とを接合してヘッドを構成することができる。この場
合、第２基板に共通インク室を設けることが好ましい。
また、第１基板のインク供給路は、第１基板に単結晶シ
リコン基板を用いて振動板面の高濃度Ｐ層のパターニン
グとウエットエッチングプロセスで形成されたもの、第
１基板にＳＯＩ基板を用いてウエットエッチングプロセ
スで形成されたもの、或いはドライエッチングプロセス
で形成されたものなどのいずれでもよい。更に、第２基
板には単結晶シリコン基板を用いることが好ましい。更
にまた、第２基板の第１基板側表面にウエットエッチン
グ液に対する耐性を有する層を有することが好ましい。

【００１４】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、上述したインクジェットヘッドを製造する方法
であって、第１基板と第２基板を接合した後、第１基板
に液室、振動板及びインク供給路を、第２基板に少なく
とも共通インク室を、同時に形成する構成としたもので
ある。

【００１５】

【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は本発明の第１実施形態
に係るインクジェットヘッドの断面説明図、図２は同ヘ
ッドの平面説明図、図３は図２の要部拡大断面説明図及
び平面説明図である。

【００１６】このインクジェットヘッドは、例えば結晶
面方位（１１０）のＳｉ基板を用いた第１基板である振
動板／液室基板（基体）１と、この振動板／液室基板１
の下側に設けた例えば結晶面方位（１００）のＳｉ基板
を用いた電極基板（基体）２と、振動板／液室基板１の
上側に設けたノズルプレート３とを備えている。

【００１７】振動板／液室基板（基体）１には、各液室
６を形成する凹部、液室６の壁面の一部である底部を形
成する振動板７、この振動板７と同一の面内である液室
６の底部に設けたインク供給路であるインク供給孔８を
形成する貫通穴を形成している。このインク供給孔８は
流体抵抗部を兼ねている。

【００１８】一方、電極基板２には各液室６にインクを
供給するための共通インク室１０を形成している。この
共通インク室１０を形成する凹部に現れる傾斜部をその
ままインク供給孔８を介して共通インク室１０と液室６
とを接続するための液室接続路１１としている。また、
共通インク室１０の液室配列方向側部には図示しないイ
ンクタンクと共通インク室１０とを接続するためのイン
クタンク接続路１２を形成している。ここで、インクタ
ンク接続路１２はヘッドの側部に開口し、ヘッド側部で
インクタンクと接続できる。

【００１９】この電極基板２に結晶面方位（１００）の
Ｓｉ基板を用いた場合、液室接続路１１を形成する傾斜
部は（１１１）面として現れる。また、電極基板２には
凹部１３を形成し、この凹部１３に振動板７に所定の間
隔を置いて対向する電極１４を形成し、この電極１４の
表面は電極保護膜１５にて被覆している。

【００２０】ノズルプレート３には液室６に連通するノ
ズル孔１６を形成している。このノズル孔１６及び液室
６を例えば片側１列１５０dpiで、図２に示すように、
ノズル孔１５を２列千鳥状に配列させた場合ノズル密度
３００dpiのヘッドが得られる。

【００２１】このインクジェットヘッドにおいては、例
えば振動板７を共通電極、電極１４を個別電極として、
振動板７と電極１４との間に電界を印加することで、静
電吸引力で振動板７を個別電極１４側に変形させ、この
状態から振動板７と電極１４間に蓄積された電荷を放電
することで、振動板７が液室６側に戻り復帰変位して液
室６内の体積が変化して圧力変化が生起し、液室６内の
インクがノズル孔１６から液滴となって吐出される。

【００２２】このように、このインクジェットヘッドに
おいては、液室６の底部（振動板７側の壁面）に液室６
へのインク流路となるインク供給路８を形成したので、
共通インク室１１から液室６へのインク供給路及び流体
抵抗部を高精度に形成することができ、バラツキの少な
い安定したインク滴吐出が可能になる。

【００２３】すなわち、図４に示すように、振動板７の
固定部分（電極基板２と接合する部分であって、振動板
としては機能しない部分であるが、以下では単に「振動
板７」と表記する。）に形成するインク供給孔８の深さ
（インク供給路の長さ）ｔは振動板７の厚さ制御で規定
することができ、インク供給孔８の流路断面積は振動板
７にインク供給孔８を形成するための貫通孔を形成する
ときのフォトリソ等のパターニング形状（直径Ｄ）で規
定することができるので、高精度のインク供給路（流体
抵抗部を含む）を得ることができる。

【００２４】また、液室６にインクを供給するためのイ
ンク供給路を液室６底部に配置することで、共通インク
室１１や流体抵抗部（インク供給路）を液室６と同一面
内、同一基体（基板）中に形成する必要がなくなり、立
体的に配置することができ、ヘッドの小型化を図れる。

【００２５】さらに、液室６をマイクロマシニング技術
が確立されたＳｉウエハから作製する場合、１ヘッド当
たりの面積が小さくなるので、１枚のＳｉウエハから多
くのヘッドを取り出すことができ、電極基板も同様にＳ
ｉウエハから作製した場合、一層ヘッドの低コスト化が
容易となる。

【００２６】さらにまた、ヘッドの側面或いは裏面から
共通インク室１１とインクタンク（インクカートリッジ
とも称される）を接続することができ、ヘッドの実装も
容易となる。

【００２７】なお、ノズルプレート上にも同様に立体的
に形成することができて小型化が可能であるが、ノズル
面はインク滴吐出のため構造材としての制約が多く、共
通インク室、インク流路、流体抵抗部の形成のため複雑
な加工及び構造が必要となり、生産コストが上昇する。

【００２８】ここで、この第１実施形態の他の異なる例
について図５及び図６を参照して説明する。なお、図５
は他の例を示す図３と同様な要部拡大断面説明図及び平
面説明図、図６は更に他の例を示す図３と同様な要部拡
大断面説明図及び平面説明図である。

【００２９】図５に示す例は、電極基板２に共通インク
室１１に連通しインク供給路８に臨む液室接続路１１と
なる凹溝１７を形成したものである。この場合、インク
供給路８が流体抵抗部を兼ねるようにしても良いし、液
室接続路１１が流体抵抗部を兼ねるようにしても良い
し、或いは両者がいずれも流体抵抗部を兼ねるようにし
ても良い。

【００３０】また、図６に示す例は、電極基板２に各ノ
ズル列毎に共通インク室１０、インク供給路８と共通イ
ンク室との間の液室接続路１１及び共通インク室とイン
クタンクとの間のインクタンク接続路１２を兼ねたＶ字
状の溝１８を形成したものである。

【００３１】ここで、振動板／液室基板１側のインク供
給孔８と電極基板２側の液室接続路１１との関係につい
て図７及び図８を参照して説明する。液室６の底部に設
けるインク供給孔８は、図７に示すように、電極基板２
に設ける液室接続路１１よりも径を小さく形成して流体
抵抗部として機能させることができ、また、図８に示す
ように電極基板２に設ける液室接続路１１よりも径を大
きく形成して単なるインク流路とし、液室接続路１１な
どを流体抵抗部として機能させるようにすることもでき
る。なお、ここでは電極基板１２の振動板側表面にはウ
エットエッチングに対する耐性を有する層１９を形成し
ている。

【００３２】いずれの場合も、インク供給孔８と液室接
続路１１とのアライメント誤差を考慮して、いずれかを
大きく形成し、アライメントばらつきの影響を低減させ
ることが好ましい。また、インク供給孔８は上述の例で
は円形としているが、インク供給路として問題がなく、
加工可能な形状であれば、特に制限されるものではな
い。

【００３３】次に、上述した振動板／液室基板１の製造
工程の第１例について図９を参照して説明する。同図
（ａ）に示すように、両面研磨された厚さ２００μｍの
結晶面方位（１１０）のＳｉ基板２１を用いて、このＳ
ｉ基板２１の片面に振動板７を形成するＩＥ２０ｃｍ^-3
以上の高濃度ボロンドープ層２２を形成する。この高濃
度ボロンドープ層２２は、フォトリソグラフィプロセス
とイオン注入（例えば、イオン注入条件：１００ｋＶ，
６Ｅ１６ｃｍ^-2、ドライブ条件：１０５０℃，１００mi
nでボロン拡散濃度：５Ｅ１９ｃｍ^-3（２．５μｍ））
を用いてパターニングする。このとき、高濃度ボロンド
ープ層２２にはインク供給孔８を形成するための開口２
３を形成しておく。

【００３４】次いで、同図（ｂ）に示すように、Ｓｉ基
板２１の表面にＬＰＣＶＤのＳｉ窒化膜を成膜し、液室
６に対応する開口を有するマスクパターン２４を形成す
る。

【００３５】このＳｉ基板２１をＫＯＨ水溶液でエッチ
ングした場合、ＫＯＨ水溶液はＳｉのボロン濃度に対し
て選択性を持ち、ＩＥ２０ｃｍ^-3以上のボロンがドープ
された単結晶Ｓｉでは、１０ｗｔ％で１／１００以下、
２５ｗｔ％で１／３０程度に程度にエッチレートが下が
るので、任意の厚さの振動板、任意の形状及び寸法の貫
通穴（インク供給孔）を精度良く形成することができ
る。インク供給孔８となる部分以外の全体にボロンドー
プすることによって、貫通穴部はＫＯＨ水溶液によりエ
ッチングされ、振動板部は高濃度ボロン層としてエッチ
ングストップする。

【００３６】そこで、同図（ｃ）に示すように、高濃度
ボロン拡散層とのエッチング選択比の大きい１０ｗｔ％
（８０℃、エッチレート：２．５μｍ／min）でエッチ
ングした後、熱燐酸でマスクパターン２４を除去する。
このとき液室６となる凹部を上面から見ると同図（ｄ）
に示すようになる。

【００３７】このようにして得られた振動板／液室基板
（Ｓｉ基板）について、製造バラツキを評価したとこ
ろ、作製された振動板７の厚さのばらつきは５％以内で
あり、貫通穴であるインク供給孔８（円形φ２５μｍ）
の寸法ばらつきも５％以内で、高精度に振動板７及びイ
ンク供給路８を形成することができた。

【００３８】なお、ここでは、ＫＯＨ水溶液を用いてエ
ッチングを行ったが、ＴＭＡＨやＥＤＰなども異方性選
択エッチング液として用いることができる。

【００３９】次に、上述した振動板／液室基板１の製造
工程の第２例について図１０を参照して説明する。先
ず、同図（ａ）に示すように、厚さ２００μｍの（１１
０）のＳｉ基材３１／厚さ５０００ÅのＳｉＯ₂膜３２
／厚さ３μｍの（１００）のＳｉ基材３３からなるＳＯ
Ｉ基板３０を用いて、このＳＯＩ基板３０の両面にＳｉ
窒化膜を成膜した後、Ｓｉ基材３１の表面に液室６に対
応する開口を有するマスクパターン３４をフォトリソグ
ラフィとドライエッチングプロセスを用いて形成する。
また、Ｓｉ基材３３の表面にインク供給孔８に対応する
開口を有するマスクパターン３５を形成する。

【００４０】次いで、同図（ｂ）に示すように、ＳｉＯ
₂膜３２をエッチングストップ層として、ＫＯＨ水溶液
等で異方性ウエットエッチングを行って液室となる凹部
３５及びインク供給孔８の一部である凹部３７を形成す
る。そして、最後に、同図（ｃ）に示すように、露出し
ているＳｉＯ₂膜３２をバッファードフッ化水素水溶液
（以下「ＢＨＦ」という。）で除去してインク供給孔８
を貫通させ、マスクパターン（Ｓｉ窒化膜）３４、３５
を熱燐酸で除去して、液室６となる凹部３６、振動板７
及びインク供給孔８を有する振動板／液室基板１を得
た。

【００４１】そして、上記第１例と同様に製造ばらつき
を測定した結果、作製された振動板７の厚さのばらつき
は５％以内であり、インク供給孔８（円形φ２５μｍ）
の寸法ばらつきも５％以内で、高精度に振動板７及びイ
ンク供給孔８を形成することができた。

【００４２】次に、上述した振動板／液室基板１の製造
工程の第３例について図１１を参照して説明する。前述
した第１例と同様、同図（ａ）に示すように、両面研磨
された厚さ２００μｍの結晶面方位（１１０）のＳｉ基
板２１を用いて、このＳｉ基板２１の片面に振動板７を
形成するＩＥ２０ｃｍ^-3以上の高濃度ボロンドープ層２
２を形成する。この高濃度ボロンドープ層２２は、いわ
ゆる塗布拡散法を用いて、Ｓｉ基盤表面にＢ₂Ｏ₃層（Ｐ
ＢＦ：東京応化工業製、例えば商品名６ＭＫ−４０ｃ
ｐ、３０００rpm／３０ｓ）を形成した後、１１５０℃
／３０minの条件でドライブした後（５Ｅ１９ｃｍ
^-3（２．５μｍ））、拡散面上のＢ₂Ｏ₃層、Ｓi−Ｂ合
金層を除去して形成する。

【００４３】次いで、同図（ｂ）に示すように、Ｓｉ基
板２１の表面にＬＰＣＶＤのＳｉ窒化膜を成膜し、液室
６に対応する開口を有するマスクパターン２４を形成す
る。

【００４４】その後、同図（ｃ）に示すように、インク
供給孔８に対応する開口を形成したレジストパターン
（図示省略）を成膜し、反応性イオンエッチング装置
（以下「ＲＩＥ」という）（例えば、ＳＦ₆／Ｏ₂＝８／
２sccm、０．１５Ｔorr １４０Ｗ）で高濃度ボロンド
ープ層２２側から４μｍ程度エッチングして凹部２６を
形成することでインク供給孔８を形成する。なお、ＲＩ
Ｅに代えてＩＣＰなどのドライエッチングプロセスを用
いてエッチングすることもできる。

【００４５】そして、同図（ｄ）に示すように、Ｓｉ基
板２１をＫＯＨ水溶液（１０ｗｔ％，８０℃）を用いて
異方性エッチングを行って、液室６となる凹部及び振動
板７を形成した後、熱燐酸でマスクパターン２４を除去
する。このときの液室６となる凹部を上面から見ると同
図（ｅ）に示すようになる。

【００４６】このようにして得られた振動板／液室基板
（Ｓｉ基板）について、製造バラツキを評価したとこ
ろ、作製された振動板７の厚さのばらつきは５％以内で
あり、インク供給孔８（円形φ２５μｍ）の寸法ばらつ
きも５％以内で、高精度に振動板７及びインク供給孔８
を形成することができた。

【００４７】なお、ここでは、以上の実施例では、高濃
度ボロン拡散層Ｓｉウエハを用いて、単結晶Ｓｉ基板の
一部を振動板として構成し、厚さ制御しているが、Ｓｉ
窒化膜やＳｉ酸化膜、或いはＳｉエピタキシャル膜・多
結晶膜などを、ＣＶＤやスパッタリングなどの薄膜形成
プロセスでＳｉ基板上に振動板として形成し、ドライエ
ッチング、ウエットエッチングプロセスでインク供給路
（インク供給孔となる貫通穴）を形成することもでき
る。このように、成膜プロセスで形成された薄膜を振動
板に用いることで、振動板厚さをより均一に制御するこ
とができる。

【００４８】また、Ｓｉ化合物に限らず、金属酸化物を
Ｓｉ基板上に形成しても良く、例えば結晶面方位（１０
０）のＳｉ基板上にＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコ
ニウム)やＡl₂Ｏ₃、ＭｇＯ・Ａl₂Ｏ₃ などのセラミック
薄膜をスパッタリングなどの成膜法で形成して振動板に
用いることもできる。

【００４９】本発明は、前述したようにインク供給路
（貫通穴）を振動板と同一平面、すなわち、ここでは液
室の底部に形成することで、共通インク室、流体抵抗
部、インクタンク接続口などの液室へのインク供給手段
をノズル孔面と反対面に配置することができ、ヘッドの
小型化、高密度化、低コストを図ることができる。ま
た、電極基板と振動板／液室基板にＳｉ基板や石英基板
を用いた場合、直接接合や陽極接合などの高精度な接合
方法を用いることができる。さらに、振動板／液室基板
と電極基板を接合した後、叙述したような方法で液室、
振動板及び貫通穴を形成すれば、製造時のハンドリング
が容易になり、歩留まりも向上する。

【００５０】そこで、振動板／液室基板及び電極基板に
Ｓｉ基板を用いたインクジェットヘッドの製造方法の第
１例について説明する。まず、熱Ｓｉ酸化膜を２μｍの
厚さで成膜した厚さ５００μｍの結晶面方位（１００）
のＳｉ基板上に、Ｓｉ酸化膜をマスクとして、前述した
図３、図５、図６に示すような液室接続路１１、共通イ
ンク室１０などをＫＯＨ水溶液を用いた異方性エッチン
グで形成する。なお、各図では異方性エッチング形状の
み示してあるが、ＨＦ−ＨＮＯ₃系の等方性エッチング
液を用いて形成することもできる。

【００５１】次いで、ＢＨＦで所定の厚さだけＳｉ酸化
膜をエッチングしてギャップを形成するための凹部１２
を形成し、形成された凹部１２に電極１４を形成する。
このとき、電極１４下のＳｉ酸化膜は十分残っており、
電極１４と電極基板２との電気的絶縁は保たれている。

【００５２】一方、振動板／液室基板１となる厚さ２０
０μｍのＳＯＩ基板にＳｉ窒化膜及び熱酸化膜を成膜し
た後、上述した第２例で説明した方法で液室及び振動板
部のパターニングを行い、まずインク供給孔８をＫＯＨ
異方性エッチングで形成しておき、振動板側のＳｉ窒化
膜及び熱酸化膜をＲＩＥ及びＢＨＦで除去する。

【００５３】次いで、振動板／液室基板１と電極基板２
とを９５０℃で直接接合した後、異方性エッチングで液
室６となる凹部を形成し、ＢＨＦでＳＯＩ基板のＳｉ酸
化膜を除去し、振動板７及びインク供給孔８を形成す
る。インクタンクとは、ヘッドチップの側面で接続す
る。

【００５４】次に、振動板／液室基板及び電極基板にＳ
ｉ基板を用いたインクジェットヘッドの製造方法の第２
例について図１２を参照して説明する。まず、同図
（ａ）に示すように、振動板／液室基板１となる結晶面
方位（１１０）のＳｉ基板４１に振動板となる高濃度ボ
ロン拡散層４２をインク供給孔８となる開口部４３を除
いて形成し、Ｓｉ窒化膜による液室６に対応する開口を
有するマスクパターン４３を形成する。

【００５５】一方、同図（ｂ）に示すように、電極基板
２となる結晶面方位（１００）にＳｉ基板５１に電極１
４を形成する凹部１２、液室接続路１１となるＶ型溝５
２、共通インク室及びタンク接続口となる凹部５３を形
成する。

【００５６】すなわち、Ｓｉ（１００）基板をＫＯＨ水
溶液などの異方性エッチング液でエッチングした場合、
エッチング速度の遅い（１１１）面が５４．７°の角度
で現れ、（１１１）面同士が交差した面が現れた時点で
エッチングがほぼストップする。この性質を用いること
によって、同図（ｂ）に示すように、基板５１の厚さに
対してマスクパターン５４、５５の開口幅Ｌ１、Ｌ２
（サイドエッチも考慮）を変えることによって、任意の
形状をＳｉ基板に彫り込むことができる。エッチングス
トップ面のみより前記形状を構成することにより、多少
のエッチング速度ばらつきが生じてもその影響が少な
く、余裕のある製造工程を組むことができる。

【００５７】ここでは、Ｓｉ基板５１の接合面側に液室
接続路１１となるＶ溝５２と、また振動板／液室基板１
（Ｓｉ基板４１）と電極基板２（Ｓｉ基板５１）の厚さ
及びエッチングレートの違い(例えば、ＫＯＨ水溶液８
０℃−２５ｗｔ％等では、Ｓｉ（１１０）はＳｉ（１０
０）の１．５倍以上になる。）を考慮したプレエッチン
グを行って共通インク室及びインクタンク接続口となる
凹部５３を形成している。この場合、Ｓｉ基板５１を液
室深さＤ２だけエッチングする時間と、Ｓｉ基板５１の
Ｖ溝５２と凹部５３との間の間隔Ｄ１をエッチング時間
とがほぼ等しくなるように設定している。

【００５８】その後、同図（ｃ）に示すように、Ｓｉ基
板４１とＳｉ基板５２とを接合し、この接合した基板全
体をＫＯＨ水溶液などの異方性エッチング液に浸漬する
ことで、同図（ｄ）に示すように、Ｓｉ基板４１に液室
６となる凹部４６、振動板７及びインク供給孔８を、Ｓ
ｉ基板５１に液室接続路１１、共通インク室１０（及び
インクタンク接続口１２）を同時に形成することができ
る。

【００５９】なお、この方法ではＳｉ基板５２のＶ溝５
２と凹部５３とがＫＯＨ異方性エッチングで貫通した
際、またＳｉ基板４１のインク供給孔８が貫通した場
合、振動板７と電極基板２（Ｓｉ基板５１）の接合部に
エッチング液が侵入し、振動板７又は電極基板２表面が
エッチングされてしまうため、振動板７にはＫＯＨエッ
チングされない高濃度Ｐ層を、電極基板２表面にはＳｉ
酸化膜などエッチング液に対する耐性を有する層である
プレエッチングの際のマスク５４をそのまま残す構成に
している。

【００６０】また、ＳＯＩ基板を用いる場合には、予め
液室接続路、流体抵抗部、共通インク室、インクタンク
接続口の内の必要な部分を電極基板側に形成しておき、
接合後電極基板の裏面を封止して振動板／液室基板を異
方性エッチングして液室となる凹部、振動板、インク供
給孔などを形成すればよい。

【００６１】なお、上記実施形態においては、本発明を
振動板と電極の静電力を用いる静電型インクジェットヘ
ッドに適用した例で説明したが、振動板を圧電素子など
の電気機械変換素子で変位させるピエゾ型インクジェッ
トヘッドにも同様に適用することができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットヘッドによれば、液室の底部に液室へインク
を供給するインク供給路を設けた構成としたので、簡単
なプロセスでインク供給路を高精度に形成することがで
き、安定したインク滴吐出が可能になると共にヘッドの
小型化、低コスト化を図ることが可能になる。

【００６３】ここで、インク供給路は流体抵抗部を兼ね
ることで高精度の流体抵抗部を得ることができる。ま
た、インク供給路を複数の液室にインクを供給する共通
インク室に連通させることで、共通インク室を振動板の
面外に配置することができ、ヘッドの小型化を図れる。

【００６４】更に、インク供給路は液室接続路を介して
複数の液室にインクを供給する共通インク室に連通させ
ることで、液室接続路を流体抵抗部として構成すること
が可能になる。この場合、インク供給路の開口断面積を
液室接続路の開口断面積より小さくすることも、大きく
することもでき、両者を異ならせることでアライメント
位置合わせが容易になる。

【００６５】更にまた、共通インク室は液室の配列方向
側に設けたインクタンク接続路と連通させることがで
き、インクタンクをヘッド側部や裏面側に配置すること
が可能になる。

【００６６】また、液室、振動板及びインク供給路を有
する第１基板と、振動板に対向する電極を有する第２基
板とを接合してヘッドを構成することで、簡単なプロセ
スで高精度のインク供給路を形成し、小型化、低コスト
化を図った静電型インクジェットヘッドを得ることがで
きる。

【００６７】この場合、第２基板に共通インク室を設け
ることで、より小型化、低コスト化を図ることができ
る。また、第１基板のインク供給路は、第１基板に単結
晶シリコン基板を用いて振動板面の高濃度Ｐ層のパター
ニングとウエットエッチングプロセスで形成されたも
の、第１基板にＳＯＩ基板を用いてウエットエッチング
プロセスで形成されたもの、或いはドライエッチングプ
ロセスで形成されたものとすることで、高精度なインク
供給路を得ることができる。

【００６８】更に、第２基板には単結晶シリコン基板を
用いることで、簡単なプロセスで高精度にインク供給路
を形成したヘッドを得ることができる。更にまた、第２
基板の第１基板側表面にウエットエッチング液に対する
耐性を有する層を有することで、製造工程における振動
板や第２基板の損傷を防止でき、一括して第１、第２基
板の各部位を形成することができる。

【００６９】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法によれば、上述したインクジェットヘッドを製造す
る方法であって、第１基板と第２基板を接合した後、第
１基板に液室、振動板及びインク供給路を、第２基板に
少なくとも共通インク室を、同時に形成する構成とした
ので、製造時のハンドリングが容易になり、簡単なプロ
セスで低コストのインクジェットヘッドを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの断面説明図

【図２】同ヘッドの平面説明図

【図３】図２の要部拡大説明図

【図４】同実施形態のインクジェットヘッドにおけるイ
ンク供給孔の説明に供する説明図

【図５】同実施形態の他の例を説明する要部拡大説明図

【図６】同実施形態のインクジェットヘッドの製造に用
いるエッチングマスクの他の例を説明する説明図

【図７】インク供給孔と液室接続路との関係の一例を説
明する説明図

【図８】インク供給孔と液室接続路との関係の他の例を
説明する説明図

【図９】本発明に係るインクジェットヘッドにおける振
動板／液室基板の製造工程の第１例を説明する説明図

【図１０】本発明に係るインクジェットヘッドにおける
振動板／液室基板の製造工程の第２例を説明する説明図

【図１１】本発明に係るインクジェットヘッドにおける
振動板／液室基板の製造工程の第３例を説明する説明図

【図１２】本発明に係るインクジェットヘッドの製造方
法を説明する説明図

【符号の説明】

１…振動板／液室基板、２…電極基板、３…ノズルプレ
ート、６…液室、７…振動板、８…インク供給孔、１０
…共通インク室、１１…液室接続路、１２…インクタン
ク接続路、１４…電極、１６…ノズル孔。

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、ノズル
孔が連通する液室と、液室の少なくとも一部の壁面を形
成する振動板とを備えたインクジェットヘッドにおい
て、前記液室の底部に液室へインクを供給するインク供
給路を設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】請求項１に記載のインクジェットヘッド
において、前記インク供給路が流体抵抗部を兼ねている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】請求項１又は２に記載のインクジェット
ヘッドにおいて、前記インク供給路は複数の前記液室に
インクを供給する共通インク室に連通していることを特
徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】請求項１又は２に記載のインクジェット
ヘッドにおいて、前記インク供給路は液室接続路を介し
て複数の前記液室にインクを供給する共通インク室に連
通していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】請求項４に記載のインクジェットヘッド
において、前記インク供給路の開口断面積が前記液室接
続路の開口断面積より小さい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５に記載のインクジェットヘッド
において、前記インク供給路の流路断面積が前記液室接
続路の流路断面積より大きいことを特徴とするインクジ
ェットヘッド。
【請求項７】請求項３乃至６のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記共通インク室は前記液
室の配列方向側に設けたインクタンク接続路と連通して
いることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記液室、振動板及びイン
ク供給路を有する第１基板と、前記振動板に対向する電
極を有する第２基板とを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９】請求項８に記載のインクジェットヘッド
において、前記第２基板に前記共通インク室を設けたこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１０】請求項８又は９に記載のインクジェッ
トヘッドにおいて、前記第１基板が単結晶シリコン基板
であり、前記インク供給路が振動板面の高濃度Ｐ層のパ
ターニングとウエットエッチングプロセスで形成された
ことを特徴するインクジェットヘッド。
【請求項１１】請求項８又は９に記載のインクジェッ
トヘッドにおいて、前記第１基板がＳＯＩ基板であり、
前記インク供給路がウエットエッチングプロセスで形成
されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１２】請求項８又は９に記載のインクジェッ
トヘッドにおいて、前記インク供給路がドライエッチン
グプロセスで形成されたことを特徴とするインクジェッ
トヘッド。
【請求項１３】請求項８乃至１２のいずれかに記載の
インクジェットヘッドにおいて、前記第２基板が単結晶
シリコン基板であることを特徴とするインクジェットヘ
ッド。
【請求項１４】請求項８乃至１３のいずれかに記載の
インクジェットヘッドにおいて、前記第２基板の第１基
板側表面にウエットエッチング液に対する耐性を有する
層を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１５】請求項８乃至１４のいずれかに記載の
インクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッド
の製造方法であって、前記第１基板と第２基板を接合し
た後、前記第１基板に前記液室、振動板及びインク供給
路を、前記第２基板に少なくとも共通インク室を、同時
に形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製
造方法。