JP2001047628A

JP2001047628A - インクジェットヘッド及びその製造方法並びにフォトマスク

Info

Publication number: JP2001047628A
Application number: JP22479799A
Authority: JP
Inventors: Koichi Otaka; 剛一大高; Hidekazu Ota; 英一太田; Kenichiro Hashimoto; 憲一郎橋本; Mitsugi Irinoda; 貢入野田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2001-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度の非平行ギャップを得られない。【解決手段】電極基板となるシリコン基板３１上にフ
ォトレジスト層３３を形成し、フォトレジスト層３３を
光透過率の異なるパターン３４ａを有するフォトマスク
３４を介して露光し現像して振動板１０と電極１５との
間のギャップ形状に対応する凹部３５を形成し、凹部３
５を形成したフォトレジスト層３３をマスクとするエッ
チングでシリコン基板３１に凹部１４を形成した。

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
びその製造方法並びにフォトマスクに関し、特に静電型
インクジェットヘッド及びその製造方法並びにそれに用
いるフォトマスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像記録装置（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（ア
クチュエータ手段）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、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、高
速、高印字品質に対する限界があること、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
寿命が短くなるなどの不都合がある。

【０００５】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と電極とを平行に配
置し（これにより形成されるギャップを「平行ギャッ
プ」と称する。）、振動板と電極との間に発生させる静
電力によって振動板を変形させることで、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
ドが提案されている。

【０００６】ところで、このような静電型インクジェッ
トヘッドにおいて、振動板の変位量δ（ｍ）は、振動板
と電極間の静電引力をＰ（Ｎ／ｍ²）、短辺の長さをａ
（ｍ）、振動板の厚さをｈ（ｍ）、ポアソン比をν、ヤ
ング率をＥ（Ｎ／ｍ²）、定数をｋとしたとき、δ＝ｋ
・｛１２（１−ν²）／Ｅｈ³｝・Ｐａ⁴、で表される。

【０００７】また、静電引力Ｐ（Ｎ／ｍ²）は、誘電率
をε（Ｆ／ｍ）、電圧をＶ（Ｖ）、振動板と電極との距
離（電極間距離）をｔ（ｍ）としたとき、Ｐ＝（１／
２）・ε・（Ｖ／ｔ）²で表される。

【０００８】したがって、高速、高画質印字を行うため
にノズルを高密度で配置するため、振動板のノズル配列
方向（短辺方向）の長さａを短くすると、上式から分か
るように、振動板変位量δは振動板の短辺方向長さａの
４乗に比例して小さくなる。

【０００９】そこで、振動板の変位量を確保して必要と
するインク滴を得ようとすると、上記式から、振動板の
厚さを薄くするか、振動板と電極とのギャップ長（寸
法）を狭くするか、駆動電圧を大きくすること必要にな
る。

【００１０】しかしながら、振動板の厚さを薄くするこ
とは振動板の剛性が低下してインク吐出力の低下を招く
ことになり、振動板と電極とのギャップ長（寸法）を狭
くすることは振動板の最大変位量が小さくなりインク滴
吐出量が減少してインクかすれなどの原因になり、駆動
電圧を大きくすることはコストが高くなる。

【００１１】そこで、特開平９−３９２３５号公報に開
示されているように、振動板と電極との間にギャップを
設け、且つ、電極を階段状に配置することでギャップ寸
法が段階的に変化するようにして、低電圧駆動化を図る
インクジェットヘッドが提案されている。また、特開平
９−１９３３７５号公報に開示されているように振動板
に対して電極を斜めに傾斜させて配置することで振動板
と電極との間のギャップの断面形状が振動板側の面
（辺）と電極側の面（辺）とで非平行になる（このよう
なギャップを「非平行ギャップ」と称する。）ようにし
たインクジェットヘッドも提案されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような非平行ギャップを有するインクジェットヘッド
を精度良く形成することは困難であるという課題があ
る。

【００１３】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、高精度に形成された非平行ギャップを有するイン
クジェットヘッド及びその製造方法並びにその製造に用
いるフォトマスクを提供することを目的とする。

【００１４】

【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、振動板と電
極との間のギャップ形状に対応する凹部を形成したフォ
トレジスト層をマスクとするエッチングで電極を設ける
凹部が形成されている構成とした。

【００１５】ここで、振動板を形成した単結晶シリコン
部材と電極を設けた単結晶シリコン部材とを接合して、
或いは振動板を形成した単結晶シリコン部材と電極を設
けた部材とを陽極接合で接合してヘッドを構成すること
ができる。

【００１６】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、電極を設ける部材上にフォトレジスト層を形成
し、このフォトレジスト層を光透過率の異なるパターン
を有するフォトマスクを介して露光し現像して振動板と
電極との間のギャップ形状に対応する凹部を形成し、こ
の凹部を形成したフォトレジスト層をマスクとするエッ
チングで電極を設ける凹部を形成する構成としたもので
ある。

【００１７】ここで、フォトレジスト層の露光を縮小結
像露光方式で行い、このとき焦点をフォトマスクとフォ
トレジストとの間に合わせることで、フォトレジストに
おける光強度のコントラストを低下させて露光すること
ができる。また、フォトレジスト層の露光を等倍露光方
式で行い、このとき露光装置からの射出光を光拡散手段
を介してフォトマスクに照射することでも、フォトレジ
ストにおける光強度のコントラストを低下させて露光す
ることができる。

【００１８】本発明に係るフォトマスクは、インクジェ
ットヘッドの振動板と電極との間のギャップ形状に対応
する凹部を電極を設ける部材に形成するために用いるフ
ォトマスクであって、凹部に対応する光透過率の異なる
パターンを有する構成としたものである。

【００１９】ここで、透光性基板上に膜形成した遮光性
材料の膜厚を異ならせて光透過率の異なるパターンを形
成し、或いは透光性基板上に膜形成した遮光性材料の開
口率を異ならせて光透過率の異なるパターンを形成する
ことができる。

【００２０】

【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短手方向の断面説明図、
図２は同ヘッドの長手方向の断面説明図である。

【００２１】このインクジェットヘッドは、単結晶シリ
コン基板、多結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板などのシリ
コン基板等を用いた振動板／液室基板１と、この振動板
／液室基板１の下側に設けたシリコン基板、パイレック
スガラス基板、セラミックス基板等を用いた電極基板２
と、振動板／液室基板１の上側に設けたノズル板３とを
備え、複数（便宜上１個のみ図示する。）のインク滴を
吐出するノズル孔４、各ノズル孔４が連通するインク流
路である加圧室６、各加圧室６にインク供給路を兼ねた
流体抵抗部７を介して連通する共通インク室８などを形
成している。

【００２２】振動板／液室基板１には、加圧室６及びこ
の加圧室６の壁面である底部をなす振動板（第1の電
極）１０を形成する凹部１１と、流体抵抗部７を形成す
る溝１２と、共通インク室８を形成する凹部１３とを形
成している。振動板１０の厚さは使用目的、変位範囲、
駆動電圧などに基づき最適な厚さを選択するが、通常
１．０μｍから２０μｍの範囲内で設定することが多
い。

【００２３】ここで、振動板／液室基板１は、例えば単
結晶シリコン基板を用いた場合、予め振動板厚さにボロ
ン等の不純物を注入拡散してエッチングストップ層とな
る高濃度不純物拡散層を形成し、電極基板２と接合した
後、凹部１１、１３及び溝部１２をそれぞれＫＯＨ水溶
液などのエッチング液を用いて異方性エッチングするこ
とで形成し、このとき、高濃度不純物拡散層がエッチン
グストップ層となって高濃度不純物拡散層からなる振動
板１０が形成される。また、同様に不純物を拡散して電
気化学的に所望の厚さでエッチングを停止させる方法を
用いることもできる。さらに、ＳＯＩ基板を用いた場合
には予め所定の厚さに形成されたＳi薄膜部分を振動板
１０とする。

【００２４】また、多結晶シリコン基板で振動板１０を
形成する場合は、液室基板１上に振動板となる多結晶シ
リコン薄膜を形成する方法、または、予め電極基板２側
をＡｌ等の犠牲材料で平坦化し、その上に多結晶シリコ
ン薄膜を成膜した後、犠牲材料を除去することで形成で
きる。

【００２５】なお、ここでは振動板と加圧室等とを振動
板／液室基板で形成しているが、振動板と加圧室等を形
成する部材（液室形成部材、液室隔壁部材等と称す
る。）とを接合することもできる。例えば、シリコンウ
エハを電極基板２と接合し、その後、所望の振動板厚さ
まで研磨して振動板を形成し、これに液室形成部材を接
合することもできる。

【００２６】また、振動板１０に別途電極膜を形成して
もよいが、上述したように不純物の拡散などによって振
動板が電極を兼ねるようにしている。また、振動板１０
の電極基板２側の面に絶縁膜を形成することもできる。
この絶縁膜としてはＳiＯ₂等の酸化膜系絶縁膜、Ｓi₃Ｎ
₄等の窒化膜系絶縁膜などを用いることができる。絶縁
膜の成膜は、振動板表面を熱酸化して酸化膜を形成した
り、成膜手法を用いたりすることができる。

【００２７】また、電極基板２には酸化膜などの絶縁性
のギャップ形成部２ａを一体に形成して、このギャップ
形成部２ａに凹部１４を形成し、この凹部１４底面に振
動板１０に対向する電極（第２の電極）１５を設け、振
動板１０と電極１５との間にギャップ１６を形成し、こ
れらの振動板１０と電極１５とによってアクチュエータ
部を構成している。そして、なお、電極１５表面にはＳ
iＯ₂膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓi₃Ｎ₄膜などの窒化膜
系絶縁膜からなる電極保護膜１７を成膜しているが、電
極表面１５に電極保護膜１７を形成するに代えて、又は
電極１５表面と共に振動板１０側に絶縁膜などの電極保
護膜を形成することもできる。

【００２８】この電極基板２として単結晶シリコン基板
を用いる場合には通常のシリコンウエハーを用いること
ができる。その厚さはシリコンウエハーの直径で異なる
が、直径４インチのシリコンウエハーであれば厚さが５
００μｍ程度、直径６インチのシリコンウエハーであれ
ば厚さは６００μｍ程度であることが多い。シリコンウ
エハー以外の材料を選択する場合には、振動板／液室基
板のシリコンと熱膨張係数の差が小さい方が振動板と接
合する場合に信頼性を向上できる。例えば、ガラス材料
としては、コーニング社製＃７７４０（商品名）、岩城
硝子社製ＳＷ３（商品名）、ホーヤ社製ＳＤ２（商品
名）などを用いることができる。

【００２９】これらの振動板／液室基板１と電極基板２
との接合は、接着剤による接合も可能であるが、より信
頼性の高い物理的な接合、例えば電極基板２がシリコン
で形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いる
ことができ、また、電極基板２がガラスの場合、陽極接
合を行うことができる。電極基板２をシリコンで形成し
て、陽極接合を用いる場合には、電極基板２と振動板／
液室基板１との間にパイレックスガラスを成膜して、こ
の膜を介して陽極接合を行うこともできる。

【００３０】この電極基板２の電極１５としては、通常
半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、
Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融
点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコ
ン材料などを用いることができる。電極基板２をシリコ
ンウエハで形成する場合には、電極基板２と電極１５と
の間には絶縁層を形成する必要があるが、この場合の絶
縁層としてはＳiＯ₂を用いる。電極基板２にガラス等の
絶縁性材料を用いる場合には電極１５との間に絶縁層を
形成する必要はない。

【００３１】また、電極基板２にシリコン基板を用いる
場合、電極１５としては、不純物拡散領域を用いること
ができる。この場合、拡散に用いる不純物は基板シリコ
ンの導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散領
域周辺にｐｎ接合を形成し、電極１５と電極基板２とを
電気的に絶縁する。

【００３２】そして、この電極１５は、振動板１０に対
して短手方向の一部で非平行、残部で平行になり、長手
方向では全面で平行になる状態で対向配置している。す
なわち、電極１５と振動板１０との間に形成されるギャ
ップ１６は、短手方向における断面形状で、一端部側か
ら振動板１０に対して傾斜した傾斜領域と、この傾斜領
域に連続して振動板１０に対して略平行な底部領域とを
有している。そして、電極１５の傾斜領域側の始点１９
を絶縁保護膜１７を介して振動板１０に接触させてい
る。この場合、電極１５は凹部１４底面に配置するの
で、凹部１４の断面形状をギャップ１６と同等の形状に
形成する。

【００３３】このギャップ１６の短辺方向、長辺方向の
長さ、ギャップ深さ（ギャップ寸法）等の寸法は、使用
目的、変位範囲、駆動する電圧等により選択されるが、
一般的には、短辺長さ６０〜５００μｍ、長辺長さは２
００〜４０００μｍ、ギャップ深さとしては０．１〜
５．０μｍの範囲で設定される。

【００３４】ノズル板３には複数のノズル孔４と共に、
共通インク室８に外部からインクを供給するインク供給
口１８を形成している。このノズル板３のインク吐出面
には撥水性を有する表面処理層或いは親水性を有する表
面処理層を形成することもできる。なお、ノズル板３に
ノズル孔４を形成することで振動板１０の変位方向にイ
ンク滴を吐出するサイドシュータ方式としている。

【００３５】このように構成したインクジェットヘッド
においては、振動板１０と電極１５（いずれか一方を共
通電極とし、他方を個別電極とする。）との間に駆動電
圧を印加することによって静電力によって振動板１０が
変形変位して、加圧室６の内容積が変化することによっ
てノズル孔４からインク滴が吐出される。

【００３６】この場合、振動板の変位駆動方式として
は、振動板１０を電極１５に当接させないで状態で電極
１５側に変位させて、この状態から放電して振動板１０
を復帰させることでインク滴を吐出させる非当接駆動方
式、振動板１０を電極１５に当接するまで変位させて、
この状態から放電して振動板１０を復帰させることでイ
ンク滴を吐出させる当接駆動方式のいずれの方式も採用
できる。

【００３７】ここで、電極１５の傾斜領域（ギャップ１
６の電極側傾斜領域でもある。）の始点１９が振動板１
０も接触して実効的なギャップ長が「０」であるので、
駆動電圧を印加したとき傾斜領域の始点１９でクーロン
力（静電力）が発生し、極めて低電圧で振動板１０が変
形変位を開始する。

【００３８】すなわち、静電アクチュエータは振動板１
０と電極１５との間に発生する静電力と振動板１０の剛
性力の釣り合いにより動作する。この静電力は前述した
ように２つの電極間の距離ｔの二乗に反比例するので、
電極間距離ｔが小さいほどより低い電圧Ｖで所望の静電
力を得ることができる。

【００３９】したがって、まず、このインクジェットヘ
ッドでは振動板１０と電極１５との間のギャップ１６は
振動板１０の端部側が小さくなっているために、駆動電
圧の印加に従って振動板１０の変位は距離ｔが小さい端
部から開始する。この時の変位開始電圧は、振動板中央
部の変位開始電圧より低い。そして、振動板１０の端部
の変位開始に従い、振動板１０と電極１５との間隔が順
次小さくなり、小さな電圧増加で大きな変位量が得られ
る。よって、従来のインクジェットヘッドに比べて低い
電圧で駆動することが可能になる。

【００４０】そして、このインクジェットヘッドでは、
振動板１０と電極１５とは上述したように電極１５の傾
斜領域始点１９が振動板１０に接触しているので、振動
板１０は実効的なギャップ長「０」から変位を開始し、
より低電圧で変位を開始させることができると共に、傾
斜領域始点１９が振動板１０に接触していることから振
動板１０の変位開始位置のバラツキが低減する。

【００４１】そこで、電極基板２の製作工程について図
３乃至図８をも参照して説明する。なお、図３は電極基
板２の製作工程を説明する説明図、図４は図３（ｃ）か
ら同図（ｄ）の状態変化の詳細を説明する説明図、図５
は傾斜面を有する凹部形成の説明に供する説明図、図６
は図５の場合の露光深さとマスクの光透過率の関係の一
例を説明する説明図、図７は光透過率の異なるパターン
の例を説明する説明図、図８は他の光透過率の異なるパ
ターンの他の例を説明する説明図である。

【００４２】先ず、図３（ａ）に示すように、電極基板
となるシリコン基板３１の表面側にギャップ形成部とな
る熱酸化膜３２を形成した部材上にフォトレジスト層３
３を形成する。そして、同図（ｂ）に示すように、振動
板１０と電極１５との間のギャップ１６の電極側形状に
対応する光透過率の異なるパターン部３４ａを有するフ
ォトマスク３４を介して、フォトレジスト層３３を露光
する。このとき、光透過率の異なるパターンを有するフ
ォトマスク３４を用いることで露光される深さが変化す
る。

【００４３】すなわち、図５に示すように、フォトレジ
スト（ここでは、東京応化製ＯＦＰＲ−８００：商品名
を用いた。）３３に光透過性の異なるパターン部３４ａ
を有するフォトマスク３４を介して露光した場合、マス
クの光透過率に応じて露光深さが変化する。

【００４４】この場合、フォトマスクの光透過率を変化
させる手法には種々のものがある。例えば、フォトマス
クは、一般的に透明石英ガラスなどの光学ガラス基材に
クロム等の遮光性膜を成膜して所望のパターンを形成す
るが、ここで遮光性膜の膜厚を変化させることによって
マスクの光透過率を異ならせることができる。また、遮
光性膜の開口率を変化させることによっても光透過率を
異ならせることができ、このような手法を面積階調マス
クと呼ぶ。

【００４５】この遮光性膜の開口率を変化させて光透過
率を異ならせるパターンの異なる例を図７及び図８に示
している。図７（ａ）〜（ｄ）は格子状に開口３４ｂを
増加して光透過率を高くするパターンの例である。図８
（ａ）〜（ｃ）はスリット状に開口３４ｂを増加（幅を
拡大）して光透過率を高くするパターンの例である。

【００４６】図３に戻って、上述したようにフォトレジ
スト層３３をフォトマスク３４を介して露光した後、現
像することによって、同図（ｃ）に示すように、フォト
レジスト層３３には振動板１０と電極１５のギャップ形
状に応じた凹部３５が形成される。そこで、例えばＳＦ
₆とＯ₂の混合ガスを用いて異方性エッチングを行うこと
で、エッチングの進行に伴なって、同図（ｄ）に示すよ
うにフォトレジスト層３３の形状がそのままシリコン基
板３１の酸化膜３２に転写されて、シリコン基板３１の
酸化層３２には傾斜面を有する凹部１４が形成される。

【００４７】すなわち、図４（ａ）に示すようにエッチ
ングガスでエッチングを開始することによって、同図
（ｂ）に示すようにフォトレジスト層３３が深さ方向に
エッチングされて、凹部３５の底面がシリコン基板３１
の酸化膜３２表面に達し、更にエッチングを続けること
で、同図（ｃ）に示すように、フォトレジスト層３３と
ともにシリコン基板３１の酸化膜３２のエッチングが開
始され、エッチングの続行によって、同図（ｄ）に示す
ように、フォトレジスト層３３の凹部３５壁面との境界
が酸化膜３２に達して、フォトレジスト層３３の凹部３
５の形状がそのまま酸化膜３２に転写される。

【００４８】なお、エッチング条件はフォトレジスト層
３３のエッチングレートとシリコン基板３１のエッチン
グレートが等しくなるように調整した。これにより、フ
ォトレジスト層３３に形成したギャップ形状の深さ（凹
部３５の深さ）とシリコン基板３１の酸化膜３２に形成
される凹部１４の深さが等しく得られる。また、フォト
レジストと電極基板のエッチングレート比を異ならせる
ことでシリコン基板３１に形成されるギャップ深さを調
整することもできる。なお、振動板（振動板／液室基
板）との接合面の保護のためにギャップを形成する凹部
１４の周辺にフォトレジストを残すこともできる。

【００４９】その後、図３（ｅ）に示すように、シリコ
ン基板３１上に残ったフォトレジスト層３３を除去し
た。

【００５０】次に、この製作工程におけるフォトレジス
ト層３３の露光方法の異なる例について図９及び図１０
を参照して説明する。上述したように光透過率の異なる
パターン部３４ａを有するフォトマスク３４を介してフ
ォトレジスト層３３を露光した場合、フォトマスク３４
のパターン部３４ａの光透過率に応じた形状にそのまま
露光され、凹部３５の底面が滑らかでなくなることがあ
る。

【００５１】そこで、図９に示すように、光透過率の異
なるパターン部３４ａを有するフォトマスク３４を介し
てフォトレジスト層３３を露光するときに、等倍露光方
式の露光装置を用いて、この露光装置からの射出光を入
射した平行光の平行度を乱す光拡散手段３７を介してフ
ォトマスク３４に照射する。これにより、光拡散手段３
７を通過した光の平行度が乱れた状態でフォトマスク３
４に入射されて、フォトレジスト層３３に照射される。
この結果、フォトレジスト層３３の凹部３５はフォトマ
スク３４のパターンよりも滑らかな形状に形成される。

【００５２】また、図１０に示すように、光透過率の異
なるパターン部３４ａを有するフォトマスク３４を介し
てフォトレジスト層３３を露光するときに、フォトマス
ク３４とフォトレジスト層３３との間に結像システム３
８（図では説明上レンズ形状で示しているが縮小結像機
能全体を意味する。）を介して縮小結像し、このとき、
結像システム３８を調整して焦点をフォトマスク３４と
フォトレジスト層３３との間に合わせて露光する。これ
により、焦点がずれた位置での露光のために輪郭がぼけ
たパターンがフォトレジスト層３３上に露光される。こ
の結果、フォトレジスト層３３の凹部３５はフォトマス
ク３４のパターンよりも滑らかな形状に形成される。

【００５３】次に、この第１実施形態のインクジェット
ヘッドの具体例について説明する。振動板／液室基板１
には結晶面方位（１１０）のシリコンウエハを用いて、
このシリコンウエハに高濃度にボロン元素を拡散させて
異方性エッチングを行うことにより、厚さ２μｍの振動
板１０及び凹部１１、溝部１２、凹部１３を形成した。

【００５４】電極基板２には結晶面方位（１００）のシ
リコンウエハを用いて、表面に厚さ２μｍのシリコン酸
化膜（ギャップ形成部）２ａを形成し、この酸化膜２ａ
に非平行なギャップ形状を形成するための凹部１４を最
大深さ０．７μｍで形成した。この凹部１４に厚さ０．
２μｍの低抵抗の多結晶シリコン薄膜からなる電極１５
を形成し、電極１５の表面を熱ＣＶＤの手法で形成した
厚さ０．２５μｍのＳiＯ₂膜である絶縁性保護膜１７で
被覆した。

【００５５】これらの振動板／液室基板１と電極基板２
とは酸化膜を介した直接接合法で接合した。なお、振動
板／液室基板１の異方性エッチングは電極基板２と接合
した後行っている。そして、振動板／液室基板１上にノ
ズル板３を接合した。このノズル板３にはＮi電鋳法に
より直径２５μｍのノズル孔４と直径０．５μｍのイン
ク供給口１８を形成し、表面に撥水性処理をしたものを
用いた。

【００５６】このとき形成した加圧室６は短辺長１３０
μｍ、長辺長３５００μｍ、高さ１００μｍであり、流
体抵抗部７は断面積１２００μｍ²、長さ２００μｍで
あり、共通インク室８は長さ１５００μｍである。

【００５７】次に、本発明の第２実施形態について図１
１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同ヘ
ッドの短手方向の断面説明図、図１２は同ヘッドの長手
方向の断面説明図である。この実施形態は振動板／液室
基板１上にノズル４を形成するための溝（流路）を４１
及び共通インク室８にインクを供給するためのインク供
給口４８を形成した蓋部材４２を接合し、振動板１０の
変位方向と直交する方向にインク滴を吐出するエッジシ
ュータ方式としている。

【００５８】このヘッドの具体例について説明する。振
動板／液室基板１には結晶面方位（１１０）のシリコン
ウエハを用いて、このシリコンウエハに高濃度にボロン
元素を拡散させて異方性エッチングを行うことにより、
厚さ２μｍの振動板１０及び凹部１１、溝部１２、凹部
１３を形成した。

【００５９】電極基板２にはパイレックスガラスを用い
て、非平行なギャップ形状を形成するための凹部１４を
最大深さ０．７μｍで形成した。この凹部１４に厚さ
０．２μｍのＴiＮ薄膜からなる電極１５を形成し、電
極１５の表面をプラズマＣＶＤの手法で形成した厚さ
０．２５μｍのＳiＯ₂膜である絶縁性保護膜１７で被覆
した。

【００６０】これらの振動板／液室基板１と電極基板２
とは酸化膜を介した陽極接合法で接合した。なお、振動
板／液室基板１の異方性エッチングは電極基板２と接合
した後行っている。そして、振動板／液室基板１上に蓋
部材４２を接合し、ノズル孔４を形成した。この蓋部材
４２には結晶面方位（１００）のシリコンウエハを用い
て異方性エッチングにてノズル溝４１（開口２０μｍ）
を形成したものを用いた。

【００６１】このとき形成した加圧室６は短辺長１３０
μｍ、長辺長３５００μｍ、高さ１００μｍであり、流
体抵抗部７は断面積１２００μｍ²、長さ２００μｍで
あり、共通インク室８は長さ１５００μｍである。

【００６２】次に、本発明の第３実施形態について図１
３及び図１４を参照して説明する。なお、図１１は同ヘ
ッドの分解斜視説明図、図１２は同ヘッドの短手方向の
断面説明図である。この実施形態は前記第１実施形態に
おける振動板／液室基板１を、加圧室６を形成するため
の通孔５１、流体抵抗部７を形成するための凹部５２、
共通インク室を形成するための通孔５３とを有する液室
基板５０と、振動板１０とを別部材で形成し、これらを
接合するようにしたものである。

【００６３】なお、上記各実施形態においては、振動板
と電極が長手方向で平行であり振動板と電極の平面形状
を矩形とした例で説明したが、振動板と電極が長手方向
においても非平行であってもよいし、またその平面形状
を台形、三角形とすることもできる。また、本発明をイ
ンクジェットヘッドに適用した例で説明しているが、振
動板と電極とを用いるその他の静電型アクチュエータに
も同様に適用することができる。さらに、振動板／液室
基板中に形成したノズル孔、加圧室、流体抵抗部、共通
インク室の形状、配置、形成方法は本発明の趣旨を越え
ない範囲で適切に変更することができる。

【００６４】

【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、振動板と電極との間のギャ
ップ形状に対応する凹部を形成したフォトレジスト層を
マスクとするエッチングで電極を設ける凹部が形成され
ている構成としたので、高精度に振動板と電極とを非平
行状態で配置するための凹部を形成でき、高精度な非平
行ギャップが得られる。

【００６５】ここで、振動板を形成した単結晶シリコン
部材と電極を設けた単結晶シリコン部材とを接合してヘ
ッドを構成することで、低コストで高精度のギャップ形
状を有する信頼性の高いインクジェットヘッドを得るこ
とができる。また、振動板を形成した単結晶シリコン部
材と電極を設けた部材とを陽極接合で接合してヘッドを
構成することでも低コストで高精度のギャップ形状を有
する信頼性の高いインクジェットヘッドを得ることがで
きる。

【００６６】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、電極を設ける部材上にフォトレジスト層
を形成し、このフォトレジスト層を光透過率の異なるパ
ターンを有するフォトマスクを介して露光し現像して振
動板と電極との間のギャップ形状に対応する凹部を形成
し、この凹部を形成したフォトレジスト層をマスクとす
るエッチングで電極を設ける凹部を形成するので、高精
度に振動板と電極とを非平行状態で配置するための凹部
を形成でき、高精度な非平行ギャップが得られる。

【００６７】ここで、フォトレジスト層の露光を縮小露
光方式で行い、このとき焦点をフォトマスクとフォトレ
ジストとの間に合わせることで、フォトレジストにおけ
る光強度のコントラストを低下させて露光することがで
き、滑らかな凹部（ギャップ）を形成できる。また、フ
ォトレジスト層の露光を等倍露光方式で行い、このとき
露光装置からの射出光を光拡散手段を介してフォトマス
クに照射することでも、フォトレジストにおける光強度
のコントラストを低下させて露光することができ、滑ら
かな凹部（ギャップ）を形成できる。

【００６８】本発明に係るフォトマスクによれば、イン
クジェットヘッドの振動板と電極との間のギャップ形状
に対応する凹部を電極を設ける部材に形成するために用
いるフォトマスクであって、凹部に対応する光透過率の
異なるパターンを有する構成としたので、高精度に振動
板と電極とを非平行状態で配置するための凹部を形成す
ることが可能になり、高精度な非平行ギャップを得られ
るようになる。

【００６９】ここで、透光性基板上に膜形成した遮光性
材料の膜厚を異ならせて光透過率の異なるパターンを形
成し、或いは透光性基板上に膜形成した遮光性材料の開
口率を異ならせて光透過率の異なるパターンを形成する
ことによって、簡単に非平行ギャップ形状に対応する凹
部を形成するためのパターン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
ッドの短手方向の断面説明図

【図２】同ヘッドの長手方向の断面説明図

【図３】同ヘッドの電極基板の製作工程を説明する説明
図

【図４】図３（ｃ）から同図（ｄ）の状態変化の詳細を
説明する説明図

【図５】傾斜面を有する凹部形成の説明に供する説明図

【図６】図５の場合の露光深さとマスクの光透過率の関
係の一例を説明する説明図

【図７】光透過率の異なるパターンの例を説明する説明
図

【図８】他の光透過率の異なるパターンの他の例を説明
する説明図

【図９】露光方式を説明する説明図

【図１０】他の露光方式を説明する説明図

【図１１】本発明の第２実施形態に係るインクジェット
ヘッドの短手方向の断面説明図

【図１２】同ヘッドの長手方向の断面説明図

【図１３】本発明の第３実施形態に係るインクジェット
ヘッドの分解斜視説明図

【図１４】同ヘッドの短手方向の断面説明図

【符号の説明】

１…振動板／液室基板、２…電極基板、２ａ…ギャップ
形成部、３…ノズル板、４…ノズル孔、６…液室、７…
流体抵抗部、８…共通インク液室、１０…振動板、１４
…凹部、１５…電極、１６…ギャップ、３４…フォトレ
ジスト層、３４…フォトマスク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本憲一郎東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者入野田貢東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2C057 AF24 AF93 AG37 AG54 AG55 AG93 AP02 AP14 AP24 AP31 AP34 AQ02 BA03 BA15

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
ズル孔が連通するインク流路と、このインク流路の壁面
を形成する振動板と、この振動板に対して長手方向及び
／又は短手方向で非平行な状態で対向する電極とを備
え、前記振動板と電極との間の静電力で振動板を変位さ
せて前記ノズル孔からインク滴を吐出するインクジェッ
トヘッドにおいて、前記振動板に対して前記電極を非平
行な状態で設ける部材は、前記振動板と電極との間のギ
ャップ形状に対応する凹部を形成したフォトレジスト層
をマスクとするエッチングで前記凹部が形成されている
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、前記振動板を形成した単結晶シリコン部材と
前記電極を設けた単結晶シリコン部材とを接合している
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】請求項１に記載のインクジェットヘッド
において、前記振動板を形成した単結晶シリコン部材と
前記電極を設けた部材とを陽極接合で接合していること
を特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】インク滴を吐出するノズル孔と、このノ
ズル孔が連通するインク流路と、このインク流路の壁面
を形成する振動板と、この振動板に対して長手方向及び
／又は短手方向で非平行な状態で対向する電極とを備
え、前記振動板と電極との間の静電力で振動板を変位さ
せて前記ノズル孔からインク滴を吐出するインクジェッ
トヘッドの製造方法において、前記電極を設ける部材上
にフォトレジスト層を形成し、このフォトレジスト層を
光透過率の異なるパターンを有するフォトマスクを介し
て露光し現像して前記振動板と電極との間のギャップ形
状に対応する凹部を形成し、この凹部を形成したフォト
レジスト層をマスクとするエッチングで前記電極を設け
る部材に凹部を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。
【請求項５】請求項４に記載のインクジェットヘッド
の製造方法において、前記フォトレジスト層を縮小露光
方式で露光するときに焦点を前記フォトマスクと前記フ
ォトレジストとの間に合わせることを特徴とするインク
ジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】請求項４に記載のインクジェットヘッド
の製造方法において、前記フォトレジスト層を等倍露光
方式で露光するときに、露光装置からの射出光を光拡散
手段を介して前記フォトマスクに照射することを特徴と
するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】インクジェットヘッドの振動板と電極と
の間のギャップ形状に対応する凹部を前記電極を設ける
部材に形成するために用いるフォトマスクであって、前
記凹部に対応する光透過率の異なるパターンを有するこ
とを特徴とするフォトマスク。
【請求項８】請求項７に記載のフォトマスクであっ
て、透光性基板上に膜形成した遮光性材料の膜厚を異な
らせて前記光透過率の異なるパターンを形成しているこ
とを特徴とするフォトマスク。
【請求項９】請求項７に記載のフォトマスクであっ
て、透光性基板上に膜形成した遮光性材料の開口率を異
ならせて前記光透過率の異なるパターンを形成している
ことを特徴とするフォトマスク。