JP2002160361A

JP2002160361A - 液滴吐出ヘッド

Info

Publication number: JP2002160361A
Application number: JP2000355595A
Authority: JP
Inventors: Kaihei Itsushiki; 海平一色
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2002-06-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通
する吐出室と、吐出室の壁面を形成する振動板と、この
振動板を変形させる駆動手段とを備えて、駆動手段を駆
動することで吐出室内のインクを加圧してノズルからイ
ンク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、ヘ
ッドの小型化および耐接液性の向上ができるインクジェ
ットヘッドの提供。【解決手段】振動板１０を設ける流路基板１と電極１
５を設けた電極基板２とを積層し、これらの流路基板１
及び電極基板１５を貫通するインク供給口９を形成し、
インク供給口９壁面にシリコン酸化膜２１を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、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（画像形成装置を含
む。）に用いられるインクジェット記録装置におけるイ
ンクジェットヘッドとして、インク滴を吐出するノズル
と、このノズルが連通する吐出室（インク流路、インク
室、圧力室、加圧室、加圧液室などとも称される。）
と、吐出室の壁面を形成する振動板と、この振動板を変
形させる駆動手段とを備えて、駆動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からインク滴を吐出
させるものがある。

【０００３】従来の振動板を用いるインクジェットヘッ
ドとしては、圧電素子を用いて吐出室の壁面を形成して
いる振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させ
るピエゾ型のもの、吐出室の壁面を形成する振動板（又
はこれと一体の電極）と電極を用いて静電力で振動板を
変形変位させることでインク滴を吐出させる静電型のも
のなどがある。

【０００４】ところで、インクジェットヘッドにおいて
は、高密度記録、高画質記録を行うために、ノズル及び
液室を高密度に配置することが必要になる。そこで、例
えばピエゾ型ヘッドとして、特開平１１−１９８３８５
号公報などに記載されているように、複数のノズルを千
鳥状に複数列配置し、各ノズルに対応する液室も複数列
配置して、各液室の両側に共通液室を配置する構成が知
られている。

【０００５】また、静電型インクジェットヘッドとして
は、例えば特開平６−７１８８２号公報や特開平５−５
０６０１号公報に開示されているように、吐出室及び振
動板を形成する第１基板にシリコン基板を用い、電極を
設ける第２基板に硼珪酸ガラス（パイレックス（登録商
標）ガラス）やシリコン基板を用いて、第１基板と第２
基板を陽極接合や直接接合で接合したものが知られてい
る。

【０００６】さらに、従来の静電型インクジェットヘッ
ドとしては、例えば特開平１０−２９１３２２号公報に
開示されているように、振動板に用いているシリコン薄
板がインクによって穿孔しないようなシリコン熱酸化膜
したもの、或いは特開平１０―２６４３８３号公報に記
載されているようにインク流路にニッケル酸化膜や、シ
リコン酸化膜を形成してインクに対する濡れ性を改善し
たものなどが知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のインク
ジェットヘッドのように、複数のノズルを千鳥状に複数
列配置し、各ノズルに対応する液室も複数列配置して、
各液室の両側に共通液室を配置する構成を採用した場
合、ヘッドの幅が大型化するという課題がある。

【０００８】また、上述した従来のインクジェットヘッ
ドのように第１基板と第２基板とを接合したヘッドにあ
っては、第１基板と第２基板との接合界面を貫通する流
路を設けた場合、その接合面がインクに晒されることに
なる。

【０００９】ところが、現在のインクは染料系、顔料系
に限らず、その発色性など特性の良さから、pH９〜11程
度のアルカリ性インクが多く、このようなアルカリ性の
高いインクが使われている。一方、直接接合や、陽極接
合を用いた接合界面はシリコンとシリコン酸化膜あるい
は、ガラスといった異種材料の接合となるために、イン
クに対する溶解性の違いから、その接合界面に微細な隙
間ができ易い。そうなると、隙間腐食として知られてい
るように、その隙間がより大きく溶出（腐食）して行
き、ついには静電駆動に必要な電極部分のギャップにま
でインクが流入してしまい、ヘッドとしての機能を果た
さなくなるという課題が生じる。

【００１０】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、ヘッドの小型化を図ること及びヘッドの小型化を
図りつつ耐接液性を向上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、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板を設ける第
１基板と駆動手段を設ける第２基板とを積層し、これら
の第１基板及び第２基板を貫通する流路を設けたもので
ある。

【００１２】ここで、第１基板及び第２基板はシリコン
基板から形成して、これらの第１基板と第２基板は酸化
膜を介して直接接合することができる。また、第１基板
はシリコン基板、第２基板はガラス基板で形成して、こ
れらの第１基板と第２基板は陽極接合することができ
る。

【００１３】また、流路の壁面の内の少なくとも第１基
板と第２基板との接合界面に、金属膜、金属の窒化物の
膜、金属の酸化物の膜、又はこれら少ないとも２以上の
積層膜を形成することが好ましい。或いは、流路の壁面
の内の少なくとも第１基板と第２基板との接合界面に、
樹脂層を形成することが好ましい。若しくは、流路の壁
面の内の少なくとも第１基板と第２基板との接合界面
に、シリコン酸化膜を形成することが好ましい。この場
合、シリコン酸化膜の厚さが５００ｎｍを越えないこと
が好ましい。

【００１４】また、これらの各液滴吐出ヘッドは、吐出
室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する電
極とを有し、振動板を静電力で変形変位させて液滴を吐
出させる静電型ヘッドとすることができる。

【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分解斜視説明図、図２は
同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図３は同ヘッ
ドの振動板短手方向の要部拡大断面図である。

【００１６】このインクジェットヘッドは、結晶面方位
（１１０）の単結晶シリコン基板を用いた第１基板であ
る流路基板１と、この流路基板１の下側に設けた結晶面
方位（１１０）又は（１００）の単結晶シリコン基板を
用いた第２基板である電極基板２と、流路基板１の上側
に設けた第３基板であるノズル板３とを備え、インク滴
を吐出する複数のノズル４、各ノズル４が連通するイン
ク流路である吐出室６、各吐出室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液室８などを形
成している。

【００１７】流路基板１にはノズル４が連通する複数の
吐出室６及びこの吐出室６の壁面である底部をなす振動
板１０（電極を兼ねている）を形成する凹部を形成して
いる。この流路基板１は、例えば（１１０）面を有する
シリコン基板に予め振動板厚さに高濃度Ｐ型不純物、例
えば高濃度ボロンを注入してエッチングストップ層とな
る高濃度ボロン拡散層を形成し、電極基板２と直接接合
した後、吐出室６となる凹部を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により、こ
のとき高濃度ボロン拡散層がエッチングストップ層とな
るので、これにより高精度に振動板１０を形成したもの
である。

【００１８】また、電極基板２にはｐ型或いはｎ型の単
結晶シリコン基板を用いて、熱酸化法などで酸化層２ａ
を形成し、この酸化層２ａに凹部１４を形成して、この
凹部１４底面に振動板１０に対向する電極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（駆動手段）を構成している。

【００１９】電極１５表面にはＳiＯ₂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絶縁
膜１７を成膜している。なお、電極１５表面に絶縁膜１
７を形成しないで、振動板１０側に絶縁膜を形成するこ
ともできる。また、電極基板２の電極１５としては、
金、或いは、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、Ｔ
ｉＮ、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。

【００２０】そして、これらの流路基板１と電極基板２
とはシリコン−シリコンの直接接合で接合している。こ
れらの流路基板１と電極基板２には共通液室８に通じる
インク供給口９となる貫通穴１９を形成している。流路
基板１と電極基板２のいずれもをシリコン基板で形成す
ることにより異方性エッチングによる高精度の凹部を形
成することができる。

【００２１】ノズル板３には、多数のノズル４を二列形
成するとともに、共通液室８と吐出室６を連通するため
の流体抵抗部７を形成する溝部を形成している。このノ
ズル板４にはインク吐出面に撥水性皮膜を成膜してい
る。また、ノズル板３は、ステンレス基板（ＳＵＳ）、
エレクトロフォーミング（電鋳）工法によるニッケルメ
ッキ膜、ポリイミド等の樹脂にエキシマレーザー加工を
したもの、金属プレートにプレス加工で穴加工をしたも
の、金属層と樹脂層を積層したものなどを用いることが
できる。

【００２２】このインクジェットヘッドは、ノズル４を
二列配置し、この各ノズル４に対応して吐出室６、振動
板１０、電極１５なども二列配置し、各ノズル列の中央
部（ヘッド中央部）に共通液室８を配置して、この共通
液室８にインクを供給するインク供給口９となる貫通穴
１９を設けることで、共通液室８から左右の吐出室６に
インクを振り分けて供給する構成を採用している。

【００２３】これにより、各吐出室６へのインク供給を
均等に配分することができ、各吐出室の駆動状態の緩衝
をほとんど受けることなく、均一なインク滴吐出特性を
確保することができて、簡単なヘッド構成で多数のノズ
ル４を有するマルチノズルヘッドを構成することがで
き、小型化、低コスト化を図れる。また、インク供給口
を広く確保することができて流入抵抗のバラツキが低減
し、吐出特性が安定する。

【００２４】そして、電極１５は外部に延設して接続部
（電極パッド部）１５ａとし、これにヘッド駆動回路で
あるドライバＩＣをワイヤボンドによって搭載したＦＰ
Ｃケーブルを異方性導電膜などを介して接続している。

【００２５】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を共通電極とし電極１５を個別
電極として、振動板１０と電極１５との間に駆動波形を
印加することにより、振動板１０と電極１５との間に静
電力（静電吸引力）が発生して、振動板１０が電極１５
側に変形変位する。これにより、吐出室６の内容積が拡
張されて内圧が下がるため、流体抵抗部７を介して共通
液室８から吐出室６にインクが充填される。

【００２６】次いで、電極１５への電圧印加を断つと、
静電力が作用しなくなり、振動板１０はそれ自身のもつ
弾性によって復元する。この動作に伴い吐出室６の内圧
が上昇し、ノズル４からインク滴が吐出される。再び電
極に電圧を印加すると、再び静電吸引力によって振動板
は電極側に引き込まれ、次のインク滴吐出工程へ移行す
る。

【００２７】次に、本発明の第２実施形態に係るインク
ジェットヘッドについて図４を参照して説明する。な
お、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図であ
る。この実施形態は、共通液室８へのインク供給口９と
なっている流路基板１と電極基板２との接合界面を含む
貫通穴１９の壁面及び振動板１０の吐出室側面などのイ
ンクに接する面に熱酸化法でシリコン酸化膜３１を形成
したものである。

【００２８】この場合、シリコン酸化膜３１の膜厚は５
００ｎｍを越えないことが好ましい。すなわち、貫通穴
１９の壁面にシリコン酸化膜３１を形成する場合、振動
板１０の吐出室側の面にもシリコン酸化膜３１が形成さ
れると、振動板１０に耐インク性を持たせることができ
るものの、他方シリコン酸化膜３１の応力で振動板１０
が変形するおそれがある。振動板１０の厚さを２μｍ以
下にした場合、実験によると、シリコン酸化膜３１の膜
厚が５００ｎｍを越えると、振動特性に影響が生じるこ
とを確認した。そこで、シリコン酸化膜３１の膜厚は５
００ｎｍ以下にすることが好ましいのである。

【００２９】このように、インク供給口９の流路基板１
と電極基板２との接合界面を含む部分にシリコン酸化膜
２１を形成することにより、流路基板１と電極基板２と
を貫通する貫通穴１９を形成した場合でも、流路基板１
と電極基板２との接合界面でのインクによる隙間腐食が
防止され、経時的な信頼性が向上する。

【００３０】次に、本発明の第３実施形態に係るインク
ジェットヘッドについて図５を参照して説明する。な
お、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図であ
る。この実施形態は、パイレックスガラス（ホウ珪酸ガ
ラス）基板を用いて第２基板である電極基板２２を形成
し、第１基板であるシリコン基板からなる流路基板１と
第２基板である電極基板２２とは陽極接合で接合してい
る。

【００３１】そして、共通液室８へのインク供給口９と
なっている流路基板１と電極基板２との接合界面を含む
貫通穴１９の壁面にエポキシ樹脂からなる樹脂層２３を
形成している。このエポキシ樹脂としては、低粘度の一
液硬化型のエポキシ接着剤を用いた。これによって簡便
に樹脂層２３を塗布形成できるとともに、常温硬化も可
能となる。

【００３２】このように、第２基板にガラス基板を用い
ることで低コスト化を図れる。また、インク供給口９の
流路基板１と電極基板２との接合界面を含む部分に樹脂
層２３を形成することにより、流路基板１と電極基板２
とを貫通する貫通穴１９を形成した場合でも、流路基板
１と電極基板２との接合界面でのインクによる隙間腐食
が防止され、経時的な信頼性が向上する。

【００３３】次に、本発明の第４実施形態に係るインク
ジェットヘッドについて図６を参照して説明する。な
お、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図であ
る。この実施形態は、共通液室８へのインク供給口９と
なっている貫通穴１９の壁面に窒化チタン（ＴｉＮ）膜
２５をスパッタ法などで形成したものである。

【００３４】このように、インク供給口９の流路基板１
と電極基板２との接合界面を含む部分に窒化チタン膜２
５を形成することにより、流路基板１と電極基板２とを
貫通する貫通穴１９を形成した場合でも、流路基板１と
電極基板２との接合界面でのインクによる隙間腐食が防
止され、経時的な信頼性が向上する。特に、ＴｉＮ膜は
アルカリ性のインクに対して高い耐性を有し、種々の色
剤（染料、顔料など）に対して効果的である。

【００３５】次に、本発明の第５実施形態に係るインク
ジェットヘッドについて図７を参照して説明する。な
お、同図は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図であ
る。この実施形態は、共通液室８へのインク供給口９と
なっている貫通穴１９の壁面にめっき法を用いてＮｉ
（或いはＣｒ）膜２６を形成したものである。

【００３６】このように、インク供給口９の流路基板１
と電極基板２との接合界面を含む部分にＮｉやＣｒなど
のメッキ膜２６を形成することにより、流路基板１と電
極基板２とを貫通する貫通穴１９を形成した場合でも、
流路基板１と電極基板２との接合界面でのインクによる
隙間腐食が防止され、経時的な信頼性が向上する。特
に、金属膜を無電解メッキ法で形成することにより、複
雑な表面形状に対しても均一に成膜することができる。

【００３７】この場合、メッキ膜のピンホール欠陥を防
止するために単層膜として形成するときには厚みを１μ
ｍ以上にすることが好ましい。また、メッキ膜を薄く形
成する場合には、前述したシリコン酸化膜上に形成する
ことが好ましい。さらに、成膜したメッキ膜を酸化或い
は窒化処理することによって金属酸化層あるいは窒化物
層を形成することで、ピンホール欠陥を防止して緻密な
膜を形成することができる。

【００３８】すなわち、上述した窒化チタン膜２５やＮ
ｉ或いはＣｒのメッキ膜に代えて、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、
Ｚｒなどの金属膜、或いはこれらの金属の窒化物の膜、
又はこれらの金属の酸化物の膜、或いは、金属膜、窒化
金属膜、酸化金属膜の２以上の膜の積層膜を形成するこ
ともできる。

【００３９】次に、第２実施形態のインクジェットヘッ
ドの製造工程について図８乃至図１１を参照して説明す
る。なお、図１０及び図１１は図９の工程に続く工程で
あるが、一部を拡大して示している。まず、電極基板２
の製造方法について説明する。図８（ａ）に示すよう
に、低抵抗品として販売されているｐ型の単結晶シリコ
ンで、面方位が（１１０）または（１００）である電極
基板２上に、ウェットあるいはドライの熱酸化法によっ
て保護膜となるシリコン酸化膜２ａを約2μｍの厚さに
形成する。

【００４０】この酸化膜２ａの厚さは、電極１５とシリ
コンウェハとの電気的絶縁性が確保される厚さであれば
良く、１〜３μｍ程度が適当である。また、ここでは、
安価に市場に出ているｐ型の単結晶シリコン基板を用い
たが、ｎ型の基板であっても良い。

【００４１】続いて、同図（ｂ）に示すように、電極基
板２となるウェハにフォトレジストを塗布し、電極を形
成するためのパターニングを行い、このフォトレジスト
パターンをマスクとして、弗化アンモニウムなどの緩衝
成分を含む弗化水素溶液（例えば、ダイキン工業製：BH
F-63U（商品名）など）を用いて、シリコン酸化膜２ａ
に電極形成溝である凹部１４を掘り込む。

【００４２】このときの凹部１４の掘り込み量（深さ）
は、電極材料の厚さと、電極１５と振動板１０との間に
必要な空間量（ギャップ長）を足した分だけ掘り込むこ
とになる。なお、このときの掘り込み量は約１μｍ程度
以下と少ないので、弗化水素溶液を用いたウェットエッ
チングによる掘り込みにおいても、ウェハ面内の掘り込
み量のばらつきは極めて小さくできる。

【００４３】続いて、同図（ｃ）に示すように、電極材
料となる多結晶シリコン膜を約３００ｎｍの厚さに堆積
し、フォトエッチングの手法を用いて所望の電極形状に
加工して電極１５を凹部１４底面に形成する。なお、こ
こでは、不純物がドーピングされたポリシリコンを電極
１５に使用したが、高融点金属を利用しても良いし、窒
化チタンのような導電性のセラミックスを電極としても
良い。

【００４４】その後、同図（ｄ）に示すように、電極基
板２上の酸化膜を堆積して、この酸化膜をパターニング
することにより、電極１５を保護するための保護膜１７
を形成する。

【００４５】一方、図９（ａ）に示すように、流路基板
１としてｐ型の極性を持ち、（１１０）の面方位を持つ
両面研磨のシリコン基板３１を利用した。このような、
シリコン基板を利用する目的は、シリコンのウェットエ
ッチング時のエッチング速度の面異方性を利用し、制度
の良い加工形状を得るためである。このシリコン基板の
接合面になる両面に高濃度のホウ素を注入（５×１０¹⁹
原子／ｃｍ³以上）後、これを活性化し、所定の深さ
（振動板の厚さ）まで拡散させて高濃度ボロン拡散層３
２を形成する。

【００４６】なお、不純物の注入にはボロンガラスを用
いた固体拡散法を用いたが、イオン注入法や、不純物ガ
ラスの塗布法などによって、硼素を注入拡散しても良
い。また、高濃度不純物基板上に、シリコンをエピ成長
させた基板を利用しても良い。

【００４７】そして、不純物を拡散したシリコンウェハ
の両面をＣＭＰなどの方法で鏡面研磨し、その表面粗さ
をＲａ値で、０．２ｎｍ以下に加工する。これは、不純
物の注入拡散によって、シリコンウェハの表面が荒れて
しまうことを補正するためのもので、その研磨量は０．
０１μｍ程度で良い。この研磨量は、シリコンウェハの
最終研磨仕上げの工法と全く同じであり、非常に精度良
く仕上げることができる。

【００４８】続いて、シリコン基板３１と電極基板２と
を接合する。例えば、各基板３１、２をＲＣＡ洗浄で知
られる基板洗浄法を用いて洗浄した後、硫酸と過酸化水
素水の熱混合液に浸漬し、接合面を親水化させることで
直接接合をし易い表面状態とする。

【００４９】そして、これらの基板３１、２をオリエン
テーションフラット部分を利用、あるいは、あらかじめ
アライメントマークを準備しておき、各基板３１、２を
整合し接合する。アライメントが完了した基板３１、２
を真空チャンバー中に導入し、１×１０^-3ｍｂａｒ以下
の真空度になるまで減圧する。

【００５０】続いて、各基板３１、２のアライメントが
ずれないような状態で、各ウェハを押さえ付けることで
プリ接合を完了する。この時、位置ずれしないように押
さえると共に、押圧力は基板３１、２に歪みを与えた
り、位置ずれを起こさない範囲で強く押さえることが重
要である。

【００５１】さらに、この後、貼り合わせたウェハを窒
素ガス雰囲気下で、９００℃、２時間焼成し強固な接合
を得た。このときの焼成温度は、８００〜１２０００℃
の温度範囲であれば、後の切断研磨工程に耐えうるだけ
の十分な強度が得られる。したがって、電極材料の種類
や、不純物の再拡散の発生しない温度選択で実施するこ
とができる。

【００５２】次に、接合ウェハを自然冷却した後、同図
（ｂ）に示すように、シリコン基板３１の研削、研磨、
ＣＭＰ等の手段によって、シリコン基板３１の厚さを約
１００μｍにまで薄く（液室高さを低く）する。このよ
うな機械的、物理的あるいは、化学的手法によってウェ
ハの厚さを薄くしても、直接接合によって接合した界面
が剥離したり破壊されることはない。ここでは、液室高
さ９５±５μｍを狙って研磨し、液室加工を施しても何
ら問題にならなかった。

【００５３】このときの液室高さは、液室が小さくなっ
たことによる流体抵抗として働く分と、隣り合うビット
間のクロストークの影響を考慮して決められる。これ
は、使用するインクの粘度や、噴射するインク滴の滴量
等から決まるため、一義的には決めることができない。
実験によると、顔料インクを用いた場合、液室高さ５０
〜１００μｍの間、特に９０μｍ付近で良い特性を得る
ことができることを確認した。

【００５４】続いて、同図（ｃ）に示すように、基板を
熱処理しバッファ酸化膜を約５０ｎｍの厚さに形成した
後、更に後工程でのエッチングバリア層となるシリコン
窒化膜３４ａ、３４ｂをＣＶＤなどの方法で約１００ｎ
ｍの厚さに形成する。そして、同図（ｄ）に示すよう
に、電極基板２の電極パターンに対して、赤外線アライ
メント方法などを用いて、電極基板２側にインク供給口
９となるシリコン窒化膜３４ｂのパターンを形成する。

【００５５】その後、この基板を高濃度の水酸化カリウ
ム溶液（例えば、８０℃に加熱した３０％濃度ＫＯＨ溶
液）中に浸漬し、シリコン（電極基板２）の異方性エッ
チングを行うことで所望のインク供給口９の形状にエッ
チングする。このとき、電極基板２のシリコンの結晶性
によって、自己整合的にインク供給口９の形状が形成さ
れる。また、このときのエッチングはシリコン基板３１
との接合面に存在するシリコン酸化膜によって自己収束
的に停止する。

【００５６】次に、図１０（ａ）に示すように、シリコ
ン基板３１上のシリコン窒化膜３４ａに、液室６、共通
液室８、電極パッド１５ａに対応する部分となるパター
ンをフォトリソグラフィーによってパターニングし、シ
リコン基板３１を前記高濃度の水酸化カリウム（ＫＯ
Ｈ）溶液中に浸漬し、シリコンの異方性エッチングを行
うことで所望の液室６、共通液室８、パッド開口対応部
分などを形成する。このとき異方性エッチングは高濃度
ボロン層３２に急激にエッチレートが低下し、これによ
り高濃度ボロン層３２からなる振動板１０が高精度に形
成され、流路基板１を得ることができる。

【００５７】また、このとき、先に開口したインク供給
口９側が再びエッチング液にさらされることになるが、
シリコンの結晶異方性によって、エッチングが抑制され
るため再エッチングは殆ど起こらず、インク供給口９の
形状が変わることはない。

【００５８】次いで、同図（ｂ）に示すように、フッ酸
溶液によってシリコン酸化膜を除去し、同図（ｃ）に示
すように、ドライエッチングなどの方法でインク供給口
９に残る高濃度ボロン層３２を除去して、インク供給口
９を完成させた。

【００５９】次に、図１１（ａ）に示すように、基板全
体をウェット酸化によって酸化して表面にシリコン酸化
膜２１を形成する。ここでは、水素、酸素混合雰囲気中
で９５０℃、３０分酸化することによって、基板全面に
均一にシリコン酸化膜２１を形成した。このときのシリ
コン酸化膜２１の厚さは４００ｎｍとした。これによ
り、前述したように、シリコン酸化膜２１が流路基板１
表面上にも形成することで振動板１０表面に耐インク性
を持たせるとともに、シリコン酸化膜２１のもつ応力に
よって振動板１０自体が変形してことを防止する。

【００６０】この処理によって、インク供給口９の壁面
に臨む流路基板１と電極基板２との接合界面にもシリコ
ン酸化膜２１が成長し、接合界面を覆うように酸化され
るので、接合界面がインクに晒されることを防止でき
る。

【００６１】最後に、同図（ｂ）に示すように、電極パ
ッド部１５ａに対応する高濃度ボロン層３２をシリコン
酸化膜２１を含めてマスクエッチングの方法によってエ
ッチング開口し、図示しないノズル板３を接合して所望
のインクジェットヘッドを完成する。

【００６２】次に、第３実施形態に係るインクジェット
ヘッドの製造工程について説明する。なお、この第３実
施形態は電極基板をガラス基板とし、インク供給口壁面
に樹脂層を形成するものであり、基本的な製造工程は上
記と同様であるので、図については図８乃至図１１を準
用する。

【００６３】まず、電極基板２２となるガラス基板とし
て硼珪酸ガラス基板（たとえばコーニング社７７４０、
商品名など）を用いて、このガラス基板上にフォトレジ
ストを塗布し、電極１５を形成するためのパターニング
を行う。そして、このフォトレジストパターンをマスク
として、弗化アンモニウムなどの緩衝成分を含む弗化水
素溶液（例えば、ダイキン工業製：BHF-63Uなど、商品
名）を用いて、ガラス基板に電極形成溝となる凹部１４
を掘り込む。

【００６４】このときの凹部１４の掘り込み量（深さ）
は、電極材料の厚さと、電極１５と振動板１０との間に
必要な空間量（ギャップ長）を足した分だけ掘り込むこ
とになる。なお、このときの掘り込み量は約１μｍ程度
以下と少ないので、弗化水素溶液を用いたウェットエッ
チングによる掘り込みにおいても、ウェハ面内の掘り込
み量のばらつきは極めて小さくできる。

【００６５】続いて、電極材料となる金属膜（たとえば
Ｎｉ膜）を約３００ｎｍの厚さに堆積し、フォトエッチ
ングの手法を用いて所望の電極形状に加工して凹部１４
底面に電極１５を形成する。ここでは、金属材料を電極
１５に使用したが、窒化チタンのような導電性のセラミ
ックスを電極としても良い。その後、電極保護のための
酸化膜を堆積して保護膜１７を形成する。

【００６６】その後、流路基板１となる高濃度ボロン層
を形成したシリコン基板をガラス基板上に陽極接合で接
合する。具体的には、各基板をＲＣＡ洗浄で知られる基
板洗浄法を用いて洗浄し、接合面を親水化させることで
接合をし易い表面状態とする。これらの基板をオリエン
テーションフラット部分を利用、あるいはあらかじめア
ライメントマークを準備しておき、各基板を整合し接合
する。アライメントが完了した基板を真空チャンバー中
に導入し、１×１０^-3ｍbar以下の真空度になるまで減
圧する。

【００６７】続いて、各基板のアライメントがずれない
ような状態で、各基板を押さえ付け、３５０℃になるま
で加熱した。更に、シリコン基板と硼珪酸ガラス基板の
間に、３００Ｖの電界を加え、陽極接合によって両基板
を強固に固着させた。この状態で１５分間保持した後、
ゆっくりと時間をかけて徐冷することで、接合を終了し
た。

【００６８】次に、流路基板１となるシリコン基板の研
削および研磨を行ない、研磨、研削、ＣＭＰ等の手段に
よって、シリコン基板の厚さを約１００μｍにまで薄く
（液室高さを低く）した。続いて、後工程でのエッチン
グバリア層となるシリコン窒化膜をＣＶＤなどの方法で
約１００ｎｍの厚さに形成する。

【００６９】次いで、電極基板２２の電極パターンに対
して（ガラス基板なのでアライメント可能）、電極基板
側のシリコン窒化膜にインク供給口９となるパターンを
形成する。そして、このパターンに対して、ダイアモン
ドドリルなどを用いて所望のインク供給口９の形状に加
工する。

【００７０】その後、シリコン基板側のシリコン窒化膜
に液室６、共通液室８、電極パッド１５ａに対応する部
分のパターンをフォトリソグラフィーによってパターニ
ングする。さらに次にこの基板を高濃度の水酸化カリウ
ム溶液中に浸漬し、シリコンの異方性エッチングを行う
ことで所望の液室６、共通液室８、パッド買い好意対応
部分及び振動板１０を有する流路基板１を得る。

【００７１】このとき、先に開口した電極基板２２側の
インク供給口９はエッチング液に晒されることになる
が、ガラス基板は、ほとんどエッチングされないため形
状が変わることはない。そして、ドライエッチングなど
の方法で供給口９に残る高濃度ボロン層を除去し、イン
ク供給口９を貫通させる。

【００７２】次に、図５で説明したように、開口したイ
ンク供給口９の壁面に、エポキシ樹脂を塗布して樹脂層
２３を形成する。このときｍ用いたエポキシ樹脂は、低
粘度の一液硬化型のエポキシ接着剤を用いた。これによ
って、簡便に塗布できると共に、常温硬化も可能とな
る。

【００７３】この処理によって、流路基板１と電極基板
２２の接合界面がエポキシ樹脂（樹脂層２３）で覆わ
れ、インクの染み込みによる接合界面への染み込みを防
ぐことができる。これによって、接合界面がインクに晒
されることがなくなる。

【００７４】なお、上記各実施形態においては、本発明
を振動板変位方向とインク滴吐出方向が同じになるサイ
ドシュータ方式のインクジェットヘッドに適用したが、
振動板変位方向とインク滴吐出方向と直交するエッジシ
ュータ方式の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。さらに、インクジェットヘッドだけでな
く液体レジスト等を吐出させる液滴吐出ヘッドなどにも
適用できる。また、振動板と液室基板とを同一基板から
形成したが、振動板と液室基板とを別体にして接合する
こともできる。さらにまた、駆動手段として、圧電素子
などの電気機械変換素子を用いるもの、或いは、発熱抵
抗体を用いるものなどにも適用することができる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液滴
吐出ヘッドによれば、振動板を設ける第１基板と駆動手
段を設ける第２基板とを積層し、これらの第１基板及び
第２基板を貫通する流路を設けたので、ヘッド裏面から
の液体供給が可能になるとともに両側に振り分けること
ができ、ヘッドの小型化を図れ、低コスト化を図れる。

【００７６】ここで、第１基板及び第２基板はシリコン
基板から形成して、これらの第１基板と第２基板は酸化
膜を介して直接接合することで、加工精度の高いヘッド
を得ることができる。また、第１基板はシリコン基板、
第２基板はガラス基板で形成して、これらの第１基板と
第２基板は陽極接合することで、低コストのヘッドを得
ることができる。

【００７７】また、流路の壁面の内の少なくとも第１基
板と第２基板との接合界面に、金属膜、金属の窒化物の
膜、金属の酸化物の膜、又はこれら少ないとも２以上の
積層膜を形成することにより、接合界面への液体の染み
込みを防止して信頼性を向上することができる。

【００７８】或いは、流路の壁面の内の少なくとも第１
基板と第２基板との接合界面に、樹脂層を形成すること
により、接合界面への液体の染み込みを防止して信頼性
を向上することができる。

【００７９】若しくは、流路の壁面の内の少なくとも第
１基板と第２基板との接合界面に、シリコン酸化膜を形
成することにより、接合界面への液体の染み込みを防止
して信頼性を向上することができる。この場合、シリコ
ン酸化膜の厚さが５００ｎｍを越えないようにすること
で、振動板の変位特性の変化を防止することができる。

【００８０】また、これらの各液滴吐出ヘッドは、吐出
室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する電
極とを有し、振動板を静電力で変形変位させて液滴を吐
出させる静電型ヘッドとすることで、高精度、高密度、
小型の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
ッドの分解斜視説明図

【図２】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図

【図３】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面図

【図４】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの振動板長手方向の断面説明図

【図５】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの振動板長手方向の断面説明図

【図６】本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの振動板長手方向の断面説明図

【図７】本発明の第５実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの振動板長手方向の断面説明図

【図８】第１実施形態のインクジェットヘッドの製造工
程の説明に供する説明図

【図９】図８に続く製造工程の説明に供する説明図

【図１０】図９に続く製造工程の説明に供する説明図

【図１１】図１０に続く製造工程の説明に供する説明図

【符号の説明】

１…流路基板、２、２２…電極基板、３…ノズル板、４
…ノズル、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液
室、９…インク供給口、１０…振動板、１４…凹部、２
１…シリコン酸化膜、２３…樹脂層、２５…窒化チタン
膜、２６…メッキ膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する吐出室と、この吐出室の壁面の一部を形成する
振動板と、この振動板を変形させる駆動手段とを備えた
液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板を設ける第１基板
と前記駆動手段を設ける第２基板とを積層し、これらの
第１基板及び第２基板を貫通する流路を設けたことを特
徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおい
て、前記第１基板及び第２基板がシリコン基板からな
り、これらの第１基板と第２基板は酸化膜を介して直接
接合されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおい
て、前記第１基板がシリコン基板からなり、前記第２基
板がガラス基板からなり、これらの第１基板と第２基板
は陽極接合されていることを特徴とする液滴吐出ヘッ
ド。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴
吐出ヘッドにおいて、前記流路の壁面の内の少なくとも
前記第１基板と第２基板との接合界面に、金属膜、金属
の窒化物の膜、金属の酸化物の膜、又はこれら少ないと
も２以上の積層膜を形成したことを特徴とする液滴吐出
ヘッド。
【請求項５】請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴
吐出ヘッドにおいて、前記流路の壁面の内の少なくとも
前記第１基板と第２基板との接合界面に、樹脂層を形成
したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴
吐出ヘッドにおいて、前記流路の壁面の内の少なくとも
前記第１基板と第２基板との接合界面に、シリコン酸化
膜を形成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】請求項６に記載の液滴吐出ヘッドにおい
て、前記シリコン酸化膜の厚さが５００ｎｍを越えない
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の液滴
吐出ヘッドにおいて、吐出室の壁面を形成する振動板
と、この振動板に対向する電極とを有し、振動板を静電
力で変形変位させることを特徴とする液滴吐出ヘッド。