JP2004216747A - インクジェットヘッドおよびその製造方法並びにインクジェット式記録装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】インクジェットヘッドにおいて、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性を高め、しかも各基板を陽極接合してインクとの適合性に優れたものとする。
【解決手段】インクジェットヘッド３１は、圧力室２０１を有するチャンバ基板２００と、２０１圧力室を加圧するダイアフラム基板３００と、ダイアフラム基板３００によって加圧されたインクを吐出するノズル基板１００とを備える。インクジェットヘッド３１の製造方法は、チャンバ基板２００、ダイアフラム基板３００およびノズル基板１００にシリコン素材を用いると共に、ノズル基板１００の両面からドライエッチングすることによってノズル基板１００の一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔よりなるノズル部１０１を形成し、チャンバ基板２００をダイアフラム基板３００およびノズル基板１００にガラス層を介して陽極接合する。
【選択図】 図３
【解決手段】インクジェットヘッド３１は、圧力室２０１を有するチャンバ基板２００と、２０１圧力室を加圧するダイアフラム基板３００と、ダイアフラム基板３００によって加圧されたインクを吐出するノズル基板１００とを備える。インクジェットヘッド３１の製造方法は、チャンバ基板２００、ダイアフラム基板３００およびノズル基板１００にシリコン素材を用いると共に、ノズル基板１００の両面からドライエッチングすることによってノズル基板１００の一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔よりなるノズル部１０１を形成し、チャンバ基板２００をダイアフラム基板３００およびノズル基板１００にガラス層を介して陽極接合する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドおよびその製造方法並びにインクジェット式記録装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置は高速、高画質な印刷が要求されている。インクジェット式記録装置において、印刷速度を上げるためには、インクジェットヘッドが印刷紙の送り方向に対して垂直な方向に移動するシリアル方式よりも、印刷紙の送り方向に対して垂直な方向に多数のインクジェットヘッドを並べて固定したライン方式の方が有利である。ライン方式の画質を精細にするためには、インクジェットヘッドに設けられているインク吐出用のノズルの間隔を狭くすることが必要となる。また、ライン方式のインクジェット式記録装置は、印刷用紙の幅の長さ分インクジェットヘッドを多数並べて配置する必要があり、またカラー印刷の場合、ブラックとシアン、イエロー、マゼンダの３色とで計４種類のインクジェットヘッド列が必要なため、多数のインクジェットヘッドが必要である。
【０００３】
インクジェットヘッドは、インクを吐出するためのノズルと、インクを保持し加圧するための圧力室と、この圧力室のインクを加圧するためのダイアフラムと、このダイアフラムを振動させるためのピエゾ素子などの駆動手段と、インクを供給するための流路とを備えて構成されている。ノズルの間隔としては印刷精度から１００μｍ〜４００μｍ程度の狭い間隔を要求されており、圧力室や流路を微細に機械加工することは技術的に難しくなっている。
【０００４】
そこで、シリコン単結晶の異方性エッチング技術を使用して、微細な流路や圧力室を基板ウエハに加工し、そのウエハにノズルを設けたノズルプレートやダイアフラムやピエゾ素子を接着してヘッドを製作する手法が案出されている。シリコン単結晶の異方性エッチング技術を使用してインクだめとインク圧力室を備えた基板を形成することが特開平６−５５７３３号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００５】
最近では、シリコン単結晶の異方性ウエットエッチングに代わる加工方法として、高周波プラズマなどを用いたドライエッチングが使用されるようになってきている。例えば、特開平９−２４８９１４公報（特許文献２）には、インクキャビティと、インクリザーバと、インクキャビティとインクリザーバとを連通する供給路が形成されたＳｉ基板を構成部材とするインクジェットヘッドにおいて、インクキャビティはＳｉ基板にドライエッチングにより穿孔されたものであるインクジェットヘッドに関して記載されている。また、特開平１１−２８８２０号公報（特許文献３）には、シリコン基板に異方性ドライエッチングを施して階段状に断面が小さくなったノズルを形成し、シリコン単結晶基板からなるノズルプレートと同じシリコン単結晶基板からなるキャビティプレートとガラス基板を貼り合わせることにより構成した静電駆動方式のインクジェットヘッドが記載されている。
【０００６】
さらに、特開平５−５０６０１号公報（特許文献４）には、シリコン素材のノズル基板とガラス素材の電極基板とを陽極接合する工程が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−５５７３３号公報
【特許文献２】
特開平９−２４８９１４号公報
【特許文献３】
特開平１１−２８８２０号公報
【特許文献４】
特開平５−５０６０１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のシリコン単結晶の異方性ウエットエッチングは、エッチングレートが結晶方位に依存することを利用して溝や穴を形成することができるが、逆に、加工方向がシリコン単結晶の結晶方位に制限されるため、加工形状の自由度が少なく、流路形状などの点で最適設計が困難となる場合がある。従って、係る異方性ウエットエッチングでインクジェットヘッドを製作した場合は、異方性エッチングの加工特性から、加工形状や精度が制限され、微小な間隔での加工が困難で、ノズル配列の高密度化に対応できにくいという課題がある。
【０００９】
また、特許文献２、３に記載されたインクジェットヘッドでは、各基板の具体的な接合については開示されていない。基板の接合には一般的に接着剤が用いられており、この場合には使用される接着剤に適合するインクを用いなければならないという課題が生ずる。
【００１０】
さらには、特許文献４に記載のインクジェットヘッドでは、シリコン素材のノズル基板とガラス素材の電極基板とを陽極接合することが開示されているが、ガラス基板の微細加工は困難なため、圧力室を有するチャンバ基板をガラス素材で形成することが困難であり、ノズル基板とチャンバ基板とを陽極接合することができないという課題があった。
【００１１】
本発明の目的は、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかも各基板を陽極接合してインクとの適合性に優れたインクジェットヘッドおよびその製造方法並びにインクジェット式記録装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかもノズル部の液切れ性能が優れたインクジェットヘッドおよびその製造方法並びにインクジェット式記録装置を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかも各基板を陽極接合して液体との適合性に優れた液滴吐出ヘッドを提供することにある。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかも液滴吐出部の液切れ性能が優れた液滴吐出ヘッドを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板にシリコン素材を用いると共に、前記ノズル基板の両面からドライエッチングすることによって前記ノズル基板の一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔を形成し、前記チャンバ基板を前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板にガラス層を介して陽極接合するようにしたことにある。
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明は、圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板はシリコン素材で形成され、前記ノズル基板は一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔が形成され、前記チャンバ基板と前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板とはガラス層を介して陽極接合されている構成にしたことにある。
【００１７】
前記した別の目的を達成するために、本発明は、圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板にシリコン素材を用いると共に、前記ノズル基板をドライエッチングすることによって前記ノズル基板の一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔を形成すると共に前記ノズル孔の開口面の周囲に液切り溝を形成するようにしたことにある。
【００１８】
前記した別の目的を達成するために、本発明は、圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板はシリコン素材で形成され、前記ノズル基板は、一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔が形成されると共に、前記ノズル孔の開口面の周囲に液切り溝が形成されている構成にしたことにある。
【００１９】
前記したさらに別の目的を達成するために、本発明は、圧力室を有する液体流路を形成するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧された液体を液滴として吐出する吐出基板とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記吐出基板は一面側から階段状に縮小して吐出流路、吐出段差および吐出孔が形成され、前記吐出基板は、一面側から階段状に縮小して吐出流路、吐出段差および吐出孔が形成されると共に、前記吐出孔の開口面の周囲に液切り溝が形成されている構成にしたことにある。
【００２０】
なお、本発明のその他の手段は以下の記述から明らかにされる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態のインクジェット式記録装置を図面に基づいて説明する。インクジェット式記録装置は液滴吐出装置を構成するものである
最初に、図１を参照しながらインクジェットヘッド３を用いたインクジェット式記録装置２０の全体の構成、機能について説明する。
【００２２】
インクジェット式記録装置２０は、筺体１の上部にヘッドベース２が配置され、その上に細長い４本の液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド３が設けられて構成されている。筺体１の内部にはロール紙搬送装置や制御装置が収納されているが図示を省略してある。カラーの印刷をするために、４本のインクジェットヘッド３には４本の液体供給管であるインク供給管５からシアン、マジェンタ、イエロー、ブラックの液体であるインクが供給される。この４本のインクジェットヘッド３は、印刷用紙４の搬送方向に順に並んで設けられている。
【００２３】
各インクジェットヘッド３には、印刷用紙４の長手方向、即ち搬送方向と直角の方向に複数個、例えば２０個のヘッド部３１（図２参照）が配列されている。各ヘッド部３１にはノズル部１０１が複数個、例えば１２８個設けられている。各ヘッド部３１、具体的にはそのノズル部１０１と対向するように印刷用紙４が搬送される。図１では矢印の方向にロール紙である印刷用紙４が搬送され、その上流にロール紙供給装置が配置されているが図面では省略してある。
【００２４】
筺体１の上部の左右に設けられた二つのフレーム１０、１１の間に二つのロッド８、９が前後に設けられている。そのロッド８、９に支持体６、７が摺動できるように支持されている。この支持体６、７に前記へードベース２が取付けられている。これによって、インクジェットヘッド３は印刷用紙４の長手方向と直角の方向に移動してヘッドクリーニング機構１２の位置まで移動することができる。ヘッドクリーニング機構１２への移動はインクジェット式記録装置２０の電源投入時、印刷動作後などに制御装置により制御され、インクジェットヘッド３のクリーニングが行なわれる。
【００２５】
インクジェット式記録装置２０で白黒の印刷を行なう場合には、ブラックのインクが供給される１本のインクジェットヘッド３のみが動作して印刷用紙４に所定の白黒印刷が行なわれる。また、インクジェット式記録装置２０でカラーの印刷を行なう場合には、シアン、マジェンタ、イエロー、ブラックのインクが供給される４本のインクジェットヘッド３が動作して印刷用紙４に所定のカラー印刷が行なわれる。
【００２６】
次に、図２および図３を参照しながらヘッド部３１の具体的な構造、機能について説明する。
【００２７】
ヘッド部３１は、インクを吐出するためのノズル基板（吐出基板）１００と、インクを加圧する圧力室および流路を有するチャンバ基板２００と、各圧力室を加圧するためのダイアフラムを有するダイアフラム基板３００と、ダイアフラムに連接されてダイアフラムを駆動するピエゾ素子４００とを備えて構成されている。ヘッド部３１において、ノズル基板１００とダイアフラム基板３００とがチャンバ基板２００を挟んでこれに密着することによりインクが流れる流路が形成される。ノズル基板１００、チャンバ基板２００、ダイアフラム基板３００はシリコン素材を用いて構成されている。
【００２８】
ノズル基板１００にはノズル部１０１と組み立て用の位置決め孔１０２が設けられている。ノズル部１０１はヘッド部３１の長手方向に狭い間隔で一列に並んで多数形成されている。位置決め用孔１０２はノズル部１０１の両側に位置して複数個（図示例では２個）設けられている。
【００２９】
チャンバ基板２００には、ノズル部１０１と連通する貫通孔２０３、インクを加圧する圧力室２０１、加圧したときのインクの逆流を防止するためのリストリクタ２０２、液体溜りであるインク溜り２０４、および組み立て用の位置決め孔２０５が形成されている。貫通孔２０３、圧力室２０１、およびリストリクタ２０２はこの順に接続されて印刷用紙４の進行方向に対して傾けて形成されている。これらがノズル部１０１の数と同じだけ多数並んで設けられ、それぞれのリストリクタ側が共通のインク溜り２０４に連通されている。
【００３０】
ダイアフラム基板３００には、ダイアフラム３０１、ピエゾ素子４００と連接するアイランド３０２、液体吸入孔であるインク吸入孔３０４、および組み立て用の位置決め孔３０３が形成されている。ダイアフラム３０１は圧力室２０１に面して形成されている。アイランド３０２は反圧力室側に形成されている。インク吸入孔３０４はインク溜り２０４に連通するように設けられている。ピエゾ素子４００には、ノズル数に対応する多数のスリット４０２が設けられている。このスリット４０２によって形成される凸部４０１はノズル数に一致して形成され、それぞれがダイアフラム基板４００のアイランド３０２と連接されている。
【００３１】
各基板の位置決め孔１０２、２０５、３０３はそれぞれ一致する位置に設けられている。そして、組み立て用の位置決めピン５００を位置決め孔１０２、２０５、３０３に通して各基板１００、２００、３００の位置決めをした状態でこれらが陽極接合される。
【００３２】
インク供給管５から供給されたインクは、インク吸入孔３０４を通してインク溜り２０４に供給され、さらにリストリクタ２０２、圧力室２０１、貫通孔２０３およびノズル部１０１に供給される。そして、ピエゾ素子４００が動作することによって、所定の凸部４０１が対応するアイランド３０２を押圧してダイアフラム３０１を変位させ、対応する圧力室２０１内のインクが押圧されてノズル部１０１から噴射される。
【００３３】
次に、図４を参照しながらノズル基板１００、特にノズル部１０１の詳細について説明する。ノズル基板１００の三つの構造例を図４（ａ）〜（ｃ）および図５（ａ）、（ｂ）に示す。
【００３４】
図４（ａ）に示すノズル部１０１は、ノズル基板１００の一側に開口面を有するノズル孔（吐出孔）１０３、液の流れを安定させるノズル段差（吐出段差）１０５、およびノズル基板１００の他側面に開口してチャンバ基板２００の貫通孔２０３と連通するノズル流路１０６、ノズル孔１０３の周囲に同心に形成されて吐出液の液切りを向上させるための液切り溝１０４を備えて構成されている。ノズル孔１０３、ノズル段差１０５およびノズル流路１０６は、同心の円形孔で形成されると共に、この順に連通されて径が拡大するように形成されており、ノズル基板１００を貫通して両側に開口するように形成されている。このようにノズル孔１０３、ノズル段差１０５およびノズル流路１０６を階段状に形成する構成によって、これらの製作を容易に行なうことができると共に、インクの流れを安定させることができる。
【００３５】
インクはノズル流路１０６側からノズル孔１０３側に向かって流れ、ノズル孔１０３の開口面から吐出される。この吐出されるインクの一部がノズル孔１０３の開口からノズル基板１００の周囲に流れ出しても、液切り溝１０４に一旦収納されることとなり、液切り溝１０４の周囲に流れることを防止できる。これによってノズル部１０１の液切り性能を向上することができる。
【００３６】
ノズル部１０１は、シリコンからなるノズル素材１０７、そのノズル素材１０７の周囲に形成された酸化シリコン層１０８、流路面に形成された硼珪酸ガラス層１０９を備えて構成されている。酸化シリコン層１０８は、ノズル素材１０７を例えば１１００℃で加熱することによりノズル素材１０７の周囲に形成される。硼珪酸ガラス層１０９はノズル段差１０５およびノズル流路１０６を含むノズル基板１００の他側面に例えばスパッタやＣＶＤにより形成される。これらの酸化シリコン層１０８、硼珪酸ガラス層１０８を形成した後に、シリコンウエハから各ノズル基板１００を切り出すようにしているため、ノズル基板１００の端面には酸化シリコン層１０８は存在しない。そして、ノズル基板１００は、硼珪酸ガラス層１０９を介することによってチャンバ基板２００と陽極接合される。
【００３７】
図４（ｂ）に示すノズル部１０１は、図４（ａ）のノズル部１０１と比較して、液切り溝を複数条（本例では２条）設けた点で相違しており、その他の点では同一である。即ち、本例のノズル部１０１は液切り溝１０４の周囲にさらに同心の液切り溝１１０を形成して構成されている。これによって、インクが内側の液切り溝１０４を超えても、外側の液切り溝１１０によりさらに周囲に流れ出すことを防止することができ、液切り性能をさらに向上することができる。
【００３８】
図４（ｃ）に示すノズル部１０１は、図４（ｂ）のノズル部１０１と比較して、ノズル基板１００の端面にも酸化シリコン層１０８を設けた点で相違しており、その他の点では同一である。即ち、本例のノズル部１０１は、シリコンウエハから各ノズル基板１００を切り離した後に、酸化シリコン層１０８、硼珪酸ガラス層１０９を形成したもので、ノズル基板１００の端面にも酸化シリコン層１０８が形成されている。
【００３９】
なお、図５（ａ）は、図４（ａ）のノズル孔１０３を液の出口側からみた斜視図であり、液切り溝１０４が１条であることを示す。また、図５（ｂ）は、図４（ｂ）、（ｃ）のノズル孔１０３を液の出口側からみた斜視図であり、液切り溝１０４、１１０が２条であることを示す。
【００４０】
次に、図６を参照しながらノズル基板１００の製作プロセスを説明する。図６はノズル基板１００の要部を断面して示す。
【００４１】
まず、液の出口側の加工を説明する。厚さ２００μｍの（１００）シリコンウエハ（シリコン素材）１０７を酸素雰囲気のもと１１００℃に加熱し、ノズル素材１０７の表面に酸化シリコン層１１１を１μｍ形成して１層目のエッチングマスクとする（図６（ａ））。次いでフォトリソグラフィー法で１層目のエッチングマスク１１１にノズル孔エッチング開口１１２、液切り溝エッチング開口１１３をパターンニングする（図６（ｂ））。次いでスパッタ法によりアルミニウム層１１４を０．５μｍ形成して２層目のエッチングマスクとする（図６（ｃ））。次いでフォトリソグラフィー法で２層目のエッチングマスク１１４にノズル孔エッチング開口１１５を形成する（図６（ｄ））。このときノズル孔エッチング開口１１５の径を１層目のノズル孔エッチング開口１１２の径よりも大きくする。次いでＩＣＰ−ＲＩＥドライエッチング装置で、ノズル部１１６を深さ２５μｍまでエッチングし（図６（ｅ））、さらに２層目のエッチングマスク１１４を除去し（図６（ｆ））、さらにノズル部１１６と液切り溝部１１７とを５μｍエッチングする（図６（ｇ））。このときノズル部１１６の深さは３０μｍとなる。これで、液の出口側の加工は完了する。
【００４２】
次に、液の入口側の加工を説明する。上述の加工をされたノズル基板１００の酸化シリコン層１１１をフッ酸とフッ化アンモンの混酸で除去した後、再度、酸化シリコン層１１８を１μｍ形成し１層目のエッチングマスクとする（図６（ｈ））。次いでフォトリソグラフィー法で１層目のエッチングマスク１１８に流路エッチング開口１１９をパターンニングする（図６（ｉ））。次いでスパッタ法によりアルミニウム層１２０を０．５μｍ形成し２層目のエッチングマスクとする（図６（ｊ））。次いでフォトリソグラフィー法で２層目のエッチングマスク１２０にノズル段差エッチング開口１２１を形成する（図６（ｋ））。次いでノズル段差部１２２を深さ６０μｍまでドライエッチングする（図６（ｌ））。次いで２層目のエッチングマスク１２０を除去する（図６（ｍ））。次いでノズル段差部１２２と流路部１２４とを１２０μｍドライエッチングする（図６（ｎ））。最後に、酸化シリコン層１１８を除去する（図６（ｏ））。これで、液の入口側の加工は完了する。
【００４３】
上記の加工でノズル部１０１の総エッチング量は、２５μｍ＋５μｍ＋６０μｍ＋１２０μｍ＝２１０μｍとなり、１０μｍ分がオーバーエッチングとなる。このオーバーエッチングを行なうことにより、加工残渣やバリを完全に除去することができ、高精度なノズル部１０１となる。
【００４４】
次に、図７を参照しながらノズル基板１００の図６と異なる製作プロセスを説明する。本製作プロセスが図６の製作プロセスと異なる点は、ノズル基板１００の両面の加工順序を入れ替え、液の入口面すなわちノズル流路１０６を加工する面を始めに加工し、その後、液の出口面、すなわち液切り溝１０４のある面を加工する点である。本製作プロセスによれば、液切り溝１０４の細い凹凸部の加工が後になるため、プロセス中の接触等による凸部の破損を防止することができる。
【００４５】
次に、図８を参照しながらノズル基板１００のノズル孔１０３および液切り溝１０４の加工方法の詳細を説明する。
【００４６】
本実施形態では、図８（ａ）に示すように１層目のエッチングマスク１１１のノズル開口径Ｄｓよりも２層目のエッチングマスク１１４のノズル開口Ｄａの方が大きくなるようにエッチングマスクを形成している。これにより、ノズル部１０１の２回のドライエッチング（図６（ｅ）および（ｆ））は、いずれも１層目のエッチングマスク１１１で寸法が規定されることになり、１層目のエッチングマスク１１１と２層目のエッチングマスク１１４のフォトリソグラフィーずれを吸収することができる。（Ｄａ−Ｄｓ）／２の値をフォトリソグラフィーずれ量よりも大きくすれば、ノズル部１０１のドライエッチングがいずれも１層目のエッチングマスク１１１で寸法が完全に規定されることになる。これによって、ノズル孔１０３と液切り溝１０４とを同心に加工することができる。
【００４７】
図８（ｂ）に示すように１層目と２層目のエッチングマスク１１１、１１４のノズル開口径ＤａとＤｓを同じとし、かつ完全に同心となるようにして加工することが考えられるが、通常のフォトリソグラフィーの装置ではこのようにずれを無くすことは困難である。このため、図８（ｃ）に示すように１層目と２層目のエッチングマスク１１１と１１４がずれた状態となり、これを順にドライエッチングすると、ノズル孔１０３の途中に段差が生じて好ましくない。なお、高精度なＥＢ描画装置などを使用して１層目と２層目のエッチングマスク１１１と１１４のずれを小さくすることが考えられるが、装置が高価な上、時間がかかるためランニングコストが高くなり好ましくない。
【００４８】
次に、図９を参照しながらダイアフラム基板３００の詳細について説明する。図９はダイアフラム基板３００の要部上面図であり、七つの異なる例を（ａ）〜（ｇ）に示す。なお、図９（ａ）〜（ｄ）にはダイアフラム基板３００の中央断面図も一緒に示す。
【００４９】
図９（ｇ）で示すダイアフラム基板３００は、シリコン構造体３１０の矩形の開口にダイアフラム３０１が形成され、ダイアフラム３０１上に矩形のアイランド３０２が連接して形成されている。ダイアフラム基板３００の厚みにより異なるが、ダイアフラム３０１の厚みが１μｍ以下の場合、かかる構造では割れやすく製造が困難となるため、アイランド３０２とシリコン構造体３１０との間に図９（ａ）〜（ｄ）に示すように梁３０５〜３０８を設けることが好ましい。図９（ａ）に示す例は長手方向に梁３０５を設けたものである。図９（ｂ）に示す例はこれにさらに横側にも梁３０６を追加した構造である。図９（ｃ）に示す例はアイランド３０１の両端部に４本の梁３０７を設けたものである。図９（ｄ）に示す例はシリコン構造体３１０の開口の角とアイランド３０１の角とを梁３０８で連接した構造である。図９（ｅ）に示す例は、梁がない構造で、シリコン構造体３１０とアイランド３０１の角を無くして曲線構造としたものである。これにより、ダイアフラム３０１の変形に伴なう角部の応力集中が低減するため、梁がなくても割れにくくなる。図９（ｆ）に示す例はこれに梁３０９を追加しさらに割れ難くした構造である。
【００５０】
次に、図１０を参照しながらダイアフラム基板３００の二つの構造例について説明する。
【００５１】
図１０（ａ）に示すダイアフラム基板３００の構造例は、図９（ｇ）に示すダイアフラム基板３００と同じものである。これに設けられるダイアフラム３０１は酸化シリコン層で形成されている。
【００５２】
図１０（ｂ）に示すダイアフラム基板３００の構造例は、この酸化シリコン層３０１にチタンまたはクロムからなる金属層３１２を形成し、さらにその上に硼珪酸ガラス層３１３を形成したものである。この構造例は金属層３１２の弾性によりダイアフラム３０１がさらに割れにくくなる。また、硼珪酸ガラス層３１３は、ダイアフラム基板３００、チャンバ基板２００およびノズル基板１００の組み立ての陽極接合に使用するが、この硼珪酸ガラス層３１３もダイアフラム３０１の強度増加に役立つ。金属層３１２の厚みは０．１μｍから０．５μｍで十分である。
【００５３】
図１０（ｃ）に示すダイアフラム基板３００の構造例は、チタンやクロムよりも弾性の高いＡｕを補強層として構成した例であり、Ａｕ層３１４はチタン又はクロムの金属層３１２に挟まれている。これは、酸化シリコン層３０１、硼珪酸ガラス層３１３とＡｕ層３１４との密着性を高めるためである。このとき、酸化シリコン層３０１、硼珪酸ガラス層３１３の膜厚は０．０５μｍ程度で良い。この構造例ではさらに割れにくくなる。
【００５４】
次に、図１１を参照しながらダイアフラム基板３００の製作プロセスを説明する。ダイアフラム基板３００の構造は図９（ｇ）に示した構造例のものと同じであり、ダイアフラム基板３００の構造は図１０（ｂ）の構造例と同じである。
【００５５】
まず、厚さ２００μｍの（１００）シリコンウエハ３１５に熱酸化法で酸化シリコン層３１６を形成して１層目のエッチングマスクとする（図１１（ａ））。次いでフォトリソグラフィー法で１層目のエッチングマスク３１６にダイアフラムエッチング開口３１７、ダンパー部エッチング開口３１８をパターンニングする（図１１（ｂ））。このシリコンウエハを再度熱酸化し酸化シリコン層３１９を形成して２層目のエッチングマスクとする（図１１（ｃ））。次いでフォトリソグラフィー法で２層目のエッチングマスク３１９にアイランドエッチング開口３２０、ダンパー部エッチング開口３２１をパターンニングする（図１１（ｄ））。このとき、アイランドエッチング開口３２０の外周形状の大きさは、ダイアフラムエッチング開口３１７の外周形状よりも大きくする。また、ダンパー部エッチング開口３２１は、同３１８の外周形状よりも大きくする。この理由は、ノズル基板１００の製作プロセスで説明したように、フォトリソグラフィー時の位置ずれを吸収するためである。
【００５６】
次いでスパッタ法によりアルミニウム層３２２を０．５μｍ形成する（図１１（ｅ））。次いでフォトリソグラフィー法で３層目のエッチングマスク３２２にアイランドエッチング開口３２３を形成する（図１１（ｆ））。アイランドエッチング開口３２３の外周形状は、２層目のアイランドエッチング開口３２０の外周形状よりも大きくする。ＩＣＰ−ＲＩＥドライエッチング装置で、アイランド部３２４を深さ１５μｍまでエッチングする（図１１（ｇ））。３層目のエッチングマスクを除去する（図１１（ｈ））。アイランド部３２４とダンパー部３２５とを１０μｍエッチングする（図１１（ｉ））。このときアイランド部３２４の深さは２５μｍとなる。次いで２層目のエッチングマスク３１９を除去する（図１１（ｊ））。最後にダイアフラム開口３１７とダンパー部３１８とを１８０μｍエッチングする（図１１（ｋ））。
【００５７】
上記プロセスは、酸化シリコン層３１６、３１９の２層とアルミ層３２２の３層マスク法である。また、上記と同様の方法で３層目のエッチングマスクを酸化シリコン層で形成し、３層とも酸化シリコン層を使う方法でも良い。
【００５８】
上記の加工でダイアフラム部の総エッチング量は、１５μｍ＋１０μｍ＋１８０μｍ＝２０５μｍとなり、５μｍ分がオーバーエッチングとなる。このオーバーエッチングを行なうことにより、加工残渣やバリを完全に除去することができ、高精度なダイアフラムとなる。
【００５９】
次に、上記の方法で製作したノズル基板１００、ダイアフラム基板３００およびチャンバ基板２００とを組み立てるための接合方法について図１２を参照しながら説明する。図１２（ａ）は分解状態を示し、図１２（ｂ）は組み立てた状態を示す。この接合は陽極接合法によって行なう。
【００６０】
ノズル基板１００はチャンバ基板２００との接合面に硼珪酸ガラス層１０９が形成されている。硼珪酸ガラス層１０９は酸化シリコン層１０８を介して形成されている。酸化シリコン層１０８は硼珪酸ガラス層１０９の密着性を高める効果があると共に、ノズル基板１００のシリコン素材１０７とチャンバ基板２００との絶縁性を高める効果があり、これによってノズル基板１００とチャンバ基板２００との陽極接合が容易になる。
【００６１】
チャンバ基板２００は、図１２（ａ）に示すように両側からノズル基板１００およびダイアフラム基板３００を順にまたは同時に当接し、図１２（ｂ）に示すように陽極接合する。
【００６２】
図１３を参照しながら具体的な陽極接合方法を説明する。
【００６３】
図１３（ａ）に示すように、まず、ノズル基板１００とチャンバ基板２００を重ね合わせて台座５０１の上に載せる。両者１００、２００の位置合わせは、位置決めピン５００を使用する（図３参照）。台座５０１に陽極プローブ５０３を当て、ノズル基板１００の上方から陰極プローブ５０２を当て荷重を加えて、両プローブ５０３、５０２間に電流を流す。なお、ノズル基板１００の上面はあらかじめ酸化シリコン層を除去しておく。台座５０１は、あらかじめ３５０℃〜４５０℃に加熱しておく。この状態で、プローブ５０３、５０２の間の電圧を徐々に上げ、リーク電流が流れる寸前の電圧値で一定にする。これによってノズル基板１００とチャンバ基板２００とが硼珪酸ガラス層１０９を介して陽極接合される。この電圧値は、酸化シリコン層１０８や硼珪酸ガラス層１０９の厚みにもよるが、２５０Ｖ以上とした場合に、特に陽極接合性がよい。
【００６４】
ノズル基板１００とチャンバ基板２００を接合した後に、図１３（ｂ）に示すように、ダイアフラム基板３００をチャンバ基板２００と重ね合わせ、ノズル基板１００側を台座５０１に接触させるように設置する。陽極プローブ５０３をチャンバ基板２００の端部２１０に接触させ、陰極プローブ５０２をダイアフラム基板３００に接触させ荷重をかける。陽極接合条件は、上記のチャンバ基板２００とノズル基板１００との陽極接合の場合と同様である。これによってダイアフラム基板３００とチャンバ基板２００とが陽極接合される。なお、チャンバ基板２００の端部２１０には、切断ライン２１１があらかじめ設けられており、接合後に切断ライン２１１を利用して端部２１０を容易に除去できるようになっている。
【００６５】
図１４を参照しながら別の陽極接合方法を説明する。図１４は三つの基板１００、２００、３００を同時に陽極接合する二つの方法を説明する図である。
【００６６】
図１４（ａ）に示す陽極接合方法は、ノズル基板１００とダイアフラム基板３００をチャンバ基板２００に同時に接合する方法である。ノズル基板１００とダイアフラム基板３００の間にチャンバ基板２００を挟んだ状態で位置あわせし、台座５０１に設置する。チャンバ基板２００の端部２１０に陽極プローブ５０３を接触させる。台座５０１に陰極プローブ５０２を接触させ、さらにダイアフラム基板３００の上面に陰極プローブ５０２を接触させて荷重をかける。ダイアフラム基板３００の上面とノズル基板１００の下面はあらかじめ酸化シリコン層を除去しておく。台座５０１は、あらかじめ３５０℃〜４５０℃に加熱しておく。この状態で、プローブ５０３、５０２の間の電圧を徐々に上げ、リーク電流が流れる寸前の電圧値で一定にする。これによってチャンバ基板２００がノズル基板１００およびダイアフラム基板３００と硼珪酸ガラス層１０９を介して陽極接合される。各基板には切断ライン２１１、３３１、１３１が設けられており、接合後に端部２１０、３３０、１３０を割りとる。
【００６７】
図１４（ｂ）に示す陽極接合方法は、ノズル基板１００、ダイアフラム基板３００の両面に酸化シリコン層１０８、３０１が形成されている場合の接合方法を示す。この接合方法は電極の取り方が相違している。ノズル基板１００、ダイアフラム基板３００の端部１３０、３３０に陰極プローブ５０２を接触させ、チャンバ基板２００の端部２１０に陽極を接触させる。ダイアフラム基板３００の上方から、プローブ５０４にて荷重を加える。ノズル基板１００とダイアフラム基板３００の端部１３０、３３０は、あらかじめ酸化シリコン層を除去しておく。この方法によれば、各基板どうしの絶縁性が高いため陽極接合し易くなる。
【００６８】
図１５を参照しながらさらに別の陽極接合方法を説明する。図１５の陽極接合方法は、ノズル基板１００、ダイアフラム基板３００の両面に酸化シリコン層が形成されており、ノズル基板１００とダイアフラム基板３００を別々にチャンバ基板２００に接合する場合の接合方法を示す。
【００６９】
図１５（ａ）に示すように、まず、ノズル基板１００とチャンバ基板２００を重ねて台座５０１の上に設置する。陰極プローブ５０２はノズル基板１００の端部１３０に接触させ、陽極プローブ５０３は台座５０１に接触させる。ノズル基板１００の上方から、プローブ５０４にて荷重を加える。ノズル基板１００の端部１３０は、あらかじめ酸化シリコン層を除去しておく。台座５０１は、あらかじめ３５０℃〜４５０℃に加熱しておく。この状態で、プローブ５０３、５０２の間の電圧を徐々に上げ、リーク電流が流れる寸前の電圧値で一定にする。これによってノズル基板１００がチャンバ基板２００と硼珪酸ガラス層１０９を介して陽極接合される。
【００７０】
次に、陽極接合されたノズル基板１００およびチャンバ基板２００を裏返して台座５０１に載せ、これにダイアフラム基板３００を重ねる。ダイアフラム基板３００の端部３３０に陰極プローブ５０２を接触させ、チャンバ基板２００の端部２１０に陽極プローブ５０３を接触させる。この状態で、プローブ５０３、５０２の間の電圧を徐々に上げ、リーク電流が流れる寸前の電圧値で一定にする。これによってノズル基板１００がチャンバ基板２００と硼珪酸ガラス層１０９を介して陽極接合される。
【００７１】
次に、図１６および図１７を参照しながらチャンバ基板２００の製作プロセスを説明する。図１６および図１７はチャンバ基板２００の要部を断面して示す。
【００７２】
まず、チャンバ基板２００の表面側の加工を図１６に基づいて説明する。面方位が（１００）で厚みが５００μｍのシリコンウエハ２０を、水蒸気雰囲気下１１５０℃で酸化し、表面にＳｉＯ２膜２２１を１μｍ形成する（図１６（ａ））。フォトリソグラフィー法により、上面のＳｉＯ２膜２２１をフッ酸でパターンニングし、圧力室２０１を形成するための一層目のエッチングマスクを形成する（図１６（ｂ））。一層目のエッチングマスク２２１の上に、Ａｌ膜２２２をスパッタリングで０．８μｍ形成する（図１６（ｃ））。フォトリソグラフィー法により、Ａｌ膜２２２を１％のフッ酸水溶液でパターンニングし、貫通孔２０３とインク溜り２０４を形成するための二層目のエッチングマスクを形成する（図１６（ｄ））。高周波誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング装置を用いて二層目のＡｌ膜２２２をマスクとしてドライエッチングにより、２００μｍエッチングする（図１６（ｅ））。二層目のＡｌ膜２２２を１％のフッ酸水溶液で溶解除去し、一層目のＳｉＯ２膜を表面に露出させる（図１６（ｆ））。圧力室２０１を６０μｍドライエッチングする。このときインク溜り２０４と貫通孔２０３も同時にエッチングされて、孔の深さは２６０μｍとなる（図１６（ｇ））。圧力室２０１をエッチング後、ＳｉＯ２膜２２１をフッ酸で除去する（図１６（ｈ））。
【００７３】
次に、チャンバ基板２００の裏面側の加工を図１７に基づいて説明する。裏面も表面と同様で熱酸化によりＳｉＯ２膜２２１を１μｍ形成する（図１７（ａ））。フォトリソグラフィー法により、裏面のＳｉＯ２膜２２１をフッ酸でパターンニングし、圧力室２０１を形成するための一層目のエッチングマスクを形成する（図１７（ｂ））。一層目のエッチングマスク２２１の上に、Ａｌ膜２２２をスパッタリングで０．８μｍ形成する（図１７（ｃ））。フォトリソグラフィー法により、Ａｌ膜２２２を１％のフッ酸水溶液でパターンニングし、貫通孔２０３とインク溜り２０４を形成するための二層目のエッチングマスクを形成する（図１７（ｄ））。二層目のＡｌ膜２２２をマスクとしてドライエッチングにより、インク溜り２０４と貫通孔２０３が貫通するまでまたは、ほぼ貫通に近い深さになるまでエッチングする（図１７（ｅ））。このとき、裏面のＳｉＯ２膜がエッチングストップ層となると同時に、エッチング面の反対面に充填されている冷却用ヘリウムガスの漏れを防止または少なくすることができる。ＳｉＯ２膜が１．５μｍ未満の厚みでは、ヘリウムガスの圧力により、ＳｉＯ２膜の破れる部分があり、１．５μｍ以上では、ＳｉＯ２膜が破れずヘリウムガスの漏れがないことを確認している。また、ヘリウムガスが大量に漏れると、シリコンウエハの冷却が悪くなり、熱影響のため、エッチング部の断面形状、たとえば壁面が傾斜するようなことが起こる。二層目のＡｌ膜２２２を１％のフッ酸水溶液で溶解除去し、一層目のＳｉＯ２膜を表面に露出させる（図１７（ｆ））。圧力室２０１を６０μｍドライエッチングする。このときインク溜り２０４と貫通孔２０３はオーバーエッチングされる（図１７（ｇ））。圧力室２０１をエッチング後、ＳｉＯ２膜２２１をフッ酸で除去する（図１７（ｈ））。
【００７４】
ここで、オーバーエッチングを説明する。貫通孔２０３のエッチングのときに、エッチングしている孔の周辺近傍部分のエッチングレートが若干遅いため、貫通してもバリが残留する。そのため、バリが除去されるまで、貫通後も余分にオーバーエッチングする必要がある。したがって、裏面の貫通孔２０３のエッチングの深さは、オーバーエッチングを見込んで設定する。オーバーエッチング量を検討した結果、エッチング時のドライエッチング装置条件にもよるが、２０μｍから８０μｍが好ましいことがわかった。例えば、オーバーエッチング量を５０μｍとすると、５００μｍのウエハでは、全部で５５０μｍエッチングするに相当する時間エッチングすることとなり、表面の貫通孔を２００μｍ、ハーフエッチングを６０μｍとすると、表面側は全部で２６０μｍエッチングすることになって、裏面の貫通孔のエッチング量は、５５０μｍ−２６０μｍ−６０μｍ＝２３０μｍと求められる。
【００７５】
上記実施例では、二層目のマスクにＡｌ膜を使用したが、他の方法としては、二層目のマスクもウエハを熱酸化して形成したＳｉＯ２膜をエッチングマスクとして使用することが可能である。熱酸化シリコン膜の二層マスクになる。この場合、二層目のＳｉＯ２膜をエッチングマスクとして、貫通孔とインク溜りの貫通部を貫通させるため、膜厚を厚く形成することが必要で、熱酸化に時間がかかり、また、パターン精度も若干低下するので、これを留意する必要がある。上記のことを考慮すれば、二層目にＡｌ膜を使用した方法と同様に製造することができる。
【００７６】
次に、図１８を参照しながらチャンバ基板２００の別の製作プロセスを説明する。図１８はチャンバ基板２００の要部を断面して示す。
【００７７】
図１６および図１７の製造方法では表面と裏面を片面ずつエッチングマスク形成していたが、本実施例では、表面と裏面の一層目マスクおよび二層目マスクをそれぞれ同時に形成する手順（図１８（ｂ）、（ｃ）、（ｄ））が異なっている。本実施例では、表面も裏面もエッチングマスクを先に形成するため、貫通孔２０３とインク溜り２０４のドライエッチング（図１８（ｅ））の後にフォトリソグラフィー工程を行なわないで、Ａｌマスクの除去（図１８（ｆ））だけで、次の圧力室２０１をドライエッチングする（図１８（ｇ））ことができ、工程が簡略化されている。
【００７８】
まとめとして、本実施形態の構成および機能などを以下の事項として開示する。
【００７９】
本実施形態によるインクジェットヘッドの製造方法は、インク流路を形成するチャンバ基板と、チャンバ基板に設けられた圧力室を加圧するダイアフラム基板と、ダイアフラムによって加圧されたインクを吐出するノズル基板からなるインクジェットヘッドの製造方法であって、ノズル基板の両面からドライエッチングすることによってノズル孔、液切り溝、ノズル段差、流路を形成するインクジェットヘッドの製造方法である。
【００８０】
特にノズル基板の一方の面から貫通孔と液切り溝を加工し、もう一方の面からノズル段差、流路を加工するものであり、一方の面にノズル孔を加工するエッチングマスクと液切り溝を加工するエッチングマスクの２層マスクを形成し、もう一方の面にノズル段差を加工するエッチングマスクと流路を加工するエッチングマスクの２層マスクを形成する。さらに、ノズル孔を加工するエッチングマスクのノズル孔加工部開口径は、液切り溝を加工するエッチングマスクのノズル孔加工部開口径よりも大きい。これにより、フォトリソグラフィー工程をノズル孔と液切り溝とで２回行なう２層マスク法を使用した加工においても、ノズル孔と液切り溝とが実質的に同一エッチングマスクで加工されることになるため、加工後のノズル孔と液切り溝との位置ずれがなく同心円となる。また、液切り溝形成時に同時にノズル孔をエッチングするが、このノズル孔においても位置ずれがなくなり、高精度のノズルを形成することができる。ノズル孔が貫通した後もさらにオーバーエッチングを行なうことにより、ノズル孔内壁にバリなどを残さずに加工できる。
【００８１】
また、本実施形態によるインクジェットヘッドの製造方法は、ダイアフラム基板の片面からドライエッチングすることによって基板にダイアフラム、ダイアフラムに連接して島状に突出したアイランド、ダイアフラムとは離れており、インクジェットヘッドの内圧を吸収するダンパー部を加工する。あるいは、ダイアフラム基板のもう一方の面に、硼珪酸ガラス層を形成するか、または金属層を形成した後に硼珪酸ガラス層を形成した後に、ダイアフラム、アイランド、ダンパー部を加工する。これにより、ダイアフラムの強度が増して割れなどの損傷が生じにくくなる。ダイアフラムの加工において、一方の面にダイアフラムを加工するエッチングマスクと、アイランドを加工するエッチングマスクと、ダンパー部を加工するエッチングマスクの３層マスクを形成する。このとき、一方の面は、アイランドとなる部分をエッチングし、次にアイランドとダンパー部となる部分を同時にエッチングした後に、アイランドとダンパー部となる部分と、ダイアフラムとなる部分とを同時にエッチングして形成する。さらに、アイランドとダンパー部を形成するための２層目のエッチングマスクの開口部外周形状の大きさが、ダイアフラムを形成するエッチングマスクの開口部外周形状の大きさよりも大きい。また、ダイアフラムを補強する方法として、アイランドがダイアフラム周囲の壁面と梁で連結させた構造がある。
【００８２】
さらに、本実施形態のインクジェットヘッドは、チャンバ基板と、ダイアフラム基板と、ノズル基板とを陽極接合により組み立てる製造方法である。さらに、チャンバ基板、ダイアフラム基板、ノズル基板はシリコンから成り、ダイアフラム基板の片面とノズル基板の片面とに硼珪酸ガラス層を形成し、ダイアフラム基板の硼珪酸ガラス面とチャンバ基板の片面、ノズル基板の硼珪酸ガラス面とチャンバ基板の他方の面とを接触して陽極接合する。接着剤を使っていないため、酸やアルカリなど腐食性の高い液体に対しても、耐食性や耐薬品性が高くなり、インクジェットヘッドの適用範囲が広がる。強酸性である有機エレクトロルミネッセンス基板用の塗布液にも使用できる。
【００８３】
また、本実施形態は、上記の方法で製造したインクジェットヘッドを提供するものであり、ノズル基板がノズル孔を有し、一方の面にノズル孔の周りに、ノズル孔と同心の液切り溝を有し、もう一方の面にノズル段差と流路を有し、ダイアフラム基板が、ダイアフラム、ダイアフラムに連接して島状に突出したアイランド、ダイアフラムとは離れており、インクジェットヘッドの内圧を吸収するダンパー部を有する。
【００８４】
上述のように、本実施形態のインクジェットヘッドのノズル基板の製造方法によれば、ノズル孔と液きり性を向上させるための液切り溝とが同心に加工でき、さらに、２層マスク法を使用しても、フォトリソグラフィーの位置ずれを吸収できるため、高精度なノズル部を形成することができる。
【００８５】
また、本実施形態のダイアフラム基板の製造方法によれば、３層マスク法を使用してもフォトリソグラフィーの位置ずれを吸収した高精度なダイアフラムを形成することができる。さらに、ダイアフラムに梁を形成するかまたは、ダイアフラムの上に金属層を形成することにより、ダイアフラムの強度を向上させることができ、高精度のダイアフラム基板を製作できる。
【００８６】
また、本実施形態のインクジェットヘッドによれば、ノズル基板とチャンバ基板と、ダイアフラム基板を耐食性の高いシリコンで製作しており、さらに、ノズル基板とチャンバ基板とダイアフラム基板を、接着剤を使用しない陽極接合法で接合するため、耐食性のある液体も使用することができ、試薬や有機ＥＬ用強酸性液体や医療用の液体に対しても使用することが可能となる。
【００８７】
また、インクジェットヘッドの加工にドライエッチングを使用するため、曲線形状なども加工できて、最適形状に近いインクジェットヘッドを製造することができる。
【００８８】
本発明は、上述した一実施形態のインクジェット式記録装置の他に、試薬や有機ＥＬ用塗布液などの液滴吐出装置に適用することが可能である。
【００８９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかも各基板を陽極接合してインクとの適合性に優れたインクジェットヘッドおよびその製造方法並びにインクジェット式記録装置を提供することができる。
【００９０】
本発明によれば、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかもノズル部の液切れ性能が優れたインクジェットヘッドおよびその製造方法並びにインクジェット式記録装置を提供することができる。
【００９１】
本発明によれば、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかも各基板を陽極接合して液体との適合性に優れた液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００９２】
本発明によれば、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかも液滴吐出部の液切れ性能が優れた液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のインクジェット式記録装置の斜視図である。
【図２】図１のインクジェット式記録装置のインクジェットヘッドの一部分を破断して示す斜視図である。
【図３】同インクジェットヘッド組み立て分解図である。
【図４】同インクジェットヘッドのノズル基板のノズル部の三つの例を示す断面図である。
【図５】図４のノズル基板のノズル部を液の出口側からみた斜視図である。
【図６】図４（ａ）のノズル基板の製作プロセスを示す断面図である。
【図７】図４（ａ）のノズル基板の別の製作プロセスを示す断面図である。
【図８】図４（ａ）のノズル基板のノズル孔と液切り溝を加工する時の２層のエッチングマスクの構成を示す断面図である。
【図９】図２のダイアフラム基板の複数の例を示す図である。
【図１０】図２のダイアフラム基板の複数の例を示す断面図である。
【図１１】図２のダイアフラム基板の製作プロセスを示す断面図である。
【図１２】図２に示すインクジェットヘッドの組み立て方法を説明する図である。
【図１３】同インクジェットヘッドの接合方法を示す図である。
【図１４】図１３と異なるインクジェットヘッドの接合方法を示す図である。
【図１５】図１３および図１４と異なるインクジェットヘッドの接合方法を示す図である。
【図１６】図２のチャンバ基板の製造プロセスを示す断面図である。
【図１７】図２のチャンバ基板の製造プロセス（続き）を示す断面図である。
【図１８】図１６および図１７と異なるチャンバ基板の製造プロセスを示す断面図である。
【符号の説明】
１…筐体、３…インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）、４…印刷用紙、２０…インクジェット式記録装置（液滴吐出装置）、３１…ヘッド部、１００…ノズル基板、１０１…ノズル部、１０３…ノズル孔、１０４…液切り溝、１０５…ノズル段差、１０６…ノズル流路、１０７…ノズル素材、１０８…酸化シリコン層、１０９…硼珪酸ガラス層、１１０…液切り溝、２００…チャンバ基板、２０１…圧力室、２０４…インク溜り、３００…ダイアフラム基板、３０１…ダイアフラム（酸化シリコン層）、３０４…インク吸入孔、４００…ピエゾ素子。
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドおよびその製造方法並びにインクジェット式記録装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置は高速、高画質な印刷が要求されている。インクジェット式記録装置において、印刷速度を上げるためには、インクジェットヘッドが印刷紙の送り方向に対して垂直な方向に移動するシリアル方式よりも、印刷紙の送り方向に対して垂直な方向に多数のインクジェットヘッドを並べて固定したライン方式の方が有利である。ライン方式の画質を精細にするためには、インクジェットヘッドに設けられているインク吐出用のノズルの間隔を狭くすることが必要となる。また、ライン方式のインクジェット式記録装置は、印刷用紙の幅の長さ分インクジェットヘッドを多数並べて配置する必要があり、またカラー印刷の場合、ブラックとシアン、イエロー、マゼンダの３色とで計４種類のインクジェットヘッド列が必要なため、多数のインクジェットヘッドが必要である。
【０００３】
インクジェットヘッドは、インクを吐出するためのノズルと、インクを保持し加圧するための圧力室と、この圧力室のインクを加圧するためのダイアフラムと、このダイアフラムを振動させるためのピエゾ素子などの駆動手段と、インクを供給するための流路とを備えて構成されている。ノズルの間隔としては印刷精度から１００μｍ〜４００μｍ程度の狭い間隔を要求されており、圧力室や流路を微細に機械加工することは技術的に難しくなっている。
【０００４】
そこで、シリコン単結晶の異方性エッチング技術を使用して、微細な流路や圧力室を基板ウエハに加工し、そのウエハにノズルを設けたノズルプレートやダイアフラムやピエゾ素子を接着してヘッドを製作する手法が案出されている。シリコン単結晶の異方性エッチング技術を使用してインクだめとインク圧力室を備えた基板を形成することが特開平６−５５７３３号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００５】
最近では、シリコン単結晶の異方性ウエットエッチングに代わる加工方法として、高周波プラズマなどを用いたドライエッチングが使用されるようになってきている。例えば、特開平９−２４８９１４公報（特許文献２）には、インクキャビティと、インクリザーバと、インクキャビティとインクリザーバとを連通する供給路が形成されたＳｉ基板を構成部材とするインクジェットヘッドにおいて、インクキャビティはＳｉ基板にドライエッチングにより穿孔されたものであるインクジェットヘッドに関して記載されている。また、特開平１１−２８８２０号公報（特許文献３）には、シリコン基板に異方性ドライエッチングを施して階段状に断面が小さくなったノズルを形成し、シリコン単結晶基板からなるノズルプレートと同じシリコン単結晶基板からなるキャビティプレートとガラス基板を貼り合わせることにより構成した静電駆動方式のインクジェットヘッドが記載されている。
【０００６】
さらに、特開平５−５０６０１号公報（特許文献４）には、シリコン素材のノズル基板とガラス素材の電極基板とを陽極接合する工程が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−５５７３３号公報
【特許文献２】
特開平９−２４８９１４号公報
【特許文献３】
特開平１１−２８８２０号公報
【特許文献４】
特開平５−５０６０１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のシリコン単結晶の異方性ウエットエッチングは、エッチングレートが結晶方位に依存することを利用して溝や穴を形成することができるが、逆に、加工方向がシリコン単結晶の結晶方位に制限されるため、加工形状の自由度が少なく、流路形状などの点で最適設計が困難となる場合がある。従って、係る異方性ウエットエッチングでインクジェットヘッドを製作した場合は、異方性エッチングの加工特性から、加工形状や精度が制限され、微小な間隔での加工が困難で、ノズル配列の高密度化に対応できにくいという課題がある。
【０００９】
また、特許文献２、３に記載されたインクジェットヘッドでは、各基板の具体的な接合については開示されていない。基板の接合には一般的に接着剤が用いられており、この場合には使用される接着剤に適合するインクを用いなければならないという課題が生ずる。
【００１０】
さらには、特許文献４に記載のインクジェットヘッドでは、シリコン素材のノズル基板とガラス素材の電極基板とを陽極接合することが開示されているが、ガラス基板の微細加工は困難なため、圧力室を有するチャンバ基板をガラス素材で形成することが困難であり、ノズル基板とチャンバ基板とを陽極接合することができないという課題があった。
【００１１】
本発明の目的は、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかも各基板を陽極接合してインクとの適合性に優れたインクジェットヘッドおよびその製造方法並びにインクジェット式記録装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかもノズル部の液切れ性能が優れたインクジェットヘッドおよびその製造方法並びにインクジェット式記録装置を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかも各基板を陽極接合して液体との適合性に優れた液滴吐出ヘッドを提供することにある。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかも液滴吐出部の液切れ性能が優れた液滴吐出ヘッドを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板にシリコン素材を用いると共に、前記ノズル基板の両面からドライエッチングすることによって前記ノズル基板の一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔を形成し、前記チャンバ基板を前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板にガラス層を介して陽極接合するようにしたことにある。
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明は、圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板はシリコン素材で形成され、前記ノズル基板は一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔が形成され、前記チャンバ基板と前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板とはガラス層を介して陽極接合されている構成にしたことにある。
【００１７】
前記した別の目的を達成するために、本発明は、圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板にシリコン素材を用いると共に、前記ノズル基板をドライエッチングすることによって前記ノズル基板の一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔を形成すると共に前記ノズル孔の開口面の周囲に液切り溝を形成するようにしたことにある。
【００１８】
前記した別の目的を達成するために、本発明は、圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板はシリコン素材で形成され、前記ノズル基板は、一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔が形成されると共に、前記ノズル孔の開口面の周囲に液切り溝が形成されている構成にしたことにある。
【００１９】
前記したさらに別の目的を達成するために、本発明は、圧力室を有する液体流路を形成するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧された液体を液滴として吐出する吐出基板とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記吐出基板は一面側から階段状に縮小して吐出流路、吐出段差および吐出孔が形成され、前記吐出基板は、一面側から階段状に縮小して吐出流路、吐出段差および吐出孔が形成されると共に、前記吐出孔の開口面の周囲に液切り溝が形成されている構成にしたことにある。
【００２０】
なお、本発明のその他の手段は以下の記述から明らかにされる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態のインクジェット式記録装置を図面に基づいて説明する。インクジェット式記録装置は液滴吐出装置を構成するものである
最初に、図１を参照しながらインクジェットヘッド３を用いたインクジェット式記録装置２０の全体の構成、機能について説明する。
【００２２】
インクジェット式記録装置２０は、筺体１の上部にヘッドベース２が配置され、その上に細長い４本の液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド３が設けられて構成されている。筺体１の内部にはロール紙搬送装置や制御装置が収納されているが図示を省略してある。カラーの印刷をするために、４本のインクジェットヘッド３には４本の液体供給管であるインク供給管５からシアン、マジェンタ、イエロー、ブラックの液体であるインクが供給される。この４本のインクジェットヘッド３は、印刷用紙４の搬送方向に順に並んで設けられている。
【００２３】
各インクジェットヘッド３には、印刷用紙４の長手方向、即ち搬送方向と直角の方向に複数個、例えば２０個のヘッド部３１（図２参照）が配列されている。各ヘッド部３１にはノズル部１０１が複数個、例えば１２８個設けられている。各ヘッド部３１、具体的にはそのノズル部１０１と対向するように印刷用紙４が搬送される。図１では矢印の方向にロール紙である印刷用紙４が搬送され、その上流にロール紙供給装置が配置されているが図面では省略してある。
【００２４】
筺体１の上部の左右に設けられた二つのフレーム１０、１１の間に二つのロッド８、９が前後に設けられている。そのロッド８、９に支持体６、７が摺動できるように支持されている。この支持体６、７に前記へードベース２が取付けられている。これによって、インクジェットヘッド３は印刷用紙４の長手方向と直角の方向に移動してヘッドクリーニング機構１２の位置まで移動することができる。ヘッドクリーニング機構１２への移動はインクジェット式記録装置２０の電源投入時、印刷動作後などに制御装置により制御され、インクジェットヘッド３のクリーニングが行なわれる。
【００２５】
インクジェット式記録装置２０で白黒の印刷を行なう場合には、ブラックのインクが供給される１本のインクジェットヘッド３のみが動作して印刷用紙４に所定の白黒印刷が行なわれる。また、インクジェット式記録装置２０でカラーの印刷を行なう場合には、シアン、マジェンタ、イエロー、ブラックのインクが供給される４本のインクジェットヘッド３が動作して印刷用紙４に所定のカラー印刷が行なわれる。
【００２６】
次に、図２および図３を参照しながらヘッド部３１の具体的な構造、機能について説明する。
【００２７】
ヘッド部３１は、インクを吐出するためのノズル基板（吐出基板）１００と、インクを加圧する圧力室および流路を有するチャンバ基板２００と、各圧力室を加圧するためのダイアフラムを有するダイアフラム基板３００と、ダイアフラムに連接されてダイアフラムを駆動するピエゾ素子４００とを備えて構成されている。ヘッド部３１において、ノズル基板１００とダイアフラム基板３００とがチャンバ基板２００を挟んでこれに密着することによりインクが流れる流路が形成される。ノズル基板１００、チャンバ基板２００、ダイアフラム基板３００はシリコン素材を用いて構成されている。
【００２８】
ノズル基板１００にはノズル部１０１と組み立て用の位置決め孔１０２が設けられている。ノズル部１０１はヘッド部３１の長手方向に狭い間隔で一列に並んで多数形成されている。位置決め用孔１０２はノズル部１０１の両側に位置して複数個（図示例では２個）設けられている。
【００２９】
チャンバ基板２００には、ノズル部１０１と連通する貫通孔２０３、インクを加圧する圧力室２０１、加圧したときのインクの逆流を防止するためのリストリクタ２０２、液体溜りであるインク溜り２０４、および組み立て用の位置決め孔２０５が形成されている。貫通孔２０３、圧力室２０１、およびリストリクタ２０２はこの順に接続されて印刷用紙４の進行方向に対して傾けて形成されている。これらがノズル部１０１の数と同じだけ多数並んで設けられ、それぞれのリストリクタ側が共通のインク溜り２０４に連通されている。
【００３０】
ダイアフラム基板３００には、ダイアフラム３０１、ピエゾ素子４００と連接するアイランド３０２、液体吸入孔であるインク吸入孔３０４、および組み立て用の位置決め孔３０３が形成されている。ダイアフラム３０１は圧力室２０１に面して形成されている。アイランド３０２は反圧力室側に形成されている。インク吸入孔３０４はインク溜り２０４に連通するように設けられている。ピエゾ素子４００には、ノズル数に対応する多数のスリット４０２が設けられている。このスリット４０２によって形成される凸部４０１はノズル数に一致して形成され、それぞれがダイアフラム基板４００のアイランド３０２と連接されている。
【００３１】
各基板の位置決め孔１０２、２０５、３０３はそれぞれ一致する位置に設けられている。そして、組み立て用の位置決めピン５００を位置決め孔１０２、２０５、３０３に通して各基板１００、２００、３００の位置決めをした状態でこれらが陽極接合される。
【００３２】
インク供給管５から供給されたインクは、インク吸入孔３０４を通してインク溜り２０４に供給され、さらにリストリクタ２０２、圧力室２０１、貫通孔２０３およびノズル部１０１に供給される。そして、ピエゾ素子４００が動作することによって、所定の凸部４０１が対応するアイランド３０２を押圧してダイアフラム３０１を変位させ、対応する圧力室２０１内のインクが押圧されてノズル部１０１から噴射される。
【００３３】
次に、図４を参照しながらノズル基板１００、特にノズル部１０１の詳細について説明する。ノズル基板１００の三つの構造例を図４（ａ）〜（ｃ）および図５（ａ）、（ｂ）に示す。
【００３４】
図４（ａ）に示すノズル部１０１は、ノズル基板１００の一側に開口面を有するノズル孔（吐出孔）１０３、液の流れを安定させるノズル段差（吐出段差）１０５、およびノズル基板１００の他側面に開口してチャンバ基板２００の貫通孔２０３と連通するノズル流路１０６、ノズル孔１０３の周囲に同心に形成されて吐出液の液切りを向上させるための液切り溝１０４を備えて構成されている。ノズル孔１０３、ノズル段差１０５およびノズル流路１０６は、同心の円形孔で形成されると共に、この順に連通されて径が拡大するように形成されており、ノズル基板１００を貫通して両側に開口するように形成されている。このようにノズル孔１０３、ノズル段差１０５およびノズル流路１０６を階段状に形成する構成によって、これらの製作を容易に行なうことができると共に、インクの流れを安定させることができる。
【００３５】
インクはノズル流路１０６側からノズル孔１０３側に向かって流れ、ノズル孔１０３の開口面から吐出される。この吐出されるインクの一部がノズル孔１０３の開口からノズル基板１００の周囲に流れ出しても、液切り溝１０４に一旦収納されることとなり、液切り溝１０４の周囲に流れることを防止できる。これによってノズル部１０１の液切り性能を向上することができる。
【００３６】
ノズル部１０１は、シリコンからなるノズル素材１０７、そのノズル素材１０７の周囲に形成された酸化シリコン層１０８、流路面に形成された硼珪酸ガラス層１０９を備えて構成されている。酸化シリコン層１０８は、ノズル素材１０７を例えば１１００℃で加熱することによりノズル素材１０７の周囲に形成される。硼珪酸ガラス層１０９はノズル段差１０５およびノズル流路１０６を含むノズル基板１００の他側面に例えばスパッタやＣＶＤにより形成される。これらの酸化シリコン層１０８、硼珪酸ガラス層１０８を形成した後に、シリコンウエハから各ノズル基板１００を切り出すようにしているため、ノズル基板１００の端面には酸化シリコン層１０８は存在しない。そして、ノズル基板１００は、硼珪酸ガラス層１０９を介することによってチャンバ基板２００と陽極接合される。
【００３７】
図４（ｂ）に示すノズル部１０１は、図４（ａ）のノズル部１０１と比較して、液切り溝を複数条（本例では２条）設けた点で相違しており、その他の点では同一である。即ち、本例のノズル部１０１は液切り溝１０４の周囲にさらに同心の液切り溝１１０を形成して構成されている。これによって、インクが内側の液切り溝１０４を超えても、外側の液切り溝１１０によりさらに周囲に流れ出すことを防止することができ、液切り性能をさらに向上することができる。
【００３８】
図４（ｃ）に示すノズル部１０１は、図４（ｂ）のノズル部１０１と比較して、ノズル基板１００の端面にも酸化シリコン層１０８を設けた点で相違しており、その他の点では同一である。即ち、本例のノズル部１０１は、シリコンウエハから各ノズル基板１００を切り離した後に、酸化シリコン層１０８、硼珪酸ガラス層１０９を形成したもので、ノズル基板１００の端面にも酸化シリコン層１０８が形成されている。
【００３９】
なお、図５（ａ）は、図４（ａ）のノズル孔１０３を液の出口側からみた斜視図であり、液切り溝１０４が１条であることを示す。また、図５（ｂ）は、図４（ｂ）、（ｃ）のノズル孔１０３を液の出口側からみた斜視図であり、液切り溝１０４、１１０が２条であることを示す。
【００４０】
次に、図６を参照しながらノズル基板１００の製作プロセスを説明する。図６はノズル基板１００の要部を断面して示す。
【００４１】
まず、液の出口側の加工を説明する。厚さ２００μｍの（１００）シリコンウエハ（シリコン素材）１０７を酸素雰囲気のもと１１００℃に加熱し、ノズル素材１０７の表面に酸化シリコン層１１１を１μｍ形成して１層目のエッチングマスクとする（図６（ａ））。次いでフォトリソグラフィー法で１層目のエッチングマスク１１１にノズル孔エッチング開口１１２、液切り溝エッチング開口１１３をパターンニングする（図６（ｂ））。次いでスパッタ法によりアルミニウム層１１４を０．５μｍ形成して２層目のエッチングマスクとする（図６（ｃ））。次いでフォトリソグラフィー法で２層目のエッチングマスク１１４にノズル孔エッチング開口１１５を形成する（図６（ｄ））。このときノズル孔エッチング開口１１５の径を１層目のノズル孔エッチング開口１１２の径よりも大きくする。次いでＩＣＰ−ＲＩＥドライエッチング装置で、ノズル部１１６を深さ２５μｍまでエッチングし（図６（ｅ））、さらに２層目のエッチングマスク１１４を除去し（図６（ｆ））、さらにノズル部１１６と液切り溝部１１７とを５μｍエッチングする（図６（ｇ））。このときノズル部１１６の深さは３０μｍとなる。これで、液の出口側の加工は完了する。
【００４２】
次に、液の入口側の加工を説明する。上述の加工をされたノズル基板１００の酸化シリコン層１１１をフッ酸とフッ化アンモンの混酸で除去した後、再度、酸化シリコン層１１８を１μｍ形成し１層目のエッチングマスクとする（図６（ｈ））。次いでフォトリソグラフィー法で１層目のエッチングマスク１１８に流路エッチング開口１１９をパターンニングする（図６（ｉ））。次いでスパッタ法によりアルミニウム層１２０を０．５μｍ形成し２層目のエッチングマスクとする（図６（ｊ））。次いでフォトリソグラフィー法で２層目のエッチングマスク１２０にノズル段差エッチング開口１２１を形成する（図６（ｋ））。次いでノズル段差部１２２を深さ６０μｍまでドライエッチングする（図６（ｌ））。次いで２層目のエッチングマスク１２０を除去する（図６（ｍ））。次いでノズル段差部１２２と流路部１２４とを１２０μｍドライエッチングする（図６（ｎ））。最後に、酸化シリコン層１１８を除去する（図６（ｏ））。これで、液の入口側の加工は完了する。
【００４３】
上記の加工でノズル部１０１の総エッチング量は、２５μｍ＋５μｍ＋６０μｍ＋１２０μｍ＝２１０μｍとなり、１０μｍ分がオーバーエッチングとなる。このオーバーエッチングを行なうことにより、加工残渣やバリを完全に除去することができ、高精度なノズル部１０１となる。
【００４４】
次に、図７を参照しながらノズル基板１００の図６と異なる製作プロセスを説明する。本製作プロセスが図６の製作プロセスと異なる点は、ノズル基板１００の両面の加工順序を入れ替え、液の入口面すなわちノズル流路１０６を加工する面を始めに加工し、その後、液の出口面、すなわち液切り溝１０４のある面を加工する点である。本製作プロセスによれば、液切り溝１０４の細い凹凸部の加工が後になるため、プロセス中の接触等による凸部の破損を防止することができる。
【００４５】
次に、図８を参照しながらノズル基板１００のノズル孔１０３および液切り溝１０４の加工方法の詳細を説明する。
【００４６】
本実施形態では、図８（ａ）に示すように１層目のエッチングマスク１１１のノズル開口径Ｄｓよりも２層目のエッチングマスク１１４のノズル開口Ｄａの方が大きくなるようにエッチングマスクを形成している。これにより、ノズル部１０１の２回のドライエッチング（図６（ｅ）および（ｆ））は、いずれも１層目のエッチングマスク１１１で寸法が規定されることになり、１層目のエッチングマスク１１１と２層目のエッチングマスク１１４のフォトリソグラフィーずれを吸収することができる。（Ｄａ−Ｄｓ）／２の値をフォトリソグラフィーずれ量よりも大きくすれば、ノズル部１０１のドライエッチングがいずれも１層目のエッチングマスク１１１で寸法が完全に規定されることになる。これによって、ノズル孔１０３と液切り溝１０４とを同心に加工することができる。
【００４７】
図８（ｂ）に示すように１層目と２層目のエッチングマスク１１１、１１４のノズル開口径ＤａとＤｓを同じとし、かつ完全に同心となるようにして加工することが考えられるが、通常のフォトリソグラフィーの装置ではこのようにずれを無くすことは困難である。このため、図８（ｃ）に示すように１層目と２層目のエッチングマスク１１１と１１４がずれた状態となり、これを順にドライエッチングすると、ノズル孔１０３の途中に段差が生じて好ましくない。なお、高精度なＥＢ描画装置などを使用して１層目と２層目のエッチングマスク１１１と１１４のずれを小さくすることが考えられるが、装置が高価な上、時間がかかるためランニングコストが高くなり好ましくない。
【００４８】
次に、図９を参照しながらダイアフラム基板３００の詳細について説明する。図９はダイアフラム基板３００の要部上面図であり、七つの異なる例を（ａ）〜（ｇ）に示す。なお、図９（ａ）〜（ｄ）にはダイアフラム基板３００の中央断面図も一緒に示す。
【００４９】
図９（ｇ）で示すダイアフラム基板３００は、シリコン構造体３１０の矩形の開口にダイアフラム３０１が形成され、ダイアフラム３０１上に矩形のアイランド３０２が連接して形成されている。ダイアフラム基板３００の厚みにより異なるが、ダイアフラム３０１の厚みが１μｍ以下の場合、かかる構造では割れやすく製造が困難となるため、アイランド３０２とシリコン構造体３１０との間に図９（ａ）〜（ｄ）に示すように梁３０５〜３０８を設けることが好ましい。図９（ａ）に示す例は長手方向に梁３０５を設けたものである。図９（ｂ）に示す例はこれにさらに横側にも梁３０６を追加した構造である。図９（ｃ）に示す例はアイランド３０１の両端部に４本の梁３０７を設けたものである。図９（ｄ）に示す例はシリコン構造体３１０の開口の角とアイランド３０１の角とを梁３０８で連接した構造である。図９（ｅ）に示す例は、梁がない構造で、シリコン構造体３１０とアイランド３０１の角を無くして曲線構造としたものである。これにより、ダイアフラム３０１の変形に伴なう角部の応力集中が低減するため、梁がなくても割れにくくなる。図９（ｆ）に示す例はこれに梁３０９を追加しさらに割れ難くした構造である。
【００５０】
次に、図１０を参照しながらダイアフラム基板３００の二つの構造例について説明する。
【００５１】
図１０（ａ）に示すダイアフラム基板３００の構造例は、図９（ｇ）に示すダイアフラム基板３００と同じものである。これに設けられるダイアフラム３０１は酸化シリコン層で形成されている。
【００５２】
図１０（ｂ）に示すダイアフラム基板３００の構造例は、この酸化シリコン層３０１にチタンまたはクロムからなる金属層３１２を形成し、さらにその上に硼珪酸ガラス層３１３を形成したものである。この構造例は金属層３１２の弾性によりダイアフラム３０１がさらに割れにくくなる。また、硼珪酸ガラス層３１３は、ダイアフラム基板３００、チャンバ基板２００およびノズル基板１００の組み立ての陽極接合に使用するが、この硼珪酸ガラス層３１３もダイアフラム３０１の強度増加に役立つ。金属層３１２の厚みは０．１μｍから０．５μｍで十分である。
【００５３】
図１０（ｃ）に示すダイアフラム基板３００の構造例は、チタンやクロムよりも弾性の高いＡｕを補強層として構成した例であり、Ａｕ層３１４はチタン又はクロムの金属層３１２に挟まれている。これは、酸化シリコン層３０１、硼珪酸ガラス層３１３とＡｕ層３１４との密着性を高めるためである。このとき、酸化シリコン層３０１、硼珪酸ガラス層３１３の膜厚は０．０５μｍ程度で良い。この構造例ではさらに割れにくくなる。
【００５４】
次に、図１１を参照しながらダイアフラム基板３００の製作プロセスを説明する。ダイアフラム基板３００の構造は図９（ｇ）に示した構造例のものと同じであり、ダイアフラム基板３００の構造は図１０（ｂ）の構造例と同じである。
【００５５】
まず、厚さ２００μｍの（１００）シリコンウエハ３１５に熱酸化法で酸化シリコン層３１６を形成して１層目のエッチングマスクとする（図１１（ａ））。次いでフォトリソグラフィー法で１層目のエッチングマスク３１６にダイアフラムエッチング開口３１７、ダンパー部エッチング開口３１８をパターンニングする（図１１（ｂ））。このシリコンウエハを再度熱酸化し酸化シリコン層３１９を形成して２層目のエッチングマスクとする（図１１（ｃ））。次いでフォトリソグラフィー法で２層目のエッチングマスク３１９にアイランドエッチング開口３２０、ダンパー部エッチング開口３２１をパターンニングする（図１１（ｄ））。このとき、アイランドエッチング開口３２０の外周形状の大きさは、ダイアフラムエッチング開口３１７の外周形状よりも大きくする。また、ダンパー部エッチング開口３２１は、同３１８の外周形状よりも大きくする。この理由は、ノズル基板１００の製作プロセスで説明したように、フォトリソグラフィー時の位置ずれを吸収するためである。
【００５６】
次いでスパッタ法によりアルミニウム層３２２を０．５μｍ形成する（図１１（ｅ））。次いでフォトリソグラフィー法で３層目のエッチングマスク３２２にアイランドエッチング開口３２３を形成する（図１１（ｆ））。アイランドエッチング開口３２３の外周形状は、２層目のアイランドエッチング開口３２０の外周形状よりも大きくする。ＩＣＰ−ＲＩＥドライエッチング装置で、アイランド部３２４を深さ１５μｍまでエッチングする（図１１（ｇ））。３層目のエッチングマスクを除去する（図１１（ｈ））。アイランド部３２４とダンパー部３２５とを１０μｍエッチングする（図１１（ｉ））。このときアイランド部３２４の深さは２５μｍとなる。次いで２層目のエッチングマスク３１９を除去する（図１１（ｊ））。最後にダイアフラム開口３１７とダンパー部３１８とを１８０μｍエッチングする（図１１（ｋ））。
【００５７】
上記プロセスは、酸化シリコン層３１６、３１９の２層とアルミ層３２２の３層マスク法である。また、上記と同様の方法で３層目のエッチングマスクを酸化シリコン層で形成し、３層とも酸化シリコン層を使う方法でも良い。
【００５８】
上記の加工でダイアフラム部の総エッチング量は、１５μｍ＋１０μｍ＋１８０μｍ＝２０５μｍとなり、５μｍ分がオーバーエッチングとなる。このオーバーエッチングを行なうことにより、加工残渣やバリを完全に除去することができ、高精度なダイアフラムとなる。
【００５９】
次に、上記の方法で製作したノズル基板１００、ダイアフラム基板３００およびチャンバ基板２００とを組み立てるための接合方法について図１２を参照しながら説明する。図１２（ａ）は分解状態を示し、図１２（ｂ）は組み立てた状態を示す。この接合は陽極接合法によって行なう。
【００６０】
ノズル基板１００はチャンバ基板２００との接合面に硼珪酸ガラス層１０９が形成されている。硼珪酸ガラス層１０９は酸化シリコン層１０８を介して形成されている。酸化シリコン層１０８は硼珪酸ガラス層１０９の密着性を高める効果があると共に、ノズル基板１００のシリコン素材１０７とチャンバ基板２００との絶縁性を高める効果があり、これによってノズル基板１００とチャンバ基板２００との陽極接合が容易になる。
【００６１】
チャンバ基板２００は、図１２（ａ）に示すように両側からノズル基板１００およびダイアフラム基板３００を順にまたは同時に当接し、図１２（ｂ）に示すように陽極接合する。
【００６２】
図１３を参照しながら具体的な陽極接合方法を説明する。
【００６３】
図１３（ａ）に示すように、まず、ノズル基板１００とチャンバ基板２００を重ね合わせて台座５０１の上に載せる。両者１００、２００の位置合わせは、位置決めピン５００を使用する（図３参照）。台座５０１に陽極プローブ５０３を当て、ノズル基板１００の上方から陰極プローブ５０２を当て荷重を加えて、両プローブ５０３、５０２間に電流を流す。なお、ノズル基板１００の上面はあらかじめ酸化シリコン層を除去しておく。台座５０１は、あらかじめ３５０℃〜４５０℃に加熱しておく。この状態で、プローブ５０３、５０２の間の電圧を徐々に上げ、リーク電流が流れる寸前の電圧値で一定にする。これによってノズル基板１００とチャンバ基板２００とが硼珪酸ガラス層１０９を介して陽極接合される。この電圧値は、酸化シリコン層１０８や硼珪酸ガラス層１０９の厚みにもよるが、２５０Ｖ以上とした場合に、特に陽極接合性がよい。
【００６４】
ノズル基板１００とチャンバ基板２００を接合した後に、図１３（ｂ）に示すように、ダイアフラム基板３００をチャンバ基板２００と重ね合わせ、ノズル基板１００側を台座５０１に接触させるように設置する。陽極プローブ５０３をチャンバ基板２００の端部２１０に接触させ、陰極プローブ５０２をダイアフラム基板３００に接触させ荷重をかける。陽極接合条件は、上記のチャンバ基板２００とノズル基板１００との陽極接合の場合と同様である。これによってダイアフラム基板３００とチャンバ基板２００とが陽極接合される。なお、チャンバ基板２００の端部２１０には、切断ライン２１１があらかじめ設けられており、接合後に切断ライン２１１を利用して端部２１０を容易に除去できるようになっている。
【００６５】
図１４を参照しながら別の陽極接合方法を説明する。図１４は三つの基板１００、２００、３００を同時に陽極接合する二つの方法を説明する図である。
【００６６】
図１４（ａ）に示す陽極接合方法は、ノズル基板１００とダイアフラム基板３００をチャンバ基板２００に同時に接合する方法である。ノズル基板１００とダイアフラム基板３００の間にチャンバ基板２００を挟んだ状態で位置あわせし、台座５０１に設置する。チャンバ基板２００の端部２１０に陽極プローブ５０３を接触させる。台座５０１に陰極プローブ５０２を接触させ、さらにダイアフラム基板３００の上面に陰極プローブ５０２を接触させて荷重をかける。ダイアフラム基板３００の上面とノズル基板１００の下面はあらかじめ酸化シリコン層を除去しておく。台座５０１は、あらかじめ３５０℃〜４５０℃に加熱しておく。この状態で、プローブ５０３、５０２の間の電圧を徐々に上げ、リーク電流が流れる寸前の電圧値で一定にする。これによってチャンバ基板２００がノズル基板１００およびダイアフラム基板３００と硼珪酸ガラス層１０９を介して陽極接合される。各基板には切断ライン２１１、３３１、１３１が設けられており、接合後に端部２１０、３３０、１３０を割りとる。
【００６７】
図１４（ｂ）に示す陽極接合方法は、ノズル基板１００、ダイアフラム基板３００の両面に酸化シリコン層１０８、３０１が形成されている場合の接合方法を示す。この接合方法は電極の取り方が相違している。ノズル基板１００、ダイアフラム基板３００の端部１３０、３３０に陰極プローブ５０２を接触させ、チャンバ基板２００の端部２１０に陽極を接触させる。ダイアフラム基板３００の上方から、プローブ５０４にて荷重を加える。ノズル基板１００とダイアフラム基板３００の端部１３０、３３０は、あらかじめ酸化シリコン層を除去しておく。この方法によれば、各基板どうしの絶縁性が高いため陽極接合し易くなる。
【００６８】
図１５を参照しながらさらに別の陽極接合方法を説明する。図１５の陽極接合方法は、ノズル基板１００、ダイアフラム基板３００の両面に酸化シリコン層が形成されており、ノズル基板１００とダイアフラム基板３００を別々にチャンバ基板２００に接合する場合の接合方法を示す。
【００６９】
図１５（ａ）に示すように、まず、ノズル基板１００とチャンバ基板２００を重ねて台座５０１の上に設置する。陰極プローブ５０２はノズル基板１００の端部１３０に接触させ、陽極プローブ５０３は台座５０１に接触させる。ノズル基板１００の上方から、プローブ５０４にて荷重を加える。ノズル基板１００の端部１３０は、あらかじめ酸化シリコン層を除去しておく。台座５０１は、あらかじめ３５０℃〜４５０℃に加熱しておく。この状態で、プローブ５０３、５０２の間の電圧を徐々に上げ、リーク電流が流れる寸前の電圧値で一定にする。これによってノズル基板１００がチャンバ基板２００と硼珪酸ガラス層１０９を介して陽極接合される。
【００７０】
次に、陽極接合されたノズル基板１００およびチャンバ基板２００を裏返して台座５０１に載せ、これにダイアフラム基板３００を重ねる。ダイアフラム基板３００の端部３３０に陰極プローブ５０２を接触させ、チャンバ基板２００の端部２１０に陽極プローブ５０３を接触させる。この状態で、プローブ５０３、５０２の間の電圧を徐々に上げ、リーク電流が流れる寸前の電圧値で一定にする。これによってノズル基板１００がチャンバ基板２００と硼珪酸ガラス層１０９を介して陽極接合される。
【００７１】
次に、図１６および図１７を参照しながらチャンバ基板２００の製作プロセスを説明する。図１６および図１７はチャンバ基板２００の要部を断面して示す。
【００７２】
まず、チャンバ基板２００の表面側の加工を図１６に基づいて説明する。面方位が（１００）で厚みが５００μｍのシリコンウエハ２０を、水蒸気雰囲気下１１５０℃で酸化し、表面にＳｉＯ２膜２２１を１μｍ形成する（図１６（ａ））。フォトリソグラフィー法により、上面のＳｉＯ２膜２２１をフッ酸でパターンニングし、圧力室２０１を形成するための一層目のエッチングマスクを形成する（図１６（ｂ））。一層目のエッチングマスク２２１の上に、Ａｌ膜２２２をスパッタリングで０．８μｍ形成する（図１６（ｃ））。フォトリソグラフィー法により、Ａｌ膜２２２を１％のフッ酸水溶液でパターンニングし、貫通孔２０３とインク溜り２０４を形成するための二層目のエッチングマスクを形成する（図１６（ｄ））。高周波誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング装置を用いて二層目のＡｌ膜２２２をマスクとしてドライエッチングにより、２００μｍエッチングする（図１６（ｅ））。二層目のＡｌ膜２２２を１％のフッ酸水溶液で溶解除去し、一層目のＳｉＯ２膜を表面に露出させる（図１６（ｆ））。圧力室２０１を６０μｍドライエッチングする。このときインク溜り２０４と貫通孔２０３も同時にエッチングされて、孔の深さは２６０μｍとなる（図１６（ｇ））。圧力室２０１をエッチング後、ＳｉＯ２膜２２１をフッ酸で除去する（図１６（ｈ））。
【００７３】
次に、チャンバ基板２００の裏面側の加工を図１７に基づいて説明する。裏面も表面と同様で熱酸化によりＳｉＯ２膜２２１を１μｍ形成する（図１７（ａ））。フォトリソグラフィー法により、裏面のＳｉＯ２膜２２１をフッ酸でパターンニングし、圧力室２０１を形成するための一層目のエッチングマスクを形成する（図１７（ｂ））。一層目のエッチングマスク２２１の上に、Ａｌ膜２２２をスパッタリングで０．８μｍ形成する（図１７（ｃ））。フォトリソグラフィー法により、Ａｌ膜２２２を１％のフッ酸水溶液でパターンニングし、貫通孔２０３とインク溜り２０４を形成するための二層目のエッチングマスクを形成する（図１７（ｄ））。二層目のＡｌ膜２２２をマスクとしてドライエッチングにより、インク溜り２０４と貫通孔２０３が貫通するまでまたは、ほぼ貫通に近い深さになるまでエッチングする（図１７（ｅ））。このとき、裏面のＳｉＯ２膜がエッチングストップ層となると同時に、エッチング面の反対面に充填されている冷却用ヘリウムガスの漏れを防止または少なくすることができる。ＳｉＯ２膜が１．５μｍ未満の厚みでは、ヘリウムガスの圧力により、ＳｉＯ２膜の破れる部分があり、１．５μｍ以上では、ＳｉＯ２膜が破れずヘリウムガスの漏れがないことを確認している。また、ヘリウムガスが大量に漏れると、シリコンウエハの冷却が悪くなり、熱影響のため、エッチング部の断面形状、たとえば壁面が傾斜するようなことが起こる。二層目のＡｌ膜２２２を１％のフッ酸水溶液で溶解除去し、一層目のＳｉＯ２膜を表面に露出させる（図１７（ｆ））。圧力室２０１を６０μｍドライエッチングする。このときインク溜り２０４と貫通孔２０３はオーバーエッチングされる（図１７（ｇ））。圧力室２０１をエッチング後、ＳｉＯ２膜２２１をフッ酸で除去する（図１７（ｈ））。
【００７４】
ここで、オーバーエッチングを説明する。貫通孔２０３のエッチングのときに、エッチングしている孔の周辺近傍部分のエッチングレートが若干遅いため、貫通してもバリが残留する。そのため、バリが除去されるまで、貫通後も余分にオーバーエッチングする必要がある。したがって、裏面の貫通孔２０３のエッチングの深さは、オーバーエッチングを見込んで設定する。オーバーエッチング量を検討した結果、エッチング時のドライエッチング装置条件にもよるが、２０μｍから８０μｍが好ましいことがわかった。例えば、オーバーエッチング量を５０μｍとすると、５００μｍのウエハでは、全部で５５０μｍエッチングするに相当する時間エッチングすることとなり、表面の貫通孔を２００μｍ、ハーフエッチングを６０μｍとすると、表面側は全部で２６０μｍエッチングすることになって、裏面の貫通孔のエッチング量は、５５０μｍ−２６０μｍ−６０μｍ＝２３０μｍと求められる。
【００７５】
上記実施例では、二層目のマスクにＡｌ膜を使用したが、他の方法としては、二層目のマスクもウエハを熱酸化して形成したＳｉＯ２膜をエッチングマスクとして使用することが可能である。熱酸化シリコン膜の二層マスクになる。この場合、二層目のＳｉＯ２膜をエッチングマスクとして、貫通孔とインク溜りの貫通部を貫通させるため、膜厚を厚く形成することが必要で、熱酸化に時間がかかり、また、パターン精度も若干低下するので、これを留意する必要がある。上記のことを考慮すれば、二層目にＡｌ膜を使用した方法と同様に製造することができる。
【００７６】
次に、図１８を参照しながらチャンバ基板２００の別の製作プロセスを説明する。図１８はチャンバ基板２００の要部を断面して示す。
【００７７】
図１６および図１７の製造方法では表面と裏面を片面ずつエッチングマスク形成していたが、本実施例では、表面と裏面の一層目マスクおよび二層目マスクをそれぞれ同時に形成する手順（図１８（ｂ）、（ｃ）、（ｄ））が異なっている。本実施例では、表面も裏面もエッチングマスクを先に形成するため、貫通孔２０３とインク溜り２０４のドライエッチング（図１８（ｅ））の後にフォトリソグラフィー工程を行なわないで、Ａｌマスクの除去（図１８（ｆ））だけで、次の圧力室２０１をドライエッチングする（図１８（ｇ））ことができ、工程が簡略化されている。
【００７８】
まとめとして、本実施形態の構成および機能などを以下の事項として開示する。
【００７９】
本実施形態によるインクジェットヘッドの製造方法は、インク流路を形成するチャンバ基板と、チャンバ基板に設けられた圧力室を加圧するダイアフラム基板と、ダイアフラムによって加圧されたインクを吐出するノズル基板からなるインクジェットヘッドの製造方法であって、ノズル基板の両面からドライエッチングすることによってノズル孔、液切り溝、ノズル段差、流路を形成するインクジェットヘッドの製造方法である。
【００８０】
特にノズル基板の一方の面から貫通孔と液切り溝を加工し、もう一方の面からノズル段差、流路を加工するものであり、一方の面にノズル孔を加工するエッチングマスクと液切り溝を加工するエッチングマスクの２層マスクを形成し、もう一方の面にノズル段差を加工するエッチングマスクと流路を加工するエッチングマスクの２層マスクを形成する。さらに、ノズル孔を加工するエッチングマスクのノズル孔加工部開口径は、液切り溝を加工するエッチングマスクのノズル孔加工部開口径よりも大きい。これにより、フォトリソグラフィー工程をノズル孔と液切り溝とで２回行なう２層マスク法を使用した加工においても、ノズル孔と液切り溝とが実質的に同一エッチングマスクで加工されることになるため、加工後のノズル孔と液切り溝との位置ずれがなく同心円となる。また、液切り溝形成時に同時にノズル孔をエッチングするが、このノズル孔においても位置ずれがなくなり、高精度のノズルを形成することができる。ノズル孔が貫通した後もさらにオーバーエッチングを行なうことにより、ノズル孔内壁にバリなどを残さずに加工できる。
【００８１】
また、本実施形態によるインクジェットヘッドの製造方法は、ダイアフラム基板の片面からドライエッチングすることによって基板にダイアフラム、ダイアフラムに連接して島状に突出したアイランド、ダイアフラムとは離れており、インクジェットヘッドの内圧を吸収するダンパー部を加工する。あるいは、ダイアフラム基板のもう一方の面に、硼珪酸ガラス層を形成するか、または金属層を形成した後に硼珪酸ガラス層を形成した後に、ダイアフラム、アイランド、ダンパー部を加工する。これにより、ダイアフラムの強度が増して割れなどの損傷が生じにくくなる。ダイアフラムの加工において、一方の面にダイアフラムを加工するエッチングマスクと、アイランドを加工するエッチングマスクと、ダンパー部を加工するエッチングマスクの３層マスクを形成する。このとき、一方の面は、アイランドとなる部分をエッチングし、次にアイランドとダンパー部となる部分を同時にエッチングした後に、アイランドとダンパー部となる部分と、ダイアフラムとなる部分とを同時にエッチングして形成する。さらに、アイランドとダンパー部を形成するための２層目のエッチングマスクの開口部外周形状の大きさが、ダイアフラムを形成するエッチングマスクの開口部外周形状の大きさよりも大きい。また、ダイアフラムを補強する方法として、アイランドがダイアフラム周囲の壁面と梁で連結させた構造がある。
【００８２】
さらに、本実施形態のインクジェットヘッドは、チャンバ基板と、ダイアフラム基板と、ノズル基板とを陽極接合により組み立てる製造方法である。さらに、チャンバ基板、ダイアフラム基板、ノズル基板はシリコンから成り、ダイアフラム基板の片面とノズル基板の片面とに硼珪酸ガラス層を形成し、ダイアフラム基板の硼珪酸ガラス面とチャンバ基板の片面、ノズル基板の硼珪酸ガラス面とチャンバ基板の他方の面とを接触して陽極接合する。接着剤を使っていないため、酸やアルカリなど腐食性の高い液体に対しても、耐食性や耐薬品性が高くなり、インクジェットヘッドの適用範囲が広がる。強酸性である有機エレクトロルミネッセンス基板用の塗布液にも使用できる。
【００８３】
また、本実施形態は、上記の方法で製造したインクジェットヘッドを提供するものであり、ノズル基板がノズル孔を有し、一方の面にノズル孔の周りに、ノズル孔と同心の液切り溝を有し、もう一方の面にノズル段差と流路を有し、ダイアフラム基板が、ダイアフラム、ダイアフラムに連接して島状に突出したアイランド、ダイアフラムとは離れており、インクジェットヘッドの内圧を吸収するダンパー部を有する。
【００８４】
上述のように、本実施形態のインクジェットヘッドのノズル基板の製造方法によれば、ノズル孔と液きり性を向上させるための液切り溝とが同心に加工でき、さらに、２層マスク法を使用しても、フォトリソグラフィーの位置ずれを吸収できるため、高精度なノズル部を形成することができる。
【００８５】
また、本実施形態のダイアフラム基板の製造方法によれば、３層マスク法を使用してもフォトリソグラフィーの位置ずれを吸収した高精度なダイアフラムを形成することができる。さらに、ダイアフラムに梁を形成するかまたは、ダイアフラムの上に金属層を形成することにより、ダイアフラムの強度を向上させることができ、高精度のダイアフラム基板を製作できる。
【００８６】
また、本実施形態のインクジェットヘッドによれば、ノズル基板とチャンバ基板と、ダイアフラム基板を耐食性の高いシリコンで製作しており、さらに、ノズル基板とチャンバ基板とダイアフラム基板を、接着剤を使用しない陽極接合法で接合するため、耐食性のある液体も使用することができ、試薬や有機ＥＬ用強酸性液体や医療用の液体に対しても使用することが可能となる。
【００８７】
また、インクジェットヘッドの加工にドライエッチングを使用するため、曲線形状なども加工できて、最適形状に近いインクジェットヘッドを製造することができる。
【００８８】
本発明は、上述した一実施形態のインクジェット式記録装置の他に、試薬や有機ＥＬ用塗布液などの液滴吐出装置に適用することが可能である。
【００８９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかも各基板を陽極接合してインクとの適合性に優れたインクジェットヘッドおよびその製造方法並びにインクジェット式記録装置を提供することができる。
【００９０】
本発明によれば、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかもノズル部の液切れ性能が優れたインクジェットヘッドおよびその製造方法並びにインクジェット式記録装置を提供することができる。
【００９１】
本発明によれば、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかも各基板を陽極接合して液体との適合性に優れた液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００９２】
本発明によれば、各基板にシリコン素材を用いて耐薬品性が高く、しかも液滴吐出部の液切れ性能が優れた液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のインクジェット式記録装置の斜視図である。
【図２】図１のインクジェット式記録装置のインクジェットヘッドの一部分を破断して示す斜視図である。
【図３】同インクジェットヘッド組み立て分解図である。
【図４】同インクジェットヘッドのノズル基板のノズル部の三つの例を示す断面図である。
【図５】図４のノズル基板のノズル部を液の出口側からみた斜視図である。
【図６】図４（ａ）のノズル基板の製作プロセスを示す断面図である。
【図７】図４（ａ）のノズル基板の別の製作プロセスを示す断面図である。
【図８】図４（ａ）のノズル基板のノズル孔と液切り溝を加工する時の２層のエッチングマスクの構成を示す断面図である。
【図９】図２のダイアフラム基板の複数の例を示す図である。
【図１０】図２のダイアフラム基板の複数の例を示す断面図である。
【図１１】図２のダイアフラム基板の製作プロセスを示す断面図である。
【図１２】図２に示すインクジェットヘッドの組み立て方法を説明する図である。
【図１３】同インクジェットヘッドの接合方法を示す図である。
【図１４】図１３と異なるインクジェットヘッドの接合方法を示す図である。
【図１５】図１３および図１４と異なるインクジェットヘッドの接合方法を示す図である。
【図１６】図２のチャンバ基板の製造プロセスを示す断面図である。
【図１７】図２のチャンバ基板の製造プロセス（続き）を示す断面図である。
【図１８】図１６および図１７と異なるチャンバ基板の製造プロセスを示す断面図である。
【符号の説明】
１…筐体、３…インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）、４…印刷用紙、２０…インクジェット式記録装置（液滴吐出装置）、３１…ヘッド部、１００…ノズル基板、１０１…ノズル部、１０３…ノズル孔、１０４…液切り溝、１０５…ノズル段差、１０６…ノズル流路、１０７…ノズル素材、１０８…酸化シリコン層、１０９…硼珪酸ガラス層、１１０…液切り溝、２００…チャンバ基板、２０１…圧力室、２０４…インク溜り、３００…ダイアフラム基板、３０１…ダイアフラム（酸化シリコン層）、３０４…インク吸入孔、４００…ピエゾ素子。
Claims (13)
- 圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、
前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板にシリコン素材を用いると共に、
前記ノズル基板の両面からドライエッチングすることによって前記ノズル基板の一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔を形成し、
前記チャンバ基板を前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板にガラス層を介して陽極接合する
ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、
前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板にシリコン素材を用いると共に、
前記ノズル基板をドライエッチングすることによって前記ノズル基板の一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔を形成すると共に前記ノズル孔の開口面の周囲に液切り溝を形成する
ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記ノズル基板の一方の面から前記ノズル孔と前記液切り溝を加工し、他方の面から前記ノズル段差、前記流路を加工することを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、
前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板にシリコン素材を用いると共に、
前記ノズル基板の一面側にノズル孔を加工するエッチングマスクとその周囲に設けられる液切り溝を加工するエッチングマスクの２層マスクを形成し、前記ノズル孔を加工するエッチングマスクのノズル孔加工部開口径を、前記液切り溝を加工するエッチングマスクのノズル孔加工部開口径よりも大きくし、前記ノズル基板をドライエッチングすることによって前記ノズル孔および前記液切り溝を形成する
ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、
前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板にシリコン素材を用いると共に、
前記ダイアフラム基板の一面に酸化シリコン層を形成し、他面からドライエッチングすることによって前記酸化シリコン層をダイアフラムとすると共に前記ダイアフラムに連接して島状に突出したアイランドを前記シリコン素材に形成する
ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記ダイアフラム基板のダイアフラムを構成する前記酸化シリコン層にさらに硼珪酸ガラス層を形成し、前記ダイアフラム基板を前記チャンバ基板に前記硼珪酸ガラス層を介して陽極接合する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の製造方法。
- 圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板はシリコン素材で形成され、
前記ノズル基板は一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔が形成され、
前記チャンバ基板と前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板とはガラス層を介して陽極接合されている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。 - 圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板はシリコン素材で形成され、
前記ノズル基板は、一面側から階段状に縮小するノズル流路、ノズル段差およびノズル孔が形成されると共に、前記ノズル孔の開口面の周囲に液切り溝が形成されている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。 - 圧力室を有するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記ノズル基板はシリコン素材を用いて形成され、
前記ダイアフラム基板は、その一面に形成された酸化シリコン層で前記圧力室を加圧するダイアフラムが形成されると共に、反圧力室側に前記ダイアフラムに連接して島状に突出したアイランドが前記シリコン素材に形成されている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項７から９に記載されたインクジェットヘッドを用いたことを特徴とするインクジェット式記録装置。
- 圧力室を有する液体流路を形成するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧された液体を液滴として吐出する吐出基板とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記吐出基板はシリコン素材で形成され、
前記吐出基板は一面側から階段状に縮小して吐出流路、吐出段差および吐出孔が形成され、
前記チャンバ基板と前記ダイアフラム基板および前記吐出基板とはガラス層を介して陽極接合されている
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 圧力室を有する液体流路を形成するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧された液体を液滴として吐出する吐出基板とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
前記吐出基板は一面側から階段状に縮小して吐出流路、吐出段差および吐出孔が形成され、
前記吐出基板は、一面側から階段状に縮小して吐出流路、吐出段差および吐出孔が形成されると共に、前記吐出孔の開口面の周囲に液切り溝が形成されている
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 圧力室を有する液体流路を形成するチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧された液体を液滴として吐出する吐出基板とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
前記チャンバ基板、前記ダイアフラム基板および前記吐出基板はシリコン素材を用いて形成され、
前記ダイアフラム基板は、その一面に形成された酸化シリコン層で前記圧力室を加圧するダイアフラムが形成されると共に、反圧力室側に前記ダイアフラムに連接して前記シリコン素材で形成された島状に突出したアイランドが形成されている
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
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