JP2006056211A

JP2006056211A - 液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置

Info

Publication number: JP2006056211A
Application number: JP2004243228A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Matsuno; 靖史松野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】電極取出し部の周辺部が割れたり、クラックが発生するのを防止することので
きる液滴吐出ヘッドの製造方法等を提供する。
【解決手段】外部電源と接続するための電極取出し部２５まで伸びる個別電極１８が形
成される電極用凹部１９と、電極用凹部１９を大気開放するための大気開放用凹部２６と
が形成されている電極基板１２と、液滴を溜めておく吐出室１５となる凹部１５ａが形成
されるキャビティ基板１１とを、個別電極１８と吐出室１５の底面を構成する振動板１４
がギャップを有して対向するように接合させ、キャビティ基板１１の電極取出し部２５に
対向する部分を薄板化して、その後にキャビティ基板１１の大気開放用凹部２６に対向す
る部分を除去し、電極用凹部１９内を大気開放するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出装置に関し、特に電極を取
り出す部分の周辺部が割れたり、クラックが発生するのを防止することのできる液滴吐出
ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド並びにこの液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置
に関する。

従来のインクジェットヘッドの製造方法では、振動板等の形成される第一基板と個別電
極等の形成された第二基板を陽極接合し、第一基板をエッチングして振動板及びコンタク
ト部の部分を薄くした後に、コンタクト部をドライエッチングすることによりコンタクト
部を開口して、各個別電極用電圧印加端子部を露出させるようにしていた（例えば、特許
文献１参照）。
特開２００１−６３０７２号公報（図１、図７）

しかし従来のインクジェットヘッドの製造方法では（例えば、特許文献１参照）、シリ
コンからなる第一基板のコンタクト部をドライエッチングで開口するときに、一般的に減
圧された状態でドライエッチングを行うため、薄板化されたコンタクト部が、個別電極が
形成された空間（ギャップ）とその外部の圧力差によって撓み、割れてしまうことがある
という問題点があった。
また第一基板のコンタクト部をドライエッチングで開口するときに、ギャップの内部と
外部の圧力差によって衝撃が起こり、コンタクト部の周辺にクラックが発生することがあ
るという問題点があった。

本発明は、電極取出し部の周辺部（特許文献１のコンタクト部等に相当）が割れたり、
クラックが発生するのを防止することのできる液滴吐出ヘッドの製造方法及び高性能の液
滴吐出ヘッド並びにこの液滴吐出ヘッドを搭載した吐出性能が高い液滴吐出記録装置を提
供することを目的とする。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、外部電源と接続するための電極取出し部ま
で伸びる個別電極が形成される電極用凹部と、電極用凹部を大気開放するための大気開放
用凹部とが形成されている電極基板と、液滴を溜めておく吐出室となる凹部が形成される
キャビティ基板とを、個別電極と吐出室の底面を構成する振動板がギャップを有して対向
するように接合させ、キャビティ基板の電極取出し部に対向する部分を薄板化して、その
後にキャビティ基板の大気開放用凹部に対向する部分を除去し、電極用凹部内を大気開放
するものである。
これにより、電極用凹部内が大気開放されるため、ドライエッチング等の減圧された状
態でも薄板化された部分が撓んで割れてしまうことがない。また、例えば大気開放を行っ
た後に、電極取出し部に対向する薄板化された部分をドライエッチング等で除去して、個
別電極の一部を露出するようにすれば、圧力差によって除去する部分の周辺にクラックが
発生するのを抑制することができる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、電極基板をエッチングして電極用凹部
と大気開放用凹部とを形成する工程において、電極基板の電極取出し部に、電極基板とキ
ャビティ基板の接合時にキャビティ基板の電極取出し部に対向する部分を補強する隔壁を
形成するものである。
電極基板の電極取出し部に、キャビティ基板の電極取出し部に対向する部分を補強する
隔壁を形成するため、電極取出し部の面積が大きい場合でも、キャビティ基板の電極取出
し部に対向する部分が割れるのを防止することができる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、電極基板に個別電極を含む電極を形成
するときに、大気開放用凹部に、放電を防止するためのダミー電極を形成するものである
。
大気開放用凹部に、放電を防止するためのダミー電極を形成するため、例えば電極基板
とキャビティ基板を陽極接合するときに放電が起こるのを防止することができる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、電極基板をエッチングして電極用凹部
と大気開放用凹部とを形成するときに、大気開放用凹部と、電極用凹部を、互いに連通す
るように形成するものである。
大気開放用凹部と、電極用凹部を、互いに連通するように形成するため、大気開放用凹
部のみを開放すれば、電極用凹部も大気開放されることとなる。また電極用凹部同士をす
べて連通するように形成すれば、電極用凹部もすべて大気開放されることとなる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、キャビティ基板の電極取出し部に対向
する部分を薄板化するときに、同時に吐出室となる凹部を形成するものである。
例えばエッチングによってキャビティ基板の電極取出し部に対向する部分を薄板化する
ときに、同時に吐出室となる凹部を形成するようにすれば、これらの部分を一度に形成す
ることができ、製造工程を簡略化することができる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、キャビティ基板の大気開放用凹部に対
向する部分を機械加工して除去するものである。
キャビティ基板の大気開放用凹部に対向する部分を、ピン等による機械加工で除去すれ
ば、容易に大気開放を行うことができる。なお、このときキャビティ基板の大気開放用凹
部に対向する部分を除去するため、個別電極が露出した部分の周辺部にはクラックが発生
しない。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、キャビティ基板の大気開放用凹部に対
向する部分を除去した後に、キャビティ基板の電極取出し部に対向する部分をドライエッ
チングで除去するものである。
キャビティ基板の大気開放用凹部に対向する部分を除去した後に、キャビティ基板の電
極取出し部に対向する部分をドライエッチングで除去するため、圧力差によってドライエ
ッチングで除去する部分の周辺にクラックが発生するのを抑制することができる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、電極基板とキャビティ基板を接合した
後に、キャビティ基板全体をエッチングにより薄板化するものである。
電極基板とキャビティ基板を接合した後に、キャビティ基板全体をエッチングにより薄
板化するため、比較的厚さの厚いシリコン基板等を使用することができ、製造工程中のハ
ンドリングが容易となって、歩留まりを向上させることができる。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、電極基板をホウ珪酸ガラスから形成し
、キャビティ基板をシリコンから形成するものである。
電極基板をホウ珪酸ガラスから形成し、キャビティ基板をシリコンから形成することに
より、キャビティ基板の加工をエッチング等によって容易に行うことができ、また電極基
板とキャビティ基板の接合を陽極接合によって容易に行うことができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、凹部が形成され、該凹部内に、外部電源と接続するた
めの電極取出し部まで伸びる個別電極が設けられた電極基板と、液滴が蓄えられる吐出室
となる凹部を有するキャビティ基板を備え、電極基板とキャビティ基板とが、個別電極と
吐出室の底面を構成する振動板がギャップを有して対向するように接合されており、電極
基板の電極取出し部には、個別電極が形成された電極用凹部以外に、電極用凹部を大気開
放するための大気開放用凹部が形成されているものである。
電極基板の電極取出し部には、個別電極が形成された電極用凹部以外に、電極用凹部を
大気開放するための大気開放用凹部が形成されているため、上記のように製造工程におい
てドライエッチング等の減圧された状態になった場合でも、薄板化された部分が撓んで割
れてしまうことがない。

また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板がホウ珪酸ガラスからなり、キャビティ
基板がシリコンからなるものである。
電極基板がホウ珪酸ガラスからなり、キャビティ基板がシリコンからなるため、上記の
ように製造工程が容易となり、歩留まりが向上し、コストを削減することができる。

本発明に係る液滴吐出装置は、上記のいずれかの液滴吐出ヘッドを搭載しているもので
ある。
上記のいずれかの液滴吐出ヘッドを搭載しているため、製造工程中にキャビティ基板が
割れたり、クラックが発生することがなく、吐出性能が高い液滴吐出装置が得られる。

実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図であり、一部を断面図
で示している。また図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図
である。なお図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドは、ノズル基板の表面側に設けられたノ
ズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプのものであり、また静電気力により
駆動される静電駆動方式のものである。
図１に示すように本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１０は、主にキャビティ基板１１
、電極基板１２及びノズル基板１３から構成されている。キャビティ基板１１の一方の面
には電極基板１２が接合されており、キャビティ基板１１の他方の面にはノズル基板１３
が接合されている（図２参照）。

キャビティ基板１１は、例えば単結晶シリコンからなり、底壁を振動板１４とする吐出
室１５となる凹部１５ａと、各々の吐出室１５に液滴を供給するためのリザーバ１７とな
る凹部１７ａが形成されている。本実施形態１では、キャビティ基板１１は単結晶シリコ
ンからなり、その全面にプラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）によって、ＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ）か
らなる絶縁膜３１及び液滴保護膜３２を０．１μｍ形成している（図２参照）。これは、
振動板１４の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、インク等の液滴に
よるキャビティ基板１１のエッチングを防止するためのものである。

キャビティ基板１１に接合される電極基板１２は、例えばホウ珪酸ガラスや単結晶シリ
コンを使用する。電極基板１２がホウ珪酸ガラスからなる場合には、キャビティ基板１１
と電極基板１２の接合は陽極接合により行う。また電極基板１２が単結晶シリコンからな
る場合には、キャビティ基板１１と電極基板１２の接合は直接接合により行う。
電極基板１２には、個別電極１８を装着するための凹部１９を例えば０．３μｍエッチ
ングすることにより、振動板１４と個別電極１８を対向配置させるためのギャップＧ（図
２参照）を形成している。この凹部１９は、その内部に個別電極１８の駆動部１８ａ、リ
ード部１８ｂ及び端子部１８ｃを装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめ
の形状にパターン形成されている。個別電極１８は、凹部１９の内部に例えばＩＴＯ（Ｉ
ｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）を０．１μｍの厚さでスパッタし、電極パターンを形
成することで作製される。上記の例では、キャビティ基板１１と電極基板１２を接合した
後のギャップＧは０．２μｍとなる。なお本実施形態１では、複数の凹部１９の端子部１
８ｃが形成されている部分で互いに連通している。また上記のギャップＧの空間は、封止
材３３によって密閉されている。

また電極基板１２の端子部１８ｃ側の部分は、電極取出し部２５となっている。この電
極取出し部２５の部分はキャビティ基板１１と接合されておらず、個別電極１８の端子部
１８ｃが露出した状態となっている。この電極取出し部２５において、端子部１８ｃとＦ
ＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ、図示せず）等を接続するこ
とにより、個別電極１８が外部電源（図示せず）と電気的に接続される。
さらに電極基板１２の電極取出し部２５には、凹部１９を大気開放するための凹部２６
が形成されており、凹部２６の内部にはダミー電極２７が形成されている。この凹部２６
及びダミー電極２７は、液滴吐出ヘッド１０の製造工程において使用されるものであり、
液滴吐出ヘッド１０の製造工程は後に説明する。なお凹部２６は、少なくとも１つの凹部
１９（個別電極１８が形成されている）と連通している。また複数の凹部１９の端子部１
８ｃが形成された部分の間と、凹部１９の端子部１８ｃが形成された部分と凹部２６の間
には、後に示す製造工程においてキャビティ基板１１と接合される隔壁２８が設けられて
いる。但し、上記のように凹部１９同士及び凹部１９と凹部２６は連通するようになって
いる。

またキャビティ基板１１に接合されるノズル基板１３は、例えば厚さ１００μｍのシリ
コン基板を用い、ノズル基板１３の表面に個々の吐出室１５と連通するノズル孔２２を設
け、さらに吐出室１５とリザーバ１７を連通するオリフィス１６となる細溝１６ａを設け
る。なお、このオリフィス１６となる細溝１６ａは、キャビティ基板１１に設けるように
してもよい。本実施形態１では、ノズル孔２２が２段ノズルとなっており、インクの流れ
の整流作用によってインク等の液滴の直進性を向上させている。

ここで図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドの動作について説明する。個別電極１８に発
信回路（図示せず）によって、０Ｖから２４Ｖ程度のパルス電圧を印加し個別電極１８が
プラスに帯電すると、対応する振動板１４はマイナスに帯電し、振動板１４は静電気力に
よって個別電極１８側に吸引されて撓む。次にパルス電圧をオフにすると、振動板１４に
かけられた静電気力がなくなり振動板１４は復元する。このとき、吐出室１５の内部の圧
力が急激に上昇し、ノズル孔２２からインク等の液滴が吐出されることとなる。そして再
びパルス電圧が印加され、振動板１４が個別電極１８側に撓むことにより、液滴がリザー
バ１７よりオリフィス１６を通じて吐出室１５内に補給される。
なおキャビティ基板１１と発信回路との接続は、ドライエッチングによりキャビティ基
板１１の一部に開けられた共通電極（図示せず）で行われる。また液滴吐出ヘッド１０の
リザーバ１７への液滴の供給は、電極基板１２及びキャビティ基板１１に形成された液滴
供給口２３から行われる。

本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の振動板１４は、高濃度のボロンドープ層３４
から形成され、このボロンドープ層３４は振動板１４の厚さと同じ厚さを有している。水
酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチ
ングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上の高濃
度の領域において、非常に小さくなる。本実施形態１では、振動板１４の部分を高濃度の
ボロンドープ層３４とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって吐出室１５とな
る凹部１５ａを形成する際に、ボロンドープ層３４が露出してエッチングレートが極端に
小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板１４を所望の
厚さに形成している。

図３及び図４は、図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドの製造工程を示した縦断面図であ
る。なお図３及び図４は、吐出室１５の長手方向の断面を示したものであり、凹部２６の
部分は示していない。
まず、ホウ珪酸ガラスからなるガラス基板１２ａを、例えば金・クロムのエッチングマ
スクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより、凹部１９や凹部２６を形成す
る。なおこのとき、上記のように凹部１９同士及び凹部１９と凹部２６は連通するように
形成し、電極取出し部２５には隔壁２８が形成されるようにする。
そして凹部１９の内部に、例えばスパッタによってＩＴＯからなる個別電極１８を形成
し、凹部２６の内部にはダミー電極２７を形成する。
その後、ドリル等によって液滴供給口２３となる穴部２３ａを形成する（図３（ａ））
。なおこの時点では、穴部２３ａはガラス基板１２ａを貫通しないように形成する。これ
は穴部２３ａを貫通させてしまうと、後の製造工程においてギャップＧ（図２参照）の内
部にエッチング液が入り込み、振動板１４の駆動不良等が起こるからである。

次に、例えば面方位が（１１０）で酸素濃度の低いシリコン基板１１ａの両面を鏡面研
磨し、厚さが５２５μｍのシリコン基板１１ａを作製する（図３（ｂ）参照）。
それから、シリコン基板１１ａの表面に付着している微小粒子及び金属を除去するため
に、アンモニア水と過酸化水素水の混合液による洗浄（ＳＣ−１洗浄）と塩酸と過酸化水
素水の混合液による洗浄（ＳＣ−２洗浄）のコンビネーション洗浄を行う。
そして、吐出室１５等が形成される面の反対面にボロンドープ層３４を形成する。具体
的には、シリコン基板１１ａをＢ₂Ｏ₃を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボー
トにセットし、この石英ボートを例えば縦型炉に入れる。そして縦型炉の内部を、温度が
１０５０℃の窒素雰囲気にして７時間保持し、シリコン基板１１ａにボロンを拡散させて
、ボロンドープ層３４を形成する。このとき、シリコン基板１１ａの投入温度を８００℃
とし、温度を１０５０℃まで上げた後に、シリコン基板１１ａの取出し時の温度も８００
℃とする。これにより、シリコン基板１１ａの酸素欠陥の成長速度が早い６００℃から８
００℃の領域を素早く通過させることができ、酸素欠陥の成長を抑制することができる。

なお上記のボロン拡散の工程において、ボロンドープ層３４の表面にＳｉＢ₂膜（図示
せず）が形成されるが、温度が６００℃の酸素及び水蒸気雰囲気中で１時間３０分程度酸
化することで、フッ酸水溶液でエッチング可能なＢ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂に化学変化させること
ができる。このようにＳｉＢ₂膜をＢ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂に化学変化させた後に、緩衝フッ酸溶
液によってＢ₂Ｏ₃とＳｉＯ₂をエッチングして除去する。

その後、ボロンドープ層３４の表面をクリーニングするため、ボロンドープ層３４の表
面に１分間Ｏ₂プラズマ処理を施す。このＯ₂プラズマ処理の処理条件は、例えば、温度３
６０℃、圧力６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、Ｏ₂流量１０００ｃｍ³／分（１０００ｓ
ｃｃｍ）、高周波出力２５０Ｗである。このＯ₂プラズマ処理により、後に形成する絶縁
膜３１の絶縁耐性の均一性が向上する。
そして、プラズマＣＶＤによって厚さ０．１μｍのＴＥＯＳからなる絶縁膜３１をシリ
コン基板１１ａのボロンドープ層３４側の面に形成する（図３（ｂ））。このときの絶縁
膜３１の成膜条件は、例えば、温度３６０℃、高周波出力２５０Ｗ、圧力６６．７Ｐａ（
０．５Ｔｏｒｒ）、ＴＥＯＳ流量１００ｃｍ³／分（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１００
０ｃｍ³／分（１０００ｓｃｃｍ）である。なおこのとき、シリコン基板１１ａの側面に
も絶縁膜３１が形成される。

次に、図３（ｂ）に示すシリコン基板１１ａと、図３（ａ）に示すガラス基板１２ａを
３６０℃に加熱し、シリコン基板１１ａに陽極、ガラス基板１２ａに負極を接続して８０
０Ｖの電圧を印加し陽極接合を行う（図３（ｃ））。なおこの陽極接合の際に、シリコン
基板１１ａと個別電極１８及びダミー電極２７の間で等電位を取って、シリコン基板１１
ａと個別電極１８及びダミー電極２７の間で放電が起こらないようにする。このためダミ
ー電極２７が設けられた凹部２６の部分も、放電が起こるのを防止することができる。
シリコン基板１１ａとガラス基板１２ａを陽極接合した後に、２つの濃度の異なる水酸
化カリウム水溶液で、図３（ｃ）の工程で得られた接合基板をエッチングすることにより
、シリコン基板１１ａの全体を例えば厚さ１４０μｍになるまで薄板化する（図３（ｄ）
）。具体的には、３８重量％の水酸化カリウム水溶液で１６４分エッチングした後に、３
２重量％の水酸化カリウム水溶液で１０分エッチングを行うようにすればよい。このよう
に、２種類の異なる濃度の水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングを行うことにより、
エッチングされる表面の表面荒れを抑制し、またエッチングされる表面の微小突起の発生
も抑えることができる。

それから、シリコン基板１１ａのボロンドープ層３４と反対面の全面にプラズマＣＶＤ
によって厚さ１．５μｍのＴＥＯＳ膜を形成する。このプラズマＣＶＤによるＴＥＯＳ膜
の成膜条件は、例えば、温度３６０℃、高周波出力７００Ｗ、圧力３３．３Ｐａ（０．２
５Ｔｏｒｒ）、ＴＥＯＳ流量１００ｃｍ³／分（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃ
ｍ³／分（１０００ｓｃｃｍ）である。このＴＥＯＳ膜は、後の水酸化カリウム水溶液に
よるエッチングの際のエッチングマスクとなる。
そしてこのＴＥＯＳ膜に、吐出室１５となる凹部１５ａ、リザーバ１７となる凹部１７
ａ及び電極取出し部２５に対向する部分を形成するためのレジストをシリコン基板１１ａ
にパターニングし、例えば緩衝フッ酸溶液によって吐出室１５となる凹部１５ａの部分、
リザーバ１７となる凹部１７ａの部分及び電極取出し部２５に対向する部分のＴＥＯＳ膜
をエッチング除去する。

その後、シリコン基板１１ａを３５重量％の水酸化カリウム水溶液で、吐出室１５とな
る凹部１５ａの部分及び電極取出し部２５と対向する部分の厚さが１０μｍになるまでエ
ッチングして薄板化する。なおこのときリザーバ１７となる凹部１７ａの部分は、ＴＥＯ
Ｓ膜をハーフエッチングすることによりエッチングを遅らせている。
さらに、シリコン基板１１ａを３重量％の水酸化カリウム水溶液でエッチングを行い、
吐出室１５となる凹部１５ａとなる部分及び電極取出し部２５と対向する部分において、
ボロンドープ層３４によるエッチングストップが十分効くまでエッチングを続ける（図３
（ｅ））。ここでエッチングストップとは、エッチングされるシリコン基板１１ａの表面
から気泡が発生しなくなった状態をいうものとし、実際には気泡が発生しなくなるまでエ
ッチングを行う。これにより吐出室１５となる凹部１５ａ、リザーバ１７となる凹部１７
ａ及び電極取出し部２５に対向する部分が形成されることとなる。ここで電極取出し部２
５に対向する部分の大きさは、例えば奥行き２ｍｍ、幅１０ｍｍであり、電極取出し部２
５に対向する部分の厚さは、例えば振動板１４と同じ０．８μｍに形成される。
上記のように、２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を使用してエッチングを行
うことにより、吐出室１５の底壁である振動板１４の面荒れを０．０５μｍ以下に抑える
ことができ、液滴吐出ヘッド１０の吐出性能を安定化することができる。

図５は、図３（ｅ）のＡ−Ａ断面を示した図である。ガラス基板１２ａの電極取出し部
２５には、シリコン基板１１ａの電極取出し部２５と対向する部分を補強するための隔壁
２８が設けられており、シリコン基板１１ａと接合されている（図１参照）。このため、
薄板化されたシリコン基板１１ａの電極取出し部２５と対向する部分の面積が大きい場合
でも、この部分が割れることを防止することができる。

シリコン基板１１ａのエッチングが終了した後に、接合基板をフッ酸水溶液でエッチン
グしてシリコン基板１１ａに形成されたＴＥＯＳ膜を除去する。
またガラス基板１２ａの液滴供給口２３となる穴部２３ａにレーザー加工を施し、液滴
供給口２３がガラス基板１２ａを貫通するようにする。
さらに、シリコン基板１１ａの凹部２６（ダミー電極２７が形成されている）に対向す
る部分を、ピン等によって機械的に除去する（図４（ｆ））。これにより、凹部２６及び
これに連通するすべての凹部１９（個別電極１８が形成されている）が大気開放される。

図６は、図４（ｆ）のＢ−Ｂ断面を示した図である。図６に示すように、シリコン基板
１１ａの凹部２６に対向する部分が除去されている。この除去された部分は、例えば奥行
き２ｍｍ、幅０．５ｍｍであってピンの先端で押圧して除去できる大きさとなっている。
なお除去される部分の大きさは、図４（ｆ）の工程まで割れないように大きくしすぎない
ようにするのが望ましい。

次にシリコン基板１１ａの吐出室１５となる凹部１５ａ等の形成された面に、例えばＣ
ＶＤによってＴＥＯＳからなる液滴保護膜３２を、厚さ０．１μｍで形成する（図４（ｇ
））。このときの液滴保護膜３２の成膜条件は、例えば、温度３６０℃、高周波出力２５
０Ｗ、圧力６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ＴＥＯＳ流量１００ｃｍ³／分（１００ｓ
ｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ³／分（１０００ｓｃｃｍ）である。
この液滴保護膜３２を形成する工程では、温度３６０℃、圧力６６．７Ｐａ（０．５Ｔ
ｏｒｒ）という減圧状態となる。しかし、図４（ｆ）の工程でシリコン基板１１ａの凹部
２６に対向する部分が除去され、すべての凹部１９が大気開放されているため、この部分
と外部に圧力差が生じることがなく、薄板化されたシリコン基板１１ａの電極取出し部２
５と対向する部分が割れるのを防止することができる。

その後、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）によってシリコン基板
１１ａの電極取出し部２５に対向する部分を除去する（図４（ｈ））。このＲＩＥはドラ
イエッチングの一種であり、例えば出力２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、Ｃ
Ｆ₄流量３０ｃｍ³／分（３０ｓｃｃｍ）の条件で、シリコンマスクを用いて６０分行う。
この条件では、シリコン基板１１ａの電極取出し部２５に対向する部分をきれいに除去す
ることができ、ＩＴＯからなる個別電極１８の端子部１８ｃにダメージを与えることなく
エッチングすることができる。またすべての凹部１９が予め大気開放されているため、シ
リコン基板１１ａの電極取出し部２５に対向する部分に、開口の際の衝撃でクラックが発
生するのを防止することができる。
なお本実施形態１では、個別電極１８としてＩＴＯを用いているが、Ｃｒ等の金属を用
いることもできる。この場合、図４（ｈ）の工程で金属とエッチングガスが反応して、反
応生成物が個別電極１８の表面に再付着する。このため、Ｏ₂アッシングを行って反応生
成物を除去し、ＦＰＣの接続不良や抵抗の増大を防止するようにする。

それからシリコン基板１１ａに機械加工又はレーザー加工を行って、インク供給口２３
をリザーバ１７となる凹部１７まで貫通させる。
またギャップＧの空間に水等の液体が浸入しないように、封止材３３を電極取出し部２
５の部分に塗布してギャップＧの空間を封止する。なおこの封止材３３を塗布する工程の
後には、ＴＥＯＳ膜の形成等の接合基板が温度上昇する製造工程がないため、封止材３３
として有機材料を使用することができ、封止が容易となる。
そして例えばシリコンからなる厚さ１００μｍのノズル基板１３を、エポキシ系接着剤
で接合基板に接合する（図４（ｉ））。なおノズル基板１３は、接合基板に接合する前に
オリフィス１６となる細溝１６ａやノズル孔２２が形成されている。
最後にガラス基板１２ａの電極取出し部２５の部分をダイシングして、個々の液滴吐出
ヘッド１０を切り出して液滴吐出ヘッド１０が完成する。なお液滴吐出ヘッド１０が完成
した状態では、シリコン基板１１ａはキャビティ基板１１となり、ガラス基板１２ａは電
極基板１２となる。

図７は、図４（ｊ）のＣ−Ｃ断面を示した図である。図７に示すように、電極取出し口
２５の部分のボロンドープ層３４及び絶縁膜３１は除去され、隔壁２８と個別電極１８の
間には、０．２μｍのギャップＧ’が形成される。本実施形態１では、この電極取出し部
２５において端子部１８ｃとＦＰＣ（図示せず）を接続することにより、個別電極１８が
外部電源（図示せず）と電気的に接続される。端子部１８ｃとＦＰＣを接続するときは、
ＦＰＣに異方性導電接着剤を塗布して熱圧着により個別電極１８の端子部１８ｃと接続す
る。このとき異方性導電接着剤に混練される導電性粒子を数μｍの粒径とすることにより
、ギャップＧ’に関わらず端子部１８ｃとＦＰＣの電気的接続が可能となる。

本実施形態１では、電極取出し部２５に個別電極１８が形成される凹部１９を大気開放
するための凹部２６が形成されているガラス基板１２ａとシリコン基板１１ａとを接合し
、シリコン基板１１ａの電極取出し部２５に対向する部分を薄板化して、シリコン基板１
１ａの個別電極１８が形成される凹部１９を大気開放するための凹部２６に対向する部分
を除去する。このため、ドライエッチング等の減圧された状態でも薄板化された部分が撓
んで割れてしまうことがない。また、大気開放を行った後に、電極取出し部２５に対向す
る薄板化された部分をＲＩＥで除去して端子部１８ｃを露出するようにしているため、圧
力差によって除去する部分の周辺にクラックが発生するのを抑制することができる。
またガラス基板１２ａの電極取出し部２５に、シリコン基板１１ａの電極取出し部２５
に対向する部分を補強するための隔壁２８を形成するため、電極取出し部２５の面積が大
きい場合でも、シリコン基板１１ａの電極取出し部２５に対向する部分が割れるのを防止
することができる。
さらに個別電極１８が形成される凹部１９を大気開放するための凹部２６に、放電を
防止するためのダミー電極２７を形成するため、ガラス基板１２ａとシリコン基板１１ａ
を陽極接合するときに放電が起こるのを防止することができる。

実施形態２．
図８は、実施形態１の製造方法で得られた液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の１
例を示した斜視図である。図８に示す液滴吐出装置１００は、一般的なインクジェットプ
リンタである。
実施形態１に示す製造方法で得られた液滴吐出ヘッド１０は、上記のように割れやクラ
ックがなく、液滴吐出装置１００は吐出性能の高いものである。
なお実施形態１の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド１０は、図８に示すインジェット
プリンタの他に、液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造
、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出等にも適用することができる。

なお、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置は、
本発明の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変形するこ
とができる。例えば、大気開放用凹部の除去は、ピン等による機械加工の他に、レーザー
加工による除去でもよい。

本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。図１に示す液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図。図１及び図２に示す液滴吐出ヘッドの製造工程を示した縦断面図。図４の続きの製造工程を示す縦断面図。図３（ｅ）のＡ−Ａ断面を示した図。図４（ｆ）のＢ−Ｂ断面を示した図。図４（ｊ）のＣ−Ｃ断面を示した図。実施形態１の製造方法で得られた液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の１例を示した斜視図。

符号の説明

１０液滴吐出ヘッド、１１キャビティ基板、１２電極基板、１３ノズル基板、
１４振動板、１５吐出室、１５ａ凹部、１６オリフィス、１６ａ細溝、１７
リザーバ、１７ａ凹部、１８個別電極、１８ａ駆動部、１８ｂリード部、１８ｃ
端子部、１９凹部、２２ノズル孔、２３液滴供給口、２５電極取出し部、２６
凹部、２７ダミー電極、２８隔壁、３１絶縁膜、３２液滴保護膜、３３封止
材、３４ボロンドープ層、１００液滴吐出装置。

Claims

外部電源と接続するための電極取出し部まで伸びる個別電極が形成される電極用凹部と
、前記電極用凹部を大気開放するための大気開放用凹部とが形成されている電極基板と、
液滴を溜めておく吐出室となる凹部が形成されるキャビティ基板とを、前記個別電極と前
記吐出室の底面を構成する振動板がギャップを有して対向するように接合させ、
前記キャビティ基板の前記電極取出し部に対向する部分を薄板化して、その後に前記キ
ャビティ基板の前記大気開放用凹部に対向する部分を除去し、前記電極用凹部内を大気開
放することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記電極基板をエッチングして前記電極用凹部と前記大気開放用凹部とを形成する工程
において、前記電極基板の電極取出し部に、前記電極基板と前記キャビティ基板の接合時
に前記キャビティ基板の電極取出し部に対向する部分を補強する隔壁を形成することを特
徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記電極基板に個別電極を含む電極を形成するときに、前記大気開放用凹部に、放電を
防止するためのダミー電極を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘ
ッドの製造方法。
前記電極基板をエッチングして前記電極用凹部と前記大気開放用凹部とを形成するとき
に、前記大気開放用凹部と、前記電極用凹部を、互いに連通するように形成することを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記キャビティ基板の電極取出し部に対向する部分を薄板化するときに、同時に吐出室
となる凹部を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド
の製造方法。
前記キャビティ基板の前記大気開放用凹部に対向する部分を機械加工して除去すること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記キャビティ基板の前記大気開放用凹部に対向する部分を除去した後に、前記キャビ
ティ基板の電極取出し部に対向する部分をドライエッチングで除去することを特徴とする
請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記電極基板と前記キャビティ基板を接合した後に、前記キャビティ基板全体をエッチ
ングにより薄板化することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド
の製造方法。
前記電極基板をホウ珪酸ガラスから形成し、前記キャビティ基板をシリコンから形成す
ることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
凹部が形成され、該凹部内に、外部電源と接続するための電極取出し部まで伸びる個別
電極が設けられた電極基板と、液滴が蓄えられる吐出室となる凹部を有するキャビティ基
板を備え、前記電極基板と前記キャビティ基板とが、前記個別電極と前記吐出室の底面を
構成する振動板がギャップを有して対向するように接合されており、
前記電極基板の電極取出し部には、前記個別電極が形成された電極用凹部以外に、該電
極用凹部を大気開放するための大気開放用凹部が形成されていることを特徴とする液滴吐
出ヘッド。
前記電極基板がホウ珪酸ガラスからなり、前記キャビティ基板がシリコンからなること
を特徴とする請求項１０記載の液滴吐出ヘッド。
請求項１０又は１１記載の液滴吐出ヘッドを搭載していることを特徴とする液滴吐出装
置。