JP2006224568A - 液体噴射ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流路ユニットを構成する流路形成基板の破損を防止しうる液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】圧力発生室１９とインク貯留室１７を含む空間が形成された流路形成基板１１と、上記流路形成基板１１の一面に積層されたノズルプレート１０と、上記流路形成基板１１の他面に積層された振動板１２とを備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、上記流路形成基板１１は結晶面方位（１１０）面が表面となる単結晶シリコン基板から形成され、上記流路形成基板１１を上記（１１０）面から異方性エッチングして基板の一面から他面に貫通するインク貯留室１７を形成する際に、上記（１１０）面に対して傾斜する（１１１）面を現出させて、上記インク貯留室１７の内壁面に基板の板面方向に延び、流路形成基板１１の内壁面のノズルプレート１０側が内側に突出する段部３０を形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、液体カートリッジ等から供給された液体を液滴として噴射する液体噴射ヘッドに係るものであり、詳しくは流路ユニットを構成する流路形成基板の破損を防止しうる液体噴射ヘッドおよびその製造方法に関するものである。

液体噴射装置の代表例であるインクジェット式記録装置においては、圧力発生室を加圧する圧力発生手段と、加圧されたインクをインク滴として噴射するノズル開口とを有するインクジェット式の記録ヘッド（液体噴射ヘッド）がキャリッジに搭載されて構成されている。

そして、１枚の基板に複数のノズル開口を配置したマルチノズル型インクジェット式記録ヘッドは、複数のノズル開口が穿設されたノズルプレートと、圧力発生室やインク供給流路となる空間が形成された流路形成基板と、他方の面を封止する振動板とが積層されて接合され、圧電振動子による振動板の変形応力により圧力発生室に圧力を発生させ、ノズル開口からインク滴を噴射させるように構成されている（例えば下記の特許文献１）。

図８および図９は、従来の記録ヘッドにおける流路形成基板５０を示す。この流路形成基板５０は、列設された圧力発生室５１と、上記圧力発生室５１の列に沿って設けられ、各圧力発生室５１に対してインク供給路５２を介して供給するインクを貯留するインク貯留室５３とを備えている。この例では圧力発生室５１の列が２列形成され、各圧力発生室５１の列に対応して１つずつ合計２つのインク貯留室５３が設けられている。

上記流路形成基板５０は、単結晶シリコン基板を異方性エッチングすることにより圧力発生室５１、インク供給路５２、インク貯留室５３に対応する空間が形成されており、上記インク貯留室５３は、基板の一面から他面にわたって上下に貫通する空間として形成されている。

上記記録ヘッドでは、インク貯留室５３の圧力発生室５１の列方向端部（図８のＫ部，図９のＬ部）において、インク貯留室５３の幅が先細り状になるように絞ることにより、インク貯留室５３端部に滞留した気泡の排出性を向上させている（下記特許文献１参照）。

そして、図１０に示すように、上記流路形成基板５０では、インク貯留室５３の圧力発生室５１の列方向端部（図８のＫ部，図９のＬ部）において、インク貯留室５３の幅が先細り状になった部分に、厚み方向の中央部近傍に、断面三角形の突部５４が形成されている。この突部５４は、単結晶シリコン基板の異方性エッチングによりインク貯留室５３を形成する過程でできるものである。

図１１は、上記従来の上記流路形成基板５０の製造工程を示す図である。まず、結晶方位（１１０）面が表面となるよう切り出された単結晶シリコン基板５５を準備し、樹脂レジストのフォトエッチングにより、シリコン基板５５の両面に酸化シリコン膜５６のパターンを形成する（図１１（ａ））。図示の状態では、上記パターニングにより、シリコン基板５５の上下面にインク貯留室５３となる部分に酸化シリコン膜５６が存在しないエッチング領域５７が形成されている。

ついで、水酸化カリウム水溶液等のエッチング液で異方性エッチングを行い、単結晶シリコン基板５５の上下両面のエッチング領域５７表面からエッチングを行う。このとき、上記（１１０）面に対して約３５度傾斜した（１１１）面が現出してエッチングが進行し（図１１（ｂ））、上下両面のエッチング部分が連通して貫通した状態では、上面から現出した（１１１）面と下面から現出した（１１１）面とが出会って、２つの（１１１）面で稜が形成される（図１１（ｃ））。

上下の（１１１）面が出会って稜が形成されると、酸化シリコン膜５６の端部、すなわち、酸化シリコン膜５６でマスキングされた領域と酸化シリコン膜５６が存在しないエッチング領域との境界部分で、上記（１１０）面に垂直な（１１１）面が現出してエッチングが進行する（図１１（ｄ））。そして、このようなエッチング挙動によって最終的に、インク貯留室５３の圧力発生室５１の列方向端部に断面三角形の突部５４が形成されるのである。
特開２０００−６２１６４号

しかしながら、流路形成基板５０に、上記のような突部５４が形成されると、上記突部５４先端の稜の部分と壁面とが接触するところに応力集中が起きやすい。特に、上記突部５４が、インク貯留室５３の先細り状に絞られた端部に存在すると、その部分により一層応力が集中することとなる。そして、この部分に応力集中が生じると、製造工程におけるハンドリングの際に流路形成基板５０に亀裂が入ってしまって不良品となり、製品歩留まりが低下するという問題があった。また、インク貯留室５３の内壁面に上記のような突部５４が存在すると、インクの流れが突部５４に遮られ、インク貯留室５３内に滞留する気泡をノズル開口から強制吸引して排出する際の気泡排出性が悪くなるという問題がある。特に、インク貯留室５３のノズル列端部近傍は気泡の排出性が問題になりやすい箇所であり、このような場所に突部５４が存在するのは、気泡排出性に与える悪影響が大きい。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、流路ユニットを構成する流路形成基板の破損を防止しうる液体噴射ヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の液体噴射ヘッドは、列設された圧力発生室と上記各圧力発生室に供給する液体を貯留する液体貯留室を含む空間が形成された流路形成基板と、上記流路形成基板の一面に積層されて圧力発生室内の液体を噴射するノズル開口が列設されたノズルプレートと、上記流路形成基板の他面に積層されて上記空間を封止する封止板とを備え、上記流路形成基板は単結晶シリコン基板から形成されるとともに、上記液体貯留室は基板の一面から他面に貫通する空間として形成され、上記液体貯留室の内壁面に基板の板面方向に延びる段部が形成されていることを要旨とする。

また、上記課題を解決するため、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、列設された圧力発生室と上記各圧力発生室に供給する液体を貯留する液体貯留室を含む空間が形成された流路形成基板と、上記流路形成基板の一面に積層されて圧力発生室内の液体を噴射するノズル開口が列設されたノズルプレートと、上記流路形成基板の他面に積層されて上記空間を封止する封止板とを備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、上記流路形成基板は結晶面方位（１１０）面が表面となる単結晶シリコン基板から形成され、上記流路形成基板を上記（１１０）面から異方性エッチングして基板の一面から他面に貫通する液体貯留室を形成する際に、上記液体貯留室の内壁面に基板の板面方向に延びる段部を形成することを要旨とする。

すなわち、本発明の液体噴射ヘッドは、上記流路形成基板は単結晶シリコン基板から形成されるとともに、上記液体貯留室は基板の一面から他面に貫通する空間として形成され、上記液体貯留室の内壁面に基板の板面方向に延びる段部が形成されている。このように、上記液体貯留室の内壁面に基板の板面方向に延びる段部を形成することにより、液体貯留室内壁部分の応力集中を緩和し、製造工程におけるハンドリング等の際の流路形成基板の破損を防止し、製品歩留まりが向上する。また、従来のような突部ではなく、段部とすることにより、液体の流れがスムーズになって強制吸引による気泡の排出性を向上させる。

本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記流路形成基板は、結晶面方位（１１０）面が表面となる単結晶シリコン基板からなり、上記段部は上記（１１０）面に対して傾斜する（１１１）面が現出して形成されたものである場合には、単結晶シリコン基板の異方性エッチング等により段部を形成させやすく、段部が傾斜面であることから、段部と内壁面で形成する隅の角度が大きくなり応力集中の緩和効果が高くなる。

本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記段部は、ノズルプレート側に向かって下り傾斜する傾斜面で形成されている場合には、液体の流れに沿った下り傾斜面となり、液体の流れがスムーズになって強制吸引による気泡の排出性が向上する。

本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記段部は流路形成基板の内壁面のノズルプレート側が内側に突出する段である場合には、単結晶シリコン基板を両面から異方性エッチングすることによる段部の形成が比較的容易に行える。また、液体の流れがスムーズになって強制吸引による気泡の排出性が向上する。

本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記段部は、液体貯留室のノズル列方向の端部に形成されている場合には、当該端部が応力集中による破損の起きやすい場所であることから、この部分での応力集中を緩和することによる流路形成基板の破損を防止する効果が高い。また、当該端部は気泡の排出性が問題になりやすいところであることから、液体の流れをスムーズにして気泡排出性を向上させる効果が顕著に現れる。

本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記段部は、液体貯留室の端部領域が先細り状に絞られた最端部に形成されている場合には、当該最端部が応力集中による破損の起きやすい場所であることから、この部分での応力集中を緩和することによる流路形成基板の破損を防止する効果が高い。また、当該最端部は気泡の排出性が問題になりやすいところであることから、液体の流れをスムーズにして気泡排出性を向上させる効果が顕著に現れる。

本発明の液体噴射ヘッドにおいて、上記液体貯留室は、上記結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面が現出してその内壁面が形成され、上記段部は、結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面のうち一方の（１１１）面がストレート状に現出したストレート面と、結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面が階段状に現出した階段状面との境界部分に形成されている場合には、上記ストレート面と階段状面との境界部分では、上記ストレート面の（１１１）面に沿ってクラックが入りやすくなるため、当該部分での応力集中を緩和することによる流路形成基板の破損を防止する効果が高い。

本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、上記流路形成基板は結晶面方位（１１０）面が表面となる単結晶シリコン基板から形成され、上記流路形成基板を上記（１１０）面から異方性エッチングして基板の一面から他面に貫通する液体貯留室を形成する際に、上記液体貯留室の内壁面に基板の板面方向に延びる段部を形成する。このように、異方性エッチングで液体貯留室の内壁面に基板の板面方向に延びる段部を形成することにより、液体貯留室内壁部分の応力集中を緩和し、製造工程におけるハンドリング等の際の流路形成基板の破損を防止し、製品歩留まりが向上する。また、従来のような突部ではなく、段部とすることにより、得られた液体噴射ヘッドは、液体の流れがスムーズになって強制吸引による気泡の排出性が向上する。

本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記段部は上記（１１０）面に対して傾斜する（１１１）面を現出させて形成する場合には、単結晶シリコン基板の異方性エッチングにより段部を形成させやすく、段部が傾斜面であることから、段部と内壁面で形成する隅の角度が大きくなり応力集中の緩和効果が高くなる。

本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、流路形成基板の一面側と他面側にエッチング保護膜のパターンを形成して両面のエッチング領域を異方性エッチングして液体貯留室を形成する際、上記一面側と他面側でエッチング保護膜とエッチング領域の境界をずらせた状態で上記異方性エッチングを行うことにより上記段部を形成する場合には、単結晶シリコン基板を両面から異方性エッチングすることによる段部の形成が比較的容易に行える。

本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記ノズルプレート側の面のエッチング保護膜とエッチング領域の境界を、振動板側の面のエッチング保護膜とエッチング領域の境界よりも液体貯留室となる領域側にずらせるように配置することにより、上記段部を流路形成基板の内壁面のノズルプレート側が内側に突出する段とする場合には、単結晶シリコン基板を両面から異方性エッチングすることによる段部の形成が比較的容易に行える。

本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記段部を、液体貯留室のノズル列方向の端部に形成する場合には、当該端部が応力集中による破損の起きやすい場所であることから、この部分での応力集中を緩和することによる流路形成基板の破損を防止する効果が高い。また、当該端部は気泡の排出性が問題になりやすいところであることから、液体の流れをスムーズにして気泡排出性を向上させる効果が顕著に現れる。

本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記段部を、液体貯留室の端部領域が先細り状に絞られた最端部に形成する場合には、当該最端部が応力集中による破損の起きやすい場所であることから、この部分での応力集中を緩和することによる流路形成基板の破損を防止する効果が高い。また、当該最端部は気泡の排出性が問題になりやすいところであることから、液体の流れをスムーズにして気泡排出性を向上させる効果が顕著に現れる。

本発明の液体噴射ヘッドの製造方法において、上記液体貯留室を、上記結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面を現出させてその内壁面を形成し、上記段部は、結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面のうち一方の（１１１）面がストレート状に現出したストレート面と、結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面が階段状に現出した階段状面との境界部分に形成する場合には、上記ストレート面と階段状面との境界部分では、上記ストレート面の（１１１）面に沿ってクラックが入りやすくなるため、当該部分での応力集中を緩和することによる流路形成基板の破損を防止する効果が高い。

つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。

図１および図２は、本発明の液体噴射ヘッドを適用したインクジェット式の記録ヘッド１の構造の一例を示す図である。この記録ヘッド１は、圧力発生手段としての圧電振動子１４が収容されるヘッドケース１６と、このヘッドケース１６のユニット固着面に接着剤等で固着される流路ユニット２６とを備えている。

上記流路ユニット２６は、列設された圧力発生室１９と上記各圧力発生室１９に供給するインクを貯留するインク貯留室１７を含む流路空間が形成された流路形成基板１１と、上記流路形成基板１１の一面に積層されて圧力発生室１９内のインクを噴射するノズル開口１５が形成されたノズルプレート１０と、上記流路形成基板１１の他面に積層されて圧力発生室１９を含む流路空間を封止する振動板（封止板）１２とが積層されて構成されている。

上記ノズルプレート１０は、ノズル開口１５が複数列設されてノズル列２５が形成され、この例では２列のノズル列２５が形成されてそれぞれ異なる種類のインクを噴射するようになっている。このノズルプレート１０は、ステンレス板から形成されている。

上記流路形成基板１１は、上記各ノズル開口１５に連通する圧力発生室１９が列設されている。また、各圧力発生室１９にインク供給路１８を介して連通して各圧力発生室１９に対して供給するインクを貯留する共通のインク貯留室１７が、上記圧力発生室１９の列に沿って配置されるよう形成されている。

上記ノズル列２５は、図２における紙面に垂直な方向に設けられている。そして、この例では、上記ノズル列２５が２列設けられ、各ノズル列２５に対応するよう圧力発生室１９の列も２列設けられている。各圧力発生室１９の列に対応してそれぞれ１つずつのインク貯留室１７が設けられている。そして、上記流路形成基板１１は、Ｓｉ単結晶基板をエッチングすることにより形成されている。

上記振動板１２は、ポリフェニレンサルファイドフィルムからなり、ステンレス板製の島部１３等がラミネートされて形成されている。

そして、上記流路形成基板１１の一面にノズルプレート１０が積層され、他面に振動板１２が島部１３を外側に配置するように積層されて流路ユニット２６が構成されている。上記流路形成基板１１、ノズルプレート１０、振動板１２に接着剤が塗布され、所定の高温に加熱保持して接合したのち室温まで冷却することにより、上記流路ユニット２６がつくられる。

一方、上記ヘッドケース１６は、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が射出成形されてなり、上下に貫通する収容空間２１に、上記各圧力発生室１９に対応するよう圧電振動子１４が収容されるようになっている。上記収容空間２１はノズル列２５の方向に延び、ノズル列２５に対応して２つ設けられている。上記圧電振動子１４は、縦振動モードの圧電振動子１４であり、後端側が固定板２０に固着されている。

そして、上記ヘッドケース１６のユニット固着面に、流路ユニット２６の振動板１２側が接着剤で接合された状態で、圧電振動子１４の先端面が振動板１２の島部１３に固着されるとともに、固定板２０がヘッドケース１６に接着固定されることにより、記録ヘッド１が構成されている。

上記構成の記録ヘッド１は、駆動回路２３で発生させた駆動信号をフレキシブル回路板２２を介して圧電振動子１４に入力することにより、圧電振動子１４が長手方向に伸縮される。この圧電振動子１４の伸縮により、振動板１２の島部１３を振動させて圧力発生室１９内の圧力を変化させ、圧力発生室１９内のインクをノズル開口１５からインク滴として吐出させるようになっている。図において、２４はインク貯留室１７にインクを供給するインク流路２４であり、２７はヘッドカバーである。

上記記録ヘッド１は、記録用紙の紙幅方向に往復移動するキャリッジに取り付けられ、キャリッジを移動させながら記録用紙上にインク滴を吐出させ、記録用紙に画像や文字をドットマトリックスにより印刷するようになっている。

図３〜図５は上記流路形成基板１１を示す図であり、図３は流路形成基板１１の全体を示す平面図、図４はその要部（図３におけるＫ部）を示す平面図、図５はそのさらに要部（図４におけるＬ部）を示す斜視図と断面図である。

上記流路形成基板１１は、上記各ノズル列２５を形成する各ノズル開口１５に対応して圧力発生室１９が列設され、列設された各圧力発生室１９の列に沿ってノズル列２５方向に延びるインク貯留室１７が設けられている。上記インク貯留室１７と圧力発生室１９は、それぞれインク供給路１８を介して連通している。

上記流路形成基板１１は単結晶シリコン基板４０（図６参照）を異方性エッチングすることにより形成されたものであり、上記インク貯留室１７となる空間は流路形成基板１１の一面（ノズルプレート１０側）から他面（振動板１２側）にわたって上下に貫通する空間として形成されている。上記圧力発生室１９およびインク供給路１８は、この例では流路形成基板１１の振動板１２側の面に凹溝状に形成されている。上記圧力発生室１９の先端部には、圧力発生室１９とノズル開口１５を連通させる連通口２９が形成されている。

図５に示すように、上記流路形成基板１１には、上記インク貯留室１７の内壁面に基板の板面方向に延びる段部３０が形成されている。上記段部３０は、インク貯留室１７のノズル列２５方向の端部に形成され、インク貯留室１７の端部領域が先細り状に絞られた最端部３３に形成されている。

ここで、上記流路形成基板１１を構成する単結晶シリコン基板４０は、結晶面方位（１１０）面が表面になるように切り出されたものである。すなわち、ノズルプレート１０が接合される一面と、振動板１２が接合される他面はいずれも結晶面方位（１１０）面が表面に現出した面になっている。

そして、詳しくは後述するが、上記流路形成基板１１の圧力発生室１９、インク供給路１８およびインク貯留室１７は、単結晶シリコン基板４０を異方性エッチングすることにより空間をつくって形成されたものである。そして、結晶面方位（１１０）面が表面に現出した単結晶シリコン基板４０を異方性エッチングして上下に貫通する空間を形成する場合、上記（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面が内壁面として現出する。

したがって、上記インク貯留室１７は、上記結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面が現出してその内壁面が形成されている。上記２つの（１１０）面は、互いに約７０°（または１１０°）の一定角度を有することから、内壁面が（１１０）面と平行であれば（１１０）面がストレート状に現出したストレート面となり、内壁面が（１１０）面と平行でない面は、補正パターンを形成し、それがエッチングされることで、２つの（１１０）面が階段状に現出した階段状面となる。

一方、インク貯留室１７の端部領域は、当該端部領域に滞留する気泡の排出性を向上させるために、先細り状に絞られた形状に形成されている。このようにすることにより、ノズル開口１５に負圧を作用させて強制吸引したときにインク供給路１８に作用する負圧が、当該端部領域に直接的に作用しやすくなり、当該端部領域に滞留する気泡を排出しやすくなる。

このように、インク貯留室１７の端部領域は先細り状に絞られた形状に形成され、２つある端部領域のうちの片側の端部領域は、結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面のうち一方の（１１１）面がストレート状に現出したストレート面３１と、結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面が階段状に現出した階段状面３２とで先細り状に絞られた形状が形成されている（図３のＫ部、図４参照）。このようなストレート面３１と階段状面３２とで形成された先細り部は、対向する圧力発生室１９を挟んで設けられた２つのインク貯留室１７において対角状に配置されている（図３参照）。

そして、上記段部３０は、上記ストレート面３１と階段状面３２とで形成された先細り部における、上記ストレート面３１と階段状面３２の境界部分にあたるインク貯留室１７の最端部３３に形成されている（図４参照）。

また、図５（ｂ）に示すように、上記段部３０は、結晶面方位（１１０）面に垂直な（１１１）面が現出して形成されるインク貯留室１７の内壁面において、流路形成基板１１の厚みのおよそ半分程度の位置に形成され、段部３０よりも振動板１２側の内壁面も段部３０よりもノズルプレート１０側の内壁面も、結晶面方位（１１０）面に垂直な（１１１）面が現出して形成されている。そして、上記段部３０は、上記結晶面方位（１１０）面に対して約３５°の角度で傾斜する（１１１）面が現出して形成されたものであり、ノズルプレート１０側に向かって下り傾斜する傾斜面に形成されている。そして、上記段部３０は、流路形成基板１１のノズルプレート１０側の内壁面が内側に突出した段である。

つぎに、本発明の記録ヘッド１の製造方法について説明する。

図６および図７は、本発明の記録ヘッド１に適用される上記構成の流路形成基板１１の製造工程の一例を説明する図である。

図６（ａ）に示すように、まず、単結晶シリコン基板４０を準備する。この単結晶シリコン基板４０は、流路形成基板１１として機能するに必要な所定の厚み（例えば２２０μｍ）であり、表面および裏面が結晶方位（１１０）となるように切り出されている。また、この単結晶シリコン基板４０は、熱酸化法により形成された厚み１μｍ程度の二酸化珪素膜等の異方性エッチング液に対するエッチング保護膜４１が形成されている。

図６（ｂ）に示すように、エッチング保護膜４１が形成された単結晶シリコン基板４０の表面および裏面に光硬化性感光層を形成し、貫通部であるインク貯留室１７、連通口２９および凹部である圧力発生室１９、インク供給路１８に対応する鏡像関係にあるパターンを表裏両面から位置合わせした上で露光する。ついでこの基板をフォトリソグラフィ用薬剤に浸漬すると、露光を受けた領域、すなわちインク貯留室１７等を形成するべき領域の感光層が未硬化で選択的に溶解し、硬化したレジスト層４２と、感光層が除去された窓４３、４４が形成される。

このとき、段部３０を形成する部分では、振動板１２側になる面とノズルプレート１０側になる面とで、レジスト層４２と窓４３，４４との境界部の位置をずらせている。すなわち、振動板１２側になる面のレジスト層４２と窓４３の境界部よりも、ノズルプレート１０側になる面のレジスト層４２と窓４４の境界部の方が、インク貯留室１７となる領域側（図では内側）に位置するようにずれている。

図６（ｃ）に示すように、上記状態でフッ化水素液によってエッチングを実行すると、インク貯留室１７等を形成すべき領域の窓４３、４４から露出しているエッチング保護膜４１がエッチング除去されて、後に異方性エッチングされてインク貯留室１７等が形成されるエッチング領域４５，４６の単結晶シリコンが露出する。

図６（ｄ）に示すように、その後、残ったレジスト層４２を除去し、エッチング保護膜４１のパターンと、エッチング保護膜４１が除去されたエッチング領域４５，４６とが形成される。この状態で、段部３０を形成する部分では、振動板１２側になる面とノズルプレート１０側になる面とで、エッチング保護膜４１とエッチング領域４５，４６との境界部の位置をずらせている。すなわち、振動板１２側になる面のエッチング保護膜４１とエッチング領域４５との境界部よりも、ノズルプレート１０側になる面のエッチング保護膜４１とエッチング領域４５との境界部の方が、インク貯留室１７となるエッチング領域４５，４６側（図では内側）に位置するようにずらして配置している。

つぎに、上記のようにしてエッチング保護膜４１のパターンが形成された単結晶シリコン基板４０を異方性エッチングする。

図７（ａ）に示すように、まず、エッチング保護膜４１のパターンが形成された単結晶シリコン基板４０を準備し、一定温度（例えば８０℃）に保温された濃度１７％程度の水酸化カリウムの水溶液等のエッチング液を用いてエッチングを実行すると、エッチング保護膜４１が存在しないエッチング領域４５，４６の部分だけがエッチング除去される。

図７（ｂ）に示すように、このエッチングは毎分２μｍ程度の速度で両面からエッチングが進行するが、このとき、結晶方位（１１０）面の表面および裏面に対して約３５°の角度を有する結晶方位（１１１）面を発現させながら（１１０）面と平行に深さ方向にエッチングが進行する。

図７（ｃ）に示すように、さらにエッチングが進行すると、表面のエッチング部と裏面のエッチング部が連通して貫通部が形成される。また、それまでのエッチングで発現した３５°の傾斜面である（１１１）面がエッチング保護膜４１とエッチング領域４５，４６との境界部に達する。このとき、振動板１２側になる面のエッチング保護膜４１とエッチング領域４５との境界部よりも、ノズルプレート１０側になる面のエッチング保護膜４１とエッチング領域４５との境界部の方が、インク貯留室１７となるエッチング領域４５，４６側に位置するようにずらしていることから、そのずれ分だけ、（１１０）面と平行な面が残った突部４７が形成される。

図７（ｄ）に示すように、さらにエッチングが進行すると、エッチング保護膜４１とエッチング領域４５，４６との境界部では、表面および裏面である（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面を発現させながらエッチングが進行する。このとき、エッチングの進行に伴って、上記突部４７は徐々にエッチングで小さくなる。

図７（ｅ）に示すように、さらにエッチングが進行すると、インク貯留室１７が貫通部として形成される。このとき、上記突部４７は完全にエッチングで消失し、インク貯留室１７の内壁面は（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面が現出して構成されるが、流路形成基板１１の厚みのおよそ半分程度の位置に、上記結晶面方位（１１０）面に対して約３５°の角度で傾斜する（１１１）面が現出して形成された段部３０が形成される。上記段部３０は、ノズルプレート１０側に向かって下り傾斜する傾斜面に形成され、流路形成基板１１のノズルプレート１０側の内壁面が内側に突出した段である。

その後、エッチング保護膜４１をフッ化水素により除去した後、再び熱酸化を行って露出面、全面に保護膜として十分な厚み（例えば１μｍ程度）の二酸化珪素膜を形成して、インクに対する保護膜とすることが行われ、流路形成基板１１が得られる。

上記のようにして形成した流路形成基板１１は、ノズルプレート１０、振動板１２と積層して接合されて流路ユニット２６を形成し、この流路ユニット２６をヘッドケース１６と接合し、圧電振動子１４を組み込んで本発明の記録ヘッド１が得られる（図１および図２参照）。

上述した本発明の製造方法によれば、異方性エッチングでインク貯留室１７の内壁面に基板の板面方向に延びる段部３０を形成することにより、インク貯留室１７内壁部分の応力集中を緩和し、製造工程におけるハンドリング等の際の流路形成基板１１の破損を防止し、製品歩留まりが向上する。また、従来のような突部ではなく、段部３０とすることにより、得られた記録ヘッド１は、液体の流れがスムーズになって強制吸引による気泡の排出性が向上する。

また、上記段部は上記（１１０）面に対して傾斜する（１１１）面を現出させて形成するため、単結晶シリコン基板４０の異方性エッチングにより段部３０を形成させやすく、段部３０が傾斜面であることから、段部３０と内壁面で形成する隅の角度が大きくなり応力集中の緩和効果が高くなる。

また、流路形成基板１１の一面側と他面側にエッチング保護膜４１のパターンを形成して両面のエッチング領域４５，４６を異方性エッチングしてインク貯留室１７を形成する際、上記一面側と他面側でエッチング保護膜４１とエッチング領域４５，４６の境界をずらせた状態で上記異方性エッチングを行うことにより上記段部３０を形成する場合には、単結晶シリコン基板４０を両面から異方性エッチングすることによる段部３０の形成が比較的容易に行える。

また、上記ノズルプレート１０側の面のエッチング保護膜４１とエッチング領域４６の境界を、振動板１２側の面のエッチング保護膜４１とエッチング領域４５の境界よりもインク貯留室１７となる領域側にずらせるように配置することにより、上記段部３０を流路形成基板１１の内壁面のノズルプレート１０側が内側に突出する段とする場合には、単結晶シリコン基板４０を両面から異方性エッチングすることによる段部３０の形成が比較的容易に行える。

また、上記のようにして得られた記録ヘッド１は、上記インク貯留室１７の内壁面に基板の板面方向に延びる段部３０を形成することにより、インク貯留室１７内壁部分の応力集中を緩和し、製造工程におけるハンドリング等の際の流路形成基板１１の破損を防止し、製品歩留まりが向上する。また、従来のような突部ではなく、段部３０とすることにより、液体の流れがスムーズになって強制吸引による気泡の排出性を向上させる。

また、上記流路形成基板１１は、結晶面方位（１１０）面が表面となる単結晶シリコン基板４０からなり、上記段部３０は上記（１１０）面に対して傾斜する（１１１）面が現出して形成されたものであるため、単結晶シリコン基板４０の異方性エッチング等により段部３０を形成させやすく、段部３０が傾斜面であることから、段部３０と内壁面で形成する隅の角度が大きくなり応力集中の緩和効果が高くなる。

また、上記段部３０は、ノズルプレート１０側に向かって下り傾斜する傾斜面で形成されているため、インクの流れに沿った下り傾斜面となり、インクの流れがスムーズになって強制吸引による気泡の排出性が向上する。

また、上記段部３０は流路形成基板１１の内壁面のノズルプレート１０側が内側に突出する段である場合には、単結晶シリコン基板４０を両面から異方性エッチングすることによる段部３０の形成が比較的容易に行える。また、インクの流れがスムーズになって強制吸引による気泡の排出性が向上する。

また、上記段部３０は、インク貯留室１７のノズル列２５方向の端部に形成されているため、当該端部が応力集中による破損の起きやすい場所であることから、この部分での応力集中を緩和することによる流路形成基板１１の破損を防止する効果が高い。また、当該端部は気泡の排出性が問題になりやすいところであることから、インクの流れをスムーズにして気泡排出性を向上させる効果が顕著に現れる。

また、上記段部３０は、インク貯留室１７の端部領域が先細り状に絞られた最端部３３に形成されているため、当該最端部３３が応力集中による破損の起きやすい場所であることから、この部分での応力集中を緩和することによる流路形成基板１１の破損を防止する効果が高い。また、当該最端部３３は気泡の排出性が問題になりやすいところであることから、インクの流れをスムーズにして気泡排出性を向上させる効果が顕著に現れる。

また、上記インク貯留室１７は、上記結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面が現出してその内壁面が形成され、上記段部３０は、結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面のうち一方の（１１１）面がストレート状に現出したストレート面３１と、結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面が階段状に現出した階段状面３２との境界部分に形成されているため、上記ストレート面３１と階段状面３２との境界部分では、上記ストレート面３１の（１１１）面に沿ってクラックが入りやすくなるため、当該部分での応力集中を緩和することによる流路形成基板１１の破損を防止する効果が高い。

なお、上述した説明は、ノズル列２５が２列でインク貯留室１７が２つ設けられた流路形成基板１１について説明したが、これに限定するものではなく、ノズル列２５が３列以上でインク貯留室１７が３つ以上形成された流路形成基板１１や、複数のノズル列２５に対応する複数のインク貯留室１７が連通した流路形成基板１１にも適用することができる。この場合も、同様の作用効果を奏する。

上記各実施例では、縦振動モードの圧電振動子１４を備えた記録ヘッド１について説明したが、これに限定するものではなく、本発明は撓み振動モードの圧電振動子を備えた記録ヘッド１に適用することもできるし、圧力発生手段として圧電振動子ではなく、圧力発生室内部の液体を加熱して気泡を発生させるバブルジェット（登録商標）タイプの記録ヘッド１に適用することも可能である。

本発明は、液体噴射装置に適用可能であり、その代表例としては、画像記録用のインクジェット式記録ヘッド１を備えたインクジェット式記録装置がある。その他の液体噴射装置としては、例えば液晶ディスプレー等のカラーフィルタ製造に用いられる色材噴射ヘッドを備えた装置、有機ＥＬディスプレー、面発光ディスプレー（ＦＥＤ）等の電極形成に用いられる電極材（導電ペースト）噴射ヘッドを備えた装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドを備えた装置、精密ピペットとしての試料噴射ヘッドを備えた装置等があげられる。

本発明が適用される記録ヘッドの一例を示す分解斜視図である。 上記記録ヘッドを示す断面図である。 流路形成基板を示す平面図である。 流路形成基板の要部を示す平面図である。 流路形成基板の要部を示す斜視図およびＡ−Ａ断面図である。 本発明の製造方法を説明する工程図である。 本発明の製造方法を説明する工程図である。 従来品の流路形成基板を示す平面図である。 上記従来品の流路形成基板の要部を示す平面図である。 上記従来品の流路形成基板の要部を示す斜視図およびＡ−Ａ断面図である。 上記従来品の製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１ 記録ヘッド，１０ ノズルプレート，１１ 流路形成基板，１２ 振動板，１３ 島部，１４ 圧電振動子，１５ ノズル開口，１６ ヘッドケース，１７ インク貯留室，１８ インク供給路，１９ 圧力発生室，２０ 固定板，２１ 収容空間，２２ フレキシブル回路板，２３ 駆動回路，２４ インク流路，２５ ノズル列，２６ 流路ユニット，２７ ヘッドカバー，２９ 連通口，３０ 段部，３１ ストレート面，３２ 階段状面，３３ 最端部，４０ 単結晶シリコン基板，４１ エッチング保護膜，４２ レジスト層，４３ 窓，４４ 窓，４５ エッチング領域，４６ エッチング領域，４７ 突部，５０ 流路形成基板，５１ 圧力発生室，５２ インク供給路，５３ インク貯留室，５４ 突部，５５ 単結晶シリコン基板，５６ 酸化シリコン膜，５７ エッチング領域

Claims (14)

1. 列設された圧力発生室と上記各圧力発生室に供給する液体を貯留する液体貯留室を含む空間が形成された流路形成基板と、上記流路形成基板の一面に積層されて圧力発生室内の液体を噴射するノズル開口が列設されたノズルプレートと、上記流路形成基板の他面に積層されて上記空間を封止する封止板とを備え、
   上記流路形成基板は単結晶シリコン基板から形成されるとともに、上記液体貯留室は基板の一面から他面に貫通する空間として形成され、
   上記液体貯留室の内壁面に基板の板面方向に延びる段部が形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 上記流路形成基板は、結晶面方位（１１０）面が表面となる単結晶シリコン基板からなり、上記段部は上記（１１０）面に対して傾斜する（１１１）面が現出して形成されたものである請求項１記載の液体噴射ヘッド。
3. 上記段部は、ノズルプレート側に向かって下り傾斜する傾斜面で形成されている請求項２記載の液体噴射ヘッド。
4. 上記段部は流路形成基板の内壁面のノズルプレート側が内側に突出する段である請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 上記段部は、液体貯留室のノズル列方向の端部に形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 上記段部は、液体貯留室の端部領域が先細り状に絞られた最端部に形成されている請求項５記載の液体噴射ヘッド。
7. 上記液体貯留室は、上記結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面が現出してその内壁面が形成され、
   上記段部は、結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面のうち一方の（１１１）面がストレート状に現出したストレート面と、結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面が階段状に現出した階段状面との境界部分に形成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
8. 列設された圧力発生室と上記各圧力発生室に供給する液体を貯留する液体貯留室を含む空間が形成された流路形成基板と、上記流路形成基板の一面に積層されて圧力発生室内の液体を噴射するノズル開口が列設されたノズルプレートと、上記流路形成基板の他面に積層されて上記空間を封止する封止板とを備えた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
   上記流路形成基板は結晶面方位（１１０）面が表面となる単結晶シリコン基板から形成され、上記流路形成基板を上記（１１０）面から異方性エッチングして基板の一面から他面に貫通する液体貯留室を形成する際に、上記液体貯留室の内壁面に基板の板面方向に延びる段部を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
9. 上記段部は上記（１１０）面に対して傾斜する（１１１）面を現出させて形成する請求項８記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
10. 流路形成基板の一面側と他面側にエッチング保護膜のパターンを形成して両面のエッチング領域を異方性エッチングして液体貯留室を形成する際、上記一面側と他面側でエッチング保護膜とエッチング領域の境界をずらせた状態で上記異方性エッチングを行うことにより上記段部を形成する請求項８または９記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
11. 上記ノズルプレート側の面のエッチング保護膜とエッチング領域の境界を、振動板側の面のエッチング保護膜とエッチング領域の境界よりも液体貯留室となる領域側にずらせるように配置することにより、上記段部を流路形成基板の内壁面のノズルプレート側が内側に突出する段とする請求項９記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
12. 上記段部を、液体貯留室のノズル列方向の端部に形成する請求項８〜１１のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
13. 上記段部を、液体貯留室の端部領域が先細り状に絞られた最端部に形成する請求項１２記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
14. 上記液体貯留室を、上記結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面を現出させてその内壁面を形成し、
    上記段部は、結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面のうち一方の（１１１）面がストレート状に現出したストレート面と、結晶面方位（１１０）面に垂直な２つの（１１１）面が階段状に現出した階段状面との境界部分に形成する請求項８〜１３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
    

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