JP2007062251A

JP2007062251A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法、記録液カートリッジ、画像形成装置

Info

Publication number: JP2007062251A
Application number: JP2005253089A
Authority: JP
Inventors: Kozo Urasaki; 好三浦崎
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】ノズル板と流路板の接合による接着剤のはみ出し、ノズルへの接着剤の流入等を防止するための工程が増加してコストが高くなる。
【解決手段】ノズル４を形成したノズル板３とノズル４への連通路５及びノズル４が連通する液室６などを形成した流路板１とを接着剤接合し、流路板１のノズル板３との接合面１ａの全面に微小な凹凸３１を形成して接合面１ａに接着剤３２を塗布してノズル板３と流路板１とを接合したとき、接着剤３２を微小な凹凸３１内に入り込ませ、連通路５やノズル４内へのはみ出しを防止する。
【選択図】図４

Description

本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法、記録液カートリッジ、画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置としては、記録液（例えばインク）の液滴を吐出する１又は複数の液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを用いて、被記録媒体（以下「用紙」というが、材質を紙に限定するものではなく、また、記録媒体、記録紙、転写材などとも称される。）に画像を形成（記録、印刷、印字、印写も同義で使用する。）するインクジェット記録装置が知られている。

このような液体吐出ヘッドを用いてより品質の高いカラー印刷を行おうとすると、一層高い解像度が要求されるため、流路（液室）を形成する流路形成部材（液室基板）の隔壁等のサイズが必然的に小さくなり、部材の加工や部材の組み立てに高い精度が要求される。そこで、具体的には、単結晶シリコン基板を流路形成部材に用いて、ドライエッチングや水酸化カリウム溶液を用いたウェットエッチングによって、ノズルが連通する液室や液室とノズルとの間の連通路（連通管ともいう。）を形成するようにしている。

さらに、高速・高解像度が要求される近年のインクジェット式記録ヘッドにおいては、各チャンネルの狭ピッチ化は避けられず、これに伴うクロストークの問題やノズル板と流路形成部材とを接着するときの接着剤のはみ出しなどの問題を解決するための各種提案がなされている。

例えば、特許文献１には、流路形成部材のノズル板との接合面又は振動板との接合面に外部とは連通しない例えば＜１１１＞面で囲まれている閉じられた凹部をエッチングなどで形成して、接着剤の逃がし部とすることが記載されている。
特開２００４−１６０８２７号公報

その他、流路形成部材とノズル板とを接着剤接合するときの接着剤の液室内へのはみ出しの防止に関しては、ノズル板に液室基板との接着面に凹部を形成し接着剤の逃げ部とすること、ノズル板のノズル孔回りに接着剤の逃げ溝をレーザー加工により形成することなどを知られている。

また、クロストークの問題に対しては、シリコン液室基板を研磨により薄くすることにより各液室の隔壁の剛性を高めることが知られている。

ところで、インクジェット方式の画像形成装置において、印字品質の向上と共に低コスト化が大きな課題となっている。上述した特許文献１に記載のヘッドにあっては、接着剤の逃げ部となる凹部は、流路パターン形成と同時に行われるため当該工程のみを考えれば加工コストは必要ではないものの、パターン形成工程そのものがない場合には、この接着剤の逃げ部を形成することができず、別工程で行なわなければならないためにコストの低減を図ることができないという課題が生じることになる。

また、その他のノズルをシリコン基板で形成して接着剤の逃がし部を形成したり、あるいは、レーザー加工で逃がし溝を形成したりすることは、高価な設備が必要となってコストが高くなる。

さらに、クロストークの問題に対してシリコン液室基板を研磨により薄くする方法にあっては、液室パターン面を研磨するためチッピングなどの不良による歩留まり低下、コストコストアップを生じることになる。

また、クロストークの問題とノズル板と流路形成部材の接着に伴う問題は、それぞれ個別の課題であるが、印字品質の向上を図る上ではこれらの問題を同時に解決しなければならないことである。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ノズル板と流路形成部材の接着剤接合による接着剤のはみ出しがなく、かつクロストーク防止のために流路形成部材の厚さを薄くすることとを同時に達成することができる液体吐出ヘッド、その製造方法及びこの液体吐出ヘッドを備えた記録液カートリッジ、画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、流路形成部材のノズル板との接合面には微小な凹凸が略全面に形成されている構成としたものである。

ここで、流路形成部材が面方位（１１０）のシリコン基板であることが好ましく、また、微小な凹凸が＜１１１＞面を含むことが好ましい。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る液体吐出ヘッドを製造する製造方法であって、流路パターンが形成された流路形成部材に対して、ノズル板との接合面以外をエッチング保護膜で覆い、ウエットエッチングでノズル板との接合面を所望の基板厚さになるように加工して、ノズル板との接合面に微小凹凸を形成する構成とした。

ここで、流路形成部材を形成するシリコンウェハは、流路形成部材が所望の基板厚さに形成された時点においてもウェハエッジ部が元の厚さであることが好ましい。

本発明に係る記録液カートリッジは、液滴を吐出する本発明に係る液体吐出ヘッドとこの液体吐出ヘッドに記録液を供給する記録液タンクを一体化したものである。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッド又は本発明に係る記録液カートリッジを備えたものである。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、流路形成部材のノズル板との接合面には微小な凹凸が略全面に形成されている構成としたので、微小な凹凸間が接着剤の逃がし部となるとともに、微小な凹凸は、クロストーク防止のためにエッチングなどで流路形成部材の基板厚さを薄くするときに形成でき、低コスト化を図ることができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法によれば、流路パターンが形成された流路形成部材に対して、ノズル板との接合面以外をエッチング保護膜で覆い、ウエットエッチングでノズル板との接合面を所望の基板厚さになるように加工して、ノズル板との接合面に微小凹凸を形成するので、流路形成部材の微小な凹凸形成と基板厚さを薄くすることとを同時的に行なうことができて、低コスト化を図れる。

本発明に係る記録液カートリッジ、本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、信頼性が向上する。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図１ないし図５を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図３は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板で形成した流路形成部材である流路板１と、この流路板１の下面に接合した振動板２と、流路板１の上面に接合したノズル板３とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル４がノズル連通路（連通管）５を介して連通する加圧液室６、加圧液室６にインクを供給するための液供給室である共通液室８にインク供給口９を介して連通する加圧液室６に比して小さな断面をもつ液体供給路であるインク供給路７を形成している。このヘッドでは、連通管５、加圧液室６及びインク供給路７を「流路」とする。

そして、振動板２の外面側（液室と反対面側）に各加圧液室６に対応して加圧液室６内のインクを加圧するための駆動手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１２を接合し、この圧電素子１２をベース基板１３に接合している。ベース基板１３はチタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性基板を用いている。

また、圧電素子１２の間には加圧液室６、６間の隔壁部６ａに対応して支柱部１４を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子１２と支柱部１４して形成している。支柱部１４も構成は圧電素子１２と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。

さらに、振動板１２の外周部はフレーム部材１６にギャップ材を含む接着剤１７にて接合している。このフレーム部材１６には、共通液室８となる凹部、この共通液室８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１８を形成している。このフレーム部材１６は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。

ここで、流路板１は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を後述するようにドライエッチングによる深堀と水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）、ＴＭＡＨ液などのエッチング液を用いた異方性エッチングとを併用することで、ノズル連通路５、加圧液室６、インク供給路７となる凹部や穴部を形成したものである。また、流路板１のノズル板３との接合面１ａには、後述するように、微小な凹凸を形成している。

振動板２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。

この振動板２は加圧液室６に対応する部分に変形を容易にするための厚みが２〜１０μｍの薄肉部（ダイヤフラム部）２１及び圧電素子１２と接合するための厚肉部（島状凸部）２２を形成するとともに、支柱部１４に対応する部分及びフレーム部材１６との接合部にも厚肉部２３を形成し、平坦面側を流路板１に接着剤接合し、島状凸部２２を圧電素子１２に接着剤接合し、更に厚肉部２３を支柱部１４及びフレーム部材１６に接着剤１７で接合している。なお、ここでは、振動板２を２層構造のニッケル電鋳で形成している。

ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板１に接着剤接合している。このノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。ここでは、電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成している。

また、ノズル板３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。

圧電素子１２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層３１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡgＰd）からなる内部電極層３２とを交互に積層したものであり、内部電極３２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極３３、共通電極３４に電気的に接続したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子１２の伸縮により加圧液室６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子１２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子１２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。

なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極３３となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子１２で導通した共通電極３４となる。

そして、圧電素子１２の個別電極３３には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル３５を接続し、このＦＰＣケーブル３５には各圧電素子１２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）を接続している。また、共通電極３４は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル３５のグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。

このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子１２に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、圧電素子１２に積層方向の変位が生起し、振動板２を介して加圧液室６内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル４からインク滴が吐出される。

その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室６内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室６内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室８に流入し、共通液室８からインク供給口９を経てインク供給路７を通り、加圧液室６内に充填される。

そして、この液体吐出ヘッドにおいては、図４に示すように、流路板１のノズル板３との接合面１ａの全面に微小な凹凸４１を形成している。

したがって、図４（ａ）に示すように、接合面１ａに接着剤４２を塗布し、同図（ｂ）に示すように、ノズル板３と流路板１とを接合したとき、接着剤４２の濡れ性が向上し、接着剤４２は微小な凹凸４１内に入り込み、連通路（連通管）５やノズル４内にはみ出すことがなくなる。これにより、ノズル板の接着不良が低減して、歩留まりが向上する。

ここで、流路板１の微小な凹凸４１は、流路板１をシリコン基板から形成し、シリコン基板の＜１１１＞面を含む凹凸とすることにより、流路板１のノズル板３との接合面全面に均一に形成することができ、ノズル板３との接着剤接合における信頼性が向上し、歩留まりが向上し、低コスト化を図ることができる。

そこで、本発明に係る製造方法の第１実施形態を適用した上述の流路板１の製造工程について図５及び図６を参照して説明する。
先ず、図５（ａ）に示すように、厚さ４００ｕｍの面方位（１１０）のシリコン基板２０１（シリコンウエハ）に、厚さ１．５μｍのシリコン熱酸化膜２０２及び厚さ０．１μｍのＣＶＤ窒化膜２０３を形成する。

ここで、窒化膜２０３としては、ＬＰ−ＣＶＤ膜が最も品質（異方性エッチングマスク耐性）が高く、所望寸法の制御に有利であるが、その他の熱ＣＶＤ膜、スパッタ膜、プラズマＣＶＤ膜などを用いることもできる。また、シリコン熱酸化膜２０２についても同様に熱ＣＶＤ膜、スパッタ膜、プラズマＣＶＤ膜などを用いることができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、液室６、インク供給路７などの室面パターンの形状にレジストのパターニングを行ってレジストパターン２０４を行い、その後、窒化膜ドライエッチングを行って、窒化膜２０３による液室パターンを形成する。

そして、図５（ｃ）に示すように、連通管（連通路）５の形成パターンの形状にレジストのパターニングを行ってレジストパターン２０５を形成し、酸化膜ドライエッチングにより、シリコン熱酸化膜２０２に連通管形成パターンを形成する。なお、エッチングはウエットエッチングでも行なうことができる。

次に、図５（ｄ）に示すように、前記工程でのレジストパターン２０４、２０５をドライアッシング装置で除去した後、連通管部形成のためのレジストパターン２０６を形成し、ＩＣＰドライエッチャーを使用してシリコン基板２０１のディープエッチングを行って掘り込み１０７を形成した。

このとき、ＩＣＰエッチング深さは所望の基板厚さ（流路板１の厚さ）と同じとする。例えば、シリコン基板２０１から形成する流路板１の厚さを１５０μｍとすると、必要なＩＣＰエッチング深さは１５０μｍとなる。

そして、図５（ｅ）に示すように、前記工程でのレジストパターン２０６をドライアッシング装置で除去した後、酸化膜２０２をマスクとして、水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性ウエットエッチングを行い、シリコン基板２０１に＜１１１＞面で囲まれた連通路５となる連通管部２０８を形成する。なお、エッチング溶液としては、水酸化カリウム水溶液以外にも、例えば、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨ、ヒドラジンなどを用いることができる（以下の説明でも同様であるので繰り返さない。）。

次に、図６（ａ）に示すように、液室形成パターンの窒化膜２０９をマスクとして、希フッ酸により酸化膜２０２のウェットエッチングを行なう。これにより、液窒形成部２１０のシリコン基板面が露出する。

そこで、図６（ｂ）に示すように、再度水酸化カリウム水溶液により所望の深さまでシリコン基板２０１の異方性エッチングを行って液室部２１１（液室６、インク供給路７など）を形成する。このとき、連通管部２０８の底部は既に＜１１１＞面によるテーパ面が形成されているため、連通管部２０８の深さはほとんど変化しない。これにより、液室パターン形成が完了する。

その後、図６（ｃ）に示すように、液室パターン形成が完了した液室面に、水酸化カリウム水溶液に対するマスク膜となるＣＶＤ酸化膜２１２を形成する。ＣＶＤ酸化膜２１２に代えて、スパッタ膜、熱酸化膜でもよい。

そして、図６（ｄ）に示すように、シリコン基板２０１（シリコンウエハ）を反転し、裏面の窒化膜２０３及び酸化膜２０２をドライエッチング装置にてエッチバック処理により除去し、シリコン基板面２１３を露出させる。

そして、図６（ｅ）に示すように、再度、水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い、露出したシリコン基板面２１３の全面エッチングを行なう。この全面エッチングされる面は流路板１においてはノズル板３との接合面となる。このとき、エッチング量は所望の流路板厚さになるよう設定する。ここでは、元のシリコン基板２０１の厚さ４００μｍに対し、所望の流路板厚さを１５０μｍとしたので、２５０μｍのエッチングを行なう。

これにより、シリコン基板２０１は所望の流路板厚さに形成されるとともに、全面エッチングされたノズル板３との接合面には微細なシリコン面方位による凹凸２１４（凹凸４１に相当）が同時に形成される。つまり、シリコン基板２０１から所望の流路板厚さにする工程とノズル板３との接合面全面に微細な凹凸を形成する工程を同じ工程で行なうことができる。

このとき、液室部２１１は、上述したようにＣＶＤ酸化膜２１２でマスクされているので、形成が完了した液室部２１１のパターンは水酸化カリウム水溶液によりエッチングされることなく形状を維持できる。

その後、図６（ｆ）に示すように、希フッ酸による酸化膜２１２全面除去、熱リン酸により窒化膜２０３全面除去、更に希フッ酸による酸化膜２０２全面除去を順に行なう。これにより、所望の厚さｔ１（ここでは１５０μｍ）でノズル板３との接合面には微細な凹凸面２１４が形成された流路板１が形成され、シリコン基板２０１としてはシリコンウエハを用いているので、シリコンウエハ内に複数の流路板１が配列された状態で完成する。

次に、図示しないが、耐インク膜やインクや接着材の濡れ性向上対策として熱酸化膜を成膜する。ここでは、熱酸化膜としたが窒化チタン（ＴｉＮ）膜、ポリイミド膜又はポリパラキシレンなどを蒸着してもよい。

その後、ウェハ内に配列された各流路板１をダイシング又はブレーキングなどにより個別に切断する。これにより個々の流路板１が完成する。

次に、本発明に係る製造方法の第２実施形態を適用した流路板１の製造工程について図７及び図８を参照して説明する。
先ず、図７（ａ）に示すように、第１実施形態と同様、厚さ４００ｕｍの面方位（１１０）のシリコン基板３０１（シリコンウエハ）に、厚さ１．５μｍのシリコン熱酸化膜３０２及び厚さ０．１μｍのＣＶＤ窒化膜３０３を形成する。

次に、図７（ｂ）に示すように、連通管形成パターンの形状にレジストのパターニングを行ってレジストパターン３０４を形成し、その後、窒化膜ドライエッチングを行って窒化膜３０３の連通管形成パターンを形成し、さらに窒化膜３０３をマスクにフッ酸で酸化膜２０２の連通管形成パターン３０５を形成する。このとき、窒化膜３０３及び酸化膜２０３をドライエッチングで連続エッチングすることにより連通管形成パターン形成することもできる。

そして、図７（ｃ）に示すように、液室形成パターンの形状にレジストのパターニングを行ってレジストパターン３０６を形成し、窒化膜ドライエッチングにより窒化膜３０３の液室形成パターンを形成する。

次に、図７（ｄ）に示すように、連通管部形成のためのレジストパターン３０７を形成し、ＩＣＰドライエッチャーを使用してシリコン基板３０１のディープエッチングを行って掘り込み３０８を形成する。このとき、ＩＣＰエッチング深さは所望の基板厚さ（流路板１の厚さ）と同じとする。例えば、シリコン基板３０１から形成する流路板１の厚さを１５０μｍとすると、必要なＩＣＰエッチング深さは１５０μｍとなる。

そして、図７（ｅ）に示すように、前記工程でのレジストパターン３０７をドライアッシング装置で除去した後、酸化膜３０２をマスクとして、水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性ウエットエッチングを行い、シリコン基板３０１に＜１１１＞面で囲まれた連通路５となる連通管部３０９を形成する。

次に、図８（ａ）に示すように、液室形成パターンの窒化膜３１０をマスクとして、希フッ酸により酸化膜３０２のウェットエッチングを行なう。これにより、液窒形成部３１１のシリコン基板面が露出する。

そこで、図８（ｂ）に示すように、再度水酸化カリウム水溶液により所望の深さまでシリコン基板３０１の異方性エッチングを行って液室部３１２（液室６、インク供給路７など）を形成する。このとき、連通管部３０９の底部は既に＜１１１＞面によるテーパ面が形成されているため、連通管部３０９の深さはほとんど変化しない。これにより、液室パターン形成が完了する。

次に、図８（ｃ）に示すように、熱リン酸により窒化膜３０３を全面エッチング後に、液室面に水酸化カリウム水溶液に対するマスク膜となるＣＶＤ酸化膜３１３を形成する。ＣＶＤ酸化膜に代えて、スパッタ膜、熱酸化膜でもよい。

次に、図８（ｄ）に示すように、シリコン基板３０１を形成しているシリコンウェハを反転し、裏面の酸化膜３０２をドライエッチング装置にてエッチバック処理により除去しシリコン基板面３１３を露出させる。

そして、図６（ｅ）に示すように、再度、水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い、露出したシリコン基板面３１４の全面エッチングを行なう。この全面エッチングされる面は流路板１においてはノズル板３との接合面となる。このとき、エッチング量は所望の流路板厚さになるよう設定する。ここでは、元のシリコン基板３０１の厚さ４００μｍに対し、所望の流路板厚さを１５０μｍとしたので、２５０μｍのエッチングを行なう。

これにより、シリコン基板３０１は所望の流路板厚さに形成されるとともに、全面エッチングされたノズル板３との接合面には微細なシリコン面方位による凹凸３１５（凹凸４１に相当）が同時に形成される。つまり、シリコン基板３０１から所望の流路板厚さにする工程とノズル板３との接合面全面に微細な凹凸を形成する工程を同じ工程で行なうことができる。

このとき、液室部３１２は、上述したようにＣＶＤ酸化膜３１３でマスクされているので、形成が完了した液室部２１１のパターンは水酸化カリウム水溶液によりエッチングされることなく形状を維持できる。

そして、図８（ｆ）に示すように、希フッ酸による酸化膜３１３、３０２の全面除去を行なうことで、所望の厚さｔ１（ここでは１５０μｍ）でノズル板３との接合面には微細な凹凸面３１５が形成された流路板１が形成され、シリコン基板３０１としてはシリコンウエハを用いているので、シリコンウエハ内に複数の流路板１が配列された状態で完成する。

次に、本発明に係る製造方法の第３実施形態を適用した流路板１の製造工程について図９及び図１０を参照して説明する。
先ず、図９（ａ）に示すように、第１実施形態と同様、厚さ４００ｕｍの面方位（１１０）のシリコン基板４０１（シリコンウエハ）に、厚さ１．５μｍのシリコン熱酸化膜４０２、厚さ０．１μｍのＣＶＤ窒化膜４０３及び厚さ０．８μｍのポリシリコン膜４０４を形成する。

次に、図９（ｂ）に示すように、ウェハエッジ部に所望量４０５のエッジカバーレジストパターンのパターニングを行ってレジストパターン４０６を形成し、これをマスクにポリシリコン膜４０４及び窒化膜４０３のドライエッチングを行い、ポリシリコン膜４０４及び窒化膜４０３のエッジカバーパターンを形成した。ポリシリコン膜４０４及び窒化膜４０３は、ＳＦ_６系のエッチングガスに対して選択比は１に近いのでエッチング装置を変えることなく連続エッチングが可能である。

そして、図９（ｃ）に示すようにシリコン基板４０１を形成するシリコンウエハを反転し、連通管形成パターンの形状にレジストのパターニングを行ってレジストパターン４０７を形成し、ポリシリコン膜４０４及び窒化膜４０３のドライエッチングを行なう。次に、レジストパターン４０７をドライアッシング装置で除去し、ポリシリコン膜４０４をマスクに酸化膜ドライエッチングにより酸化膜４０２に連通管形成パターン４０８を形成した。ポリシリコン膜４０４は、酸化膜４０２に対してＣＦ系ガスを用いたドライエッチングにおいては高い選択比を有するので、酸化膜ドライエッチングのマスク膜とすることができる。

次に、図９（ｄ）に示すように、液室パターン形成のためのレジストパターン４０９を形成し、ポリシリコン膜４０４及び窒化膜４０３のドライエッチングを行って、ポリシリコン膜４０４及び窒化膜４０３の液室パターンを形成する。

次に、図９（ｅ）に示すように、連通管部形成のためのレジストパターン４１０を形成し、ＩＣＰドライエッチャーを使用してシリコン基板４０１のディープエッチングを行い掘り込み４１１を形成した。このとき、ＩＣＰエッチング深さは所望の基板厚さ（流路板１の厚さ）と同じとする。例えば、シリコン基板４０１から形成する流路板１の厚さを１５０μｍとすると、必要なＩＣＰエッチング深さは１５０μｍとなる。

次に、図１０（ａ）に示すように、前記工程でのレジストパターン４１０をドライアッシング装置で除去した後、水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い＜１１１＞面で囲まれた連通管形状部４１２を形成した。このとき、ウェハ最表面のポリシリコン膜４１３も水酸化カリウム水溶液により除去される。

次に、図１０（ｂ）に示すように、液室形成パターンの窒化膜４１４をマスクとして、希フッ酸により酸化膜４０２のウエットエッチングを行なう。これにより、液窒形成部４１５のシリコン基板面が露出すると共に、裏面側も図９（ｂ）でパターニング行なう。ウェハエッジ部以外の部位４１６においてもシリコン基板面が露出する。

そして、図１０（ｃ）に示すように、再度、水酸化カリウム水溶液により所望の深さまでシリコン基板４０１の異方性エッチングを行って液室部４１７を形成する。このとき、シリコン基板４０１の裏面のシリコン基板露出面４１８も同様の深さでエッチングされる。このときのエッチング量は、例えば９０μｍとする。

次に、図１０（ｄ）に示すように、熱リン酸により窒化膜４０３を全面エッチングした後に、液室面に水酸化カリウム水溶液に対するマスク膜となるＣＶＤ酸化膜４１９を形成した。ＣＶＤ酸化膜に代えて、スパッタ膜でもよい。

そこで、図１０（ｅ）に示すように、再度水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い裏面の露出したシリコン基板４０１面の全面エッチングを行なう。この全面エッチングされる面は、流路板１においてはノズル板３との接合面となる。このとき、エッチング量は所望に流路板厚さになるよう設定する。ここでは、シリコン基板４０１の厚さ４００μｍに対し所望の流路板厚さは１５０μｍとしたので、前記図１０（ｃ）の工程でのエッチング量９０μｍを差し引き残り１６０μｍのエッチングを行なう。

これにより、シリコン基板４０１は所望の流路板厚さに形成されるとともに、全面エッチングされたノズル板３との接合面には微細なシリコン面方位による凹凸４２０（凹凸４１に相当）が同時に形成される。つまり、シリコン基板４０１から所望の流路板厚さにする工程とノズル板３との接合面全面に微細な凹凸を形成する工程を同じ工程で行なうことができる。

このとき、液室面は上述したようにＣＶＤ酸化膜４１９でマスクされているので、形成が完了した液室パターンは水酸化カリウム水溶液によりエッチングされることなく形状を維持できる。

そして、図１０（ｆ）に示すように、希フッ酸による酸化膜４０２の全面除去を行なう。これにより、シリコンウェハの流路板１は所望の流路板厚さｔ１（ここでは１５０μｍ）で、ノズル板３との接合面には微細な凹凸４２０が形成された流路板１がウェハ面内に配列された状態で完成し、かつウェハ周辺部のカバーパターニング部はシリコン基板の元の厚さｔ０（ここでは４００μｍ）が維持された状態となる。

これによりウェハ周辺でウェハ強度が保たれた薄いシリコン基板が完成することとなり、基板が薄くなることでの次工程への搬送方法の問題などが解決される。

ここで、この第３実施形態について図１１に実際のシリコンウエハ上での状態で説明する。なお、図１１（ａ）はシリコンウエハの平面説明図、図（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。
シリコンウエハ４０１内には複数の流路板１が一体に形成され、この流路板１の部分では所望の流路板厚さｔ１までエッチングされているが、ウェハエッジ部分４０５はウエハ４０１の元の厚さｔ０のまま維持される。

このように、流路形成部材を形成するシリコンウェハは、流路形成部材が所望の基板（流路形成部材）厚さに形成された時点においてもウェハエッジ部が元の厚さである構成とすることにより、後工程においての良好な搬送性を確保することができる。つまり、ウェハ全体を流路形成部材の所望の厚さまで薄くした場合、後工程においてウェハ搬送が難しくなる。そこで、流路形成部材が形成されないウェハエッジ部をウエハ基板の元厚さに保つことにより、ウェハの流路形成部材の厚さを所望の厚さまで薄くした場合においてもウェハ全体としての剛性を確保でき後工程において良好な搬送状態を得ることができる。

次に、本発明に係る記録液カートリッジについて図１２を参照して説明する。
この記録液カートリッジ８０は、ノズル８１等を有する本発明に係る液体吐出ヘッド８２と、この液体吐出ヘッド８２に対して液体（記録液）を供給する液体（記録液）タンク８３とを一体化したものである。

このように液体タンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの性能はただちに記録液カートリッジ全体の性能につながるので、前記の流路形成部材を有する液体吐出ヘッドを使用することにより、低コストで高画質、高速記録に対応できる記録液カートリッジを得ることができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えた本発明に係る画像形成装置の一例について１３及び図１４を参照して説明する。なお、図１３は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図１４は同装置の要部平面説明図である。

この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１０１とガイドレール１０２とでキャリッジ１０３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ１０４で駆動プーリ１０６Ａと従動プーリ１０６Ｂ間に架け渡したタイミングベルト１０５を介して図１４で矢示方向（主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ１０３には、例えば、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の記録液の液滴（インク滴）を吐出する独立した４個の本発明に係る液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙで構成した記録ヘッド１０７を主走査方向に沿う方向に配置し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液体吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。

記録ヘッド１０７を構成する本発明に係る液体吐出ヘッドとしては、加圧液室内のインクを加圧する圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて記録液の膜沸騰を利用するいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のもの、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータなどを使用できる。

キャリッジ１０３には、記録ヘッド１０７に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１０８を搭載している。このサブタンク１０８にはインク供給チューブ１０９を介して図示しないメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。

一方、給紙カセット１１０などの用紙積載部（圧板）１１１上に積載した被記録媒体（用紙）１１２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１１１から用紙１１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１１３及び給紙ローラ１１３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１１４を備え、この分離パッド１１４は給紙ローラ１１３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙１１２を記録ヘッド１０７の下方側で搬送するための搬送部として、用紙１１２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト１２１と、給紙部からガイド１１５を介して送られる用紙１１２を搬送ベルト１２１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ１２２と、略鉛直上方に送られる用紙１１２を略９０°方向転換させて搬送ベルト１２１上に倣わせるための搬送ガイド１２３と、押さえ部材１２４で搬送ベルト１２１側に付勢された先端加圧コロ１２５とを備えている。また、搬送ベルト１２１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１２６を備えている。

ここで、搬送ベルト１２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１２７とテンションローラ１２８との間に掛け渡されて、副走査モータ１３１からタイミングベルト１３２及びタイミングローラ１３３を介して搬送ローラ１２７が回転されることで、図１４のベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。なお、搬送ベルト１２１の裏面側には記録ヘッド１０７による画像形成領域に対応してガイド部材１２９を配置している。

また、図１４に示すように、搬送ローラ１２７の軸には、スリット円板１３４を取り付け、このスリット円板１３４のスリットを検知するセンサ１３５を設けて、これらのスリット円板１３４及びセンサ１３５によってエンコーダ１３６を構成している。

帯電ローラ１２６は、搬送ベルト１２１の表層に接触し、搬送ベルト１２１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。

また、キャリッジ１０３の前方側には、図１３に示すように、スリットを形成したエンコーダスケール１４２を設け、キャリッジ１０３の前面側にはエンコーダスケール１４２のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ１４３を設け、これらによって、キャリッジ１０３の主走査方向位置を検知するためのエンコーダ１４４を構成している。

さらに、記録ヘッド１０７で記録された用紙１１２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１２１から用紙１１２を分離するための分離部と、排紙ローラ１５２及び排紙コロ１５３と、排紙される用紙１１２をストックする排紙トレイ１５４とを備えている。

また、背部には両面給紙ユニット１５５が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット１５５は搬送ベルト１２１の逆方向回転で戻される用紙１１２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙する。

さらに、図１４に示すように、キャリッジ１０３の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド１０７のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構１５６を配置している。

この維持回復機１５６は、記録ヘッド１０７の各ノズル面をキャピングするための各キャップ１５７と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード１５８と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け１５９などを備えている。

このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙１１２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１１２はガイド１１５で案内され、搬送ベルト１２１とカウンタローラ１２２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１２３で案内されて先端加圧コロ１２５で搬送ベルト１２１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ１２６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト１２１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト１２１上に用紙１１２が給送されると、用紙１１２が搬送ベルト１２１に静電力で吸着され、搬送ベルト１２１の周回移動によって用紙１１２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ１０３を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０７を駆動することにより、停止している用紙１１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１２を所定量搬送後、次の行の記録を行なう。記録終了信号又は用紙１１２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙１１２を排紙トレイ１５４に排紙する。

また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト１２１を逆回転させることで、記録済みの用紙１１２を両面給紙ユニット１５５内に送り込み、用紙１１２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル１２１上に搬送して裏面に記録を行なった後、排紙トレイ１５４に排紙する

また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１０３は維持回復機構１５５側に移動されて、キャップ１５７で記録ヘッド１０７のノズル面がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ１５７で記録ヘッド１０７をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。）し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド１０７のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード１５８でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行なう。これによって、記録ヘッド１０７の安定した吐出性能を維持する。

このように、この画像形成装置は本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質、高速記録を行なうことができる。

なお、上記各実施形態では本発明に係る画像形成装置としてプリンタ構成で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す分解斜視図である。同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。同ヘッドの流路板とノズル板との接合部分の拡大説明図である。本発明に係る製造方法の第１実施形態を適用した流路板の製造工程の説明に供する断面説明図である。図５に続く工程の説明に供する断面説明図である。本発明に係る製造方法の第２実施形態を適用した流路板の製造工程の説明に供する断面説明図である。図７に続く工程の説明に供する断面説明図である。本発明に係る製造方法の第３実施形態を適用した流路板の製造工程の説明に供する断面説明図である。図９に続く工程の説明に供する断面説明図である。同実施形態をシリコンウエハ上での状態で説明する説明図である。本発明に係る記録液カートリッジの一例を示す斜視説明図である。本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。同じく要部平面説明図である。

符号の説明

１…流路板
２…振動板
３…ノズル板
４…ノズル
５…連通路
６…液室
８…共通液室
１２…圧電素子
１３…支持基板
４１…微小な凹凸
４２…接着剤
１０３…キャリッジ
１０７…記録ヘッド

Claims

記録液の液滴を吐出するノズルが形成されたノズル板と、前記ノズルが連通する流路を形成する流路形成部材とを接合した液体吐出ヘッドにおいて、前記流路形成部材の前記ノズル板との接合面には微小な凹凸が略全面に形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記流路形成部材が面方位（１１０）のシリコン基板であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記流路形成部材がシリコン基板から形成され、前記微小な凹凸が＜１１１＞面を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド。
請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを製造する製造方法において、流路パターンが形成された流路形成部材に対して、前記ノズル板との接合面以外をエッチング保護膜で覆い、ウエットエッチングで前記ノズル板との接合面を所望の基板厚さになるように加工して、前記ノズル板との接合面に微小凹凸を形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、前記流路形成部材を形成するシリコンウェハは、前記流路形成部材が所望の基板厚さに形成された時点においてもウェハエッジ部が元の厚さであることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
液滴を吐出する液体吐出ヘッドとこの液体吐出ヘッドに記録液を供給する記録液タンクを一体化した記録液カートリッジにおいて、前記液体吐出ヘッドが請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする記録液カートリッジ。
記録液の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドを備えて被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド又は請求項６に記載の記録液カートリッジを備えていることを特徴とする画像形成装置。