JP2007185832A - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルの高密度化を可能にし、かつノズル間の圧力干渉を防止できる液滴吐出ヘッド及びその製造方法などを提供すること。
【解決手段】複数のノズル孔１１を有したノズル基板１と、複数の吐出室３１を有し、該吐出室３１の圧力変動を利用して各吐出室３１に対応したノズル孔１１から液滴を吐出させるキャビティ基板３と、吐出室３１と連通し、吐出室３１に供給する液体を貯えるリザーバ２３を有したリザーバ基板２とを備え、リザーバ基板２はその表裏面が面方位１００のシリコン基板からなり、リザーバ２３を構成する側壁２５が、シリコン基板を両面からエッチングして得られた面方位１１１の傾斜壁からなるダイアフラムとなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリンタなどに使用される液滴吐出ヘッド、その製造方法及び液滴吐出装置に関する。

液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている。駆動手段としては、静電気力を利用する方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用する方式等がある。

このようなインクジェットヘッドでは、印刷速度の高速化およびカラー化を目的として、ノズル列を複数有する構造のインクジェットヘッドが求められている。さらに、近年ノズル密度は高密度化するとともに、長尺化（１列当たりのノズル数の増加）しており、インクジェットヘッド内の吐出室の数はますます増加している。
インクジェットヘッドでは、各ノズル孔に共通に連通するリザーバが設けられているので、ノズル密度の高密度化に伴い、吐出室の圧力がリザーバにも伝わり、その圧力の影響が他のノズル孔にも及ぶことになる。例えば、アクチュエータを駆動することにより、リザーバに正圧がかかると、本来インク滴を吐出するべきノズル孔（駆動ノズル）以外の非駆動ノズルからもインク滴が漏れるクロストーク現象が生じたり、逆にリザーバに負圧がかかると駆動ノズルから吐出するべきインク滴の吐出量が減少したりして印字品質が劣化する。そこで、このようなノズル間の圧力干渉を防止するために、リザーバの圧力変動を緩衝させるためのダイアフラム部をノズル基板に設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１１５１７９号公報

しかし、従来のインクジェットヘッドでは、リザーバが吐出室と同一の基板（キャビティ基板）に形成される構造であるため、十分なリザーバ容積を取ることが難しく、クロストークが生じ易くなる。そこで特許文献１の場合には、ダイアフラム部をノズル基板に形成している。しかしながら、この構造では強度の低いダイアフラム部が外部に露出するため、ダイアフラム部を薄くするのにも限界があり、また保護カバー等が別途必要になる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、ノズルの高密度化を可能にし、かつノズル間の圧力干渉を防止できる液滴吐出ヘッド、その製造方法およびそれを備えた液滴吐出装置を提案することを目的とする。

本発明の液滴吐出ヘッドは、複数のノズル孔を有したノズル基板と、複数の吐出室を有し、該吐出室の圧力変動を利用して各吐出室に対応したノズル孔から液滴を吐出させるキャビティ基板と、前記吐出室と連通し、前記吐出室に供給する液体を貯えるリザーバを有したリザーバ基板とを備え、前記リザーバ基板はその表裏面が面方位１００のシリコン基板からなり、前記リザーバを構成する側壁が、前記シリコン基板を両面からエッチングして得られた面方位１１１の傾斜壁からなるダイアフラムとなっているものである。この場合、液滴を吐出させる方式については特に問わない。なお、前記リザーバには、該リザーバから各吐出室に液体を供給する供給口が、各吐出室毎に設けられているのが好ましい。

この液滴吐出ヘッドは次のような効果を奏する。（ｉ）リザーバのコンプライアンスを高め、インクジェット駆動時のクロストークを吸収できる。（ii）ダイアフラムの厚み精度が向上して、所望の圧力変動緩衝力が得られる。（iii）リザーバとダイアフラムとを同時にエッチングにより形成できるため、製造時間や製造コストを短縮できる。

前記リザーバは前記複数の吐出室が平行に並んでいる方向に沿って長く延びる形状に形成されており、該方向に沿って構成されている側壁が前記ダイアフラムとなっていることが好ましい。これにより、ダイアフラムとなる側壁の面積を大きくして、ダイアフラムの緩衝能力を大きくできるからである。

本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、複数のノズル孔を有したノズル基板と、複数の吐出室を有し、該吐出室の圧力変動を利用して各吐出室に対応したノズル孔から液滴を吐出させるキャビティ基板と、前記吐出室と連通し、前記吐出室に供給する液体を貯えるリザーバを有したリザーバ基板とを接合する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記リザーバ基板に表裏面が面方位１００のシリコン基板を用い、該シリコン基板の一方の面に前記リザーバをエッチング形成するためのパターニングを施し、前記シリコン基板の他方の面に前記リザーバの側壁を構成しかつダイアフラムとして作用するリザーバ側壁をエッチング形成するためのパターニングを施して、前記シリコン基板を両面からエッチングして前記リザーバと、前記リザーバ側壁とを形成するものである。
これによれば、ダイアフラムがシリコン基板の（１１１）面で形成されるため、ダイアフラムとして作用するリザーバ側壁を精度よく形成でき、リザーバの圧力変動緩衝力が向上する。また、リザーバとダイアフラムとを同時にエッチングして形成することもできるので、製造時間や製造コストを短縮できる。

本発明の液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものであり、インクジェット駆動時にクロストークが生じない、高性能の液滴吐出装置が得られる。

実施の形態１
図１は本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図、図２は組付状態のインクジェットヘッドの断面図である。図１、図２に示す本実施形態に係るインクジェットヘッドは、従来の一般的な静電駆動方式のインクジェットヘッドのようにノズル基板、キャビティ基板、電極基板の３つの基板を貼り合わせた３層構造ではなく、ノズル基板１、リザーバ基板２、キャビティ基板３、電極基板４の４つの基板をこの順に貼り合わせた４層構造で構成されている。以下、各基板の構成について詳述する。

ノズル基板１は、例えば厚さ約５０μｍのシリコン基板から作製されている。ノズル基板１には多数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられている。各ノズル孔１１は、２つの孔径を備え、ノズル先端側が小さい孔径に、ノズル後端側がノズル先端側より大きな孔径になっている。各ノズル孔１１は後述する複数の吐出室３１にそれぞれ対応している。

リザーバ基板２は、例えば厚さ約１８０μｍの表裏面の面方位が（１００）のシリコン基板から作製されている。このリザーバ基板２には、リザーバ基板２を垂直に貫通し各ノズル孔１１に独立して連通する複数のノズル連通孔２１が設けられている。また、後述する複数の吐出室３１に対して共通のリザーバ（共通インク室）２３となる凹部が、ウェットエッチングにより形成されており、その内壁面は面方位が（１１１）となっている。リザーバ２３となる凹部は、キャビティ基板３の吐出室３１が複数並んでいる方向に長く延びた形状に形成されており、ノズル基板１と接合する側の面（以下、Ｎ面ともいう）がエッチングされて凹んだ形状になっている。また、吐出室３１が平行に並んでいる方向に沿って対向して存在する２つのリザーバ構成壁のうち、吐出室３１からより離れている側の側壁２５は、その裏面側もウェットエッチングにより形成されて面方位が（１１１）の薄い傾斜壁となっている。そして、この傾斜した側壁２５がリザーバ２３内の圧力変動を緩衝させる作用を果たすダイアフラムとなっている。

リザーバ２３となる凹部の底部には、リザーバ２３と後述する各吐出室３１とをそれぞれ連通している複数の供給口２２と、外部からリザーバ２３にインクを供給するためのインク供給孔２７とが設けられている。
また、リザーバ基板２のキャビティ基板３と接合する側の面（以下、Ｃ面ともいう）には、次に述べるキャビティ基板３の吐出室３１の一部を構成する細溝状の第２の凹部２８が形成されている。第２の凹部２８は、キャビティ基板３を薄くすることによる吐出室３１での流路抵抗の増加を防ぐために設けられている。なお、この第２の凹部２８は必ずしも必要なものではない。
さらに、リザーバ基板２には、中央部に後述するＩＣドライバ５を収容する空間としてのＩＣ収容口５１が開口され、端部にそのＩＣドライバから延びる電極基板４の配線の接続端部（ケーブル接続部となる部分）を開放する配線取出口５２が開口されている。
なお、図示は省略するが、リザーバ基板２の全面にはインクによるシリコンの腐食を防ぐために、例えば熱酸化膜（ＳｉＯ₂膜）からなるインク保護膜が形成されている。

リザーバ基板２を貫通するノズル連通孔２１は、ノズル基板１のノズル孔１１と同軸上に設けられているので、インク滴の吐出の直進性が得られ、そのため吐出特性が格段に向上するものとなる。特に、微小なインク滴を狙い通りに着弾させることができるため、色ずれ等を生じることなく微妙な階調変化を忠実に再現することができ、より鮮明で高品位の画質を実現することができる。

キャビティ基板３は、例えば厚さ約５０μｍのシリコン基板から作製されている。このキャビティ基板３にはノズル連通孔２１のそれぞれに独立して連通する吐出室３１となる第１の凹部３３が設けられている。この例では、この第１の凹部３３とリザーバ基板２の第２の凹部２８とで各吐出室３１が区画形成されている。また、吐出室３１を構成する第１の凹部３３の底壁が可撓性を有し変形可能な振動板３２を構成している。振動板３２は、シリコンに高濃度のボロンを拡散することにより形成されるボロン拡散層により構成するのが好ましい。ボロン拡散層はウェットエッチングの際に、エッチングストップを十分に働かせることができるので、振動板３２の厚さや面荒れを精度よく調整することができるからである。

キャビティ基板３の少なくとも下面には、例えばＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）を原料としたプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition：化学気相成長法)によるＳｉＯ₂膜からなる絶縁膜（図示せず）が、例えば０．１μｍの厚さで形成されている。この絶縁膜は、インクジェットヘッドの駆動時における絶縁破壊や短絡を防止するために設けられている。キャビティ基板３の上面にはリザーバ基板２と同様のインク保護膜（図示せず）が形成されている。また、キャビティ基板３にはリザーバ基板２のインク供給孔２７に連通するインク供給孔３５が設けられている。
さらに、キャビティ基板３にも、中央部に後述するＩＣドライバを収容する空間としてのＩＣ収容口５１Ａが開口され、端部にそのＩＣドライバから延びる電極基板４の配線の接続端部を開放する配線取出口５２Ａが開口されている。なお、キャビティ基板３には、キャビティ基板３を電源などへ電気的に接続する共通電極３６も設けられている。

電極基板４は、例えば厚さ約１ｍｍのガラス基板から製作されている。中でも、キャビティ基板３となるシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いることにより、電極基板４とシリコン基板を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板４とシリコン基板との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく、電極基板４とシリコン基板を強固に接合することができるからである。

電極基板４には、キャビティ基板３の各振動板３２に対向する表面の位置にそれぞれ凹部４２が設けられている。各凹部４２は、エッチングにより例えば約０．２μｍの深さで形成されている。そして、各凹部４２の底面には、一般に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極４１が、例えば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成されている。したがって振動板３２と個別電極４１との間に形成されるギャップ（振動板３２の動作空間）１６は、本実施形態の場合、０．１μｍとなっている。このギャップ１６の開放端部は、エポキシ接着剤等からなる封止材４３により気密に封止される。これにより異物や湿気等がギャップ１６へ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッドの信頼性を高く保持することができる。
なお、個別電極４１の材料はＩＴＯに限定するものではなく、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）あるいは金、銅等の金属を用いてもよい。ただ、ＩＴＯは透明であるので振動板の当接具合の確認が行いやすいことなどの理由から、一般にはＩＴＯが用いられている。

また、個別電極４１の一方の端部は電極端子部４１ａとなっており、リザーバ基板２およびキャビティ基板３のＩＣ収容口５１，５１Ａに対応する領域で、動作制御用のＩＣドライバ５と接続されている。
さらに、ＩＣドライバ５に対する信号線や電源線が、リザーバ基板２およびキャビティ基板３の配線取出口５２，５２Ａの領域まで配線され、そこで露出した状態とされる。そして、その配線の露出部が外部機器との接続に供される接続端部４４となっている。接続端部４４には、例えばＦＰＣ(Flexible Printed Circuit)のコネクタ部が接続され、それを介してＩＣドライバ５が、駆動回路を有した外部機器などに接続される。

電極基板４にはインクカートリッジ（図示せず）に接続されるインク供給孔４５が設けられている。インク供給孔４５は、キャビティ基板３に設けられたインク供給孔３５およびリザーバ基板２に設けられたインク供給孔２７を通じてリザーバ２３に連通している。

ここで、上記のように構成されたインクジェットヘッドの動作について概要を説明する。なお、インクジェットヘッドには、外部のインクカートリッジからインクがインク供給孔４５、３５、２７を通じてリザーバ２３内に供給され、さらにインクは個々の供給口２２からそれぞれの吐出室３１、ノズル連通孔２１を経てノズル孔１１の先端まで満たされている。また、キャビティ基板３の共通電極３６と電極基板の接続端部４４とが、ＦＰＣを介して別体の駆動回路に接続されて、振動板３１と個別電極４１との電極間に、電荷を付加できる状態となっているものとする。なお、各個別電極４１への電圧供給はＩＣドライバ５により制御される。ＩＣドライバ５は、例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極４１に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。例えば、個別電極４１に電荷を供給してプラスに帯電させると、振動板３２はマイナスに帯電し、静電気力により個別電極４１側に引き寄せられて撓む。これによって吐出室３１の容積が増大する。次に、その電荷供給を停止すると、静電気力がなくなり振動板３２はその弾性力により元に戻る。その際、吐出室３１の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により、吐出室３１内のインクの一部がノズル連通孔２１を通過しインク滴となってノズル孔１１から吐出される。そして、再びパルス電圧が印加され、振動板３２が個別電極４１側に撓むことにより、インクがリザーバ２３から供給口２２を通って吐出室３１内に補給される。

上記のようなインクジェットヘッドの駆動時において、吐出室３１の圧力変動はリザーバ２３にも伝達される。しかし、リザーバ２３の側壁２５がダイアフラムとして形成されているため、リザーバ２３が正圧になると、そのダイアフラムはリザーバ２３の空間を広げる方向に撓み、逆にリザーバ２３が負圧になるとダイアフラムはリザーバ２３の空間を狭める方向に撓む。このため、リザーバ２３内における圧力変動を緩衝することができ、吐出室３１間の圧力干渉を防止することができる。そのため、駆動ノズル以外の非駆動ノズルからインクが漏れ出たり、駆動ノズルから吐出に必要な吐出量が減少するといったような不具合をなくすことができる。
なお、リザーバ２３は複数の吐出室３１が平行に並んでいる方向に沿って長く延びる形状に形成されており、該方向に沿って構成されている側壁２５をダイアフラムとしているので、ダイアフラムの面積が大きく取れ、リザーバ２３の緩衝能力が向上している。

図３、図４は上記のリザーバ基板２の製造方法の一例を示す製造工程図である。これらの図の（ａ）〜（ｐ）に従って、リザーバ基板２の製造方法を順に説明する。なお、以下に示す各種条件は一例であり、それらの条件に限定されるものではない。
（ａ）（１００）を面方位とするシリコン基板２００の表裏両面を鏡面研磨し、１８０μｍの厚みの基板を作製する。次に、酸素及び水蒸気雰囲気中、１０７５℃の条件で４時間酸化して、シリコン基板２００の両面に約１．２μｍのＳｉＯ₂膜２０１を成膜する。
（ｂ）シリコン基板２００の両面にレジストを塗布し、ノズル連通孔２１のレジストパターニングを片側に施し、ふっ酸水溶液でエッチングして、ＳｉＯ₂膜をパターニング２０１する。そしてレジストを剥離する。
（ｃ）シリコン基板２００の両面にレジストを塗布し、リザーバ２３を吐出室３１へ連通させるための供給口２２、キャビティ基板側からインクを取り込むインク供給孔２７、ＩＣ収容口５１（工程図３、４では図示せず）および配線取出口５２（工程図３、４では図示せず）のレジストパターニングをノズル連通孔２１と同じ面に施し、ふっ酸水溶液で約０．８μｍエッチングして、それらの部分にＳｉＯ₂膜２０１が約０．４μｍ残るようにパターニングする。そしてレジストを剥離する。

（ｄ）シリコン基板２００の両面にレジストを塗布し、第２の凹部２８のレジストパターニングをノズル連通孔２１と同じ面に施し、ふっ酸水溶液で約０．５μｍエッチングして、第２の凹部２８にＳｉＯ₂膜２０１が約０．７μｍ残るようにパターニングする。そしてレジストを剥離する。
（ｅ）ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、ノズル連通孔２１の深さが約７０μｍになるまでエッチングする。エッチング条件は、エッチングプロセスがＳＦ₆流量４００ｃｍ³／ｍｉｎ（４００ｓｃｃｍ）、エッチング時間３．５秒、チャンバー圧力８Ｐａ、コイルパワー２２００Ｗ、プラテンパワー５５Ｗ、プラテン温度２０℃で、デポジションプロセスがＣ₄Ｆ₈流量２００ｃｍ³／ｍｉｎ（２００ｓｃｃｍ）、エッチング時間２．５秒、チャンバー圧力２．７Ｐａ、コイルパワー１８００Ｗ、プラテン温度２０℃である。エッチングプロセスとデポジションプロセスを組み合わせて１サイクルとし、約１３０サイクル行う。
（ｆ）パターニングを施した面と反対面にレジストを塗布する。そして、ふっ酸水溶液にシリコン基板２００を浸し、供給口２２、インク供給孔２７、ＩＣ収容口および配線取出口に残っているＳｉＯ₂膜２０１をエッチングする。そしてレジストを剥離する。

（ｇ）ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、供給口２２、インク供給孔２７、ＩＣ収容口および配線取出口の深さが約２０μｍ（ノズル連通孔２１は深さ約９０μｍ）になるまでエッチングする。エッチング条件は、エッチングプロセスがＳＦ₆流量４００ｃｍ³／ｍｉｎ（４００ｓｃｃｍ）、エッチング時間３．５秒、チャンバー圧力８Ｐａ、コイルパワー２２００Ｗ、プラテンパワー５５Ｗ、プラテン温度２０℃で、デポジションプロセスがＣ₄Ｆ₈流量２００ｃｍ³／ｍｉｎ（２００ｓｃｃｍ）、エッチング時間２．５秒、チャンバー圧力２．７Ｐａ、コイルパワー１８００Ｗ、プラテン温度２０℃である。エッチングプロセスとデポジションプロセスを組み合わせて１サイクルとし、約５０サイクル行う。
（ｈ）パターニングを施した面と反対面にレジストを塗布する。そして、ふっ酸水溶液にシリコン基板２００を浸し、第２の凹部２８に残っているＳｉＯ₂膜をエッチングする。そしてレジストを剥離する。

（ｉ）ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、第２吐出室２８の深さが約１０μｍ（ノズル連通孔２１の深さが約１００μｍ、供給口２２、インク供給孔２７、ＩＣ収容口および配線取出口の深さ約３０μｍ）になるまでエッチングする。エッチング条件は、エッチングプロセスがＳＦ₆流量４００ｃｍ³／ｍｉｎ（４００ｓｃｃｍ）、エッチング時間３．５秒、チャンバー圧力８Ｐａ、コイルパワー２２００Ｗ、プラテンパワー５５Ｗ、プラテン温度２０℃で、デポジションプロセスがＣ₄Ｆ₈流量２００ｃｍ³／ｍｉｎ（２００ｓｃｃｍ）、エッチング時間２．５秒、チャンバー圧力２．７Ｐａ、コイルパワー１８００Ｗ、プラテン温度２０℃である。エッチングプロセスとデポジションプロセスを組み合わせて１サイクルとし、約２５サイクル行う。
（ｊ）ドライエッチングを行った面と反対面にレジストを塗布し、ノズル連通孔２１のレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングして、ＳｉＯ₂膜２０１をパターニングする。そしてレジストを剥離する。このとき、ドライエッチングを行った面に残っていたＳｉＯ₂膜２０１は全て除去される。

（ｋ）ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、ノズル連通孔２１を約８０μｍエッチングし、ノズル連通孔２１を貫通させる。エッチング条件は、エッチングプロセスがＳＦ₆流量４００ｃｍ³／ｍｉｎ（４００ｓｃｃｍ）、エッチング時間３．５秒、チャンバー圧力8Ｐａ、コイルパワー２２００Ｗ、プラテンパワー５５Ｗ、プラテン温度２０℃で、デポジションプロセスがＣ₄Ｆ₈流量２００ｃｍ³／ｍｉｎ（２００ｓｃｃｍ）、エッチング時間２．５秒、チャンバー圧力２．７Ｐａ、コイルパワー１８００Ｗ、プラテン温度２０℃である。エッチングプロセスとデポジションプロセスを組み合わせて１サイクルとし、約１５０サイクル行う。
（ｌ）シリコン基板２００をふっ酸水溶液に浸し、残っているＳｉＯ₂膜２０１を全て除去する。その後、酸素及び水蒸気雰囲気中、１０７５℃の条件で８時間酸化して、シリコン基板２００の表面に約１．７μｍのＳｉＯ₂膜２０１を成膜する。
（ｍ）シリコン基板２００のドライエッチングを行った面に、レジストを塗布し、ダイアフラムとなるリザーバ２３の側壁を形成するＶ溝２５ａ形成用のレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングして、ＳｉＯ₂膜２０１をパターニングする。そしてレジストを剥離する。
レジストを塗布する際には、貫通しているノズル連通孔２１からレジストが抜けていかないように塗布する面と反対面に材質がポリエステルのテープを貼り、ノズル連通孔２１を塞ぐ。ポリエステルのテープは、ふっ酸水溶液に難溶であるため、反対面のＳｉＯ₂膜がエッチングされることは無い。

（ｎ）シリコン基板２００のドライエッチングを行った面と反対面に、レジストを塗布し、リザーバ２３、ＩＣ収容口、配線取出口を形成するためのレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングして、パターニングする。そしてレジストを剥離する。この場合も、工程（ｍ）と同様にレジストを塗布する際には、貫通しているノズル連通孔２１からレジストが抜けていかないように塗布する面と反対面に材質がポリエステルのテープを貼り、穴を塞ぐ。
（ｏ）シリコン基板２００を２５ｗ％の水酸化カリウム水溶液に浸し、リザーバ２３、ダイアフラムとなるリザーバ２３の側壁２５、ＩＣ収容口、配線取出口をエッチングにより形成する。リザーバ２３、ＩＣ収容部および配線取出口は、図示のシリコン基板２００の上側面からエッチングされ、底部に反対面のＳｉＯ₂膜が出てくるまでエッチングを行う。これらのエッチング部の内壁面の面方位は（１１１）面となる。
同時に、図示のシリコン基板２００の下側面から、リザーバ２３の側壁２５外側面を形成するエッチングが進行し、面方位（１１１）面で構成されるＶ溝２５ａが形成される。これらにより、リザーバ２３の凹部とこのＶ溝２５ａとにより、傾斜した側壁２５が形成される。従って、Ｖ溝２５ａの位置を変えることで、所望の可撓性を有した圧力緩衝用ダイアフラムの側壁２５を得ることができる。
なお、この工程のシリコン基板２００の上下（又は表裏）両面のエッチングは、それら両面を同時にエッチングするのが効率的であるが、片面づつ順にエッチングしてもよい。（ｐ）シリコン基板２００をふっ酸水溶液に浸し、全面のＳｉＯ₂膜を剥離する。これにより、リザーバ基板２が完成する。

図５、図６は実施の形態１のインクジェットヘッドの製造方法の一例を示す工程図である。これらの図の（１）〜（８）に従って、インクジェットヘッドの製造方法を順に説明する。なお、実際には、シリコンウェハから複数個分のインクジェットヘッドの部材を同時形成するが、図５、図６ではその一部分だけを示している。

（１）約１ｍｍのガラス基板４００に対し、個別電極４１を成膜するための深さ０．２μｍの凹部４２を形成する。凹部４２形成後、例えばスパッタリング法を用いて０．１μｍの厚さの個別電極４１を形成する。また、ＩＣドライバ５を装着するための電極端子部、ＩＣドライバ５に対する信号や電源の引き出し線およびその接続端部も形成される。その後、インク供給口４５をサンドブラスト法または切削加工により形成して、電極基板４とする。
（２）（１１０）を面方位とする酸素濃度の低いシリコン基板３００の片面を鏡面研磨した２２０μｍの厚みの基板を作製する。そのシリコン基板３００の鏡面側に、振動板３１の厚みと同等の高濃度ボロンドープ層を形成する（図示せず）。そして、そのボロンドープ層の表面にＴＥＯＳ絶縁膜を０．１μｍ成膜する（図示せず）。

その後、シリコン基板３００と電極基板４を３６０℃に加熱した後、電極基板４に負極、シリコン基板３００に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加してそれらの基板を陽極接合する。なお、シリコン基板３００のＴＥＯＳ絶縁膜と電極基板４の個別電極４１との間には、凹部４２に起因するギャップ１６が形成される。

（３）陽極接合後、シリコン基板３００の表面を、その厚みが約６０μｍになるまで研削加工を行う。その後、加工変質層を除去する為に、３２ｗ％の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板３００を約１０μｍエッチングする。これによりシリコン基板３００の厚みは約５０μｍとなる。
（４）電極基板４とシリコン基板３００との接合済み基板を水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングし、シリコン基板３００に吐出室３１を形成する。このエッチング工程では、ボロンドープ層でのエッチングレートの低下を利用してエッチングをストップさせる。これにより、吐出室３１の底面を構成する振動板３２の面荒れを抑制し、その厚み精度を０．８０±０．０５μｍ以下にして、インクジェットヘッドの吐出性能を安定化することができる。
また、シリコン基板３００には、インク供給孔３５、ＩＣ収容口５１Ａ、封止穴５３、配線取出口などの貫通部を形成し、キャビティ基板３とする。これらの貫通部は、まずウェットエッチングにより薄膜とした後、シリコン基板３００表面にそれら貫通部分が開口したシリコンマスクを取り付けて、ＲＩＥドライエッチングを行い、それらの貫通穴部のみにプラズマを当てて、薄膜を除去し開口する。

（５）接合済み基板を乾燥し、ギャップ１６内部の水分を除去した後、エポキシなどの封止材４３を封止穴５３に流し込み、ギャップ１６を封止する。これによって、ギャップ１６は密閉状態となる。
（６）続いて、先に製作しておいたリザーバ基板２をエポキシ系接着剤により、キャビティ基板３接着する。
（７）ＩＣ収容口５１，５１Ａを利用して、電極基板４の電極端子部４１ａにＩＣドライバ５を実装する。
（８）ノズル基板１をエポキシ系接着剤によりリザーバ基板２に接着する。そして、ダイシングを行い、個々のヘッドに切断し、インクジェットヘッドとする。

以上の液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、シリコン基板３００と電極基板４とを接合した後に、シリコン基板３００に吐出室等の各部位を形成してキャビティ基板３としているため、シリコン基板３００の取り扱いが容易となる。これにより、シリコン基板３００の割れを低減することができ、その基板の大口径化が可能となる。大口径化が可能となれば、一枚の基板から多くの液滴吐出ヘッドを取出すことができ、生産性を向上させることができる。
また、キャビティ基板３より厚いリザーバ基板２にリザーバ２３となる凹部を形成してキャビティ基板３に積層するため、リザーバ２３の流路抵抗を低くし、吐出能力の向上並びにヘッドの小型化が可能となる。
さらに、表裏面の面方位が１００のリザーバ基板２を利用し、その両面からウェットエッチングを行って、リザーバ２３とそれを構成するダイアフラムとして作用する側壁２５を形成するので、リザーバ２３の容積やダイアフラムの厚みを精度良く形成できる。それはエッチングがシリコン基板の（１１１）面に沿って進行するためである。そして、このように高精度で形成されたリザーバ２３やダイアフラムにより、リザーバ２３のコンプライアンスが向上し、インクジェット駆動時のクロストークを防止することが可能となる。

実施の形態２
図７は実施の形態１の液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）を用いた液滴吐出装置の概略構成図である。図７の液滴吐出装置はインクジェット方式による印刷を目的とするプリンタである。図７において、被印刷物であるプリント紙１１０が支持されるドラム１０１と、プリント紙１１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１０２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド１０２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙１１０は、ドラム１０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１０３により、ドラム１０１に圧着して保持される。そして、送りネジ１０４がドラム１０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１０２が保持されている。送りネジ１０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１０２がドラム１０１の軸方向に移動するようになっている。

一方、ドラム１０１は、ベルト１０５等を介してモータ１０６により回転駆動される。また、プリント制御手段１０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１０４、モータ１０６を駆動させ、また、図示していない発振駆動回路を駆動させて振動板４を振動させ、プリント紙１１０に印刷を行わせる。

なお、実施の形態１、２ではインクを吐出する液滴吐出ヘッドの例を示したが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、染料や顔料を含む液体、有機ＥＬ等の表示基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。

本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図。 図１のインクジェットヘッドの吐出室及びリザーブを示す部分断面図。 図１に示されたリザーバ基板の製造方法を示す製造工程図。 図３に続くリザーバ基板の製造工程図。 実施の形態１に係るインクジェットヘッドの製造方法を示す製造工程図。 図５に続くインクジェットヘッドの製造工程図。 実施の形態１のインクジェットヘッドを備えたプリンタの構成図。

符号の説明

１ ノズル基板、２ リザーバ基板、３ キャビティ基板、４ 電極基板、５ ＩＣドライバ、１１ ノズル孔、１６ ギャップ、２１ ノズル連通孔、２２ 供給口、２３ リザーバ、２５ 側壁（ダイアフラム）、２７ インク供給孔、２８ 第２の凹部、３１ 吐出室、３２ 振動板、３３ 第１の凹部、３５ インク供給孔、３６ 共通電極、４１ 個別電極、４１ａ 電極端子部、４２ 電極基板の凹部、４３ 封止材、４４ 接続端部（ケーブル接続部）、４５ インク供給孔、５１，５１Ａ ＩＣ収容口、５２，５２Ａ 配線取出口。

Claims (6)

1. 複数のノズル孔を有したノズル基板と、
   複数の吐出室を有し、該吐出室の圧力変動を利用して各吐出室に対応したノズル孔から液滴を吐出させるキャビティ基板と、
   前記吐出室と連通し、前記吐出室に供給する液体を貯えるリザーバを有したリザーバ基板とを備え、
   前記リザーバ基板はその表裏面が面方位１００のシリコン基板からなり、前記リザーバを構成する側壁が、前記シリコン基板を両面からエッチングして得られた面方位１１１の傾斜壁からなるダイアフラムとなっていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記リザーバには、該リザーバから各吐出室に液体を供給する供給口が、各吐出室毎に設けられていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記リザーバは前記複数の吐出室が平行に並んでいる方向に沿って長く延びる形状に形成されており、該方向に沿って構成されている側壁が前記ダイアフラムとなっていることを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。
4. 複数のノズル孔を有したノズル基板と、
   複数の吐出室を有し、該吐出室の圧力変動を利用して各吐出室に対応したノズル孔から液滴を吐出させるキャビティ基板と、
   前記吐出室と連通し、前記吐出室に供給する液体を貯えるリザーバを有したリザーバ基板とを接合する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記リザーバ基板に表裏面が面方位１００のシリコン基板を用い、該シリコン基板の一方の面に前記リザーバをエッチング形成するためのパターニングを施し、前記シリコン基板の他方の面に前記リザーバの側壁を構成しかつダイアフラムとして作用するリザーバ側壁をエッチング形成するためのパターニングを施して、前記シリコン基板を両面からエッチングして前記リザーバと、前記リザーバ側壁とを形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記シリコン基板のエッチングを両面から同時に行うことを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
6. 請求項１または２記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
   

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