JP2008087440A - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法 - 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することができる液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法等を提供する。
【解決手段】液滴吐出ヘッド１０は、ノズル基板１と、吐出室３１を有するキャビティ基板３と、リザーバ２３となるリザーバ凹部２３ａを有するリザーバ基板２とを少なくとも備え、リザーバ凹部２３ａの内面全体とリザーバ凹部２３ａの開口の周囲にリザーバ凹部２３ａよりも深さが浅く形成された浅い凹部２３ｃの底面とに、成膜により形成された樹脂薄膜１１１を有し、浅い凹部２３ｃの底面に成膜された樹脂薄膜１１１は、リザーバ凹部２３ａを囲むように周状に切断されており、リザーバ凹部２３ａの底面に成膜された樹脂薄膜１１１の一部は圧力変動を緩衝するダイアフラム部１００となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法に関するものである。

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アクチュエータ数は、ますます増加している。
インクジェットヘッドでは、吐出室のそれぞれ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吐出室とそれに連通する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出たり、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。

このようなノズル間の圧力干渉を防止するために、ダイアフラム部を備えたインク分配板と呼ばれるユニットを、ノズルが形成されている部材に組み付ける技術があった（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、インク分配板をノズルが形成されている部材に別途組み付けるので、インクジェットヘッドを小型化、薄型化することが困難であった。

このため、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インクジェットヘッドがあった（例えば、特許文献２参照）。

特公平２−５９７６９号公報（第１頁、第１図−第２図） 特開平１１−１１５１７９号公報（第２頁、図１−図２）

特許文献２に記載された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）に形成されているため、リザーバの体積確保の観点から、ダイアフラム部をリザーバと同一基板に設けることは困難である。このため、ダイアフラム部はノズル基板に形成されているが、この構造だと強度の低い部位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、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することができる液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置の製造方法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は、複数のノズル孔を有するノズル基板と、各ノズル孔に連通し、ノズル孔より液滴を吐出する複数の独立した吐出室を有するキャビティ基板と、吐出室に対して共通に連通するリザーバとなるリザーバ凹部を有し、ノズル基板とキャビティ基板との間に設けられるリザーバ基板とを少なくとも備えた液滴吐出ヘッドであって、リザーバ凹部の内面全体とリザーバ凹部の開口の周囲にリザーバ凹部よりも深さが浅く形成された第２の凹部の底面とに、成膜により形成された樹脂薄膜を有し、第２の凹部の底面に成膜された樹脂薄膜は、リザーバ凹部を囲むように周状に切断されており、リザーバ凹部の底面に成膜された樹脂薄膜の一部は圧力変動を緩衝するダイアフラム部となっているものである。
ダイアフラム部と吐出室が別々の基板（リザーバ基板とキャビティ基板）に設けられているため、リザーバの体積を確保することができるとともに、リザーバの内部にダイアフラム部を設けることができる。このため、ノズルの高密度化が可能であるとともに、リザーバのコンプライアンスを低減してリザーバ内での圧力変動を抑制し、インク吐出時に発生するノズル間の圧力干渉を防止することで、良好な吐出特性を得ることができる。
さらに、リザーバの底部全面をダイアフラムにすることでダイアフラム部の面積を大きくすることができ、ダイアフラム部の圧力緩衝効果を大きくすることができる。
また、樹脂薄膜は、リザーバ基板のノズル基板又はキャビティ基板とのそれぞれの接着面には形成されないため、その接着面に樹脂薄膜が介在することによるノズル基板又はキャビティ基板との接着強度の低下を防止することができる。
また、樹脂薄膜がリザーバ凹部の内面全体に形成されているため、樹脂薄膜とリザーバ基板との接触面積を十分に確保でき、十分な密着性を確保することができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、リザーバ基板においてリザーバ凹部の底面を構成する樹脂薄膜部分のリザーバ凹部とは反対側は、リザーバ凹部の形成面とは反対側の表面からダイアフラム部まで堀り込まれて形成された空間部となっているものである。
ダイアフラム部がリザーバ基板内に設けられる構造のため、ダイアフラム部はノズル基板とキャビティ基板とに挟まれて存在し、直接外力が加わることはない。よって、ダイアフラム部を薄くすることができ、かつ保護カバー等のような特別の保護部材を必要とせず、ヘッドユニットの外力に対する強度を向上することができる。
ダイアフラム部の両面が空間部となるので、この空間部内でダイアフラム部の振動変位が可能となる。
また、ダイアフラム部が変形するための空間部をキャビティ基板もしくはノズル基板に加工する必要がないので、キャビティ基板もしくはノズル基板の設計および加工に対する影響をなくすことができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、第２の凹部が、樹脂薄膜の厚みよりも深い深さを有するものである。
これにより、樹脂薄膜の表面が第２の凹部の表面から突出することがなく、樹脂薄膜がノズル基板に接触することによる接着強度低下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は、樹脂薄膜がパリレンで構成されているものである。
これにより、微小欠陥が無く被覆性に優れ、また、耐熱性、耐薬品性及び耐透湿性が高い樹脂薄膜を構成できる。また、例えばシリコン薄膜に比べて柔軟性が高いため、高い圧力吸収効果を発揮することができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、空間部を、リザーバ基板のキャビティ基板との接着面側に設けたものである。
ダイアフラム部が変形するための空間部をキャビティ基板との接着面側に設けたので、リザーバ基板のリザーバ凹部はノズル基板側に位置し、前記リザーバをキャビティ基板の吐出室と立体的にオーバラップさせてヘッド面積を小型化することができる。

また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の何れかの液滴吐出ヘッドを備えたものである。
液滴吐出時に発生するノズル間の圧力干渉を防止して吐出特性が良好な液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、複数のノズル孔を有するノズル基板と、各ノズル孔に連通し、室内に圧力を発生させてノズル孔より液滴を吐出する複数の独立した吐出室を有するキャビティ基板と、吐出室に対して共通に連通するリザーバを有し、ノズル基板とキャビティ基板との間に設けられるリザーバ基板とを少なくとも備え、リザーバの底面に圧力変動を緩衝する樹脂薄膜を備えたダイアフラム部を設けた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、リザーバ基板になるシリコン基材の一方の面から、リザーバとなるリザーバ凹部と、リザーバ凹部の開口の周囲に形成され、リザーバ凹部よりも深さの浅い第２の凹部とを形成する工程と、シリコン基材の一方の面のうち、リザーバ凹部の開口部及び第２の凹部の開口部以外の表面と、一方の面とは反対側の面とをそれぞれマスク部材で覆い、樹脂薄膜を形成する工程と、樹脂薄膜を、第２の凹部の底面部分でリザーバ凹部を囲むように周状に切断する工程と、シリコン基材の両面のマスク部材を除去する工程と、反対側の面から樹脂薄膜が露呈するまでシリコン基材をドライエッチングで除去してダイアフラム部を形成する工程と、を備えたものである。
この方法によれば、ダイアフラム部を形成するに際し、リザーバ基板の表面に成膜した樹脂薄膜の一部をダイアフラム部としてそのまま利用するため、製造工程が簡単である。
また、樹脂薄膜は、リザーバ凹部の内面及び第２の凹部の底面にのみ形成され、リザーバ基板のノズル基板又はキャビティ基板とのそれぞれの接着面には形成されないため、その接着面に樹脂薄膜が介在することによる接着強度の低下を防止することができる。
また、第２の凹部で樹脂薄膜の一部を切断し、マスク部材を除去する際に樹脂薄膜の不要な部分も一緒に引き剥がされるため、製造工程が簡単である。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、樹脂薄膜を形成する工程がパリレンを蒸着する工程であるものである。
これにより、微小欠陥が無く、耐熱性、耐薬品性及び耐透湿性が高い樹脂薄膜を良好な被覆性で所望の部分に確実に形成できる。また、例えばシリコン薄膜に比べて柔軟性が高いため、高い圧力吸収効果を有する液滴吐出ヘッドを製造できる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、樹脂薄膜を切断する工程がレーザーにより切断する工程であるものである。
これにより、所望のラインで樹脂薄膜を切断することが可能となる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基材の一方の面側を覆うマスク部材が、リザーバ凹部の開口部に対向する位置にのみ開口を有し、開口がリザーバ凹部の開口部よりも大きいものとしたものである。
これにより、マスク部材のリザーバ基板に対するアライメントにズレが生じたとしても、第２の凹部上に確実に樹脂薄膜を形成することができ、樹脂薄膜の切断領域を確保することができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、パリレン薄膜の表面を酸素プラズマで親水化処理するものである。
これにより、液滴流路の親水性を容易に確保することができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ダイアフラム部を形成する際のシリコンのドライエッチングには、ＳＦ６プラズマを用いるものである。
これにより、樹脂薄膜に与えるダメージを最小限に抑えてシリコンのドライエッチングを行うことができる。

また、本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の何れかの液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造するものである。
吐出特性が良好な液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を得ることができる。

以下、本発明を適用した液滴吐出ヘッドの実施の形態について説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、ノズル基板の表面に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するフェイス吐出型のインクジェットヘッドについて説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、基板の端部に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するエッジ吐出型の液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができる。また、アクチュエータは静電駆動方式で示してあるが、その他の駆動方式であってもよい。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係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、図１に示したインクジェットヘッドの組立状態を示す縦断面図である。なお、図１及び図２では、通常使用される状態とは上下が逆に示されている。

図１、図２において、インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）１０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。すなわち、吐出室とリザーバが別々の基板に設けられている。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のシリコン材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。ただし、図１には簡明のため、１列５つのノズル孔１１を示してある。また、ノズル列は複数列とすることもある。
各ノズル孔１１は、基板面に対し垂直にかつ同軸上に小さい穴の噴射口部分１１ａと、噴射口部分１１ａよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから構成されている。

リザーバ基板２は、例えば厚さ約１８０μｍであって、面方位が（１００）のシリコン材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少し大きい径（導入口部分１１ｂの径と同等もしくはそれよりも大きい径）のノズル連通孔２１が設けられている。また、各ノズル連通孔２１および各ノズル孔１１に対して、各供給口２２を介して連通する共通のリザーバ（共通インク室）２３となるリザーバ凹部２３ａが形成されている。

このリザーバ凹部２３ａは、ノズル基板１との接着面（以下、Ｎ面ともいう）側に拡径して開かれた断面ほぼ逆台形状となっている。そしてリザーバ凹部２３ａの底壁２３ｂのキャビティ基板３側は、リザーバ基板２とキャビティ基板３との接着面（以下、Ｃ面ともいう）まで貫通する空間部１１０となっている。

また、リザーバ基板２においてリザーバ凹部２３ａの開口部の周辺にはリザーバ凹部２３ａよりも深さの浅い凹部（第２の凹部）２３ｃが形成されている。また、キャビティ基板３との接着面とノズル連通孔２１の内周を除くリザーバ基板２のリザーバ凹部形成側の面全体（リザーバ凹部２３ａの内面全体及び浅い凹部２３ｃの底面部分）、樹脂薄膜１１１が形成されている。なお、浅い凹部２３ｃは、後述の樹脂薄膜１１１の厚みよりも深く形成され、この浅い凹部２３ｃ内に形成される樹脂薄膜１１１の表面がリザーバ基板２の表面から突出しないようになっている。

樹脂薄膜１１１のうち、空間部１１０に対向する樹脂薄膜部分は、リザーバ凹部２３ａの底面の一部を構成しており、圧力変動緩衝部であるダイアフラム部１００となっている。すなわち、空間部１１０に対向する部分の樹脂薄膜１１１は、空間部１１０とリザーバ凹部２３ａとの間で空中に浮いた状態となっており、この空間部１１０によって樹脂薄膜１１１のたわみが許容されるようになっている。
なお、この樹脂薄膜１１１はリザーバ基板２の製造過程で成膜によって形成されるもので、例えばパリレンを用いて形成される。

リザーバ凹部２３ａの底壁２３ｂには、ダイアフラム部１００を回避した位置に、上記の供給口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とが貫通形成されている。
また、リザーバ基板２のＣ面には、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が、第２の凹部２８は省略することも可能である。

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３０μｍのシリコン材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。そして、この第１の凹部３３と上記の第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（第１の凹部３３）の底壁が振動板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ことができる。振動板３２をボロン拡散層とすることにより、ウエットエッチングでの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。

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膜からなる絶縁膜が、例えば０．１μｍの厚さで形成されている（図示せず）。この絶縁膜は、インクジェットヘッド１０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。

電極基板４は、例えば厚さ約１ｍｍのガラス材から作製されている。なかでも、キャビティ基板３のシリコン材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とキャビティ基板３とを陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板４とキャビティ基板３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とキャビティ基板３とを強固に接合することができる。

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、エッチングにより約０．３μｍ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エアギャップＧ（空隙）は、この凹部４２の深さ、個別電極４１および振動板３２を覆う絶縁膜の厚さにより決まることになる。このエアギャップＧは、インクジェットヘッド１０の吐出特性に大きく影響する。本実施の形態の場合、エアギャップＧは、０．２μｍとなっている。このエアギャップＧ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ている。これにより、異物や湿気等がエアギャップＧに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１０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。しかし、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の端子部４１ａは、リザーバ基板２およびキャビティ基板３の端部が開口された電極取り出し部４４に露出しており、電極取り出し部４４において、例えばドライバＩＣ等の駆動制御回路５が搭載されたフレキシブル配線基板（図示せず）が、各個別電極４１の端子部４１ａと、キャビティ基板３の端部に設けられた共通電極３６とに接続されている。

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１０の動作について説明する。
インクジェットヘッド１０には、外部のインクカートリッジ（図示せず）内の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、このインクジェットヘッド１０の動作を制御するためのドライバＩＣ等の駆動制御回路５が、各個別電極４１とキャビティ基板３に設けられた共通電極３６との間に接続されている。

したがって、この駆動制御回路５により個別電極４１に駆動信号（パルス電圧）を供給すると、個別電極４１には駆動制御回路５からパルス電圧が印加され、個別電極４１をプラスに帯電させ、一方、これに対応する振動板３２はマイナスに帯電する。このとき、個別電極４１と振動板３２間に静電気力（クーロン力）が発生するため、この静電気力により振動板３２は個別電極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、パルス電圧をオフにすると、上記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り、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。

本実施の形態に係るインクジェットヘッド１０によれば、駆動時において、吐出室３１の圧力はリザーバ２３にも伝達される。このとき、リザーバ２３の底壁２３ｂには、樹脂薄膜１１１を備えたダイアフラム部１００が設けられているので、リザーバ２３が正圧になると樹脂薄膜１１１は空間部１１０の下方へ撓み、逆にリザーバ２３が負圧になると樹脂薄膜１１１は空間部１１０の上方へ撓むため、リザーバ２３内の圧力変動を緩衝することができ、ノズル孔１１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。

また、樹脂薄膜１１１はリザーバ２３の底壁２３ｂに設けられているため、ダイアフラム部１００の面積を大きくすることができ、圧力緩衝効果を大きくすることができる。
また、樹脂薄膜１１１はリザーバ凹部２３ａの内面全体及び浅い凹部２３ｃの底面部分に形成され、ダイアフラム部１００となる樹脂薄膜１１１部分が、リザーバ２３の底壁２３ｂの表面と、供給口２２の周壁の一部と、インク供給孔２７の周壁の一部とに対して一様に成膜されているため、例えば、図３に示すように空間部１１０の側面１１０ａに形成するようにした場合に比べて、リザーバ基板２との接触面積が増加して十分な密着性を確保することができるようになっている。
さらに、ダイアフラム部１００はリザーバ基板２内に設けられておりＣ面側はキャビティ基板３によって蓋がされ、外部に露出していないので、樹脂薄膜１１１を備えたダイアフラム部１００を外力から確実に保護することができ、かつ保護カバー等特別な保護部材を全く必要としない。そのため、インクジェットヘッド１０の小型化、およびコスト低減が可能となる。

なお、ダイアフラム部１００は上記のように広い面積を有するので、空間部１１０内でも確実に変位（振動）させることができる。また必要に応じて、外部から空間部１１０に連通する小さい通気孔（図示せず）を、キャビティ基板３または電極基板４に設けてもよい。

次に、本実施の形態に係るインクジェットヘッド１０の製造方法について、図４乃至図１０を用いて説明する。なお、以下において示す基板の厚さやエッチング深さ、温度、圧力等の値はあくまでも一例を示すものであり、本発明はこれらの値によって限定されるものではない。
まず、リザーバ基板２の製造方法について図４乃至図６を参照して説明する。

（ａ）図４（ａ）に示すように、面方位（１００）、厚さ１８０μｍのシリコン材よりなるリザーバ基材２００を用意し、このリザーバ基材２００の両面にレジストをコーティングし、フォトリソグラフィー法によりノズル基板接合面（以下、Ｎ面）に、浅い凹部２３ｃとなる部分２００ｂをパターニングする。
（ｂ）次に、ドライエッチングによりＮ面に深さ１μｍの浅い凹部２３ｃを形成する。
（ｃ）そして、レジスト２００ａを剥離後、リザーバ基材２００に熱酸化膜２０１を１．５μｍ形成し、形成フォトリソグラフィー法により、キャビティ基板３と接着する側の面（Ｃ面）に、ノズル連通孔２１、第２の凹部２８、供給口２２、ダイアフラム部１００、インク供給孔２７になる部分の外縁のそれぞれ２１ａ、２８ａ、２２ａ、１００ａ、２７ａをパターニングする。このとき、Ｃ面における各部分２１ａ、２８ａ、２２ａ、１００ａ、２７ａの熱酸化膜２０１の残し膜厚が、次の関係になるようにエッチングする。
ノズル連通孔２１になる部分の外縁２１ａ＝０＜供給口２２になる部分２２ａ＝インク供給孔２７になる部分２７ａ＜第２の凹部２８になる部分２８ａ＝ダイアフラム部１００になる部分１００ａ

（ｄ）次に、図４（ｄ）に示すように、Ｃ面のノズル連通孔２１になる部分２１ａを、ＩＣＰで１５０μｍ程、ドライエッチングする。
（ｅ）次に、図４（ｅ）に示すように、熱酸化膜２０１を適量エッチングして、供給口２２になる部分２２ａ、インク供給孔２７になる部分の外縁２７ａを開口させ、そののち、ＩＣＰで１５μｍ程、ドライエッチングする。

（ｆ）次に、図４（ｆ）に示すように、熱酸化膜２０１を適量エッチングして、第２の凹部２８になる部分２８ａおよびダイアフラム部１００になる部分１００ａを開口させ、そののちＩＣＰで２５μｍ程、ドライエッチングする。この際、ノズル連通孔２１になる部分２１ａもドライエッチングされて、Ｎ面にまで貫通する。
（ｇ）そして、熱酸化膜２０１を除去した後に、図５（ｇ）に示すように、再度、熱酸化膜２０１を１．０μｍ形成し、ノズル基板１と接着する側の面（Ｎ面）に、リザーバ凹部２３ａになる部分２３０をフォトリソグラフィー法で開口する。

（ｈ）次に、図５（ｈ）に示すように、ＫＯＨで１５０μｍ程、ウエットエッチングしてリザーバ凹部２３ａを形成する。ここで、インク供給孔２７になる部分のシリコン部材２００ｃは外縁２７ａによりシリコン基材（リザーバ基材）２００から分離された状態になる。
（ｉ）熱酸化膜２０１を除去した後に、図５（ｉ）に示すように、再度、熱酸化膜２０１ａを０．２μｍ形成する。
（ｊ）Ｃ面に、ダイアフラム部１００になる部分１００ａのみが開口した金属製もしくはシリコン製のマスク２０２を被せてドライエッチングを行い、ダイアフラム部１００になる部分１００ａの熱酸化膜２０１ａを除去する。

（ｋ）そして、リザーバ基材２００のＣ面全体を保護フィルム２０３で保護するとともに、リザーバ凹部２３ａの開口部よりも大きい開口２０４ａを有する保護フィルム（マスク部材）２０４でリザーバ基材２００のＮ面を保護する。ここで、リザーバ凹部２３ａの開口部よりも大きい開口２０４ａを有する保護フィルム２０４を用いるのは、次の工程で、樹脂薄膜１１１が浅い凹部２３ｃの底面にも成膜されるようにするためである。
（ｌ）リザーバ基材２００を保護フィルム２０３、２０４で保護した状態で真空チャンバー内にセットし、表面全体にパリレンからなる樹脂薄膜１１１を１．０μｍ成膜する。ここで、このパリレンは、ジパラキシリレン（ダイマー）を昇華させて熱分解することにより成膜される。また、パリレンは、シリコン薄膜に比べて柔らかい性質があるため、当該部分を例えばシリコン薄膜で形成した場合に比べて１００倍から１０００倍の圧力吸収効果を発揮することができる。
このように、樹脂薄膜１１１はリザーバ基板２の製造過程において成膜によって形成される。

（ｍ）リザーバ凹部２３ａの周辺の浅い凹部２３ｃにレーザを照射し、樹脂薄膜１１１の一部を除去（切断）する。具体的には、リザーバ凹部２３ａを囲むように周状に切断する。このように、浅い凹部２３ｃは樹脂薄膜１１１の切断領域としての役割を果たしている。

（ｎ）そして、Ｎ面及びＣ面の保護フィルム２０３，２０４を剥離する。このとき、保護フィルム２０４と共に、樹脂薄膜１１１の不要部分（切断ラインよりも外側の部分）も一緒に剥がれるようになっている。そして、Ｃ面側より酸素プラズマで供給口２２及びインク供給孔２７の樹脂薄膜１１１を除去し、Ｎ面側から酸素プラズマでパリレンが除去されない程度に表面を親水化処理する。
（ｏ）Ｃ面からＳＦ６プラズマで空間部１１０になる部分のシリコンを除去する。その結果、樹脂薄膜１１１が露出し、ダイアフラム部１００が完成する。
以上によりリザーバ基板２が作製される。

次に、電極基板４とキャビティ基板３の製造工程について図７乃至図９を参照して説明し、インクジェットヘッドの完成までの製造工程について図１０を参照して説明する。

まず、電極基板４は、以下のようにして製造される。
（ａ）図７（ａ）に示すように、硼珪酸ガラス等からなる厚さ約１ｍｍのガラス基材４００に、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４２を形成する。なお、この凹部４２は個別電極４１の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極４１ごとに複数形成される。
そして、凹部４２の内部に、スパッタとパターニングにより、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる個別電極４１を形成する。
その後、ブラスト等によってインク供給孔４５になる部分４５ａを形成することにより、電極基板４が作製される。

（ｂ）次に、図７（ｂ）に示すように、厚さ約２２０μｍで電極基板４と接合するＥ面に所要の厚さのボロンドープ層（図示せず）を形成してあるシリコン材よりなるキャビティ基材３００を用意し、このキャビティ基材３００のＥ面に、例えばＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって、厚さ０．１μｍの酸化膜からなる絶縁膜３４を成膜する。絶縁膜３４の成膜は、例えば、温度３６０℃、高周波出力２５０Ｗ、圧力６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ³／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ³／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で行う。また、キャビティ基材３００は、所要の厚さのボロンドープ層（図示せず）を有するものを用いるのが望ましい。

（ｃ）次に、キャビティ基材３００（図７（ｂ））と、個別電極４１が作製された電極基板４（図７（ａ））とを、図７（ｃ）に示すように、絶縁膜３４を介して陽極接合する。陽極接合は、キャビティ基材３００と電極基板４を３６０℃に加熱した後、電極基板４に負極、キャビティ基材３００に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して陽極接合する。

（ｄ）次に、図７（ｄ）に示すように、陽極接合された上記キャビティ基材３００の表面を、バックグラインダーや、ポリッシャーによって研削加工し、さらに水酸化カリウム水溶液で表面を１０〜２０μｍエッチングして加工変質層を除去し、厚さが３０μｍになるまで薄くする。

（ｅ）次に、図８（ｅ）に示すように、薄板化されたキャビティ基材３００の表面に、エッチングマスクとなるＴＥＯＳ酸化膜３０１を、プラズマＣＶＤによって厚さ約１．０μｍで成膜する。

（ｆ）そして、ＴＥＯＳ酸化膜３０１の表面上にレジスト（図示せず）をコーティングし、フォトリソグラフイーによってレジストをパターニングし、ＴＥＯＳ酸化膜３０１をエッチングすることにより、図８（ｆ）に示すように、吐出室３１の第１の凹部３３、インク供給孔３５、および電極取り出し部４４になる部分３３ａ、３５ａ、４４ａを開口する。そして、開口後にレジストを剥離する。

（ｇ）次に、図８（ｇ）に示すように、この陽極接合済みの基材を水酸化カリウム水溶液でエッチングすることにより、薄板化されたキャビティ基材３００に、吐出室３１の第１の凹部３３になる部分３３ａと、インク供給孔３５となる貫通孔３５ａを形成する。このとき、電極取り出し部４４になる部分４４ａはボロンドープ層が形成されているため、振動板３２になる部分３２ａと同じ厚さで残留する。また、貫通孔３５ａにもボロンドープ層が形成されているが、インク供給孔４５から侵入する水酸化カリウム水溶液にも暴露されているため、エッチング中に消滅する。

なお、このエッチング工程では、最初は、濃度３５ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液を用いて、キャビティ基材３００の残りの厚さが例えば５μｍになるまでエッチングを行い、ついで、濃度３ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液に切り替えてエッチングを行う。これにより、エッチングストップが十分に働くため、振動板３２になる部分３２ａの面荒れを防ぎ、かつその厚さを０．８０±０．０５μｍと、高精度の厚さに形成することができる。エッチングストップとは、エッチング面から発生する気泡が停止した状態と定義し、実際のウェットエッチングにおいては、気泡の発生の停止をもってエッチングがストップしたものと判断する。

（ｈ）キャビティ基材３００のエッチングが終了した後に、図８（ｈ）に示すように、フッ酸水溶液でエッチングすることにより、キャビティ基材３００の上面に形成されているＴＥＯＳ酸化膜３０１を除去する。

（ｉ）次に、キャビティ基材３００の第１の凹部３３になる部分３３ａの表面に、図９（ｉ）に示すように、プラズマＣＶＤによりＴＥＯＳ膜からなるインク保護膜３７を、厚さ０．１μｍで形成する。

（ｊ）その後、図９（ｊ）に示すように、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によって電極取り出し部４４になる部分４４ａを開口する。また、振動板３２と個別電極４１の間のエアギャップＧの開放端部を、エポキシ樹脂等の封止材４３で気密に封止する。また、Ｐｔ（白金）等の金属電極からなる共通電極３６が、スパッタにより、キャビティ基材３００の表面の端部に形成される。
以上により、電極基板４に接合した状態のキャビティ基材３００からキャビティ基板３が作製される。

（ｋ）そして、図１０（ｋ）に示すように、このキャビティ基板３に、前述のようにノズル連通孔２１、供給口２２、リザーバ凹部２３ａ、ダイアフラム部１００等が作製されたリザーバ基板２を接着剤により接着する。

（ｌ）最後に、図１０（ｌ）に示すように、予めノズル孔１１が形成されたノズル基板１を、リザーバ基板２上に接着剤により接着する。
（ｍ）そして、図１０（ｍ）に示すように、ダイシングにより個々のヘッドに分離すれば、図２に示したインクジェットヘッド１０の本体部が作製される。

以上のように、実施の形態に係るインクジェットヘッドは、ダイアフラム部１００と吐出室３１とを別々の基板（リザーバ基板２とキャビティ基板３）に設けたので、リザーバ２３の体積を確保することができる。このため、ノズル１１の高密度化が可能であるとともに、リザーバ２３のコンプライアンスを低減してリザーバ２３内での圧力変動を抑制することができる。したがって、インク吐出時に発生するノズル間の圧力干渉を防止することができ、良好な吐出特性を得ることができる。

また、リザーバ基板２の内部にダイアフラム部１００を設けてダイアフラム部１００がヘッドチップに内抱される構造としたため、直接外力が加わることはなく、ダイアフラム部１００を薄くすることができ、かつ保護カバー等のような特別の保護部材を必要とせず、ヘッドユニットの外力に対する強度を向上することができる。

また、リザーバ基板２のダイアフラム部１００がリザーバ２３の底面に位置するので、リザーバ２３の底部全面をダイアフラムにすることでダイアフラム部１００の面積を大きくすることができ、ダイアフラム部１００の圧力緩衝効果を大きくすることができる。

また、ダイアフラム部１００は、樹脂薄膜１１１を成膜することにより形成したので、ダイアフラム部１００をウエハーに一括で形成できて生産性が良い。

また、ダイアフラム部１００が変形するための空間部１１０をリザーバ２３の形成面と反対側の面をエッチングにより掘り込んで形成したものであるので、空間部１１０を設けるに際し、キャビティ基板３もしくはノズル基板１に加工する必要がなく、キャビティ基板３もしくはノズル基板１の設計および加工に対する影響を与えることがない。

また、浅い凹部２３ｃが、樹脂薄膜１１１の厚みよりも深い深さを有するので、樹脂薄膜１１１の表面が浅い凹部２３ｃの表面から突出することがなく、樹脂薄膜１１１がノズル基板１に接触することによる接着強度低下を防止することができる。

また、樹脂薄膜１１１は、リザーバ２３の内面及び浅い凹部２３ｃの底面にのみ形成され、リザーバ基板２のノズル基板１又はキャビティ基板３とのそれぞれの接着面には形成されないため、その接着面に樹脂薄膜１１１が介在することによる接着強度の低下を防止することができる。

また、浅い凹部２３ｃで樹脂薄膜１１１の一部を切断し、保護フィルム２０４を除去する際に樹脂薄膜１１１の不要な部分も一緒に引き剥がされるため、製造工程が簡単である。

また、樹脂薄膜１１１にパリレンを用いたので、微小欠陥が無く被覆性に優れ、また、耐熱性、耐薬品性及び耐透湿性が高い樹脂薄膜を構成することができる。また、ダイアフラム部１００の薄膜部分を例えばシリコン薄膜で形成する場合に比べ、１００倍から１０００倍の圧力吸収効果を発揮することができる。

また、樹脂薄膜１１１を切断する際にはレーザーを用いたので、所望のラインで切断することが可能となる。

また、樹脂薄膜１１１を成膜する際にＮ面を保護する保護フィルム２０４を、その開口２０４ａがリザーバ凹部２３ａの開口部よりも大きいものとしたので、仮に保護フィルム２０４のリザーバ基板２に対するアライメントにズレが生じたとしても、浅い凹部２３ｃ上に確実に樹脂薄膜１１１を形成することができ、樹脂薄膜１１１の切断領域を確保することができる。

また、リザーバ基板２のＣ面側も同様に保護フィルム２０３で保護するようにしたので、リザーバ基板２のキャビティ基板３との接着面に樹脂薄膜１１１が成膜されるのを確実に防止することができ、接着面に樹脂薄膜１１１が介在することによるリザーバ基板２のキャビティ基板３との接着強度の低下を防止することができる。

また、樹脂薄膜１１１の表面を酸素プラズマで親水化処理するようにしたので、液滴流路の親水性を容易に確保することができる。

また、ダイアフラム部１００を形成する際のシリコンのドライエッチングにはＳＦ６プラズマを用いるようにしたので、樹脂薄膜１１１に与えるダメージを最小限に抑えてシリコンのドライエッチングを行うことができる。

また、空間部１１０を、リザーバ基板２のキャビティ基板３との接着面側設けた構造としたので、換言すれば、吐出室３１とリザーバ２３とをリザーバ基板２において互いに反対側の面に形成した構造としたので、リザーバ２３をキャビティ基板３の吐出室３１と立体的にオーバラップさせてヘッド面積を小型化することができる。

なお、上記実施の形態では、樹脂薄膜１１１としてパリレンを用いた例を示したが、他に例えばサイトップを用いてもよい。

上記の実施形態では、静電駆動方式のインクジェットヘッドおよびその製造方法について述べたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、静電駆動方式以外の駆動方式によるインクジェットヘッドについても、本発明を適用することができる。圧電方式の場合は、電極基板に代えて、圧電素子を各吐出室の底部に接着すればよく、バブル方式の場合は各吐出室の内部に発熱素子を設ければよい。また、上記実施の形態に係るインクジェットヘッド１０は、図１１に示されるインク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、プリント配線基板製造装置にて製造する配線基板の配線部分の形成、生体液体の吐出（プロテインチップやＤＮＡチップの製造）など、様々な用途の液滴吐出装置に適用することができる。また、上記実施の形態のインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）を備えた液滴吐出装置は、液滴吐出時に発生するノズル間の圧力干渉を防止して吐出特性が良好な液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置とすることができる。

実施の形態に係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１のインクジェットヘッドの組立状態を示す断面図。 ダイアフラム部の比較例を示す図。 実施の形態に係るインクジェットヘッドのリザーバ基板の製造工程断面図。 図４に続くリザーバ基板の製造工程の断面図。 図５に続くリザーバ基板の製造工程の断面図。 電極基板とキャビティ基板の製造工程の断面図。 図７に続く製造工程の断面図。 図８に続く製造工程の断面図。 図９に続く製造工程の断面図。 本発明に係るインクジェットプリンタを示す斜視図。

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、１０ インクジェットヘッド、１１ ノズル孔、２１ ノズル連通孔、２２ 供給口、２３ リザーバ、２３ａ リザーバ凹部、２３ｂ リザーバの底壁、２３ｃ 浅い凹部（第２の凹部）、２７，３５，４５ 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、４１ 個別電極、４２ 凹部、１００ ダイアフラム部、１１０ 空間部、１１１ 樹脂薄膜、２００ リザーバ基材、２０３，２０４ 保護フィルム、２０４ａ 開口、Ｃ キャビティ基板との接着面（Ｃ面）、Ｎ ノズル基板との接着面（Ｎ面）。

Claims (13)

1. 複数のノズル孔を有するノズル基板と、前記各ノズル孔に連通し、前記ノズル孔より液滴を吐出する複数の独立した吐出室を有するキャビティ基板と、前記吐出室に対して共通に連通するリザーバとなるリザーバ凹部を有し、前記ノズル基板と前記キャビティ基板との間に設けられるリザーバ基板とを少なくとも備えた液滴吐出ヘッドであって、
   前記リザーバ凹部の内面全体と前記リザーバ凹部の開口の周囲に前記リザーバ凹部よりも深さが浅く形成された第２の凹部の底面とに、成膜により形成された樹脂薄膜を有し、前記第２の凹部の底面に成膜された前記樹脂薄膜は、前記リザーバ凹部を囲むように周状に切断されており、前記リザーバ凹部の底面に成膜された前記樹脂薄膜の一部は圧力変動を緩衝するダイアフラム部となっていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記リザーバ基板において前記リザーバ凹部の底面を構成する前記樹脂薄膜部分の前記リザーバ凹部とは反対側は、前記リザーバ凹部の形成面とは反対側の表面からダイアフラム部まで堀り込まれて形成された空間部となっ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. 前記第２の凹部は、前記樹脂薄膜の厚みよりも深い深さを有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記樹脂薄膜はパリレンで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記空間部を、前記リザーバ基板の前記キャビティ基板との接着面側設けたことを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れかに記載の液滴吐出ヘッド。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
7. 複数のノズル孔を有するノズル基板と、前記各ノズル孔に連通し、室内に圧力を発生させて前記ノズル孔より液滴を吐出する複数の独立した吐出室を有するキャビティ基板と、前記吐出室に対して共通に連通するリザーバを有し、前記ノズル基板と前記キャビティ基板との間に設けられるリザーバ基板とを少なくとも備え、前記リザーバの底面に圧力変動を緩衝する樹脂薄膜を備えたダイアフラム部を設けた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なるシリコン基材の一方の面から、前記リザーバとなるリザーバ凹部と、該リザーバ凹部の開口の周囲に形成され、前記リザーバ凹部よりも深さの浅い第２の凹部とを形成する工程と、
   前記シリコン基材の前記一方の面のうち、前記リザーバ凹部の開口部及び前記第２の凹部の開口部以外の表面と、前記一方の面とは反対側の面とをそれぞれマスク部材で覆い、樹脂薄膜を形成する工程と、
   前記樹脂薄膜を、前記第２の凹部の底面部分で前記リザーバ凹部を囲むように周状に切断する工程と、
   前記シリコン基材の両面の前記マスク部材を除去する工程と、
   前記反対側の面から前記樹脂薄膜が露呈するまで前記シリコン基材をドライエッチングで除去して前記ダイアフラム部を形成する工程と、
   を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記樹脂薄膜を形成する工程はパリレンを蒸着する工程であることを特徴とする請求項７記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記樹脂薄膜を切断する工程はレーザーにより切断する工程であることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記シリコン基材の前記一方の面側を覆うマスク部材が、前記リザーバ凹部の開口部に対向する位置にのみ開口を有し、該開口が前記リザーバ凹部の開口部よりも大きいことを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記パリレン薄膜の表面を酸素プラズマで親水化処理することを特徴とする請求項８乃至請求項１０の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
12. 前記ダイアフラム部を形成する際の前記ドライエッチングには、ＳＦ５プラズマを用いることを特徴とする請求項７乃至請求項１１の何れかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
13. 請求項７乃至請求項１２のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。

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