JP2008132733A - 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、かつ吐出室深さを確保しながらクロストーク防止に十分なリザーバ体積を確保することが可能な液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法を得る。
【解決手段】複数のノズル孔１１を有するノズル基板１と、ノズル孔１１の各々に連通する複数のノズル連通孔２１と、ノズル連通孔２１の各々に連通し、室内に圧力を発生させて各ノズル孔１１より液滴を吐出する吐出室２２を構成する複数の吐出室用凹部２２ａと、吐出室用凹部２２ａに供給する液滴を溜めるリザーバ２４と、各吐出室用凹部２２ａとリザーバ２４とを連通する複数の供給口２３とが形成された流路基板２と、流路基板２の吐出室用凹部２２ａ内に圧力を発生させる振動板３１を有する振動板基板３と、振動板３１を変形させて吐出室２２に圧力変化を与える圧力発生手段とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、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流路基板とを備え、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。

近年、インクジェットヘッドは、高速印字に対応するため多ノズル化が進んでおり、また高解像度化の要求から微小な駆動機構（アクチュエータ）が求められている。駆動機構が小型化され、高密度化されると、インクを吐出するノズルごとに設けられた吐出室の隔壁が薄くなり、隔壁の剛性が低くなるため、１つの吐出室のインクが吐出されたときに隣接する吐出室が影響を受けるという、いわゆるクロストークの問題があった。また、このようなクロストークの問題は、吐出室の圧力がリザーバを介して他の圧力室に加わることによっても発生する。このようなクロストークを防止するために、一般のインクジェットヘッドでは、吐出室となる凹部及びリザーバとなる凹部が形成される基板（流路基板と呼ぶ）を薄くして吐出室間の隔壁の高さを低くしていた（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−９９３号公報（図３、図４）

しかしながら、流路基板を薄くすると、リザーバの高さも低くなるため、クロストークを防止するのに十分なリザーバ体積を確保できないという問題があった。また、流路基板を薄くすると、ハンドリングが難しくなることから、製造上の観点からみても歩留りの低下を招くという問題点があった。

上記製造上の問題については、比較的厚い流路基板と個別電極を備えた電極ガラス基板を接合し、流路基板の厚みを減らした後に、流路基板に、吐出室となる凹部とリザーバとなる凹部をウェットエッチングで形成する方法を採用することで対応可能であった。

しかしながら、吐出室の隔壁高さを低くしながらクロストーク防止に十分なリザーバ体積を確保することは、依然として難しいという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、ノズルの高密度化を可能にし、かつ吐出室深さを確保しながらクロストーク防止に十分なリザーバ体積を確保することが可能な液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法を得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、ノズル孔の各々に連通する複数のノズル連通孔と、ノズル連通孔の各々に連通し、室内に圧力を発生させて各ノズル孔より液滴を吐出する吐出室を構成する複数の吐出室用凹部と、吐出室用凹部に供給する液滴を溜めるリザーバと、各吐出室用凹部とリザーバとを連通する複数の供給口とが形成された流路基板と、流路基板の吐出室用凹部内に圧力を発生させる振動板を有する振動板基板と、振動板を変形させて吐出室に圧力変化を与える圧力発生手段とを備えたものである。
このように、吐出室と振動板とを別々の基板で構成したので、吐出室を形成する流路基板の厚みが吐出室の深さに制約されることなく、所望の厚みの基板を流路基板基材として選択することができる。これにより、流路基板に形成するリザーバで所望する体積を確保することが可能な厚みの基板を流路基板基材として選択することが可能となり、吐出に最適な吐出室の深さを確保しながら、クロストーク防止に十分なリザーバ体積を確保することが可能となる。また、吐出室の加工手段がウェットエッチングに限定されないため、吐出室形状の自由度が増す。
その結果、ノズルの高密度化が可能で、且つ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得ることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、吐出室用凹部が、流路基板の振動板基板との対向面に形成され、リザーバとなるリザーバ用凹部は、流路基板の対向面と反対側の面に吐出室用凹部と立体的に交差するように形成されているものである。
これにより、個別の深さを有する吐出室とリザーバを構成すると同時に、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ヘッドは、吐出室用凹部と供給口が流路基板の振動板基板との対向面に形成され、リザーバが、流路基板に対して垂直に貫通形成されているものである。
流路基板の全ての加工を振動板基板側からの片面加工で完了させることができる構造のため、各部位の位置を高精度に合わせることができ、良好な吐出特性を得ることが可能となる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板基板の流路基板とは反対側の面に、電極が形成された電極用凹部を有する電極基板を備え、圧力発生手段は、振動板と電極との間に生じる静電気力を利用して、振動板を変形させることで圧力を発生するものである。
アクチュエータの構造が単純なため、高密度で安価な液滴吐出ヘッドを構成することができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板には、電極用凹部の形成面と同一面側に圧力緩衝凹部が形成されており、振動板基板を、圧力緩衝凹部内で変位するダイアフラムとして兼用するようにしたものである。
これにより、新たな部材を追加することなく圧力緩衝機構を形成できる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、圧力緩衝凹部を外部と連通させる連通路を設けたものである。
これにより、ダイアフラムの変位に応じて圧力緩衝凹部内の空気が外部と出入りし、圧力緩衝凹部内の空気がダンパーとなってダイアフラムの動作を妨げ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は、流路基板は単結晶シリコン基板であるものである。
これにより、半導体製造プロセス、ＭＥＭＳ等の技術を用いて各部を形成することができる。

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。
これにより、ノズルの高密度化が可能で、且つ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、液滴が吐出される複数のノズル孔と、ノズルの各々に連通する複数のノズル連通孔と、ノズル連通孔の各々に連通し、室内に圧力を発生させて各ノズル孔より液滴を吐出する複数の吐出室と、複数の吐出室に供給する液滴を溜めるリザーバと、各吐出室とリザーバとを連通する複数の供給口とを含む液体流路を有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、シリコン基板の一方の面側からノズル連通孔と吐出室となる吐出室用凹部と供給口とをドライエッチングにより形成し、シリコン基板の一方の面とは反対側の面からリザーバとなるリザーバ用凹部をウェットエッチングで形成することにより流路基板を形成する工程を有するものである。
吐出室をドライエッチングで形成するようにしているので、従来のウェットエッチングで形成する方法に比べて吐出室形状の精度を向上することができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴が吐出される複数のノズル孔と、ノズルの各々に連通する複数のノズル連通孔と、ノズル連通孔の各々に連通し、室内に圧力を発生させて各ノズル孔より液滴を吐出する複数の吐出室と、複数の吐出室に供給する液滴を溜めるリザーバと、各吐出室と各リザーバとを連通する複数の供給口とを含む液体流路を具備する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、シリコン基板の一方の面側からノズル連通孔と吐出室となる吐出室用凹部とリザーバとなるリザーバ貫通孔と供給口とをドライエッチングにより形成することにより流路基板を形成する工程を有するものである。
流路基板に形成する各部を流路基板において同一面側からドライエッチングで形成するため、加工精度を向上させることができる。また、流路基板の全ての加工を振動板基板側からの片面加工で完了させることができるため、工程数を削減でき、歩留まり向上が可能で、コストを下げ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、リザーバ貫通孔を形成する際には、リザーバ貫通孔の外周部分をドライエッチングで垂直に貫通させることにより形成するものである。
これにより、良好なスループットで大面積の貫通孔を形成することができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ガラス基板に電極用凹部を形成し、電極用凹部内に電極を形成して電極基板を形成する工程と、吐出室に圧力を発生させる振動板を有する振動板基板を形成する工程とを有し、振動板基板を形成する工程では、シリコン基板にボロン拡散を行ってボロン拡散層を形成し、ボロン拡散層が形成されたシリコン基板と電極基板とを、電極とボロン拡散層とをギャップを介して対向させて陽極接合し、電極基板と接合されたシリコン基板に研削加工を行って薄板化し、薄板化されたシリコン基板の表面をウェットエッチングにより全面エッチングしてボロン拡散層でエッチングストップさせることにより振動板基板を形成するものである。
これにより、厚み精度が良好な振動板を少ない工程かつ良好なスループットで形成することができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、電極基板を形成する工程において、電極用凹部を形成するのと同時に、振動板基板がダイアフラムとして機能するための圧力緩衝凹部を形成するものである。
これにより、新たな工程を追加することなくダイアフラムの圧力緩衝機構を設けることができる。

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（圧力発生手段）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及び図２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で、図１は、インク吐出表面側からみた斜視図、図２は、インク吐出裏面側からみた斜視図である。また、図３は、図１及び図２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。

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、流路基板２、振動板基板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、インク流路を形成する吐出室及びリザーバと、振動板と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及び図２には簡明のため、１列１０個のノズル孔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。

流路基板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。この流路基板２には、流路基板２を垂直に貫通し、各ノズル孔１１に独立して連通するノズル連通孔２１と、各ノズル連通孔２１のそれぞれに独立して連通する各吐出室２２となる吐出室用凹部２２ａと、各吐出室に対して各供給口２３を介して連通する共通のリザーバ（共通インク室）２４となるリザーバ用凹部２４ａが形成されている。

このリザーバ用凹部２４ａ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。そしてリザーバ用凹部２４ａの底壁の振動板基板３側は、振動板基板３との接着面（以下、Ｃ面ともいう）まで貫通するリザーバ貫通部２５となっている。

また、流路基板２には更に、各吐出室用凹部２２ａとリザーバ２４とを連通する複数の供給口２３と、外部からリザーバ２４にインクを供給するためのインク供給孔２６とが貫通形成されている。

流路基板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。

また、流路基板２においてインクの流路となる部分の表面には、インク保護膜（図示せず）が形成されている。

振動板基板３は、例えば厚さ約０．８μｍのシリコン材から作製されている。振動板基板３において、流路基板２の吐出室２２に対向する部分が振動板３１となっている。振動板３１は、シリコン基板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３１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３１の厚さや面荒れを精度よく調整することができる。

また、振動板基板３において、流路基板２のリザーバ貫通部２５に対向する部分が、リザーバの圧力変動を緩衝するリザーバダイアフラム３２となっている。すなわち、リザーバダイアフラム３２は、リザーバ貫通部２５と電極基板４の後述の圧力緩衝凹部４４との間で空中に浮いた状態となっており、圧力緩衝凹部４４によってリザーバダイアフラム３２の変位が許容され、圧力緩衝が行われる。

振動板基板３の少なくとも電極基板４側の面には、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。振動板基板３の流路基板２側の面には、流路基板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、振動板基板３には、流路基板２のインク供給孔２６に連通するインク供給孔３３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、振動板基板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と振動板基板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と振動板基板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と振動板基板３とを強固に接合することができる。

電極基板４には、振動板基板３の各振動板３１に対向する表面の位置に、それぞれ電極用凹部４１が設けられている。各電極用凹部４１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、各電極用凹部４１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４２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３１と個別電極４２との間に形成されるギャップＧ（空隙）は、この電極用凹部４１の深さ、個別電極４２および振動板３１を覆う絶縁膜の厚さにより決まることになる。このギャップ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１の場合、ギャップＧは、０．２μｍとなっている。このギャップ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４２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４２の端子部４２ａは、流路基板２および振動板基板３の端部が開口された電極取り出し部４６に露出しており、電極取り出し部４６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４２の端子部４２ａと、振動板基板３の端部に設けられた共通電極３４とに接続されている。

また、電極基板４の電極用凹部４１の形成面と同一面側において、流路基板２のリザーバ貫通部２５に対応する部分に、リザーバダイアフラム３２の変位を許容する圧力緩衝凹部４４が形成されている。圧力緩衝凹部４４は、連通路４４ａを介して外部に連通するように構成されており、圧力緩衝凹部４４内の空気が外部と出入り可能となっている。これにより、圧力緩衝凹部４４内の空気がダンパーとなってリザーバダイアフラム３２の動作を妨げるのを防止できるようになっている。

更に、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、振動板基板３に設けられたインク供給孔３３、および流路基板２に設けられたインク供給孔２６を通じて、リザーバ２４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、３３、２６を通じてリザーバ２４内に供給され、さらにインクは個々の供給口２３からそれぞれの吐出室２２、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４２と振動板基板３に設けられた共通電極３４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４２に駆動信号（パルス電圧）を供給すると、個別電極４２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４２をプラスに帯電させ、一方、これに対応する振動板３１はマイナスに帯電する。このとき、個別電極４２と振動板３１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３１は個別電極４２側に引き寄せられて撓む。これによって、吐出室２２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３１はその弾性力により元に戻り、その際、吐出室２２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２２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３１が個別電極４２側に撓むことにより、インクがリザーバ２４から供給口２３を通って吐出室２２内に補給される。

本実施の形態１に係るインクジェットヘッド１０によれば、吐出室２２と振動板３１とを別々の基板で構成したので、吐出室２２を形成する流路基板２の厚みが吐出室２２の深さに制約されることなく、所望の厚みの基板を流路基板基材として選択することができる。これにより、流路基板２に形成するリザーバ２４で所望する体積を確保することが可能な厚みの基板を流路基板基材として選択することが可能となり、吐出に最適な吐出室２２の深さを確保しながら、クロストーク防止に十分なリザーバ体積を確保することが可能となる。このように、本例の流路基板２の構造によれば、流路基板基材の厚みと、キャビティの深さと、リザーバの深さとの間の拘束が無くなるため、流路設計の自由度を高めることができる。また、ハンドリングが容易な厚い基板を流路基板基材として用いることができ、歩留まり向上に寄与する。

また、上述したようにリザーバ２４の体積を確保することが可能となるため、ノズル孔１１の高密度化が可能であるとともに、リザーバ２４のコンプライアンスを低減してリザーバ２４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可能な液滴吐出ヘッドを得ることができる。

また、吐出室２２とリザーバ２４とを流路基板２において互いに反対側の面に形成する構造とし、吐出室２２とリザーバ２４とを立体的に交差させたため、ヘッド面積を小型化することができる。

また、本例では、振動板３１を静電気力によりたわませ、吐出室２２の圧力を変化させて各ノズル孔１１からインクを吐出させる静電駆動式を採用したので、圧電方式に比べて微細化が容易で構造が単純など点から、高密度で安価な液滴吐出ヘッドを構成することができる。

また、電極基板４において電極用凹部４１の形成面と同一面側に圧力緩衝凹部４４を設け、振動板基板３を、圧力緩衝凹部４４内で変位するダイアフラムとして兼用するようにしたので、新たな部材を追加することなく圧力緩衝機構を形成できる。

また、圧力緩衝凹部４４が外部に連通する構成としたので、リザーバダイアフラム３２の変位に応じて圧力緩衝凹部４４内の空気が外部と出入りし、圧力緩衝凹部４４内の空気がダンパーとなってリザーバダイアフラム３２の動作を妨げるのを防止することができる。

また、流路基板２を単結晶シリコン基板で構成したので、半導体製造プロセス、ＭＥＭＳ等の技術を用いて製造することができる。製造方法については以下に詳述する。

次に、実施の形態１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８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、流路基板２の製造方法について図４乃び図５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流路基板基材２００を用意し、この流路基板基材２００の外面に熱酸化膜２０１を形成する。
（ｂ）次に、フォトリソグラフィー法により、図４（ｂ）に示すように、振動板基板３と接着する側の面（Ｃ面）に、ノズル連通孔２１、吐出室２２、供給口２３、リザーバ貫通部２５、インク供給孔２６になる部分の外周のそれぞれ２１ａ、２２０ａ、２３ａ、２５ａ、２６ａをパターニングする。このとき、Ｃ面における各部分２１ａ、２２０ａ、２３ａ、２５ａ、２６ａ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２１ａ＝０＜供給口２３になる部分２３ａ＝インク供給孔２６になる部分の外周２６ａ＝リザーバ貫通部２５になる部分２５ａ＜吐出室２２になる部分２２０ａ

（ｃ）次に、図４（ｃ）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。
（ｄ）次に、図４（ｄ）に示すように、熱酸化膜２０１を適量エッチングして、供給口２３になる部分２３ａ、リザーバ貫通部２５になる部分２５ａ、インク供給孔２６になる部分の外周２６ａを開口させ、そののち、ＩＣＰで１５μｍ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、吐出室２２になる部分２２０ａを開口させ、そののちＩＣＰで３５μｍ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。
（ｆ）そして、熱酸化膜２０１を除去した後に、図４（ｆ）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、リザーバ用凹部２４ａになる部分２４０をフォトリソグラフィー法で開口する。

（ｇ）次に、図５（ｇ）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用凹部２４ａを形成する。ここで、インク供給孔２６になる部分のシリコン部材２００は外周２６ａによりシリコン基材（流路基板基材）２００から分離された状態になる。
（ｈ）熱酸化膜２０１を除去した後に、図５（ｈ）に示すように、再度、熱酸化膜２０１ａを０．２μｍ形成する。
以上により流路基板２が作製される。

次に、電極基板４の製造方法について図６を参照して説明する。
（ａ）まず、例えば硼珪酸系の耐熱硬質ガラスからなるガラス基板４００を両面研磨して厚さを１ｍｍにし、このガラス基板４００に対し、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、電極用凹部４１及び圧力緩衝凹部４４を形成する。
（ｂ）次に、ガラス基板４００の表面に、酸化錫をドープしたＩＴＯを例えば厚さ０．１μｍでスパッタし、ＩＴＯ膜４０２を成膜する。その後、ＩＴＯ膜４０２を、フォトリソグラフィ法により形成したレジストパターンを用いてエッチングし、個別電極４２を形成する。
（ｃ）そして最後に、ガラス基板４００の表面側から、例えばサンドブラスト法またはドリル等を用いた切削加工によりインク供給孔４５を形成する。
以上により、電極基板４が作製される。

次に、振動板基板３の製造工程について図７を参照して説明し、インクジェットヘッド１０完成までの製造工程について図８を参照して説明する。
まず、振動板基板３は、以下のようにして製造される。
（ａ）面方位が（１００）で、厚さ１８０μｍのシリコン材よりなる振動板基板基材３００の一方の面の全面にボロン拡散層３０１を０．８μｍ形成する。
（ｂ）ボロン拡散層３０１の表面に、ＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤによるＳｉＯ₂膜からなる絶縁膜３０２を、例えば０．１μｍの厚さで成膜する。絶縁膜３０２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。そして、絶縁膜３０２から、電極取り出し部４６になる部分３０２ａおよびインク供給孔３３になる部分３０２ｂをパターニングして除去する。

（ｃ）ボロン拡散層３０１が形成された振動板基板基材３００と作製済み電極基板４とを、個別電極４２とボロン拡散層３０１とをギャップを介して対向させて陽極接合する。陽極接合は、振動板基板基材３００と電極基板４を３６０℃に加熱した後、電極基板４に負極、振動板基板基材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振動板基板基材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、振動板基板基材３００を厚さ１０μｍまで薄板化する。

（ｅ）次に、図７（ｅ）に示すように、電極基板４の表面を保護基板５００で保護した状態で、陽極接合済みの基材を３％のＫＯＨ溶液に浸漬し、薄板化された振動板基板基材３００を全面エッチングする。ここで、振動板基板基材３００にはボロンドープ層３０１が形成されているため、ボロンドープ層３０１部分でエッチングレートが低下してエッチングストップする。これにより、ボロンドープ層３０１部分が残留し、振動板３１が形成される。

（ｆ）そして、図８（ｆ）に示すように、振動板基板基材３００の表面に、シリコン製もしくは金属製のマスク６００を押し当て、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）で電極取り出し部４６になる部分６０２及びインク供給孔３３になる部分６０１のシリコン薄膜（ボロン拡散層）６０１を除去して、電極取り出し部４６及びインク供給孔３３を形成する。
（ｇ）続いて、マスク６００を取り外す。そして、振動板３１と個別電極４２の間のギャップ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３４が、スパッタにより、振動板基板基材３００の表面の端部に形成される。
以上により、電極基板４に接合した振動板基板基材３００から振動板基板３が作製される。

（ｈ）そして、この振動板基板３に、前述のようにノズル連通孔２１、吐出室用凹部２２ａ、供給口２３、リザーバ用凹部２４ａ、リザーバ貫通部２５、インク供給孔２６等が作製された流路基板２を接着剤により接着する。

（ｉ）最後に、予めノズル孔１１が形成されたノズル基板１を、流路基板２上に接着剤により接着する。そして、ダイシングにより個々のヘッドに分離すれば、図３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１に係るインクジェットヘッド１０の製造方法では、吐出室２２をドライエッチングで形成するようにしているので、従来のウェットエッチングで形成する方法に比べて吐出室形状の精度を向上することができる。

また、作製済み電極基板４と振動板基板基材３００とを接合し、その接合基板に対して各種加工を行って振動板基板３を形成しているが、本例の構造（振動板３１を吐出室２２とは別の基板で構成した構造）の場合、従来構造（振動板と吐出室とを同一基板で構成した構造）に比べて、接合基板に対する加工工程を簡略化することが可能となる。すなわち、従来構造の場合、接合基板のシリコン基板に吐出室を形成するためのマスク用酸化膜を形成する工程と、その酸化膜をパターニングする工程とが必要となるが、本例の構造の場合、シリコン基板に対する選択的なエッチングは不要であるため、上記のマスク用酸化膜を形成工程や、酸化膜のパターニング工程を省略することができる。

また、本例では、振動板３１を形成するに際し、ボロン拡散層３０１を形成したシリコン基板をガラス製の電極基板４に陽極接合し、シリコン基板を研削で薄板化してから、低濃度のＫＯＨで全面エッチングすることにより形成するため、厚み精度が良好な振動板３１を少ない工程かつ良好なスループットで形成することができる。

また、従来の吐出室２２を形成する場合に必要となるマスク用酸化膜は、従来、ＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤを用いて形成するようにしているが、膜質の良いマスクをプラズマＣＶＤを用いてＴＥＯＳで形成する場合、実際上、かなりの時間を要する。本例では上述したようにマスク用酸化膜の形成自体が不要となるため、この面からも工程の簡略化に効果がある。

また、電極基板４に個別電極４２を形成するための複数の電極用凹部４１を形成するのと同じ工程で圧力緩衝凹部４４を形成したので、工程や部材を追加することなくリザーバダイアフラム３２の圧力緩衝機構を設けることができる。

圧力緩衝凹部４４内の空気が外部と出入りできるので、空気がダンパーとなってリザーバダイアフラム３２の動作が妨げられるのを防ぐことができる。

また、加工精度を要する吐出室２２と供給口２３とノズル連通孔２１をドライエッチングで形成し、加工精度はそれほど要求されないがエッチング量の多いリザーバ２４をウェットエッチングで形成するようにしたので、加工精度とスループットを両立することができる。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２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１０は、図９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、実施の形態１と同一部分には同じ符号を付し説明を省略する。
実施の形態２に係るインクジェットヘッド１００は、リザーバを流路基板２に垂直に貫通形成した構造としたものである。

本実施の形態２では、流路基板２以外のノズル基板１、振動板基板３および電極基板４は、実施の形態１と同じ構成である。実施の形態２の流路基板２には、ノズル基板１のノズル孔１１に連通する円筒状のノズル連通孔２１と吐出室用凹部２２ａが同様に形成されている。そして、実施の形態２の流路基板２では、リザーバ５０が流路基板２に垂直に貫通形成された構成となっており、実施の形態１のリザーバ貫通部２５とインク供給孔２６が省略されている。なお、実施の形態２の供給口２３は、吐出室用凹部２２ａの幅よりも細く、オリフィスとなっている。

次に、実施の形態２に係るインクジェットヘッド１００の製造のために使用する流路形成基板の製造方法を、図１１を用いて説明する。
（ａ）まず、図１１（ａ）に示すように、面方位（１００）、厚さ１８０μｍのシリコン材よりなる流路基板基材２００を用意し、この流路基板基材２００の外面に熱酸化膜２０１を形成する。
（ｂ）次に、フォトリソグラフィー法により、図１１（ｂ）に示すように、振動板基板３と接着する側の面（Ｃ面）に、ノズル連通孔２１、吐出室２２、供給口２３、リザーバ５０のそれぞれ２１ａ、２２０ａ、２３ａ、５０ａをパターニングする。このとき、Ｃ面における各部分２１ａ、２２０ａ、２３ａ、５０ａ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２１ａ＝リザーバ５０になる部分の外周５０ａ＝０＜吐出室２２になる部分２２０ａ＝供給口２３になる部分２３ａ

（ｃ）次に、図１１（ｃ）に示すように、Ｃ面のノズル連通孔２１になる部分２１ａとリザーバ５０になる部分の外周５０ａを、ＩＣＰで１５０μｍ程、ドライエッチングする。
（ｄ）次に、図１１（ｄ）に示すように、熱酸化膜２０１を適量エッチングして、吐出室２２になる部分２２０ａ、供給口２３になる部分２３ａを開口させ、そののち、ＩＣＰで３５μｍ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。
（ｅ）そして、熱酸化膜２０１を除去した後に、図１１（ｅ）に示すように、再度、熱酸化膜２０１を１．０μｍ形成する。このとき、リザーバ５０内部のシリコン塊は熱酸化膜を除去する際に一緒に抜け落ちる。
以上により流路基板２が作製される。

そして、上記のように作製された流路基板２を用いて、実施の形態１の図７乃び図８で説明したように製造すれば、実施の形態２に係るインクジェットヘッド１００を製造することができる。

実施の形態２に係るインクジェットヘッド１００は、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られるとともに、リザーバ５０を流路基板２に貫通する構造としたので、換言すれば、流路基板２に形成する各部を流路基板２において同一面側から形成可能な構造としたので、流路基板２の全ての加工を振動板基板３側からの片面加工で完了させることができる。したがって、加工数を低減でき、歩留まり向上が可能で、コストを下げることが可能となる。

また、流路を構成する部分（ノズル連通孔、吐出室用凹部２２ａ、供給口２３及びリザーバ５０）全てを、ドライエッチングで形成するため、加工精度を向上することができる。

また、リザーバ５０は、流路基板２を貫通する構造であり、リザーバ５０になる部分の外周のみをドライエッチングで貫通させることにより形成することができるため、良好なスループットで形成することができる。

上記の各実施の形態に係るインクジェットヘッド１０，１００は、図１２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１及び２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。 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１及び図２のインクジェットヘッドの組立状態を示す断面図。 図１の流路基板の製造工程の断面図。 図４に続く流路基板の製造工程の断面図。 図１の電極基板の製造工程の断面図。 図１の振動板基板の製造工程の断面図。 図７に続く製造工程の断面図。 実施の形態２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９のインクジェットヘッドの組立状態を示す縦断面図。 図９の流路基板の製造工程の断面図。 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 流路基板、３ 振動板基板、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 吐出室、２２ａ 吐出室用凹部、２３ 供給口、２４ リザーバ、２４ａ リザーバ用凹部、２５ リザーバ貫通部、２６ａ 外周、３１ 振動板、３２ リザーバダイアフラム、３３ インク供給孔、４１ 電極用凹部、４２ 個別電極、４４ 圧力緩衝凹部、４４ａ 連通路、５０ リザーバ、１００ インクジェットヘッド、２００ 流路基板基材、２００ａ シリコン部材、３００ 振動板基板基材、３０１ ボロン拡散層。

Claims (13)

1. 複数のノズル孔を有するノズル基板と、
   ノズル孔の各々に連通する複数のノズル連通孔と、該ノズル連通孔の各々に連通し、室内に圧力を発生させて前記各ノズル孔より液滴を吐出する吐出室を構成する複数の吐出室用凹部と、該吐出室用凹部に供給する液滴を溜めるリザーバと、前記各吐出室用凹部と前記リザーバとを連通する複数の供給口とが形成された流路基板と、
   該流路基板の前記吐出室用凹部内に圧力を発生させる振動板を有する振動板基板と、
   前記振動板を変形させて前記吐出室に圧力変化を与える圧力発生手段と
   を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記吐出室用凹部は、前記流路基板の前記振動板基板との対向面に形成され、前記リザーバとなるリザーバ用凹部は、前記流路基板の前記対向面と反対側の面に前記吐出室用凹部と立体的に交差するように形成さ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. 前記吐出室用凹部と前記供給口は、前記流路基板の前記振動板基板との対向面に形成され、前記リザーバは、前記流路基板に対して垂直に貫通形成さ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。
4. 前記振動板基板の前記流路基板とは反対側の面に、電極が形成された電極用凹部を有する電極基板を備え、前記圧力発生手段は、前記振動板と前記電極との間に生じる静電気力を利用して、前記振動板を変形させることで圧力を発生するものであること特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記電極基板には、前記電極用凹部の形成面と同一面側に圧力緩衝凹部が形成されており、前記振動板基板を、前記圧力緩衝凹部内で変位するダイアフラムとして兼用するようにしたことを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記圧力緩衝凹部を外部と連通させる連通路を設けたことを特徴とする請求項５記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記流路基板は単結晶シリコン基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の液滴吐出ヘッド。
8. 請求項１乃至請求項７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。
9. 液滴が吐出される複数のノズル孔と、該ノズルの各々に連通する複数のノズル連通孔と、該ノズル連通孔の各々に連通し、室内に圧力を発生させて前記各ノズル孔より液滴を吐出する複数の吐出室と、該複数の吐出室に供給する液滴を溜めるリザーバと、前記各吐出室と前記リザーバとを連通する複数の供給口とを含む液体流路を有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
   シリコン基板の一方の面側から前記ノズル連通孔と前記吐出室となる吐出室用凹部と前記供給口とをドライエッチングにより形成し、前記シリコン基板の前記一方の面とは反対側の面から前記リザーバとなるリザーバ用凹部をウェットエッチングで形成することにより流路基板を形成する工程を有することを特徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
10. 液滴が吐出される複数のノズル孔と、該ノズルの各々に連通する複数のノズル連通孔と、該ノズル連通孔の各々に連通し、室内に圧力を発生させて前記各ノズル孔より液滴を吐出する複数の吐出室と、該複数の吐出室に供給する液滴を溜めるリザーバと、前記各吐出室と前記各リザーバとを連通する複数の供給口とを含む液体流路を具備する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
    シリコン基板の一方の面側から前記ノズル連通孔と前記吐出室となる吐出室用凹部と前記リザーバとなるリザーバ貫通孔と前記供給口とをドライエッチングにより形成することにより流路基板を形成する工程を有することを特徴とする請求項３記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記リザーバ貫通孔を形成する際には、前記リザーバ貫通孔の外周部分をドライエッチングで垂直に貫通させることにより形成することを特徴とする請求項１０記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
12. ガラス基板に電極用凹部を形成し、該電極用凹部内に電極を形成して電極基板を形成する工程と、
    前記吐出室に圧力を発生させる振動板を有する振動板基板を形成する工程とを有し、
    前記振動板基板を形成する工程では、シリコン基板にボロン拡散を行ってボロン拡散層を形成し、該ボロン拡散層が形成されたシリコン基板と前記電極基板とを、前記電極と前記ボロン拡散層とを前記電極用凹部を介して対向させて陽極接合し、前記電極基板に接合されたシリコン基板に研削加工を行って薄板化し、該薄板化されたシリコン基板の表面をウェットエッチングにより全面エッチングして前記ボロン拡散層でエッチングストップさせることにより前記振動板基板を形成することを特徴とする請求項９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. 前記電極基板を形成する工程において、前記電極用凹部を形成するのと同時に、前記振動板基板がダイアフラムとして機能するための圧力緩衝凹部を形成することを特徴とする請求項１２記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。

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