JP2009006571A - 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体噴射特性を劣化させることなく、ノズル開口の高密度化を実現することができる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供する。
【解決手段】ノズル開口１３に連通するノズル連通孔２３と、圧力発生室１１とが幅方向に複数並設されて設けられ、表面の結晶面方位が（１１０）面の流路形成基板１２と、圧力発生室１１に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備し、ノズル連通孔２３が、流路形成基板１２の表面に対して垂直な結晶面方位が（１１１）面で画成されていると共に、当該ノズル連通孔２３の液体供給側とは反対側の端部の２つの前記（１１１）面が鋭角となる角部に２つの（１１１）面に対して鈍角で形成された傾斜面４０を設ける。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド及び製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及び製造方法並びにインクジェット式記録装置に関する。

液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、圧電素子の変位による圧力を利用してノズル開口からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドが知られている。具体的には、ノズル開口に連通する圧力発生室に対向する領域に振動板を介して圧電素子（圧電振動子）を設け、この圧電素子に電圧を印加等して、圧電素子を収縮又は膨張させることで、圧力発生室内を加圧してノズル開口からインク滴を吐出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、インクジェット式記録ヘッドを構成する圧力発生室は、シリコン単結晶基板等の流路形成基板を異方性エッチングすることで形成される。また、圧力発生室とノズル開口とは、流路形成基板に厚さ方向に貫通して設けられたノズル連通孔を介して連通されている。このようなノズル連通孔は、圧力発生室と同様に流路形成基板を異方性エッチングすることにより形成されている。

特開平６−５５７３３号公報

しかしながら、ノズル開口を高密度に配設しようとすると、ノズル開口と圧力発生室とを連通するノズル連通孔が互いに隣接する間の壁が薄くなり、壁の剛性が低下してしまうため、ノズル開口を高密度に配設することができないという問題がある。

また、ノズル連通孔を並設方向とは交差する方向の長さを短くすることで、互いに隣接するノズル連通孔の間の壁の剛性を高めることができるものの、ノズル連通孔の開口面積が著しく減少して流路抵抗が大きくなってしまうため、所望の液体噴射特性を得ることができないという問題がある。

なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を吐出する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、液体噴射特性を劣化させることなく、ノズル開口の高密度化を実現することができる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通するノズル連通孔と、該ノズル連通孔を介して前記ノズル開口に連通する圧力発生室とが幅方向に複数並設されて設けられた表面の結晶面方位が（１１０）面の結晶基板からなる流路形成基板と、前記圧力発生室に相対向する領域に設けられて当該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備し、前記圧力発生室が、前記流路形成基板の厚さ方向の途中まで形成されていると共に、前記ノズル連通孔が、前記圧力発生室の液体供給側とは反対側の長手方向一端部側に前記流路形成基板を厚さ方向に貫通して設けられ、前記ノズル連通孔が、前記流路形成基板の表面に対して垂直な結晶面方位が（１１１）面で画成されていると共に、当該ノズル連通孔の前記液体供給側とは反対側の端部の２つの前記（１１１）面が鋭角となる角部には、２つの（１１１）面に対して鈍角で形成された傾斜面が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、ノズル連通孔に傾斜面を設けることによって、互いに隣接するノズル連通孔の間の隔壁の剛性を高めることができる。したがって、ノズル連通孔を高密度に配置することができ、ノズル開口を高密度化することができる。また、ノズル連通孔に傾斜面を設けることで、ノズル連通孔の開口面積が著しく減少するのを防止して、流路抵抗の増加による液体噴射特性の劣化を防止できる。

ここで、前記傾斜面が、前記ノズル連通孔の前記並設方向の側面を画成する（１１１）面に対して１２５．３度で形成されていることが好ましい。これによれば、異方性エッチングにより常に一定角度で出現する傾斜面を形成することで、傾斜面の角度を安定させて、量産化した際に常に一定の安定した形状で形成することができる。

また、前記傾斜面が、前記ノズル開口側の開口から当該ノズル連通孔の深さ方向に対して内側に突出するように傾斜して設けられていることが好ましい。これによれば、傾斜面を深さ方向で突出させることで、隣接するノズル連通孔の間の隔壁の剛性をさらに高めることができる。

また、前記ノズル連通孔が、幅方向の側面を画成する第１の（１１１）面と、該第１の（１１１）面に対して７０．５度の角度で長手方向の端面を画成する第２の（１１１）面とで形成されていることが好ましい。これによれば、傾斜面が、異方性エッチングにより出現する２つの傾斜面で形成されるため、常に安定した形状で形成することができる。

また、前記ノズル連通孔の前記傾斜面が、前記ノズル連通孔の前記ノズル開口側の開口で、前記ノズル連通孔の前記長手方向の端面を画成する（１１１）面に接する前記ノズル開口の同心円と接する位置に設けられていることが好ましい。これによれば、傾斜面によって隣接するノズル連通孔の間の隔壁の剛性をできるだけ向上することができると共に、傾斜面とノズル開口との間に空間を画成することができ、流路形成基板とノズルプレートとを接着した接着剤がノズル開口内に流出してノズル開口の目詰まりが生じるのを防止することができる。

さらに、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、高密度印刷が可能で且つ安定した印刷品質を保つことができる液体噴射装置を実現できる。

さらに、本発明の他の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通するノズル連通孔と、該ノズル連通孔を介して前記ノズル開口に連通する圧力発生室とが幅方向に複数並設されて設けられた表面の結晶面方位が（１１０）面の結晶基板からなる流路形成基板と、前記圧力発生室に相対向する領域に設けられて当該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備し、前記圧力発生室が、前記流路形成基板の厚さ方向の途中まで形成されていると共に、前記ノズル連通孔が、前記圧力発生室の液体供給側とは反対側の長手方向一端部側に前記流路形成基板を厚さ方向に貫通して設けられ、前記ノズル連通孔が、前記流路形成基板の表面に対して垂直な結晶面方位が（１１１）面で画成されていると共に、当該ノズル連通孔の前記液体供給側とは反対側の端部の２つの前記（１１１）面が鋭角となる角部には、２つの（１１１）面に対して鈍角で形成された傾斜面が設けられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板の表面に酸化皮膜を形成すると共に、当該酸化皮膜の前記ノズル連通孔となる領域に当該流路形成基板の結晶面方位の（１１１）面に沿った酸化皮膜除去部を形成し、且つ当該酸化皮膜除去部の前記傾斜面となる領域に当該ノズル連通孔の前記並設方向の側面を画成する（１１１）面に対して１２５．３度以上の角度の傾斜部を酸化皮膜除去部として形成した後、前記酸化皮膜を介して前記流路形成基板を異方性エッチングすることにより、前記流路形成基板に前記傾斜面を有する前記ノズル連通孔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にある。
かかる態様では、ノズル連通孔に確実に傾斜面を形成することができると共に、常に同一形状の傾斜面を形成することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドを示す断面図であり、図２は、流路形成基板のノズルプレート側からの平面図であり、図３は、図２の要部拡大平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。

図示するように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１０は、複数の圧力発生室１１を有する流路形成基板１２と、各圧力発生室１１に連通する複数のノズル開口１３が穿設されたノズルプレート１４と、流路形成基板１２のノズルプレート１４とは反対側の面に設けられる振動板１５と、該振動板１５上の各圧力発生室１１に対応する領域に設けられる圧電素子１６を有する圧電素子ユニット１７と、振動板１５上に固定されて圧電素子ユニット１７が収容される収容部１８を有するヘッドケース１９とを有する。

流路形成基板１２は、表面の結晶面方位が（１１０）からなる例えば、シリコン単結晶基板等の結晶基板からなり、その一方面側の表層部分には、圧力発生室１１が隔壁２０によって区画されてその幅方向で複数並設されている。例えば、本実施形態では、流路形成基板１２には、複数の圧力発生室１１が並設され、各圧力発生室１１の列の外側には、複数の圧力発生室１１に亘って各圧力発生室１１にインクを供給するためのリザーバ２１が、流路形成基板１２を厚さ方向に貫通して設けられている。そして、各圧力発生室１１とリザーバ２１とは、インク供給路２２を介して連通している。

インク供給路２２は、本実施形態では、圧力発生室１１よりも狭い幅で形成されており、リザーバ２１から圧力発生室１１に流入するインクの流路抵抗を一定に保持する役割を果たしている。さらに、圧力発生室１１のリザーバ２１とは反対の端部側には、流路形成基板１２を貫通するノズル連通孔２３が形成されている。このような圧力発生室１１、リザーバ２１、インク供給路２２及びノズル連通孔２３は、流路形成基板１２を異方性エッチングすることによって形成することができる。

ここで、流路形成基板１２に圧力発生室１１等を形成する異方性エッチングは、結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。本実施形態では、流路形成基板１２が面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなるため、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と７０．５度の角度をなし且つ上記（１１０）面に垂直な第２の（１１１）面とが出現する。かかる異方性エッチングにより二つの平行する面である第１の（１１１）面と二つの平行する面である第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１１、ノズル連通孔２３等を高密度に配列することができる。すなわち、本実施形態の圧力発生室１１及びノズル連通孔２３等を画成する隔壁２０は、その表面が第１の（１１１）面となるように形成されており、ノズル連通孔２３は、並設方向である幅方向の側面が第１の（１１１）面で形成され、並設方向とは交差する長手方向の端面が第２の（１１１）面で形成されている。

この流路形成基板１２の一方面側にはノズル開口１３が穿設されたノズルプレート１４が接着剤や熱溶着フィルムを介して接着され、各ノズル開口１３は、流路形成基板１２に設けられたノズル連通孔２３を介して各圧力発生室１１と連通している。また、流路形成基板１２の他方面側、すなわち、圧力発生室１１の開口面側には振動板１５が接合されて、各圧力発生室１１はこの振動板１５によって封止されている。なお、ノズル連通孔２３は、図２に示すように、圧力発生室１１と同様に隔壁２０ａによって区画されてその幅方向で複数並設されており、各圧力発生室１１と各ノズル開口１３とをそれぞれ連通している。

このようなノズル連通孔２３は、上述のように流路形成基板１２を異方性エッチングすることにより、第１の（１１１）面と第２の（１１１）面とで構成された平行四辺形状の開口を基本として形成されている。本実施形態では、ノズル連通孔２３の並設方向である幅方向の側面が第１の（１１１）面で形成され、並設方向とは交差する長手方向の端面が第２の（１１１）面で形成されている。

そして、ノズル連通孔２３には、図２及び図３に示すように、液体供給側であるインク供給路２２とは反対側の端部の第１の（１１１）面と第２の（１１１）面とが鋭角となる角部に、この２つの（１１１）面に対して鈍角の角度となる傾斜面４０が形成されている。

この傾斜面４０は、詳しくは後述するが、流路形成基板１２を異方性エッチングすることによりノズル連通孔２３の内面の第１の（１１１）面及び第２の（１１１）面と共に形成することができる。そして、異方性エッチングにより形成された傾斜面４０は、当該傾斜面４０に連続してノズル連通孔２３の幅方向の側面を画成する第１の（１１１）面に対して１２５．３度で形成されている。

また、傾斜面４０は、ノズル連通孔２３の長手方向の端面である第２の（１１１）面側の端部が、ノズル連通孔２３の幅方向の略中心となる位置で設けられている。

さらに、傾斜面４０は、図３（ｂ）に示すように、前記ノズル開口１３側の開口から当該ノズル連通孔２３の深さ方向に対して内側に突出するように傾斜して設けられている。すなわち、ノズル連通孔の第１の（１１１）面と第２の（１１１）面とが鋭角となる角部には、ノズル連通孔２３の内側に突出する突出部４１が形成され、この突出部４１の表面に傾斜面４０が形成されていることになる。例えば、本実施形態では、傾斜面４０は、ノズル開口１３側の開口側に流路形成基板１２の表面に対して３５．３度の角度をなす第１の傾斜面４２（（１１１）面）と、中心側に表面に対して７０．５度の角度をなす第２の傾斜面４３（（４１１）面）とで構成されている。なお、エッチングの進行度合いによっては、傾斜面４０は、中心側に表面に対して７０．５度の角度をなす第２の傾斜面４３（（４１１）面）のみになる場合もある。

このように、ノズル連通孔２３に傾斜面４０を設けることによって、互いに隣接するノズル連通孔２３の間の隔壁２０ａの剛性を高めることができる。したがって、ノズル連通孔２３を高密度に配置することができ、ノズル開口１３を高密度化することができる。すなわち、隔壁２０ａの剛性が低下すると、インクを吐出した際の圧力変化によって隔壁２０ａが撓み変形してしまい安定したインク吐出特性（液体噴射特性）を得ることができない。また、単にノズル連通孔２３の長手方向の長さを短くするのに比べて、ノズル連通孔２３に傾斜面４０を設けることによって、ノズル連通孔２３の開口面積の減少を抑えて、流路抵抗が高まるのを防止することができ、インク吐出特性（液体噴射特性）が劣化するのを防止することができる。

なお、ノズル連通孔２３は、長手方向のインク供給路２２とは反対側の端部でノズル開口１３と連通されている。そして、図３（ａ）に示すように、ノズル連通孔２３の長手方向の一端部側に設けられた傾斜面４０は、ノズル開口１３側の開口において、長手方向の一端面である第２の（１１１）面に接するノズル開口１３の同心円１３ａに接する位置に設けるのが好ましい。これは、例えば、傾斜面４０の開口縁部が、第２の（１１１）面に接するノズル開口１３の同心円１３ａよりも内側に設けられていると、ノズルプレート１４を流路形成基板１２に接着剤を介して接着した際に、接着剤がノズル開口１３内に流出し、ノズル開口１３の目詰まりが生じてしまうからである。また、傾斜面４０の開口縁部が、第２の（１１１）面に接するノズル開口１３の同心円１３ａよりも外側に設けられていると、隣接するノズル連通孔２３の間の隔壁２０ａの剛性が低下してしまうからである。すなわち、傾斜面４０は、ノズル開口１３側の開口縁部が長手方向の一端面である第２の（１１１）面に接するノズル開口１３の同心円１３ａに接するように設けることで、ノズル開口１３の目詰まりを防止して、隣接するノズル連通孔２３の間の隔壁２０ａの剛性をできるだけ高めることができる。ちなみに、本実施形態では、傾斜面４０が、ノズル連通孔２３の深さ方向に対して傾斜するように突出して設けられているため、傾斜面４０は、ノズル連通孔２３の深さ方向の途中で傾斜面４０の開口縁部よりも内側に突出してしまうが、傾斜面４０をノズル連通孔２３の深さ方向で表面に対して傾斜して設けることで、ノズル開口１３と傾斜面４０との間に空間を画成することができ、流路形成基板１２とノズルプレート１４とを接着する接着剤が傾斜面４０上に流出しても、接着剤がノズル開口１３を閉塞することはない。

一方、図１に示すように、流路形成基板１２上に形成された振動板１５は、例えば、樹脂フィルム等の弾性部材からなる弾性膜２４と、この弾性膜２４を支持する、例えば、金属材料等からなる支持板２５との複合板で形成されており、弾性膜２４側が流路形成基板１２に接合されている。例えば、本実施形態では、弾性膜２４は、厚さが数μｍ程度のＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）フィルムからなり、支持板２５は、厚さが数十μｍ程度のステンレス鋼板（ＳＵＳ）からなる。また、振動板１５の各圧力発生室１１に対向する領域内には、圧電素子１６の先端部が当接する島部２６が設けられている。すなわち、振動板１５の各圧力発生室１１の周縁部に対向する領域に他の領域よりも厚さの薄い薄肉部２７が形成されて、この薄肉部２７の内側にそれぞれ島部２６が設けられている。また、本実施形態では、振動板１５のリザーバ２１に対向する領域に、薄肉部２７と同様に、支持板２５がエッチングにより除去されて実質的に弾性膜のみで構成されるコンプライアンス部２８が設けられている。なお、このコンプライアンス部２８は、リザーバ２１内の圧力変化が生じた時に、このコンプライアンス部２８の弾性膜２４が変形することによって圧力変化を吸収し、リザーバ２１内の圧力を常に一定に保持する役割を果たす。

そして、圧電素子ユニット１７を構成する各圧電素子１６は、その活性領域の先端が振動板１５の島部２６に当接した状態で固定されている。

ここで、圧力発生室１１内にインク滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段である圧電素子１６は、本実施形態では、一つの圧電素子ユニット１７において一体的に形成されている。すなわち、圧電材料２９と電極形成材料３０，３１とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層した圧電素子形成部材３２を形成し、この圧電素子形成部材３２を各圧力発生室１１に対応して櫛歯上に切り分けることによって各圧電素子１６が形成されている。すなわち、本実施形態では、複数の圧電素子１６が一体的に形成されている。そして、この圧電素子１６（圧電素子形成部材３２）の振動に寄与しない不活性領域、すなわち、圧電素子１６の基端部側が固定基板３３に固着されている。そして、圧電素子１６の基端部近傍には、固定基板３３とは反対側の面に、各圧電素子１６を駆動するための信号を供給する配線３４を有する回路基板３５が接続され、本実施形態では、これら圧電素子１６（圧電素子形成部材３２）と固定基板３３と回路基板３５とで圧電素子ユニット１７が構成されている。

そして、このような圧電素子ユニット１７は、圧電素子１６の先端部が上述した振動板１５の島部２６に当接された状態で固定されている。例えば、本実施形態では、上述したように振動板１５上にヘッドケース１９が固定されており、圧電素子ユニット１７は、このヘッドケース１９の収容部１８内に収容されて、圧電素子１６が固定された固定基板３３が、圧電素子１６とは反対側の面でヘッドケース１９に固定されている。

さらに、ヘッドケース１９上には、回路基板３５の各配線３４がそれぞれ接続される複数の導電パッド３６が設けられた配線基板３７が固定されており、ヘッドケース１９の収容部１８は、この配線基板３７によって実質的に塞がれている。配線基板３７には、ヘッドケース１９の収容部１８に対向する領域にスリット状の開口部３８が形成されており、回路基板３５はこの配線基板３７の開口部３８から収容部１８の外側に折り曲げられて引き出されている。

ここで、圧電素子ユニット１７を構成する回路基板３５は、例えば、本実施形態では、圧電素子１６を駆動するための駆動ＩＣ（図示なし）が搭載されたチップオンフィルム（ＣＯＦ）からなる。そして、回路基板３５の各配線３４は、その基端部側では、例えば、半田、異方性導電材等によって圧電素子１６を構成する電極形成材料３０，３１に接続されている。一方、先端部側では、各配線３４は配線基板３７の各導電パッド３６に接合されている。具体的には、配線基板３７の開口部３８から収容部１８の外側に引き出された回路基板３５の先端部が配線基板３７の表面に沿って折り曲げられた状態で、各配線３４は配線基板３７の各導電パッド３６に接合されている。

なお、このようなインクジェット式記録ヘッド１０では、インク滴を吐出する際に、圧電素子１６及び振動板１５の変形によって各圧力発生室１１の容積を変化させて所定のノズル開口１３からインク滴を吐出させるようになっている。具体的には、図示しないインクカートリッジからリザーバ２１にインクが供給されると、インク供給路２２を介して各圧力発生室１１にインクが分配される。実際には、圧電素子１６に電圧を印加することにより圧電素子１６を収縮させる。これにより、振動板１５が圧電素子１６と共に変形されて圧力発生室１１の容積が広げられ、圧力発生室１１内にインクが引き込まれる。そして、ノズル開口１３に至るまで内部にインクを満たした後、配線基板を介して供給される記録信号に従い、圧電素子１６の電極形成材料３０及び３１に印加していた電圧を解除する。これにより、圧電素子１６が伸張されて元の状態に戻ると共に振動板１５も変位して元の状態に戻る。結果として圧力発生室１１の容積が収縮して圧力発生室１１内の圧力が高まりノズル開口１３からインク滴が吐出される。

以下に、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について詳細に説明する。なお、図４及び図５は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図であり、図６は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す平面図である。

まず、図４（ａ）に示すように、表面の結晶面方位が（１１０）面のシリコン単結晶基板からなる流路形成基板１２の表面に酸化皮膜５０を形成する。酸化皮膜５０は、流路形成基板１２を熱酸化して形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、酸化皮膜５０をエッチングすることにより、リザーバ２１とノズル連通孔２３となる領域に酸化皮膜除去部５１、５２を形成すると共に、圧力発生室１１及びインク供給路２２となる領域に厚さの薄い薄膜部５３を形成する。

ここで、酸化皮膜除去部５１，５２は、リザーバ２１やノズル連通孔２３などのエッチングにより流路形成基板１２を厚さ方向に貫通して形成するものに相対向する領域に形成し、薄膜部５３は、圧力発生室１１などのエッチングにより流路形成基板１２を厚さ方向の途中まで形成するものに相対向する領域に形成する。

このような酸化皮膜除去部５１，５２及び薄膜部５３は、酸化皮膜５０上に所定形状に形成したレジスト等を介してエッチングすることにより形成することができる。具体的には、酸化皮膜５０上にレジスト液を塗布した後、酸化皮膜除去部５１，５２となる領域を露光、現像することにより、酸化皮膜除去部５１，５２に相対向する領域が開口したレジストを形成する。そして、レジストを介して酸化皮膜５０をフッ酸等でエッチングすることにより酸化皮膜除去部５１，５２を形成する。その後、このレジストの薄膜部５３となる領域を再度、露光、現像を行い、レジストに開口を形成した後、レジストを介して酸化皮膜５０を厚さ方向の途中までエッチング（ハーフエッチング）することで薄膜部５３を形成することができる。

このような酸化皮膜５０のノズル連通孔２３が形成される領域に設けられた酸化皮膜除去部５２（５１）は、図６（ａ）に示すように、流路形成基板１２の結晶面方位の（１１１）面に沿った開口となるように形成されている。また、酸化皮膜除去部５２には、傾斜面４０が形成される領域に傾斜部５２ａが設けられている。この傾斜部５２ａは、ノズル連通孔２３の長手方向の（１１１）面（幅方向を規定する面）に対して、１２５．３度以上の角度となるように設けられている。これは、後の工程で、流路形成基板１２を酸化皮膜５０を介して異方性エッチングした際に、酸化皮膜除去部５２の傾斜部５２ａを１２５．３度以上の角度で形成しておくことで、傾斜面４０を１２５．３度で形成することができるからである。すなわち、例えば、酸化皮膜除去部５２の傾斜部５２ａを１２５．３度より小さい角度で形成すると、流路形成基板１２を異方性エッチングした際に、傾斜面４０が形成されず、第１の（１１１）面と第２の（１１１）面とで構成されるノズル連通孔２３が形成されてしまう。また、酸化皮膜除去部５２の傾斜部５２ａを１２５．３度で形成しておくと、結晶方位のずれ（結晶基板のオリエンテーションフラットで規定される結晶方位と実際の結晶方位のずれ）などにより、実際には、第１の（１１１）面に対して１２５．３度より小さい角度で形成されてしまう場合がある。このため、酸化皮膜除去部５２の傾斜部５２ａを１２５．３度以上の角度で形成しておくことで、結晶方位のずれが生じたとしても、確実に傾斜面４０を形成することができる。

このような酸化皮膜５０の傾斜部５２ａの角度は、１２５．３度以上であればよいが、１２５．３度よりも大きすぎると、形成される傾斜面４０の位置が、上述した同心円１３ａよりも広くなりすぎてしまうため、１２５．３度よりも１〜２度程度大きくするのが好ましい。

次に、図５（ａ）に示すように、流路形成基板１２を酸化皮膜５０を介して例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチングすることによって、流路形成基板１２にノズル連通孔２３、リザーバ２１などの貫通孔を形成する。このとき、ノズル連通孔２３を形成する酸化皮膜除去部５２には、傾斜部５２ａが設けられているため、ノズル連通孔２３には図６（ｂ）に示すような傾斜面４０が形成される。このように形成された傾斜面４０は、連続する第１の（１１１）面に対して１２５．３度の角度を有し、且つ深さ方向に表面側が３５．３度の角度をなす第１の傾斜面４２と中心側に表面に対して７０．５度の角度をなす第２の傾斜面４３とで形成される。

すなわち、上述のように、酸化皮膜５０の傾斜部５２ａが第１の（１１１）面に対して１２５．３度以上で形成されていれば、傾斜面４０は、酸化皮膜５０の傾斜部５２ａよりも広い位置まで後退して形成される。このとき、傾斜面４０は、上述したノズル開口１３の同心円１３ａよりも広い位置に形成されることになるが、これは製造誤差の範囲であり、特に問題がない。

このような傾斜面４０は、流路形成基板１２をエッチングする時間（エッチング時間）により第１の（１１１）面に対する角度を制御して形成する必要がなく、常に同一の角度で形成されるため、安定した形状とすることができる。すなわち、エッチング時間の調整により傾斜面４０を形成しようとすると、エッチング特性のばらつき（エッチング液の温度や成分）などによってエッチングレートが変化してしまうため、常に同一形状の傾斜面４０を形成するのが困難であるが、傾斜面４０をエッチングにより出現する第１の（１１１）面に対して１２５．３度で形成することで、エッチング時間に関わらず常に同一形状の傾斜面４０を安定して形成することができる。

なお、実際には、エッチングの初期段階では、第１の傾斜面４２のみが出現し、エッチングを継続すると第２の傾斜面４３が出現する。そして、さらにエッチングを継続すると、第１の傾斜面４２が消失し、第２の傾斜面４３のみが形成される。そして、本実施形態では、後の工程で流路形成基板１２を再度エッチングするため、２回目のエッチングが終了した段階で、図３（ｂ）に示す形状となるように形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板１２の酸化皮膜５０全体を、例えば、フッ酸等でエッチングして厚さを薄くすることにより、薄膜部５３を除去して酸化皮膜除去部５４を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板１２を酸化皮膜５０を介して異方性エッチングすることにより、流路形成基板１２に圧力発生室１１、インク供給路２２等を形成する。なお、圧力発生室１１及びインク供給路２２は、流路形成基板１２を厚さ方向に貫通することなくハーフエッチングにより形成する。このハーフエッチングでは、エッチング時間を調整することにより圧力発生室１１等の深さを制御することができる。

なお、実際には、上述した異方性エッチングによって一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１２毎に分割する。

その後は、流路形成基板１２に振動板１５、圧電素子ユニット１７等を接着することで図１に示すようなインクジェット式記録ヘッド１０が形成される。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、ノズル連通孔２３の液体供給側（インク供給路２２）とは反対側の端部に傾斜面４０を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、ノズル連通孔２３の液体供給側の端部の角部にも傾斜面を形成するようにしてもよい。また、圧力発生室１１の長手方向の端部の角部にも傾斜面を形成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態１では、流路形成基板１２として１枚の結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板１２として複数枚の基板を積層したものを用いるようにしてもよい。このような場合には、例えば、圧力発生室１１が厚さ方向に貫通して設けられた基板と、ノズル連通孔２３が厚さ方向に貫通して設けられた基板とを積層すればよく、このような構成とすることによって、ノズル連通孔２３の液体供給側の端部の角部にも異方性エッチングによって傾斜面を容易に形成することができる。なお、上述した実施形態１では、傾斜面４０が形成された突出部４１は、実際にはノズル連通孔２３の端部から圧力発生室１１の端部に亘って設けられているが、流路形成基板１２として複数枚の基板を積層したものを用いることで、突出部４１をノズル連通孔２３の端部にのみに設けることもできる。

さらに、上述した実施形態１では、圧力発生室１１に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、圧電材料２９と電極形成材料３０，３１とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のアクチュエータ装置を用いて説明したが、圧力発生手段としては、特にこれに限定されず、例えば、電極及び圧電材料を成膜及びリソグラフィ法により積層形成した薄膜型、グリーンシートを添付する等の方法により形成される圧膜型などの撓み振動型のアクチュエータ装置を用いることができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室１１内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエータなどを使用することができる。

また、上述した実施形態１では、流路形成基板１２として、シリコン単結晶基板を例示したが、流路形成基板１２は、表面の結晶面方位が（１１０）面の結晶基板であれば、特にこれに限定されるものではない。

また、これらインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図７は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。

図７に示すように、インクジェット式記録ヘッド１０を有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

さらに、上述の実施形態では、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドを例示して本発明を説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。

実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 実施形態１に係る流路形成基板の平面図である。 実施形態１に係る流路形成基板の要部拡大平面図及び断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す平面図である。 本発明に関連するインクジェット式記録装置の概略図である。

符号の説明

１０ 記録ヘッド、 １１ 圧力発生室、 １２ 流路形成基板（結晶基板）、 １３ ノズル開口、 １３ａ 同心円、 １４ ノズルプレート、 １５ 振動板、 １６ 圧電素子、 １７ 圧電素子ユニット、 １８ 収容部、 １９ ヘッドケース、 ２０、２０ａ 隔壁、 ２１ リザーバ、 ２２ インク供給路、 ２３ ノズル連通孔、 ２４ 弾性膜、 ２５ 支持板 ２６ 島部、 ２７ 薄肉部、 ２８ コンプライアンス部、 ２９ 圧電材料、 ３０，３１ 電極形成材料、 ３２ 圧電素子形成部材、 ３３ 固定基板、 ３４ 配線、 ３５ 回路基板、 ３６ 導電パッド、 ３７ 配線基板、 ３８ 開口部、 ４０ 傾斜面、 ４１ 突出部、 ４２ 第１の傾斜面、 ４３ 第２の傾斜面

Claims (7)

1. 液体を噴射するノズル開口に連通するノズル連通孔と、該ノズル連通孔を介して前記ノズル開口に連通する圧力発生室とが幅方向に複数並設されて設けられた表面の結晶面方位が（１１０）面の結晶基板からなる流路形成基板と、前記圧力発生室に相対向する領域に設けられて当該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備し、
   前記圧力発生室が、前記流路形成基板の厚さ方向の途中まで形成されていると共に、前記ノズル連通孔が、前記圧力発生室の液体供給側とは反対側の長手方向一端部側に前記流路形成基板を厚さ方向に貫通して設けられ、
   前記ノズル連通孔が、前記流路形成基板の表面に対して垂直な結晶面方位が（１１１）面で画成されていると共に、当該ノズル連通孔の前記液体供給側とは反対側の端部の２つの前記（１１１）面が鋭角となる角部には、２つの（１１１）面に対して鈍角で形成された傾斜面が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記傾斜面が、前記ノズル連通孔の前記並設方向の側面を画成する（１１１）面に対して１２５．３度で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記傾斜面が、前記ノズル開口側の開口から当該ノズル連通孔の深さ方向に対して内側に突出するように傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記ノズル連通孔が、幅方向の側面を画成する第１の（１１１）面と、該第１の（１１１）面に対して７０．５度の角度で長手方向の端面を画成する第２の（１１１）面とで形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記ノズル連通孔の前記傾斜面が、前記ノズル連通孔の前記ノズル開口側の開口で、前記ノズル連通孔の前記長手方向の端面を画成する（１１１）面に接する前記ノズル開口の同心円と接する位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
7. 液体を噴射するノズル開口に連通するノズル連通孔と、該ノズル連通孔を介して前記ノズル開口に連通する圧力発生室とが幅方向に複数並設されて設けられた表面の結晶面方位が（１１０）面の結晶基板からなる流路形成基板と、前記圧力発生室に相対向する領域に設けられて当該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備し、
   前記圧力発生室が、前記流路形成基板の厚さ方向の途中まで形成されていると共に、前記ノズル連通孔が、前記圧力発生室の液体供給側とは反対側の長手方向一端部側に前記流路形成基板を厚さ方向に貫通して設けられ、
   前記ノズル連通孔が、前記流路形成基板の表面に対して垂直な結晶面方位が（１１１）面で画成されていると共に、当該ノズル連通孔の前記液体供給側とは反対側の端部の２つの前記（１１１）面が鋭角となる角部には、２つの（１１１）面に対して鈍角で形成された傾斜面が設けられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
   前記流路形成基板の表面に酸化皮膜を形成すると共に、当該酸化皮膜の前記ノズル連通孔となる領域に当該流路形成基板の結晶面方位の（１１１）面に沿った酸化皮膜除去部を形成し、且つ当該酸化皮膜除去部の前記傾斜面となる領域に当該ノズル連通孔の前記並設方向の側面を画成する（１１１）面に対して１２５．３度以上の角度の傾斜部を酸化皮膜除去部として形成した後、前記酸化皮膜を介して前記流路形成基板を異方性エッチングすることにより、前記流路形成基板に前記傾斜面を有する前記ノズル連通孔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。

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