JPH04193547A - インクジェットプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、インク室の容積を変化させて、ノズルよりイ
ンクを吐出するインクジェットプリンタへ、ドの製造方
法に関するものである。

〈従来の技術〉 インクジェットプリンタは、低騒音で普通紙に記録でき
て、カラー化も容易である事などから、最近注目されて
いる。インクンエツト記録方式には大別してコンティニ
アス方式とオンデマンド方式かあり、インク回収が不要
で、装置の小型化と低価格化に適したオンデマンド方式
が主流になりつつある。このオンデマンド方式には、主
としてサーマル式と圧電式かある。サーマル式は発熱に
よるインクの沸騰を利用し、圧電式は圧電素子の振動に
よるインク室の体積変化を利用している。

圧電式はサーマル式に比べて、インクの物性に関する制
約が少なく、印加電圧によりインク滴の大きさを制御す
ることができるという利点を備えている。しかしながら
、周波数応答性が低い、圧電素子の配列ピッチを狭くで
きないという欠点も有している。

ところで、これらのインク吐出に用いられるインクジェ
ットノズルの加工精度はインクジェットプリンタの印字
品質に直接影響する重要な要因であり、特にノズルを複
数個形成するマルチノズルの場合には、各ノズルの大き
さにより文字の印字ドツト径が変化するため、各ノズル
の大きさのバラツキにより、均一な印字ができなくなる
という問題が発生する。

ノズル精度を向上させるために、シリコンの異方性エツ
チング技術を用いて、シリコン基板に溝加工をする方法
が特開昭５４−１４６６３３及び特開昭５５−９４６６
０に開示されている。これらの公開特許公報に開示され
ているインクジェットプリンタヘッドの製造工程図を第
４図（ａ）乃至（ｄ）に示す。まず、第４図（ａ）及び
（ｂ）において、（１００）の面を有する第１のシリコ
ン基板４１にエツチングマスク４２により、ノズル溝、
圧力室及びインク室の溝、圧電体用貫通孔のパターンを
形成させる。尚、第４図（ａ）は基板下側の平面図であ
り、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

次に、第４図（Ｃ）において、異方性エツチングにより
、ノズル溝４３、圧力室４４及びインク室４５の溝、圧
電体用貫通孔４６を形成させる。前記異方性エツチング
は、第１の／リフン基板４１に圧電体用貫通孔４６か形
成された時点で停止している。それぞれの溝の深さは、
マスクパターンにより決定される溝の幅で制御されるが
、通常、ノズル溝の深さは３０〜１００μｍの範囲に、
圧力室４４及びインク室４５の溝の深さは約１５０〜３
００μｍの範囲に形成される。その後、第４図（ｄ）に
おいて、ノズル溝４３、圧力室４４及びインク室４５の
溝か形成された第１のシリコン基板４１と、溝加工か施
されていない第２のシリコン基板４８を溝か内側になる
ように接合させ、圧電体用貫通孔４６に圧電体４７を挿
入させてインクジェットプリンタヘッドを製造している
。このように、上記方法では、深さの異なる、ノズル溝
と圧力室及びインク室の溝とを形成する際、ノズル溝の
両側面を形成する（１１１）の面のエツチング速度が遅
いことを利用してノズル溝の寸法精度か保たれるように
している。

また、特開昭５８−５１１６２では、ノズル部と圧力室
及びインク室を別々に作製した後、結合する方法が開示
されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記特開昭５４−１４６６３３及び、特
開昭５５−９４６６０では、ノズル溝かオーバーエツチ
ングされ、寸法精度か悪くなってしまうという問題が発
生していた。即ち、（１００）面のシリコン基板に異方
性エツチングを施すと、理想的には（１１１）面で囲ま
れた７字溝の部分は、７字溝の形成が完了した時点で自
動的にエツチングが停止するはずであるか、実際には（
１１１）面も、ごくゆっくりであるがエツチングが進行
し、設計値からずれが生じることになる。印字ドツト径
は、ノズルの大きさにより変化するため、ノズル部の寸
法精度が悪くなると、印字濃度が均一にならなかったり
、マルチノズルの場合は印字むらが発生する等の問題が
発生していた。

また、ノズルの方向は＜１１０＞結晶軸の方向に正確に
一致しているのが好ましいが、実際には完全な一致は不
可能である。第３図はシリコン基板の結晶の方位角とマ
スクパターンとのずれ角度とノズル幅の関係を示した図
であり、横軸は基板の結晶に対する方位角に対するマス
クパターンのずれ角度、縦軸はエツチング後のノズル幅
である。

同図に示すように、方位角とマスクパターンのず□れ角
度が大きいほとノズル幅も増大し、寸法精度も悪くなる
。

また、特開昭５８−５１１６２のように、ノズル部と圧
力室及びインク室とを別々に作製してから結合させると
、余分な部品や組み立て工程か必要となり、生産性が悪
くなる。

本発明は、ノズル部の寸法精度か高く、かつノズル部と
インク室及び圧力室とを一体形成させることが可能なイ
ンクジェットプリンタヘッドを提供することを目的とす
る。

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成するするために本発明では、シリコン基
板に、マスクパターンを形成させた後、エツチングによ
り溝加工をすることによってインり流路を形成し、該シ
リコン基板と平板からなる振動板とを溝を内側にして接
合するインクジェットプリンタヘッドの製造方法におい
て、シリコン基板のノズル部を形成する部分に第１のエ
ツチングマスクを形成し、溝加工する領域の周囲には、
上記第１のエツチングマスクよりも厚い第２のエツチン
グマスクを形成して、インクジェットプリンタヘッドを
製造する。

〈作用〉 上述のように、シリコン基板のノズル部を形成する部分
に第１のエツチングマスクを形成し、溝加工をしない部
分には上記第１のエツチングマスクよりも厚い第２のエ
ツチングマスクを形成すると、エラ升ング開始時は、エ
ツチング速度が遅いエツチングマスクによって覆われて
いるノズル部　゛はエツチングされず、圧力室及びイン
ク室のみかエツチングされるか、時間の経過とともにノ
ズル部のエツチングマスクがエツチングされ、やがてシ
リコン面が露出するとシリコンの異方性エツチングが開
始される。　この時第１のエツチングマスクと、第２の
エツチングマスクの厚さはそれぞれ以下のとおり設定す
ればよい。

まず、第１のエツチングマスクの厚さは、シリコン基板
のエツチング速度をＶ、エツチングマスクのエツチング
速度をυ、ノズル溝の深さをＡ１圧力室及びインク室の
溝の深さをＢとすると、全エツチング時間Ｔ及びノズル
溝のエツチング時間ｔはそれぞれ下記の（１）式および
（２）式で表され、圧力室及びインク室のエツチングが
開始されてからのノズル溝のエツチング開始時間の遅れ
Ｔ−ｔは、（３）式で表される。

Ｔ　＝　Ｂ／Ｖ　　　　　　　　　　　　　　　・・・
（１）ｔ＝Ａ／Ｖ　　　　　　　　　　　　　　　・・
・（２）Ｔ−ｔ　＝　（Ｂ−Ａ）／Ｖ　　　　　　　　
・・　（３）従って、ノズル部のエツチングマスクの厚
さｄｌは、下記の（４）式で表される。

ｄ、−υ　（Ｔ−ｔ）＝　（Ｂ−Ａ）ｖ／Ｖ−（４）ま
た、第２のエツチングマスクは、全エツチング時間Ｔで
エツチングされる、エツチングマスクの厚さｄ、よりも
厚くすればよい。（（５）式）％式％（５） このように、本発明では、ノズル溝よりも深い圧力室及
びインク室がノズル溝よりも先にエツチングが開始され
、ノズル溝か形成された時点てエツチングを停止してい
るので、高い寸法精度か必要なノズル溝のオーバーエツ
チングを防くことかできる。

〈実施例１〉 以下、本発明の実施例を第１図〜第２図に従って詳細に
説明する。

第１図（ａ）乃至（ｉ）は本発明の製造方法を説明する
ための工程図であり、第２図は本発明の製造方法により
得られるインクジェットプリンタヘッドの一例を示す構
造図である。同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ
’断面図である。

第１図（ａ）において、（１００）結晶面の第１のシリ
コン基板１の両面に厚さ７０００人の熱酸化膜７を形成
し、その上にフォトレジスト８を用いてノズルパターン
を形成した。次に、第１図（ｂ）において、ＨＦ　：　
ＮＨ，Ｆ＝１　：　６のフッ酸緩衝液でエツチングする
ことにより熱酸化膜７をノズルパターン状に除去した。

この際、ノズル方向は溝の寸法精度を高くするために、
第１のシリコン基板の＜１００＞方向と一致させておく
ことか望ましい。次に、第１図（Ｃ）において、厚さが
３５００人となるように熱酸化膜９をノズル部に形成し
た。次に、第１図（ｄ）において、フォトレジスト１０
を用いて、圧力室及びインク室のパターンを形成し、第
１図（ｅ）において、ＨＦ　：　ＮＨ，Ｆ＝１　：　６
のフッ酸緩衝液でエツチングして圧力室及びインク室の
パターン状に熱酸化膜７を除去した。その後、第１図（
ｆ）において、７５℃、２５ｗｔ％のＫＯＨ水溶液で異
方性エツチングをすることにより、ノズル溝３と圧力室
４及びインク室５の溝をそれぞれ形成した。前記異方性
エツチングはノズル溝３が完成した時点でこれを停止し
た。このように、エツチング液としてＫＯＨを用いると
、熱酸化膜がゆっくりエツチングされるため、エツチン
グ時間による制御が確実に行われる。

即ち、上記異方性エツチングの開始時は、エツチング速
度が遅い熱酸化膜によって覆われているノズル部はエツ
チングされず、圧力室４及びインク室５のみかエツチン
グされるか、時間の経過とともにノズル部の熱酸化膜９
かエツチングされ、シリコン基板１が露出した時点でノ
ズル部の異方性エツチングが開始される。この時、ノズ
ル溝３が完成した時点でエツチングを停止すれば、ノズ
ル溝３のオーバーエツチングを防止することかでき、寸
法精度の高いインクジェットプリンタヘッドを得ること
ができる。

また、上述のとおりノズル方向を（１００）シリコン基
板１の＜１１０＞方向に一致させているのでノズル溝３
の断面はシリコン基板ｌの表面と５４．７℃の角度を成
すＶ字溝となる。本実施例では、ノズル溝３は幅５５μ
ｍ１深さ３９μｍのＶ字型となり、圧力室の幅は、４０
０μｍ、圧力室４及びインク室５の深さはそれぞれ１５
０μｍに形成された。

次に、第１図（ｇ）において、熱酸化膜７を一度フッ酸
で除去した後、再度保護膜として熱酸化膜１１を形成し
、第１図（ｈ）において、上述のようにノズル溝３、圧
力室４及びインク室５の谷溝を形成したシリコン基板１
とガラス、ステンレス、シリコン等の平板からなる振動
板２を溝か内側になるように、低融点カラスを介した熱
融着や静電接合によって接合した。その後、第１図（ｉ
）において、ノズル長さか、３０〜２００μｍとなるよ
うにノズル溝３を切断し、圧電体６を接合して第２図に
示すようなインクジェットプリンタヘッドを得た。

尚、ノズル溝３を形成させる異方性エツチングのエツチ
ング液はＫＯＨの他にＮａＯＨを用いても本実施例と同
様の効果か得られた。

〈発明の効果〉 本発明の製造方法を用いると、ノズル部よりも深い溝を
有する圧力室及びインク室とを一体形成できるため、高
性能のインクジェットプリンタヘッドを生産性よく、低
コストで製造することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｉ）は本発明のインクジェットプリ
ンタヘッドの製造方法を説明するための製造工程図、第
２図（ａ）及び（ｂ）は、本発明の製造方法によって得
られたインクジェットプリンタヘッドの構造図、第３図
はシリコン基板の結晶の方位角とマスクパターンとのず
れ角度とノズル幅との関係を示した説明図、第４図は従
来のインクジェットプリンタヘッドの製造方法を説明す
るための製造工程図である。　　　　− １・・・シリコン基板 ２・・・振動板 ３・・・ノズル部 ４・・・圧力室 ５・・・インク室 ６・・・圧電体 １１・・・熱酸化膜 代理人　弁理士　梅１）勝（他２名） （ａ）（わ （ｄ） 矛１１図 第２０ ％ｇｎ　　ｓａｇ晶ろ　（１＋＝　）（１り　ンλ）ｌ
ζ２−ンのｔ−＋　ａ、ｙ茶３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、シリコン基板にマスクパターンを形成させた後、エ
   ッチングにより溝加工をすることによってインク流路を
   形成し、該シリコン基板と平板からなる振動板とを溝を
   内側にして接合するインクジェットプリンタヘッドの製
   造方法において、シリコン基板のノズル部を形成する部
   分に第１のエッチングマスクを形成し、溝加工する領域
   の周囲部分には上記第１のエッチングマスクよりも厚い
   第２のエッチングマスクを形成することを特徴とするイ
   ンクジェットプリンタヘッドの製造方法。