JP2003266689A - 液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気泡の滞留を生じ易く吐出不良が発生する。 【解決手段】 加圧液室６等を形成する流路板１の加圧
液室６の振動板２に対向する壁面１ａの表面粗さがＲａ
で２μｍ以下とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ヘッド及びその
製造方法並びにインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いる
インクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズル
と、このノズルが連通するインク流路（吐出室、圧力
室、加圧液室、液室等とも称される。）と、このインク
流路内のインクを加圧する駆動手段とを備えた液滴吐出
ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したもので
ある。なお、液滴吐出ヘッドとしては例えば液体レジス
トを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料
を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以
下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。

【０００３】インクジェットヘッドとしては、インク流
路内のインクを加圧するエネルギーを発生するエネルギ
ー発生手段として、圧電素子を用いてインク流路の壁面
を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化
させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの
（特開平２−５１７３４号公報参照）、或いは、発熱抵
抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発
生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆ
るサーマル型のもの（特開昭６１−５９９１１号公報参
照）、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対
向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によ
って振動板を変形させることで、インク流路内容積を変
化させてインク滴を吐出させる静電型のもの（特開平５
−５０６０１号公報参照）などが知られている。

【０００４】これらの各種ヘッドの内でも、ノズル開口
が形成されたノズルプレート（のズル形成部材）と振動
板とをスぺーサ（液室形成部材）の両面に接着して圧力
室（液室）を形成し、振動板を圧電振動子により変形さ
せる方式のインクジェットヘッドは、インク滴を飛翔さ
せるための駆動源として熱エネルギーを使用しないため
熱によるインクの変質がなく、特に熱により劣化しやす
いカラーインクを吐出させる上で利点がある。しかも、
圧電振動子の変位量を調整してインク滴のインク量を自
在に調節することが可能であるため、高品質なカラー印
刷のためのインクジェット記録装置を構成するのに最適
なヘッドである。

【０００５】ところで、インクジェットヘッドは記録媒
体上のドットをインク滴により構成する関係上、インク
滴のサイズを小さくすることにより、極めて高い解像度
での記録、印刷が可能である。

【０００６】しかしながら、効率よく記録するために
は、インク開口の数を多くする（ノズル数を多くする）
必要があり、特に、圧電振動子を駆動手段とするものに
あっては、圧電振動子のエネルギーを効率よく使用する
ために圧力室（加圧液室）を大きくする必要がある。こ
のことは、ヘッドの小型化要請とは相反することであ
る。このような相反する問題を解消するため、通常隣り
合う圧力室を区画している壁（隔壁）を薄くすると共に
圧力室の形状を長手方向に大きくして容積を稼ぐことが
行われている。

【０００７】このような圧力室やリザーバは、振動板と
ノズルプレートの間隔を所定の値に保持する部材である
液室形成部材にて形成するが、上述したように、極めて
小さく、しかも複雑な形状を備えた圧力室を形成する必
要上、通常エッチング技術が使用されている。このよう
な液室形成部材を形成する材料としては、感光性樹脂膜
が使用されることが多いが、これは機械的強度が低いた
めクロストークや撓み等が生じ高い解像度を得ようとす
ると印字品質が低下するという問題がある。

【０００８】そこで、比較的簡単な手法で微細な形状を
高い精度で加工が可能なシリコン単結晶基板の異方性エ
ッチングを用いた部品製作技術、いわゆるマイクロマシ
ニング技術を適用してインクジェットヘッドを構成する
部材を加工することが行われるようになっている。特
に、結晶方位（１１０）の単結晶シリコン基板を液室形
成部材に用いて、異方性エッチングを行って、圧力室や
リザーバを形成することが行われる。単結晶シリコンを
使用したスペーサは、機械的剛性が高いため、圧電振動
子の変形に伴う記録ヘッド全体のたわみを小さくできる
とともに、エッチングを受けた壁面が表面に対してほぼ
垂直であるため圧力室を均一に構成することが可能であ
るという大きな利点を備えている。

【０００９】例えば、特開平７−１７８９０８号公報に
は、ノズル開口が列状に形成されたノズルプレートと圧
力発生室、インク供給口、およびリザーバを形成するス
ペーサと、蓋板とを備え、スペーサを形成する結晶方位
（１１０）のシリコン単結晶基板を異方性エッチングす
る際に、圧力発生室を形成する通孔を区画するノズル開
口近傍の壁面を、シリコン単結晶基板の表面に垂直で互
いに鈍角で接する４つの壁面とシリコン単結晶基板の断
面方向で鈍角に接する２つの壁面の計６つの壁面で形成
し、インクが停滞しやすいノズル開口近傍のインクの流
れを可及的に均一にして気泡の停滞を防止するようにし
たヘッドが記載されている。

【００１０】また、特開平７−１２５１９８号公報に
は、結晶方位のシリコン単結晶基板を異方性エッチング
する際に、圧力発生室とリザーバとを形成する通孔をそ
れぞれ一方の壁面を同一面として形成し、また圧力発生
室を形成する通孔を区画するノズル開口近傍の壁面を相
互に鈍角で接する壁面で形成することにより、インク供
給口と圧力発生室を平滑な流路として構成して、インク
が停滞しやすいノズル開口近傍の壁面がノズル開口に対
して可及的に等距離になるようにしたヘッドが記載され
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ンをエッチングして液室形成部材を形成する場合、エッ
チングがシリコンの結晶方位に依存するため、理想的な
形状に加工することが困難で、インクの淀みや停滞を招
き易い。

【００１２】そのため、上述した公報に記載されている
ようなヘッドが提案されているが、エッチングによって
液室壁面を形成するシリコン表面に荒れが生じるため、
インクのスムーズな流れを確保できず、気泡が滞り易
く、吐出不良が生じるなど、安定した滴吐出を行えない
という課題がある。

【００１３】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、安定した滴吐出を行うことができる液滴吐出ヘ
ッド及びその製造方法並びにインクジェット記録装置を
提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液室形成部材がシ
リコンから形成され、この液室形成部材の液流路の壁面
を形成する面の表面粗さがＲａで２μｍを越えない構成
とした。

【００１５】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液室形成
部材がシリコンから形成され、この液室形成部材の振動
板に対向する液流路の壁面の表面粗さがＲａで２μｍを
越えない構成とした。

【００１６】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液室形成
部材がシリコンから形成され、この液室形成部材のノズ
ル連通路の壁面の表面粗さがＲａで２μｍを越えない構
成とした。

【００１７】これらの各本発明に係る液滴吐出ヘッドに
おいては、液室の壁面には酸化膜又は窒化チタン膜が形
成されていることが好ましい。

【００１８】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法
は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する方法であっ
て、溶液濃度２５％以上の水酸化カリウム水溶液を用い
て、処理温度８０℃以上でシリコン基板をウエットエッ
チングして液室形成部材を形成するものである。

【００１９】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法
は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する方法であっ
て、シリコン基板をウエットエッチングして液室形成部
材を形成し、この形成工程にはエッチング時に生じる気
泡がエッチング面に付着することを防止する工程を含む
ものである。

【００２０】ここで、ウエットエッチングを行うときに
シリコン基板を揺動させる、あるいは、ウエットエッチ
ングを行うときにシリコン基板に超音波を加えることが
好ましい。

【００２１】本発明に係るインクジェット記録装置は、
インクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッドで
ある構成としたものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。本発明の液滴吐出ヘッドの第
１実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１乃
至図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分
解斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断
面説明図、図３は同ヘッドの液室短手方向に沿う要部断
面説明図、図４は同ヘッドの液室形成部材の説明図であ
る。

【００２３】このインクジェットヘッドは、単結晶シリ
コン基板で形成した液室形成部材である流路板１と、こ
の流路板１の下面に接合した振動板２と、流路板１の上
面に接合したノズル板３とを有し、これらによってイン
ク滴を吐出するノズル４がノズル連通路５を介して連通
する加圧液室６、加圧液室６に流体抵抗部となるインク
供給路７を介してインクを供給する共通液室８などの液
流路を形成し、流路板１のインクに接する面（液流路の
壁面）となる加圧液室６、インク供給路７、共通液室８
の各壁面には酸化膜又は窒化チタン膜、或いはポリイミ
ド膜などの有機樹脂膜からなる耐液性薄膜１０を成膜し
ている。

【００２４】そして、振動板２の外面側（液室６と反対
面側）に各加圧液室６に対応して積層型圧電素子１２を
接合し、この積層型圧電素子１２はベース基板１３に接
合して固定し、この圧電素子１２の列の周囲にはスペー
サ部材１４（図１では図示を省略している。）をベース
基板１３に接合している。

【００２５】この圧電素子１２は、例えば厚さ１０〜５
０μｎ／層のチタン酸ジルコン酸（ＰＺＴ）などの圧電
層１５と厚さ数μｍ／層の銀パラジューム（ＡgＰd）な
どからなる内部電極１６とを交互に積層したものであ
る。なお、電気機械変換素子としてはＰＺＴに限られる
ものではない。そして、この圧電素子の内部電極１６を
交互に端面に取り出して端面電極として、ベース基板１
３上に形成した共通電極パターン及び個別電極パターン
に電気的に接続し、共通電極パターン及び共通電極パタ
ーンに接続したＦＰＣケーブルを介してＰＣＢ基板と接
続して駆動波形を印加することによって積層方向の伸び
の変位を発生させるようにしている。

【００２６】なお、ここでは、圧電素子１２のｄ３３方
向の変位を用いて加圧液室６内インクを加圧する構成と
しているが、圧電素子１２のｄ３１方向の変位を用いて
加圧液室６内インクを加圧する構成とすることもでき
る。また、図示は省略するが、外部から共通液室８にイ
ンクを供給するためのインク供給口を形成するための貫
通穴をベース基板１３、スペーサ部材、振動板２に形成
している。

【００２７】ここで、流路板１は、結晶面方位（１１
０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（Ｋ
ＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エ
ッチングすることで、各加圧液室６となる凹部、インク
供給路７となる溝部、共通液室８となる凹部をそれぞれ
形成し、ドライエッチングと異方性エッチングでノズル
連通路５を形成している。

【００２８】振動板２はニッケルの金属プレートから形
成したもので、エレクトロフォーミング法で製造してい
る。この振動板２は加圧液室６に対応する部分に変形を
容易にするための薄肉部２１及び圧電素子１２と接合す
るための厚肉部２２を形成するとともに、液室間隔壁２
０に対応する部分にも厚肉部２３を形成し、平坦面側を
流路板１に接着剤接合している。この振動板２の液室間
隔壁２０に対応する厚肉部２３とベース基板１３との間
には支柱部２４を介設している。この支柱部２４は圧電
素子１２と同じ構成である。

【００２９】ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径
１０〜３０μｍのノズル４を形成し、流路板１に接着剤
接合している。なお、ノズル４は２列形成して千鳥状に
配置している（図２は説明のため同一断面で示してい
る。）。このノズル板３としては、ステンレス、ニッケ
ルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹
脂との組み合せ、シリコン、及びそれらの組み合わせか
らなるものを用いることができる。また、ノズル面（吐
出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水性を確保
するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングな
どの周知の方法で撥水膜を形成している。

【００３０】このように構成したインクジェットヘッド
においては、圧電素子１２に対して選択的に２０〜５０
Ｖの駆動パルス電圧を印加することによって、パルス電
圧が印加された圧電素子１２が積層方向（図３の場合）
に変位して振動板２をノズル５方向に変形させ、加圧液
室６の容積／体積変化によって加圧液室６内のインクが
加圧され、ノズル４からインク滴が吐出（噴射）され
る。

【００３１】そして、インク滴の吐出に伴って加圧液室
６内の液圧力が低下し、このときのインク流れの慣性に
よって加圧液室６内には若干の負圧が発生する。この状
態の下において、圧電素子１２への電圧の印加をオフ状
態にすることによって、振動板２が元の位置に戻って加
圧液室６が元の形状になるため、さらに負圧が発生す
る。このとき、インク供給口から共通液室８、流体抵抗
部であるインク供給路７を経て加圧液室６内にインクが
充填される。そこで、ノズル４のインクメニスカス面の
振動が減衰して安定した後、次のインク滴吐出のために
圧電素子１２にパルス電圧を印加しインク滴を吐出させ
る。

【００３２】ここで、インクジェットヘッドの液室形成
部材である流路板１は、図４を参照して、振動板３に対
向する加圧液室６を形成する凹部の壁面１ａ及びノズル
連通路５の壁面１ｂを表面粗さがＲａで２μｍを越えな
い表面性で形成している。なお、流路板１のみで加圧液
室６が形成されるものではないが、説明の便宜上、流路
板１の加圧液室６を形成する凹部のことを「流路板１の
加圧液室６」と表現する。

【００３３】この点について図５ないし図１０を参照し
て説明する。ここで、図５は本発明の実施形態に係る流
路板１のノズル板接合面の平面図及びノズル連通路の拡
大平面説明図、図６は同流路板１の振動板接合面の平面
図及び加圧液室の拡大平面説明図、図７は図６のＡ−Ａ
線に沿う拡大断面説明図である。

【００３４】また、図８は比較例に係る流路板１’のノ
ズル板接合面の平面図及びノズル連通路の拡大平面説明
図、図９は同流路板１’の振動板接合面の平面図及び加
圧液室の拡大平面説明図、図１０は図９のＢ−Ｂ線に沿
う拡大断面説明図である。

【００３５】なお、ここでは、流路板１、１’のノズル
板接合面には接着剤逃がし用凹部（肉抜き部）３１を、
振動板接合面にも接着剤逃がし用凹部（肉抜き部）３２
をそれぞれ形成している。

【００３６】これらの図から分かるように、本発明の実
施形態に係る流路板１の加圧液室６の振動板に対向する
壁面１ａの表面粗さはＲａで２μｍを越えない表面性に
形成している。これは、流路板１を形成するためのシリ
コンのエッチング時に発生する水素が壁面に付着するこ
とを防止する措置を施すことで得られるものである。こ
れは、例えば、エッチング時にシリコン基板を揺動させ
たり、あるいは、超音波を加えることで行うことができ
る。

【００３７】これに対して、比較例に係る流路板１’の
加圧液室６’の振動板に対向する壁面１ａ’の表面粗さ
はＲａで２μｍを越える表面性になる。これは、流路板
１’を形成するためのシリコンのエッチング時に発生す
る水素（気泡）が壁面に付着して壁面１ａ’が荒れ、表
面粗さをＲａで２μｍ以下にすることができないことに
よる。

【００３８】このように、流路板１の振動板に対向する
壁面１ａの表面粗さがＲａで２μｍを越えないことによ
り、加圧液室６を流れるインクの流れがスムーズにな
り、また、図７に示すように、気泡Ｂａが壁面１ａの微
細な凹凸に引っ掛かって滞留することが低減し、吐出不
良などを生じることが防止されて、安定した滴吐出を行
うことができる。

【００３９】これに対して、流路板１’のように、振動
板に対向する壁面１ａ’の表面粗さがＲａで２μｍを越
えると、加圧液室６’を流れるインクの流れがスムーズ
でなくなり、また、図１０に示すように、気泡Ｂａが壁
面１ａ’の凹凸に引っ掛かって滞留し易くなるため、吐
出不良などを生じて、安定した滴吐出を行うことができ
なくなる。

【００４０】なお、この第１実施形態における流路板１
は、ノズル連通路５、加圧液室６、流体抵抗部７及び共
通液室８を形成する各壁面の表面粗さがＲａで２μｍを
越えないようにしているが、少なくとも、加圧液室６の
壁面１ａ、あるいはノズル連通路５の壁面１ｂの表面粗
さがＲａで２μｍを越えないことが好ましい。

【００４１】次に、同第２実施形態に係るインクジェッ
トヘッドについて図１１を参照して説明する。なお、同
図は同ヘッドの液室形成部材である流路板を示す断面説
明図である。このヘッドにおいては、流路板４１にノズ
ル板３のノズル４にインクが流れるための液流路とし
て、ノズル面側流路４２と振動板側流路４３とを形成し
ている。すなわち、第１実施形態のヘッドの流路板１が
振動板側流路のみの片面流路方式であるのに対し、この
第２実施形態のヘッドの流路板４１は両面流路方式であ
る。

【００４２】この流路板４１を用いる場合、振動板側流
路４３が圧電素子などに圧力発生手段によってインクが
加圧される加圧液室（加圧流路）となる。そして、ノズ
ル面側流路４２と振動板側流路４３とは連通路４４、４
５でそれぞれ連通されている。

【００４３】このように、ノズル板３のノズル４に対し
てノズル面側流路４２と振動板側流路４３とを有するこ
とにより、加圧流路である振動板側流路４３で加圧され
たインクは連通路４４及びノズル面側流路４２を介して
ノズル４に至るとともに連通路４５を介してノズル４に
至るので、高周波数での駆動時でもインクのリフィルを
十分に確保することができる。

【００４４】次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法
に係る第１実施形態として前記第１実施形態のヘッドの
流路板１を製造する工程について図１２及び図１３を参
照して説明する。先ず、図１２（ａ）に示すように、厚
さ４００μｍで面方位（１１０）のシリコン基板（シリ
コンウエハを用いる。）６１を用意し、このシリコン基
板６１両表面に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜６２及
び厚さ０．２μｍの窒化膜６３を形成した。なお、窒化
膜６３はＬＰ−ＣＶＤで形成した。

【００４５】次いで、同図（ｂ）に示すように、シリコ
ン基板６１のノズル板接合面側の窒化膜６３表面に、ノ
ズル連通路５を形成するための開口とノズル板３との接
合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部３１を形成す
るための開口とを有するレジストパターン６４を形成
し、その後、ドライエッチングを行って窒化膜６３にノ
ズル連通路５を形成するための開口６５とノズル板３と
の接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部３１を形
成するための開口６６とをパターニングする。このと
き、このノズル連通路形成パターンの開口６５は鈍角で
接する６辺によって形成された形状となっている。な
お、レジストはエッチングしない面側にはベタ形成する
が、図示は省略する。

【００４６】次に、同図（ｃ）に示すように、窒化膜６
３の開口６６を埋め込み、窒化膜６３の開口６５に対応
し、ノズル連通路５の形状に対応する開口を有するレジ
ストパターン６７を形成し、このレジストパターン６７
をマスクとしてドライエッチングを行って、シリコン酸
化膜６２にノズル連通路５の形状に対応する開口６８を
パターニングする。

【００４７】その後、同図（ｄ）に示すように、シリコ
ン基板６１の振動板接合面側の窒化膜６３表面に、加圧
液室６を形成するための開口と振動板２との接合時の余
剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部３２を形成するための
開口とを有するレジストパターン６９を形成し、その
後、ドライエッチングを行って窒化膜６３に加圧液室６
を形成するための開口７０と振動板２との接合時の余剰
接着剤を流れ込ませる肉抜き部３２を形成するための開
口７１とをパターニングする。

【００４８】そして、同図（ｅ）に示すように、窒化膜
６３の開口７１を埋め込み、窒化膜６３の開口７０に対
応し、ノズル連通路５の形状に対応する開口を有するレ
ジストパターン７２を形成し、このレジストパターン７
２をマスクとしてドライエッチングを行って、シリコン
酸化膜６２にノズル連通路５の形状に対応する開口７３
をパターニングする。

【００４９】次に、図１３（ａ）に示すように、ＩＣＰ
ドライエッチャーを使用して、シリコン基板６１に振動
板接合面側からノズル連通路５となる掘り込み７４のパ
ターニングを行った。この際のレジスト７２の膜厚は８
μｍにて行った。ＩＣＰエッチャーを使用してのドライ
エッチングによる掘り込み７４は３００μｍの深さまで
行った。

【００５０】その後、同図（ｂ）に示すように、レジス
ト７２を除去して、水酸化カリウム水溶液によりシリコ
ンの異方性エッチングを行い、シリコン基板６１を貫通
させてノズル連通路５となる貫通穴７５を形成した。こ
の水酸化カリウム水溶液によるシリコン基板６１のノズ
ル連通路５となる貫通穴７５の形成工程（貫通工程）で
は、ノズル板接合面側及び振動板接合面側の両面よりエ
ッチングを行った。貫通穴７５の貫通直後は異方性エッ
チングによる傾斜部が発生するが、本実施形態ではこの
傾斜部をこの貫通工程にて後退させることで傾斜部全て
のエッチングを行っている。

【００５１】次いで、同図（ｃ）に示すように、窒化膜
６３をマスクとして希ふっ酸により酸化膜６２のウェッ
トエッチングを行い、シリコン酸化膜６２に加圧液室６
を形成するための開口７６と肉抜き部３１、３２を形成
するための開口７７、７８とをパターニングする。

【００５２】そして、同図（ｄ）に示すように、再度水
酸化カリウム水溶液により、シリコン基板６１の異方性
エッチングを行って、シリコン基板６１に、加圧液室６
となる凹部８０、及び肉抜き部３１、３２となる凹部８
１、８２を形成した。

【００５３】ここで、加圧液室部形成時のシリコンの異
方性エッチングは、水酸化カリウム水溶液として溶液濃
度３０％のものを用いて、処理温度８５℃で行った。さ
らに、シリコン基板６１（シリコンウエハ）の揺動を機
械的に行った。このエッチング時のシリコン基板６１の
揺動によって、エッチングで発生する水素が壁面に付着
することが防止されて、加圧液室６となる凹部８０の底
面（振動板に対向する壁面）の表面粗さがＲａで２μｍ
以下に抑えられる。

【００５４】そして、同図（ｅ）に示すように、窒化膜
６３及びシリコン酸化膜６２を除去し、その後図示しな
いが、耐インク接液膜（耐液性薄膜）１０としてシリコ
ン酸化膜を１μｍの厚さで形成して、インクジェット用
流路板１を得た。

【００５５】このように、加圧液室６の振動板に対向す
る面の表面粗さをＲａで２μｍ以下に抑えるように処理
を行ったため、インクの流れがスムースで、気泡の滞留
のない高信頼性のインクジェットを得ることができた。

【００５６】ここで、シリコンの異方性エッチングにつ
いて図１４をも参照して説明する。同図は、シリコンの
異方性エッチング時の水酸化カリウム濃度と温度及び表
面性の関係を示すものである。

【００５７】水酸化カリウム水溶液の濃度が高くなると
表面粗さを小さくすることができる。ただし、濃度を高
くしすぎると、マイクロピラミッドと呼ばれるＳｉ（１
１１）面で囲まれた突起物が生じることが知られてい
る。同図中、領域Ａはマイクロピラミッドが生じない領
域である。また、領域Ｃはエッチング面の表面粗さがＲ
ａで２μｍ以下となる領域である。領域Ｂはマイクロピ
ラミッドが生じなく、かつエッチング面の表面粗さがＲ
ａで２μｍ以下となる領域である。したがって、シリコ
ンの異方性エッチング条件としては、気泡付着防止を行
うと共に上記領域Ｂに相当する条件で処理することが好
ましい。

【００５８】また、シリコンの異方性エッチングを水酸
化カリウム水溶液にて行う場合、シリコンのエッチング
レートは水酸化カリウム水溶液の濃度が２０〜２５％の
ときに最大値となる。この濃度でシリコンエッチング面
の状態を上記領域Ｂとするには、処理温度を８０℃以上
とすることが好ましい。エッチング時の処理条件（濃
度、温度）と、気泡の付着によるエッチングの進行ばら
つきを抑えることにより、より信頼性の高いインクジェ
ットヘッドを形成することができる。

【００５９】次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法
に係る第２実施形態として前記第２実施形態のヘッドの
流路板４１を製造する工程について図１５及び図１６を
参照して説明する。先ず、図１５（ａ）に示すように、
厚さ４００μｍで面方位（１１０）のシリコン基板（シ
リコンウエハを用いる。）９１を用意し、このシリコン
基板９１両表面に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜９２
及び厚さ０．２μｍの窒化膜９３を形成した。なお、窒
化膜９３はＬＰ−ＣＶＤで形成した。

【００６０】次いで、同図（ｂ）に示すように、シリコ
ン基板９１のノズル板接合面側の窒化膜９３表面に、ノ
ズル面側流路４２を形成するための開口とノズル板３と
の接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部３１を形
成するための開口とを有するレジストパターン９４を形
成し、その後、ドライエッチングを行って窒化膜９３に
ノズル面側流路４２を形成するための開口９５とノズル
板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部３
１を形成するための開口９６とをパターニングする。こ
のとき、このノズル面側流路パターンの開口９５は鈍角
で接する４辺によって形成された形状となっている。な
お、レジストはエッチングしない面側にはベタ形成する
が、図示は省略する。

【００６１】次に、同図（ｃ）に示すように、窒化膜９
３の開口９６を埋め込み、ノズル面側流路４２と振動板
側流路４３とを連通する連通路４４、４５の形状に対応
する開口を有するレジストパターン９７を形成し、この
レジストパターン９７をマスクとしてドライエッチング
を行って、シリコン酸化膜９２に連通路４４、４５の形
状に対応する開口９８、９８をパターニングする。

【００６２】その後、同図（ｄ）に示すように、シリコ
ン基板９１の振動板接合面側の窒化膜９３表面に、振動
板側流路４３を形成するための開口と振動板２との接合
時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部３２を形成する
ための開口とを有するレジストパターン９９を形成し、
その後、ドライエッチングを行って窒化膜９３に振動板
側流路４３を形成するための開口１００と振動板２との
接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部３２を形成
するための開口１０１とをパターニングする。

【００６３】そして、同図（ｅ）に示すように、窒化膜
９３の開口１０１を埋め込み、ノズル面側流路４２と振
動板側流路４３とを連通する連通路４４、４５の形状に
対応する開口を有するレジストパターン１０２を形成
し、このレジストパターン１０２をマスクとしてドライ
エッチングを行って、シリコン酸化膜９２に連通路４
４、４５の形状に対応する開口１０３、１０３をパター
ニングする。

【００６４】次に、図１６（ａ）に示すように、ＩＣＰ
ドライエッチャーを使用して、シリコン基板９１に振動
板接合面側から連通路４４、４５となる掘り込み１０４
のパターニングを行った。この際のレジスト１０２の膜
厚は８μｍにて行った。

【００６５】その後、同図（ｂ）に示すように、レジス
ト１０２を除去して、水酸化カリウム水溶液によりシリ
コンの異方性エッチングを行い、シリコン基板９１を貫
通させてノズル面側流路４２と振動板側流路４３とを連
通する連通路４４、４５となる貫通穴１０５、１０５を
形成した。

【００６６】次いで、同図（ｃ）に示すように、窒化膜
９３をマスクとして希ふっ酸により酸化膜９２のウェッ
トエッチングを行い、シリコン酸化膜６２にノズル面側
流路４２と振動板側流路４３を形成するための開口１０
６、１０７と肉抜き部３１、３２を形成するための開口
１０８、１０９とをパターニングする。

【００６７】そして、同図（ｄ）に示すように、再度水
酸化カリウム水溶液により、シリコン基板９１の異方性
エッチングを行って、シリコン基板９１に、ノズル面側
流路４２となる凹部１１０及び振動板側流路４３となる
凹部１１１、及び肉抜き部３１、３２となる凹部１０
２、１０３を形成した。

【００６８】ここで、シリコンの異方性エッチングは、
水酸化カリウム水溶液として溶液濃度３０％のものを用
いて、処理温度８５℃で行った。さらに、シリコン基板
９１（シリコンウエハ）の揺動を機械的に行った。この
エッチング時のシリコン基板９１の揺動によって、エッ
チングで発生する水素が壁面に付着することが防止され
て、加圧液室となる凹部１１１の底面（振動板に対向す
る壁面）の表面粗さがＲａで２μｍ以下に抑えられる。

【００６９】そして、同図（ｅ）に示すように、窒化膜
９３及びシリコン酸化膜９２を除去し、その後図示しな
いが、耐インク接液膜（耐液性薄膜）１０としてシリコ
ン酸化膜を１μｍの厚さで形成して、インクジェット用
流路板４１を得た。

【００７０】このように、加圧液室となる振動板側流路
４３の振動板に対向する面の表面粗さをＲａで２μｍ以
下に抑えるように処理を行ったため、インクの流れがス
ムースで、気泡の滞留のない高信頼性のインクジェット
を得ることができた。また、この流路板４１は、ノズル
面側にもノズルへインクを供給するノズル面側流路４２
が形成されており、高周波駆動時でのインクのリフィル
が十分確保することができ、高速印字が可能であった。

【００７１】ここで、上述した第１実施形態に係るイン
クジェットヘッドを作製して噴射評価を行った結果を図
１７に示している。この噴射評価においては、液室面
（振動板に対向する面）の表面粗さがＲａで２μｍの液
室形成部材を構成要素とする本発明の実施形態に係るヘ
ッドと、水酸化カリウム水溶液の濃度、温度、気泡付着
防止条件を変えて、表面粗さ（Ｒａ）を３μｍ、４μ
ｍ、５μｍに変化させた液室形成部材を構成要素とする
比較例に係るヘッドとを製作した。

【００７２】その結果、同図に示すように、加圧液室上
面（振動板に対向する壁面）の表面粗さがＲａで２μｍ
を越える液室形成部材を用いたヘッドでは噴射ダウンビ
ットが発生し、表面粗さ（Ｒａ）が大きくなるに従って
不良率が増加することが確認された。これに対して、加
圧液室上面の表面粗さ（Ｒａ）が２μｍ以下の本発明に
係るヘッドでは噴射ダウンビットが生じないことが確認
された。

【００７３】次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドとして
のインクジェットヘッドをインクタンクと一体にしたイ
ンクカートリッジについて図１８を参照して説明する。
このインクカートリッジ２００は、ノズル孔２０１等を
有する上記各実施形態のいずれかのインクジェットヘッ
ド２０２と、このインクジェットヘッド２０２対してイ
ンクを供給するインクタンク２０３とを一体化したもの
である。

【００７４】このようにインクタンク一体型のヘッドの
場合、ヘッドの信頼性はただちにインクカートリッジ全
体の信頼性につながるので、上述したように不良率が少
なく安定した滴吐出を行い得るヘッドとインクタンクと
を一体化することで、インクカートリッジの歩留まり、
信頼性が向上する。

【００７５】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
（インクカートリッジ一体型ヘッドを含む）を搭載した
インクジェット記録装置の一例について図１９及び図２
０を参照して説明する。なお、図１９は同記録装置の斜
視説明図、図２０は同記録装置の機構部の側面説明図で
ある。

【００７６】このインクジェット記録装置は、記録装置
本体２１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッ
ジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェット
ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給
するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２１
２等を収納し、装置本体２１１の下方部には前方側から
多数枚の用紙２１３を積載可能な給紙カセット（或いは
給紙トレイでもよい。）２１４を抜き差し自在に装着す
ることができ、また、用紙２１３を手差しで給紙するた
めの手差しトレイ２１５を開倒することができ、給紙カ
セット２１４或いは手差しトレイ２１５から給送される
用紙２１３を取り込み、印字機構部２１２によって所要
の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ２
１６に排紙する。

【００７７】印字機構部２１２は、図示しない左右の側
板に横架したガイド部材である主ガイドロッド２２１と
従ガイドロッド２２２とでキャリッジ２２３を主走査方
向（図２０で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、この
キャリッジ２２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、
マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を
吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェ
ットヘッドからなるヘッド２２４を複数のインク吐出口
を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方
向を下方に向けて装着している。またキャリッジ２２３
にはヘッド２２４に各色のインクを供給するための各イ
ンクカートリッジ２２５を交換可能に装着している。な
お、上述したインクカートリッジ一体型ヘッドを搭載す
るようにすることもできる。

【００７８】インクカートリッジ２２５は上方に大気と
連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへイン
クを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多
孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジ
ェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持
している。

【００７９】また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘ
ッド２２４を用いているが、各色のインク滴を吐出する
ノズルを有する１個のヘッドでもよい。

【００８０】ここで、キャリッジ２２３は後方側（用紙
搬送方向下流側）を主ガイドロッド２２１に摺動自在に
嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッ
ド２２２に摺動自在に載置している。そして、このキャ
リッジ２２３を主走査方向に移動走査するため、主走査
モータ２２７で回転駆動される駆動プーリ２２８と従動
プーリ２２９との間にタイミングベルト２３０を張装
し、このタイミングベルト２３０をキャリッジ２２３に
固定しており、主走査モーター２２７の正逆回転により
キャリッジ２２３が往復駆動される。

【００８１】一方、給紙カセット２１４にセットした用
紙２１３をヘッド２２４の下方側に搬送するために、給
紙カセット２１４から用紙２１３を分離給装する給紙ロ
ーラ２３１及びフリクションパッド２３２と、用紙２１
３を案内するガイド部材２３３と、給紙された用紙２１
３を反転させて搬送する搬送ローラ２３４と、この搬送
ローラ２３４の周面に押し付けられる搬送コロ２３５及
び搬送ローラ２３４からの用紙２１３の送り出し角度を
規定する先端コロ２３６とを設けている。搬送ローラ２
３４は副走査モータ２３７によってギヤ列を介して回転
駆動される。

【００８２】そして、キャリッジ２２３の主走査方向の
移動範囲に対応して搬送ローラ２３４から送り出された
用紙２１３を記録ヘッド２２４の下方側で案内する用紙
ガイド部材である印写受け部材２３９を設けている。こ
の印写受け部材２３９の用紙搬送方向下流側には、用紙
２１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送
コロ２４１、拍車２４２を設け、さらに用紙２１３を排
紙トレイ２１６に送り出す排紙ローラ２４３及び拍車２
４４と、排紙経路を形成するガイド部材２４５，２４６
とを配設している。

【００８３】記録時には、キャリッジ２２３を移動させ
ながら画像信号に応じて記録ヘッド２２４を駆動するこ
とにより、停止している用紙２１３にインクを吐出して
１行分を記録し、用紙２１３を所定量搬送後次の行の記
録を行う。記録終了信号または、用紙２１３の後端が記
録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を
終了させ用紙２１３を排紙する。この場合、ヘッド２２
４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドは滴吐
出効率が高いので、安定して高い画像品質の画像を記録
することができる。

【００８４】また、キャリッジ２２３の移動方向右端側
の記録領域を外れた位置には、ヘッド２２４の吐出不良
を回復するための回復装置２４７を配置している。回復
装置２４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手
段を有している。キャリッジ２２３は印字待機中にはこ
の回復装置２４７側に移動されてキャッピング手段でヘ
ッド２２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に
保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。
また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出す
ることにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、
安定した吐出性能を維持する。

【００８５】吐出不良が発生した場合等には、キャッピ
ング手段でヘッド２２４の吐出口（ノズル）を密封し、
チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに
気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等
はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復され
る。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された
廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のイ
ンク吸収体に吸収保持される。

【００８６】このように、このインクジェット記録装置
においては本発明を実施したインクジェットヘッド（ヘ
ッド一体型インクカートリッジを含む）を搭載している
ので、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質
が向上する。

【００８７】なお、上記実施形態においては、本発明に
係る液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適用した
が、インク以外の液体の滴、例えば、パターニング用の
液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド、遺伝子分析試
料を吐出する液滴吐出ヘッドなどにも適用することでき
る。また、上記各実施形態においては圧電素子を用いる
ヘッドで説明したが、前述したようなサーマル型、ある
いは静電型のヘッドにも同様に適用できる。

【００８８】さらに、液室形成部材は液流路を形成する
部材であればよいので、例えば流路形成部材に蓋部材を
接合するタイプのヘッドの当該蓋部材をシリコンで形成
する場合には本発明にいう液室形成部材に含まれるもの
である。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液滴
吐出ヘッドによれば、液室形成部材がシリコンから形成
され、この液室形成部材の液流路の壁面を形成する面の
表面粗さがＲａで２μｍを越えない構成としたので、信
頼性が向上し、安定した滴吐出を行うことができる。

【００９０】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液
室形成部材がシリコンから形成され、この液室形成部材
の振動板に対向する液流路の壁面の表面粗さがＲａで２
μｍを越えない構成としたので、信頼性が向上し、安定
した滴吐出を行うことができる。

【００９１】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液室形成
部材がシリコンから形成され、この液室形成部材のノズ
ル連通路の壁面の表面粗さがＲａで２μｍを越えない構
成としたので、信頼性が向上し、安定した滴吐出を行う
ことができる。

【００９２】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法に
よれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する方法で
あって、溶液濃度２５％以上の水酸化カリウム水溶液を
用いて、処理温度８０℃以上でシリコン基板をウエット
エッチングして液室形成部材を形成するので、容易に、
表面粗さがＲａで２μｍを越えない液室形成部材を形成
できる。

【００９３】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法に
よれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する方法で
あって、シリコン基板をウエットエッチングして液室形
成部材を形成し、この形成工程にはエッチング時に生じ
る気泡がエッチング面に付着することを防止する工程を
含むので、表面粗さがＲａで２μｍを越えない液室形成
部材を形成できる。

【００９４】本発明に係るインクジェット記録装置は、
インクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッドで
ある構成としたので、信頼性が向上し、安定して高品質
画像を記録することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係る
インクジェットヘッドの分解斜視説明図

【図２】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図

【図３】同ヘッドの液室短手方向に沿う要部断面説明図

【図４】同ヘッドの液室形成部材の説明図

【図５】本発明の実施形態に係る流路板のノズル板接合
面の説明図

【図６】同流路板の振動板接合面の説明図

【図７】図６のＡ−Ａ線に沿う拡大断面説明図

【図８】比較例に係る流路板のノズル板接合面の説明図

【図９】同流路板の振動板接合面の説明図

【図１０】図９のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面説明図

【図１１】本発明の液滴吐出ヘッドの第２実施形態に係
るインクジェットヘッドの流路板の説明図

【図１２】本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法の第１実
施形態に係る流路板の製造工程の説明に供する説明図

【図１３】図１２に続く工程を説明する説明図

【図１４】シリコンの異方性エッチング時の水酸化カリ
ウム濃度と温度及び表面性の関係の説明に供する説明図

【図１５】本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法の第２実
施形態に係る流路板の製造工程の説明に供する説明図

【図１６】図１５に続く工程を説明する説明図

【図１７】液室表面粗さと不良率の評価結果の説明に供
する説明図

【図１８】本発明に係る液滴吐出ヘッドを一体化したイ
ンクカートリッジの斜視説明図

【図１９】本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したイン
クジェット記録装置の一例を示す斜視説明図

【図２０】同記録装置の機構部の側面説明図

【符号の説明】 １、４１…流路板、２…振動板、３…ノズル板、４…ノ
ズル、５…ノズル連通路、６…加圧液室、７…流体抵抗
部、８…共通液室、１０…耐液性薄膜、１２…圧電素
子、１３…ベース基板、４２…ノズル面側流路、４３…
振動板側流路、４４、４５…連通路、２１４…記録ヘッ
ド。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルが連通する液流路を形成する液室
   形成部材を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記液室形
   成部材がシリコンから形成され、この液室形成部材の前
   記液流路の壁面を形成する面の表面粗さがＲａで２μｍ
   を越えないことをことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 【請求項２】 ノズルを形成するノズル形成部材と、前
   記ノズルが連通する液流路を形成する液室形成部材と、
   前記液流路の壁面を形成する振動板とを備えた液滴吐出
   ヘッドにおいて、前記液室形成部材がシリコンから形成
   され、この液室形成部材の前記振動板に対向する前記液
   流路の壁面の表面粗さがＲａで２μｍを越えないことを
   特徴とする液滴吐出ヘッド。
3. 【請求項３】 ノズルを形成するノズル形成部材と、前
   記ノズルが連通する液流路及びこの液流路と前記ノズル
   との間を連通するためのノズル連通路を形成する液室形
   成部材と、前記液流路の壁面を形成する振動板とを備え
   た液滴吐出ヘッドにおいて、前記液室形成部材がシリコ
   ンから形成され、この液室形成部材の前記ノズル連通路
   の壁面の表面粗さがＲａで２μｍを越えないことを特徴
   とする液滴吐出ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の液
   滴吐出ヘッドにおいて、前記液流路の壁面には酸化膜又
   は窒化チタン膜が形成されていることを特徴とする液滴
   吐出ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の液
   滴吐出ヘッドを製造する方法であって、溶液濃度２５％
   以上の水酸化カリウム水溶液を用いて、処理温度８０℃
   以上でシリコン基板をウエットエッチングして液室形成
   部材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。
6. 【請求項６】 請求項１ないし４のいずれかに記載の液
   滴吐出ヘッドを製造する方法であって、シリコン基板を
   ウエットエッチングして前記液室形成部材を形成し、こ
   の形成工程にはエッチング時に生じる気泡がエッチング
   面に付着することを防止する工程を含むことを特徴とす
   る液滴吐出ヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】 請求項５又は６に記載の液滴吐出ヘッド
   の製造方法において、前記ウエットエッチングを行うと
   きに前記シリコン基板を揺動させることを特徴とする液
   滴吐出ヘッドの製造方法。
8. 【請求項８】 請求項５又は６に記載の液滴吐出ヘッド
   の製造方法において、前記ウエットエッチングを行うと
   きに前記シリコン基板に超音波を加えることを特徴とす
   る液滴吐出ヘッドの製造方法。
9. 【請求項９】 インク滴を吐出させるインクジェットヘ
   ッドを備えたインクジェット記録装置において、前記イ
   ンクジェットヘッドが請求項１ないし４のいずれかに記
   載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェ
   ット記録装置。