JP2005028644A

JP2005028644A - インクジェットヘッド及びその製造方法、インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2005028644A
Application number: JP2003194024A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Otani; 和史大谷; Katsuharu Arakawa; 克治荒川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】低電圧で駆動することができるインクジェットヘッド及びこのインクジェットヘッドの生産性の高い製造方法、この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を提供する。
【解決手段】ノズル孔４と、吐出室５と、振動板８と、該振動板８に対して長手方向及び短手方向のいずれか一方又は両方で非平行な状態となって対向する電極１２と、該電極１２が形成される電極基板２とを備えたインクジェットヘッドであって、（１１１）結晶面が基板表面に対して所定の角度に傾いた単結晶シリコン基板に、振動板８と電極１２との間のギャップの形状に対応する凹部１１を形成して電極基板２が作成され、該凹部１１の底面の一部又は全部が、基板表面に対して所定の角度に傾いた（１１１）結晶面からなるものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電駆動方式のインクジェットヘッド及びその製造方法、インクジェット記録装置に関し、特に、低電圧で駆動することのできるインクジェットヘッド及びこのインクジェットヘッドの安価で生産性の高い製造方法、この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において使用するインクジェットヘッドは、インク等の液滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室（圧力室、加圧液室、液室、インク流路とも称される）と、この吐出室内の液滴を加圧するエネルギーを発生するエネルギー発生手段（アクチュエータ）とを備え、エネルギー発生手段を駆動することで吐出室内の液滴を加圧してノズル孔から液滴を吐出するものであり、記録に必要なときにのみ液滴を吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。
【０００３】
従来、吐出室内の液滴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吐出室の壁面を形成する振動板を変形させて吐出室内の容積を変化させて液滴を吐出させるようにしたもの、或いは、発熱抵抗体を用いて吐出室内で液滴を加熱して気泡を発生させることによる圧力で液滴を吐出させるようにしたものなどが知られている。
しかしながら、前者の圧電素子を用いる方式においては、振動板に圧電素子のチップを貼り付ける工程が複雑であり、後者のインクを加熱する方式においては、圧電素子を用いる場合の問題は生じないものの、発熱抵抗体の急速な加熱、冷却の繰り返し、気泡消滅時の衝撃によって、発熱抵抗体がダメージを受けるために、総じてインクジェットヘッドの寿命が短くなるなどの不都合がある。
【０００４】
そこで、こうした問題を解決するものとして、吐出室の壁面を形成する振動板と電極を平行に配置し（これにより形成されるギャップを「平行ギャップ」と称する）、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、吐出室内の容積を変化させて液滴を吐出させる、いわゆる静電駆動方式のインクジェットヘッドが提案されている（例えば、特許文献１参照）
ところで、このような静電駆動方式のインクジェットヘッドにおいて、振動板の変位量は、振動板のノズル配列方向（短辺方向）の長さの４乗に比例する。従って、高速、高画質印字を行うためにノズルを高密度で配置すると、振動板のノズル配列方向（短辺方向）の長さが短くなるため振動板の変位量が小さくなることとなる。
【０００５】
そこで、振動板の変位量を確保して必要とする吐出する液滴の量を得ようとすると、振動板の厚さを薄くするか、振動板と電極とのギャップ長（寸法）を狭くするか、駆動電圧を大きくすることが必要になる。
しかしながら、振動板の厚さを薄くすることは振動板の剛性が低下して液滴の吐出力の低下を招くことになり、振動板と電極のギャップ長（寸法）を狭くすることは振動板の最大変位量が小さくなり、液滴の吐出量が減少してインクかすれ等の原因になり、駆動電圧を大きくすることは消費電力が高くなることとなる。
【０００６】
そこで振動板と電極との間のギャップを階段状にして、ギャップ寸法が段階的に変化するようにすることにより低電圧駆動の実現を図るインクジェットヘッドがあった（例えば、特許文献２参照）。
また、振動板と電極との間のギャップの断面形状が台形状になるようにして、振動板に対して電極を斜めに傾斜して配置することにより、振動板と電極が非平行な状態で対向するようにし（このようなギャップを「非平行ギャップ」と称する）、低電圧駆動を実現するようにしたインクジェットヘッドがあった（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−７１８８２号公報（図１、図２）
【特許文献２】
特開平９−３９２３５号公報（図１、図４、図５）
【特許文献３】
特開２００１−４７６２８号公報（図１、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の非平行ギャップを有するインクジェットヘッドでは（例えば、特許文献３参照）、非平行ギャップとなる凹部を異方性ドライエッチングで形成しているため加工精度が悪く、電極を形成する部分の表面が荒れてしまうという問題点があった。
また、従来の非平行ギャップを有するインクジェットヘッドの製造方法では（例えば、特許文献３参照）、電極を形成するシリコン基板にフォトレジスト層を積層し、このフォトレジスト層を露光、現像等した後に異方性ドライエッチングにより電極を形成する凹部を形成するため、製造工程が複雑となり製造コストが高くなるという問題点があった。
【０００９】
本発明は、低電圧で駆動することができ、高精度に形成された非平行ギャップを有するインクジェットヘッド及びこのインクジェットヘッドの安価で生産性の高い製造方法、この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を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインクジェットヘッドは、液滴を吐出するノズル孔と、該ノズル孔と連通する吐出室と、該吐出室の壁面の一部を形成する振動板と、該振動板に対して長手方向及び短手方向のいずれか一方又は両方で非平行な状態となって対向する電極と、該電極が形成される電極基板とを備え、振動板と電極との間の静電力で振動板を変位させてノズル孔から液滴を吐出するインクジェットヘッドであって、（１１１）結晶面が基板表面に対して所定の角度に傾いた単結晶シリコン基板に、振動板と電極との間のギャップの形状に対応する凹部を形成して電極基板が作成され、該凹部の底面の一部又は全部が、基板表面に対して所定の角度に傾いた（１１１）結晶面からなるものである。
電極基板に、（１１１）結晶面が基板表面に対して所定の角度に傾いた単結晶シリコン基板を使用することにより、異方性ウェットエッチングによって容易に非平行ギャップとなる凹部を形成することができる。また、このようにして得られた電極基板の凹部は、加工精度及び表面状態が良好なものである。
【００１１】
また本発明に係るインクジェットヘッドは、上記の凹部が、異方性ウェットエッチングによって形成されるものである。
上記のような（１１１）結晶面が基板表面に対して所定の角度に傾いた単結晶シリコン基板に、異方性ウェットエッチングによって容易に凹部を形成することができる。また、この異方性ウェットエッチングによって形成された凹部は加工精度及び表面状態が良好なものである。また、異方性ウェットエッチングは一度に加工できる基板枚数が多いため、生産性の高いインクジェットヘッドを得ることができる。
【００１２】
また本発明に係るインクジェットヘッドは、上記の異方性ウェットエッチングにおいて、水酸化カリウム水溶液を使用して凹部が形成されるものである。
異方性ウェットエッチングにおいて水酸化カリウム水溶液を使用すれば、（１１１）結晶面がほとんどエッチングされないため、高精度の凹部を容易に形成することができる。また、水酸化カリウム水溶液はエッチング速度が速いため、短時間で凹部を形成することができる。さらに水酸化カリウム水溶液は安価なため、コストが低く生産性の高いインクジェットヘッドを得ることができる。
【００１３】
本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、液滴を吐出するノズル孔と、該ノズル孔と連通する吐出室と、該吐出室の壁面の一部を形成する振動板と、該振動板に対して長手方向及び短手方向のいずれか一方又は両方で非平行な状態となって対向する電極と、該電極が取り付けられる電極基板とを備え、前記振動板と前記電極との間の静電力で前記振動板を変位させて前記ノズル孔から液滴を吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、（１１１）結晶面が基板表面に対して所定の角度に傾いた単結晶シリコン基板に、振動板と電極との間のギャップの形状に対応する凹部を形成して電極基板を作成するものである。
電極基板に、（１１１）結晶面が基板表面に対して所定の角度に傾いた単結晶シリコン基板を使用することにより、異方性ウェットエッチングによって容易に非平行ギャップとなる凹部を形成することができる。また、このようにして得られた電極基板の凹部は、加工精度及び表面状態が良好なものである。
【００１４】
また本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上記の凹部を、異方性ウェットエッチングによって形成するものである。
上記のような（１１１）結晶面が基板表面に対して所定の角度に傾いた単結晶シリコン基板に、異方性ウェットエッチングによって容易に凹部を形成することができる。また、この異方性ウェットエッチングによって形成された凹部は加工精度及び表面状態が良好なものである。また、異方性ウェットエッチングは一度に加工できる基板枚数が多いため、生産性の高いインクジェットヘッドの製造方法である。
【００１５】
また本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上記の凹部を異方性ウェットエッチングで形成するときに、水酸化カリウム水溶液を使用するものである。
異方性ウェットエッチングにおいて水酸化カリウム水溶液を使用すれば、（１１１）結晶面がほとんどエッチングされないため、高精度の凹部を容易に形成することができる。また、水酸化カリウム水溶液はエッチング速度が速いため、短時間で凹部を形成することができる。さらに水酸化カリウム水溶液は安価なため、コストが低く生産性の高いインクジェットヘッドの製造方法である。
【００１６】
また本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上記の凹部を形成する前において、単結晶シリコン基板に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜にフォトリソグラフィーにより凹部に対応する部分をパターニングした後に、凹部に対応する部分の熱酸化膜を除去するものである。
凹部を形成する前に、熱酸化膜でエッチングマスクを形成すれば、安価でかつ容易に凹部を形成することができる。また、フォトリソグラフィーによりパターニングした後に凹部に対応する部分の熱酸化膜を除去すれば、フォトレジスト層を露光、現像等するのに比べて低コストで凹部を形成することができる。
【００１７】
また本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上記の振動板が形成される部材が、単結晶シリコン基板から作成されるものである。
振動板が形成される部材（キャビティ基板）には、吐出室、リザーバー等が形成されるが、この部材を単結晶シリコン基板から作成することにより、ウェットエッチングによって容易に吐出室等を形成することができる。また、単結晶シリコン基板同士は直接接合によって接合できるため、振動板が形成される部材と電極基板とを接着剤等を用いずに容易にかつ高精度に接合することができる。
【００１８】
また本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、上記の振動板が形成される部材と電極基板を、直接接合により接合したものである。
単結晶シリコン基板同士は直接接合によって接合できるため、振動板が形成される部材と電極基板を接着剤等を用いずに容易にかつ高精度に接合することができる。
【００１９】
本発明に係るインクジェット記録装置は、上記のいずれかのインクジェットヘッドを搭載したものである。
上記のインクジェットヘッドは高精度なため、これを備えたインクジェット記録装置は吐出精度が高いものである。また、インクジェットヘッドが低コストで製造できるため、インクジェット記録装置の製造コストも抑えることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係るインクジェットヘッドの短手方向の断面図であり、図２はこのインクジェットヘッドの長手方向の断面図である。なお、インクジェットヘッドの短手方向及び長手方向とは、振動板及びそれに対向する電極の短手方向及び長手方向のことをいう。図１に示すインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板からなるキャビティ基板１と、このキャビティ基板１の下側に設けられた単結晶シリコン基板からなる電極基板２と、キャビティ基板１の上側に設けられたノズル板３から構成されている。ノズル板３には複数のノズル孔４が設けられており、各ノズル孔４に連通し液滴の流路となる吐出室５、各吐出室５にオリフィス６（図２参照）を介してインク等の液滴を供給するリザーバー７（図２参照）などが形成されている。なおキャビティ基板１は、単結晶シリコン基板でなく、多結晶シリコン基板、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ、絶縁体上シリコン）基板等から作成してもよい。
【００２１】
キャビティ基板１には、吐出室５となる凹部、オリフィス６となる凹部、リザーバー７となる凹部が形成されており、オリフィス６となる凹部は、吐出室５となる凹部、リザーバー７となる凹部よりも浅く形成されている。また、キャビティ基板１の、吐出室５となる凹部の底面は振動板８となっている。振動板８の厚さは使用目的、変位範囲、駆動電圧等に基づき最適な厚さを選択するが、通常１．０μｍから２０μｍの範囲内で設定することが多い。
なお図１では、短手方向にノズル孔４及び吐出室５が１つだけ形成されたインクジェットヘッドを示しているが、一般的には多数のノズル孔４及び吐出室５が設けられる。また図１は便宜上、短手方向の縮尺を大きくしている。
【００２２】
本実施形態１では、キャビティ基板１を単結晶シリコン基板から形成しているが、キャビティ基板１となる単結晶シリコン基板の下面側に予め振動板８の厚さにボロン等の不純物を拡散してエッチングストップ層となる高濃度不純物拡散層を形成している。そしてキャビティ基板１と電極基板２を接合した後に、吐出室５となる凹部、オリフィス６となる凹部及びリザーバー７となる凹部を、水酸化カリウム水溶液等のエッチング液を用いて異方性エッチングすることで形成する。このとき高濃度不純物拡散層がエッチングストップ層となって高濃度不純物拡散層からなる振動板８が形成される。このとき高濃度不純物拡散層はほとんどエッチングされないため、所望の厚さの振動板８を得ることができる。
なお、キャビティ基板１をＳＯＩ基板から作成する場合には、酸化シリコン層をエッチングストップ層として振動板８を形成することができる。また、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，化学蒸着法）装置等を使用して多結晶シリコン薄膜を形成し、この多結晶シリコン薄膜を振動板８としてもよい。
【００２３】
なお図１及び図２では、振動板８と吐出室５となる凹部をキャビティ基板１に形成しているが、振動板８となる部材と吐出室５の側壁となる部材を別部材としてもよい。例えば、単結晶シリコン基板を電極基板２と接合し、その後、振動板の厚さとなるまで単結晶シリコン基板を研磨して振動板を形成し、これに吐出室５の側壁となる部材（液室隔壁部材）を接合することができる。
振動板８には、後に示すように電圧が印加されるが、別途電極膜を設けることもできる。また、振動板８の下面には絶縁膜を形成してもよい。この絶縁膜は熱酸化による酸化シリコン膜や、ＣＶＤ装置を使用した窒化シリコン膜により形成することができる。
【００２４】
電極基板２には、全面に酸化シリコンからなる絶縁膜１０が形成されている。また、電極基板２には凹部１１が形成されており、この凹部１１の底面には電極１２が設けられている。さらに、電極基板２の上面全体には電極１２を覆うように電極保護膜１３が形成されている。このように、凹部１１の底面に電極１２が設けられ、振動板８と対向することにより駆動機構（アクチュエータ）が形成されることとなる。この駆動機構の作用については後に詳述する。電極基板２の上面の電極保護膜１３は、ＣＶＤ装置によって酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を成膜することにより形成することができる。なお、この電極保護膜１３に代えて上記のように振動板８の下面に絶縁膜を形成してもよく、振動板８の下面の絶縁膜と電極保護膜１３の両方を形成してもよい。
【００２５】
電極基板２として用いる単結晶シリコン基板は、直径が４インチのシリコンウエハであれば厚さが５００μｍ程度、直径が６インチのシリコンウエハであれば厚さが６００μｍ程度であることが多い。
キャビティ基板１及び電極基板２が単結晶シリコン基板である場合には、キャビティ基板１と電極基板２との接合は、接着剤による接合も可能であるが、より信頼性の高い物理的な接合、例えば酸化膜を介した直接接合法を用いることができる。また、陽極接合を用いる場合にはキャビティ基板１と電極基板２との間にホウ珪酸ガラスを成膜して、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。
【００２６】
電極基板２の凹部１１の底面に設けられる電極１２は、通常の半導体素子の形成プロセスで用いられるＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ、インジウム錫酸化物）等の金属材料、又は不純物により低抵抗化した多結晶シリコン材料等を用いることができる。また、電極１２として不純物拡散領域を用いることもできる。例えば、電極基板２にＰ型のシリコン基板を用い、電極１２の部分を不純物を拡散することによりＮ型にしてＰＮ接合を形成し、電極基板２と電極１２を空乏層で電気的に絶縁することができる。
【００２７】
電極１２は、振動板８に対して短手方向の一部で非平行になっており、その残りの部分で平行な状態で対向している。また長手方向には、この短手方向の断面形状が続く状態で電極１２が延びている（図１、図２参照）。すなわち、凹部１１が電極１２と振動板８との間のギャップを形成し、短手方向における断面形状で一方の端部から振動板８に対して傾斜した傾斜領域と、この傾斜領域に連続して振動板８とほぼ平行な平行領域を持って他方の端部へ延びている。電極１２の傾斜領域の始点１４は、電極保護膜１３を介して振動板８と接触する状態になっている。
なお本実施形態１では、凹部１１を短手方向に非平行な部分と平行な部分からなるように形成し、長手方向でこの断面形状が続くようにしているが、凹部１１を短手方向に平行な状態にして長手方向で非平行になるように傾斜させてもよい。また、短手方向と長手方向の両方が非平行になるように傾斜させてもよい。
【００２８】
電極基板２の凹部１１の短手方向及び長手方向の長さ、ギャップの深さ等の寸法は、使用目的、振動板８の変位範囲、駆動電圧等により選択されるが、一般的には、短手方向の長さが６０〜５００μｍ、長手方向の長さが２００〜４０００μｍ、ギャップの深さが０．１〜５．０μｍの範囲で設定される。
なお、電極１２の傾斜領域の始点１４を、電極保護膜１３を介して振動板８と接触するようにしているが、始点１４が振動板８から多少離れるようにしてもよい。
【００２９】
ノズル板３には複数のノズル孔４と共にリザーバー７に外部からインク等の液滴を供給するための液滴供給穴１５が形成されている。このノズル板３の上面には撥水性を有する表面処理が施されている。なお、本実施形態１ではノズル板３の上面にノズル孔４を形成することで振動板８の変位方向に液滴を吐出するフェイスイジェクト方式を採用している。
【００３０】
図１及び図２に示すインクジェットヘッドでは、振動板８と電極１２との間に駆動電圧を印加することによって静電力を発生させ、振動板８を電極１２側に変位させる。振動板８が変位することにより吐出室５の容積及び圧力が変化してノズル孔４から液滴が吐出される。この際電極保護膜１３は、振動板８と電極１２がショートしないように絶縁膜として機能する。振動板８の変位量は、電極１２と当接するようにしてもよく、電極１２と当接しないようにしてもよい。
振動板８が電極１２側に変位するときに、電極１２の傾斜領域の始点１４の位置で電極１２と振動板８とのギャップがほとんど０であるため、極めて低い電圧で振動板８が変位を開始する。振動板８と電極１２の間に発生する静電力は、これらの間の距離の２乗に反比例するため、電極１２の傾斜領域の始点１４から変位を開始した振動板８は、順次離れた部分（図１の右側）が変位していく。このように、低い電圧で振動板８が変位を開始するため、振動板８全体の変位も低電圧で行うことができる。また振動板８は、電極１２の傾斜領域の始点１４から変位を開始し、順次離れた部分が変位していくため、変位のバラツキも低減されることとなる。
【００３１】
図３は、電極基板２の製造工程を示す短手方向の断面図である。なお、図３では、凹部１１が１つのものを示しているが、一般的には凹部１１が複数形成されることが多い。まず、電極基板２となる単結晶シリコン基板２ａの全面にエッチングマスクとなる酸化シリコン膜２０を形成し、電極基板２の上面の凹部１１の開口部２１となる部分をフォトリソグラフィーによりパターニングして、この部分の酸化シリコン膜を除去する（図３（ａ））。次に、水酸化カリウム溶液を使用して異方性ウェットエッチングを行い、単結晶シリコン基板２ａに、振動板８と電極１２との間の非平行ギャップの形状に対応した凹部１１を形成する（図３（ｂ））。
なお、図３（ｂ）の工程において、水酸化カリウム水溶液でなく、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液等を使用して異方性ウェットエッチングを行うこともできるが、水酸化カリウム水溶液はエッチング速度が速く、異方性の高いエッチングが可能なため、水酸化カリウム水溶液を使用するのが望ましい。
【００３２】
図４は、図３（ａ）から図３（ｂ）までの単結晶シリコン基板２ａの状態変化を示した図である。単結晶シリコン基板２ａは、基板表面に対して（１１１）結晶面３０が所定の角度に傾いたものを準備し、図３（ａ）の処理を行う（図４（ａ））。ここで、水酸化カリウム水溶液で異方性ウェットエッチングを開始すると、開口部２１の端部２１ａから（１１１）結晶面３０が残る状態でエッチングが進む（図４（ｂ））。さらにエッチングを進めると、エッチングが非常に遅い（１１１）結晶面３０が露出し、それ以外の部分は深さ方向にエッチングされていく（図４（ｃ））。そして、所望の深さまでエッチングが進んだ時点でエッチングを終了することにより、非平行ギャップの形状に対応した凹部１１が得られる（図４（ｄ））。このとき、凹部１１の底面をすべて傾斜領域とし、平行領域が残らないようにしてもよい。
なお、基板表面に対して（１１１）結晶面３０が所定の角度に傾いた単結晶シリコン基板２ａは、（１１１）結晶面３０が凹部１１の傾斜領域として適当な角度になるように単結晶シリコンから切り出して準備すればよい。
【００３３】
ここで図３に示す製造工程に戻り、図３（ｂ）（図４（ｄ）と同じ）で得られた単結晶シリコン基板２ａに残った酸化シリコン膜２０をフッ酸水溶液によってすべて除去する（図３（ｃ））。そして、改めて単結晶シリコン基板２ａの全面に酸化シリコンからなる絶縁膜１０を熱酸化により形成する（図３（ｄ））。その後、凹部１１の底面にＩＴＯ等からなる電極１２をスパッタにより形成し（図３（ｅ））、最後に酸化シリコン、窒化シリコン等からなる電極保護膜１３をＣＶＤ装置で形成して電極基板２が完成する（図３（ｆ））。
【００３４】
次に、本実施形態１に係るインクジェットヘッドの具体例について説明する。キャビティ基板１には、結晶面方位（１１０）のシリコンウエハを用いて、上記のように高濃度にボロンを拡散させて、３５重量％の水酸化カリウム水溶液によるウェットエッチングと３重量％の水酸化カリウム水溶液による表面処理を行うことで厚さ２μｍの振動板８、吐出室５となる凹部、オリフィス６となる凹部及びリザーバー７となる凹部を形成した。
電極基板２は、図３及び図４に示す製造工程で作成している。図３（ａ）の工程ではエッチングマスクとして１．２μｍの酸化シリコン膜２０を形成し、図３（ｂ）の工程では３５重量％の水酸化カリウム水溶液による異方性ウェットエッチングと３重量％の水酸化カリウム水溶液による表面処理を行い最大深さ０．７μｍの凹部１１を形成した。図３（ｅ）の工程では凹部１１の底面にスパッタによりＩＴＯからなる厚さ０．２μｍの電極１２を形成し、図３（ｆ）の工程では熱ＣＶＤにより酸化シリコンからなる厚さ０．２５μｍの電極保護膜１３を形成した。
【００３５】
またキャビティ基板１と電極基板２とは、酸化膜（電極保護膜１３）を介した直接接合法で接合した。ここでは、例えば、キャビティ基板１と電極基板２を洗浄し、アライメントして重ね合わせ、加熱炉で１０００℃に加熱して接合した。なお、キャビティ基板１の異方性エッチングは電極基板２と接合した後に行っている。
ノズル板３には、結晶面方位（１００）のシリコンウエハを用いてＩＣＰ放電（誘導結合放電）による異方性ドライエッチングにより直径２５μｍのノズル孔４と直径０．５ｍｍの液滴供給穴１５を形成した。また、ノズル板３の上面には撥水処理が施されており、ノズル板３とキャビティ基板１とは接着剤により接合した。
このとき形成した吐出室５は、短手方向の長さが１３０μｍ、長手方向の長さが３５００μｍ、高さが１００μｍである。またオリフィス６は断面積が１２００μｍ^２、長さが２００μｍ、リザーバー７は長手方向の長さが１５００μｍである。
【００３６】
本実施形態１では、電極基板２を、（１１１）結晶面が基板表面に対して所定の角度に傾いた単結晶シリコン基板２ａから作成することにより、異方性ウェットエッチングによって容易かつ安価に非平行ギャップとなる凹部を形成することができ、このようにして得られた電極基板の凹部は、加工精度及び表面状態が良好なものとなる。
また、凹部１１を水酸化カリウム水溶液による異方性ウェットエッチングにより形成しているため、容易かつ安価に加工精度及び表面状態が良好な凹部１１を形成することができる。
さらに、熱酸化とフォトリソグラフィーによりエッチングマスクを形成しているため、製造工程が簡素化され低コスト化を図ることができる。
また、振動板８が形成される部材（キャビティ基板１）と電極基板２を単結晶シリコン基板から作成し、直接接合法で接合しているため、容易にかつ精度の高い接合を行うことができる。
【００３７】
実施形態２．
図５は本発明の実施形態２に係るインクジェットヘッドの短手方向の断面図であり、図６はこのインクジェットヘッドの長手方向の断面図である。なお、本実施形態２に係るインクジェットヘッドは、インク孔４をノズル板３の横側から吐出するサイドイジェクトタイプのものである。ノズル孔４以外の部分の構造は、実施形態１のインクジェットヘッドと同様であり、作用、製造工程等も実施形態１のインクジェットヘッドとほぼ同様である。図５及び図６において、実施形態１と同じ部分は同一の符号を用いる。
【００３８】
本実施形態２に係るインクジェットヘッドのノズル板３には、結晶面方位（１００）のシリコンウエハを用いている。このシリコンウエハに、２５重量％の水酸化カリウム水溶液で異方性ウェットエッチングを行って、振動板８の変位方向と直交する方向（横方向）に液滴を吐出するインク孔４ａを形成した。
本実施形態２では、インク孔４ａを横方向に設けることで、使用目的に応じたインクジェットヘッドを得ることができる。
【００３９】
実施形態３．
図７は本発明の実施形態３に係るインクジェットヘッドの分解斜視図であり、図８はこのインクジェットヘッドの短手方向の断面図である。なお本実施形態３に係るインクジェットヘッドは、実施形態１のキャビティ基板１の代わりに、振動板となる部材と吐出室等の側壁となる部材を設けたものである。その他の部分は、実施形態１のインクジェットヘッドと同様であり、作用、製造工程等も実施形態１のインクジェットヘッドとほぼ同様である。図５及び図６において、実施形態１と同じ部分は同一の符号を用いる。
【００４０】
図７では、振動板部材８ａが設けられており、吐出室５となる空洞５ａ、オリフィス６を構成する隔壁６ａ及びリザーバー７となる空洞７ａを有する液室隔壁部材１ａが別部材として設けられている。
このインクジェットヘッドは、例えば、単結晶シリコン基板を電極基板２と接合し、その後、振動板部材８ａの厚さとなるまで単結晶シリコン基板を研磨して振動板部材８ａを形成し、これに液室隔壁部材１ａを接合して作成することができる。
本実施形態３に係るインクジェットヘッドも、実施形態１のインクジェットヘッドと同様の効果が得られる。
【００４１】
実施形態４．
図９は、実施形態１、実施形態２及び実施形態３のインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の１例を示した斜視図である。インクジェット記録装置１００は、一般的なインクジェットプリンタである。なお、実施形態１から３までのインクジェットヘッドは、例えば、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、生体液体の吐出等にも適用することができる。
【００４２】
本実施形態４のインクジェット記録装置は、実施形態１から３に示したインクジェットヘッドを搭載しているため、吐出精度が高く、低製造コストのものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係るインクジェットヘッドの短手方向の断面図。
【図２】実施形態１に係るインクジェットヘッドの長手方向の断面図。
【図３】電極基板の製造工程を示す短手方向の断面図。
【図４】図３（ａ）〜（ｂ）の単結晶シリコン基板の状態変化を示す図。
【図５】実施形態２に係るインクジェットヘッドの短手方向の断面図。
【図６】実施形態２に係るインクジェットヘッドの長手方向の断面図。
【図７】実施形態３に係るインクジェットヘッドの分解斜視図。
【図８】実施形態３に係るインクジェットヘッドの短手方向の断面図。
【図９】実施形態１〜３のインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の１例を示した斜視図。
【符号の説明】
１キャビティ基板、２電極基板、３ノズル板、４ノズル孔、５吐出室、６オリフィス、７リザーバー、８振動板、１０絶縁膜、１１凹部、１２電極、１３電極保護膜、１４始点、１５液滴供給穴、１００インクジェット記録装置。

Claims

液滴を吐出するノズル孔と、該ノズル孔と連通する吐出室と、該吐出室の壁面の一部を形成する振動板と、該振動板に対して長手方向及び短手方向のいずれか一方又は両方で非平行な状態となって対向する電極と、該電極が形成される電極基板とを備え、前記振動板と前記電極との間の静電力で前記振動板を変位させて前記ノズル孔から液滴を吐出するインクジェットヘッドであって、
（１１１）結晶面が基板表面に対して所定の角度に傾いた単結晶シリコン基板に、前記振動板と前記電極との間のギャップの形状に対応する凹部を形成して前記電極基板が作成され、
該凹部の底面の一部又は全部が、前記基板表面に対して所定の角度に傾いた（１１１）結晶面からなることを特徴とするインクジェットヘッド。
前記凹部が、異方性ウェットエッチングによって形成されることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
前記異方性ウェットエッチングにおいて、水酸化カリウム水溶液を使用して前記凹部が形成されることを特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッド。
液滴を吐出するノズル孔と、該ノズル孔と連通する吐出室と、該吐出室の壁面の一部を形成する振動板と、該振動板に対して長手方向及び短手方向のいずれか一方又は両方で非平行な状態となって対向する電極と、該電極が形成される電極基板とを備え、前記振動板と前記電極との間の静電力で前記振動板を変位させて前記ノズル孔から液滴を吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、
（１１１）結晶面が基板表面に対して所定の角度に傾いた単結晶シリコン基板に、前記振動板と前記電極との間のギャップの形状に対応する凹部を形成して前記電極基板を作成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
前記凹部を、異方性ウェットエッチングによって形成することを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記凹部を異方性ウェットエッチングで形成するときに、水酸化カリウム水溶液を使用することを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記凹部を形成する前において、前記単結晶シリコン基板に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜にフォトリソグラフィーにより前記凹部に対応する部分をパターニングした後に、前記凹部に対応する部分の前記熱酸化膜を除去することを特徴とする請求項５又は６記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記振動板が形成される部材が、単結晶シリコン基板から作成されることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
前記振動板が形成される部材と前記電極基板を、直接接合により接合したことを特徴とする請求項８記載のインクジェットヘッドの製造方法。
請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッドを搭載したことを特徴とするインクジェット記録装置。