(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット記録装置に用いられ、インクキャビティと、インクリザーバと、インクキャビティとインクリザーバとを連結する供給路が形成されたＳｉ基板を構成部材とするインクジェットヘッドの製造方法において、
前記インクキャビティを前記Ｓｉ基板の一方の面から所定の深さまでＴＭ法を用いたドライエッチングにより加工したのちに、前記Ｓｉ基板をアルカリ液によるエッチングで形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。
【請求項２】
前記Ｓｉ基板が、（１１０）面方位の単結晶Ｓｉであ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の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法で製造したインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク滴を紙等に吐出し印字するインクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドおよびその製造方法、更にはそのインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェット記録装置には、ますます高解像度で高速な印刷が要求されている。この要求に応えるために、たとえば、特開平７−９６６０５号公報で開示されているようなインクジェット記録装置が提案されている。このインクジェット記録装置では、インクを加圧・吐出するための圧力室を形成するために、（１１０）面方位の単結晶Ｓｉ基板の両面からアルカリ液による湿式異方性エッチングにより貫通部を形成し、このＳｉ基板をスペーサとして使用している。Ｓｉ基板をエッチングにより加工して得られる３次元形状は高精度であり、したがって、高精細な印刷が得られるインクジェット記録装置を得ることができた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来技術によるアルカリ液による湿式異方性エッチングにより貫通部を形成する方法では、必然的に隣合う圧力室間の壁部は、用いたＳｉ基板の厚みと同一の幅を有する板状のＳｉであり、インクを吐出するために前記貫通部からなる圧力室中のインクに圧力を加えた場合に前記壁部が剛性不足により変形し、高周波駆動におけるインク吐出が安定しなくなるおそれがある。さらなる高精細化、高速印刷化の要求に対し圧力室の幅を小さくしてノズル密度を向上する場合は、前記壁部の厚みも小さくしなければならず、すなわち、インクジェット記録装置の高精細・高速化に伴い、前記壁部の剛性が低下し、かえって、微小インク滴を吐出する場合の高速吐出特性が悪化するという矛盾を抱えていた。
【０００４】
そこで本発明は、上記したような課題を解決するもので、その目的とするところは高精細かつ高速印刷のインクジェット記録装置に必要とされるインク流路の剛性が高く、微小インク滴の高周波吐出が可能であるインクジェットヘッドを提供するところにある。また、本発明のその他の目的は、微小インク滴の高周波吐出が可能であるインクジェットヘッドを安価に提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドは、インクキャビティと、インクリザーバと、インクキャビティとインクリザーバとを連結する供給路が形成されたＳｉ基板を構成部材とするインクジェットヘッドにおいて、前記インクキャビティは前記Ｓｉ基板にドライエッチングした後にアルカリ液によるエッチングで形成することを特徴とする。
【０００６】
また、インクキャビティと、インクリザーバと、インクキャビティとインクリザーバとを連結する供給路と、インク吐出用のノズルが形成されたＳｉ基板を構成部材とするインクジェットヘッドにおいて、前記インクキャビティが前記Ｓｉ基板の一方の面から所定の深さまでドライエッチングにより加工されたものであり、インク吐出用のノズルが前記Ｓｉ基板の他方の面から前記インクキャビティに対応した位置に加工され、かつ前記インクキャビティと前記ノズルとは連通していることを特徴とし、また、前記ノズルはドライエッチングにより加工されてなることを特徴とする。
【０００７】
また、前記Ｓｉ基板が（１１０）面方位の単結晶Ｓｉであることを特徴とする。
【０００８】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インクキャビティまたはインクキャビティおよびノズルのドライエッチング方法がＴＭ法であることを特徴とする。
【０００９】
また、前述のインクジェットヘッドを有することを特徴とするインクジェットプリンタであることを特徴とする。
【００１０】
なお、ＴＭ法（タイムモジュレイティド法）とは、ドライエッチングにおいて、高アスペクト比の構造を得るための方法であり、エッチングの最中にエッチングにより加工された凹部の側壁を保護するためにエッチング反応を生じさせる化学種（ラジカル、イオン等）を発生させるサイクルと、側壁を保護するための保護膜を堆積させるサイクルとを交互に行うエッチングのことである（産業図書株式会社「半導体ドライエッチング技術」３３６ページ参照）。このＴＭ法を用いることにより、インクキャビティおよびノズルの側壁をＳｉ基板表面に対し垂直に加工できるため、インク吐出特性に関して最適な形状を形成できる。また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記インクキャビティを前記Ｓｉ基板の一方の面から所定の深さまでＴＭ法を用いたドライエッチングにより加工したのちに前記Ｓｉ基板をアルカリエッチング液で処理することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例（第１の実施例）について、詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施例におけるインクジェットヘッドの主要部分の斜視図であり、一部断面を示してある。本実施例におけるインクジェットヘッドは、Ｓｉ基板１表面に対し垂直に加工されたインクキャビティ３と、インクリザーバ５と、インクキャビティ３とインクリザーバ５とを連通する供給路４が形成されたＳｉ基板１と、ノズル６が形成されたノズルプレート２とを接合してなる構造であり、Ｓｉ基板１は、（１１０）面方位単結晶Ｓｉである。
【００１３】
また、図１に示したインクジェットヘッドの製造工程図を図２に示す。板厚１５０ミクロンのＳｉ基板１を摂氏１１００度、水蒸気を含む雰囲気下で、４時間の熱処理を行い、Ｓｉ基板１の両面に熱酸化膜７・８を形成し（図２（ａ））、ついで、熱酸化膜７にフォトエッチングによりインクキャビティ３および供給路４およびインクリザーバ５に対応するパターンを形成する。その際、インクキャビティ３およびインクリザーバ５に対応するパターンでは熱酸化膜７をすべて除去するのに対し、供給路４に対応するパターンでは熱酸化膜７の総厚１．５ミクロンのうち、１ミクロンを残すようにエッチングを行い熱酸化膜７ａとする（図２（ｂ））が、その方法は、本出願人が特開平５−６２９６４号公報により開示した方法による。次に、Ｓｉ基板１の熱酸化膜７の側に対し、ＴＭ法によるドライエッチングを施し、Ｓｉ基板１を貫通するまでのエッチングにより、インクキャビティ３およびインクリザーバ５が形成される（図２（ｃ））。ＴＭ法におけるエッチングガスとしては６フッ化イオウを、側壁保護膜の堆積用ガスとしては４塩化炭素を用い、これらのガスを交互にドライエッチング装置に供給することによって、Ｓｉ基板１に深い垂直穴を形成できる。上記のドライエッチングにおいては、Ｓｉ基板１と熱酸化膜７とのエッチングレート比（選択比）は、約２００程度であり、上記のドライエッチングが終了した時点での熱酸化膜７の厚みは約０．７５ミクロン、また、供給路４に対応するパターンの熱酸化膜７ａの厚みは約０．２５ミクロンとなっている。次に、Ｓｉ基板１を熱酸化膜７ａが丁度除去できるような条件により、フッ酸系エッチング液による処理を行い（図２（ｄ））、ついで、Ｓｉ基板１の熱酸化膜７の側に対し、さらにＴＭ法によるドライエッチングを施し、深さ５０ミクロンの供給路４を形成する（図２（ｅ））。最後に、Ｓｉ基板１にフッ酸系エッチング液による処理を行い、熱酸化膜７および７ａおよび８をすべて除去し（図２（ｆ））、Ｓｉ基板１とインクキャビティ３に対応して、インク吐出用のノズル６が形成されたノズルプレート２とを接合、アクチュエータ等の部品（図示しない）とともに組み立て、インクジェットヘッドが完成する。本実施例においては、Ｓｉ基板１にＴＭ法によるドライエッチングを施すことで、従来のインクジェットヘッドに比較して隣合う圧力室間の壁部の面積を激減させた小さなインクキャビティ３を形成することができ、したがってインク流路剛性の高いインクジェットヘッドを提供することができた。インク流路剛性が高いことで、アクチュエータからの入力によるインク流路の変形が小さく、すなわち、応答周波数が高く、高速でインク吐出ができるインクジェットヘッドを提供することができた。本実施例におけるインクジェットヘッドでは、１０ｋＨｚまでの周波数でインク吐出の各特性（インク滴重量、インク吐出速度等）が安定していた。また、本実施例では、Ｓｉ基板として、（１１０）面方位の単結晶Ｓｉを用いたが、他の面方位、たとえば（１００）や（１１１）面方位の単結晶Ｓｉを用いても、得られる効果は全く同一である。
【００１４】
次に、本発明の別の実施例（第２の実施例）について詳細に説明する。
【００１５】
図３は、本発明の第２の実施例におけるインクジェットヘッドの主要部分の斜視図であり、一部断面を示してある。図３に示したように、本実施例におけるインクジェットヘッドは、Ｓｉ基板１ｂ表面に対し垂直に加工されたインクキャビティ３ｂと、インクリザーバ５ｂと、インクキャビティ３ｂとインクリザーバ５ｂとを連通する供給路４ｂと、各インクキャビティ３ｂに対応したインク吐出用のノズル６ｂが形成されたＳｉ基板１ｂと、アクチュエータ等の部品（図示しない）とを組み立ててなる構造であり、Ｓｉ基板１ｂは、（１１０）面方位単結晶Ｓｉである。図３に示したインクジェットヘッドの製造工程を図４に示す。本発明の第１の実施例の場合と同様に、板厚１５０ミクロンのＳｉ基板１ｂの両面に熱酸化膜７ｂおよび８ｂを形成し（図４（ａ））、ついで熱酸化膜７ｂにインクキャビティ３ｂおよび供給路４ｂおよびインクリザーバ５ｂに対応するパターンを、また熱酸化膜８ｂにはノズル６ｂに対応するパターンを形成する（図４（ｂ））。その際、インクキャビティ３ｂおよび供給路４ｂおよびインクリザーバ５ｂに対応するパターンの形成は、上記の本発明の第１の実施例の場合と全く同一の工程で行い、すなわち、インクキャビティ３ｂおよびインクリザーバ５ｂに対応するパターンでは熱酸化膜７ｂのすべてを除去するのに対し、供給路４ｂに対応するパターンでは熱酸化膜７ｂの総厚１．５ミクロンのうち、１ミクロンを残すようにエッチングを行い、熱酸化膜７ｃとする（図４（ｂ））。次に、Ｓｉ基板１ｂの熱酸化膜８ｂの側に本発明の第１の実施例の場合と同様にＴＭ法によるドライエッチングを施し、ノズル６ｂとなるべき深さ２０ミクロンの凹部を形成する（図４（ｃ））。次に、Ｓｉ基板１ｂの熱酸化膜７ｂ側のドライエッチング処理およびフッ酸系エッチング液処理を、本発明の第１の実施例と同様に行うことにより、インクキャビティ３ｂおよび供給路４ｂおよびインクリザーバ５ｂを形成するが、インクキャビティ３ｂおよびインクリザーバ５ｂの深さは１３５ミクロンとする（図４（ｄ））。その結果、インクキャビティ３ｂを形成する際に、すでに形成されているノズル６ｂとなるべき凹部の底面が貫通し、インクキャビティ３ｂとノズル６ｂとが連通する。最後に、Ｓｉ基板１ｂ全体をフッ酸系エッチング液に浸漬し、熱酸化膜７ｂおよび７ｃおよび８ｂを除去し（図４（ｅ））、Ｓｉ基板１ｂとアクチュエータ等の部品（図示しない）とを組み立て、インクジェットヘッドが完成する。本実施例においては、Ｓｉ基板１ｂの両面にＴＭ法によるドライエッチングを施すことで、同一のＳｉ基板１ｂに従来のインクジェットヘッドに比較して隣合う圧力室間の壁部の面積を激減させた小さなインクキャビティ３ｂとインクキャビティ３ｂに対応するノズル６ｂとを形成することができ、したがってインク流路剛性の高いインクジェットヘッドを提供することができた。インク流路剛性が高いことで、アクチュエータからの入力によるインク流路の変形が小さく、すなわち、応答周波数が高く、高速で安定したインク吐出ができるインクジェットヘッドを提供することができた。実際には、本実施例におけるインクジェットヘッドでは、１０ｋＨｚまでの周波数でインク吐出の各特性（インク滴重量、インク吐出速度等）が安定していた。また、本実施例ではノズル６ｂが形成された別の部品を用いることなく、さらには、個々のインクキャビティ３ｂとそれに対応するノズル６ｂとの位置合わせをフォト工程にて行うことができたため、通常の治具を用いた組み立て工程に比較して簡単に高精度の位置合わせが実現でき、かつ、部品点数の削減と、組み立て工程の削減が実現でき、すなわち、安価に高品質のインクジェットヘッドを提供することができた。また、本実施例では、Ｓｉ基板として、（１１０）面方位の単結晶Ｓｉを用いたが、他の面方位、たとえば（１００）や（１１１）面方位の単結晶Ｓｉを用いても、得られる効果は全く同一である。
【００１６】
次に、本発明のさらに別の実施例（第３の実施例）について詳細に説明する。
【００１７】
図５は、本発明の第３の実施例におけるインクジェットヘッドの主要部分の斜視図であり、一部断面を示してある。図５に示したように、本実施例におけるインクジェットヘッドは、Ｓｉ基板１ｄ表面に対し垂直に加工されたインクキャビティ３ｄと、インクリザーバ５ｄと、インクキャビティ３ｄとインクリザーバ５ｄとを連通する供給路４ｄと、各インクキャビティ３ｄに対応したインク吐出用のノズル６ｄが形成されたＳｉ基板１ｄと、アクチュエータ等の部品（図示しない）とを組み立ててなる構造であり、Ｓｉ基板１ｄは、（１１０）面方位単結晶Ｓｉである。図５に示したインクジェットヘッドの製造工程を図６に示す。本発明の第１の実施例の場合と同様に、板厚１５０ミクロンのＳｉ基板１ｄの両面に熱酸化膜７ｄおよび８ｄを形成し（図６（ａ））、ついで熱酸化膜７ｄにインクキャビティ３ｄおよび供給路４ｄおよびインクリザーバ５ｄに対応するパターンを、また熱酸化膜８ｄにはノズル６ｄに対応するパターンを形成する。その際、インクキャビティ３ｄおよび供給路４ｄおよびインクリザーバ５ｄに対応するパターンの形成は上記の本発明の第１の実施例の場合と全く同一の工程で行い、すなわち、インクキャビティ３ｄおよびインクリザーバ５ｄに対応するパターンでは熱酸化膜７ｄのすべてを除去するのに対し、供給路４ｄに対応するパターンでは熱酸化膜７ｄの総厚１．５ミクロンのうち、１ミクロンを残すようにエッチングを行い、熱酸化膜７ｅとする。また、同様に熱酸化膜８ｄに形成するノズル６ｄに対応するパターンでも熱酸化膜８ｄの総厚１．５ミクロンのうち、１ミクロンを残すようにエッチングを行い、熱酸化膜８ｅとする（図６（ｂ））。次に、Ｓｉ基板１ｄの熱酸化膜８ｄの側に本発明の第１の実施例の場合と同様にＴＭ法によるドライエッチングを施し、インクキャビティ３ｄおよびリザーバ５ｄとなるべき深さ１３５ミクロンの凹部を形成し（図６（ｃ））、次に、Ｓｉ基板１ｄをフッ酸系エッチング液に浸漬し、供給路４ｄに対応する熱酸化膜７ｅが丁度除去できるだけのエッチングを施す（図６（ｄ））。次に、アルカリエッチング液によるエッチングを施し、深さ５０ミクロンの供給路４ｄを形成するが、このとき同時にインクキャビティ３ｄとなるべき凹部の底部もエッチングされ、（１１１）結晶面からなりＳｉ基板１ｄ表面に対し３５度の角度をなす２つの斜面９が形成される（図６（ｅ））。次に、Ｓｉ基板１ｄをフッ酸系エッチング液に浸漬し、ノズル６ｄに対応する熱酸化膜８ｅが丁度除去できるだけのエッチングを施す（図６（ｆ））。次に、Ｓｉ基板１ｄの熱酸化膜８ｄが形成されている面にノズル６ｂとなるべき凹部が貫通するまでドライエッチングを施す（図６（ｇ））。最後に、Ｓｉ基板１ｄ全体をフッ酸系エッチング液に浸漬し、熱酸化膜７ｄおよび７ｅおよび８ｄを除去し（図６（ｈ））、Ｓｉ基板１ｄとアクチュエータ等の部品（図示しない）とを組み立て、インクジェットヘッドが完成する。本実施例においては、Ｓｉ基板１ｄの両面にＴＭ法によるドライエッチングを施すことで、同一Ｓｉ基板１ｄ上に、従来のインクジェットヘッドに比較して隣合う圧力室間の壁部の面積を激減させた小さなインクキャビティ３ｄと前記インクキャビティ３ｄに対応するノズル６ｄを形成することができ、したがってインク流路剛性の高いインクジェットヘッドを提供することができた。インク流路剛性が高いことで、アクチュエータからの入力によるインク流路の変形が小さく、すなわち、応答周波数が高く、高速で安定したインク吐出ができるインクジェットヘッドを提供することができた。実際には、本実施例におけるインクジェットヘッドでは、１０ｋＨｚまでの周波数でインク吐出の各特性（インク滴重量、インク吐出速度等）が安定していた。また、本実施例ではノズル６ｄが形成された別の部品を用いることなく、さらには、それぞれのインクキャビティ３ｄとそれに対応するノズル６ｄとの位置合わせをフォト工程にて行うことができたため、部品点数の削減と、組み立て工程の削減が実現でき、すなわち、安価に高品質のインクジェットヘッドを提供することができた。さらには、インクキャビティ３ｄの底面を斜面９とすることにより、インク中に発生した気泡の排出性を向上することができた。
【００１８】
【発明の効果】
以上に記したように、本発明によれば、インクキャビティと、インクリザーバと、インクキャビティとインクリザーバとを連結する供給路が形成されたＳｉ基板を構成部材とするインクジェットヘッドにおいて、前記インクキャビティは前記Ｓｉ基板にドライエッチングにより穿孔されたものとすることで、従来のインクジェットヘッドに比較して隣合う圧力室間の壁部の面積を激減させた剛性の高いインクキャビティが加工でき、したがって、応答周波数が高く、高速で安定した微小インク吐出ができる、すなわち高印字品質のインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタを提供することができる。
【００１９】
また、本発明によれば、前記インクキャビティに対応した位置にフォト工程による位置合わせ精度で高精度なノズルを形成することにより、高印字品質のインクジェットヘッドを提供することができる。
【００２０】
また、本発明によれば、（１１０）面方位Ｓｉ基板を用いて、ドライエッチングおよびアルカリ液を用いた異方性エッチングにより、前記インクキャビティとインクキャビティの底面に斜面を形成したことで気泡排出性に優れた高印字品質のインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッドの一部断面を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施例におけるインクジェットヘッドの製造工程図である。
【図３】本発明の別の一実施例におけるインクジェットヘッドの一部断面を示す斜視図である。
【図４】本発明の別の一実施例におけるインクジェットヘッドの製造工程図である。
【図５】本発明の別の一実施例におけるインクジェットヘッドの一部断面を示す斜視図である。
【図６】本発明の別の一実施例におけるインクジェットヘッドの製造工程図である。
【符号の説明】
１、１ｂ、１ｄ        Ｓｉ基板
２                    ノズルプレート
３、３ｂ、３ｄ        インクキャビティ
４、４ｂ、４ｄ        供給路
５、５ｂ、５ｄ        インクリザーバ
６、６ｂ、６ｄ        ノズル
７、７ａ、７ｂ        熱酸化膜
７ｃ、７ｄ、７ｅ      熱酸化膜
８、８ｂ、８ｄ、８ｅ  熱酸化膜
９                                    斜面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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