(57)【要約】      （修正有）【課題】新たな陽極接合法により、インクとしてアルカリ性溶液等、多種のインクを用いてもインク室が侵食されることがなく、また、ノズルの穴部に蒸着物が付着しないようなインクジェットヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】ガラス層を介して第１及び第２のシリコン部材を陽極接合する方法において、第１のシリコン部材３７aの表面にＳｉＯ２酸化シリコン層４を形成後、更にその表面にガラス層を形成するとともに、第２のシリコン部材３７bの表面にはＳｉＯ２よりも酸素が欠乏したＳｉＯｘ（ｘ＜２）酸化シリコン層を形成し、上記ガラス層面と上記ＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層面を接触させ、両部材を加熱しながら両部材間に電圧を印加することにより、第１及び第２のシリコン部材を接合する。【選択図】図１−２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス層を介して第１及び第２のシリコン部材を陽極接合する方法において、第１のシリコン部材の表面にＳｉＯ２酸化シリコン層を形成後、更にその表面にガラス層を形成するとともに、第２のシリコン部材の表面にはＳｉＯ２よりも酸素が欠乏したＳｉＯｘ（ｘ＜２）酸化シリコン層を形成し、上記ガラス層面と上記ＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層面を接触させ、両部材を加熱しながら両部材間に電圧を印加することにより、第１及び第２のシリコン部材を接合することを特徴とするシリコン部材の陽極接合法。
【請求項２】
請求項１において、前記ＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層は、第２のシリコン部材の表面に熱酸化膜を形成する工程と、該熱酸化膜に紫外線あるいは電子線を照射することによって酸素原子を遊離させる工程により形成されることを特徴とする請求項１記載のシリコン部材の陽極接合法。
【請求項３】
請求項１において、前記ＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層は、第２のシリコン部材の表面に熱酸化膜を形成する際の酸化温度、酸素濃度を変えることにより、酸化度の異なる酸化シリコン層を形成することを特徴とするシリコン部材の陽極接合法。
【請求項４】
圧力室を有するインクチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラムを有するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル孔を有するオリフィス基板とを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、前記インクチャンバ基板と前記オリフィス基板をシリコン素材のＭＥＭＳ加工により製作する工程と、前記インクチャンバ基板の表面にＳｉＯ２酸化シリコン層を形成する工程と、該ＳｉＯ２酸化シリコン層の表面にガラス層を形成する工程と、前記オリフィス基板の表面に酸素が欠乏したＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層を形成する工程と、前記インクチャンバ基板とオリフィス基板とを加熱しながら両基板間に電圧を印加して両基板を接合する工程を具備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５】
圧力室を有するインクチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラムを有するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル孔を有するオリフィス基板とを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、前記ダイアフラム基板、オリフィス基板及びインクチャンバ基板をシリコン素材のＭＥＭＳ加工により製作する工程と、前記インクチャンバ基板の表面にＳｉＯ２酸化シリコン層を形成する工程と、該ＳｉＯ２酸化シリコン層の表面にガラス層を形成する工程と、前記ダイアフラム基板と前記オリフィス基板の表面にＳｉＯ２よりも酸素が欠乏したＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層を形成する工程と、前記ダイアフラム基板と前記オリフィス基板で前記インクチャンバ基板をはさみ、前記インクチャンバ基板と他の二つの基板との間に直流電圧を印加して前記３つの基板を陽極接合する工程を具備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６】
請求項４において、前記インクチャンバに前記ダイアフラム基板を接着剤により接着する工程を含むことを特徴とするインクジェットの製造方法。
【請求項７】
請求項６において、前記ダイアフラム基板は金属あるいは高分子樹脂フィルムにより形成されてい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８】
請求項４において、前記オリフィス基板の表面に撥インク膜を形成する工程と、該撥インク膜形成後に前記インクチャンバにダイアフラム基板を接着する工程とを含む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９】
請求項５において、前記陽極接合する工程は、ヒータを内蔵する台座と加圧熱板との間にオリフィス基板、インクチャンバ基板及びダイアフラム基板をはさみ、前記インクチャンバと、前記台座及び加圧熱板との間に直流電圧を印加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１０】
請求項５において、前記陽極接合する工程は、ヒータを内蔵する台座と加圧熱板との間にオリフィス基板、インクチャンバ基板及びダイアフラム基板をはさみ、前記インクチャンバと、前記ダイアフラム基板及び前記台座との間に直流電圧を印加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１１】
圧力室を有するインクチャンバ基板と、該インクチャンバ基板に接合されたダイアフラム基板と、該ダイアフラム基板に接着され、電気信号に応じて前記圧力室を加圧する圧電素子と、前記インクチャンバ基板に接合され、前記ダイアフラム基板により加圧されたインクを吐出するノズル孔を有するオリフィス基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、少なくとも前記圧力室を形成するインクチャンバの壁面と、インクと接触する前記ダイアフラム基板及びオリフィス基板の面に酸化シリコン膜が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１２】
圧力室を有するインクチャンバ基板と、該インクチャンバ基板に接合されたダイアフラム基板と、該ダイアフラム基板に接着され、電気信号に応じて前記圧力室を加圧する圧電素子と、前記インクチャンバ基板に接合され、前記ダイアフラム基板により加圧されたインクを吐出するノズル孔を有するオリフィス基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記インクチャンバは、シリコン部材の表面にＳｉＯ２酸化シリコン層とガラス層を形成したものからなり、前記オリフィス基板は、シリコン部材の表面に、ＳｉＯ２よりも酸素が欠乏したＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層を形成したものからなり、両シリコン部材を陽極接合した接合体により前記インクチャンバとオリフィス基板が構成されることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１３】
請求項１２において、前記ダイアフラム基板は前記インクチャンバ基板に接着された金属あるいは高分子樹脂フィルムにより形成されることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１４】
圧力室を有するインクチャンバ基板と、該インクチャンバ基板に接合されたダイアフラム基板と、該ダイアフラム基板に接着され、電気信号に応じて前記圧力室を加圧する圧電素子と、前記インクチャンバ基板に接合され、前記ダイアフラム基板により加圧されたインクを吐出するノズル孔を有するオリフィス基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記インクチャンバは、シリコン部材の表面にＳｉＯ２酸化シリコン層とガラス層を形成したものからなり、前記オリフィス基板及びダイアフラム基板はシリコン部材の表面にＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層を形成したものからなり、上記３つのシリコン部材を陽極接合した接合体により、前記インクチャンバとオリフィス基板とダイアフラム基板が構成されることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１５】
請求項１１乃至１４の何れか１項に記載した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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコン部材同士の陽極接合法及びこの接合法を用いたインクジェットヘッドの製造方法並びにインクジェットヘッド及びこれを用いたインクジェット記録装置に係り、特に、シリコン部材の表面に酸化膜が形成された状態で陽極接合を可能とすることにより、アルカリ性インクを含め、多種インクに対して耐腐食性を有する陽極接合体およびインクジェットヘッドを提供できる陽極接合法およびインクジェット製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタはパーソナル・カラープリンタとして広く使用されており、通常、水性インクが用いられているが、最近、産業用途としてワイドフォーマットプリンタが看板や広告等の印刷に使用されるようになり、使用するインクも水性インクに加え、油性インクや溶剤インクも使用されるようになってきた。
【０００３】
また、ＰＺＴ等の圧電素子を用いたインクジェットヘッドが工業用途として使用される動きがある。例えば、液晶パネルを初めとしたデイスプレイの製造工程での薄膜形成装置、金属ナノペーストインクを用いた回路配線パターニング装置、燃料電池等の金属触媒インクの塗布装置等である。このような用途では、使用されるインクも酸性インク、アルカリインク、極性溶剤インク等が加わる。これらの多種のインクに対応するためには、インクジェットヘッドのヘッド構成部品、特にインクと接触する部材が耐腐食性を有することが必要である。
【０００４】
また、プリンタ分野における高画質・高精細化の要求や、工業用途分野における微細パターン印刷の要求に対応するためには、１０ｐＬ以下の微小液滴を高精度で吐出できる高密度ヘッドの開発が望まれている。このような要求に対応するため、シリコン部材をＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）加工することによりヘッド構成部品を製作する方法が、特開平６−５５７３３号（特許文献１）に提案されている。
【０００５】
また、ヘッド構成部品間を接合するのに、接着剤を用いないで、シリコン部材とガラス基板を陽極接合することにより部品間の接合を行う方法が特開平５−５０６０１号（特許文献２）に提案されている。
【０００６】
更に、ヘッドの構成部品であるオリフィス基板、インクチャンバ基板、ダイアフラム基板をシリコン素材のドライエッチング加工で製作し、各基板を陽極接合法で接合してインクジェットヘッドを製作する方法が特開２００４−２１６７４７号（特許文献３）に提案されている。
【０００７】
次に、２つのシリコン部材をガラスを介して接合する従来の陽極接合法の一例を、図１２を用いて説明する。２枚の単結晶シリコン基板３７ａと３７ｂを陽極接合する場合、まず、一方のシリコン基板３７ａの表面にＳｉＯ２酸化シリコン層４を形成し、更に、この酸化シリコン層４の表面に、ほう珪酸ガラス層５をスパッタやＣＶＤ等により形成する。ほう珪酸ガラス層５は、例えばＳｉＯ２，Ｂ２Ｏ３を主成分とし、Ｎａ２Ｏ，少量のＡｌ２Ｏ３を含む材料により形成される。
【０００８】
次に、シリコン基板３７ａ、酸化シリコン層４及びほう珪酸ガラス層５よりなる３層構造の基板３８を、ほう珪酸ガラス層５の面が単結晶シリコン基板３７ｂの表面と接触するようにして重ね、これをヒータ８ｂを内蔵する台座８の上に載置する。更に３層構造基板３８の上部にヒータ９ｂを内蔵する金属製の加圧熱板９を重ねる。
【０００９】
台座８は表面が平坦なステンレス構造体であり、シリコン基板３７ｂと接触する面には電気的接触を良好にするため、白金や金、銀等の高温（３００〜５００℃）で電気特性の安定な電極膜８ａが蒸着やメッキ等により形成されている。
【００１０】
一方、金属製の加圧熱板９も表面が平坦なステンレス構造体であり、３層構造基板３８と接触する面には電気的接触を確保するため台座８と同様、電気特性の安定な電極膜９ａが形成されている。加圧熱板９は３層構造基板３８とシリコン基板３７ｂの密着性を向上させるための加圧板としての機能も有する。通常、ＳｉＯ２酸化シリコン層４の厚みは０．０５μｍ〜数μｍ、ほう珪酸ガラス層５の厚みは０．５μｍ〜数μｍに選ばれる。また、単結晶シリコンの体積抵抗率は１０５Ω・ｃｍ以下で、ＳｉＯ２酸化シリコン層４やほう珪酸ガラス層５より数桁以上体積抵抗率の低い半導体である。
【００１１】
図１２に示す構成において、台座８及び加圧熱板９は、内蔵されたヒータ８ｂ、９ｂが図示されない電源から通電されて高温に加熱制御される。この結果、重ね合わされた３層構造基板３８とシリコン基板３７ｂは、約４５０℃に加熱され、その温度に保たれる。
【００１２】
一方、直流電源１３のプラス側を通電端子１０ｃにより金属製台座８に接続し、マイナス側を接続端子１０ｂにより加圧熱板９に接続することにより、台座８と加圧熱板９との間に直流電圧が印加される。スイッチ１４を閉じて、接続端子１０ｂと１０ｃの間に２００Ｖの直流電圧を印加すると、ほう珪酸ガラス層５の内部のＮａ＋イオンは、マイナス電極側、即ち、酸化シリコン層４に向かって移動し、ＳｉＯ２酸化シリコン層４と、ほう珪酸ガラス層５の界面に蓄積される。
【００１３】
一方、ほう珪酸ガラス層５の内部のＯ２−イオンは、プラス電極側、即ち、シリコン基板３７ｂに向かって移動し、シリコン基板３７ｂの表面のＳｉ原子と化学結合してＳｉＯ２となり、これにより３層構造基板３８とシリコン基板３７ｂが陽極結合される。
【００１４】
上述の陽極接合法を用いてインクジェットヘッドを製造する方法は、特開２００４−２１６７４７号（特許文献３）に開示されている。図１３はその概要を説明するための略図である。同図（ａ）はインクジェットヘッドの構成部品を示し、シリコン単結晶をドライエッチング加工により形成されたオリフィス基板６、インクチャンバ基板３及びダイアフラム基板１より構成される。オリフィス基板６及びダイアフラム基板１の表面は、１０００℃以上の高温で酸化処理され、表面にＳｉＯ２酸化シリコン層４が形成される。更に、インクチャンバ基板３と接合する側の酸化シリコン層４の表面には、ほう珪酸ガラス（パイレックス：登録商標）層５が形成される。そして、オリフィス基板６とインクチャンバ基板３とを上述の陽極接合法により接合し、次にインクチャンバ基板３とダイアフラム基板１を同様に陽極接合法で接合することにより、図１３（ｂ）に示すインクジェットヘッドを製造することができる。
【００１５】
【特許文献１】特開平６−５５７３３号公報
【特許文献２】特開平５−５０６０１号公報
【特許文献３】特開２００４−２１６７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献３に記載された方法によりインクジェットヘッドを製造した場合、次に示すような問題がある。一つは、図１３（ｂ）のインク室を構成するマニホールド１１ａ、圧力室１１ｂ等の壁面１２が単結晶シリコンにより形成されているため、インクが直接、単結晶シリコン部材に接触することになる点である。すなわち一般に、アルカリ性溶液は単結晶シリコン部材を浸食するため、アルカリ性のインクを吐出させるヘッドとしては使用できないという問題がある。
【００１７】
また、図１３（ａ）に示すように、オリフィス基板６の表面に陽極接合のためのほう珪酸ガラス５を蒸着する必要があるため次のような問題を生じる。オリフィス基板６には、インクが吐出される直径３０μｍ前後のノズル７が１００〜３００個程度設けられているが、これらのノズル７は、微小液滴を安定に吐出するには、ノズル断面形状が均一な円形で、かつ、ノズル径もバラツキ無く揃っていなければならない。しかし、ほう珪酸ガラス層５を１〜４μｍの厚みで蒸着する際、ほう珪酸ガラスがノズル７の内側にも蒸着するのを避けられない。このため、ノズル内部のノズル径が加工時よりも小さくなり、また蒸着のムラの影響もあって、ノズル詰まりやインク滴の吐出方向の曲がり等の問題が発生する。
【００１８】
本発明の課題は、上記のような従来の問題を解決したシリコン部材の陽極接合法及びインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。
【００１９】
具体的には、本発明の目的は、新たな陽極接合法を提供することにより、インクとしてアルカリ性溶液等、多種のインクを用いてもインク室が侵食されることがなく、また、ノズルの穴部に蒸着物が付着しないようなインクジェットヘッドの製造方法を提供することにあり、更にはこの製造方法を用いて高画質、高精細な画像を得ることが可能なインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の目的を達成するために、本発明は、ガラス層を介して第１及び第２のシリコン部材を陽極接合する方法において、第１のシリコン部材の表面にＳｉＯ２酸化シリコン層を形成後、更にその表面にガラス層を形成するとともに、第２のシリコン部材の表面にはＳｉＯ２よりも酸素が欠乏したＳｉＯｘ（ｘ＜２）酸化シリコン層を形成し、上記ガラス層面と上記ＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層面を接触させ、両部材を加熱しながら両部材間に電圧を印加することにより、第１及び第２のシリコン部材を接合する陽極接合法に一つの特徴を有する。
【００２１】
本発明の他の特徴は、前記ＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層が、第２のシリコン部材の表面に熱酸化膜を形成する工程と、該熱酸化膜に紫外線あるいは電子線を照射することによって酸素原子を遊離させる工程により形成されることにある。
【００２２】
本発明の他の特徴は、前記ＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層が、第２のシリコン部材の表面に熱酸化膜を形成する際の酸化温度、酸素濃度を変えることにより形成されることにある。
【００２３】
一方、本発明にかかるインクジェット製造方法は、圧力室を有するインクチャンバ基板と、前記圧力室を加圧するダイアフラムを有するダイアフラム基板と、前記ダイアフラム基板によって加圧されたインクを吐出するノズル孔を有するオリフィス基板とを備えたインクジェットヘッドを製造するときに、前記インクチャンバ基板と前記オリフィス基板をシリコン素材のＭＥＭＳ加工により製作する工程と、前記インクチャンバ基板の表面にＳｉＯ２酸化シリコン層を形成する工程と、該ＳｉＯ２酸化シリコン層の表面にガラス層を形成する工程と、前記オリフィス基板の表面に酸素が欠乏したＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層を形成する工程と、前記インクチャンバ基板とオリフィス基板とを加熱しながら両基板間に電圧を印加して両基板を接合する工程を具備することに一つの特徴がある。
【００２４】
また、本発明の他の特徴は、前記ダイアフラム基板、オリフィス基板及びインクチャンバ基板をシリコン素材のＭＥＭＳ加工により製作する工程と、前記インクチャンバ基板の表面にＳｉＯ２酸化シリコン層を形成する工程と、該ＳｉＯ２酸化シリコン層の表面にガラス層を形成する工程と、前記ダイアフラム基板と前記オリフィス基板の表面にＳｉＯ２よりも酸素が欠乏したＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層を形成する工程と、前記ダイアフラム基板と前記オリフィス基板で前記インクチャンバ基板をはさみ、前記インクチャンバ基板と他の二つの基板との間に直流電圧を印加して前記３つの基板を陽極接合する工程を具備することにある。
【００２５】
本発明の他の特徴は、前記インクチャンバに前記ダイアフラム基板を陽極接合ではなく接着剤により接着する工程を含むことも可能である点にある。
本発明の他の特徴は、前記ダイアフラム基板はシリコン素材のＭＥＭＳ加工によるものではなく金属あるいは高分子樹脂フィルムにより形成されていることも可能である点である。
【００２６】
本発明の他の特徴は、前記オリフィス基板の表面に撥インク膜を形成する工程と、該撥インク膜形成後に前記インクチャンバにダイアフラム基板を接着する工程とを含むことも可能である点にある。
【００２７】
本発明の他の特徴は、前記陽極接合する工程が、ヒータを内蔵する台座と加圧熱板との間にオリフィス基板、インクチャンバ基板及びダイアフラム基板をはさみ、前記インクチャンバと、前記台座及び加圧熱板との間に直流電圧を印加する工程を含むことにある。
【００２８】
本発明の他の特徴は、前記陽極接合する工程が、ヒータを内蔵する台座と加圧熱板との間にオリフィス基板、インクチャンバ基板及びダイアフラム基板をはさみ、前記インクチャンバと、前記ダイアフラム基板及び前記台座との間に直流電圧を印加する工程を含むことにある。
【００２９】
一方、本発明のインクジェットヘッドの構造としての特徴は、圧力室を有するインクチャンバ基板と、該インクチャンバ基板に接合されたダイアフラム基板と、該ダイアフラム基板に接着され、電気信号に応じて前記圧力室を加圧する圧電素子と、前記インクチャンバ基板に接合され、前記ダイアフラム基板により加圧されたインクを吐出するノズル孔を有するオリフィス基板とを備えたインクジェットヘッドにおいて、少なくとも前記圧力室を形成するインクチャンバの壁面と、インクと接触する前記ダイアフラム基板及びオリフィス基板の面に酸化シリコン膜が形成されていることにある。
【００３０】
本発明の他の特徴は、前記インクチャンバは、シリコン部材の表面にＳｉＯ２酸化シリコン層とガラス層を形成したものからなり、前記オリフィス基板は、シリコン部材の表面に、ＳｉＯ２よりも酸素が欠乏したＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層を形成したものからなり、両シリコン部材を陽極接合した接合体により前記インクチャンバとオリフィス基板が構成されることにある。
【００３１】
本発明の他の特徴は、前記インクチャンバは、シリコン部材の表面にＳｉＯ２酸化シリコン層とガラス層を形成したものからなり、前記オリフィス基板及びダイアフラム基板はシリコン部材の表面にＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層を形成したものからなり、上記３つのシリコン部材を陽極接合した接合体により、前記インクチャンバとオリフィス基板とダイアフラム基板が構成されることにある。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば次のような効果が得られる。
（イ）少なくとも、微小なノズルを多数配列したオリフィス基板と、各ノズルに対応した圧力室を有するインクチャンバ基板を、単結晶シリコン部材をＭＥＭＳ加工法であるドライエッチング法により製作したので、高精度なヘッドを製作することができる。
（ロ）インクジェットヘッドのインク室の側壁には、酸化シリコン層が形成されているので耐腐食性に優れ、極めて広範な用途に使用できる。
（ハ）陽極接合する際のガラス層をインクチャンバ基板に蒸着し、オリフィス基板には蒸着しないため、ノズルの穴部に蒸着物が付着することがなく、ノズル径を極めて小さくして微小液滴の吐出を行うことが可能となる。
（ニ）オリフィス基板とインクチャンバ基板との接合に接着剤を用いないため、ノズル近傍での接着剤のはみ出しに起因するインクの吐出不安定、インクの吐出方向の曲がり等の問題を生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。まず、最初に本発明にかかる陽極接合法を説明し、次にその陽極接合法を用いたインクジェットヘッド製造方法及びインクジェットヘッドの構造について説明する。更に本発明にかかるインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置と、該記録装置の使用例、適用例について説明する。
【００３４】
（１）シリコン部材の陽極接合法
図１−１、１−２は本発明にかかるシリコン部材の陽極接合法の一実施例を示す。まず図１−１の（ａ）に示すように、第１のシリコン部材３７ａの表面を水蒸気雰囲気中で例えば１１５０℃で酸化することにより厚み１μｍ程度のＳｉＯ２酸化シリコン層４を形成する。次に同図（ｂ）のようにＳｉＯ２酸化シリコン層４の表面にほう珪酸ガラス層或いはパイレックスガラス層等のガラス層５をスパッタにより形成する。
【００３５】
一方、第２のシリコン部材３７ｂの表面には図１−１の（ｃ）に示すようにＳｉＯ２酸化シリコン層４よりも酸素が欠乏したＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化層３９を形成する。このようなＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層３９を形成するには、例えば、水蒸気雰囲気中で第２のシリコン部材３７ｂを１１５０℃で加熱し、その表面にＳｉＯ２酸化シリコン層を形成した後、低圧水銀ランプにより紫外線を照射して、ＳｉＯ２酸化シリコン層の中の一部酸素を遊離させることにより形成することができる。
【００３６】
次に図１−２に示すように、第２のシリコン部材３７ｂを、ヒータ８ｂを内蔵するステンレス製台座８の上に載置し、その上に第１のシリコン部材３７ａをほう珪酸ガラス層５とＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層３９とが面接触するように重ねて載置する。
【００３７】
更に、第１のシリコン部材３７ａの上にヒータ９ｂを内蔵する金属製の加圧熱板９を重ねて載置する。なお、ステンレス製台座８及び加圧熱板９の表面には、良好な電気的接触を確保するための電極膜８ａ及び９ａがそれぞれ予め形成されている。上記台座８及び加圧熱板９にそれぞれ電極端子１０ｃ及び１０ｂを接触し、両電極間に直流電源１３よりスイッチ１４を介して直流電圧を印加する。
【００３８】
陽極接合する場合には、まず、図示されない電源により、ヒータ８ｂ、９ｂに通電して台座８及び加圧熱板９を加熱し、第１及び第２のシリコン部材３７ａ，３７ｂを約４５０℃に加熱する。
【００３９】
次にスイッチ１４を閉じて電極端子１０ｂと１０ｃとの間に例えば２００Ｖの直流電圧を印加すると、ガラス層５中に、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）と酸素イオン（Ｏ２−）の移動に伴う電流が流れる。この状態を所定時間維持すると、第２シリコン部材３７ｂの表面に形成されたＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層３９のＳｉＯＸ（ｘ＜２）と酸素イオン（Ｏ２−）が化学結合し、ＳｉＯ２酸化シリコン層が形成されて陽極接合が完了する。
【００４０】
このような陽極接合法を用いてインクジェットヘッドを製造すると、後述のように圧力室等の表面にシリコン酸化膜が形成されるため、アルカリ性溶液に接触しても侵食されることがない。
【００４１】
（２）インクジェットヘッドの構造及び製造方法
前述の陽極接合法を用いた本発明のインクジェットヘッド製造方法及びその構造について以下説明する。
【００４２】
（実施例１）
図２及び図３は本発明にかかるインクジェットヘッド製造方法の第１の実施例を示す。図２の１はダイアフラム基板、３はインクチャンバ基板、６はオリフィス基板を示し、それぞれ単結晶シリコンをＭＥＭＳ加工することにより製作される。図２の（ａ）のダイアフラム基板１は、インクチャンバ基板３との接合部１ａと、圧電素子（図示せず）と接着され、振動する部分１ｄと、インク流入部となりフィルタ（図示せず）が形成される部分１ｅとを有する。また１ｂは電圧を印加するための端子となる部分であり、１ｃは接合後に端子部分１ｂを切断除去するための切欠部である。
【００４３】
ダイアフラム基板１は、図２（ａ）のような形状にＭＥＭＳ加工された後、その表面にＳｉＯ２よりも酸素が欠乏したＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層２が形成される。このＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層２は、水蒸気雰囲気中でシリコン部材を１１５０℃で加熱してＳｉＯ２酸化シリコン層を形成した後、低圧水銀ランプにより紫外線を照射し酸素を遊離させることにより形成される。あるいは、単結晶シリコン基板を熱酸化する際の酸素濃度を制御することによって、ＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層２を形成することもできる。
【００４４】
次に図２（ｂ）に示すインクチャンバ基板３は、ダイアフラムとの接合部３ａと、電圧を印加するための端子部３ｂと、接合後に端子部３ｂを切断除去するための切欠部３ｃとを有する。
【００４５】
インクチャンバ基板３は図２（ｂ）のような形状にＭＥＭＳ加工された後、その表面に厚さ１μｍ程度のＳｉＯ２シリコン酸化膜４が形成される。この酸化層４の形成後、その表面に更に厚さ２μｍ程度のほう珪酸ガラス層５がスパッタにより形成される。
【００４６】
図２（ｃ）に示すオリフィス基板６はインクを吐出するノズル７を有するような形状にＭＥＭＳ加工された後、その表面に１μｍ程度の厚さのＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層２が形成される。オリフィス基板６の表面に形成されるＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層２も上記と同様に、水蒸気雰囲気中でシリコン部材を１１５０℃で加熱してＳｉＯ２酸化シリコン層を形成した後、低圧水銀ランプにより紫外線を照射し酸素を遊離させることにより形成される。
【００４７】
次に、上記のようにして形成されたダイアフラム基板１、インクチャンバ基板３及びオリフィス基板６を図３のように重ね合わせて、オリフィス基板６を下にしてステンレス台座８の上に載置する。更にダイアフラム基板１の上に加圧熱板９が重ねて載置する。
【００４８】
次に、ダイアフラム基板１の端子部１６の表面に形成されたＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層２を機械的研磨或いは化学的処理により除去し、電極端子１０ｂと電気的に接触する。
【００４９】
またインクチャンバ基板３の端子部３ｂの表面に形成されたＳｉＯ２酸化シリコン層４及びほう珪酸ガラス層５を化学的処理により除去し、電極端子１０ａと電気的に接触する。更に台座８には電極端子１０ｃを接触する。オリフィス基板６はノズル７の部分以外の平坦な場所で台座８との接触面積が大きいため台座８を通して通電される。
【００５０】
図３に示すように構成した後、ヒータ８ｂ、９ｂが通電され、台座８と加圧熱板９が加熱される。更にスイッチ１４を閉じて直流電源１３により電極端子１０ａと、１０ｂ、１０ｃとの間に２００Ｖの直流電圧が印加される。これにより図１−２で説明した原理によりダイアフラム基板１、インクチャンバ基板３及びオリフィス基板６が陽極接合により互いに接合され、３つの部品の接合体が作られる。
【００５１】
その後、端子部分１ｂと３ｂとが除去され、図８に示すように、ダイアフラム基板１にステンレス製のハウジング２０が取り付けられる。更にダイアフラム基板１に、接着剤１９を介して圧電素子１８が取り付けられ、インクジェットヘッド２４ａが製作される。
【００５２】
このインクジェットヘッド２４ａにはダイアフラム基板１に設けられたフィルタ２１を通してインク２２が、インク室を形成するマニホールド１１ａ及び圧力室１１ｂに供給される。そして圧電素子１８に印加される信号に応じてダイアフラム基板１が振動するとノズル７よりインク滴２３が吐出する。なお１１ｃはリストリクタを示す。
【００５３】
上記のようにして製造されたインクジェットヘッド２４ａは、インク室を構成するマニホールド１１ａ及び圧力室１１ｂの壁面１２にＳｉＯ２酸化シリコン層が形成されており、またノズル７の内壁面にはＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層が形成されているため、シリコンが露出している部分がない。従って水性、油性、溶剤、ＵＶインクに加え、回路配線形成やディスプレイパネル等に用いる工業用インク（酸性、アルカリ、極性溶剤系）にも対応できる。また、ダイアフラム基板１、インクチャンバ基板３、オリフィス基板６の３部品を共に、単結晶基板をＭＥＭＳ加工法であるドライエッチング法により製作したので高精度なヘッドを製造することが可能となる。
【００５４】
更に、オリフィス基板６に比べて微細形状の少ないインクチャンバ基板３に、ほう珪酸ガラス層５の蒸着を行い、微細形状の多いオリフィス基板６やダイアフラム基板１には蒸着層がなく、ＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層２を形成するだけであるから、ＭＥＭＳ加工により製作した形状等の精度をそのまま維持できるという効果もある。
【００５５】
また、微細なノズル７を有するオリフィス基板６にガラス層の蒸着を行わないため、ノズル径を例えば２５μｍ程度と小さくすることが可能になるため、従来よりも微小な液滴の吐出が可能になる。
【００５６】
更に、オリフィス基板６とインクチャンバ基板３との接合に接着剤を用いないので、ノズル近傍での接着剤のはみ出しにより、インク吐出特性が影響を受けるという問題も生じない。また、使用中に接着剤が剥がれてノズル７に詰まる等の信頼性上の問題も生じない。
【００５７】
（実施例２）
図４及び図５は本発明にかかるインクジェットヘッドの製造方法の第２の実施例を示す。第１の実施例との違いは、ダイアフラム基板１に電圧を印加するための端子部１ｂを無くした点にある。また基板の表面への酸化シリコン膜の形成は、酸素を供給した状態で高温で保持することにより、単結晶シリコン部材の表面層を酸化させることにより行った。オリフィス基板６とダイアフラム基板１は酸素雰囲気下で６００℃の低温熱酸化により、表面に酸素が欠乏したＳｉＯｘ（ｘ＜２）酸化シリコン層２を形成した。なお、ＳｉＯｘ（ｘ＜２）酸化シリコン層２の厚みは０．１μｍと薄くした。
【００５８】
一方、インクチャンバ基板３は酸素濃度を高くして１１００℃での高温熱酸化により、表面にＳｉＯ２酸化シリコン層４を形成し、更にその後、ほう珪酸ガラス層５を形成した。ＳｉＯ２酸化シリコン層４の厚みは１μｍである。
【００５９】
図５は図４に示したオリフィス基板６、インクチャンバ基板３、ダイアフラム基板１を陽極接合する方法を示す。ダイアフラム基板１はオリフィス基板６に比べて平坦部が少ないため、加圧熱板９との接触面積は小さいが、ＳｉＯｘ（ｘ＜２）酸化シリコン層２を薄くすることによって、ダイアフラム基板１への電圧の印加は、ステンレス部材よりなる加圧熱板９を介して行った。部品の加熱及び電圧の印加等の接合条件は第１の実施例と同じであるため説明を省略する。第２の実施例では、陽極接合時に電圧印加のために用いる端子部１ｂや、端子部１ｂを切断するための切欠き部１ｃを必要としないため、ダイアフラム基板１の製作プロセスが簡単になる。
【００６０】
（実施例３）
図６及び図７は本発明にかかるインクジェットヘッドの製造方法の第３の実施例を示す。第１及び第２の実施例ではオリフィス基板６、インクチャンバ基板３、ダイアフラム基板１をシリコン部材により形成したが、本実施例ではダイアフラム基板１をポリイミド樹脂、アラミド樹脂、ポリサルファン樹脂等の高分子フィルムで形成した。
【００６１】
まず図６（ａ）に示すように、インクチャンバ基板３を図４（ｂ）と同じように形成し、図６（ｂ）に示すようにオリフィス基板６を図４（ｃ）と同様に形成する。その後図７に示すようにインクチャンバ基板３とオリフィス基板６を重ね合わせ、端子部３ｂに電気的に接触する電極端子１０ａと、台座８に接触する電極端子１０ｃとの間に直流電圧を印加して両基板３及び６を陽極接合する。
【００６２】
次に図６（ｃ）に示すように、オリフィス基板６の表面に撥インク膜１５を形成した。撥インク膜１５を形成するとオリフィス面の濡れを制御でき、インクの濡れによるインク吐出方向の曲がりや不吐出を防止することができる。なお、撥インク膜１５としては、例えばフッ素系の高分子膜を使用することができる。フッ素系の高分子膜を用いた場合、耐熱温度は高々２００℃以下であり、陽極接合時の温度（４００℃以上）には耐えることができない。このため、陽極接合後に撥インク処理を行うことになるが、第１及び第２の実施例のようにオリフィス基板６、インクチャンバ基板３、ダイアフラム基板１が一体に接合された構造では、オリフィス基板６の表面のみの撥インク処理は難しい。
【００６３】
このため、本実施例では図６（ｃ）に示すように、ダイアフラム基板１がない状態でオリフィス基板６の表面に撥インク膜１５を形成する。形成方法を次に説明する。インクチャンバ基板３とオリフィス基板６を陽極接合後、接合体をフッ素系の高分子膜の溶液中に浸漬して、全面に撥インク膜を形成後、オリフィス基板６の表面に、ドライレジストフィルム（２５μｍ厚）を貼り付け、加圧・加熱し、密着させる。なお、ノズルの入口の内部近傍にも撥インク膜を形成する場合には、ノズル内にドライレジストフィルムを所定深さまで入り込ませる。次に、酸素プラズマにより、ドライフィルムが張り合わされていない領域の撥インク膜を除去した。その後、ドライレジストフィルムを除去した。図６（ｃ）は、撥インク膜１５がオリフィス基板６の表面とノズル７の入口から、所定深さまで内部に入り込んで形成された状態を示す。
【００６４】
別の方法としては、インクチャンバ基板３とオリフィス基板６を陽極接合後、オリフィス基板６の表面にドライレジストフィルムをマスキングテープとして貼り付けると共に、ノズル内にドライレジストフィルムを所定深さまで入り込ませる。次に、インク室１１ａ，１１ｂに水溶性マスキング剤を注入してインク室１１ａ，１１ｂの側壁にマスク層（図示せず）を形成する。その後、マスキングテープを剥離後、オリフィス基板６の表面に撥インク膜を形成後、水中に浸漬して水溶性マスク層を除去することにより、図６（ｃ）のようにインク室１１ａ，１１ｂには撥インク膜が形成されず、オリフィス基板６の表面とノズル７の入口から所定深さまで内部に入り込んで撥インク膜１５が形成される。
【００６５】
次に図６（ｄ）に示すようにインクチャンバ基板３のダイアフラム基板接着面側に接着剤１６を塗布し、ダイアフラム板１７を取り付ける。このダイアフラム板１７の材料としては、例えばポリイミド樹脂やアラミド樹脂、ポリサルファン樹脂等の高分子フィルムが用いられる。なお、図６（ａ）では、ダイアフラム基板接着側面にもガラス層５を形成したが、この面は陽極接合を行わないため、形成しなくても良い。
【００６６】
図９は上述のようにして作製されたオリフィス基板６、インクチャンバ基板３、ダイアフラム基板１７の接合体にステンレス製のハウジング２０を取り付け、その後、圧電素子１８を接着剤１９を用いてダイアフラム基板１７に接着して完成したインクジェットヘッド２４ｂを示す。なお、ダイアフラム基板１７をＦｅ４２−Ｎｉやステンレス等の部材を用いて製作しても良い。この場合は、酸性インクに対しては耐腐食性で劣るが、他のインクに対しては対応が可能である。
【００６７】
第１及び第２の実施例のように、ダイアフラム基板を単結晶シリコンのＭＥＭＳ加工により製作した場合は、陽極接合により接着剤レスにできるため、耐腐食性が向上するが、厚みが数μｍ程度と極めて薄いために割れやすいため、組立上のハンドリング性が悪いという問題がある。これに対し、本実施例のように高分子フィルムまたはＦｅ４２−Ｎｉ、ステンレス等で形成した場合は、割れ難いという長所に加え、安価で且つハンドリング性が良いという利点がある。
【００６８】
ダイアフラム基板１７としてポリイミド樹脂を用いると、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリゾン）等の極性溶剤を用いたインクには耐腐食性はないが、水性、油性、溶剤、ＵＶインクのほか、回路配線形成やディスプレイパネル等に用いる酸性あるいはアルカリ系の工業用インクにも対応できる。
【００６９】
（３）インクジェット記録装置
図１０、図１１は本発明にかかるインクジェット記録装置の一実施例を示す構成図である。この実施例は、複数個のヘッドを配列したライン配列ヘッド（以下、ラインヘッドと称する）の構成を示す。図１１の２５ａ〜２５ｆは図８或いは、図９の断面構造を有するインクジェットヘッドで、少なくともオリフィス基板６とインクチャンバ基板３はシリコン単結晶基板のＭＥＭＳ加工により製作された後、陽極接合されている。本発明のインクジェットヘッドは、オリフィス基板６のノズル７がＭＥＭＳ加工で製作されているため、極めて高精度で、同一ヘッド内及びヘッド間でのノズル径及び深さ方向等の寸法のバラツキが極めて少なく、また位置精度も優れている。インクチャンバ基板３もインク吐出性能に影響を及ぼすインク室（圧力室、リストリクタ、マニホールド等）の形状、寸法ともヘッド内及びヘッド間でのばらつきが極めて少ない。
【００７０】
また、オリフィス基板６とインクチャンバ基板３の接合に接着剤を使用しないため、接着剤を用いた場合の欠点（接着層の厚みムラ、ノズル近傍での接着剤のはみ出し及び接着層の一部の落下によるノズル詰まり）等の問題が生じない。このため、ノズル間、ヘッド間でインク吐出特性の均一なヘッドが得られ、かつ、多種インクに対して高信頼である。
【００７１】
更に、微細加工により微小ノズル径を実現できるため、微小液滴を吐出することができる。ラインヘッド２６は６個のヘッド２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆをベースプレート２７上に千鳥配置したもので、それぞれのヘッドから吐出され、間隔Ｌをおいて第１のインク滴列２８ａ、２８ｂ、２８ｃと第２のインク滴列２８ｄ、２８ｅ、２８ｆを形成するが、吐出タイミングを制御することによって、一列のラインドットを印刷することができる。
【００７２】
図１０に示すように、装置ベース筐体３２上に、用紙、ガラス、金属、プラスチック等の被印刷物３０を搬送する搬送機構３１が設けられ、またラインヘッド２６はヘッドと被印刷物３０の間隙（ギャップ）が例えば１〜５ｍｍとなるようにラインヘッド取り付け台２９に搭載されている。ラインヘッド駆動装置３３は、ヘッドの吐出信号生成装置３４からの信号データに基づき、ラインヘッド２６の各ノズルに対応した圧電素子に印加する駆動電圧を制御するものである。
【００７３】
制御装置３６は被印刷物搬送機構駆動装置３５に制御信号を送り、被印刷物３０の搬送タイミングを制御すると共に、吐出信号生成装置３４に送出する制御信号により該生成装置３４からのデータ転送タイミングを制御している。
【００７４】
（４）インクジェット記録装置の使用例、適用例
次に本発明にかかるインクジェット記録装置の使用例、適用例について説明する。
【００７５】
（イ）液晶の配向膜印刷
インクジェットヘッドとして図８に示した構造のヘッド２４ａを用い、ポリイミド樹脂のＮＭＰ溶液をＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を含む回路、或いは、カラーフィルタが形成されたガラス或いはプラスチック等からなる液晶パネル基板３０上に吐出し、均一なベタ膜を印刷する用途に用いることができる。
【００７６】
（ロ）カラーフィルタやカラー有機ＥＬ材料のパターニング
図１０には１本のラインヘッド２６が搭載された構成を示したが、３本のラインヘッドを搭載し、それぞれのラインヘッドからＲ、Ｇ、Ｂの３色の材料（カラーフィルタ材料や発光材料）を吐出することにより、ガラス或いはプラスチック等のパネル基板３０上にパターニングする用途に適用できる。なおインクジェットヘッドとしては、図８の２４ａ，図９の２４ｂのいずれのヘッドも使用できる。
【００７７】
（ハ）カラー印刷
４本のラインヘッドを搭載し、それぞれのラインヘッドからＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色のカラーインク材料を紙或いはプラスチックからなる被印刷物３０上に吐出させることにより、カラー印刷を行うことができる。水性、油性、通常溶媒タイプのカラーインクの場合は、図９に示したヘッドを用いることができる。
【００７８】
（ニ）回路配線のパターニング
インクジェットヘッドにより、銀や銅等の金属ナノ粒子を用いた導電性インクをポリイミド樹脂フィルムやセラミック基板の表面に吐出・パターニングし、回路配線パターンを印刷することが出来る。５０μｍ幅より狭い配線を形成するには３ピコリットル以下の微小液滴を所定位置に精度良く吐出する必要があるが、そのような用途にも対応できる。
【００７９】
なお、導電性インクには水性タイプや溶剤タイプがある。
【００８０】
また、使用ヘッドとしては、図８の２４ａ，図９の２４ｂのいずれのヘッドも使用できる。この場合オリフィス基板は、ＭＥＭＳ加工によりノズル径が２０μｍ〜２５μｍ程度の微小ノズルを形成することが望ましい。
【００８１】
以上、インクジェット装置をラインヘッドを用いた構成、即ち、ヘッドが固定され、被印刷物が移動するタイプについて説明したが、本発明の装置はこれに限定されるものでなく、ヘッドが移動する、所謂シリアル方式のインクジェット装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明にかかるシリコン部材の陽極接合法は、インクジェットヘッドの製作に用いることができるが、この他にも複数のシリコン部品を接合した構造を有する製品、たとえば、各種センサの製造にも用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１−１】本発明にかかる陽極接合法の説明図。
【図１−２】本発明にかかる陽極接合法の説明図。
【図２】本発明にかかるインクジェットヘッド製造方法の第１の実施例を示す製造工程図。
【図３】本発明にかかるインクジェットヘッド製造方法の第１の実施例に用いられる陽極接合法の説明図。
【図４】本発明にかかるインクジェットヘッド製造方法の第２の実施例を示す製造工程図。
【図５】本発明にかかるインクジェットヘッド製造方法の第２の実施例に用いられる陽極接合法の説明図。
【図６】本発明にかかるインクジェットヘッド製造方法の第３の実施例を示す製造工程図。
【図７】本発明にかかるインクジェットヘッド製造方法の第３の実施例に用いられる陽極接合法の説明図。
【図８】本発明にかかるインクジェットヘッドの第１の実施例を示す構成略図。
【図９】本発明にかかるインクジェットヘッドの第２の実施例を示す構成略図。
【図１０】本発明にかかるインクジェット記録装置の構成略図。
【図１１】本発明にかかるインクジェット記録装置におけるラインヘッドの説明図。
【図１２】従来の陽極接合法の原理を説明する説明図。
【図１３】従来の陽極接合法を用いたインクジェットの製造方法の説明図。
【符号の説明】
【００８４】
１：ダイアフラム基板、２：ＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層、
３：インクチャンバ基板、４：ＳｉＯ２酸化シリコン層、５：ほう珪酸ガラス層、
６：オリフィス基板、７：ノズル、８：台座、８ａ：電極膜、８ｂ：ヒータ、
９：加圧熱板、９ａ：電極膜、９ｂ:ヒータ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：電極端子、
１１ａ：マニホールド、１１ｂ：圧力室、１２：インク室の側壁、
１３：直流電源、１４：スイッチ、１５：撥インク膜、１６：接着剤、
１７：ダイアフラム板、１８：圧電素子、１９：接着剤、２０：ハウジング、
２２：インク流路、２３：インク滴、
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ：インクジェットヘッド、
２６：ラインヘッド、２７：ベースプレート、
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆ：インク滴列、
２９：ラインヘッド取付台、３０：被印刷物、３１：搬送機構、３２：装置ベース筺体、
３３：ラインヘッド駆動装置、３４：吐出信号生成装置、
３５：被印刷物搬送機構駆動装置、３６：制御装置、
３７ａ：第１シリコン部材、３７ｂ：第２シリコン部材、３８：３層構造基板、
３９：ＳｉＯＸ（ｘ＜２）酸化シリコン層
【図１−１】
2006175765.tif 000003
【図１−２】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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