(57)【要約】【課題】簡易な構造及び簡易な製造プロセスでノズル間ピッチの増大を低減しつつ、吐出エネルギーを増大させることでインク吐出性能の向上を図るようにした液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法を提供する。【解決手段】液滴吐出ヘッド１００は、複数の吐出室１３が形成され、吐出室１３の底壁に振動板１２となるインク流路が形成されたキャビティ基板２と、振動板１２にギャップ５を隔てて対向し、振動板１２を駆動する個別電極１７が形成された電極基板１と、吐出室１３から移送される液滴を吐出するノズル孔８が形成されたノズル基板３とを備え、ノズル孔８を、このノズル孔８を中心として隣り合う少なくとも２つの吐出室１３に連通させたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の吐出室が形成され、前記吐出室の底壁に振動板となる液体流路が形成されたキャビティ基板と、
前記振動板にギャップを隔てて対向し、前記振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、
前記吐出室から移送される液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズル基板とを備えた液滴吐出ヘッドであって、
前記ノズル孔を、このノズル孔を中心として隣り合う少なくとも２つの前記吐出室に連通させた
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記ノズル孔を、液滴を吐出する第１のノズル孔と、前記第１のノズル孔に連通し、前記第１のノズル孔よりも外径を大きくした第２のノズル孔とで構成し、
前記第２のノズル孔で前記隣り合う２つの吐出室に連通させた
ことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記ノズル孔を中心に、前記隣り合う２つの吐出室を対称配置させた
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記隣り合う２つの吐出室が、その長手方向の中心線を略一直線上に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記隣り合う２つの吐出室が、その長手方向の中心線を所定の間隔でずらして配置されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記ノズル孔及び前記隣り合う２つの吐出室からなる液体流路が、複数設けられるとともに、平行に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記隣り合う２つの吐出室の前記個別電極への電荷の供給及び停止を同期させる
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
前記請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載した
ことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項９】
シリコン基板に、第１のノズル孔と、前記第１のノズル孔に連通し、前記第１のノズル孔よりも外径を大きくした第２のノズル孔とからなるノズル孔を形成したノズルプレートに、吐出室が形成され、前記吐出室の底壁が振動板となる液体流路が形成されたキャビティ基板と、前記振動板にギャップを隔てて対向し該振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板とで形成した接合基板を接合する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記シリコン基板の表面全体に熱酸化膜を成膜し、この熱酸化膜を保護膜として前記第１のノズル孔となる部分をパターニングし、前記第１のノズル孔となる部分をドライエッチング加工してから、前記シリコン基板の全面に保護膜となる熱酸化膜を再度成膜し、前記第２のノズル孔となる部分をパターニングし、前記第２のノズル孔となる部分をドライエッチング加工し、
その後、前記シリコン基板の前記キャビティ基板との接合面とは反対側の面に熱酸化膜を成膜し、前記シリコン基板をウエットエッチング加工し、前記第１のノズル孔を開口することで前記ノズル基板を形成する
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記請求項９に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造する
ことを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクやその他の液体を吐出する液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法に関し、特にインクやその他の液体を吐出する際の吐出エネルギーの向上を図った液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）が急速に進歩している。この微細加工技術により形成される微細加工素子としては、たとえば、液滴吐出方式のプリンタのような記録（印刷）装置で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）やマイクロポンプ、光可変フィルタ、モータのような静電アクチュエータ、圧力センサ等がある。このうち、液滴吐出装置（インクジェット記録装置）のインク液滴を吐出させる方式には、静電気力を駆動手段に利用する方式（静電駆動方式）や、圧電振動子を駆動手段に利用する方式、発熱素子を駆動手段に利用する方式等がある。
【０００３】
その中でも特に、静電駆動方式によりインク液滴を吐出させる液滴吐出装置は、チップサイズの小型高密度化、印字性能の高品質化及び長寿命化できるという点で優れているという特徴を有している。このような液滴吐出装置に搭載されているインクジェットヘッドは、一般に、インク液滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、このノズルプレートに接合され、ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティプレートとを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることによりインク液滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている。
【０００４】
このように構成されたインクジェットヘッドに対しては、印字や画質等の高品位化の要求が一段と強くなってきているとともに、ノズル孔の高密度化及びインク吐出性能の向上の要求も強い。インク吐出性能を向上させるためには、ノズル孔から吐出されるインクの直進性を高めるべくインク吐出時の吐出エネルギーを増大させることが望ましい。そこで、インク吐出時における吐出エネルギーの増大を図るようにしたインクジェットヘッドが種々提案されている。
【０００５】
そのようなものとして、「電極と、該電極に第１の空隙を隔てて対向する第１の振動板と、該第１の振動板に前記電極と反対側で第２の空隙を隔てて対向する第２の振動板とを有し、前記電極と前記第１の振動板との間と、前記第１の振動板と前記第２の振動板との間とに、それぞれ電圧を印加することにより、前記電極と前記第１の振動板との間と、前記第１の振動板と前記第２の振動板との間とにそれぞれ静電引力を生じさせて、前記第１の振動板及び前記第２の振動板を同期的に駆動するように構成した」インクジェットヘッドが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３４１６７０号公報（第１０、１１頁及び第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のインクジェットヘッドは、２つの空隙をもつ静電アクチュエータを搭載し、２つの空隙それぞれに電界印加し、同期駆動するようにしたものである。このようにすることで、駆動電圧を抑制しつつ、振動板の面積を小さくすることができ、振動板の変位量の低下を防止して、十分な吐出エネルギーを発生させることを可能としている。このインクジェットヘッドの製造プロセスには、振動板の厚み、あるいは空隙の加工精度のコントロールに課題が残っていた。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡易な構造及び簡易な製造プロセスでノズル間ピッチの増大を低減しつつ、吐出エネルギーを増大させることでインク吐出性能の向上を図るようにした液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、複数の吐出室が形成され、吐出室の底壁に振動板となる液体流路が形成されたキャビティ基板と、振動板にギャップを隔てて対向し、振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板と、吐出室から移送される液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズル基板とを備えた液滴吐出ヘッドであって、ノズル孔を、このノズル孔を中心として隣り合う少なくとも２つの吐出室に連通させたことを特徴とする。したがって、ノズル間ピッチの増大低減、及び、吐出エネルギーの増大を両立させることができ、インク吐出性能の向上を図ることができる。
【００１０】
本発明に係る液滴吐出ヘッド、ノズル孔を、液滴を吐出する第１のノズル孔と、第１のノズル孔に連通し、第１のノズル孔よりも外径を大きくした第２のノズル孔とで構成し、第２のノズル孔で隣り合う２つの吐出室に連通させたことを特徴とする。したがって、１つのノズル孔（第２のノズル孔）に対して、隣り合う２つの吐出室からなる液体流路（インク流路）を連通させることによって、ノズル間の増大を減少しつつ、インク等の液滴の吐出エネルギーを増加させることが可能となる。
【００１１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズル孔を中心に、隣り合う２つの吐出室を対称配置させたことを特徴とする。したがって、１つのノズル孔に対して、隣り合う２つの吐出室からなる液体流路を連通させることによって、ノズル間の増大を減少しつつ、インク等の液滴の吐出エネルギーを増加させることが可能となる。また、液滴吐出ヘッドの構成を複雑にしなくて済む。
【００１２】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、隣り合う２つの吐出室が、その長手方向の中心線を略一直線上に配置されていることを特徴とする。したがって、液滴吐出ヘッドの構成、特に隣り合う２つの吐出室からなるインク流路の構成を複雑にしなくて済む。また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、隣り合う２つの液体流路が、その長手方向の中心線を所定の間隔でずらして配置されていることを特徴とする。したがって、液滴吐出ヘッドの構成を複雑にしなくて済むとともに、隣り合う２つ吐出室からなるインク流路を高密度に配置することができる。
【００１３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズル孔及び隣り合う２つの吐出室からなる液体流路が、複数設けられるとともに、平行に配置されていることを特徴とする。したがって、隣り合う２つの吐出室からなるインク流路を高密度に配置することができるとともに、第２のノズル孔の外径寸法を小さくすることが可能となる。
【００１４】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、隣り合う２つの吐出室の個別電極への電荷の供給及び停止を同期させることを特徴とする。したがって、２つのインク流路をノズル孔８で連通、つまり第２のノズル孔で合流させることによって、２つの吐出室が連通することとなり、容量の大きな１つの吐出室として機能させることができ、吐出エネルギーの増大を図ることができる。
【００１５】
本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする。したがって、上記の液滴吐出ヘッドが有する効果を全部有することになるとともに、インク等の液滴の吐出性能が高く、信頼性の高いものとすることができる。
【００１６】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板に、第１のノズル孔と、第１のノズル孔に連通し、第１のノズル孔よりも外径を大きくした第２のノズル孔とからなるノズル孔を形成したノズル基板に、吐出室が形成され、吐出室の底壁が振動板となる液体流路が形成されたキャビティ基板と、振動板にギャップを隔てて対向し該振動板を駆動する個別電極が形成された電極基板とで形成した接合基板を接合する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、シリコン基板の表面全体に熱酸化膜を成膜し、この熱酸化膜を保護膜として第１のノズル孔となる部分をパターニングし、第１のノズル孔となる部分をドライエッチング加工してから、シリコン基板の全面に保護膜となる熱酸化膜を再度成膜し、第２のノズル孔となる部分をパターニングし、第２のノズル孔となる部分をドライエッチング加工し、その後、シリコン基板のキャビティ基板との接合面とは反対側の面に熱酸化膜を成膜し、シリコン基板をウエットエッチング加工し、第１のノズル孔を開口することでノズル基板を形成することを特徴とする。
【００１７】
したがって、ノズル基板となるシリコン基板にフォトリソ−エッチング工程を経て形成された酸化膜を保護膜として利用し、ドライエッチング及びアルカリウエットエッチングによりノズル孔を選択開口するので、簡易な製造工程で液滴吐出ヘッドを製造することができ、加工形状を高精度に作製することができる。このように液滴吐出ヘッドを製造するので、電極基板とキャビティ基板とを接合した基板と、ノズル基板とを接合する際にも位置ずれを極めて少なくすることができる。したがって、ウエハ貼り合わせを高精度ですることができる。
【００１８】
本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを特徴とする。したがって、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法が有する効果を全部有するとともに、インク液滴の吐出性能及び信頼性の高い液滴吐出装置を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１００を分解して示す分解斜視図である。図２は、液滴吐出ヘッド１００の断面構成を示す縦断面図である。図１及び図２に基づいて、液滴吐出ヘッド１００の構成及び動作について説明する。なお、実施の形態１では、静電駆動方式で駆動する静電アクチュエータを搭載したデバイスの代表として、ノズル基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを例に説明するものとする。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００２０】
図１に示すように、この液滴吐出ヘッド１００は、主に電極基板１、キャビティ基板２及びノズル基板３が順に積層されるように接合されることにより構成されている。つまり、キャビティ基板２の一方の面（上面）にはノズル基板３が、他方の面（下面）には電極基板１がそれぞれ接合され、キャビティ基板２を電極基板１とノズル基板３とが上下から挟むように構成されているのである。たとえば、電極基板１とキャビティ基板２は陽極接合により接合し、キャビティ基板２とノズル基板３とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合するものとして説明する。また、液滴吐出ヘッド１００の電極基板１に形成する個別電極１７は、図示省略のドライバＩＣ等の電力供給手段によって駆動信号（パルス電圧）が供給されるようになっている。
【００２１】
［電極基板１］
電極基板１は、たとえば、厚さ１ｍｍのホウ珪酸ガラス等のガラスを主要な材料として形成するとよい。ここでは、電極基板１がホウ珪酸ガラスで形成されている場合を例に示すが、電極基板１を単結晶シリコンで形成してもよい。この電極基板１の表面には、後述するキャビティ基板２の吐出室１３の形状に合わせて複数のガラス溝３２が形成されている。また、このガラス溝３２の内部（特に底部）には、固定電極となる個別電極１７が、一定の間隔を有してキャビティ基板２の各吐出室１３（振動板１２）と対向するように作製されている。
【００２２】
このガラス溝３２は、その一部が個別電極１７を装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成されている。また、この個別電極１７は、たとえばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）を０．１μｍの厚さでスパッタして作製するとよい。さらに、個別電極１７は、リード部１８及び端子部１９が一体となって作製されている。そして、個別電極１７は、その一端（端子部１９）が図示省略の電力供給手段と接続されており、その電力供給手段から個別電極１７に駆動信号が供給されるようになっている。なお、特に区別する必要がない限り、リード部１８と端子部１９とを組み合わせて個別電極１７として説明するものとする。
【００２３】
電極基板１とキャビティ基板２とを接合すると、キャビティ基板２の接合面（振動板１２）と個別電極１７との間には、振動板１２が撓む（変位する）ことができる一定のギャップ（空隙）５が、ガラス溝３２により形成されるようになっている。なお、電極基板１とキャビティ基板２と接合した後に、ギャップ５を封止するための封止部４を形成するとよい（図２参照）。また、電極基板１には、図示省略の外部のインクタンクから供給される液体を取り入れる流路となるインク供給孔２５が設けられている。
【００２４】
さらに、電極基板１に作製される複数の個別電極１７は、長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、互いの長辺が平行になるように配置されている。そして、個別電極１７の短辺方向に伸びる２つの電極列を示している。なお、個別電極１７の短辺が長辺に対して斜めに形成されており、個別電極１７が細長い平行四辺形状になっている場合には、長辺方向に直角方向に伸びる電極列を形成すればよい。ここでは、電極基板１の個別電極１７は、ノズル孔８を中の列を軸として対称位置に配置されるように作製されている。
【００２５】
［キャビティ基板２］
キャビティ基板２は、たとえば厚さ約５０μｍ（マイクロメートル）のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板と称する）を主要な材料として構成されている。このキャビティ基板２には、底壁が振動板１２となる吐出室１３が複数形成されている。この吐出室１３は、個別電極１７の電極列に対応して形成されるようになっている。この複数の吐出室１３は、図１の紙面手前側から紙面奥側にかけて平行に並んで形成されているものとする。また、振動板１２及び吐出室１３は、ノズル孔８の列を軸として対称位置となるよう配置されている。
【００２６】
キャビティ基板２には、各吐出室１３にインク等の液滴を供給するためのリザーバ１４となる凹部が形成されている。また、キャビティ基板２の下面（電極基板１と接合する面）には、振動板１２と個別電極１７との間を電気的に絶縁するためのＴＥＯＳ膜（ここでは、Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いてできるＳｉＯ2 膜をいう）からなる絶縁膜２２をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法を用いて、０．１μｍ成膜している。これは、振動板１２の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、インク等の液滴によるキャビティ基板２のエッチングを防止するためのものである。
【００２７】
ここでは、絶縁膜２２がＴＥＯＳ膜である場合を示しているが、これに限定するものではなく、絶縁性能が向上する物質であればよい。たとえば、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム（アルミナ））を用いてもよい。また、キャビティ基板２にも、インク供給孔２５が設けられている（電極基板１に設けられたインク供給孔２５と連通するようになっている）。さらに、図示省略の電力供給手段から振動板１２に個別電極１７と反対の極性の電荷を供給する際の端子となる共通電極端子２７を備えている。
【００２８】
なお、振動板１２は、高濃度のボロンドープ層で形成するようにしてもよい。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板１２の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって吐出室１３を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板１２を所望の厚さに形成することができる。
【００２９】
［ノズル基板３］
ノズル基板３は、たとえば厚さ約１００μｍのシリコン基板を主要な材料として構成されている。そして、キャビティ基板２の上面（電極基板１を接合する面の反対面）と接合している。ノズル基板３の上面には、吐出室１３と連通するノズル孔８が複数形成されている。各ノズル孔８は、吐出室１３から移送された液滴を外部に吐出するようになっている。このノズル孔８は、たとえば円筒状の第１のノズル孔６と、第１のノズル孔６と連通し、第１のノズル孔６よりも径の大きい円筒状の第２のノズル孔７とで形成されている。
【００３０】
この第１のノズル孔６は、キャビティ基板２と接合する面の反対面に開口するように形成されており、第２のノズル孔７は、キャビティ基板２との接合面に開口するように形成されている。このように、ノズル孔８を複数段（たとえば、図で示すように２段）で形成すると、インク滴を吐出する際の直進性の向上が期待できる。また、ノズル基板３のキャビティ基板２との接合面には、供給口１５となる細溝を設け、吐出室１３とリザーバ１４とを連通させるようになっている。
【００３１】
ここでは、ノズル孔８を有するノズル基板３を上面とし、電極基板１を下面として説明するが、実際に用いられる場合には、ノズル基板３の方が電極基板１よりも下面となることが多い。なお、実施の形態１では、ノズル基板３に供給口１５が形成されている場合を例に示しているが、キャビティ基板２に供給口１５を形成するようにしてもよい。また、ノズル基板３には、振動板１２によりリザーバ１４側の液体に加わる圧力を緩衝するためのダイヤフラム１６が設けられている。
【００３２】
ここで、実施の形態１の特徴事項について簡単に説明する。図１に示すように、ノズル孔８は、複数個が一列となるようにノズル基板３に形成されている。そして、上述したように振動板１２、吐出室１３及び個別電極１７は、ノズル孔８の列を軸として対称位置に配置されている。つまり、ノズル孔８の列を軸として隣り合う独立した２つの吐出室１３からなるインク流路（液体流路）が形成されているのである（図３で詳細に説明する）。そして、図２に示すように、隣り合う２つの独立したインク流路をノズル孔８（詳細には第２のノズル孔７）で連通させるようになっている。
【００３３】
次に、液滴吐出ヘッド１００の動作について説明する。リザーバ１４には、インク供給孔２５を介して外部からインク滴が供給されている。また、吐出室１３には、供給口１５を介してリザーバ１４から液滴が供給されている。そして、ドライバＩＣ等の電力供給手段によって選択された個別電極１７には０Ｖ〜４０Ｖ程度のパルス電圧が印可され、その個別電極１７を正に帯電させる。ここでは、１つのノズル孔８と連通している２つのインク流路に対応する個別電極１７に同期させてパルス電圧を印加する。
【００３４】
このとき、共通電極端子２７を介してキャビティ基板２には負の極性を有する電荷が供給され、正に帯電された個別電極１７に対応する振動板１２を相対的に負に帯電させる。そのため、選択された個別電極１７と振動板１２との間には静電気力が発生することになる。そうすると、振動板１２は、静電気力によって個別電極１７側に引き寄せられて撓むことになる。つまり、２つのインク流路をノズル孔８で連通（第２のノズル孔７で合流）させることによって、２つのインク流路（吐出室１３）が連通することとなり、容量の大きな１つのインク流路（吐出室１３）として機能させているのである。
【００３５】
その後、１つのノズル孔８と連通している２つのインク流路に対応する個別電極１７への電荷の供給を同期させて止めると、振動板１２と個別電極１７との間の静電気力がなくなり、振動板１２はその弾性力により元の状態に復元する。このとき、吐出室１３の容積が急激に減少するため、吐出室１３内部の圧力が急激に上昇する。これにより、吐出室１３内のインクの一部がインク滴としてノズル孔８より吐出されることになる。このインク滴が、たとえば記録紙に着弾することによって印刷等が行われるようになっている。その後、インク滴がリザーバ１４から供給口１５を通じて吐出室１３内に補給され、初期状態に戻る。
【００３６】
図３は、液滴吐出ヘッド１００を上から透視した状態を示す概略透視図である。また、図３（ａ）が隣り合う独立した２つのインク流路の長手方向の中心線Ａが第１のノズル孔６の中心に対して略一直線上となるように配置されている場合を、図３（ｂ）が隣り合う独立した２つのインク流路の長手方向の中心線Ａが第１のノズル孔６の中心に対して短手方向に所定の間隔でずらして配置されている場合をそれぞれ表している。図３に基づいて、この実施の形態１の特徴事項について詳細に説明する。
【００３７】
上述したように、ノズル孔８は、複数個が一列となるようにノズル基板３に形成されている。そして、振動板１２、吐出室１３及び個別電極１７は、ノズル孔８の列（線Ｂ）を軸として対称位置に配置されている。そして、隣り合う２つの独立したインク流路を第２のノズル孔７で連通させるようになっている。図３（ａ）では、ノズル孔８の列（線Ｂ）を軸として対称位置に配置された独立した２つのインク流路の中心線Ａが、第２のノズル孔６の中心に対して略直線状となっている。
【００３８】
すなわち、液滴吐出ヘッド１００は、図３に示す線Ｂを軸として形成した隣り合う２つの独立したインク流路を、第２のノズル孔７で合流させ、その第２のノズル孔７と連通している第１のノズル孔８からインク滴を吐出させる構成を特徴としているのである。このような構成とすることによって、１つのノズル孔８から２つのインク流路を介してインク滴を吐出させることができ、ノズル孔８間のピッチの増大を抑制しつつ、インク滴の吐出エネルギーの増大が図れる。
【００３９】
更に言えば、１つのノズル孔８の連通している隣り合う２つのインク流路における個別電極１７へ同期させてパルス電圧を印加し、対応する振動板１２を同期させて個別電極１７に当接させ、それから同一タイミングで個別電極１７への電荷の供給を停止し、対応する振動板１２を同期させて開放させることによって、隣り合う２つの振動板１２を同期させて挙動でき、同一タイミングでインク滴をノズル孔８から吐出させることができるので、インク滴の吐出エネルギーの増大が図れる。
【００４０】
また、図３（ｂ）では、ノズル孔８の列（線Ｂ）を軸として対称位置に配置された独立した２つのインク流路の中心線Ａが、第１のノズル孔６の中心に対して短手方向に所定の間隔でずらして配置されている、つまり短手方向に配列されている各インク流路の列が千鳥配列となっている。このような構成としても、１つのノズル孔８から２つのインク流路を介してインク滴を吐出させることができ、ノズル孔８間のピッチの増大を抑制しつつ、インク滴の吐出エネルギーの増大が図れる。
【００４１】
また、図３（ａ）の場合と比較して、第２のノズル孔７の長手方向をインク流路の中心線Ａに対して斜めにすることが可能であり、第２のノズル孔７の長手方向の長さをより短くすることが可能となっている。したがって、ノズル孔８から吐出させるインク滴の流れ、特に第２のノズル孔７から第１のノズル孔６に至るまでにおけるインク滴の流れをより円滑にし、インク滴の吐出特性の更なる安定化を図ることができる。
【００４２】
次に、液滴吐出ヘッド１００の製造工程について説明する。図４及び図５は、ノズル基板３の製造工程を示した縦断面図である。図６及び図７は、キャビティ基板２及び電極基板１を接合した接合基板６０の製造工程を示した縦断面図である。初めに、図４及び図５に基づいてシリコン基板３ａからノズル基板３を作製する製造工程について説明する。そして、図６及び図７に基づいてキャビティ基板２と電極基板１とを接合して接合基板６０を製造し、この接合基板６０にノズル基板３を接合して液滴吐出ヘッド１００を作製する製造工程について説明する。
【００４３】
まず、ノズル基板３となるシリコン基板３ａを準備し、このシリコン基板３ａを熱酸化し、表面全体に保護膜となる約１μｍの熱酸化膜５０を均一に成膜する（図４（ａ））。たとえば、この熱酸化膜５０は、熱酸化装置により温度１０７５℃、酸素と水蒸気との混合雰囲気中で４時間熱酸化することにより形成することができる。次に、シリコン基板３ａの片面（熱酸化膜５０を成膜した面）にレジストをコーティングし、露光、現像等の一連のフォトリソプロセスを経て熱酸化膜５０の第１のノズル孔６となる部分６ａをパターニングする（図４（ｂ））。
【００４４】
それから、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）放電によるドライエッチングによって第１のノズル孔６となる部分６ａを異方性エッチングによって加工する（図４（ｃ））。この異方性ドライエッチングのエッチングガスとして、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6 を交互に使用するとよい。そうすれば、Ｃ4Ｆ8を第１のノズル孔６となる部分６ａの側面方向にエッチングが進行しないように使用し、ＳＦ6 を第１のノズル孔６となる部分６ａの垂直方向のエッチングを促進するために使用できる。
【００４５】
ドライエッチング後は、たとえばフッ酸水溶液を使用して、シリコン基板３ａに残った熱酸化膜５０をすべて除去する。その後、シリコン基板３ａの全面に厚さ約１μｍの熱酸化膜５１を均一に成膜する。この熱酸化膜５１は、たとえば熱酸化装置により温度１０００℃、酸素雰囲気中で２時間熱酸化することにより形成するとよい。そして、シリコン基板３ａの片面（熱酸化膜５１を成膜した面）にレジストをコーティングし、露光、現像等の一連のフォトリソプロセスを経て熱酸化膜５１の第２のノズル孔７となる部分７ａと供給口１５となる部分１５ａをパターニングする（図４（ｄ））。
【００４６】
そして、ＩＣＰ放電によるドライエッチングによって第２のノズル孔７となる部分７ａと供給口１５となる部分１５ａを加工する（図４（ｅ））。ドライエッチング後は、たとえばフッ酸水溶液を使用して、シリコン基板３ａに残った熱酸化膜５１をすべて除去する。その後、シリコン基板３ａのキャビティ基板２との接合面とは反対側の面に厚さ約１μｍの熱酸化膜５２を均一に全面成膜する（図５（ｆ））。この熱酸化膜５２は、たとえば熱酸化装置により温度１０００℃、酸素雰囲気中で２時間熱酸化することにより形成するとよい。
【００４７】
熱酸化膜５２を成膜したら、シリコン基板３ａの片面（熱酸化膜５２を成膜した面）にレジストをコーティングし、露光、現像等の一連のフォトリソプロセスを経て熱酸化膜５０の第１のノズル孔６を開口させる部分８ａ及びダイヤフラム１６となる部分１６ａをパターニングする（図５（ｇ））。そして、シリコン基板３ａをウエットエッチング（たとえば、水酸化カリウム水溶液（２５ｗｔ％、８０℃）等）することにより、第１のノズル孔６を開口させる部分８ａ及びダイヤフラム１６となる部分１６ａを所定の厚さになるまでエッチング加工する（図５（ｈ））。
【００４８】
ウエットエッチング後は、たとえばフッ酸水溶液を使用して、シリコン基板３ａに残った熱酸化膜５２をすべて除去し、シリコン基板３ａの全面に熱酸化膜５３を全面に約１００ｎｍ成膜し、ノズル基板３が完成する（図５（ｉ））。以上のように、ノズル孔８（第１のノズル孔６及び第２のノズル孔７）は、ノズル基板３となるシリコン基板３ａにフォトリソ−エッチング工程を経て形成された熱酸化膜（熱酸化膜５０〜熱酸化膜５２）を保護膜として利用し、ドライエッチング及びアルカリウエットエッチングにより選択開口形成されているため、簡素な製造工程でノズル基板３を製造することができるだけでなく、ノズル孔８や供給口１５、ダイヤフラム１６等の加工形状を高精度で形成でき、ノズル基板３に接合させるキャビティ基板２との位置ずれを極めて少なくできる。
【００４９】
次に、図６及び図７に基づいて、キャビティ基板２と電極基板１とを接合させた接合基板６０の製造工程について説明する。なお、キャビティ基板２と電極基板１とを接合させた接合基板６０の製造工程の中で、電極基板１及びキャビティ基板２の製造工程についても簡単に説明するものとする。また、キャビティ基板２、電極基板１及びこれらを接合させた接合基板６０の製造工程については、図６及び図７で図示するものに限定されるものではない。
【００５０】
まず、ホウ珪酸ガラス等からなるガラス基板１ａを、たとえば金・クロム等をエッチングマスクとしてフッ酸によってエッチングすることによりガラス溝３２を形成する。このガラス溝３２は、個別電極１７の形状より少し大きい溝状のものであって複数形成するものとする。そして、ガラス溝３２の内部に、たとえばスパッタによってＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）からなる個別電極１７を形成する。その後、ドリル等によってインク供給孔２５を形成して電極基板１を作製する（図６（ａ））。
【００５１】
次に、たとえば厚さが５２５μｍのシリコン基板２ａの両面を鏡面研磨した後に、シリコン基板２ａの片面にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によってＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）からなる厚さ０．１μｍの絶縁膜２２を形成する（図６（ｂ））。なお、この絶縁膜２２を形成する前に、エッチングストップのためのボロンドープ層を形成するようにしてもよい。振動板１２をボロンドープ層から形成することにより、厚み精度の高い振動板１２を形成することができる。
【００５２】
それから、図６（ｂ）に示すシリコン基板２ａと、図６（ａ）に示す電極基板１とを、たとえば３６０℃に加熱し、シリコン基板２ａに陽極、電極基板１に陰極を接続して８００Ｖ程度の電圧を印加して陽極接合を行い、接合基板６０ａを作製する（図６（ｃ））。シリコン基板２ａと電極基板１とを陽極接合した後に、この接合基板６０ａを水酸化カリウム水溶液等でエッチングすることにより、シリコン基板２ａの全体を、たとえば厚さ１４０μｍになるまで薄板化する（図６（ｄ））。
【００５３】
それから、シリコン基板２ａの上面（電極基板１が接合されている面の反対面）の全面にプラズマＣＶＤによって、たとえば厚さ１．５μｍのＴＥＯＳ膜を形成する。このＴＥＯＳ膜に、吐出室１３となる部分１３ａ及びリザーバ１４となる部分１４ａを形成するためのレジストをパターニングし、この部分のＴＥＯＳ膜をエッチング除去する。その後、シリコン基板２ａを水酸化カリウム水溶液等でエッチングすることにより、吐出室１３となる部分１３ａ及びリザーバ１４となる部分１４ａを形成する（図７（ｅ））。なお、図７（ｅ）のウエットエッチングの工程では、たとえば初めに３５重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後、３重量％の水酸化カリウム水溶液を使用すれば、振動板１２の面荒れを抑制することができる。
【００５４】
シリコン基板２ａのエッチングが終了した後に、接合基板６０ａをフッ酸水溶液でエッチングしてシリコン基板２ａに形成されたＴＥＯＳ膜を除去する。また、電極基板１のインク供給孔２５にレーザー加工を施し、インク供給孔２５が電極基板１を貫通するようにする（図７（ｆ））。それから、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）等によって個別電極１７を露出させる。また、シリコン基板２ａに機械加工又はレーザー加工を行って、インク供給孔２５をリザーバ１４まで貫通させる。さらに、ＨＭＤＳ（ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ：ヘキサメチルジシラザン）ガスをギャップ５内に充填させることで気相処理を行い、その後エポキシ系樹脂等の封止部６を形成し、ギャップ５内を封止する。
【００５５】
このような製造工程を経て、キャビティ基板２と電極基板１とが接合された接合基板６０が完成する（図７（ｇ））。そして、この接合基板６０を構成するキャビティ基板２に、作製したノズル基板３を接合し、液滴吐出ヘッド１００が完成する。この接合基板６０を構成するキャビティ基板２と、ノズル基板３との接合は、エポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合することができる。したがって、この液滴吐出ヘッド１００は、上述したように、１つのノズル孔８に対して２つのインク流路が連通しており、ノズル孔８間のピッチの増大を抑制しつつ、インク滴の吐出エネルギーの増大が図れる。
【００５６】
実施形態２．
図８は、実施の形態１の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド１００を搭載した液滴吐出装置１５０の一例を示した斜視図である。図８に示す液滴吐出装置１５０は、一般的なインクジェットプリンタである。なお、この液滴吐出装置１５０は、周知の製造方法によって製造することができる。実施の形態１で得られた液滴吐出ヘッド１００は、簡素な製造工程で製造することができるとともに、１つのノズル孔８に対して２つのインク流路が連通しており、ノズル孔８間のピッチの増大を抑制しつつ、インク滴の吐出エネルギーの増大が図れるものである。
【００５７】
なお、実施の形態１の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド１００は、図８に示す液滴吐出装置１５０の他に、液滴を種々変更することで、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。また、実施の形態１の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド１００は、圧電駆動方式の液滴吐出装置や、バブルジェット（登録商標）方式の液滴吐出装置にも使用できる。さらに、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法は、本発明の実施の形態１で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。たとえば、液滴吐出ヘッド１００が３層構造である場合を例に説明したが、４層構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの断面構成を示す縦断面図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図３】ノズル基板をインク吐出面側から見た上面図である。
【図４】液滴吐出ヘッドを製造する際の製造工程を示した縦断面図である。
【図５】液滴吐出ヘッドを製造する際の製造工程を示した縦断面図である。
【図６】液滴吐出ヘッドを製造する際の製造工程を示した縦断面図である。
【図７】液滴吐出ヘッドを製造する際の製造工程を示した縦断面図である。
【図８】液滴吐出ヘッドを製造する際の製造工程を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  電極基板、１ａ  ガラス基板、２  キャビティ基板、２ａ  シリコン基板、３  ノズル孔、３ａ  シリコン基板、４  封止部、５  ギャップ、６  第１のノズル孔、６ａ  第１のノズル孔となる部分、７  第２のノズル孔、７ａ  第２のノズル孔となる部分、８  ノズル孔、８ａ  第１のノズル孔を開口させる部分、１２  振動板、１３  吐出室、１３ａ  吐出室となる部分、１４  リザーバ、１４ａ  リザーバとなる部分、１５  供給口、１５ａ  供給口となる部分、１６  ダイヤフラム、１７  個別電極、１８  リード部、１９  端子部、２２  絶縁膜、２５  インク供給孔、２７  共通電極端子、３２  ガラス溝、５０  熱酸化膜、５１  熱酸化膜、５２  熱酸化膜、５３  熱酸化膜、６０  接合基板、６０ａ  接合基板、１００  液滴吐出ヘッド、１５０  液滴吐出装置。
【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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【図７】
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【図８】
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