(57)【要約】      （修正有）【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、インクノズル９と、インクノズル９に連通し、底壁が振動板５となる圧力室６とからなる液体流路が形成されたキャビティプレート３と、振動板５にギャップ１５を隔てて対向し、振動板５を駆動する個別電極１１が形成された電極ガラス基板４とを接合した積層基板の２つを、各振動板５が圧力室６に対して対称位置となるようにキャビティプレート３同士で接合させたことを特徴とする。【選択図】図４
2008265013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクノズルと、前記インクノズルに連通し、底壁が振動板となる圧力室とからなる液体流路が形成されたキャビティプレートと、
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ガラス基板とを接合した積層基板の２つを、
各振動板が前記圧力室に対して対称位置となるように前記キャビティプレート同士で接合させた
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記インクノズルを、前記キャビティプレートの端面に開口させた
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】
前記インクノズルと連通するノズル孔を形成したノズル基板を前記キャビティプレートの端面側に接合させた
ことを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記圧力室に対して対称位置となっている各振動板に対向する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１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記請求項１〜４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６】
インクノズルと、前記インクノズルに連通し、底壁が振動板となる圧力室とからなる液体流路が形成されたキャビティプレートと、
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ガラス基板とを接合して積層基板を形成し、
前記積層基板の２つを、
各振動板が前記圧力室に対して対称位置となるように前記キャビティプレート同士で接合させ、前記インクノズルを前記キャビティプレートの端面に開口させる
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。  
【請求項７】
各キャビティプレートと同一基板上にアライメントマークを形成し、
前記アライメントマークを重ね合わせることで、前記キャビティプレート同士を接合させる
ことを特徴とする請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記アライメントマークを、前記キャビティプレートの中心対称となる位置に少なくとも２つ以上形成する
ことを特徴とする請求項７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記アライメントマークを、赤外顕微鏡を使用して確認する
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記積層基板の２つを接合した後、
前記インクノズルと連通するノズル孔を形成したノズル基板を前記キャビティプレートの端面側に接合させる
ことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記キャビティプレート同士を接合する前、
各キャビティプレートに、
インクリザーバと、前記インクリザーバに液滴を供給するためのインク取り入れ口を形成し、
前記キャビティプレート同士を接合した後、一方のインク取り入れ口を塞ぐようにする
ことを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記請求項６〜１１のいずれか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圧力室、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、駆動部により圧力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くなってきている。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】
ノズル孔の高密度化を図るものとして、「インク滴を吐出するための複数のノズルと、該ノズルのそれぞれに連通する圧力室と、該圧力室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該圧力室にインクを供給する共通のインク室と、該振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備え、前記駆動手段が前記振動板を静電気力により変形させる電極からなるインクジェットヘッドにおいて、（１００）面方位のＳｉ単結晶基板を構成部材とし、該Ｓｉ単結晶基板の一方の面と他方の面のそれぞれに複数個の前記ノズルが等間隔に形成されている」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】
また、インク吐出性能の向上を図るものとして、「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２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−８４４９号公報（第３、４頁及び第２図）
【特許文献２】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】
【０００８】
特許文献１には、Ｓｉ単結晶基板の両面にインク吐出用ノズルを、Ｓｉ単結晶基板端面において千鳥状になるように配置、加工する基本的なプロセスでインクジェットヘッドを作成することが記載されている。このプロセスでは、Ｓｉ単結晶基板の両面加工によりノズル間隔を小さくすることができ、ノズル孔の高密度化を実現することが可能となっている。しかしながら、ノズル孔の高密度化を実現することはできるものの、アクチュエータとしてのインク吐出特性の向上を図るものではなかった。つまり、信頼性の高いインクジェットヘッドを形成するためには、更なる改良が課題として残っていた。
【０００９】
特許文献２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。
【００１０】
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】
【００１１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、インクノズルと、前記インクノズルに連通し、底壁が振動板となる圧力室とからなる液体流路が形成されたキャビティプレートと、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ガラス基板とを接合した積層基板の２つを、各振動板が前記圧力室に対して対称位置となるように前記キャビティプレート同士で接合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を抑制しつつ、圧力室の容量を増加させることができるので、吐出エネルギーを増大させ、インク吐出性能の向上を図ることができる。
【００１２】
本発明に係る液滴吐出ヘッド、前記インクノズルを、前記キャビティプレートの端面に開口させたことを特徴とする。したがって、インクノズルを圧力室と併せて加工することができるので、インクノズルのみを形成する製造工程を省略でき、製造工程の簡略化が実現できる。
【００１３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、前記インクノズルと連通するノズル孔を形成したノズル基板を前記キャビティプレートの端面側に接合させたことを特徴とする。したがって、インクノズル及びノズル孔を経由して、インク等の液滴を吐出することができ、液滴の吐出性能を更に向上させることができる。
【００１４】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、前記圧力室に対して対称位置となっている各振動板に対向する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、大きくした圧力室の容量を活用し、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、インクノズルと、前記インクノズルに連通し、底壁が振動板となる圧力室とからなる液体流路が形成されたキャビティプレートと、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ガラス基板とを接合して積層基板を形成し、前記積層基板の２つを、各振動板が前記圧力室に対して対称位置となるように前記キャビティプレート同士で接合させ、前記インクノズルを前記キャビティプレートの端面に開口させることを特徴とする。したがって、製造行程を複雑にすることなく、圧力室の容量を増大させることができるので、吐出エネルギーを増大させ、インク吐出性能の向上を図ることができる。    
【００１７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、各キャビティプレートと同一基板上にアライメントマークを形成し、前記アライメントマークを重ね合わせることで、前記キャビティプレート同士を接合させることを特徴とする。したがって、アライメントのための特別な行程を経ることなく、容易にアライメントマークを形成することができるとともに、高精度でアライメントすることが可能になる。
【００１８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記アライメントマークを、前記キャビティプレートの中心対称となる位置に少なくとも２つ以上形成することを特徴とする。したがって、積層基板の貼り合わせ精度を高いものとすることができ、インク等の液滴の吐出性能が高く、信頼性を高いものとすることができる。
【００１９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記アライメントマークを、赤外顕微鏡を使用して確認することを特徴とする。これによって、貼り合わせる基板それぞれの接合面側に形成されたアライメントマークを基板越しに視認することができ、貼り合わせ位置調整をより高精度にかつ容易に行うことができる。
【００２０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記積層基板の２つを接合した後、前記インクノズルと連通するノズル孔を形成したノズル基板を前記キャビティプレートの端面側に接合させることを特徴とする。したがって、インクの吐出性能を更に向上させることができる。
【００２１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記キャビティプレート同士を接合する前、各キャビティプレートに、インクリザーバと、前記インクリザーバに液滴を供給するためのインク取り入れ口を形成し、前記キャビティプレート同士を接合した後、一方のインク取り入れ口を塞ぐようにすることを特徴とする。したがって、同一行程で作製した積層基板を貼り合わせることができるので、製造行程の簡略化が実現する。
【００２２】
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】
【００２３】
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。この実施の形態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、インク液滴を基板の外周側面に設けられたノズル孔から吐出させるエッジエ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。なお、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。
【００２４】
図１及び図２に示すように、この液滴吐出ヘッド１００は、２つの電極ガラス基板４の間に、２つのキャビティプレート３が挟まれるように接合され、構成されている。この液滴吐出ヘッド１００は、電極ガラス基板４及びキャビティプレート３で構成された２つの静電アクチュエータ５０が、対向するようにキャビティプレート３側で貼り合わせられて構成されている。つまり、それぞれ２つの電極ガラス基板４とキャビティプレート３とが４層に積層されて構成されているのである。これらの対向配置される各静電アクチュエータ５０は、互いに略対称構造となるように形成されている。
【００２５】
なお、以下では、一方の静電アクチュエータ５０を中心に説明するが、特に断りのない限り、対向配置される他方の静電アクチュエータ５０も含んでいるものとする。また、たとえば、電極ガラス基板４とキャビティプレート３とはそれぞれ陽極接合により接合し、キャビティプレート３同士はエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合するとよい。さらに、液滴吐出ヘッド１００の電極ガラス基板４に形成する個別電極１１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。
【００２６】
［電極ガラス基板４］
電極ガラス基板４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、電極ガラス基板４がホウ珪酸ガラスで形成されている場合を例に示すが、電極ガラス基板４を単結晶シリコンで形成してもよい。この電極ガラス基板４の表面には、後述するキャビティプレート３の圧力室（吐出室）６の形状に合わせて複数のガラス溝１２が形成されている。また、このガラス溝１２の内部（特に底部）には、固定電極となる個別電極１１が、一定の間隔を有してキャビティプレート３の各圧力室６（振動板５）と対向するように作製されている。
【００２７】
このガラス溝１２は、その一部が個別電極１１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１１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１１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１１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１１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１１として説明するものとする。
【００２８】
電極ガラス基板４とキャビティプレート３とを接合すると、キャビティプレート３の接合面（振動板５）と個別電極１１との間には、振動板５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１２により形成されるようになっている。なお、電極ガラス基板４とキャビティプレート３と接合した後に、ギャップ５を封止するための封止材１３を形成するとよい（図２参照）。また、電極ガラス基板４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取り入れ口１４が設けられている。
【００２９】
さらに、電極ガラス基板４に作製される複数の個別電極１１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１１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１１の短辺が長辺に対して斜めに形成されており、個別電極１１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。なお、液滴吐出ヘッド１００の製造工程で詳細を説明するが、静電アクチュエータを対向配置させた際、いずれかの電極ガラス基板４に形成したインク取り入れ口１４を塞ぐようにしてもよい。
【００３０】
［キャビティプレート３］
キャビティプレート３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。このキャビティプレート３には、底壁が振動板５となる圧力室６が複数形成されている。この圧力室６は、個別電極１１の電極列に対応して形成されるようになっている。この複数の圧力室６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、キャビティプレート３には、各圧力室６にインク等の液滴を供給するためのインクリザーバ８となる凹部が形成されている。
【００３１】
このキャビティプレート３の全面には、振動板５と個別電極１１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、１μｍ成膜している。これは、振動板５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プレート３のエッチングを防止するためのものである。
【００３２】
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、キャビティプレート３にも、インク取り入れ口１４が設けられている（電極ガラス基板４に設けられたインク取り入れ口１４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５に個別電極１１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１０を備えている。
【００３３】
なお、振動板５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５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圧力室６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５を所望の厚さに形成することができる。
【００３４】
以上のように構成される電極ガラス基板４とキャビティプレート３とを接合することによって静電アクチュエータ５０が形成される。そして、静電アクチュエータ５０を構成するキャビティプレート３同士を接合することで、１つのインク流路が形成された液滴吐出ヘッド１００が完成する。各キャビティプレート３に形成した圧力室６及びインクリザーバ８で、１つのインク流路が形成されるようになっている。すなわち、各静電アクチュエータ５０は、振動板５が互いに対向する位置となるように、更には個別電極１１が各振動板５に対峙する位置になるように貼り合わせられるようになっているのである。
【００３５】
また、各静電アクチュエータ５０を貼り合わせた状態において、インクリザーバ８と圧力室６とを連通する部分には、インク供給口７が形成されるようになっている。さらに、各静電アクチュエータ５０を貼り合わせた状態において、圧力室６の一端（圧力室６のインクリザーバ８側ではない方の一端）には、インクノズル９が形成されるようになっている。なお、図１及び図２では、インクノズル９が直線的に形成されている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、段差を設けてインクノズル９を形成してもよく、テーパ状にインクノズル９を形成してもよい。
【００３６】
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及び図２に示すように、液滴吐出ヘッド１００は、２つの静電アクチュエータ５０をキャビティプレート３が向かい合うように接合し、各静電アクチュエータ５０に形成したインクリザーバ８、インク供給口７、圧力室６及びインクノズル９で１つのインク流路が形成されるようになっている。すなわち、液滴吐出ヘッド１００は、同形状に加工された静電アクチュエータ５０を、インク流路に対して対称配置させることによって、圧力室６を挟んで互いに対向する位置に振動板５が配置されるようになっており、圧力室６及びインクリザーバ８の容量を大きくしているのである。
【００３７】
次に、液滴吐出ヘッド１００の動作について説明する。インクリザーバ８には、インク取り入れ口１４を介して外部からインク滴が供給されている。また、圧力室６には、インク供給口７を介してインクリザーバ８からインク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１１には０Ｖ〜４０Ｖ程度のパルス電圧が印可され、その個別電極１１を正に帯電させる。ここでは、１つの圧力室６を挟んで互いに対向する位置に配置している振動板５を駆動する２つの個別電極１１に同期させてパルス電圧を印加する。
【００３８】
このとき、共通電極端子１０を介してキャビティプレート３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１１に対応する振動板５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１１と振動板５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５は、静電気力によって個別電極１１側に引き寄せられて撓むことになる。つまり、１つの圧力室６に対して２つの個別電極１１に対してパルス電圧を印加し、２つの振動板５を同時に駆動させ、このとき生じる圧力室６の容積変動によって、多くのインク滴をインク供給口７よりインクリザーバ８を介し、取り入れることができるようになっている。
【００３９】
その後、１つの圧力室６を挟んでいる振動板５に対応する２つの個別電極１１への電荷の供給を同期させて止めると、振動板５と個別電極１１との間の静電気力がなくなり、振動板５はその弾性力により元の状態に復元する。このとき、圧力室６の容積が急激に減少するため、圧力室６内部の圧力が急激に上昇する。これにより、圧力室６内のインクの一部がインク滴としてインクノズル９より吐出されることになる。インクノズル９から吐出されたインク滴が、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、インク滴がインクリザーバ８からインク供給口７を通じて圧力室６内に補給され、初期状態に戻る。
【００４０】
この実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１００は、２つの静電アクチュエータ５０のキャビティプレート３に形成した圧力室６を向かい合わせて接合するようにしているので、インクノズル９間のピッチの増大を抑制しつつ圧力室６の容量を大きくすることができる。それに伴って、その圧力室６を挟んでいる２つの振動板５を同期させて駆動するようにしているので、大きな容量を有する圧力室６からインクノズル９を介して吐出されるインク滴の吐出エネルギーを増加させることができる。
【００４１】
次に、液滴吐出ヘッド１００の製造工程について、キャビティプレート３の製造工程を中心に説明する。図３及び図４は、液滴吐出ヘッド１００の製造工程の一例を示した縦断面工程図である。なお、液滴吐出ヘッド１００の製造工程の中で、電極ガラス基板４の製造工程についても簡単に説明するものとする。また、キャビティプレート３、電極ガラス基板４及びキャビティプレート３と電極ガラス基板４とを接合した静電アクチュエータ５０の製造工程については、図３及び図４で図示するものに限定されるものではない。
【００４２】
液滴吐出ヘッド１００のキャビティプレート３となる、たとえば厚さ５２５μｍのシリコン基板３ａを用意する。このシリコン基板３ａの両面を鏡面研磨した後、シリコン基板３ａを熱酸化する（図３（ａ））。つまり、シリコン基板３ａの全面に、熱酸化装置であるプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によってＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）からなる厚さ約１μｍの絶縁膜２３を形成する。なお、この絶縁膜２３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。このボロンドープ層から振動板５を形成することにより、厚み精度の高い振動板５を形成することができる。
【００４３】
次に、シリコン基板３ａの片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絶縁膜２３の圧力室６となる部分６ａ及びインクリザーバ８となる部分８ａをパターニングする（図３（ｂ））。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℃）等によってアルカリエッチング）することにより、圧力室６となる部分６ａ及びインクリザーバ８となる部分８ａを所定の厚さになるまで選択的にエッチング加工する（図３（ｃ））。絶縁膜２３を保護膜とし、アルカリウエットエッチングにより圧力室６を形成するため、振動板５の加工形状精度を高くできるとともに、キャビティプレート３同士の貼り合わせ精度も高くできる。
【００４４】
それから、シリコン基板３ａの片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絶縁膜２３の共通電極端子１０を形成する部分１０ａをパターニングする。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℃）等によってアルカリエッチング）することにより、共通電極端子１０を形成する部分１０ａを所定の厚さになるまで選択的にエッチング加工する（図３（ｄ））。このとき、インクノズル９となる部分９ａ及びインク供給口７となる部分７ａも所定の厚さにエッチングするとよい。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に残った絶縁膜２３を全面剥離する（図３（ｅ））。
【００４５】
その後、シリコン基板３ａを再度熱酸化する（図４（ｆ））。つまり、シリコン基板３ａの全面に、熱酸化装置であるプラズマＣＶＤによってＴＥＯＳからなる厚さ約１００ｎｍの絶縁膜２２を形成する。それから、シリコン基板３ａに図示省略のエッチングマスクを重ね合わせ、絶縁膜２２を部分的にエッチング開口し、白金スパッタにより共通電極端子１０を形成する（図４（ｇ））。このようにシリコン基板３ａを加工して、キャビティプレート３を作製する。そして、キャビティプレート３と電極ガラス基板４との間に電圧をかけて陽極接合し、接合基板を作成することによって、静電アクチュエータ５０を形成する（図４（ｈ））。
【００４６】
液滴吐出ヘッド１００の電極ガラス基板４は、以下のように作製するとよい。まず、たとえば硼珪酸ガラス製のガラス基板（厚さ１ｍｍ程度）を用意する。このガラス基板の一方の表面にたとえばＣｒ／Ａｕ膜（クロム・金合金膜）をスパッタ等により形成する。次に、フォトリソ工程によりガラス溝１２に対応する形状にＣｒ／Ａｕ膜をパターニングする。そして、ガラス溝１２に対応する部分におけるＣｒ／Ａｕ膜をエッチングにより選択的に除去する。
【００４７】
それから、たとえばフッ酸水溶液でガラス基板をエッチングしてガラス溝１２を形成する。その後、Ｃｒ／Ａｕ膜をエッチングによりすべて除去し、全体にＩＴＯ膜をスパッタ等により成膜する。次に、フォトリソ工程によりＩＴＯ膜に個別電極１１に対応する形状をパターニングし、個別電極１１となる部分以外のＩＴＯ膜をエッチングにより除去して個別電極１１を形成する。そして、インク取り入れ口１４をダイヤモンドドリル等で穿孔して形成する。このようにガラス基板を加工して、電極ガラス基板４を作製するとよい。
【００４８】
キャビティプレート３と電極ガラス基板４とを陽極接合した後、電極ガラス基板４のガラス溝１２によって形成されるギャップ１５内にＨＭＤＳ（ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ：ヘキサメチルヂシラザン）ガスを充填させることにより気相処理し、樹脂等の封止材１３によりギャップ１５を封止する（図４（ｉ））。このようにして、キャビティプレート３と電極ガラス基板４とを接合させた静電アクチュエータ５０が完成する。そして、上記製造工程を経て形成された各積層基板（各静電アクチュエータ５０）をエポキシ樹脂等の接着剤を使用して貼り合わせる。このとき、各積層基板（ウエハ）の貼り合わせアライメントが問題となるが、このアライメントの問題は図５で詳細に説明するものとする。
【００４９】
以上のような製造工程を経て液滴吐出ヘッド１００が完成する。この液滴吐出ヘッド１００は、同じ製造工程を経て作製される各積層基板を貼り合わせて形成できるので、インクノズルを形成する製造工程を省略でき、製造工程の簡略化が実現できる。また、２つのキャビティプレート３に形成した圧力室６を向かい合わせて接合するようにしているので、圧力室６の容量を大きくすることができ、インクノズル９を介して吐出されるインク滴の吐出エネルギーを増加させることができる。さらに、キャビティプレート３の加工形状精度に優れているため、容易に対称構造の圧力室６を作製することができ、振動板５の挙動を比較的容易に同期させることができる。
【００５０】
図５は、ウエハ６０の貼り合わせアライメントを説明するための説明図である。図５に基づいて、ウエハ６０の貼り合わせアライメントについて詳細に説明する。図５（ａ）は、ウエハ６０を上面から見た際の平面図を、図５（ｂ）は、ウエハ６０を側面から見た際の断面透視図をそれぞれ示している。図５（ａ）に示すように、ウエハ６０の中心対称となる位置に２つのアライメントマーク４０が形成されている。つまり、アライメントマーク４０は、製品チップパターン５１（各液滴吐出ヘッド１００）が配置されている領域以外のウエハ６０の外周部に形成されているのである。
【００５１】
このアライメントマーク４０は、ウエハ６０に製品チップパターン５１をフォトリソパターニングする際、同一レイヤ（たとえば、キャビティプレート３）に形成することができる。そのため、アライメントマーク４０は、製品チップパターン５１に対し、ウエハ６０内での位置精度がきわめて高いものとすることができる。つまり、ウエハ６０を構成する同一レイヤに製品チップパターン５１とアライメントマーク４０とを形成するために、製品チップパターン５１に対してアライメントマーク４０が位置ズレすることがないのである。
【００５２】
アライメント方法は、図５（ｂ）に示すように、貼り合わせるそれぞれのウエハ６０（キャビティプレート３と電極ガラス基板４とを陽極接合させた積層基板）の各キャビティプレート３上に形成したアライメントマーク４０を赤外顕微鏡４１等で確認し、各キャビティプレート３に形成したアライメントマーク４０同士が重なり合うように、それぞれのウエハ６０の位置を調整することで行なうことができる。したがって、各ウエハ６０を高精度でアライメントすることができる。
【００５３】
なお、ここでは、アライメントマーク４０がウエハ６０の外周部に２箇所形成されている場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、ウエハ６０の外周部の少なくとも２箇所アライメントマーク４０が形成されていればよい。たとえば、ウエハ６０の外周部に中心対称となる位置であれば、２箇所以上にアライメントマーク４０を形成してもよい。また、アライメントマーク４０の確認を赤外顕微鏡４１で確認する場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、キャビティプレート３に形成したアライメントマーク４０を確認できるものであればよい。
【００５４】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド２００の断面構成を示す縦断面図である。図６に基づいて、液滴吐出ヘッド２００の構成について説明する。この実施の形態２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、インク液滴を基板の外周側面に設けられたノズル孔から吐出させるエッジエ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。なお、この実施の形態２では上述した実施の形態１との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００５５】
液滴吐出ヘッド２００は、キャビティプレート３と電極ガラス基板４との積層基板の側面にノズル基板３０を貼り合わせている点で、液滴吐出ヘッド１００と異なっている。このノズル基板３０には、インクノズル９と連通するノズル孔３１が形成されている。また、ノズル孔３１の流路断面形状は、円形状となっている。図６では、ノズル孔３１を直線的に形成した場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、ノズル孔３１を複数段に形成してもよく、テーパ状に形成してもよい。
【００５６】
液滴吐出ヘッド２００は、液滴吐出ヘッド１００と同様に、電極ガラス基板４及びキャビティプレート３で構成された２つの静電アクチュエータ５０が対向するようにキャビティプレート３側で貼り合わせられて構成されている。そして、キャビティプレート３に形成するインクノズル９は、ウエットエッチングにより作製するために、その流路断面の形状が多角形状となる。そこで、液滴吐出ヘッド２００は、流路断面の形状を円形状としたノズル孔３１を形成したノズル基板３０を貼り合わせることで、インク滴の吐出安定性の向上を図るようにしている。
【００５７】
ノズル基板３０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。ノズル基板３０には、キャビティプレート３の圧力室６と連通するインクノズル９と連通するノズル孔３１が形成されている。このノズル孔３１は、たとえばウエットエッチングやＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）放電によるドライエッチング等で形成することができる。各ノズル孔３１は、圧力室６及びインクノズル９から移送されたインク滴を外部に吐出するようになっている。このノズル孔３１は、たとえば円筒状の第１のノズル孔と、第１のノズル孔と連通し、第１のノズル孔よりも径の大きい円筒状の第２のノズル孔とで複数段に形成したり、テーパ状に形成したりするとよい。
【００５８】
ノズル基板３０の貼り合わせアライメントは、ノズル基板３０にアライメントマークを形成し、キャビティプレート３にアライメントマークを形成し、これらのアライメントマークを赤外顕微鏡４１等で確認し、これらのアライメントマーク同士が重なり合うように、位置を調整することで行なうことができる。また、ノズル基板３０の貼り合わせは、エポキシ樹脂等の接着剤を使用して実行することができる。このようにして液滴吐出ヘッド２００を構成するので、液滴吐出ヘッド１００のようにインク滴の吐出エネルギーを増加させることができるとともに、インク滴の吐出安定性を向上させることが可能になる。
【００５９】
実施の形態３．
図７は、実施の形態１の液滴吐出ヘッド１００又は実施の形態２の液滴吐出ヘッド２００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７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及び実施の形態２で得られた液滴吐出ヘッド２００は、圧力室６の容量を大きくしており、インクノズル９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。
【００６０】
なお、実施の形態１の液滴吐出ヘッド１００及び実施の形態２の液滴吐出ヘッド２００は、図７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の液滴吐出ヘッド１００及び実施の形態２の液滴吐出ヘッド２００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。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して示す分解斜視図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの断面構成を示す縦断面図である。
【図３】液滴吐出ヘッドの製造工程の一例を示した縦断面工程図である。
【図４】液滴吐出ヘッドの製造工程の一例を示した縦断面工程図である。
【図５】ウエハの貼り合わせアライメントを説明するための説明図である。
【図６】実施の形態２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７】液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
３  キャビティプレート、３ａ  シリコン基板、４  電極ガラス基板、４ａ  ガラス基板、５  振動板、６  圧力室、６ａ  圧力室となる部分、７  インク供給口、７ａ  インク供給口となる部分、８  インクリザーバ、８ａ  インクリザーバとなる部分、９  インクノズル、９ａ  インクノズルとなる部分、１０  共通電極端子、１０ａ  共通電極端子を形成する部分、１１  個別電極、１２  ガラス溝、１３  封止材、１４  インク取り入れ口、１５  ギャップ、１８  リード部、１９  端子部、２２  絶縁膜、２３  絶縁膜、３０  ノズル基板、３１  ノズル孔、４０  アライメントマーク、４１  赤外顕微鏡、５０  静電アクチュエータ、５１  製品チップパターン、６０  ウエハ、１００  液滴吐出ヘッド、１５０  液滴吐出装置、２００  液滴吐出ヘッド。
【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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