(57)【要約】【課題】面方位（１１０）のシリコン基板やアルカリ水溶液を使用するための複雑なプロセスや専用の設備が必要であり、面方位による設計上の制約が大きく、高精度な寸法制御を行うことが困難である。【解決手段】面方位（１００）のシリコン基板からなる流路板１は、ドライエッチングで流路部を形成して、液体が流れる連通管５、加圧形質６、流体抵抗部７、インク流入部１０の流路部にはシリコン面方位により形成されるテーパ面が存しない形状とした。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズルを形成したノズル形成部材と、前記ノズルが連通する加圧液室を形成するシリコンからなる流路形成部材とを有する液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路形成部材の液体が流れる流路部にはシリコン面方位により形成されるテーパ面が存しないことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路形成部材には前記ノズルと加圧液室とを連通する連通管が形成され、この連通管は液体流れ方向に垂直方向に断面形状が円形又は楕円形であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記連通管は、ノズル側の断面積が他方側の断面積よりも狭まっているテーパ形状又は断面積変化のない形状の断面を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記連通管はノズル側からドライエッチングで形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路形成部材が面方位（１００）のシリコン基板から形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記断面積が変化する流路の繋ぎ部が滑らかな曲線形状で形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを製造する方法であって、ウエットエッチング工程含まない加工工程で前記流路形成部材を加工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８】
請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを製造する方法であって、最表面のエッチングマスクパターンに金属マスクパターンを用いることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
インク滴を吐出させるインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、前記インクジェットヘッドが請求項１ないし８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項１０】
インク滴を吐出して画像を記録するインクジェット記録装置にいて、前記インク滴を吐出させる請求項１ないし８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド、又は請求項９に記載のインクカートリッジを備えている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】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド及びその製造方法、インクカートリッジ、インクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【特許文献１】特開平７−１２５１９８号公報
【特許文献２】特開平１０−１１９２６号公報
【特許文献３】特開平１０−１８９５３４号公報
【０００３】
【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は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路（吐出室、圧力室、加圧液室、加圧室、液室等とも称される。）と、このインク流路内のインクを加圧する駆動手段（圧力発生手段）とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。なお、液滴吐出ヘッドとしては例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。
【０００４】
インクジェットヘッドとしては、インク流路内のインクを加圧するエネルギーを発生する駆動手段として、圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、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、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のものなどが知られている。
【０００５】
これらの各種ヘッドの内でも、ノズル開口が形成されたノズルプレート（ノズル形成部材）と振動板とをスぺーサ（流路形成部材）の両面に接着して圧力室（液室）を形成し、振動板を圧電素子により変形させる方式のインクジェットヘッドは、インク滴を飛翔させるための駆動源として熱エネルギーを使用しないため熱によるインクの変質がなく、特に熱により劣化しやすいカラーインクを吐出させる上で利点がある。しかも、圧電振動子の変位量を調整してインク滴のインク量を自在に調節することが可能であるため、高品質なカラー印刷のためのインクジェット記録装置を構成するのに最適なヘッドである。
【０００６】
ところで、インクジェットヘッドは記録媒体上のドットをインク滴により構成する関係上、インク滴のサイズを小さくすることにより、極めて高い解像度での記録、印刷が可能である。
【０００７】
しかしながら、より品質の高いカラー印刷を行おうとすると一層高い解像度が要求されるため、圧電振動子や流路板の隔壁等のサイズが必然的に小さくなって、部材の加工や部材の組み立てに高い精度が要求される。そこで、ヘッドのインク供給部分を構成するノズル形成部材、流路形成部材、振動板のうち、流路形成部材については、適度な剛性を持ち比較的簡単な手法で微細な形状を高い精度で加工が可能なシリコン単結晶基板が用いられる。
【０００８】
具体的には面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を流路形成部材に用いて、ドライエッチングや水酸化カリウム溶液を用いたウェットエッチングにより圧電振動子の変位をインクに伝える加圧液室や加圧液室からノズルへの流路を形成するために流路板を貫通する連通管を形成する種々な技術や手法、またそれらにより達成できるインク流路形状が提案されている。
【０００９】
例えば、
【特許文献１】には圧力発生室を形成する通孔のノズル開口近傍の端部が互いに鈍角で接する５つの壁面で形成され、インク流れが滑らかなインク流
路形状を持つ流路板を備えたヘッドが開示されている。また、
【特許文献２】にはヘッドの他の構成部品との接着工法により、接着剤のメニスカス効果で気泡滞
留のないインク流路を有するヘッドが開示されている。さらに、
【特許文献３】にはウェットエッチング技術のみを利用してシリコン流路板に所定の形状を形成する製造方法が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の技術は、流路形成部材としては高価な面方位（１１０）のシリコン基板やアルカリ水溶液を使用するための複雑なプロセスや専用の高価な設備が必要であり、また、面方位による設計上の制約も大きくなるという課題がある。さらに、ウェットエッチングではヘッドの高解像度化に伴う微細なプロセスにおいては高精度な寸法制御を行うことが困難になっているという課題もある。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、流路形成部材の設計上の制約をなくし、面方位に依存することなく高精度かつ低コストで加工可能にした液滴吐出ヘッド及びその製造方法、このヘッドを一体化することで高い画像品質の記録を行うことができるインクカートリッジ、このヘッド又はインクカートリッジを搭載することで高品質画像を記録できるインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、シリコンからなる流路形成部材の液体が流れる流路部にはシリコン面方位により形成されるテーパ面が存しない構成とした。
【００１３】
ここで、流路形成部材にはノズルと加圧液室とを連通する連通管が形成され、この連通管は液体流れ方向に垂直方向に断面形状が円形又は楕円形であることが好ましい。この場合、連通管は、ノズル側の断面積が他方側の断面積よりも狭まっているテーパ形状又は断面積変化のない形状の断面を有することが好ましい。
【００１４】
また、連通管はノズル側からドライエッチングで形成されていることが好ましい。さらに、流路形成部材が面方位（１００）のシリコン基板から形成されていることが好ましい。さらにまた、断面積が変化する流路の繋ぎ部が滑らかな曲線形状で形成されていることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する方法であって、ウエットエッチング工程含まない加工工程で流路形成部材を加工する構成とした。また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法であって、最表面のエッチングマスクパターンに金属マスクパターンを用いる構成とした。
【００１６】
本発明に係るインクカートリッジは、インクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッドである構成とした。
【００１７】
本発明に係るインクジェット記録装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッド又はインクカートリッジを備えた構成とした。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。本発明の液滴吐出ヘッドの実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１ないし図３を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図３は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。
【００１９】
このインクジェットヘッドは、面方位（１００）の単結晶シリコン基板で形成した流路形成部材である流路板１と、この流路板１の下面に接合した振動板２と、流路板１の上面に接合したノズル板３とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル４が連通するノズル連通路（連通管）５を含むインク流路である加圧液室６、加圧液室６にインクを供給するための流体抵抗部７、共通液室８にインク供給口９を介して連通するインク流入部１０を形成している。これらのノズル４、ノズル連通路５、加圧液室６、インク供給路７は、それぞれ２列、千鳥状に配置している。
【００２０】
そして、振動板２の外面側（液室と反対面側）に各加圧液室６に対応して加圧液室６内のインクを加圧するための駆動手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１２を接合し、この圧電素子１２をベース基板１３に接合している。ベース基板１３はチタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性基板を用いている。
【００２１】
また、圧電素子１２の間には加圧液室６、６間の隔壁部に対応して支柱部１４を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子１２と支柱部１４して形成している。支柱部１４も構成は圧電素子１２と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
【００２２】
さらに、図示しないが振動板１２の外周部はフレーム部材１６に接着剤１７にて接合している。このフレーム部材１６には、共通液室８となる凹部、この共通液室８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１８を形成している。このフレーム部材１６は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【００２３】
ここで、流路板１は、後述するように、例えば結晶面方位（１００）の単結晶シリコン基板をドライエッチングして、連通管５、加圧液室６、インク供給路７、インク流入部１０となる凹部や穴部を形成したものである。
【００２４】
そして、流路板１のインクに接する面（液流路の壁面）となるノズル連通路５、加圧液室６、インク供給路７の各壁面には酸化膜、窒化チタン膜或いはポリイミドなどの有機樹脂膜からなる耐液性薄膜１１を成膜している。このような耐液性薄膜１１を形成することで、シリコン基板からなる流路板１がインクに対して溶出しにくく、また濡れ性も向上するため気泡の滞留が生じにくく、安定した滴吐出が可能になる。
【００２５】
振動板２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。
【００２６】
この振動板２は加圧液室６に対応する部分に変形を容易にするための厚みが２〜１０μｍの薄肉部（ダイアフラム部）２１及び圧電素子１２と接合するための厚肉部（島状凸部）２２を形成するとともに、支柱部１４に対応する部分及びフレーム部材１６との接合部にも厚肉部２３を形成し、平坦面側を流路板１に接着剤接合し、島状凸部２２を圧電素子１２に接着剤接合し、更に厚肉部２３を支柱部１４及びフレーム部材１６に接着剤１７で接合している。なお、ここでは、振動板２を２層構造のニッケル電鋳で形成している。この場合、ダイアフラム部２１の厚みは３μｍ、幅は３５μｍ（片側）としている。
【００２７】
ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板１に接着剤接合している。このノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。ここでは、電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成している。また、ノズル４の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成し、このノズル４の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとし、２列配置により３００ｄｐｉとしている。
【００２８】
また、ノズル板３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【００２９】
圧電素子１２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層３１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層３２とを交互に積層したものであり、内部電極３２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極３３、共通電極３４に電気的に接続したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子１２の伸縮により加圧液室６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子１２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子１２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。
【００３０】
なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極３３となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子１２で導通した共通電極３４となる。
【００３１】
そして、圧電素子１２の個別電極３３には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル３５を接続し、このＦＰＣケーブル３５には各圧電素子１２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）を接続している。また、共通電極３４は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル３５のグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。
【００３２】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子１２に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、圧電素子１２に積層方向の変位が生起し、振動板２を介して加圧液室６内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル４からインク滴が吐出される。
【００３３】
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室６内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室６内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室８に流入し、共通液室８からインク供給口９、インク流入部１０、流体抵抗部７を通り、加圧液室６内に充填される。
【００３４】
ここで、流体抵抗部７は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。この流体抵抗部７の流体抵抗値を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。
【００３５】
ここで、流路板１の流路形状の詳細について図４及び図５を参照して説明する。なお、図４（ａ）は実施形態に係る流路板の流路形状を説明する平面説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。図５（ａ）は比較例に係る流路板の流路形状を説明する平面説明図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。比較例としては、面方位（１１０）のシリコン基板を使用して、ウェットエッチングにより流路を形成した。
【００３６】
図５に示す比較例の流路板５０１は、流体抵抗部５０７などの流路断面形状に変化がある流路を形成した場合、液体（インク）が流れる流路部、すなわちインク流入部５１０と流体抵抗部５０７の繋ぎ目６０１や流体抵抗部５０７と加圧液室５０６の繋ぎ目６０２、インク流入部５１０の他端側の角部６０３などに面方位（１１１）のテーパ面が形成されるため、流路板５０１と振動板５０２とで形成される部位６０５に鋭角な空間が形成され、これが気泡の停滞やスムーズな液流れを阻害する要因になる。なお、流路板５０１にはノズル板５０３が接合されている。
【００３７】
これに対し、図４に示す本発明に係る流路板１は、液体（インク）が流れる流路部、すなわちインク流入部１０、流体抵抗部７、加圧液室６、連通管５にはシリコン面方位により形成されるテーパ面が存しない流路形状となっている。したがって、流路板１と振動板２とで形成される部位６５が垂直形状となるので、気泡の停滞は発生せずスムーズな液流れを得ることができる。
【００３８】
次に、流路板１の連通管形状について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６は実施例に係る流路板の連通管形状を説明する模式的説明図、図７は比較例に係る流路板の連通管形状を説明する模式的説明図である。比較例としては、面方位（１１０）のシリコン基板を使用してウェットエッチングのみ又はドライエッチングとウェットエッチングの併用により連通管を形成した。
【００３９】
図７に示す比較例の流路板５０１の連通管５０５の形状（連通管形状）は、面方位（１１０）面に囲まれた平行四辺形になる。この平行四辺形の連通管５０５では鋭角コーナー部６０６によりノズル板５０３との接着面５０１ａに塗布された接着剤が毛細管現象により連通管５０５内に入り込むことがある。
【００４０】
これに対し、図６に示す本発明に係る流路板１の連通管５はドライエッチングのみで円形形状に形成している。したがって、この円形状の連通管５においては毛細管現象は発生せず、ノズル板３との接着面１ａに塗布された接着剤が毛細管現象により連通管５内に入り込むことがなくなる。
【００４１】
次に、ドライエッチングで形成する連通管形状について図８及び図９を参照して説明する。図８は本発明の実施形態に係る連通管形状を説明する模式的説明図、図９は比較例に係る連通管形状を説明する模式的説明図である。
【００４２】
図９に示す比較例は、コーナー部を持つ形状の連通管５１５をドライエッチングでエッチングした場合であり、このようにエッチング形状にコーナー部がある場合エッチング条件によってはエッチングプラズマの集中によりコーナー部５１６がマスク形状にない形状に仕上がることがあり、エッチングの最適条件出しが困難である。
【００４３】
これに対し、図８に示す本発明の実施形態に係る流路板１の連通管５は円形形状（又は楕円形状でもよい。）に形成しているので、エッチングプラズマの局部集中はなくマスク通りの形状に仕上げることができる。すなわち、液の流れ方向に垂直な方向で、円形又は楕円形の断面形状とすることで、エッチングの深さに依存することなく均一な断面形状を得やすくなり、連通管が均一な断面形状を有することで円滑なインク流れを得ることができる。
【００４４】
次に、連通管の形状と液流れ方向及びエッチング方向の関係について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は本発明に係る連通管形状の異なる例を説明する模式的説明図、図１１はエッチング方向と液流れ方向の関係を説明する説明図である。
【００４５】
図１０（ａ）に示す連通管形状はノズル側の開口５ａの断面積を加圧液室側の開口５ｂの断面積よりも小さくした例である。また、図１０（ｂ）はノズル側の開口５ａの断面積と加圧液室側の開口５ｂの断面積を略同じにした例である。
【００４６】
図１０（ｂ）に示すような連通管形状にすることで、連通管側面とノズル面とで形成される空間は９０°以上の鈍角となり、液流れに対し気泡の停滞をなくすことができ、気泡排出性が向上する。この形状を得るために、図１１（ａ）に示すように、加圧液室側から連通管をエッチングする場合は、エッチングは順テーパの条件を選択する必要がある。これについてのプロセスフローは後述する。
【００４７】
これに対し、図１１（ｂ）に示すように、ノズル面側からエッチングする場合には、エッチングは逆テ−パの条件を選択する必要がある。シリコンの深掘りエッチングにおいては逆テーパプロフィルは、高いエッチングレートや安定したプロセスが望めるので、エッチングプロセスタイムの短縮や歩留まり向上につながり、加工コストの低減が図れる。また、プロセスの再現性もよいことから高精度の加工も容易である。
【００４８】
すなわち、シリコンのドライエッチングにおいて高エッチングレートや再現性のある安定したプロセスを達成するにはエッチング進行方向にエッチング断面積が広がるエッチング性の強い逆テーパ形状にするのが有効である。したがって、ノズル面側からエッチングを行い、流路板の連通管の断面形状においても逆テーパ形状（ノズル側開口が加圧液室側開口よりも断面積が小さい形状）にすることにより、シリコンドライエッチングの高エッチレート及び安定したプロセスが達成でき、これにより低コストな流路板を製造することができる。
【００４９】
次に、流体抵抗部の平面形状について図１２及び図１３を参照して説明する。なお、図１２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る流路形状の異なる例を説明する平面説明図、図１３は比較例にかかる流路形状を説明する平面説明図である。比較例は面方位（１１０）のシリコン基板をウエットエッチングして形成した。
【００５０】
図１３に示す比較例の流体抵抗部の平面形状は、ウェットエッチングでは加工面に必ずシリコンの結晶面が現れるため、流路部の一部を絞った流体抵抗部５０７を形成するためには繋ぎ目６０７に角部が必ず現れ、この角部が乱流や気泡のトラップなどのスムーズな液流れを阻害する要因となる。
【００５１】
これに対し、図１２（ａ）〜（ｃ）に示す本発明に係る流体抵抗部の平面形状は、流路板の全ての加工をドライエッチのみで行なうことにより、流路部に角部がなく滑らかな曲線で形成される流路形状６７を形成することができる。このような流路形状においては、乱流や気泡のトラップはなく、スムーズな液流れを達成することができる。なお、この滑らかな流路形状は流体抵抗部が流路板を貫通していても貫通していなくても達成することができる。
【００５２】
次に、本発明に係る製造方法を含むインクジェットヘッドの製造工程の第１例について図１４及び図１５を参照して説明する。
先ず、図１４（ａ）に示すように、面方位（１００）で厚さ４００μｍのシリコン基板１０１を用意し、厚さ０．１μｍのシリコン熱酸化膜１０２ａ、１０２ｂ及び厚さ０．６μｍのＡｌスパッタ膜１０３ａ、１０３ｂを形成する。この１０２を形成した。このＡｌスパッタ膜１０３ａ、１０３ｂは、シリコンドライエッチング時にマスク膜として高い選択性を有するが、その他ＣｒやＷＳｉなどの同様高い選択性を示す他のメタル膜でもよい。
【００５３】
このように、最表面マスクとして硬度の高い金属マスクを使用することにより、製造中におけるウェハ搬送中時に発生し易い裏面接触による裏面キズの発生を低下させることができる。また、後述するＩＣＰエッチングのシリコン基板貫通のためのエッチングストップ膜となるため、シリコン基板を貫通させたとき、ＩＣＰエッチャーのプラズマからＩＣＰエッチャー電極表面を保護する保護膜としての役目を果たすことができる。
【００５４】
そして、同図（ｂ）に示すように、Ａｌスパッタ膜１０３ａ、１０３ｂ上にレジストパターニング１０４ａ、１０４ｂを形成し、その後、メタルドライエッチャーにてＡｌスパッタ膜１０３ａ、１０３ｂをエッチングし、Ａｌマスク膜パターン１０５ａ、１０５ｂを形成する。
【００５５】
次いで、同図（ｃ）に示すように、フッ酸によるウェットエッチングにより熱酸化膜をエッチングすることにより加圧液室面に流路パターン１０６、ノズル面にダミー液室パターン１０７を形成する。
【００５６】
次に、一旦レジスト除去を行い、その後、同図（ｄ）に示すように、加圧液室面に連通管形状の厚膜レジストパターニング１０８を形成し、これをマスクにドライエッチングを行って、シリコン基板１０１に連通管部１０９を形成する。このときのエッチングの深さは、以後の工程で実施する液室の深さに依存するが、例えば、液室深さ９０μｍとした場合には、ドライエッチングの面内均一性や基板厚みバラツキを考慮して３２０〜３４０μｍ程度とする。
【００５７】
その後、図１５（ａ）に示すように、レジスト除去を行なった後、同図（ｂ）に示すように、Ａｌマスク膜パターン１０５ａ、１０５ｂをマスクとして、液室深さ分のドライエッチングを行う。これにより、シリコン基板１０１の加圧液室面側に所定の流路パターン１１１が形成される。また、連通管部１０９は前記のエッチングに加えてエッチングが進行し、エッチングはシリコン基板１０１を貫通し、これにより連通管部１１２が完成する。
【００５８】
このとき、エッチングはある程度のオーバーエッチが必要であり、これによりシリコン基板１０１裏面の薄い酸化膜１０２ｂも貫通する。しかし、最表面のＡｌマスク膜パターン１０５ａ、１０５ｂはドライエッチングに対し高い選択性を有するため、Ａｌマスク膜パターン１０５ａ、１０５ｂでエッチングをストップさせることができ、これによりシリコン基板１０１の貫通孔からエッチング装置のウェハステージへプラズマが直接照射されることを防ぐことができる。また、このドライエッチングにおいて順テ−パプロファイルもしくは垂直形状でエッチングすることにより、気泡排出性のよい連通管形状が得られる。
【００５９】
次に、同図（ｃ）に示すように、ノズル面側についても前記同様にＡｌマスク膜パターン１０４ｂをマスクに所定の深さにＩＣＰドライエッチングを行ないダミー液室部１１３を形成する。
【００６０】
そして、同図（ｄ）に示すように、熱リン酸及びフッ酸でのウェットエッチングによりＡｌマスク膜パターン１０４ａ、１０４ｂ及び熱酸化膜１０２ａ、１０２ｂを全面除去する。これによりシリコン基板１０１の流路板１が完成する。
【００６１】
次に、本発明に係る製造方法を含むインクジェットヘッドの製造工程の第２例について図１６及び図１７を参照して説明する。
先ず、図１６（ａ）に示すように、面方位（１００）で厚さ４００μｍのシリコン基板１２１を用意し、厚さ０．１μｍのシリコン熱酸化膜１２２ａ、１２２ｂ及び厚さ０．６μｍのＡｌスパッタ膜１２３ａ、１２３ｂを形成する。このＡｌスパッタ膜１２３ａ、１２３ｂは、シリコンドライエッチング時にマスク膜として高い選択性を有するが、その他ＣｒやＷＳｉなどの同様高い選択性を示す他のメタル膜でもよい。
【００６２】
そして、同図（ｂ）に示すように、Ａｌスパッタ膜１２３ａ、１２３ｂ上にレジストパターニング１２４ａ、１２４ｂを形成し、その後、メタルドライエッチャーにてＡｌスパッタ膜１２３ａ、１２３ｂをエッチングし、Ａｌマスク膜パターン１２５ａ、１２５ｂを形成する。
【００６３】
次いで、同図（ｃ）に示すように、フッ酸によるウェットエッチングにより熱酸化膜をエッチングすることにより加圧液室面に流路パターン１２６、ノズル面にダミー液室パターン１２７及び連通管パターン１２８を形成する。
【００６４】
次に、一旦レジスト除去を行い、その後、同図（ｄ）に示すように液室面に厚膜のレジストパターニング１２９を形成し、これをマスクにドライエッチングを行ってシリコン基板１２１に液室パターン１３０を形成する。このときのドライエッチングの深さは液室の深さ、例えば９０μｍとする。
【００６５】
さらに、再度レジスト除去を行ない、その後、図１７（ａ）に示すように、ノズル面に厚膜のレジストパターニング１３１を行い、これをマスクにドライエッチングを行いシリコン基板１２１に連通管パターン１３２を形成する。このドライエッチングにおいては逆テーパのエッチングプロファイルの条件を選択する。また、エッチング深さは、以後の工程で実施するダミー液室の深さに依存するが、例えばダミー液室の深さを９０μｍとした場合には、ドライエッチングの面内均一性や基板厚みバラツキを考慮して３２０〜３４０μｍ程度とする。
【００６６】
次に、同図（ｂ）に示すように、再度レジスト除去を行ない、その後同図（ｃ）に示すように、ノズル面において最表面のＡｌマスク膜パターン１２３ａ、１２３ｂをマスクにして、前記と同様に逆テーパのエッチングプロファイルの条件を選択し再度ドライエッチングを行う。このときのエッチング深さはダミー液室の深さ、例えば９０μｍとする。
【００６７】
これにより、ダミー液室パターン１３３が形成され、更に連通管部は前記のエッチングに加えエッチングが進行し、エッチングはシリコン基板１２１を貫通し液室面の酸化膜１２２ｂまで達し、これにより最終的に連通管部１３４が完成する。このとき、エッチングプロファイルは逆テーパ形状となっているため連通管部は、ノズル側の開口断面積が振動板側の開口断面積より狭まっているテーパ形状となり、気泡停滞のない連通管形状を得ることができる。この逆テーパ形状はドライエッチングにおいては高レート化やプロセスの安定性に面でも優れており、これにより寸法精度のよい流路板を安価に作製できる。
【００６８】
その後、同図（ｄ）に示すように、熱リン酸及びフッ酸でのウェットエッチングによりＡｌマスク膜パターン１２５ａ、１２５ｂ及び熱酸化膜１２２ａ、１２２ｂを全面除去する。これにより、シリコン基板１２１の流路板１が完成する。
【００６９】
このように、シリコン流路板の加工を全てドライエッチングで行うことにより、水酸化カリウム槽などのウェットエッチング設備が不要となり生産設備コストを下げることができる。また、ドライエッチングにおいてはシリコン基板の面方位に制限がないため基板コストを大幅に下げることができ、更には面方位によらない設計ができる利点がある。
【００７０】
また、ウェットエッチングを使用する場合には結晶方位とマスクパターンのずれ、基板の格子欠陥なども加工精度に大きな影響があり、等方性エッチングのためマスク材と基板との界面にアンダーエッチが入りやすいなどの面から加工精度が低くなるに対して、ドライエッチングにおいては異方性エッチングを達成できるため高精度の加工を達成することができる。
【００７１】
上記本発明に係る液滴吐出ヘッドの実施形態においては、圧力発生手段として積層型圧電素子を用いた例で説明しているがこれに限るものではなく、例えば図１８ないし図２０に示すように、その他の圧力発生手段を用いるヘッドにも本発明を適用することができる。
【００７２】
すなわち、図１８に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に薄膜圧電素子１９１を用いたヘッドである。また、図１９に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に所定のギャップを置いて対向する電極１９２を設けた電極基板１９３を備え、振動板２と電極１９２との間で静電力を発生させることで振動板２を電極１９２側に変形させる静電型ヘッドである。さらに、図２０に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に代えて電極基板１９４を接合し、この電極基板１９４の加圧液室６側にインクを加熱して膜沸騰で気泡を発生させる発熱抵抗体１９５を配設したサーマル型ヘッドである。
【００７３】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドとインクタンクとを一体化したインクカートリッジについて図２１を参照して説明する。
このインクカートリッジ（インクタンク一体型ヘッド）２００は、ノズル孔２０１等を有する上記実施形態のインクジェットヘッド２０２と、このインクジェットヘッド２０２に対してインクを供給するインクタンク２０３とを一体化したものである。
【００７４】
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの信頼性はただちに全体の信頼性につながるので、上述したように滴噴射特性のバラツキが少なく、噴射不良が生じないインクジェットヘッドを一体化することで、全体の歩留まりが向上して低コスト化を図れ、また、信頼性が向上する。
【００７５】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドからなる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一例について図２２及び図２３を参照して説明する。なお、図２２は同記録装置の斜視説明図、図２３は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００７６】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体２１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２１２等を収納し、装置本体２１１の下方部には前方側から多数枚の用紙２１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）２１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙２１３を手差しで給紙するための手差しトレイ２１５を開倒することができ、給紙カセット２１４或いは手差しトレイ２１５から給送される用紙２１３を取り込み、印字機構部２１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ２１６に排紙する。
【００７７】
印字機構部２１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド２２１と従ガイドロッド２２２とでキャリッジ２２３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ２２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド２２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ２２３にはヘッド２２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ２２５を交換可能に装着している。なお、上述したインクタンク一体型ヘッドである本発明に係るインクカートリッジを搭載するようにすることもできる。
【００７８】
インクカートリッジ２２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００７９】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド２２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００８０】
ここで、キャリッジ２２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド２２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド２２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ２２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ２２７で回転駆動される駆動プーリ２２８と従動プーリ２２９との間にタイミングベルト２３０を張装し、このタイミングベルト２３０をキャリッジ２２３に固定しており、主走査モーター２２７の正逆回転によりキャリッジ２２３が往復駆動される。
【００８１】
一方、給紙カセット２１４にセットした用紙２１３をヘッド２２４の下方側に搬送するために、給紙カセット２１４から用紙２１３を分離給装する給紙ローラ２３１及びフリクションパッド２３２と、用紙２１３を案内するガイド部材２３３と、給紙された用紙２１３を反転させて搬送する搬送ローラ２３４と、この搬送ローラ２３４の周面に押し付けられる搬送コロ２３５及び搬送ローラ２３４からの用紙２１３の送り出し角度を規定する先端コロ２３６とを設けている。搬送ローラ２３４は副走査モータ２３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００８２】
そして、キャリッジ２２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２３４から送り出された用紙２１３を記録ヘッド２２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２３９を設けている。この印写受け部材２３９の用紙搬送方向下流側には、用紙２１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ２４１、拍車２４２を設け、さらに用紙２１３を排紙トレイ２１６に送り出す排紙ローラ２４３及び拍車２４４と、排紙経路を形成するガイド部材２４５，２４６とを配設している。
【００８３】
記録時には、キャリッジ２２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２２４を駆動することにより、停止している用紙２１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙２１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙２１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙２１３を排紙する。
【００８４】
また、キャリッジ２２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド２２４の吐出不良を回復するための回復装置２４７を配置している。回復装置２４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ２２３は印字待機中にはこの回復装置２４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド２２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００８５】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド２２４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００８６】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、噴射特性のバラツキが少なく、高速高画質記録を行うことができるようになる。
【００８７】
なお、上記実施形態においては、本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液体の滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド、遺伝子分析試料を吐出する液滴吐出ヘッドなどにも適用することできる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、シリコンからなる流路形成部材の液体が流れる流路部にはシリコン面方位により形成されるテーパ面が存しない構成としたので、流路形成部材の設計上の制約がなくなり、面方位に依存することなく高精度かつ低コストで加工を行うことができるようになる。
【００８９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、ウエットエッチング工程含まない加工工程で流路形成部材を加工するので、流路形成部材の設計上の制約がなくなり、面方位に依存することなく高精度かつ低コストで加工を行うことができる。
【００９０】
本発明に係るインクカートリッジによれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとインクタンクを一体化したので高い画像品質で画像を記録できるようになる。
【００９１】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッド又はインクカートリッジである構成としたので高品質画像を記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液滴吐出ヘッドの実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図２】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図３】同ヘッドの液室短手方向に沿う要部断面説明図
【図４】本発明に係る流路板の流路形状の説明に供する平面説明図及び断面説明図
【図５】比較例に係る流路板の流路形状の説明に供する平面説明図及び断面説明図
【図６】本発明に係る流路板の連通管形状の説明に供する模式的説明図
【図７】比較例に係る流路板の連通管形状の説明に供する模式的説明図
【図８】本発明に係る流路板の連通管形状の説明に供する模式的説明図
【図９】比較例に係る流路板の連通管形状の説明に供する模式的説明図
【図１０】本発明に係る流路板の連通管形状の異なる例の説明に供する模式的説明図
【図１１】エッチング方向及び液流れ方向の説明に供する説明図
【図１２】本発明に係る流路板の流路形状の異なる例の説明に供する模式的平面説明図
【図１３】本発明に係る流路板の流路形状の説明に供する模式的平面説明図
【図１４】本発明に係る製造方法を含む製造工程の第１例を説明する説明図
【図１５】図１４に続く工程を説明する説明図
【図１６】本発明に係る製造方法を含む製造工程の第２例を説明する説明図
【図１７】図１６に続く工程を説明する説明図
【図１８】本発明に係る液滴吐出ヘッドの他の例を示すヘッドの液室長手方向に沿う要部断面説明図
【図１９】本発明に係る液滴吐出ヘッドの更に他の例を示すヘッドの液室長手方向に沿う要部断面説明図
【図２０】本発明に係る液滴吐出ヘッドの更にまた他の例を示すヘッドの液室長手方向に沿う要部断面説明図
【図２１】本発明に係るインクカートリッジの説明に供する斜視説明図
【図２２】本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図
【図２３】同記録装置の機構部の側面説明図
【符号の説明】
１…流路板、２…振動板、３…ノズル板、４…ノズル、５…連通管、６…加圧液室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０…インク流入部、１０１、１２１…シリコン基板、１０３ａ、１０３ｂ、１２３ａ、１２３ａ…Ａｌスパッタ膜、２００…インクカートリッジ、２１４…記録ヘッド。
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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