(57)【要約】【課題】本発明は、シリコン基板をエッチングしてノズルを形成する際に、シリコン基板の厚さを有効に利用でき、かつノズルの加工精度を低下させることなくインクジェットヘッドのノズルを形成する方法を提供することを課題とする。【解決手段】シリコン基板をエッチングすることにより、ノズルを形成するインクジェットヘッドのノズル形成方法において、小断面のノズルを前記シリコン基板の一方の面からドライエッチングで形成し、大断面のノズルと、該大断面のノズルに連通するインク室と、圧力室と、インク溜め部と、該インク溜め部から前記圧力室にインクを供給するインク供給路とを備えたチャンバプレートの前記インク室断面の一部分を前記シリコン基板の他方の面からドライエッチングして、前記小断面のノズルと連通させてノズルを形成する。【選択図】　図１
2004106199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板をエッチングすることにより、ノズルを形成するインクジェットヘッドのノズル形成方法において、小断面のノズルを前記シリコン基板の一方の面からドライエッチングで形成し、大断面のノズルと、該大断面のノズルに連通するインク室と、圧力室と、インク溜め部と、該インク溜め部から前記圧力室にインクを供給するインク供給路とを備えたチャンバプレートの前記インク室断面の一部分を前記シリコン基板の他方の面からドライエッチングして、前記小断面のノズルと連通させてノズルを形成することを特徴とするインクジェットヘッドのノズル形成方法。
【請求項２】
シリコン基板をエッチングすることにより、ノズルを形成するインクジェットヘッドのノズル形成方法において、前記シリコン基板の一方の面に形成される小断面のノズルの周縁部に環状凹部を少なくとも１個以上をドライ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ノズル形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、インク滴を飛翔させて記録紙などに文字や画像の記録を行うインクジェットヘッドの形成方法に関するものである。さらに詳しくは、シリコン基板にエッチングを施して、ノズルプレートを形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェットプリンタには高速・高解像度な印刷が要求されており、インクジェットヘッドの構成部品の形成方法にマイクロマシン分野の加工技術であるシリコン基板のより精密でより微細な加工が用いられている。このため、シリコン基板にエッチングを施すことにより微細な構造体を形成する方法が数多く提案されている。更に、シリコン基板にエッチングを施してノズルを形成する方法が提案されている。この一例として、ノズルが形成される部分のシリコン基板をウェットエッチングで凹部を形成してノズル断面の厚さを調整してからノズルを形成しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ノズルを形成してからノズル部のシリコン基板をウェットエッチングで凹部を形成してノズル断面の厚さを調整しているものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３１５４６１号公報（第４−５頁、図２）
【特許文献２】
特開平１１−２８８２０号公報（第４−５頁、図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ノズルプレートにシリコン基板を用いる場合には、上記のようにノズル部のシリコン基板に凹部を形成してノズル断面の厚さを薄くしなければならない。何故なら金属や樹脂でできているノズルプレートは、板厚が５０μｍから１００μｍ程度のものが用いられているのが通常で、これをシリコン基板に置きかえる場合、シリコン基板は脆性材料であるため金属や樹脂と同等の板厚では取り扱い上極めて困難であり、作業性を考慮するとその厚さは１５０μｍ以上は必要である。
そのため、従来の技術ではノズル部のシリコン基板の厚さを薄くするためにシリコン基板をエッチングで凹部を形成して薄くしなければならず、シリコン基板の厚さを十分に有効利用されていなかった。また、特開平１０−３１５４６１号公報のようにノズルを形成する前にノズル部のシリコン基板に凹部を形成してノズル断面の厚さを薄くしてしまうとシリコン基板表面に段差が生じてしまい、ノズルを形成するためのエッチングマスクをパターンニングするフォトリソ工程において、この段差によりフォトマスクを密着させることができないためにパターニング精度が低下し、形成されるノズルはノズル開口面の精度が低下してしまい、インク滴の吐出曲がりやインク吐出の応答性が低下するという問題点を抱えている。また、特開平１１−２８８２０号公報のようにノズルを形成した後にノズル部のシリコン基板に凹部を形成してノズル断面の厚さを薄くすると、精度の良いノズルを形成してもノズルと凹部が連通した時にノズルの開口エッジがサイドエッチングされてしまい、特開平１０−３１５４６１号公報と同じようにノズルの開口面の精度が低下してしまい、インク滴の曲がりやインク吐出の応答性が低下するという問題点を抱えている。
【０００６】
また、図５に従来のノズル形成方法で形成したノズルプレートを用いたインクジェットヘッドの概略断面図を示す。従来の方法で形成されたノズル部は、ノズルの厚さを調整するためにノズル部のシリコン基板をエッチングで凹部を形成してノズル断面の厚さを薄くしているため、小断面のノズルの開口面がシリコン基板の表面から凹んだ位置に形成されている。このようなノズルではノズルの清掃を行うワイピングでノズルに付着した紙紛などのゴミを取り除くことができず、ノズルの目詰まりが発生してしまい、インク滴の吐出信頼性が低下してしまうという問題も抱えていた。
【０００７】
本発明は、このような弊害を伴うことなくシリコン基板の厚さを有効に利用し、かつノズルを精度良く形成することのできるインクジェットヘッドのノズル形成方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、シリコン基板をエッチングすることにより、ノズルを形成するインクジェットヘッドのノズル形成方法において、小断面のノズルをシリコン基板の一方の面からドライエッチングで形成し、大断面のノズルと、前記大断面のノズルに連通するインク室と、圧力室と、インク溜め部と、前記インク溜め部から前記圧力室にインクを供給するインク供給路とを備えたチャンバプレートのインク室断面の一部分をシリコン基板の他方の面からドライエッチングして、小断面のノズルと連通させてノズルを形成することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明のインクジェットヘッドのノズル形成方法について説明する。図１に本発明で形成したノズルプレート２を適用したインクジェットヘッドの概略断面図を示す。本発明ではインク滴を吐出させる駆動源を圧電体素子５のヘッドに適用したが、別の駆動源や異なるヘッド構造のインクジェットヘッドにも適応可能である。
【００１０】
図１を参照して説明すると、本発明のインクジェットヘッドは、シリコン基板からなるノズルプレート２と、同じくシリコン基板からなるチャンバプレート３と、ポリイミドなどの樹脂からなる振動板４を接着剤でそれぞれを接着積層して構成されている。チャンバプレート３にはシリコン基板をフルエッチングして形成されるノズルに連通する複数の第１のインク室３１とインク溜め部３４、そしてハーフエッチングで形成される圧力室３２とインク溜め部３４から圧力室３２にインクを供給するインク供給路３３が形成されている。なお、本発明のインク供給路３３はその中央にエッチングされない島部を残して形成しているため、インク供給路３３は２本の細い溝に形成されている。
【００１１】
そして、ノズルは小断面のノズル２１と大断面のノズル２２が階段状に形成されており、小断面のノズル２１の開口面がシリコン基板と同一表面に形成されている。そして、シリコン基板の他方の面側にはチャンバプレート３に形成されている第１のインク室３１と同一断面形状の第２のインク室２３が形成されている。
【００１２】
図２に本発明のインクジェットヘッドのノズル形成プロセスを示す。以下、図２を参照しながらノズルの形成方法を説明する。ノズルの形成プロセスは大きく分けて２つのプロセスからなっており、まずシリコンウェハの一方の面に小断面のノズル２１を形成方法について説明する。なお、シリコン基板１には厚さが２００μｍのシリコンウェハを用いた。
工程（Ａ）：まず、シリコンウェハを熱酸化させて、厚さが１μｍの熱酸化膜であるＳｉＯ２７を形成する。
工程（Ｂ）：次に、フォトリソによりＳｉＯ２７を小断面のノズル２１をエッチングするためのエッチングパターンを形成する。
工程（Ｃ）：次に、ドライエッチングをシリコンウェハ全面に施す。これにより、エッチングパターンに対応した形状で、シリコンウェハの表面から垂直にエッチングされて小断面のノズル２１を形成する。本発明においては小断面のノズル２１の垂直方向の深さは２０μｍとした。
工程（Ｄ）：そして、ＳｉＯ２７を除去して、小断面のノズル２１の形成が完了する。
【００１３】
次に、シリコンウェハの他方の面に形成する大断面のノズル２２と第２のインク室２３の形成プロセスに移る。ここで、シリコンウェハは反転される。
工程（Ｅ）：まず、小断面のノズル２１が形成されたシリコンウェハを熱酸化させて、厚さが１μｍの熱酸化膜であるＳｉＯ２７を再度形成する。
工程（Ｆ）：次に、フォトリソによりＳｉＯ２７を第２のインク室２３をエッチングするためのエッチングパターンを形成する。
工程（Ｇ）：次に、パターンニングされたＳｉＯ２７上にアルミのスパッタ膜８を形成する。
工程（Ｈ）：次に、フォトリソによりアルミのスパッタ膜８を大断面のノズル２２をエッチングするためのエッチングパターンを形成する。
工程（Ｉ）：そして、ドライエッチングをシリコンウェハ全面に施す。これにより、工程（Ｈ）で形成したアルミのスパッタ膜８のエッチングパターンに対応した形状で、シリコンウェハの表面から垂直にエッチングされて大断面のノズル２２を形成する。本発明においては大断面のノズル２２の垂直方向の深さは８０μｍとした。
工程（Ｊ）：次に、アルミのスパッタ膜８を除去する。
工程（Ｋ）：そして、再度ドライエッチングをシリコンウェハ全面に施す。これにより、工程（Ｆ）で形成したＳｉＯ２７のエッチングパターンに対応した形状で、シリコンウェハの表面から垂直にエッチングされて第２のインク室２３を形成する。本発明においては第２のインク室２３の垂直方向の深さは１００μｍとした。なお、先にドライエッチングで形成されてある大断面のノズル２２も同時にエッチングされ、シリコンウェハの一方の面のＳｉＯ２７に達する。
工程（Ｌ）：そして、ＳｉＯ２７を除去することにより、一方の面に形成した小断面のノズル２１と他方の面から形成した大断面のノズル２２が連通してノズルが完成する。
【００１４】
図３は、本発明の他の実施例に係るインクジェットヘッドの概略断面図である。本例では小断面のノズル２１の周縁部に環状凹部２４を形成した例である。インクジェットヘッドにおいて、インク滴の直進性を確保するためにノズル開口面に撥水膜を形成したり、或いはノズル周縁部に突起を形成して、ノズル開口面に良好なメニスカスを形成している。後者の例として特開平６−２８６１４３号にはノズル板より突出させたノズルが開示されており、ノズルの洗浄を行わなくても良好なメニスカスを維持できると記載されている。しかしながら、ノズル開口面はインクの濡れやインク中の染料の付着物以外に紙紛などのゴミが付着してしまうことでもメニスカスは壊れてしまい、ノズル開口面の洗浄をなくすことはできない。そして特開平６−２８６１４３号公報のノズルではノズル開口面がノズル板より突出させた形状であるために、ワイピング時にこの突出部にワイパーが引っかかってしまいノズル開口面をきれいに洗浄することができない。また、シリコン基板１などで形成された突起ノズルでは、ワイパーで突起部が欠けてしまう恐れがある。そこで本実施例では、ワイピングが可能で精度良く加工できる突起ノズルの形成方法の例について説明する。
【００１５】
図４に本発明のインクジェットヘッドのノズル形成プロセスを示す。以下、図５を参照しながらノズルの形成方法を説明する。
工程（Ａ）：まず、シリコンウェハを熱酸化させて、厚さが１μｍの熱酸化膜であるＳｉＯ２７を形成する。
工程（Ｂ）：次に、フォトリソによりＳｉＯ２７を小断面のノズル２１と小断面のノズル２１の周縁部に環状凹部２４をエッチングするためのエッチングパターンを形成する。
工程（Ｃ）：次に、パターンニングされたＳｉＯ２７上にアルミのスパッタ膜８を形成する。
工程（Ｄ）：そして、小断面のノズル２１のＳｉＯ２７のエッチングパターンのみが露出するように、アルミのスパッタ膜８をパターンニングする。
工程（Ｅ）：次に、ドライエッチングをシリコンウェハ全面に施す。これにより、ＳｉＯ２７のエッチングパターンの小断面のノズル２１だけが、シリコンウェハの表面から垂直にエッチングされる。本発明においては小断面のノズル２１の垂直方向の深さは１０μｍとした。
工程（Ｆ）：次に、アルミのスパッタ膜８を除去する。
工程（Ｇ）：そして、再度ドライエッチングをシリコンウェハ全面に施す。これにより、先にドライエッチングされた小断面のノズル２１と小断面のノズル２１の周縁部の環状凹部２４が同時にエッチングされる。本発明においては、環状凹部２４の垂直方向の深さは１０μｍとした。これにより、小断面のノズル２１の垂直方向の深さは２０μｍに達する。
工程（Ｈ）：そして、ＳｉＯ２７を除去することにより、小断面のノズル２１と小断面のノズル２１の周縁部の環状凹部２４が形成され、小断面のノズル２１の開口面はシリコン基板１と同一面に形成でき、かつ小断面のノズル２１の周縁部に突起を形成することができる。
【００１６】
次に、シリコンウェハの他方の面に形成する大断面のノズル２２と第２のインク室２３の形成プロセスに移る。以下の工程は第１の実施例と同じであるため説明は省略する。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、シリコン基板の一方の面から小断面のノズルをドライエッチングで形成し、他方の面から大断面のノズルと第２のインク室をドライエッチングで形成しているので、シリコン基板の他方の面に第２のインク室を形成することで、シリコン基板の厚さを有効に利用することができると共に、小断面のノズルの開口面がシリコン基板と同一面に形成でき、小断面のノズルを精度良く形成することができて、かつノズル開口面に付着したインクやゴミなどを除去するワイピングも行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるノズルを備えたインクジェットヘッドの概略断面図。
【図２】本発明のインクジェットヘッドのノズル形成プロセスを示す図。
【図３】本発明の他の例によるノズルを備えたインクジェットヘッドの概略断面図。
【図４】本発明の他の実施例のインクジェットヘッドのノズル形成プロセスを示す図。
【図５】従来のインクジェットヘッドの概略断面図。
【符号の説明】
１　　シリコン基板
２　　ノズルプレート
２１　小断面のノズル
２２　大断面のノズル
２３　第２のインク室
２４　環状凹部
２５　凹部
３　　チャンバプレート
３１　第１のインク室
３２　圧力室
３３　インク供給路
３４　インク溜め部
４　　振動板
５　　圧電体素子
６　　ハウジング
７　　ＳｉＯ２
８　　アルミのスパッタ膜
【図１】
2004106199.tif 000003
【図２】
2004106199.tif 000004
【図３】
2004106199.tif 000005
【図４】
2004106199.tif 000006
【図５】
2004106199.tif 000007