(57)【要約】【課題】接着剤逃がし用凹部を形成したとき流路形成部材の剛性が低下して、安定した滴吐出が行えないようになる。【解決手段】流路板１のノズル板接合面側及び振動板接合面側にそれぞれ接着剤逃がし用の肉抜き部４１、４２をエッチング形成し、この肉抜き部４１、４２は＜１１１＞面で囲まれたＶ字形状とした。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルが連通する液室を形成する流路形成部材と、前記ノズルを形成したノズル板及び／又は前記液室の壁面を形成する振動板とを接合した液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路形成部材がシリコン基板から形成され、この流路形成部材のノズル板との接合面及び／又は振動板との接合面に外部とは連通しない閉じられたエッチング領域を形成し、このエッチング領域は＜１１１＞面で囲まれている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、前記流路形成部材のノズル板との接合面及び／又は振動板との接合面面積Ａμｍ２に対して、前記＜１１１＞面で囲まれているエッチング領域はＡμｍ３以上の容積を持つことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記液室の壁面には酸化膜又は窒化チタン膜が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４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを製造する製造方法であって、前記流路形成部材はシリコンのドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して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５】
請求項４に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記異方性ウエットエッチングはシリコン酸化膜／シリコン窒化膜の積層膜をマスクとして行うことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
インク滴を吐出するインクジェットヘッドとこの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３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７】
インク滴を吐出させるインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドが請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド、又は請求項１４に記載のインクカートリッジのインクジェットヘッドであ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並びにインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【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、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。
【０００３】
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エネルギー発生手段として、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。
【０００４】
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（のズル形成部材）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、振動板を圧電振動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。
【０００５】
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。
【０００６】
しかしながら、効率よく記録するためには、インク開口の数を多くする（ノズル数を多くする）必要があり、特に、圧電振動子を駆動手段とするものにあっては、圧電振動子のエネルギーを効率よく使用するために圧力室（加圧液室）を大きくする必要がある。このことは、ヘッドの小型化要請とは相反することである。このような相反する問題を解消するため、通常隣り合う圧力室を区画している壁（隔壁）を薄くすると共に圧力室の形状を長手方向に大きく、更に深くして容積を稼ぐことが行われている。
【０００７】
このような圧力室やリザーバは、振動板とノズルプレートの間隔を所定の値に保持する部材である流路形成部材にて形成するが、上述したように、極めて小さく、しかも複雑な形状を備えた圧力室を形成する必要上、通常エッチング技術が使用されている。このような流路形成部材を形成する材料としては、感光性樹脂膜が使用されることが多いが、これは機械的強度が低いためクロストークや撓み等が生じ高い解像度を得ようとすると印字品質が低下するという問題がある。
【０００８】
そこで、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の異方性エッチングを用いた部品製作技術、いわゆるマイクロマシニング技術を適用してインクジェットヘッドを構成する部材を加工することが行われるようになっている。特に、結晶方位（１１０）の単結晶シリコン基板を流路形成部材に用いて、異方性エッチングを行って、圧力室やリザーバを形成することが行われる。単結晶シリコンを使用したスペーサは、機械的剛性が高いため、圧電振動子の変形に伴う記録ヘッド全体のたわみを小さくできるとともに、エッチングを受けた壁面が表面に対してほぼ垂直であるため圧力室を均一に構成することが可能であるという大きな利点を備えている。
【０００９】
ところが、シリコン基板から形成した流路形成部材にノズルを形成したノズル板や液室の壁面を形成する振動板を接着剤で接合する構成のヘッドにあっては、接着剤が液流路やノズルとの連通路にはみ出すと、流路形状が変化することになる。
【００１０】
そこで、例えば、特開平１１−３４８２８２号公報には、インク室、インク供給口及びインクリザーバーを形成した基板（流路形成部材）上に接着剤を用いてノズル孔を形成した基板（ノズル形成部材）を接合する構成のヘッドであって、流路形成部材としての基板にはインク室、リザーバーの縁に沿って複数の凹部を千鳥状に形成し、ノズル形成部材としての基板を接着剤接合するときに生じ得る残余の接着剤が凹部内に収容されるようにして、接着剤がインク流路内に流れ込むことがないようにしたヘッドが記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、流路形成部材は、上述したように高解像度化に伴なってチャンネル数が多くなり、液室深さが深くなり、また隔壁幅も薄くなっているため、余剰接着剤を流れ込ませるための凹部が深くなり、流路形成部材の剛性が低下するという課題が生じることになる。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、余剰接着剤を流れ込ませる領域を形成しつつ流路形成部材の剛性の低下を可及的に抑制した信頼性の高い液滴吐出ヘッド及びその製造方法、その液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、並びにこの液滴吐出ヘッド又はインクカートリッジを搭載することで信頼性を向上したインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【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、流路形成部材がシリコン基板から形成され、この流路形成部材のノズル板との接合面及び／又は振動板との接合面に外部とは連通しない閉じられたエッチング領域を形成し、このエッチング領域は＜１１１＞面で囲まれている構成とした。
【００１４】
ここで、流路形成部材のノズル板との接合面及び／又は振動板との接合面面積Ａμｍ２に対して、前記＜１１１＞面で囲まれているエッチング領域はＡμｍ３以上の容積を持つことが好ましい。また、液室の壁面には酸化膜又は窒化チタン膜が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、流路形成部材はシリコンのドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して形成する構成としたものである。
【００１６】
ここで、異方性ウェットエッチングはシリコン酸化膜／シリコン窒化膜の積層膜をマスクとして行うことが好ましい。
【００１７】
本発明に係るインクカートリッジは、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とこの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ものである。
【００１８】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出させる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、又は本発明に係るインクジェットヘッド一体型のインクカートリッジを備えたものである。
【００１９】
【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４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、図４は同ヘッドの要部平面説明図である。
【００２０】
このインクジェットヘッドは、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がノズル連通路（連通管）５を介して連通するインク流路である加圧液室（加圧液室）６、加圧液室６にインクを供給するための液供給室である共通液室８にインク供給口９を介して連通する加圧液室６に比して小さな断面をもつ液体供給路であるインク供給路７を形成している。
【００２１】
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。
【００２２】
また、圧電素子１２の間には加圧液室６、６間の隔壁部６ａ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。
【００２３】
さらに、振動板１２の外周部はフレーム部材１６にギャップ材を含む接着剤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（図５参照）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。
【００２４】
ここで、流路板１は、、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を後述するようにドライエッチングによる深堀と水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）、ＴＭＡＨ液などのエッチング液を用いた異方性エッチングとを併用することで、ノズル連通路（連通管）５、加圧液室６、インク供給路７となる凹部や穴部を形成したものである。
【００２５】
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１０を成膜している。このような耐液性薄膜１０を形成することで、シリコン基板からなる流路板１０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。
【００２６】
また、この流路板１には、図５ないし図７をも参照して、ノズル板接合面１ａ側及び振動板接合面１ｂ側に、それぞれ接着剤逃がし用の肉抜き部（凹部）４１、４２をエッチングで形成している。この肉抜き部４１、４２は、ノズル板３及び振動板２を接合したときに外部とは連通しない閉じられたエッチング領域であり、この肉抜き部４１、４２はシリコンの＜１１１＞面で囲まれている。
【００２７】
この場合、ノズル板接合面１ａ、振動板接合面１ｂの接合面積Ａμｍ２に対して、外部とは連通しない閉じられた＜１１１＞面で囲まれているエッチング領域である肉抜き部４１、４２はＡμｍ３以上の容積を持つように形成している。
【００２８】
図１ないし図４に戻って、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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を経てインク供給路７を通り、加圧液室６内に充填される。
【００３７】
なお、インク供給路（流体抵抗部）７は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果がある反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。このインク供給路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。
【００３８】
このように、このインクジェットヘッドにおいては、流路形成部材である流路板１のノズル板接合面１ａ、振動板接合面１ｂに外部とは連通しない閉じられたエッチング領域である肉抜き部４１、４２を形成しているので、ノズル板３、振動板２を接着剤１７等で接合したときに、余分な接着剤が肉抜き部４１、４２に流れ込むので、ノズル４、連通管５や加圧液室６などに流路に接着剤が流れ込むことが防止され、安定した滴吐出を行うことができ、信頼性が向上する。
【００３９】
そして、これらの肉抜き部４１、４２は、シリコンの＜１１１＞面で囲まれた領域とするので、Ｖ字形状でエッチングをストップさせることができ、必要な深さに制御することが可能になって、結果として流路板１の剛性が低下することを可及的に防止できる。
【００４０】
そして、この場合、ノズル板接合面１ａ、振動板接合面１ｂの接合面積Ａμｍ２に対して、外部とは連通しない閉じられた＜１１１＞面で囲まれているエッチング領域である肉抜き部４１、４２はＡμｍ３以上の容積を持つように形成することで、確実に接着剤が接着面からノズル連通路（連通管）に溢れ出ることを抑制できる。
【００４１】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法に係る第１実施形態の製造工程について図８を参照して説明する。
先ず、図８（ａ）に示すように、厚さ４００μｍで面方位（１１０）のシリコン基板（シリコンウエハを用いる。）５１を用意し、このシリコン基板５１両表面に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜５２ａ、５２ｂを形成した。
【００４２】
なお、使用するウエハの種類は両面研磨ウエハ、両面未研磨ウエハ、片面未研磨ウエハのいずれのウエハであっても良く、また比抵抗も揃っている必要はなく、例えばここでは、比抵抗０．１−１００Ωｃｍのウエハを使用している。
【００４３】
次いで、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板６１のノズル板接合面側のシリコン酸化５２ａ表面に、ノズル連通路５を形成するための開口と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部（肉抜き部）４１を形成するための各開口とを有するレジストパターン６４を形成した。そして、ドライエッチングを行って、シリコン酸化膜５２ａに、ノズル連通路５を形成するための開口５５と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４１を形成するための開口５６とをパターニングする。
【００４４】
次に、同図（ｃ）に示すように、シリコン基板５１の振動板接合面側のシリコン酸化膜５２ｂ表面に、加圧液室６を形成するための開口と振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる凹部（肉抜き部）４２を形成するための開口とを有するレジストパターン５７を形成する。そして、ドライエッチングを行ってシリコン酸化膜５２ｂに加圧液室６を形成するための開口５８と振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４２を形成するための開口５９とをパターニングする。
【００４５】
次いで、同図（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜５２ａの開口５５、５６を埋め込み、ノズル連通路５を形成するための開口を有するレジストパターン６０を形成し、ＩＣＰドライエッチャーを使用して、シリコン基板５１にノズル板接合面側から掘り込み６１を形成した。この際のレジストパターン６０の膜厚は８μｍにて行った。
【００４６】
その後、同図（ｅ）に示すように、レジストパターン６０を除去して、水酸化カリウム水溶液によりシリコンの異方性エッチングを行い、シリコン基板５１を貫通させてノズル連通路５となる貫通穴、加圧液室６となる凹部、肉抜き部４１、４２となる凹部を形成した。ここで、加圧液室部形成時のシリコンの異方性エッチングは、水酸化カリウム水溶液として溶液濃度３０％のものを用いて、処理温度８５℃で行った。
【００４７】
そして、同図（ｆ）に示すように、シリコン酸化膜５２ａ、５２ｂを除去し、その後図示しないが、耐インク接液膜（耐液性薄膜）１０としてシリコン酸化膜を１μｍの厚さで形成して、インクジェット用流路板１を得た。
【００４８】
ここで、流路板１の振動板接合面及びノズル板接合面の形状は、振動板２及びノズル板３接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４１、４２のパターンとして＜１１１＞面で囲まれているエッチング領域をＶ字形状でエッチングストップする形状となるようにパターニングを行った。これにより、肉抜き部４１、４２の深さ寸法を容易に制御することができて、流路板１の剛性低下を抑制することができ、接着剤の溢れを防止できて安定した信頼性の高いヘッドが得られた。
【００４９】
また、振動板あるいはノズル接合面の接合面積Ａμｍ２に対して、振動板あるいはノズル接合面の振動板あるいはノズル接合時に外部とは連通しない閉じられた＜１１１＞面で囲まれているエッチング領域はＡμｍ３以上の容積を持つようにパターニングを行ったので、接合時に接着剤がノズル連通路（連通管）に流れ込むこともないことが確認できた。
【００５０】
そして、この製造工程においては、流路形成部材をシリコンから形成し、ドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して、必要なノズル連通路や加圧液室などの流路を形成したので、精度よく加圧液室を形成することが可能となり、吐出特性にばらつきのないヘッドが得られた。
【００５１】
また、シリコン酸化膜のみをマスクとして異方性ウェットエッチングを行って加圧液室を形成しているので、マスク作製工程が簡単で短工程のプロセスで済み、低コスト化を図れた。
【００５２】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法に係る第２実施形態の製造工程について図９及び図１０を参照して説明する。
先ず、図９（ａ）に示すように、厚さ４００μｍで面方位（１１０）のシリコン基板（シリコンウエハを用いる。）７１を用意し、このシリコン基板７１両表面に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜７２ａ、７２ｂ及び厚さ０．１５μｍのシリコン窒化膜７３ａ、７３を形成した。なお、窒化膜７３ａ、７３ｂはＬＰ−ＣＶＤで形成した。
【００５３】
使用するウエハの厚みはそのまま連通管の高さ寸法となるので、６００μｍ以下にウエハを使用することが好ましい。また、使用するウエハの種類は両面研磨ウエハ、両面未研磨ウエハ、片面未研磨ウエハのいずれのウエハであっても良く、また比抵抗も揃っている必要はなく、例えばここでは、比抵抗０．１−１００Ωｃｍのウエハを使用している。
【００５４】
次いで、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板７１のノズル板接合面側のシリコン窒化膜７３ａ表面に、ノズル連通路５を形成するための開口と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４１を形成するための開口とを有するレジストパターン７４ａを形成した。
【００５５】
そして、ドライエッチングを行って、シリコン窒化膜７３ａに、ノズル連通路５を形成するための開口７５と、ノズル板３との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４１を形成するための開口７６をパターニングする。
【００５６】
その後、同図（ｃ）に示すように、シリコン基板７１のノズル板接合面側のシリコン窒化膜７３ａを埋め込み、ノズル連通路５を形成するための開口を有するレジストパターン７４ｃ形成し、ドライエッチングを行って、シリコン窒化膜７３ａの開口７５に連続してシリコン酸化膜７２ａにノズル連通路５を形成するための開口（以下では両開口を単に「開口７５」と表記する。）をパターニングする。
【００５７】
次に、同図（ｄ）に示すように、シリコン基板７１の振動板接合面側のシリコン窒化膜７３ｂ表面に、加圧液室６を形成するための開口と、振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４１を形成するための開口とを有するレジストパターン７４ｂを形成した。
【００５８】
そして、ドライエッチングを行って、シリコン窒化膜７３ａに、加圧液室６を形成するための開口７７と、振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４２を形成するための開口７８をパターニングする。
【００５９】
次いで、同図（ｅ）に示すように、シリコン基板７１の振動板接合面側のシリコン窒化膜７３ｂを埋め込み、ノズル連通路５を形成するための開口を有するレジストパターン７４ｄ形成し、ドライエッチングを行って、シリコン酸化膜７２ａにノズル連通路５を形成するための開口７９をパターニングする。
【００６０】
その後、図１０（ａ）に示すように、レジストでシリコン窒化膜７３ａの開口７５、７６を埋め込み、ノズル連通路５を形成するための開口を有するレジストパターンのマスク８０を形成した。このときのレジストの膜厚は８μｍとした。そして、ＩＣＰドライエッチャーを使用して、シリコン基板７１にノズル連通路５を形成するための深堀８１を形成した。なお、ＩＣＰエッチングはノズル板接合面側から行っているが、振動板接合面側から行うこともできる。
【００６１】
次いで、同図（ｂ）に示すように、マスク８０を除去して、水酸化カリウム水溶液によりシリコン基板７１の異方性エッチングを行ってノズル連通路５となる連通管８３を貫通形成した。
【００６２】
その後、同図（ｃ）に示すように、ウエットエッチングにより、ノズル板との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４１を形成するための開口８５に対応するシリコン酸化膜７２ａを除去するとともに、加圧液室６を形成するための開口８６と、振動板２との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜き部４２を形成するための開口８７に対応するシリコン酸化膜７２ｂを除去する。
【００６３】
そして、同図（ｄ）に示すように、再度水酸化カリウム水溶液により、シリコン基板７１の異方性エッチングを行って、シリコン基板７１に、加圧液室６となる凹部、肉抜き部４１、４２となる各凹部を形成した。ここで、加圧液室部形成時のシリコンの異方性エッチングは、水酸化カリウム水溶液として溶液濃度３０％のものを用いて、処理温度８５℃で行った。
【００６４】
そして、同図（ｅ）に示すように、シリコン窒化膜７３ａ、７３ｂ及びシリコン酸化膜７２ａ、７２ｂを除去し、その後図示しないが、耐インク接液膜（耐液性薄膜）１０としてシリコン酸化膜を１μｍの厚さで形成して、インクジェット用流路板１を得た。
【００６５】
そして、この製造工程においては、流路形成部材をシリコンから形成し、ドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して、必要なノズル連通路や加圧液室などの流路を形成したので、精度よく加圧液室を形成することが可能となり、吐出特性にばらつきのないヘッドが得られた。
【００６６】
また、シリコン酸化膜／シリコン窒化膜の積層膜をマスクとして異方性ウェットエッチングを行ったので、シリコン窒化膜膜、シリコン酸化膜をそれぞれエッチングのマスクとして使用することでき、寸法制御性に優れたヘッドが得られる。
【００６７】
なお、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１１ないし図１３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。
【００６８】
すなわち、図１１に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に薄膜圧電素子１０１を用いたヘッドである。また、図１２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１０２を設けた電極基板１０３を備え、振動板２と電極１０２との間で静電力を発生させることで振動板２を電極１０２側に変形させる静電型ヘッドである。さらに、図１３に示す液滴吐出ヘッドは、振動板２に代えて電極基板１０４を接合し、この電極基板１０４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１０５を配設したサーマル型ヘッドである。
【００６９】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドとインクタンクと一体にしたタンク一体型ヘッドについて図１４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等を有する上記各実施形態のいずれか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。
【００７０】
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、上述したように接合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。
【００７１】
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（インクタンク一体型ヘッドを含む）を搭載したインクジェット記録装置の一例について図１５及び図１６を参照して説明する。なお、図１５は同記録装置の斜視説明図、図１６は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００７２】
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。
【００７３】
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の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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。この場合、ヘッド２２４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドは安定した滴吐出を行うことができるので、安定して高い画像品質の画像を記録することができる。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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、信頼性が高く、安定したインク滴吐出特性が得られて、高画質記録を行うことができる。
【００８３】
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。
【００８４】
【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、流路形成部材がシリコン基板から形成され、この流路形成部材のノズル板との接合面及び／又は振動板との接合面に外部とは連通しない閉じられたエッチング領域を形成し、このエッチング領域は＜１１１＞面で囲まれている構成としたので、流路形成部材の剛性低下を抑制して、しかも接着剤の溢れ出しを防止できて、安定した滴吐出特性を得ることができる。
【００８５】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、流路形成部材をシリコンで形成した本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する製造方法であって、流路形成部材はドライエッチングによる深堀又はドライエッチングによる深堀と異方性ウェットエッチングとを併用して形成する構成としたので、低コストで信頼性の高いヘッドを得ることができる。
【００８６】
本発明に係るインクカートリッジは、本発明に係る液滴吐出ヘッドとインクタンクとを一体化したので、流路形成部材の剛性低下を抑制して、しかも接着剤の溢れ出しを防止できて、安定した滴吐出特性を得ることができるカートリッジが得られる。
【００８７】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッド又はインクカートリッジである構成としたので、信頼性が向上し、安定して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】同ヘッドの要部平面説明図
【図５】同ヘッドの流路形成部材の断面説明図
【図６】同流路形成部材のノズル板接合面側の平面説明図
【図７】同流路形成部材の振動板接合面側の平面説明図
【図８】本発明に係る製造方法の第１実施形態の製造工程を説明する説明図
【図９】本発明に係る製造方法の第２実施形態の製造工程を説明する説明図
【図１０】図９に続く工程を説明する説明図
【図１１】インクジェットヘッドの他の例を示す断面説明図
【図１２】インクジェットヘッドの更に他の例を示す断面説明図
【図１３】インクジェットヘッドの更にまた他の例を示す断面説明図
【図１４】本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクタンクと一体化したインクカートリッジの説明に供する斜視説明図
【図１５】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１６】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…ノズル連通路（連通管）、６…加圧液室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０…耐液性薄膜、１２…圧電素子、１３…ベース基板、４１、４２…接着剤逃がし用肉抜き部、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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