(57)【要約】【課題】ノズルピッチ２００〜３００ｄｐｉのヘッドを構成する場合に要求される数μｍ〜５μｍ程度の接合精度に対応することができない。【解決手段】流路板１はシリコン基板から形成し、流路板１には振動板２との接合面及びノズル板３との接合面に位置決め用のアライメントマーク３２、３３を形成し、振動板２にはアライメント用開口部３７を、ノズル板３にはアライメント用開口部３８を形成した。【選択図】　図１
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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が連通する圧力発生室を形成したシリコンからなる流路形成部材と、前記圧力発生室の壁面を形成する振動板とを積層接合した液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路形成部材の振動板接合面には前記振動板との位置決め用のアライメントマーク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２】
液滴を吐出するノズルを形成したノズル板と、前記ノズルが連通する圧力発生室を形成したシリコンからなる流路形成部材とを積層接合した液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路形成部材のノズル板接合面には前記ノズル板との位置決め用のアライメントマーク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、前記アライメントマークは５０μｍ以上２００μｍ以下の大きさであって、前記アライメントマークから１００μｍ以上５００μｍ以下の領域には、他のパターンがない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において、前記アライメントマークは平面形状で六角形又は平行四辺形であり、且つアライメントマークのパターン面が全て〈１１１〉面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、前記アライメントマークを複数有す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を製造する製造方法であって、前記アライメントマークは、シリコンウェハにリソグラフィーによるマスク形成又はマスク膜のエッチングによりマスクパターンを形成した後、前記シリコンウエハをドライエッチング、異方性ウェットエッチング、又はドライエッチングと異方性ウェットエッチングの両方によりエッチング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７】
液滴を吐出するノズルが連通する圧力発生室を形成したシリコンからなる流路形成部材と、前記圧力発生室の壁面を形成する振動板とを積層接合し、前記振動板にこの振動板を変形させて前記圧力発生室の液体を加圧するためのアクチュエータ手段を含むアクチュエータユニットを接合した液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路形成部材には前記アクチュエータユニットと接合するときに位置決めするための貫通穴からなるアライメント用窓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８】
請求項７に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記アライメント用窓を、前記流路形成部材の圧力室長手方向中心線に付近に少なくとも２個以上有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記アライメント用窓を形成する貫通穴は、平面形状で貫通部が平行四辺形であり、接合面側開口が鋭角な角を有しない六角形で、且つ貫通部の平行四辺形を構成する面と連続した面で形成されていることを液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記アライメント用窓を形成する貫通穴は、貫通部の壁部分が全て＜１１１＞面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１１】
請求項７ないし１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記アライメント用窓は３００μｍ以上１２００μｍ以下の大きさであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
請求項７ないし１１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、前記アライメント用窓は、シリコンウェハにリソグラフィーによるマスク形成又はマスク膜のエッチングによりマスクパターンを形成した後、前記シリコンウエハをドライエッチング、異方性ウェットエッチング、又はドライエッチングと異方性ウェットエッチングの両方によりエッチング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１３】
請求項１ないし５、７ないし１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路形成部材は面方位（１１０）のシリコン基板から形成され、＜１１２＞方向あるいは＜１１１＞方向に長い平行四辺形又は六角形を含むパターンの組み合わせによってヘッドに関する情報が表されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１４】
請求項１４に記載の液滴吐出ヘッドを製造する製造方法であって、前記ヘッドに関する情報を表すパターンは、シリコンウェハにリソグラフィーによるマスク形成又はマスク膜のエッチングによりマスクパターンを形成した後、前記シリコンウエハをドライエッチング、異方性ウェットエッチング、又はドライエッチングと異方性ウェットエッチングの両方によりエッチング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１５】
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５、７ないし１２、１４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１６】
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おいて、インク滴を吐出する請求項１ないし５、７ないし１２、１４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド又は請求項１５に記載のインクカートリッジを搭載し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】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平６−８４２９号公報
【特許文献２】特開２００１−２８７３７１号公報
【０００３】
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の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドとして、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アクチュエータ手段として、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形成部材（ノズル板）と振動板とをスぺーサ（流路形成部材、流路板）の両面に接着して圧力発生室（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。
【０００５】
このようにノズル板、流路形成部材である流路板、振動板を積層接合したヘッドを製作するにあたっては、振動板と流路板との接合、あるいはそれらの接合ユニットとアクチュエータユニットとの接合、あるいは流路板とノズル板との接合に対して、高精度な位置合わせが必要となる。
【０００６】
従来、このような積層構造のヘッドにおける各構成部材のの位置合わせを行う
ために、
【特許文献１】に開示されているように位置合わせ治具による手法が広く用いられてきた。これは、インク流路及び加圧室を設けた流路形成部材と、ノズル孔を形成したノズル形成部材の各々に形成した基準穴により、位置合わせを行い接着した後に、振動子ユニットを固定する治具及び治具に設けられたピンによって基準穴との位置合わせを行って接合するものである。
【０００７】
また、
【特許文献２】に記載されているように、接合ユニットの接合面に凹凸の段差パターンを形成し、それらの凹凸を合わせることにより、位置合わせをして接合する方法も提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のピンと基準穴、あるいは凹凸を合わせて接合したヘッドにあっては、高密度化のために微細な構造が形成された基板をアライメントする場合、ピンや凸部の接触によって破壊したり傷をつけたりすることがあるという課題があった。
【０００９】
しかも、インクジェット記録装置における高密度高画質化が要求されているため、上述したような積層構造のインクジェットヘッドにおいては各ヘッド構成部材の接合精度を更に高める必要がある。
【００１０】
ところが、上述した従来の接合方法によると、位置精度は十数μｍから数十μｍが限界であり、例えばノズルピッチ１５０ｄｐｉのヘッドの場合、位置精度は１０〜１５μｍ程度許容されるために対応することができたが、ノズルピッチ２００〜３００ｄｐｉのヘッドを構成する場合には、数μｍ〜５μｍ程度の接合精度が必要とされるため対応することができないという課題がある。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、高密度ヘッドにおける接合精度を向上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振動板接合面又はノズル板接合面には振動板又はノズル板との位置決め用のアライメントマークが形成されている構成としたものである。
【００１３】
ここで、アライメントマークは５０μｍ以上２００μｍ以下の大きさであって、アライメントマークから１００μｍ以上５００μｍ以下の領域には、他のパターンがないことが好ましい。また、アライメントマークは平面形状で六角形又は平行四辺形であり、且つアライメントマークのパターン面が全て〈１１１〉面で形成されていることが好ましい。さらに、アライメントマークを複数有することが好ましい。
【００１４】
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にはアクチュエータユニットと接合するときに位置決めするための貫通穴からなるアライメント用窓が形成されている構成としたものである。
【００１５】
ここで、アライメント用窓を、流路形成部材の圧力室長手方向中心線に付近に少なくとも２個以上有することが好ましい。また、アライメント用窓を形成する貫通穴は、平面形状で貫通部が平行四辺形であり、接合面側開口が鋭角な角を有しない六角形で、且つ貫通部の平行四辺形を構成する面と連続した面で形成されていることが好ましい。さらに、アライメント用窓を形成する貫通穴は、貫通部の壁部分が全て＜１１１＞面で形成されていることが好ましい。さらにまた、アライメント用窓は３００μｍ以上１２００μｍ以下の大きさであることが好ましい。
【００１６】
これらの各本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、流路形成部材は面方位（１１０）のシリコン基板から形成され、＜１１２＞方向あるいは＜１１１＞方向に長い平行四辺形又は六角形を含むパターンの組み合わせによってヘッドに関する情報が表されていることが好ましい。
【００１７】
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製造方法であって、アライメントマーク、又はアライメント用窓、若しくはヘッドに関する情報を表すパターンを、シリコンウェハにリソグラフィーによるマスク形成又はマスク膜のエッチングによりマスクパターンを形成した後、前記シリコンウエハをドライエッチング、異方性ウェットエッチング、又はドライエッチングと異方性ウェットエッチングの両方によりエッチングして形成するものである。
【００１８】
本発明に係るインクカートリッジは、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドとこの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。
【００１９】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係るインクカートリッジを搭載しているものである。
【００２０】
【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。
【００２１】
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圧力発生室（圧力発生室）６、圧力発生室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を介して連通する圧力発生室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。
【００２２】
そして、振動板２の外面側（液室と反対面側）に各圧力発生室６に対応して圧力発生室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。
【００２３】
また、圧電素子１２の間には圧力発生室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。
【００２４】
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。
【００２５】
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５、圧力発生室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。
【００２６】
そして、流路板１のインクに接する面（液流路の壁面）となる圧力発生室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。
【００２７】
また、この流路板１には、ノズル板接合面に接着剤逃がし用のダミー液室１１形成している。
【００２８】
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は圧力発生室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は各圧力発生室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３００ｄｐｉとし、２列配置により６００ｄｐｉ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の伸縮により圧力発生室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を介して圧力発生室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、圧力発生室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圧力発生室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、圧力発生室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】
そこで、このインクジェットヘッドにおける流路板１、振動板２、ノズル板３の接合位置合わせのための構造について図４ないし図６をも参照して説明する。なお、図４は流路板のアライメントマークの振動板接合面側から見た拡大斜視説明図、図５は流路板のアライメントマークのノズル板接合面側から見た拡大斜視説明図、図６は流路板のアライメント用窓の拡大斜視説明図である。
【００３９】
まず、面方位（１１０）のシリコン基板からなる流路板１には、振動板接合面側に振動板２との接合時の位置決めを行うためのアライメントマーク３２、３２を対角線上の角部にそれぞれ形成し（図４参照）、ノズル板３との接合面にノズル板３との接合時の位置決めを行うためのアライメントマーク３３、３３を対角線上の角部にそれぞれ形成している（図１、図５参照）。これらのアライメントマーク３２、３３は、ウェットによる異方性エッチングより形成した凹状あるいはＶ字溝状のパターンである。
【００４０】
また、流路板１には、振動板２に圧電素子１２とベース基板１３とを予め接合したアクチュエータユニットとの接合時の位置決め用の貫通穴からなるアライメント用窓３４、３４を長手方向中心線上にそれぞれ形成している。このアライメント用窓３４は、ドライエッチングとウェットによる異方性エッチングにより形成した貫通穴のパターンである。
【００４１】
振動板２には流路板接合面でチップ周囲に流路板１との位置決めのためのアライメント用開口穴３７を流路板１のアライメントマーク３２に対向して形成している。また、ノズル板３には流路板接合面でチップ周囲に流路板１との位置決めのためのアライメント用開口穴３８を流路板１のアライメントマーク３３に対向して形成している。さらに、振動板２にはアクチュエータユニットとの接合時に位置決めに用いる貫通穴３９を流路板１のアライメント用窓３４に対応して形成している。
【００４２】
そこで、アライメントマーク３２、３３に関して説明する。
流路板１とノズル板３あるいは振動板２とを接合する際の位置決め用アライメントマーク３３、３２はチップの周囲に配置しており、Ｘ、Ｙ方向のアライメント精度を高めるため、チップの対角方向位置に少なくとも２個以上配置している。このように、ひとつの流路板内に複数個以上、好ましくは２個のアライメントマークを設けることによって、ＸＹ方向の接合精度が高められ、流路板１と振動板２、あるいは流路板１とノズル板３の高精度な接合が可能となり、吐出特性に優れ、また品質のばらつきが低減する。
【００４３】
これらのアライメントマーク３３、３２のサイズは１００μｍ×１６０μｍの大きさとし、シリコン表面の形状は＜１１１＞方向及び＜１１２＞方向からなる平行四辺形あるいは六角形で形成している。
【００４４】
結晶方位（１１０）のシリコンウェハを用いることによって、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜によるエッチングマスクのパターンを形成した後、ウェットによる異方性エッチングによりエッチングすると、エッチング面は全て結晶方位＜１１１＞の面で構成され、パターンの開口寸法を制御することで、Ｖ字溝の形状が得られる。
【００４５】
これはエッチングマスクの寸法とエッチング深さに依存した形状であるが、上記の通りマスク寸法が１００μ×１６０μｍでは、エッチング深さが５０μｍ程度で、結晶方位＜１１１＞で構成されたＶ字溝形状が得られる。他方面についても、振動板２とのアライメントマーク３２あるいは、前記ダミー液室１１に関しても、同様にＶ字溝形状が形成される。
【００４６】
シリコンに異方性エッチングを行う場合、異方性エッチングで得られるパターンは結晶軸に沿った方向のものに限られ、結晶方位（１１０）のシリコンウェハでは＜１１１＞方向及び＜１１２＞方向の直線で形成される形状に限られる。したがって、＜１１１＞方向及び＜１１２＞方向からなる平行四辺形あるいは六角形を用いることにより、形状が崩れることなくパターンを形成することができ、アライメントを正確に行うことができる。また、Ｖ字溝によってエッチングが自発的に停止するので、深い掘り込みが形成されて、チップの強度を下げたりするような不具合も防ぐことができる。
【００４７】
このように、アライメントマークの形状を六角形あるいは平行四辺形で形成し、このアライメントマークのパターン面がすべて結晶方位＜１１１＞面で形成されるようにすることによって、比較的容易に且つ寸法、形状が安定したアライメントマークが得られ、流路板１と振動板２、あるいは流路板１とノズル板３の高精度な接合が可能となり、吐出特性に優れ、また品質のばらつきが低減する。
【００４８】
アライメントマークの長手寸法を５０〜２００μｍの範囲内とすることで、圧力発生室６を形成するためのエッチングによって、確実にＶ字溝を形成することができる。そのため、アライメントマークには面荒れの大きな（１１０）面のエッチング面は存在しなく、（１１１）面で構成されるので、アライメントのための画像処理時に表面荒れの大きな部分での乱反射によるエラーなども発生せず、高精度の位置合わせを行うことができる。
【００４９】
これらによって形成されたアライメントマーク３３、３２及びアライメント用開口部３８、３７によって、ノズル板３と流路板１、あるいは流路板１と振動板２の位置合わせを光学顕微鏡を介した画像認識によって行って接合する。その際、画像の誤認識等の不具合を排除するため、アライメントマーク３３、３２の周囲１００μ〜５００μｍの範囲内には、他のシリコンのエッチングパターンあるいはシリコン段差を配置しないようにしている。これにより、画像認識の精度が高められ、誤認識がなく、安定した接合が実現できる。
【００５０】
次に、アライメント用窓３４の形成に関して説明する。
アライメント用窓３４は振動板２と流路板１を接合したユニットとアクチュエタユニットとを接合する際に、アクチュエータユニットに設けられたアライメントマークに対して、振動板２と流路板１を接合したユニットを位置決めするための貫通穴である。
【００５１】
このアライメント用窓３４は、圧力発生室６、ノズル連通路５及びダミー液室１１が配列する方向に対して複数個配置する。チップの機械的強度の低下を招かないよう、液室パターンの左右に各１個を、出来る限りチップの中心寄りに配置することが好ましい。このように、ひとつの流路板内に複数個以上、好ましくは２個のアライメント用窓３４を設けることによって、ＸＹ方向の接合精度が高められ、流路板１と振動板２を接合したユニットとアクチュエータユニットとの高精度な接合が可能となる。また、流路板の長手方向中心線付近にアライメント用窓３４を配置することによって、流路板の機械強度を損なわず、吐出特性に優れ、また品質のばらつきを低減できる。
【００５２】
このアライメント用窓３４の寸法は４００μｍ×９００μｍ程度とし、六角形のエッチングマスクパターンを用い、ドライエッチング及びウェットによる異方性エッチングによって貫通穴を形成する。ここで、図６に示すように、形成される貫通穴のうちの貫通部３４ａの内部断面形状は平行四辺形である。また、シリコン最表面、すなわちアライメント用窓３４の開口面３４ｂについては六角形のパターンで形成される。さらに、アライメント用窓３４はすべて＜１１１＞面によって形成される。
【００５３】
このように、アライメン用窓３４の表面形状を六角形で形成することによって、流路板１と振動板２あるいはノズル板３との接合時に毛細管現象によって接着剤がアライメン用窓３４を介して接着面（例えば振動板接合面）とは逆側の面（例えばノズル板接合面）に接着剤が流れ込むことを防ぐことができる。接着剤が接着面とは逆側の面に流れ込むと逆側の面へ接着剤を塗布する場合に塗布不良を起こしてしまい、接合不良を生じる原因となるが、上記のような形状にすることでこのような不具合を生じさせることなく接着剤塗布および接合を行うことが可能となり、接合信頼性が向上する。
【００５４】
また、アライメント用窓を構成する貫通穴は、すべて結晶方位＜１１１＞面によって形成されることで、比較的容易に且つ寸法、形状が安定した貫通穴が形成でき、アクチュエータユニットとの高精度な接合が可能となり、吐出特性に優れ、また品質にばらつきが低減する。
【００５５】
さらに、アライメント用窓３４は３００μｍ以上１２００μｍ以下の大きさとすることで、高精度で安定した接合が可能になり、吐出特性に優れ、また品質にばらつきが低減する。
【００５６】
インクジェットヘッドを構成するには、上述したように流路板１、振動板２、ノズル板３及びアクチュエータユニットを接合することによって形成される。一般によく知られるインクジェットヘッドのノズル配列として、ノズル４に連通した各液室（圧力発生室）は列方向（短辺方向）に２０μｍ〜３０μｍの隔壁を介して配列される。隣接した圧力発生室間のクロストークの低減等の吐出特性を、改善あるいは安定させるために、高精度で各部材、ユニットを接合する必要がある。逆に、ビットの長辺方向に関しては、短辺方向のそれと比べると、位置精度に余裕がある。
【００５７】
そこで、上記アライメントマークを形成した各部材、ユニットの接合の一例を説明する。
まず、流路板１と振動板２とを接着により接合する。この際、振動板チップに設けられたアライメント用開口穴３７を介して、流路板１に形成されたアライメントマーク３２により位置決めし接合する。その後、流路板１に形成したアライメント用窓３４を介して、振動板２のアライメント開口穴３９とアクチュエータユニットに形成したアライメントマーク４０（図１参照）によって位置決めし、流路板１と振動板２の接合ユニットと、アクチュエータユニットを接合させる。この場合チップの長辺方向の精度は余裕があるので、付き合わせ治具等によって位置決めを行う。
【００５８】
なお、アクチュエータユニットのアライメントマークは圧電素子１２又は支柱部１４に設ける、あるいは圧電素子１２又は支柱部１４自体にアライメントすることも可能である。圧電素子に設けたアライメントマークあるいは圧電素子自体にアライメントする場合、振動板２のアライメントマーク３９との奥行き方向の距離が小さいので、アライメント用顕微鏡の焦点ずれが小さく、より精度良くアライメントが可能である。
【００５９】
次に、アクチュエータユニットを接合した流路板１に対して、ノズル板３を接合する。ノズル板３の位置決めは、振動板２の接合時と同様に、ノズル板３に形成したアライメント用開口穴３８を介して、流路板１に形成されたアライメントマーク３３により位置決めし接合する。これにより本発明のインクジェットヘッドが構成される。
【００６０】
このように、流路板に振動板接合面及び／またはノズル板接合面に位置合わせのためのアライメントマークを設けることによって、流路板と振動板の微細接合が可能となって接合位置精度が数μｍ〜５μｍ以内の高精度な接合を行うことができて、また、流路板とノズル板の微細接合が可能となって接合位置精度が数μｍ〜５μｍ以内の高精度な接合を行うことができて、吐出特性に優れた高密度ヘッドを実現することができる。
【００６１】
また、アクチュエータユニットとの接合位置決め用のアライメント用窓を流路板に設けることによって、例えば流路板と振動板を接合したユニットをアクチュエータユニットと接合する際の接合精度が高められる。アクチュエータユニットと流路板と振動板の接合したユニットとの接合に際しては、ビットの長辺方向は比較的接合精度に余裕があるが、短辺方向は数μｍ〜５μｍ以内の接合精度が要求されるが、上記アライメント方法によれば、数μｍ〜５μｍ以内の接合精度が実現でき、吐出特性に優れ、また品質にばらつきがないヘッドが得られる。
【００６２】
次に、流路板にヘッドに関する情報であるチップ識別のための符号を形成した実施形態について図７を参照して説明する。
流路板１はシリコンウェハを用いたウェハプロセスによって形成する。ウェハプロセスによって構造体が形成された後、ダイシング法によって個々の流路板チップに分離されるが、チップ分離後に個々の流路板チップを識別、管理するためにチップ領域に符号を設けるようにしている。
【００６３】
すなわち、図７に示すように、チップ領域に符号を表すパターン４１を形成している。このパターン４２は、＜１１２＞方向或いは＜１１１＞方向に長いあるいは短い平行四辺形や六角形の組み合わせで構成している。
【００６４】
この符号パターン４１の形成方法は、前述のアライメントマーク３２、３３の形成方法と同様に、平行四辺形あるいは六角形のエッチングマスクパターンを形成した後、ウェットによる異方性エッチングにより形成する。
【００６５】
この場合、＜１１２＞方向あるいは＜１１１＞方向に長い平行四辺形あるいは六角形で形成されるので、ウェットによる異方性エッチングによって、パターンはＶ字溝状にエッチングされる。しかも、構成される面が、全て結晶方位＜１１１＞面によって形成され、形状が崩れたりしない。また、符号パターン４１は、長い平行四辺形や六角形を含むパターンで構成されるので、ドットで数字を表す場合よりの符号の領域を小さくすることができる。
【００６６】
このように、流路板チップに符号（ヘッドに関する情報を表す）パターンを設けることによって、チップに分離した後の流路板チップの管理が可能となり、その後のヘッド組立て工程の中で、流路板の製造工程の履歴も照合できることから、品質の安定化を図れ、また、符号パターンを形成する面として、結晶方位＜１１１＞面を用いることによって、比較的容易に且つ寸法、形状が安定したパターンを形成できる。
【００６７】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法に係る実施形態の製造工程について図８ないし図１２を参照して説明する。
先ず、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、結晶方位（１１０）で４００μｍ厚のシリコンウェハ６１に、厚さ１．５μｍのシリコン酸化膜６２、厚さ０．１μｍのシリコン窒化膜６３及び厚さ０．３５μｍのポリシリコン膜６４を順次形成する。ここで、シリコン酸化膜６３は熱酸化法により、またシリコン窒化膜６３及びポリシリコン膜６４は減圧ＣＶＤ法によって形成している。
【００６８】
次に、同図（ｃ）に示すように、写真製版によってシリコンウエハ６１の片方のウエハ面に対してノズル連通路５及びダミー液室１１、アライメントマーク３３、アライメント用窓３４等のウェット異方性エッチングによりパターン形成される部分にレジストパターン６５を形成し、その後、シリコン窒化膜６３及びポリシリコン膜６４をドライエッチングによってエッチングする。そして、レジストパターン６５を剥離し、同図（ｄ）に示すように、シリコン窒化膜６３とポリシリコン膜６４に段差パターン（所要の開口６６）を形成する。
【００６９】
次いで、図９（ａ）に示すように、写真製版によってノズル連通路５、アライメント用窓３４等の貫通穴を形成する部分のレジストパターン６７を形成する。そして、同図（ｂ）に示すように、露出しているシリコン酸化膜６２をドライエッチングによりエッチングして、同図（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜６２の段差パターン（所要の開口６８）を形成する。
【００７０】
次に、図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、シリコンウエハ６１の他方のウェハ面に対して、前述と同様の工程にて、レジストパターン６９を用いて、圧力発生室６あるいはインク流路、アライメントマーク３２が形成される部分のシリコン窒化膜６３とポリシリコン膜６４に段差パターン（所要の開口７０）を形成し、及びレジストパターン７１を用いて、ノズル連通路５、アライメント用窓３４らの貫通穴を形成する部分のシリコン酸化膜６２の段差パターン（所要の開口７２）を形成する。
【００７１】
その後、図１１（ａ）に示すように、ノズル連通路５及びアライメント用窓３４が形成される部分が開口したレジストパターン７３を形成して、ドライエッチングによりエッチングを行って掘り込み７４を形成する。この場合エッチング深さは２８０μｍ〜３２０μｍ程度としている。その後、同図（ｂ）に示すようにレジストパターン７３を剥離する。
【００７２】
次に、同図（ｃ）に示すように、水酸化カリウム水溶液によるシリコンの異方性エッチングを行う。これにより、ノズル連通路５及びアライメント用窓３４を形成する部分に貫通穴７５が形成されるとともに、最表面のポリシリコン膜６４は除去され、下層のシリコン窒化膜６３でエッチストップされる。また、シリコン酸化膜６２が露出している部分では、下層シリコン面にエッチングが到達しない程度にシリコン酸化膜６２が膜べり部７６が生じる。
【００７３】
そこで、同図（ｄ）に示すように、希フッ酸によって前述の膜ベリ部７６のシリコン酸化膜を取除きいて開口７７を形成し、シリコンウエハ６１表面を露出させる。
【００７４】
次に、図１２（ａ）に示すように、再度、水酸化カリウム水溶液によるシリコンの異方性エッチングを行う。これにより、露出している部分のシリコンがエッチングされる。
【００７５】
この場合に露出パターンの寸法とエッチング深さを制御することによって、結晶方位＜１１０＞面が全体に後退する領域と結晶方位＜１１１＞面で構成されるＶ字溝形状を形成することができる。前者によっては、圧力発生室６あるいはインク流路が形成され、後者によってはダミー液室１１、アライメントマーク３２、３４（或いは符号パターン４１）が形成される。なお、同図では圧力発生室６及びノズル連通路５、ダミー液室１１で図示している。
【００７６】
その後、同図（ｂ）に示すように、エッチングマスク層となったシリコン窒化膜６３及びシリコン酸化膜６２をリン酸あるいは希フッ酸によって除去し、次に、同図（ｃ）に示すように、それらを熱酸化することによって、最表面にシリコン酸化膜１０を形成する。
【００７７】
上記のような製造フローによって、流路板が形成される。その後、ダイシング工法によってシリコンウェハ状態からチップに分離し、個々の流路板１（流路板チップ）を取り出す。
【００７８】
その後、前述したように流路板１に形成されたアライメントマーク３２、３３あるいはアライメント用窓３４を利用して、振動板チップあるいはアクチュエータユニットとの接合、およびノズル板チップと接合し、インクジェットヘッドを完成する。
【００７９】
このように、ドライエッチングと異方性ウェットエッチングを併用することでアライメントマーク、アライメント用窓、符号パターンを形成することで、寸法制御性、再現性に優れ、生産性に優れたヘッドを得ることができる。すなわち、ドライエッチングのみによって形成する場合には、エッチング形状のばらつき、再現性等のエッチング特性が貫通孔形状に顕著に影響するが、異方性ウェットエッチングを併用することによって、＜１１１＞面で貫通孔が形成されることになり、寸法制御、再現性にすぐれた貫通穴の形成が可能となる。また、ドライエッチングだけでは、長時間のエッチング時間を要するが、ウェットエッチングを併用することで、生産性を向上することができる。
【００８０】
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１３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等を有する本発明に係る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。
【００８１】
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、高精度で位置合わせをできるヘッドを一体化することで、低コストで吐出特性に優れた信頼性の高いインクカートリッジが得られる。
【００８２】
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１４及び図１５を参照して説明する。なお、図１４は同記録装置の斜視説明図、図１５は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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吐出特性に優れた信頼性の高いインクジェットヘッド（又はインクカートリッジ）を搭載しているので、高画質記録を行うことができる。
【００９４】
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。
【００９５】
【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振動板接合面又はノズル板接合面には振動板又はノズル板との位置決め用のアライメントマークが形成されている構成としたので、位置決め精度が向上して、吐出特性に優れた信頼性の高い高密度ヘッドを実現することができる。
【００９６】
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にはアクチュエータユニットと接合するときに位置決めするための貫通穴からなるアライメント用窓が形成されている構成としたので、位置決め精度が向上して、吐出特性に優れた信頼性の高い高密度ヘッドを実現することができる。
【００９７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、アライメントマーク、又はアライメント用窓、若しくはヘッドに関する情報を表すパターンをシリコンウエハをドライエッチング、異方性ウェットエッチング、又はドライエッチングと異方性ウェットエッチングの両方によりエッチングして形成するので、簡単に本発明に係る液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００９８】
本発明に係るインクカートリッジによれば、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドとこのヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したので、吐出特性に優れた信頼性の高い高密度ヘッドを有するインクカートリッジが得られる。
【００９９】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係るインクカートリッジを搭載しているので、高画質記録を行うことができる。
【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】同ヘッドの流路板の振動板接合面側のアライメントマークを説明するための要部拡大斜視説明図
【図５】同ヘッドの流路板のノズル接合面側のアライメントマークを説明するための要部拡大斜視説明図
【図６】同ヘッドの流路板のアライメント用窓を説明するための要部拡大斜視説明図
【図７】同ヘッドの流路板の符号パターンを説明するための要部拡大斜視説明図
【図８】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の実施形態を説明する流路形成部材の作製工程の断面説明図
【図９】図８に続く工程を説明する断面説明図
【図１０】図９に続く工程を説明する断面説明図
【図１１】図１０に続く工程を説明する断面説明図
【図１２】図１１に続く工程を説明する断面説明図
【図１３】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１４】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１５】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、６…圧力発生室、７…インク供給路、８…共通液室、１０…耐液性薄膜、１２…圧電素子、１３…ベース基板、３２、３３…アライメントマーク、３４…アライメント用窓、４１…符号パターン、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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