(57)【要約】【課題】製造上多くの箇所を介して位置決めされるため、振動板５と個別電極２１の位置ずれが大きくなってしまい、結果としてインク吐出量、インク吐出スピード等、吐出特性のばらつきが大きくなり、印字品質が不安定になるといった問題が存在していた。また、位置ずれを吸収するために各部間の寸法余裕を大きくせざるを得なくなり、結果としてヘッド外形が大きくなり、小型化あるいは高密度化対応の阻害要因となっていた。【解決手段】ノズルに連通したインク加圧室と、該インク加圧室内に振動板となるダイアフラム部を有する部材において、該ダイアフラム部の電極対向面側に厚みが５０〜３５０ｎｍの絶縁膜２４に凹の段差（凹部２７）を形成することにより、振動板５と振動室隔壁部２６の位置精度の向上を図るとともに、従来位置ずれを吸収するために設定していた各部間の寸法余裕についても圧縮する。【選択図】    図３
2004322454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルに連通したインク加圧室と、該インク加圧室内に振動板となるダイアフラム部を有する第１の基板と、該ダイアフラムと所定隙間を介して配置された前記ダイアフラムを振動させる電極を備えた第２の基板とが積層されている静電駆動式インクジェットヘッドにおいて、
前記第１の基板は、前記第２の基板側に凹部のある絶縁膜を有していることを特徴とする静電駆動式インクジェットヘッド。
【請求項２】
前記絶縁膜の前記凹部は、前記ダイアフラムの部分であることを特徴とする静電駆動式インクジェットヘッド。
【請求項３】
前記絶縁膜は、総厚みが５０〜３５０ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の静電駆動式インクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドおよびその加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドとしては、インク液滴を吐出させるためのメカニズムに応じて各種の方式のものが提案されている。例えば、ヒータを加熱してインクを沸騰させ、それによって生じる気泡圧でインク液滴を吐出する方式のインクジェットヘッド（例えば、特許文献１参照）、あるいはインクを貯留した圧力室に貼り付けられた圧電素子に電圧を印加することにより圧力室の容積を膨張および収縮させて、インク液滴を吐出する方式のインクジェットヘッド（例えば、特許文献２参照）がある。さらに、静電気力を利用してインクを貯留した圧力室の容積を変化させて、インク液滴の吐出を行う静電駆動式のものもある（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
これら各種のインクジェットヘッドのうち、静電駆動式のインクジェットヘッドは小型・高密度化に適している。また、静電駆動式のインクジェットヘッドは、印字品質に優れ、かつ、長寿命であるという利点もある。この種のインクジェットヘッドでは、例えばシリコン基板からなるキャビティープレート（第１の基板）、ガラス基板（第２の基板）、ノズルプレート（第３の基板）の３枚の接合された基板で構成されており、キャビティープレートには複数のノズル溝とそれに連通した振動板が形成されている。ガラス基板には、各々の振動板に対向する部分に、振動室を構成することになる溝部が形成され、この溝部の底面には、振動板に対向する個別電極が形成されている。振動板は実質的な電極として機能しており、個別電極と短絡するのを防ぐために、絶縁膜を介在させている。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドにおいて印字品質を安定確保するためには、振動板と個別電極の位置精度、振動板と振動室隔壁部の位置精度、振動室隔壁部と個別電極部の位置精度を厳密に管理する必要がある。そのため、第１の基板と第２の基板を接合する際には、それぞれの基板内中心対称位置に配置された接合用位置決めマークが重なるように基板位置を高精度で合わせ、振動板に対する振動室及び個別電極の位置精度確保を行っている。
【０００５】
図２は従来におけるインクジェットヘッドの断面図である。
ガラス基板２には振動室９が形成されている。キャビティープレート１には圧力室６が形成されており、圧力室６の底面には振動板５が形成されている。それぞれの基板にはパターニング用位置決めマーク１６と接合用位置決めマーク１７が形成されている。
キャビティープレート１とガラス基板２の貼り合わせは、接合用位置決めマーク１７の位置合わせにより行う。
【０００６】
振動板５に対する振動室９及び個別電極２１の位置精度は、パターニング用位置決めマーク１６間の合わせ精度と接合用位置決めマーク１７間の合わせ精度に依存する。キャビティープレート１において、パターニング用位置決めマーク１６ａのマーク間の位置精度は、隣り合う圧力室６間の位置精度に等しい。キャビティープレート１において、圧力室６が形成されている面側に形成されているパターニング用位置決めマーク１６ａと圧力室６の位置精度は圧力室６間の位置精度に等しい。また、各面に形成されているパターニング用位置決めマーク１６間の位置精度は、各面にフォトリソパターニングする際の重ねあわせ精度に等しく、これは、該当プロセスで使用する露光装置能力に依存している。
【０００７】
振動板５に対する個別電極２１の位置ずれについては、接合用位置決めマーク１７間の位置ずれにガラス基板２のパターニング用位置決めマーク１６ｂ間の位置ずれを加えたものになる。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６１−５９９１１号公報
【特許文献２】
特開平２−５１７３４号公報
【特許文献３】
特開平７−２１４７６９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の従来技術によるキャビティープレート１とガラス基板２の貼り合わせ方法では、製造上能力の低い、ガラス基板に形成されているパターニング用位置決めマーク間の合わせ精度が含まれているため、特に振動室隔壁部と個別電極部の位置精度が低下するとともに、振動板と個別電極の位置精度が低下する。このためインク吐出量、インク吐出スピード等、吐出特性のばらつきが大きくなり、印字品質が不安定になるといった問題が存在していた。
【００１０】
また、位置ずれを吸収するために各部間の寸法余裕を大きくせざるを得なくなり、結果としてヘッド外形が大きくなり、小型化あるいは高密度化対応の阻害要因となっていた。
【００１１】
本発明は上記の問題点に鑑みて、その目的とするところは、基板の接合アライメント精度によらず、振動室隔壁部と個別電極部の位置精度及び、振動板と個別電極の位置精度を向上させ、インクジェットヘッドの印字品質の向上安定化を可能にすることであり、さらにはヘッドサイズの小型化や高密度化への対応能力を向上させることにある。
【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の静電駆動式インクジェットヘッドは、ノズルに連通したインク加圧室と、該インク加圧室内に振動板となるダイアフラム部を有する第１の基板と、該ダイアフラムと所定隙間を介して配置された前記ダイアフラムを振動させる電極を備えた第２の基板とが積層されている静電駆動式インクジェットヘッドにおいて、前記第１の基板は、前記第２の基板側に凹部のある絶縁膜を有していることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は前記絶縁膜の前記凹部は、前記ダイアフラムの部分であってもよい。
上記構成により、前記凹部を第２基板の位置合わせ部分と前記ダイアフラムの弾性変形可能な隙間を形成する部分とを同一工程で作ることができ、精度よく形成することが可能であることから、第２基板と位置合わせして接合するだけでダイアフラムの変位する領域を凹部によって確保できる。そのため、製造上能力の低い、第２基板に形成されているパターニング用位置決めマーク間の合わせを行わずに済み、特に振動室隔壁部と個別電極部の位置精度が改善され、振動板と個別電極の位置精度を向上し、結果として、インク吐出量やインク吐出スピード等の吐出特性ばらつきが小さくなり、インクジェットヘッドの印字品質の向上安定化が図れる。さらには位置精度向上により、従来位置ずれを吸収するために設定していた各部間の寸法余裕については圧縮が可能となり、ヘッド外形の小型化あるいは高密度化への対応能力を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の静電駆動式インクジェットヘッドにおいては、前記絶縁膜の総厚みが５０〜３５０ｎｍであることが望ましいものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本発明におけるインクジェットヘッドの分解斜視図である。インクジェットヘッド１０は、インク液滴と基板の端部に設けたインクノズルから吐出させるエッジイジェクトタイプであり、静電駆動方式のものである。インクジェットヘッド１０は、キャビティープレート１（第１の基板）、ガラス基板２（第２の基板）、およびノズルプレート３（第３の基板）が接合された構造をしている。
【００１６】
キャビティープレート１はシリコン基板であり、その表面には、複数のインクノズル４を構成するための複数のノズル溝１１がキャビティープレート１の一方端から平行かつ等間隔で形成されている。キャビティープレート１の表面には、底壁が振動板５として機能する圧力室６を構成することになる凹部１２と、この凹部１２の後部に設けられたインク供給口７を構成することになる細溝１３、各々の圧力室６にインクを供給するためのインクリザーバ８を構成することになる凹部１４がエッチングによって形成されている。振動板５の下部には後述する電極との間隔を保持し、振動室９を構成することになる凹部１５が形成されている。
【００１７】
また、キャビティープレート１の表面には金属膜からなる共通電極（図示せず）が形成されている。
【００１８】
インク供給孔３１には接続パイプ３２を介してインクタンク等の外部のインク供給源（図示せず。）が接続され、インク供給源からインク供給孔３１を介してインクリザーバ８にインクが供給される。キャビティープレート１の下面は鏡面研磨によって平坦化されており、ガラス基板２に対する取り付け面とされている。
【００１９】
このキャビティープレート１の上面（溝形成側の基板表面）に接合されるノズルプレート３としては、ホウ珪酸ガラス基板などを用いることができる。このノズルプレート２およびキャビティープレート１を重ね合わせることにより、これらのプレート１、３の間に、インクノズル４、圧力室６、インク供給口７、インクリザーバ８、およびインク供給孔３１が区画形成される。
【００２０】
キャビティープレート１の下面に接合されるガラス基板２は、シリコン基板と熱膨張率が近いホウ珪酸ガラス基板を用いることができる。ガラス基板２において、各々の振動板５に対向する部分には、個別電極２１がそれぞれ配置されている。
【００２１】
キャビティープレート１に形成した各圧力室６の底面を規定している振動板５は、実質的な電極として機能し、電極である振動板５と各個別電極２１間に繰り返し電界を印加すると、個別電極２１と対向している振動板５とが静電気力によって振動し、これに伴って圧力室６の圧力が変動してインクノズル４からインク液滴が吐出される。
【００２２】
図３は本発明におけるインクジェットヘッドの断面図である。
ガラス基板２には個別電極２１が形成されている。キャビティープレート１において、電極ガラス２に接合されている面側には振動室９が形成されている。これと同一面側に形成されている接合用位置決めマーク１７、及びパターニング用位置決めマーク１６ａの位置精度は隣り合う振動室９間の位置精度に等しい。同様に、圧力室６が形成されている面側に形成されているパターニング用位置決めマーク１６ａと圧力室６の位置精度は圧力室６間の位置精度に等しい。また、各面に形成されているパターニング用位置決めマーク１６ａ間の位置精度は、各面にフォトリソパターニングする際の重ねあわせ精度に等しく、これは該当プロセスで使用する露光装置能力に依存している。
【００２３】
キャビティープレート１とガラス基板２を貼り合わせる際の位置決めについては、振動室９と個別電極２１を直接合わせるのと同等精度となる接合用位置決めマーク１７にて行う。振動板５に対する個別電極２１の位置ずれについては、前述の振動室９と個別電極２１の位置ずれにパターニング用位置決めマーク１６ａ間のずれを加えたものになる。
【００２４】
図４は絶縁膜厚と剥離強度の相関図である。
この図は剥離強度の絶縁膜厚依存性を示すものである。キャビティープレートとガラス基板は、１例としては、温度３５０℃、電圧８００Ｖの印加で陽極接合をしており、その際、基板間に介在する絶縁膜の厚みによって接合強度は大きく変動する。図中の絶縁膜厚３５０ｎｍ以下において接合強度は安定的に、十分確保されていることが剥離強度から確認できる。また、絶縁膜厚が３５０ｎｍを超えるところでは接合強度が急激に低下していることも、同様に剥離強度から確認できる。一方、５０ｎｍ未満の絶縁膜厚においては、振動板５と個別電極間の電気的絶縁性が十分確保できないことから、絶縁膜厚については、５０ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲であることが望ましい。
【００２５】
（実施例２）
（キャビティープレートの加工方法）
次に、本発明におけるインクジェットヘッドに用いるキャビティープレート１の加工方法を説明する。
【００２６】
図５は本発明におけるインクジェットヘッドに用いるキャビティープレート１の加工フロー図である。
【００２７】
まず、無処理のキャビティープレート１の上下の表面に均一に絶縁膜２４ａを形成する（図５（ａ））。絶縁膜２４ａの形成はウエット熱酸化にて行う。ここでは、バブラーによる酸化ガス導入を行い、十分に厚い膜を確保しておく。次に、レジスト２５を塗布し（図５（ｂ））、キャビティープレート１の上側をパターン露光、現像処理を行った後、フッ酸系溶液により下地の絶縁膜２４ａをエッチングする（図５（ｃ））。その後、レジスト２５を剥離する（図５（ｄ））。この後、パターニングされた絶縁膜２４ａをエッチング保護マスクとして、キャビティープレート１を約１７０μｍエッチングする。エッチングには、例えば水酸化カリウム水溶液のような強アルカリ溶液を用いることができる。
【００２８】
エッチング終了後は、キャビティープレート１の表面の絶縁膜２４ａをフッ酸水溶液により全て剥離除去し、基板洗浄後、再度熱酸化を行う（図５（ｅ））。ここで形成する絶縁膜２４ｂについては、高い膜厚精度が要求されるため、通常は乾燥酸素を用いる。絶縁膜２４ｂの総厚ｔを絶縁膜厚３５０ｎｍ以下の所望する厚みで形成した後、キャビティープレート１のガラス基板２との接合面側に振動室９をフォトリソパターニングにより形成するため、下側面のみレジスト２５を塗布し（図５（ｆ））、パターン露光、現像処理を行った後、フッ酸系溶液により下地の絶縁膜２４ｂをハーフにエッチングして凹部２７を形成する（図５（ｇ））。この時のエッチング投入時間調整により、エッチング量は任意に変更可能であり、振動板５と個別電極２１との間隔のコントロールを行う。その後、レジスト２５を剥離除去し、キャビティープレート加工は終了する。
【００２９】
（その他の形態）
なお、本発明に係るシリコン基板加工方法は、静電駆動式のインクジェットヘッドに限らす、センサーあるいはマイクロマシーニングのような、シリコン基板上にギャップとしての絶縁膜を形成する際にも適用できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電駆動式インクジェットヘッドにおいては、ノズルに連通したインク加圧室と、該インク加圧室内に振動板となるダイアフラム部を有する部材において、該ダイアフラム部の電極対向面側に絶縁膜に凹の段差（凹部２７）を設けることにより、特に振動板と振動室隔壁部の位置精度の向上が可能となるため、インクジェットヘッドの印字品質の向上安定化が図れる。さらには位置精度向上により、従来位置ずれを吸収するために設定していた各部間の寸法余裕については圧縮が可能となり、ヘッド外形の小型化あるいは高密度化への対応能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】従来におけるインクジェットヘッドの断面図である。
【図３】本発明におけるインクジェットヘッドの断面図である。
【図４】絶縁膜厚と剥離強度の相関図である。
【図５】本発明におけるインクジェットヘッドに用いるキャビティープレートの加工フロー図である。
【符号の説明】
１・・・キャビティープレート（第１の基板）
２・・・ガラス基板（第２の基板）
３・・・ノズルプレート（第３の基板）
４・・・インクノズル
５・・・振動板
６・・・圧力室
９・・・振動室
１６・・パターニング用位置決めマーク
１７・・接合用位置決めマーク
２１・・個別電極
２６・・振動室隔壁部
２７・・凹部
【図１】
2004322454.tif 000003
【図２】
2004322454.tif 000004
【図３】
2004322454.tif 000005
【図４】
2004322454.tif 000006
【図５】
2004322454.tif 000007