(57)【要約】　　　（修正有）【課題】特性バラツキが少なく高い信頼性が得られる液滴吐出ヘッド及びその液滴吐出ヘッドの製造方法、この液滴吐出ヘッドを備えることで高画質記録が可能なインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】振動板１０と電極１４との間のギャップ１２は電極１４上に形成した犠牲層を電極１４及び振動板１０を形成した後に除去することにより形成した。ここで、振動板は二層以上の積層が好ましい。さらに、電極の下部に空洞を有し、ギャップと空洞が連通していることが好ましい。また電極の両面に絶縁膜を有する。【選択図】　図２
2004066606.tif 000002
【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加圧室の少なくとも１つの壁面を形成する振動板とこの振動板にギャップを介して対向する電極を備え、前記振動板を静電力で変形させることで前記液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板と電極との間のギャップは前記電極上に形成された犠牲層を前記電極及び前記振動板形成後に除去することにより形成されたものであ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、前記振動板は二層以上の積層膜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、前記電極が部分的に除去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において、前記電極の下部に空洞を有し、前記ギャップと前記空洞が連通し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、前記電極の両面に絶縁膜を有し、これらの電極及び絶縁膜の総膜厚が前記積層振動板の膜厚より厚いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、連続配置された複数のギャップ間の隔壁領域で前記振動板が部分的に除去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製造方法であって、前記犠牲層にポリシリコ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８】
請求項７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記ポリシリコンからなる犠牲層膜の上下にシリコン酸化膜を成膜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９】
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製造方法であって、前記犠牲層にシリコン酸化膜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１０】
請求項９に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記シリコン酸化膜からなる犠牲層膜の上下にポリシリコンを成膜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１１】
請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、インクを供給するインクタンクが一体化されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
インク滴を吐出す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６、１１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、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドは、インク滴を吐出する単一又は複数のノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室（加圧室、インク室、液室、加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。）と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内インクを加圧することによってノズル孔からインク滴を吐出させる。
【０００３】
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。また、液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を構成するマイクロアクチュエータは、例えばマイクロポンプ、マイクロ光変調デバイスなどの光学デバイス、マイクロスイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。
【０００４】
ところで、液滴吐出ヘッドとしては、圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出室内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるサーマル型のもの、吐出室の壁面を形成する振動板を静電力で変形させることでインク滴を吐出させる静電型のものなどがある。
【０００５】
近年、環境問題から鉛フリーであるバブル型、静電型が注目を集め、鉛フリーに加え、低消費電力の観点からも環境に影響が少ない、静電型のものが複数提案されている。
【０００６】
この静電型インクジェットヘッドとしては、例えば、特開平６−７１８８２号公報に記載されているように、一対の電極対がエアギャップを介して設けられており、片方の電極が振動板として働き、振動板の対向する電極と反対側にインクが充填されるインク室が形成され、電極間（振動板−電極間）に電圧を印加することによって電極間に静電引力が働き、電極（振動板）が変形し、電圧を除去すると振動板が弾性力によってもとの状態に戻り、その力を用いてインク滴を吐出するものがある。
【０００７】
また、特開２００１−１８３８３号公報には振動板と電極との微小なギャップを犠牲層エッチングにより形成し、その上に液室基板を接合することでヘッドを構成することが記載されている。また、特開平１１−３１４３６３号公報には、ギャップにインクが流入可能な片もち梁又は両もち梁構造の振動板を形成し、高誘電率インクをギャップ内に満たすことで低電圧駆動を可能にしたものが記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、振動板と対向する電極とを備えた静電型インクジェットヘッドにあっては、低電圧化のためには電極間のエアギャップを非常に小さくしなければならない。
【０００９】
しかしながら、上記特開平６−７１８８２号公報に記載のヘッドでは、エッチングによる凹部形成と陽極接合による振動板基板との接合によりエアギャップを作成しており、そのような微小なギャップを精度良く、バラツキ少なく形成することが非常に困難であり、歩留まりが上がらないといった課題がある。
【００１０】
そこで、上記特開２００１−１８３８３号公報記載のヘッドでは、ギャップを精度良く形成する方法として犠牲層エッチングによるギャップ形成法を用いているが、犠牲層エッチング用ホールを振動板面に形成しているため、振動板の信頼性が低下する。また、犠牲層エッチング後に絶縁膜でエッチングホールを封鎖する方法を用いているので、ホールを封止する為の絶縁膜を厚く形成する必要があり、振動板剛性が大きくなり駆動電圧が上昇し、且つ振動板剛性がつばらつく要因となるという課題がある。
【００１１】
また、上記特開平１１−３１４３６３号公報記載のヘッドでは、犠牲層エッチングによりギャップを形成しているが、振動板が片もち梁又は両もち梁構造でありギャップと液室が連通した構造になっている。この場合、犠牲層エッチング用のホールを形成する必要が無く、インクがギャップ内に侵入可能なため、高誘電率インクを用いることで実効ギャップを小さくでき低電圧駆動が可能である。しかしながら、ギャップ内のインクに電圧がかかるため、インク成分が凝集を起こす問題が発生しやすく、またギャップ内インクのコンダクタンスにより高速駆動ができないという課題がある。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、特性バラツキが少なく高い信頼性が得られる液滴吐出ヘッド及びその液滴吐出ヘッドの製造方法、この液滴吐出ヘッドを備えることで高画質記録が可能な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、振動板と電極との間のギャップは電極上に形成された犠牲層を電極及び振動板形成後に除去することにより形成されたものである構成としたものである。
【００１４】
ここで、振動板は二層以上の積層膜で形成されていることが好ましい。また、電極が部分的に除去されていることが好ましい。さらに、電極の下部に空洞を有し、ギャップと空洞が連通していることが好ましい。また、電極の両面に絶縁膜を有し、これらの電極及び絶縁膜の総膜厚が積層振動板の膜厚より厚いことが好ましい。
【００１５】
また、連続配置された複数のギャップ間の隔壁領域で前記振動板が部分的に除去されていることが好ましい。
【００１６】
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、犠牲層にポリシリコンを用いる構成としたものである。ここで、ポリシリコンからなる犠牲層膜の上下にシリコン酸化膜を成膜することが好ましい。
【００１７】
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を製造する方法であって、犠牲層にシリコン酸化膜を用いる構成としたものである。ここで、シリコン酸化膜からなる犠牲層膜の上下にポリシリコンを成膜することが好ましい。
【００１８】
上記本発明に係る液滴吐出ヘッドは、インクを供給するインクタンクが一体化されている構成とすることができる。
【００１９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、インク滴を吐出するインクジェットヘッドを本発明に係る液滴吐出ヘッドである構成としたものである。
【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。図１は本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示している。図２は同ヘッドの振動板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、インク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプのものであり、３枚の第１、第２、第３基板１、２、３を重ねて接合した積層構造となっており、第１基板１と第３基板３とを接合することで、インク滴を吐出する複数のノズル孔４が連通する吐出室６、各吐出室６に流体抵抗部７を介してインクを供給する共通液室（共通インク室）８などを形成している。なお、基板の端部に設けたノズル孔からインク滴を吐出させるエッジシュータタイプとすることもできる。
【００２２】
中間の第１基板１は、主基板１１に底壁を振動板１０とする吐出室６を形成するための凹部と、各々の吐出室６にインクを供給するための共通液室８を形成するための凹部を有する。そして、振動板１０の下側にはギャップ１２を介して振動板１０に対向する個別電極１４を形成し、これらの振動板１０と個別電極１４で静電型アクチュエータを構成している。さらに、振動板１０と電極１４は電気的に分離されている。
【００２３】
ここで、振動板１０は、例えば電極１４側の窒化膜１０ａと共通電極となるポリシリコン膜１０ｂとの二層構造の積層膜で形成している。このように、振動板を積層膜で構成することにより、後述するように、このヘッドでは、電極及び振動板形成後に電極上に形成した犠牲層をエッチングしてギャップ１２を形成するため、振動板１０として電極材料（ここではポリシリコン膜）とエッチングガスに対して選択性の高い絶縁膜（ここでは窒化膜）を保護膜として積層することで、エッチングガスに対して選択性の低い電極材料でも使うことが可能となり、プロセスの選択幅を広げることができて、低コスト化を図れる。
【００２４】
また、ギャップ１２は電極１４上に形成した犠牲層を電極１４及び振動板１０を形成した後に除去することで形成したものであり、これにより、ギャップ１２を犠牲層の成膜厚さで制御でき、ギャップ１２のバラツキが低減する。
【００２５】
さらに、電極１４の上面（振動板１０側表面）には絶縁膜１３を形成し、電極１４の下面（振動板１０側と反対側の表面）には絶縁膜１５を形成して、電極１４の両面に絶縁膜を形成している。この絶縁膜１５は電極１４、１４間（各チャンネル間）の隔壁部も形成している。
【００２６】
この場合、これらの電極１４及び絶縁膜１３、１５の総膜厚は積層振動板１０の膜厚より厚く、特に３倍以上厚くすることが好ましい。このように、個別電極を上下から絶縁膜に挟み、且つそのトータル膜厚を振動板の膜厚より厚く、特に３倍以上にすることで、振動板剛性に対し電極部が十分な剛性を有する構造とすることができ、信頼性及び安定性が向上する。
【００２７】
第１基板１の下面に接合される第２基板２は、第１基板１を保護するための保護基板である。同様の機能を有する別の台座に直接実装される場合は、この第２の基板２はなくてもかまわない。
【００２８】
この第２基板２にはギャップ１２に対応して個別電極１４の下部に空洞を形成するための凹部１６を形成し、各凹部１６、１６間は連通溝１７で連通させている。また、個別電極１４は部分的に除去して連通孔１８を形成し、ギャップ１２を連通孔１８を介して凹部１６で形成される空洞に連通させている。
【００２９】
これにより、個別電極下部の空洞とギャップを連通させ、空洞はギャップに存在する気体が振動板の変位により圧縮を受ける再ダンパーとして働き、振動板変位時のギャップ内圧力上昇を低減でき、これにより駆動電圧を低減できる。
【００３０】
また、この連通孔１８は電極１４及び振動板１０形成後に電極１４上に形成した犠牲層をエッチングしてギャップ１２を形成するときに、犠牲層エッチング孔としても機能する。これにより、個別電極面全体から犠牲層をエッチング除去することができ、エッチングガスが犠牲層領域に供給されやすくなり極端に長いオーバーエッチングを低減できるため、ヘッドの信頼性を向上でき、またプロセスタイムを短縮できてコスト低減も図れる。
【００３１】
さらに、第２基板２には気圧補正用凹部２０を形成して、この気圧補正用凹部２０を外部に連通する連通孔２１を形成し、一方、第１基板１には気圧補正用凹部２０の壁面を形成する気圧補正用可動板２２を形成している。
【００３２】
このように、第２基板２に気圧補正用凹部２０を設けて、これを外部に連通する連通孔２１を形成しておくことで、連通孔２１を介して気圧補正用凹部２０、凹部１６、ギャップ１２内にドライエアー等を封じ込めた後連通孔２１を閉塞することができて、外部環境に影響を受けない構成とすることができ、液滴吐出ヘッドの信頼性をより高めることが可能である。
【００３３】
なお、気圧補正用凹部２０に臨む気圧補正用可動板２２は、振動板剛性を低くするためヘッド部の振動板１０よりも短辺長が大きいサイズに形成することが好ましく、また、外気の圧力変動に対してヘッド部の振動板１０よりも敏感に変位するように形成することが好ましい。
【００３４】
また、第１基板１の上面に接合される第３基板３には、厚さ５０ミクロンのニッケル基板を用い、基板３の面部に、吐出室６と連通するようにそれぞれノズル孔４、共通液室８と吐出室６を連通させる流体抵抗となる溝７を設け、また共通インク室８と連通するようにインク供給口９を設けている。
【００３５】
このように構成したインクジェットヘッドの動作を説明する。吐出室６がインクにより満たされた状態で個別電極１４に発振回路（駆動回路）から４０Ｖのパルス電位を印加すると、個別電極１４の表面がプラス電位に帯電し、振動板１０との間に静電力が作用して、振動板１０が個別電極１４側に撓むことになる。これにより、吐出室６内の圧力が低下して、共通液室８から流体抵抗部７を介して吐出室６内にインクが流入する。
【００３６】
その後、個別電極１４へのパルス電圧を０Ｖにすると静電気力により下方へ撓んだ振動板１０が自身の剛性により元に戻る。その結果、吐出室６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔４より図２に示すようにインク液滴２３を記録紙２４に向けて吐出する。これを繰り返すことによりインク滴を連続的に吐出することができる。
【００３７】
ここで、電極である振動板１０と個別電極１４との間に働く力Ｆは、次の（１）式に示すように電極間距離ｄの２乗に反比例して大きくなる。低電圧で駆動するためには個別電極１４と振動板１０のギャップ１２の間隔（ギャップ長）を狭く形成することが重要となる。
【００３８】
【数１】
2004066606.tif 000003
【００３９】
なお、（１）式において、Ｆ：電極間に働く力、ε：誘電率、Ｓ：電極の対向する面の面積、ｄ：電極間距離、Ｖ：印加電圧である。
【００４０】
次に、このインクジェットヘッドの製造方法の第１実施形態について図３ないし図５を参照して説明する。なお、図３及び図４は同製造方法の説明に供する断面説明図、図５は同じく平面説明図である。
【００４１】
本実施形態においては、後に液室（吐出室）６を形成する第１基板１に振動板材料及び電極材料を成膜していくことで静電型アクチュエータを作製する。
先ず、図３（ａ）に示すように、第１基板１を構成する主基板１１となる面方位（１１０）のシリコン基板３１の表面に振動板１０となる窒化膜１０ａを０．２μｍ厚み及び共通電極となるポリシリコン膜１０ｂを０．１μｍ厚み、更に本実施形態では酸化膜１０ｃを０．８μｍ厚みにそれぞれ成膜する。
【００４２】
なお、膜厚については上記の値に限らず、ギャップ間隔及び振動板短辺長による振動板剛性を考慮して最適な値に設定すればよい。また、共通電極は絶縁膜（ここでは、窒化膜１０ａと酸化膜１０ｃ）に挟まれた構成となっているので導電性の膜であればほとんど膜が使用可能である。
【００４３】
そして、酸化膜１０ｃ上にポリシリコン３２を０．５μｍ厚みに成膜する。ポリシリコン３２は犠牲層として用いるための材料で、この膜厚がギャップ間隔となるため、前記振動板材料の膜厚と同様に上記の値に限らず最適な膜厚に設定すればよい。
【００４４】
さらに、ポリシリコン３２上に絶縁膜１３となる酸化膜３３及び個別電極１４を成膜する。個別電極１４の材料としては、ポリシリコンやＡｌ、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｗ、ＩＴＯなどを用いることができる。
【００４５】
次いで、個別電極１４をリソ／エッチ法により電極形状にパターニングし、また酸化膜３３及びポリシリコン３２も所要の形状にパターニングする。
【００４６】
そして、同図（ｂ）に示すように、個別電極１４表面及び露出している酸化膜１０ｃ表面などを含めて酸化膜３３上にＣＶＤ法により絶縁膜１５となる酸化膜３５を５μｍ厚みに成膜し、ＣＭＰ法により約１μｍの研磨を行なって表面を平坦化する。ここで、ＣＭＰ法による平坦化は必ずしも必要なわけではない。また酸化膜３５の膜厚は振動板１０の膜厚よりも十分に厚い膜厚とし、酸化膜３３及び個別電極１４及び並びに酸化膜３５の総膜厚の膜剛性が少なくとも積層膜からなる振動板１０の剛性の１０倍以上となる膜厚とすることが好ましい。
【００４７】
次に、同図（ｃ）及び図５に示すように、犠牲層であるポリシリコン３２を除去するための除去孔（連通孔）１８を形成するため、リソ／エッチ法により酸化膜３３、個別電極１４、酸化膜３５をパターニングする。なお、個別電極１４には図５に示すように電極パッド部１４ａも形成する。その後、酸化を行なって除去孔１８の側面に露出した個別電極１４表面に酸化膜を形成し、ＳＦ６を用いた等方性のドライエッチングによりポリシリコン３２を除去する。
【００４８】
ここで、犠牲層であるポリシリコン３２の周りを酸化膜３５で囲んだ構造としているため、酸化膜３５に対して選択性の高い犠牲層エッチング条件で犠牲層を除去でき、ギャップを精度良く形成することができる。犠牲層であるポリシリコン３２の除去方法としては、ＴＭＡＨを用いたウェットエッチングでも良いし、ＸＦ２ガスを用いた常圧ドライエッチングでも良い。
【００４９】
また、ここでは、図５に示すように、格子状に犠牲層除去孔１８を配置しているが、犠牲層除去孔１８は犠牲層を効率よく除去するために電極面に均一に配置されていればよく、配置パターンはこの限りではない。ただし、除去孔１８を数多く配置することは個別電極１４の面積を低下させることにつながり電極間の静電力を弱めることになるため、犠牲層除去プロセスとの整合を図り、数、形状、寸法等最適な配置を選択する必要がある。
【００５０】
その後、図４（ａ）に示すように、ギャップ１２に対応する部分に凹部１６及び連通溝１７を形成した保護基板（第２基板）２を接着剤３６によりシリコン基板３１に貼り合わせ、基板１表面に窒化膜３７を成膜し、リソ／エッチ法により液室パターンに窒化膜３７に形成し、同図（ｂ）に示すように窒化膜３７のパターンをマスクとしてＫＯＨによるウェットエッチングでシリコン基板３１に吐出室（液室）６を形成する。
【００５１】
なお、液室６の形成はＳＦ６ガスを用いたＩＣＰエッチングによるドライエッチングで形成することも可能であるが、この場合、マスクは窒化膜３７に代えて酸化膜とし、窒化膜１０ａ成膜前に酸化膜１０ｃを成膜して３層構造の積層振動板にしておくことで、酸化膜をマスクとして液室６の形成が可能となる。また、この場合、シリコン基板３１を面方位（１００）の基板とすることができ、材料コストを下げることができる。
【００５２】
このように、ポリシリコンを犠牲層として使用することにより、半導体製造で使用されているエッチング材料を用いて犠牲層除去が可能になり、また上下に対エッチング性の高いシリコン酸化膜を成膜することでバラツキの少ない製造プロセスとすることができて、低コストでの大量生産が可能となる。
【００５３】
また、犠牲層としてポリシリコンに代えて、シリコン酸化膜を用いることもできる。この場合はシリコン酸化膜の保護膜としてポリシリコンを用いることが好ましい。この場合、犠牲層酸化膜をウエットエッチ法、ＨＦベーパー法、ケミカルドライエッチング法などにより除去後、保護膜としてポリシリコン表面を酸化することで絶縁層を形成する。
【００５４】
このように、シリコン酸化膜を犠牲層として使用することにより、半導体製造で使用されているエッチング材料を用いて犠牲層除去が可能であり、また上下に対エッチング性の高いポリシリコン膜を成膜することでバラツキの少ない製造プロセスとすることができ、低コストでの大量生産が可能となる。
【００５５】
また、犠牲層酸としてレジストを用いてＯ２プラズマや剥離液で除去する方法、犠牲層に高分子材料を用いて有機系剥離液で除去する方法、犠牲層にアルミを用いてＫＯＨなどの薬液で除去する方法、犠牲層にＴｉＮ用いてＮＨ３ＯＨとＨ２Ｏ２混合液などの薬液で除去する方法等色々な組み合わせで同様のプロセスを組み立てることができる。
【００５６】
なお、図では省略したが、最後にノズル板３を基板３１表面に張り合わせることで静電型液滴吐出ヘッドが完成する。
【００５７】
上記製造工程により作製された液滴吐出ヘッドは、犠牲層膜厚によりギャップ間隔を規定するため、精度良く、且つバラツキの少ないギャップ形成が可能である。また、直接接合や陽極接合などが必要なく、大半を半導体プロセスで作成できるため、歩留まり良く安定した液滴吐出ヘッドを製造することができる。
【００５８】
次に、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の第２実施形態についてその製造方法の第２実施形態とともに図６ないし図８を参照して説明する。なお、図６及び図７は同製造方法の説明に供する断面説明図、図８は同じく平面説明図である。
【００５９】
本実施形態では、振動板面から犠牲層を除去し、感光性ポリイミドにより犠牲層除去孔の封止と液室形成を行なっている。
先ず、図６（ａ）に示すように、面方位（１００）のシリコン基板４１に熱酸化膜４５を約１．０μｍの厚みに形成してから個別電極となるポリシリコン４４を０．５μｍの厚みに成膜する。このポリシリコン４４に低抵抗化のために燐をドープ後、リソエッチ法により電極分離溝４４ｂを形成した後、高温酸化膜（ＨＴＯ膜）４３を０．２５μｍ厚みに成膜する。なお、個別電極となるポリシリコン４４には図８に示すように電極パッド部４４ａも形成する。
【００６０】
次いで、図７（ｂ）に示すように、ＨＴＯ膜４３上に犠牲層となるポリシリコン４２を０．５μｍ厚みに成膜した後、リソエッチ法により分離溝４２ａを形成し、さらに高温酸化膜（ＨＴＯ膜）５０ｃを０．１μｍ厚みに成膜する。
【００６１】
さらに、同図（ｃ）に示すように、共通電極となるポリシリコン５０ｂを０．５μｍ厚みに、次いで振動板保護膜となる酸化膜５０ａを０．５μｍ厚みに成膜する。その後、リソエッチ法により犠牲層除去孔５１を後に液室間隔壁となる領域に形成するために、犠牲層除去孔５１よりオーバーサイズしたパターンをリソエッチ法により形成し、酸化膜５０ａ、ポリシリコン５０ｂの順にエッチングを行なう。その後、酸化を行なって除去孔５１の側面に露出したポリシリコン５０ｂ表面に酸化膜５０ｂ１を形成する。
【００６２】
その後、図７（ａ）及び図８に示すように、リソエッチ法により除去孔５１のパターニングを行ない酸化膜５０ｃをエッチング除去し、ＳＦ６を用いた等方性のドライエッチングにより犠牲層４２を除去してギャップ５２を形成する。なお、前記第１実施形態と同様にＴＭＡＨを用いたウェットエッチングでも良いし、ＸＦ２ガスを用いた常圧ドライエッチングでも良い。
【００６３】
次いで、図７（ｂ）に示すように、液室間隔壁となる部分に感光性ポリイミド５３をスピンコートにより１００μｍ厚みに成膜し、犠牲層除去孔５１の封止及び露光現像による液室５６のパターンを形成を行う。その後、３５０℃−５時間ベークを行ないポリイミド５３を硬化させ液室間隔壁とする。
【００６４】
なお、図では省略したが、最後にノズル板３をポリイミド５３表面に貼り合わせることで静電型液滴吐出ヘッドが完成する。
【００６５】
この場合、振動板５０は、酸化膜５０ａ、ポリシリコン５０ｂ及びＨＴＯ膜５０ｃで構成され、この振動板５０はギャップ５２間の隔壁領域に対応する液室間隔壁の領域において除去孔５１により部分的に除去された構造となる。
【００６６】
すなわち、隔壁領域において犠牲層除去孔を形成するために振動板が部分的に除去されているので、吐出室の一方の壁を構成する振動板に影響せずに犠牲層を除去でき、信頼性の高い液滴吐出ヘッドとすることができ、また、下部電極を保護する保護基板も必要が無いためより低コスト化を図れる。
【００６７】
また、上記製造工程により作製した液滴吐出ヘッドは、犠牲層膜厚によりギャップ間隔を規定するため、精度良く、且つバラツキの少ないギャップ形成が可能である。また、直接接合や陽極接合などが必要なく、２枚の基板で液滴吐出ヘッドを構成することができ、一層の低コストなヘッドを作成できる。また、大半を半導体プロセスで作成できるため、歩留まり良く安定した液滴吐出ヘッドが得られる。
【００６８】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドのインクカートリッジ一体型ヘッドについて図９を参照して説明する。
このインクカートリッジ一体型ヘッド１００は、ノズル孔１０１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１０２と、このインクジェットヘッド１０１に対してインクを供給するインクタンク１０３とを一体化したものである。
【００６９】
このように本発明に係る液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化することにより、滴吐出効率が高く、安定した滴吐出特性が得られる液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ（インクタンク一体型ヘッド）が得られる。
【００７０】
次に、本発明に係るインクジェットヘッド（ヘッド一体型のインクカートリッジを含む。）を搭載したインクジェット記録装置の機構の一例について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１１は同記録装置の斜視説明図、図１２は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００７１】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１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１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２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１１６に排紙する。
【００７２】
印字機構部１１２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１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図１５で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３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１２４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１２３にはヘッド１２４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１２５を交換可能に装着している。
【００７３】
インクカートリッジ１２５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。
【００７４】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４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。
【００７５】
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１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１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。
【００７６】
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００７７】
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４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１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
【００７８】
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３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１１３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１１３を排紙する。この場合、ヘッド１２４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドはインク滴噴射の制御性が向上し、特性変動が抑制されているので、安定して高い画像品質の画像を記録することができる。
【００７９】
また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７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１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４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。
【００８０】
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１２４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。
【００８１】
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に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載しているので、低コストで高い画像品質の画像を記録できる記録装置が得られる。
【００８２】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を適用したマイクロデバイスとしてのマイクロポンプについて図１２を参照して説明する。なお、同図は同マイクロポンプの要部断面説明図である。
このマイクロポンプは、流路基板２０１とアクチュエータ基板２０２とを有している。流路基板２０１には流体が流れる流路２０３を形成している。アクチュエータ基板２０２は、支持基板２１０上に、流路２０１の壁面を形成する変形可能な可動板２０４（ヘッドの振動板に相当する。）と、この可動板２０４の可動部分２０４ａ（固定されていない部分）にギャップ２０５を介して対向する電極２０６とを有する。
【００８３】
可動板２０４は詳細な図示を省略しているが、前記インクジェットヘッドの実施形態で説明したと同様に、共通電極材料の膜両面を絶縁膜で挟んだ積層膜で形成している。また、電極２０６の両面にもそれぞれ絶縁膜２０７、２０８を形成している。
【００８４】
このマイクロポンプの動作原理を説明すると、前述したインクジェットヘッドの場合と同様に、電極２０６に対して選択的にパルス電位を与えることによって可動板２０４との間で静電吸引力が生じるので、可動板２０４の可動部分２０４ａが電極２０６側に変形する。ここで、可動板２０４の可動部分２０４ａを図中右側から順次駆動することによって流路２０３内の流体は、矢印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。
【００８５】
この場合、本発明に係る液滴吐出ヘッドのアクチュエータを備えることで、小型で低消費電力のマイクロポンプを得られる。なお、ここでは可動板の可動部分が複数ある例を示したが、可動部分は１つでも良い。また、輸送効率を上げるために、可動部分間に１又は複数の弁、例えば逆止弁などを設けることもできる。
【００８６】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を適用した光学デバイスの一例について図１３を参照して説明する。なお、同図は同デバイスの概略構成図である。
この光学デバイスは、変形可能なミラー３０１を含むアクチュエータ基板３０２を有している。ミラー３０１の表面は反射率を増加させるため誘電体多層膜や金属膜を形成すると良い。
【００８７】
アクチュエータ基板３０２は、支持基板３１０上に、変形可能なミラー３０１（ヘッドの振動板に相当する。）と、このミラー３０１の可動部分３０１ａ（固定されていない部分）にギャップ３０５を介して対向する電極３０６とを有する。なお、電極３０６の両面にはそれぞれ絶縁膜３０７、３０８を形成している。
【００８８】
この光学デバイスの原理を説明すると、前述したインクジェットヘッドの場合と同様に、電極３０６に対して選択的にパルス電位を与えることによって、電極３０６と対向するミラー３０１の可動部分３０１ａ間で静電吸引力が生じるので、ミラー３０１の可動部分３０１ａが凹状に変形して凹面ミラーとなる。したがって、光源３１０からの光がレンズ３１１を介してミラー３０１に照射した場合、ミラー３０１を駆動しないときには、光は入射角と同じ角度で反射するが、ミラー３０１の可動部分３０１ａを駆動した場合はその可動部分３０１ａが凹面ミラーとなるので反射光は発散光となる。これにより光変調デバイスが実現できる。
【００８９】
そして、本発明の液滴吐出ヘッドのアクチュエータを備えることで小型で低消費電力の光学デバイスを得ることができる。
【００９０】
そこで、この光学デバイスを応用した例を図１４をも参照して説明する。この例は、上述した光学デバイスを２次元に配列し、各ミラー３０１の可動部分３０１ａを独立して駆動するようにしたものである。なお、ここでは、４×４の配列を示しているが、これ以上配列することも可能である。
【００９１】
したがって、前述した図１３と同様に、光源３１０からの光はレンズ３１１を介してミラー３０１に照射され、ミラー３０１を駆動していないところに入射した光は、投影用レンズ３１２へ入射する。一方、電極３０６に電圧を印加してミラー３０１の可動部分３０１ａを変形させているところは凹面ミラーとなるので光は発散し投影用レンズ３１２にほとんど入射しない。この投影用レンズ３１２に入射した光はスクリーン（図示しない）などに投影され、スクリーンに画像を表示することができる。
【００９２】
なお、上記実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、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の他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。また、液滴吐出ヘッドを構成するアクチュエータは、マイクロポンプ、光学デバイス（光変調デバイス）以外にも、マイクロスイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。
【００９３】
【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、振動板と電極との間のギャップは電極上に形成された犠牲層を電極及び振動板形成後に除去することにより形成されたので、ギャップのバラツキが低減して特性のバラツキが少なく高い信頼性が得られる。
【００９４】
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、犠牲層にポリシリコン又はシリコン酸化膜を用いる構成としたので、ヘッドの低コスト化を図れる。
【００９５】
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第１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】同ヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図
【図３】本発明の液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの製造方法の第１実施形態の説明に供する断面説明図
【図４】図３に続く工程を説明する断面説明図
【図５】同工程の説明に供する平面説明図
【図６】本発明の液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド及びその製造方法の第２実施形態の説明に供する断面説明図
【図７】図６に続く工程を説明する断面説明図
【図８】同工程の説明に供する平面説明図
【図９】本発明に係る液滴吐出ヘッドを含むインクカートリッジ一体型ヘッドの説明に供する斜視説明図
【図１０】本発明に係るインクジェット記録装置の一例を説明する斜視説明図
【図１１】同記録装置の機構部の説明図
【図１２】本発明に係る液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を適用したマイクロポンプの一例を説明する説明図
【図１３】本発明に係る液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を適用した光学デバイスの一例を説明する説明図
【図１４】同光学デバイスを用いた光変調デバイスの一例を説明する斜視説明図
【符号の説明】
１…第１基板、２…第２基板、３…ノズル板、４…ノズル孔、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０…振動板、１２…ギャップ、１４…電極、１００…インクカートリッジ一体型ヘッド、１２４…記録ヘッド、２０１…流路基板、２０３…流路、２０４ａ…可動部分、２０６…電極、３０１…ミラー、３０４ａ…可動部分、３０６…電極。
【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】
2004066606.tif 000012
【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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