(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライエッチングにより形成された噴射孔用溝と供給孔用溝および圧力室を有するシリコン基板と、
流体供給路を形成した面を前記シリコン基板の片側に当接して前記噴射孔用溝および供給孔用溝を外部より封止するための基板と、
前記シリコン基板の片側と反対側の面に設けられた加圧体と、を備え、前記噴射孔用溝および供給孔用溝の幅と前記圧力室の幅がこれらの接続部において同一であり、前記供給孔用溝の深さを前記噴射孔用溝の深さより浅くしたことを特徴とする流体噴射装置。
【請求項２】
噴射孔用溝の長さと供給孔用溝の長さを異ならせた請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項３】
供給孔用溝の長さを噴射孔用溝の長さより長くした請求項２に記載の流体噴射装置。
【請求項４】
噴射孔用溝および供給孔用溝の内壁にシリコンとは異なる材料の膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項５】
シリコンとは異なる材料が金または金を主体とする積層膜であることを特徴とする請求項４に記載の流体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体噴射装置、例えばインクジェットプリンタのヘッド等に用いられる、流体、例えばインクを制御性良く噴射するための流体噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、一般に広く普及しているインクジェットプリンタにおいては、流体として用いるインクの噴射を高速、かつ任意に行うことができるオンデマンド方式の流体噴射装置が、機器の性能に大きく関与する。流体噴射装置の構造を大別すると流体流路を構成する流体供給室、圧力室、噴射口と、流体に圧力を与えるための加圧手段からなる。オンデマンド方式の実現には、制御性の良い加圧手段が必要となるが、従来は流体に対する加熱によって発生する気泡（バブル）によって流体を加圧して噴射させる熱制御方式や圧電セラミック等の機械的変形によって直接流体を加圧して噴射させる圧電方式などが多く見られる。
【０００３】
図５は従来の流体噴射装置の斜視図である。
【０００４】
図に示すように、シリコン基板１８に流体噴射孔部と流体供給孔部となる孔１９をドライエッチングにて形成した後、これらを外部より封止するために、予め、サンドブラスト等により流体供給室を形成したガラス基板２０と接合し構造体を構成して、その構造体のシリコン基板１８側からドライエッチングにてシリコン基板１８を貫通して圧力室２１の形成を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、構造体のシリコン基板１８側から圧力室４を形成する際、その反対面に先に形成された噴射孔部および供給孔部となる孔１９は、その他の部分より先に貫通するため、噴射孔部および供給孔部となる孔１９にサンドエッチが入り易く、噴射孔部と圧力室２１、また供給孔部と圧力室２１のそれぞれの接続部において同一面にならず、流体噴射装置としても、それぞれの接続部において流体が滞留する空間ができ、加圧体による圧力変化が効率良く噴射動作に伝わらず、噴射性能が安定しないという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するものでシリコン基板の両面にドライエッチングで加工する際、安定した形状の加工を行うことを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、以下の構成を備える。
【０００８】
本発明の請求項１記載の発明は、噴射孔用溝および供給孔用溝の幅と、圧力室の幅がこれらの接続部において同一であり、さらに前記供給孔用溝の深さを前記噴射孔用溝の深さより浅くしたことで、加圧体による圧力変化が流体に効率良く伝わるとともに、噴射孔側と供給孔側に圧力変化が均等に伝わることがなく噴射孔からの噴射動作を円滑に行うことができる。さらに、供給孔用溝が貫通したときにドライエッチングを止めれば、噴射孔用溝、圧力室、供給孔用溝が導通されることになり、これ以上エッチングを行わないので、供給孔用溝が貫通した際に流れ込む、サイドエッチを誘発させるエッチングガスを極力抑えることができ、これらの接続部においてサイドエッチが少ないものとなり、噴射孔用溝および供給孔用溝の幅と圧力室の幅を容易に同一にすることができる作用を有する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、シリコン基板に形成された噴射孔用溝および供給孔用溝の長さが異なるもので、噴射孔用溝および供給孔用溝の長さを同じ長さにすると、加圧体による圧力変化が噴射孔側と供給孔側に均等に伝わってしまうという問題が発生するのに対して、異なる長さにすることでこのような問題の発生を防ぐことができるという作用を有する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、シリコン基板に形成された噴射孔用溝および供給孔用溝の長さにおいて供給孔用溝の長さの方が長いもので、供給孔用溝の長さを噴射孔用溝の長さより長くすることで、供給孔用溝が貫通した時にサイドエッチを誘発させるエッチングガスが流れ込みにくくなるので、サイドエッチが少ないものとなり、噴射孔用溝および供給孔用溝の幅と圧力室の幅を容易に同一にすることができるという作用を有する。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、シリコン基板に形成された噴射孔用溝および供給孔用溝の内壁にシリコンとは異なる材料の膜が形成されているもので、噴射孔用溝および供給孔用溝の内壁にシリコン以外の材料の膜を形成しておくことで、ドライエッチングによる圧力室形成の際、噴射孔用溝および供給孔用溝が貫通した時に流れ込むエッチングガスから噴射孔用溝および供給孔用溝を保護して、その部分に発生しやすいサイドエッチを抑えることができ、すなわち噴射孔用溝および供給孔用溝の幅と圧力室の幅を同一に形成することができ、内壁に形成する膜を摩擦係数の小さい材料にしておくことで、流体と内壁の摩擦抵抗を軽減させ、噴射孔用溝および供給孔用溝の圧力損失を低減することができ、加圧体による圧力変化をより正確に噴射口に伝えることができるようになるという作用を有する。
【００１２】
請求項５記載の発明は、シリコンとは異なる材料が金または金を主体とする積層膜であるもので、噴射孔用溝および供給孔用溝の内壁に膜を形成することにより、サイドエッチを抑えることができるのに加えて、膜の材料を金または金を主体とする積層膜と限定することで、ガラス基板を直接接合法により簡単に接合することができるようになるという作用を有する。
【００１５】
また本発明は、シリコン基板の片面に前記噴射孔用溝および供給孔用溝をドライエッチングにより形成した後、前記噴射孔用溝および供給孔用溝のどちらか一方にシール材を貼り付けた状態で、更にドライエッチングを行うことにより、シリコン基板の片面に噴射孔用溝および供給孔用溝をドライエッチングにより形成した後、噴射孔用溝および供給孔用溝のどちらか一方にシール材を貼り付けた状態で、更にドライエッチングを行うことで、容易に噴射孔用溝と供給孔用溝を異なる深さに形成することができ、加圧体による圧力変化が均等に伝わってしまうという問題を生じることなく、噴射性能を向上できるという作用を有する。
【００１６】
また本発明は、供給孔用溝側にシール材を貼り付けた後、ドライエッチングを行うもので、供給孔用溝側にシール材を貼り付けた後で、ドライエッチングを行うことにより、供給孔用溝の深さを噴射孔用溝より容易に浅くすることができ、このようにしておくと、供給孔用溝が貫通した時にドライエッチングを止めれば、これ以上エッチングを行わないので、サイドエッチを誘発させるエッチングガスを極力抑えることができ、結果として、サイドエッチが少なくなり、噴射孔用溝および供給孔用溝の幅と圧力室の幅を同一に形成できるため、噴射性能が優れるという作用を有する。
【００１７】
また本発明は、噴射孔用溝と供給孔用溝のどちらか一方に貼り付けるシール材において、このシール材を取り除く時に、密着した前記噴射孔用溝および供給孔用溝のドライエッチングを行うために設けたマスキング材を乱すことなく、取り除くことができるシール材を用いることにより、密着した前記噴射孔用溝および供給孔用溝のドライエッチングを行うために設けたマスキング材を乱すことなく、取り除くことができるシール材、紫外線を照射することで、粘着力を失うテープを用いることにより、ドライエッチングの後、紫外線を照射することで、テープを簡単に剥がすことができるので、マスキング材を乱すことなく、最初のパターン状態で保持することができるという作用を有する。
【００１８】
また本発明は、噴射孔用溝および供給孔用溝のどちらか一方にシール材を貼り付けた状態でドライエッチングを行い、そのシール材を取り除いた後、前記噴射孔用溝および供給孔用溝を形成した面側に、シリコンとは異なる材料の膜を形成することにより、噴射孔用溝および供給孔用溝の内壁にシリコン以外の材料の膜を形成しておくことで、圧力室をドライエッチングにより形成する際、噴射孔用溝および供給孔用溝が貫通した時に流れ込むエッチングガスから噴射孔用溝および供給孔用溝を保護して、その部分に発生しやすいサイドエッチを抑えることができるという作用を有する。
【００１９】
また本発明は、シリコンとは異なる材料として金または金を主体とする積層膜を形成することにより、ガラス基板を直接接合法により、簡単に接合することが可能となるという作用を有する。
【００２０】
また本発明は、シリコンとは異なる材料の膜を、スパッタリング或いは真空蒸着を用いて形成することにより、同時に広いワークサイズで、しかも均一に膜の形成が可能になるという作用を有する。
【００２１】
また本発明は、噴射孔用溝および供給孔用溝を形成した面側にシリコンとは異なる材料の膜を形成した後に、前記噴射孔用溝および供給孔用溝の内壁部以外に形成された膜をエッチングによって、取り除くことにより、噴射孔用溝および供給孔用溝の内壁部以外に形成された膜を取り除くことにより、直接接合をより簡単に行うことができるという作用を有する。
【００２２】
また本発明は、噴射孔用溝および供給孔用溝をドライエッチングにより形成した後、前記マスキング材を除去しない状態でシリコンとは異なる材料の膜を形成して、その後でマスキング材を取り除くことにより、マスキング材の除去と同時に、直接接合の妨げとなるガラスとの接合面の膜も取り除き、噴射孔用溝および供給孔用溝の内壁だけに膜が形成できるので、工程を極めて簡略化することができるという作用を有する。
【００２３】
また本発明は、噴射孔用溝および供給孔用溝のドライエッチングを行うために設けたマスキング材と、噴射孔用溝および供給孔用溝の内壁部以外に形成された膜を取り除いた後に、前記シリコン基板の前記噴射孔用溝および供給孔用溝の形成された面とガラス基板を直接接合することにより、粘着剤等の接着材料を使わないのでシリコン基板とガラス基板の構造体がより正確なものになり、流体噴射装置の信頼性を向上させるという作用を有する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施の形態における流体噴射装置の断面図である。
【００２６】
図において、１はガラス基板であり、そのガラス基板１の上にシリコン基板２が配置されている。ガラス基板１の後方にはサンドブラスト等の方法により流体の供給路３が形成され、この供給路３に連結するように、シリコン基板２には圧力室４が上面側から下面側に貫通して形成されている。この圧力室４のガラス基板との接合面の一方側には流体の噴射孔用溝５が連結され、他方側には流体の供給路３と連結する供給孔用溝６が設けられている。そしてこのような圧力室４は連結された噴射孔用溝５および供給孔用溝６と共に、垂直方向に複数個連結されたような状態で配置されている。
【００２７】
このように配置された圧力室４の上には、加圧体７が設けられている。この加圧体７は、クロムよりなる第一の電極層８と、その上部に設けた圧電体層９と、その上部に設けた第二の電極層１０からなる積層体で構成されている。このように構成された加圧体７は、圧力室４の上に、個別に設けられたものであり、圧力室４、噴射孔用溝５、供給孔用溝６および供給路３に流体が充填されている場合、第一の電極層８と第二の電極層１０の間に電圧を印加すると、加圧体７は変形を起こし、その変形により圧力変化を受けた圧力室中の流体は、噴射口を介して、適宜流体を噴射することができるようにしたものである。この際、加圧体７の圧力変化を効率良く噴射動作に導くため、噴射孔用溝５と供給孔用溝６の形状において、噴射孔用溝５の深さおよび長さと比較して供給孔用溝６の深さを浅く、長さを長くなるように構成したものである。
【００２８】
図２は図１のＸ−Ｘ線における断面図であり、供給孔用溝６の幅と圧力室４の幅が等しく形成されている。このような形状にすることで、供給孔用溝６と圧力室４の接続部に流体が滞留する空間をなくすことができる。なお、このことは、噴射孔用溝５と圧力室４の接続部においても同様なことがいえるので、噴射孔用溝５の幅と圧力室４の幅も等しく形成されている。その結果、加圧体７による圧力変化が流体に効率良く伝わり、噴射口からの噴射動作を円滑に行うことができることになる。
【００２９】
次に製造工程を説明する。
【００３０】
図３は、本発明の一実施の形態における流体噴射装置の製造工程を説明する断面図である。
【００３１】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板２の図１における下面側にマスキング材１１を設ける。このマスキング材１１には噴射口用の開口１２と供給口用の開口１３がある。
【００３２】
次に、図３（ｂ）に示すように、ドライエッチングを行い、噴射孔用溝５および供給孔用溝６を形成した後、容易に除去することが可能なシール材１４で供給孔用溝６を遮蔽する。
【００３３】
次に、図３（ｃ）に示すように、ドライエッチングを行い、噴射孔用溝５の深さを供給孔用溝６より深く形成した後に、シール材１４を取り除き、更にマスキング材１１を取り除く。この時、接合面はシリコンが露出した状態となり、つまり直接接合ができる状態となる。
【００３４】
次に、図３（ｄ）に示すように、噴射孔用溝５および供給孔用溝６を形成した面とガラス基板１を直接接合して、更にシリコン基板２の反対側の面にマスキング材１５を設ける。このマスキング材１５には圧力室用の開口１６がある。この状態でドライエッチングを行うと、シリコン基板２が貫通して圧力室４が形成され、その後で、マスキング材１５を除去することにより図３（ｅ）に示す形状となる。このような製造方法にすることにより、噴射孔用溝５および供給孔用溝６の深さが異なる流体噴射装置を容易に実現することができ、また、供給孔用溝６の深さを浅くすることで、供給孔用溝６が貫通した時にドライエッチングを止めれば、噴射孔用溝５、圧力室４、供給孔用溝６が導通されたことになり、オーバーエッチされることがない。その結果、噴射孔用溝５および供給孔用溝６にサイドエッチが起こりにくくなり、噴射孔用溝５および供給孔用溝６の幅と圧力室４に幅が同一である流体噴射装置を容易に提供できる。なお、供給孔用溝６の長さを噴射孔用溝５の長さより長くすることによっても、同様な効果が得られる。これは、供給孔用溝６の長さを噴射孔用溝５の長さより長くすることで、供給孔用溝６が貫通した時に、サイドエッチを誘発させるエッチングガスが流れ込みにくくなるためである。
【００３５】
以下に、図４の（ａ）〜（ｆ）は本発明の他の実施の形態における流体噴射装置の製造工程を説明する断面図である。図４（ａ）は先に述べた、図３（ａ）と同様に、シリコン基板２の図１における下面側にマスキング材１１を設け、このマスキング材１１には噴射口用の開口１２と供給口用の開口１３がある。
【００３６】
次に、図４（ｂ）に示すように、ドライエッチングを行い噴射孔用溝５および供給孔用溝６を形成した後、供給孔用溝６を容易に除去することが可能なシール材１４で遮蔽する。
【００３７】
次に、図４（ｃ）に示すように、シール材１４で供給孔用溝６を遮蔽した後に、ドライエッチングを行い、噴射孔用溝５の深さを供給孔用溝６より深く形成した後にシール材１４を取り除いた後、更に、シリコンとは異なる材料の膜１７をスパッタリング或いは真空蒸着を用いて形成する。その後マスク１１を取り除けば、図４（ｄ）に示すように噴射孔用溝５と供給孔用溝６の内壁だけにシリコンとは異なる材料の膜が形成されて、それ以外の部分の膜は除去される。この時、接合面はシリコンが露出した状態となり、つまり、直接接合ができる状態となる。
【００３８】
次に、図４（ｅ）に示すように、噴射孔用溝５および供給孔用溝６を形成した面とガラス基板１を直接接合して、更に、シリコン基板２の反対側の面にマスキング材１５を設ける。このマスキング材１５には圧力室用の開口１６がある。この状態でドライエッチングを行うと、シリコン基板２が貫通して圧力室４が形成され、図４（ｆ）に示す形状となる。このような製造方法にすることにより、前述した噴射孔用溝５の深さおよび長さと比較して供給孔用溝６の深さを浅く、長さを長くすることによる効果に加え、噴射孔用溝５および供給孔用溝６の内壁にシリコン以外の材料で膜を形成することにより、圧力室４をドライエッチングによって形成する際、噴射孔用溝５および供給孔用溝６が貫通した時に流れ込むエッチングガスから噴射孔用溝５および供給孔用溝６を保護して、その部分に発生しやすいサイドエッチを抑えることができ、噴射孔用溝５および供給孔用溝６の幅と圧力室４の幅を同一に形成できる製造方法を容易に実現できる。
【００３９】
また、この時、内壁に形成する膜を摩擦係数の小さい材料にしておけば、流体と内壁の摩擦係数を軽減でき、噴射孔用溝５および供給孔用溝６の圧力損失を低減することができ、加圧体７による圧力変化をより正確に噴射口に伝えることができる。更に、内壁に形成する膜の材料を金または金を主体とする積層膜とすることで、例えば、ガラス基板１を直接接合により簡単に接合することができる。それは、噴射孔用溝５および供給孔用溝６を形成したシリコン基板２とガラス基板１を強酸の洗浄液で洗浄することができるようになり、すなわち、表面の超清浄性を必要とする直接接合法においても、何ら問題なく接合が行えるようになる。このようにして、形状の安定した流体噴射装置を容易に実現することができる。
【００４０】
加えて、噴射孔用溝５および供給孔用溝６のドライエッチングを行うために設けたマスキング材を除去する前にシリコンとは異なる材料の膜、例えば金を形成して、その後で、このマスキング材を取り除くことにより、必要となる噴射孔用溝５および供給孔用溝６の内壁だけに膜を形成することができ、またマスキング材の除去と同時に、直接接合の妨げとなる接合面の膜も取り除くことができることで、製造工程を極めて簡略化することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、噴射孔用溝および供給孔用溝の部分で発生しやすかったサイドエッチを抑制でき、安定した形状でかつ高密度、高精度な流体噴射装置が容易に実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態による流体噴射装置の断面図
【図２】  同図１のＸ−Ｘ線の断面図
【図３】  同製造方法を説明する図
【図４】  本発明の他の実施の形態における流体噴射装置の製造方法を説明する図
【図５】  従来の流体噴射装置の斜視図
【符号の説明】
１  ガラス基板
２  シリコン基板
３  流体供給路
４  圧力室
５  噴射孔用溝
６  供給孔用溝
７  加圧体
【図１】
0004622103.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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