(57)【要約】【課題】  減衰能が高く、高周波駆動でも圧力緩衝能力が十分で、製造が容易なダイヤフラムを備えた液滴吐出ヘッド及びその製造方法等を得、また、得られた液滴吐出ヘッドを用いて、記録する記録装置、生体分子等を吐出してマイクロアレイを製造する装置等を得る。【解決手段】  吐出室５等の流路に充填されたインク等の液体を加圧することで、流路と連通するノズル１２から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、ノズル１２方向以外に液体に加わる圧力を緩衝させるために、シリコンのポアソン比である０．０９より大きいポアソン比の圧力緩衝部材１８Ａを有している。【選択図】        図１
2005119044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路に充填された液体を加圧することで、前記流路と連通するノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、
前記液滴を吐出する方向以外の方向に前記液体に加わる圧力を緩衝させる、ゴム弾性を有する部材が設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
外部からの力により少なくとも流路の一部分が形状変化し、該流路と連通するノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、
前記形状変化により液体に加わる前記吐出方向以外の圧力を緩衝させる、ゴム弾性を有する部材が設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
複数の流路に液体を供給するリザーバの少なくともある壁の前記液体と接触する面に前記ゴム弾性を有する部材を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
複数の流路に液体を供給するリザーバの少なくともある壁の前記液体と接触しない方の面に前記ゴム弾性を有する部材を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記ゴム弾性を有する部材のポアソン比を０．３以上とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記ゴム弾性を有する部材をパリレンＣで構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを有し、
該液滴吐出ヘッドにインクを供給するインク供給手段と、
ヘッド位置制御信号に基づいて前記液滴吐出ヘッドを移動させる走査駆動手段と、
記録対象となる記録部材と前記液滴吐出ヘッドとの相対位置を変化させる位置制御手段と
を少なくとも備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項８】
電界発光素子となる材料を含む液体を液滴吐出ヘッドから吐出し、パネルに形成する電界発光表示パネル製造装置において、
前記液滴吐出ヘッドとして、請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする電界発光表示パネル製造装置。
【請求項９】
前記電界発光素子となる材料は、有機化合物であることを特徴とする請求項８記載の電界発光パネル製造装置。
【請求項１０】
生体分子を含む液体を液滴吐出ヘッドから吐出し、アレイに形成するマイクロアレイ製造装置において、
前記液滴吐出ヘッドとして、請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを少なくとも備えたことを特徴とするマイクロアレイ製造装置。
【請求項１１】
カラーフィルタを形成する液体を液滴吐出ヘッドから基板へ吐出し、フィルタ基板に形成するカラーフィルタ製造装置において、
前記液滴吐出ヘッドとして、請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを少なくとも備えたことを特徴とするカラーフィルタ製造装置。
【請求項１２】
流路に充填された液体を加圧して、前記流路と連通するノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法において、
前記吐出方向以外で前記液体と接触する側又はその反対側に、ゴム弾性を有する部材を形成する工程を少なくとも有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】
前記ゴム弾性を有する部材を形成した後、
前記壁面の一部又は全部を除去する工程を更に有することを特徴とする請求項１２記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
ウェットエッチング法又はドライエッチング法で前記壁面の除去を行うことを特徴とする請求項１２又は１３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記ノズルが形成された面と同じ側の面に、前記壁面を形成することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
複数の流路に前記液体を供給するリザーバとなる部分に前記壁面を形成することを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
流路に充填された液体を加圧して、前記流路と連通するノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法において、
前記ノズル及びゴム弾性を有する部材からなる前記吐出方向以外に前記液体に加わる圧力を緩衝させる圧力緩衝部を有する基板と、
凹部を有する基板とを接合して前記流路を形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴吐出ヘッド、その製造方法等に関するものである。特に各ノズル間における吐出特性（吐出する液滴の重量、速度）のばらつきを抑えるための構成に関するものである。そして、そのようにして製造した液滴吐出ヘッドを用いて構成した、カラーフィルタや電界発光素子を用いた表示パネル等の製造装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出方式（代表的なものとして、インクを吐出して印刷等を行うために用いるインクジェット方式がある）の装置は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷に利用されている。液滴吐出方式は、例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを対象物との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液滴を吐出するものである。この方式は液晶（Liquid Crystal）を用いた表示装置を作製する際のカラーフィルタ、有機化合物等の電界発光（ElectroLuminescence ：以下、ＥＬという）素子を用いた表示パネル（ＥＬディスプレイ。以下、電界発光表示パネルという）、ＤＮＡ、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されている。
【０００３】
ここで、液滴を吐出させるための方法が少なくとも２つある。１つは、液体が通る流路の一部において、吐出する液体（以下、単に液体という）を加熱して気体（バブル）を発生させ、その圧力によって、ヘッドに備えた各ノズルから液滴を吐出させる方法である。もう１つは、流路の一部に液体を溜めておく吐出室を備え、吐出室の少なくとも一面の壁（ここでは、底壁とする。この壁は他の壁とも一体形成されているが、以下、この壁のことを振動板ということにする）を撓ませて形状変化により吐出室内の圧力を高め、連通するノズルから液滴を吐出させる方法がある。
【０００４】
上記のような液滴吐出ヘッドでは、液体を加圧して吐出するという方法が採られているが、加圧の際、液体にはノズルの方向だけでなく、ノズルが設けられている方向とは逆の方向にも圧力が加わるため、逆方向にも液体の流れが発生する。
【０００５】
ここで、通常、液体は液滴吐出ヘッドに備えたリザーバに一度貯められ、各ノズルと連通する各流路に供給される。したがって、各流路においてノズルとは逆方向に圧力が加わると、液体がリザーバに流れ込む。前述したように、リザーバは各ノズル（流路）に共通で連通しているので、ある流路からリザーバ側に加わった圧力が他の流路に流れる液体に干渉（伝播）して他のノズルの吐出特性に影響を与えることがある。そのため、通常、リザーバにはこれらの圧力を緩衝させる（圧力を吸収する）ためのダイヤフラムが設けられている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１１５１７９号公報（３ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、通常、ダイヤフラムは、シリコン基板を加工してノズル等を形成する際、それらと共に加工され、一体形成される。つまり、ダイヤフラムはシリコンを材料として構成されることになる。ただ、このシリコンのポアソン比は０．０９と小さく、また、ヤング率も大きい。これらは、シリコンの弾性が、結晶性弾性であることと、異方性材料であることに起因し、わずかな歪しか許容できない点にある。しかも減衰能が低いので、特に近年のように液滴吐出ヘッド（振動板）を高周波駆動させると、前の駆動によるダイヤフラムの振動が減衰し、収束する前に、次の駆動による振動が発生する。また、ヘッド上のノズル数が多くなり、各流路間が狭まって高密度化してくると、ノズル間の相互干渉による影響が多くなってくる。このように、高密度、高周波駆動になるにしたがって、圧力緩衝の役割を担わせるにはシリコンを材料とするダイヤフラムでは緩衝効果を実現するには不充分であった。また、緩衝効果を十分にするためにはダイヤフラムを大きくすればよいが液滴吐出ヘッドも大きくなってしまうし、コストも高くなる。また、ダイヤフラム部分のシリコンを薄肉化してもよいが、割れやすくなるため、製造が困難になる。
【０００８】
そこで、本発明はこのような状況を解決するため、減衰能が高く、高周波駆動でも圧力緩衝能力が十分で、製造が容易なダイヤフラムを備えた液滴吐出ヘッド及びその製造方法等を得ることを目的とする。また、得られた液滴吐出ヘッドを用いて、記録（印刷）する装置、生体分子等を吐出してマイクロアレイを製造する装置等を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る、流路に充填された液体を加圧することで流路と連通するノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいては、液滴を吐出する方向以外の方向に液体に加わる圧力を緩衝させる、ゴム弾性を有する部材が設けられている。
本発明においては、液滴吐出ヘッド上の各ノズルから液滴を吐出させる場合に、駆動により吐出方向以外に液体に加わる圧力が別のノズル（流路）に干渉し、そのノズルの吐出特性に悪影響を与えないように緩衝させるための部材に、ゴム弾性を有する部材を用いる。ポアソン比を大きな材料としているので、エントロピー弾性（ゴム弾性）による圧力緩衝が可能となり、かつ、材料の内部摩擦による圧力減衰も大きくなる。したがって、シリコンによるダイヤフラムで圧力緩衝させるよりも高い緩衝効果が得られる。そして、高い減衰能が得られるため、高周波で駆動させても、以前の駆動によるダイヤフラムの振動が次の駆動時に影響せず、ノズル間の相互干渉を少なくすることができる。以上よりノズルの吐出特性を改善し、一定にすることができる。また、圧力緩衝部材は、ダイヤフラムを形成する際に薄肉化したシリコンを補強する役割も果たすので、割れ等を防ぎ、薄肉化したシリコンダイヤフラムを容易に製造可能で、歩留まりを改善する。
【００１０】
また、本発明に係る、外部からの力により少なくとも流路の一部分が形状変化し、流路と連通するノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいては、形状変化により液体に加わる吐出方向以外の圧力を緩衝させる、ゴム弾性を有する部材が設けられている。
本発明においては、例えば、流路の一部である吐出室等を変形させ、ノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、駆動により吐出方向以外に液体に加わる圧力が別のノズル（流路）に干渉し、そのノズルの吐出特性に悪影響を与えないように緩衝させるための部材に、ゴム弾性を有する部材を用いる。したがって、吐出室等の流路が変形する構成を採る液滴吐出ヘッドにおいても、高い緩衝効果、高い減衰能が得られるため、各ノズルからの液滴の吐出特性を改善し、一定にすることができる。また、圧力緩衝部材は、ダイヤフラムを形成する際に薄肉化したシリコンを補強する役割も果たすので、割れ等を防ぎ、製造を容易にし、歩留まりを改善する。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、複数の流路に液体を供給するリザーバの少なくともある壁の液体と接触する面にゴム弾性を有する部材を備えたものである。
本発明においては、各ノズルに至る各流路に分かれる前の共通部分である、リザーバのある壁の液体と接触する面にゴム弾性を有する部材を設ける。したがって、共通部分であるリザーバにおいて、各流路からノズルと反対側に加わる圧力を有効に緩衝させることができる。特に液体と接触する面に圧力緩衝部材を設けるので、より高い力緩衝効果を期待することができる。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、複数の流路に液体を供給するリザーバの少なくともある壁の液体と接触しない方の面にゴム弾性を有する部材を備えたものである。
本発明においては、各ノズルに至る各流路に分かれる前の共通部分である、リザーバのある壁の液体と接触する面と反対の面にゴム弾性を有する部材を設ける。したがって、共通部分であるリザーバにおいて、各流路からノズルと反対側に加わる圧力を有効に緩衝させることができる。特に液体に影響を与える又は受ける部材を用いる場合には、液体との接触面と反対の面に設けるので有効である。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、圧力緩衝部材のポアソン比を０．３以上とする。
本発明においては、ポアソン比が０．３以上の圧力緩衝部材を用いるようにしたので、入手が比較的容易でかつ有効な圧力緩衝効果の部材を構成することができる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ゴム弾性を有する部材をパリレンＣで構成する。
本発明においては、水蒸気透過性、耐薬品性、耐熱性に優れたパリレンＣで部材を構成するようにしたので、製造を容易に行うことができる。また、特に液滴吐出ヘッドを印刷に用いる場合には、インクが吐出液体となるが、パリレンＣは、吐出するインクに影響を与えない又は受けないので流路の一部を構成することもでき、都合がよい。
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを有し、さらに、液滴吐出ヘッドにインクを供給するインク供給手段と、ヘッド位置制御信号に基づいて液滴吐出ヘッドを移動させる走査駆動手段と、記録対象となる記録部材と液滴吐出ヘッドとの相対位置を変化させる位置制御手段とを少なくとも備えたものである。
本発明においては、上記の液滴吐出ヘッドを有し、さらにその液滴吐出ヘッドにインクを供給するインク供給手段、ヘッドを異動させる走査駆動手段、記録対象とヘッドとの相対位置を変化させる位置制御手段とを少なくとも備えることで、各ノズル間の干渉を少なくし、各ノズルからの吐出性能を一定にして、品質の高い記録（印刷）を行える液滴吐出装置を得ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る電界発光表示パネル製造装置は、電界発光素子となる材料を含む液体を吐出する液滴吐出ヘッドとして、上記に記載の液滴吐出ヘッドを少なくとも備えたものである。
本発明においては、上記の液滴吐出ヘッドを有し、液滴吐出装置と同様に、さらに液滴吐出ヘッドに発光材料を含む溶液を供給する材料供給手段と、位置制御信号に基づいてインクノズルから表示パネルに向けての溶液の吐出を制御する制御手段とを少なくとも備えている。したがって、各ノズル間の干渉を少なくし、各ノズルからの吐出性能を一定にして、各画素に対し、素子形成のための材料をほぼ均一に成膜することができる。したがって、表示ムラのない電界発光表示パネルを製造できる装置を得ることができる。
【００１７】
また、本発明に係る電界発光表示パネル製造装置において、発光材料は有機化合物である。
本発明においては、有機化合物を発光材料とする。したがって、発光特性がよい有機化合物を材料としているので、質のよい有機電界発光表示パネル（ＯＬＥＤ）を得ることができる。
【００１８】
また、本発明に係るマイクロアレイ製造装置は、生体分子を含む液体を吐出する液滴吐出ヘッドとして、上記に記載の液滴吐出ヘッドを少なくとも備えたものである。
本発明においては、上記の液滴吐出ヘッドを有し、液滴吐出装置と同様に、さらに液滴吐出ヘッドとマイクロアレイ基板とを相対的に移動させる駆動手段と、液滴吐出ヘッドが有するノズルからマイクロアレイ群に向けての生体分子を含む液体の吐出を制御する制御手段とを少なくとも備えている。したがって、各ノズル間の干渉を少なくし、各ノズルからの吐出性能を一定にして、径がほぼ均一なスポットを吐出できるマイクロアレイ製造装置を得ることができる。
【００１９】
また、本発明に係るカラーフィルタ製造装置は、カラーフィルタを形成させる液体を吐出する液滴吐出ヘッドとして、上記に記載の液滴吐出ヘッドを少なくとも備えたものである。
本発明においては、上記の液滴吐出ヘッドを有し、液滴吐出装置と同様に、さらに液滴吐出ヘッドにカラーフィルタを形成させる溶液を供給する材料供給手段と、位置制御信号に基づいてインクノズルからカラーフィルタ基板に向けての溶液の吐出を制御する制御手段とを少なくとも備えたものである。したがって、各ノズル間の干渉を少なくし、各ノズルからの吐出性能を一定にして、ムラのないカラーフィルタを製造できる装置を得ることができる。
【００２０】
また、本発明に係る、流路に充填された液体を加圧して、流路と連通するノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法においては、吐出方向以外で液体と接触する側又はその反対側に、ゴム弾性を有する部材を形成する工程を少なくとも有するものである。
本発明においては、液滴吐出ヘッド上の各ノズルから液滴を吐出させる場合に、駆動により吐出方向以外に液体に加わる圧力が別のノズル（流路）に干渉し、そのノズルの吐出特性に悪影響を与えないように緩衝させる壁面の、液体との接触面又はその反対側の面にゴム弾性を有する部材を蒸着によって形成する。したがって、シリコンによるダイヤフラムで圧力緩衝させるよりも高い緩衝効果の液滴吐出ヘッドを製造することができる。また、ゴム弾性を有する部材により、薄肉化したシリコンを補強することができるので、製造時の割れ等を防ぎ、歩留まりを改善することができる。
【００２１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ゴム弾性部材を形成したした後、壁面の一部又は全部を除去する工程を更に有する。
本発明においては、ゴム弾性を有する部材を形成した後、シリコン等の壁面の一部又は全部を除去し、部材を新たな壁として構成する。したがって、元の壁を構成する材料の特性等に影響されずに部材の材料が有する特性によって圧力緩衝効果を発揮することができる。
【００２２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ウェットエッチング法又はドライエッチング法で壁面の除去を行う。
本発明においては、液滴吐出ヘッドに多用され、液滴吐出ヘッドの主たる材料であるシリコンを有効に取り除けるウェットエッチング法又はドライエッチング法できれいに壁面の除去を行うことができる。
【００２３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ノズルが形成された面と同じ側の面に、壁面を形成する。
本発明においては、気圧の影響等を考慮した上で、ノズルが形成された面（主として下向き）の方向にダイヤフラムとなる壁面を形成する。したがって、有効に圧力緩衝を行うことができる。
【００２４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、複数の流路に液体を供給するリザーバとなる部分に壁面を形成する。
本発明においては、複数の流路の共通部分となるリザーバにダイヤフラムとなる壁面を設けたので、各流路からノズルと反対側に加わる圧力を有効に緩衝させることができる。
【００２５】
また、本発明に係る、流路に充填された液体を加圧して、流路と連通するノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法においては、ノズル及びゴム弾性を有する部材からなる吐出方向以外に液体に加わる圧力を緩衝させる圧力緩衝部を有する基板と、凹部を有する基板とを接合して流路を形成するものである。
本発明においては、ノズル及びゴム弾性を有する部材を有する基板と凹部を有する基板とを接合することにより流路を形成する。したがって、液滴吐出ヘッドの製造において、流路となる側にゴム弾性を有する部材を設けてから接合することにより、液体と接する流路の一部として部材を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。図１はフェイス型の液滴吐出ヘッドを表している。図１において、第１の基板であるキャビティプレート１は、例えば（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（この基板を含め、以下、単にシリコン基板という）を材料としている。キャビティプレート１には、吐出室５となる凹部（底壁が振動板４（厚さは約２．２μｍ）となる）及び各ノズル１２から吐出する液体を共通に貯めておくためのリザーバ７となる凹部を形成する。これらの凹部はノズルプレート３に形成されるオリフィス６となる細溝と共に液体の流路の一部となる。凹部の形成には、例えば異方性ウェットエッチング法を用いる。リザーバ７にはタンク（図示せず）から液体供給口１３を介して液体が供給される。後述するようにキャビティプレート１は厚さ約０．１１μｍの絶縁膜１４で覆われている。また、電極端子１９は、キャビティプレート１と電極８との間で電位差を生じさせるために設けている。
【００２７】
第２の基板となる電極基板２は厚さ約１ｍｍであり、図１で見るとキャビティプレート１の下面に接合される。本実施の形態では、電極基板２にホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスを材料として用いる。電極基板２には、キャビティプレート１に形成される各吐出室５に合わせ、エッチングにより深さ約０．２８μｍの凹部９を設ける。そして、その内側に電極８、リード部１０及び端子部１１（以下、これらを合わせて電極部という）を設ける。本実施の形態では、電極部の材料として、酸化錫を不純物としてドープしたＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を用い、例えばスパッタリング法により凹部９内に例えば約０．１μｍの厚さで成膜する。したがって、絶縁膜１４と電極８との間で形成されるギャップ（空隙）Ｇ長は、約０．１８μｍとなる。ここでは電極部の材料としてＩＴＯを用いるが、例えばクロム等の金属等を材料に用いてもよい。
【００２８】
第３の基板となるノズルプレート３は例えば厚さ約１８０μｍのシリコン基板である。電極基板２とは反対の面（図１で見ると上面）でキャビティプレート１と接合している。ノズルプレート３には、吐出室５と連通するノズル１２が形成される。後述する図２に示すように、ノズル１２はテーパ状に近づけるために２段で構成しており、内側（キャビティプレート１と接合される側。以下、第１ノズルという）の径が外側の径よりも大きい。これは、液体流れの整流作用により、液体の直進性を高めるためである。また、内側の面（図１の場合には下面）にはオリフィス６となる細溝を設け、吐出室５となる凹部とリザーバ７となる凹部とを連通させる。１８はダイヤフラムである。本実施の形態では、ダイヤフラム１８は、ノズルプレート３の主構成をなすシリコンの一部と、可撓性を有するゴム弾性を有する圧力緩衝部材１８Ａで構成されている。本実施の形態では、内側の面及び外側の面に凹部を形成し、ダイヤフラム１８となる部分のシリコンを薄肉化する。本実施の形態では圧力緩衝部材１８Ａは、液滴が吐出される面（以下、ノズル面という）に設けるようにする。ここで、図１ではノズル１２を有するノズルプレート３が上面になり、電極基板２が下面となっているが、実際に用いられる場合には、ノズルプレート３の方が電極基板２よりも下面となることが多い。
【００２９】
図２は液滴吐出ヘッドの側面からの断面図である。ノズル１２のノズル孔から吐出させる液体を吐出室５で貯めておき、吐出室５の底壁である振動板４を撓ませることにより、吐出室５内の圧力を高め、ノズル孔から液滴を吐出させる。ここで、本実施の形態の振動板４は、高濃度のボロンドープ層で構成されている。これは振動板４の厚さ精度を高めるためにエッチングストップを利用して製造し、また、振動板４の剛性を高めるためである。また、キャビティプレート１の少なくとも下面（電極基板２と対向する面）には、例えばシリコン酸化膜（例えばＳｉＯ2 ）の絶縁膜１４を成膜する（本実施の形態では流路となる部分についても絶縁膜１４を成膜しているものとする）。これは、液滴吐出ヘッド（振動板４）を駆動させた時に電極８との当接させるが、その際の絶縁破壊及び短絡を防止するためである。
【００３０】
１５は、ワイヤ２１を介して端子部１１と接続され、電極８に電荷の供給及び停止を制御する発振回路である。発振回路１５は例えば２０ｋＨｚで発振し、電極８に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。この発振回路１５が駆動し、電極８に電荷を供給して正に帯電させると、例えば振動板４は負に帯電し、静電気力により電極８に引き寄せられて撓む。これにより吐出室５の容積は広がる。そして、電極８への電荷供給を止めると振動板４は元に戻るが、そのとき吐出室５の容積も元に戻るから、その圧力により差分の液滴１６が吐出し、例えば記録対象となる記録紙１７に着弾することによって記録が行われる。キャビティプレート１のシリコン基板と発振回路１５とは、電極端子１９を介して電気的に接続される。封止部２２は樹脂で形成され、電極８に異物等が混入し、短絡等を生じさせないようにするために設けている。
【００３１】
シリコン基板を加工してノズル１２等の他の部材を形成すると共にリザーバ７の一部となるダイヤフラム１８をノズルプレート３に形成する。ダイヤフラム１８は、液滴吐出ヘッドの複数の振動板４のそれぞれの駆動による圧力が連通するノズル１２以外の他のノズル１２の吐出に干渉し、影響を及ぼさないように、ノズル１２以外の方向（特に振動板４側から見てオリフィス６、リザーバ７の方向）に加わる圧力を緩衝する役割を果たす。ここでシリコンのポアソン比νは約０．０９であるが、ポアソン比が非常に小さく、ヤング率も大きいため、減衰性能が低く、ダイヤフラム１８の振動が収束するまでの時間が長くなる。そのため、液滴吐出ヘッド（振動板４）を高周波駆動させると、ダイヤフラムでは前の振動板４の駆動による振動が収束しないうちに、次の振動板４の駆動による圧力が加わってしまい、振動が減衰せずに圧力緩衝能力を十分に発揮することができない。そこで、本実施の形態では、少なくともシリコンのポアソン比（約０．０９）よりも大きい圧力緩衝部材１８Ａをダイヤフラム１８の一部として構成することで圧力緩衝能力を従来よりも高める。ここで、圧力緩衝の効果及び材料を容易に入手可能である点を考慮すると、０．３以上のポアソン比を有する材料で構成する方がより好ましい。本実施の形態ではポアソン比が約０．５のパリレンＣを用いる。
【００３２】
パリレンＣは、パリレン樹脂のうちのジクロロジパラキシリレンのことであり、水蒸気透過性に優れている。本実施の形態ではノズル面に圧力緩衝部材１８Ａを設けているが、印刷に用いられるインク等のような液体と接しても問題がなく、流路の一部として構成することもできる。また、ＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液等のアルカリ性エッチング溶液、フッ酸等に対して耐性を有している。そのため、液滴吐出ヘッドに代表されるように、製造過程にエッチング等を多用する微細加工素子を製造する場合でも適用することが容易である。
【００３３】
図３はノズルプレート３の接合面の加工工程を表す図である。次に本実施の形態における液滴吐出ヘッドの製造例について説明する。まず、ノズルプレート３の作製手順例について説明する。ここで、液滴吐出ヘッドの製造方法手順は以下に説明する工程だけに限定するものではない。また、例えば各工程において、単にエッチングと記載しているものについては、ドライエッチング又はウェットエッチングのどちらを用いてもよい。
【００３４】
まず、ノズルプレート３となるシリコン基板を熱酸化し、シリコン基板表面にシリコン酸化膜（例えばＳｉＯ2 ）を成膜する（図３（ａ））。次にキャビティプレート１と接合される側の面（以下、接合面という）にレジスト材料を塗布してレジストを形成し、ノズル１２の１段目（２段で形成するノズル１２のノズル面に近い方の段をいう）を形成するためのパターニングを行う。そして、レジストをマスクとしてシリコン酸化膜のエッチングを行い、ノズル１２の１段目に対応する部分のシリコン酸化膜を除去する（図３（ｂ））。
【００３５】
その後、再度レジスト材料を塗布してレジストを形成し、ノズル１２の２段目（吐出室５に近い方の段をいう）、オリフィス６となる細溝及びダイヤフラム１８となる凹部のパターニングを行う。そして、そのレジストをマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングする（図３（ｃ））。このときシリコン酸化膜を総てエッチングしてしまうのではなく、例えばシリコン酸化膜の厚さを１／２とするまでエッチングを行う（ハーフエッチング）。このときには、ノズル面はレジストで保護されているため、ノズル面のシリコン酸化膜はエッチングされない。
【００３６】
次にノズルプレート３となるシリコン基板に対し、シリコン酸化膜をマスクとして第１段階の異方性ドライエッチングを行う（図３（ｄ））。第１段階の異方性ドライエッチングにより、ノズル１２の１段目の径でのエッチングを行う。このとき、最終的に１段目の深さ（長さ）となる分だけエッチングする。
【００３７】
次に先ほど１／２の厚さだけ残したシリコン酸化膜をエッチングにより除去する（図３（ｅ））。そして、第２段階の異方性ドライエッチングを行い、ノズル１２の２段目を形成すると同時に、オリフィス６となる細溝及びダイヤフラム１８となる凹部も形成する（図３（ｆ））。上記工程終了後、総てのシリコン酸化膜をエッチングによって除去する（図３（ｇ））。
【００３８】
図４はノズルプレート３のノズル面の加工工程を表す図である。接合面に加工を施したノズルプレート３となるシリコン基板を再度熱酸化し、シリコン酸化膜を形成する（図４（ａ））。次にノズル面に対し、フォトリソグラフィ法により凹部となる部分のパターニングを行う（図４（ｂ））。そして、レジストをマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングする。シリコン酸化膜のエッチングはノズル面となる部分は、ハーフエッチングし、ダイヤフラム１８となる部分はフルエッチングする。（図４（ｃ））。
【００３９】
そして、ダイアフラム１８となる部分のエッチングを行い、前述のハーフエッチング部分を除去して、ノズル面に対してエッチングを行う。この場合、ノズル１２が開口するまでエッチングする（ただ、この段階では開口部分にシリコン酸化膜が残されている）（図４（ｄ））。この段階でダイヤフラム１８となる凹部の厚さはダイヤフラム１８となる凹部に圧力緩衝部材１８Ａを設けるため、さらに深くエッチングされている。次に、シリコン酸化膜を全面剥離して除去し、ノズル１２を開口する。その後、ノズルプレートの全面にシリコン酸化膜を熱酸化又は、ｐ−ＣＶＤ等により、成膜する
【００４０】
そして、蒸着法によりパリレンＣの層を約１〜１０μｍ形成し、圧力緩衝部材１８Ａを設ける（図４（ｅ））。この層の厚さは緩衝効果に合わせて調整する。ここで、パリレンＣの蒸着前に、ダイヤフラム１８となる凹部のシリコン表面を選択的にＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）を行って粗くし、直接アンカー効果によりシリコンとの密着性を高めるようにしてもよい。また、プライマーとなるシランカップリング剤等をシリコン表面に塗布し、プライマー処理を行って密着性を高めるようにしてもよい。このプライマー処理は容易に行うことができる点で都合がよい。また、ここでは、レジストを施してマスクとしたが、これに限定するものではなく、蒸着用マスク等を用いてもよい。以上のようにして圧力緩衝部材１８Ａを設け、レジストを総て除去した後、ドライ酸化を行って、最終的なノズルプレート３が完成する（図４（ｆ））。
【００４１】
次にキャビティプレート１及び電極基板２の作製手順について説明する。キャビティプレート１となるシリコン基板には、電極基板２との対向面となる側に、例えばボロンドープによるボロンを拡散した層を形成する。また、絶縁膜１４を成膜する等の処理工程を行う。そして、反対側の面であるノズルプレート３と対向する面については、吐出室５及びリザーバ７となる凹部を異方性ウェットエッチング等を行って形成する。その際、ボロンが拡散した層は、ウェットエッチングによりエッチングされずに残る。この層の一部が振動板４として構成される。
【００４２】
また、電極基板２については、材料となるガラス基板の、キャビティプレート１と対向する面に、例えばエッチング等により凹部９を形成する。そして、キャビティプレート１に形成される振動板４の位置に合わせ、凹部９内部に例えばＩＴＯを材料とする電極部を形成する。さらに液体供給口１３となる貫通穴を例えばドリル等により形成する。
【００４３】
作製したノズルプレート３、キャビティプレート１及び電極基板２を、キャビティプレート１をノズルプレート３と電極基板２とが挟む形で接合する。その際、ノズルプレート３の下面とキャビティプレート１の凹部を形成した面とを接合する。また、キャビティプレート１の振動板２２が形成された面と電極基板２の電極３１が形成された面とを接合する。そのとき、シリコン基板であるキャビティプレート１とガラス基板である電極基板２とを例えば陽極接合によって接合する。陽極接合は強固に接合できるので有利ではあるが、陽極接合に限定するものではなく、他の接合方法によっても接合することができる。
【００４４】
各プレート（基板）を接合した接合体は接合時はウェハ状であり、複数の液滴吐出ヘッドが一体形成されているので、液滴吐出ヘッド毎にダイシングによって切断する。そして、さらに、発信回路１５と端子部１１、電極端子１９とをワイヤ２１で電気的に接続して液滴吐出ヘッドが完成する。上述の製造方法は一例であり、例えばキャビティプレート１となるシリコン基板と電極基板２とを先に接合させた上で、シリコン基板に凹部等の部材形成を行うといった工程で液滴吐出ヘッドを製造してもよい。
【００４５】
以上のように第１の実施の形態によれば、ポアソン比が約０．５であるパリレンＣからなる圧力緩衝部材１８Ａをリザーバ７の壁の一部に設け、ダイヤフラム１８として構成したので、圧力緩衝をしつつ、高い減衰能のダイヤフラムをリザーバ７に設けることができ、ヘッド（振動板４）を高周波で駆動させても、振動板４の固有振動数と、リザーバ７内の固有振動数が異なるので、振動板４とダイヤフラム１８が圧力干渉を発生させずに、リザーバ内の振動を減衰させることができる。従って、高密度化によりノズル１２の数が多くなり、各流路間の間隔が狭くなっても以前の振動板４の駆動によるダイヤフラムの振動が次に振動板４が駆動する際に影響を及ぼすことがない。そのため、リザーバ７を介したノズル間の干渉を少なくすることができる。そのため、各ノズル１２の吐出特性（液滴重量、液滴速度）が安定した液滴吐出ヘッドを得ることができる。そして、安定した吐出特性により、印刷等の記録、電界発光素子、マイクロアレイ等の製造の際の質を高めることができる。また、圧力緩衝部材１８Ａは、ダイヤフラム１８部分に薄肉化して形成されるシリコンを補強する役割も果たしており、シリコンの割れ等を防ぐことができるので、シリコンのダイヤフラムを薄肉化可能となり、ノズルプレート３、液滴吐出ヘッドの製造を容易にし、歩留まりを改善することができる。
【００４６】
実施の形態２．
上述の実施の形態では、ダイヤフラム１８となる部分に対し、ノズルプレート３の一部であるノズル面のシリコン上に圧力緩衝部材１８Ａを形成した。本発明はこれに限定するものはなく、例えば、接合面のシリコン上に圧力緩衝部材１８Ａを形成するようにしてもよい。第１の実施の形態のように、圧力緩衝部材１８ＡがパリレンＣの場合は、吐出する液体にもよるが、一般的な印刷用のインクの場合には、そのインクに対して影響したり、されたりすることがないので、流路上に形成することが可能である。なお、この場合、インクとの接触面の濡れ性を確保するために、予め、コロナ放電や、酸素プラズマ、紫外線照射等の適当な表面処理を施しても良い。
【００４７】
また、圧力緩衝部材１８Ａが形成された部分と接するシリコンの一部をドライエッチング法又はウェットエッチング法により除去し、圧力緩衝部材１８Ａをリザーバ７の壁の一部として構成することも可能である。ノズル面側に圧力緩衝部材１８Ａを形成した場合は、接合面側からシリコンを除去する。逆に接合面側に圧力緩衝部材１８Ａを形成した場合は、ノズル面側からシリコンを除去する。シリコンを取り除くことによって、圧力緩衝部材１８Ａはリザーバ７の壁の一部となるが、シリコンに影響されずに圧力緩衝部材１８Ａの材料が有する圧力緩衝効果を発揮することができる。
【００４８】
実施の形態３．
上述の実施の形態では、圧力緩衝部材１８ＡとしてパリレンＣを材料として用いた。パリレンＣは、水蒸気透過性、耐薬品性、耐熱性等を考慮した場合、液滴吐出ヘッドに用いる圧力緩衝部材としては最適な材料である。しかしながら、本発明は圧力緩衝部材をパリレンＣに限定するものではなく、例えば、天然ゴム（ラテックスゴム、ポアソン比０．４５）等のように、例えば可撓性、弾性等を有し、ポアソン比がシリコンよりも高い他の材料を用いてもよい。また、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド、ポアソン比は０．３４〜０．３６）等の耐薬品性、耐熱性に優れた材料を、塗布（印刷）後、熱硬化して用いても良い。
【００４９】
実施の形態４．
上述した実施の形態では、フェイス吐出型の液滴吐出ヘッドについて説明したが、本発明ではこれに限定するものでなく、液滴吐出ヘッドの側面からの吐出を行う、いわゆるエッジ吐出型の液滴吐出ヘッドにも適用することができる。
【００５０】
実施の形態５．
上述の実施の形態では、圧電素子を用いて液体を加圧し、ノズル孔から液滴を吐出する、いわゆるピエゾ方式の液滴吐出ヘッドにも適用することができる。また、流路において液体を加圧する、例えば液体に加温して気体発生による圧力で吐出するサーマル方式等、他の加圧による吐出を行う方式の液滴吐出ヘッドに対しても本発明を適用することができる。
【００５１】
実施の形態６．
図５は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出方式（インクジェット方式）の記録（印刷）装置の主要な構成手段を表す図である。この液滴吐出装置はいわゆるシリアル型の装置である。図５において、印刷装置は、被印刷物であるプリント紙１１０が支持されるドラム１１１と、プリント紙１１０に液体を吐出し、記録を行う、上述の実施の形態で説明した液滴吐出ヘッド１１２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド１１２に液体を供給するための液体タンクがある。プリント紙１１０は、ドラム１１１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１１３により、ドラム１１１に圧着して保持される。そして、送りネジ１１４がドラム１１１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１１２が保持されている。送りネジ１１４が回転することによって液滴吐出ヘッド１１２がドラム１１１の軸方向に移動するようになっている。
【００５２】
一方、ドラム１１１は、ベルト１１５等を介してモータ１１６により回転駆動される。また、例えば、ＣＰＵ、ＭＰＵ等で構成されるプリント制御手段１１７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１１４、モータ１１６を駆動させ、また、ここでは図示していないが、液滴吐出ヘッド１１２に接続された発振回路を駆動させて振動板を振動させる制御をしながら印刷を行わせる。
【００５３】
以上のように第６の実施の形態によれば、上述の実施の形態１〜５で得られた、各ノズル１２の吐出特性のばらつきが少ない液滴吐出ヘッドを用いて液滴吐出装置を構成するようにしたので、着弾ずれ、スポット径のばらつきを小さくして、質の高い記録（印刷）を行うことができる。また、ノズル、吐出室等の間隔を狭くすることができ、さらに高解像度の記録（印刷）をすることができる。
【００５４】
実施の形態７．
上記の第６の実施の形態では、本発明の液滴吐出ヘッドを備えた印刷装置により印刷する例を示したが、本発明はこれに限定するものではなく、液滴吐出ヘッドを備え、各種液滴を吐出する液滴吐出装置に適用することができる。例えば、本発明の液滴吐出ヘッドを電界発光表示パネル製造装置に備え、有機又は無機化合物の電界発光素子となる材料を含んだ液体を表示パネル上に吐出させ、定着させることにより電界発光表示パネルを製造することができる。高分子の材料の場合には蒸着法を用いることができないので、液滴吐出による製造が特に有効である。また、生体分子を含む溶液を吐出する装置に備えることにより、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、タンパク質等の生体分子のマイクロアレイを製造したり、生体に関する検査をしたりするための装置を得ることができる。また、液晶等を用いた表示装置に用いられるカラーフィルタの製造装置を得ることができる。これらの装置は、業務用途として使われることが多い関係上、特に各ノズル間の吐出性能のばらつきが少ないことが要求されるが、本発明の液滴吐出ヘッドを備えたこれらの装置はその要求を満たすことができる。また、染料の吐出等、他のあらゆる工業用途、家庭用途に、上述の実施の形態の液滴吐出ヘッドを備えた装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの側面からの断面図である。
【図３】ノズルプレート３の接合面の加工工程を表す図である。
【図４】ノズルプレート３のノズル面の加工工程を表す図である。
【図５】液滴吐出印刷装置の主要な構成手段を表す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  キャビティプレート、２  電極基板、３  ノズルプレート、４  振動板、５  吐出室、６  オリフィス、７  リザーバ、８  電極、９  凹部、１０  リード部、１１  端子部、１２  ノズル、１３  液体供給口、１４  絶縁膜、１５  発振回路、１６  液滴、１７  記録紙、１８  ダイヤフラム、１８Ａ  圧力緩衝部材、１９  電極端子、２１  ワイヤ、２２  封止部、１１０  プリント紙、１１１  ドラム、１１２  液滴吐出ヘッド、１１３  紙圧着ローラ、１１４  送りネジ、１１５  ベルト、１１６  モータ、１１７  プリント制御手段
【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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