(57)【要約】【課題】  共通電極から振動板までの電気抵抗が低く、簡便な製造工程で製造することのできる液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにこの液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出記録装置を提供する。【解決手段】  液滴を一時的に貯留する吐出室５となる凹部が形成され、該凹部を形成する少なくとも１つの面が駆動可能な振動板７となっているキャビティ基板２を備え、該キャビティ基板２に、共通電極９と、該共通電極９と接触するドープ層８が形成され、該ドープ層８は振動板７の全部又は一部を構成しているものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を一時的に貯留する吐出室となる凹部が形成され、該凹部を形成する少なくとも１つの面が駆動可能な振動板となっているキャビティ基板を備え、
該キャビティ基板に、共通電極と、該共通電極と接触するドープ層が形成され、該ドープ層は前記振動板の全部又は一部を構成していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記振動板は、静電気力によって駆動されることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記キャビティ基板は、シリコンからなる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】
前記ドープ層は、ボロンを拡散することにより形成されていることを特徴とする請求項３記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記キャビティ基板の共通電極の形成された部分に溝が形成され、前記キャビティ基板の前記共通電極と前記ドープ層の接触する部分が薄板化されてい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】
前記溝が、複数形成されていることを特徴とする請求項５記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
シリコン基板に溝を形成する工程と、前記シリコン基板にボロンを拡散することによりドープ層を形成する工程と、前記シリコン基板に吐出室となる凹部を形成する工程と、前記シリコン基板に前記ドープ層と接触する共通電極を形成する工程とを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８】
前記溝を、前記キャビティ基板の共通電極の形成される部分に形成して、前記キャビティ基板の前記共通電極と前記ドープ層の接触する部分を薄板化することを特徴とする請求項７記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記ドープ層を、エッチングストップ層として利用することを特徴とする請求項７又は８記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記凹部を形成する少なくとも１つの面を駆動可能な振動板とし、前記ドープ層が前記振動板の全部又は一部を構成するように形成することを特徴とする請求項７又は８記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載していることを特徴とする液滴吐出記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに液滴吐出記録装置に関し、特に共通電極から駆動部までの電気抵抗を低減した液滴吐出ヘッド等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の静電駆動方式のインクジェットヘッドは、一般的に、吐出室となる凹部が形成されたシリコン基板と、個別電極の形成されたガラス基板を構成要素としている。このようなインクジェットヘッドでは、シリコン基板と個別電極の間に電圧を印加することにより、吐出室の底面を構成する振動板を駆動するようにしていた。
【０００３】
また従来の静電駆動方式のインクジェットヘッドでは、吐出室となる凹部が形成されるシリコン基板の電気抵抗を下げるために、シリコン基板としてＰ型のシリコン基板を使用するようにしていた（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２０７９７３号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−１７２７７８号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の静電駆動方式のインクジェットヘッドでは、シリコン基板に共通電極を介して電圧を印加しており、シリコン基板に一括して電圧を印加していた。このため、多数の振動板が同時に駆動した場合には、振動板と個別電極の間の時定数が大きなって、実質的な電圧印加時間が短くなり、結果的に吐出する液滴の量が低下したり、液滴の飛行速度が低下する等の問題点があった。特にシリコン基板の電気抵抗が高い場合には、このような吐出特性の低下の問題が大きくなる。
また電圧を印加する駆動回路を、多数の振動板が駆動する時の条件に設定していた場合には、少数の振動板しか駆動していない時に電圧印加時間が長くなりすぎるという問題が起こる場合があった。
【０００５】
また従来の静電駆動方式のインクジェットヘッドでは（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）、シリコン基板としてＰ型のシリコン基板を使用しているが、電流がシリコン基板の振動板以外の部分を経由するため、電気抵抗を十分に低下させることができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、共通電極から振動板までの電気抵抗が低く、簡便な製造工程で製造することのできる液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにこの液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を一時的に貯留する吐出室となる凹部が形成され、該凹部を形成する少なくとも１つの面が駆動可能な振動板となっているキャビティ基板を備え、該キャビティ基板に、共通電極と、該共通電極と接触するドープ層が形成され、該ドープ層は振動板の全部又は一部を構成しているものである。
キャビティ基板に、共通電極と、この共通電極と接触するドープ層が形成され、ドープ層は振動板の全部又は一部を構成しているため、例えばボロンのドープされた電気抵抗の低いドープ層を電流が流れ、共通電極から振動板までの電気抵抗を低下させることができる。これにより、駆動する振動板の数が変化しても吐出特性が低下するのを防止することができる。
【０００８】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の振動板が、静電気力によって駆動されるものである。
振動板が静電気力によって駆動される、いわゆる静電駆動方式の液滴吐出ヘッドに上記の構成を採用すれば、効果的に吐出特性の低下を防止することができる。
【０００９】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のキャビティ基板が、シリコンからなるものである。
キャビティ基板を例えば単結晶シリコンで構成することにより、容易にドープ層を形成することができる。またエッチング等によって容易に微細加工を施すことができる。
【００１０】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のドープ層が、ボロンを拡散することにより形成されているものである。
ドープ層をボロンを拡散して形成することにより、電気抵抗の低いＰ型のドープ層を容易に形成することができる。またこのボロンドープ層は、振動板を形成する際のエッチングストップ層として使用することができる。
【００１１】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のキャビティ基板の共通電極の形成された部分に溝が形成され、キャビティ基板の共通電極とドープ層の接触する部分が薄板化されているものである。
例えばシリコン基板にボロンを数十μｍ以上ドープするのは困難であるが、キャビティ基板の共通電極の形成された部分に溝が形成され、キャビティ基板の共通電極とドープ層の接触する部分が薄板化されているため、ドープ層と共通電極を接触させることが可能となり、またドープ層を形成する時間を短縮することができる。
【００１２】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の溝が、複数形成されているものである。
例えば溝を複数に分割して形成し、肉厚な部分を残すようにすれば、共通電極の形成されている部分の強度を確保することができる。またドープ層の体積を大きくすることができるため、電気抵抗を低くすることができる。
【００１３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、シリコン基板に溝を形成する工程と、シリコン基板にボロンを拡散することによりドープ層を形成する工程と、シリコン基板に吐出室となる凹部を形成する工程と、シリコン基板にドープ層と接触する共通電極を形成する工程とを有するものである。
例えばシリコン基板の共通電極を形成する部分に溝を形成することにより、この部分に共通電極と接触するドープ層を形成することが可能となる。また吐出室の底面部分（振動板）までドープ層を形成すれば、共通電極から振動板までの電気抵抗を低下させることができる。
【００１４】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の溝を、キャビティ基板の共通電極の形成される部分に形成して、キャビティ基板の共通電極とドープ層の接触する部分を薄板化するものである。
溝をキャビティ基板の共通電極の形成される部分に形成して、キャビティ基板の共通電極とドープ層の接触する部分を薄板化することにより、ドープ層と共通電極を接触させることが可能となり、またドープ層を形成する時間を短縮することができる。
【００１５】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のドープ層を、エッチングストップ層として利用するものである。
ボロンからなるドープ層を、エッチングストップ層として利用することにより、振動板の厚さを正確に制御することができる。
【００１６】
また本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、凹部を形成する少なくとも１つの面を駆動可能な振動板とし、ドープ層が振動板の全部又は一部を構成するように形成するものである。
凹部を形成する少なくとも１つの面を駆動可能な振動板とし、ドープ層が振動板の全部又は一部を構成するように形成すれば、共通電極から振動板までの電気抵抗を低下させることができる。これにより、駆動する振動板の数が変化しても吐出特性が低下するのを防止することができる。またこのドープ層は、上記のエッチングストップ層として利用することができる。
【００１７】
本発明に係る液滴吐出記録装置は、上記のいずれかの液滴吐出ヘッドを搭載しているものである。
上記のいずれかの液滴吐出ヘッドを搭載しているため、吐出性能が高いものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドを示す縦断面模式図である。なお図１では、液滴吐出ヘッド１を駆動させるための駆動回路は図示していない。
本実施形態１の液滴吐出ヘッド１は、主にキャビティ基板２、電極基板３、ノズル基板４が接合されることにより構成されている。キャビティ基板２は例えば単結晶シリコンからなり、吐出室５となる凹部及びリザーバ６となる凹部が形成されている。なお吐出室５は紙面横方向に細長い形状で、紙面手前側から紙面奥側に複数形成されているものとする。吐出室５の底面（電極基板３側の面）は振動板７となっており、この振動板７は後に示すように静電気力によって駆動可能となっている。
【００１９】
キャビティ基板２の電極基板３が接合された側の面には、ボロンが高濃度に拡散されたドープ層８が形成されている。このドープ層８は振動板７の部分まで形成されており、本実施形態１では、振動板７の全部がドープ層８によって構成されている。またドープ層８は、キャビティ基板２の吐出室５及びリザーバ６の形成されていない部分（図１の紙面右側）まで延びており、この部分にドープ層８と接触する形で共通電極９が形成されている。共通電極９は、例えば金やプラチナ等の金属からなり、ドープ層８を介して振動板８に電圧を印加するために設けられている。そして、キャビティ基板２の共通電極９の形成されている部分に複数の溝１０が形成されており、共通電極９とドープ層８の接触する部分が部分的に薄板化された状態になっている。
【００２０】
図２は、共通電極９とドープ層８が接触する部分の拡大縦断面図である。なお図２では、電極基板３及びノズル基板４は図示していない。
キャビティ基板２には複数の溝１０が形成されており、ドープ層８は振動板７の方から溝１０の内壁部分まで形成されている。共通電極９は、溝１０によって薄板化された部分に形成されており、この薄板化された部分ではドープ層８が、溝１０側から共通電極９側に貫通するように形成されている。これにより共通電極９とドープ層８は、電気的に導通した状態となっている。
なお複数の溝１０の間の肉厚部分は、例えば電極基板３側から見て十字型等になっていてもよく、任意の形状にすることができる。また溝１０は、必ずしも複数形成する必要はない。
【００２１】
ここで図１の液滴吐出ヘッド１に戻って説明する。キャビティ基板２の振動板７側には、例えばガラスからなる電極基板３が接合されており、振動板７に対応する位置に個別電極１１が複数形成されている。この個別電極１１は例えば金等の金属からなり、電極基板３に形成された凹部の内部に形成されている。なお一般的に、個別電極１１の表面又は振動板７の個別電極１１側の面には、酸化シリコン等からなる絶縁膜（図示せず）が設けられる。
キャビティ基板２の振動板７の反対側の面にはノズル基板４が接合されており、吐出室５に一時的に貯留された液滴を吐出するためのノズル１２が形成されている。またノズル基板４には、リザーバ６から吐出室５にインク等の液滴を供給するためのオリフィス１３となる凹部が複数形成されている。このオリフィス１３となる凹部は、キャビティ基板２に設けるようにしてもよい。
なお振動板７と個別電極１１の間には若干の隙間があり、この隙間を封止するための封止剤１４が塗布されている。
【００２２】
図１に示す液滴吐出ヘッド１の動作について説明する。まず外部からインク供給穴（図示せず）を介してリザーバ６にインク等の液滴が供給される。リザーバ６に供給された液滴は、オリフィス１３を通って吐出室５に供給されるようになっている。共通電極９と個別電極１１には駆動回路（図示せず）が接続されており、共通電極９と個別電極１１の間に電位差を生じさせることができるようになっている。共通電極９と個別電極１１の間に電位差を生じさせると、共通電極９とドープ層８を介して電気的に導通している振動板７と、個別電極１１の間に静電気力が生じ、振動板７が個別電極１１側に撓む。そして共通電極９と個別電極１１の間の電位差をなくすと、振動板７が元の位置に戻る。これによって吐出室５の内部の圧力が上がり、吐出室５の内部に貯留された液滴がノズル１２から吐出される。
【００２３】
図３及び図４は、本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す縦断面模式図である。なお図３及び図４では、図１に示す液滴吐出ヘッド１を製造する工程を示すものとする。また図３及び図４では、図１のキャビティ基板２の製造工程のみを示している。
まず単結晶シリコンウェハ等のシリコン基板２ａを準備し（図３（ａ））、熱酸化等によりシリコン基板２ａの全面に酸化シリコン膜２０を形成する（図３（ｂ））。なお酸化シリコン膜２０の代わりに、窒化シリコン膜等を形成してもよい。その後、溝１０を形成する部分１０ａの酸化シリコン膜２０をフォトリソグラフィー等によりパターニングして、溝１０を形成する部分１０ａの酸化シリコン膜２０をフッ酸等により除去する（図３（ｃ））。
【００２４】
次に、酸化シリコン膜２０をエッチングマスクとして、溝１０を形成する部分１０ａから水酸化カリウム水溶液等でエッチングを行い、溝１０を形成する（図３（ｄ））。なおこのとき、溝１０によって薄板化される部分が例えば２μｍになるように溝１０を形成する。そして、シリコン基板２ａに形成された酸化シリコン膜２０をフッ酸等によりすべて除去する（図３（ｅ））。
【００２５】
それから、拡散板等を用いてシリコン基板２ａの溝１０が形成された側の面にボロンを高濃度に拡散して、ドープ層８を形成する（図３（ｆ））。このドープ層８は、例えば２μｍの厚さで形成するようにする。なおこのドープ層８は、溝１０によって薄板化された部分において、シリコン基板２ａの溝１０の形成されている面と反対側の面（図３（ｆ）では上側）に到達するように形成する。
そして再びシリコン基板２ａの全面に、熱酸化等により酸化シリコン膜２１を形成する（図４（ｇ））。その後、吐出室５となる凹部を形成する部分５ａ及びリザーバ６となる凹部を形成する部分６ａの酸化シリコン膜２１を、フォトリソグラフィー等によりパターニングして、これらの部分の酸化シリコン膜２１をフッ酸等により除去する（図４（ｈ））。
【００２６】
次に、酸化シリコン膜２１をエッチングマスクとして、吐出室５となる凹部を形成する部分５ａ及びリザーバ６となる凹部を形成する部分６ａから水酸化カリウム水溶液等でエッチングを行い、吐出室５となる凹部５ｂ及びリザーバ６となる凹部６ｂを形成する（図５（ｉ））。なおこのときドープ層８は、吐出室５となる凹部５ｂの底面部分において、エッチングストップ層として機能する。これはボロンを高濃度にドープしたドープ層８は、エッチング速度が極端に遅くなることを利用するものである。この吐出室５となる凹部５ｂの底面部分は、液滴吐出ヘッド１において振動板７となる（図１参照）。
【００２７】
そして、シリコン基板２ａに形成されている酸化シリコン膜２１をすべて除去する（図４（ｊ））。最後に、シリコン基板２ａの溝１０が形成された部分の凹部５ｂ側（図４（ｋ）において上側）に共通電極９を形成してキャビティ基板２が完成する（図４（ｋ））。このとき共通電極９は、白金等をスパッタすることにより形成することができる。
なおこの後、キャビティ基板２の溝１０が形成された側の面に、酸化シリコン等からなる絶縁膜を形成してもよい。
【００２８】
上記の製造工程の一部を、以下のように変更してもよい。図３（ｄ）の工程において、溝１０を浅めに形成し、薄板化される部分を例えば１０μｍの厚さで残す。そして、図３（ｆ）の工程において、マスク等を利用して溝１０の周辺部分のみにボロンをドープして、厚さ８μｍ程度のドープ層を形成しておく。その後マスクを取り除いて、シリコン基板２ａの、溝１０の形成された側の面全体にボロンをドープし、例えば厚さ２μｍのドープ層８を形成する。このような製造工程にすることにより、溝１０の部分の強度を確保することができる。
なおキャビティ基板２が完成した後の液滴吐出ヘッド１の製造工程は、一般の静電駆動方式の液滴吐出ヘッドの製造工程と同様である。即ち、陽極接合等により個別電極１１等の形成された電極基板３をキャビティ基板２に接合し、ノズル１２等の形成されたノズル基板４を接着剤等でキャビティ基板２に接合すること等により液滴吐出ヘッド１が完成する。
【００２９】
本実施形態１では、キャビティ基板２に、共通電極９と、この共通電極９と接触するドープ層８が形成され、ドープ層８は振動板７の全部又は一部を構成しているため、例えばボロンのドープされた電気抵抗の低いドープ層８を電流が流れ、共通電極９から振動板７までの電気抵抗を低下させることができる。これにより、駆動する振動板７の数が変化しても吐出特性が低下するのを防止することができる。
またキャビティ基板２の共通電極９の形成される部分に溝１０が形成され、キャビティ基板２の共通電極９とドープ層８の接触する部分が薄板化されているため、ドープ層８と共通電極９を接触させることが可能となり、またドープ層８を形成する時間を短縮することができる。
さらに溝１０を複数に分割して形成し、肉厚な部分を残すようにしているため、共通電極９の形成されている部分の強度を確保することができる。またドープ層８の体積を大きくすることができるため、電気抵抗を低くすることができる。
【００３０】
実施形態２．
図５は、本発明の実施形態２に係る液滴吐出記録装置の例を示した図である。
図９に示される液滴吐出記録装置１００は、インクジェットプリンタであり、実施形態１の製造方法で得られた図１に示す液滴吐出ヘッド１を搭載している。実施形態１の製造方法で得られた液滴吐出ヘッド１は吐出特性が高いため、本実施形態２の液滴吐出記録装置１００は印字性能が高いものである。
【００３１】
本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造方法で得られた図１の液滴吐出ヘッド１は、図５に示すようなインクジェットプリンタの他に、有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造や、液晶表示装置のカラーフィルタの製造、ＤＮＡデバイスの製造等にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドを示す縦断面模式図。
【図２】共通電極とドープ層が接触する部分の拡大縦断面図。
【図３】本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す縦断面模式図。
【図４】図３の製造工程の続きの工程を示す縦断面模式図。
【図５】本発明の実施形態２に係る液滴吐出記録装置の例を示した図。
【符号の説明】
【００３３】
１  液滴吐出ヘッド、２  キャビティ基板、３  電極基板、４  ノズル基板、５  吐出室、６  リザーバ、７  振動板、８  ドープ層、９  共通電極、１０  溝、１１  個別電極、１２  ノズル、１３  オリフィス、１４  封止剤、１００  液滴吐出記録装置。
【図１】
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【図２】
2005305713.tif 000004
【図３】
2005305713.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005305713.tif 000007