(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の吐出電極が列を形成して配置された吐出電極アレイを有する液体吐出ヘッドにおいて、吐出電極を従来よりも高密度に配置する液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体吐出ヘッド１１０は、複数の吐出電極１１１が列を形成して配置された吐出電極一次元アレイ１１６と、吐出電極１１１に液体を供給する流路１１３ａ、１１３ｂと、接地されるガード電極１１８ａ、１１８ｂと、吐出電極とガード電極との間に配置される絶縁体１１７と、を有する。吐出電極一次元アレイに対して鉛直な方向に、吐出電極一次元アレイ、絶縁体、ガード電極、および流路が、この順に存在している。【選択図】図１
2017047624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の吐出電極が列を形成して配置された吐出電極一次元アレイと、
前記吐出電極に液体を供給する流路と、
前記吐出電極と電気的に接続されていないガード電極と、
前記吐出電極と前記ガード電極との間に配置される絶縁体と、を有し、
前記吐出電極と離間しかつ対向して配置される対向電極と前記吐出電極との間に電界を発生させ、帯電した前記液体を該電界により前記吐出電極から前記対向電極に向かって吐出させる液体吐出ヘッドであって、
前記吐出電極一次元アレイに対して鉛直な方向に、前記吐出電極一次元アレイ、前記絶縁体、前記ガード電極、および前記流路が、この順に存在することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記吐出電極一次元アレイが有する隣接する二つの前記吐出電極を第１の吐出電極および第２の吐出電極としたときに、
前記第１の吐出電極と前記第２の吐出電極との間に形成される静電容量Ｃｃの、前記第１の吐出電極と前記ガード電極との間に形成される静電容量Ｃ１に対する比（Ｃｃ／Ｃ１）、および、前記第２の吐出電極と前記ガード電極との間に形成される静電容量Ｃ２に対する比（Ｃｃ／Ｃ２）が、いずれも０．１２以下であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記ガード電極が、接地されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第１の吐出電極と前記第２の吐出電極との間に、前記絶縁体の誘電率よりも小さな誘電率を有する第２の絶縁体を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記吐出電極一次元アレイ、前記絶縁体、および前記ガード電極が、この順に前記吐出電極一次元アレイに対して鉛直な方向に積層されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記絶縁体の厚さが、５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記吐出電極および前記ガード電極が導電性を有するケイ素化合物で形成されており、前記絶縁体が二酸化ケイ素で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドと、
前記吐出電極と離間し、かつ対向して配置される対向電極と、
前記吐出電極と前記対向電極との間に電界を発生させる電源部と、を有する液体吐出装置。
【請求項９】
請求項８に記載の液体吐出装置を有し、
前記吐出電極と前記対向電極との間に被記録媒体を配置して、前記吐出電極から吐出された前記液体により記録するインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、インクジェット記録装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電気力を利用してインク等の液体を被記録媒体に向けて吐出させて記録を行う、いわゆる静電吐出方式のインクジェット記録装置が知られている。
【０００３】
静電吐出方式のインクジェット記録装置では、吐出電極と、吐出電極と対向配置される対向電極との間に被記録媒体を配置して記録を行う。吐出電極にはインク等の液体が供給される。吐出電極と対向電極との間に電位差を与えることで電界を発生させ、該電界によって、帯電した液体が吐出電極から対向電極に向かって吐出される（特許文献１）。
【０００４】
複数の吐出電極が配置された液体吐出ヘッドにおいては、ヘッドの小型化や形成される画像の高分解能化などの目的で、吐出電極を高密度に配置することが望まれる。しかし吐出電極を高密度に配置すると、吐出電極で形成された電界が隣接する別の吐出電極に形成された電界に影響を与える、いわゆる「電界干渉」が生じてしまうことがある。電界干渉が発生すると、吐出電極からの液体の吐出が不安定となる。この結果、液体の誤吐出や着弾位置のずれ等が発生し、形成される画像の画質が低下してしまう可能性がある。
【０００５】
そこで特許文献１に記載の液体吐出ヘッドではこの電界干渉を低減するために、電界を遮るためのガード電極を、隣接する吐出電極間に配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００５１７７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の液体吐出ヘッドにおいては、複数の吐出電極が列を形成して配列される吐出電極一次元アレイにおいて、ガード電極は２つの吐出電極の間に配置される。そのため、吐出電極同士の間隔を十分に小さくすることができず、十分に高密度化することができないという課題があった。
【０００８】
そこで本発明では、上述の課題に鑑み、複数の吐出電極が列を形成して配置された吐出電極一次元アレイを有する液体吐出ヘッドにおいて、吐出電極を従来よりも高密度に配置することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液体吐出ヘッドは、複数の吐出電極が列を形成して配置された吐出電極一次元アレイと、前記吐出電極に液体を供給する流路と、接地されるガード電極と、前記吐出電極と前記ガード電極との間に配置される絶縁体と、を有し、前記吐出電極と離間し、かつ対向して配置される対向電極との間に電界を発生させ、帯電した前記液体を該電界により前記対向電極に向かって吐出させる液体吐出ヘッドであって、前記吐出電極一次元アレイに対して鉛直な方向に、前記吐出電極一次元アレイ、前記絶縁体、前記ガード電極、および前記流路が、この順に存在することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の吐出電極が列を形成して配置された吐出電極一次元アレイを有する液体吐出ヘッドにおいて、吐出電極を従来よりも高密度に配置できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドを有するインクジェット記録装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構造を模式的に示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造プロセスを示す断面図である。
【図４】図３に続く、第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造プロセスを示す断面図である。
【図５】図４に続く、第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造プロセスを示す断面図である。
【図６】半導体プロセスによって製造した液体吐出ヘッドを備えるインクジェット記録装置を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドを有するインクジェット記録装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図８】第３の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造プロセスに示す断面図である。
【図９】その他の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構造を模式的に示す断面図である。
【図１０】実施例１に係る液体吐出ヘッドにおける電界干渉の低減効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明においては、その趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下に説明する実施形態に対して適宜変更、改良等が加えられたものについても本発明の範囲に含まれる。
【００１３】
（第１の実施形態）
＜液体吐出ヘッドの構造＞
第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド１１０（以下、「ヘッド１１０」と称する）の構造について、図１および図２を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係るヘッド１１０を備えたインクジェット記録装置１０００（以下、「記録装置１０００」と称する）の構造を模式的に示す断面図である。
【００１５】
記録装置１０００は、ヘッド１１０中の吐出電極１１１から対向電極２に向けて液滴ＬＤを静電気力により吐出して、対向電極２上に載置される被記録媒体３に所望の画像やパターンを記録する装置である。
【００１６】
記録装置１０００は、液体吐出装置１０を有する。液体吐出装置１０は、ヘッド１１０と、対向電極２と、中間電極１１２と、電源部１２０と、液体供給部１３０と、を有する。また、ヘッド１１０は、吐出電極１１１と、流路１１３と、絶縁体１１７と、ガード電極１１８と、を有する。図１（ａ）は、記録装置１０００の構造を模式的に示すＹＺ断面図である。
【００１７】
吐出電極１１１は、図１（ａ）に示すように、対向電極２に向かって突出した形状を有する針状の電極である。ただし、吐出電極１１１の形状はこれに限定はされず、対向電極２と平行な平面を有する電極であってもよい。吐出電極１１１は、導電体または半導体で形成されており、後述する電源部１２０と接続されている。これにより、吐出電極１１１の電位は所定の電位に制御される。
【００１８】
流路１１３は、液体供給部１３０と接続され、吐出電極１１１にインク等の液体Ｌを供給する。本実施形態では、吐出電極１１１の両側に複数の流路壁１１４ａおよび複数の流路壁１１４ｂを配置し、これによって流路１１３ａおよび流路１１３ｂを形成している。すなわち、流路の底面となる吐出電極１１１と、流路の側面となる複数の流路壁１１４ａとによって囲まれた領域が、流路１１３ａとなる。同様に、流路の底面となる吐出電極１１１と、流路の側面となる複数の流路壁１１４ｂとによって囲まれた領域が、流路１１３ｂとなる。
【００１９】
図１（ａ）のように、液体供給部１３０から供給された液体Ｌは、流路１１３ａ内を矢示Ｄ１の方向に流れ、吐出電極１１１の先端を経由して、流路１１３ｂ内を矢示Ｄ２の方向に流れ、液体供給部１３０へと戻る。
【００２０】
図１（ｂ）や図２に示すように、本実施形態では流路１１３ａおよび流路１１３ｂは、吐出電極１１１の反対側の面において開放されている。しかし流路１１３ａおよび流路１１３ｂの幅方向のサイズは十分に小さいため、液体Ｌの表面張力は液体Ｌにかかる重力より大きくなる。そのため、流路１１３ａおよび流路１１３ｂの開放部分、および吐出電極１１１の先端において、液体Ｌは滴り落ちることはない。なお、本実施形態では流路１１３ａおよび流路１１３ｂの１つの面を開放する構成としたが、これに限定はされず、開放面にも流路壁を設けて流路１１３ａおよび流路１１３ｂを覆ってしまってもよい。ただしこの場合は吐出電極１１１の近傍において流路を開放する必要がある。
【００２１】
中間電極１１２は、吐出電極１１１と対向電極２との間に配置される電極である。中間電極１１２は導電体または半導体で形成されており、後述する電源部１２０に接続されている。これにより、中間電極１１２の電位は所定の電位に制御される。中間電極１１２の電位によって電界が形成され、吐出電極１１１から吐出される液滴ＬＤの飛翔を制御する。
【００２２】
吐出電極１１１と、吐出電極１１１と離間し吐出電極１１１と対向して配置される対向電極２との間には電源部１２０によって所定の電位差が与えられる。また、中間電極１１２と吐出電極１１１との間にも所定の電位差が与えられている。本実施形態では、対向電極２が接地されている。また、電源部１２０によって対向電極２と中間電極１１２との間には中間電極電圧１２１が印加してある。さらに、中間電極１１２と吐出電極１１１との間にはヘッドＤＣ電圧１２２が印加してある。この吐出電極１１１と対向電極２または中間電極１１２との間の電位差により、吐出電極１１１の先端に付着した液体Ｌは対向電極２の方向へと吸引され、液体ＬによってメニスカスＭが形成される。
【００２３】
液滴ＬＤの吐出を行う際には、電源部１２０はさらに、中間電極１１２と吐出電極１１との間にパルス電圧信号１２３を重畳して印加する。これにより、所望のタイミングで、メニスカスＭの先端から液体Ｌの液滴ＬＤが吐出される。
【００２４】
吐出電極１１１の先端から吐出された液滴ＬＤは、吐出電極１１１と中間電極１１２、および対向電極２の間に形成される電界により加速されて飛翔する。これにより、吐出された液滴ＬＤは図１（ａ）中の矢示Ｄ１の方向に飛翔して、被記録媒体３上に着弾して画点３１を形成する。さらに、対向電極２をヘッド１１０に対して相対的に移動可能に構成し、コントロール部（不図示）によって走査することで、被記録媒体３に所望のパターンを形成することができる。
【００２５】
なお、本実施形態では吐出電極１１１の先端の延長線（矢示Ｄ３の方向）が中間電極１１２の開口部の中心にくるように、吐出電極１１１を配置してある。また、対向電極２は吐出電極１１１の先端の延長線に垂直に配置してある。これにより、吐出電極１１１と対向電極２との間に、吐出電極１１１の先端の延長線に関して対称な電界を形成することができる。この対称な電界によって、図１に示すように液滴ＬＤを矢示Ｄ３の方向に直進的に飛翔させることができる。
【００２６】
ヘッド１１０はさらに、絶縁体１１７とガード電極１１８とを有する。絶縁体１１７とガード電極１１８について、図１を用いて詳細に説明する。図１（ｂ）は、ヘッド１１０の構造を模式的に示すＸＹ断面図であり、図１（ａ）中のＡ−Ａ′断面に相当する断面図である。また、図１（ｃ）は、ヘッド１１０の構造を模式的に示すＸＺ断面図であり、図１（ｂ）中のＢ−Ｂ′断面に相当する断面図である。
【００２７】
本実施形態に係るヘッド１１０は、図１（ｂ）に示すように、複数の吐出電極１１１がＸ方向に所定のピッチで列を形成して配置された吐出電極一次元アレイ１１６（以下、「アレイ１１６」と称する）を有する。アレイ１１６において、アレイ１１６に含まれる複数の吐出電極１１１同士は互いに電気的に接続されていない。なお図１（ｂ）および図１（ｃ）では一例として、３つの吐出電極１１１が列を形成して配置されたアレイ１１６を有するヘッド１１０を示しているが、ヘッド１１０の有する吐出電極１１１の数はこれに限定はされない。
【００２８】
図１（ｂ）に示すように、ヘッド１１０において、絶縁体１１７は吐出電極１１１を挟むように上下に配置されている。さらに、ガード電極１１８は吐出電極１１１を挟む絶縁体１１７の層を挟むように上下に配置されている。なお、図１（ａ）に示すように、ガード電極１１８と吐出電極１１１とは電気的に接続されていない。さらに、上部ガード電極１１８ａの上方には流路１１３ａが形成されており、下部ガード電極１１８ｂの下方流路１１３ｂが、それぞれの吐出電極１１１と並行して形成されている。すなわち、ヘッド１１０において、アレイ１１６に対して鉛直な方向に、アレイ１１６、絶縁体１１７、ガード電極１１８、および流路１１３が、この順に層をなして存在している。
【００２９】
なお、本実施形態では流路１１３をガード電極１１８で三方を囲むことで形成している。すなわち、ガード電極１１８が流路壁１１４を兼ねる構成をした。しかしこれに限定はされず、ガード電極１１８とは別の部材を用いて、流路壁１１４を形成してもよい。
【００３０】
本実施形態に係るヘッド１１０は、上述のような構造を有するため、絶縁体１１７の層を介して配置された吐出電極１１１とガード電極１１８との間に静電容量が形成される。この静電容量は、吐出電極１１１とガード電極１１８との間の距離に反比例する。本実施形態では該距離を、絶縁体１１７の厚さによって調整することができる。すなわち、絶縁体１１７を薄くすることによって、吐出電極１１１とガード電極１１８との間に形成される静電容量を大きくすることができる。これにより、吐出電極１１１から外部への電磁波の漏れを低減することができ、吐出電極１１１は同軸ケーブルと同じように外乱に影響されにくくなる（ガード効果）。その結果、隣接する吐出電極１１１間の電界干渉を低減することができる。
【００３１】
絶縁体１１７の厚さは、５μｍ以下であることが好ましい。絶縁体１１７の厚さを５μｍ以下とすることで、吐出電極１１１とガード電極１１８との間に形成される静電容量を、隣接する２つの吐出電極１１１間に形成される静電容量に比べて十分に大きくすることができる。なお、絶縁体１１７の厚さの下限値は、吐出電極１１１とガード電極１１８とが絶縁される限りにおいて特に限定はされないが、例えば０．１μｍ以上とすることができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、吐出電極１１１同士の間に空隙１１９が形成されている。この空隙１１９により、隣接する吐出電極１１１間は電気的に分離されている。なお、隣接する２つの吐出電極１１１間にも、静電容量は形成される。ここで、アレイ１１６中の隣接する２つの吐出電極１１１を、第１の吐出電極と第２の吐出電極とする。このとき、第１の吐出電極とガード電極１１８との間に形成される静電容量をＣ１、第２の吐出電極とガード電極１１８との間に形成される静電容量をＣ２とする。また、第１の吐出電極と第２の吐出電極と間に形成される静電容量をＣｃとする。このとき、静電容量比Ｃｃ／Ｃ１および静電容量比Ｃｃ／Ｃ２が小さいほど上述のガード効果が大きくなり、隣接する吐出電極１１１間の電界干渉を低減することができる。
【００３３】
具体的には静電容量比Ｃｃ／Ｃ１および静電容量比Ｃｃ／Ｃ２をいずれも０．１２以下にすることが好ましく、０．０６以下にすることがより好ましく、０．０２以下にすることが特に好ましい。静電容量比Ｃｃ／Ｃ１および静電容量比Ｃｃ／Ｃ２を上記範囲にすることで、隣接する吐出電極１１１間のガード電極１１８による電界干渉低減効果を大きくすることができる。なお、本実施形態においては図１（ｂ）に示すように、絶縁体１１７の厚さは一定としているため、Ｃ１とＣ２は等しい。
【００３４】
吐出電極１１１、ガード電極１１８、絶縁体１１７の材質は特に限はされない。ただし、吐出電極１１１、ガード電極１１８、絶縁体１１７をケイ素化合物で形成されるようにすることで、後述するような半導体プロセスを利用した製造方法によってヘッド１１０を形成できるため好ましい。より具体的には、吐出電極１１１およびガード電極１１８は導電性を有するケイ素化合物、例えばホウ素ドープシリコンで形成されていることが好ましい。また、絶縁体１１７は絶縁性のケイ素化合物、例えば二酸化ケイ素で形成されていることが好ましい。
【００３５】
図２は、ヘッド１１０の構造を示す斜視図である。なお図２では一例として、３つの吐出電極１１１が列を形成して配置されたアレイ１１６を有するヘッド１１０を示しているが、ヘッド１１０の有する吐出電極１１１の数はこれに限定はされない。
【００３６】
図２では図示していないが、実際にはそれぞれの吐出電極１１１に対して電気配線が接続され、電源部１２０に接続されている。これにより、それぞれの吐出電極１１１の電位を電源部１２０によって個別に制御することができる。また、実際にはそれぞれのガード電極１１８に対して電気配線が接続され、接地されている。
【００３７】
図２（ａ）に示すヘッド１１０は、吐出電極１１１間に空隙１１９を有する。液体Ｌは流路１１３ａを流れ、吐出電極１１の先端部分を通って流路１１３ｂに流れる。このとき、液体Ｌは空隙１１９に流入する可能性がある。そのため、例えば液体Ｌとして水性インクなどの水溶液を用いる場合には、空隙１１９の表面に疎水性物質を塗布しておくことで、液体Ｌが空隙１１９に流入することを防ぐことができる。例えば液体Ｌとして油性インクなどの有機溶媒を含む液体を用いる場合には、空隙１１９の表面に疎油性物質を塗布しておくことで、液体Ｌが空隙１１９に流入することを防ぐことができる。
【００３８】
なお、図２（ｂ）に示すように、空隙１１９に絶縁体１１５を配置してもよい。これにより、上述の液体Ｌの流入を防ぐとともに、ヘッド１１０全体の強度を向上させることができる。なお空隙１１９に絶縁体１１５を配置する場合には、絶縁体１１５の誘電率は小さいほうが好ましい。絶縁体１１５の誘電率を小さくすることで、隣接する吐出電極１１１間に形成される静電容量Ｃｃを小さくすることができる。その結果、静電容量比Ｃｃ／Ｃ１および静電容量比Ｃｃ／Ｃ２を小さくすることができる。このような絶縁体１１５としては、低誘電率のアンダーフィル、例えば液状封止材ＣＥＬ−Ｃ−３９００やＣＥＬ−Ｃ−３７２０（以上、日立化成製）を用いることが好ましい。
【００３９】
＜液体吐出ヘッドの製造プロセス＞
本実施形態に係るヘッド１１０の製造方法について説明する。本実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、半導体プロセスを利用した製造方法である。より具体的には、イオン注入やフォトリソグラフィ、エッチング、ダイシングなどの工程を含む、半導体プロセスを利用した製造方法である。本実施形態に示すように、半導体プロセスを利用した製造方法によってヘッド１１０を製造することで、微細かつ精度の高い加工が可能となる。
【００４０】
図３〜図５は、本実施形態に係るヘッド１１０の製造プロセスを示す断面図または上面図である。なお、下記の説明においては簡単のため、リソグラフィ工程における感光性レジスト塗布や露光、現像、レジスト除去などの小工程の説明は省略することがある。
【００４１】
［基板を異方性エッチングによって加工し、凹部を形成する工程］
まず、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板５５（以下、「基板５５」と称する）を洗浄した後、両面に膜厚１μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）５２を成膜する。なお、基板５５はシリコン薄膜層（デバイス層）４８、中間酸化膜層（ＢＯＸ層）５０、シリコン層（ハンドリング層）４９が順次積層されたＳＯＩ基板を用いる。熱酸化膜５２を成膜した後、ＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、膜厚０．５μｍの窒化膜５３を成膜する。
【００４２】
次に、基板５５の裏面（ハンドリング層４９側の面）に感光性レジストを用いてパターンマスクを形成する。パターンマスクの形成後、パターンマスクに覆われていない窒化膜５３および熱酸化膜５２をドライエッチングによって除去し、シリコン基板５１を露出させる。
【００４３】
パターンマスクを除去した後、Ｓｉ異方性ウェットエッチング液によってシリコン基板５１の裏面をエッチングする。Ｓｉ異方性ウェットエッチング液としては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）液または水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）液などを用いることができる。異方性エッチングにより、シリコン基板５１の裏面に凹部６２が形成される。本実施形態ではシリコンの結晶方位＜１１０＞に沿って異方性エッチングを行い、Ｖ字型の溝状の凹部６２が形成される。凹部６２の側斜面はエッチング耐性が最も強い結晶面（１１１）になる。このとき、窒化膜５３はＳｉ異方性ウェットエッチングに対する耐性が高いため、エッチングマスクとして使用することができる。Ｓｉ異方性ウェットエッチングの結果、凹部６２の側斜面とシリコン基板５１の裏面とがなす角γは約５４．７°となる（図３（ａ））。
【００４４】
次に、凹部６２を形成した基板５５を洗浄した後、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈ）法を用いたドライエッチングにより、基板５５の裏面の窒化膜５３および熱酸化膜５２を完全に除去する。なお本実施形態ではドライエッチングによって基板５５の裏面の窒化膜５３および熱酸化膜５２を除去するが、これに限定はされず、片面ウェットエッチング治具を用いて基板５５の裏面のみをウェットエッチングしてもよい。
【００４５】
次に、基板５５の裏面に露出したハンドリング層４９にホウ素をドープして、ドープ層５４を形成する。なお、熱酸化膜５２および窒化膜５３はホウ素拡散に対する遮断性が高いため、ホウ素ドープの際のマスクとして使用することができる。その後、基板５５を熱酸化して、基板５５の裏面に膜厚１．５μｍの熱酸化膜５２を新たに形成する（図３（ｂ））。なおこのとき、基板５５の表面にある熱酸化膜５２および窒化膜５３は酸素ガスを遮断するため、基板５５の裏面のみが選択的に酸化される。
【００４６】
［基板をエッチングによって加工し、流路を形成する工程］
次に、基板５５の裏面に感光性レジストを用いてパターンマスクを形成する。このとき、感光性レジストはスピンコート法などにより塗布することができ、例えば膜厚２μｍのパターンマスクを形成する。このとき、図３（ｄ）に示す領域以外の部分にマスクが形成されるように、パターンマスクを形成する。
【００４７】
このパターンマスクを用いて、基板５５の裏面に形成されている熱酸化膜５２をドライエッチングにより除去し、熱酸化膜５２のパターンを形成する。そしてこの熱酸化膜５２のパターンをエッチングマスクとして、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈ）法で基板５５の裏面に露出したハンドリング層４９をドライエッチングする。これにより、溝部６３、流路１１３、流路壁１１４、および流路底部１１７が一体形成される。このとき、溝部６３、流路１１３、および流路壁１１４のパターン辺縁部は、シリコンの結晶方位＜１１０＞に沿ってＤＲＩＥ法によるドライエッチングが進行する。
【００４８】
凹部６２の側斜面の一部は、ＤＲＩＥ法によるドライエッチングによって、側斜面の傾きを保ったまま、ｙ軸に平行な方向に平行移動する。すなわち、側斜面６６の結晶面は、凹部６２の側斜面６１と同じく（１１１）面となる。側斜面６６は、流路１１３の流路底面の一部を形成する。
【００４９】
なお、図３（ｄ）では３つの流路１１３が列を形成して配置された一次元アレイを形成する例を示しているが、形成する流路１１３の数、すなわち吐出電極１１１の数はこれに限定はされない。すなわち、４つ以上の流路１１３が列を形成して配置された一次元アレイも、図３（ｄ）に示すパターンマスクの形状を変えることで形成することができる。また、パターンマスクの形状を適宜変えることで、流路１１３に供給するインクを貯蔵するタンク部（不図示）を形成してもよい。
【００５０】
ＤＲＩＥ法によるドライエッチングの際には、ＢＯＸ層５０はエッチングストップ層として機能する。したがって、ドライエッチングによって基板５５の裏面の最表面がＢＯＸ層５０に到達したらすぐにドライエッチングを停止すれば、ハンドリング層４９に形成される溝部６３の深さと流路１１４との深さを同じにすることができる。
【００５１】
［基板を異方性エッチングによって加工し、テーパー部を形成する工程］
次に、基板５５の裏面（ハンドリング層４９側の面）にホウ素を再びドープし、流路１１３の内面（流路１１３の底部および側壁）にドープ層５４を形成する（図４（ａ））。
【００５２】
続いて、基板５５の裏面に形成されている熱酸化膜５２をドライエッチングによって除去する。その後、ＬＰＣＶＤ法で膜厚０．７μｍの窒化膜５３を成膜する（図４（ｂ））。
【００５３】
次に、基板５５の裏面に感光性レジストを用いてパターンマスクを形成する。このとき、感光性レジストはスピンコート法などにより塗布することができ、例えば膜厚２μｍのパターンマスクを形成する。このパターンマスクを用いて、ドライエッチングにより基板５５の裏面に形成されている窒化膜５３を図４（ｃ）のようにパターニングする。これにより、ハンドリング層４９に形成した溝部６３にある窒化膜５３の一部を除去し、窒化膜の開口部５７を形成する。ただしこの工程では、露光の際のミスアライメントなどによって、ハンドリング層４９に形成した流路壁１１４上の窒化膜５３の一部も除去され、開口部５８も同時に形成してしまう可能性がある。しかし後述するように、流路側壁１１４上の窒化膜５３の一部が除去されたとしても、この後の工程には影響しない。
【００５４】
次に、Ｓｉ異方性ウェットエッチング液を用いて基板５５の裏面に露出したデバイス層４８をエッチングして、凹部５９を形成する。Ｓｉ異方性ウェットエッチング液としては、ＫＯＨ液やＴＭＡＨ液、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）液を用いることができる。中でもＥＤＰ液はホウ素ドープＳｉに対するエッチング選択性が高いため好ましい。すなわち、Ｓｉ異方性エッチングにより、熱酸化膜５２および窒化膜５３、ドープ層５４はほとんどエッチングされず、開口部５８によって露出されたデバイス層４８のみを選択的にエッチングすることができる。すなわち、上述のように流路側壁１１４上の窒化膜５３の一部が除去されてハンドリング層４９の一部が露出したとしても、ハンドリング層４９はホウ素がドープされているためほとんどエッチングがされない。この結果、凹部５９を形成することができる（図４（ｄ））。なお、この工程における異方性エッチングは、凹部５９が基板５５の表面側の熱酸化膜５２に到達し、凹部５９にテーパー部が形成されるまで続ける。
【００５５】
［基板を表面からエッチングによって加工し、吐出電極一次元アレイを形成する工程］
次に、基板５５の表面に形成されている窒化膜５３および酸化膜５２を、ドライエッチングにより除去する。その後、基板５５の表面に感光性レジストを用いてパターンマスクを形成し、このパターンマスクを用いてデバイス層４８をドライエッチングによりパターニングする（図５（ａ））。
【００５６】
図５（ｂ）は図５（ａ）に示す基板５５をＹ軸に沿って見た上面図である。すなわち、上記のパターニングにおいては、デバイス層４８をＢＯＸ層５０までエッチングする。すなわち、ＢＯＸ層５０をエッチングストップ層として機能させる。これにより、複数の吐出電極１１１が列を形成して配置されたアレイ１１６を形成する。このとき、デバイス層４８に形成した複数の吐出電極１１１はそれぞれ、電気的に分離されて独立している。なお吐出電極１１１は、上から見たときに図５（ｂ）に示すように先端に先細り形状を有するように加工することが好ましい。
【００５７】
［上記工程を経た基板を２枚用意し、基板同士を貼り合わせる工程］
以上の工程によって加工された図５（ａ）の基板５５を２枚用意する。そして基板５５の表面同士、すなわちデバイス層４８側の面同士を、位置合わせして接合する。接合の際は、まず、接合する前にデバイス層４８の表面を洗浄して、接合面７０をプラズマで活性化した上で、基板５５同士を貼り合わせる。この仮接合を常温で行った後、接合強度を上げるために、接合した基板を加熱してアニールする。アニールの条件は特に限定はされないが、例えば４００℃に加熱を行う。接合により、吐出電極１１１と流路１１３が完成する（図５（ｃ））。なお、これにより形成される吐出電極１１１の先端の角度は上述の角度γの２倍となり、約１０９．４°となる。
【００５８】
［接合した基板を切断する工程］
次に、接合した基板をダイシングソーを用いて切断する（ダイシング）。具体的には、凹部５９の部分で切断する。これにより、ヘッド１１０を製造することができる。
【００５９】
このようにして形成したヘッド１１０において、吐出電極１１１は２枚のデバイス層４８を接合して形成されている。また、吐出電極１１１の上下に配置されている２層のＢＯＸ層５０は、デバイス層４８とハンドリング層４９との間に配置され、両者を電気的に絶縁する絶縁体１１７として機能する。また、上下に配置されている２層のハンドリング層４９は、ガード電極１１８として機能する。
【００６０】
なお、上記工程により形成したヘッド１１０は、ヘッド１１０の一方の面をガラス基板６１（例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ社Ｐｙｒｅｘ（登録商標）７７４０）に接着剤を用いて固定してもよい。
【００６１】
次に、上述の製造方法によって製造したヘッド１１０を有する記録装置１０００の構成について説明する。図６は、本実施形態に係る記録装置１０００の構成を模式的に示す断面図である。
【００６２】
ヘッド１１０の有する吐出電極１１１の先端の先に、吐出電極１１１と離間した状態で対向電極２を対向させる。また、対向電極２と吐出電極１１１との間には中間電極１１２を配置する。対向電極２上には被記録媒体３を配置し、対向電極２にはマイナス電圧を印加する。図１では対向電極２を接地していたが、図６では対向電極２にマイナス電圧を印加する。このように、接地する位置は特に限定はされず、吐出電極１１１、中間電極１１２、および対向電極２の間に電位差を与えればよい。
【００６３】
なお、中間電極１１２と対向電極２との間に中間電圧源１２１、中間電極１１２と吐出電極１１１との間に吐出電圧源１２２およびパルス波電圧源１２３を、図６に示すようにそれぞれ設置する。吐出電圧源１２２とパルス波電圧源１２３との間を接地し、ガード電極１１８として機能するハンドリング層４９も接地する。
【００６４】
この状態で吐出電極１１１にパルス電圧を重畳して印加すれば、上述のように、液滴ＬＤを吐出し、吐出電極１１１から対向電極２に向かって飛翔させることができる。
【００６５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド２１０（以下、「ヘッド２１０」と称する）の構造について、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態に係るヘッド２１０を備えたインクジェット記録装置２０００（以下、「記録装置２０００」と称する）の構造を模式的に示す断面図である。記録装置２０００の構成は、ヘッド１１０をヘッド２１０に変えた以外は第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態との違いについて、説明する。
【００６６】
図７（ａ）は、記録装置２０００の構造を模式的に示すＹＺ断面図である。ヘッド１１０では、吐出電極１１１の両側に絶縁体１１７を配置し、そのさらに外側の両側にガード電極１１８を配置していた。しかし図７（ａ）に示すように、ヘッド２１０では吐出電極１１１の片側にのみ、絶縁体１１７およびガード電極１１８を配置する。ガード電極１１８を吐出電極１１１の片側のみに配置しても、ガード電極１１８と吐出電極１１１との間に静電容量Ｃが形成され、ガード効果を発揮することができる。
【００６７】
図７（ｂ）は、ヘッド２１０の構造を模式的に示すＸＹ断面図であり、図７（ａ）中のＡ−Ａ′断面に相当する断面図である。また、図７（ｃ）は、ヘッド２１０の構造を模式的に示すＸＺ断面図であり、図７（ｂ）中のＢ−Ｂ′断面に相当する断面図である。
【００６８】
本実施形態に係るヘッド２１０は図７（ｂ）に示すように、アレイ１１６の下側のみに、絶縁体１１７およびガード電極を有する。本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、アレイ１１６に対して鉛直な方向に、アレイ１１６、絶縁体１１６、ガード電極１１７、および流路１１３が、この順に存在している。
【００６９】
本実施形態では、アレイ１１６の上部に流路壁１１４ａを複数配置して、流路１１３ａを形成している。この流路壁１１４ａの材質は特に限定はされず、樹脂やガラス、金属、無機化合物などを用いることができる。なお、吐出電極１１１から吐出する液体Ｌの種類が、隣接する吐出電極１１１間で同一である場合には、流路側１１４ａを配置しなくてもよい。
【００７０】
第１の実施形態に係るヘッド１１０は上述のとおり、２枚のＳＯＩ基板をそれぞれ加工して接合することで作製することができる。一方、本実施形態に係るヘッド２１０は、１枚のＳＯＩ基板と、１枚の酸化膜付きシリコン基板とをそれぞれ加工して接合することで作製することができる。したがって、本実施形態によればより簡便に、またはより低コストに、ヘッド２１０を実現することができる。
【００７１】
（第３の実施形態）
第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド３１０（以下、「ヘッド３１０」と称する）の構造について、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態に係るヘッド３１０の製造プロセスを示す断面図である。以下、主に第１の実施形態との違いについて説明する。
【００７２】
第１の実施形態と同様の製造プロセスにより基板５５を加工して、凹部５９を形成する（図５（ａ））。第１の実施形態では同様の凹部５９を形成した基板５５を２枚用意して、それらを接合させてヘッド１１０を形成したが、本実施形態ではサイズの異なる凹部５９を有する基板５５を２枚用意して、それらを接合させてヘッド３１０を形成する（図８（ａ））。
【００７３】
この結果、図８（ｂ）に示すように先端の形状が上下非対称な吐出電極１１１を有するヘッド３１０が形成される。この場合、第１の実施形態と比較して、吐出電極１１１の先端に液体が供給されたときに形成されるメニスカスの形状が変わるが、液滴ＬＤの吐出能力自体はほとんど変わらない。
【００７４】
（その他の実施形態）
以下、その他の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構造について図９を用いて説明する。
【００７５】
上述の実施形態ではガード電極１１８を１枚の平板で形成していたが、ガード電極１１８は必ずしも一体型である必要はない。例えばヘッド４１０（図９（ａ））やヘッド５１０（図９（ｂ））、ヘッド６１０（図９（ｃ））のように、各々の吐出電極１１１の上部または下部に、独立したガード電極１１８をそれぞれ配置してもよい。この構成によっても、ガード効果を発揮することができる。
【００７６】
また、複数の吐出電極１１１の間にもガード電極１１８を配置してもよい。すなわち、アレイ１１６中に、ガード電極１１８を組み込んでもよい。例えばヘッド７１０（図９（ｄ））やヘッド８１０（図９（ｅ））のように、吐出電極１１１を三方あるいは四方からガード電極１１８で囲むような構成にすれば、ガード効果をさらに大きくすることができる。
【実施例】
【００７７】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下に説明する実施例に限定されるものではない。
【００７８】
本発明による電界干渉の低減効果を確認するために、以下のシミュレーションを行った。
【００７９】
（実施例１）
第１の実施形態のヘッド１１０について、１つの吐出電極１１１（第１の吐出電極）に電圧信号を入力した際に、隣接する吐出電極１１１（第２の吐出電極）から出力される電圧信号を計算によって求めた。計算の結果得られた出力電圧信号を、図１０（ｃ）に示す。
【００８０】
なお、計算の際の条件は以下のとおりである。ヘッド１１０として、図１０（ａ）に示すような、３００ｄｐｉの解像度のインクジェット用液体吐出ヘッドを想定した。アレイ１１６における吐出電極１１１の配置間隔（ピッチ）は８４．５μｍとし、吐出電極１１１の電極幅を４５μｍとした。隣接する２つの吐出電極１１１の間の距離（すなわち、第１の吐出電極と第２の吐出電極との間の距離）は３９．５μｍとした。また、吐出電極１１１の厚さ、絶縁体１１７の厚さ、ガード電極１１８の厚さはいずれも１μｍとした。なお、吐出電極１１１とガード電極１１８は導電体とし、隣接する２つの吐出電極１１１の間の空隙１１９は空気とした。また、絶縁体１１７はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）であるものとした。ＳｉＯ２の比誘電率は３．９とした。
【００８１】
（比較例１）
比較例１として、米国特許出願公開第２００４／００５１７７０号明細書と類似の構造の液体吐出ヘッドについて、実施例１と同様に、１つの吐出電極に電圧信号を入力した際に、隣接する吐出電極から出力される電圧信号を計算によって求めた。計算の結果得られた出力電圧信号を、実施例１の結果と併せて図１０（ｃ）に示す。
【００８２】
なお、計算の際の条件は以下のとおりである。ヘッド１１０として、図１０（ｂ）に示すような、３００ｄｐｉの解像度のインクジェット用液体吐出ヘッドを想定した。実施例１と同様に、アレイ１１６における吐出電極１１１の配置間隔（ピッチ）は８４．５μｍとした。比較例１においてはアレイ１１６中にガード電極１１８を配置するため、電極間でのショートを防ぐために吐出電極１１１の電極幅を小さくする必要がある。具体的には、吐出電極１１１の電極幅を１０μｍとし、ガード電極１１８の電極幅も１０μｍとし、吐出電極１１１とガード電極１１８との間の距離を３２．２５μｍとした。吐出電極１１１、ガード電極１１８の厚さや材質は、実施例１と同じものとした。また、絶縁体１１７はガラス基板（比誘電率４．７、板厚１００μｍ）とし、ガラス基板の下に接地した電極を配置した。
【００８３】
（結果のまとめ）
まず、隣接する２つの吐出電極１１１間に形成される静電容量Ｃｃと、吐出電極１１１とガード電極１１８との間に形成される静電容量Ｃ１との比、および静電容量Ｃ２との比（静電容量比Ｃｃ／Ｃ１および静電容量比Ｃｃ／Ｃ２）を計算した。なお、本実施例および比較例においては、Ｃ１＝Ｃ２となったため、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃとして計算結果を以下に示す。計算は、Ａｔｓｕｓｈｉ  Ｋｕｒｏｋａｗａ，ｅｔ  ａｌ．，ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ，ｖｏｌ．Ｅ８８−Ａ，ｎｏ．１２，２００５，ｐ．３４５３−３４６０．に記載の計算方法を用いて行った。
【００８４】
実施例１では静電容量Ｃｃは８．４４ｐＦ／ｍとなり、静電容量Ｃは７５２ｐＦ／ｍとなった。一方、比較例１では静電容量Ｃｃは８．４４ｐＦ／ｍとなり、静電容量Ｃは３３．４ｐＦ／ｍとなった。すなわち、実施例１では吐出電極１１１とガード電極１１８との間に形成される静電容量Ｃを大きくすることができた。また、実施例１では静電容量比Ｃｃ／Ｃは０．０１１となったのに対し、比較例１では静電容量比Ｃｃ／Ｃは０．２５３となった。すなわち、実施例１は比較例１に比べて、静電容量比Ｃｃ／Ｃが小さいことがわかった。
【００８５】
次に、実施例１と比較例１の液体吐出ヘッドについて、１つの吐出電極１１１に電圧信号を入力した際に、隣接する吐出電極１１１から出力される電圧信号を計算によって求めた。計算は、Ｔａｋａｙａｓｕ  Ｓａｋｕｒａｉ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，ｖｏｌ．４０，ｎｏ．１，１９９３，ｐ．１１８−１２４．に記載の計算方法を用いて行った。図１０（ｃ）に、計算結果をまとめて示す。
【００８６】
図１０（ｃ）は、出力電圧の時間応答図である。なお、出力電圧は入力電圧に対して正規化した値で示してあり、縦軸は対数で表示してある。図１０（ｃ）において、プロット４５は１つの吐出電極１１１に入力されるＡＣ電圧（入力電圧）を示している。プロット４６とプロット４７は、入力電圧が入力される吐出電極１１１に隣接する吐出電極１１１から出力される出力電圧を示し、プロット４６は比較例１の出力電圧、プロット４７は実施例１の出力電圧をそれぞれ示す。
【００８７】
図１０（ｃ）から、実施例１は比較例１に比べて電界干渉を低減できたことが明らかである。より具体的には、実施例１では比較例１に比べて、出力電圧の最大値を５．５％程度にまで低減することができた。すなわち、実施例１によれば、電界干渉を低減しつつ、従来よりも高密度に吐出電極を配置することができることがわかった。
【００８８】
表（１）に、静電容量比Ｃｃ／Ｃと上記出力電圧の最大値との関係を示す。表（１）において、比較例１は番号６に対応し、実施例１は番号１に対応する。表（１）から、静電容量比Ｃｃ／Ｃを０．１２以下とすることで、出力電圧の最大値を入力電圧の６％程度にできることがわかる。また、静電容量比Ｃｃ／Ｃを０．０６以下とすることで、出力電圧の最大値を入力電圧の３％以下にできることがわかる。
【００８９】
【表１】
2017047624.tif 000003
【符号の説明】
【００９０】
１１１  吐出電極
１１３  流路
１１６  吐出電極一次元アレイ
１１７  絶縁体
１１８  ガード電極
【図１】
2017047624.tif 000004
【図２】
2017047624.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017047624.tif 000009
【図７】
2017047624.tif 000010
【図８】
2017047624.tif 000011
【図９】
2017047624.tif 000012
【図１０】
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