(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク圧力室と、このインク圧力室に連通しているインクノズルと、前記インク圧力室の一部を形成している共通電極としての振動板と、この振動板に対して空隙部を介して対峙している個別電極とを有する静電駆動式のインクジェットヘッドの製造方法において、
第１および第２の基板を有し、
＿前記第２の基板はガラスであって、
＿前記第１の基板に、前記インクノズルを形成するノズル形成工程と、
前記第１の基板の表面に、前記インク圧力室を形成するためのインク圧力室用の溝部を形成するインク圧力室形成工程と、
前記第２の基板の表面に、前記個別電極を形成する電極形成工程と、
前記個別電極の表面に、犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
前記犠牲層の表面に、前記振動板を形成する振動板形成工程と、
前記振動板にエッチホールを形成し、該エッチホールを利用して前記犠牲層をエッチングして空隙を形成する空隙形成工程と、
＿前記振動板の表面に、絶縁層を形成して前記エッチホールを封鎖する封鎖工程と、
前記第１および第２の基板を前記振動板を介して接合する基板接合工程とを有し、
前記第１の基板の表面に形成された前記インク圧力室用の溝部が前記第２の基板によって閉溝されて、前記インク圧力室が形成されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電駆動式のインクジェットヘッドに関し、更に詳しくは、小型化、高密度化に適した構造の静電駆動式のインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
静電駆動式のインクジェットヘッドは、例えば、特公平２−２８９３５１号公報に開示されているように、インクノズルに連通しているインク流路の一部を形成している振動板と、これに所定の空隙をおいて対峙している電極との間に電圧を印加して、流路内の容積を変化させることにより、インクノズルからインク液滴を吐出させるものである。この形式の従来のインクジェットヘッドは、一般に、３枚の基板を積層することにより構成されている。
【０００３】
すなわち、図６、７に示すように、インクジェットヘッド１００は、ガラス基板からなる電極プレート１０１と、シリコン基板からなるキャビティプレート１０２と、同じくシリコン基板からなるノズルプレート１０３を陽極接合等により積層した三層構造となっている。キャビティプレート１０２には、その表面側から異方性エッチングを施すことにより、インク圧力室用の溝１０４、共通インク室用の溝１０５および、これらを連通するためのオリフィス用の溝１０６が形成されており、インク供給室用の溝１０４の深さを制御することにより、その溝底板部分が面外方向に弾性変位可能な振動板１０７とされている。
【０００４】
このキャビティプレート１０２の表面側に積層されるノズルプレート１０１にはインクノズル１０８が形成されている。このノズルプレート１０１をキャビティプレート１０２に接合することにより、インクノズル１０８に連通したインク圧力室１０９と、共通インク室１１０と、これらを連通しているオリフィス１１１が区画形成される。
【０００５】
一方、キャビティプレート１０２の裏面側に接合されている電極プレート１０１には、その表面から等方性エッチングを施すことにより、各振動板１０７に対峙している部位に溝１１２が形成され、この溝底面には個別電極１１３が形成されている。電極プレート１０１をキャビティプレート１０２の裏面に接合すると共に、封止材１１４を取り付けることにより、各個別電極１１３と、対応する振動板１０７の間には、封止された空隙部１１４が形成されている。
【０００６】
振動板１０７と、対応する個別電極１１３の間に電圧を印加して、これらの間に静電気力を発生させることにより、インク圧力室１０９の容積が変化して、インク液滴がインクノズル１０８から吐出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この構成のインクジェットヘッドにおいて、小型化、高密度化を達成するためには、その構成部分の高密度化を図る必要がある。しかし、小型化、高密度化を図ると、それに伴って、キャビティプレートをエッチングすることにより形成される隣接インク圧力室間の隔壁も薄くなってしまう。
【０００８】
特に、異方性エッチングによりインク圧力室形成用の溝を形成し、この溝深さによって所望の特性を備えた振動板を形成しているので、高密度化を図ると、隔壁を厚い状態のままで、所定の深さの溝を形成することが困難となる。
【０００９】
この結果、隔壁剛性が低下するので、隣接インク圧力室間で圧力干渉（クロストーク）が発生して、適切なインク液滴の吐出動作が阻害されるおそれがある。
【００１０】
また、従来では、３枚のプレートを相互に接合してインクジェットヘッドを構成しているので、これらの位置合わせを精度良く行う必要があるので、組立精度も要求される。さらには、各プレートには、精度良く、インク流路構成用の溝等をエッチングする必要があり、高密度化を図る場合に、精度のよいインクジェットヘッドを得ることが困難な場合がある。
【００１１】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、小型および高密度化を容易に達成可能な構造を備えたインクジェットヘッドを提案することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、インク圧力室と、このインク圧力室に連通しているインクノズルと、前記インク圧力室の一部を形成している共通電極としての振動板と、この振動板に対して空隙部を介して対峙している個別電極とを有する静電駆動式のインクジェットヘッドにおいて、次の構成を採用したことを特徴としている。
【００１３】
すなわち、本発明のインクジェットヘッドは、 第１および第２の基板を有している。また、前記第１の基板の表面には、前記個別電極と、犠牲層エッチングにより形成された前記空隙部を介して当該個別電極に対峙している前記振動板とが形成されている。更に、前記第２の基板の表面には、前記インク圧力室を形成するためのインク圧力室用の溝部が形成されている。これに加えて、前記第１および第２の基板を接合することにより、前記第２の基板の表面に形成された前記インク圧力室用の溝部が前記第１の基板によって閉溝されて、前記インク室が形成されている。
【００１４】
本発明のインクジェットヘッドでは、インク流路部分（インクノズル、インク圧力室）を構成するための溝が第１の基板に形成され、静電アクチュエータ部分（振動板）が犠牲層エッチングを利用して別個の第２の基板に形成されている。従って、振動板形成とインク圧力室用の溝の深さを、振動板の厚さを考慮することなく任意に決めることができる。よって、溝深さを浅くして、インク圧力室間の隔壁の高さを低くすれば、隔壁厚さが薄くなった場合でも充分な隔壁剛性を確保できる。
【００１５】
この結果、インクジェットヘッドの小型化、高密度化を図っても、インク圧力室間の隔壁剛性の低下により、隣接インク圧力室間で圧力干渉が起きてインク吐出特性が劣化する等の弊害が防止される。  また、本発明では、インクジェットヘッドを第１および第２の基板の２部品を接合することにより製造できるので、３枚の基板を積層してインクジェットヘッドを製造する場合に比べて、その製造が容易になると共に、組立時の組み付け誤差等も少なくできる。
【００１６】
また、前記第１および第２の基板は、前記第１の基板の表面に形成された振動板を介して接合されていることが望ましい。
【００１７】
上記構成により、前記第１の基板の表面に形成された振動板の前記第２の基板との接合部分を除去する必要が無く、振動板を部分的にエッチングするための工程が不要となり、更にその製造が容易となる。
【００１８】
更に、前記第２の基板の表面には、前記インクノズル形成用のノズル孔あるいはノズル溝を形成してもよい。
【００１９】
この場合、第２の基板においてノズル孔あるいはノズル溝と前記インク圧力室用の溝部を一体に形成するので、インク圧力室とノズル孔あるいはノズル溝との位置ズレが少なくなり、インク液滴吐出時のインク流路内のインクの流れに乱れを生じなくなる。インク流路内のインクの流れに乱れが生じないので、吐出されるインク液滴の飛翔方向や、量が一定となり、印刷品位が更に向上することが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明を適用したインクジェットヘッドの一例を説明する。
【００２１】
図１は本例の静電駆動式のインクジェットヘッドを部分的に切り欠いた状態で示す概略斜視図、図２はそのＩＩ−ＩＩ線で切断した部分の概略断面図であり、図３はそのＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した部分の部分断面図である。
【００２２】
まず、図１を参照して説明すると、本例のインクジェットヘッド１は、シリコン等の半導体基板からなる流路基板２（第１の基板）と、ガラス製のアクチュエータ基板３（第２の基板）とを陽極接合あるいは接着接合した２層構造となっている。このインクジェットヘッド１の前面１ａには一定の間隔でインクノズル４が開口しており、その後ろ側の上面部分には外部から供給されるインクを取り込むインク取り入れ口５、６が開口している。これらの間には、インクノズル４の個数に対応する数にＩＴＯ等からなる個別電極の端子部７が露出しており、それらの側方位置には、共通電極端子部８が形成されている。
【００２３】
図２、３を参照して内部構造を説明する。インクジェットヘッド１の各インクノズル４はそれぞれインク圧力室９に連通しており、各インク圧力室９は隔壁１０によって相互に仕切られている。各インク圧力室９は、オリフィス１１を介して、共通インク室１２に連通している。共通インク室１２にはインク取り入れ口５、６を介して外部からインクが供給される。各インク圧力室９の底面部分には振動板１３が形成されており、この振動板１３は、封鎖された空隙部１４を介して、個別電極１５に対峙している。
【００２４】
なお、共通インク室１２の一部は面外方向に弾性変位可能なダイヤフラム１６によって規定されている。このダイヤフラム１６はインク吐出動作に起因して発生するインク流路内のインク圧力変動を抑制あるいは吸収するためのものである。
【００２５】
振動板１３は共通電極端子部８に電気的に導通しており、各個別電極１５は、それぞれの端が個別電極端子部７として外部に引き出されている。これら振動板１３と各個別電極１５の間に電圧を印加すると、これらの間に静電気力が発生し、これにより、振動板１３が面外方向、図２、３における上下方向に弾性変位する。この結果、インク圧力室９の容積が変動して、当該インク圧力室９に連通しているインクノズル４からインク液滴が吐出する。かかるインク吐出原理は公知であるので、本明細書ではこれ以上の説明は省略する。
【００２６】
ここで、本例のインクジェットヘッド１における上記の各部分は次のように構成されている。まず、流路基板２には、アクチュエータ基板３に接合される側の面に、ドライエッチングあるいはウエットエッチング等の異方性エッチングにより、インクノズル形成用のノズル溝４ａと、インク圧力室形成用の溝９ａと、オリフィス形成用の溝１１ａと、共通インク室形成用の溝１２ａが形成されている。また、当該流路基板２の反対側の面には、同じくドライエッチングあるいはウエットエッチングにより、ダイヤフラム形成用の凹部１６ａが形成されている。
【００２７】
この場合、流路基板２に形成されるインク圧力室形成用の溝９ａと、オリフィス形成用の溝１１ａの側壁を単結晶シリコンの（１１１）面にて垂直あるいは一定角度をもって形成することにより、高精度の溝９ａ及び溝１１ａを高密度に形成することが可能となる。（１１０）ウエハをウエットエッチングすることによりアクチュエータ基板に対して垂直な側壁を形成することができ、（１００）ウエハによりウエットエッチングすると、アクチュエータ基板に対して５４．７度の傾斜を有する側壁を形成することができる。
【００２８】
従って、流路の抵抗を小さくして応答性が高く、より高密度なインクジェットヘッドの場合は（１１０）ウエハをウエットエッチングして側壁を垂直に形成することが望ましい。
【００２９】
また、隣接するインク圧力室間の圧力干渉を防止させた場合は（１００）ウエハをウエットエッチングして剛性を高めることが望ましい。
【００３０】
これに対して、アクチュエータ基板３においては、流路基板２の側に接合される表面３ａに、各個別電極１５が形成されている。また、当該表面３ａには、振動板１３も形成されており、振動板１３における個別電極１５に対峙している部分には、当該振動板１３によって封鎖された空隙部１４が形成されている。この空隙部１４は犠牲層エッチングにより形成されたものである。従って、この空隙部１４に対峙している振動板１３の部分が振動部分１３Ａとして機能する。
【００３１】
このように構成されている流路基板２とアクチュエータ基板３は、相互に、陽極接合あるいは接着接合により積層され、この結果、これらの基板の間に、各インクノズル４、各インク圧力室９、各オリフィス１１、および共通インク室１２が区画形成されている。
【００３２】
アクチュエータ基板３と流路基板２を接合する場合、接合される表面３ａの部分の振動板１３を更にエッチングにより除去して加工した後、振動板１３を介さずに、これらを接合することも可能である。例えば、アクチュエータ基板３と流路基板２が接合される表面３ａの部分の振動板１３除去して陽極接合すれば、これら基板を接合する際の接合を安定化させ、強度を向上することが可能となる。
【００３３】
（振動部分１３Ａの形成方法）
ここにおいて、本例のアクチュエータ基板３の表面３ａに形成されている振動板１３の振動部分１３Ａは犠牲層エッチングにより形成されている。
【００３４】
犠牲層エッチングは、例えば、特表平１０−５１０３７４号公報の第８頁、米国特許第５４５９６号明細書の第２頁に記載されているように、犠牲層を形成した後に、その犠牲層をエッチングすることにより削除して空隙を形成する方法である。従来における犠牲層エッチングにより形成される空隙部分は、光バルブの反射表面の位置を静電気力によって変調するために設けられた開放状態の空隙である。本例のインクジェットヘッド１のように、封鎖された状態の空隙部を形成するために犠牲層エッチングを利用する方法は提案されていない。
【００３５】
本例では、例えば、次のようにして、閉鎖された状態の空隙部１４を、振動板１３と個別電極１５の間に形成するようにしている。図３を参照して説明すると、まず、アクチュエータ基板３を形成するためのガラス基板上に、スパッタリングにより、例えばＩＴＯ電極層を形成し、この層をフォトリソグラフィーによりパターニングして、各個別電極１５を形成する。
【００３６】
次に、各個別電極１５を覆う状態に、アルミニウムを所定の厚さに蒸着して犠牲層を形成する（図３における空隙部１４に対応している部分）。この犠牲層の表面に、二酸化珪素からなる絶縁層２１を形成する。しかる後に、この絶縁層２１および露出しているガラス基板表面を覆う状態で所定厚さのポリシリコンからなる振動板１３を形成する。  この後は、振動板１３に開けたエッチホールを利用して、燐酸や塩酸と過酸化水素水の混合溶液等のエッチング溶液により犠牲層をエッチ除去する。この結果、犠牲層形成部分が空隙となり、犠牲層に対して絶縁層２１を介して積層されていた振動板１３の部分１３Ａが個別電極１５から所定の隙間だけ浮き上がった振動部分になる。この後は、振動板１３の表面全体に二酸化珪素からなる絶縁層２２を形成する。また、エッチホールとして利用した振動板形成層の部分も封鎖されて、閉鎖状態の空隙部１４が形成される。
【００３７】
振動板１３を形成する材料としては、上述のポリシリコン以外にも白金やニッケルでもよい。振動板１３の材料にこれらの金属を用いることにより、より導電性の高い振動板１３を得ることができ、流路の高密度化を行うには好都合である。
【００３８】
また、絶縁層２１の材料として、窒化珪素を用いてもよい。これらの材料を用いてアクチュエータ基板３を形成する場合は、犠牲層として二酸化珪素を用い、そのエッチング溶液としてフッ酸を用いる。この場合、エッチング溶液を流路基板２のマスクである二酸化珪素をエッチング溶液と同じにすることができる。
【００３９】
（インクジェット記録装置の例）
なお、図４は、上記構成のインクジェットヘッド１が搭載されたインクジェット記録装置の主要構成部分を示す概略構成図である。このインクジェット記録装置４０は、インクジェットヘッド１をガイドレール４１に沿って往復移動させるキャリッジ機構４２と、インクジェットヘッド１による記録位置を経由させて記録紙４３を搬送する送りローラ４４等を備えた搬送機構４５とを備えている。インクジェッドヘッド１に対しては、不図示のインク供給部からインクチューブを介してインクが供給される。
【００４０】
次に、図５には、上記構成のインクジェットヘッド１がラインヘッドとして搭載されているラインプリンタの主要構成部分を示す概略構成図である。本例のラインプリンタ５０は、記録範囲を包含するように配列されたラインヘッド５１と、このラインヘッドによる記録位置を経由させて記録紙５２を搬送する送りローラ５３、５４等を含む搬送機構５５と、ラインヘッド５１にインクを供給するインクパイプ５６等を含むインク供給機構５７と、不図示の制御回路部分から構成されている。
【００４１】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
【００４２】
例えば、上記実施の形態において、インクノズル形成用のノズル溝４ａが流路基板２に形成されている構成としたが、アクチュエータ基板３に形成しても構わない。流路基板２に形成すると、ノズル溝４ａとインク圧力室形成用の溝９ａを一体に異方性エッチング等の方法により形成することが可能であり、ノズル４とインク圧力室９の相互の位置ズレを防止可能で、ノズル４とインク圧力室９の相互の位置ズレによるインク流路内の流れの乱れがなく、ノズル４から吐出されるインク液滴の飛翔方向やインク量のバラツキを少なくすることが可能で、印刷品位に優れた記録装置のインクジェットヘッドを得ることが可能となる等の有効な効果がある。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインクジェットヘッドは、第１の基板と第２の基板を接合することにより構成されており、第１の基板にはインク流路用の溝が異方性エッチングにより形成され、第２の基板には個別電極と犠牲層エッチングにより形成した振動部分を備えた振動板とが形成されている。
【００４４】
従って、本発明によれば、第１の基板に振動板を形成する必要がないので、当該基板に形成すべきインク流路用の溝の深さを任意に設定できる。よって、溝を浅くして、各インク圧力室形成用の溝間を仕切っている隔壁を低くできる。この結果、インクジェットヘッドの小型化、高密度化を図った場合においても、インク圧力室間の隔壁剛性を充分なものとすることができ、インク圧力室間での圧力干渉を防止できる。
【００４５】
また、第１および第２の基板の２部品を接合することによりインクジェットヘッドを製造できるので、組み付け誤差が少なく、精度の高いインクジェットヘッドを容易に製造可能になる。
【００４６】
このように、本発明によれば、小型化、高密度化を容易に達成可能なインクジェットヘッドを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した静電駆動式のインクジェットヘッドを一部切り欠いた状態で示す概略斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した場合の概略断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した場合の概略部分断面図である。
【図４】本発明によるインクジェットヘッドが搭載されたインクジェットプリンタの一例を示す概略構成図である。
【図５】本発明によるラインヘッドが搭載されたラインプリンタの一例を示す概略構成図である。
【図６】従来における静電駆動式のインクジェットヘッドの断面構成を示す概略構成図である。
【図７】図６のインクジェットヘッドの平面構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  インクジェットプリンタ
２  流路基板（第１の基板）
３  アクチュエータ基板（第２の基板）
４  インクノズル
４ａ  ノズル溝
５、６  インク取込み口
７  個別電極端子部
８  共通電極端子部
９  インク圧力室
９ａ  インク圧力室形成用の溝
１１  オリフィス
１１ａ  オリフィス形成用の溝
１２  共通インク室
１２ａ  共通インク室形成用の溝
１３  振動板
１３Ａ  振動板の振動部分
１４  犠牲層エッチングにより形成された空隙部
１５  個別電極
【図１】
0004103256.tif 000002
【図２】
0004103256.tif 000003
【図３】
0004103256.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004103256.tif 000008