JPH1086387A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電気力を利用したインクジェットヘッドに
おいて、安価かつ高精度で個体バラツキの少ない振動板
を提供する。 【解決手段】 シリコン基板１に、振動板１６の厚さｈ
₁に相当するエッチング終点検出用パターンとしての深
さｄ₁の第１の凹部３をあらかじめ設ける。次に、水酸
化カリウム水溶液で上下両方向よりエッチングを行うこ
とにより、第１の凹部３の部分はインク加圧室等のパタ
ーン４よりもｄ₁（＝ｈ₁）だけ先行してエッチングが進
み、基板１全体も薄くなる。第１の凹部３の部分がシリ
コンを貫通した時点でエッチングを終了することによ
り、インク加圧室１７の底面である振動板１６は所望の
厚さｈ₁を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク液滴を吐出
して記録媒体にインクを付着させるインクジェットヘッ
ドの振動板の製造方法に関し、特に、その駆動方式とし
て静電気力を利用するインクジェットヘッドの振動板に
用いて好適なインクジェットヘッドの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、 記録時の騒音が極めて少ないこと、 高速印字が可能であること、 インクの自由度が高く、安価な普通紙を使用すること
ができること、など多くの利点を有している。

【０００３】インクジェット記録装置の中でも記録の必
要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆる、オンデ
マンド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要と
しないので、現在では主流となってきている。

【０００４】このオンデマンド方式のインクジェット方
式として、例えば、特開平６−７１８８２号公報に開示
されているような、駆動手段に静電気力を利用したイン
クジェットヘッド記録装置がある。この方式は、小型高
密度，高印字品質および長寿命であるという利点を有し
ているが、この静電気力を利用した静電型ヘッドは、１
０〜３０μｍ程度の薄い振動板と０.０５μｍ〜２.０μ
ｍ程度のギャップを精度よく製作する必要がある。

【０００５】前記特開平６−７１８８２号公報には、そ
の振動板とギャップの製作方法がいくつか記載されてい
る。振動板の製作方法として、その一つの方法は、厚さ
２００μｍのシリコン基板に、深さ１７０μｍのアルカ
リ液による異方性エッチングを施し、厚さが３０μｍの
振動板を形成するものである。

【０００６】また、別の方法として、ｐ型シリコン基板
の下面にｎ型Ｓｉ層をエピタキシャル成長させたシリコ
ン基板を、電気化学的アルカリ異方性エッチングによ
り、ｐ型シリコン基板の一部を選択的にエッチング除去
する方法が挙げられている。

【０００７】さらに、別の方法として、振動板形成領域
を高濃度Ｂドープ層とし、アルカリ異方性エッチングに
おいて、Ｂドープ層が露出した時点でエッチングレート
が極端に小さくなる、いわゆる、エッチングストップ技
術により振動板を形成する方法が挙げられている。

【０００８】また、ギャップの製作方法として、ＳｉＯ
₂膜にパターニングし、ＳｉＯ₂膜をギャップとする方法
とパイレックススパッタ膜をパターンニング形成し、パ
イレックススパッタ膜をギャップとする方法が挙げられ
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平６−７１８
８２号公報に記載されている方法は、何れも厚さ２００
μｍの薄いシリコン基板を用いたものである。しかし、
２００μｍ程度の薄いシリコン基板はなかなか手に入り
づらく、多くのシリコン基板の厚さは５００μｍなの
で、その基板を２００μｍの厚さまで両面研磨するとコ
スト高になってしまう。また、基板が薄いために研磨中
あるいは研磨後に破損しやすく、歩留まりが悪くなって
しまう。

【００１０】また、振動板製作のために、厚さ２００μ
ｍのシリコン基板に、深さ１７０μｍのアルカリ液によ
る異方性エッチングにより、３０μｍの振動板を形成す
る方法では、温度やへたりなどのエッチング液の状態が
エッチング速度に寄与するので、時間を決めてエッチン
グを行っても、実際のエッチング量がばらつき、結果と
して振動板の厚さもばらついてしまう。

【００１１】また、エッチングの深さを固定するので、
シリコン基板の厚さの公差がそのまま振動板の厚さの誤
差となる。シリコン基板の厚さには数μｍ〜１０μｍの
公差があるので、厚さ２００μｍのシリコン基板の誤差
としては小さいものであっても、厚さ１０〜３０μｍの
振動板の厚さに対する数μｍ〜１０μｍの誤差は非常に
大きな誤差となってしまう。振動板の厚さは、静電型ヘ
ッドにおいて重要なパラメータなので、これらの誤差
は、インクの吐出性能に大きな影響を与える。しかし、
この振動板の厚さの誤差をエッチング時間により制御す
ることは、実際のところ難しい。

【００１２】また、ｐ型シリコン基板の下面にｎ型Ｓｉ
層をエピタキシャル成長させたシリコン基板を用いる方
法は、精度よく振動板を形成するために有効な方法であ
るが、エピタキシャル層を形成したシリコン基板は高価
であり、また、電気化学的アルカリ異方性エッチングが
必要なため、製作のための装置が大がかりなものとなっ
てしまい、コストがかかるという問題がある。

【００１３】また、高濃度Ｂドープ層を用いる方法で
は、エッチングストップ技術が使えるほど、Ｂドープ層
のエッチングレートを小さくするには、かなり高濃度の
Ｂドープ層が必要となり、そのような高濃度Ｂドープ層
を形成するのは困難であり、また、そのような高濃度Ｂ
ドープ層ができたとしても、非常に高価なものとなって
しまうという問題がある。

【００１４】ＳｉＯ₂膜を使ったギャップの製作方法で
は、振動板の製作プロセスにおいて、ＳｉＯ₂膜の膜減
りが起こるので、ギャップを精度よく制御することが困
難である。電極をシリコン基板に形成し、振動板を形成
したシリコン基板と接合する場合、シリコン−シリコン
の直接接合で接合するが、直接接合では、１１００℃の
熱を加えるので、電極に金属を用いることができず、Ｂ
ドープしたｐ型層を用いる。しかし、そのような不純物
層では電気抵抗値が大きくなってしまい、効率が悪くな
る。そのため、パイレックスガラス基板に電極を製作
し、３００℃程度の低温で接合することができる陽極接
合が有効である。

【００１５】陽極接合では、低温で接合するため、電極
としてＡｕまたはＡｌなどの融点が摂氏数１００℃であ
るような金属膜の使用が可能なので、電極の電気抵抗値
を低減することができ、これにより、インクジェットヘ
ッドの駆動周波数を向上することが可能となる。しか
し、シリコン基板とパイレックスガラス基板との間にギ
ャップ形成のためのＳｉＯ₂膜のような絶縁膜が存在す
ると、接合強度の低下を招き、歩留まりや信頼性に問題
が生じる。

【００１６】ギャップにパイレックススパッタ膜を使っ
た場合には、電極を形成する基板にシリコンを使用する
ことによって陽極接合が可能である。しかし、研究段階
では、接合状態の観察，アクチュエータの評価が容易で
ある透明なガラスの方が良く、生産段階でも同じ条件で
ガラス基板を用いた方が好ましい。また、シリコン基板
はガラス基板に比べて高価で、しかも、シリコン基板は
導電性があるので電極との間に絶縁膜を形成しなければ
ならない。

【００１７】また、振動板をウエットプロセス、ギャッ
プをドライプロセスというように、同一基板に異なるプ
ロセスを組み合わせて製作するので、それぞれのプロセ
スの条件が決まっても、連続して流すと不具合が生じる
などの問題があり、条件出しが難しい。また、パイレッ
クススパッタ膜は剥がれることがあるので歩留まりの低
下を招くという問題もある。

【００１８】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、安価に、しかも精度よく振動板とギャップ
を形成することにより、安価かつ高精度で個体バラツキ
の少ない静電気力を利用したインクジェットヘッドを提
供することを目的としてなされたものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、イン
ク液滴を吐出する単一または複数のノズル孔と、前記ノ
ズル孔のそれぞれに連通するインク加圧室と、該インク
加圧室の少なくとも壁の一部を構成する振動板とを有す
るインクジェットヘッドの製造方法において、前記振動
板をエッチングによって形成するに際し、該振動板基板
の完成した振動板と関係ない位置の表面にあらかじめ形
成しようとする振動板の厚さに相当する深さの第１の凹
部を設けておき、該第１の凹部を含めて前記振動板基板
を上下方向よりエッチングし、前記第１の凹部のエッチ
ングが完了した時点でエッチングを停止し、前記第１の
凹部の深さに相当する厚さの振動板を形成するようにし
たことを特徴とし、歩留まりが向上し、また、生産性が
向上するようにしたものである。

【００２０】請求項２の発明は、インク液滴を吐出する
単一または複数のノズル孔と、前記ノズル孔のそれぞれ
に連通するインク加圧室と、該インク加圧室の少なくと
も壁の一部を構成する振動板と、該振動板に対して所定
のギャップをもって対向して配設された電極とを有する
インクジェットヘッドの製造方法において、前記振動板
をエッチングによって形成するに際し、該振動板基板の
完成した振動板に対応する位置の表面にあらかじめ形成
しようとするギャップの深さを有する第２の凹部を設
け、かつ、前記振動板基板の完成した振動板と関係ない
位置の表面にあらかじめ形成しようとする振動板の厚さ
に相当する深さに前記ギャップの深さを加算した深さの
第１の凹部を設けておき、前記第２の凹部および前記第
１の凹部を含めて前記振動板基板を上下方向よりエッチ
ングし、前記第１の凹部のエッチングが完了した時点で
エッチングを停止し、所望の厚さの前記振動板および所
望の深さのギャップを形成するようにしたことを特徴と
し、振動板を破損する可能性を小さくし、また、プロセ
ス条件出しを容易にするようにしたものである。

【００２１】請求項３の発明は、請求項１あるいは２に
記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記
振動板基板の周囲に前記第１の凹部を設けることを特徴
とし、生産性の向上およびコストダウンを図ることがで
きるようにしたものである。

【００２２】請求項４の発明は、請求項１あるいは２に
記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記
ノズル孔と、前記インク加圧室と、前記振動板とからな
る素子の周囲を囲むように前記第１の凹部を断続して設
けることを特徴とし、生産性の向上およびコストダウン
を図ることができるようにしたものである。

【００２３】請求項５の発明は、請求項１あるいは２に
記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記
ノズル孔と、前記インク加圧室と、前記振動板とからな
る素子の周囲を囲むように前記第１の凹部を連続して設
けることを特徴とし、生産性の向上およびコストダウン
を図ることができ、また、基板の厚さムラに依存しない
振動板を製作することができるようにしたものである。

【００２４】請求項６の発明は、請求項１乃至５のいず
れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法におい
て、前記振動板基板の両面に前記第１の凹部を設けるこ
とを特徴とし、基板の面積を有効に使うことができるよ
うにしたものである。

【００２５】請求項７の発明は、請求項１乃至６のいず
れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法におい
て、前記エッチングをする際に、前記第１の凹部に光を
照射して透過する光を検出することにより、前記第１の
凹部のエッチングの完了を検知することを特徴とし、生
産の自動化をすることができるようにしたものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用されるイン
クジェットヘッドの一例を説明するための分解斜視図
で、図中、１１，１２，１３は基板、１４はインクジェ
ットヘッド、１５はノズル孔、１６は振動板、１７はイ
ンク加圧室、１８はオリフィス、１９は共通インク室、
２０はノズル溝、２１，２３，２８は凹部、２２は細
溝、２４は電極、２５はリード部、２６は端子部、２７
は絶縁部、２９はインク供給口、３０は接続パイプ、３
１はチューブ、３２は配線、３３は発振回路である。

【００２７】図１に示した例は、基板の端部に設けたノ
ズル孔１５からインク液滴を吐出させるエッジシュータ
タイプのインクジェットヘッドで、３枚の基板１１，１
２，１３を重ねて接合した積層構造となっている。

【００２８】中間の第１の基板１１は、結晶方位（１０
０）の単結晶シリコン基板であり、複数のノズル孔１５
を構成するように、基板１１の一端より平行にかつ等間
隔に基板１１の表面に形成された複数のノズル溝２０
と、それぞれのノズル溝２０に連通し、底壁を振動板１
６とするインク加圧室１７を構成することになる凹部２
２と、凹部２２の後部に設けられたオリフィス１８を構
成することになるインク流入口のための細溝２３と、そ
れぞれのインク加圧室１７にインクを供給するための共
通インク室１９を構成することになる凹部２３を有して
いる。

【００２９】第１の基板１１の下面に接合される下側の
第２の基板１２には、振動板１６に対応するそれぞれの
位置に、振動板１６の形状と類似した形状に金を０.１
μｍスパッタすることにより、振動板１６とほぼ同じ形
状の金パターンを形成して電極２４としている。第１の
基板１１の上面には第３の基板１３を接合する。

【００３０】図２は、本発明によるインクジェットヘッ
ドの一実施例を説明するための図で、図中、１はシリコ
ン基板、２はＳｉＯ₂膜、３は第１の凹部、４はインク
加圧室等のパターン、ｄ₁は第１の凹部３の深さ、ｈ₁は
振動板１６の厚さで、その他、図１と同じ作用をする部
分には図１と同じ符号が付してある。

【００３１】以下、図２に基づいて振動板１６の製作方
法について説明する。振動板１６の厚さｈ₁はインクジ
ェットヘッドの重要なパラメータであり、インク吐出性
能に大きな影響を与えるので、精度良く制御しなければ
ならない。

【００３２】図２（Ａ）に示したように、（１００）面
方位のシリコン基板１に、あらかじめ、エッチング終了
を検出するためのパターンとして、振動板１６の厚さｈ
に相当する第１の凹部３を設け、振動板１６の厚さｈ₁
として１５μｍを狙うため、第１の凹部３の深さｄ₁を
１５μｍとしてある。シリコン基板１の上面には厚さ２
μｍのＳｉＯ₂膜２が形成されており、シリコン基板１
のエッチング時に対エッチング材として働く。フォトリ
ソにより、ノズル孔１５，インク加圧室１７，オリフィ
ス１８、および、共通インク室１９に相当するパターン
４がＳｉＯ₂膜２に形成してある。

【００３３】次に、アルカリ液によるシリコン基板１の
異方性エッチングを行う。単結晶シリコンにおいては、
周知のごとく水酸化カリウム水溶液やヒドラジン等のア
ルカリ液でエッチングする場合、結晶面によるエッチン
グ速度の差が大きいため、異方性エッチングが可能とな
る。具体的には、（１１１）結晶面のエッチング速度が
最も小さいため、エッチングの進行と共に（１１１）面
が平滑面として残留する構造が得られる。

【００３４】エッチング液として４４ｗｔ％の水酸化カ
リウム水溶液を用い、第１の凹部３およびＳｉＯ₂膜２
によるパターンが形成されたシリコン基板１を水酸化カ
リウム水溶液に侵漬し、エッチングを開始すると、第１
の凹部３の部分とインク加圧室パターン４部分は同じ環
境下にあるので、同じエッチング速度でエッチングさ
れ、第１の凹部３の部分は、インク加圧室等のパターン
４部分よりも１５μｍだけ先行してエッチングが進む。
一方、シリコン基板１の裏面は対エッチング材であるＳ
ｉＯ₂膜がないので全面がエッチングされ、基板１全体
が薄くなる。

【００３５】図２（Ｂ）に示したように、第１の凹部３
の部分がシリコン基板１を貫通した時点でエッチングを
終了すると、インク加圧室１７の底面である振動板１６
の厚さｈ₁は１５μｍとなる。振動板１６の厚さｈ₁は第
１の凹部３の深さｄ₁にのみ依存し、シリコン基板１の
厚さやエッチング速度には依存せず、シリコン基板１の
厚さ誤差やエッチング液の温度誤差があっても正確に狙
った厚さの振動板１６を製作することができる。実際に
は、第１の凹部３の部分が貫通してからエッチングを終
了するまでに時間差が生じてしまうが、そのようなとき
には、あらかじめ、その時間差を見積もっておき、第１
の凹部３の深さｄ₁をその分大きくしておけばよい。

【００３６】上述のように、請求項１の発明によれば、
シリコン基板１を、振動板１６の製作と共に薄くするの
で、従来技術のように、研磨することにより薄くした高
価なシリコン基板を用いる必要がなく、エッチング前の
工程において基板が厚いので、基板を破損するようなこ
とが少なくなり、歩留まりが向上する。例えば、エッチ
ング加工前の板の厚さ５００μｍの基板１を用いて、１
５μｍの振動板１６を製作した場合、インク加圧室１７
の深さは２４２.５μｍとなり、加工後の基板の厚さは
２５７.５μｍとなる。

【００３７】このとき、（１００）面方位のシリコン基
板の異方性エッチングでは、（１１１）面は基板表面で
ある（１００）面に対して５４．７°の角度をもって交
わっている。第１の凹部３の部分が基板１を貫通するに
はそのことを考慮して第１の凹部３の開口の大きさを設
計しなければならない。エッチング加工前の板の厚さ５
００μｍの基板１により１５μｍの厚さの振動板１６を
製作するには、第１の凹部３の開口の一辺の長さを５０
０μｍとすれば、十分貫通孔を形成することができる。

【００３８】また、従来技術の例において述べたような
厚さ２００μｍの基板を用いて１５μｍの厚さの振動板
を本発明により製作するには、エッチング加工前の板の
厚さ３８５μｍの基板を用いればよい。加工後の基板の
厚さが２００μｍとなり、１５μｍの厚さの振動板が形
成される。また、エッチング加工前の板の厚さ２００μ
ｍの基板を用いて厚さ１５μｍの振動板を製作した場
合、インク加圧室の深さは９２.５μｍとなる。

【００３９】従来技術と本発明において、同じ厚さの基
板を用いて同じ厚さの振動板を製作する場合、本発明に
よる振動板製作のためのエッチング時間は従来技術によ
る時間の半分になる。

【００４０】図３は、図２に示した実施例の第１の凹部
３の形成方法の一実施例を説明するための図で、図中、
５は第１の凹部パターンで、その他、図１あるいは図２
と同じ作用をする部分には、図１あるいは図２と同じ符
号が付してある。

【００４１】まず、シリコン基板の両面を研磨し、その
シリコン基板１の上面に厚さ２μｍのＳiＯ₂膜２を形成
する（図３（Ａ））。

【００４２】次いで、ＳiＯ₂膜２の上に、ノズル孔１
５，インク加圧室１７，オリフィス１８，共通インク室
１９を形成するフォトレジストパターン、および、第１
の凹部３を形成する開口の形状に相当するフォトレジス
トパターンを形成してフッ酸系エッチング液にてＳiＯ₂
膜２の露出部分をエッチング除去し、その後、フォトレ
ジストパターンを除去することにより、ノズル孔１５，
インク加圧室１７，オリフィス１８，共通インク室１９
を形成するＳiＯ₂パターン４および、第１の凹部３を形
成する開口の形状に相当するＳiＯ₂パターン５が形成さ
れる（図３（Ｂ））。

【００４３】次いで、第１の凹部３の開口パターン５部
分のみをエッチング液に浸して１５μｍのエッチングを
行い、第１の凹部３を形成する（図３（Ｃ））。

【００４４】エッチング液として、ＨＦ−ＨＮＯ₃系の
組成の液を用いることにより、シリコンの等方性エッチ
ングが可能で、第１の凹部３の大きさを制御するにはエ
ッチング速度の遅い方が良いが、生産性をよくするに
は、エッチング速度の速い方が良い。エッチング速度と
して、０.５〜１５μｍ／min、好ましくは、１〜５μｍ
／minがよい。

【００４５】このようなエッチング速度を実現する組成
としては、例えば、（１）９００ml ＨＮＯ₃，９５ml
ＨＦ，５ml ＣＨ₃ＣＯＯＨ，１４g ＮａＣｌＯ₂（エッ
チング速度１５μｍ／min）、（２）１０ＨＮＯ₃(６５
％)，１ＨＦ(５０％)（エッチング速度１２〜１５μｍ
／min）、（３）９ＨＦ，７５ＨＮＯ₃，３０ＣＨ₃ＣＯ
ＯＨ（エッチング速度７μｍ／min）、（４）１ＨＦ，
３ＨＮＯ₃，８ＣＨ₃ＣＯＯＨ（エッチング速度０.７〜
３μｍ）、（５）１５ＨＮＯ₃，５ＨＦ，３ＣＨ₃ＣＯＯ
Ｈ（エッチング速度０.５μｍ／min）などが挙げられ
る。

【００４６】また、希釈液に酢酸を用いることにより、
エッチング形状のＨＦ−ＨＮＯ₃濃度依存性の許容度を
水に比べて増大させることができる。

【００４７】図４は、図２に示した実施例の第１の凹部
３の形成方法の他の実施例を説明するための図で、図１
乃至図３と同じ作用をする部分には、図１乃至図３と同
じ符号が付してある。

【００４８】凹部３のエッチングは、アルカリ液やヒド
ラジンなどによる異方性エッチングでもよい。エッチン
グ液に水酸化カリウム水容液を用いた場合、室温ではエ
ッチング速度が小さく非常に時間がかかる。温度を高く
すると、エッチング速度は大きくなるが、エッチング液
に浸していないパターンがエッチング液のベーパによる
影響を受けることがある。

【００４９】このような場合には、図４に示したよう
に、フォトリソを２回することにより解決することがで
きる。まず、両面研磨して両面にＳiＯ₂膜２を形成した
シリコン基板１の両面にレジスト（図示せず）を塗布
し、表面に第１の凹部３を形成する開口の形状に相当す
るフォトレジストパターン５を形成し、前述と同様に、
フッ酸系エッチング液にてＳiＯ₂膜２の露出部分をエッ
チング除去して、その後、フォトレジストパターン５を
除去する（図４（Ｂ））。

【００５０】次いで、エッチング液に浸し、１５μｍの
エッチングを行い、第１の凹部３を形成する（図４
（Ｃ））。次に、この基板の表面のみにレジスト（図示
せず）を塗布し、ノズル孔１５，インク加圧室１７，オ
リフィス１８，共通インク室１９に相当するフォトレジ
ストパターン４を形成する。

【００５１】この基板１には第１の凹部３が形成されて
いるので、レジストをスピンコートすると第１の凹部３
周辺にレジストが載りづらいことがあるが、このような
場合には、ディッピングやelectrodepositionなどの方
法を用いればよい。その後、フッ酸系エッチング液に
て、表面のＳiＯ₂膜２の露出部分および裏面のＳiＯ₂膜
２をエッチング除去した後、フォトレジストパターンを
除去することにより、第１の凹部３の部分のみが１５μ
ｍエッチングされたノズル孔１５，インク加圧室１７，
オリフィス１８，共通インク室１９を形成するＳiＯ₂パ
ターン４が得られる（図４（Ｄ））。

【００５２】この方法によれば、ノズル孔１５，インク
加圧室１７，オリフィス１８，共通インク室１９に相当
するパターン４は、第１の凹部３の部分のエッチングの
影響を受けることがない。

【００５３】上述のようにして、図１に示した第１の基
板１１が形成される。第１の基板１１の下面に接合され
る下側の第２の基板１２には、パイレックスガラス（ホ
ウ珪酸系ガラス）を使用し、図１に示したように、この
基板１２に電極２４を装着するための凹部２８を０.５
μｍエッチングすることにより、第１の基板１１と第２
の基板１２を接合した後、振動板１６と第２の基板１２
上の電極２４とのギャップを形成する。

【００５４】この凹部２８は、その内部に電極２４，リ
ード部２５および端子部２６を装着できるように、電極
部形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成し、
電極２４は、凹部２８内にＩＴＯを０.１μｍスパッタ
し、ＩＴＯパターンを形成することにより製作する。

【００５５】また、端子部２６にのみボンディングのた
めの金をスパッタし、さらに、電極端子部２６を除き、
ＳｉＯ₂，Ｓｉ₃ｏ₄等のスパッタ膜を全面に０.１μｍ被
覆して絶縁層２７としている。尚、図１では、絶縁層２
７が平担に描かれているが、実際には、凹部２８上の部
分が凹んだ状態になっている。

【００５６】第１の基板１１の上面に接合される上側の
第３の基板１３には、第２の基板１２と同じくパイレッ
クスガラスを使用し、図１に示したように、この基板１
３の接合により、ノズル孔１５，インク加圧室１７，オ
リフィス１８および共通インク室１９を構成する。基板
１３には、共通インク室１９に連通するインク供給口２
９を設け、インク供給口２９は、接続パイプ３０および
チューブ３１を介してインクタンク（図示せず）に接続
する。

【００５７】次に、第１の基板１１と第２の基板１２の
温度を３００℃、電圧５００Ｖの印加により陽極接合
し、同条件で第１の基板１１と第３の基板１３を接合
し、インクジェットヘッドを組み立てる。陽極接合後に
おいて、振動板１６と第２の基板１２上の電極２４との
ギャップは０.４μｍとなる。また、振動板１６と電極
２４上の絶縁部２７との空隙間隔は０.３μｍとなる。

【００５８】上述のようにインクジェットヘッドを組み
立てた後は、基板１１と電極２４の端子部２６間に、そ
れぞれ配線３２により発振回路３３を接続し、インクジ
ェット記録装置を構成する。インクは、インクタンク
（図示せず）よりインク供給口２９を介して基板１１の
内部に供給され、共通インク室１９，インク加圧室１７
などを満す。

【００５９】図２乃至図４に示したように、（１００）
面方位のシリコン基板を両面研磨して両面に２μｍのＳ
iＯ₂膜を形成し、この基板に１５μｍの第１の凹部３を
製作して、上述のような振動板１６を製作した。シリコ
ンのエッチング液として、４４ｗｔ％の水酸化カリウム
水容液を用いて、エッチング液の温度を８８±１℃に制
御したものと、８８±５℃と温度を振ったものについて
エッチングを行った結果、両方の条件において、振動板
５の厚さを１５±０.５μｍで制御することができた。

【００６０】また、第１の凹部３をノズル孔１５，イン
ク加圧室１７，オリフィス１８，共通インク室１９に相
当するパターン４とは異なる基板に製作し、一緒にエッ
チング液に浸けることにより、エッチング液の温度等の
条件によらずにエッチング量の制御をすることができる
が、振動板１６の厚さをより正確にしたいときは、基板
によって厚さにバラツキがあるので、第１の凹部３に相
当するパターン５とノズル孔１５，インク加圧室１７，
オリフィス１８，共通インク室１９に相当するパターン
４を同一の基板に設けた方が良い。

【００６１】図２乃至図４に示した実施例では、第１の
凹部３に相当するパターン５をノズル孔１５，インク加
圧室１７，オリフィス１８，共通インク室１９に相当す
るパターン４と同じ面に設けたが、第１の凹部３を基板
の裏面に設けても良い。

【００６２】図５は、本発明によるインクジェットヘッ
ドの他の実施例を説明するための図で、図中、６は第２
の凹部、ｄ₂は第２の凹部６の深さ、ｈ₂はギャップの深
さで、その他、図１乃至図４と同じ作用をする部分に
は、図１乃至図４と同じ符号が付してある。

【００６３】図５に示した実施例は、図１に示した第１
の基板１１の下面にギャップ用の第２の凹部６を形成し
たもので、シリコン基板１の裏面にギャップ用の第２の
凹部６を設けたものである。

【００６４】ギャップ用の第２の凹部６は、第１の凹部
３と同様の方法により製作することができる。今、ギャ
ップ用の第２の凹部６の深さｄ₂を０.５μｍとし、この
基板１を水酸化カリウム水溶液に侵漬し、エッチングを
開始すると、基板１の表面は、第１の凹部３の部分とイ
ンク加圧室等のパターン４の部分は同じ環境下にあるの
で、同じエッチング速度でエッチングされ、第１の凹部
３の部分はインク加圧室等のパターン４の部分よりもｄ
₁（１５μｍ）だけ先行してエッチングが進む。

【００６５】一方、シリコン基板１の裏面は対エッチン
グ材であるＳｉＯ₂膜がないので全面がエッチングされ
る。そのとき、裏面のギャップ用の第２の凹部６の形状
はそのまま保存される。図５（Ｂ）に示したように、第
１の凹部３の部分がシリコン基板１を貫通した時点でエ
ッチングを終了すると、インク加圧室１７の底面である
振動板１６の厚さｈ₁は１５μｍとなり、振動板１６の
下には深さｈ₂＝０.５μｍのギャップ用の凹部６が形成
される。

【００６６】上述のように、請求項２の発明によれば、
振動板１６の厚さｈ₁およびギャップ用の第２の凹部６
の深さｈ₂は、それぞれ第１の凹部３の深さｄ₁と初期の
ギャップ用の凹部６の深さｄ₂にのみ依存し、シリコン
基板１の厚さやエッチング速度には依存せず、シリコン
基板１の厚さの誤差やエッチング液の温度の誤差があっ
ても、正確に狙った厚さの振動板１６とギャップ用の凹
部６を製作することができる。

【００６７】図６は、図５に示した実施例による第１の
基板１１と第２の基板１２を接合する例を説明するため
の図で、図中、Ｇ₁，Ｇ₂はギャップで、その他、図１乃
至図５と同じ作用をする部分には、図１乃至図５と同じ
符号が付してある。

【００６８】図１に示した第１の基板１１の下面に接合
される下側の第２の基板１２には、パイレックスガラス
（ホウ珪酸系ガラス）を使用し、図６（Ａ）に示したよ
うに、基板１２の振動板１６に対応するそれぞれの位置
に振動板１６の形状と類似した形状に金を０．１μｍス
パッタし、振動板１６とほぼ同じ形状に金パターンを形
成して電極２４とし、さらに、パイレックススパッタ膜
を全面に０．２μｍ被覆して絶縁層２７とし、インクジ
ェットヘッド駆動時の絶縁破壊やショートを防止するた
めの膜を形成している。

【００６９】次に、図６（Ｂ）に示したように、第１の
基板１１と第２の基板１２を温度３００℃、電圧５００
Ｖの印加により陽極接合し、同条件で第１の基板１１と
第３の基板１３を接合し、インクジェットヘッドを組み
立てる。陽極接合後において、振動板１６の下にギャッ
プが形成され、振動板１６と第２の基板１２上の電極２
４とのギャップＧ₁は０.４μｍとなり、振動板１６と電
極２４上の絶縁層２７とのギャップＧ₂は０.２μｍとな
る。

【００７０】図５および図６に示した実施例によれば、
ギャップ用の第２の凹部６がシリコンで形成されるの
で、第２の基板１２をシリコンより安価なガラスを用い
ることにより、低温で接合することが可能な陽極接合を
することができ、低温での接合が可能となり、第２の基
板１２の電極２４として電気抵抗値の低くて安定な導体
膜を使用することが可能である。

【００７１】また、図５および図６に示した実施例で
は、金属膜として金を用いたが、これに限るものではな
く、酸化しづらく低抵抗である白金，銀，銅，ニッケ
ル，パラジウムなどの金属膜やＩＴＯなどの透明電極な
どでも良い。

【００７２】また、シリコンとガラスの接合に用いる陽
極接合において、シリコンとガラスの間にはギャップ形
成のためのＳｉＯ₂膜のような絶縁膜は存在しないた
め、強い接合強度が得られ、歩留まりや信頼性が向上す
る。

【００７３】また、振動板１６を製作した後にギャップ
用の第２の凹部６を形成する場合には、フォトリソによ
りギャップ用の第２の凹部６のパターンを製作する際
に、振動板１６の上のインク加圧室１７や共通インク室
１９などを保護する必要がある。

【００７４】また、振動板１６は非常に薄いので、ギャ
ップ用の第２の凹部６の製作工程で破損する恐れがある
が、図５および図６に示した実施例では、振動板１６を
形成する前にギャップ用の第２の凹部６を形成するの
で、インク加圧室１７や共通インク室１９などを保護す
る必要もなく、振動板１６を破損する可能性も小さい。
また、この実施例では、振動板１６とギャップ用の第２
の凹部６を同じプロセスで製作するので、プロセス条件
出しが容易である。

【００７５】尚、図１に示した実施例は、エッジシュー
タ方式の例であるが、ノズルがインク加圧室１７の位置
に対応する第３の基板１３の位置にあり、インクが第３
の基板１３に設けたノズルから、基板１３の垂直方向に
吐出するサイドシュータ方式でも同様である。

【００７６】また、第１の凹部３やギャップ用の第２の
凹部６の製作には、ウェットエッチのみならず、ドライ
エッチ，ダイシングや研磨などの機械的手段、あるい
は、レーザ加工やレーザアブレーション等の手段を用い
て製作することも可能である。

【００７７】また、上述の実施例では、（１００）面方
位のシリコン基板を例として挙げたが、（１１０）面方
位のシリコン基板を用いることもできる。（１１０）面
方位のシリコン基板では、周知のように（１１１）面が
（１１０）面基板表面と〈２１１〉方向で垂直に交わっ
ており、すなわち、アルカリ液を用いた異方性エッチン
グにより基板表面に対して垂直な壁構造を形成すること
ができるので、このことを利用し、ノズル孔１５やイン
ク加圧室１７などからなるインクジェット構成単位を多
数配置する場合のピッチ間隔を挟めて、ノズルの高密度
化を実現することができる。また、（１１０）面方位の
基板では垂直な壁構造が形成されるので第２の凹部の開
口が小さくてすみ、シリコン基板の面積を有効に使うこ
とができる。

【００７８】図７は、本発明によるインクジェットヘッ
ドの製造方法の他の実施例を説明するための図で、図
中、図１乃至図６と同じ作用をする部分には、図１乃至
図６と同じ符号が付してある。

【００７９】請求項３の発明は、図７（Ａ）および図７
（Ｂ）に示したように、第１の凹部３を基板１の周囲に
設けたもので、第１の凹部３を基板１の周囲に設けるこ
とにより、ノズル孔１５，インク加圧室１７，オリフィ
ス１８，共通インク室１９などのパターン４を製作する
ための面積を大きく取ることができ、また、機械的な方
法による第１の凹部３の製作が容易にできるようにした
ものである。

【００８０】図８は、本発明によるインクジェットヘッ
ドの製造方法の他の実施例を説明するための要部構成図
で、図中、７は素子で、その他、図１乃至図７と同じ作
用をする部分には、図１乃至図７と同じ符号が付してあ
る。

【００８１】請求項４の発明は、図８に示したように、
ノズル孔１５，インク加圧室１７，オリフィス１８，共
通インク室１９などのパターン４を取り巻くように、そ
れらの周辺に断続した第１の凹部３を設けたもので、第
１の凹部３がシリコン基板１を貫通すると、個々の素子
７の切断線となり、エッチング後、個々の素子７を容易
に分離することができるようにしたもので、これによ
り、エッチング後のダイシング等による切断の工程を設
ける必要がないようにしたものである。

【００８２】図９は、本発明によるインクジェットヘッ
ドの製造方法の他の実施例を説明するための要部構成図
で、図中、８はエッチング液、９はコンベアで、その
他、図１乃至図８と同じ作用をする部分には、図１乃至
図８と同じ符号が付してある。

【００８３】請求項５の発明は、図８に示したような断
続した第１の凹部３ではなく、図９（Ａ）に示したよう
に、連続した第１の凹部３を設けることにより、第１の
凹部３が貫通すると、各素子７が自動的に基板１から切
断されるようにしたもので、切断されて沈んだ素子７
は、図９（Ｂ）に示したように、コンベア９によってエ
ッチング液８から出されてリンス工程に運ばれるように
したものである。この場合、第１の凹部３の貫通からリ
ンスまでの時間差を考慮して最初の第１の凹部３の大き
さを設定する。

【００８４】請求項５の発明によれば、シリコン基板１
の厚さの小さい部分の素子７は、早く段差が貫通して切
断されるので、１枚のシリコン基板１の厚さのムラが存
在しても、個々の素子７の振動板１６の厚さの均一なも
のを得ることができる。

【００８５】図１０は、本発明によるインクジェットヘ
ッドの製造方法の他の実施例を説明するための要部構成
図で、図中、図１乃至図９と同じ作用をする部分には、
図１乃至図９と同じ符号が付してある。

【００８６】請求項６の発明は、図１０に示したよう
に、第１の凹部３を基板１の両面に形成したもので、両
面の第１の凹部３，３の大きさの和により振動板１６の
厚さを決定するようにしたもので、第１の凹部３をエッ
チングで製作する場合、深さに比例した時間を要するの
で、両面に第１の凹部を設けることにより、その時間を
半分にすることができ、コストダウンを図ることが可能
である。

【００８７】また、振動板１６を異方性エッチングで製
作した場合、前述のように基板１を貫通するための開口
の大きさが必要であり、両面に第１の凹部３を設けるこ
とにより、その開口の大きさが小さくてすみ、基板１の
面積を有効に使用することができる。

【００８８】また、第１の凹部３を基板１の片面に形成
したときよりも、第１の凹部３の深さを小さくすること
ができるので、この第１の凹部３を形成した基板１にレ
ジストを塗布する場合に、レジストが載りやすくなる。

【００８９】請求項７の発明は、ランプ，レーザ光ある
いはＬＥＤ光などを一方から第２の凹部パターンに照射
し、他方に設置した受光素子によって貫通孔が形成され
たことを検出することができるようにしたもので、第１
の凹部３が貫通したことは、貫通穴あるいは泡の発生が
なくなることを見ることにより、作業者の目視観察でも
行うことができるが、この発明により、エッチング終了
の検出を自動化することができ、生産性の向上を図るこ
とができるようにしたものである。

【００９０】基板がシリコンの場合、光の波長が短いと
吸収係数が大きくなるので、短波長光源の方が好まし
く、特に、波長が９８０ｎｍ以下で吸収係数が大きくな
るので、９８０ｎｍ以下の光を用いるのが好ましい。ま
た、自然光の光源よりもスペクトル幅の小さいレーザ光
を用いた方が好ましい。

【００９１】シリコンが極薄になると、わずかに光を透
過するので、貫通孔が形成されても検出光強度はデジタ
ル的には変化しないが、そのような場合は、検出光の閾
値を設定し、その閾値以上になったとき、貫通孔が形成
されたとする。

【００９２】また、同一基板内で厚さムラが存在する場
合は、１枚の基板内に複数の第２の凹部を設けて、それ
ぞれの第２の凹部において貫通孔の検出を行い、例え
ば、半数の第２の凹部が貫通した時点でエッチングを終
了するというような方法を取る。複数の第２の凹部にお
ける貫通孔の検出には、受光素子を複数個設けるか、あ
るいは、受光素子を走査することにより行う。

【００９３】請求項７の発明は、貫通孔を通過する光の
検出により、エッチング終了を検知するが、第２の凹部
パターンでの反射光を検出するようにしても良い。

【００９４】

【発明の効果】請求項１の発明は、インク液滴を吐出す
る単一または複数のノズル孔と、前記ノズル孔のそれぞ
れに連通するインク加圧室と、該インク加圧室の少なく
とも壁の一部を構成する振動板とを有するインクジェッ
トヘッドの製造方法において、前記振動板をエッチング
によって形成するに際し、該振動板基板の完成した振動
板と関係ない位置の表面にあらかじめ形成しようとする
振動板の厚さに相当する深さの第１の凹部を設けてお
き、該第１の凹部を含めて前記振動板基板を上下方向よ
りエッチングし、前記第１の凹部のエッチングが完了し
た時点でエッチングを停止し、前記第１の凹部の深さに
相当する厚さの振動板を形成するようにしたので、研磨
することにより薄くした高価なシリコン基板を用いなく
ても良く、エッチング前の工程では基板が厚いので、基
板を破損するようなことが少なくなり、歩留まりが向上
する。また、従来のように薄い基板を用いた場合には、
振動板製作のためのエッチング時間は半分になり、生産
性が向上する。

【００９５】請求項２の発明は、インク液滴を吐出する
単一または複数のノズル孔と、前記ノズル孔のそれぞれ
に連通するインク加圧室と、該インク加圧室の少なくと
も壁の一部を構成する振動板と、該振動板に対して所定
のギャップをもって対向して配設された電極とを有する
インクジェットヘッドの製造方法において、前記振動板
をエッチングによって形成するに際し、該振動板基板の
完成した振動板に対応する位置の表面にあらかじめ形成
しようとするギャップの深さを有する第２の凹部を設
け、かつ、前記振動板基板の完成した振動板と関係ない
位置の表面にあらかじめ形成しようとする振動板の厚さ
に相当する深さに前記ギャップの深さを加算した深さの
第１の凹部を設けておき、前記第２の凹部および前記第
１の凹部を含めて前記振動板基板を上下方向よりエッチ
ングし、前記第１の凹部のエッチングが完了した時点で
エッチングを停止し、所望の厚さの前記振動板および所
望の深さのギャップを形成するようにしたので、フォト
リソにより、ギャップ用の第１の凹部パターンを製作す
る際に、インク加圧室や共通インク室などを保護する必
要もなく、振動板を破損する可能性も小さい。また、振
動板とギャップ用の第１の凹部を同じプロセスで製作す
るので、プロセス条件出しが容易である。

【００９６】請求項３の発明は、請求項１あるいは２の
発明において、前記振動板基板の周囲に前記第１の凹部
を設けるので、基板の面積を有効に使うことができ、生
産性の向上およびコストダウンを図ることができる。

【００９７】請求項４の発明は、請求項１あるいは２の
発明において、前記ノズル孔と、前記インク加圧室と、
前記振動板とからなる素子の周囲を囲むように前記第１
の凹部を断続して設けるので、エッチング後にダイシン
グせずに個々の素子を切り放すことができ、生産性の向
上およびコストダウンを図ることができる。

【００９８】請求項５の発明は、請求項１あるいは２の
発明において、前記ノズル孔と、前記インク加圧室と、
前記振動板とからなる素子の周囲を囲むように前記第１
の凹部を連続して設けるので、エッチングが終了すると
個々の素子が自動的に切り放され、切断の工程が不要で
あり、生産性の向上およびコストダウンを図ることがで
きる。また、１枚の基板に厚さムラがあっても、厚さム
ラに依存しない振動板を製作することができる。

【００９９】請求項６の発明は、請求項１乃至５の発明
において、前記振動板基板の両面に前記第１の凹部を設
けるので、第１の凹部製作のためのエッチング時間が短
く、異方性エッチングした場合、第１の凹部の開口が小
さくてすむので、基板の面積を有効に使うことができ
る。また、第１の凹部の深さを小さくできるので、この
第１の凹部を形成した基板にレジストを塗布する場合
に、レジストが載りやすくなる。

【０１００】請求項７の発明は、請求項１乃至６の発明
において、前記エッチングをする際に、前記第１の凹部
に光を照射して透過する光を検出することにより、前記
第１の凹部のエッチングの完了を検知するので、生産の
自動化をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用されるインクジェットヘッドの
一例を説明するための分解斜視図である。

【図２】 本発明によるインクジェットヘッドの製造方
法の一実施例を説明するための図である。

【図３】 図２に示した実施例の第１の凹部３の形成方
法の一実施例を説明するための図である。

【図４】 図２に示した実施例の第１の凹部３の形成方
法の他の実施例を説明するための図である。

【図５】 本発明によるインクジェットヘッドの製造方
法の他の実施例を説明するための図である。

【図６】 図５に示した実施例による第１の基板と第２
の基板を接合する例を説明するための図である。

【図７】 本発明によるインクジェットヘッドの製造方
法の他の実施例を説明するための図である。

【図８】 本発明によるインクジェットヘッドの製造方
法の他の実施例を説明するための要部構成図である。

【図９】 本発明によるインクジェットヘッドの製造方
法の他の実施例を説明するための要部構成図である。

【図１０】 本発明によるインクジェットヘッドの製造
方法の他の実施例を説明するための要部構成図である。

【符号の説明】

１…シリコン基板、２…ＳiＯ₂膜、３…第１の凹部、４
…インク加圧室等のパターン、５…第１の凹部パター
ン、６…第２の凹部、７…素子、８…エッチング液、９
…コンベア、１１，１２，１３…基板、１４…インクジ
ェットヘッド、１５…ノズル孔、１６…振動板、１７…
インク加圧室、１８…オリフィス、１９…共通インク
室、２０…ノズル溝、２１，２３，２８…凹部、２２…
細溝、２４…電極、２５…リード部、２６…端子部、２
７…絶縁部、２９…インク供給口、３０…接続パイプ、
３１…チューブ、３２…配線、３３…発振回路、ｄ₁…
第１の凹部３の深さ、ｄ₂…第２の凹部６の深さ、ｈ₁…
振動板１６の厚さ、ｈ₂…ギャップの深さ、Ｇ₁，Ｇ₂…
ギャップ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク液滴を吐出する単一または複数の
   ノズル孔と、前記ノズル孔のそれぞれに連通するインク
   加圧室と、該インク加圧室の少なくとも壁の一部を構成
   する振動板とを有するインクジェットヘッドの製造方法
   において、前記振動板をエッチングによって形成するに
   際し、該振動板基板の完成した振動板と関係ない位置の
   表面にあらかじめ形成しようとする振動板の厚さに相当
   する深さの第１の凹部を設けておき、該第１の凹部を含
   めて前記振動板基板を上下方向よりエッチングし、前記
   第１の凹部のエッチングが完了した時点でエッチングを
   停止し、前記第１の凹部の深さに相当する厚さの振動板
   を形成するようにしたことを特徴とするインクジェット
   ヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 インク液滴を吐出する単一または複数の
   ノズル孔と、前記ノズル孔のそれぞれに連通するインク
   加圧室と、該インク加圧室の少なくとも壁の一部を構成
   する振動板と、該振動板に対して所定のギャップをもっ
   て対向して配設された電極とを有するインクジェットヘ
   ッドの製造方法において、前記振動板をエッチングによ
   って形成するに際し、該振動板基板の完成した振動板に
   対応する位置の表面にあらかじめ形成しようとするギャ
   ップの深さを有する第２の凹部を設け、かつ、前記振動
   板基板の完成した振動板と関係ない位置の表面にあらか
   じめ形成しようとする振動板の厚さに相当する深さに前
   記ギャップの深さを加算した深さの第１の凹部を設けて
   おき、前記第２の凹部および前記第１の凹部を含めて前
   記振動板基板を上下方向よりエッチングし、前記第１の
   凹部のエッチングが完了した時点でエッチングを停止
   し、所望の厚さの前記振動板および所望の深さのギャッ
   プを形成するようにしたことを特徴とするインクジェッ
   トヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記振動板基板の周囲に前記第１の凹部
   を設けることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の
   インクジェットヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 前記ノズル孔と、前記インク加圧室と、
   前記振動板とからなる素子の周囲を囲むように前記第１
   の凹部を断続して設けることを特徴とする請求項１ある
   いは２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5. 【請求項５】 前記ノズル孔と、前記インク加圧室と、
   前記振動板とからなる素子の周囲を囲むように前記第１
   の凹部を連続して設けることを特徴とする請求項１ある
   いは２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 前記振動板基板の両面に前記第１の凹部
   を設けることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに
   記載のインクジェットヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】 前記エッチングをする際に、前記第１の
   凹部に光を照射して透過する光を検出することにより、
   前記第１の凹部のエッチングの完了を検知することを特
   徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のインクジェ
   ットヘッドの製造方法。