JPH0631914A - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精細な印字品質を要求されるインクジェッ
トプリンタの印字ヘッドの構造及びその製造方法を提供
する。 【構成】 （１１０）面方位シリコンウェハーにフォト
リソグラフィ及び湿式結晶異方性エッチングによりイン
ク圧力室を形成し、任意面方位のＳｉウェハーにフォト
リソグラフィ及び湿式等方性エッチングによりインクノ
ズルとオリフィスを形成し、両Ｓｉウェハーをインクノ
ズル、インク圧力室及びオリフィスが連通するように接
合する。 【効果】 非常に狭いインクノズル間隔を有し、高精細
印字可能なインクジェットヘッドを容易に製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットプリンタ
用印字ヘッドの製造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクジェットプリンタ用印字ヘ
ッドは高精細印字の要求により、精密微細加工と複雑な
所望形状が要求されるようになり、様々な製造方法が開
発されている。

【０００３】そこで、（１１０）面方位のＳｉウェハー
を用いたインクジェットヘッドの製造が提案されてい
る。これは（１１０）面方位のＳｉウェハーは結晶軸が
＜２１１＞軸に沿って直線のパターンを形成し、湿式結
晶異方性エッチングを行うとウェハー表面に対して直角
に（１１１）結晶面が出現するために、非常に高いアス
ペクト比のインク圧力室が形成できるため、ノズル間ピ
ッチを容易に狭められ、高いインクドット密度のインク
ジェットヘッドの製造ができるという発想に基づいてい
る。

【０００４】しかし、（１１０）面方位のＳｉウェハー
の湿式結晶異方性エッチングでは、エッチング底面の凹
凸が非常に大きく、インクノズルあるいはオリフィスの
寸法精度は低下させ、また気泡が停滞する原因となり、
インクが飛ばなくなるなどの問題点が解決されておらず
実際に実用化されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】（１１０）面方位のＳ
ｉウェハーの湿式結晶異方性エッチングでは、エッチン
グ底面の凹凸が非常に大きいため、インクノズルあるい
はオリフィスの寸法精度を低下させ、また気泡が停滞す
る原因となり、インクが飛ばなくなる等の課題が解決さ
れておらず実際には実用化されていない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、単結晶シリコンを用いてインクジェットヘッドを製
造する方法において、（１１０）面方位のＳｉウェハー
全面に耐エッチングマスク材を付与し、前記（１１０）
面方位のＳｉウェハーの片面もしくは両面にインク圧力
室及びインクだめとなるべきレジストマスクパターンを
フォトリソグラフィを用いて形成した後、耐エッチング
マスク材をエッチングしてインク圧力室及びインクだめ
となるべきマスクパターンを形成した後、レジストを除
去し、前記（１１０）面方位のＳｉウェハーを湿式結晶
異方性エッチングにより所定深さだけエッチングし、次
に（１００）面方位のＳｉウェハー全面に耐エッチング
マスク材を付与し、前記（１００）面方位のＳｉウェハ
ーの片面にインクノズルおよびオリフィスとなるべきレ
ジストマスクパターンを＜１１０＞方向に沿って、フォ
トリソグラフィを用いて形成した後、耐エッチングマス
ク材をエッチングしてインクノズル及びオリフィスとな
るべきマスクパターンを形成した後、レジストを除去
し、前記（１００）面方位のＳｉウェハーを湿式結晶異
方性エッチングによりエッチングし、ウェハー表面に対
して５５度で出現する（１１１）面で構成されるＶ溝形
状のインクノズルおよびオリフィスを形成し、前記（１
１０）面方位のＳｉウェハーと前記（１００）面方位の
Ｓｉウェハーを、インクノズル、インク圧力室、オリフ
ィスおよびインクだめが連通するように貼り合わせて製
造する事を特徴としたインクジェットヘッドの製造方法
を提供し、平滑なインク流路内壁を有して、良好なイン
ク飛行特性を示す高密度インクジェットヘッドを容易に
しかも大量に製造する事ができる。

【０００７】

【作用】本発明の作用について説明する。

【０００８】インク圧力室は（１１０）面方位のＳｉウ
ェハーを原料に用いて、通常のフォトリソグラフィによ
り、＜２１１＞方向に沿ってインク圧力室のマスクパタ
ーンを形成し、湿式結晶異方性エッチングすることによ
りインク圧力室を形成する。次に（１００）面方位のＳ
ｉウェハーの＜１１０＞方向に沿ってインクノズルおよ
びオリフィスとなるべきマスクパターンをフォトリソグ
ラフィにより形成し、湿式異方性エッチングを用いてエ
ッチングするとＳｉウェハー表面に対して５５度の角度
のＶ溝形状のインクノズル及びオリフィスが形成され
る。このインクノズルおよびオリフィスはそれぞれ単一
の（１１１）結晶面で出来ているために非常に平滑であ
り、流路抵抗は非常に小さい、この（１００）ウェハー
と（１１０）ウェハーをインクノズル、インク圧力室、
オリフィスおよびインクだめが連通するように直接接合
によって貼り合わせることにより、非常に流路抵抗の低
くインクと出特性の優れた高精度で高密度なインクジェ
ットヘッドを形成する事が出来る。

【０００９】また、インクノズル及びオリフィスは、ホ
ウケイ酸ガラスを用いてフォトリソグラフィおよび湿式
エッチングにより形成しても非常に滑らかな形状で形成
でき、インク圧力室を形成した（１１０）ウェハーとの
接合は静電接合により寸法および形状の変形なく高精度
に接合できる。

【００１０】さらに、インクノズル及びオリフィスは、
任意の結晶方位のＳｉウェハーを用いてフォトリソグラ
フィおよび湿式等方性エッチングにより形成しても非常
に滑らかな形状で形成でき、インク圧力室を形成した
（１１０）ウェハーとの接合は直接接合により寸法およ
び形状の変形なく高精度に接合できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明について、実施例に基づき詳細
を説明する。

【００１２】（実施例１）まず、本発明の第１の実施例
におけるインクジェットヘッドの構造と機構について説
明する。

【００１３】図１は本発明の第１の実施例におけるイン
クジェットヘッドの構造を示す断面図である。

【００１４】インクはインクチューブ２００から供給さ
れ、インクだめ１５に入る。インクだめ１５に入ったイ
ンクは圧電素子１００によりインク圧力室１４の体積が
増えるように変形したとき、負圧でインク圧力室まで吸
入される。次に、圧電素子１００がインク圧力室１４の
体積が減るように急激に変形したとき、その衝撃で、イ
ンクノズル２４からインク滴５５を吐出させる。

【００１５】このような仕組みでインクを吐出させるイ
ンクジェットヘッドのインクが通過する各部分に必要な
２つの条件を簡単に説明する。

【００１６】まず、第一に必要なのはインクの流れを妨
げないような非常に滑らかな曲面または平面で構成され
ていて、さらにインクの淀むような部分がない事であ
る。

【００１７】この条件が満たされていないと圧電素子１
００で発生した衝撃がインクの流路抵抗により損失し、
インクが吐出できなくなる。また、気泡の排出性も悪化
するために、これもインク吐出を阻害する原因となる。

【００１８】第二に、各部の寸法精度に優れている事で
ある。インクジェットへッドは高い寸法精度によってイ
ンクの吐出が実現されているために、非常に高い寸法精
度が必要とされる。

【００１９】本実施例のインクジェットヘッドはこの２
つの条件を完全に満たしているためにインクの淀み等不
確定な要因がほとんどなくインクの吐出特性が計算機シ
ミュレーションと実験値とが非常に近似するために理想
的なインクジェットであると結論できた。

【００２０】本実施例のインクジェットヘッドの構造に
ついてさらに詳しく説明する。

【００２１】インクノズル２４はインク圧力室１４に連
通している。そのインク圧力室１４とインクノズル２４
の接続部はＳｉウェハー表面に対して３５度の傾きを持
った（１１１）結晶面１９で形成されているために、イ
ンクの流れがスムーズで淀みがないため気泡排出性が良
く、またインク５５の吐出特性も良い結果が出ている。

【００２２】さらに、インク圧力室１４はオリフィス２
５を介してインクだめ１５に連通している。

【００２３】又、インク圧力室１４とオリフィス２５と
の接続部も３５度の傾きを持った（１１１）面１９で形
成されているために、インクの淀みがなく、インクの流
れを妨げる事がないために気泡排出性も非常に良く、イ
ンクの吐出特性も良い。

【００２４】図２は図１の断面を持ったインクジェット
ヘッドを並列に複数並べた構造の斜視図である。

【００２５】インクノズル２４およびオリフィス２５は
（１００）面方位のＳｉウェハー２９にフォトリソ及び
湿式結晶異方性エッチングにより形成されているため、
図２で示すように（１１１）面で構成されたＶ溝形状に
なり、寸法精度も非常に良い。 しかも、１つの結晶面
で構成されているので非常に平滑で気泡の排出性も良好
になり、インクの流路抵抗も非常に低くなる。インクだ
め１５は本実施例では（１１０）面方位ウェハー側に配
置したが、（１００）面方位ウェハー２９側に配置して
も良い。

【００２６】インク圧力室１４は（１１０）面方位のＳ
ｉウェハーにフォトリソ及び湿式結晶異方性エッチング
により形成されているために、ウェハー表面に対して直
角に（１１１）面が形成され、そのためにインク圧力室
１４の間隔を詰める事ができ、このことがインクノズル
２４の間隔を狭める事が出来る要因になっている。本実
施例のインクジェットヘッドのインクノズル間隔は７０
ミクロンであり、実際に圧電素子１００に１０ｋＨｚ周
波数の信号を与えて印字してみると非常に高速で精細な
印字が出来た。本実施例の構造によると、このような高
速で高密度のインクジェットヘッドも容易に実現でき
る。

【００２７】（実施例２）本発明の第２の実施例におけ
るインクジェットヘッドの製造方法について以下に説明
する。

【００２８】図３および図４は実施例１の構造を有した
インクジェットヘッドの製造工程を示す図である。この
図に従って製造方法を説明してゆく。

【００２９】まず、図３のａ図に示すように厚さ２８０
ミクロンの（１１０）面方位のＳｉウェハー１０表面に
耐エッチングマスク材としての酸化シリコン膜１１を熱
酸化によって付与する。もちろん、窒化シリコン膜や金
属膜等を耐エッチングマスク材として用いても良い。

【００３０】次に、このＳｉウェハー１０にレジストを
コートしフォトリソグラフィによりインク圧力室１４と
インクだめ１５となるべきレジストマスクパターンを形
成する。その後、このＳｉウェハー１０上の酸化シリコ
ン膜を緩衝フッ酸溶液でエッチングし、その後レジスト
を除去すると、図３のｂ図に示すようにインク圧力室１
４とインクだめ１５となるべきマスクパターン１２及び
１３が形成できる。

【００３１】次に、湿式結晶異方性エッチングを所望深
さまでおこなうことにより、図３のｃ図に示されたイン
ク圧力室１４及びインクだめ１５が形成出来る。本実施
例では、結晶異方性エッチング液として、２０重量％Ｋ
ＯＨ水溶液を摂氏８０度に加熱して使用した。さらに、
このＳｉウェハー１０を緩衝フッ酸溶液に浸漬して酸化
シリコン膜１１を除去する。そして、図３のｄ図には記
載されていないが、インク圧力室１４及びインクだめ１
５のインク濡れ性を向上させるために熱酸化を行いＳｉ
ウェハーの表面に酸化シリコン膜を形成する。

【００３２】（１００）面方位のＳｉウェハー２９も同
様に熱酸化し、図４のａ図のように耐エッチングマスク
材となるべき酸化シリコン膜２１を形成する。

【００３３】次に、このＳｉウェハー２９にレジストを
コートしフォトリソグラフィによりインクノズル２４と
オリフィス２５となるべきレジストマスクパターンを形
成する。その後、このＳｉウェハー２９上の酸化シリコ
ン膜を緩衝フッ酸溶液でエッチングし、その後レジスト
を除去すると、図４のｂ図に示すようにインクノズル２
４とオリフィス２５となるべきマスクパターン２２及び
２３が形成できる。

【００３４】次に、湿式結晶異方性エッチングをおこな
うことにより、図４のｃ図に示されたインクノズル２４
及びオリフィス２５が形成出来る。このインクノズル及
びオリフィス２５は図２で示されたようにＳｉウェハー
２９表面に対して５５度の傾きを持った（１１１）面で
構成されたＶ溝形状を呈している。この（１１１）面は
湿式結晶異方性エッチングにおいて非常にエッチング速
度が遅く、その面が出現するとほとんどエッチングは進
まなくなるので、この面を利用すると、非常に高精度な
寸法と形状が確保できる。

【００３５】さらに、このＳｉウェハー２９を緩衝フッ
酸溶液に浸漬して酸化シリコン膜２１を除去する。そし
て、インクノズル２４及びオリフィス２５のインク濡れ
性を向上させるために、図４のｄ図には記載されていな
いが熱酸化により、Ｓｉウェハー２９の表面に酸化シリ
コン膜を形成し、ウェハー表面の濡れ性を向上させた。

【００３６】このようにして各部分が形成された（１１
０）面方位および（１００）面方位のＳｉウェハー１
０，２０は摂氏９０度に加熱した硫酸と過酸化水素水の
混合溶液に浸漬する事により洗浄し、純水ですすいだ
後、乾燥させる。その後、図４のｅ図に示すように、イ
ンクノズル２４、インク圧力室１４、オリフィス２５及
びインクだめ１５がそれぞれ連通するように位置合わせ
を行って、直接接合する。位置合わせは赤外顕微鏡を用
いて行なった。

【００３７】直接接合は、貼り合わせは、室温で行い、
その後、大気圧の窒素雰囲気中で摂氏１１００度で１時
間アニールを行った。

【００３８】最後に、ダイシングにより所定の大きさに
切り、インクノズル２４の吐出口を切り出す。そして、
インク圧力室１４の上に圧電素子１００を接着し、イン
クだめ１５にインクチューブ２００の一端を接続し、ま
た図には記載されていないがインクチューブ２００のも
う一方の端にインクタンクを接続する事によりインクジ
ェットヘッドが完成する。

【００３９】本実施例により製造したインクジェットヘ
ッドのインクノズルの間隔は７０ミクロンであり、これ
は１インチ当たり３６０ドットの印字密度に相当する。
これだけの高密度インクジェットヘッドが簡単に製造で
き、またミクロンレベルの寸法精度を容易に確保できる
ために非常に歩留まりも良かった。

【００４０】実際に圧電素子１００に１０ｋＨｚ周波数
の信号を与えて印字してみると非常に高速で精細な印字
が出来た。本実施例の製造方法によると、このような高
速で高密度のインクジェットヘッドが容易に実現でき
る。

【００４１】（実施例３）本発明の第２の実施例の製造
方法において（１００）面方位のＳｉウェハーと（１１
０）面方位のＳｉウェハーを貼り合わせる工程では、直
接接合技術を使用したが、静電接合法を用いて貼り合わ
せを行っても良い。

【００４２】この場合の接合の工程について説明する。

【００４３】実施例２と同様に（１１０）面方位のＳｉ
ウェハー１０にインク圧力室１４とインクだめ１５を形
成し、（１００）面方位のＳｉウェハー２９にインクノ
ズル２４及びオリフィス２５を形成する。

【００４４】次に、（１１０）面方位および（１００）
面方位のＳｉウェハー１０，２９は摂氏９０度に加熱し
た硫酸と過酸化水素水の混合溶液に浸漬する事により洗
浄し、純水ですすいだ後、乾燥させる。それから、Ｓｉ
ウェハー２９のインクノズル２４及びオリフィス２５が
形成されている側の表面にホウケイ酸ガラスの薄膜をス
パッタする。その膜厚は、０．０１ミクロンから０．５
ミクロン程度の範囲が望ましい。この範囲より膜厚が薄
すぎると、静電接合が出来なくなるし、この範囲より膜
厚が厚すぎると今度はスパッタリングに大変な時間が要
し、また膜の内部応力のために被膜剥離等、製造上の不
都合が生じる。その後、インクノズル２４、インク圧力
室１４、オリフィス２５及びインクだめ１５がそれぞれ
連通するように位置合わせを行って、ホウケイ酸ガラス
薄膜をスパッタしたＳｉウェハー２９の側に直流電源の
陰極を、反対側のＳｉウェハー１０に陽極を接続し、両
Ｓｉウェハー１０，２０を摂氏３００度に加熱し、２５
０Ｖの電圧を３０分間印加し静電接合した。

【００４５】上記に記したように静電接合は、直接接合
に比べ接合温度が低温である。そのために、Ｓｉウェハ
ー上に金属膜等で配線を行ったり、不純物を拡散させ
て、半導体回路を形成した後、接合を行っても、金属膜
が溶融したり、不純物の濃度拡散プロファイルが変質し
てしまう事はなく、インクジェットヘッドとその駆動回
路を同一Ｓｉウェハー上に形成する事が出来る。

【００４６】最後に、ダイシングにより所定の大きさに
切り、インクノズル２４の吐出口を切り出す。そして、
インク圧力室１４の上に圧電素子１００を接着し、イン
クだめ１５にインクチューブ２００の一端を接続し、ま
た図には記載されていないがインクチューブ２００のも
う一方の端にインクタンクを接続する事によりインクジ
ェットヘッドが完成する。

【００４７】本実施例により製造したインクジェットヘ
ッドのインクノズルの間隔は７０ミクロンであり、これ
は１インチ当たり３６０ドットの印字密度に相当する。
これだけの高密度インクジェットヘッドが簡単に製造で
き、またミクロンレベルの寸法精度を容易に確保できる
ために非常に歩留まりも良かった。また、低温で接合で
きる静電接合で製造できるためにインクジェットヘッド
とその駆動回路を同一Ｓｉウェハー上に形成する事が出
来る。

【００４８】実際に圧電素子１００に１０ｋＨｚ周波数
の信号を与えて印字してみると非常に高速で精細な印字
が出来た。本実施例の製造方法によっても、このような
高速で高密度のインクジェットヘッドが容易に実現でき
る。

【００４９】（実施例４）以上の実施例１から実施例３
までで説明してきたインクジェットヘッドはインクノズ
ル２４の形状がＶ溝形状であり、インク吐出口は三角形
になる。１インチ当たり３６０ドット程度印字密度、つ
まり、７０ミクロン前後のインクノズル間隔ならこれで
も良いが、それ以上の印字密度では流路抵抗の関係から
インクノズルの形状はその断面はＵ型が望ましい。

【００５０】実施例４では、このＵ溝型のインクノズル
断面形状を呈したインクジェットヘッドの構造について
説明する。

【００５１】図５は本発明の第４の実施例を示すインク
ジェットヘッドの構造を示す斜視図である。

【００５２】インクノズル２４はインク圧力室１４に連
通している。そのインク圧力室１４とインクノズル２４
の接続部はＳｉウェハー表面に対して３５度の傾きを持
った（１１１）面１９で形成されているために、インク
の流れがスムーズで淀みがないため気泡排出性が良く、
またインク５５の吐出特性も良い結果が出ている。

【００５３】さらに、インク圧力室１４はオリフィス２
５を介してインクだめ１５に連通している。

【００５４】そのインク圧力室１４とオリフィス２５と
の接続部も３５度の傾きを持った（１１１）面１９で形
成されているために、インクの淀みがなく、インクの流
れを妨げる事がないために、気泡排出性も非常に良い。
そのためにインクの吐出特性も良い。

【００５５】インクノズル２４およびオリフィス２５は
任意面方位のＳｉウェハーにフォトリソ及び等方性エッ
チングにより形成されているが、ホウケイ酸ガラスにフ
ォトリソ及びエッチングにより形成しても良い。

【００５６】図５で示すような形状になり流路抵抗もさ
らに小さくなる。本発明のインクジェットヘッドはこの
ように流路抵抗が非常に少なくインクの吐出特性が計算
機シュミレーションと実験値とが非常に近似するため
に、不確定な要因がほとんどなく理想的なインクジェッ
トであると結論できた。

【００５７】しかも、非常に平滑で気泡の排出性も良好
で、インクの流路抵抗も非常に低くなる。

【００５８】インク圧力室１４は（１１０）面方位のＳ
ｉウェハー１０にフォトリソ及び湿式結晶異方性エッチ
ングにより形成されているために、ウェハー表面に対し
て直角に（１１１）面が形成され、そのためにインク圧
力室１４の間隔を詰める事ができ、このことがインクノ
ズル２４の間隔を狭める事が出来る要因になっている。
本実施例のインクジェットヘッドのインクノズル間隔は
４２ミクロンであり、これは、１インチ当たり６００ド
ットの印字密度に相当する。

【００５９】実際に圧電素子１００に１０ｋＨｚ周波数
の信号を与えて印字してみると非常に高速で精細な印字
が出来た。本実施例の構造によると、このような高速で
超高密度のインクジェットヘッドも容易に実現できる。

【００６０】（実施例５）本発明の第４の実施例で示し
た構造を有するインクジェットヘッドの製造方法につい
て以下に詳しく説明する。

【００６１】図３及び図６は本発明の第４の実施例の構
造を有したインクジェットヘッドの製造工程を示す図で
ある。ここで、（１１０）面方位のＳｉウェハーの加工
については実施例２と同じであるため、図３を用いて説
明する。

【００６２】まず、図３のａ図に示すように厚さ２８０
ミクロンの（１１０）面方位のＳｉウェハー１０表面に
耐エッチングマスク材としての酸化シリコン膜１１を熱
酸化によって付与する。

【００６３】次に、このＳｉウェハー１０にレジストを
コートしフォトリソグラフィによりインク圧力室１４と
インクだめ１５となるべきレジストマスクパターンを形
成する。その後、このＳｉウェハー１０上の酸化シリコ
ン膜を緩衝フッ酸溶液でエッチングし、その後レジスト
を除去すると、図３のｂ図に示すようにインク圧力室１
４とインクだめ１５となるべきマスクパターン１２及び
１３が形成できる。

【００６４】次に、湿式結晶異方性エッチングを所望深
さまでおこなうことにより、図３のｃ図に示されたイン
ク圧力室１４及びインクだめ１５が形成出来る。本実施
例では、結晶異方性エッチング液として、２０重量％Ｋ
ＯＨ水溶液を摂氏８０度に加熱して使用した。さらに、
このＳｉウェハー１０を緩衝フッ酸溶液に浸漬して酸化
シリコン膜１１を除去する。そして、インク圧力室１４
及びインクだめ１５のインク濡れ性を向上させるため
に、熱酸化を行いＳｉウェハーの表面に酸化シリコン膜
１１を図３のｄ図のごとく形成する。

【００６５】次に、任意面方位のＳｉウェハー２０も同
様に熱酸化し、図６のａ図のように耐エッチングマスク
材となるべき酸化シリコン膜２１を形成する。

【００６６】次に、このＳｉウェハー２０にレジストを
コートしフォトリソグラフィによりインクノズル２４と
オリフィス２５となるべきレジストマスクパターンを形
成する。その後、このＳｉウェハー２０上の酸化シリコ
ン膜を緩衝フッ酸溶液でエッチングし、その後レジスト
を除去すると、図６のｂ図に示すようにインクノズル２
４とオリフィス２５となるべきマスクパターン２２及び
２３が形成できる。

【００６７】次に、フッ酸と硝酸と酢酸の混合溶液を用
いたＳｉ湿式等方性エッチングをおこなうことにより、
図６のｃ図に示されたインクノズル２４及びオリフィス
２５が形成出来る。

【００６８】さらに、このＳｉウェハー２０を緩衝フッ
酸溶液に浸漬して酸化シリコン膜２１を除去する。そし
て、インクノズル２４及びオリフィス２５のインク濡れ
性を向上させるために、図６のｄ図には記載されていな
いが熱酸化により酸化シリコン膜をウェハー表面に形成
し、Ｓｉウェハー２０の表面の濡れ性を向上させる。こ
のようにして各部分が形成された（１１０）面方位およ
び（１００）面方位のＳｉウェハー１０，２０は摂氏９
０度に加熱した硫酸と過酸化水素水の混合溶液に浸漬す
る事により洗浄し、流水ですすいだ後、乾燥させる。そ
の後、図６のｅ図に示すように、インクノズル２４、イ
ンク圧力室１４、オリフィス２５及びインクだめ１５が
それぞれ連通するように位置合わせを行って、直接接合
する。位置合わせは赤外顕微鏡を用いて行った。

【００６９】直接接合は、貼り合わせは、室温で行い、
その後、大気圧の窒素雰囲気中で摂氏１１００度で１時
間アニールを行った。

【００７０】もちろん、この接合にどちらかのＳｉウェ
ハーの接合面にホウケイ酸ガラス薄膜をスパッタリング
等で付与し、実施例３で用いた静電接合を用いて接合を
行っても良い。

【００７１】最後に、ダイシングにより所定の大きさに
切り落としインクノズル２４の吐出口を切り出す。そし
て、インク圧力室１４の上に圧電素子１００を接着し、
インクだめ１５にインクチューブ２００の一端を接続
し、また図には記載されていないがインクチューブ２０
０のもう一方の端にインクタンクを接続する事によりイ
ンクジェットヘッドが完成する。

【００７２】本実施例により製造したインクジェットヘ
ッドのインクノズルの間隔は４２ミクロンであり、これ
は１インチ当たり６００ドットに相当する。これだけの
高密度インクジェットヘッドが簡単に製造でき、またミ
クロンレベルの寸法精度を容易に確保できるために非常
に歩留まりも良かった。

【００７３】実際に圧電素子１００に１０ｋＨｚ周波数
の信号を与えて印字してみると非常に高速で精細な印字
が出来た。本実施例の製造方法によると、このような高
速で高密度のインクジェットヘッドが容易に実現でき
る。

【００７４】（実施例６）インクノズルおよびオリフィ
スを任意面方位のＳｉウェハーの代わりにホウケイ酸ガ
ラス基板上に形成しても、実施例４で示した構造を有す
るインクジェットヘッドを製造する事が出来る。その製
造方法について以下に詳しく説明する。

【００７５】図３及び図７は本発明の第４の実施例の構
造を有したインクジェットヘッドの製造工程を示す図で
ある。ここで、（１１０）面方位のＳｉウェハーの加工
については実施例２と同じであるため、図３を用いて説
明する。

【００７６】まず、図３のａ図に示すように厚さ２８０
ミクロンの（１１０）面方位のＳｉウェハー１０表面に
耐エッチングマスク材としての酸化シリコン膜１１を熱
酸化によって付与する。

【００７７】次に、このＳｉウェハー１０にレジストを
コートしフォトリソグラフィによりインク圧力室１４と
インクだめ１５となるべきレジストマスクパターンを形
成する。その後、このＳｉウェハー１０上の酸化シリコ
ン膜を緩衝フッ酸溶液でエッチングし、その後レジスト
を除去すると、図３のｂ図に示すようにインク圧力室１
４とインクだめ１５となるべきマスクパターン１２及び
１３が形成できる。

【００７８】次に、湿式結晶異方性エッチングを所望深
さまでおこなうことにより、図３のｃ図に示されたイン
ク圧力室１４及びインクだめ１５が形成出来る。本実施
例では、結晶異方性エッチング液として、２０重量％Ｋ
ＯＨ水溶液を摂氏８０度に加熱して使用した。さらに、
このＳｉウェハー１０を緩衝フッ酸溶液に浸漬して酸化
シリコン膜１１を除去する。そして、インク圧力室１４
及びインクだめ１５のインク濡れ性を向上させるため
に、熱酸化を行いＳｉウェハーの表面に酸化シリコン膜
１１を図３のｄ図のごとく形成する。

【００７９】次に、ホウケイ酸ガラス基板３０にレジス
ト３１をコートしフォトリソグラフィにより図７のａ図
に示すようにインクノズル２４とオリフィス２５となる
べきレジストマスクパターン２７，２８を形成する。

【００８０】その後、このホウケイ酸ガラス上の酸化シ
リコン膜をガラスエッチング液でエッチングし、その後
レジストを除去すると、図７のｂ図に示すようにインク
ノズル２４とオリフィス２５が形成できる。

【００８１】このようにして各部分が形成された（１１
０）面方位のＳｉウェハー１０およびホウケイ酸ガラス
基板３０は摂氏９０度に加熱した硫酸と過酸化水素水の
混合溶液に浸漬する事により洗浄し、流水ですすいだ
後、乾燥させる。その後、図７のｃ図に示すように、イ
ンクノズル２４、インク圧力室１４、オリフィス２５及
びインクだめ１５がそれぞれ連通するように位置合わせ
を行って静電接合する。最後に、ダイシングにより所定
の大きさに切り落としインクノズル２４の吐出口を切り
出す。そして、インク圧力室１４の上に圧電素子１００
を接着し、インクだめ１５にインクチューブ２００の一
端を接続し、また図には記載されていないがインクチュ
ーブ２００のもう一方の端にインクタンクを接続する事
によりインクジェットヘッドが完成する。

【００８２】本実施例により製造したインクジェットヘ
ッドのインクノズルの間隔は４２ミクロンであり、これ
は１インチ当たり６００ドットに相当する。これだけの
高密度インクジェットヘッドが簡単に製造でき、また静
電接合は溶着等と事なり全く寸法変化が無いために、ミ
クロンレベルの寸法精度を容易に確保できるために非常
に歩留まりも良かった。

【００８３】実際に圧電素子１００に１０ｋＨｚ周波数
の信号を与えて印字してみると非常に高速で精細な印字
が出来た。本実施例の製造方法によると、このような高
速で高密度のインクジェットヘッドが容易に実現でき
る。

【００８４】また、ホウケイ酸ガラスは透明なため、外
からインク圧力室１４の中の状況が非破壊で観察できる
ので、インク吐出の時の検査が行える。さらに、光学的
なセンサ等を組み合わせて、自動で気泡検出を行い自動
的にその気泡を排出するシステムを作る事もできる。

【００８５】以上の実施例では、圧電素子を用いてイン
クを吐出させる方法を用いて説明してきたが、本発明は
これに限定されるものではない。従って、静電引力およ
び反発力でインク圧力室を変形させてインクを吐出させ
ても、インク圧力室１４内部にヒーターを形成し、これ
でインクを直接加熱してインクを沸騰させて急激な体積
変化を生じさせてインクを吐出させても良い。

【００８６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は次のような
効果を有する。

【００８７】（１）インクジェットヘッドのインク圧力
室を（１１０）面方位のＳｉウェハーを用いて湿式結晶
異方性エッチングにより形成しているため、インクノズ
ル間隔を極端に狭める事が出来、そのために印字品質の
優れたインクジェットヘッドが得られる。

【００８８】（２）本発明のインクジェットヘッドの構
成部材間の接合は、Ｓｉ−Ｓｉ直接接合叉は静電接合に
よるため寸法精度と接合強度に優れたインクジェットヘ
ッドが得られる。

【００８９】（３）インク圧力室とインクノズルの接続
部はＳｉウェハー表面に対して３５度の傾きを持った
（１１１）面で形成されているために、インクの流れが
スムーズで淀みがない。さらに、そのインク圧力室とオ
リフィスとの接続部も３５度の傾きを持った（１１１）
面で形成されているために、インクの淀みがなく、イン
クの流れを妨げる事がなく、気泡排出性も非常に良い。
そのためにインクの吐出特性の良いインクジェットヘッ
ドが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるインクジェットヘッ
ドの構造を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例１におけるインクジェットヘッ
ドの構造を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施例２におけるインクジェットヘッ
ドの製造工程を示す図である。

【図４】本発明の実施例２におけるインクジェットヘッ
ドの製造工程を示す図である。

【図５】本発明の実施例４におけるインクジェットヘッ
ドの構造を示す斜視図である。

【図６】本発明の実施例５におけるインクジェットヘッ
ドの製造工程を示す図である。

【図７】本発明の実施例６におけるインクジェットヘッ
ドの製造工程を示す図である。

【符号の説明】

１０ （１１０）面方位シリコンウェハー １１ 酸化シリコン膜 １２ インク圧力室孔マスクパターン １３ インクだめマスクパターン １４ インク圧力室 １５ インクだめ １９ ウェハー表面に対して３５度の傾きで出現
する（１１１）面 ２０ 任意面方位シリコンウェハー ２１ 酸化シリコン膜 ２２ インクノズルマスクパターン ２３ オリフィスマスクパターン ２４ インクノズル ２５ オリフィス ２７ インクノズルレジストマスクパターン ２８ オリフィスレジストマスクパターン ２９ （１００）面方位シリコンウェハー ３０ ホウケイ酸ガラス基板 ３１ レジスト ５５ インク滴 １００ 圧電素子 ２００ インクチューブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小枝 周史 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （１１０）面方位のＳｉウェハーと任意
   面方位のＳｉウェハーまたはホウケイ酸ガラス基板とを
   貼り合わせて形成されたインクジェットヘッドにおい
   て、（１１０）面方位のＳｉウェハー側に少なくともイ
   ンク圧力室を、任意面方位のＳｉウェハーまたはホウケ
   イ酸ガラス基板側に少なくともインクノズルまたはオリ
   フィスを配置し、インクノズル、インク圧力室、オリフ
   ィスが連通した構造を有する事を特徴とするインクジェ
   ットヘッド。
2. 【請求項２】 前記インクノズルまたはオリフィスが
   （１００）面方位のＳｉウェハーで形成され、その形状
   が（１１１）結晶面で構成されたＶ溝形状を有する事を
   特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記インクノズルまたはオリフィスが任
   意面方位のＳｉウェハーで形成され、その形状がＵ溝形
   状を有する事を特徴とする請求項１記載のインクジェッ
   トヘッド。
4. 【請求項４】 前記（１１０）面方位のＳｉウェハーと
   任意面方位のＳｉウェハーとの貼り合わせ方法が、Ｓｉ
   −Ｓｉ直接接合である事を特徴とした請求項１記載のイ
   ンクジェットヘッドの製造方法。
5. 【請求項５】 前記ウェハーの接合面のどちらか一方の
   面にホウケイ酸ガラス薄膜を付与し、ウェハー同士の接
   合を静電接合に行われることを特徴とした請求項１記載
   のインクジェットヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 前記インクノズルまたはオリフィスがホ
   ウケイ酸ガラスに形成され、その形状が溝形状を有する
   事を特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
7. 【請求項７】 インクノズルおよびオリフィスと接続す
   るべきインク圧力室の一部に３５度の平滑な斜面の（１
   １１）結晶面を有する構造を特徴とする請求項１記載の
   インクジェットヘッド