インクジェットヘッド及びその製造方法
【目的】 小型高密度で低電圧による駆動が可能な、しかも安定した高品質の印字が可能なインクジェットヘッド及びその製造方法を得る。
【構成】 インク液滴を吐出するノズル孔４と、該ノズル孔にそれぞれ連通する吐出室５と、該吐出室の底壁の振動板６と、振動板に対向して配置され、振動板を静電気力により駆動する電極２１とを備え、振動板を形成する第１の基板１と電極を形成する第２の基板２との陽極接合面のいずれか一方又は両方の面に振動室用の凹部１５あるいは電極装着用の凹部２５もしくはＳｉＯ2 膜４１、４２等を形成することにより振動板と電極間のギャップ長Ｇを０．０５〜２．０μｍとする。
【構成】 インク液滴を吐出するノズル孔４と、該ノズル孔にそれぞれ連通する吐出室５と、該吐出室の底壁の振動板６と、振動板に対向して配置され、振動板を静電気力により駆動する電極２１とを備え、振動板を形成する第１の基板１と電極を形成する第２の基板２との陽極接合面のいずれか一方又は両方の面に振動室用の凹部１５あるいは電極装着用の凹部２５もしくはＳｉＯ2 膜４１、４２等を形成することにより振動板と電極間のギャップ長Ｇを０．０５〜２．０μｍとする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、記録を必要とする時にのみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるインクジェット記録装置の主要部であるインクジェットヘッドに関し、特にその駆動方式として静電気力を利用するものに係り、並びに本発明の目的を有効に達成する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小さいこと、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できることなど多くの利点を有する。この中でも記録の必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・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ため、現在主流となってきてきている。
【０００３】このインク・オン・デマンド方式のインクジェットヘッドには、特公平２−５１７３４号公報に示されるように、駆動手段が圧電素子であるものや、特公昭６１−５９９１１号公報に示されるように、インクを加熱し気泡を発生させることによる圧力でインクを吐出させる方式などがある。
【０００４】しかしながら、前述の従来のインクジェットヘッドでは以下に述べるような課題があった。
【０００５】前者の圧電素子を用いる方式においては、圧力室に圧力を生じさせるためのそれぞれの振動板に圧電素子のチップを貼り付ける工程が複雑で、特に最近のインクジェット記録装置による印字には、高速・高印字品質が求められてきており、これを達成するためのマルチノズル化・ノズルの高密度化において、圧電素子を微細に加工し各々の振動板に接着することは極めて煩雑で多大の時間がかかる。また、高密度化においては、圧電素子を幅数１０〜１００数十ミクロンで加工する必要が生じてきているが、従来の機械加工における寸法・形状精度では、印字品質のバラツキが大きくなってしまうという課題があった。
【０００６】また、後者のインクを加熱する方式においては、駆動手段が薄膜の抵抗加熱体により形成されるため、上記のような課題は存在しないが、駆動手段の急速な加熱・冷却の繰り返しや気泡消滅時の衝撃により、抵抗加熱体がダメージを受けるため、インクジェットヘッドの寿命が短いという課題があった。
【０００７】これらの課題を解決するものとして、本出願人は、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について出願しているが（特願平３−２３４５３７号）、この方式は小型高密度・高印字品質及び長寿命であるという利点を有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これらの利点をさらに増強するためには、次のような課題が残されている。
【０００９】その一つは、インク吐出室を構成する振動板と、該振動板を駆動するための電極とのギャップに関する問題である。静電気力を利用する方式では、圧電素子のものに比べて同じ電圧で発生できる吐出圧力が非常に低く、しかも発生圧力は距離の逆数の自乗に比例するので、印字品質のバラツキを抑えるためには、このギャップの寸法を所定範囲内に極めて高い精度で保つ必要がある。
【００１０】二つ目は、上記のギャップの寸法精度に加えて、振動板の寸法精度に関する問題である。吐出圧力は振動板の厚さの３乗に比例し、また矩形振動板では短辺長の逆数の５乗に比例するので、振動板の寸法のバラツキはインク吐出特性に極めて重大な影響を与える。
【００１１】三つ目は、上記のような極めて高精度のギャップ部の寸法精度及び振動板の寸法精度を実現する製造方法に関する問題である。この種の基板同士の接合には陽極接合法を用いる。陽極接合はホウ珪酸ガラス基板を陰極側に、ノズルや振動板等を設けたシリコン基板を陽極側に接続して、摂氏３００度で５００Ｖの電圧を印加し接合する。３００℃の温度では、ホウ珪酸ガラスに含まれるＮａイオンが電界により陰極側に移動するので、シリコンとホウ珪酸ガラスの界面に極めて強い静電引力が発生し密着する。しかしながら、電極と振動板間の空隙では気体の絶縁破壊や電界放出などによる大電流が瞬間的に流れ、電極が溶融したり、振動板に付着し短絡を生じたりする可能性がある。また、陽極接合時にはインクジェットヘッド駆動時に比べ著しく高い電圧で接合するので、振動板が陽極接合時の電界により変形した状態でその周囲を固定されてしまい、そのため残留応力が発生し個々の振動板の固有振動数が変動する。その結果、インク吐出特性が変動してしまい、あるいは電極上の絶縁膜が静電引力により振動板方向に引っ張られ電極から剥離するなどの問題を生じる。
【００１２】したがって、本発明の目的は、静電気力を利用した方式のインクジェットヘッドにおいて、さらに低い駆動電圧で駆動することができ、かつ、安定した高印字品質を得るために、まず、電極と振動板間のギャップ寸法を規制するとともに、そのギャップ保持手段を高精度に実現する製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、ギャップ部及び振動板の寸法精度が極めて高く、したがって小型高密度化を実現し得るインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、ギャップ部の寸法精度を維持するため、並びにギャップ部への塵埃の侵入を防止するため、ギャップ部の外部との遮断措置を講じたインクジェットヘッドを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェットヘッドは、インク液滴を吐出する単一または複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に連通する吐出室と、該吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備え、前記駆動手段が前記振動板を静電気力により変形させる電極からなるインクジェットヘッドにおいて、前記振動板と前記電極との対向間隔を０．０５μｍ以上、２．０μｍ以下としたことを特徴とするものである。
【００１４】また、本発明は、前記対向間隔の保持手段を、前記振動板を形成する第１の基板に形成した振動室用の凹部とし、または前記電極を形成する第２の基板に形成した電極装着用の凹部としたものである。又は両方を凹部とする。
【００１５】本発明の他の態様によると、前記第１の基板及び前記第２の基板が共に単結晶シリコン基板であり、両基板の接合部の少なくとも一方の面にあらかじめ形成したＳｉＯ2 膜により前記対向間隔の保持手段を構成する。前記ＳｉＯ2 膜はシリコンの熱酸化膜とし、また、該ＳｉＯ2 膜は、スパッタリング法又は蒸着又は熱酸化法もしくはＣＶＤ法または有機シリコン化合物の焼結法等により形成することができる。さらにまた、前記電極はｐ型またはｎ型不純物により形成する。
【００１６】また、本発明の他の態様によると、前記電極が前記振動板との間に空隙を存して絶縁膜により被覆されている。
【００１７】本発明のインクジェットヘッドの製造方法の好ましい態様によると、振動板を形成する第１のシリコン基板の接合面に該振動板の部分を除きＳｉＯ2 膜を所定の厚さにパターン形成する工程と、電極を形成する第２のシリコン基板の接合面に該電極の部分を除きＳｉＯ2 膜を所定の厚さにパターン形成する工程のうち、少なくとも一つの工程を有し、さらに前記第１及び第２のシリコン基板同士を前記ＳｉＯ2 膜を介してＳｉ直接接合する工程とからなることを特徴とする。
【００１８】また、本発明の製造方法の他の態様によると、前記第１のシリコン基板にアルカリ異方性エッチングを施すことにより前記振動板を形成する工程を有する。そしてまた、前記第２のシリコン基板にドープ加工を行うことによりｐ型またはｎ型不純物からなる前記電極を形成する工程を有する。
【００１９】さらに、本発明のインクジェットヘッドの他の態様によると、前記振動板に前記対向間隔の距離を満たすように一体形成された第２の電極を有する。また、該第２の電極はｐ型またはｎ型不純物により形成されている。
【００２０】本発明のインクジェットヘッドの別の態様によると、前記第１の基板及び前記第２の基板の接合部の少なくとも一方の面にあらかじめ形成したホウ珪酸系ガラス薄膜をギャップスペーサとして前記対向間隔の保持手段を構成したことを特徴とする。ホウ珪酸系ガラス薄膜はスパッタリング法により形成する。
【００２１】本発明のインクジェットヘッドのさらに他の態様によると、前記振動板がｎ型不純物層からなることを特徴とする。または、前記振動板が高濃度のｐ型不純物層からなることを特徴とする。また、前記第２の電極を含む駆動用配線層が高濃度のｐ型不純物層から形成されている。
【００２２】本発明のインクジェットヘッドのさらに他の態様によると、前記第１の基板が結晶面方位（１１０）のシリコン基板であることを特徴とする。また、前記第１の基板はｐ型シリコン基板にｎ型不純物層をエピタキシャル成長させたシリコン基板とする。
【００２３】本発明の製造方法の別の態様によると、ｐ型シリコン基板にｎ型不純物層を形成する工程と、該シリコン基板に電気化学的異方性エッチングを施すことにより前記振動板を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２４】また、本発明の製造方法の他の態様によると、振動板を形成した第１の基板と、前記振動板を駆動する電極を形成した第２の基板とを陽極接合する方法において、陽極接合時に、前記振動板と前記電極との電位差を減ずるように調整する工程を有することを特徴とする。また、前記電極の電位を振動板と等電位にする。
【００２５】本発明の製造方法のさらに他の態様によると、振動板を形成した第１の基板と、前記振動板を駆動する電極を形成した第２の基板とを陽極接合する方法において、前記電極の各々に接続される共通電極を前記第２の基板上に形成する工程と、陽極接合時に、前記振動板と前記共通電極との電位差を減ずるように調整する工程と、陽極接合後に、前記共通電極を前記電極から切り離す工程とを有することを特徴とする。
【００２６】本発明のインクジェットヘッドの別の態様によると、前記振動板を形成した第１の基板と前記電極を形成した第２の基板とを陽極接合する前は前記振動板と前記電極間のギャップ部が外部に通じる通路を有し、陽極接合後において前記通路の出口が封止部材により封止されていることを特徴とする。
【００２７】本発明のインクジェットヘッドのさらに別の態様によると、前記対向間隔の保持手段を、前記電極の周辺にパターン形成した感光性樹脂層または接着剤層としたものである。
【００２８】
【作用】本発明のインクジェットヘッドは、電極にパルス電圧を印加することにより該電極とこれに対向して配置された振動板との間に静電気力による引力あるいは斥力が働き、この静電気力によって振動板を変形させ、インク液滴をノズル孔より吐出させるものであるが、振動板と電極との対向間隔を前記のように規定することにより、インクジェットヘッドの駆動が低電圧で可能になり、また、インクの吐出速度及び吐出量が安定し、極めて高品質の印字が得られる。もちろん、この対向間隔の距離（ギャップ長）は実験により確認したものであり、ここで、ギャップ長を０．０５μｍ以上とした理由は、この値未満ではインク吐出体積が印字に必要な大きさが取れないことと、振動板が電極と接触し電極を破壊することなどの不都合を生じるからである。また、ギャップ長を２．０μｍ以下とした理由は、駆動電圧からくるものであり、この上限値を超えるようなものは実用性の高い性能を達成できないからである。
【００２９】前記のように規定されたギャップ長を保持する手段としては、振動室用の凹部、電極装着用の凹部、接合すべき基板の接合面に形成されたＳｉＯ2 膜もしくはホウ珪酸系ガラス薄膜、あるいは感光性樹脂層または接着剤層があり、所定のギャップ長はこれらの凹部または薄膜層により確保できる。
【００３０】特にＳｉＯ2 膜またはホウ珪酸系ガラス薄膜とするときは、膜厚を高精度に制御することができ、振動板の振動特性が均一になり、したがって均一な印字品質が得られる。
【００３１】また、振動板に第２の電極を一体形成することにより、第２の電極の電気抵抗値が下がるためインクジェットヘッドの駆動周波数が向上し、高速印字が可能になる。
【００３２】さらに、振動板を形成する第１の基板に（１１０）面方位のシリコン基板を使用すると、エッチングによりキャビティの壁面を基板表面に対し垂直にできるため、ノズルのピッチ間隔を小さくでき、小型高密度化が可能になる、また該振動板を高濃度のｐ型不純物層とすることにより、インクジェットヘッドの駆動周波数も向上し、クロストーク改善ができる。
【００３３】また、振動板を形成した第１の基板と、電極を形成した第２の基板を陽極接合する際に、振動板と電極の電位差を減ずるように調整すると、例えば振動板と電極を等電位に置くように調整すると、陽極接合時、振動板と電極間に発生する放電や電界放出を防止でき、また静電引力による絶縁膜の剥離を防ぐことができる。したがって、電極の溶融、振動板の残留応力の発生などの不都合が生じない。
【００３４】また、振動板と電極間のギャップ部に外部に通じる通路を設けることにより、陽極接合時の加熱によるギャップ部内の圧力上昇がなくなり、前記ギャップ長を所期のとおりに維持できるとともに、振動板の残留応力の発生や振動板と電極との接触などを防止できる。そしてまた、該通路の出口は陽極接合後インクジェットヘッド全体が常温に下がった時に封止部材で封止することで、ギャップ部内への塵埃の侵入を防止できる。
【００３５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。
【００３６】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例によるインクジェットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示してある。本実施例はインク液滴を基板の端部に設けたノズル孔から吐出させるエッジインクジェットタイプの例を示すものである。図２は組み立てられた全体装置の断面側面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視図である。
【００３７】本実施例のインクジェットヘッド１０は、下記に詳述する構造を持つ３枚の基板１、２、３を重ねて接合した積層構造となっている。
【００３８】中間の第１の基板１は、シリコン基板であり、複数のノズル孔４を構成するように基板１の表面に一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝１１と、各々のノズル溝１１に連通し底壁を振動板５とする吐出室６を構成することになる凹部１２と、凹部１２の後部に設けられたオリフィス７を構成することになるインク流入口のための細溝１３と、各々の吐出室６にインクを供給するための共通のインクキャビティ８を構成することになる凹部１４を有する。また、振動板５の下部には後述する電極を装着するため振動室９を構成することになる凹部１５が設けられている。
【００３９】本実施例においては、振動板５とこれに対向して配置される電極との対向間隔、すなわちギャップ部１６の長さＧ（図２参照、以下、「ギャップ長」と記す。）が凹部１５の深さと電極の厚さとの差になるように、間隔保持手段を第１の基板１の下面に形成した振動室用の凹部１５により構成したものである。ここでは、凹部１５の深さをエッチングにより０．６μｍとしている。なお、ノズル溝１１のピッチは０．７２mmであり、その幅は７０μｍである。
【００４０】第１の基板１の下面に接合される下側の第２の基板２にはパイレックスガラス（ホウ珪酸系ガラス）を使用し、この基板２の接合によって振動室９を構成するとともに、基板２を前記振動板５に対応する各々の位置に振動板形状と類似した形状に金を０．１μｍスパッタし、ほぼ振動板５と同じ形状に金パターンを形成して電極２１としている。電極２１はリード部２２及び端子部２３を持つ。さらに電極端子部２３を除きパイレックススパッタ膜を全面に０．２μｍ被覆して絶縁層２４とし、インクジェットヘッド駆動時の絶縁破壊、ショートを防止するための膜を形成している。
【００４１】第１の基板１の上面に接合される上側の第３の基板３には第２の基板２と同じくパイレックスガラスを用いている。この基板３の接合によって、前記ノズル孔４、吐出室６、オリフィス７及びインクキャビティ８が構成される。そして、基板３にはインクキャビティ８に連通するインク供給口３１を設ける。インク供給口３１は接続パイプ３２及びチューブ３３を介して図示しないインクタンクに接続される。
【００４２】次に、第１の基板１と第２の基板２を温度３００℃，電圧５００Ｖの印加で陽極接合し、また同条件で第１の基板１と第３の基板３を接合し、図２のように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５と第２の基板２上の電極２１とのギャップ長Ｇは凹部１５の深さと電極２１の厚さとの差であるから、０．５μｍとなる。また、振動板５と電極２１上の絶縁層２４との空隙間隔Ｇ1 は０．３μｍとなる。
【００４３】上記のようにインクジェットヘッドを組み立てた後は、基板１と電極２１の端子部２３間にそれぞれ配線１０１により発振回路１０２を接続し、インクジェット記録装置を構成する。インク１０３は、図示しないインクタンクよりインク供給口３１を経て基板１の内部に供給され、インクキャビティ８、吐出室６等を満たしている。
【００４４】図２において、１０４はノズル孔４より吐出されるインク液滴、１０５は記録紙である。
【００４５】上記のように構成された本実施例の動作を説明する。電極２１に発振回路１０２により０Ｖから１５０Ｖのパルス電圧を印加し、電極２１の表面がプラスに帯電すると、対応する振動板５の下面はマイナス電位に帯電する。したがって、振動板５は静電気の吸引作用により下方へ撓む。次に、電極２１をＯＦＦにすると、該振動板５は復元する。そのため、吐出室６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔４よりインク液滴１０４を記録紙１０５に向けて吐出する。そして次に、振動板５が再び下方へ撓むことにより、インク１０３がインクキャビティ８よりオリフィス７を通じて吐出室６内に補給される。
【００４６】このようにして作製されたインクジェットヘッド１０を図３５に示すようなプリンタに組み込み、５ｋＨｚ駆動でインク液滴を７ｍ／sec で飛翔させた結果、上記のような低い駆動電圧で良好な印字性能が得られた。なお、図３５において、３００はプラテン、３０１はインクタンク、３０２はインクジェットヘッド１０のキャリッジ、３０３はポンプ、３０４はキャップ、３０５は排インク溜、３０６はインク供給チューブ、３０７はインク排出チューブ、３０８は噴射口排出チューブである。
【００４７】なお、振動板５と電極２１間のギャップ長を２．５μｍにした場合には、駆動電圧が２５０Ｖ以上となり、プリンタとして実用的でなかった。
【００４８】（実施例２）図４は本発明の第２の実施例によるインクジェットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示してある。本実施例はインク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるフェイスインクジェットタイプの例を示すものである。図５は組み立てられた全体装置の断面側面図、図６は図２のＢ−Ｂ線矢視図である。なお、以降においては、実施例１と同一または相当する部分及び部材は同一符号を用いて示し、説明は省略する。
【００４９】本実施例のインクジェットヘッド１０は、第３の基板３の面に穿孔したノズル孔４よりインク液滴を吐出させるようにしたものである。
【００５０】本実施例における第１の基板１は、厚さ３８０μｍの結晶面方位（１１０）のシリコン基板であり、吐出室６を構成する凹部１２の底壁を厚さ３μｍの振動板５としている。また、この振動板５の下部には実施例１のような振動室用の凹部は形成されてなく、振動板５の下面は鏡面研磨による平滑面となっている。
【００５１】第１の基板１の下面に接合される第２の基板２は、実施例１と同様にパイレックスガラスを使用し、この基板２に電極２１を装着するための凹部２５を０．５μｍエッチングすることにより上述のようなギャップ長Ｇを形成している。この凹部２５はその内部に電極２１、リード部２２及び端子部２３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ている。電極２１は凹部２５内にＩＴＯを０．１μｍスパッタし、ＩＴＯパターンを形成することで作製し、さらに端子部２３にのみボンディングのための金をスパッタしている。さらに電極端子部２３を除きパイレックススパッタ膜を全面に０．１μｍ被覆し絶縁層２４としている。なお、図４では絶縁層２４が平坦に描かれているが、実際には凹部２５上の部分が凹んだ状態になっているものである。したがって、本実施例におけるギャップ長Ｇは陽極接合後０．４μｍ，空隙間隔Ｇ1 は０．３μｍとなっている。
【００５２】また、第１の基板１の上面に接合される第３の基板３には、厚さ１００μｍのＳＵＳ板を用い、基板３の面部に、吐出室用の凹部１２と連通するようにそれぞれノズル孔４を設け、またインクキャビティ用の凹部１４と連通するようにインク供給口３１を設ける。
【００５３】このインクジェットヘッド１０を使用して、発振回路１０２により０Ｖから１００Ｖのパルス電圧を電極２１に印加したところ、実施例１と同様に良好な印字性能が得られた。なお、ギャップ長Ｇが２．３μｍのものでは駆動電圧が２５０Ｖ以上となり、プリンタとして実用的でなかった。
【００５４】（実施例３）図７は本発明の第３の実施例によるインクジェットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示してある。図８は該インクジェットヘッドの一部を取り出して示す拡大斜視図である。
【００５５】本実施例では、ギャップ長保持手段を第１の基板１と第２の基板２の接合部にあらかじめ形成したＳｉＯ2 膜４１、４２により構成したものである。すなわち、これらのＳｉＯ2 膜４１、４２はギャップスペーサとして機能するものである。第１の基板１は結晶面方位が（１００）である単結晶シリコンウエハを用い、その下面に振動板５に相当する部分を除きＳｉＯ2 膜４１を例えば０．３μｍの厚さに形成する。同様に第２の基板２も結晶面方位（１００）の単結晶シリコンウエハを用い、その上面に電極２１を除きＳｉＯ2 膜４２を例えば０．２μｍの厚さに形成する。したがって、両基板１、２を接合したときのギャップ長Ｇ（図８参照）は０．５μｍとなる。
【００５６】本実施例における第１の基板の製造工程を図９に示す。
【００５７】まず、（１００）面方位のシリコンウエハの両面を鏡面研磨し、厚さ２００μｍのシリコン基板５１を作製し（図９（ａ））、該シリコン基板５１に酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃，４時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板５１の両面に厚さ１μｍのＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを形成する（図９（ｂ））。ＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂは耐エッチング材として使用するものである。
【００５８】次いで、上面のＳｉＯ2 膜４１ａの上に、ノズル４、吐出室６、オリフィス７、及びインクキャビティ８の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ａの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図９（ｃ））。
【００５９】次に、アルカリ液によるシリコン基板５１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。本実施例では、イソプロピルアルコールを含む水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングを行った。振動板の機械的変形特性は、該振動板の各部寸法によって決定されるため、本インクジェットヘッドに要求されるインク吐出特性上から振動板の各部の設計寸法が決定される。本実施例では振動板５の幅ｈを５００μｍ，厚さｔを３０μｍとしている（図１０参照）。
【００６０】（１００）面方位のシリコン基板５１において、（１１１）面は基板表面である（１００）面に対して結晶構造上約５５°の角度をもって交わっているため、上記のように（１００）面方位のシリコン基板中に形成すべき各部の寸法が決定されると、第１の基板の厚さに対し耐エッチング材のマスクパターン寸法は一義的に決定される。図１０に示すように、吐出室６の上端の幅ｄを７４０μｍとし、１７０μｍのエッチングを施すと、幅ｈが５００μｍ，厚さｔが３０μｍである振動板５が得られる。実際のエッチングでは、（１１１）面はわずかずつエッチング（アンダーカット）され、図１０における寸法ｄはマスクパターン幅ｄ1より若干大きくなる。したがって、マスクパターン幅ｄ1 は、（１１１）面１２ａのアンダーカット寸法の分だけ小さくしなければならないので、本実施例では７３０μｍとし、上記のアルカリエッチング液にて所定量（１７０μｍ）のエッチングを行った（図９（ｄ））。
【００６１】次に、シリコン基板５１の下面のＳｉＯ2 膜４１ｂのパターン加工を行う。ＳｉＯ2 膜４１ｂの厚さは、図９（ｂ）の段階では前記のように１μｍであったが、図９（ｄ）のアルカリ異方性エッチングの工程においては、該ＳｉＯ2 膜４１ｂはアルカリ液によりエッチングされ、その厚さは０．３μｍと減少している。本実施例においては、ＳｉＯ2 膜のエッチングレートは非常に小さいため、ＳｉＯ2 膜４１ｂの膜厚減少は再現性がよく、また均一である。
【００６２】次に、前記ＳｉＯ2 膜４１ｂ（４１）上に振動板５に相当する形状のフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ｂの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する。また、同時に基板５１の表側の面に残留しているＳｉＯ2 膜４１ａを全部除去する（図９（ｅ））。以上のような工程を経て、図７に示した第１の基板１が形成される。
【００６３】次に、本実施例における第２の基板の製造工程を図１１に示す。
【００６４】まず、（１００）面方位のｎ型シリコン基板５２の両面を鏡面研磨し、該シリコン基板５２に酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃にて所定時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板５２の両面にＳｉＯ2 膜４２ａ及び４２ｂを形成する（図１１（ａ））。
【００６５】次いで、上面のＳｉＯ2 膜４２ａ上に電極２１の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４２ａの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図１１（ｂ））。
【００６６】次に、シリコン基板５２の露出したＳｉ部４３へのＢ（ホウ素）ドープを行う。処理方法は以下のとおりである。シリコン基板５２を石英管中に石英ホルダーにて固定し、Ｎ2 をキャリアとしてＢＢｒ3 をバブリングした蒸気をＯ2 と共に石英管中に導入する。１１００℃にて所定時間処理を行った後、シリコン基板５２をフッ酸系エッチング液にてライトエッチングし、次いで、Ｏ2 中でドライブインを行い、前記露出したＳｉ部４３をｐ型層４４とした（図１１（ｃ））。該ｐ型層４４は図７における電極２１として機能するものである。前記の図１１（ｃ）工程においては、シリコン基板５２の表面のＳｉＯ2 膜４２ａ及び４２ｂは膜厚が増加するので、本実施例では該ＳｉＯ2 膜４２ａの膜厚増加後の厚さを０．２μｍとしている。そして次に、ｐ型層４４（電極２１）の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４２ａの露出部分をエッチング除去すると（図１１R>１（ｄ））、図７に示した第２の基板２が形成される。
【００６７】本実施例のインクジェットヘッドにおいては、振動板５と電極２１のギャップ長Ｇの寸法は、該インクジェットヘッドのインク吐出特性上から０．５μｍと決定されており、第１の基板１のＳｉＯ2 膜４１ｂの厚さが上記のとおり０．３μｍであるため、図１１（ｃ）工程においてはＳｉＯ2 膜４２ａの厚さが０．２μｍとなるようにプロセスを行っている。
【００６８】以上の工程により形成された基板１及び２は、Ｓｉ−Ｓｉ直接接合法により接合され、図８に拡大図示されたヘッド構造を構成する。接合工程は、以下のとおりである。
【００６９】まず、シリコン基板１を硫酸と過酸化水素水の混合液（１００℃）にて洗浄し、乾燥後、両基板１、２の対応するパターン同士の位置合わせを行った後、両基板を重ね合わせる。この状態で両基板１、２を１１００℃，１時間の熱処理を行うと、強固な接合状態が得られる。
【００７０】本実施例の一連の工程により製作された１００個のインクジェットヘッドのギャップ長Ｇの寸法は、０．５０±０．０５μｍ，振動板の厚さは３０．０±０．８μｍという範囲に分布していた。これらのインクジェットヘッドを１００Ｖ，５ｋＨｚで駆動したところ、インク液滴の吐出速度は８±０．５ｍ／ｓ，インク液滴体積は（０．１±０．０１）×１０-6ｃｃという範囲に分布しており、実印字試験において良好な印字が得られた。
【００７１】本実施例においては、ＢＢｒ3 を用いた気相プロセスによるｐ型層形成により電極２１を作製したが、ｐ型層形成法はこの方法に限られず、例えばイオン注入法や、Ｂ2 Ｏ3 を有機溶媒中に分散した塗布剤をスピンコートとする方法、ＢＮ（窒化ホウ素）板を拡散源とする方法等でも同様にｐ型層を形成することができる。また、ｐ型層を形成するためにはＡｌ，Ｇａ等他のIII 族元素を用いることもできる。また、シリコン基板２をｐ型基板として、電極２１をｎ型層とすることも可能であり、この場合も上記のような各種のドープ法により、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ等のＶ族元素をドープして電極２１とすることができる。
【００７２】また、本実施例においては、ＳｉＯ2 膜４１及び４２によりギャップ部を形成したが、Ｓｉ−Ｓｉ直接接合法の原理上、ＳｉＯ2 膜４１及び４２のどちらか一方がなくても接合は可能であるため、ＳｉＯ2 膜４１または４２のどちらか一方を所望ギャップ長と同一の厚さとし、他方のＳｉＯ2 膜をプロセス上でフッ酸系エッチング液により除去し、Ｓｉ−Ｓｉ直接接合工程を施すことにより、同様の品質でギャップ部を形成できる。
【００７３】また、本実施例においては、ギャップスペーサとしてのＳｉＯ2 膜は、Ｓｉのアルカリ異方性エッチング時のエッチングマスクとして使用したもので、若干の膜減りが生じているが、エッチング時に若干面粗度が悪化する傾向がある。この場合には、一旦ＳｉＯ2 膜を全てフッ酸系エッチング液にて除去し、改めて熱酸化により所望膜厚のＳｉＯ2 膜を形成してギャップスペーサとすることも可能である。
【００７４】また、本実施例においては、インクジェットヘッドの仕様上、ギャップ長は０．５μｍとしたが、Ｓｉ熱酸化膜は厚さ１．５μｍまでは容易にかつ精度良く形成できるため、ギャップ長の仕様値が０．０５から２．０μｍである場合には、ギャップスペーサであるＳｉ熱酸化膜の厚さを仕様に合わせて調整するだけで、本実施例の場合と同様にギャップ部の寸法精度の高いインクジェットヘッドが得られる。
【００７５】（実施例４）図１２は本発明の第４の実施例によるインクジェットヘッド用の第１の基板の一部断面を示す斜視図である。本実施例のインクジェットヘッドにおいては、電極が形成される第２の基板及び第３の基板の構造は実施例３と同一であるため、説明及び図示は省略する。
【００７６】本実施例では、図１２における振動板５のギャップ対向面４５にｐ型またはｎ型の不純物層からなる第２の電極４６を形成し、発振回路によるインクジェットヘッド駆動時の周波数特性又はクロストークを改善するものである。ただし、本実施例における前記ギャップ長Ｇは第２の電極４６と第２の基板上の電極２１（図７R>７参照）との間の空隙間隔となる。この間隔保持手段は、第１の基板１の下面に後述する方法で形成されたＳｉＯ2 膜４１と、実施例３で述べた第２の基板の上面に形成されたＳｉＯ2 膜４２とで構成される。この場合でも少なくとも一方のＳｉＯ2 膜のみでギャップ長Ｇを確保できる。
【００７７】本実施例における第１の基板の製造工程を図１３に示す。
【００７８】まず、ｎ型の（１００）面方位のシリコンウエハの両面を鏡面研磨し、厚さ２００μｍのシリコン基板５３を作製し（図１３（ａ））、該シリコン基板５３に酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃，４時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板５３の両面に厚さ１μｍのＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを形成する（図１３（ｂ））。
【００７９】次いで、下面のＳｉＯ2 膜４１ｂの上に、図１２の電極４６及びリード部（図示せず）の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、ＳｉＯ2 膜４１ｂの露出部分をフッ酸系エッチング液にてエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図１３（ｃ））。
【００８０】次に、シリコン基板５３の露出したＳｉ部４７へのドープを行う。処理方法は、実施例３の場合と同様に行い、ｐ型層４８を形成する。該ｐ型層４８は第２の電極４６として機能するものである（図１３（ｄ））。
【００８１】次に、上面のＳｉＯ2 膜４１ａの上に、ノズル孔４、吐出室６等の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ａの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図１３（ｅ））。
【００８２】以降の工程は実施例３の場合と同様に行い、振動板５やノズル４、吐出室６、オリフィス７、インクキャビティ８の形成及び振動板５と第２の基板とのギャップ部を形成するためのＳｉＯ2 膜４１ｂのパターン加工を行う（図１３（ｅ）から（ｇ））。
【００８３】本実施例においても、実施例３と同様に、電極４６の形成には各種の方式を用いることができ、ドーパントしても各種のものを用いることが可能である。
【００８４】本実施例においては、個々の振動板５にそれぞれ駆動用電極４６を形成したため、発振回路による駆動の高速化、すなわち印字速度の高速化が可能となる。
【００８５】実施例３においては、インク液滴が個々に独立して球状に形成されるような駆動周波数は最大５ｋＨｚであったが、本実施例においては該駆動周波数は７ｋＨｚに向上した。また、本実施例においては、各々の電極４６と発振回路を接続するためのリード部も電極４６と同時に一体形成されており、インクジェットヘッドの小型化・高速化がはかられている。
【００８６】（実施例５）図１４は本発明の第５の実施例によるインクジェットヘッドの一部断面の分解斜視図である。本実施例のインクジェットヘッドは、基本的には図７に示した実施例３と同一の構造であるが、第１の基板１と第２の基板２とを接合した際に形成される振動板５と電極２１とのギャップ部の間隔を規定するための薄膜がホウ珪酸系ガラス薄膜４９であって、第１の基板１の下面に形成されることを特徴とする。
【００８７】図１５に本実施例における第１の基板の製造工程を示す。
【００８８】まず、（１００）面方位のシリコンウエハの両面を鏡面研磨し、厚さ２００μｍのシリコン基板５４を作製し（図１５（ａ））、該シリコン基板５４に酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃，４時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板５４の両面に厚さ１μｍのＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを形成する（図１５（ｂ））。
【００８９】次いで、上面のＳｉＯ2 膜４１ａの上に、ノズル孔４、吐出室６等の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ａの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図１５（ｃ））。
【００９０】次に、アルカリ液によるシリコンの異方性エッチングを行う。異方性エッチングの条件は実施例３の場合と同様に行い、ノズル孔４、吐出室６等を形成した後、耐エッチング材であったＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂをフッ酸系エッチング液にて除去する（図１５（ｄ））。
【００９１】次に、図１４における振動板５と電極２１との間隔を正確に規定するためのギャップスペーサとして機能し、また後に記するように、陽極接合法による接合において接合層となるホウ珪酸系ガラス薄膜４９を、シリコン基板５４の下面に形成する。まず、シリコン基板５４の下面に振動板５の形状に相当するフォトレジストパターン５０を形成し（図１５（ｅ））、次いで、スパッタ装置によりホウ珪酸系ガラス薄膜４９をシリコン基板５４の下面に形成し（図１５（ｆ））、次いで、シリコン基板５４を有機溶剤中に浸漬、超音波振動を加えてフォトレジストパターン５０を除去すると、図１５（ｇ）に示すように、振動板５に相当する箇所以外の部分にギャップスペーサとしてのホウ珪酸系ガラス薄膜４９が形成される。ホウ珪酸系ガラス薄膜４９のスパッタ条件は以下のとおりである。スパッタターゲットとしては、コーニング社製＃７７４０ガラスを用い、スパッタ雰囲気を８０％Ａｒ−２０％Ｏ2 ，圧力５ｍＴorr とし、ＲＦパワー６Ｗ／cm2 を印加し、０．５μｍのガラス薄膜４９を成膜した。
【００９２】図１４に示した第２の基板２及び第３の基板３は、実施例３に記した方法により作製したものを使用し、インクジェットヘッドを組み立てる。まず、第１の基板１と第３の基板３との陽極接合を実施例３に記した方法により行い、基板１と基板３を接合・一体化する。次に、第１の基板１と第２の基板２を陽極接合法により接合する。基板１に形成された振動板５と、基板２に形成された電極２１との位置合わせを行い、突き合わせた後、基板１と基板２をホットプレート上で３００℃に加熱し、基板１側を正、基板２側を負として直流電圧５０Ｖを１０分間印加し、陽極接合を行った。本実施例において作製されたインクジェットヘッドにつき実印字試験を行ったところ、実施例３の場合と同様に良好な印字が得られた。
【００９３】本実施例においては、振動板５と電極２１とのギャップ部の形成のため、ホウ珪酸系ガラス薄膜４９を基板１の下面に形成したが、陽極接合の原理上、ホウ珪酸系ガラス薄膜を第１の基板の下面でなく、第２の基板の上面に形成した場合にも同様の効果が得られる。ホウ珪酸系ガラス薄膜の形成方法は本実施例の場合と同様であり、また、第１の基板と第２の基板との陽極接合においては、３００℃にて第１の基板側を正、第２の基板側を負として直流電圧５０Ｖを印加することにより陽極接合が可能であり、ここで得られるインクジェットヘッドの品質は本実施例のものと全く同一である。
【００９４】本実施例では、第１の基板と第２の基板との接合を３００℃で行うことができるため、以下に記すような効果を生じる。第２の基板上に形成される電極としては、実施例３において記したようなｐ型またはｎ型不純物によるものでなくても、例えばＡｕまたはＡｌ等の融点が摂氏数１００度であるような金属膜が使用でき、すなわち電極の電気抵抗値を低減することができるため、インクジェットヘッドの駆動周波数を向上させることが可能となる。
【００９５】（実施例６）図１６は本発明の第６の実施例によるインクジェットヘッド用の第１の基板の一部断面を示す斜視図である。本実施例のインクジェットヘッドは、電極が形成される第２の基板及び第３の基板は実施例３と同一の構造である。本実施例の第１の基板１は、ｐ型シリコン基板５５の下面にｎ型Ｓｉ層５６をエピタキシャル成長させたシリコン基板５７を加工したものであり、電気化学的アルカリ異方性エッチング（後に詳しく説明する）により、ｐ型シリコン基板５５の一部を選択的にエッチング除去し、厚み精度の高い振動板５を得るものである。
【００９６】本実施例における第１の基板の製造工程を図１７に示す。
【００９７】まず、ｐ型の（１００）面方位のシリコンウエハの両面を鏡面研磨し、厚さ１７０μｍのシリコン基板５５を作製し、該シリコン基板５５の下面に、ｎ型Ｓｉ層５６を３０μｍの厚さでエピタキシャル成長により形成し、シリコン基板５７を得る（図１７（ａ））。例えば、シリコン基板５５は、Ｂ（ホウ素）をドープした基板であり、その濃度は４×１０15cm-3である。また、ｎ型Ｓｉ層５６はＡｌをドープしたものであり、その濃度は５×１０15cm-3である。上記のエピタキシャル成長工程では、厚さが均一なＳｉ層５６を形成することができ、目標厚さ３０μｍに対して誤差±０．２μｍの制御が可能である。
【００９８】次に、シリコン基板５７を酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃，４時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板５７の両面に厚さ１μｍのＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを形成する（図１７（ｂ））。
【００９９】次いで、上面のＳｉＯ2 膜４１ａの上に、ノズル孔４、吐出室６等の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、下面のＳｉＯ2 膜４１ｂの上に電気的導通用開口部５８に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図１７（ｃ））。
【０１００】次に、図１８に示す方式により、上記した電気化学的異方性エッチングを施す。図１８において、ｎ型Ｓｉ層５６を正、白金板８０を負として０．６Ｖの直流電圧を印加した状態で、イソプロピルアルコールを含むＫＯＨ水溶液（７０℃）中にシリコン基板５７を浸漬し、エッチングを行う。ｐ型シリコン基板５５の露出部分（ＳｉＯ2 膜４１ａで覆われていない部分）が完全にエッチング除去されたところで、ｎ型Ｓｉ層５６は正の直流電圧により不活性化されるため、エッチングは進行せず、この時点でエッチングが終了し、図１７（ｄ）の状態のシリコン基板を得る。
【０１０１】次いで、下面のＳｉＯ2 膜４１ｂの上に、振動板５に相当する形状のフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ｂの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する。また、同時にｐ型シリコン基板５５の表面に残留していたＳｉＯ2 膜４１ａは全て除去すると、図１６に示した第１の基板１が形成される（図１７（ｅ））。
【０１０２】上記以外の工程については実施例３の場合と同様である。本実施例の一連の工程により作製された１００個のインクジェットヘッドの振動板の厚みは、３０．０±０．２μｍという範囲に分布しており、上記のエピタキシャル工程によるｎ型Ｓｉ層５６の膜厚精度がほぼそのまま維持されている。これらのインクジェットヘッドを１００Ｖ，５ｋＨｚで駆動したところ、インク液滴の吐出速度は８±０．２ｍ／ｓ，インク液滴体積は（０．１±０．００５）×１０-6ｃｃという範囲に分布し、実印字試験において良好な印字が得られた。
【０１０３】（実施例７）図１９は本発明の第７の実施例によるインクジェットヘッド用の第１の基板の一部断面を示す斜視図である。本実施例のインクジェットヘッドは、電極が形成される第２の基板及び第３の基板は実施例３と同一の構造であり、また、製造工程も同一であるので詳細な説明は省略する。
【０１０４】本実施例の第１の基板１は、ｐ型シリコン基板６１の下面にｎ型Ｓｉ層６２をエピタキシャル成長させたシリコン基板６３を加工したものであり、ｐ型シリコン基板６１の結晶面方位は（１１０）である。（１１０）面方位のシリコン基板では、周知のように（１１１）面が（１１０）面の基板表面と＜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。本実施例では、このことを利用し、ノズル、吐出室等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狭めて、ノズルの高密度化を実現するものである。
【０１０５】本実施例における第１の基板の製造工程を図２０に示す。
【０１０６】図２０（ａ）から（ｄ）は、図１９のＣ−Ｃ線断面図に相当し、図２０（ｅ）から（ｇ）は、図１９R>９のＤ−Ｄ線断面図に相当する。まず、ｐ型の（１１０）面方位のシリコンウエハの両面を鏡面研磨し、厚さ１７０μｍのシリコン基板６１を作製し、該シリコン基板６１の下面に、ｎ型Ｓｉ層６２を３μｍの厚さでエピタキシャル成長により形成し、シリコン基板６３を得る（図２０（ａ））。例えば、シリコン基板６１は、Ｂをドープした基板であり、その濃度は４×１０15cm-3である。また、ｎ型Ｓｉ層６２はＡｌをドープしたものであり、その濃度は５×１０14cm-3である。上記のエピタキシャル成長工程では、目標厚さ３μｍに対して、誤差±０．０５μｍの制御が可能である。
【０１０７】次に、シリコン基板６３を酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃，４時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板６３の両面に厚さ１μｍのＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを形成する（図２０（ｂ））。
【０１０８】次いで、上面のＳｉＯ2 膜４１ａの上に、キャビティ、インクキャビティ等の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、下面のＳｉＯ2膜４１ｂの上に電気的導通用開口部６４に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図２０（ｃ））。なお、吐出室６の形状に相当するフォトレジストパターンの寸法は、幅５０μｍ、隣のパターンとの間隔を２０．７μｍ、すなわちピッチ間隔としては７０．７μｍとし、１インチ当りのインク滴ドット密度としては３６０ｄｐｉ（ドットパーインチ）とした。
【０１０９】次に、実施例６において記した方法と同一の方法で、シリコン基板６３に上記した電気化学的異方性エッチングを施し、ｐ型シリコン基板６１が貫通するまでエッチングを行う（図２０（ｄ））。図２０（ｄ）の段階で得られた凹部６は、シリコン基板６３の表面に対して垂直な壁からなるものである。
【０１１０】次いで、電気化学的異方性エッチングの際に、若干膜減りしたＳｉＯ2 膜４１ａ上にノズル４、オリフィス７などに相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、下面のＳｉＯ2 膜４１ｂ上は全面をフォトレジスト膜（図示せず）により被覆し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ａの露出部分をエッチング除去し、フォトレジストパターンを除去する（図２０R>０（ｅ））。
【０１１１】次に、図２０（ｄ）の工程と同様に、電気化学的エッチングにより深さ３０μｍのノズル４及びオリフィス７が形成されるまでエッチングを行う（図２０（ｆ））。
【０１１２】最後に、シリコン基板全体をフッ酸系エッチング液に浸漬し、ＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを除去し、第１の基板１を得る（図２０（ｇ））。得られた第１の基板上に形成された吐出室の幅は、エッチング時のアンダーカットにより若干拡大し５５μｍとなったが、ピッチ間隔としては７０．７μｍであり、所望の寸法の第１の基板が得られた。キャビティの幅の値は、インク吐出特性から最適値が存在するが、上記アンダーカットを考慮に入れてフォトレジストパターンの寸法を決定すれば、所望の形状のキャビティが得られる。
【０１１３】（実施例８）図２１は本発明の第８の実施例によるインクジェットヘッド用の第１の基板の一部断面を示す斜視図である。本実施例のインクジェットヘッドにおける振動板５は、高濃度のＢ（ホウ素）ドープ層６６であって、該ドープ層６６は所望の振動板厚と同じだけの厚さを有している。アルカリによるＳｉエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがＢの場合、高濃度（約５×１０19ｃｍ-3以上）の領域において、エッチングレートが非常に小さくなることが知られている。本実施例では、このことを利用し、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より吐出室６、インクキャビティ８を形成する際に、Ｂドープ層６６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、いわゆるエッチストップ技術により、振動板５、吐出室６などを所望形状に作製するものである。
【０１１４】本実施例における第１の基板の製造工程を図２２に示す。
【０１１５】まず、ｎ型の（１１０）面方位のＳｉウエハの両面を鏡面研磨し、厚さ２００μｍのシリコン基板６５を形成し、該シリコン基板６５に酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃，４時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板６５の両面に厚さ１μｍのＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを形成する（図２２（ａ））。
【０１１６】次いで、下面のＳｉＯ2 膜４１ｂの上に振動板（Ｂドープ層）６６、インクキャビティ８、電極のリード部（図示せず）の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、ＳｉＯ2 膜４１ｂの露出部分（振動板・インクキャビテイ・リード部に相当する部分）をフッ酸系エッチング液にてエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図２２（ｂ））。
【０１１７】次いで、シリコン基板６５の露出したＳｉ部６７へのＢドープを行う。処理方法は実施例３の場合と同様に行い、Ｂドープ層６６を形成するが、Ｂの濃度としては５×１０20ｃｍ-3、また、ドープ層厚さが１０μｍとなるようなドープ条件にて処理を行う（図２２（ｃ））。上記のような高いＢ濃度や厚いドープ層厚みを実現するためには、実施例３で記した各種の方法のうち、イオン注入法よりはむしろＢ2 Ｏ3 剤のスピンコート法や、ＢＮ板を用いる拡散法の方が望ましいが、いずれの方法でも実現可能である。
【０１１８】次いで、上面のＳｉＯ2 膜４１ａの上に、吐出室６、インクキャビティ８及びエッチング終点検出用パターン７１等の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、ＳｉＯ2 膜４１ａの露出部分をフッ酸系エッチング液にてエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図２２（ｄ））。なお、吐出室６に相当するフォトレジストパターンの寸法は、実施例７の場合と同様で、幅５０μｍ、隣のパターンとの間隔を２０．７μｍとした。
【０１１９】次に、シリコン基板６５のアルカリ異方性エッチングを行う。エッチング液としては、ＫＯＨ水溶液（濃度；２０重量％、温度；摂氏８０度）を用いた。前記のごとくＳｉのアルカリエッチングにおけるエッチングレートは図２３に示すようにＢ濃度依存性があり、ｎ型Ｓｉ基板では約１．５μｍ／分のエッチングレートでエッチングが進行するが、高濃度Ｂ領域では０．０１μｍ／分程度までエッチングレートが減少する。本実施例での振動板５の厚さ（設計値）は１０μｍであるため、シリコン基板６５の総厚さ２００μｍのうち１９０μｍをエッチング除去し、吐出室６及びインクキャビティ８等を形成すればよいが、実際にはシリコン基板６５は面内での板厚バラツキ（±１から２μｍ）を有するため、振動板５の厚さを均一にするのは困難である。
【０１２０】本実施例では、以下の方法により振動板の厚さを正確に形成したものである。シリコン基板を１９０μｍエッチングするには、計算により約１２６分４０秒のエッチングが必要である。また、１０μｍのエッチングを行うには、約６分４０秒のエッチングが必要であり、したがって２００μｍのエッチングには、合計１３３分２０秒の時間を要する。図２２（ｄ）の状態のシリコン基板に、上記エッチング液によるエッチングを合計で約１３３分２０秒行う。エッチング開始後、約１２６分４０秒経過した時点では、吐出室の部分では約１９０μｍのエッチングが進行し、エッチング面（図示せず）はほぼＢドープ層６６との界面近傍、あるいは界面そのものに達している。一方、エッチング終点検出用パターン７１の部分でも同様に約１９０μｍのエッチングが進行している。本工程においては、引き続き（連続して）約６分４０秒のエッチングが行われるが、エッチング面が仮にＢドープ層６６に達していない場合には、同様に１．５μｍ／分のエッチングレートにてエッチングが進行するが、エッチング面がＢドープ層６６に達したところで、エッチングレートは急激に減少し約０．０１μｍ／分となるため、高々６分程度のエッチング時間ではＢドープ層６６はほとんどエッチングされず、厚さ１０μｍのＢドープ層である振動板５が形成される。これに対し、エッチング終点検出用パターン７１の部分では、同様に約１．５μｍ／分のエッチングレートにてエッチングが進行し、合計約１３３分２０秒のエッチングにて貫通孔７２が形成される。前記のごとく、シリコン基板６５の板厚バラツキにより該貫通孔７２が形成されるエッチング時間には、多少のバラツキがあるが、エッチング開始後１３３分前後の時点で貫通孔７２が形成されたことを、各種手段（例えば作業者の目視観察、またはレーザ光を一方よりエッチング終点検出用パターンに照射し、他方に設置した受光素子により該管通孔形成時にレーザ光を検出するなど）により検出し、エッチングを終了する（図２２（ｅ））。
【０１２１】次に、下面のＳｉＯ2 膜４１ｂを実施例３の場合と同様に、第２の基板上に形成される電極との間隔を規定するためのパターン加工を行い、第１の基板１を得る。
【０１２２】上記の工程により形成された振動板５は、シリコン基板６５の面内での板厚バラツキ（±１から２μｍ）にも拘らず、１０±０．１μｍの精度で形成することができた。この±０．１μｍの誤差はアルカリエッチングにおけるバラツキではなく、Ｂドープ深さのバラツキによるものと思われる。
【０１２３】本実施例の方法では、Ｂドープ層の厚さの精度によって振動板の厚さ精度が決定される。１０μｍ程度の厚さ領域で正確な厚さ精度を得るためには、実施例３で記したＢＢｒ3 を拡散源とする方法が最も望ましいが、その他の方法でも処理条件を最適化することにより、ＢＢｒ3 を用いる方法と同様なドープ厚さ精度を得ることができる。
【０１２４】本実施例では、振動板部へのＢドープと同時に、振動板から連続するリード部へのＢドープも行っており、すなわち実施例４に記した振動板と同様の構造で、高濃度Ｂドープ部による個々の振動板に対応する駆動用電極がそれぞれ形成されるため、駆動周波数の向上も同時に達成することができる。
【０１２５】また、本実施例では、シリコン基板としてｎ型基板を用いたが、シリコン基板としてはｐ型基板であってもＢドープによる振動板の形成は同時に可能である。
【０１２６】以下の実施例９から実施例１２においては、本発明における基板の陽極接合方法について詳細に説明する。
【０１２７】（実施例９）図２４は本発明の陽極接合方法の実施例を示す概要図で、この接合方法に使用する接合装置と接合中の両基板の断面図である。また図２５は該接合装置の平面図である。本実施例では第１のシリコン基板１と第２のホウ珪酸ガラス基板２との陽極接合方法を示す。
【０１２８】本実施例における接合装置１１０は、電源１１３のプラス側に接続される陽極側接合電極板１１１と、電源１１３のマイナス側に接続される陰極側接合電極板１１２と、さらに陽極側接合電極板１１１からバネ１１４を介して突出させた端子板１１５を有する構成となっている。そして、陽極側接合電極板１１１と陰極側接合電極板１１２は、表面の接触抵抗を下げる目的で銅板の表面に金メッキを施している。また、端子板１１５は、陽極接合時、ホウ珪酸ガラス基板２上の複数の電極２１とシリコン基板１を等電位にするため単一の接触板で構成されている。この端子板１１５はまたバネ１１４により陽極側接合電極板１１１と結合されており、バネ１１４により電極２１に対し適度な接触圧力を保持する。なお、端子板１１５は電極２１の端子部２３に接触させる。
【０１２９】シリコン基板１とホウ珪酸ガラス基板２は、洗浄後アライナー（図示せず）を用いて振動板５と電極２１を位置合わせし、図２４、図２５のようにセットする。また、電極２１や電極板１１１、１１２の表面の酸化を防ぐため窒素ガス雰囲気中に置く。陽極接合にあたっては、まず両基板１、２を加熱するが、ホウ珪酸ガラス基板２が急激な温度上昇により割れるのを防ぐため、３００℃まで約２０分かけて昇温する。次いで、電源１１３により５００Ｖの電圧を約２０分間印加し、両基板１、２を接合する。接合時、ホウ珪酸ガラス基板２中のＮａイオンの移動により電流が流れるが、接合完了時には電流値が低下するので接合の目安をつける。接合完了後、両基板１、２の熱伝導率の差による応力割れを防ぐため、約２０分かけて徐冷する。
【０１３０】このように接合時、端子板１１５及びバネ１１４により電極２１と振動板５との電位差をなくせば電界が消失し放電や電界放出を防げるので、電極２１と振動板５間に大電流が流れることがなく、電極２１の溶融を防止できる。また、振動板５に電界による静電引力が働かないので、その周辺を固定した後の振動板５に残留応力が生じることがない。また、絶縁膜２４は振動板５からの電荷の移動により帯電し、電界中では振動板５の方向に静電引力を受け剥離するが、電極２１と振動板５を等電位とすることで、このような絶縁膜２４の剥離を防止することができる。
【０１３１】（実施例１０）図２６は本発明の陽極接合方法の他の実施例を示す概要図で、この接合方法に使用する接合装置と接合中の両基板の断面図である。図２７は該接合装置の平面図である。本実施例は、コイルバネからなる端子１１６を用いて個々の電極２１にそれぞれ接触させる構成としたものである。その他の構成は図２４R>４と同じである。端子１１６の材質は接合時の高温に耐える目的でＳＵＳ製としている。通常ＳＵＳ材は表面の酸化被膜による抵抗のため端子材料としては好ましくないが、陽極接合においては高電圧を加えることと、等電位にすることが目的のため、電流値は低くても良好な結果が得られる。各端子１６を独立したコイルバネとすることにより、陽極接合時の加熱による基板の反りや端子１１６の摩耗などによる電極２１との導通不良を防止できる。
【０１３２】（実施例１１）図２８はさらに他の実施例に係る陽極接合装置の平面図で、図２９は第２の基板上の電極と共通電極の配置関係を示す平面図である。なお、図２９では前記の絶縁膜は省略されている。本実施例は、フォトリソグラフィーによるバッジ処理により、１枚のホウ珪酸ガラス基板２Ａ上に、複数組（実施例では２組）のインクジェットヘッド用の複数の電極２１と各組の個々の電極２１を接続する共通の電極１２０を同時に形成したものである。共通電極１２０は各組の全ての電極２１の端子部２３と接続するリード部１２１ａ，１２１ｂを有する。また、このホウ珪酸ガラス基板２Ａに接合される１枚のシリコン基板（図示せず）にも図２４R>４、図２６と同様の構成を持つ複数組の要素（ノズル・吐出室・振動板・オリフィス・インクキャビティ）が対応位置に同時に加工される。そして、接合時、図２６と同様のコイルバネからなる１個の端子１１６をこの共通電極１２０と接触させ、陽極側接合電極板１１１と導通させている。したがって、各組の全ての電極２１と各組の全ての振動板とを等電位にすることができ、上記実施例と同様の作用効果を奏する。接合後、ダイシングによりインクジェットヘッドごとに切断され、各組の電極２１から共通電極１２０をそのリード部１２１ａ，１２１ｂの接続端にて切り離す。
【０１３３】（実施例１２）図３０はさらに他の実施例に係る陽極接合装置の断面図である。本実施例は、３枚の基板１、２、３を同時に陽極接合するようにしたものである。このうち第１の基板１はシリコン基板であり、第２、第３の基板２、３はホウ珪酸ガラス基板である。第３の基板３は単にノズル孔４、吐出室６、オリフィス７、インクキャビティ８の蓋としての役割なので、ホウ珪酸ガラス基板に比べて低い接合精度で十分でありソーダガラスの接着でも十分であるが、第３の基板３もホウ珪酸ガラス基板とすることにより陽極接合を行えば信頼性を向上することができる。
【０１３４】そこで、本実施例では、第２、第３のホウ珪酸ガラス基板２、３と接触させる上下の接合電極板１１１、１１２を電源１１３のマイナス側に接続し、第１のシリコン基板１と第２のホウ珪酸ガラス基板２上の電極２１とを電源１１３のプラス側に接続して同時に陽極接合する。したがって、この同時陽極接合によって、基板１、２、３の加熱や徐冷に要する時間も節減でき、接合時間を大幅に短縮できるとともに、前記実施例９ないし実施例１１のようにシリコン基板１の表面を上部接合電極板１１１との直接接触による汚染などからも防ぐことができる。
【０１３５】以下の実施例１３及び実施例１４においては、先に述べたように構成されたギャップ部への塵埃の侵入を防止する構成例を示す。ここでは、静電式アクチュエータを例にとって説明するが、インクジェットヘッドの場合でも全く同一の構造とすることができるものである。
【０１３６】（実施例１３）図３１は本実施例に係る静電式アクチュエータの断面図、図３２はその平面図である。既に述べた実施例からも明らかなように、第１の基板１と第２の基板２は所定のギャップ長をもって陽極接合またはＳｉ直接接合される。陽極接合時の温度は高いので、ギャップ部１６内の空気が膨張し、接合後常温に下がった時点ではギャップ部１６内の圧力が大気圧以下になるため、振動板５が電極２１の方向へ撓み電極２１と接触し短絡したり、あるいは振動板５に不必要な応力を与えたりするなどの障害が生じる。また、これを防ぐためにギャップ部１６を大気に解放したままにしておくと、静電気の作用により塵埃を吸引し、該塵埃が電極２１に付着したりして振動板５の振動特性が変動する。
【０１３７】そこで、本実施例では、ギャップ部１６を通路１８を介して大気に解放させるとともに、該通路１８の出口１９ａ，１９ｂを、陽極接合後基板１、２が常温に下がった時点で粘度の高いエポキシ系等の封止剤を用いて封止している。図中、２０がそのシール部材を示している。２３は電極２１の端子部、４１は基板１に形成した絶縁膜であるＳｉＯ2 膜、１０２は発振回路、１０６は発振回路１０２の一方の端子を基板１に接続するために設けられた金属膜である。なお、通路１８は電極２１の周囲を巡るように設けられている。
【０１３８】基板１を構成するシリコン基板は熱伝導率が高いので熱可塑性樹脂を用いてシールしてもギャップ部１６内の圧力が高くなることはなく、また、シール部材２０は粘度が高いため、通路１８内に流れ込むことはない。
【０１３９】したがって、本実施例の構成によると、陽極接合時はギャップ部１６が通路１８を介して大気に解放しているため、陽極接合時の加熱によりギャップ部１６内の圧力上昇を生じることがなく、また陽極接合後の常温低下後においてはシール部材２０により通路１８の出口を封止しているので、ギャップ部１６内へ塵埃が侵入することがなく、上記のような不都合を生じない。
【０１４０】（実施例１４）図３３は他の実施例に係る静電式アクチュエータの断面図である。本実施例では、振動板５の下面に電極２１と対向させて第２の電極４６を設けたものである。該第２の電極４６はＣｒまたはＡｕの薄膜からなる。静電式アクチュエータはコンデンサとして機能するため、対向電極２１、４６にＶなる電圧を加えると、電荷の充電・放電による対向電極２１と４６間の電圧Ｖc は、充電時Ｖc ＝Ｖ（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ））
放電時Ｖc ＝Ｖｅｘｐ（−ｔ／Ｔ）
ただし、Ｔ：時定数に示されるように指数関数的になり、時定数Ｔが大きいと、Ｖc の立ち上がる速度が遅くなることがわかる。時定数Ｔは抵抗をＲ，静電容量をＣとするとＲＣで与えられる。シリコンの抵抗は金属に比べて高いため、高速駆動するには抵抗値の低いＣｒまたはＡｕ薄膜の電極４６を振動板５に形成し、時定数を下げることによりアクチュエータの応答性を向上させている。
【０１４１】（実施例１５）図３４は本発明のさらに他の実施例によるインクジェットヘッドの断面図である。本実施例は、振動板５の下部に形成するギャップＧを感光性樹脂層または接着剤層２００の厚みで確保することとしたものである。すなわち、第２の基板２の電極２１の周辺に感光性樹脂層または接着剤層２００を印刷パターニングし、この第２の基板２と第１の基板１を貼り合わせてラミネート接合する。具体的には、第２の基板２としてソーダガラスを使用し、その構成は実施例２と同様とした。そして、感光性樹脂として感光性ポリイミドを用い、基板２の電極２１の周辺に厚さ１μｍで印刷パターニングすることにより、感光性樹脂層２００を形成した。一方、第１の基板１は実施例２と同様にシリコン基板の下面を平滑面にし、この基板１と上述の基板２を２５０℃でラミネート接合した。したがって、感光性樹脂の場合、振動板５と電極２１とのギャップ長Ｇは１．４μｍである。また、接着剤の場合にはエポキシ接着剤を使用した。その厚さは１．５μｍとし、１００℃で基板１と基板２をラミネート接合した。この場合、ギャップ長Ｇは１．９μｍ弱となっている。接着剤の場合は接合時、基板１と基板２を加圧しなければならないので、感光性樹脂の場合と異なり、その分ギャップ長Ｇは小さめになる。
【０１４２】このようなギャップ保持手段によっても所定のギャップ長を確保することができ、そのインクジェットヘッドは実施例２とほぼ同様の低電圧で駆動可能で良好な印字性能を示した。
【０１４３】なお、感光性樹脂としては、上記のポリイミドだけでなく、アクリル、エポキシなどでもよく、焼成温度をそれぞれの樹脂に合わせて調整する。また、接着剤にはその他にアクリル系、シアノ系、ウレタン系、シリコン系など各種の材料が使用可能である。
【０１４４】
【発明の効果】以上のように構成され、作用をする本発明の効果を列挙すると下記のとおりである。
【０１４５】（１）振動板と電極間のギャップ長を０．０５μｍ以上、２．０μｍ以下とすることにより、インクジェットヘッドの低電圧駆動が可能になり、かつ、安定した高品質の印字が得られる。
（２）上記ギャップ長は、振動室用の凹部、電極装着用の凹部、ＳｉＯ2 膜もしくはホウ珪酸系ガラス薄膜、感光性樹脂層もしくは接着剤層により正確に保持できる。特にＳｉＯ2 膜またはホウ珪酸系ガラス薄膜とすることにより、膜厚を正確に制御できるため、振動板の振動特性が均一となり、均一な印字品質が得られる。
（３）振動板に第２の電極を形成することにより、振動板の振動特性が向上し、高速印字が可能になる。
（４）振動板を形成する第２の基板に（１１０）面方位のシリコン基板を使用すると、キャビティの壁面が基板表面に対し垂直になるのでインクジェットヘッドの小型高密度化が可能になる。
（５）第１の基板と第２の基板を陽極接合する際に、振動板と電極の電位差を減ずるように調整することにより、振動板と電極間の放電や電界放出などを防止でき、所定のギャップ長を正確に保持できるとともに、振動板の残留応力、絶縁膜の剥離などが発生しない。
（６）振動板と電極間のギャップ部に外部に通じる通路を設けることにより、陽極接合時、ギャップ部内の圧力上昇がなくなり、また陽極接合後において該通路の出口を封止することによりギャップ部内への塵埃の侵入を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの第１の実施例を示す分解斜視図である。
【図２】第１の実施例の断面側面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】本発明のインクジェットヘッドの第２の実施例を示す分解斜視図である。
【図５】第２の実施例の断面側面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図７】本発明のインクジェットヘッドの第３の実施例を示す分解斜視図である。
【図８】第３の実施例を一部取り出して示す拡大斜視図である。
【図９】第３の実施例における第１の基板の製造工程図である。
【図１０】第３の実施例における振動板の部分の寸法関係を示す図である。
【図１１】第３の実施例における第２の基板の製造工程図である。
【図１２】本発明のインクジェットヘッドの第４の実施例における第１の基板の斜視図である。
【図１３】第４の実施例における第１の基板の製造工程図である。
【図１４】本発明のインクジェットヘッドの第５の実施例を示す分解斜視図である。
【図１５】第５の実施例における第１の基板の製造工程図である。
【図１６】本発明のインクジェットヘッドの第６の実施例における第１の基板の斜視図である。
【図１７】第６の実施例における第１の基板の製造工程図である。
【図１８】第６の実施例における電気化学的異方性エッチングの方法を示す図である。
【図１９】本発明のインクジェットヘッドの第７の実施例における第１の基板の斜視図である。
【図２０】第７の実施例における第１の基板の製造工程図である。
【図２１】本発明のインクジェットヘッドの第８の実施例における第１の基板の斜視図である。
【図２２】第８の実施例における第１の基板の製造工程図である。
【図２３】アルカリ異方性エッチングにおけるＢ（ホウ素）濃度とエッチングレートの関係を示す図である。
【図２４】本発明の陽極接合方法に使用する陽極接合装置の実施例を示す断面図である。
【図２５】図２４の陽極接合装置の平面図である。
【図２６】本発明の陽極接合方法に使用する陽極接合装置の他の実施例を示す断面図である。
【図２７】図２６の陽極接合装置の平面図である。
【図２８】本発明の陽極接合方法に使用する陽極接合装置のさらに他の実施例を示す平面図である。
【図２９】図２８の第２の基板の平面図である。
【図３０】本発明の陽極接合方法に使用する陽極接合装置のさらに他の実施例を示す断面図である。
【図３１】本発明の塵埃防止法の実施例を示す断面図である。
【図３２】図３１の実施例の平面図である。
【図３３】本発明の塵埃防止法の他の実施例を示す断面図である。
【図３４】本発明の間隔保持手段の他の実施例を示す断面図である。
【図３５】本発明の第１の実施例のインクジェットヘッドを組み込んだプリンタを示す概要図である。
【符号の説明】
１ 第１の基板
２ 第２の基板
３ 第３の基板
４ ノズル孔
５ 振動板
６ 吐出室
７ オリフィス
８ インクキャビティ
９ 振動室
１０ インクジェットヘッド
１５ 凹部
２１ 電極
２４ 絶縁膜
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、記録を必要とする時にのみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるインクジェット記録装置の主要部であるインクジェットヘッドに関し、特にその駆動方式として静電気力を利用するものに係り、並びに本発明の目的を有効に達成する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小さいこと、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できることなど多くの利点を有する。この中でも記録の必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・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ため、現在主流となってきてきている。
【０００３】このインク・オン・デマンド方式のインクジェットヘッドには、特公平２−５１７３４号公報に示されるように、駆動手段が圧電素子であるものや、特公昭６１−５９９１１号公報に示されるように、インクを加熱し気泡を発生させることによる圧力でインクを吐出させる方式などがある。
【０００４】しかしながら、前述の従来のインクジェットヘッドでは以下に述べるような課題があった。
【０００５】前者の圧電素子を用いる方式においては、圧力室に圧力を生じさせるためのそれぞれの振動板に圧電素子のチップを貼り付ける工程が複雑で、特に最近のインクジェット記録装置による印字には、高速・高印字品質が求められてきており、これを達成するためのマルチノズル化・ノズルの高密度化において、圧電素子を微細に加工し各々の振動板に接着することは極めて煩雑で多大の時間がかかる。また、高密度化においては、圧電素子を幅数１０〜１００数十ミクロンで加工する必要が生じてきているが、従来の機械加工における寸法・形状精度では、印字品質のバラツキが大きくなってしまうという課題があった。
【０００６】また、後者のインクを加熱する方式においては、駆動手段が薄膜の抵抗加熱体により形成されるため、上記のような課題は存在しないが、駆動手段の急速な加熱・冷却の繰り返しや気泡消滅時の衝撃により、抵抗加熱体がダメージを受けるため、インクジェットヘッドの寿命が短いという課題があった。
【０００７】これらの課題を解決するものとして、本出願人は、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について出願しているが（特願平３−２３４５３７号）、この方式は小型高密度・高印字品質及び長寿命であるという利点を有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これらの利点をさらに増強するためには、次のような課題が残されている。
【０００９】その一つは、インク吐出室を構成する振動板と、該振動板を駆動するための電極とのギャップに関する問題である。静電気力を利用する方式では、圧電素子のものに比べて同じ電圧で発生できる吐出圧力が非常に低く、しかも発生圧力は距離の逆数の自乗に比例するので、印字品質のバラツキを抑えるためには、このギャップの寸法を所定範囲内に極めて高い精度で保つ必要がある。
【００１０】二つ目は、上記のギャップの寸法精度に加えて、振動板の寸法精度に関する問題である。吐出圧力は振動板の厚さの３乗に比例し、また矩形振動板では短辺長の逆数の５乗に比例するので、振動板の寸法のバラツキはインク吐出特性に極めて重大な影響を与える。
【００１１】三つ目は、上記のような極めて高精度のギャップ部の寸法精度及び振動板の寸法精度を実現する製造方法に関する問題である。この種の基板同士の接合には陽極接合法を用いる。陽極接合はホウ珪酸ガラス基板を陰極側に、ノズルや振動板等を設けたシリコン基板を陽極側に接続して、摂氏３００度で５００Ｖの電圧を印加し接合する。３００℃の温度では、ホウ珪酸ガラスに含まれるＮａイオンが電界により陰極側に移動するので、シリコンとホウ珪酸ガラスの界面に極めて強い静電引力が発生し密着する。しかしながら、電極と振動板間の空隙では気体の絶縁破壊や電界放出などによる大電流が瞬間的に流れ、電極が溶融したり、振動板に付着し短絡を生じたりする可能性がある。また、陽極接合時にはインクジェットヘッド駆動時に比べ著しく高い電圧で接合するので、振動板が陽極接合時の電界により変形した状態でその周囲を固定されてしまい、そのため残留応力が発生し個々の振動板の固有振動数が変動する。その結果、インク吐出特性が変動してしまい、あるいは電極上の絶縁膜が静電引力により振動板方向に引っ張られ電極から剥離するなどの問題を生じる。
【００１２】したがって、本発明の目的は、静電気力を利用した方式のインクジェットヘッドにおいて、さらに低い駆動電圧で駆動することができ、かつ、安定した高印字品質を得るために、まず、電極と振動板間のギャップ寸法を規制するとともに、そのギャップ保持手段を高精度に実現する製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、ギャップ部及び振動板の寸法精度が極めて高く、したがって小型高密度化を実現し得るインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、ギャップ部の寸法精度を維持するため、並びにギャップ部への塵埃の侵入を防止するため、ギャップ部の外部との遮断措置を講じたインクジェットヘッドを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェットヘッドは、インク液滴を吐出する単一または複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に連通する吐出室と、該吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備え、前記駆動手段が前記振動板を静電気力により変形させる電極からなるインクジェットヘッドにおいて、前記振動板と前記電極との対向間隔を０．０５μｍ以上、２．０μｍ以下としたことを特徴とするものである。
【００１４】また、本発明は、前記対向間隔の保持手段を、前記振動板を形成する第１の基板に形成した振動室用の凹部とし、または前記電極を形成する第２の基板に形成した電極装着用の凹部としたものである。又は両方を凹部とする。
【００１５】本発明の他の態様によると、前記第１の基板及び前記第２の基板が共に単結晶シリコン基板であり、両基板の接合部の少なくとも一方の面にあらかじめ形成したＳｉＯ2 膜により前記対向間隔の保持手段を構成する。前記ＳｉＯ2 膜はシリコンの熱酸化膜とし、また、該ＳｉＯ2 膜は、スパッタリング法又は蒸着又は熱酸化法もしくはＣＶＤ法または有機シリコン化合物の焼結法等により形成することができる。さらにまた、前記電極はｐ型またはｎ型不純物により形成する。
【００１６】また、本発明の他の態様によると、前記電極が前記振動板との間に空隙を存して絶縁膜により被覆されている。
【００１７】本発明のインクジェットヘッドの製造方法の好ましい態様によると、振動板を形成する第１のシリコン基板の接合面に該振動板の部分を除きＳｉＯ2 膜を所定の厚さにパターン形成する工程と、電極を形成する第２のシリコン基板の接合面に該電極の部分を除きＳｉＯ2 膜を所定の厚さにパターン形成する工程のうち、少なくとも一つの工程を有し、さらに前記第１及び第２のシリコン基板同士を前記ＳｉＯ2 膜を介してＳｉ直接接合する工程とからなることを特徴とする。
【００１８】また、本発明の製造方法の他の態様によると、前記第１のシリコン基板にアルカリ異方性エッチングを施すことにより前記振動板を形成する工程を有する。そしてまた、前記第２のシリコン基板にドープ加工を行うことによりｐ型またはｎ型不純物からなる前記電極を形成する工程を有する。
【００１９】さらに、本発明のインクジェットヘッドの他の態様によると、前記振動板に前記対向間隔の距離を満たすように一体形成された第２の電極を有する。また、該第２の電極はｐ型またはｎ型不純物により形成されている。
【００２０】本発明のインクジェットヘッドの別の態様によると、前記第１の基板及び前記第２の基板の接合部の少なくとも一方の面にあらかじめ形成したホウ珪酸系ガラス薄膜をギャップスペーサとして前記対向間隔の保持手段を構成したことを特徴とする。ホウ珪酸系ガラス薄膜はスパッタリング法により形成する。
【００２１】本発明のインクジェットヘッドのさらに他の態様によると、前記振動板がｎ型不純物層からなることを特徴とする。または、前記振動板が高濃度のｐ型不純物層からなることを特徴とする。また、前記第２の電極を含む駆動用配線層が高濃度のｐ型不純物層から形成されている。
【００２２】本発明のインクジェットヘッドのさらに他の態様によると、前記第１の基板が結晶面方位（１１０）のシリコン基板であることを特徴とする。また、前記第１の基板はｐ型シリコン基板にｎ型不純物層をエピタキシャル成長させたシリコン基板とする。
【００２３】本発明の製造方法の別の態様によると、ｐ型シリコン基板にｎ型不純物層を形成する工程と、該シリコン基板に電気化学的異方性エッチングを施すことにより前記振動板を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２４】また、本発明の製造方法の他の態様によると、振動板を形成した第１の基板と、前記振動板を駆動する電極を形成した第２の基板とを陽極接合する方法において、陽極接合時に、前記振動板と前記電極との電位差を減ずるように調整する工程を有することを特徴とする。また、前記電極の電位を振動板と等電位にする。
【００２５】本発明の製造方法のさらに他の態様によると、振動板を形成した第１の基板と、前記振動板を駆動する電極を形成した第２の基板とを陽極接合する方法において、前記電極の各々に接続される共通電極を前記第２の基板上に形成する工程と、陽極接合時に、前記振動板と前記共通電極との電位差を減ずるように調整する工程と、陽極接合後に、前記共通電極を前記電極から切り離す工程とを有することを特徴とする。
【００２６】本発明のインクジェットヘッドの別の態様によると、前記振動板を形成した第１の基板と前記電極を形成した第２の基板とを陽極接合する前は前記振動板と前記電極間のギャップ部が外部に通じる通路を有し、陽極接合後において前記通路の出口が封止部材により封止されていることを特徴とする。
【００２７】本発明のインクジェットヘッドのさらに別の態様によると、前記対向間隔の保持手段を、前記電極の周辺にパターン形成した感光性樹脂層または接着剤層としたものである。
【００２８】
【作用】本発明のインクジェットヘッドは、電極にパルス電圧を印加することにより該電極とこれに対向して配置された振動板との間に静電気力による引力あるいは斥力が働き、この静電気力によって振動板を変形させ、インク液滴をノズル孔より吐出させるものであるが、振動板と電極との対向間隔を前記のように規定することにより、インクジェットヘッドの駆動が低電圧で可能になり、また、インクの吐出速度及び吐出量が安定し、極めて高品質の印字が得られる。もちろん、この対向間隔の距離（ギャップ長）は実験により確認したものであり、ここで、ギャップ長を０．０５μｍ以上とした理由は、この値未満ではインク吐出体積が印字に必要な大きさが取れないことと、振動板が電極と接触し電極を破壊することなどの不都合を生じるからである。また、ギャップ長を２．０μｍ以下とした理由は、駆動電圧からくるものであり、この上限値を超えるようなものは実用性の高い性能を達成できないからである。
【００２９】前記のように規定されたギャップ長を保持する手段としては、振動室用の凹部、電極装着用の凹部、接合すべき基板の接合面に形成されたＳｉＯ2 膜もしくはホウ珪酸系ガラス薄膜、あるいは感光性樹脂層または接着剤層があり、所定のギャップ長はこれらの凹部または薄膜層により確保できる。
【００３０】特にＳｉＯ2 膜またはホウ珪酸系ガラス薄膜とするときは、膜厚を高精度に制御することができ、振動板の振動特性が均一になり、したがって均一な印字品質が得られる。
【００３１】また、振動板に第２の電極を一体形成することにより、第２の電極の電気抵抗値が下がるためインクジェットヘッドの駆動周波数が向上し、高速印字が可能になる。
【００３２】さらに、振動板を形成する第１の基板に（１１０）面方位のシリコン基板を使用すると、エッチングによりキャビティの壁面を基板表面に対し垂直にできるため、ノズルのピッチ間隔を小さくでき、小型高密度化が可能になる、また該振動板を高濃度のｐ型不純物層とすることにより、インクジェットヘッドの駆動周波数も向上し、クロストーク改善ができる。
【００３３】また、振動板を形成した第１の基板と、電極を形成した第２の基板を陽極接合する際に、振動板と電極の電位差を減ずるように調整すると、例えば振動板と電極を等電位に置くように調整すると、陽極接合時、振動板と電極間に発生する放電や電界放出を防止でき、また静電引力による絶縁膜の剥離を防ぐことができる。したがって、電極の溶融、振動板の残留応力の発生などの不都合が生じない。
【００３４】また、振動板と電極間のギャップ部に外部に通じる通路を設けることにより、陽極接合時の加熱によるギャップ部内の圧力上昇がなくなり、前記ギャップ長を所期のとおりに維持できるとともに、振動板の残留応力の発生や振動板と電極との接触などを防止できる。そしてまた、該通路の出口は陽極接合後インクジェットヘッド全体が常温に下がった時に封止部材で封止することで、ギャップ部内への塵埃の侵入を防止できる。
【００３５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。
【００３６】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例によるインクジェットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示してある。本実施例はインク液滴を基板の端部に設けたノズル孔から吐出させるエッジインクジェットタイプの例を示すものである。図２は組み立てられた全体装置の断面側面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視図である。
【００３７】本実施例のインクジェットヘッド１０は、下記に詳述する構造を持つ３枚の基板１、２、３を重ねて接合した積層構造となっている。
【００３８】中間の第１の基板１は、シリコン基板であり、複数のノズル孔４を構成するように基板１の表面に一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝１１と、各々のノズル溝１１に連通し底壁を振動板５とする吐出室６を構成することになる凹部１２と、凹部１２の後部に設けられたオリフィス７を構成することになるインク流入口のための細溝１３と、各々の吐出室６にインクを供給するための共通のインクキャビティ８を構成することになる凹部１４を有する。また、振動板５の下部には後述する電極を装着するため振動室９を構成することになる凹部１５が設けられている。
【００３９】本実施例においては、振動板５とこれに対向して配置される電極との対向間隔、すなわちギャップ部１６の長さＧ（図２参照、以下、「ギャップ長」と記す。）が凹部１５の深さと電極の厚さとの差になるように、間隔保持手段を第１の基板１の下面に形成した振動室用の凹部１５により構成したものである。ここでは、凹部１５の深さをエッチングにより０．６μｍとしている。なお、ノズル溝１１のピッチは０．７２mmであり、その幅は７０μｍである。
【００４０】第１の基板１の下面に接合される下側の第２の基板２にはパイレックスガラス（ホウ珪酸系ガラス）を使用し、この基板２の接合によって振動室９を構成するとともに、基板２を前記振動板５に対応する各々の位置に振動板形状と類似した形状に金を０．１μｍスパッタし、ほぼ振動板５と同じ形状に金パターンを形成して電極２１としている。電極２１はリード部２２及び端子部２３を持つ。さらに電極端子部２３を除きパイレックススパッタ膜を全面に０．２μｍ被覆して絶縁層２４とし、インクジェットヘッド駆動時の絶縁破壊、ショートを防止するための膜を形成している。
【００４１】第１の基板１の上面に接合される上側の第３の基板３には第２の基板２と同じくパイレックスガラスを用いている。この基板３の接合によって、前記ノズル孔４、吐出室６、オリフィス７及びインクキャビティ８が構成される。そして、基板３にはインクキャビティ８に連通するインク供給口３１を設ける。インク供給口３１は接続パイプ３２及びチューブ３３を介して図示しないインクタンクに接続される。
【００４２】次に、第１の基板１と第２の基板２を温度３００℃，電圧５００Ｖの印加で陽極接合し、また同条件で第１の基板１と第３の基板３を接合し、図２のように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５と第２の基板２上の電極２１とのギャップ長Ｇは凹部１５の深さと電極２１の厚さとの差であるから、０．５μｍとなる。また、振動板５と電極２１上の絶縁層２４との空隙間隔Ｇ1 は０．３μｍとなる。
【００４３】上記のようにインクジェットヘッドを組み立てた後は、基板１と電極２１の端子部２３間にそれぞれ配線１０１により発振回路１０２を接続し、インクジェット記録装置を構成する。インク１０３は、図示しないインクタンクよりインク供給口３１を経て基板１の内部に供給され、インクキャビティ８、吐出室６等を満たしている。
【００４４】図２において、１０４はノズル孔４より吐出されるインク液滴、１０５は記録紙である。
【００４５】上記のように構成された本実施例の動作を説明する。電極２１に発振回路１０２により０Ｖから１５０Ｖのパルス電圧を印加し、電極２１の表面がプラスに帯電すると、対応する振動板５の下面はマイナス電位に帯電する。したがって、振動板５は静電気の吸引作用により下方へ撓む。次に、電極２１をＯＦＦにすると、該振動板５は復元する。そのため、吐出室６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔４よりインク液滴１０４を記録紙１０５に向けて吐出する。そして次に、振動板５が再び下方へ撓むことにより、インク１０３がインクキャビティ８よりオリフィス７を通じて吐出室６内に補給される。
【００４６】このようにして作製されたインクジェットヘッド１０を図３５に示すようなプリンタに組み込み、５ｋＨｚ駆動でインク液滴を７ｍ／sec で飛翔させた結果、上記のような低い駆動電圧で良好な印字性能が得られた。なお、図３５において、３００はプラテン、３０１はインクタンク、３０２はインクジェットヘッド１０のキャリッジ、３０３はポンプ、３０４はキャップ、３０５は排インク溜、３０６はインク供給チューブ、３０７はインク排出チューブ、３０８は噴射口排出チューブである。
【００４７】なお、振動板５と電極２１間のギャップ長を２．５μｍにした場合には、駆動電圧が２５０Ｖ以上となり、プリンタとして実用的でなかった。
【００４８】（実施例２）図４は本発明の第２の実施例によるインクジェットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示してある。本実施例はインク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるフェイスインクジェットタイプの例を示すものである。図５は組み立てられた全体装置の断面側面図、図６は図２のＢ−Ｂ線矢視図である。なお、以降においては、実施例１と同一または相当する部分及び部材は同一符号を用いて示し、説明は省略する。
【００４９】本実施例のインクジェットヘッド１０は、第３の基板３の面に穿孔したノズル孔４よりインク液滴を吐出させるようにしたものである。
【００５０】本実施例における第１の基板１は、厚さ３８０μｍの結晶面方位（１１０）のシリコン基板であり、吐出室６を構成する凹部１２の底壁を厚さ３μｍの振動板５としている。また、この振動板５の下部には実施例１のような振動室用の凹部は形成されてなく、振動板５の下面は鏡面研磨による平滑面となっている。
【００５１】第１の基板１の下面に接合される第２の基板２は、実施例１と同様にパイレックスガラスを使用し、この基板２に電極２１を装着するための凹部２５を０．５μｍエッチングすることにより上述のようなギャップ長Ｇを形成している。この凹部２５はその内部に電極２１、リード部２２及び端子部２３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ている。電極２１は凹部２５内にＩＴＯを０．１μｍスパッタし、ＩＴＯパターンを形成することで作製し、さらに端子部２３にのみボンディングのための金をスパッタしている。さらに電極端子部２３を除きパイレックススパッタ膜を全面に０．１μｍ被覆し絶縁層２４としている。なお、図４では絶縁層２４が平坦に描かれているが、実際には凹部２５上の部分が凹んだ状態になっているものである。したがって、本実施例におけるギャップ長Ｇは陽極接合後０．４μｍ，空隙間隔Ｇ1 は０．３μｍとなっている。
【００５２】また、第１の基板１の上面に接合される第３の基板３には、厚さ１００μｍのＳＵＳ板を用い、基板３の面部に、吐出室用の凹部１２と連通するようにそれぞれノズル孔４を設け、またインクキャビティ用の凹部１４と連通するようにインク供給口３１を設ける。
【００５３】このインクジェットヘッド１０を使用して、発振回路１０２により０Ｖから１００Ｖのパルス電圧を電極２１に印加したところ、実施例１と同様に良好な印字性能が得られた。なお、ギャップ長Ｇが２．３μｍのものでは駆動電圧が２５０Ｖ以上となり、プリンタとして実用的でなかった。
【００５４】（実施例３）図７は本発明の第３の実施例によるインクジェットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示してある。図８は該インクジェットヘッドの一部を取り出して示す拡大斜視図である。
【００５５】本実施例では、ギャップ長保持手段を第１の基板１と第２の基板２の接合部にあらかじめ形成したＳｉＯ2 膜４１、４２により構成したものである。すなわち、これらのＳｉＯ2 膜４１、４２はギャップスペーサとして機能するものである。第１の基板１は結晶面方位が（１００）である単結晶シリコンウエハを用い、その下面に振動板５に相当する部分を除きＳｉＯ2 膜４１を例えば０．３μｍの厚さに形成する。同様に第２の基板２も結晶面方位（１００）の単結晶シリコンウエハを用い、その上面に電極２１を除きＳｉＯ2 膜４２を例えば０．２μｍの厚さに形成する。したがって、両基板１、２を接合したときのギャップ長Ｇ（図８参照）は０．５μｍとなる。
【００５６】本実施例における第１の基板の製造工程を図９に示す。
【００５７】まず、（１００）面方位のシリコンウエハの両面を鏡面研磨し、厚さ２００μｍのシリコン基板５１を作製し（図９（ａ））、該シリコン基板５１に酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃，４時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板５１の両面に厚さ１μｍのＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを形成する（図９（ｂ））。ＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂは耐エッチング材として使用するものである。
【００５８】次いで、上面のＳｉＯ2 膜４１ａの上に、ノズル４、吐出室６、オリフィス７、及びインクキャビティ８の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ａの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図９（ｃ））。
【００５９】次に、アルカリ液によるシリコン基板５１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。本実施例では、イソプロピルアルコールを含む水酸化カリウム水溶液を用いてエッチングを行った。振動板の機械的変形特性は、該振動板の各部寸法によって決定されるため、本インクジェットヘッドに要求されるインク吐出特性上から振動板の各部の設計寸法が決定される。本実施例では振動板５の幅ｈを５００μｍ，厚さｔを３０μｍとしている（図１０参照）。
【００６０】（１００）面方位のシリコン基板５１において、（１１１）面は基板表面である（１００）面に対して結晶構造上約５５°の角度をもって交わっているため、上記のように（１００）面方位のシリコン基板中に形成すべき各部の寸法が決定されると、第１の基板の厚さに対し耐エッチング材のマスクパターン寸法は一義的に決定される。図１０に示すように、吐出室６の上端の幅ｄを７４０μｍとし、１７０μｍのエッチングを施すと、幅ｈが５００μｍ，厚さｔが３０μｍである振動板５が得られる。実際のエッチングでは、（１１１）面はわずかずつエッチング（アンダーカット）され、図１０における寸法ｄはマスクパターン幅ｄ1より若干大きくなる。したがって、マスクパターン幅ｄ1 は、（１１１）面１２ａのアンダーカット寸法の分だけ小さくしなければならないので、本実施例では７３０μｍとし、上記のアルカリエッチング液にて所定量（１７０μｍ）のエッチングを行った（図９（ｄ））。
【００６１】次に、シリコン基板５１の下面のＳｉＯ2 膜４１ｂのパターン加工を行う。ＳｉＯ2 膜４１ｂの厚さは、図９（ｂ）の段階では前記のように１μｍであったが、図９（ｄ）のアルカリ異方性エッチングの工程においては、該ＳｉＯ2 膜４１ｂはアルカリ液によりエッチングされ、その厚さは０．３μｍと減少している。本実施例においては、ＳｉＯ2 膜のエッチングレートは非常に小さいため、ＳｉＯ2 膜４１ｂの膜厚減少は再現性がよく、また均一である。
【００６２】次に、前記ＳｉＯ2 膜４１ｂ（４１）上に振動板５に相当する形状のフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ｂの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する。また、同時に基板５１の表側の面に残留しているＳｉＯ2 膜４１ａを全部除去する（図９（ｅ））。以上のような工程を経て、図７に示した第１の基板１が形成される。
【００６３】次に、本実施例における第２の基板の製造工程を図１１に示す。
【００６４】まず、（１００）面方位のｎ型シリコン基板５２の両面を鏡面研磨し、該シリコン基板５２に酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃にて所定時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板５２の両面にＳｉＯ2 膜４２ａ及び４２ｂを形成する（図１１（ａ））。
【００６５】次いで、上面のＳｉＯ2 膜４２ａ上に電極２１の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４２ａの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図１１（ｂ））。
【００６６】次に、シリコン基板５２の露出したＳｉ部４３へのＢ（ホウ素）ドープを行う。処理方法は以下のとおりである。シリコン基板５２を石英管中に石英ホルダーにて固定し、Ｎ2 をキャリアとしてＢＢｒ3 をバブリングした蒸気をＯ2 と共に石英管中に導入する。１１００℃にて所定時間処理を行った後、シリコン基板５２をフッ酸系エッチング液にてライトエッチングし、次いで、Ｏ2 中でドライブインを行い、前記露出したＳｉ部４３をｐ型層４４とした（図１１（ｃ））。該ｐ型層４４は図７における電極２１として機能するものである。前記の図１１（ｃ）工程においては、シリコン基板５２の表面のＳｉＯ2 膜４２ａ及び４２ｂは膜厚が増加するので、本実施例では該ＳｉＯ2 膜４２ａの膜厚増加後の厚さを０．２μｍとしている。そして次に、ｐ型層４４（電極２１）の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４２ａの露出部分をエッチング除去すると（図１１R>１（ｄ））、図７に示した第２の基板２が形成される。
【００６７】本実施例のインクジェットヘッドにおいては、振動板５と電極２１のギャップ長Ｇの寸法は、該インクジェットヘッドのインク吐出特性上から０．５μｍと決定されており、第１の基板１のＳｉＯ2 膜４１ｂの厚さが上記のとおり０．３μｍであるため、図１１（ｃ）工程においてはＳｉＯ2 膜４２ａの厚さが０．２μｍとなるようにプロセスを行っている。
【００６８】以上の工程により形成された基板１及び２は、Ｓｉ−Ｓｉ直接接合法により接合され、図８に拡大図示されたヘッド構造を構成する。接合工程は、以下のとおりである。
【００６９】まず、シリコン基板１を硫酸と過酸化水素水の混合液（１００℃）にて洗浄し、乾燥後、両基板１、２の対応するパターン同士の位置合わせを行った後、両基板を重ね合わせる。この状態で両基板１、２を１１００℃，１時間の熱処理を行うと、強固な接合状態が得られる。
【００７０】本実施例の一連の工程により製作された１００個のインクジェットヘッドのギャップ長Ｇの寸法は、０．５０±０．０５μｍ，振動板の厚さは３０．０±０．８μｍという範囲に分布していた。これらのインクジェットヘッドを１００Ｖ，５ｋＨｚで駆動したところ、インク液滴の吐出速度は８±０．５ｍ／ｓ，インク液滴体積は（０．１±０．０１）×１０-6ｃｃという範囲に分布しており、実印字試験において良好な印字が得られた。
【００７１】本実施例においては、ＢＢｒ3 を用いた気相プロセスによるｐ型層形成により電極２１を作製したが、ｐ型層形成法はこの方法に限られず、例えばイオン注入法や、Ｂ2 Ｏ3 を有機溶媒中に分散した塗布剤をスピンコートとする方法、ＢＮ（窒化ホウ素）板を拡散源とする方法等でも同様にｐ型層を形成することができる。また、ｐ型層を形成するためにはＡｌ，Ｇａ等他のIII 族元素を用いることもできる。また、シリコン基板２をｐ型基板として、電極２１をｎ型層とすることも可能であり、この場合も上記のような各種のドープ法により、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ等のＶ族元素をドープして電極２１とすることができる。
【００７２】また、本実施例においては、ＳｉＯ2 膜４１及び４２によりギャップ部を形成したが、Ｓｉ−Ｓｉ直接接合法の原理上、ＳｉＯ2 膜４１及び４２のどちらか一方がなくても接合は可能であるため、ＳｉＯ2 膜４１または４２のどちらか一方を所望ギャップ長と同一の厚さとし、他方のＳｉＯ2 膜をプロセス上でフッ酸系エッチング液により除去し、Ｓｉ−Ｓｉ直接接合工程を施すことにより、同様の品質でギャップ部を形成できる。
【００７３】また、本実施例においては、ギャップスペーサとしてのＳｉＯ2 膜は、Ｓｉのアルカリ異方性エッチング時のエッチングマスクとして使用したもので、若干の膜減りが生じているが、エッチング時に若干面粗度が悪化する傾向がある。この場合には、一旦ＳｉＯ2 膜を全てフッ酸系エッチング液にて除去し、改めて熱酸化により所望膜厚のＳｉＯ2 膜を形成してギャップスペーサとすることも可能である。
【００７４】また、本実施例においては、インクジェットヘッドの仕様上、ギャップ長は０．５μｍとしたが、Ｓｉ熱酸化膜は厚さ１．５μｍまでは容易にかつ精度良く形成できるため、ギャップ長の仕様値が０．０５から２．０μｍである場合には、ギャップスペーサであるＳｉ熱酸化膜の厚さを仕様に合わせて調整するだけで、本実施例の場合と同様にギャップ部の寸法精度の高いインクジェットヘッドが得られる。
【００７５】（実施例４）図１２は本発明の第４の実施例によるインクジェットヘッド用の第１の基板の一部断面を示す斜視図である。本実施例のインクジェットヘッドにおいては、電極が形成される第２の基板及び第３の基板の構造は実施例３と同一であるため、説明及び図示は省略する。
【００７６】本実施例では、図１２における振動板５のギャップ対向面４５にｐ型またはｎ型の不純物層からなる第２の電極４６を形成し、発振回路によるインクジェットヘッド駆動時の周波数特性又はクロストークを改善するものである。ただし、本実施例における前記ギャップ長Ｇは第２の電極４６と第２の基板上の電極２１（図７R>７参照）との間の空隙間隔となる。この間隔保持手段は、第１の基板１の下面に後述する方法で形成されたＳｉＯ2 膜４１と、実施例３で述べた第２の基板の上面に形成されたＳｉＯ2 膜４２とで構成される。この場合でも少なくとも一方のＳｉＯ2 膜のみでギャップ長Ｇを確保できる。
【００７７】本実施例における第１の基板の製造工程を図１３に示す。
【００７８】まず、ｎ型の（１００）面方位のシリコンウエハの両面を鏡面研磨し、厚さ２００μｍのシリコン基板５３を作製し（図１３（ａ））、該シリコン基板５３に酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃，４時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板５３の両面に厚さ１μｍのＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを形成する（図１３（ｂ））。
【００７９】次いで、下面のＳｉＯ2 膜４１ｂの上に、図１２の電極４６及びリード部（図示せず）の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、ＳｉＯ2 膜４１ｂの露出部分をフッ酸系エッチング液にてエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図１３（ｃ））。
【００８０】次に、シリコン基板５３の露出したＳｉ部４７へのドープを行う。処理方法は、実施例３の場合と同様に行い、ｐ型層４８を形成する。該ｐ型層４８は第２の電極４６として機能するものである（図１３（ｄ））。
【００８１】次に、上面のＳｉＯ2 膜４１ａの上に、ノズル孔４、吐出室６等の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ａの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図１３（ｅ））。
【００８２】以降の工程は実施例３の場合と同様に行い、振動板５やノズル４、吐出室６、オリフィス７、インクキャビティ８の形成及び振動板５と第２の基板とのギャップ部を形成するためのＳｉＯ2 膜４１ｂのパターン加工を行う（図１３（ｅ）から（ｇ））。
【００８３】本実施例においても、実施例３と同様に、電極４６の形成には各種の方式を用いることができ、ドーパントしても各種のものを用いることが可能である。
【００８４】本実施例においては、個々の振動板５にそれぞれ駆動用電極４６を形成したため、発振回路による駆動の高速化、すなわち印字速度の高速化が可能となる。
【００８５】実施例３においては、インク液滴が個々に独立して球状に形成されるような駆動周波数は最大５ｋＨｚであったが、本実施例においては該駆動周波数は７ｋＨｚに向上した。また、本実施例においては、各々の電極４６と発振回路を接続するためのリード部も電極４６と同時に一体形成されており、インクジェットヘッドの小型化・高速化がはかられている。
【００８６】（実施例５）図１４は本発明の第５の実施例によるインクジェットヘッドの一部断面の分解斜視図である。本実施例のインクジェットヘッドは、基本的には図７に示した実施例３と同一の構造であるが、第１の基板１と第２の基板２とを接合した際に形成される振動板５と電極２１とのギャップ部の間隔を規定するための薄膜がホウ珪酸系ガラス薄膜４９であって、第１の基板１の下面に形成されることを特徴とする。
【００８７】図１５に本実施例における第１の基板の製造工程を示す。
【００８８】まず、（１００）面方位のシリコンウエハの両面を鏡面研磨し、厚さ２００μｍのシリコン基板５４を作製し（図１５（ａ））、該シリコン基板５４に酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃，４時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板５４の両面に厚さ１μｍのＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを形成する（図１５（ｂ））。
【００８９】次いで、上面のＳｉＯ2 膜４１ａの上に、ノズル孔４、吐出室６等の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ａの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図１５（ｃ））。
【００９０】次に、アルカリ液によるシリコンの異方性エッチングを行う。異方性エッチングの条件は実施例３の場合と同様に行い、ノズル孔４、吐出室６等を形成した後、耐エッチング材であったＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂをフッ酸系エッチング液にて除去する（図１５（ｄ））。
【００９１】次に、図１４における振動板５と電極２１との間隔を正確に規定するためのギャップスペーサとして機能し、また後に記するように、陽極接合法による接合において接合層となるホウ珪酸系ガラス薄膜４９を、シリコン基板５４の下面に形成する。まず、シリコン基板５４の下面に振動板５の形状に相当するフォトレジストパターン５０を形成し（図１５（ｅ））、次いで、スパッタ装置によりホウ珪酸系ガラス薄膜４９をシリコン基板５４の下面に形成し（図１５（ｆ））、次いで、シリコン基板５４を有機溶剤中に浸漬、超音波振動を加えてフォトレジストパターン５０を除去すると、図１５（ｇ）に示すように、振動板５に相当する箇所以外の部分にギャップスペーサとしてのホウ珪酸系ガラス薄膜４９が形成される。ホウ珪酸系ガラス薄膜４９のスパッタ条件は以下のとおりである。スパッタターゲットとしては、コーニング社製＃７７４０ガラスを用い、スパッタ雰囲気を８０％Ａｒ−２０％Ｏ2 ，圧力５ｍＴorr とし、ＲＦパワー６Ｗ／cm2 を印加し、０．５μｍのガラス薄膜４９を成膜した。
【００９２】図１４に示した第２の基板２及び第３の基板３は、実施例３に記した方法により作製したものを使用し、インクジェットヘッドを組み立てる。まず、第１の基板１と第３の基板３との陽極接合を実施例３に記した方法により行い、基板１と基板３を接合・一体化する。次に、第１の基板１と第２の基板２を陽極接合法により接合する。基板１に形成された振動板５と、基板２に形成された電極２１との位置合わせを行い、突き合わせた後、基板１と基板２をホットプレート上で３００℃に加熱し、基板１側を正、基板２側を負として直流電圧５０Ｖを１０分間印加し、陽極接合を行った。本実施例において作製されたインクジェットヘッドにつき実印字試験を行ったところ、実施例３の場合と同様に良好な印字が得られた。
【００９３】本実施例においては、振動板５と電極２１とのギャップ部の形成のため、ホウ珪酸系ガラス薄膜４９を基板１の下面に形成したが、陽極接合の原理上、ホウ珪酸系ガラス薄膜を第１の基板の下面でなく、第２の基板の上面に形成した場合にも同様の効果が得られる。ホウ珪酸系ガラス薄膜の形成方法は本実施例の場合と同様であり、また、第１の基板と第２の基板との陽極接合においては、３００℃にて第１の基板側を正、第２の基板側を負として直流電圧５０Ｖを印加することにより陽極接合が可能であり、ここで得られるインクジェットヘッドの品質は本実施例のものと全く同一である。
【００９４】本実施例では、第１の基板と第２の基板との接合を３００℃で行うことができるため、以下に記すような効果を生じる。第２の基板上に形成される電極としては、実施例３において記したようなｐ型またはｎ型不純物によるものでなくても、例えばＡｕまたはＡｌ等の融点が摂氏数１００度であるような金属膜が使用でき、すなわち電極の電気抵抗値を低減することができるため、インクジェットヘッドの駆動周波数を向上させることが可能となる。
【００９５】（実施例６）図１６は本発明の第６の実施例によるインクジェットヘッド用の第１の基板の一部断面を示す斜視図である。本実施例のインクジェットヘッドは、電極が形成される第２の基板及び第３の基板は実施例３と同一の構造である。本実施例の第１の基板１は、ｐ型シリコン基板５５の下面にｎ型Ｓｉ層５６をエピタキシャル成長させたシリコン基板５７を加工したものであり、電気化学的アルカリ異方性エッチング（後に詳しく説明する）により、ｐ型シリコン基板５５の一部を選択的にエッチング除去し、厚み精度の高い振動板５を得るものである。
【００９６】本実施例における第１の基板の製造工程を図１７に示す。
【００９７】まず、ｐ型の（１００）面方位のシリコンウエハの両面を鏡面研磨し、厚さ１７０μｍのシリコン基板５５を作製し、該シリコン基板５５の下面に、ｎ型Ｓｉ層５６を３０μｍの厚さでエピタキシャル成長により形成し、シリコン基板５７を得る（図１７（ａ））。例えば、シリコン基板５５は、Ｂ（ホウ素）をドープした基板であり、その濃度は４×１０15cm-3である。また、ｎ型Ｓｉ層５６はＡｌをドープしたものであり、その濃度は５×１０15cm-3である。上記のエピタキシャル成長工程では、厚さが均一なＳｉ層５６を形成することができ、目標厚さ３０μｍに対して誤差±０．２μｍの制御が可能である。
【００９８】次に、シリコン基板５７を酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃，４時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板５７の両面に厚さ１μｍのＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを形成する（図１７（ｂ））。
【００９９】次いで、上面のＳｉＯ2 膜４１ａの上に、ノズル孔４、吐出室６等の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、下面のＳｉＯ2 膜４１ｂの上に電気的導通用開口部５８に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図１７（ｃ））。
【０１００】次に、図１８に示す方式により、上記した電気化学的異方性エッチングを施す。図１８において、ｎ型Ｓｉ層５６を正、白金板８０を負として０．６Ｖの直流電圧を印加した状態で、イソプロピルアルコールを含むＫＯＨ水溶液（７０℃）中にシリコン基板５７を浸漬し、エッチングを行う。ｐ型シリコン基板５５の露出部分（ＳｉＯ2 膜４１ａで覆われていない部分）が完全にエッチング除去されたところで、ｎ型Ｓｉ層５６は正の直流電圧により不活性化されるため、エッチングは進行せず、この時点でエッチングが終了し、図１７（ｄ）の状態のシリコン基板を得る。
【０１０１】次いで、下面のＳｉＯ2 膜４１ｂの上に、振動板５に相当する形状のフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ｂの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する。また、同時にｐ型シリコン基板５５の表面に残留していたＳｉＯ2 膜４１ａは全て除去すると、図１６に示した第１の基板１が形成される（図１７（ｅ））。
【０１０２】上記以外の工程については実施例３の場合と同様である。本実施例の一連の工程により作製された１００個のインクジェットヘッドの振動板の厚みは、３０．０±０．２μｍという範囲に分布しており、上記のエピタキシャル工程によるｎ型Ｓｉ層５６の膜厚精度がほぼそのまま維持されている。これらのインクジェットヘッドを１００Ｖ，５ｋＨｚで駆動したところ、インク液滴の吐出速度は８±０．２ｍ／ｓ，インク液滴体積は（０．１±０．００５）×１０-6ｃｃという範囲に分布し、実印字試験において良好な印字が得られた。
【０１０３】（実施例７）図１９は本発明の第７の実施例によるインクジェットヘッド用の第１の基板の一部断面を示す斜視図である。本実施例のインクジェットヘッドは、電極が形成される第２の基板及び第３の基板は実施例３と同一の構造であり、また、製造工程も同一であるので詳細な説明は省略する。
【０１０４】本実施例の第１の基板１は、ｐ型シリコン基板６１の下面にｎ型Ｓｉ層６２をエピタキシャル成長させたシリコン基板６３を加工したものであり、ｐ型シリコン基板６１の結晶面方位は（１１０）である。（１１０）面方位のシリコン基板では、周知のように（１１１）面が（１１０）面の基板表面と＜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。本実施例では、このことを利用し、ノズル、吐出室等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狭めて、ノズルの高密度化を実現するものである。
【０１０５】本実施例における第１の基板の製造工程を図２０に示す。
【０１０６】図２０（ａ）から（ｄ）は、図１９のＣ−Ｃ線断面図に相当し、図２０（ｅ）から（ｇ）は、図１９R>９のＤ−Ｄ線断面図に相当する。まず、ｐ型の（１１０）面方位のシリコンウエハの両面を鏡面研磨し、厚さ１７０μｍのシリコン基板６１を作製し、該シリコン基板６１の下面に、ｎ型Ｓｉ層６２を３μｍの厚さでエピタキシャル成長により形成し、シリコン基板６３を得る（図２０（ａ））。例えば、シリコン基板６１は、Ｂをドープした基板であり、その濃度は４×１０15cm-3である。また、ｎ型Ｓｉ層６２はＡｌをドープしたものであり、その濃度は５×１０14cm-3である。上記のエピタキシャル成長工程では、目標厚さ３μｍに対して、誤差±０．０５μｍの制御が可能である。
【０１０７】次に、シリコン基板６３を酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃，４時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板６３の両面に厚さ１μｍのＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを形成する（図２０（ｂ））。
【０１０８】次いで、上面のＳｉＯ2 膜４１ａの上に、キャビティ、インクキャビティ等の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、下面のＳｉＯ2膜４１ｂの上に電気的導通用開口部６４に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂの露出部分をエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図２０（ｃ））。なお、吐出室６の形状に相当するフォトレジストパターンの寸法は、幅５０μｍ、隣のパターンとの間隔を２０．７μｍ、すなわちピッチ間隔としては７０．７μｍとし、１インチ当りのインク滴ドット密度としては３６０ｄｐｉ（ドットパーインチ）とした。
【０１０９】次に、実施例６において記した方法と同一の方法で、シリコン基板６３に上記した電気化学的異方性エッチングを施し、ｐ型シリコン基板６１が貫通するまでエッチングを行う（図２０（ｄ））。図２０（ｄ）の段階で得られた凹部６は、シリコン基板６３の表面に対して垂直な壁からなるものである。
【０１１０】次いで、電気化学的異方性エッチングの際に、若干膜減りしたＳｉＯ2 膜４１ａ上にノズル４、オリフィス７などに相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、下面のＳｉＯ2 膜４１ｂ上は全面をフォトレジスト膜（図示せず）により被覆し、フッ酸系エッチング液にてＳｉＯ2 膜４１ａの露出部分をエッチング除去し、フォトレジストパターンを除去する（図２０R>０（ｅ））。
【０１１１】次に、図２０（ｄ）の工程と同様に、電気化学的エッチングにより深さ３０μｍのノズル４及びオリフィス７が形成されるまでエッチングを行う（図２０（ｆ））。
【０１１２】最後に、シリコン基板全体をフッ酸系エッチング液に浸漬し、ＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを除去し、第１の基板１を得る（図２０（ｇ））。得られた第１の基板上に形成された吐出室の幅は、エッチング時のアンダーカットにより若干拡大し５５μｍとなったが、ピッチ間隔としては７０．７μｍであり、所望の寸法の第１の基板が得られた。キャビティの幅の値は、インク吐出特性から最適値が存在するが、上記アンダーカットを考慮に入れてフォトレジストパターンの寸法を決定すれば、所望の形状のキャビティが得られる。
【０１１３】（実施例８）図２１は本発明の第８の実施例によるインクジェットヘッド用の第１の基板の一部断面を示す斜視図である。本実施例のインクジェットヘッドにおける振動板５は、高濃度のＢ（ホウ素）ドープ層６６であって、該ドープ層６６は所望の振動板厚と同じだけの厚さを有している。アルカリによるＳｉエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがＢの場合、高濃度（約５×１０19ｃｍ-3以上）の領域において、エッチングレートが非常に小さくなることが知られている。本実施例では、このことを利用し、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より吐出室６、インクキャビティ８を形成する際に、Ｂドープ層６６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、いわゆるエッチストップ技術により、振動板５、吐出室６などを所望形状に作製するものである。
【０１１４】本実施例における第１の基板の製造工程を図２２に示す。
【０１１５】まず、ｎ型の（１１０）面方位のＳｉウエハの両面を鏡面研磨し、厚さ２００μｍのシリコン基板６５を形成し、該シリコン基板６５に酸素及び水蒸気雰囲気中で１１００℃，４時間の熱酸化処理を施し、シリコン基板６５の両面に厚さ１μｍのＳｉＯ2 膜４１ａ及び４１ｂを形成する（図２２（ａ））。
【０１１６】次いで、下面のＳｉＯ2 膜４１ｂの上に振動板（Ｂドープ層）６６、インクキャビティ８、電極のリード部（図示せず）の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、ＳｉＯ2 膜４１ｂの露出部分（振動板・インクキャビテイ・リード部に相当する部分）をフッ酸系エッチング液にてエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図２２（ｂ））。
【０１１７】次いで、シリコン基板６５の露出したＳｉ部６７へのＢドープを行う。処理方法は実施例３の場合と同様に行い、Ｂドープ層６６を形成するが、Ｂの濃度としては５×１０20ｃｍ-3、また、ドープ層厚さが１０μｍとなるようなドープ条件にて処理を行う（図２２（ｃ））。上記のような高いＢ濃度や厚いドープ層厚みを実現するためには、実施例３で記した各種の方法のうち、イオン注入法よりはむしろＢ2 Ｏ3 剤のスピンコート法や、ＢＮ板を用いる拡散法の方が望ましいが、いずれの方法でも実現可能である。
【０１１８】次いで、上面のＳｉＯ2 膜４１ａの上に、吐出室６、インクキャビティ８及びエッチング終点検出用パターン７１等の形状に相当するフォトレジストパターン（図示せず）を形成し、ＳｉＯ2 膜４１ａの露出部分をフッ酸系エッチング液にてエッチング除去し、該フォトレジストパターンを除去する（図２２（ｄ））。なお、吐出室６に相当するフォトレジストパターンの寸法は、実施例７の場合と同様で、幅５０μｍ、隣のパターンとの間隔を２０．７μｍとした。
【０１１９】次に、シリコン基板６５のアルカリ異方性エッチングを行う。エッチング液としては、ＫＯＨ水溶液（濃度；２０重量％、温度；摂氏８０度）を用いた。前記のごとくＳｉのアルカリエッチングにおけるエッチングレートは図２３に示すようにＢ濃度依存性があり、ｎ型Ｓｉ基板では約１．５μｍ／分のエッチングレートでエッチングが進行するが、高濃度Ｂ領域では０．０１μｍ／分程度までエッチングレートが減少する。本実施例での振動板５の厚さ（設計値）は１０μｍであるため、シリコン基板６５の総厚さ２００μｍのうち１９０μｍをエッチング除去し、吐出室６及びインクキャビティ８等を形成すればよいが、実際にはシリコン基板６５は面内での板厚バラツキ（±１から２μｍ）を有するため、振動板５の厚さを均一にするのは困難である。
【０１２０】本実施例では、以下の方法により振動板の厚さを正確に形成したものである。シリコン基板を１９０μｍエッチングするには、計算により約１２６分４０秒のエッチングが必要である。また、１０μｍのエッチングを行うには、約６分４０秒のエッチングが必要であり、したがって２００μｍのエッチングには、合計１３３分２０秒の時間を要する。図２２（ｄ）の状態のシリコン基板に、上記エッチング液によるエッチングを合計で約１３３分２０秒行う。エッチング開始後、約１２６分４０秒経過した時点では、吐出室の部分では約１９０μｍのエッチングが進行し、エッチング面（図示せず）はほぼＢドープ層６６との界面近傍、あるいは界面そのものに達している。一方、エッチング終点検出用パターン７１の部分でも同様に約１９０μｍのエッチングが進行している。本工程においては、引き続き（連続して）約６分４０秒のエッチングが行われるが、エッチング面が仮にＢドープ層６６に達していない場合には、同様に１．５μｍ／分のエッチングレートにてエッチングが進行するが、エッチング面がＢドープ層６６に達したところで、エッチングレートは急激に減少し約０．０１μｍ／分となるため、高々６分程度のエッチング時間ではＢドープ層６６はほとんどエッチングされず、厚さ１０μｍのＢドープ層である振動板５が形成される。これに対し、エッチング終点検出用パターン７１の部分では、同様に約１．５μｍ／分のエッチングレートにてエッチングが進行し、合計約１３３分２０秒のエッチングにて貫通孔７２が形成される。前記のごとく、シリコン基板６５の板厚バラツキにより該貫通孔７２が形成されるエッチング時間には、多少のバラツキがあるが、エッチング開始後１３３分前後の時点で貫通孔７２が形成されたことを、各種手段（例えば作業者の目視観察、またはレーザ光を一方よりエッチング終点検出用パターンに照射し、他方に設置した受光素子により該管通孔形成時にレーザ光を検出するなど）により検出し、エッチングを終了する（図２２（ｅ））。
【０１２１】次に、下面のＳｉＯ2 膜４１ｂを実施例３の場合と同様に、第２の基板上に形成される電極との間隔を規定するためのパターン加工を行い、第１の基板１を得る。
【０１２２】上記の工程により形成された振動板５は、シリコン基板６５の面内での板厚バラツキ（±１から２μｍ）にも拘らず、１０±０．１μｍの精度で形成することができた。この±０．１μｍの誤差はアルカリエッチングにおけるバラツキではなく、Ｂドープ深さのバラツキによるものと思われる。
【０１２３】本実施例の方法では、Ｂドープ層の厚さの精度によって振動板の厚さ精度が決定される。１０μｍ程度の厚さ領域で正確な厚さ精度を得るためには、実施例３で記したＢＢｒ3 を拡散源とする方法が最も望ましいが、その他の方法でも処理条件を最適化することにより、ＢＢｒ3 を用いる方法と同様なドープ厚さ精度を得ることができる。
【０１２４】本実施例では、振動板部へのＢドープと同時に、振動板から連続するリード部へのＢドープも行っており、すなわち実施例４に記した振動板と同様の構造で、高濃度Ｂドープ部による個々の振動板に対応する駆動用電極がそれぞれ形成されるため、駆動周波数の向上も同時に達成することができる。
【０１２５】また、本実施例では、シリコン基板としてｎ型基板を用いたが、シリコン基板としてはｐ型基板であってもＢドープによる振動板の形成は同時に可能である。
【０１２６】以下の実施例９から実施例１２においては、本発明における基板の陽極接合方法について詳細に説明する。
【０１２７】（実施例９）図２４は本発明の陽極接合方法の実施例を示す概要図で、この接合方法に使用する接合装置と接合中の両基板の断面図である。また図２５は該接合装置の平面図である。本実施例では第１のシリコン基板１と第２のホウ珪酸ガラス基板２との陽極接合方法を示す。
【０１２８】本実施例における接合装置１１０は、電源１１３のプラス側に接続される陽極側接合電極板１１１と、電源１１３のマイナス側に接続される陰極側接合電極板１１２と、さらに陽極側接合電極板１１１からバネ１１４を介して突出させた端子板１１５を有する構成となっている。そして、陽極側接合電極板１１１と陰極側接合電極板１１２は、表面の接触抵抗を下げる目的で銅板の表面に金メッキを施している。また、端子板１１５は、陽極接合時、ホウ珪酸ガラス基板２上の複数の電極２１とシリコン基板１を等電位にするため単一の接触板で構成されている。この端子板１１５はまたバネ１１４により陽極側接合電極板１１１と結合されており、バネ１１４により電極２１に対し適度な接触圧力を保持する。なお、端子板１１５は電極２１の端子部２３に接触させる。
【０１２９】シリコン基板１とホウ珪酸ガラス基板２は、洗浄後アライナー（図示せず）を用いて振動板５と電極２１を位置合わせし、図２４、図２５のようにセットする。また、電極２１や電極板１１１、１１２の表面の酸化を防ぐため窒素ガス雰囲気中に置く。陽極接合にあたっては、まず両基板１、２を加熱するが、ホウ珪酸ガラス基板２が急激な温度上昇により割れるのを防ぐため、３００℃まで約２０分かけて昇温する。次いで、電源１１３により５００Ｖの電圧を約２０分間印加し、両基板１、２を接合する。接合時、ホウ珪酸ガラス基板２中のＮａイオンの移動により電流が流れるが、接合完了時には電流値が低下するので接合の目安をつける。接合完了後、両基板１、２の熱伝導率の差による応力割れを防ぐため、約２０分かけて徐冷する。
【０１３０】このように接合時、端子板１１５及びバネ１１４により電極２１と振動板５との電位差をなくせば電界が消失し放電や電界放出を防げるので、電極２１と振動板５間に大電流が流れることがなく、電極２１の溶融を防止できる。また、振動板５に電界による静電引力が働かないので、その周辺を固定した後の振動板５に残留応力が生じることがない。また、絶縁膜２４は振動板５からの電荷の移動により帯電し、電界中では振動板５の方向に静電引力を受け剥離するが、電極２１と振動板５を等電位とすることで、このような絶縁膜２４の剥離を防止することができる。
【０１３１】（実施例１０）図２６は本発明の陽極接合方法の他の実施例を示す概要図で、この接合方法に使用する接合装置と接合中の両基板の断面図である。図２７は該接合装置の平面図である。本実施例は、コイルバネからなる端子１１６を用いて個々の電極２１にそれぞれ接触させる構成としたものである。その他の構成は図２４R>４と同じである。端子１１６の材質は接合時の高温に耐える目的でＳＵＳ製としている。通常ＳＵＳ材は表面の酸化被膜による抵抗のため端子材料としては好ましくないが、陽極接合においては高電圧を加えることと、等電位にすることが目的のため、電流値は低くても良好な結果が得られる。各端子１６を独立したコイルバネとすることにより、陽極接合時の加熱による基板の反りや端子１１６の摩耗などによる電極２１との導通不良を防止できる。
【０１３２】（実施例１１）図２８はさらに他の実施例に係る陽極接合装置の平面図で、図２９は第２の基板上の電極と共通電極の配置関係を示す平面図である。なお、図２９では前記の絶縁膜は省略されている。本実施例は、フォトリソグラフィーによるバッジ処理により、１枚のホウ珪酸ガラス基板２Ａ上に、複数組（実施例では２組）のインクジェットヘッド用の複数の電極２１と各組の個々の電極２１を接続する共通の電極１２０を同時に形成したものである。共通電極１２０は各組の全ての電極２１の端子部２３と接続するリード部１２１ａ，１２１ｂを有する。また、このホウ珪酸ガラス基板２Ａに接合される１枚のシリコン基板（図示せず）にも図２４R>４、図２６と同様の構成を持つ複数組の要素（ノズル・吐出室・振動板・オリフィス・インクキャビティ）が対応位置に同時に加工される。そして、接合時、図２６と同様のコイルバネからなる１個の端子１１６をこの共通電極１２０と接触させ、陽極側接合電極板１１１と導通させている。したがって、各組の全ての電極２１と各組の全ての振動板とを等電位にすることができ、上記実施例と同様の作用効果を奏する。接合後、ダイシングによりインクジェットヘッドごとに切断され、各組の電極２１から共通電極１２０をそのリード部１２１ａ，１２１ｂの接続端にて切り離す。
【０１３３】（実施例１２）図３０はさらに他の実施例に係る陽極接合装置の断面図である。本実施例は、３枚の基板１、２、３を同時に陽極接合するようにしたものである。このうち第１の基板１はシリコン基板であり、第２、第３の基板２、３はホウ珪酸ガラス基板である。第３の基板３は単にノズル孔４、吐出室６、オリフィス７、インクキャビティ８の蓋としての役割なので、ホウ珪酸ガラス基板に比べて低い接合精度で十分でありソーダガラスの接着でも十分であるが、第３の基板３もホウ珪酸ガラス基板とすることにより陽極接合を行えば信頼性を向上することができる。
【０１３４】そこで、本実施例では、第２、第３のホウ珪酸ガラス基板２、３と接触させる上下の接合電極板１１１、１１２を電源１１３のマイナス側に接続し、第１のシリコン基板１と第２のホウ珪酸ガラス基板２上の電極２１とを電源１１３のプラス側に接続して同時に陽極接合する。したがって、この同時陽極接合によって、基板１、２、３の加熱や徐冷に要する時間も節減でき、接合時間を大幅に短縮できるとともに、前記実施例９ないし実施例１１のようにシリコン基板１の表面を上部接合電極板１１１との直接接触による汚染などからも防ぐことができる。
【０１３５】以下の実施例１３及び実施例１４においては、先に述べたように構成されたギャップ部への塵埃の侵入を防止する構成例を示す。ここでは、静電式アクチュエータを例にとって説明するが、インクジェットヘッドの場合でも全く同一の構造とすることができるものである。
【０１３６】（実施例１３）図３１は本実施例に係る静電式アクチュエータの断面図、図３２はその平面図である。既に述べた実施例からも明らかなように、第１の基板１と第２の基板２は所定のギャップ長をもって陽極接合またはＳｉ直接接合される。陽極接合時の温度は高いので、ギャップ部１６内の空気が膨張し、接合後常温に下がった時点ではギャップ部１６内の圧力が大気圧以下になるため、振動板５が電極２１の方向へ撓み電極２１と接触し短絡したり、あるいは振動板５に不必要な応力を与えたりするなどの障害が生じる。また、これを防ぐためにギャップ部１６を大気に解放したままにしておくと、静電気の作用により塵埃を吸引し、該塵埃が電極２１に付着したりして振動板５の振動特性が変動する。
【０１３７】そこで、本実施例では、ギャップ部１６を通路１８を介して大気に解放させるとともに、該通路１８の出口１９ａ，１９ｂを、陽極接合後基板１、２が常温に下がった時点で粘度の高いエポキシ系等の封止剤を用いて封止している。図中、２０がそのシール部材を示している。２３は電極２１の端子部、４１は基板１に形成した絶縁膜であるＳｉＯ2 膜、１０２は発振回路、１０６は発振回路１０２の一方の端子を基板１に接続するために設けられた金属膜である。なお、通路１８は電極２１の周囲を巡るように設けられている。
【０１３８】基板１を構成するシリコン基板は熱伝導率が高いので熱可塑性樹脂を用いてシールしてもギャップ部１６内の圧力が高くなることはなく、また、シール部材２０は粘度が高いため、通路１８内に流れ込むことはない。
【０１３９】したがって、本実施例の構成によると、陽極接合時はギャップ部１６が通路１８を介して大気に解放しているため、陽極接合時の加熱によりギャップ部１６内の圧力上昇を生じることがなく、また陽極接合後の常温低下後においてはシール部材２０により通路１８の出口を封止しているので、ギャップ部１６内へ塵埃が侵入することがなく、上記のような不都合を生じない。
【０１４０】（実施例１４）図３３は他の実施例に係る静電式アクチュエータの断面図である。本実施例では、振動板５の下面に電極２１と対向させて第２の電極４６を設けたものである。該第２の電極４６はＣｒまたはＡｕの薄膜からなる。静電式アクチュエータはコンデンサとして機能するため、対向電極２１、４６にＶなる電圧を加えると、電荷の充電・放電による対向電極２１と４６間の電圧Ｖc は、充電時Ｖc ＝Ｖ（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ））
放電時Ｖc ＝Ｖｅｘｐ（−ｔ／Ｔ）
ただし、Ｔ：時定数に示されるように指数関数的になり、時定数Ｔが大きいと、Ｖc の立ち上がる速度が遅くなることがわかる。時定数Ｔは抵抗をＲ，静電容量をＣとするとＲＣで与えられる。シリコンの抵抗は金属に比べて高いため、高速駆動するには抵抗値の低いＣｒまたはＡｕ薄膜の電極４６を振動板５に形成し、時定数を下げることによりアクチュエータの応答性を向上させている。
【０１４１】（実施例１５）図３４は本発明のさらに他の実施例によるインクジェットヘッドの断面図である。本実施例は、振動板５の下部に形成するギャップＧを感光性樹脂層または接着剤層２００の厚みで確保することとしたものである。すなわち、第２の基板２の電極２１の周辺に感光性樹脂層または接着剤層２００を印刷パターニングし、この第２の基板２と第１の基板１を貼り合わせてラミネート接合する。具体的には、第２の基板２としてソーダガラスを使用し、その構成は実施例２と同様とした。そして、感光性樹脂として感光性ポリイミドを用い、基板２の電極２１の周辺に厚さ１μｍで印刷パターニングすることにより、感光性樹脂層２００を形成した。一方、第１の基板１は実施例２と同様にシリコン基板の下面を平滑面にし、この基板１と上述の基板２を２５０℃でラミネート接合した。したがって、感光性樹脂の場合、振動板５と電極２１とのギャップ長Ｇは１．４μｍである。また、接着剤の場合にはエポキシ接着剤を使用した。その厚さは１．５μｍとし、１００℃で基板１と基板２をラミネート接合した。この場合、ギャップ長Ｇは１．９μｍ弱となっている。接着剤の場合は接合時、基板１と基板２を加圧しなければならないので、感光性樹脂の場合と異なり、その分ギャップ長Ｇは小さめになる。
【０１４２】このようなギャップ保持手段によっても所定のギャップ長を確保することができ、そのインクジェットヘッドは実施例２とほぼ同様の低電圧で駆動可能で良好な印字性能を示した。
【０１４３】なお、感光性樹脂としては、上記のポリイミドだけでなく、アクリル、エポキシなどでもよく、焼成温度をそれぞれの樹脂に合わせて調整する。また、接着剤にはその他にアクリル系、シアノ系、ウレタン系、シリコン系など各種の材料が使用可能である。
【０１４４】
【発明の効果】以上のように構成され、作用をする本発明の効果を列挙すると下記のとおりである。
【０１４５】（１）振動板と電極間のギャップ長を０．０５μｍ以上、２．０μｍ以下とすることにより、インクジェットヘッドの低電圧駆動が可能になり、かつ、安定した高品質の印字が得られる。
（２）上記ギャップ長は、振動室用の凹部、電極装着用の凹部、ＳｉＯ2 膜もしくはホウ珪酸系ガラス薄膜、感光性樹脂層もしくは接着剤層により正確に保持できる。特にＳｉＯ2 膜またはホウ珪酸系ガラス薄膜とすることにより、膜厚を正確に制御できるため、振動板の振動特性が均一となり、均一な印字品質が得られる。
（３）振動板に第２の電極を形成することにより、振動板の振動特性が向上し、高速印字が可能になる。
（４）振動板を形成する第２の基板に（１１０）面方位のシリコン基板を使用すると、キャビティの壁面が基板表面に対し垂直になるのでインクジェットヘッドの小型高密度化が可能になる。
（５）第１の基板と第２の基板を陽極接合する際に、振動板と電極の電位差を減ずるように調整することにより、振動板と電極間の放電や電界放出などを防止でき、所定のギャップ長を正確に保持できるとともに、振動板の残留応力、絶縁膜の剥離などが発生しない。
（６）振動板と電極間のギャップ部に外部に通じる通路を設けることにより、陽極接合時、ギャップ部内の圧力上昇がなくなり、また陽極接合後において該通路の出口を封止することによりギャップ部内への塵埃の侵入を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの第１の実施例を示す分解斜視図である。
【図２】第１の実施例の断面側面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】本発明のインクジェットヘッドの第２の実施例を示す分解斜視図である。
【図５】第２の実施例の断面側面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図７】本発明のインクジェットヘッドの第３の実施例を示す分解斜視図である。
【図８】第３の実施例を一部取り出して示す拡大斜視図である。
【図９】第３の実施例における第１の基板の製造工程図である。
【図１０】第３の実施例における振動板の部分の寸法関係を示す図である。
【図１１】第３の実施例における第２の基板の製造工程図である。
【図１２】本発明のインクジェットヘッドの第４の実施例における第１の基板の斜視図である。
【図１３】第４の実施例における第１の基板の製造工程図である。
【図１４】本発明のインクジェットヘッドの第５の実施例を示す分解斜視図である。
【図１５】第５の実施例における第１の基板の製造工程図である。
【図１６】本発明のインクジェットヘッドの第６の実施例における第１の基板の斜視図である。
【図１７】第６の実施例における第１の基板の製造工程図である。
【図１８】第６の実施例における電気化学的異方性エッチングの方法を示す図である。
【図１９】本発明のインクジェットヘッドの第７の実施例における第１の基板の斜視図である。
【図２０】第７の実施例における第１の基板の製造工程図である。
【図２１】本発明のインクジェットヘッドの第８の実施例における第１の基板の斜視図である。
【図２２】第８の実施例における第１の基板の製造工程図である。
【図２３】アルカリ異方性エッチングにおけるＢ（ホウ素）濃度とエッチングレートの関係を示す図である。
【図２４】本発明の陽極接合方法に使用する陽極接合装置の実施例を示す断面図である。
【図２５】図２４の陽極接合装置の平面図である。
【図２６】本発明の陽極接合方法に使用する陽極接合装置の他の実施例を示す断面図である。
【図２７】図２６の陽極接合装置の平面図である。
【図２８】本発明の陽極接合方法に使用する陽極接合装置のさらに他の実施例を示す平面図である。
【図２９】図２８の第２の基板の平面図である。
【図３０】本発明の陽極接合方法に使用する陽極接合装置のさらに他の実施例を示す断面図である。
【図３１】本発明の塵埃防止法の実施例を示す断面図である。
【図３２】図３１の実施例の平面図である。
【図３３】本発明の塵埃防止法の他の実施例を示す断面図である。
【図３４】本発明の間隔保持手段の他の実施例を示す断面図である。
【図３５】本発明の第１の実施例のインクジェットヘッドを組み込んだプリンタを示す概要図である。
【符号の説明】
１ 第１の基板
２ 第２の基板
３ 第３の基板
４ ノズル孔
５ 振動板
６ 吐出室
７ オリフィス
８ インクキャビティ
９ 振動室
１０ インクジェットヘッド
１５ 凹部
２１ 電極
２４ 絶縁膜
【特許請求の範囲】
【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、該ノズル孔の各々に連通する吐出室と、該吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備え、前記駆動手段が前記振動板を静電気力により変形させる電極からなるインクジェットヘッドにおいて、前記振動板と前記電極との対向間隔を０．０５μｍ以上、２．０μｍ以下としたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】 前記対向間隔の保持手段が、前記振動板を形成する第１の基板に形成した振動室用の凹部であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】 前記対向間隔の保持手段が、前記電極を形成する第２の基板に形成した電極装着用の凹部であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】 前記第１の基板及び前記第２の基板が共に単結晶シリコン基板であり、両基板の接合部の少なくとも一方の面にあらかじめ形成したＳｉＯ2膜をギャップスペーサとして前記対向間隔の保持手段を構成したことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】 前記ＳｉＯ2 膜がシリコンの熱酸化膜であることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】 前記ＳｉＯ2 膜が、スパッタリング法または蒸着・イオンプレーティング法またはゾルゲル法または熱酸化法もしくはＣＶＤ法または有機シリコン化合物の焼結法により形成されていることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】 前記電極がｐ型またはｎ型不純物により形成されていることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】 前記電極が前記振動板との間に空隙を存して絶縁膜により被覆されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】 振動板を形成する第１のシリコン基板の接合面に該振動板の部分を除きＳｉＯ2 膜を所定の厚さにパターン形成する工程と、電極を形成する第２のシリコン基板の接合面に該電極の部分を除きＳｉＯ2 膜を所定の厚さにパターン形成する工程のうち、少なくとも一つの工程を有し、さらに前記第１及び第２のシリコン基板同士を前記ＳｉＯ2 膜を介してＳｉ直接接合する工程とからなるインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】 前記第１のシリコン基板にアルカリ異方性エッチングを施すことにより前記振動板を形成する工程を有することを特徴とする請求項９記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】 前記第２のシリコン基板にドープ加工を行うことによりｐ型またはｎ型不純物からなる前記電極を形成する工程を有することを特徴とする請求項９記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】 前記振動板に前記対向間隔の距離を満たすように一体形成された第２の電極を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項１３】 前記第２の電極がｐ型またはｎ型不純物により形成されていることを特徴とする請求項１２記載のインクジェットヘッド。
【請求項１４】 前記第１の基板及び前記第２の基板の接合部の少なくとも一方の面にあらかじめ形成したホウ珪酸系ガラス薄膜をギャップスペーサとして前記対向間隔の保持手段を構成したことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項１５】 前記ホウ珪酸系ガラス薄膜がスパッタリング法により形成されていることを特徴とする請求項１４記載のインクジェットヘッド。
【請求項１６】 前記振動板がｎ型不純物層からなることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項１７】 前記振動板が高濃度のｐ型不純物層からなることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項１８】 前記第２の電極を含む駆動用配線層が高濃度のｐ型不純物層からなることを特徴とする請求項１２記載のインクジェットヘッド。
【請求項１９】 前記第１の基板が結晶面方位（１１０）のシリコン基板であることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項２０】 前記第１の基板がｐ型シリコン基板にｎ型不純物層をエピタキシャル成長させたシリコン基板であることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項２１】 ｐ型シリコン基板にｎ型不純物層を形成する工程と、該シリコン基板に電気化学的異方性エッチングを施すことにより前記振動板を形成する工程とを有することを特徴とする請求項９記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２２】 振動板を形成した第１の基板と、前記振動板を駆動する電極を形成した第２の基板とを陽極接合する方法において、陽極接合時に、前記振動板と前記電極との電位差を減ずるように調整する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２３】 前記電極の電位を前記振動板と等電位にしたことを特徴とする請求項２２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２４】 振動板を形成した第１の基板と、前記振動板を駆動する電極を形成した第２の基板とを陽極接合する方法において、前記電極の各々に接続される共通電極を前記第２の基板上に形成する工程と、陽極接合時に、前記振動板と前記共通電極との電位差を減ずるように調整する工程と、陽極接合後に、前記共通電極を前記電極から切り離す工程とを有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２５】 前記振動板を形成した第１の基板と前記電極を形成した第２の基板とを陽極接合する前は前記振動板と前記電極間のギャップ部が外部に通じる通路を有し、陽極接合後において前記通路の出口が封止部材により封止されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項２６】 前記対向間隔の保持手段が、前記電極の周辺にパターン形成した感光性樹脂層または接着剤層であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【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、該ノズル孔の各々に連通する吐出室と、該吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動板に変形を生じさせる駆動手段とを備え、前記駆動手段が前記振動板を静電気力により変形させる電極からなるインクジェットヘッドにおいて、前記振動板と前記電極との対向間隔を０．０５μｍ以上、２．０μｍ以下としたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】 前記対向間隔の保持手段が、前記振動板を形成する第１の基板に形成した振動室用の凹部であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】 前記対向間隔の保持手段が、前記電極を形成する第２の基板に形成した電極装着用の凹部であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】 前記第１の基板及び前記第２の基板が共に単結晶シリコン基板であり、両基板の接合部の少なくとも一方の面にあらかじめ形成したＳｉＯ2膜をギャップスペーサとして前記対向間隔の保持手段を構成したことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】 前記ＳｉＯ2 膜がシリコンの熱酸化膜であることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】 前記ＳｉＯ2 膜が、スパッタリング法または蒸着・イオンプレーティング法またはゾルゲル法または熱酸化法もしくはＣＶＤ法または有機シリコン化合物の焼結法により形成されていることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】 前記電極がｐ型またはｎ型不純物により形成されていることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】 前記電極が前記振動板との間に空隙を存して絶縁膜により被覆されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】 振動板を形成する第１のシリコン基板の接合面に該振動板の部分を除きＳｉＯ2 膜を所定の厚さにパターン形成する工程と、電極を形成する第２のシリコン基板の接合面に該電極の部分を除きＳｉＯ2 膜を所定の厚さにパターン形成する工程のうち、少なくとも一つの工程を有し、さらに前記第１及び第２のシリコン基板同士を前記ＳｉＯ2 膜を介してＳｉ直接接合する工程とからなるインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】 前記第１のシリコン基板にアルカリ異方性エッチングを施すことにより前記振動板を形成する工程を有することを特徴とする請求項９記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】 前記第２のシリコン基板にドープ加工を行うことによりｐ型またはｎ型不純物からなる前記電極を形成する工程を有することを特徴とする請求項９記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】 前記振動板に前記対向間隔の距離を満たすように一体形成された第２の電極を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項１３】 前記第２の電極がｐ型またはｎ型不純物により形成されていることを特徴とする請求項１２記載のインクジェットヘッド。
【請求項１４】 前記第１の基板及び前記第２の基板の接合部の少なくとも一方の面にあらかじめ形成したホウ珪酸系ガラス薄膜をギャップスペーサとして前記対向間隔の保持手段を構成したことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項１５】 前記ホウ珪酸系ガラス薄膜がスパッタリング法により形成されていることを特徴とする請求項１４記載のインクジェットヘッド。
【請求項１６】 前記振動板がｎ型不純物層からなることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項１７】 前記振動板が高濃度のｐ型不純物層からなることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項１８】 前記第２の電極を含む駆動用配線層が高濃度のｐ型不純物層からなることを特徴とする請求項１２記載のインクジェットヘッド。
【請求項１９】 前記第１の基板が結晶面方位（１１０）のシリコン基板であることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項２０】 前記第１の基板がｐ型シリコン基板にｎ型不純物層をエピタキシャル成長させたシリコン基板であることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項２１】 ｐ型シリコン基板にｎ型不純物層を形成する工程と、該シリコン基板に電気化学的異方性エッチングを施すことにより前記振動板を形成する工程とを有することを特徴とする請求項９記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２２】 振動板を形成した第１の基板と、前記振動板を駆動する電極を形成した第２の基板とを陽極接合する方法において、陽極接合時に、前記振動板と前記電極との電位差を減ずるように調整する工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２３】 前記電極の電位を前記振動板と等電位にしたことを特徴とする請求項２２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２４】 振動板を形成した第１の基板と、前記振動板を駆動する電極を形成した第２の基板とを陽極接合する方法において、前記電極の各々に接続される共通電極を前記第２の基板上に形成する工程と、陽極接合時に、前記振動板と前記共通電極との電位差を減ずるように調整する工程と、陽極接合後に、前記共通電極を前記電極から切り離す工程とを有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２５】 前記振動板を形成した第１の基板と前記電極を形成した第２の基板とを陽極接合する前は前記振動板と前記電極間のギャップ部が外部に通じる通路を有し、陽極接合後において前記通路の出口が封止部材により封止されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項２６】 前記対向間隔の保持手段が、前記電極の周辺にパターン形成した感光性樹脂層または接着剤層であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１８】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１８】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公開番号】特開平６−７１８８２
【公開日】平成６年（１９９４）３月１５日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−１０９６５４
【出願日】平成５年（１９９３）５月１１日
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【公開日】平成６年（１９９４）３月１５日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）５月１１日
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
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