インクジェット式印字ヘッド
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ、記録紙等の記録媒体上にインク像を形成するインクジェット式印字ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高速、高印字品質の低価格インクジェットプリンタの要求が高まる中、インクジェット式印字ヘッドを構成する各部材への加工密度、加工精度も高いものが要求されてきている。
【０００３】インク室を構成する壁部材としては一般的にプラスチック、セラミック、ガラス等の材料が用いられている（米国特許第４０５７８０７号明細書、米国特許第３９７２４７４号明細書）。しかしながら、この様な技術では近年のインクジェット式印字ヘッドの要求する高精細、高精度化に応えることが出来なくなってきた。
【０００４】この様な課題を解決するものとして、シリコンウェハーをエッチングしてインクジェット式印字ヘッドの構成部品として使用する技術が多々開示されている。例えば、シリコン基板で流路を形成したインクジェットヘッドとして図１５に示した特公昭５８−４０５０９号公報が知られており、この例では（１００）シリコン基板が用いられている。
【０００５】又、（１１０）シリコン基板を用いたインクジェットヘッドの例としては、"K.E.Petersen,`Fabrication of anIntegrated,PlanarSilicon Ink-Jet Structure,'IEEE transactions onelectrondevices,vol.ED-26,No.12, December 1979"などが知られている。
【０００６】又、米国特許第４３１２００８号明細書においてもシリコンウェハーをエッチングしてインク室を構成する技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の従来技術は以下のような課題を有する。
【０００８】特公昭５８−４０５０９号公報に述べられている（１００）シリコン基板６１を用いたものではエッチングの結果現れる（１１１）面は（１００）面に対し約５４．７゜で傾斜するため、パターン幅に対して深さが一定の比以上は取れないので、図１５に示すように台形もしくは三角形の断面形状になる。
【０００９】例えば、（１００）面のシリコン基材を用いてインク室を配列しようとすると、先にも述べたが、図１５に示すようにインク室の壁が基材の表面に対し略５４．７゜で傾斜するため、薄いシリコン基材でしか貫通することができない。例えば、流路の幅が１００μｍである場合、シリコン基材の厚さは７０μｍ以下となる。その場合シリコン基材の全体の剛性がなく、シリコン基材全体がしなるため、他のノズルが駆動しているかどうかによって特性に大きな差がでることになる。そのため、高密度化が困難であるという課題を有する。
【００１０】一方、米国特許第４３１２００８号で開示されている図１６の例に示した（１１０）シリコン基板７１による異方性エッチングでは、表面の（１１０）面に垂直な（１１１）面でインク室を構成できるので高密度にノズルを配列することが可能である。
【００１１】しかしながら、図１６のインク室構造では、インク流れに滞留部が存在し一度気泡がインク室に入ってしまうとなかなか排出することが出来なかった。この事は、気泡がインク室での圧力の逃げ場（コンプライアンス）の働きをして、インク吐出不良の要因になっていた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】このような問題を解消するために本発明においては、ノズル開口が形成されたノズルプレートと、前記ノズル開口部と連通するインク室と、該インク室を加圧する圧力発生部材とを有するインクジェット式印字ヘッドにおいて、前記インク室は、結晶方位（１１０）面を表面にもつシリコン基板に対し、その表面に垂直な結晶方位（１１１）面で形成された４つの壁面と、前記シリコン基板の表面に対して傾斜した結晶方位（１１１）面で形成された２つの壁面との合計６つの結晶方位（１１１）面の壁面を有し、傾斜した第3の結晶方位（１１１）面によりノズル側にインクの流れを誘導する。
【００１３】更には、前記第３の（１１１）面に対応するようにインク供給口を具備したことを特徴としている。
【００１４】更には、前記第３の（１１１）面が前記インク室内に２面有することを特徴としている。
【００１５】更には、前記インク供給口は、前記２つの第３の（１１１）面に対応するようにそれぞれ具備していることを特徴としている。
【００１６】更には、前記インク供給口は、前記シリコン表面の（１１０）面をハーフエッチングした二つの（１１１）面で構成されるＶ字溝である事を特徴としている。
【００１７】更には、前記第３の（１１１）面と前記Ｖ字溝を形成する（１１１）面の１部が同一面で有ることを特徴としている。
【００１８】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を用い詳細に説明する。
【００１９】図３、図４は本発明のインクジェット式印字ヘッドを説明するための部分的な斜視図及び部分的な分解斜視図である。
【００２０】図１は、本発明のインクジェット式印字ヘッドのノズル配列に直交する方向の断面図、即ち、図３のＡ−Ａ断面図である。
【００２１】図２は、本発明におけるインクジェット式印字ヘッドのノズル配列方向の断面図、即ち、図３のＢ−Ｂ断面図である。
【００２２】図１、図２、図４に於いて、インクタンク（図示されていない）から供給されたインクは、各インク室１１０に連通する壁部材１０３に形成されたインク流路１１１を通り、各インク室１１０に対応するように形成されたインク供給路１０７を通って、ノズルプレート１０１、壁部材１０３、インク供給板１０８、振動板１０４によって構成されるインク室１１０に供給される。
【００２３】各インク室１１０に対応して圧力発生部材１０５と、ノズル開口部１０２が配置されており、圧力発生部材１０５はベース板２０１上に配置、固着され、フレーム２０４に挿入され、接着剤２０３で固着されている。ここで、圧力発生部材１０５は、ＦＰＣ２０２を介したプリンタ本体からの電気信号による伸縮運動により、インク室１１０を加圧し、ノズル開口部１０２よりインクを吐出する。
【００２４】本発明の特徴とするところは、インク室１１０を構成するシリコン単結晶基板からなる壁部材１０３の構造に関するものである。
【００２５】シリコン単結晶基板の異方性エッチングは、結晶方位により決まる方向にエッチングが進行する。（１１１）結晶面は、他の結晶面に比べてエッチング速度が極端に遅いため、図５の様に（１１０）面を表面に持つ壁部材１０３の表面と直交する第１の（１１１）面５０１と、この第１の（１１１）面と約７０度の傾きを持つ第２の（１１１）面５０２を利用してインク室を構成すると、非常に高いアスペクト比のインク室を高密度に、かつ、高精度に形成できる。
【００２６】しかしながら、この構造は先にも述べたが、インク室の角部にインク滞留部が存在し、一度気泡がインク室に入ってしまうとなかなか排出することが出来なかった。この事は、気泡がインク室での圧力の逃げ場（コンプライアンス）の働きをして、インク吐出不良の要因になっていた。
【００２７】この課題に対して、本発明は、図５に示すように壁部材１０３の（１１０）表面に対して約３５度の傾きを持つ第３の（１１１）面５０３を設けたことを特徴としている。
【００２８】図９は（１１０）面のシリコンウェハ８００の面上の方向を示す図である。
【００２９】シリコンウェハ８００の表面に対して垂直な（１１１）面は、オリフラ９０１に対して約３５゜の方向、即ち、＜２１１＞方向に現れる。この（１１１）面で構成される部屋をインク室１１０として利用すると、図１に示すように圧力発生部材１０５側からノズル開口部１０２に向かってインク室が徐々に狭くなるように第３の（１１１）面が存在し、インク滞留部が従来より少なくなり気泡排出性が飛躍的に向上する。
【００３０】以下、本発明の壁部材１０３の製造方法の一実施例を、図８（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。
【００３１】まず、図８（ａ）に示すように、表面の結晶面方位が（１１０）面となるシリコンウェハ８００を、９００〜１１００℃に加熱し、酸素、水蒸気などの酸化剤を含んだ高温の気体の中に置いて、その表面に酸素原子を拡散する。本実施例では、この熱酸化処理によって厚さ１．７μｍから成るシリコン酸化物の膜８０１を形成した。シリコン酸化物の膜８０１は後述する異方性エッチング工程でのマスクの役割を果たし、その形成手段は前述した熱酸化処理の他に、ＣＶＤ（化学気相堆積）法や、イオン注入法、陽極酸化法によっても差し支えない。またシリコン酸化物の膜以外にも、シリコン窒化物の膜や、ホウ素やガリウム原子を添加した所謂ｐ型シリコン膜や、ヒ素やアンチモン原子を添加した所謂ｎ型シリコン膜を形成しても差し支えない。
【００３２】次に、図８（ｂ）に示すように、樹脂レジスト８０２で前記シリコンウェハ８００上に図９に示すようにインク室１１０が（１１１）面で構成できるようにパターンを施し、図８（ｃ）に示すように、フッ酸水溶液などの酸エッチング液によってシリコン酸化物の膜８０１を選択的に除去した後、樹脂レジストを除去すると、パターニングされたシリコン酸化物の膜８０１のマスクパターンが現れる。
【００３３】次に、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液などの、結晶方位に依存してエッチング速度が変化するエッチング液によって、シリコンウェハを異方性エッチングすると、表面に対して垂直な第１、第２の結晶方位（１１１）面、及び表面に対して約３５度の角度を有する第３の結晶方位（１１１）面とでエッチング領域の規制を受けながら、深さ方向にエッチングが進行する（図８（ｄ））。すなわち第３の結晶方位（１１１）面の底部側を中央領域に延ばすようにエッチングが進行する。もとより、圧力室の中心の断面（図５の矢印Ｃで示す断面）で見た状態では、表面に対して約３５度の角度を有し、かつ深さ方向のエッチングを規制している第３の結晶方位（１１１）面は、図７に示したように表面から或る一定の深さの位置を通過しているから、短辺の垂直な壁、つまり第２の結晶方位（１１１）面に規制されつつ深さ方向にエッチングが進行し、第２の結晶方位（１１１）面（５０２）が露出する。そして、図８（ｆ）に示す時点でエッチングを規制している第３の結晶方位（１１１）面（８０３）が第２の結晶方位（１１１）面（８０３’）と交差し、この領域での深さ方向のエッチングが実質的に停止する。エッチングの進行を規制している第３の結晶方位（１１１）面の先端が底部に到達した時点図８（ｆ）で全体のエッチングが終了する。本実施例では、８０℃に加熱した２０[重量％]の水酸化ナトリウム水溶液によって、前記シリコンウェハを異方性エッチングして、図８（ｆ）に示すような形状を得た。
【００３４】次に、インクへの耐性やインクとの親和性を得るために図８（ｇ）に示す様に保護膜８０４を形成する。形成する膜の種類、並びに形成手段は前述のマスクパターンの工程と同じであるが、熱酸化処理によってシリコン酸化物の保護膜を形成するのが最も好適である。
【００３５】この様にして形成されるインク室１１０は、図５、図９に示すように貫通孔５０５がひし形になる様な、第３の（１１１）面５０３が現れる。
【００３６】この第３の（１１１）面５０３は、シリコンウェハ面、即ち、（１１０）面から貫通孔５０５方向に約３５゜のテーパを持って現れるので貫通孔５０５面をノズル開口部に向かってインクジェット式印字ヘッドを構成し図１に示すヘッド構造を得る。ここで、図６は、図５に於けるＣ−Ｃ断面図で、図７は、図５に於けるＤ−Ｄ断面図である。
【００３７】図１〜図４の実施例では、インク室１１０とインク流路１１１を形成した壁部材１０３と、インク供給路１０７を形成したインク供給板１０８とを別部品、即ち、２部品で構成した例を示した。
【００３８】以下には、インク室１１０とインク流路１１１、インク供給路１０７を壁部材１０３上に形成した実施例を示す。
【００３９】図１２は（１１０）面のシリコンウェハ８００の面上の方向を示す図である。
【００４０】シリコンウェハ８００のオリフラ９０１に対して垂直の方向、即ち、＜１１０＞方向にはシリコンウェハ表面に対して約３５゜の方向に、（１１１）面の滑らかで、精度の良いＶ字溝１２０１が構成できる。
【００４１】このＶ字溝１２０１をインク供給路１０７として使用した例が図１０であり、図１０の斜視図が図１１１１である。
【００４２】本実施例によれば、インク供給路１０７がエッチング精度の高いシリコンの（１１１）面で、かつ、１部品で構成できる為、特性のよい安価なインクジェット式印字ヘッドが提供できる。
【００４３】又、本実施例、図７、図１０に示す第１の（１１１）面５０１と第２の（１１１）面とが鋭角的に交わる部分に、図１に於ける振動板１０４と第３の（１１１）面５０３とのギャップが最も狭くなる部分、即ち、ギャップ極小部１００１が出来てしまう。この部分は、インクの流れが殆ど生じないので、特にインク初期充填時の気泡排出性が非常に悪いという課題を持っていた。
【００４４】この課題に対しては、図１０に示す様にインク供給路１０７を、ギャップ極小部１００１に対応するように配置すること、更には、第３の（１１１）面５０３の１部がインク供給路１０７を構成するＶ字溝の（１１１）面とを同一面とすることでギャップ極小部１００１のインクの流れが円滑になり気泡排出性に優れ、又、第３の（１１１）面５０３は、ノズル周囲の剛性を高める働きをし、特性の安定した、吐出効率の良いインクジェット式印字ヘッドを提供できる。
【００４５】図１３、図１４に実際に試作したインク室１１０のレイアウト例を示す。
【００４６】図１３は、壁部材１０３の振動板１０４との接着面側の図で、図１４は壁部材１０３のノズルプレート１０１との接着面側の図である。
【００４７】インク室１１０は、ピッチ０．２８２２（ｍｍ）で片側１６室。インク供給路１０７及びインク流路１１１は各インク室１１０の両側に構成され、各インク流路１１１にはインク供給パイプ１３０１を配置している。
【００４８】この構造によれば、インク充填時等にどれかのパイプ１３０１をインク流路１１１へのインク充填、どれかのパイプ１３０１をインク流路１１１からのインク排出に利用し各インク室、インク流路内でインクを循環することで気泡排出がさらに向上させることが出来た。
【００４９】ここで本実施例では圧力発生部材１０５として、図１の様に圧電材料と電極材料を交互にサンドイッチ状に挟んだ積層型圧電素子の電界方向と同方向の変位、即ちｄ３３方向の変位を利用した例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力発生部材として電界方向と垂直方向の変位、即ちｄ３１方向の変位を利用した圧電素子や、インク室内に駆動信号によりジュール熱を発生する抵抗線を設けたバブルジェット方式等にも同等の効果を有する。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ノズルに連通する貫通孔を、傾斜する斜面により形成したので、供給路からインク室へのインクの流れが円滑で、気泡が溜まり難く、気泡の抜け易い形状としたため気泡排出性が向上し、安定した印字特性を確保できるという効果を有する。また、ノズル周囲の剛性を高めることにより、側壁、ノズル板の振動を原因とするクロストークを抑制でき、かつ、インク吐出効率を向上させることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す図３に於けるＡ−Ａ断面図。
【図２】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す図３に於けるＢ−Ｂ断面図。
【図３】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す斜視図。
【図４】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す斜視図。
【図５】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す上面図。
【図６】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す図５に於けるＣ−Ｃ断面図。
【図７】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す図５に於けるＤ−Ｄ断面図。
【図８】本発明のインクジェット式印字ヘッドのシリコン基材のエッチング過程を説明するための断面図。
【図９】本発明のインクジェット式印字ヘッドに用いる（１１０）面のシリコンウェハの面上の方向を示す図。
【図１０】本発明のインクジェット式印字ヘッドの第２の実施例を示す上面図。
【図１１】本発明のインクジェット式印字ヘッドの第２の実施例を示す図１０の斜視図。
【図１２】本発明のインクジェット式印字ヘッドの第２の実施例を説明する為の、（１１０）面のシリコンウェハの面上の方向を示す図。
【図１３】本発明のインクジェット式印字ヘッドの第３の実施例を示す上面図。
【図１４】本発明のインクジェット式印字ヘッドの第３の実施例を示す図１３の裏面側の上面図。
【図１５】従来技術のインクジェットヘッドを示す斜視図。
【図１６】従来技術のインクジェットヘッドを示す斜視図。
【符号の説明】
１０１ ノズルプレート
１０２ ノズル開口部
１０３ 壁部材
１０４ 振動板
１０５ 圧力発生部材
１０７ インク供給路
１１０ インク室
５０１ 第１の（１１１）面
５０２ 第２の（１１１）面
５０３ 第３の（１１１）面
１２０１ Ｖ字溝
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ、記録紙等の記録媒体上にインク像を形成するインクジェット式印字ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、高速、高印字品質の低価格インクジェットプリンタの要求が高まる中、インクジェット式印字ヘッドを構成する各部材への加工密度、加工精度も高いものが要求されてきている。
【０００３】インク室を構成する壁部材としては一般的にプラスチック、セラミック、ガラス等の材料が用いられている（米国特許第４０５７８０７号明細書、米国特許第３９７２４７４号明細書）。しかしながら、この様な技術では近年のインクジェット式印字ヘッドの要求する高精細、高精度化に応えることが出来なくなってきた。
【０００４】この様な課題を解決するものとして、シリコンウェハーをエッチングしてインクジェット式印字ヘッドの構成部品として使用する技術が多々開示されている。例えば、シリコン基板で流路を形成したインクジェットヘッドとして図１５に示した特公昭５８−４０５０９号公報が知られており、この例では（１００）シリコン基板が用いられている。
【０００５】又、（１１０）シリコン基板を用いたインクジェットヘッドの例としては、"K.E.Petersen,`Fabrication of anIntegrated,PlanarSilicon Ink-Jet Structure,'IEEE transactions onelectrondevices,vol.ED-26,No.12, December 1979"などが知られている。
【０００６】又、米国特許第４３１２００８号明細書においてもシリコンウェハーをエッチングしてインク室を構成する技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の従来技術は以下のような課題を有する。
【０００８】特公昭５８−４０５０９号公報に述べられている（１００）シリコン基板６１を用いたものではエッチングの結果現れる（１１１）面は（１００）面に対し約５４．７゜で傾斜するため、パターン幅に対して深さが一定の比以上は取れないので、図１５に示すように台形もしくは三角形の断面形状になる。
【０００９】例えば、（１００）面のシリコン基材を用いてインク室を配列しようとすると、先にも述べたが、図１５に示すようにインク室の壁が基材の表面に対し略５４．７゜で傾斜するため、薄いシリコン基材でしか貫通することができない。例えば、流路の幅が１００μｍである場合、シリコン基材の厚さは７０μｍ以下となる。その場合シリコン基材の全体の剛性がなく、シリコン基材全体がしなるため、他のノズルが駆動しているかどうかによって特性に大きな差がでることになる。そのため、高密度化が困難であるという課題を有する。
【００１０】一方、米国特許第４３１２００８号で開示されている図１６の例に示した（１１０）シリコン基板７１による異方性エッチングでは、表面の（１１０）面に垂直な（１１１）面でインク室を構成できるので高密度にノズルを配列することが可能である。
【００１１】しかしながら、図１６のインク室構造では、インク流れに滞留部が存在し一度気泡がインク室に入ってしまうとなかなか排出することが出来なかった。この事は、気泡がインク室での圧力の逃げ場（コンプライアンス）の働きをして、インク吐出不良の要因になっていた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】このような問題を解消するために本発明においては、ノズル開口が形成されたノズルプレートと、前記ノズル開口部と連通するインク室と、該インク室を加圧する圧力発生部材とを有するインクジェット式印字ヘッドにおいて、前記インク室は、結晶方位（１１０）面を表面にもつシリコン基板に対し、その表面に垂直な結晶方位（１１１）面で形成された４つの壁面と、前記シリコン基板の表面に対して傾斜した結晶方位（１１１）面で形成された２つの壁面との合計６つの結晶方位（１１１）面の壁面を有し、傾斜した第3の結晶方位（１１１）面によりノズル側にインクの流れを誘導する。
【００１３】更には、前記第３の（１１１）面に対応するようにインク供給口を具備したことを特徴としている。
【００１４】更には、前記第３の（１１１）面が前記インク室内に２面有することを特徴としている。
【００１５】更には、前記インク供給口は、前記２つの第３の（１１１）面に対応するようにそれぞれ具備していることを特徴としている。
【００１６】更には、前記インク供給口は、前記シリコン表面の（１１０）面をハーフエッチングした二つの（１１１）面で構成されるＶ字溝である事を特徴としている。
【００１７】更には、前記第３の（１１１）面と前記Ｖ字溝を形成する（１１１）面の１部が同一面で有ることを特徴としている。
【００１８】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を用い詳細に説明する。
【００１９】図３、図４は本発明のインクジェット式印字ヘッドを説明するための部分的な斜視図及び部分的な分解斜視図である。
【００２０】図１は、本発明のインクジェット式印字ヘッドのノズル配列に直交する方向の断面図、即ち、図３のＡ−Ａ断面図である。
【００２１】図２は、本発明におけるインクジェット式印字ヘッドのノズル配列方向の断面図、即ち、図３のＢ−Ｂ断面図である。
【００２２】図１、図２、図４に於いて、インクタンク（図示されていない）から供給されたインクは、各インク室１１０に連通する壁部材１０３に形成されたインク流路１１１を通り、各インク室１１０に対応するように形成されたインク供給路１０７を通って、ノズルプレート１０１、壁部材１０３、インク供給板１０８、振動板１０４によって構成されるインク室１１０に供給される。
【００２３】各インク室１１０に対応して圧力発生部材１０５と、ノズル開口部１０２が配置されており、圧力発生部材１０５はベース板２０１上に配置、固着され、フレーム２０４に挿入され、接着剤２０３で固着されている。ここで、圧力発生部材１０５は、ＦＰＣ２０２を介したプリンタ本体からの電気信号による伸縮運動により、インク室１１０を加圧し、ノズル開口部１０２よりインクを吐出する。
【００２４】本発明の特徴とするところは、インク室１１０を構成するシリコン単結晶基板からなる壁部材１０３の構造に関するものである。
【００２５】シリコン単結晶基板の異方性エッチングは、結晶方位により決まる方向にエッチングが進行する。（１１１）結晶面は、他の結晶面に比べてエッチング速度が極端に遅いため、図５の様に（１１０）面を表面に持つ壁部材１０３の表面と直交する第１の（１１１）面５０１と、この第１の（１１１）面と約７０度の傾きを持つ第２の（１１１）面５０２を利用してインク室を構成すると、非常に高いアスペクト比のインク室を高密度に、かつ、高精度に形成できる。
【００２６】しかしながら、この構造は先にも述べたが、インク室の角部にインク滞留部が存在し、一度気泡がインク室に入ってしまうとなかなか排出することが出来なかった。この事は、気泡がインク室での圧力の逃げ場（コンプライアンス）の働きをして、インク吐出不良の要因になっていた。
【００２７】この課題に対して、本発明は、図５に示すように壁部材１０３の（１１０）表面に対して約３５度の傾きを持つ第３の（１１１）面５０３を設けたことを特徴としている。
【００２８】図９は（１１０）面のシリコンウェハ８００の面上の方向を示す図である。
【００２９】シリコンウェハ８００の表面に対して垂直な（１１１）面は、オリフラ９０１に対して約３５゜の方向、即ち、＜２１１＞方向に現れる。この（１１１）面で構成される部屋をインク室１１０として利用すると、図１に示すように圧力発生部材１０５側からノズル開口部１０２に向かってインク室が徐々に狭くなるように第３の（１１１）面が存在し、インク滞留部が従来より少なくなり気泡排出性が飛躍的に向上する。
【００３０】以下、本発明の壁部材１０３の製造方法の一実施例を、図８（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。
【００３１】まず、図８（ａ）に示すように、表面の結晶面方位が（１１０）面となるシリコンウェハ８００を、９００〜１１００℃に加熱し、酸素、水蒸気などの酸化剤を含んだ高温の気体の中に置いて、その表面に酸素原子を拡散する。本実施例では、この熱酸化処理によって厚さ１．７μｍから成るシリコン酸化物の膜８０１を形成した。シリコン酸化物の膜８０１は後述する異方性エッチング工程でのマスクの役割を果たし、その形成手段は前述した熱酸化処理の他に、ＣＶＤ（化学気相堆積）法や、イオン注入法、陽極酸化法によっても差し支えない。またシリコン酸化物の膜以外にも、シリコン窒化物の膜や、ホウ素やガリウム原子を添加した所謂ｐ型シリコン膜や、ヒ素やアンチモン原子を添加した所謂ｎ型シリコン膜を形成しても差し支えない。
【００３２】次に、図８（ｂ）に示すように、樹脂レジスト８０２で前記シリコンウェハ８００上に図９に示すようにインク室１１０が（１１１）面で構成できるようにパターンを施し、図８（ｃ）に示すように、フッ酸水溶液などの酸エッチング液によってシリコン酸化物の膜８０１を選択的に除去した後、樹脂レジストを除去すると、パターニングされたシリコン酸化物の膜８０１のマスクパターンが現れる。
【００３３】次に、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液などの、結晶方位に依存してエッチング速度が変化するエッチング液によって、シリコンウェハを異方性エッチングすると、表面に対して垂直な第１、第２の結晶方位（１１１）面、及び表面に対して約３５度の角度を有する第３の結晶方位（１１１）面とでエッチング領域の規制を受けながら、深さ方向にエッチングが進行する（図８（ｄ））。すなわち第３の結晶方位（１１１）面の底部側を中央領域に延ばすようにエッチングが進行する。もとより、圧力室の中心の断面（図５の矢印Ｃで示す断面）で見た状態では、表面に対して約３５度の角度を有し、かつ深さ方向のエッチングを規制している第３の結晶方位（１１１）面は、図７に示したように表面から或る一定の深さの位置を通過しているから、短辺の垂直な壁、つまり第２の結晶方位（１１１）面に規制されつつ深さ方向にエッチングが進行し、第２の結晶方位（１１１）面（５０２）が露出する。そして、図８（ｆ）に示す時点でエッチングを規制している第３の結晶方位（１１１）面（８０３）が第２の結晶方位（１１１）面（８０３’）と交差し、この領域での深さ方向のエッチングが実質的に停止する。エッチングの進行を規制している第３の結晶方位（１１１）面の先端が底部に到達した時点図８（ｆ）で全体のエッチングが終了する。本実施例では、８０℃に加熱した２０[重量％]の水酸化ナトリウム水溶液によって、前記シリコンウェハを異方性エッチングして、図８（ｆ）に示すような形状を得た。
【００３４】次に、インクへの耐性やインクとの親和性を得るために図８（ｇ）に示す様に保護膜８０４を形成する。形成する膜の種類、並びに形成手段は前述のマスクパターンの工程と同じであるが、熱酸化処理によってシリコン酸化物の保護膜を形成するのが最も好適である。
【００３５】この様にして形成されるインク室１１０は、図５、図９に示すように貫通孔５０５がひし形になる様な、第３の（１１１）面５０３が現れる。
【００３６】この第３の（１１１）面５０３は、シリコンウェハ面、即ち、（１１０）面から貫通孔５０５方向に約３５゜のテーパを持って現れるので貫通孔５０５面をノズル開口部に向かってインクジェット式印字ヘッドを構成し図１に示すヘッド構造を得る。ここで、図６は、図５に於けるＣ−Ｃ断面図で、図７は、図５に於けるＤ−Ｄ断面図である。
【００３７】図１〜図４の実施例では、インク室１１０とインク流路１１１を形成した壁部材１０３と、インク供給路１０７を形成したインク供給板１０８とを別部品、即ち、２部品で構成した例を示した。
【００３８】以下には、インク室１１０とインク流路１１１、インク供給路１０７を壁部材１０３上に形成した実施例を示す。
【００３９】図１２は（１１０）面のシリコンウェハ８００の面上の方向を示す図である。
【００４０】シリコンウェハ８００のオリフラ９０１に対して垂直の方向、即ち、＜１１０＞方向にはシリコンウェハ表面に対して約３５゜の方向に、（１１１）面の滑らかで、精度の良いＶ字溝１２０１が構成できる。
【００４１】このＶ字溝１２０１をインク供給路１０７として使用した例が図１０であり、図１０の斜視図が図１１１１である。
【００４２】本実施例によれば、インク供給路１０７がエッチング精度の高いシリコンの（１１１）面で、かつ、１部品で構成できる為、特性のよい安価なインクジェット式印字ヘッドが提供できる。
【００４３】又、本実施例、図７、図１０に示す第１の（１１１）面５０１と第２の（１１１）面とが鋭角的に交わる部分に、図１に於ける振動板１０４と第３の（１１１）面５０３とのギャップが最も狭くなる部分、即ち、ギャップ極小部１００１が出来てしまう。この部分は、インクの流れが殆ど生じないので、特にインク初期充填時の気泡排出性が非常に悪いという課題を持っていた。
【００４４】この課題に対しては、図１０に示す様にインク供給路１０７を、ギャップ極小部１００１に対応するように配置すること、更には、第３の（１１１）面５０３の１部がインク供給路１０７を構成するＶ字溝の（１１１）面とを同一面とすることでギャップ極小部１００１のインクの流れが円滑になり気泡排出性に優れ、又、第３の（１１１）面５０３は、ノズル周囲の剛性を高める働きをし、特性の安定した、吐出効率の良いインクジェット式印字ヘッドを提供できる。
【００４５】図１３、図１４に実際に試作したインク室１１０のレイアウト例を示す。
【００４６】図１３は、壁部材１０３の振動板１０４との接着面側の図で、図１４は壁部材１０３のノズルプレート１０１との接着面側の図である。
【００４７】インク室１１０は、ピッチ０．２８２２（ｍｍ）で片側１６室。インク供給路１０７及びインク流路１１１は各インク室１１０の両側に構成され、各インク流路１１１にはインク供給パイプ１３０１を配置している。
【００４８】この構造によれば、インク充填時等にどれかのパイプ１３０１をインク流路１１１へのインク充填、どれかのパイプ１３０１をインク流路１１１からのインク排出に利用し各インク室、インク流路内でインクを循環することで気泡排出がさらに向上させることが出来た。
【００４９】ここで本実施例では圧力発生部材１０５として、図１の様に圧電材料と電極材料を交互にサンドイッチ状に挟んだ積層型圧電素子の電界方向と同方向の変位、即ちｄ３３方向の変位を利用した例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力発生部材として電界方向と垂直方向の変位、即ちｄ３１方向の変位を利用した圧電素子や、インク室内に駆動信号によりジュール熱を発生する抵抗線を設けたバブルジェット方式等にも同等の効果を有する。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ノズルに連通する貫通孔を、傾斜する斜面により形成したので、供給路からインク室へのインクの流れが円滑で、気泡が溜まり難く、気泡の抜け易い形状としたため気泡排出性が向上し、安定した印字特性を確保できるという効果を有する。また、ノズル周囲の剛性を高めることにより、側壁、ノズル板の振動を原因とするクロストークを抑制でき、かつ、インク吐出効率を向上させることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す図３に於けるＡ−Ａ断面図。
【図２】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す図３に於けるＢ−Ｂ断面図。
【図３】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す斜視図。
【図４】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す斜視図。
【図５】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す上面図。
【図６】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す図５に於けるＣ−Ｃ断面図。
【図７】本発明のインクジェット式印字ヘッドの一実施例を示す図５に於けるＤ−Ｄ断面図。
【図８】本発明のインクジェット式印字ヘッドのシリコン基材のエッチング過程を説明するための断面図。
【図９】本発明のインクジェット式印字ヘッドに用いる（１１０）面のシリコンウェハの面上の方向を示す図。
【図１０】本発明のインクジェット式印字ヘッドの第２の実施例を示す上面図。
【図１１】本発明のインクジェット式印字ヘッドの第２の実施例を示す図１０の斜視図。
【図１２】本発明のインクジェット式印字ヘッドの第２の実施例を説明する為の、（１１０）面のシリコンウェハの面上の方向を示す図。
【図１３】本発明のインクジェット式印字ヘッドの第３の実施例を示す上面図。
【図１４】本発明のインクジェット式印字ヘッドの第３の実施例を示す図１３の裏面側の上面図。
【図１５】従来技術のインクジェットヘッドを示す斜視図。
【図１６】従来技術のインクジェットヘッドを示す斜視図。
【符号の説明】
１０１ ノズルプレート
１０２ ノズル開口部
１０３ 壁部材
１０４ 振動板
１０５ 圧力発生部材
１０７ インク供給路
１１０ インク室
５０１ 第１の（１１１）面
５０２ 第２の（１１１）面
５０３ 第３の（１１１）面
１２０１ Ｖ字溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ノズル開口が形成されたノズルプレートと、前記ノズル開口部と連通するインク室と、該インク室を加圧する圧力発生部材とを有するインクジェット式印字ヘッドにおいて、前記インク室は、結晶方位（１１０）面を表面にもつシリコン基板に対し、その表面に垂直な結晶方位（１１１）面で形成された４つの壁面と、前記シリコン基板の表面に対して傾斜した結晶方位（１１１）面で形成された２つの壁面との合計６つの結晶方位（１１１）面の壁面を有することを特徴とするインクジェット式印字ヘッド。
【請求項２】 前記６つの壁面は、前記シリコン基板の表面に垂直な第１の２つの結晶方位（１１１）面と、該第１の結晶方位（１１１）面と約７０度の傾きを持つ第２の２つの結晶方位（１１１）面と、前記シリコン表面に対して約３５度の傾きを持つ第３の２つの結晶方位（１１１）面である請求項１に記載のインクジェット式印字ヘッド。
【請求項３】 前記第３の結晶方位（１１１）面が、前記インク室の底面を形成するように２つ存在する請求項２に記載のインクジェット式印字ヘッド。
【請求項４】 前記第３の結晶方位（１１１）面により形成された前記インク室の最も狭くなる領域に対応するようにインク供給口が形成されている請求項２に記載のインクジェット式印字ヘッド。
【請求項５】 前記インク供給口は、前記２つの第３の結晶方位（１１１）面により形成された前記インク室の最も狭くなる２つの領域に対応するよう形成されている請求項４記載のインクジェット式印字ヘッド。
【請求項６】 前記インク供給口は、前記シリコン基板の表面をハーフエッチングして形成される２つの結晶方位（１１１）面により構成されるＶ字溝である請求項４または請求項５に記載のインクジェット式印字ヘッド。
【請求項７】 前記第３の結晶方位（１１１）面と前記Ｖ字溝を形成する結晶方位（１１１）面の一部が同一面である請求項６に記載のインクジェット式印字ヘッド。
【請求項１】 ノズル開口が形成されたノズルプレートと、前記ノズル開口部と連通するインク室と、該インク室を加圧する圧力発生部材とを有するインクジェット式印字ヘッドにおいて、前記インク室は、結晶方位（１１０）面を表面にもつシリコン基板に対し、その表面に垂直な結晶方位（１１１）面で形成された４つの壁面と、前記シリコン基板の表面に対して傾斜した結晶方位（１１１）面で形成された２つの壁面との合計６つの結晶方位（１１１）面の壁面を有することを特徴とするインクジェット式印字ヘッド。
【請求項２】 前記６つの壁面は、前記シリコン基板の表面に垂直な第１の２つの結晶方位（１１１）面と、該第１の結晶方位（１１１）面と約７０度の傾きを持つ第２の２つの結晶方位（１１１）面と、前記シリコン表面に対して約３５度の傾きを持つ第３の２つの結晶方位（１１１）面である請求項１に記載のインクジェット式印字ヘッド。
【請求項３】 前記第３の結晶方位（１１１）面が、前記インク室の底面を形成するように２つ存在する請求項２に記載のインクジェット式印字ヘッド。
【請求項４】 前記第３の結晶方位（１１１）面により形成された前記インク室の最も狭くなる領域に対応するようにインク供給口が形成されている請求項２に記載のインクジェット式印字ヘッド。
【請求項５】 前記インク供給口は、前記２つの第３の結晶方位（１１１）面により形成された前記インク室の最も狭くなる２つの領域に対応するよう形成されている請求項４記載のインクジェット式印字ヘッド。
【請求項６】 前記インク供給口は、前記シリコン基板の表面をハーフエッチングして形成される２つの結晶方位（１１１）面により構成されるＶ字溝である請求項４または請求項５に記載のインクジェット式印字ヘッド。
【請求項７】 前記第３の結晶方位（１１１）面と前記Ｖ字溝を形成する結晶方位（１１１）面の一部が同一面である請求項６に記載のインクジェット式印字ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１０】
【図１２】
【図１５】
【図１６】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１０】
【図１２】
【図１５】
【図１６】
【図１３】
【図１４】
【特許番号】特許第３２２１４７４号（Ｐ３２２１４７４）
【登録日】平成１３年８月１７日（２００１．８．１７）
【発行日】平成１３年１０月２２日（２００１．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−６６８９７
【出願日】平成６年４月５日（１９９４．４．５）
【公開番号】特開平７−２７６６２６
【公開日】平成７年１０月２４日（１９９５．１０．２４）
【審査請求日】平成１１年１１月２日（１９９９．１１．２）
【前置審査】 前置審査
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【参考文献】
【文献】特開 平６−５５７３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平５−３０９８３５（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１３年８月１７日（２００１．８．１７）
【発行日】平成１３年１０月２２日（２００１．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成６年４月５日（１９９４．４．５）
【公開番号】特開平７−２７６６２６
【公開日】平成７年１０月２４日（１９９５．１０．２４）
【審査請求日】平成１１年１１月２日（１９９９．１１．２）
【前置審査】 前置審査
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【参考文献】
【文献】特開 平６−５５７３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平５−３０９８３５（ＪＰ，Ａ）
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