液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、および液滴吐出ヘッドの製造方法
【課題】吐出エネルギーを高めることができ、配線の引き回しや回路接続の自由度も向上する液滴吐出ヘッドを提案すること。
【解決手段】吐出液をそれぞれのノズル孔１０１から吐出させる複数の加圧室２０１が、対向する振動板の間に形成されたキャビティ基板２００を備え、振動板の一方は複数の加圧室に対して共通の共通電極振動板２１１とされ、振動板の他方は複数の加圧室にそれぞれ対応した個別電極２２３を有した個別電極振動板２２１とされており、キャビテイ基板２００に、共通電極振動板２１１と電極対を形成し複数の加圧室にそれぞれ対応した個別電極３１２を有した個別電極基板３１０と、個別電極振動板２２１と電極対を形成し複数の加圧室に対して共通の共通電極基板３２０とを、積層した液滴吐出ヘッド。
【解決手段】吐出液をそれぞれのノズル孔１０１から吐出させる複数の加圧室２０１が、対向する振動板の間に形成されたキャビティ基板２００を備え、振動板の一方は複数の加圧室に対して共通の共通電極振動板２１１とされ、振動板の他方は複数の加圧室にそれぞれ対応した個別電極２２３を有した個別電極振動板２２１とされており、キャビテイ基板２００に、共通電極振動板２１１と電極対を形成し複数の加圧室にそれぞれ対応した個別電極３１２を有した個別電極基板３１０と、個別電極振動板２２１と電極対を形成し複数の加圧室に対して共通の共通電極基板３２０とを、積層した液滴吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電駆動式の液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、および液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電駆動式の液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドでは、吐出エネルギーを高めるための提案が従来から行われている。例えば、インクチャンネルの対向する２面にそれぞれ電極付き振動板を備え、電極の静電力に起因する２つの振動板の変形を利用することで、従来より低電圧で同量のインクを吐出をすることが開示されている（特許文献１）。また、底面が振動板になったキャビティ基板と、該振動板にギャップを隔てて対向する個別電極を形成した電極基板とを積層した積層基板２枚を、各振動板が対称位置になるようにキャビティ基板同士で接合したものも開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３０９８４９号公報
【特許文献２】特開２００７−１０７０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１の場合、電極間距離が長いため、大量のインクを吐出させるためには印加電圧が大きくなるほか、インク吐出量を高精度に制御することも困難である。
また、特許文献２の場合、電極の引き出し部が電極基板に挟まれた狭領域に向かい合わせで露出する構造となるため、配線の引き回しや引き出し部を利用しての部品実装の点で難点がある。
本発明は上記課題に対応したものであり、吐出エネルギーを高めることができ、しかも配線の引き回しや回路接続の自由度が向上する液滴吐出ヘッドを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の液滴吐出ヘッドは、吐出液をそれぞれのノズル孔から吐出させる複数の加圧室が、対向する振動板の間に形成されたキャビティ基板を備え、前記振動板の一方は前記複数の加圧室に対して共通の共通電極振動板とされ、前記振動板の他方は前記複数の加圧室にそれぞれ対応した個別電極を有した個別電極振動板とされており、
前記キャビテイ基板に、前記共通電極振動板と電極対を形成し前記複数の加圧室にそれぞれ対応した個別電極を有した個別電極基板と、前記個別電極振動板と電極対を形成し前記複数の加圧室に対して共通の共通電極基板とを、積層したものである。
これによれば、２組の電極対による加圧手段を備えるので吐出エネルギーを高くでき、吐出液量を増大させることができる。また、個別電極と共通電極が交互に存在する構造となり、共通の開放端部が利用可能となるため、各基板の配線の引き回しや回路接続の自由度が向上する。
【０００６】
また、前記キャビティ基板は、前記共通電極振動板を底面とする前記加圧室が形成された加圧室基板と、前記個別電極振動板とが積層されて形成されており、
前記個別電極基板、前記加圧室基板、前記個別電極振動板、および前記共通電極基板の順に積層され、各基板の外部回路との電気的接続部が同じ端部側に引き出されて同じ方向の表面側に露出しているものである。
これによれば、各基板の配線取り出し部が同じ端部の同じ側の面に存在するので、駆動回路等の実装が容易になる。
【０００７】
また、前記個別電極基板は硼珪酸ガラスを、前記加圧室基板と前記共通電極基板は単結晶シリコン基板を、前記共通電極振動板と個別電極振動板は多結晶シリコン膜を、それぞれ基材とするのが好ましい。
最下層となる個別電極基板に強度の高い硼珪酸ガラス基板を用いることで、他のシリコン部材と熱膨張係数差による破壊を防止できる支持基板として作用する。また、加圧室基板と共通電極基板に導電性単結晶シリコンを用いることで、半導体プロセスによる加圧室基板への高精度な加工が可能となり、加圧室基板および共通電極基板自体を共通電極として作用させることができる。さらに、共通電極振動板と個別電極振動板に多結晶シリコン膜を用いたことで、成膜による振動板形成が可能となり、底面に共通電極振動板を形成した加圧室凹部の上面に、振動板を追加することが可能となった。
【０００８】
前記共通電極振動板と前記個別電極振動板とを独立して駆動する駆動手段を備えたものである。
なお、前記駆動手段は、前記共通電極振動板と前記個別電極振動板の一方を駆動して、または両方を同時に駆動して、吐出液量を調整することができる。さらに、駆動手段は、共通電極振動板と個別電極振動板の一方を駆動した後、予め定めた一定の時間を空けて他方の振動板を駆動させることで、液滴の引きちぎりを可能とし、それによって吐出液量を小さくすることができる。さらに、単一アクチュエータで液滴吐出量を小さくする駆動方法よりも時間を短縮でき、アクチュエータの駆動周波数を向上させることもできる。
【０００９】
本発明の液滴吐出装置は、上記いずれかの液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置であり、前述した液滴ヘッドの効果を奏することができる。
【００１０】
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、第１の個別電極が形成されたガラス基板と、共通電極振動板となる多結晶シリコン膜が形成され該膜を底面とする加圧室を形成予定のシリコン基板とを、前記第１の個別電極と前記シリコン基板との間に隙間を有して陽極接合する工程と、
前記シリコン基板をエッチングして前記加圧室を含む吐出液の流路を形成する工程と、 サポートガラス基板にアモルファスシリコン膜と吐出液保護膜とを積層する工程と、
前記サポートガラス基板の前記アモルファスシリコン膜および前記吐出液保護膜を有した面を、前記共通電極振動板を底面とする前記加圧室が形成された前記シリコン基板に接合する工程と、
前記サポートガラス基板側からレーザーを照射して、前記アモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜に変質させることで前記サポートガラス基板を剥離する工程と、
前記多結晶シリコン膜の表面の加圧室に対応する部分に第２の個別電極を形成して個別電極振動板を形成する工程と、
前記第２の個別電極に対応する部分に凹部が形成された共通電極基板を、前記第２の個別電極との間に隙間を有して前記個別電極振動板に接合する工程と、
前記加圧室に対応するノズル孔を備えたノズル基板を、前記個別電極基板と、前記共通電極振動板および前記個別電極振動板を有した前記シリコン基板と、前記共通電極基板とが積層された積層体の端面に接合する工程と、を備えたものである。
この製造方法により、吐出エネルギーを高め、しかも配線の引き回しや回路接続の自由度が向上する液滴吐出ヘッドを得ることが可能となる。
また、前記加圧室を複数とし、前記第１の個別電極、前記第２の個別電極、および前記ノズル孔を、前記加圧室に対応する個数設けることで、高密度の液滴吐出ヘッドが製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】液滴吐出ヘッドの構成を示す個別電極長手方向における断面図。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドを共通電極基板側から見た平面図であり、ノズル基板およびキャビティ基板との関連も示した説明図。
【図３】個別電極基板の個別電極形成面を示した平面図であり、ノズル基板およびキャビティ基板との関連も示した説明図。
【図４】液滴吐出ヘッドの電極の駆動パターンの例示図。
【図５】個別電極基板の製造方法を示す工程図。
【図６ａ】キャビティ基板のうちの加圧室基板の製造方法を示す工程図。
【図６ｂ】図６ａに続く加圧室基板の製造方法を示す工程図。
【図７ａ】キャビティ基板のうちの個別電極振動板の製造方法を示す工程図。
【図７ｂ】図７ａに続く個別電極振動板の製造方法を示す工程図。
【図８】共通電極基板の製造方法を示す工程図。
【図９】共通電極基板およびノズル基板の組み付けを示す工程図。
【図１０】実施の形態３に係る液滴吐出装置の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１（液滴吐出ヘッド）
図１は本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す個別電極長手方向における断面図、図２は図１の液滴吐出ヘッドを共通電極基板側から見た平面図であり、図３は図１の液滴吐出ヘッドを個別電極基板側から見た平面図であり、ノズル基板およびキャビティ基板との関連も示した説明図である。この液滴吐出ヘッドは、ノズル基板１００、キャビティ基板２００、個別電極基板３１０、共通電極基板３２０を備えている。そして、個別電極基板３１０、キャビティ基板２００、共通電極基板３２０の順に積層されており、それらの積層体の端部に積層方向と直交する態様でノズル基板１００が配置されている。
【００１３】
キャビティ基板２００は、共通電極として作用する共通電極振動板２１１と個別電極として作用する個別電極振動板２２１とを有し、それらの振動板２１１、２２１の間に、複数の加圧室２０１、各加圧室２０１に共通のリザーバー２０３、リザーバー２０３と加圧室２０１を連通するオリフィス２０２が形成されている。加圧室２０１、リザーバー２０３、オリフィス２０２は、シリコン基板８（単結晶シリコン基板）を基材として形成され、共通電極振動板２１１と個別電極振動板２２１は多結晶シリコン膜を基材として形成される。共通電極振動板２１１となる多結晶シリコン膜は、成膜時に導電性を付加することで共通電極として作用する。個別電極振動板２２１は、導電性を付加しない多結晶シリコン膜に個別電極（第２の個別電極）２２３として作用する導体（白金やクロムなど）が、各加圧室２０１に対応して積層されることで個別電極として作用する。
なお、本明細書では、キャビティ基板２００のうち、共通電極振動板２１１、加圧室２０１、リザーバー２０３、オリフィス２０２などが形成された基板を加圧室基板２００ａと称する（図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、図７（ｂ）参照）。
加圧室基板２００ａの個別電極基板３１０との対向面には絶縁膜２１３が形成されている。また、加圧室基板２００ａには電極の引き出し部としての共通電極２２４が設けられ、この加圧室基板２００ａに個別電極振動板２２１が接合されている。また、共通電極振動板２１１と加圧室基板２００との間には吐出液保護膜２１２が形成されており、吐出液保護膜２１２には共通電極振動板２１１と加圧室基板２００との導通を取るための開口部２１４ａが設けられている。
【００１４】
共通電極基板３２０は、単結晶シリコン基板などからなり、個別電極振動板２２１の各個別電極２２３に対応する部分に凹部３２１が形成されている。共通電極基板３２０は、その凹部３２１において個別電極２２３との間に絶縁膜３２２および隙間３２７を有して、個別電極振動板２２１と接合されている。そしてこれにより、個別電極振動板２２１と共通電極基板３２０との電極対が形成されている。
また、共通電極基板３２０には、電極の引き出し部としての共通電極３２３が設けられている。そして、個別電極振動板２２１と共通電極基板３２０との間の隙間３２７は、封止穴３２４から注入された封止剤３２６で封止されている。
【００１５】
個別電極基板３１０は、硼珪酸ガラスなどのガラス基板に、加圧室２０１に対応した複数の凹部３１１が形成され、その凹部３１１内にそれぞれＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの導体からなる個別電極（第１の個別電極）３１２が形成されている。そして、個別電極基板３１０は、凹部３１１において個別電極３１２と共通電極振動板２１１との間に隙間３１７および絶縁膜２１３を有して、加圧室基板２００ａの共通電極振動板２１１形成側面に接合されている。そしてこれにより、個別電極基板３１０と共通電極振動板２１１との電極対が形成されている。個別電極基板３１０と加圧室基板２００ａとの間の隙間３１７は、封止穴３１４から注入された封止剤３１５で封止されている。
さらに、個別電極基板３１０には、吐出液供給穴３１３が設けられており、キャビティ基板２００に設けられている吐出液供給穴２３０とともに、リザーバー２０３に吐出液を送る供給路を形成している。
【００１６】
また、共通電極振動板２１１と個別電極振動板２２１の対向面には、流路内にある吐出液からの保護を目的とした吐出液保護膜２１２、２２２がそれぞれ形成されている。
一方、個別電極３１２と共通電極振動板２１１との間、および個別電極２２３と共通電極基板３２０との間に介在する絶縁膜は、対向する電極対の少なくとも一方にあればよいが、これらの両方にそれぞれ設けても良い。
【００１７】
ノズル基板１００は、単結晶シリコンなどからなり、液滴を噴射する複数のノズル孔１０１が直線状に形成されており、各ノズル孔１０１が対応するキャビティ基板２００の加圧室２０１に連通している。
【００１８】
図１〜図３から、この液滴吐出ヘッドの構造が容易に理解できるであろう。なお、符号２０４は個別電極３１２の個別電極リード部３１２ａの取り出し開口部、符号２２５は共通電極２２４の取り出し開口部、符号３２５は個別電極２２３の個別電極リード部２２３ａの取り出し開口部、をそれぞれ示している。
また、個別電極基板３１０の個別電極リード部３１２ａと加圧室基板２００ａの共通電極２２４との間、及び個別電極振動板２２１の個別電極リード部２２３ａと共通電極基板３２０の共通電極３２３との間には、それぞれそれらの電極間にパルス電圧を供給する駆動回路（駆動手段）が設けられることになる。その場合にも、本液滴吐出ヘッドの図１に示すような構造により、各基板の外部回路との電気的接続部が同じ端部側に引き出されて同じ方向の表面側に露出しているため、配線の引き回しや駆動回路等の実装が容易に行える。
【００１９】
次に、図１〜図３で説明した液滴吐出ヘッドの動作を説明する。液滴吐出ヘッドにおいて、インクなどの吐出液は、吐出液供給穴３１３、２２７を経てリザーバー２０３に貯えられるとともに、オリフィス２０２を経由して加圧室２０１にも貯えられる。
加圧室２０１を挟んで対向している２組の電極対の少なくとも一方の電極対にパルス電圧を付与し、共通電極振動板２１１および／または個別電極振動板２２１を静電引力により対向する電極に当接させ、その後付与されていた電圧を解除すると、共通電極振動板２１１および／または個別電極振動板２２１が元の状態に復帰する。その際に、加圧室２０１内の吐出液が加圧されて、ノズル孔１０１から液滴が吐出される。
【００２０】
図４には、この液滴吐出ヘッドによる電極駆動方法の態様例を示した。図４では３つの液滴吐出パターンを示している。第１の駆動パターンは、２組の電極対のうち、１組の電極対にのみパルス電圧を供給して対応する振動板を動作させ、残りの１組は駆動させないパターンである。この第１の駆動パターンでは通常の吐出エネルギーが得られるため、例えば、通常量の液滴を吐出するのに使用する。第２の駆動パターンは、２組の電極対の両方に同時に同じパルス電圧を供給して、対応するそれぞれの振動板を同時に駆動させるパターンである。この第２の駆動パターンでは大きな吐出エネルギーが得られるため、例えば、大容量の液滴を吐出するのに使用できる。第３の駆動パターンは、２組の電極対の一方にパルス電圧を供給して対応する振動板を動作させて液滴を吐出させた直後に、他方の電極対に上記パルス電圧より短いパルス電圧を供給して対応する振動板を駆動させるパターンである。第３の駆動パターンによれば、吐出液の引きちぎりが可能となり、それによって吐出液の量を少なくすることができ、またアクチュエータの駆動周波数が向上して動作の応答性も改善できる。
【００２１】
以上のように、実施の形態１の液滴吐出ヘッドによれば、２組の電極対の制御により、吐出液の吐出量を大、中、小などにダイナミックに制御できる。また、個別電極と共通電極が交互に存在し、各基板の配線取り出し部が同じ端部の同じ側の面に存在するので、駆動回路等の実装が容易であり、配線の引き回しや接続の自由度も向上する。
【００２２】
実施の形態２（液滴吐出ヘッドの製造方法）
以下に、実施の形態１で説明した液滴吐出ヘッドの製造方法の一例を、図面を参照しながら説明する。なお説明は、（１）個別電極基板３１０の製造、（２）キャビティ基板２００のうちの加圧室基板２００ａの製造、（３）キャビティ基板２００のうちの個別電極振動板の製造、（４）共通電極基板３２０の製造、（５）共通電極基板３２０とノズル基板の組み付け、の順に行う。
【００２３】
（１）個別電極基板３１０の製造
個別電極基板３１０の製造方法の一例を、図５に示す工程図に沿って説明する。
（ａ）厚み1ｍｍの硼珪酸ガラス基板３１０（便宜上、個別電極基板と同じ符号とする）に厚み0.1μｍのクロム膜３３０をスパッタで形成した後、フォトリソを利用して、個別電極用の凹部３１１に対応する部分のクロム膜３３０を除去する。
（ｂ）フッ酸水溶液で硼珪酸ガラス基板３１０を0.2μｍエッチングして、個別電極形成用の凹部３１１を形成する。
（ｃ）残っているクロム膜３３０を除去した後、凹部３１１が形成された面に厚み0.1μｍのＩＴＯ膜をスパッタで形成する。
（ｄ）フォトリソにてＩＴＯ膜をパターニングし、凹部３１１内に個別電極３１２を形成する。
（ｅ）ブラストにて吐出液供給穴３１３と封止穴３１４を形成する。
以上により、個別電極基板３１０を得ることができる。
【００２４】
（２）キャビティ基板２００のうちの加圧室基板２００ａの製造
加圧室基板２００ａの製造方法の一例を、図６ａ〜図６ｂに示す工程図に沿って説明する。
（ａ）厚み725μｍの単結晶シリコン基板２００ａ（便宜上、加圧室基板と同じ符号とする）の片面に吐出液保護膜２１２となる厚み0.1μｍの熱酸化膜２１２を形成する。
（ｂ）共通電極導通部２１４ａとなる部分の熱酸化膜２１２をフォトリソで開口する。
（ｃ）共通電極振動板２１１となる厚さ0.1μｍの多結晶シリコン層２１４をＣＶＤで形成する。その際に、微量のボロンを添加して導電性を持たせる。
（ｄ）多結晶シリコン層２１４の表面に、絶縁膜２１３となる厚み0.1μｍのシリコン酸化膜をＣＶＤで形成する。
（ｅ）以上の処理が施された単結晶シリコン基板２００ａを、作製済みの個別電極基板３１０と陽極接合する。
（ｆ）単結晶シリコン基板２００ａを所望の厚さまで薄板化する。
（ｇ）薄膜化された単結晶シリコン基板２００ａの表面に、厚み1μｍのフォトレジスト層３４０を形成し、フォトリソで加圧室２０１となる部分、オリフィス２０２となる部分、リザーバー２０３となる部分、個別電極リード部の取り出し開口部２０４となる部分を開口する。
（ｈ）異方性ドライエッチングでシリコン基板２００ａを吐出液保護膜２１２が露出するまでエッチングし、加圧室２０１、オリフィス２０２、リザーバー２０３、個別電極リード部の取り出し開口部２０４を形成する。
（ｉ）フォトレジスト３４０を除去し、メタルマスク３４１を装着してドライエッチングにより、個別電極リード部３１２ａの取り出し部２０４となる部分の吐出液保護膜２１２、共通電極振動板２１４、および絶縁膜２１３を除去する。
（ｊ）加圧室基板２００ａからメタルマスク３４１を取り外して、加圧室基板２００ａに吐出液供給穴２２７をピンで開口する。
以上により、個別電極基板３１０に積層された加圧室基板２００ａが得られる。
【００２５】
（３）キャビティ基板２００のうちの個別電極振動板２２１の製造
加圧室基板２００ａの製造方法の一例を、図７ａ〜図７ｂに示す工程図に沿って説明する。
（ａ）サポートガラス基板３５０に個別電極振動板２２１となる厚み0.1μｍのアモルファスシリコン層をＣＶＤで形成する。
（ｂ）アモルファスシリコン層の表面に、吐出液保護膜２２２となる厚み0.1μｍのシリコン酸化膜をＣＶＤで成膜する。
（ｃ）キャビティ基板２００の共通電極取り出し開口部２２５に対応する部分をフォトリソで除去し、更にアモルファスシリコン層をドライエッチングで除去する。
（ｄ）吐出液保護膜２２２の形成側面を作製済みの加圧室基板２００ａに接着剤で貼付け、サポートガラス基板側からレーザーをスキャン照射して、個別電極振動板２２１および吐出液保護膜２２２をサポートガラス基板から剥離する。すなわち、個別電極振動板２２１および吐出液保護膜２２２を加圧室基板２００ａに転写する。この際に、個別電極振動板２２１はアモルファスシリコン膜から多結晶シリコン膜に変化する。
（ｅ）個別電極振動板２２１の表面に、メタルマスク３５１を装着し、白金膜を厚さ0.1μｍ程度スパッタして、加圧室基板２００ａの加圧室２０１に対応する部分に個別電極２２３を形成し、同時に加圧室基板２００ａの共通電極２２４を形成する。
（ｆ）その後、メタルマスク３５１を取り外す。
以上により、キャビティ基板２００を構成する個別電極振動板２２１が形成できる。
【００２６】
（４）共通電極基板３２０の製造
加圧室基板２００ａの製造方法の一例を、図８に示す工程図に沿って説明する。
（ａ）厚さ400μｍのシリコン基板３２０（便宜上、共通電極基板と同じ符号とする）に厚み0.1μｍの熱酸化膜３６０を形成し、個別電極２２３に対応する凹部３２１となる部分をフォトリソで開口する。
（ｂ）ＴＭＡＨ水溶液（トリアルキル（ヒドロキシアルキル）アンモニウムハイドロキサイド水溶液）で凹部３２１を0.2μｍエッチングにて形成する。
（ｃ）熱酸化膜３６０を剥離後に、厚み1μｍの熱酸化膜３６１を形成し、個別電極リード部の取り出し開口部３２５となる部分をフォトリソで開口する。
（ｄ）ＫＯＨ水溶液（水酸化カリウム水溶液）でエッチングして、個別電極リード部の取り出し開口部３２５を形成する。
（ｅ）熱酸化膜３６１を剥離後に、絶縁膜３２２となる厚み0.1μｍの熱酸化膜を形成し、さらに、共通電極３２３となる部分の絶縁膜３２２をフォトリソで開口する。
（ｆ）メタルマスク３６２を装着して、共通電極３２３となる厚み0.1μｍの白金膜を形成する。
（ｇ）ブラストで封止穴３２４を形成する。
以上により、共通電極基板３２０が得られる。
【００２７】
（５）共通電極基板３２０およびノズル基板１００の組み付け
加圧室基板２００ａの組み付け手順を、図９に示す工程図に沿って説明する。
（ａ）作製した共通電極基板３２０を、作製済みのキャビティ基板２００の個別振動板基板２２１の基材である多結晶シリコン膜に、接着剤で接合する。
（ｂ）封止穴３１４、３２４にそれぞれ封止剤を注入し、各隙間３１７、３２７を封止した後、ダイサーでチップに個片化する。
（ｃ）ノズル孔１０１が形成されたノズル基板１００を、個別電極基板３１０、キャビティ基板２００、および共通電極基板３２０が積層された積層体の端面に接着剤で接着する。これにより、ノズル基板１００のノズル孔１０１がキャビティ基板２００の加圧室２０１に連通する。以上で、実施の形態１で説明した液滴吐出ヘッドが完成する。
【００２８】
実施の形態２による液滴吐出ヘッドの製造方法では、サポートガラス基板上に形成したアモルファスシリコン膜をレーザーを用いて加圧室基板２００ａに転写する技術（ＳＵＦＴＬＡ技術）を利用することで、加圧室２０１の底面を構成する共通電極振動板２１１に対向する個別電極振動板２２１を形成することが可能となっている。
なお、加圧室２０１を複数とし、その加圧室２０１毎に、個別電極基板３１０に形成する個別電極３１２、個別電極振動板２２１に形成する個別電極２２３、およびノズル孔を、複数設けることにより、液滴吐出ヘッドの高密度化を実現することができる。
【００２９】
実施の形態３
図１０は、実施の形態１で説明した液滴吐出ヘッドを搭載した実施の形態３に係る液滴吐出装置であるインクジェットプリンターの斜視図である。このインクジェットプリンターは、実施の形態１の液滴吐出ヘッドが有する効果をそのまま奏することができるため、プリンターとしての信頼性、耐久性に優れ、また小型化も図れる。
なお、実施の形態１に示す液滴吐出ヘッドは、吐出液を種々変更することで、インクジェットプリンターの他、液晶ディスプレイのカラーフィルターの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出などのための各種装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１００：ノズル基板、１０１：ノズル孔、２００：キャビティ基板、２００ａ：加圧室基板、２０１：加圧室、２０２：オリフィス、２０３：リザーバー、２０４：個別電極リード部３１２ａの取り出し開口部、２１１：共通電極振動板（ポリシリコン層２１４）、２１２：吐出液保護膜、２１３：絶縁膜、２１４ａ：共通電極導通部、２２１：個別電極振動板（多結晶シリコン膜）、２２２：吐出液保護膜、２２３：個別電極（第２の個別電極）、２２３ａ：個別電極リード部、２２４：加圧室基板の共通電極、２２５：共通電極取り出し開口部、２２７：吐出液供給穴、３１０：個別電極基板、３１１：個別電極用の凹部、３１２：個別電極（第１の個別電極）、３１２ａ：個別電極リード部、３１３：吐出液供給穴、３１４：封止用穴、３１５：封止剤、３１７：隙間、３２０：共通電極基板、３２１：共通電極基板の凹部、３２２：絶縁膜、３２３：共通電極基板の共通電極、３２４：封止用穴、３２５：個別電極リード部２２３ａの取り出し開口部、３２６：封止剤、３２７：隙間。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電駆動式の液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、および液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電駆動式の液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドでは、吐出エネルギーを高めるための提案が従来から行われている。例えば、インクチャンネルの対向する２面にそれぞれ電極付き振動板を備え、電極の静電力に起因する２つの振動板の変形を利用することで、従来より低電圧で同量のインクを吐出をすることが開示されている（特許文献１）。また、底面が振動板になったキャビティ基板と、該振動板にギャップを隔てて対向する個別電極を形成した電極基板とを積層した積層基板２枚を、各振動板が対称位置になるようにキャビティ基板同士で接合したものも開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３０９８４９号公報
【特許文献２】特開２００７−１０７０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１の場合、電極間距離が長いため、大量のインクを吐出させるためには印加電圧が大きくなるほか、インク吐出量を高精度に制御することも困難である。
また、特許文献２の場合、電極の引き出し部が電極基板に挟まれた狭領域に向かい合わせで露出する構造となるため、配線の引き回しや引き出し部を利用しての部品実装の点で難点がある。
本発明は上記課題に対応したものであり、吐出エネルギーを高めることができ、しかも配線の引き回しや回路接続の自由度が向上する液滴吐出ヘッドを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の液滴吐出ヘッドは、吐出液をそれぞれのノズル孔から吐出させる複数の加圧室が、対向する振動板の間に形成されたキャビティ基板を備え、前記振動板の一方は前記複数の加圧室に対して共通の共通電極振動板とされ、前記振動板の他方は前記複数の加圧室にそれぞれ対応した個別電極を有した個別電極振動板とされており、
前記キャビテイ基板に、前記共通電極振動板と電極対を形成し前記複数の加圧室にそれぞれ対応した個別電極を有した個別電極基板と、前記個別電極振動板と電極対を形成し前記複数の加圧室に対して共通の共通電極基板とを、積層したものである。
これによれば、２組の電極対による加圧手段を備えるので吐出エネルギーを高くでき、吐出液量を増大させることができる。また、個別電極と共通電極が交互に存在する構造となり、共通の開放端部が利用可能となるため、各基板の配線の引き回しや回路接続の自由度が向上する。
【０００６】
また、前記キャビティ基板は、前記共通電極振動板を底面とする前記加圧室が形成された加圧室基板と、前記個別電極振動板とが積層されて形成されており、
前記個別電極基板、前記加圧室基板、前記個別電極振動板、および前記共通電極基板の順に積層され、各基板の外部回路との電気的接続部が同じ端部側に引き出されて同じ方向の表面側に露出しているものである。
これによれば、各基板の配線取り出し部が同じ端部の同じ側の面に存在するので、駆動回路等の実装が容易になる。
【０００７】
また、前記個別電極基板は硼珪酸ガラスを、前記加圧室基板と前記共通電極基板は単結晶シリコン基板を、前記共通電極振動板と個別電極振動板は多結晶シリコン膜を、それぞれ基材とするのが好ましい。
最下層となる個別電極基板に強度の高い硼珪酸ガラス基板を用いることで、他のシリコン部材と熱膨張係数差による破壊を防止できる支持基板として作用する。また、加圧室基板と共通電極基板に導電性単結晶シリコンを用いることで、半導体プロセスによる加圧室基板への高精度な加工が可能となり、加圧室基板および共通電極基板自体を共通電極として作用させることができる。さらに、共通電極振動板と個別電極振動板に多結晶シリコン膜を用いたことで、成膜による振動板形成が可能となり、底面に共通電極振動板を形成した加圧室凹部の上面に、振動板を追加することが可能となった。
【０００８】
前記共通電極振動板と前記個別電極振動板とを独立して駆動する駆動手段を備えたものである。
なお、前記駆動手段は、前記共通電極振動板と前記個別電極振動板の一方を駆動して、または両方を同時に駆動して、吐出液量を調整することができる。さらに、駆動手段は、共通電極振動板と個別電極振動板の一方を駆動した後、予め定めた一定の時間を空けて他方の振動板を駆動させることで、液滴の引きちぎりを可能とし、それによって吐出液量を小さくすることができる。さらに、単一アクチュエータで液滴吐出量を小さくする駆動方法よりも時間を短縮でき、アクチュエータの駆動周波数を向上させることもできる。
【０００９】
本発明の液滴吐出装置は、上記いずれかの液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置であり、前述した液滴ヘッドの効果を奏することができる。
【００１０】
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、第１の個別電極が形成されたガラス基板と、共通電極振動板となる多結晶シリコン膜が形成され該膜を底面とする加圧室を形成予定のシリコン基板とを、前記第１の個別電極と前記シリコン基板との間に隙間を有して陽極接合する工程と、
前記シリコン基板をエッチングして前記加圧室を含む吐出液の流路を形成する工程と、 サポートガラス基板にアモルファスシリコン膜と吐出液保護膜とを積層する工程と、
前記サポートガラス基板の前記アモルファスシリコン膜および前記吐出液保護膜を有した面を、前記共通電極振動板を底面とする前記加圧室が形成された前記シリコン基板に接合する工程と、
前記サポートガラス基板側からレーザーを照射して、前記アモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜に変質させることで前記サポートガラス基板を剥離する工程と、
前記多結晶シリコン膜の表面の加圧室に対応する部分に第２の個別電極を形成して個別電極振動板を形成する工程と、
前記第２の個別電極に対応する部分に凹部が形成された共通電極基板を、前記第２の個別電極との間に隙間を有して前記個別電極振動板に接合する工程と、
前記加圧室に対応するノズル孔を備えたノズル基板を、前記個別電極基板と、前記共通電極振動板および前記個別電極振動板を有した前記シリコン基板と、前記共通電極基板とが積層された積層体の端面に接合する工程と、を備えたものである。
この製造方法により、吐出エネルギーを高め、しかも配線の引き回しや回路接続の自由度が向上する液滴吐出ヘッドを得ることが可能となる。
また、前記加圧室を複数とし、前記第１の個別電極、前記第２の個別電極、および前記ノズル孔を、前記加圧室に対応する個数設けることで、高密度の液滴吐出ヘッドが製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】液滴吐出ヘッドの構成を示す個別電極長手方向における断面図。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドを共通電極基板側から見た平面図であり、ノズル基板およびキャビティ基板との関連も示した説明図。
【図３】個別電極基板の個別電極形成面を示した平面図であり、ノズル基板およびキャビティ基板との関連も示した説明図。
【図４】液滴吐出ヘッドの電極の駆動パターンの例示図。
【図５】個別電極基板の製造方法を示す工程図。
【図６ａ】キャビティ基板のうちの加圧室基板の製造方法を示す工程図。
【図６ｂ】図６ａに続く加圧室基板の製造方法を示す工程図。
【図７ａ】キャビティ基板のうちの個別電極振動板の製造方法を示す工程図。
【図７ｂ】図７ａに続く個別電極振動板の製造方法を示す工程図。
【図８】共通電極基板の製造方法を示す工程図。
【図９】共通電極基板およびノズル基板の組み付けを示す工程図。
【図１０】実施の形態３に係る液滴吐出装置の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１（液滴吐出ヘッド）
図１は本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す個別電極長手方向における断面図、図２は図１の液滴吐出ヘッドを共通電極基板側から見た平面図であり、図３は図１の液滴吐出ヘッドを個別電極基板側から見た平面図であり、ノズル基板およびキャビティ基板との関連も示した説明図である。この液滴吐出ヘッドは、ノズル基板１００、キャビティ基板２００、個別電極基板３１０、共通電極基板３２０を備えている。そして、個別電極基板３１０、キャビティ基板２００、共通電極基板３２０の順に積層されており、それらの積層体の端部に積層方向と直交する態様でノズル基板１００が配置されている。
【００１３】
キャビティ基板２００は、共通電極として作用する共通電極振動板２１１と個別電極として作用する個別電極振動板２２１とを有し、それらの振動板２１１、２２１の間に、複数の加圧室２０１、各加圧室２０１に共通のリザーバー２０３、リザーバー２０３と加圧室２０１を連通するオリフィス２０２が形成されている。加圧室２０１、リザーバー２０３、オリフィス２０２は、シリコン基板８（単結晶シリコン基板）を基材として形成され、共通電極振動板２１１と個別電極振動板２２１は多結晶シリコン膜を基材として形成される。共通電極振動板２１１となる多結晶シリコン膜は、成膜時に導電性を付加することで共通電極として作用する。個別電極振動板２２１は、導電性を付加しない多結晶シリコン膜に個別電極（第２の個別電極）２２３として作用する導体（白金やクロムなど）が、各加圧室２０１に対応して積層されることで個別電極として作用する。
なお、本明細書では、キャビティ基板２００のうち、共通電極振動板２１１、加圧室２０１、リザーバー２０３、オリフィス２０２などが形成された基板を加圧室基板２００ａと称する（図６（ａ）、図６（ｂ）、図７（ａ）、図７（ｂ）参照）。
加圧室基板２００ａの個別電極基板３１０との対向面には絶縁膜２１３が形成されている。また、加圧室基板２００ａには電極の引き出し部としての共通電極２２４が設けられ、この加圧室基板２００ａに個別電極振動板２２１が接合されている。また、共通電極振動板２１１と加圧室基板２００との間には吐出液保護膜２１２が形成されており、吐出液保護膜２１２には共通電極振動板２１１と加圧室基板２００との導通を取るための開口部２１４ａが設けられている。
【００１４】
共通電極基板３２０は、単結晶シリコン基板などからなり、個別電極振動板２２１の各個別電極２２３に対応する部分に凹部３２１が形成されている。共通電極基板３２０は、その凹部３２１において個別電極２２３との間に絶縁膜３２２および隙間３２７を有して、個別電極振動板２２１と接合されている。そしてこれにより、個別電極振動板２２１と共通電極基板３２０との電極対が形成されている。
また、共通電極基板３２０には、電極の引き出し部としての共通電極３２３が設けられている。そして、個別電極振動板２２１と共通電極基板３２０との間の隙間３２７は、封止穴３２４から注入された封止剤３２６で封止されている。
【００１５】
個別電極基板３１０は、硼珪酸ガラスなどのガラス基板に、加圧室２０１に対応した複数の凹部３１１が形成され、その凹部３１１内にそれぞれＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの導体からなる個別電極（第１の個別電極）３１２が形成されている。そして、個別電極基板３１０は、凹部３１１において個別電極３１２と共通電極振動板２１１との間に隙間３１７および絶縁膜２１３を有して、加圧室基板２００ａの共通電極振動板２１１形成側面に接合されている。そしてこれにより、個別電極基板３１０と共通電極振動板２１１との電極対が形成されている。個別電極基板３１０と加圧室基板２００ａとの間の隙間３１７は、封止穴３１４から注入された封止剤３１５で封止されている。
さらに、個別電極基板３１０には、吐出液供給穴３１３が設けられており、キャビティ基板２００に設けられている吐出液供給穴２３０とともに、リザーバー２０３に吐出液を送る供給路を形成している。
【００１６】
また、共通電極振動板２１１と個別電極振動板２２１の対向面には、流路内にある吐出液からの保護を目的とした吐出液保護膜２１２、２２２がそれぞれ形成されている。
一方、個別電極３１２と共通電極振動板２１１との間、および個別電極２２３と共通電極基板３２０との間に介在する絶縁膜は、対向する電極対の少なくとも一方にあればよいが、これらの両方にそれぞれ設けても良い。
【００１７】
ノズル基板１００は、単結晶シリコンなどからなり、液滴を噴射する複数のノズル孔１０１が直線状に形成されており、各ノズル孔１０１が対応するキャビティ基板２００の加圧室２０１に連通している。
【００１８】
図１〜図３から、この液滴吐出ヘッドの構造が容易に理解できるであろう。なお、符号２０４は個別電極３１２の個別電極リード部３１２ａの取り出し開口部、符号２２５は共通電極２２４の取り出し開口部、符号３２５は個別電極２２３の個別電極リード部２２３ａの取り出し開口部、をそれぞれ示している。
また、個別電極基板３１０の個別電極リード部３１２ａと加圧室基板２００ａの共通電極２２４との間、及び個別電極振動板２２１の個別電極リード部２２３ａと共通電極基板３２０の共通電極３２３との間には、それぞれそれらの電極間にパルス電圧を供給する駆動回路（駆動手段）が設けられることになる。その場合にも、本液滴吐出ヘッドの図１に示すような構造により、各基板の外部回路との電気的接続部が同じ端部側に引き出されて同じ方向の表面側に露出しているため、配線の引き回しや駆動回路等の実装が容易に行える。
【００１９】
次に、図１〜図３で説明した液滴吐出ヘッドの動作を説明する。液滴吐出ヘッドにおいて、インクなどの吐出液は、吐出液供給穴３１３、２２７を経てリザーバー２０３に貯えられるとともに、オリフィス２０２を経由して加圧室２０１にも貯えられる。
加圧室２０１を挟んで対向している２組の電極対の少なくとも一方の電極対にパルス電圧を付与し、共通電極振動板２１１および／または個別電極振動板２２１を静電引力により対向する電極に当接させ、その後付与されていた電圧を解除すると、共通電極振動板２１１および／または個別電極振動板２２１が元の状態に復帰する。その際に、加圧室２０１内の吐出液が加圧されて、ノズル孔１０１から液滴が吐出される。
【００２０】
図４には、この液滴吐出ヘッドによる電極駆動方法の態様例を示した。図４では３つの液滴吐出パターンを示している。第１の駆動パターンは、２組の電極対のうち、１組の電極対にのみパルス電圧を供給して対応する振動板を動作させ、残りの１組は駆動させないパターンである。この第１の駆動パターンでは通常の吐出エネルギーが得られるため、例えば、通常量の液滴を吐出するのに使用する。第２の駆動パターンは、２組の電極対の両方に同時に同じパルス電圧を供給して、対応するそれぞれの振動板を同時に駆動させるパターンである。この第２の駆動パターンでは大きな吐出エネルギーが得られるため、例えば、大容量の液滴を吐出するのに使用できる。第３の駆動パターンは、２組の電極対の一方にパルス電圧を供給して対応する振動板を動作させて液滴を吐出させた直後に、他方の電極対に上記パルス電圧より短いパルス電圧を供給して対応する振動板を駆動させるパターンである。第３の駆動パターンによれば、吐出液の引きちぎりが可能となり、それによって吐出液の量を少なくすることができ、またアクチュエータの駆動周波数が向上して動作の応答性も改善できる。
【００２１】
以上のように、実施の形態１の液滴吐出ヘッドによれば、２組の電極対の制御により、吐出液の吐出量を大、中、小などにダイナミックに制御できる。また、個別電極と共通電極が交互に存在し、各基板の配線取り出し部が同じ端部の同じ側の面に存在するので、駆動回路等の実装が容易であり、配線の引き回しや接続の自由度も向上する。
【００２２】
実施の形態２（液滴吐出ヘッドの製造方法）
以下に、実施の形態１で説明した液滴吐出ヘッドの製造方法の一例を、図面を参照しながら説明する。なお説明は、（１）個別電極基板３１０の製造、（２）キャビティ基板２００のうちの加圧室基板２００ａの製造、（３）キャビティ基板２００のうちの個別電極振動板の製造、（４）共通電極基板３２０の製造、（５）共通電極基板３２０とノズル基板の組み付け、の順に行う。
【００２３】
（１）個別電極基板３１０の製造
個別電極基板３１０の製造方法の一例を、図５に示す工程図に沿って説明する。
（ａ）厚み1ｍｍの硼珪酸ガラス基板３１０（便宜上、個別電極基板と同じ符号とする）に厚み0.1μｍのクロム膜３３０をスパッタで形成した後、フォトリソを利用して、個別電極用の凹部３１１に対応する部分のクロム膜３３０を除去する。
（ｂ）フッ酸水溶液で硼珪酸ガラス基板３１０を0.2μｍエッチングして、個別電極形成用の凹部３１１を形成する。
（ｃ）残っているクロム膜３３０を除去した後、凹部３１１が形成された面に厚み0.1μｍのＩＴＯ膜をスパッタで形成する。
（ｄ）フォトリソにてＩＴＯ膜をパターニングし、凹部３１１内に個別電極３１２を形成する。
（ｅ）ブラストにて吐出液供給穴３１３と封止穴３１４を形成する。
以上により、個別電極基板３１０を得ることができる。
【００２４】
（２）キャビティ基板２００のうちの加圧室基板２００ａの製造
加圧室基板２００ａの製造方法の一例を、図６ａ〜図６ｂに示す工程図に沿って説明する。
（ａ）厚み725μｍの単結晶シリコン基板２００ａ（便宜上、加圧室基板と同じ符号とする）の片面に吐出液保護膜２１２となる厚み0.1μｍの熱酸化膜２１２を形成する。
（ｂ）共通電極導通部２１４ａとなる部分の熱酸化膜２１２をフォトリソで開口する。
（ｃ）共通電極振動板２１１となる厚さ0.1μｍの多結晶シリコン層２１４をＣＶＤで形成する。その際に、微量のボロンを添加して導電性を持たせる。
（ｄ）多結晶シリコン層２１４の表面に、絶縁膜２１３となる厚み0.1μｍのシリコン酸化膜をＣＶＤで形成する。
（ｅ）以上の処理が施された単結晶シリコン基板２００ａを、作製済みの個別電極基板３１０と陽極接合する。
（ｆ）単結晶シリコン基板２００ａを所望の厚さまで薄板化する。
（ｇ）薄膜化された単結晶シリコン基板２００ａの表面に、厚み1μｍのフォトレジスト層３４０を形成し、フォトリソで加圧室２０１となる部分、オリフィス２０２となる部分、リザーバー２０３となる部分、個別電極リード部の取り出し開口部２０４となる部分を開口する。
（ｈ）異方性ドライエッチングでシリコン基板２００ａを吐出液保護膜２１２が露出するまでエッチングし、加圧室２０１、オリフィス２０２、リザーバー２０３、個別電極リード部の取り出し開口部２０４を形成する。
（ｉ）フォトレジスト３４０を除去し、メタルマスク３４１を装着してドライエッチングにより、個別電極リード部３１２ａの取り出し部２０４となる部分の吐出液保護膜２１２、共通電極振動板２１４、および絶縁膜２１３を除去する。
（ｊ）加圧室基板２００ａからメタルマスク３４１を取り外して、加圧室基板２００ａに吐出液供給穴２２７をピンで開口する。
以上により、個別電極基板３１０に積層された加圧室基板２００ａが得られる。
【００２５】
（３）キャビティ基板２００のうちの個別電極振動板２２１の製造
加圧室基板２００ａの製造方法の一例を、図７ａ〜図７ｂに示す工程図に沿って説明する。
（ａ）サポートガラス基板３５０に個別電極振動板２２１となる厚み0.1μｍのアモルファスシリコン層をＣＶＤで形成する。
（ｂ）アモルファスシリコン層の表面に、吐出液保護膜２２２となる厚み0.1μｍのシリコン酸化膜をＣＶＤで成膜する。
（ｃ）キャビティ基板２００の共通電極取り出し開口部２２５に対応する部分をフォトリソで除去し、更にアモルファスシリコン層をドライエッチングで除去する。
（ｄ）吐出液保護膜２２２の形成側面を作製済みの加圧室基板２００ａに接着剤で貼付け、サポートガラス基板側からレーザーをスキャン照射して、個別電極振動板２２１および吐出液保護膜２２２をサポートガラス基板から剥離する。すなわち、個別電極振動板２２１および吐出液保護膜２２２を加圧室基板２００ａに転写する。この際に、個別電極振動板２２１はアモルファスシリコン膜から多結晶シリコン膜に変化する。
（ｅ）個別電極振動板２２１の表面に、メタルマスク３５１を装着し、白金膜を厚さ0.1μｍ程度スパッタして、加圧室基板２００ａの加圧室２０１に対応する部分に個別電極２２３を形成し、同時に加圧室基板２００ａの共通電極２２４を形成する。
（ｆ）その後、メタルマスク３５１を取り外す。
以上により、キャビティ基板２００を構成する個別電極振動板２２１が形成できる。
【００２６】
（４）共通電極基板３２０の製造
加圧室基板２００ａの製造方法の一例を、図８に示す工程図に沿って説明する。
（ａ）厚さ400μｍのシリコン基板３２０（便宜上、共通電極基板と同じ符号とする）に厚み0.1μｍの熱酸化膜３６０を形成し、個別電極２２３に対応する凹部３２１となる部分をフォトリソで開口する。
（ｂ）ＴＭＡＨ水溶液（トリアルキル（ヒドロキシアルキル）アンモニウムハイドロキサイド水溶液）で凹部３２１を0.2μｍエッチングにて形成する。
（ｃ）熱酸化膜３６０を剥離後に、厚み1μｍの熱酸化膜３６１を形成し、個別電極リード部の取り出し開口部３２５となる部分をフォトリソで開口する。
（ｄ）ＫＯＨ水溶液（水酸化カリウム水溶液）でエッチングして、個別電極リード部の取り出し開口部３２５を形成する。
（ｅ）熱酸化膜３６１を剥離後に、絶縁膜３２２となる厚み0.1μｍの熱酸化膜を形成し、さらに、共通電極３２３となる部分の絶縁膜３２２をフォトリソで開口する。
（ｆ）メタルマスク３６２を装着して、共通電極３２３となる厚み0.1μｍの白金膜を形成する。
（ｇ）ブラストで封止穴３２４を形成する。
以上により、共通電極基板３２０が得られる。
【００２７】
（５）共通電極基板３２０およびノズル基板１００の組み付け
加圧室基板２００ａの組み付け手順を、図９に示す工程図に沿って説明する。
（ａ）作製した共通電極基板３２０を、作製済みのキャビティ基板２００の個別振動板基板２２１の基材である多結晶シリコン膜に、接着剤で接合する。
（ｂ）封止穴３１４、３２４にそれぞれ封止剤を注入し、各隙間３１７、３２７を封止した後、ダイサーでチップに個片化する。
（ｃ）ノズル孔１０１が形成されたノズル基板１００を、個別電極基板３１０、キャビティ基板２００、および共通電極基板３２０が積層された積層体の端面に接着剤で接着する。これにより、ノズル基板１００のノズル孔１０１がキャビティ基板２００の加圧室２０１に連通する。以上で、実施の形態１で説明した液滴吐出ヘッドが完成する。
【００２８】
実施の形態２による液滴吐出ヘッドの製造方法では、サポートガラス基板上に形成したアモルファスシリコン膜をレーザーを用いて加圧室基板２００ａに転写する技術（ＳＵＦＴＬＡ技術）を利用することで、加圧室２０１の底面を構成する共通電極振動板２１１に対向する個別電極振動板２２１を形成することが可能となっている。
なお、加圧室２０１を複数とし、その加圧室２０１毎に、個別電極基板３１０に形成する個別電極３１２、個別電極振動板２２１に形成する個別電極２２３、およびノズル孔を、複数設けることにより、液滴吐出ヘッドの高密度化を実現することができる。
【００２９】
実施の形態３
図１０は、実施の形態１で説明した液滴吐出ヘッドを搭載した実施の形態３に係る液滴吐出装置であるインクジェットプリンターの斜視図である。このインクジェットプリンターは、実施の形態１の液滴吐出ヘッドが有する効果をそのまま奏することができるため、プリンターとしての信頼性、耐久性に優れ、また小型化も図れる。
なお、実施の形態１に示す液滴吐出ヘッドは、吐出液を種々変更することで、インクジェットプリンターの他、液晶ディスプレイのカラーフィルターの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出などのための各種装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１００：ノズル基板、１０１：ノズル孔、２００：キャビティ基板、２００ａ：加圧室基板、２０１：加圧室、２０２：オリフィス、２０３：リザーバー、２０４：個別電極リード部３１２ａの取り出し開口部、２１１：共通電極振動板（ポリシリコン層２１４）、２１２：吐出液保護膜、２１３：絶縁膜、２１４ａ：共通電極導通部、２２１：個別電極振動板（多結晶シリコン膜）、２２２：吐出液保護膜、２２３：個別電極（第２の個別電極）、２２３ａ：個別電極リード部、２２４：加圧室基板の共通電極、２２５：共通電極取り出し開口部、２２７：吐出液供給穴、３１０：個別電極基板、３１１：個別電極用の凹部、３１２：個別電極（第１の個別電極）、３１２ａ：個別電極リード部、３１３：吐出液供給穴、３１４：封止用穴、３１５：封止剤、３１７：隙間、３２０：共通電極基板、３２１：共通電極基板の凹部、３２２：絶縁膜、３２３：共通電極基板の共通電極、３２４：封止用穴、３２５：個別電極リード部２２３ａの取り出し開口部、３２６：封止剤、３２７：隙間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出液をそれぞれのノズル孔から吐出させる複数の加圧室が、対向する振動板の間に形成されたキャビティ基板を備え、前記振動板の一方は前記複数の加圧室に対して共通の共通電極振動板とされ、前記振動板の他方は前記複数の加圧室にそれぞれ対応した個別電極を有した個別電極振動板とされており、
前記キャビテイ基板に、前記共通電極振動板と電極対を形成し前記複数の加圧室にそれぞれ対応した個別電極を有した個別電極基板と、前記個別電極振動板と電極対を形成し前記複数の加圧室に対して共通の共通電極基板とを、積層したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記キャビティ基板は、前記共通電極振動板を底面とする前記加圧室が形成された加圧室基板と、前記個別電極振動板とが積層されて形成されており、
前記個別電極基板、前記加圧室基板、前記個別電極振動板、および前記共通電極基板の順に積層され、各基板の外部回路との電気的接続部が同じ端部側に引き出されて同じ方向の表面側に露出していることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記個別電極基板は硼珪酸ガラスを、前記加圧室基板と前記共通電極基板は単結晶シリコン基板を、前記共通電極振動板と個別電極振動板は多結晶シリコン膜を、それぞれ基材としていることを特徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記共通電極振動板と前記個別電極振動板とを独立して駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記共通電極振動板と前記個別電極振動板の一方だけを駆動することを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記駆動手段は、前記共通電極振動板と前記個別電極振動板の両方を同時に駆動することを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記駆動手段は、前記共通電極振動板と前記個別電極振動板の一方を駆動した後、時間を空けて他方の振動板を駆動させることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
【請求項９】
第１の個別電極が形成されたガラス基板と、共通電極振動板となる多結晶シリコン膜が形成され該膜を底面とする加圧室を形成予定のシリコン基板とを、前記第１の個別電極と前記シリコン基板との間に隙間を有して陽極接合する工程と、
前記シリコン基板をエッチングして前記加圧室を含む吐出液の流路を形成する工程と、
サポートガラス基板にアモルファスシリコン膜と吐出液保護膜とを積層する工程と、
前記サポートガラス基板の前記アモルファスシリコン膜および前記吐出液保護膜を有した面を、前記共通電極振動板を底面とする前記加圧室が形成された前記シリコン基板に接合する工程と、
前記サポートガラス基板側からレーザーを照射して、前記アモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜に変質させることで前記サポートガラス基板を剥離する工程と、
前記多結晶シリコン膜の表面の前記加圧室に対応する部分に第２の個別電極を形成して個別電極振動板を形成する工程と、
前記第２の個別電極に対応する部分に凹部が形成された共通電極基板を、前記第２の個別電極との間に隙間を有して前記個別電極振動板に接合する工程と、
前記加圧室に対応するノズル孔を備えたノズル基板を、前記個別電極基板と、前記共通電極振動板および前記個別電極振動板を有した前記シリコン基板と、前記共通電極基板とが積層された積層体の端面に接合する工程と、を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記加圧室を複数とし、前記第１の個別電極、前記第２の個別電極、および前記ノズル孔を、前記加圧室に対応する個数設けることを特徴とする請求項９記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１】
吐出液をそれぞれのノズル孔から吐出させる複数の加圧室が、対向する振動板の間に形成されたキャビティ基板を備え、前記振動板の一方は前記複数の加圧室に対して共通の共通電極振動板とされ、前記振動板の他方は前記複数の加圧室にそれぞれ対応した個別電極を有した個別電極振動板とされており、
前記キャビテイ基板に、前記共通電極振動板と電極対を形成し前記複数の加圧室にそれぞれ対応した個別電極を有した個別電極基板と、前記個別電極振動板と電極対を形成し前記複数の加圧室に対して共通の共通電極基板とを、積層したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記キャビティ基板は、前記共通電極振動板を底面とする前記加圧室が形成された加圧室基板と、前記個別電極振動板とが積層されて形成されており、
前記個別電極基板、前記加圧室基板、前記個別電極振動板、および前記共通電極基板の順に積層され、各基板の外部回路との電気的接続部が同じ端部側に引き出されて同じ方向の表面側に露出していることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記個別電極基板は硼珪酸ガラスを、前記加圧室基板と前記共通電極基板は単結晶シリコン基板を、前記共通電極振動板と個別電極振動板は多結晶シリコン膜を、それぞれ基材としていることを特徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記共通電極振動板と前記個別電極振動板とを独立して駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記共通電極振動板と前記個別電極振動板の一方だけを駆動することを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記駆動手段は、前記共通電極振動板と前記個別電極振動板の両方を同時に駆動することを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記駆動手段は、前記共通電極振動板と前記個別電極振動板の一方を駆動した後、時間を空けて他方の振動板を駆動させることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
【請求項９】
第１の個別電極が形成されたガラス基板と、共通電極振動板となる多結晶シリコン膜が形成され該膜を底面とする加圧室を形成予定のシリコン基板とを、前記第１の個別電極と前記シリコン基板との間に隙間を有して陽極接合する工程と、
前記シリコン基板をエッチングして前記加圧室を含む吐出液の流路を形成する工程と、
サポートガラス基板にアモルファスシリコン膜と吐出液保護膜とを積層する工程と、
前記サポートガラス基板の前記アモルファスシリコン膜および前記吐出液保護膜を有した面を、前記共通電極振動板を底面とする前記加圧室が形成された前記シリコン基板に接合する工程と、
前記サポートガラス基板側からレーザーを照射して、前記アモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜に変質させることで前記サポートガラス基板を剥離する工程と、
前記多結晶シリコン膜の表面の前記加圧室に対応する部分に第２の個別電極を形成して個別電極振動板を形成する工程と、
前記第２の個別電極に対応する部分に凹部が形成された共通電極基板を、前記第２の個別電極との間に隙間を有して前記個別電極振動板に接合する工程と、
前記加圧室に対応するノズル孔を備えたノズル基板を、前記個別電極基板と、前記共通電極振動板および前記個別電極振動板を有した前記シリコン基板と、前記共通電極基板とが積層された積層体の端面に接合する工程と、を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記加圧室を複数とし、前記第１の個別電極、前記第２の個別電極、および前記ノズル孔を、前記加圧室に対応する個数設けることを特徴とする請求項９記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１５８８３５（Ｐ２０１０−１５８８３５Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４２４（Ｐ２００９−２４２４）
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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