液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法
【課題】液滴吐出ヘッドの静電アクチュエータを構成する振動板と個別電極との間のギャ
ップの封止を絶縁膜を利用して行い、その小型化、低コスト化を図る。
【解決手段】一方の面にノズル３２に連通する流路及び振動板１２が形成され他方の面に
絶縁膜１６が形成された第１基板１と、第１基板１に接合され振動板１２とギャップ１７
を介して対向する個別電極２３が配線された第２基板２とを備え、絶縁膜１６の振動板１
２に対応した部分が他の部分より薄くされた凹部１６ａとして形成されており、個別電極
２３は第２基板２の基材内に埋め込まれていて個別電極２３の表面と第２基板２の基材表
面とが同一面を構成しており、ギャップ１７が絶縁膜１６の凹部１６ａと第２基板２とに
より構成されて封止状態とされている液滴吐出ヘッド。
ップの封止を絶縁膜を利用して行い、その小型化、低コスト化を図る。
【解決手段】一方の面にノズル３２に連通する流路及び振動板１２が形成され他方の面に
絶縁膜１６が形成された第１基板１と、第１基板１に接合され振動板１２とギャップ１７
を介して対向する個別電極２３が配線された第２基板２とを備え、絶縁膜１６の振動板１
２に対応した部分が他の部分より薄くされた凹部１６ａとして形成されており、個別電極
２３は第２基板２の基材内に埋め込まれていて個別電極２３の表面と第２基板２の基材表
面とが同一面を構成しており、ギャップ１７が絶縁膜１６の凹部１６ａと第２基板２とに
より構成されて封止状態とされている液滴吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置並びに液滴吐出
ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッド等の液滴吐出ヘッドの静電アクチュエータを構成する振動板と個
別電極の空隙（ギャップ）は、水分の侵入による振動板と個別電極の貼り付きを回避する
ために、気密封止をする必要がある。このため、接着剤を用いて空隙を封止する技術が開
示されている（例えば、特許文献１）。また、静電アクチュエータを構成する振動板と個
別電極の空隙を犠牲層を利用して形成し、その空隙の気密封止をインク室底面に形成した
耐腐食膜によって行う技術が開示されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開平１０−３０４６８５号公報
【特許文献２】特開２００４−９８４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
静電アクチュエータを構成する振動板と個別電極の空隙の封止には、従来、上記特許文
献１のように特別な封止剤が必要とされ、さらにその封止剤がＦＰＣ（フレキシブル プ
リンテッド サーキット）の実装部にかからないように封止剤のためのスペースを確保す
る必要があった。しかしながら、その様な構成は液滴吐出ヘッドの小型化の妨げとなって
いる。また、上記特許文献２のような構成は、製作工程が複雑で、使用する材料も多種に
わたるためコスト高となりやすい。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、静電アクチュエータを構成する振
動板と個別電極の間のギャップを、接着剤等の特別な封止材料を用いることなく、振動板
と個別電極の間の絶縁破壊を防止する絶縁膜を利用して封止する液滴吐出ヘッド、それを
備えた液滴吐出装置並びに液滴吐出ヘッドの製造方法を提案するものである。そしてこれ
により、液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置の小型化、低コスト化に寄与することを目的
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、一方の面にノズルに連通する流路及び振動板が形成され、
他方の面に絶縁膜が形成された第１基板と、前記第１基板に接合され前記振動板とギャッ
プを介して対向する個別電極が配線された第２基板とを備え、前記絶縁膜は、前記振動板
に対応した部分が他の部分より薄く形成されており、前記個別電極は、前記個別電極の表
面と前記第２基板の基材表面とが同一面を構成するよう形成されており、前記ギャップが
前記絶縁膜と前記第２基板とにより封止されているものである。
第１基板と第２基板の間に絶縁膜を設けることは従来から行われているが、本発明はそ
の絶縁膜の形状及び第２基板の形状を新たに工夫することにより、振動板と個別電極との
間のギャップを封止したものである。この構成では特別な封止材は不要となり、液滴吐出
ヘッドの小型化、低コスト化に寄与できる。
【０００６】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ又はこれらの組合わせから構成するのが好ましい。こ
れらの絶縁膜は、シリコン基板に容易に成膜できるからである。
【０００７】
また、前記第１基板をシリコンから、前記第２基板をガラスからそれぞれ構成し、これ
らの基板が陽極接合されているのが好ましい。陽極接合は、大気中又は真空中で高精度の
アライメントが可能であるからである。
【０００８】
本発明の液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものである。これにより、装
置の小型化、低コスト化が図れ、また信頼性も向上する。
【０００９】
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、ノズルに連通する流路及び振動板が形成される
第１基板の前記流路及び振動板形成面と反対の面に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜の振動板
形成領域に対応した部分を他の部分より薄くして凹部とする工程と、第２基板の表面に個
別電極配線部となる凹溝を形成し、前記凹溝に電極を成膜した後、前記電極の表面と前記
第２基板の基材表面とを同一面にして個別電極を形成する工程と、前記第２基板の個別電
極側面と前記第１基板の絶縁膜側面とを前記個別電極と前記凹部とを対向させて接合し、
前記凹部と前記第２基板とにより構成されるギャップを封止する工程とを備えたものであ
る。この方法によれば、振動板と個別電極との間のギャップの封止が、第１基板（キャビ
ティ基板）と第２基板（電極基板）との接合だけで達成されるため、液滴吐出ヘッドの小
型化、低コスト化が図れる。
なお、前記第１基板と前記２基板とを接合した後、前記第１基板に流路及び振動板を形
成することが好ましい。こうすることで、第１基板を薄くでき、その歩留まりも向上する
ため、液滴吐出ヘッドの更なる小型化、低コスト化が図れるからである。
【００１０】
また、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、第１基板の一方の面にノズルに連通する
流路及び振動板を形成する工程と、前記第１基板の他方の面に絶縁膜を形成し、前記振動
板に対応した部分の前記絶縁膜を他の部分より薄くして凹部とする工程と、第２基板の表
面に個別電極配線部となる凹溝を形成し、前記凹溝に電極を成膜した後、前記電極の表面
と前記第２基板の基材表面とを同一面にして個別電極を形成する工程と、前記第２基板の
個別電極側面と前記第１基板の絶縁膜側面とを前記個別電極と前記凹部とを対向させて接
合し、前記凹部と前記第２基板とにより構成されるギャップを封止する工程と、を備えた
ものである。この方法によっても、振動板と個別電極との間のギャップの封止が、第１基
板（キャビティ基板）と第２基板（電極基板）との接合だけで達成されるため、液滴吐出
ヘッドの小型化、低コスト化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（液滴吐出ヘッドの構造）
図１は本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図である。この図
では、ノズル３２がプレートの盤面に配置されたフェイス吐出型の液滴吐出ヘッドを表し
ているが、本発明はノズルがプレートの端面に配置されたエッジ吐出型の液滴吐出ヘッド
の場合でも同様に適用することができる。
この液滴吐出ヘッド１００は、第１基板１、第２基板２、第３基板３の３枚の基板を相
互に接合した積層構造となっている。以下、各基板１，２，３の構成について説明する。
【００１２】
第１基板１は、流路及び振動板が形成されたものでキャビティ基板とも称される。第１
基板１は、例えば厚さ約１４０μｍの（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（このシリ
コン基板を含め、以下、単にシリコン基板という）で構成されている。第１基板１はシリ
コン基板に異方性ウェットエッチング等を施して、底壁が振動板１２となる吐出室１３、
各ノズルに共通に吐出する液状の材料を貯めておくためのリザーバ１４、吐出室１３とリ
ザーバ１４を連通させるオリフィス１５等が形成されている。また、第１基板１の下面（
第２基板２と対向する面）には、液滴吐出ヘッドを駆動させた時の絶縁破壊及び短絡を防
止するための絶縁膜１６が形成されている。
【００１３】
絶縁膜１６は一様な厚さではなく、振動板１２に対応した部分が他の部分より薄くされ
た凹部１６ａとして形成されている。絶縁膜１６の具体的な厚さは、例えば、振動板１２
に対応した部分が０．１μｍ、その他の部分が０．３μｍとし、凹部１６ａの深さを０．
２μｍとしている。なお、絶縁膜１６は、シリコン基板の絶縁膜又はエッチング保護膜と
してよく用いられる、ＳｉＯ2（酸化シリコン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）、又はこれら
を組合わせた膜とするのが好ましい。
【００１４】
第２基板２は、第１基板１の振動板１２と共に静電アクチュエータを構成する個別電極
２３が形成されたもので電極基板とも称される。第２基板２はガラス又はシリコンから構
成できるが、ここでは、厚さ約１ｍｍのホウ珪ガラスを採用するものとする。個別電極２
３は、振動板１２に対向している電極部２３ａと、電極部２３ａから延びるリード部２３
ｂ及び端子部２３ｃからなっている。個別電極２３は第２基板２に形成された凹溝に埋め
込まれた状態になっていて、その電極表面が第２基板２を構成するガラス基材の表面と一
致するように形成されている。なお、個別電極２３は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：イン
ジウム錫酸化物）、クロム又は金等をスパッタして形成される。第１基板１の振動板１２
と第２基板２の電極部２３ａとの間には気密状態のギャップ（図に符号１７で示している
）が形成されており、そのギャップ長は、前述した絶縁膜１６の凹部１６ａの深さに対応
する０．２μｍとなっている。なお、ガラス基板２１には、リザーバ１４と連通する図示
していない液状材料供給口が設けられている。
【００１５】
第３基板３は液滴吐出口であるノズル３２が形成されたものでノズル基板とも称される
。第３基板３もガラス又はシリコンのいずれから構成してもよい。この基板３の厚さは例
えば約１８０μｍであり、第１基板１の流路が形成された側において第１基板１と接合さ
れている。ノズル３２は第３基板３の盤面に吐出室１３と連通するように形成されている
。なお、ここでは第３基板３が上面で、第２基板２が下面となっているが、実際に用いら
れ態様では、第３基板３が下側に位置し、第２基板が上側に位置する場合が多い。
【００１６】
図２は液滴吐出ヘッドの断面構造を示す部分断面図であり、図１で示した第１、第２、
第３の各基板１，２，３が接合された状態を示している。第１基板１と第３基板３の間に
は、流路を構成する吐出室１３、リザーバ１４、オリフィス１５が形成されている。そし
て、吐出室１３はノズル３２に連通し、リザーバ１４は図示していない液状材料供給口に
連通している。一方、第１基板１と第２基板２とはそれらの絶縁膜１６面側と個別電極２
３面側とが対向して接合されており、絶縁膜１６の凹部１６ａと第２基板２とによりギャ
ップ１７が封止状態（又は気密状態）に構成されている。
また、符号１８は第１基板１に形成された共通電極を示しており、この共通電極１８と
第２基板の端子部２３ｃとの間に、電極部２３ａに電荷の供給及び停止を制御する発振回
路４がワイヤ５を介して接続される。発振回路４は例えば２４ｋＨｚで発振し、電極部２
３ａに０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。この発振回路４が駆動し、
電極部２３ａに電荷を供給して正に帯電させると、振動板１２は負に帯電し、静電気力に
より電極部２３ａに引き寄せられて撓む。これにより吐出室１３の容積は広がる。そして
、電極部２３ａへの電荷供給を止めると振動板１２は元に戻るが、そのときの吐出室の容
積も元に戻るから、その圧力により差分の液滴がノズル３２から吐出する。
【００１７】
上記実施形態の液滴吐出ヘッド１００は、静電アクチュエータを構成する振動板１２と
電極部２３ａの間のギャップ１７を、振動板１２と個別電極２３の間の絶縁破壊を防止す
る絶縁膜１６を利用して封止しているため、特別な封止材およびそのための場所が不要で
あり、液滴吐出ヘッドの小型化、低コスト化に貢献できる。
【００１８】
（液滴吐出ヘッドの製造方法）
図３は本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造工程図である。この図に基づいて
、本実施形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を説明する。
（ａ）第２基板２を形成するためのガラス基板２１を用意する。（ｂ）そして、ガラス基
板２１の個別電極形成領域以外の表面を金等のエッチングマスクで保護した後、ガラス基
板２１をふっ酸溶液に浸してエッチングし、個別電極形成領域を０．１〜０．１５μｍの
深さの凹溝２２に形成する。（ｃ）次に、ガラス基板２１の凹溝２２が形成された側の表
面全体にＩＴＯをスパッタしてＩＴＯ膜２４を形成する。（ｄ）続いて、ＩＴＯ膜２４、
あるいはＩＴＯ膜２４とガラス基板２１の双方を研削して、ＩＴＯ膜２４の表面をガラス
基板２１の表面と一致させ、ＩＴＯ膜２４を個別電極２３に形成する。この場合、ガラス
基板２１の凹溝２２内に埋め込まれた状態にある個別電極２３の厚さが、約０．１μｍと
なるようにする。なお、ガラス基板２１にはドリル等を利用して液状材料供給口（図示せ
ず）も形成する。ただし、この時点では液状材料供給口は貫通させない。
【００１９】
一方、（ｅ）第１基板１を形成するためのシリコン基板１１を用意する。（ｆ）そして
、シリコン基板１１の片面に絶縁膜１６を０．２μｍの厚さに形成する。この絶縁膜１６
は、シリコン基板１１の熱酸化あるいはプラズマＣＶＤ法による酸化膜（ＳｉＯ2膜）、
シリコン基板１１の窒化による窒化膜（ＳｉＮ膜）とするのが好ましい。なお、これらの
膜を組合せ積層してもよい。（ｇ）次に、絶縁膜１６の上にエッチング保護膜としてのレ
ジスト膜を成膜する。そして、そのレジスト膜にパターニングを施して、将来振動板１２
が形成される領域に対応する部分のレジスト膜を除去する。このパターニングの後、ふっ
酸溶液によるエッチングを利用し、シリコン基板１１の振動板形成領域対応部分の絶縁膜
１６を一旦除去する。（ｈ）続いて、残っている絶縁膜１６上のレジスト膜を剥離した後
、シリコン基板１１の絶縁膜１６のある面に再度絶縁膜１６を追加形成する。ここで追加
形成する絶縁膜１６の厚さは０．１μｍとする。こうすることで、シリコン基板１１の振
動板形成領域に対応した部分には０．１μｍの厚さの絶縁膜１６が形成され、それ以外の
部分には０．３μｍの厚さの絶縁膜１６が形成されたことになる。
【００２０】
（ｉ）以上のようにして得られた第２基板２と第１基板１とを、個別電極２３側と絶縁
膜１６を向かい合わせにし、さらに電極部２３ａと凹部１６ａとを対向させるようにして
陽極接合により接合する。この接合により、絶縁膜１６の凹部１６ａと第２基板２とによ
り、ギャップ１７が封止状態に形成される。
【００２１】
（ｊ）上記の陽極接合後、シリコン基板１１に対して、その厚さが約１５０μｍになる
まで研削加工を行う。その後、加工変質層を除去するために、３２ｗ％の濃度の水酸化カ
リウム溶液でシリコン基板第１１を約１０μｍエッチングする。これによりシリコン基板
１１の厚さは約１４０μｍとなる。
さらに、フォトリソグラフィーを利用したレジストパターニングと、水酸化カリウム溶
液を利用したウェットエッチングを併用して、シリコン基板第１１に吐出室１３、リザー
バ１４、オリフィス１５等の流路を形成し、シリコン基板１１を第１基板１に形成する。
最後に、流路が形成された第１基板１の流路形成側に、第３基板３を接着剤などにより
接合して液滴吐出ヘッドを完成させる。
【００２２】
以上の方法によれば、静電アクチュエータを構成する振動板と個別電極の間のギャップ
の封止が、第１基板１と第２基板２とを接合するだけで可能となる。しかも、特別な封止
材が不要となるため、液滴吐出ヘッドの小型化、低コスト化にも寄与できる。
また、第１基板１と第２基板２と接合した後に第１基板１に流路を形成しているため、
第１基板１の基板の割れを低減することができ、かつ基板の大口径化も可能となる。基板
の大口径化が可能となれば、一枚の基板から多くの液滴吐出ヘッドを取り出すことができ
るため、生産性を向上させることができる。
【００２３】
ところで、第２基板２をガラスではなくシリコンから構成した場合には、上記の陽極接
合に代えてシリコン同士の直接接合を行う。この直接接合は、第２基板２と第１基板１と
を洗浄して重ね合わせ、例えば１１００℃、１時間の熱処理をして行うものである。
また、上記実施形態では、第２基板２と第１基板１とを接合した後、第１基板１に流路
を形成するようにしたが、次に説明するように、第１基板１に流路を形成した後、それを
第２基板２と接合するようにしてもよい。
【００２４】
ここでは図４及び図５を用いて、第１基板１を第２基板へ接合する前に、第１基板１に
流路を形成する方法を説明する。
（ａ）まず、例えば面方位が（１１０）で酸素濃度の低いシリコン基板１１の両面を鏡面
研磨し、厚さが１４０μｍのシリコン基板１１を作製する。
（ｂ）続いて、このシリコン基板１１を熱酸化炉にセットし、温度が１０７５℃の酸素及
び水蒸気雰囲気中で４時間熱酸化処理を施し、シリコン基板１１の両面に酸化膜（ＳｉＯ
2膜）１３１を、例えば１．２μｍ成膜する。この熱酸化工程では、シリコン基板１１の
投入温度を８００℃とし、温度を１０７５℃まで上げた後に、シリコン基板１１の取出し
時の温度も８００℃とする。これにより、シリコン基板１１の酸素欠陥の成長速度が早い
６００℃から８００℃の領域を素早く通過させることができ、酸素欠陥の成長を抑制する
ことができる。
【００２５】
（ｃ）次に、吐出室１３、リザーバ１４を形成する際のエッチング保護膜となるレジスト
をシリコン基板１１にパターニングする。具体的には、シリコン基板の両面にレジストを
スピンコーティング等でコーティングし、このレジストを露光、現像することによりパタ
ーニングする。それから、シリコン基板１１をふっ酸溶液に浸して吐出室１３やリザーバ
１４等の形成される部分の酸化膜１３１をエッチング除去する。その後、シリコン基板１
１の両面のレジストを剥離する。
【００２６】
（ｄ）続いて、吐出室１３、リザーバ１４が形成される面の反対面の酸化膜１３１をエッ
チングにより除去するため、吐出室１３等が形成される面にレジストをコーティングする
。その後、ふっ酸溶液でエッチングして吐出室１３等が形成される面の反対面の酸化膜１
３１を除去する。そして、吐出室１３等が形成される面からレジストを剥離する。
【００２７】
さらに、吐出室１３等が形成される面の反対面に付着している微小粒子及び金属を除去
するために、スクラブ洗浄を行う。スクラブ洗浄としては、ブラシスクラブ洗浄や超音波
スクラブ洗浄を行うことができる。
（ｅ）次に、吐出室１３等が形成される面の反対面にボロンドープ層１３２を形成する。
具体的には、シリコン基板１１をＢ2Ｏ3を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボ
ートにセットし、この石英ボートを例えば縦型炉に入れる。そして縦型炉の内部を、温度
が１０５０℃の窒素雰囲気にして７時間保持し、シリコン基板１１にボロンを拡散させて
、ボロンドープ層１３２を形成する。このとき（ｂ）の工程と同様に、シリコン基板１１
の投入温度を８００℃とし、温度を１０５０℃まで上げた後に、シリコン基板１１の取出
し時の温度も８００℃とする。これにより、シリコン基板１１の酸素欠陥の成長速度が早
い６００℃から８００℃の領域を素早く通過させることができ、酸素欠陥の成長を抑制す
ることができる。
【００２８】
なお、上記ボロン拡散工程において、ボロンドープ層１３２の表面にＳｉＢ6膜（図示
せず）が形成されるが、温度が６００℃の酸素及び水蒸気雰囲気中で１時間３０分程度酸
化することで、ふっ酸溶液でエッチング可能なＢ2Ｏ3とＳｉＯ2に化学変化させることが
できる。このようにＳｉＢ6膜をＢ2Ｏ3とＳｉＯ2に化学変化させた後に、吐出室１３等が
形成される面の反対面にレジストをコーティングして、ふっ酸溶液によってＢ2Ｏ3とＳｉ
Ｏ2を除去し、その後レジストを剥離する。
【００２９】
（ｆ）その後、ボロンドープ層１３２の表面にプラズマＣＶＤによって厚さ３μｍのＴＥ
ＯＳ膜（Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エ
チル）１３３を形成する。このプラズマＣＶＤによるＴＥＯＳ膜１３３の成膜条件は、例
えば、温度３６０℃、高周波出力７００Ｗ、圧力３３．３Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）、Ｔ
ＥＯＳ流量１００ｃｍ3／分（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3／分（１０００
ｓｃｃｍ）である。このＴＥＯＳ膜１３３は、後の水酸化カリウム水溶液によるシリコン
基板エッチングの際のエッチングマスクとなる。
（ｇ）そして、シリコン基板１１を３５重量％の水酸化カリウム水溶液で、吐出室１３を
構成する底壁（振動板１２となるもの）が厚さ１０μｍになるまでエッチングする。
【００３０】
（ｈ）さらに、シリコン基板１１を３重量％の水酸化カリウム水溶液でエッチングを行い
、ボロンドープ層１３２によるエッチングストップが十分効くまでエッチングを続ける。
ここでエッチングストップとは、エッチングされるシリコン基板１１の表面から気泡が発
生しなくなった状態をいうものとし、実際には気泡が発生しなくなるまでエッチングを行
う。これにより最終形状の吐出室１３が形成されることとなる。
上記のように、２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を使用してエッチングを行
うことにより、吐出室１３の底壁である振動板１２の面荒れを０．０５μｍ以下に抑える
ことができ、液滴吐出ヘッド１００の吐出性能を安定化することができる。
【００３１】
（ｉ）水酸化カリウム水溶液によるエッチングが終了した後に、シリコン基板１１をふっ
酸溶液でエッチングして、酸化膜１３１及びＴＥＯＳ膜１３３を除去する。
その後、シリコン基板１１の表面をクリーニングする。このクレーニングは、例えばシ
リコン基板１１の両面に１分間Ｏ2プラズマ処理を施して行う。このＯ2プラズマ処理の処
理条件は、例えば、温度３６０℃、圧力６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、Ｏ2流量１０
００ｃｍ3／分（１０００ｓｃｃｍ）、高周波出力２５０Ｗである。
【００３２】
（ｊ）次に、シリコン基板１１の吐出室１３形成面と反対の面に、絶縁膜１６を０．２μ
ｍの厚さに形成する。この絶縁膜１６は、シリコン基板１１の熱酸化あるいはプラズマＣ
ＶＤ法によるＳｉＯ2膜、シリコン基板１１の窒化によるＳｉＮ膜とするのが好ましい。
そして、形成された絶縁膜１６を含むシリコン基板の全面にエッチング保護膜としてのレ
ジスト膜を成膜する。そして、レジスト膜にパターニングを施して、吐出室１３の底壁の
振動板１２に対応する部分のレジスト膜を除去する。このパターニングの後、ふっ酸溶液
によるウェットエッチングを利用し、シリコン基板１１の振動板１２に対応する部分の絶
縁膜１６を一旦除去する。さらに、残っている絶縁膜１６上のレジスト膜を剥離した後、
シリコン基板１１の絶縁膜１６のある面に再度絶縁膜１６を追加形成する。ここで追加形
成する絶縁膜１６の厚さは０．１μｍとする。こうすることで、シリコン基板１１の振動
板１２に対応した部分には０．１μｍの厚さの絶縁膜１６が形成され、それ以外の部分に
は０．３μｍの厚さの絶縁膜１６が形成されたことになる。そして、シリコン基板１１を
ダイシングして、個々のキャビティ基板としての第１基板１を完成させる。
【００３３】
以上のようにして得られた第１基板１を、第２基板２と陽極接合又は直接接合により接
合する。その際、第２基板２の電極部２３ａと第１基板１の凹部１６ａとを対向させるよ
うに接合する。この接合により、絶縁膜１６の凹部１６ａと第２基板２とにより、静電ア
クチュエータを構成するギャップ１７が、封止状態に形成される。
最後に、第１基板１の流路が形成された側に第３基板３を接着剤等により接合して、液
滴吐出ヘッドを完成させる。
【００３４】
なお、上記図３に基づいた製造方法では、上記図４〜図５のように、第１基板１の振動
板１２をボロンドープ層で形成するようにしていなかったが、図３の場合においても、振
動板１２をボロンドープ層により構成する方法を採用してよい。
また、図１、図２では、オリフィス１５を第１基板１に加工を施して形成していたが、
オリフィス１５は第３基板３に加工を施して形成することもできる。
【００３５】
（上記液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置）
図６は本実施形態の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出方式の印刷装置の主要な構成を表
す図である。この液滴吐出印刷装置はいわゆるシリアル型の装置である。図６において、
被印刷物であるプリント紙１１０が支持されるドラム１１１と、プリント紙１１０にイン
クを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１１２とで主に構成される。また、図示していな
いが、液滴吐出ヘッド１１２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント
紙１１０は、ドラム１１１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１１３により、ドラ
ム１１１に圧着して保持される。そして、送りネジ１１４がドラム１１１の軸方向に平行
に設けられ、液滴吐出ヘッド１１２が保持されている。送りネジ１１４が回転することに
よってに液滴吐出ヘッド１１２がドラム１１１の軸方向に移動するようになっている。
【００３６】
一方、ドラム１１１は、ベルト１１５等を介してモータ１１６により回転駆動される。
また、プリント制御回路１１７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１１４、
モータ１１６を駆動させ、液滴吐出ヘッド１１２にある発振回路４を駆動させて振動板１
２を振動させ、制御をしながら印刷を行わせる。
【００３７】
この液滴吐出装置は、静電アクチュエータを構成する振動板と個別電極の間のギャップ
を、振動板と個別電極の間の絶縁破壊を防止する絶縁膜を利用して封止した液滴吐出ヘッ
ドを備えたことで、液滴吐出装置自体を小型化、低コスト化することができる。
【００３８】
なお、本発明の液滴吐出ヘッドは、上記印刷装置への適用に限定されるものではない。
ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nuc
leic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）等、バイオ、ウィルス
等の生体化学に関する分子（生体分子）のマイクロアレイ、物質検査のマイクロアレイ等
を製造、検査等をするスポッタ等の液滴吐出装置にも適用することもできる。また、カラ
ーフィルタを形成するための化合物を含む溶液、染料の吐出等にも利用でき、工業用又は
家庭用の印刷装置や記録装置に、広く本発明の液滴吐出ヘッドを搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの分解構成図。
【図２】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの部分断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略製造工程図。
【図４】本発明の別の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造工程図。
【図５】図４に続くの液滴吐出ヘッドの製造工程図。
【図６】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた印刷装置の例示図。
【符号の説明】
【００４０】
１ 第１基板、２ 第２基板、３ 第３基板、４ 発振回路、５ ワイヤ、１１ シリ
コン基板、１２ 振動板、１３ 吐出室、１４ リザーバ、１５ オリフィス、１６ 絶
縁膜、１６ａ 絶縁膜の凹部、１７ ギャップ（気密状態とされた空隙）、１８ 共通電
極、２１ ガラス基板、２２ 凹溝、２３ 個別電極、２３ａ 電極部、２３ｂ リード
部、２３ｃ 端子部、３１ ノズル基板、３２ ノズル、１００ 液滴吐出ヘッド、１１
０ プリント紙、１１１ ドラム、１１２ 液滴吐出ヘッド、１１３ 紙圧着ローラ、１
１４ 送りネジ、１１５ ベルト、１１６ モータ、１１７ プリント制御回路、１３１
酸化膜（ＳｉＯ2膜）、１３２ ボンドローブ層、１３３ ＴＥＯＳ膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置並びに液滴吐出
ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッド等の液滴吐出ヘッドの静電アクチュエータを構成する振動板と個
別電極の空隙（ギャップ）は、水分の侵入による振動板と個別電極の貼り付きを回避する
ために、気密封止をする必要がある。このため、接着剤を用いて空隙を封止する技術が開
示されている（例えば、特許文献１）。また、静電アクチュエータを構成する振動板と個
別電極の空隙を犠牲層を利用して形成し、その空隙の気密封止をインク室底面に形成した
耐腐食膜によって行う技術が開示されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開平１０−３０４６８５号公報
【特許文献２】特開２００４−９８４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
静電アクチュエータを構成する振動板と個別電極の空隙の封止には、従来、上記特許文
献１のように特別な封止剤が必要とされ、さらにその封止剤がＦＰＣ（フレキシブル プ
リンテッド サーキット）の実装部にかからないように封止剤のためのスペースを確保す
る必要があった。しかしながら、その様な構成は液滴吐出ヘッドの小型化の妨げとなって
いる。また、上記特許文献２のような構成は、製作工程が複雑で、使用する材料も多種に
わたるためコスト高となりやすい。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、静電アクチュエータを構成する振
動板と個別電極の間のギャップを、接着剤等の特別な封止材料を用いることなく、振動板
と個別電極の間の絶縁破壊を防止する絶縁膜を利用して封止する液滴吐出ヘッド、それを
備えた液滴吐出装置並びに液滴吐出ヘッドの製造方法を提案するものである。そしてこれ
により、液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置の小型化、低コスト化に寄与することを目的
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、一方の面にノズルに連通する流路及び振動板が形成され、
他方の面に絶縁膜が形成された第１基板と、前記第１基板に接合され前記振動板とギャッ
プを介して対向する個別電極が配線された第２基板とを備え、前記絶縁膜は、前記振動板
に対応した部分が他の部分より薄く形成されており、前記個別電極は、前記個別電極の表
面と前記第２基板の基材表面とが同一面を構成するよう形成されており、前記ギャップが
前記絶縁膜と前記第２基板とにより封止されているものである。
第１基板と第２基板の間に絶縁膜を設けることは従来から行われているが、本発明はそ
の絶縁膜の形状及び第２基板の形状を新たに工夫することにより、振動板と個別電極との
間のギャップを封止したものである。この構成では特別な封止材は不要となり、液滴吐出
ヘッドの小型化、低コスト化に寄与できる。
【０００６】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ又はこれらの組合わせから構成するのが好ましい。こ
れらの絶縁膜は、シリコン基板に容易に成膜できるからである。
【０００７】
また、前記第１基板をシリコンから、前記第２基板をガラスからそれぞれ構成し、これ
らの基板が陽極接合されているのが好ましい。陽極接合は、大気中又は真空中で高精度の
アライメントが可能であるからである。
【０００８】
本発明の液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものである。これにより、装
置の小型化、低コスト化が図れ、また信頼性も向上する。
【０００９】
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、ノズルに連通する流路及び振動板が形成される
第１基板の前記流路及び振動板形成面と反対の面に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜の振動板
形成領域に対応した部分を他の部分より薄くして凹部とする工程と、第２基板の表面に個
別電極配線部となる凹溝を形成し、前記凹溝に電極を成膜した後、前記電極の表面と前記
第２基板の基材表面とを同一面にして個別電極を形成する工程と、前記第２基板の個別電
極側面と前記第１基板の絶縁膜側面とを前記個別電極と前記凹部とを対向させて接合し、
前記凹部と前記第２基板とにより構成されるギャップを封止する工程とを備えたものであ
る。この方法によれば、振動板と個別電極との間のギャップの封止が、第１基板（キャビ
ティ基板）と第２基板（電極基板）との接合だけで達成されるため、液滴吐出ヘッドの小
型化、低コスト化が図れる。
なお、前記第１基板と前記２基板とを接合した後、前記第１基板に流路及び振動板を形
成することが好ましい。こうすることで、第１基板を薄くでき、その歩留まりも向上する
ため、液滴吐出ヘッドの更なる小型化、低コスト化が図れるからである。
【００１０】
また、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、第１基板の一方の面にノズルに連通する
流路及び振動板を形成する工程と、前記第１基板の他方の面に絶縁膜を形成し、前記振動
板に対応した部分の前記絶縁膜を他の部分より薄くして凹部とする工程と、第２基板の表
面に個別電極配線部となる凹溝を形成し、前記凹溝に電極を成膜した後、前記電極の表面
と前記第２基板の基材表面とを同一面にして個別電極を形成する工程と、前記第２基板の
個別電極側面と前記第１基板の絶縁膜側面とを前記個別電極と前記凹部とを対向させて接
合し、前記凹部と前記第２基板とにより構成されるギャップを封止する工程と、を備えた
ものである。この方法によっても、振動板と個別電極との間のギャップの封止が、第１基
板（キャビティ基板）と第２基板（電極基板）との接合だけで達成されるため、液滴吐出
ヘッドの小型化、低コスト化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（液滴吐出ヘッドの構造）
図１は本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図である。この図
では、ノズル３２がプレートの盤面に配置されたフェイス吐出型の液滴吐出ヘッドを表し
ているが、本発明はノズルがプレートの端面に配置されたエッジ吐出型の液滴吐出ヘッド
の場合でも同様に適用することができる。
この液滴吐出ヘッド１００は、第１基板１、第２基板２、第３基板３の３枚の基板を相
互に接合した積層構造となっている。以下、各基板１，２，３の構成について説明する。
【００１２】
第１基板１は、流路及び振動板が形成されたものでキャビティ基板とも称される。第１
基板１は、例えば厚さ約１４０μｍの（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（このシリ
コン基板を含め、以下、単にシリコン基板という）で構成されている。第１基板１はシリ
コン基板に異方性ウェットエッチング等を施して、底壁が振動板１２となる吐出室１３、
各ノズルに共通に吐出する液状の材料を貯めておくためのリザーバ１４、吐出室１３とリ
ザーバ１４を連通させるオリフィス１５等が形成されている。また、第１基板１の下面（
第２基板２と対向する面）には、液滴吐出ヘッドを駆動させた時の絶縁破壊及び短絡を防
止するための絶縁膜１６が形成されている。
【００１３】
絶縁膜１６は一様な厚さではなく、振動板１２に対応した部分が他の部分より薄くされ
た凹部１６ａとして形成されている。絶縁膜１６の具体的な厚さは、例えば、振動板１２
に対応した部分が０．１μｍ、その他の部分が０．３μｍとし、凹部１６ａの深さを０．
２μｍとしている。なお、絶縁膜１６は、シリコン基板の絶縁膜又はエッチング保護膜と
してよく用いられる、ＳｉＯ2（酸化シリコン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）、又はこれら
を組合わせた膜とするのが好ましい。
【００１４】
第２基板２は、第１基板１の振動板１２と共に静電アクチュエータを構成する個別電極
２３が形成されたもので電極基板とも称される。第２基板２はガラス又はシリコンから構
成できるが、ここでは、厚さ約１ｍｍのホウ珪ガラスを採用するものとする。個別電極２
３は、振動板１２に対向している電極部２３ａと、電極部２３ａから延びるリード部２３
ｂ及び端子部２３ｃからなっている。個別電極２３は第２基板２に形成された凹溝に埋め
込まれた状態になっていて、その電極表面が第２基板２を構成するガラス基材の表面と一
致するように形成されている。なお、個別電極２３は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：イン
ジウム錫酸化物）、クロム又は金等をスパッタして形成される。第１基板１の振動板１２
と第２基板２の電極部２３ａとの間には気密状態のギャップ（図に符号１７で示している
）が形成されており、そのギャップ長は、前述した絶縁膜１６の凹部１６ａの深さに対応
する０．２μｍとなっている。なお、ガラス基板２１には、リザーバ１４と連通する図示
していない液状材料供給口が設けられている。
【００１５】
第３基板３は液滴吐出口であるノズル３２が形成されたものでノズル基板とも称される
。第３基板３もガラス又はシリコンのいずれから構成してもよい。この基板３の厚さは例
えば約１８０μｍであり、第１基板１の流路が形成された側において第１基板１と接合さ
れている。ノズル３２は第３基板３の盤面に吐出室１３と連通するように形成されている
。なお、ここでは第３基板３が上面で、第２基板２が下面となっているが、実際に用いら
れ態様では、第３基板３が下側に位置し、第２基板が上側に位置する場合が多い。
【００１６】
図２は液滴吐出ヘッドの断面構造を示す部分断面図であり、図１で示した第１、第２、
第３の各基板１，２，３が接合された状態を示している。第１基板１と第３基板３の間に
は、流路を構成する吐出室１３、リザーバ１４、オリフィス１５が形成されている。そし
て、吐出室１３はノズル３２に連通し、リザーバ１４は図示していない液状材料供給口に
連通している。一方、第１基板１と第２基板２とはそれらの絶縁膜１６面側と個別電極２
３面側とが対向して接合されており、絶縁膜１６の凹部１６ａと第２基板２とによりギャ
ップ１７が封止状態（又は気密状態）に構成されている。
また、符号１８は第１基板１に形成された共通電極を示しており、この共通電極１８と
第２基板の端子部２３ｃとの間に、電極部２３ａに電荷の供給及び停止を制御する発振回
路４がワイヤ５を介して接続される。発振回路４は例えば２４ｋＨｚで発振し、電極部２
３ａに０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。この発振回路４が駆動し、
電極部２３ａに電荷を供給して正に帯電させると、振動板１２は負に帯電し、静電気力に
より電極部２３ａに引き寄せられて撓む。これにより吐出室１３の容積は広がる。そして
、電極部２３ａへの電荷供給を止めると振動板１２は元に戻るが、そのときの吐出室の容
積も元に戻るから、その圧力により差分の液滴がノズル３２から吐出する。
【００１７】
上記実施形態の液滴吐出ヘッド１００は、静電アクチュエータを構成する振動板１２と
電極部２３ａの間のギャップ１７を、振動板１２と個別電極２３の間の絶縁破壊を防止す
る絶縁膜１６を利用して封止しているため、特別な封止材およびそのための場所が不要で
あり、液滴吐出ヘッドの小型化、低コスト化に貢献できる。
【００１８】
（液滴吐出ヘッドの製造方法）
図３は本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造工程図である。この図に基づいて
、本実施形態の液滴吐出ヘッドの製造方法を説明する。
（ａ）第２基板２を形成するためのガラス基板２１を用意する。（ｂ）そして、ガラス基
板２１の個別電極形成領域以外の表面を金等のエッチングマスクで保護した後、ガラス基
板２１をふっ酸溶液に浸してエッチングし、個別電極形成領域を０．１〜０．１５μｍの
深さの凹溝２２に形成する。（ｃ）次に、ガラス基板２１の凹溝２２が形成された側の表
面全体にＩＴＯをスパッタしてＩＴＯ膜２４を形成する。（ｄ）続いて、ＩＴＯ膜２４、
あるいはＩＴＯ膜２４とガラス基板２１の双方を研削して、ＩＴＯ膜２４の表面をガラス
基板２１の表面と一致させ、ＩＴＯ膜２４を個別電極２３に形成する。この場合、ガラス
基板２１の凹溝２２内に埋め込まれた状態にある個別電極２３の厚さが、約０．１μｍと
なるようにする。なお、ガラス基板２１にはドリル等を利用して液状材料供給口（図示せ
ず）も形成する。ただし、この時点では液状材料供給口は貫通させない。
【００１９】
一方、（ｅ）第１基板１を形成するためのシリコン基板１１を用意する。（ｆ）そして
、シリコン基板１１の片面に絶縁膜１６を０．２μｍの厚さに形成する。この絶縁膜１６
は、シリコン基板１１の熱酸化あるいはプラズマＣＶＤ法による酸化膜（ＳｉＯ2膜）、
シリコン基板１１の窒化による窒化膜（ＳｉＮ膜）とするのが好ましい。なお、これらの
膜を組合せ積層してもよい。（ｇ）次に、絶縁膜１６の上にエッチング保護膜としてのレ
ジスト膜を成膜する。そして、そのレジスト膜にパターニングを施して、将来振動板１２
が形成される領域に対応する部分のレジスト膜を除去する。このパターニングの後、ふっ
酸溶液によるエッチングを利用し、シリコン基板１１の振動板形成領域対応部分の絶縁膜
１６を一旦除去する。（ｈ）続いて、残っている絶縁膜１６上のレジスト膜を剥離した後
、シリコン基板１１の絶縁膜１６のある面に再度絶縁膜１６を追加形成する。ここで追加
形成する絶縁膜１６の厚さは０．１μｍとする。こうすることで、シリコン基板１１の振
動板形成領域に対応した部分には０．１μｍの厚さの絶縁膜１６が形成され、それ以外の
部分には０．３μｍの厚さの絶縁膜１６が形成されたことになる。
【００２０】
（ｉ）以上のようにして得られた第２基板２と第１基板１とを、個別電極２３側と絶縁
膜１６を向かい合わせにし、さらに電極部２３ａと凹部１６ａとを対向させるようにして
陽極接合により接合する。この接合により、絶縁膜１６の凹部１６ａと第２基板２とによ
り、ギャップ１７が封止状態に形成される。
【００２１】
（ｊ）上記の陽極接合後、シリコン基板１１に対して、その厚さが約１５０μｍになる
まで研削加工を行う。その後、加工変質層を除去するために、３２ｗ％の濃度の水酸化カ
リウム溶液でシリコン基板第１１を約１０μｍエッチングする。これによりシリコン基板
１１の厚さは約１４０μｍとなる。
さらに、フォトリソグラフィーを利用したレジストパターニングと、水酸化カリウム溶
液を利用したウェットエッチングを併用して、シリコン基板第１１に吐出室１３、リザー
バ１４、オリフィス１５等の流路を形成し、シリコン基板１１を第１基板１に形成する。
最後に、流路が形成された第１基板１の流路形成側に、第３基板３を接着剤などにより
接合して液滴吐出ヘッドを完成させる。
【００２２】
以上の方法によれば、静電アクチュエータを構成する振動板と個別電極の間のギャップ
の封止が、第１基板１と第２基板２とを接合するだけで可能となる。しかも、特別な封止
材が不要となるため、液滴吐出ヘッドの小型化、低コスト化にも寄与できる。
また、第１基板１と第２基板２と接合した後に第１基板１に流路を形成しているため、
第１基板１の基板の割れを低減することができ、かつ基板の大口径化も可能となる。基板
の大口径化が可能となれば、一枚の基板から多くの液滴吐出ヘッドを取り出すことができ
るため、生産性を向上させることができる。
【００２３】
ところで、第２基板２をガラスではなくシリコンから構成した場合には、上記の陽極接
合に代えてシリコン同士の直接接合を行う。この直接接合は、第２基板２と第１基板１と
を洗浄して重ね合わせ、例えば１１００℃、１時間の熱処理をして行うものである。
また、上記実施形態では、第２基板２と第１基板１とを接合した後、第１基板１に流路
を形成するようにしたが、次に説明するように、第１基板１に流路を形成した後、それを
第２基板２と接合するようにしてもよい。
【００２４】
ここでは図４及び図５を用いて、第１基板１を第２基板へ接合する前に、第１基板１に
流路を形成する方法を説明する。
（ａ）まず、例えば面方位が（１１０）で酸素濃度の低いシリコン基板１１の両面を鏡面
研磨し、厚さが１４０μｍのシリコン基板１１を作製する。
（ｂ）続いて、このシリコン基板１１を熱酸化炉にセットし、温度が１０７５℃の酸素及
び水蒸気雰囲気中で４時間熱酸化処理を施し、シリコン基板１１の両面に酸化膜（ＳｉＯ
2膜）１３１を、例えば１．２μｍ成膜する。この熱酸化工程では、シリコン基板１１の
投入温度を８００℃とし、温度を１０７５℃まで上げた後に、シリコン基板１１の取出し
時の温度も８００℃とする。これにより、シリコン基板１１の酸素欠陥の成長速度が早い
６００℃から８００℃の領域を素早く通過させることができ、酸素欠陥の成長を抑制する
ことができる。
【００２５】
（ｃ）次に、吐出室１３、リザーバ１４を形成する際のエッチング保護膜となるレジスト
をシリコン基板１１にパターニングする。具体的には、シリコン基板の両面にレジストを
スピンコーティング等でコーティングし、このレジストを露光、現像することによりパタ
ーニングする。それから、シリコン基板１１をふっ酸溶液に浸して吐出室１３やリザーバ
１４等の形成される部分の酸化膜１３１をエッチング除去する。その後、シリコン基板１
１の両面のレジストを剥離する。
【００２６】
（ｄ）続いて、吐出室１３、リザーバ１４が形成される面の反対面の酸化膜１３１をエッ
チングにより除去するため、吐出室１３等が形成される面にレジストをコーティングする
。その後、ふっ酸溶液でエッチングして吐出室１３等が形成される面の反対面の酸化膜１
３１を除去する。そして、吐出室１３等が形成される面からレジストを剥離する。
【００２７】
さらに、吐出室１３等が形成される面の反対面に付着している微小粒子及び金属を除去
するために、スクラブ洗浄を行う。スクラブ洗浄としては、ブラシスクラブ洗浄や超音波
スクラブ洗浄を行うことができる。
（ｅ）次に、吐出室１３等が形成される面の反対面にボロンドープ層１３２を形成する。
具体的には、シリコン基板１１をＢ2Ｏ3を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボ
ートにセットし、この石英ボートを例えば縦型炉に入れる。そして縦型炉の内部を、温度
が１０５０℃の窒素雰囲気にして７時間保持し、シリコン基板１１にボロンを拡散させて
、ボロンドープ層１３２を形成する。このとき（ｂ）の工程と同様に、シリコン基板１１
の投入温度を８００℃とし、温度を１０５０℃まで上げた後に、シリコン基板１１の取出
し時の温度も８００℃とする。これにより、シリコン基板１１の酸素欠陥の成長速度が早
い６００℃から８００℃の領域を素早く通過させることができ、酸素欠陥の成長を抑制す
ることができる。
【００２８】
なお、上記ボロン拡散工程において、ボロンドープ層１３２の表面にＳｉＢ6膜（図示
せず）が形成されるが、温度が６００℃の酸素及び水蒸気雰囲気中で１時間３０分程度酸
化することで、ふっ酸溶液でエッチング可能なＢ2Ｏ3とＳｉＯ2に化学変化させることが
できる。このようにＳｉＢ6膜をＢ2Ｏ3とＳｉＯ2に化学変化させた後に、吐出室１３等が
形成される面の反対面にレジストをコーティングして、ふっ酸溶液によってＢ2Ｏ3とＳｉ
Ｏ2を除去し、その後レジストを剥離する。
【００２９】
（ｆ）その後、ボロンドープ層１３２の表面にプラズマＣＶＤによって厚さ３μｍのＴＥ
ＯＳ膜（Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エ
チル）１３３を形成する。このプラズマＣＶＤによるＴＥＯＳ膜１３３の成膜条件は、例
えば、温度３６０℃、高周波出力７００Ｗ、圧力３３．３Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）、Ｔ
ＥＯＳ流量１００ｃｍ3／分（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3／分（１０００
ｓｃｃｍ）である。このＴＥＯＳ膜１３３は、後の水酸化カリウム水溶液によるシリコン
基板エッチングの際のエッチングマスクとなる。
（ｇ）そして、シリコン基板１１を３５重量％の水酸化カリウム水溶液で、吐出室１３を
構成する底壁（振動板１２となるもの）が厚さ１０μｍになるまでエッチングする。
【００３０】
（ｈ）さらに、シリコン基板１１を３重量％の水酸化カリウム水溶液でエッチングを行い
、ボロンドープ層１３２によるエッチングストップが十分効くまでエッチングを続ける。
ここでエッチングストップとは、エッチングされるシリコン基板１１の表面から気泡が発
生しなくなった状態をいうものとし、実際には気泡が発生しなくなるまでエッチングを行
う。これにより最終形状の吐出室１３が形成されることとなる。
上記のように、２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を使用してエッチングを行
うことにより、吐出室１３の底壁である振動板１２の面荒れを０．０５μｍ以下に抑える
ことができ、液滴吐出ヘッド１００の吐出性能を安定化することができる。
【００３１】
（ｉ）水酸化カリウム水溶液によるエッチングが終了した後に、シリコン基板１１をふっ
酸溶液でエッチングして、酸化膜１３１及びＴＥＯＳ膜１３３を除去する。
その後、シリコン基板１１の表面をクリーニングする。このクレーニングは、例えばシ
リコン基板１１の両面に１分間Ｏ2プラズマ処理を施して行う。このＯ2プラズマ処理の処
理条件は、例えば、温度３６０℃、圧力６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、Ｏ2流量１０
００ｃｍ3／分（１０００ｓｃｃｍ）、高周波出力２５０Ｗである。
【００３２】
（ｊ）次に、シリコン基板１１の吐出室１３形成面と反対の面に、絶縁膜１６を０．２μ
ｍの厚さに形成する。この絶縁膜１６は、シリコン基板１１の熱酸化あるいはプラズマＣ
ＶＤ法によるＳｉＯ2膜、シリコン基板１１の窒化によるＳｉＮ膜とするのが好ましい。
そして、形成された絶縁膜１６を含むシリコン基板の全面にエッチング保護膜としてのレ
ジスト膜を成膜する。そして、レジスト膜にパターニングを施して、吐出室１３の底壁の
振動板１２に対応する部分のレジスト膜を除去する。このパターニングの後、ふっ酸溶液
によるウェットエッチングを利用し、シリコン基板１１の振動板１２に対応する部分の絶
縁膜１６を一旦除去する。さらに、残っている絶縁膜１６上のレジスト膜を剥離した後、
シリコン基板１１の絶縁膜１６のある面に再度絶縁膜１６を追加形成する。ここで追加形
成する絶縁膜１６の厚さは０．１μｍとする。こうすることで、シリコン基板１１の振動
板１２に対応した部分には０．１μｍの厚さの絶縁膜１６が形成され、それ以外の部分に
は０．３μｍの厚さの絶縁膜１６が形成されたことになる。そして、シリコン基板１１を
ダイシングして、個々のキャビティ基板としての第１基板１を完成させる。
【００３３】
以上のようにして得られた第１基板１を、第２基板２と陽極接合又は直接接合により接
合する。その際、第２基板２の電極部２３ａと第１基板１の凹部１６ａとを対向させるよ
うに接合する。この接合により、絶縁膜１６の凹部１６ａと第２基板２とにより、静電ア
クチュエータを構成するギャップ１７が、封止状態に形成される。
最後に、第１基板１の流路が形成された側に第３基板３を接着剤等により接合して、液
滴吐出ヘッドを完成させる。
【００３４】
なお、上記図３に基づいた製造方法では、上記図４〜図５のように、第１基板１の振動
板１２をボロンドープ層で形成するようにしていなかったが、図３の場合においても、振
動板１２をボロンドープ層により構成する方法を採用してよい。
また、図１、図２では、オリフィス１５を第１基板１に加工を施して形成していたが、
オリフィス１５は第３基板３に加工を施して形成することもできる。
【００３５】
（上記液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置）
図６は本実施形態の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出方式の印刷装置の主要な構成を表
す図である。この液滴吐出印刷装置はいわゆるシリアル型の装置である。図６において、
被印刷物であるプリント紙１１０が支持されるドラム１１１と、プリント紙１１０にイン
クを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１１２とで主に構成される。また、図示していな
いが、液滴吐出ヘッド１１２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント
紙１１０は、ドラム１１１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１１３により、ドラ
ム１１１に圧着して保持される。そして、送りネジ１１４がドラム１１１の軸方向に平行
に設けられ、液滴吐出ヘッド１１２が保持されている。送りネジ１１４が回転することに
よってに液滴吐出ヘッド１１２がドラム１１１の軸方向に移動するようになっている。
【００３６】
一方、ドラム１１１は、ベルト１１５等を介してモータ１１６により回転駆動される。
また、プリント制御回路１１７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１１４、
モータ１１６を駆動させ、液滴吐出ヘッド１１２にある発振回路４を駆動させて振動板１
２を振動させ、制御をしながら印刷を行わせる。
【００３７】
この液滴吐出装置は、静電アクチュエータを構成する振動板と個別電極の間のギャップ
を、振動板と個別電極の間の絶縁破壊を防止する絶縁膜を利用して封止した液滴吐出ヘッ
ドを備えたことで、液滴吐出装置自体を小型化、低コスト化することができる。
【００３８】
なお、本発明の液滴吐出ヘッドは、上記印刷装置への適用に限定されるものではない。
ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nuc
leic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）等、バイオ、ウィルス
等の生体化学に関する分子（生体分子）のマイクロアレイ、物質検査のマイクロアレイ等
を製造、検査等をするスポッタ等の液滴吐出装置にも適用することもできる。また、カラ
ーフィルタを形成するための化合物を含む溶液、染料の吐出等にも利用でき、工業用又は
家庭用の印刷装置や記録装置に、広く本発明の液滴吐出ヘッドを搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの分解構成図。
【図２】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの部分断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略製造工程図。
【図４】本発明の別の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造工程図。
【図５】図４に続くの液滴吐出ヘッドの製造工程図。
【図６】本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた印刷装置の例示図。
【符号の説明】
【００４０】
１ 第１基板、２ 第２基板、３ 第３基板、４ 発振回路、５ ワイヤ、１１ シリ
コン基板、１２ 振動板、１３ 吐出室、１４ リザーバ、１５ オリフィス、１６ 絶
縁膜、１６ａ 絶縁膜の凹部、１７ ギャップ（気密状態とされた空隙）、１８ 共通電
極、２１ ガラス基板、２２ 凹溝、２３ 個別電極、２３ａ 電極部、２３ｂ リード
部、２３ｃ 端子部、３１ ノズル基板、３２ ノズル、１００ 液滴吐出ヘッド、１１
０ プリント紙、１１１ ドラム、１１２ 液滴吐出ヘッド、１１３ 紙圧着ローラ、１
１４ 送りネジ、１１５ ベルト、１１６ モータ、１１７ プリント制御回路、１３１
酸化膜（ＳｉＯ2膜）、１３２ ボンドローブ層、１３３ ＴＥＯＳ膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面にノズルに連通する流路及び振動板が形成され、他方の面に絶縁膜が形成され
た第１基板と、
前記第１基板に接合され前記振動板とギャップを介して対向する個別電極が配線された
第２基板とを備え、
前記絶縁膜は、前記振動板に対応した部分が他の部分より薄く形成されており、
前記個別電極は、前記個別電極の表面と前記第２基板の基材表面とが同一面を構成する
よう形成されており、
前記ギャップが前記絶縁膜と前記第２基板とにより封止されている、ことを特徴とする
液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ2、ＳｉＮのいずれか又はそれらの組合わせから成ることを特徴
とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第１基板をシリコンから、前記第２基板をガラスからそれぞれ構成し、これらの基
板が陽極接合されていることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えてなることを特徴とする液
滴吐出装置。
【請求項５】
ノズルに連通する流路及び振動板が形成される第１基板の前記流路及び振動板形成面と
反対の面に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜の振動板形成領域に対応した部分を他の部分より
薄くして凹部とする工程と、
第２基板の表面に個別電極配線部となる凹溝を形成し、前記凹溝に電極を成膜した後、
前記電極の表面と前記第２基板の基材表面とを同一面にして個別電極を形成する工程と、
前記第２基板の個別電極側面と前記第１基板の絶縁膜側面とを前記個別電極と前記凹部
とを対向させて接合し、前記凹部と前記第２基板とにより構成されるギャップを封止する
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６】
前記第１基板と前記２基板とを接合した後、前記第１基板に流路及び振動板を形成する
ことを特徴とする請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
第１基板の一方の面にノズルに連通する流路及び振動板を形成する工程と、
前記第１基板の他方の面に絶縁膜を形成し、前記振動板に対応した部分の前記絶縁膜を
他の部分より薄くして凹部とする工程と、
第２基板の表面に個別電極配線部となる凹溝を形成し、前記凹溝に電極を成膜した後、
前記電極の表面と前記第２基板の基材表面とを同一面にして個別電極を形成する工程と、
前記第２基板の個別電極側面と前記第１基板の絶縁膜側面とを前記個別電極と前記凹部
とを対向させて接合し、前記凹部と前記第２基板とにより構成されるギャップを封止する
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８】
前記絶縁膜の前記振動板に対応した部分を他の部分より薄くするのは、先に形成された
絶縁膜の前記振動板に対応する部分を一旦除去した後に、前記絶縁膜が残っている面に再
度絶縁膜を重ねて形成することにより行うことを特徴とする請求項５ないし７のいずれか
に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１】
一方の面にノズルに連通する流路及び振動板が形成され、他方の面に絶縁膜が形成され
た第１基板と、
前記第１基板に接合され前記振動板とギャップを介して対向する個別電極が配線された
第２基板とを備え、
前記絶縁膜は、前記振動板に対応した部分が他の部分より薄く形成されており、
前記個別電極は、前記個別電極の表面と前記第２基板の基材表面とが同一面を構成する
よう形成されており、
前記ギャップが前記絶縁膜と前記第２基板とにより封止されている、ことを特徴とする
液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ2、ＳｉＮのいずれか又はそれらの組合わせから成ることを特徴
とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第１基板をシリコンから、前記第２基板をガラスからそれぞれ構成し、これらの基
板が陽極接合されていることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えてなることを特徴とする液
滴吐出装置。
【請求項５】
ノズルに連通する流路及び振動板が形成される第１基板の前記流路及び振動板形成面と
反対の面に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜の振動板形成領域に対応した部分を他の部分より
薄くして凹部とする工程と、
第２基板の表面に個別電極配線部となる凹溝を形成し、前記凹溝に電極を成膜した後、
前記電極の表面と前記第２基板の基材表面とを同一面にして個別電極を形成する工程と、
前記第２基板の個別電極側面と前記第１基板の絶縁膜側面とを前記個別電極と前記凹部
とを対向させて接合し、前記凹部と前記第２基板とにより構成されるギャップを封止する
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６】
前記第１基板と前記２基板とを接合した後、前記第１基板に流路及び振動板を形成する
ことを特徴とする請求項５記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
第１基板の一方の面にノズルに連通する流路及び振動板を形成する工程と、
前記第１基板の他方の面に絶縁膜を形成し、前記振動板に対応した部分の前記絶縁膜を
他の部分より薄くして凹部とする工程と、
第２基板の表面に個別電極配線部となる凹溝を形成し、前記凹溝に電極を成膜した後、
前記電極の表面と前記第２基板の基材表面とを同一面にして個別電極を形成する工程と、
前記第２基板の個別電極側面と前記第１基板の絶縁膜側面とを前記個別電極と前記凹部
とを対向させて接合し、前記凹部と前記第２基板とにより構成されるギャップを封止する
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８】
前記絶縁膜の前記振動板に対応した部分を他の部分より薄くするのは、先に形成された
絶縁膜の前記振動板に対応する部分を一旦除去した後に、前記絶縁膜が残っている面に再
度絶縁膜を重ねて形成することにより行うことを特徴とする請求項５ないし７のいずれか
に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６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−８２３８０（Ｐ２００６−８２３８０Ａ）
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６９２９４（Ｐ２００４−２６９２９４）
【出願日】平成１６年９月１６日（２００４．９．１６）
【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１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１６日（２００４．９．１６）
【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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