特許 6181830 インクジェット式記録ヘッドの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6181830

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】インクジェット式記録ヘッドの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20170807BHJP

   B41J 2/16 20060101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   B41J2/14 305

   B41J2/14 607

   B41J2/14 603

   B41J2/16 305

   B41J2/16 507

【請求項の数】2

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2016-188211(P2016-188211)

(22)【出願日】2016年9月27日

(62)【分割の表示】特願2014-259412(P2014-259412)の分割

【原出願日】2014年12月22日

(65)【公開番号】特開2016-215657(P2016-215657A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2016年9月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】000003562

【氏名又は名称】東芝テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100189913

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜飼 健

(72)【発明者】

【氏名】川久保 隆

(72)【発明者】

【氏名】阿部 和秀

(72)【発明者】

【氏名】冨澤 泰

(72)【発明者】

【氏名】楠 竜太郎

(72)【発明者】

【氏名】横山 周平

(72)【発明者】

【氏名】新井 竜一

(72)【発明者】

【氏名】高木 修

【審査官】 外川 敬之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１４０２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１０３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１６５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／００２７７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１７２３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１３０８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１７６９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３０３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１５７１１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ４１Ｊ ２／０１−２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコン基板の一方の端面にリング状の溝を形成することと、
前記シリコン基板を前記一方の端面側から熱酸化させてシリコン酸化膜からなる振動板を形成するとともに、前記シリコン基板の熱酸化により前記溝に対応する壁体を前記振動板の端面から連続して一体に形成することと、
前記振動板の前記壁体と反対側の端面に下部電極と圧電膜と上部電極とを順に積層して圧電素子を成膜することと、
前記振動板の端面にインクを吐出させるノズル開口部を形成することと、
前記シリコン基板の前記一方の端面と反対の他方の端面側に前記振動板の前記壁体間の面積よりも小さい面積の２つのレジストパターンを作成することと、
前記シリコン基板の前記２つのレジストパターンの作成部分から前記シリコン基板をエッチングおよび側面パッシベーションを繰り返して垂直な外周の側壁および前記側壁間の仕切り壁を残しながら前記シリコン基板から部分的に除去して前記ノズル開口部の両側に圧力室を作成することと、
前記圧力室の作成用のエッチング先端が前記振動板の前記壁体の深さに達した後、前記側面パッシベーションを弱くして外径が徐々に拡大する条件でエッチングを行い、前記振動板の前記壁体および前記振動板を露出させることと、
前記振動板の前記壁体および前記振動板を露出させると同時に、前記仕切り壁を両側から薄くして前記仕切り壁の両側の部分を合体することにより、前記圧力室内にインク流路を形成することと、
前記シリコン基板の前記他方の端面に前記圧力室へインクを供給する第１の接続口と、前記圧力室からインクが流出する第２の接続口と、を有するバックプレートを設けることと、
を有し、
前記第１の接続口は、前記圧力室の一端、前記第２の接続口は、前記圧力室の他端にそれぞれ配置され、
前記仕切り壁は、前記第１の接続口と前記第２の接続口との間に前記圧力室の対向する一方の側壁面から他方の側壁面にわたって設けたインクジェット式記録ヘッドの製造方法。

【請求項2】

シリコン基板の一方の端面にリング状の溝を形成することと、
前記シリコン基板を前記一方の端面側から熱酸化させてシリコン酸化膜からなる振動板を形成するとともに、前記シリコン基板の熱酸化により前記溝に対応する壁体を前記振動板の端面から連続して一体に形成することと、
前記振動板の前記壁体と反対側の端面に下部電極と圧電膜と上部電極とを順に積層して圧電素子を成膜することと、
前記振動板の端面にインクを吐出させるノズル開口部を形成することと、
前記シリコン基板の前記一方の端面と反対の他方の端面側に前記振動板の前記壁体間の面積よりも小さい面積の２つのレジストパターンを作成することと、
前記シリコン基板の前記２つのレジストパターンの作成部分から前記シリコン基板をエッチングおよび側面パッシベーションを繰り返して垂直な外周の側壁および前記側壁間の仕切り壁を残しながら前記シリコン基板から部分的に除去して前記ノズル開口部の両側に圧力室を作成することと、
前記圧力室の作成用のエッチング先端が前記振動板の前記壁体の深さに達した後、前記側面パッシベーションを弱くして外径が徐々に拡大する条件でエッチングを行い、前記振動板の前記壁体および前記振動板を露出させることと、
前記振動板の前記壁体および前記振動板を露出させると同時に、前記仕切り壁を両側から薄くして前記仕切り壁の両側の部分を合体することにより、前記圧力室内にインク流路を形成することと、
前記シリコン基板の前記他方の端面に前記圧力室へインクを供給する第１の接続口と、前記圧力室からインクが流出する第２の接続口と、を有するバックプレートを設けることと、
を有し、
前記第１の接続口は、前記圧力室の中央部位、前記第２の接続口は、前記圧力室の周壁部位にそれぞれ配置され、
前記仕切り壁は、前記第１の接続口と前記第２の接続口との間に前記圧力室の対向する一方の側壁面から他方の側壁面にわたって設けたインクジェット式記録ヘッドの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット式記録装置では、マイクロアクチュエータを含む液滴吐出ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドが使用される。インクジェット式記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する圧力室（加圧室、液室、加圧液室、インク流路、吐出室等とも称される）と、この圧力室内のインクを加圧する圧力発生手段（アクチュエータ手段）とを備える。そして、アクチュエータ手段を駆動することで圧力室内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる。

【0003】

従来のインクジェット式記録ヘッドは、アクチュエータ手段の種類という点から、圧電型のものと、バブル型のものとに大別される。圧電型のアクチュエータ手段は、圧電素子を用いて圧力室の壁面を形成する振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させる。
バブル型のアクチュエータ手段は、圧力室内に配設した発熱抵抗体を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させる。

【0004】

上述したようなインクジェット式記録ヘッドの内、圧電型にあっては、圧電素子がインクに直接接触せず、圧電素子の発熱も無視できる。そのため、使用するインク種類の制約がないという利点がある。反面、圧電素子の高熱処理（ＰＺＴ焼成）や、積層型圧電素子を用いる場合には分割化、個々の圧電素子の位置合わせ等の機械的、熱的な技術課題が大きく、煩雑な工程と装置によってコストが高くなる。

【0005】

また、バブル型にあっては、半導体技術の応用によってヒータを非常に小さくできることから、ヘッドの高集積化、小型化が容易であるという利点を有する。その反面、バブルを発生させるためにヒータ表面温度が４００〜４５０℃と高くなる。このため、インクに極端な高熱を与えることからインク組成が変化し、ヒータのインク接触部分でのコゲーションが発生する。そのため、インク染料の選択が重要になり、顔料インクを使用することが難しく、カラー画像の高画質化に限界が生じる。また、コゲーションによるヒータの劣化でバブル発生が不良になったり、高熱のためにヒータ保護膜が劣化してクラックによるヒータ断線が生じたりするなどの不良が発生し易い。

【0006】

そこで、半導体プロセス技術を上記圧電型に適用した、いわゆる圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッドが注目されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１１−５６９３９号公報

【特許文献2】特開２００９−１６０８２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

インクジェット式記録ヘッドでは、駆動中、ノズルに連通する液室である圧力室内に気泡が生成する現象が生じる。そして、インクジェット式記録ヘッドの問題点の一つに、圧力室内に気泡が生成するとインク吐出が妨げられる現象、いわゆるドット抜けが生じることがあげられる。

【0009】

圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッドの一例として、例えば振動板の上に、ノズルに接して圧電素子を形成した構造の装置がある。この圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッドでは、圧力室を形成する基板の厚さとして一定の大きさが必要になる。例えば、基板の厚さが３００μｍの場合、基板の厚さ方向と直交する方向の圧力室の長さが１００μｍ程度になる。そのため、圧力室の内部には、比較的大きな容積の単一空間が形成される。この場合、インクジェット式記録ヘッドの駆動中、気泡は圧力室の内部の単一空間のどこにでも発生する可能性がある。圧力室の内部で圧力変動が大きい場所では気泡が発生しやすくなっている。そして、基板の中に単純な１室構造である単一空間の圧力室が形成されている場合には、圧力室の内部の気泡の流れを制御することは難しい。そのため、気泡が圧力室内部に溜まる可能性があり、上記のドット抜けの問題に対処することが難しい。

【0010】

実施形態は、このような事情に鑑み、気泡が圧力室内部に溜まることを防止して、ドット抜けを防止できるインクジェット式記録ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法は、シリコン基板の一方の端面にリング状の溝を形成することと、前記シリコン基板を前記一方の端面側から熱酸化させてシリコン酸化膜からなる振動板を形成するとともに、前記シリコン基板の熱酸化により前記溝に対応する壁体を前記振動板の端面から連続して一体に形成することと、前記振動板の前記壁体と反対側の端面に下部電極と圧電膜と上部電極とを順に積層して圧電素子を成膜することと、前記振動板の端面にインクを吐出させるノズル開口部を形成することと、前記シリコン基板の前記一方の端面と反対の他方の端面側に前記振動板の前記壁体間の面積よりも小さい面積の２つのレジストパターンを作成することと、前記シリコン基板の前記２つのレジストパターンの作成部分から前記シリコン基板をエッチングおよび側面パッシベーションを繰り返して垂直な外周の側壁および前記側壁間の仕切り壁を残しながら前記シリコン基板から部分的に除去して前記ノズル開口部の両側に圧力室を作成することと、前記圧力室の作成用のエッチング先端が前記振動板の前記壁体の深さに達した後、前記側面パッシベーションを弱くして外径が徐々に拡大する条件でエッチングを行い、前記振動板の前記壁体および前記振動板を露出させることと、前記振動板の前記壁体および前記振動板を露出させると同時に、前記仕切り壁を両側から薄くして前記仕切り壁の両側の部分を合体することにより、前記圧力室内にインク流路を形成することと、前記シリコン基板の前記他方の端面に前記圧力室へインクを供給する第１の接続口と、前記圧力室からインクが流出する第２の接続口と、を有するバックプレートを設けることと、を有する。前記第１の接続口は、前記圧力室の一端、前記第２の接続口は、前記圧力室の他端にそれぞれ配置される。前記シリコン基板は、前記バックプレート側の端面に一体に形成され、前記圧力室内を前記ノズルの近傍の連通路を除いて複数に仕切る仕切り壁を有する。前記仕切り壁は、前記第１の接続口と前記第２の接続口との間に前記圧力室の対向する一方の側壁面から他方の側壁面にわたって設けた。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施の形態に係るインクジェットプリンタの全体の概略構成を示す縦断面図。

【図2】第１の実施の形態に係るインクジェットプリンタの全体の概略構成を示す斜視図。

【図3】第１の実施の形態のインクジェットヘッドの部分拡大平面図。

【図4】図３のＦ４−Ｆ４線断面図。

【図5】第１の実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法におけるシリコン単結晶基板のウェハ表面にリング状の溝を形成した状態を示す要部の縦断面図。

【図6】図５のウェハ表面に熱酸化によりシリコン酸化膜からなる振動板およびシリコン酸化膜側壁を同時に形成した状態を示す要部の縦断面図。

【図7】図６の振動板上に下部電極と、圧電膜と、上部電極とを有する圧電素子を形成した状態を示す要部の縦断面図。

【図8】図７の振動板をパターニングしてノズル開口部を形成した状態を示す要部の縦断面図。

【図9】図８の流路形成基板の裏面側から裏面フォトリソグラフィーおよびＤ−ＲＩＥにより圧力室を形成した状態を示す要部の縦断面図。

【図10】図９の流路形成基板の裏面にバックプレートを接着した状態を示す要部の縦断面図。

【図11】第１の実施の形態の第１の変形例のインクジェットヘッドの部分拡大平面図。

【図12】図１１のＦ１２−Ｆ１２線断面図。

【図13】第１の実施の形態の第２の変形例のインクジェットヘッドの部分拡大平面図。

【図14】図１３のＦ１４−Ｆ１４線断面図。

【図15】第２の実施の形態のインクジェットヘッドの部分拡大平面図。

【図16】図１５のＦ１６−Ｆ１６線断面図。

【図17】第２の実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法におけるシリコン単結晶基板のウェハ表面に外側のリング状の溝および内側のリング状の溝を形成した状態を示す要部の縦断面図。

【図18】図１７のウェハ表面に熱酸化によりシリコン酸化膜側壁およびシリコン酸化膜ノズル壁を同時に形成した状態を示す要部の縦断面図。

【図19】図１８の振動板上に下部電極と、圧電膜と、上部電極とを有する圧電素子を形成した状態を示す要部の縦断面図。

【図20】図１９の振動板をパターニングしてノズル開口部を形成した状態を示す要部の縦断面図。

【図21】図２０の流路形成基板の裏面側から裏面フォトリソグラフィーおよびＤ−ＲＩＥにより圧力室を形成した状態を示す要部の縦断面図。

【図22】図２１の流路形成基板の裏面にバックプレートを接着した状態を示す要部の縦断面図。

【図23】第３の実施の形態のインクジェットヘッドの上面図。

【図24】図２３のＦ２４−Ｆ２４線断面図。

【図25】第４の実施の形態のインクジェットヘッドの縦断面図。

【図26】第５の実施の形態のインクジェットヘッドの上面図。

【図27】図２６のＦ２７−Ｆ２７線断面図。

【図28】図２６のＦ２８−Ｆ２８線断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態のインクジェットプリンタ１００（以下、単に、プリンタ１００と称する）を示す概略図である。
プリンタ１００は、筐体１０１を有する。筐体１０１内には、保持ローラ２が矢印方向に回転可能に設けられている。保持ローラ２の下方には、用紙Ｐを収容した給紙カセット３が設けられている。筐体１０１の上端には、排紙トレイ１０２が設けられている。

【0014】

ピックアップローラ３ａによって給紙カセット３から取り出された用紙Ｐは、２組の搬送ローラ対４ａ、４ｂによって保持ローラ２へ搬送される。保持ローラ２へ搬送された用紙Ｐは、押圧ローラ５ａによって保持ローラ２の表面に押圧されて帯電ローラ５ｂによって帯電され、保持ローラ２の表面に静電的に吸着される。保持ローラ２の表面に吸着された用紙Ｐは、保持ローラ２の回転によってさらに搬送される。保持ローラ２は、円筒状のアルミニウムにより形成されて接地されている。

【0015】

保持ローラ２の回転によって搬送された用紙Ｐは、複数色（ここでは一例として４色の場合を示す。）のインクジェット式記録ヘッド（以下、インクジェットヘッドと称する）６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６Ｋを通過される。各色のインクジェットヘッド６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６Ｋは、それぞれ、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのインクを吐出して各色の画像を用紙Ｐ上に重ねて形成する。インクジェットヘッド６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６Ｋは、同じ構造を有するため、以下の説明では、単に、インクジェットヘッド６と称する場合もある。

【0016】

各色のインクジェットヘッド６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６Ｋを通過してカラー画像が形成された用紙Ｐは、除電チャージャ７ａによって除電されて剥離爪７ｂによって保持ローラ２の表面から剥離される。保持ローラ２から剥離された用紙Ｐは、３組の排紙ローラ対８ａ、８ｂ、８ｃを介して排紙トレイ１０２へ排出される。

【0017】

或いは、用紙Ｐの両面に画像を形成する場合、保持ローラ２から剥離された用紙Ｐは、排紙ローラ対８ａを介して反転部９へ送り込まれる。反転部９は、用紙Ｐの搬送方向を逆転して搬送ローラ対４ｂへ送り出すことで用紙Ｐを表裏反転する。搬送ローラ対４ｂは、反転された用紙Ｐを保持ローラ２へ再供給する。そして、用紙Ｐが剥離された後の保持ローラ２は、クリーニングローラ１０によってクリーニングされる。

【0018】

図２は、インクジェットヘッド６の分解斜視図を示す。このインクジェットヘッド６は、圧電ＭＥＭＳ型のヘッドである。
インクジェットヘッド６は、ノズルプレート１２と、シリコン基板１４と、バックプレート１６と、インク流路ブロック３００とを有する。インクジェットヘッド６は、ノズルプレート１２の第１面（図示上面）が保持ローラ２の表面に対向する姿勢で取り付けられる。なお、ノズルプレート１２は、後述するように、シリコン基板１４と一体に形成されるものであり、実際には図示のように分離されるものではない。ここでは、説明を分かり易くするため、分離して図示してある。

【0019】

ノズルプレート１２は、インクを吐出するための複数のノズル孔１２ａを有する。各ノズル孔１２ａは、ノズルプレート１２の第１面（図示上面）と第２面（不図示）を連絡するようにノズルプレート１２を貫通して延びた貫通孔である。図２では、１４個のノズル孔１２ａを２列に配置した状態を示したが、実際には、より多くのノズル孔１２ａが複数列並んで設けられている。つまり、ここでは説明を分かり易くするため、ノズル孔１２ａの数を実際のものより少なく図示してある。

【0020】

シリコン基板１４は、ノズル孔１２ａにそれぞれ対向する複数のインク圧力室１４ａを備えている。各インク圧力室１４ａは、シリコン基板１４を貫通して延びている。バックプレート１６は、複数のインク圧力室１４ａにそれぞれ対応するここでは図示しない複数のインク流通孔１６ａ、１６ｂ（図４参照）を有する。本実施の形態では、バックプレート１６は、１つのインク圧力室１４ａに対応して２つのインク流通孔１６ａ、１６ｂが形成されている。ここで、一方のインク流通孔１６ａは、インク圧力室１４ａへインクを供給する第１の接続口であり、他方のインク流通孔１６ｂは、インク圧力室１４ａからインクが流出する第２の接続口である。

【0021】

各インク流通孔１６ａ、１６ｂも、バックプレート１６を貫通して延びている。インク流路ブロック３００は、固定面３０１と、インク供給口３０２と、インク回収口３０３と、一対のインク供給流路３０４と、インク回収流路３０５とを有する。インク回収流路３０５は、インク排出流路の一例である。

【0022】

インク供給口３０２は、図２中でＸ方向におけるインク流路ブロック３００の一方の端部にある。インク供給口３０２は、インク流路ブロック３００の厚さ方向（Ｚ方向）に延びる円形の孔である。インク供給口３０２は、固定面３０１に開口する。固定面３０１に開口したインク供給口３０２は、バックプレート１６が塞ぐ。

【0023】

インク供給口３０２は、例えばチューブのような経路を通じて、インクタンク２３に接続される。インクタンク２３に収容されたインクは、例えば圧力制御によって、インク供給口３０２に供給される。

【0024】

インク回収口３０３は、インク流路ブロック３００の厚さ方向（Ｚ方向）に延びる円形の孔である。インク回収口３０３は、固定面３０１に開口する。固定面３０１に開口したインク回収口３０３は、バックプレート１６が塞ぐ。

【0025】

インク回収口３０３は、例えばチューブのような経路を通じて、インクタンク２３に接続される。インク回収口３０３に流入するインクは、例えば圧力制御によって、インクタンク２３に回収される。

【0026】

一対のインク供給流路３０４は、固定面３０１に設けられた溝である。一対のインク供給流路３０４は、Ｘ方向に沿って平行に延びている。インク供給流路３０４の一方の端部は、インク供給口３０２に接続される。このため、インクタンク２３からインク供給口３０２に供給されたインクは、一対のインク供給流路３０４に流入する。

【0027】

インク回収流路３０５は、固定面３０１に設けられた溝である。インク回収流路３０５は、一対のインク供給流路３０４の間に位置する。インク回収流路３０５は、Ｘ方向に沿って、インク供給流路３０４と平行に延びる。インク回収流路３０５の一方の端部は、インク回収口３０３に接続される。このため、インク回収流路３０５に流入したインクは、インク回収口３０３を通ってインクタンク２３に回収される。

【0028】

インクタンク２３から供給されたインクは、インク供給口３０２を介して一対のインク供給流路３０４に流入し、インク供給流路３０４に流入したインクは、インク流通孔１６ａを通って、インク圧力室１４ａに流入する。また、インク圧力室１４ａのインクは、インク流通孔１６ｂを通って、インク回収流路３０５に流出する。

【0029】

つまり、インクジェットプリンタ１００において、インクは、インクジェットヘッド６とインクタンク２３との間で循環する。インク圧力室１４ａにおいて、インクはインク流通孔１６ａからインク流通孔１６ｂへ常に流れている。このため、インク圧力室１４ａのインクは絶えず入れ替えられる。そして、インク圧力室１４ａにインクが充填され、ノズル孔１２ａにインクのメニスカスが形成される。各インク圧力室１４ａへ供給されたインクは、以下に説明する圧電素子（アクチュエータ）１３の動作によって、ノズルプレート１２の各ノズル孔１２ａを介して吐出される。

【0030】

ノズルプレート１２の第１面には、各ノズル孔１２ａに対応して複数の圧電素子１３が設けられている。各圧電素子１３は、駆動電圧を印加することでその厚み方向に変位する。圧電素子１３の変位により、ノズル孔１２ａの周りのノズルプレート１２も厚み方向に変位し、インク圧力室１４ａの容積が変化する。このように、インク圧力室１４ａの容積が変化すると、インク圧力室１４ａ内の圧力が変化し、この圧力変化によってノズル孔１２ａからインクが吐出する。

【0031】

（第１の実施の形態）
図３乃至図１０は第１の実施の形態を示す。図３は、第１の実施形態のインクジェットヘッド６−１の要部、すなわち１つのノズル孔１２ａの周りの構造物をインクの吐出方向から見た部分拡大平面図である。また、図４は、図３のＦ４−Ｆ４線断面図である。図４では、図示簡略化のため、インク流路ブロック３００の図示を省略してある。なお、以下に説明する複数の実施形態や変形例において、１つのノズル孔１２ａに着目してヘッドの全体構成を説明する。

【0032】

本実施の形態のインクジェットヘッド６−１は、シリコン基板１４と、ノズルプレート１２と、圧電素子（アクチュエータ）１３と、バックプレート１６とを有する。シリコン基板１４は、一方の端面から他方の端面に亘ってインク圧力室１４ａが設けられる。本実施の形態のインク圧力室１４ａは、図３に示すように断面形状が円形状に形成されている。ノズルプレート１２は、前記シリコン基板１４の一方の端面にあって、前記インク圧力室１４ａを塞ぐシリコン酸化膜からなる振動板３０と、前記インク圧力室１４ａに連通するノズル孔１２ａと、を有する。圧電素子１３は、前記ノズルプレート１２を変位させて前記インク圧力室１４ａ内のインクを前記ノズル孔１２ａから吐出させる。バックプレート１６は、前記シリコン基板１４の他方の端面にあって、前記インク圧力室１４ａへインクを供給する第１の接続口であるインク流通孔１６ａと、前記インク圧力室１４ａからインクが流出する第２の接続口であるインク流通孔１６ｂと、を有する。前記シリコン基板１４は、前記バックプレート１６側の端面に一体に形成され、前記インク圧力室１４ａ内を前記ノズル孔１２ａの近傍の連通路１７を除いて複数、本実施の形態では２つに仕切る仕切り壁１８を有する。

【0033】

本実施の形態のインクジェットヘッド６−１は、上記構成を備えることにより、圧電素子１３に電圧を印加することにより屈曲変形を生じる。このとき、圧電素子１３が積層されてなる振動板３０が全体として大きな変形を生じ、大きな駆動体積を有するインクジェットヘッド６−１を提供する。また、仕切り壁１８によってインク圧力室１４ａ内がノズル孔１２ａの近傍の連通路１７を除いて２つの領域（第１領域１４ａ１と第２領域１４ａ２）に仕切られている。ここで、一方の第１領域１４ａ１側にインク供給側のインク流通孔１６ａが配置されている。他方の第２領域１４ａ２側にインク排出側のインク流通孔１６ｂが配置されている。これにより、インク流通孔１６ａから第１領域１４ａ１側に流入したインクが、連通路１７を通り、第２領域１４ａ２側に流れ、インク流通孔１６ｂから流出するインク流路がインク圧力室１４ａ内に形成される。そのため、インク圧力室１４ａ内に気泡が生成されても速やかに気泡をインク圧力室１４ａの外に排出し、ドット抜けを防止することが可能になる。

【0034】

インクジェットヘッド６−１は、シリコン基板１４を使用して形成される。シリコン基板１４の一方の面には、振動板３０が設けられている。振動板３０は、例えば、熱酸化ないしはＣＶＤ法により作成した、厚さ１〜５μｍのシリコン酸化膜（二酸化シリコン）で形成される。シリコン酸化膜は非晶質であることが、均等な変形が実現できるという観点から望ましい。また、安定した組成および特性を備える膜の製造が容易という観点からも望ましい。さらに、従来の半導体プロセスとの整合性がよいという点からも望ましい。

【0035】

振動板３０の中央部分上面には、圧電素子１３が積層されている。圧電素子１３は、図３に示すように、ノズル孔１２ａの周囲に設けられた略円環状の薄膜である。圧電素子１３は、図４に示すように、下部電極３１、圧電膜３２、および上部電極３３を有する。下部電極３１は、振動板３０の上面に積層し、圧電膜３２は、下部電極３１の上に積層し、上部電極３３は、圧電膜３２の上に積層する。下部電極３１と上部電極３３の間に圧電膜３２が挟まれている。

【0036】

下部電極３１の端部３１ａは、延長されて配線の一部とされている。また、上部電極３３の一部３３ａは、下層の圧電膜３２、下部電極３１とともに延長されて配線の一部とされている。図２に示すように、下部電極３１は、配線を介して共通電極１０５に接続され、上部電極３３は、配線を介して個別電極２４に接続されている。

【0037】

シリコン基板１４には、インク圧力室１４ａの側壁の一部となる、シリコン酸化膜側壁（側壁形成部）１１ａ、１１ｂと、シリコン基板１４のエッチング面からなる側壁部１４ｂ１、１４ｂ２が設けられている。シリコン酸化膜側壁１１ａ、１１ｂは、振動板３０の端面から連続して同じ材料で一体に圧力室１４ａ内に延びて圧力室１４ａの側壁の一部をなす。振動板３０は、シリコン酸化膜側壁１１ａ、１１ｂの固定端となっている。

【0038】

シリコン基板１４の他方の面には、シリコン基板からなるバックプレート１６が接続される。バックプレート１６は、インク圧力室１４ａの第１領域１４ａ１へインクを供給するインク流通孔１６ａおよびインク圧力室１４ａの第２領域１４ａ２からインクを排出するインク流通孔１６ｂを備えている。

【0039】

インク圧力室１４ａは、振動板３０と、シリコン酸化膜側壁１１ａ、１１ｂと、シリコン基板１４の側壁部１４ｂ１、１４ｂ２、および振動板３０と対向するバックプレート１６で構成されている。インク圧力室１４ａ内の中央部には、ノズル孔１２ａの近傍の連通路１７を除いて仕切り壁１８が設けられている。インク圧力室１４ａの下部は仕切り壁１８により２つの領域（第１領域１４ａ１と第２領域１４ａ２）に分かれ、それぞれバックプレート１６のインク流通孔１６ａおよびインク流通孔１６ｂに接続されている。

【0040】

バックプレート１６のインク流通孔１６ａと、インク圧力室１４ａの第１領域１４ａ１と、ノズル孔１２ａの近傍の連通路１７と、インク圧力室１４ａの第２領域１４ａ２と、インク流通孔１６ｂとでインク流路が構成されている。

【0041】

振動板３０には、例えばエッチングによりノズル孔１２ａが形成されている。ここで、インク滴吐出圧力をインクに与えるインク圧力室１４ａの大きさと、インク滴を吐出するノズル孔１２ａの大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル孔１２ａは数十μｍの溝幅で精度よく形成する必要がある。

【0042】

シリコン基板１４としては、例えば、１００〜６００μｍ程度の厚さのシリコン基板が用いられる。シリコン基板１４の厚さは、望ましくは２００〜５００μｍ程度である。これは、シリコン基板１４の製造時のハンドリングの容易さを保ちつつ、インク圧力室１４ａの配列密度を高くできるからである。

【0043】

圧電素子１３に使用される圧電膜３２としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、ＰＺＴ）などの電歪定数の大きな圧電材料が適している。圧電膜３２にＰＺＴを使用した場合、下部電極３１や上部電極３３として、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒなどの貴金属や、ＳｒＲｕＯ３などの導電性の酸化物が適している。

【0044】

また、圧電膜３２として、ＡｌＮやＺｎＯなどのシリコンプロセスに適した圧電材料を使用することも可能である。この場合は、下部電極３１や上部電極３３として、Ａｌ，Ｃｕなどの一般の電極材料や配線材料を使用することができる。

【0045】

インクジェットヘッド６−１の駆動時には、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、下部電極３１と上部電極３３の間に駆動電圧を印加して、圧電膜３２を収縮させる。これにより、振動板３０の圧電素子１３の周囲部分が凹状に屈曲変形し、インク圧力室１４ａの体積が増大する。このとき、インク圧力室１４ａにインク供給側のインク流通孔１６ａからインクが流入する。次に、駆動電圧を除去すると、振動板３０の圧電素子１３の周囲部分の屈曲変形が元に戻り、インク圧力室１４ａの体積が減少する。これにより、インク圧力室１４ａの中のインクの圧力が高まり、ノズル孔１２ａからインク滴が吐出する。

【0046】

インク滴吐出動作中にインク圧力室１４ａ内に気泡が発生することがある。気泡が発生すると、振動板３０を駆動した場合に圧力変化が気泡に吸収され、インク滴の吐出が困難になる。気泡はノズル孔１２ａの近傍のインク圧力室１４ａ内に発生しやすい。

【0047】

本実施の形態のインクジェットヘッド６−１においては、インク圧力室１４ａ内に設置された仕切り壁１８によりインク圧力室１４ａ内にインク流路が形成されている。そのため、図２に示すインク流路ブロック３００を含むインク循環機構をバックプレート１６のインク供給側のインク流通孔１６ａとインク排出側のインク流通孔１６ｂとに接続することにより、インクを循環させることができる。ノズル孔１２ａの周囲ではオリフィスが形成されておりインクの流速が大きくなっている。したがって、ノズル孔１２ａの近傍のインク圧力室１４ａに気泡が発生した場合、インクの循環によって気泡は速やかにインク流通孔１６ｂからインク圧力室１４ａ外に排出することが可能である。このため、気泡発生によるドット抜けを短時間で回復することが可能になる。

【0048】

以下、図５乃至図１０を参照して、上記構造の第１の実施形態のインクジェットヘッド６−１の製造方法について説明する。
図５に示すように、まず、シリコン基板１４となるシリコン単結晶基板２１の平らなウェハ表面２１ａにリング状の溝２２を例えばフォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって形成する。本実施形態では、溝２２は、インク圧力室１４ａの外周形状と対応する大きさの円形状のリング状の溝２２を２つに分割した２つの半円形状溝２２ａ、２２ｂを有し、ウェハ表面２１ａに対して略垂直に形成する。この溝２２の位置および形状（深さや幅）は、後の工程で形成するシリコン酸化膜側壁１１ａ、１１ｂの位置、長さ、厚さを決める。

【0049】

次に、図６に示すように、熱酸化によりシリコン単結晶基板２１を酸化してシリコン酸化膜からなる振動板３０およびシリコン酸化膜側壁１１ａ、１１ｂを同時に形成する。このとき、２つの半円形状溝２２ａ、２２ｂの幅と酸化膜厚を調整することで、２つの半円形状溝２２ａ、２２ｂの内部を酸化膜で埋めることができる。具体的には、酸化膜の振動板３０の厚さを１とすると、２つの半円形状溝２２ａ、２２ｂの幅を１．１２程度、酸化後の酸化膜側壁１１ａ、１１ｂの厚さを２程度ないしはそれ以上にすることが望ましい。
なお、本実施の形態ではシリコン単結晶基板２１の熱酸化により振動板３０およびシリコン酸化膜側壁１１ａ、１１ｂを形成したが、熱酸化法以外のプラズマＣＶＤ法やＴＥＯＳを原材料とするＣＶＤ法なども使用することが可能である。

【0050】

次に、図７に示すように、振動板３０上に、スパッタリングによりＴｉ／Ｐｔからなる下部電極３１と、ＰＺＴからなる圧電膜３２と、Ｐｔからなる上部電極３３を有する圧電素子１３を形成する。そして、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングにより上部電極３３および圧電膜３２をパターニングする。さらに、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングにより下部電極３１をパターニングする。

【0051】

続いて、図８に示すように、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングにより振動板３０をパターニングしてノズル孔１２ａを形成する。

【0052】

次に、図６に示すように、シリコン単結晶基板２１の裏面側にインク圧力室１４ａと同形状よりも一回り小さい２つの半円形状のレジストパターンを作成する。裏面フォトリソグラフィーおよびＤ−ＲＩＥにより、インク圧力室１４ａを形成する。このとき、Ｄ−ＲＩＥの初期にはエッチングおよび側面パッシベーションを繰り返して垂直な外周のシリコン基板１４の側壁部１４ｂ１、１４ｂ２および仕切り壁１８の側壁１８ａ、１８ｂを残しながらインク圧力室１４ａの２つの領域（第１領域１４ａ１と第２領域１４ａ２）を形成する。本実施の形態では仕切り壁１８は、ノズル孔１２ａと対向する中心位置を含むインク圧力室１４ａの円形断面の直径に沿って配置される。

【0053】

次に、シリコン単結晶基板２１の裏面側からのエッチング先端がシリコン酸化膜側壁１１ａ、１１ｂの深さに達した後、側壁パッシベーションを弱くしてエッチング部分の外径が徐々に拡大する条件でエッチングを行う。これにより、仕切り壁１８の先端部には、先細のテーパー面１８ａ１、１８ｂ１を形成する。このとき、シリコン単結晶基板２１の表面側には、シリコン酸化膜側壁１１ａ、１１ｂおよび振動板３０を露出させると同時に、仕切り壁１８の両側の２つの領域（第１領域１４ａ１と第２領域１４ａ２）を合体する。
これにより、インク圧力室１４ａ内に第１領域１４ａ１と、ノズル孔１２ａの近傍の連通路１７と、第２領域１４ａ２とを結ぶインク流路を形成することができる。

【0054】

本実施の形態では、シリコン単結晶基板２１とシリコン酸化膜のエッチングレート比を１００：１以上に取ることができる。そのため、シリコン酸化膜側壁１１ａ、１１ｂや振動板３０をほとんどオーバーエッチングすることなしにシリコン単結晶基板２１の内部に形成されるインク圧力室１４ａと対応する部分のシリコンを除去し、常に可動部が一定の直径の振動板３０を形成することができる。

【0055】

次に、図１０に示すように、シリコン基板１４と、バックプレート１６とを接着する。
バックプレート１６にはインク供給口となるインク流通孔１６ａとインク排出口となるインク流通孔１６ｂとが形成してある。これにより、インク流通孔１６ａからインク圧力室１４ａの第１領域１４ａ１と、ノズル孔１２ａの近傍の連通路１７と、インク圧力室１４ａの第２領域１４ａ２を経て、インク流通孔１６ｂに至るインク流路が完成する。

【0056】

シリコン基板１４と、バックプレート１６との接着法としては、例えば、シリコンダイレクトボンディング法を用いても良い。シリコンダイレクトボンディング法は、真空雰囲気中で双方の基板表面を清浄処理した後、密着して加圧により接着する。また、有機接着剤を用いても良い。

【0057】

なお、以上説明した一連の膜形成及びエッチングは、１つのインクジェットヘッド６−１のチップを製造するためのものではなく、一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成するものである。そして、プロセス終了後、一枚のウェハを複数のチップに分割することで、複数のインクジェットヘッド６−１を同時に製造できる。

【0058】

以上の製造方法により、本実施の形態のインクジェットヘッド６−１を製造することが可能である。したがって、本実施の形態によれば、インク吐出時に生成するインク圧力室１４ａの内部の気泡を速やかに排出することが可能で、信頼性の高いインクジェットヘッド６−１を提供することが可能となる。そして、圧電ＭＥＭＳ型のインクジェットヘッド６−１において、インク循環に適した構造とすることができる。

【0059】

（第１の実施の形態の第１の変形例）
図１１および図１２は、第１の実施の形態の第１の変形例を示す。図１１は、第１の変形例のインクジェットヘッド６−２の部分拡大平面図である。図１２は、図１１のＦ１２−Ｆ１２線断面図である。
第１の実施の形態のインクジェットヘッド６−１では、インク圧力室１４ａの横断面形状を円形状にした例を示した。これに替えて、本変形例のインクジェットヘッド６−２は、インク圧力室１４ａの横断面形状を矩形状に変更したものである。それ以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

【0060】

本変形例のインクジェットヘッド６−２は、矩形状のインク圧力室４１および矩形状の圧電素子４２を持つ。圧電素子４２は、インク圧力室４１を塞ぐ振動板３０の中心寄りに配置している。圧電素子４２は、図１２に示すように、下部電極４３、圧電膜４４、および上部電極４５を有する。下部電極４３の端部４３ａは、延長されて配線の一部とされている。また、上部電極４５の一部４５ａは、下層の圧電膜４４、下部電極４３とともに延長されて配線の一部とされている。

【0061】

図１１に示すように矩形状のインク圧力室４１の長手方向の中央位置には仕切り壁４６が設置されている。図１２に示すように仕切り壁４６は、インク圧力室４１内を前記ノズル孔１２ａの近傍の連通路１７を除いて２つの領域（第１領域４１ａ１と第２領域４１ａ２）に仕切る。

【0062】

本変形例のインクジェットヘッド６−２においては、第１の実施の形態のインクジェットヘッド６−１に比較して、インク圧力室４１の平面形状が矩形状であるという違いがある。これにより、インク圧力室１４ａの横断面形状を円形状にした場合に比べてインク吐出エネルギがやや大きくなる利点がある。その他は、第１の実施の形態と同様である。

【0063】

（第１の実施の形態の第２の変形例）
図１３および図１４は、第１の実施の形態の第２の変形例を示す。図１３は、第２の変形例のインクジェットヘッド６−３の部分拡大平面図である。図１４は、図１３のＦ１４−Ｆ１４線断面図である。
本変形例のインクジェットヘッド６−３は、第１の変形例のインクジェットヘッド６−２において、圧電素子４２を振動板３０の中心部から、周囲部分に移動したものである。
それ以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

【0064】

圧電素子４２により振動板３０を変形駆動するためには、圧電素子４２を振動板３０の中心寄りか周囲寄りに形成することが望ましい。第１の変形例におけるインクジェットヘッド６−２においては、圧電素子４２を振動板３０の中央寄りに形成した例である。本変形例のインクジェットヘッド６−３は、振動板３０の周囲寄りに圧電素子４２を形成した例である。

【0065】

振動板３０の周囲寄りに圧電素子４２を形成することにより、次の２つの利点がある。
その第１の利点は、圧電素子４２から下部電極４３の配線部４３ａや、上部電極４５の配線部４５ａを引き出す際に、振動板３０の上の広い面積を通らずに直接外側に引き出せる。そのため、振動板３０の変形時の対称性が良くなる。第２の利点は、圧電素子４２に駆動電圧を印加したときの振動板３０のストロークがやや大きくなるという利点がある。なお、圧電素子４２を振動板３０の中央寄りに形成した場合は、振動板３０の駆動力はやや大きくなる利点がある。

【0066】

本変形例においても、インク圧力室４１の外周に沿って形成されているシリコン酸化膜側壁１１の固定端が振動板３０に連結されて支持されている。これにより、プロセス条件のばらつきによらず一定の外形の振動板３０の可動部が形成される。そのため、ウェハ全面に渡って均一な駆動力のインクジェットヘッド６−３を実現することが可能である。

【0067】

（第２の実施の形態）
図１５乃至図２２は第２の実施の形態を示す。図１５は、第２の実施の形態のインクジェットヘッド６−４の部分拡大平面図である。図１６は、図１５のＦ１６−Ｆ１６線断面図である。本実施の形態のインクジェットヘッド６−４は、圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッドである。

【0068】

本実施の形態のインクジェットヘッド６−４は、ノズル孔１２ａの下部にインク圧力室４１内に突き出た円筒状のノズル壁５１が形成されている。また、インク圧力室４１の下部の仕切り壁４６はノズル孔１２ａと対向する位置から外れたオフセットの位置に形成されている。これらの点が第１の実施の形態の第１の変形例と異なっている。この点以外は基本的に第１の実施の形態と同様であるので、第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

【0069】

本実施の形態においては、図１６に示すように、ノズル孔１２ａの下部にはインク圧力室４１に突き出すようにノズル孔１２ａを延長して連続して一体に延びたノズル壁５１が形成されている。ノズル壁５１は、ノズルプレート１２の振動板３０と同じ材料、すなわちシリコン酸化膜により形成されており、ノズルプレート１２と同時に形成される。このノズル壁５１により、吐出したインクの方向性が正確になるとともに、幅広いインク吐出量に対応することが可能になる。

【0070】

本実施の形態においては、図１６に示すように、インク圧力室４１の下部は、ノズル孔１２ａと対向する位置から外れたオフセットの位置に仕切り壁４６が配置されている。この仕切り壁４６によりインク圧力室４１の内部空間がノズル壁５１の近傍の連通路１７を除いて２つの領域（第１領域４１ａ１と第２領域４１ａ２）に非対称に分割されている。
バックプレート１６には、圧力室４１の第１領域４１ａ１に対応したインク流通孔１６ａと、第２領域４１ａ２に対応したインク流通孔１６ｂとを備えている。インク流通孔１６ａから注入されたインクは、インク圧力室１４ａの第１領域４１ａ１内を上昇し、振動板３０の端面に突き当たる。これにより、インクの流れの方向を変えてノズル孔１２ａの周囲を通って、インク圧力室１４ａの第２領域４１ａ２内を下降し、インク流通孔１６ｂから排出される。このようにノズル孔１２ａの周囲を通ってインク循環が行われるため、ノズル孔１２ａの近傍で気泡が発生した場合でも速やかに排出することが可能となる。

【0071】

図１７〜図２２は、本実施の形態のインクジェットヘッド６−４の製造方法を示す図である。以下、シリコン単結晶基板からなるシリコン基板１４上に、振動板３０及び圧電素子４２等を形成するプロセスを、図１７〜図２２を参照しながら説明する。

【0072】

図１７に示すように、まずシリコン基板１４となるシリコン単結晶基板のウェハ表面に２つのリング状の溝５２、５３を例えばフォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってウェハ表面に対して略垂直に形成する。ここで、一方のリング状の溝５２は、矩形状の圧力室４１の外周形状と対応する大きさの外側の２つのＵ字状溝５２ａ、５２ｂを有する。他方のリング状の溝５３は、円筒状のノズル壁５１の外周形状と対応する大きさの内側のリング状溝である。

【0073】

次に、図１８に示すように、熱酸化によりシリコン基板１４を酸化してシリコン酸化膜からなる振動板３０、シリコン酸化膜側壁１１ａ、１１ｂ、およびシリコン酸化膜ノズル壁５１を同時に形成する。このとき、２つのＵ字状溝５２ａ、５２ｂと、リング状溝５３の幅と酸化膜厚を調整することで、２つのＵ字状溝５２ａ、５２ｂと、リング状溝５３の内部を酸化膜で埋めることができる。具体的には、酸化膜振動板３０の厚さを１とすると、２つのＵ字状溝５２ａ、５２ｂと、リング状溝５３の幅を１．１２程度、酸化後のシリコン酸化膜側壁１１ａ、１１ｂ、およびシリコン酸化膜ノズル壁５１の厚さを２程度ないしはそれ以上にすることが望ましい。

【0074】

なお、本実施の形態ではシリコン基板１４の熱酸化により振動板３０、シリコン酸化膜側壁１１、およびシリコン酸化膜ノズル壁５１を形成したが、熱酸化法以外のプラズマＣＶＤ法やＴＥＯＳを原材料とするＣＶＤ法なども使用することが可能である。また、熱酸化法とプラズマＣＶＤ法やＴＥＯＳを原材料とするＣＶＤ法などを併用して形成することも可能である。

【0075】

次に、図１９に示すように、振動板３０上に、スパッタリングによりＴｉ／Ｐｔからなる下部電極４３と、ＰＺＴからなる圧電膜４４と、Ｐｔからなる上部電極４５を有する圧電素子４２とを形成する。そして、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングにより上部電極４５および圧電膜４４をパターニングする。さらに、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングにより下部電極４３をパターニングする。

【0076】

次に、図２０に示すように、フォトリソグラフィーおよび反応性イオンエッチングにより振動板３０をパターニングしてノズル孔１２ａを形成する。

【0077】

次に、シリコン基板１４の裏面側にインク圧力室４１と同形状よりも一回り小さい２つの矩形状のレジストパターンを作成する。この状態で、図２１に示すように、シリコン基板１４の裏面側から、裏面フォトリソグラフィーおよびＤ−ＲＩＥにより、インク圧力室４１を形成する。このとき、Ｄ−ＲＩＥの初期にはエッチングおよび側面パッシベーションを繰り返して垂直な外周のシリコン基板１４の側壁部１４ｂ１、１４ｂ２および仕切り壁４６の側壁４６ａ、４６ｂを残しながらインク圧力室４１の２つの領域（第１領域４１ａ１と第２領域４１ａ２）を形成する。

【0078】

次に、シリコン基板１４の裏面側からのエッチング先端がシリコン酸化膜側壁１１ａ、１１ｂの深さに達した後、側壁パッシベーションを弱くしてエッチング部分の外径が徐々に拡大する条件でエッチングを行う。これにより、仕切り壁４６の先端部には、先細のテーパー面４６ａ１、４６ｂ１を形成する。このとき、シリコン基板１４の表面側には、シリコン酸化膜側壁１１ａ、１１ｂおよび振動板３０を露出させると同時に、仕切り壁４６の両側の２つの領域（第１領域４１ａ１と第２領域４１ａ２）を合体する。これにより、インク圧力室４１内に第１領域４１ａ１と、ノズル孔１２ａの近傍の連通路１７と、第２領域４１ａ２とを結ぶインク流路を形成することができる。

【0079】

次に、図２２に示すように、シリコン基板１４と、バックプレート１６を接着する。バックプレート１６にはインク供給口となるインク流通孔１６ａとインク排出口となるインク流通孔１６ｂとが形成してある。これにより、インク流通孔１６ａからインク圧力室４１の第１領域４１ａ１と、ノズル孔１２ａの近傍の連通路１７と、インク圧力室４１の第２領域４１ａ２を経て、インク流通孔１６ｂに至るインク流路が完成する。

【0080】

（第３の実施の形態）
図２３および図２４は、第３の実施の形態を示す。図２３は、第３の実施の形態のインクジェットヘッド６−５の部分拡大平面図である。図２４は、図２３のＦ２４−Ｆ２４線断面図である。本実施の形態のインクジェットヘッド６−５は、圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッドである。本実施の形態のインクジェットヘッド６−５は、第２の実施の形態のインクジェットヘッド６−４の構成の一部を次のとおり変更した変形例である。そのため、第２の実施の形態と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

【0081】

本実施の形態のインクジェットヘッド６−５は、図２３、２４に示すように、インク圧力室４１の下部に円筒状のノズル壁５１と対向する位置から外れたオフセットの位置に２枚の仕切り壁６１、６２が配置されている。一方の仕切り壁６１は、シリコン基板１４の一方の側壁部１４ｂ１と、ノズル孔１２ａと対向する位置との間に配置されている。他方の仕切り壁６２は、シリコン基板１４の他方の側壁部１４ｂ２と、ノズル孔１２ａと対向する位置との間に配置されている。これにより、インク圧力室４１の内部は２枚の仕切り壁６１、６２によりノズル壁５１の近傍の連通路１７を除いて３つの領域（第１領域６３ａ１と、第２領域６３ａ２と、第３領域６３ａ３）に３分割されている。

【0082】

バックプレート１６には３分割されたインク圧力室４１の３つの領域に合わせてインク供給口となる１個のインク流通孔１６ａと、インク排出口となる２個のインク流通孔１６ｂを備えている。インク流通孔１６ａは、第２領域６３ａ２と対応する位置に配置されている。２個のインク流通孔１６ｂは、第１領域６３ａ１と、第３領域６３ａ３と対応する位置にそれぞれ配置されている。

【0083】

本実施の形態においては、インク流通孔１６ａから注入されたインクの流れは、インク圧力室４１の第２領域６３ａ２内を上昇し、振動板３０に沿って２手に分かれる。その一方は、第２領域６３ａ２から第１領域６３ａ１側に流れ、第１領域６３ａ１内を下降し、インク流通孔１６ｂから排出される。他方は第３領域６３ａ３側に流れ、第３領域６３ａ３内を下降し、インク流通孔１６ｂから排出される。このようにノズル孔１２ａの周囲を通ってインク循環が行われるため、ノズル孔１２ａの近傍で気泡が発生した場合でも速やかに排出することが可能となる。

【0084】

またノズル孔１２ａの下部にはインク圧力室４１に突き出すようにノズル壁５１が形成されている。ノズル壁５１により、吐出したインクの方向性が正確になるとともに、幅広いインク吐出量に対応することが可能になる。

【0085】

（第４の実施の形態）
図２５は、第４の実施の形態を示す。図２５は、第４の実施の形態のインクジェットヘッド６−６の断面図である。本実施の形態のインクジェットヘッド６−６は、圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッドである。

【0086】

本実施の形態のインクジェットヘッド６−６は、第３の実施の形態のインクジェットヘッド６−５の構成の一部を次のとおり変更した変形例である。そのため、第３の実施の形態と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

【0087】

本実施の形態のインクジェットヘッド６−６は、図２５に示すように、インク圧力室４１の下部に円筒状のノズル壁５１と対向する位置から外れたオフセットの位置に４枚の仕切り壁（第１仕切り壁７１ａ、第２仕切り壁７１ｂ、第３仕切り壁７１ｃ、第４仕切り壁７１ｄ）が配置されている。第１仕切り壁７１ａは、シリコン基板１４の一方の側壁部１４ｂ１と離間対向する位置に配置されている。第２仕切り壁７１ｂは、第１仕切り壁７１ａとノズル孔１２ａと対向する位置との間に配置されている。第４仕切り壁７１ｄは、シリコン基板１４の他方の側壁部１４ｂ２と離間対向する位置に配置されている。第３仕切り壁７１ｃは、第４仕切り壁７１ｄとノズル孔１２ａと対向する位置との間に配置されている。インク圧力室４１の上部には、４枚の仕切り壁７１ａ〜７１ｄの上部間を連通する連通路７２が形成されている。これにより、インク圧力室４１の内部は、４枚の仕切り壁７１ａ〜７１ｄによりノズル壁５１の近傍の連通路７２を除いて５つの領域（第１領域７３ａと、第２領域７３ｂと、第３領域７３ｃと、第４領域７３ｄと、第５領域７３ｅ）に５分割されている。

【0088】

バックプレート１６には、インク圧力室４１の第１領域７３ａに合わせてインク供給口となるインク流通孔１６ａと、第５領域７３ｅに合わせてインク排出口となるインク流通孔１６ｂを備えている。それ以外のインク圧力室４１の第２領域７３ｂと、第３領域７３ｃと、第４領域７３ｄの下部はバックプレート１６により閉鎖されている。

【0089】

本実施の形態においては、インク流通孔１６ａから注入されたインクの流れは、インク圧力室４１の第１領域７３ａ内を上昇し、振動板３０に沿って連通路７２を流れてノズル孔１２ａの近傍を通過する。さらに、第５領域７３ｅに沿って下降し、インク流通孔１６ｂから排出される。このようにノズル孔１２ａの周囲を通ってインク循環が行われるため、ノズル孔１２ａの近傍で気泡が発生した場合でも速やかに排出することが可能となる。

【0090】

また、ノズル孔１２ａの下部にはインク圧力室４１に突き出すようにノズル壁５１が形成されている。ノズル壁５１により、吐出したインクの方向性が正確になるとともに、幅広いインク吐出量に対応することが可能になる。

【0091】

（第５の実施の形態）
図２６乃至図２８は第５の実施の形態を示す。図２６は、第５の実施の形態のインクジェットヘッド６−７の部分拡大平面図である。図２７は、図２６のＦ２７−Ｆ２７線断面図、図２８は、図２６のＦ２８−Ｆ２８線断面図である。本実施の形態のインクジェットヘッド６−７は、圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッドである。

【0092】

本実施の形態のインクジェットヘッド６−７は、第１の実施の形態の第１の変形例のインクジェットヘッド６−２の矩形状のインク圧力室４１を複数個隣接して配置したものである。この点以外は基本的に第１の実施の形態の第１の変形例と同様であるので、第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

【0093】

本実施の形態においては、図２８に示すように、複数の矩形状のインク圧力室４１が隣接して形成されている。これにより、隣接するインク圧力室４１間では、シリコン酸化膜側壁１１およびシリコン側壁部１４が共有されている。そして、インク圧力室４１の中央のノズル孔１２ａの下部に形成された仕切り壁４６により、各シリコン酸化膜側壁１１およびシリコン側壁部１４は連結されて補強されている。

【0094】

本実施の形態のインクジェットヘッド６−２の駆動時には、シリコン酸化膜側壁１１およびシリコン側壁部１４は、振動板３０上に形成された圧電素子４２の駆動により変形する。このとき、隣接するインク圧力室４１に発生する圧力が干渉する恐れがある。しかしながら、図２７に示すように、インク圧力室４１の中央のノズル孔１２ａの下部に形成された仕切り壁４６により、各シリコン酸化膜側壁１１およびシリコン側壁部１４は連結されて補強される。そのため、変形するインク圧力室４１に隣接するインク圧力室４１では、各シリコン酸化膜側壁１１およびシリコン側壁部１４の変形が著しく抑制されるので、隣接するインク圧力室４１に発生する圧力が干渉することがなくなる。

【0095】

このように本実施の形態では、非常に高いノズル密度のインクジェット式記録ヘッドを安定に形成でき、かつ隣接するインク圧力室４１間の圧力干渉を低減して独立したインク吐出を行うことが可能になる。

【0096】

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。上記実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、インクジェット式記録ヘッドおよびその製造方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされるインクジェット式記録ヘッドおよびその製造方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。

【0097】

これらの実施形態によれば、圧力室内に気泡が発生した場合でも、速やかに圧力室外に排出可能な圧電ＭＥＭＳ型のインクジェット式記録ヘッドとその製造方法を提供することができる。

【0098】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］一方の端面から他方の端面に亘って圧力室が設けられるシリコン基板と、前記シリコン基板の一方の端面にあって、前記圧力室を塞ぐ振動板と、前記圧力室に連通するノズルと、を有するノズルプレートと、前記ノズルプレートを変位させて前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるアクチュエータと、前記シリコン基板の他方の端面にあって、前記圧力室へインクを供給する第１の接続口と、前記圧力室からインクが流出する第２の接続口と、を有するバックプレートとを有し、前記シリコン基板は、前記バックプレート側の端面に一体に形成され、前記圧力室内を前記ノズルの近傍の連通路を除いて複数に仕切る仕切り壁を有するインクジェット式記録ヘッド。
［２］前記振動板は、シリコン酸化膜により形成されている［１］に記載のインクジェット式記録ヘッド。
［３］前記仕切り壁は、前記ノズルと対向する位置に配置され、前記ノズルと対向する端部側に先細のテーパー面が形成されている［１］に記載のインクジェット式記録ヘッド。
［４］前記振動板は、前記ノズルの孔を延長して前記振動板の端面から連続して同じ材料で一体に前記圧力室内に延びた筒状体を有し、前記仕切り壁は、前記ノズルと対向する位置から外れたオフセット位置に配置されている［１］に記載のインクジェット式記録ヘッド。
［５］前記振動板は、前記振動板の端面から連続して同じ材料で一体に前記圧力室内に延びて前記圧力室の側壁の一部をなす側壁形成部が形成されている［１］に記載のインクジェット式記録ヘッド。
［６］前記仕切り壁は、前記ノズルと対向する位置よりも一方側にオフセットした第１壁部と、前記ノズルと対向する位置よりも他方側にオフセットした第２壁部とを有し、前記圧力室は、前記第１壁部と前記第２壁部との間に配置された中央位置の第１室と、前記第１壁部と前記圧力室の一方の側壁との間に配置された第２室と、前記第２壁部と前記圧力室の他方の側壁との間に配置された第３室と、に３分割されており、前記バックプレートは、前記第１室と対応する位置に前記第１の接続口、前記第２室および前記第３室と対応する位置に前記第２の接続口がそれぞれ形成されている［１］に記載のインクジェット式記録ヘッド。
［７］前記仕切り壁は、前記ノズルと対向する位置よりも一方側にオフセットした位置に複数の第１壁部と、前記ノズルと対向する位置よりも他方側にオフセットした位置に複数の第２壁部とを有し、前記バックプレートは、前記圧力室の一方の側壁と前記第１壁部との間に前記第１の接続口、前記圧力室の他方の側壁と前記第２壁部との間に前記第２の接続口がそれぞれ形成されている［１］に記載のインクジェット式記録ヘッド。
［８］前記アクチュエータは、前記ノズルの孔の周りで前記ノズルプレートの前記振動板に積層した下部電極と圧電膜と上部電極とを含む圧電素子である［１］に記載のインクジェット式記録ヘッド。
［９］シリコン基板の一方の端面にリング状の溝を形成することと、前記シリコン基板を前記一方の端面側から熱酸化させてシリコン酸化膜からなる振動板を形成するとともに、前記シリコン基板の熱酸化により前記溝に対応する壁体を前記振動板の端面から連続して一体に形成することと、前記振動板の前記壁体と反対側の端面に下部電極と圧電膜と上部電極とを順に積層して圧電素子を成膜することと、前記振動板の端面にインクを吐出させるノズル開口部を形成することと、前記シリコン基板の前記一方の端面と反対の他方の端面側に前記振動板の前記壁体間の面積よりも小さい面積の２つのレジストパターンを作成することと、前記シリコン基板の前記２つのレジストパターンの作成部分から前記シリコン基板をエッチングおよび側面パッシベーションを繰り返して垂直な外周の側壁および前記側壁間の仕切り壁を残しながら前記シリコン基板から部分的に除去して前記ノズル開口部の両側に圧力室を作成することと、前記圧力室の作成用のエッチング先端が前記振動板の前記壁体の深さに達した後、前記側面パッシベーションを弱くして外径が徐々に拡大する条件でエッチングを行い、前記振動板の前記壁体および前記振動板を露出させることと、前記振動板の前記壁体および前記振動板を露出させると同時に、前記仕切り壁を両側から薄くして前記仕切り壁の両側の部分を合体することにより、前記圧力室内にインク流路を形成することと、前記シリコン基板の前記他方の端面にバックプレートを設けることと、を有するインクジェット式記録ヘッドの製造方法。

【符号の説明】

【0099】

１２…ノズルプレート、１２ａ…ノズル孔、１３…圧電素子（アクチュエータ）、１４…シリコン基板、１４ａ…圧力室、１６…バックプレート、１６ａ、１６ｂ…インク流通孔、１７…連通路、１８…仕切り壁、３０…振動板。

【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13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】