(57)【要約】【課題】  静電誘導型のインクジェットヘッドにおいて、高い着弾精度を実現することのできる、ノズルおよび電極の構造を提供する。【解決手段】  静電気力によって液状物質を吐出するインクジェットヘッドのノズルプレート８Ａにおいて、液体吐出口９が配置された液体吐出面８１に、液体吐出口９を取り囲むように外側溝４を配設するとともに、液体流入面８２側に、液体流入面８２への投影形状が、外側溝４の外形の液体流入面８２への投影形状を包含する形状となる電極層３が設けられている。【選択図】        図２
2006062186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電気力によって液状物質を吐出するインクジェットヘッドのノズルプレートであって、
ノズル層の第１主面側において規定され、液体吐出口が配置された液体吐出面と、
前記ノズル層の前記第１主面に対向する第２主面側において規定され、液体流入口が配置された液体流入面と、
前記ノズル層を貫通して前記液体吐出口と前記液体流入口を連通するノズル孔と、
前記液体吐出面側に設けられ、前記液体吐出口を取り囲むように形成され前記ノズル層を貫通しない深さの溝と、
前記ノズル孔を取り囲むとともに、前記液体吐出面には露出しないように設けられる電極層と、
を備えることを特徴とするノズルプレート。
【請求項２】
前記電極層の外形の前記液体吐出面への投影形状が、前記溝の外形の前記液体吐出面への投影形状を包含していることを特徴とする、請求項１に記載のノズルプレート。
【請求項３】
前記電極層は、前記液体流入面に形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のノズルプレート。
【請求項４】
前記溝の底部は前記電極層の一部によって構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のノズルプレート。
【請求項５】
静電気力によって液状物質を吐出するインクジェットヘッドのノズルプレートであって、
ノズル層の第１主面側において規定され、液体吐出口が配置された液体吐出面と、
前記ノズル層の前記第１主面に対向する第２主面側において規定され、液体流入口が配置された液体流入面と、
前記ノズル層を貫通して前記液体吐出口と前記液体流入口を連通するノズル孔と、
前記液体吐出面側に設けられ、前記液体吐出口を取り囲むように形成され前記ノズル層を貫通しない深さの溝と、
前記ノズル孔を取り囲むように設けられる電極層と、
前記溝の外側において、前記溝を取り囲むように設けられる導電体層と、
を備えることを特徴とするノズルプレート。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のノズルプレートを製造するための、ノズルプレートの製造方法であって、
犠牲層の上にノズル層を形成し、前記ノズル層のパターンニングに用いられるマスクを、前記犠牲層と同時に除去することを特徴とする、ノズルプレートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小ドットによる微細パターンを形成する、微小ドット形成装置に用いるノズルプレートの構造とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来においては、インクジェットプリンタは専ら紙を媒体とし、文字通りプリンタとして利用されてきた。ところが、近年インクジェットプリンタ技術の汎用性および低コスト性に着目し、従来フォトリソグラフィ技術で加工されていた、液晶表示装置用のカラーフィルタ等の微細パターンの形成や、プリント配線板の導体パターンの形成などへのインクジェットプリンタの応用が注目されている。そこで、近年、微小なインクドットを描画対象（例えば、液晶表示用のカラーフィルタやプリント配線板等）に直接描画することにより微細パターンを高い精度で形成することができる微小ドット形成装置の開発が活発となっている。このような微小ドット形成装置においては、吐出安定性や高度の着弾精度など高い吐出特性をもつノズルプレートが必要となる。
【０００３】
以下に従来のノズルプレートの構成と製造方法を説明する。特許文献１にはインクを吐出する吐出口の周囲にあるインク室外壁に、吐出口と連通しない溝を設ける構造が開示されている。図１０は上記特許文献１に記載のインクジェットヘッド（以下、従来の構成と称する）の説明図である。従来の構成では、インクを吐出する吐出口９とこの吐出口９の周囲に配置され吐出口と連通しない溝４と、吐出口内壁に設けられた吐出電極３を備えている。ここでヘッド内にはインクが導入され、吐出電極と電気的に接続された吐出電極配線３１を介して、吐出電極と対向電極４４との間に電圧を印加することによって、インクが飛翔する。
【特許文献１】特開平１１−２０１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の構成には以下のような問題がある。図１１は従来の構成に基づいて、吐出口近傍の電界状態を計算した結果を示す図である。同図に示すように、吐出電極３に電圧を印加することによって、液体吐出口９に良好に電界が集中している。ところが、液体吐出口９に集中した電界は、液体吐出口９から離れるにつれ、放射状に拡開している。すなわち液体吐出口９から発生する電気力線２０は電界と同様に拡開している。本構成のような静電誘導型のインクジェットでは、液体吐出口９から吐出された液滴は、液体吐出口９から発生する電界によって加速されて飛翔するため、本従来の構成のように電界が液体吐出口９から放射状に拡開すると、液滴の着弾精度が劣化するという問題を招来する。したがって、本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、その目的は、静電誘導型のインクジェットヘッドにおいて、高い着弾精度を実現することのできる、ノズルおよび電極の構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に基づいたノズルプレートの一つの局面においては、静電気力によって液状物質を吐出するインクジェットヘッドのノズルプレートであって、ノズル層の第１主面側において規定され、液体吐出口が配置された液体吐出面と、上記ノズル層の上記第１主面に対向する第２主面側において規定され、液体流入口が配置された液体流入面と、上記ノズル層を貫通して上記液体吐出口と上記液体流入口を連通するノズル孔と、上記液体吐出面側に設けられ、上記液体吐出口を取り囲むように形成され上記ノズル層を貫通しない深さの溝と、上記ノズル孔を取り囲むとともに、上記液体吐出面には露出しないように設けられる電極層とを備えることを特徴としている。
【０００６】
また、上記発明の他の形態においては、上記電極層の外形の上記液体吐出面への投影形状が、上記溝の外形の上記液体吐出面への投影形状を包含していることを特徴としている。
【０００７】
また、上記発明の他の形態においては、上記電極層は、上記液体流入面に形成されていることを特徴としている。
【０００８】
また、上記発明の他の形態においては、上記溝の底部が上記電極層の一部によって構成されていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に基づいたノズルプレートの他の局面においては、静電気力によって液状物質を吐出するインクジェットヘッドのノズルプレートであって、ノズル層の第１主面側において規定され、液体吐出口が配置された液体吐出面と、上記ノズル層の上記第１主面に対向する第２主面側において規定され、液体流入口が配置された液体流入面と、上記ノズル層を貫通して上記液体吐出口と上記液体流入口を連通するノズル孔と、上記液体吐出面側に設けられ、上記液体吐出口を取り囲むように形成され上記ノズル層を貫通しない深さの溝と、上記ノズル孔を取り囲むように設けられる電極層と、上記溝の外側において、上記溝を取り囲むように設けられる導電体層とを備えることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明に基づいたノズルプレートの製造方法においては、上述したノズルプレートの製造方法であって、犠牲層の上にノズル層を形成し、上記ノズル層のパターンニングに用いられるマスクを、上記犠牲層と同時に除去することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に基づいたノズルプレートの一つの局面によれば、液体吐出口のみならず、外側溝の外周側のエッジにも電界が集中するため、外側溝の外周側のエッジからも電界が発生し、これによって液体吐出口から発生する電界の広がりを制限することができる。これに伴い、吐出液体の着弾精度を向上することができる。
【００１２】
また、他の形態によれば、電極層の外形の液体吐出面への投影形状が、溝の外形の液体吐出面への投影形状を包含していることにより、電極層の外周部から発生する電界が効果的に外側溝の外周部エッジに集中し、液体吐出口から発生する電界の閉じ込め効果が高くなり、着弾精度をさらに向上させることができる。
【００１３】
また、他の形態によれば、電極層は、液体流入面に形成されていることにより、製造工程が容易となり、ノズル製造コストを低減することができる。
【００１４】
また、他の形態によれば、溝の底部が電極層の一部により構成されていることにより、外側溝の深さを制御しやすく、形状安定性が向上する。また、ノズルプレートと電極層のエッチング速度の違いを利用して、ノズル孔の加工と、外側溝の加工を１度に行なうことができ、製造プロセスを簡略化することができる。
【００１５】
本発明に基づいたノズルプレートの他の局面によれば、液体吐出口を取り囲む外側溝の外周部近傍に導電体層を配置することによって、外側溝の外側エッジから発生する電界が大きくなり、液体吐出口から生じる電界の閉じ込め効果が高くなり、液体吐出口内部の電極構造の影響が小さくなるため、ノズルプレートの電極形状の自由度が高くなり、これに伴ってノズルプレート設計の自由度が向上する。
【００１６】
本発明に基づいたノズルプレートの製造方法によれば、犠牲層のエッチングと同時にマスク層を除去するため、ノズルプレートの液体吐出面の表面には、マスク層によって保護されていた部分が露出する。このためノズル孔や外側溝を加工する際に行なった、エッチングのダメージを受けていないノズル層の表面で液体吐出面を構成することができる。これによって、液体吐出口近傍の液体吐出面の粗れを防止することができ、メニスカスを均一に維持することができるので、液体の吐出方向が安定し、着弾精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態１）
本発明に基づいた実施の形態１におけるノズルプレートおよびその製造方法について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００１８】
（ノズルプレート８Ａの構造）
図１（Ａ）は、微小ドット形成装置に用いられる、本実施の形態におけるノズルプレート８Ａの一部の斜視図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。ノズルプレート８Ａには１個以上の液体（液状物質）吐出口９が形成されており、図１（Ａ）においては２個の液体吐出口９が示されている。
【００１９】
図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、ノズルプレート８Ａは、第１ノズル層１、電極層３、外側溝４、ノズル孔１１を備えている。第１ノズル層は厚さ約２０μｍのポリイミド樹脂などの有機材料を主成分とし、ノズル孔１１は第１ノズル層１を貫通する内径が約４μｍの貫通孔から構成されている。第１ノズル層１の第１主面である液体吐出面８１側には、液体吐出口９が設けられ、第１ノズル層１の第１主面に対向する第２主面である液体流入面８２側には、液体流入口１０が設けられ、液体吐出口９と液体流入口１０とが、ノズル孔１１によって連通される。第１ノズル層１の液体吐出面８１側には外側溝４が形成されている。この外側溝４は、ノズル孔１１を取り囲む同心円環形状、いわゆるドーナツ状であって、第１ノズル層１を貫通しない所定の深さに形成されている。本実施の形態ではこの外側溝４の内径を約８μｍ、外径を約２０μｍ、溝深さを約１５μｍに設定した。
【００２０】
電極層３は、Ｔｉを主成分とする金属等の導電性材料で構成され、第１ノズル層１の液体流入面８２側においてノズル孔１１を取り囲む略同心円環形状、いわゆるドーナツ状に成形されている。電極層３の厚さは、約０．５μｍである。本実施の形態においては電極層３の内径をノズル孔１１の液体流入面８２側の液体流入口１０と略同一形状とし、外径を２２μｍとした。これにより、電極層３の外形の液体流入面８２への投影形状が、外側溝４の外形の液体流入面８２への投影形状を包含する形状となる。また、液体流入面８２においては、電極層３には配線部材３１が電気的に接続されており、図示しない吐出信号発生電源から出力された吐出信号をインクに伝達する構成となっている。
【００２１】
（電界計算）
図２（Ａ）は、上記構成のノズルプレート８Ａの形状を用いて電界計算を行ない、その計算結果を元に、液体吐出口９近傍の電界の状態を示した図である。また、図２（Ｂ）は計算結果を元に、液体吐出口９近傍の電界状態を電気力線２０によって模式的に表した図である。ここで、ノズルプレート８Ａの液体吐出面８１に対する平行方向を面内方向、また電界の面内方向の成分を面内方向成分とした。この計算では、ノズル孔１１、外側溝４、電極層３のそれぞれの形状が円形であることを利用して、４分の１の形状でモデルを作成し有限要素法にて計算を行なっている。同図においは、原点を液体吐出口９の中心とし、ノズルプレート８Ａの面内方向成分の電界を、液体吐出口９から遠ざかる方向を正として、その強度を示している。すなわち、電界が正の値を有している領域は液体吐出口９から遠ざかる方向に面内成分を有する電界が生じている。これとは逆に、電界が負の値を示している領域は液体吐出口９の中心方向の面内成分を有する電界が生じていることになる。
【００２２】
図２（Ａ）に本実施の形態にかかるノズルプレート８Ａの液体吐出口９近傍の断面図を上記計算結果と対比して示している。これらの図からわかるように、ノズルプレート８Ａの液体吐出口９近傍における電界の面内成分が正の値を有していることから、当該液体吐出口９近傍には、液体吐出口９から離れる方向に電界が発生しており、電界は液体吐出口９から拡開するように広がっていることがわかる。また、ノズル孔１１の周りに配設した外側溝４の外側のエッジ近傍（距離１０μｍ近傍）における電界は負の値を示しており、当該エッジからは液体吐出口９中心方向の面内成分を有する電界が生じていることがわかる。すなわち、ノズルプレート８Ａの液体吐出口９から発生する電界と、外側溝４の外側エッジから発生する電界はそれぞれ逆方向の面内成分を有している。これによって、ノズルプレート８Ａの液体吐出口９から発生した電界は、制限なく広がるのではなく、外側溝４の外側エッジから発生した電界によって外側溝４の形状内に閉じ込められることになる。すなわち、図２（Ｂ）に示すように、液体吐出口９近傍の電気力線２０は、液体吐出口９から生じる電気力線２０が外側溝４の外側エッジから生じる電気力線２０によって広がりを抑制されることになる。
【００２３】
液体吐出口９から吐出された液滴は、上記電界に沿って加速されるので、本構成のように、外側溝４の外側エッジから発生した電界によって、液体吐出口９から生じる電界が閉じ込められ、液体吐出口９から吐出された液滴の変動する範囲を小さくすることができる。すなわち、本構成のような外側溝４と電極層３を配置することによって、着弾精度を向上させることができる。
【００２４】
ここで、図１１（Ａ）は従来構成のノズルプレートにおける液体吐出口９の形状を用いて上記と同様の電界計算を行ない、その計算結果を元に液体吐出口９近傍の電界の状態を示した図である。また図１１（Ｂ）は計算結果を元に、液体吐出口９近傍の電界状態を電気力線２０によって模式的に表した図である。同図からわかるように、電界の面内成分は、ノズルプレートの液体吐出口９から、離れるにしたがって減少はしているが、電界の面内成分が負になることはない。このことは液体吐出口９のみに電界が集中し液体吐出口９から拡開するように電界が広がっているが、液体吐出口９の周りに配設した外側溝４の外側エッジには電界の集中が小さく、上記液体吐出口９から拡開する電界を閉じ込める方向に電界が発生していないことを示している。すなわち、図１１（Ｂ）に示すように液体吐出口９から生じた電気力線２０は外側溝４によって受ける制約が少なく、電気力線２０を閉じ込める効果がほとんどない。このように、外側溝４がある構造であっても、電極層３が液体吐出口９内部にのみ存在するような構成では、外側溝４の外側エッジに効果的な電界集中が生じないため、液体吐出口９から発生する電界を外側溝４の形状内に閉じ込めることができない。これにともない、液体吐出口９から吐出された液滴は拡開する電界に沿って加速され着弾精度を向上することが困難となる。
【００２５】
（ノズルプレートの製造方法）
次に、本実施の形態にかかるノズルプレート８Ａの製造方法を説明する。図３（Ａ）から（Ｆ）は本実施の形態にかかるノズルプレート８Ａの主要工程を示す断面図である。図３（Ａ）に示すように、ガラス基板５１上にＮｉなどの酸に可溶な材料を主成分とする金属膜からなる厚さ約３０μｍの犠牲層５をメッキなどの手法により形成する。ここで、犠牲層５はＮｉ以外に、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅなどを主成分とする金属膜、合金膜あるいは積層膜を使用することができる。また、犠牲層５はガラス基板５１上に形成された薄膜である必要はなく、例えば約３００μｍ程度の厚さを有する上記材料からなる金属板でもよい。
【００２６】
次に、図３（Ｂ）に示すように、犠牲層５の上に、犠牲層５のエッチング液に対して耐性の高い、Ｔｉなどを主成分とする金属膜からなる電極層３を、蒸着などの方法で０．５μｍの厚さに形成する。ここで、電極層３は上記犠牲層５のエッチング液に対して高い耐性を有する材料であればよく、Ｔｉ以外に、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂなどを主成分とする金属膜あるいはこれらの合金膜を用いることができる。また、電極層３の膜厚は、ノズルプレート８Ａの液体吐出口９内のインクに電界を印加できる程度の膜厚であればよく、ノズルプレート８Ａの形状、吐出するインクの特性に応じて変更することができる。
【００２７】
次に、フォトリソグラフィプロセス、および、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）のようなドライエッチングプロセスによって、電極層３を内径約４μｍ、外径約２２μｍの同心円環形状いわゆるドーナツ型に形成した。このとき、図示しないが、配線部材３１を上記電極層３と同一の金属膜をパターニングすることによって形成している。これにより、配線部材の形成プロセスを簡略化するとともに、電極層３と配線部材３１との接続信頼性の低下を防止している。
【００２８】
次に、図３（Ｃ）に示すように、犠牲層５と電極層３ならびに配線部材３１の上に、ポリイミド樹脂からなる第１ノズル層１を形成する。本実施の形態においてはポリイミド樹脂として日立化成デュポン社製のＰＩＸ３４００を用い、塗布時のスピンコータの回転数と塗布回数とを適正化し、約２０μｍ厚の第１ノズル層１を形成した。引き続いて、第１ノズル層１の上に、第１ノズル層１を加工するためのマスク層３２を形成した。マスク層３２は約２０００ÅのＡｌ膜と約３μｍ厚のＳｉＯ２膜からなり、第１ノズル層１上にこの順で形成した。
【００２９】
次に、図３（Ｄ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、マスク層３２上に液体吐出口９形状となる、ノズル孔パターンを有するレジスト層を形成し、ＣＦ４を主成分とするガスを用いたＲＩＥ、およびＡｒを主成分とするガスを用いたイオンミリングによりマスク層３２を加工し、液体吐出口９形状を有するノズル孔パターン３２１をマスク層３２に転写した。ここで、マスク層３２に用いたＳｉＯ２とＮｉはＣＦ４を用いたＲＩＥによって良好にエッチングされ、ＡｌはＡｒを用いたイオンミリングによって良好にエッチングされるため、形状精度の良好な形状をマスク層３２に形成することができる。次に、酸素を主成分とするガスを用いたＲＩＥによって、マスク層３２に形成したノズル孔パターン３２１を元に、ポリイミド樹脂からなる第１ノズル層１にノズル孔１１を加工した。ここで、ポリイミド樹脂は有機材料であるため、酸素を用いたＲＩＥにより良好にエッチングできる。これに対してＳｉＯ２やＡｌは無機材料であるため、酸素を用いたＲＩＥに対する耐性が高く、エッチング速度は遅い。これによって、マスク層３２に形成したノズル孔パターン３２１を精度よく第１ノズル層１に転写することができる。また、上記酸素を用いたＲＩＥによって、マスク層３２を加工する際に作成したレジストを、第１ノズル層１の加工と同時に除去することができるので、レジストの除去工程を簡略化することができ、都合が良い。
【００３０】
次に、図３（Ｅ）に示すように、ノズル孔１１を加工した第１ノズル層１およびマスク層３２上に再度フォトリソグラフィによって、外側溝パターンを有するレジスト層を形成する。先に述べた、ノズル孔パターンの加工と同様に、ＣＦ４ガスを用いたＲＩＥおよびＡｒガスを用いたイオンミリングによって当該外側溝パターンを元にマスク層３２を加工し、当該パターン３２２をマスク層に転写する。次に、酸素を用いたＲＩＥによって第１ノズル層１を加工する。このとき、上記ノズル孔１１の加工のように第１ノズル層１を貫通するように加工するのではなく、所定の深さでエッチングが停止するように、エッチング時間を制御する。本工程においても、酸素を用いたＲＩＥによってレジストが除去されるので、レジストの除去工程を省略することができる。
【００３１】
次に、図３（Ｆ）に示すように、全体をエッチング液に浸漬し、犠牲層５を除去する。本実施の形態においては、犠牲層５としてＮｉを用いているので、水、硝酸およびりん酸を１５：４：１の割合で混合したエッチング溶液を用い、５０°Ｃに加熱してエッチングを行なった。この時、マスク層３２にＮｉを用いているため本犠牲層５のエッチングと同時にマスク層３２のＮｉをエッチングすることができ、これによってマスク層３２を同時に除去することができる。本エッチングにおいては、第１ノズル層１に用いているポリイミド樹脂や電極層３として使用しているＴｉは上記エッチング液に対して非常に耐性が高いので、ＲＩＥで加工した形状の変化がない。また、上述のように犠牲層５のエッチングと同時にマスク層３２を除去するため、ノズルプレート８Ａの液体吐出面８１の表面には、マスク層３２によって保護されていた部分が露出するため、ノズル孔１１や外側溝４を加工する際に行なったＲＩＥによるエッチングダメージを受けていない第１ノズル層１表面で液体吐出面８１を構成することができる。このため、液体吐出口９近傍の液体吐出面８１の粗れがなく、メニスカスを均一に維持することができ、これに伴って、液体の吐出方向が安定し、着弾精度が向上する。
【００３２】
本実施の形態では、マスク層に用いる金属層をＡｌとしたが、特にこれに限定されるわけではなく、ポリイミドのＲＩＥに対して高い耐性を有し、犠牲層のエッチングにおいてはポリイミドのエッチング耐性が高いエッチング手段によって犠牲層と同時に除去することのできる材料であれば好適に使用することができる。
【００３３】
（吐出状態の確認）
図４は、本実施の形態におけるノズルプレート８Ａを有するインクジェットヘッドを用いた液体吐出システムの構成概念図である。図４に示すように、構成部材４１はガラスからなり、内部に貫通するインク流路４２を有している。当該インク流路４２には、図示しないインク供給手段によって、インクが充填されている。また、構成部材４１の端面には、本実施の形態にかかるノズルプレート８Ａが接続され、当該ノズルプレート８Ａに配設された配線部材３１を介して、電極層３と吐出信号印加手段４３とが電気的に接続されている。上記構成のインクジェットヘッドは、このインクジェットヘッドに対して相対移動するとともにアースに接続されたステージ４４と対向した状態で保持されており、上記ステージに配置されたＳｉからなる被吐出媒体４５を備えている。本インクジェットヘッドの電極に、１ｋＶの矩形波信号を印加することによって、インク流路内に充填されたインクを吐出し、ステージを移動しながら描画パターンの評価を行なった。このときの着弾精度は±１０μｍと非常に良好であった。
【００３４】
（実施の形態２）
本発明に基づいた実施の形態２におけるノズルプレートおよびその製造方法について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３５】
（ノズルプレート８Ｂの構造）
図５（Ａ）は、微小ドット形成装置に用いられる、本実施の形態におけるノズルプレート８Ｂの一部の斜視図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。ノズルプレート８Ｂには１個以上の液体（液状物質）吐出口９が形成されており、図５（Ａ）においては２個の液体吐出口９が示されている。
【００３６】
図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、ノズルプレート８Ｂは、第１ノズル層１、電極層３、第２ノズル層２、外側溝４、ノズル孔１１を備えている。第１ノズル層１は厚さ約１５μｍのポリイミド樹脂などの有機材料を主成分とし、ノズル孔１１は第１ノズル層１および第２ノズル層２を貫通する内径が約４μｍの貫通孔から構成されている。第１ノズル層１の第１主面である液体吐出面８１側には、液体吐出口９が設けられ、第１ノズル層１の第１主面に対向する第２ノズル層２の第２主面である液体流入面８２側には、液体流入口１０が設けられ、液体吐出口９と液体流入口１０とが、ノズル孔１１によって連通される。第１ノズル層１の液体吐出面８１側にはノズル孔１１を取り囲む同心円環形状（いわゆるドーナツ型）に、外側溝４が設けられており、この外側溝４は第１ノズル層１を貫通し電極層３に達している。本実施の形態ではこの外側溝４の内径を約８μｍ、外径を約２０μｍに設定した。外側溝４の深さは第１ノズル層１を貫通し電極層３に達しているため約１５μｍになる。電極層３は、Ｔｉを主成分とする金属などの導電性材料で構成され、第１ノズル層１と第２ノズル層２の接合部に、ノズル孔１１を取り囲む略同心円環形状、いわゆるドーナツ状に成形され０．５μｍの厚さで形成されている。本実施の形態においては電極層３の内径をノズル孔１１の液体流入面側の開口部と略同一形状とし、外径を約２２μｍとした。これにより、電極層３の外形の液体流入面８２への投影形状が、外側溝４の外形の液体流入面８２への投影形状を包含する形状となる。また、第１ノズル層と第２ノズル層の接合部においては、電極層３には配線部材３１が電気的に接続されており、図示しない吐出信号発生電源から出力された吐出信号をインクに伝達する構成となっている。
【００３７】
（電界計算）
図６（Ａ）は、上記構成のノズルプレート８Ｂの形状を用いて電界計算を行ない、その計算結果を元に、液体吐出口９近傍の電界の状態を示した図である。また、図６（Ｂ）は計算結果を元に、液体吐出口９近傍の電界状態を電気力線２０によって模式的に表した図である。ここで、ノズルプレート８Ｂの液体吐出面８１に対する平行方向を面内方向、また電界の面内方向の成分を面内方向成分とした。計算は上記実施の形態１と同様の手法で行なった。同図においは、原点を液体吐出口９の中心とし、ノズルプレート８Ｂの面内方向成分の電界を、液体吐出口９から遠ざかる方向を正として、その強度を示している。すなわち、電界が正の値を有している領域は液体吐出口９から遠ざかる方向に面内成分を有する電界が生じている。これとは逆に、電界が負の値を示している領域は液体吐出口９の中心方向の面内成分を有する電界が生じていることになる。
【００３８】
図６（Ａ）に本実施の形態にかかるノズルプレート８Ｂの液体吐出口９近傍の断面図を上記計算結果と対比して示している。これらの図からわかるように、ノズルプレート８Ｂの液体吐出口９近傍における電界の面内成分が正の値を有していることから、当該液体吐出口９近傍には、液体吐出口９から離れる方向に電界が発生しており、電界は液体吐出口９から拡開するように広がっていることがわかる。また、ノズル孔１１の周りに配設した外側溝４の外側のエッジ近傍（距離１０μｍ近傍）における電界は負の値を示しており、当該エッジからは液体吐出口９中心方向の面内成分を有する電界が生じていることがわかる。すなわち、ノズルプレート８Ｂの液体吐出口９から発生する電界と、外側溝４の外側エッジから発生する電界はそれぞれ逆方向の面内成分を有している。これによって、ノズルプレート８Ｂの液体吐出口９から発生した電界は、制限なしに広がるのではなく、外側溝４の外側エッジから発生した電界によって外側溝４の形状内に閉じ込められることになる。すなわち、図６（Ｂ）に示すように、液体吐出口９近傍の電気力線２０は、液体吐出口９から生じる電気力線２０が外側溝４の外側エッジから生じる電気力線２０によって広がりを抑制されることになる。
【００３９】
液体吐出口９から吐出された液滴は、上記電界に沿って加速されるので、本構成のように、外側溝４の外側エッジから発生した電界によって、液体吐出口９から生じる電界が閉じ込められ、液体吐出口９から吐出された液滴の変動する範囲を小さくすることができる。すなわち、本構成のような外側溝４と電極層３を配置することによって、着弾精度を向上させることができる。
【００４０】
（ノズルプレートの製造方法）
次に、本実施の形態にかかるノズルプレート８Ｂの製造方法を説明する。図７（Ａ）から（Ｅ）は本実施の形態にかかるノズルプレート８Ｂの主要工程を示す断面図である。図７（Ａ）に示すように、実施の形態１と同様の手法および同様の材料を用いて犠牲層５を形成する。
【００４１】
次に、図７（Ｂ）に示すように、犠牲層５上に、ポリイミド樹脂からなる第２ノズル層２を形成する。本実施の形態においては上記ポリイミド樹脂として日立化成デュポン社製のＰＩＸ１４００を用い、塗布時の回転数と塗布回数を適正化し、約５μｍ厚の第２ノズル層２を形成した。次に、第２ノズル層２上に、実施の形態１と同様の材料および同様の手法を用いて電極層３および配線部材３１（図示せず）を形成する。さらに、フォトリソグラフィプロセス、および、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）のようなドライエッチングプロセスによって、電極層３を内径約４μｍ、外径約２２μｍの同心円環形状いわゆるドーナツ型に形成する。このとき、図示しないが、配線部材３１を上記電極層３と同一の金属膜をパターニングすることによって形成している。これにより、配線部材の形成プロセスを簡略化するとともに、電極層３と配線部材３１との接続信頼性の低下を防止している。
【００４２】
次に、図７（Ｃ）に示すように、犠牲層５と電極層３ならびに配線部材３１の上に、ポリイミド樹脂からなる第１ノズル層１を形成する。本実施の形態においてはポリイミド樹脂として日立化成デュポン社製のＰＩＸ３４００を用い、塗布時のスピンコータの回転数と塗布回数を適正化し、約１５μｍ厚の第１ノズル層１を形成した。引き続いて、第１ノズル層１上に、第１ノズル層１を加工するためのマスク層３２を形成した。マスク層３２は約２０００ÅのＡｌ膜と約３μｍ厚のＳｉＯ２膜からなり、第１ノズル層１上にこの順で形成した。
【００４３】
次に、図７（Ｄ）に示すように、フォトリソグラフィを用いて、マスク層３２上に液体吐出口９形状となるノズル孔パターンと、外側溝形状となるパターンとを有するレジスト層を形成する。次に実施の形態１と同様に、ＣＦ４を主成分とするガスを用いたＲＩＥ、およびＡｒを主成分とするガスを用いたイオンミリングにより上記マスク層３２を加工し、液体吐出口９形状と外側溝４形状を有するノズル孔パターン３２１およびパターン３２２をマスク層３２に転写した。次に、酸素を主成分とするガスを用いたＲＩＥによって、上記ＣＦ４によるＲＩＥでマスク層３２に形成したノズル孔パターン３２１およびパターン３２２を元に、ポリイミド樹脂からなる第１ノズル層１および第２ノズル層２にノズル孔１１と、第１ノズル層１に外側溝４を加工した。このとき、ノズル孔１１は犠牲層５まで届くエッチングを行なうが、外側溝４はノズルプレート厚さ方向の途中で止める必要がある。本実施の形態では、電極層３を構成するＴｉ膜が酸素を用いたＲＩＥに対する耐性が高いので、外側溝４の加工は電極層３が露出した時点で停止させることができる。一方、上記電極層３には先の工程で加工した液体吐出口９と略同一の孔が加工されているため、ノズル孔１１の加工は上記電極層３で停止することなく、犠牲層５に到達するまで第２ノズル層２を加工することができる。
【００４４】
実施の形態１では、先に液体吐出口９となるノズル孔１１を加工した後、再度外側溝４の形状を有するレジストパターンを形成し、さらにＲＩＥによって外側溝４の加工を行なうという２回のエッチングプロセスを行なっていたが、本実施の形態では、１度のフォトリソグラフ工程と１回のエッチングプロセスでノズル孔１１と外側溝４とを同時加工することができるため、加工工程を簡略化することができる。さらに、外側溝４のエッチング終了点がエッチング時間による管理ではなく、電極層３の表面露出により決定することができるので、外側溝４の深さを均一にすることができ、また、ノズル孔１１の形状の安定性を向上させることもできる。
【００４５】
次に、図７（Ｅ）に示すように、実施の形態１と同様の方法で、犠牲層５を除去しノズルプレート８のみを分離し、ノズルプレート８を製造した。本実施の形態に基づいて作成したノズルプレートを実施の形態１と同様のインク流路に接合し、着弾精度を評価したところ、実施の形態１と同様の良好な着弾精度を実現することができた。
【００４６】
（実施の形態３）
本発明に基づいた実施の形態３におけるノズルプレートおよびその製造方法について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００４７】
（ノズルプレート８Ｃの構造）
図８（Ａ）は、微小ドット形成装置に用いられる、本実施の形態におけるノズルプレート８Ｃの一部の斜視図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。ノズルプレート８Ｃには１個以上の液体（液状物質）吐出口９が形成されており、図８（Ａ）においては２個の液体吐出口９が示されている。
【００４８】
図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、ノズルプレート８Ｃは、第１ノズル層１、電極層３、外側溝４、外側導電体層３３、ノズル孔１１を備えている。第１ノズル層１は厚さ約２０μｍのポリイミド樹脂などの有機材料を主成分とし、ノズル孔１１は第１ノズル層１を貫通する内径が約４μｍの貫通孔から構成されている。第１ノズル層１の第１主面である液体吐出面８１側には、液体吐出口９が設けられ、第１ノズル層１の第１主面に対向する第２主面である液体流入面８２側には、液体流入口１０が設けられ、液体吐出口９と液体流入口１０とが、ノズル孔１１によって連通される。第１ノズル層１の液体吐出面８１側には外側溝４が形成されている。この外側溝４は、ノズル孔１１を取り囲む同心円環形状、いわゆるドーナツ状であって、第１ノズル層１を貫通しない所定の深さに形成されている。本実施の形態ではこの外側溝４の内径を約８μｍ、外径を約２０μｍ深さを約１５μｍに設定した。
【００４９】
さらに、この外側溝４を取り囲むように外側溝４の直近に円環状の外側導電体層３３が形成されている。本実施の形態では外側導電体層３３の内径側を上記外側溝の外径側と接触するように構成した。すなわち、外側導電体層３３の内径を約２０μｍとした。一方外径は約２４μｍとし、幅約２μｍの円環状（ドーナツ状）の形状とした。また、電極層３は、Ｔｉを主成分とする金属のような導電性材料で構成され、第１ノズル層１に形成されたノズル孔１１の内部に形成されている。本実施の形態では、上記実施の形態１と異なり、第１ノズル層１の液体流入面８２側には電極層３は形成されておらず、外側溝４の外側に外側導電体層３３を形成している点を特徴としている。また、電極層３には配線部材３１が電気的に接続されており、図示しない吐出信号発生電源において作成された吐出信号をインクに伝達する構成となっている。
【００５０】
（電界計算）
図９は、上記構成のノズルプレート８Ｃの形状を用いて電界計算を行ない、その計算結果を元に、液体吐出口９近傍の電界の状態を示した図である。計算は実施の形態１と同様の手法を用いているため、詳細は省略する。同図に本実施の形態にかかるノズルプレート８Ｃの液体吐出口９近傍の断面図を示している。これらの図からわかるように、ノズルプレート８Ｃの液体吐出口９近傍における電界の面内成分が正の値を有していることから、液体吐出口９近傍には、液体吐出口９から離れる方向に電界が発生しており、電界は液体吐出口９から拡開するように広がっていることがわかる。また、ノズル孔１１の周りに配設した外側溝４の外側のエッジ近傍（距離１０μｍ近傍）における電界は負の値を示しており、当該エッジからは液体吐出口９中心方向の面内成分を有する電界が生じていることがわかる。すなわち、ノズルプレート８Ｃの液体吐出口９から発生する電界と、外側溝４の外側エッジから発生する電界はそれぞれ逆方向の面内成分を有している。これによって、ノズルプレート８Ｃの液体吐出口９から発生した電界は、制限なしに広がるのではなく、外側溝４の外側エッジから発生した電界によって外側溝４の形状内に閉じ込められることになる。
【００５１】
液体吐出口９から吐出された液滴は、上記電界に沿って加速されるので、本構成のように、外側溝４の外側エッジから発生した電界によって、液体吐出口９から生じる電界が閉じ込められることによって、吐出された液滴の変動する範囲を小さくすることができる。すなわち、本構成のような外側溝４と外側導電体層３３を配置することによって、着弾精度を向上させることができる。
【００５２】
このように、ノズルプレート８Ｃの外側溝４の近傍に外側導電体層３３を配置することによって、ノズルプレート８Ｃの液体吐出口９から発生する電界を外側溝４のエッジから発生する電界によって閉じ込める効果が生じ、これに伴って、電界に沿って加速する液滴の着弾精度を向上することができる。本実施の形態では、従来例に対する本発明の効果が明確になるように、ノズルプレート８Ｃの液体流入面８２側には電極層３を配置しない構成としたが、実施の形態１のように液体流入面８２側に電極層３を配置しても良いし、実施の形態２のようにノズルプレート内に電極層３を配置しても良い。また、本実施の形態では、電極層３と外側導電体層３３とは電気的に接続していないが、電極層３と電気的に接続してもよい。また、本実施の形態では外側導電体層３３をノズルプレートの表面に配置したが、外側溝４の外周側の内壁に付着させるように形成しても良い。
【００５３】
本実施の形態に基づいて作成したノズルプレートを実施の形態１と同様のインク流路に接合し、着弾精度を評価したところ、実施の形態１と同様の良好な着弾精度を実現することができた。本実施の形態のように、液体吐出口９を取り囲む外側溝４の外周部近傍に外側導電体層３３を配置することによって、外側溝４の外側エッジから発生する電界が大きくなり、液体吐出口９から生じる電界の閉じ込め効果が高くなり、液体吐出口９内部の電極構造の影響が小さくなるため、ノズルプレート８Ｃの電極形状の自由度が高くなり、これに伴ってノズルプレート設計の自由度が向上する。本実施の形態にかかるノズルプレートの製造方法に関しては、実施の形態１あるいは実施の形態２と同様の技術を用いて行なうことができる。
【００５４】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】（Ａ）は、実施の形態１におけるノズルプレートを示す斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図２】実施の形態１におけるノズルプレートの液体吐出口近傍における面内方向の電界状態の計算結果を示す図であり、（Ａ）は、ノズルプレートの形状を用いて電界計算を行ない、その計算結果を元に、液体吐出口近傍の電界の状態を示した図であり、（Ｂ）は計算結果を元に、液体吐出口近傍の電界状態を電気力線によって模式的に表した図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｆ）は、実施の形態１におけるノズルプレートの製造方法を示す断面工程図である。
【図４】実施の形態１におけるノズルプレートを使用した、液体吐出装置の構成概念図である。
【図５】（Ａ）は、実施の形態２におけるノズルプレートを示す斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図６】実施の形態２におけるノズルプレートの液体吐出口近傍における面内方向の電界状態の計算結果を示す図であり、（Ａ）は、ノズルプレートの形状を用いて電界計算を行ない、その計算結果を元に、液体吐出口近傍の電界の状態を示した図であり、（Ｂ）は計算結果を元に、液体吐出口近傍の電界状態を電気力線によって模式的に表した図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は、実施の形態２におけるノズルプレートの製造方法を示す断面工程図である。
【図８】（Ａ）は、実施の形態３におけるノズルプレートを示す斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図９】実施の形態３におけるノズルプレートの液体吐出口近傍における面内方向の電界状態の計算結果を示す図である。
【図１０】従来の静電誘導型インクジェットヘッドの構成概念図である。
【図１１】従来の静電誘導型インクジェットヘッドにかかる液体吐出口近傍における面内方向の電界状態の計算結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  第１ノズル層、２  第２ノズル層、３  電極層、４  外側溝、５  犠牲層、８Ａ，８Ｂ，８Ｃ  ノズルプレート、９  液体吐出口、１１  ノズル孔、２０  電気力線、３１  配線部材、３２  マスク層、３３  外側導電体層、４１  構成部材、４２  インク流路、４３  吐出信号印加手段、４４  ステージ、４５  被吐出媒体、８１  液体吐出面、８２  液体流入面、３２１  ノズル孔パターン、３２２  パターン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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