(57)【要約】【課題】安定した吐出性能を確保する。【解決手段】プレート１２８の一面１２８ａに開口する漏斗状の漏斗部１５１と、漏斗部の底部１５１ａから同径で延びてプレートの他面１２８ｂに開口する同径部１５２とを有するノズル１１８をプレート１２８に形成する。漏斗部及び同径部に対応する輪郭形状を有するポンチＰでプレートの一面を加圧して、漏斗部及び同径部を形成する第１工程と、プレートの他面側を除去して同径部を開口させる第２工程と、プレートに形成した同径部の長さを計測する第３工程と、計測した同径部の長さに応じた厚さでプレートの他面を除去する第４工程とを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートの一面側に開口する漏斗状の漏斗部と、前記漏斗部の底部から同径で延びて前記プレートの他面側に開口する同径部とを有するノズルを前記プレートに形成するノズルプレート製造方法であって、
前記漏斗部及び同径部に対応する輪郭形状を有するポンチで前記プレートの一面を加圧して、前記漏斗部及び前記同径部を形成する第１工程と、
前記プレートの他面側を除去して前記同径部を開口させる第２工程と、
前記プレートに形成した前記同径部の長さを計測する第３工程と、
計測した前記同径部の長さに応じた厚さで前記プレートの他面を除去する第４工程とを有することを特徴とするノズルプレート製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のノズルプレート製造方法において、
前記第３工程では、前記プレートの厚さと、前記漏斗部の長さとに基づいて、前記同径部の長さを計測することを特徴とするノズルプレート製造方法。
【請求項３】
請求項２記載のノズルプレート製造方法において、
光学測長器による前記一面の焦点深度と、前記漏斗部の底部の焦点深度とに基づいて、前記漏斗部の長さを測長することを特徴とするノズルプレート製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のノズルプレート製造方法において、
前記第４工程では、前記他面のうち、前記ノズルを含む特定領域を除去することを特徴とするノズルプレート製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のノズルプレート製造方法において、
前記同径部に対応する前記ポンチの輪郭形状の長さは、前記プレートに形成する前記同径部の所定長さよりも大きいことを特徴とするノズルプレート製造方法。
【請求項６】
ノズルプレートを有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
請求項１から５のいずれかに記載のノズルプレート製造方法で前記ノズルプレートを製造することを特徴とする液滴吐出ヘッド製造方法。
【請求項７】
液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置の製造方法であって、
請求項６記載の液滴吐出ヘッド製造方法で前記液滴吐出ヘッドを製造することを特徴とする液滴吐出装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルプレート製造方法及び液滴吐出ヘッド製造方法並びに液滴吐出装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出方式の液滴吐出ヘッドでは、インク加圧室に連通する流路をノズルプレートにより覆って、インク流路の部分に開口したノズルからインクを吐出させるように構成しており、この構成では、インクがノズルの軸線方向で安定して吐出されるように、メニスカスを安定化させ、圧力波を減衰させる観点から、ノズルプレートに形成されるノズルは通常、吐出側に同径で延びるストレート部が配置され、流路側にストレート部から漸次拡径する漏斗型の拡径部が配置された形状を有している。その様なノズルの形成方法として、例えば特許文献１にはノズルの漏斗形状に見合う形状を持つポンチと、ポンチ先端の細径部より僅かに大きい孔に面取り部を設けたダイとを組み合わせて、ノズルプレートにポンチを貫通させることによって形成することが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、漏斗形状の細径部の先端が錐状に突出したポンチで突いて、ノズルプレート内部に孔形状を形成した後に、インク吐出側のノズルプレート突出部を研磨して穴を仕上げる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平５−２２９１２７号公報
【特許文献２】特開２０００−２８９２１１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、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
微小液滴を吐出するヘッドにおいては、ノズルにおけるストレート部の長さが吐出性能に大きく影響し、液滴量が変動することが知られている。
そのため、従来、プリンタ用途の液滴量（ピコリットルレベル）では問題とされなかった液滴吐出量のばらつきが、微少量（フェムトリットルレベル）の液滴を吐出し電子デバイス製造に応用する分野では、電子デバイスの性能（抵抗、移動度、発光性能等）に与える影響が無視できなくなっている。
ところが、上述した特許文献１、２に記載された技術では、ストレート部の長さのばらつきが大きく、安定した吐出性能を確保することが困難であった。
【０００５】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、安定した吐出性能を確保できるノズルプレート製造方法及び液滴吐出ヘッド製造方法並びに液滴吐出装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明のノズルプレート製造方法は、プレートの一面に開口する漏斗状の漏斗部と、前記漏斗部の底部から同径で延びて前記プレートの他面に開口する同径部とを有するノズルを前記プレートに形成するノズルプレート製造方法であって、前記漏斗部及び同径部に対応する輪郭形状を有するポンチで前記プレートの一面を加圧して、前記漏斗部及び前記同径部を形成する第１工程と、前記プレートの他面側を除去して前記同径部を開口させる第２工程と、前記プレートに形成した前記同径部の長さを計測する第３工程と、計測した前記同径部の長さに応じた厚さで前記プレートの他面を除去する第４工程とを有することを特徴とするものである。
従って、本発明のノズルプレート製造方法では、プレートに形成された同径部の長さが所定長さと異なっている場合には、計測した同径部の長さと所定長さとの差分、プレートの他面を除去することにより、同径部を所定長さに調整することが可能になる。そのため、本発明では、微少量の液滴を吐出する場合であっても、安定した吐出性能を確保することができる。
【０００７】
また、本発明では、前記第３工程において前記プレートの厚さと、前記漏斗部の長さとに基づいて、前記同径部の長さを計測する手順を好適に採用できる。
これにより、本発明では直接の長さ計測が困難な同径部の長さを、プレートの厚さと漏斗部の長さとの差を算出することで容易に計測することが可能になる。
【０００８】
上記の手順においては、光学測長器による前記一面の焦点深度と、前記漏斗部の底部の焦点深度とに基づいて、前記漏斗部の長さを測長する手順を好適に採用できる。
従って、本発明のノズルプレート製造方法では、プレートの一面側からの計測で容易に同径部の長さを計測することができ、計測工程を短時間で行うことが可能となり、製造工程の効率化に寄与できる。また、本発明では、非接触で同径部の長さ計測を行うことができ、接触によりノズルプレートに損傷等の悪影響が及ぶことを防止できる。
【０００９】
また、本発明では、前記第４工程において、前記他面のうち、前記ノズルを含む特定領域を除去する手順を好適に採用できる。
従って、本発明のノズルプレート製造方法では、特定領域と周囲の前記他面との間に段差が生じるため、印刷用紙等が紙ジャムを起こした場合でも、ノズルに接触する可能性を低減させるとともに、用紙がノズルに接触した場合でも接触圧を低減させることが可能になり、紙等の接触によりノズルが損傷して吐出性能が低下することを抑制できる。
【００１０】
前記同径部に対応する前記ポンチの輪郭形状の長さとしては、前記プレートに形成する前記同径部の所定長さよりも大きい構成を好適に採用できる。
従って、本発明のノズルプレート製造方法では、同径部の長さ調整代を確保できるため、同径部の長さを確実に所定長さに調整することが可能になる。
【００１１】
そして、本発明の液滴吐出ヘッド製造方法は、ノズルプレートを有する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、先に記載のノズルプレート製造方法で前記ノズルプレートを製造することを特徴とするものである。
従って、本発明の液滴吐出ヘッド製造方法では、ノズルの同径部を所定長さに調整することが可能になるため、微少量の液滴を吐出する場合であっても、安定した吐出性能を確保することができ、描画精度の高い液滴吐出ヘッドを製造することが可能になる。
【００１２】
また、本発明の液滴吐出装置製造方法は、液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置の製造方法であって、先に記載の液滴吐出ヘッド製造方法で前記液滴吐出ヘッドを製造することを特徴とするものである。
従って、本発明の液滴吐出装置製造方法では、ノズルの同径部を所定長さに調整することが可能になるため、微少量の液滴を吐出する場合であっても、安定した吐出性能を確保することができ、描画精度の高い液滴吐出装置を製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明のノズルプレート製造方法及び液滴吐出ヘッド製造方法並びに液滴吐出装置製造方法の実施の形態を、図１ないし図４を参照して説明する。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１４】
（液滴吐出装置）
まず、本発明に係るノズルプレート製造方法及び液滴吐出ヘッド製造方法並びに液滴吐出装置製造方法において用いられる液滴吐出装置について図１及び図２を参照して説明する。
図１に示す液滴吐出装置１は、基本的にはインクジェット装置である。より具体的には、液滴吐出装置１は、液状材料１１１を保持するタンク１０１と、チューブ１１０と、グランドステージＧＳと、吐出ヘッド部（液滴吐出ヘッド）１０３と、ステージ１０６と、第１位置制御装置１０４と、第２位置制御装置１０８と、制御部１１２と、光照射装置１４０と、支持部１０４ａと、を備えている。
【００１５】
吐出ヘッド部１０３は、ヘッド１１４（図２参照）を保持している。このヘッド１１４は、制御部１１２からの信号に応じて、液状材料１１１の液滴を吐出する。なお、吐出ヘッド部１０３におけるヘッド１１４は、チューブ１１０によってタンク１０１に連結されており、このため、タンク１０１からヘッド１１４に液状材料１１１が供給される。
ステージ１０６は基板（後述）を固定するための平面を提供している。さらにステージ１０６は、吸引力を用いて基板の位置を固定する機能も有する。
【００１６】
第１位置制御装置１０４は、支持部１０４ａによって、グランドステージＧＳから所定の高さの位置に固定されている。この第１位置制御装置１０４は、制御部１１２からの信号に応じて、吐出ヘッド部１０３をＸ軸方向と、Ｘ軸方向に直交するＺ軸方向と、に沿って移動させる機能を有する。さらに、第１位置制御装置１０４は、Ｚ軸に平行な軸の回りで吐出ヘッド部１０３を回転させる機能も有する。ここで、本実施例では、Ｚ軸方向は、鉛直方向（つまり重力加速度の方向）に平行な方向である。
【００１７】
第２位置制御装置１０８は、制御部１１２からの信号に応じて、ステージ１０６をグランドステージＧＳ上でＹ軸方向に移動させる。ここで、Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の双方と直交する方向である。
【００１８】
上述のように、第１位置制御装置１０４によって、吐出ヘッド部１０３はＸ軸方向に移動する。そして、第２位置制御装置１０８によって、基板はステージ１０６と共にＹ軸方向に移動する。これらの結果、基板に対するヘッド１１４の相対位置が変わる。より具体的には、これらの動作によって、吐出ヘッド部１０３、ヘッド１１４、またはノズル１１８（図２参照）は、基板に対して、Ｚ軸方向に所定の距離を保ちながら、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に相対的に移動、すなわち相対的に走査する。「相対移動」または「相対走査」とは、液状材料１１１を吐出する側と、そこからの吐出物が着弾する側（被吐出部）の少なくとも一方を他方に対して相対移動することを意味する。
【００１９】
制御部１１２は、液状材料１１１の液滴を吐出すべき相対位置を表す吐出データを外部情報処理装置から受け取るように構成されている。制御部１１２は、受け取った吐出データを内部の記憶装置に格納するとともに、格納された吐出データに応じて、第１位置制御装置１０４と、第２位置制御装置１０８と、ヘッド１１４と、を制御する。なお、吐出データとは、基板上に、液状材料１１１を所定パターンで付与するためのデータである。本実施例では、吐出データはビットマップデータの形態を有している。
【００２０】
上記構成を有する液滴吐出装置１は、吐出データに応じて、ヘッド１１４のノズル１１８（図２参照）を基板に対して相対移動させるとともに、被吐出部に向けてノズル１１８から液状材料１１１を吐出する。なお、液滴吐出装置１によるヘッド１１４の相対移動と、ヘッド１１４からの液状材料１１１の吐出とをまとめて「塗布走査」または「吐出走査」と表記することもある。
光照射装置１４０は、基板に付与された液状材料１１１に紫外光を照射する装置である。光照射装置１４０の紫外光の照射のＯＮ・ＯＦＦは制御部１１２によって制御される。
【００２１】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、液滴吐出装置１におけるヘッド１１４は、複数のノズル１１８を有するインクジェットヘッドである。具体的には、ヘッド１１４は、振動板１２６と、複数のノズル１１８と、複数のノズル１１８のそれぞれの開口を規定するノズルプレート（プレート）１２８と、液たまり１２９と、複数の隔壁１２２と、複数のキャビティ１２０と、複数の振動子１２４と、を備えている。
【００２２】
液たまり１２９は、振動板１２６と、ノズルプレート１２８と、の間に位置しており、この液たまり１２９には、図示しない外部タンクから孔１３１を介して供給される液状材料１１１が常に充填される。また、複数の隔壁１２２は、振動板１２６と、ノズルプレート１２８と、の間に位置している。
キャビティ１２０は、振動板１２６と、ノズルプレート１２８と、一対の隔壁１２２と、によって囲まれた部分である。キャビティ１２０はノズル１１８に対応して設けられているため、キャビティ１２０の数とノズル１１８の数とは同じである。キャビティ１２０には、一対の隔壁１２２間に位置する供給口１３０を介して、液たまり１２９から液状材料１１１が供給される。
【００２３】
図２（ｂ）に示すように、ノズル１１８は、ノズルプレート１２８のキャビティ１２０側（液たまり１２９側）の面（一面）１２８ａに開口する漏斗状の漏斗部１５１と、漏斗部の底部（最小径部）から同径で延びてノズルプレート１２８の液滴吐出側の面（他面）１２８ｂ側に開口するストレート部（同径部）１５２とを有している。ストレート部１５２は、面１２８ｂのうち、ノズル１１８を含むノズル周辺領域（特定領域）が除去されて段差が生じたノズル面１２８ｃに開口している。
このストレート部１５２は、例えば直径（ノズル径）１０μｍ、長さが５μｍに設定されており、従って、漏斗部１５１は、直径１０μｍ程度に形成された底部から面１２８ａに向かうに従って漸次拡径するテーパ状に形成されている。
【００２４】
複数の振動子１２４のそれぞれは、それぞれのキャビティ１２０に対応するように振動板１２６上に位置する。複数の振動子１２４のそれぞれは、ピエゾ素子１２４Ｃと、ピエゾ素子１２４Ｃを挟む一対の電極１２４Ａ，１２４Ｂと、を含む。制御部１１２が、この一対の電極１２４Ａ，１２４Ｂの間に駆動電圧を与えることで、対応するノズル１１８から液状材料１１１の液滴Ｄが吐出される。ここで、ノズル１１８から吐出される材料の体積は、例えばフェムトリットルレベルからピコリットルレベルで可変である。なお、上述したように、ノズル１１８からＺ軸方向に液状材料１１１の液滴が吐出されるように、ノズル１１８の形状（特に、ストレート部１５２の長さ）が調整されている。
なお、吐出部１２７は、ピエゾ素子の代わりに電気熱変換素子を有してもよい。つまり、吐出部１２７は、電気熱変換素子による材料の熱膨張を利用して材料を吐出する構成を有していてもよい。
【００２５】
（ノズル形成装置）
続いて、上記ノズルプレート１２８に対してノズル１１８を形成する装置について、図３を参照して説明する。
図３（ａ）に示すノズル形成装置２００は、ノズルプレート１２８を下方から支持する下治具２０１、ポンチＰの基部ＢＰを保持して下治具２０１に対して離間・接近する保持治具２０２、保持治具２０２にバネ２１０を介して連結され、保持治具２０２が下降した際に、下治具２０１との間でバネ２１０の付勢力でノズルプレート１２８を押さえる押さえ治具２０３とから構成される。保持治具２０２、押さえ治具２０３、バネ２１０により上治具が構成される。
下治具２０１には、ポンチＰ（ノズル１１８）の位置に対応して、貫通孔２０１ａが形成されている。
【００２６】
図２（ｂ）は、ポンチＰの先端部を示す部分拡大図である。
この図に示すように、ポンチＰの先端には、ノズル１１８の漏斗部１５１に対応する輪郭形状を有する漏斗輪郭部１５１Ｐと、ストレート部１５２に対応する輪郭形状を有するストレート輪郭部１５２Ｐとが設けられている。ポンチＰにおけるストレート輪郭部１５２Ｐの長さＬＰは、ノズル１１８におけるストレート部１５２の長さＬ（所定長さ；図２（ｂ）参照）よりも大きく形成されている。
【００２７】
続いて、上記のノズル形成装置２００を用いてノズルプレート１２８に、図２に示すノズル１１８を形成する手順について図４を参照して説明する。
まず、図３に示すように、下治具２０１に、例えばステンレス材で形成されたノズルプレート１２８を載置した後に、保持治具２０２を下降させることにより、バネ２１０の付勢力でノズルプレート１２８を下治具２０１と押さえ治具２０３との間で保持した状態で面１２８ａに対してポンチＰにより衝撃加圧する。
【００２８】
このとき、図４（ａ）に示すように、ポンチＰのストレート輪郭部１５２Ｐがノズルプレート１２８を貫通しないストロークでポンチＰを下降させる。これにより、ノズルプレート１２８においては、漏斗輪郭部１５１Ｐとストレート輪郭部１５２Ｐとの輪郭形状に応じた漏斗部１５１、ストレート部１５２、及び面１２８ｂから貫通孔２０１ａに突出する突出部１５３が形成される（第１工程）。
【００２９】
続いて、ノズルプレート１２８からポンチＰを離脱させ、次いで、図４（ｂ）に示すように、面１２８ｂを研磨加工（研削）して、ストレート部１５２を開口させ（第２工程）、ノズル１１８を形成する。この後、ノズル１１８が形成されたノズルプレート１２８を工具顕微鏡等の光学測長器に載置して、上面１２８ａの焦点深度（すなわち、漏斗部１５１の上部の焦点深度）、及び漏斗部１５１の底部１５１ａの焦点深度を計測する。そして、計測した各焦点深度の差から漏斗部１５１の高さを算出し、この漏斗部１５１の高さとノズルプレート１２８の板圧との差からストレート部１５２の長さ（以下、適宜ストレート長さと称する）を算出（測長）する（第３工程）。
【００３０】
続いて、測長したストレート部１５２の長さに基づいて、ノズルプレート１２８の面１２８ｂを除去する（第４工程）。
具体的には、ストレート部１５２の所定長さＬ（図２（ｂ）参照）に対して、測長した長さがＬＫ（図４（ｂ）参照）の場合には、面１２８ｂを厚さＬＣで除去する。この厚さＬＣは下式で表される。
ＬＣ＝ＬＫ−Ｌ          …（１）
【００３１】
この式（１）で得られた厚さＬＣを、ノズル周辺領域（特定領域）について面１２８ｂから除去する。
この面１２８ｂに対する除去処理としては、放電電極を用いた放電加工、レーザ加工、サンドブラスト加工等を用いることができる。
これにより、ノズル１１８の周辺領域に、面１２８ｂに対して段差を有しノズル１１８が開口するノズル面１２８ｃが形成され、このノズル１１８においては、ストレート部１５１が所定長さＬに設定される。
【００３２】
このように、本実施形態では、ノズルプレート１２８に一旦形成したノズル１１８におけるストレート部１５２の長さを計測し、計測した長さに応じてノズルプレート１２８の厚さを調整するため、ポンチ加工条件（ポンチ取り付け精度、加圧力、加圧時間、下治具２０１の精度、ノズルプレート１２８の板材特性）によってストレート長さが変動した場合でも、常に一定のストレート長さを高精度に確保することが可能になる。
【００３３】
そのため、本実施形態では、吐出ヘッド部１０３からフェムトリットルレベルの微少量の液滴を吐出する場合でも、安定した吐出性能（吐出特性）を確保することができ、描画精度の高い吐出ヘッド部１０３及び液滴吐出装置１を得ることが可能になる。また、高精度のポンチを製作するには、コスト増及び生産性の低下を招く可能性もあるが、本実施形態では、従来のポンチ技術をそのまま利用することが可能である。
【００３４】
また、本実施形態では、計測しづらいストレート長さを、ノズルプレート１２８の厚さと漏斗部１５１の長さとに基づいて求めているため、容易、且つ迅速にストレート長さを計測することが可能である。特に、本実施形態では、漏斗部１５１の長さを光学測長器による焦点深度に基づいて測長しているため、同一面側からの計測が非接触で可能になり、計測工程を短時間で行うことが可能となり、製造工程の効率化に寄与できるとともに、接触子を用いた測長時にノズルプレート１２８に接触して、ノズルプレート１２８に損傷等の悪影響が及ぶことを防止できる。
【００３５】
また、本実施形態では、ストレート長さを調整する際に、面１２８ｂの中、ノズル周辺の特定領域のみ除去しているため、面１２８ｂとノズル面１２８ｃとの間に段差を形成することができ、例えば液滴吐出装置１をプリンタに用いた際に、印刷用紙等が紙ジャムを起こした場合でも、ノズル１１８に接触する可能性を低減させるとともに、用紙がノズル１１８に接触した場合でも接触圧を低減させることが可能になり、紙等の接触によりノズル１１８が損傷して吐出性能が低下することを抑制できる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、ポンチＰにおけるストレート輪郭部１５２Ｐの長さをノズル１１８におけるストレート部１５２の長さＬよりも大きくしているため、ストレート長さの調整代を確保できるため、ストレート長さを確実に所定長さに調整することが可能になる。
【００３７】
加えて、本実施形態では、上記のような調整を行うことにより、吐出ヘッド部１０３における複数のノズル１１８のストレート長さを均一化して、各吐出量を均一化することができ、その結果、液滴吐出装置１を用いて形成される膜の膜厚を高精度に制御することができ、製品の品質向上も図ることも可能になる。
【００３８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３９】
例えば、上記実施形態では、ストレート部１５２の長さを、ノズルプレート１２８の厚さ及び漏斗部１５１の長さを用いて計測する構成としたが、直接計測する構成としてもよく、また光学測長器以外の測長器を用いてもよい。また、上記実施形態で示したノズル面１２８ｃを形成するための加工方法は一例であり、他の加工方法を用いてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、ノズル１１８のストレート長さを測長した後に、面１２８ｂの特定領域を除去してノズル面１２８ｃを計測したが、さらに、この面１２８ｂとノズル面１２８ｃとの段差を計測することで、ストレート長さを再計測・再調整する手順としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る液滴吐出装置の模式図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は液滴吐出装置におけるヘッドの模式図である。
【図３】ノズル形成装置の模式図である。
【図４】ノズルを形成する手順を示す工程図である。
【符号の説明】
【００４２】
Ｐ…ポンチ、  １…液滴吐出装置、  １０３…吐出ヘッド部（液滴吐出ヘッド）、  １１８…ノズル、  １２８…ノズルプレート（プレート）、  １２８ａ…面（一面）、  １２８ｂ…面（他面）、  １５１…漏斗部、  １５１ａ…底部、  １５２…ストレート部（同径部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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