(57)【要約】【課題】少ない部品点数で圧力室の容積を拡大することのできる液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、および液滴吐出装置を提供すること。【解決手段】液滴吐出ヘッド１０において、キャビティプレート２３には第１溝状キャビティ３１が形成されている一方、ノズルプレート１には、ノズル孔１１に加えて、第２溝状キャビティ１２が形成されており、キャビティプレート２３とノズルプレート１とを貼り合わせると、第１溝状キャビティ３１と第２溝状キャビティ１２とが重なって圧力室３０を構成する。このため、２つの部材で容積の大きな圧力室３０を形成することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル孔を有するノズルプレートと、
該ノズルプレートと接合されたキャビティプレートと、
を備え、
前記ノズル孔と連通する圧力室は、前記キャビティプレートに形成された第１溝状キャビティと、前記ノズルプレートに形成された第２溝状キャビティと、で構成され、
前記ノズル孔は、前記第２溝状キャビティの凹部の底部で連通することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
ノズル孔を有するノズルプレートと、該ノズルプレートと接合されたキャビティプレートと、前記ノズル孔と連通する圧力室と、を備えた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
キャビティプレート用基板に第１溝状キャビティを形成して前記キャビティプレートを得るキャビティプレート製造工程と、
ノズルプレート用基板に前記ノズル孔を形成するとともに、前記ノズルプレート用基板の主面に前記ノズル孔と連通する第２溝状キャビティを形成して前記ノズルプレートを得るノズルプレート製造工程と、
前記第１溝状キャビティと前記第２溝状キャビティとを重ねて、前記ノズルプレートと前記キャビティプレートとを貼り合わせて前記圧力室を形成する貼り合わせ工程と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記キャビティプレート製造工程では、ウエットエッチングにより前記第１溝状キャビティを形成し、
前記ノズルプレート製造工程では、ドライエッチングにより前記ノズル孔を形成することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記ノズルプレート製造工程では、
前記ノズルプレート用基板の前記主面において、凹部をエッチングによって形成するノズル孔用エッチング工程と、
前記主面に前記第２溝状キャビティをエッチングにより形成するキャビティ用エッチング工程と、
前記主面に対する裏面から前記ノズルプレート用基板を削ることにより薄板化して前記凹部を前記ノズル孔として貫通させる薄板化工程と、
を行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記ノズルプレート製造工程では、
前記ノズルプレート用基板の前記主面に対する裏面に凹部をエッチングにより形成するノズル孔用エッチング工程と、
前記ノズルプレート用基板を前記主面から削ることにより薄板化する薄板化工程と、
前記ノズルプレート用基板の前記主面に前記第２溝状キャビティをエッチングにより形成するキャビティ用エッチング工程と、
を行うことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、および液滴吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンター等の液滴吐出装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できること等、多くの利点を有する。かかる液滴吐出装置に用いられる液滴吐出ヘッドにおいて、溶媒の乾燥に起因するインクの粘度上昇を防止するには、圧力室の容積を大とすることが好ましい。それには、例えば、圧力室用キャビティが形成されたキャビティプレート、圧力室用キャビティに連通する連通用キャビティが形成されたリザーバープレート、およびノズル孔が形成されたノズルプレートをこの順に積層して液滴吐出ヘッドを構成し、圧力室用キャビティおよび連通用キャビティを圧力室として利用した構成が適している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６８６１７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に記載の構成のように、キャビティプレート、リザーバープレート、およびノズル孔が形成されたノズルプレートをこの順に積層した液滴吐出ヘッドでは、使用する部材の数が多いので、コストが増大する。
【０００５】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、少ない部品点数で圧力室の容積を拡大することのできる液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、および液滴吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズル孔を有するノズルプレートと、該ノズルプレートと接合されたキャビティプレートと、を備え、前記ノズル孔と連通する圧力室は、前記キャビティプレートに形成された第１溝状キャビティと、前記ノズルプレートに形成された第２溝状キャビティと、で構成され、前記ノズル孔は、前記第２溝状キャビティの凹部の底部で連通することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、ノズル孔を有するノズルプレートと、該ノズルプレートと接合されたキャビティプレートと、前記ノズル孔と連通する圧力室と、を備えた液滴吐出ヘッドの製造方法であって、キャビティプレート用基板に第１溝状キャビティを形成して前記キャビティプレートを得るキャビティプレート製造工程と、ノズルプレート用基板に前記ノズル孔を形成するとともに、前記ノズルプレート用基板の主面に前記ノズル孔と連通する第２溝状キャビティを形成して前記ノズルプレートを得るノズルプレート製造工程と、前記第１溝状キャビティと前記第２溝状キャビティとを重ねて、前記ノズルプレートと前記キャビティプレートとを貼り合わせて前記圧力室を形成する貼り合わせ工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、キャビティプレートに第１溝状キャビティが形成されている一方、ノズルプレートには、ノズル孔に加えて、第２溝状キャビティが形成されており、キャビティプレートとノズルプレートとを貼り合わせると、第１溝状キャビティと第２溝状キャビティとが重なって圧力室を構成する。このため、２つの部材で容積の大きな圧力室を形成することができる。それ故、吐出する液状物が溶媒の蒸発によって圧力室で粘度上昇することを防止することができる。また、圧力室を厚さ方向に拡張すると、隣接する圧力室との間に介在する壁面の面積が大となってクロストークが発生しやすいが、本発明では、圧力室を面内方向に拡張しているため、圧力室の容積を拡大しても、隣接する圧力室との間に介在する壁面の面積が小である。それ故、本発明を適用した液滴吐出ヘッド、および液滴吐出装置では、圧力室の容積を拡大してもクロストークが発生しにくいという利点がある。
【０００９】
本発明において、前記キャビティプレート製造工程では、ウエットエッチングにより前記第１溝状キャビティを形成し、前記ノズルプレート製造工程では、ドライエッチングにより前記ノズル孔を形成することが好ましい。かかる構成によれば、キャビティプレートを効率よく製造できるとともに、ノズル孔の形状精度等に優れたノズルプレートを製造することができる。
【００１０】
本発明において、前記ノズルプレート製造工程では、前記ノズルプレート用基板の前記主面において、凹部をエッチングによって形成するノズル孔用エッチング工程と、前記主面に前記第２溝状キャビティをエッチングにより形成するキャビティ用エッチング工程と、前記主面に対する裏面から前記ノズルプレート用基板を削ることにより薄板化して前記凹部を前記ノズル孔として貫通させる薄板化工程と、を行う方法を採用することができる。
【００１１】
本発明において、前記ノズルプレート製造工程では、前記ノズルプレート用基板の前記主面に対する裏面に凹部をエッチングにより形成するノズル孔用エッチング工程と、前記ノズルプレート用基板を前記主面から削ることにより薄板化する薄板化工程と、前記ノズルプレート用基板の前記主面に前記第２溝状キャビティをエッチングにより形成するキャビティ用エッチング工程と、を行う方法を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出装置の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出装置に用いたヘッドアセンブリの説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドに形成した圧力室の説明図である。
【図６】図５に示すキャビティプレートを製造する方法を示す工程断面図である。
【図７】図５に示すノズルプレートの製造方法の第１例を示す工程断面図である。
【図８】図７に続いて行うノズルプレートの製造工程を示す工程断面図である。
【図９】図５に示すノズルプレートの製造方法の第２例を示す工程断面図である。
【図１０】図９に続いて行うノズルプレートの製造工程を示す工程断面図である。
【図１１】図５に示すノズルプレートの製造方法の第３例を示す工程断面図である。
【図１２】図１１に続いて行うノズルプレートの製造工程を示す工程断面図である。
【図１３】図１２に続いて行うノズルプレートの製造工程を示す工程断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドのノズルプレートを主走査方向で切断した様子を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、本発明を適用した液滴吐出装置としてインクジェットプリンターを例示する。また、以下の説明では、主走査方向（ノズル孔の列方向に直交する方向）をＸ方向とし、副走査方向（ノズル孔の列方向）をＹ方向としてある。
【００１４】
［実施の形態１］
（液滴吐出装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出装置の説明図である。図１において、本形態の液滴吐出装置２００は、記録紙等の記録媒体Ｓの表面に液体状のインクを吐出して画像等の記録を行うインクジェットプリンターである。液滴吐出装置２００は、複数の液滴吐出ヘッド１０を備えたヘッドアセンブリ１１０、ヘッドアセンブリ１１０が取り付けられるキャリッジ３、キャリッジ３を主走査方向Ｘに移動可能に支持するキャリッジ軸５、記録媒体Ｓを副走査方向Ｙに移送するプラテン８等を備えている。インクは、インクカートリッジ２に貯留されており、インクカートリッジ２は、ヘッドアセンブリ１１０とともに、キャリッジ３に搭載されている。なお、インクカートリッジ２が液滴吐出装置２００の本体２０１側に配置され、インクカートリッジ２からインク供給チューブを通じて液滴吐出ヘッド１０に供給される構成を採用することもできる。キャリッジ３は、タイミングベルト７に接続されており、タイミングベルト７はＤＣモーター等のパルスモーター６により駆動される。従って、パルスモーター６が作動すると、キャリッジ３は、キャリッジ軸５に案内されて、主走査方向Ｘ（記録媒体Ｓの幅方向）に往復移動する。
【００１５】
ここで、キャリッジ３のホームポジションに対応する位置、すなわち、キャリッジ軸５の一方の端部近傍には、液滴吐出ヘッド１０の液滴吐出面を封止するキャップ部材９が設けられている。キャップ部材９には、その内部を吸引する吸引手段（図示なし）が接続されている。本実施形態では、キャップ部材９は、液滴吐出ヘッド１０の数に対応して複数設けられている。キャップ部材９は、液滴吐出ヘッド１０の液滴吐出面を封止することにより、液滴吐出ヘッド１０のノズル孔近傍でインクが乾燥することを防止する。また、キャップ部材９は、ノズル孔からインク滴を噴射させるフラッシング動作、あるいは所定のタイミングで吸引手段によってキャップ部材９の内部を吸引してノズル孔からインク等を強制的に排出させる吸引動作を行った際のインク受けとして機能する。
【００１６】
また、本形態では、キャップ部材９に隣接して、液滴吐出ヘッド１０の液滴吐出面を払拭するクリーニングブレード等からなるワイピング部材４が設けられている。従って、所定のタイミングでキャリッジ３を移動させることにより、液滴吐出ヘッド１０の液滴吐出面にワイピング部材４の先端部を摺接させれば、液滴吐出面を払拭するクリーニング動作を実行することができる。
【００１７】
（液滴吐出ヘッド１０の構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出装置２００に用いたヘッドアセンブリ１１０の説明図であり、図２（ａ）は、ヘッドアセンブリ１１０の斜視図、およびヘッドアセンブリ１１０の分解斜視図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の分解斜視図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の構成を模式的に示す断面図である。
【００１８】
図２に示すように、本形態の液滴吐出装置２００では、複数の液滴吐出ヘッド１０がヘッドアセンブリ１１０としてキャリッジ３に搭載されている。ヘッドアセンブリ１１０は、概ね、ヘッド支持体としてのケース１５０、複数の液滴吐出ヘッド１０、および固定板１８により構成されている。ケース１５０は、内部に液滴吐出ヘッド１０を収容する箱体状部材であり、上面側に針ホルダ１９０が形成されている。針ホルダ１９０は、インク導入針２０を取り付けるための板状部材であり、本形態においては、インクカートリッジ２のインク色に対応させて８本のインク導入針２０が針ホルダ１９０に横並びに配設されている。インク導入針２０は、インクカートリッジ２内に挿入される中空針状の部材であり、先端部に設けられた導入孔（図示せず）からインクカートリッジ２内に貯留されたインクをケース１５０内の集束流路を通じて液滴吐出ヘッド１０に導入するようになっている。
【００１９】
ケース１５０の底面側には、４つの液滴吐出ヘッド１０が、主走査方向Ｘに横並びに位置決めされた状態で配置されており、４つの液滴吐出ヘッド１０は各々、主走査方向Ｘに長辺を向けている。かかる４つの液滴吐出ヘッド１０は、金属製の固定板１８によってケース１５０に固定されている。固定板１８は、液滴吐出ヘッド１０に対応する位置に４つの開口部１８０が形成された底板部１８１と、底板部１８１の外縁から直角に折れ曲がった側板部１８２とを有しており、液滴吐出ヘッド１０と接着剤等により固定されている。
【００２０】
図３および図４に示すように、液滴吐出ヘッド１０は、概ね、ノズルプレート１、キャビティプレート２３、封止基板２４、およびコンプライアンス基板２５から構成されており、これらの部材を積層した状態でユニットケース２６に取り付けられている。
【００２１】
ノズルプレート１は、ドット形成密度に対応したピッチで円形の複数のノズル孔１１を副走査方向Ｙに配列したシリコン単結晶基板からなり、その一方側の面によって液滴吐出面１ａが構成されている。本形態では、６００ｄｐｉのピッチで１８０個のノズル孔１１を列設することでノズル列が２列構成されている。ここで、ノズルプレート１は、長方形の板材であり、長辺が主走査方向Ｘに向いている。従って、ノズル孔１１は、副走査方向Ｙに配列してノズル列を構成し、かかるノズル列は、２列が主走査方向Ｘで並列している。
【００２２】
キャビティプレート２３は、ノズルプレート１と同様、シリコン単結晶基板によって作製されている。キャビティプレート２３の上面（封止基板２４側の面）には二酸化シリコンからなる薄い弾性膜３８が熱酸化によって形成されている。
【００２３】
かかるキャビティプレート２３は、ノズルプレート１と貼り合わされてノズルプレート１の間に複数のノズル孔１１の各々と一対一の関係をもつ複数の圧力室３０を構成する。このため、キャビティプレート２３のノズルプレート１側の面には、圧力室３０を構成するための第１溝状キャビティ３１が形成されている。また、本形態では、後述するように、ノズルプレート１のキャビティプレート２３側の面１ｂには、第１溝状キャビティ３１とともに圧力室３０を構成する第２溝状キャビティ１２が形成されている。
【００２４】
キャビティプレート２３において、第１溝状キャビティ３１の外側には、共通のインクが導入される室としての共通液室３２の一部を区画する連通空部３３が形成されている。この連通空部３３は、インク供給路３４を介して各圧力室３０と連通している。また、弾性膜３８上には、圧電素子３５が圧力室３０毎に設けられており、かかる圧電素子３５は、金属製の下電極膜と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層と、金属からなる上電極膜とが順次積層された構造になっている。圧電素子３５は、所謂撓みモードの圧電振動子であり、圧力室３０の上部を覆うように形成されている。
【００２５】
圧電素子３５が形成されたキャビティプレート２３上には、厚さ方向に貫通した貫通空部３６を有する封止基板２４が配置される。封止基板２４は、キャビティプレート２３やノズルプレート１と同様、シリコン単結晶基板を用いて作製されている。封止基板２４における貫通空部３６は、キャビティプレート２３の連通空部３３と連通して共通液室３２の一部を区画するようになっている。封止基板２４の上面（キャビティプレート２３とは反対側の面）には、各圧電素子３５を駆動するための駆動ＩＣ３７が設けられている。この駆動ＩＣ３７の各端子は、図示しないボンディングワイヤー等を介して各圧電素子３５の個別電極から引き出された引き出し配線と接続されている。そして、駆動ＩＣ３７の各端子は、フレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）等の外部配線３９を介して液滴吐出装置２００の制御部（図示せず）と電気的に接続され、この外部配線３９を介して制御部側からの印刷信号等の各種信号が供給されるようになっている。
【００２６】
封止基板２４の上面側には、コンプライアンス基板２５が配置されている。このコンプライアンス基板２５における封止基板２４の貫通空部３６に対向する領域には、インク導入針２０側からのインクを共通液室３２に供給するためのインク導入口４０が厚さ方向に貫通して形成されている。また、このコンプライアンス基板２５の貫通空部３６に対向する領域のインク導入口４０以外の領域は、極薄く形成された可撓部４１となっており、この可撓部４１によって貫通空部３６の上部開口が封止されることで共通液室３２が区画形成される。かかる可撓部４１は、共通液室３２内のインクの圧力変動を吸収するコンプライアンス部として機能するようになっている。
【００２７】
ユニットケース２６は、インク導入口４０に連通してインク導入針２０側（図２（ｂ）参照）から導入されたインクを共通液室３２側に供給するためのインク導入路４２が形成されているとともに、可撓部４１に対向する領域にこの可撓部４１の膨張を許容する凹部４３が形成された部材である。ユニットケース２６の中心部、具体的には、封止基板２４上に設けられた駆動ＩＣ３７に対向する領域には、厚さ方向に貫通した空部４４が開設されており、外部配線３９がこの空部４４を挿通して駆動ＩＣ３７と接続されるようになっている。
【００２８】
これらのノズルプレート１、キャビティプレート２３、封止基板２４、コンプライアンス基板２５、およびユニットケース２６は、接着剤や熱溶着フィルム等を間に配置して積層した状態で加熱することで相互に接合され、液滴吐出ヘッド１０を構成している。
【００２９】
このように構成された液滴吐出ヘッド１０は、ヘッドアセンブリ１１０の状態で、ノズル孔１１の列方向が副走査方向Ｙと一致するようにキャリッジ３に取り付けられる。そして、各液滴吐出ヘッド１０は、インクカートリッジ２からのインクをインク導入路４２およびインク導入口４０を介して共通液室３２側に取り込み、共通液室３２からノズル孔１１に至るインク流路（液体流路の一種）をインクで満たす。そして、駆動ＩＣ３７からの駆動信号を圧電素子３５に供給してこの圧電素子３５を撓み変形させることによって対応する圧力室３０内のインクに圧力変動を生じさせ、このインクの圧力変動を利用してノズル孔１１からインクの液滴を吐出する。
【００３０】
（圧力室３０の詳細構成）
図５は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０に形成した圧力室３０の説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、圧力室３０を拡大して示す説明図、および圧力室３０が第１溝状キャビティ３１と第２溝状キャビティ１２とによって構成されている様子を示す説明図である。なお、図５（ｂ）では、弾性膜３８の図示を省略してある。
【００３１】
図５に示すように、本形態の液滴吐出ヘッド１０において、圧力室３０は、キャビティプレート２３のノズルプレート１側の面に形成された第１溝状キャビティ３１と、ノズルプレート１のキャビティプレート２３側の面１ｂに形成され、底部でノズル孔１１と連通する第２溝状キャビティ１２とによって構成されている。本形態において、第１溝状キャビティ３１は、キャビティプレート２３を構成するシリコン単結晶基板を貫通する貫通部として形成されており、かかる貫通部のノズルプレート１とは反対側の開口部は弾性膜３８によって塞がれている。
【００３２】
これに対して、第２溝状キャビティ１２は、ノズルプレート１の面１ｂで開口する有底の凹部として形成されており、かかる凹部の底部ではノズル孔１１が開口している。ここで、第２溝状キャビティ１２は、ノズルプレート用のシリコン単結晶基板に対するドライエッチングにより形成されており、主走査方向Ｘに延在する長穴形状に形成されている。これに対して、第１溝状キャビティ３１は、キャビティプレート用のシリコン単結晶基板に対する異方性ウエットエッチングにより形成されており、かかる異方性ウエットエッチングでは、結晶方位によってエッチング速度が相違することを利用する。例えば、面方位（１１１）は、エッチングされにくい性質を利用する。このため、第２溝状キャビティ１２は、主走査方向Ｘに延在する長穴形状に形成され、かつ、側面の一部は結晶方位の影響を受けてテーパ面になっている。但し、第１溝状キャビティ３１および第２溝状キャビティ１２はいずれも、長さ寸法が５００μｍ程度であり、幅寸法が２０〜２５μｍである。従って、第１溝状キャビティ３１と第２溝状キャビティ１２とは、十分な重なりをもって圧力室３０を形成しているので、圧力室３０の容積が大である。
【００３３】
（本形態の主な効果）
このように本形態では、キャビティプレート２３に第１溝状キャビティ３１が形成されている一方、ノズルプレート１には、ノズル孔１１に加えて、第２溝状キャビティ１２が形成されており、キャビティプレート２３とノズルプレート１とを貼り合わせると、第１溝状キャビティ３１と第２溝状キャビティ１２とが重なって圧力室３０を構成する。このため、２つの部材で容積の大きな圧力室３０を形成することができる。それ故、吐出する液状物（インク）が溶媒の蒸発によって圧力室３０で粘度上昇することを防止することができる。
【００３４】
また、圧力室３０を厚さ方向に拡張すると、隣接する圧力室３０との間に介在する壁面の面積が大となってクロストークが発生しやすいが、本形態では、圧力室３０を面内方向に拡張しているため、圧力室３０の容積を拡大しても、隣接する圧力室３０との間に介在する壁面の面積が小である。それ故、圧力室３０の容積を拡大してもクロストークが発生しにくいという利点がある。
【００３５】
また、本形態では、ウエットエッチングにより第１溝状キャビティ３１を形成し、ドライエッチングを利用してノズル孔１１を形成するため、キャビティプレート２３を効率よく製造できるとともに、ノズル孔１１の形状精度等に優れたノズルプレート１を製造することができる。
【００３６】
（液滴吐出ヘッド１０の製造方法の概略）
図４および図５を参照して説明した液滴吐出ヘッド１０を製造するには、キャビティプレート用基板３００に第１溝状キャビティ３１を形成してキャビティプレート２３を得るキャビティプレート製造工程を行う。また、ノズルプレート用基板１００にノズル孔１１を形成するとともに、ノズルプレート用基板１００の一方面に底部でノズル孔１１と連通する第２溝状キャビティ１２を形成してノズルプレート１を得るノズルプレート製造工程を行う。そして、第１溝状キャビティ３１と第２溝状キャビティ１２とが重なって圧力室３０を形成するようにノズルプレート１とキャビティプレート２３とを貼り合わせる貼り合わせ工程を行う。そこで、キャビティプレート製造工程およびノズルプレート製造工程の詳細な内容を以下に説明する。
【００３７】
（キャビティプレート２３の製造方法）
図６は、図５に示すキャビティプレート２３を製造する方法を示す工程断面図である。なお、図６では、キャビティプレート２３（キャビティプレート用基板３００）の両面のうち、弾性膜３８が形成される側を上にして図示してある。
【００３８】
図５に示す液滴吐出ヘッド１０のキャビティプレート２３を製造するには、まず、図６（ａ）に示すキャビティプレート用基板３００を用意する。キャビティプレート用基板３００は、表面が（１１０）面方位のシリコン単結晶基板であり、キャビティプレート２３を複数取りすることができる大型基板である。従って、本形態では、以下に説明する各工程を実施して、キャビティプレート用基板３００において切断予定線で囲まれた複数の領域の各々に第１溝状キャビティ３１等を形成した後、切断予定線に沿ってキャビティプレート用基板３００を切断し、複数のキャビティプレート２３を製造する。
【００３９】
より具体的には、まず、キャビティプレート用基板３００を熱酸化してキャビティプレート用基板３００の両面にシリコン酸化膜３８０を形成する。
【００４０】
次に、図６（ｂ）に示すように、キャビティプレート用基板３００の両面のうち、一方面に形成されたシリコン酸化膜３８０の表面にレジストマスク６１を形成し、一方面側のシリコン酸化膜３８０をドライエッチング等の方法によりパターニングする。なお、キャビティプレート用基板３００の他方面側ではシリコン酸化膜３８０をパターニングせず、弾性膜３８として利用する。
【００４１】
次に、水酸化カリウム系等のエッチング液にキャビティプレート用基板３００を浸漬し、レジストマスク６１の開孔部６１ａからキャビティプレート用基板３００にウエットエッチングを行って、図６（ｃ）に示すように、第１溝状キャビティ３１を形成した後、キャビティプレート用基板３００の一方面に形成されたシリコン酸化膜３８０およびレジストマスク６１を除去する。その際、図４に示す連通空部３３等も形成する。
【００４２】
また、上記の第１溝状キャビティ３１のウエットエッチングとは別に、図４に示すインク供給路３４の形成や、シリコン酸化膜３８０のうち、弾性膜３８として利用する個所以外の余計な部分を除去する。
【００４３】
次に、キャビティプレート用基板３００を切断し、複数のキャビティプレート２３を製造する。
【００４４】
（ノズルプレート１の製造方法の第１例）
図７は、図５に示すノズルプレート１の製造方法の第１例を示す工程断面図である。図８は、図７に続いて行うノズルプレート１の製造工程を示す工程断面図である。なお、図７では、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａおよび第２面１００ｂのうち、ノズルプレート１を形成した際に液滴吐出面１ａとなる第１面１００ａを下向きに図示し、図８では、第１面１００ａを上向きに図示してある。また、本発明における「ノズルプレート用基板１００の主面」は、以下の説明では、ノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂ（第２溝状キャビティ１２が形成される側の面）に相当し、「ノズルプレート用基板１００の裏面」は、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａ（液滴吐出面１ａとなる側）に相当する。
【００４５】
図５に示す液滴吐出ヘッド１０のノズルプレート１を製造するには、まず、図７（ａ）に示すノズルプレート用基板１００を用意する。ノズルプレート用基板１００も、図６に示すキャビティプレート用基板３００と同様、シリコン単結晶基板であり、ノズルプレート１を複数取りすることができる大型基板である。従って、本形態では、以下に説明する各工程を実施して、ノズルプレート用基板１００において切断予定線で囲まれた複数の領域の各々にノズル孔１１や第２溝状キャビティ１２等を形成した後、切断予定線に沿ってノズルプレート用基板１００を切断し、複数のノズルプレート１を製造する。
【００４６】
より具体的には、まず、ノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂにエッチングマスク５１を形成する。かかるエッチングマスク５１は、シリコン酸化膜からなり、ノズル孔１１の形成予定領域は開孔部５１ａになっている。また、エッチングマスク５１は、第２溝状キャビティ１２の形成予定領域が薄膜部５１ｂになっている。かかるエッチングマスク５１は、例えば、ノズルプレート用基板１００の全面に熱酸化法によりシリコン酸化膜を形成した後、シリコン酸化膜上にレジストマスクを形成した状態でのエッチングを繰り返すことにより形成することができる。
【００４７】
次に、ノズル孔用エッチング工程では、図７（ｂ）に示すように、ＩＣＰドライエッチング装置（図示せず）によりエッチングマスク５１の開孔部５１ａからノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂに垂直に異方性ドライエッチングを行い、ノズル孔用凹部１１ａを形成する。この場合のエッチングガスとしては、Ｃ4Ｆ8ガスおよびＳＦ6ガスを使用し、これらのエッチングガスを交互に使用する。ここで、Ｃ4Ｆ8ガスは、ノズル孔用凹部１１ａの側面にエッチングが進行しないように側面を保護するために使用し、ＳＦ6ガスは、ノズルプレート用基板１００の垂直方向へのエッチングを促進させるために使用する。
【００４８】
次に、図７（ｃ）に示すように、緩衝フッ酸水溶液でハーフエッチングを行って薄膜部５１ｂを除去し、開孔部５１ａを拡大する。
【００４９】
次に、キャビティ用エッチング工程では、図７（ｄ）に示すように、ＩＣＰドライエッチング装置（図示せず）により、エッチングマスク５１の開孔部５１ａからノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂに垂直に異方性ドライエッチングを行い、第２溝状キャビティ１２を形成した後、フッ酸水溶液等によってエッチングマスク５１を除去する。
【００５０】
次に、図７（ｅ）に示すように、ノズルプレート用基板１００の表面全体に、耐インク性を有する耐液保護膜１４を形成する。本形態では、ノズルプレート用基板１００を熱酸化炉に投入し、ノズルプレート用基板１００の表面全体に例えば膜厚が０．１μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）を耐液保護膜１４として形成する。
【００５１】
次に、図８（ｆ）に示すように、ノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂに両面接着シート５２を介して、ガラス等の透明材料よりなる支持基板５３を貼り付ける。両面接着シート５２は自己剥離層を持ったシート（自己剥離型シート）で、その両面には接着面を有し、その一方の面にはさらに自己剥離層を備えている。かかる自己剥離層は紫外線または熱などの刺激によって接着力が低下するようになっている。
【００５２】
次に、図８（ｇ）に示す薄板化工程では、ノズルプレート用基板１００を第１面１００ａ側から削ることにより、ノズルプレート用基板１００を薄板化し、ノズル孔用凹部１１ａを貫通させてノズル孔１１を形成する。かかる薄板化工程を行うにあたって、本形態では、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａ側に研削加工や研磨加工を行った後、洗浄を行う。例えば、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａにバックグラインダー（図示せず）によって研削加工する。なお、薄板化工程では、ポリッシャー、ＣＭＰ装置によって第１面１００ａを研磨してノズルプレート用基板１００を薄くしてもよい。また、エッチングによってノズルプレート用基板１００を薄くしてもよい。
【００５３】
次に、図８（ｈ）に示すように、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａにスパッタ法等によりシリコン酸化膜からなる耐液保護膜１５を形成する。その際、両面接着シート５２が劣化しない温度（２００℃程度）以下で実施できればよく、スパッタリング法に限るものではない。ただし、耐インク性等を考慮すると緻密な膜を形成する必要があり、ＥＣＲスパッタ装置等の常温で緻密な膜を成膜できる装置を使用することが望ましい。
【００５４】
次に、図８（ｉ）に示すように、ノズルプレート用基板１００に対してインクに対する撥液性を持たせるための撥液処理を行う。具体的には、フッ素原子を含むケイ素化合物を主成分とする撥液性材料をノズルプレート用基板１００の第１面１００ａに蒸着等の方法で成膜し、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａの全体に撥液層１６を形成する。なお、撥液層１６としては、フッ素を含む金属アルコキシドの分子膜を成膜した後、乾燥処理、アニール処理等を経て形成してもよい。
【００５５】
次に、支持基板５３の側からＵＶ光を照射して両面接着シート５２をノズルプレート用基板１００から剥離させ、支持基板５３をノズルプレート用基板１００から取り外す。なお、ノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂ側からＡｒスパッタもしくはＯ2プラズマ処理を行い、第２溝状キャビティ１２やノズル孔１１の内壁に付着した撥液層１６を除去してもよい。
【００５６】
しかる後には、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａあるいは第２面１００ｂにダイシングテープを貼付した後、ノズルプレート用基板１００を切断し、ノズルプレート１をダイシングテープから剥離してノズルプレート１を得る。
【００５７】
（ノズルプレート１の製造方法の第２例）
図９は、図５に示すノズルプレート１の製造方法の第２例を示す工程断面図である。図１０は、図９に続いて行うノズルプレート１の製造工程を示す工程断面図である。なお、図９では、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａおよび第２面１００ｂのうち、ノズルプレート１を形成した際に液滴吐出面１ａとなる第１面１００ａを上向きに図示し、図１０では、第１面１００ａを下向きに図示してある。
【００５８】
図５に示す液滴吐出ヘッド１０のノズルプレート１を製造するには、まず、図９（ａ）に示すノズルプレート用基板１００を用意する。ノズルプレート用基板１００は、ノズルプレート１を複数取りすることができる大型のシリコン単結晶基板である。かかるノズルプレート用基板１００を用いてノズルプレート１を製造するにあたって、本形態では、まず、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａにレジストマスクからなるエッチングマスク５６を形成する。次に、ノズル孔用エッチング工程では、エッチングマスク５６の開孔部５６ａを介してノズルプレート用基板１００の第１面１００ａにエッチングを行い、図９（ｂ）に示すように、ノズル孔用凹部１１ａを形成した後、硫酸洗浄等によりエッチングマスク５４を除去する。かかるエッチングとして、本形態では、ＩＣＰドライエッチング装置（図示せず）により、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａに異方性ドライエッチングを行い、ノズル孔用凹部１１ａを第１面１００ａに対して垂直に形成する。この場合のエッチングガスとしては、Ｃ4Ｆ8ガスおよびＳＦ6ガスを使用し、これらのエッチングガスを交互に使用する。
【００５９】
次に、図９（ｃ）に示すように、ノズルプレート用基板１００の表面全体に耐液保護膜１４を形成する。本形態では、ノズルプレート用基板１００を熱酸化炉に投入し、ノズルプレート用基板１００の表面全体に例えば膜厚が０．１μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）を耐液保護膜１４として形成する。
【００６０】
次に、フッ素原子を含むケイ素化合物を主成分とする撥液性材料をノズルプレート用基板１００の全面に浸漬等の方法で成膜し、ノズルプレート用基板１００の表面全体に撥液層１６を形成する。このとき、ノズル孔用凹部１１ａの内壁にも撥液層１６が形成される。
【００６１】
次に、図１０（ｄ）に示すように、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａに、両面接着シート５２を介して、ガラス等の透明材料よりなる支持基板５３を貼り付け、この状態で、ノズルプレート用基板１００を第２面１００ｂ側から削ることにより、ノズルプレート用基板１００を薄板化する。かかる薄板化工程を行うにあたって、本形態では、ノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂ側に研削加工や研磨加工を行った後、洗浄を行う。例えば、ノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂにバックグラインダー（図示せず）によって研削加工する。なお、薄板化工程では、ポリッシャー、ＣＭＰ装置によって第２面１００ｂを研磨してノズルプレート用基板１００を薄くしてもよい。また、エッチングによってノズルプレート用基板１００を薄くしてもよい。
【００６２】
次に、図１０（ｅ）に示すように、ノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂにレジストマスクからなるエッチングマスク５７を形成する。次に、キャビティ用エッチング工程では、エッチングマスク５７の開孔部５７ａを介してノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂにエッチングを行い、図１０（ｆ）に示すように、第２溝状キャビティ１２を形成した後、硫酸洗浄等によりエッチングマスク５５を除去する。この場合のエッチングガスとしては、Ｃ4Ｆ8ガスおよびＳＦ6ガスを使用し、これらのエッチングガスを交互に使用する。
【００６３】
次に、図１０（ｇ）に示すように、フッ酸水溶液等により耐液保護膜１４にウェットエッチングを行い、第２溝状キャビティ１２の底部で露出する耐液保護膜１４を除去するとともに、ノズル孔用凹部１１ａの内壁に形成されている耐液保護膜１４を除去する。その結果、ノズル孔用凹部１１ａが貫通し、ノズル孔１１が形成される。
【００６４】
次に、図１０（ｈ）に示すように、ノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂにスパッタ法等によりシリコン酸化膜からなる耐液保護膜１５を形成する。その際、両面接着シート５２が劣化しない温度（２００℃程度）以下で実施できればよく、スパッタリング法に限るものではない。ただし、耐インク性等を考慮すると緻密な膜を形成する必要があり、ＥＣＲスパッタ装置等の常温で緻密な膜を成膜できる装置を使用することが望ましい。
【００６５】
次に、支持基板５３の側からＵＶ光を照射して両面接着シート５２をノズルプレート用基板１００から剥離させ、図１０（ｉ）に示すように、支持基板５３をノズルプレート用基板１００から取り外す。
【００６６】
しかる後には、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａあるいは第２面１００ｂにダイシングテープを貼付した後、ノズルプレート用基板１００を切断し、ノズルプレート１をダイシングテープから剥離してノズルプレート１を得る。
【００６７】
（ノズルプレート１の製造方法の第３例）
図１１は、図５に示すノズルプレート１の製造方法の第３例を示す工程断面図である。図１２は、図１１に続いて行うノズルプレート１の製造工程を示す工程断面図である。図１３は、図１２に続いて行うノズルプレート１の製造工程を示す工程断面図である。なお、図１１および図１３では、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａおよび第２面１００ｂのうち、ノズルプレート１を形成した際に液滴吐出面１ａとなる第１面１００ａを上向きに図示し、図１２では、第１面１００ａを下向きに図示してある。
【００６８】
図５に示す液滴吐出ヘッド１０のノズルプレート１を製造するには、まず、図１１（ａ）に示すノズルプレート用基板１００を用意する。ノズルプレート用基板１００は、ノズルプレート１を複数取りすることができる大型のシリコン単結晶基板である。かかるノズルプレート用基板１００を用いてノズルプレート１を製造するにあたって、本形態では、まず、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａにレジストマスクからなるエッチングマスク５４を形成する。次に、ノズル孔用エッチング工程では、エッチングマスク５４の開孔部５４ａを介してノズルプレート用基板１００の第１面１００ａにエッチングを行い、図１１（ｂ）に示すように、ノズル孔用凹部１１ａを形成した後、硫酸洗浄等によりエッチングマスク５４を除去する。かかるエッチングとして、本形態では、ＩＣＰドライエッチング装置（図示せず）により、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａに異方性ドライエッチングを行い、ノズル孔用凹部１１ａを第１面１００ａに対して垂直に形成する。この場合のエッチングガスとしては、Ｃ4Ｆ8ガスおよびＳＦ6ガスを使用し、これらのエッチングガスを交互に使用する。
【００６９】
次に、図１１（ｃ）に示すように、ノズルプレート用基板１００の表面全体に保護膜１９を形成する。本形態では、ノズルプレート用基板１００を熱酸化炉に投入し、ノズルプレート用基板１００の表面全体に例えば膜厚が０．１μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）を保護膜１９として形成する。
【００７０】
次に、図１２（ｄ）に示す薄板化工程では、ノズルプレート用基板１００を第２面１００ｂ側から削ることにより、ノズルプレート用基板１００を薄板化する。かかる薄板化工程を行うにあたって、本形態では、ノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂ側に研削加工や研磨加工を行った後、洗浄を行う。例えば、ノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂにバックグラインダー（図示せず）によって研削加工する。なお、薄板化工程では、ポリッシャー、ＣＭＰ装置によって第２面１００ｂを研磨してノズルプレート用基板１００を薄くしてもよい。また、エッチングによってノズルプレート用基板１００を薄くしてもよい。
【００７１】
次に、図１２（ｅ）に示すように、ノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂにレジストマスクからなるエッチングマスク５５を形成する。次に、キャビティ用エッチング工程では、エッチングマスク５５の開孔部５５ａを介してノズルプレート用基板１００の第２面１００ｂにエッチングを行い、図１２（ｆ）に示すように、第２溝状キャビティ１２を形成した後、硫酸洗浄等によりエッチングマスク５５を除去する。この場合のエッチングガスとしては、Ｃ4Ｆ8ガスおよびＳＦ6ガスを使用し、これらのエッチングガスを交互に使用する。
【００７２】
次に、図１２（ｇ）に示すように、フッ酸水溶液等により保護膜１９にウェットエッチングを行い、保護膜１９を除去する。その結果、ノズル孔用凹部１１ａが貫通し、ノズル孔１１が形成される。
【００７３】
次に、図１３（ｈ）に示すように、ノズル孔１１の内壁を含むノズルプレート用基板１００の表面全体に、耐インク性を有する耐液保護膜１７を形成する。本形態では、ノズルプレート用基板１００を熱酸化炉に投入し、ノズルプレート用基板１００の表面全体に例えば膜厚が０．１μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ2膜）を耐液保護膜１７として形成する。
【００７４】
次に、図１３（ｉ）に示すように、フッ素原子を含むケイ素化合物を主成分とする撥液性材料をノズルプレート用基板１００の第１面１００ａに蒸着等の方法で成膜し、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａの全体に撥液層１６を形成する。このとき、ノズル孔１１の内壁にも撥液層１６が形成される。
【００７５】
しかる後には、ノズルプレート用基板１００の第１面１００ａあるいは第２面１００ｂにダイシングテープを貼付した後、ノズルプレート用基板１００を切断し、ノズルプレート１をダイシングテープから剥離してノズルプレート１を得る。
【００７６】
［実施の形態２］
図１４は、本発明の実施の形態２に係る液滴吐出装置２００の液滴吐出ヘッド１０のノズルプレート１を主走査方向Ｘで切断した様子を拡大して示す断面図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。また、図１４では、ノズルプレート１の両面うち、液滴吐出面１ａを上向きに図示してある。
【００７７】
実施の形態１において、ノズル孔１１は略同一の内径をもってノズルプレート１を貫通していたが、本形態では、図１４に示すように、ノズル孔１１は、径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル部を有している。より具体的には、ノズル孔１１は、先端が液滴吐出面１ａで開口する小径の第１ノズル部（噴射口部分の小径孔）１１１と、第１ノズル部１１１に対して面１ｂ側で連通して面１ｂで開口する大径の第２ノズル部（導入口部分の大径孔）１１２とから構成されている。第１ノズル部および第２ノズル部１１２は、基板面に対して垂直に設けられ、かつ、同軸状に形成されている。このため、インク滴の吐出方向をノズル孔１１の中心軸方向に揃えることができるので、安定したインク吐出特性を発揮する。本形態において、第１ノズル部１１１の内径は、例えば１５〜３０μｍであり、第２ノズル部１１２の内径は、第１ノズル部１１１の内径の約１．５倍である。
【００７８】
かかる構成のノズルプレート１においても、実施の形態１等と同様、ノズルプレート１の裏面には第２溝状キャビティ１２が形成されており、第２溝状キャビティ１２は、図４および図５を参照して説明したように、キャビティプレート２３の第１溝状キャビティ３１とともに圧力室３０を構成する。
【００７９】
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、圧電素子に用いた液滴吐出装置２００の液滴吐出ヘッド１０を例示したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、駆動手段として、静電力を駆動手段や発熱素子等に利用した液滴吐出ヘッド１０に本発明を適用してもよい。また、ノズル孔１１より吐出される液状材料を変更することにより、インクジェットプリンター以外の液滴吐出装置に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１・・ノズルプレート、１ａ・・液滴吐出面、１ｂ・・裏面、１０・・液滴吐出ヘッド、１１・・ノズル孔、１２・・第２溝状キャビティ、２３・・キャビティプレート、３０・・圧力室、３１・・第１溝状キャビティ、１００・・ノズルプレート用基板、１００ａ・・第１面（ノズルプレート用基板の裏面）、１００ｂ・・第２面（ノズルプレート用基板の主面）、２００・・液滴吐出装置
【図１】
2013220614.tif 000003
【図２】
2013220614.tif 000004
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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