(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に形成され、液滴を吐出する吐出側の第１開口部と、
前記第１開口部と連続して形成され、前記第１開口部より径が大きく、かつ、隅部を有
する第２開口部と、
前記隅部に沿って形成されたポジ型のレジストからなるテーパ部と、
前記第１開口部と、前記テーパ部が形成された前記第２開口部とを有するノズル孔と、
を含む、ノズルプレート。
【請求項２】
請求項１に記載のノズルプレートを含む、液体噴射ヘッド。
【請求項３】
基板に、ノズル孔のための、第１開口部と、第２開口部とを形成する工程であって、
液滴を吐出する吐出側の前記第１開口部と、前記第１開口部と連続し、前記第１開口部
より径が大きく、かつ隅部を有する前記第２開口部と、を形成する工程と、
前記第１開口部から液状前駆体を、毛細間力によって、前記隅部を覆うように前記第２
開口部内に導入する工程と、
前記液状前駆体を硬化して樹脂層を形成する工程と、
前記第１開口部内の前記樹脂層を除去し、前記隅部に沿うようにテーパ部を形成する工
程と、を含む、ノズルプレートの製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記樹脂層はポジ型のレジストからなり、
前記第１開口部内の樹脂は、前記吐出側から前記第１開口部に紫外線を照射した後、溶
解して除去される、ノズルプレートの製造方法。
【請求項５】
請求項３において、
前記第１開口部内の樹脂は、前記第１開口部にレーザ線を照射して除去される、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、ノズルプレートおよびその製造方法、並びに、液体噴射ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式の画像形成装置などに利用される液体噴射ヘッドは、記録媒体と対向する吐出面を構成するノズルプレートに複数のノズル孔が形成されている。液体噴射ヘッドにおいて、インク吐出特性を向上するためには、ノズルプレートとして先端側に細いノズル孔部分と、その後側に円錐状に広がったノズル孔部分が形成された断面形状のものを使用することが考えられている。
【０００３】
このようなノズルプレートの製造方法として、例えば、特許文献１には、シリコン基板に対し、異方性ドライエッチングを施すことによりノズル孔の噴射口部分と導入口部分との境界部がテーパに形成されたノズルプレートを製造する方法が開示されている。しかし、この方法では、ドライエッチングのガスの種類およびガスの導入時間を変化させる必要があり、プロセスが複雑化する可能性がある。
【特許文献１】特開２００７−５５２４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、安定した液滴吐出特性を有し、かつ、簡易なプロセスで、安価に得ることができるノズルプレートおよびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
また、本発明の目的は、本発明のノズルプレートを含む、液体噴射ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るノズルプレートは、
基板と、
前記基板に形成され、液滴を吐出する吐出側の第１開口部と、
前記第１開口部と連続して形成され、前記第１開口部より径が大きく、かつ、隅部を有する第２開口部と、
前記隅部に沿って形成された樹脂からなるテーパ部と、
前記第１開口部と、前記テーパ部が形成された前記第２開口部とを有するノズル孔と、を含む。
【０００７】
本発明に係るノズルプレートは、安定した液滴吐出特性を有し、かつ、簡易なプロセスで、安価に得ることができる。
【０００８】
本発明に係るノズルプレートにおいて、
前記樹脂はポジ型のレジストであることができる。
【０００９】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
本発明のノズルプレートを含むことができる。
【００１０】
本発明に係るノズルプレートの製造方法は、
基板に、ノズル孔のための、第１開口部と、第２開口部とを形成する工程であって、
液滴を吐出する吐出側の前記第１開口部と、前記第１開口部と連続し、前記第１開口部より径が大きく、かつ隅部を有する前記第２開口部と、を形成する工程と、
前記第１開口部から液状前駆体を、毛細間力によって、前記隅部を覆うように前記第２開口部内に導入する工程と、
前記液状前駆体を硬化して樹脂層を形成する工程と、
前記第１開口部内の前記樹脂層を除去し、前記隅部に沿うようにテーパ部を形成する工程と、を含む。
【００１１】
本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記樹脂層はポジ型のレジストからなり、
前記第１開口部内の樹脂は、前記吐出側から前記第１開口部に紫外線を照射した後、溶解して除去されることができる。
【００１２】
本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記第１開口部内の樹脂は、前記第１開口部にレーザ線を照射して除去されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
１．ノズルプレート
図１（Ａ）は、本実施形態に係るノズルプレート１００を模式的に示す断面図である。図１（Ｂ）は、本実施形態に係るノズルプレート１００を模式的に示す平面図である。なお、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）のＡ−Ａ線における断面を示す図である。
【００１５】
ノズルプレート１００は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、基板１０と、第１開口部２０と、第２開口部３０と、テーパ部４０と、ノズル孔５０と、を含む。なお、ノズルプレート１００は、複数のノズル孔５０を有することができるが、図１（Ａ）、（Ｂ）は、そのうちの１つを記載している。
【００１６】
基板１０は、例えば、シリコンなどを用いることができるが、特に限定されない。基板１０の厚みは、例えば、６０μｍ〜２８０μｍとすることができる。
【００１７】
ノズル孔５０は、基板１０に形成される。ノズル孔５０は、複数形成されることができ、特にその数は限定されない。ノズル孔５０は、後述する第１開口部２０と、テーパ部４０が形成された第２開口部３０と、を有することができる。ノズル孔５０は、第２開口部３０から第１開口部２０の方向に向けて、液滴を吐出することができる。
【００１８】
第１開口部２０は、基板１０に形成される。第１開口部２０は、液滴を吐出する吐出側に形成される。第１開口部２０は、平面視において、円形であることができる。第１開口部２０の径は、例えば、１０μｍ〜２０μｍとすることができる。
【００１９】
第２開口部３０は、第１開口部の上方（液滴を吐出する吐出側と反対側）であって、第１開口部２０と連続して形成される。第２開口部３０は、第１開口部２０と同軸上に形成されることができる。第２開口部３０は、平面視において、円形であることができる。第２開口部３０の径は、第１開口部２０の径より大きくなるように形成されることができる。第２開口部３０は、平面視において、その内側に第１開口部２０を有することができる。第２開口部３０の径は、例えば、３０μｍ〜４０μｍとすることができる。第２開口部３０は、隅部３０ａを有することができる。隅部３０ａは、第２開口部３０の側面３０ｂと、第２開口部３０の底面３０ｃと、が交差する領域である。第２開口部３０は、第１開口部２０に液滴を導入することができる。
【００２０】
テーパ部４０は、第２開口部３０内であって、隅部３０ａに沿って形成される。テーパ部４０は、第２開口部３０の側面３０ｂおよび底面３０ｃの少なくとも一部に沿って形成されることができるが、テーパ部４０は、図示のように、底面３０ｃの全面に形成されることが好ましい。テーパ部４０は、平面視において、中央部に第１開口部２０を有するリング形状であることができる。テーパ部４０の材質は、例えば、ポジ型のレジストなどの樹脂であることができる。テーパ部４０は、第２開口部３０から第１開口部２０の方向に向けて、徐々に開口径が小さくなるテーパ形状であることができる。
【００２１】
本実施形態に係るノズルプレート１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００２２】
ノズルプレート１００は、ノズル孔５０が、第１開口部２０と、テーパ部４０が形成された第２開口部３０と、を有することができる。テーパ部４０は、第２開口部３０から第１開口部２０の方向に向けて、徐々に開口径が小さくなるテーパ形状であることができる。そのため、ノズルプレート１００は、液滴を吐出するためのエネルギーを損失することなく、ノズル孔５０から液滴を吐出することができる。また、ノズルプレート１００は、液滴の吐出方向のばらつきを少なくすることができる。これにより、ノズルプレート１００は、安定した液滴吐出特性を有することができる。
【００２３】
ノズルプレート１００は、テーパ部４０の材質が、ポジ型のレジストなどの樹脂であることができる。そのため、ノズルプレート１００は、例えば、基板をエッチングすることにより基板と同じ材質で形成されたテーパ部を有するノズルプレートに比べ、安価に、かつ簡易なプロセスで形成されることができる。また、ノズルプレート１００は、テーパ部４０の形状のばらつきを抑制することができる。これにより、ノズルプレート１００は、安定した液滴吐出特性を有することができる。
【００２４】
２．ノズルプレートの製造方法
次に、本実施形態に係るノズルプレート１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図２〜図９は、本実施形態に係るノズルプレート１００の製造工程を概略的に示す断面図である。
【００２５】
（１）まず、ノズル孔５０のための、第１開口部２０と第２開口部３０とを形成する工程について説明する。
【００２６】
図２に示すように、例えば、シリコンからなる基板１０の液滴が吐出する吐出側と反対側の面にマスク膜６０を形成する。マスク膜６０の材質は、例えば、酸化シリコンであることができる。マスク膜６０の材質が酸化シリコンである場合、マスク膜６０は、例えば、基板１０を熱酸化処理することにより形成されることができる。マスク膜６０の厚みは、例えば、１μｍ程度であることができる。マスク膜６０は、後述する第１凹部２２および第２凹部３２を形成するためのエッチングマスクとして用いられることができる。
【００２７】
図３に示すように、第２開口部３０を形成する部分１３０のマスク膜６０をパターニングして、薄くする。すなわち、第２開口部３０を形成する部分１３０のマスク膜６０をハーフエッチングする。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により行われる。
【００２８】
図４に示すように、第１開口部２０を形成する部分１２０のマスク膜６０をパターニングして、除去する。パターニングは、第１開口部２０を形成する部分１２０が、第２開口部３０を形成する部分１３０の内側になるように行われることができる。パターニングは、第１開口部２０を形成する部分１２０が、第２開口部３０を形成する部分１３０と同軸上になるように行われることができる。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により行われる。
【００２９】
図５に示すように、第１開口部２０を形成する部分１２０の基板１０をエッチングして、第１凹部２２を形成する。第１凹部２２は、円柱状になるようにエッチングされることができる。エッチングは、マスク膜６０をエッチングマスクとして、行われることができる。
【００３０】
次に、マスク膜６０全体をエッチングして、第２開口部３０を形成する部分１３０のマスク膜６０を除去する。第２開口部３０を形成する部分１３０のマスク膜６０は、図４に示したように薄くなっている。そのため、第２開口部３０を形成する部分１３０のマスク膜６０のみを除去することができる。すなわち、第２開口部３０を形成する部分１３０以外のマスク膜６０は、ハーフエッチングされることができる。エッチングは、例えば、公知のエッチング技術により行われる。なお、第１凹部２２の形成と、第２開口部３０を形成する部分１３０のマスク膜６０の除去とは、同一のエッチング工程で行われてもよい。
【００３１】
図６に示すように、第２開口部３０を形成する部分１３０の基板１０をエッチングして、第２凹部３２を形成する。第２凹部３２は、円柱状になるようにエッチングされることができる。エッチングによって、第２凹部３２の内側に形成された第１凹部２２は、垂直方向（液滴が吐出する吐出側の方向）に進行する。第２凹部３２は、第１凹部２２と連続して形成される。エッチングは、マスク膜６０をエッチングマスクとして、行われることができる。
【００３２】
次に、基板１０の上面に残るマスク膜６０をエッチングして、除去する。エッチングは、例えば、公知のエッチング技術により行われる。なお、第２凹部３２の形成と、マスク膜６０の除去とは、同一のエッチング工程で行われてもよい。
【００３３】
図７に示すように、基板１０のマスク膜６０が形成されていない面（液滴が吐出する吐出側）から研磨加工を行い、第１凹部２２が開口するまで基板１０を薄板化する。研磨加工は、例えば、バックグラインダー、ポリッシャー、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置などを用いた方法によって行われることができる。
【００３４】
以上の工程によって、第１開口部２０と第２開口部３０とを形成することができる。なお、第１開口部２０および第２開口部３０の製造方法は、上記方法に限定されるものではなく、多くの変形例が可能である。第１開口部２０および第２開口部３０は、例えば、金型を用いたプレス法などの公知の製造方法によって形成されてもよい。
【００３５】
（２）次に、テーパ部４０を形成する工程について説明する。
【００３６】
図８に示すように、ノズルプレート１００の液滴が吐出する吐出側の面を、例えば、液体状である液状前駆体４２を満たした容器に浸す。なお、図８では、容器の図示を省略している。液状前駆体４２は、毛細管力によって、第１開口部２０を通り、第２開口部３０内に導入されることができる。液体前駆体４２は、第２開口部３０の隅部３０ａを覆うことができる。液体前駆体４２は、第２開口部３０の側面３０ｂおよび底面３０ｃの少なくとも一部を覆うことができるが、液状前駆体４２は、図８のように、底面３０ｃの全面を覆うことが好ましい。第２開口部３０内の液状前駆体４２は、毛細管力によって、第２開口部３０から第１開口部２０の方向に向けて、液状前駆体４２によって形成される凹部の径が徐々に小さくなるテーパ形状であるように形成されることができる。第１開口部２０は、液状前駆体４２で満たされていてもよいし、満たされていなくてもよい。液上前駆体４２は、硬化させると樹脂になる材質であることができる。液状前駆体４２は、例えば、熱硬化させる前のレジストなどを用いることができる。
【００３７】
図９に示すように、ノズルプレート１００を、例えば、液状前駆体４２を満たした容器から取り外した後、液状前駆体４２を硬化して、樹脂層４４を形成する。液状前駆体４２の硬化は、例えば、熱処理によって行われることができる。熱処理の温度は、例えば、液状前駆体４２が熱硬化させる前のレジストである場合、６０℃〜１００℃であることができる。樹脂層４４の形状は、液状前駆体４２の形状とほぼ同じであることができる。樹脂層４４の材質は、例えば、ポジ型のレジストなどの樹脂であることができる。
【００３８】
図１に示すように、第１開口部２０内の樹脂層４４を除去し、隅部３０ａに沿うようにテーパ部４０を形成する。これにより、第１開口部２０と、テーパ部４０が形成された第２開口部３０と、を有するノズル孔５０が形成される。樹脂層４４の除去は、平面視において、テーパ部４０がリング状になるように行われる。すなわち、平面視において、第２開口部３０内における、第１開口部２０と第２開口部３０との重複する領域内に樹脂層４４を有する場合は、その領域内の樹脂層４４は除去される。樹脂層４４の除去は、樹脂層４４の材質がポジ型のレジストである場合、例えば、液滴を吐出する吐出側から第１開口部２０に紫外線を照射した後、公知の現像液で溶解することによって行われることができる。すなわち、樹脂層４４の除去は、公知のフォトリソグラフィ技術により行われることができる。また、樹脂層４４の除去は、例えば、第１開口部２０に公知のレーザ線を照射することによって行われることができる。レーザ線は、液滴を吐出する吐出側から照射されることが好ましい。
【００３９】
以上の工程によって、ノズルプレート１００を製造することができる。
【００４０】
本実施形態に係るノズルプレート１００の製造方法は、例えば、以下のような特徴を有する。
【００４１】
ノズルプレート１００の製造方法によれば、第１開口部２０と、テーパ部４０が形成された第２開口部３０と、を有するノズル孔５０を形成することができる。テーパ形状を有するテーパ部４０は、毛細管力を利用して形成されることができる。そのため、例えば、エッチングすることによってテーパ部を形成する場合にくらべ、簡易なプロセスで、安価にノズルプレート１００を製造することができる。また、テーパ部４０の形状のばらつきが少ないノズルプレート１００を製造することができる。これにより、高品質なノズルプレート１００を製造することができる。
【００４２】
３．液体噴射ヘッド
次に、本発明に係るノズルプレートを含む液体噴射ヘッドについて説明する。
【００４３】
図１０は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１０００の要部を概略的に示す断面図である。図１１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１０００の分解斜視図である。なお、図１１は、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
【００４４】
液体噴射ヘッド１０００は、図１０に示すように、本発明に係るノズルプレート例えばノズルプレート１００と、基板２００と、アクチュエータ３００と、を含む。ノズルプレート１００は、基板１０と、第１開口部２０と、第２開口部３０と、テーパ部４０と、ノズル孔５０と、を含む。アクチュエータ３００は、基板２００の上に形成された振動板３１０と、振動板３１０の上に形成された積層体３５０と、を有する。積層体３５０は、振動板３１０の上に形成された下部電極３２０と、下部電極３２０の上に形成された圧電体層３３０と、圧電体層３３０の上に形成された上部電極３４０と、を有する。なお、図１１において、積層体３５０の各層の図示は、省略されている。
【００４５】
液体噴射ヘッド１０００は、図１１に示すように、さらに、筐体４００を有する。筐体４００に、ノズルプレート１００、基板２００、振動板３１０および積層体３５０が収納される。筐体４００は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料等を用いて形成される。
【００４６】
ノズルプレート１００には、基板２００が固定されている。基板２００は、ノズルプレート１００と振動板３１０との間の空間を区画して、リザーバ２１０、供給口２２０および複数の流路２３０を形成する。リザーバ２１０は、液体カートリッジ（図示せず）から供給される液体を一時的に貯留する。供給口２２０によって、リザーバ２１０から各流路２３０へ液体が供給される。
【００４７】
流路２３０は、図１０および図１１に示すように、各ノズル穴５０に対応して配設されている。ノズル穴５０は、流路２３０と連続している。流路２３０は、振動板３１０の振動によってそれぞれ容積可変になっている。この容積変化によって、流路３１０から液体が吐出される。
【００４８】
振動板３１０の所定位置には、図１１に示すように、振動板３１０の厚さ方向に貫通した貫通孔２４０が形成されている。貫通孔２４０によって、液体カートリッジからリザーバ２１０へ液体が供給される。
【００４９】
積層体３５０は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）することができる。振動板３１０は、積層体３５０の振動（たわみ）によって振動し、流路２３０の内部圧力を瞬間的に高めることができる。
【００５０】
液体噴射ヘッド１０００の製造方法において、積層体３５０の製造方法は、下部電極３２０を形成する工程と、下部電極３２０の上に圧電体層３３０を形成する工程と、圧電体層３３０の上に上部電極３４０を形成する工程と、を含む。下部電極３２０、圧電体層３３０および上部電極３４０は、公知の方法により形成される。また、液体噴射ヘッド１０００の製造方法は、基板２００の上に振動板３１０を形成する工程と、基板２００に流路２３０を形成する工程と、基板２００の下にノズルプレート１００を形成する工程と、を含む。振動板３１０および流路２３０は、公知の方法により形成される。ノズルプレート１００は、上述の製造方法により製造される。
【００５１】
本実施形態に係る液体噴射ヘッド１０００は、例えば、以下のような特徴を有する。
【００５２】
液体噴射ヘッド１０００は、ノズルプレート１００を含むことができる。ノズルプレート１００は、上述のように、安定した液滴吐出特性を有することができる。従って、安定した液滴吐出特性を有する液体噴射ヘッド１０００を得ることができる。また、ノズルプレート１００は、上述のように、簡易なプロセスで、安価に得ることができる。従って、簡易なプロセスで、安価に液体噴射ヘッド１０００を得ることができる。
【００５３】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本実施形態に係るノズルプレートを模式的に示す断面図および平面図。
【図２】本実施形態に係るノズルプレートの製造工程を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係るノズルプレートの製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係るノズルプレートの製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係るノズルプレートの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係るノズルプレートの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係るノズルプレートの製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係るノズルプレートの製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係るノズルプレートの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図１１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【符号の説明】
【００５５】
１０  基板、２０  第１開口部、２２  第１凹部、３０  第２開口部、３２  第２凹部、４０  テーパ部、４２  液状前駆体、４４  樹脂部、５０  ノズル孔、６０  マスク膜、１００  ノズルプレート、１２０  第１開口部が形成される部分、１３０  第２開口部が形成される部分、２００  基板、２１０  リザーバ、２２０  供給口、２３０  流路、２４０  貫通孔、３００  アクチュエータ、３１０  振動板、３２０  下部電極、３３０  圧電体層、３４０  上部電極、３５０  積層体、４００  筐体、１０００  液体噴射ヘッド
【図１】
0005067130.tif 000002
【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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