(57)【要約】【課題】ノズルプレート１１に流路抵抗の小さいノズル孔５を形成することができる液滴吐出ヘッドの製造方法を実現する。【解決手段】ノズル孔が未加工のノズルプレート１１にノズル孔５に連通する連通孔２３が形成されたスペーサプレート１２を接合する工程と、ノズルプレート１１のにおける連通孔２３に対応する位置で、連通孔２３から露出している面に対してレーザ光を照射して、ノズルプレート１１にノズル孔５となる貫通孔５０を穿設する工程と、各貫通孔内に、ノズルプレート１１のスペーサプレート１２と反対側の開口側から、粘性を有する液状のレジスト５１を充填して閉塞する工程と、連通孔２３側から露出するノズルプレート１１の面に対して連通孔２３側からエッチングを施し、貫通孔５０におけるレジスト５１の外周のノズルプレート１１に凹部５２を形成する工程と、固化したレジスト５１を除去する工程とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズル孔と、各ノズル孔毎に設けられ且つ連通路を介して前記ノズル孔に連通する圧力室を備えたキャビティ部と、前記圧力室中の液体に吐出のためのエネルギーを付与するエネルギー付与手段とを有し、前記キャビティ部が、複数枚のプレートをその広幅面同士が対向するように積層して形成されている液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記複数枚のプレートのうち、前記ノズル孔が形成されるべき合成樹脂製の第１のプレートの一方の広幅面に、前記ノズル孔に連通する前記連通路の一部となる連通孔が貫通形成された第２のプレートを接合する工程と、
前記第１のプレートの前記連通孔に対応した位置で前記連通孔から露出している前記一方の広幅面に対して、前記連通孔を介してレーザ光を照射して、前記第１のプレートに前記ノズル孔となる貫通孔を穿設する工程と、
前記貫通孔内に、前記各貫通孔の前記第１のプレートの他方の面側から、粘性を有する液状のレジスト材を充填して固化する工程と、
前記連通孔から露出している、前記貫通孔内のレジスト材の一部を含む前記一方の広幅面に対して、前記連通孔を介してエッチングすることにより、前記露出する一方の広幅面の前記レジスト材が充填された貫通孔の外周領域に凹部を形成する工程と、
前記貫通孔内のレジスト材を除去する工程とを備えることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記充填する工程において、前記レジスト材は、前記露出する前記一方の広幅面よりも盛り上がった状態になるまで充填することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記ノズル孔となる貫通孔は、その孔径が前記一方の面側から前記他方の面側に縮径するテーパ形状に形成することを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記第１のプレートはポリイミド樹脂製であ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液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記第２のプレートは金属製であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記第１のプレートにおける前記第２のプレートの配置面と反対側の広幅面に撥水層を施すことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のノズルから選択的に液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとして、例えばインクを吐出するインクジェット式の記録ヘッドでは、従来から、インク供給源から供給されたインクが共通インク室から各圧力室に分配されて連通路を介してノズル孔に至るようにインク流路が形成されたキャビティ部と、このキャビティ部に積層されるアクチュエータとを備えた構成が知られている（特許文献１等）。この構成では、アクチュエータから各圧力室内のインクに選択的に吐出圧力を与えることで、その圧力室に対応する連通路を介してノズルからインクを吐出するようにしている。
【０００３】
近年、上記のインクジェット式の液滴吐出ヘッドに対して、高速化、高画質化という性能アップのニーズが求められている。このニーズに対してヘッドの構成を検討した場合、１つの駆動チャンネル（１つの圧力室から対応する１つのノズルに至るチャンネル、（チャンバーともいう））を小さくすることで、ノズルなどの高密度配置を実現することが考えられる。しかしながら、チャンバーを小さくすると、吐出圧力を与えるアクチュエータの駆動部が小さくなるため、高画質を維持するために必要なインク滴を飛翔（吐出）するためのエネルギーがより多く必要となる傾向がある。その結果、アクチュエータの駆動電圧を高くしなければならず、駆動電圧回路の高圧化などにてコストが掛かったり、消費エネルギーの増大となるなど好ましくない。
【０００４】
駆動エネルギーを低く抑え（低電圧化）ながら、所望のインク滴飛翔の性能を実現するためには、１つの方策として、液滴吐出ヘッド内のインクの流れる経路（流通路）の流路抵抗を低くすることが考えられ、そのなかでも最も流路抵抗が大きい部分であるノズル部位の流路抵抗を低くすることが非常に効果的である。
【０００５】
ところで、ノズルのインク（液滴）吐出特性の向上を可能としたヘッドの製造方法として、特許文献２では、ノズルプレートとなるＳｉ基板のインク吐出側（下流側）にノズルクレータと呼ばれる凹部を形成する。次いで、このインク吐出側の平面にレジスト材などの接合機能を有する樹脂層をコーティングし、樹脂層が乾く前に、支持基板を重ね合わせる。次いで、Ｓｉ基板のインク吐出側と反対側（上流側）の面を研削し、所定の厚さに形成した後、その表面をスパッタ装置で、酸化シリコン膜を成膜する。次いで、その表面にレジスト膜をコーティングし、ノズル孔の２段面（大径）の孔を形成するためのパターンを形成する。次いで、ドライエッチング装置により２段面（大径）の孔を形成する。その後、２段面（大径）の孔を含む表面に１段目の孔を形成するためのパターンを形成し、そのＳｉ基板に異方性ドライエッチングにて１段目の孔（ノズルの小径部）を穿設するものである。
【０００６】
しかしながら、ノズルプレートとしてＳｉ基板を使用すると、上述のように、ドライエッチング方法にてノズルの孔を穿設するので、ノズルの孔の寸法及び孔表面精度が悪く、また、レジスト膜の塗布及び除去という工程が増えるだけでなく、工数やコストもかかるという問題があった。
【０００７】
この問題を解消するため、近年ではノズルプレートとして高分子材料が使用されるようになってきた。その一例として特許文献３では、ノズルプレートとして、ポリイミド等の高分子材料を用い、レーザ光を照射してノズル（貫通孔）を穿設する際、貫通孔のレーザ光の出口側（インク吐出側）の長径とテーパー部の入口側（インク流入側）の長径との比率を所定の範囲に納めることが開示されている。この場合のテーパー部は、階段状のものや、滑らかな漏斗状のものもあり得るとのことである（特許文献３の段落番号００４９参照）。
【特許文献１】特開２００７−１２５８０７号公報（図２及び図３参照）
【特許文献２】特開２００６−３４７０３６号公報（図３及び図４参照）
【特許文献３】特開２００６−３２１２０５号公報（図６及び図８参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献３に記載され、且つ図５に示すように、ノズルプレート１００の片面（インク流入側）にインク流通路１０２が予め形成された金属製の支持プレート１０１を接着固定し、インク流通路１０２側からレーザ光を照射してノズル孔１０３を貫通形成した場合、レーザ光によるアブレーション作用により、照射する光のエネルギー密度が小さい場合には、ノズル孔１０３の断面形状は、ノズルプレート１００のインク流入側で孔径が大きく、レーザ光の出口側（インク吐出側）の孔径が小さくなる漏斗状（テーパー状）となる。また、光の強度分布が揺らぐことで、漏斗状のテーパー部１０４のうちノズルプレート１００のインク流入側に近い側の部位１０４ａで、孔径が大きくなるようなテーパー部１０４の断面形状が湾曲面となり、しかも、上記部位１０４ａの表面粗さが荒くなりやすい。
【０００９】
その結果、ノズル孔１０３のうちのテーパー部１０４の入口側の面積に大小のバラツキが生じると共に上記部位１０４ａの表面粗さのために流路抵抗にもバラツキが生じ、ノズル吐出性能が安定しない。しかも、ノズル孔１０３の全長がノズルプレート１００の板厚さ全体にわたっているため、ノズル孔１０３における全流路抵抗が大きくなるので、駆動エネルギーを低く抑えることができないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題を解消するものであって、液滴吐出ヘッドの駆動エネルギーを低く抑えながら、ノズル孔の品質精度を向上できる液滴吐出ヘッドの製造方法を実現し、そのようなノズルプレートを有する液滴吐出ヘッドを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明における液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出する複数のノズル孔と、各ノズル孔毎に設けられ且つ連通路を介して前記ノズル孔に連通する圧力室を備えたキャビティ部と、前記圧力室中の液体に吐出のためのエネルギーを付与するエネルギー付与手段とを有し、前記キャビティ部が、複数枚のプレートをその広幅面同士が対向するように積層して形成されている液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記複数枚のプレートのうち、前記ノズル孔が形成されるべき合成樹脂製の第１のプレートの一方の広幅面に、前記ノズル孔に連通する連通路の一部となる連通孔が貫通形成された第２のプレートを接合する工程と、前記第１のプレートの前記連通孔に対応した位置で前記連通孔から露出している前記一方の広幅面に対して、前記連通孔を介してレーザ光を照射して、前記第１のプレートに前記ノズル孔となる貫通孔を穿設する工程と、前記貫通孔内に、前記各貫通孔の前記第１のプレートの他方の面側から、粘性を有する液状のレジスト材を充填して固化する工程と、前記連通孔から露出している、前記貫通孔内のレジスト材の一部を含む前記一方の広幅面に対して、前記連通孔を介してエッチングすることにより、前記露出する一方の広幅面の前記レジスト材が充填された貫通孔の外周領域に凹部を形成する工程と、前記貫通孔内のレジスト材を除去する工程とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記充填する工程において、前記レジスト材は、前記露出する前記一方の広幅面よりも盛り上がった状態になるまで充填することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記ノズル孔となる貫通孔は、その孔径が前記一方の面側から前記他方の面側に縮径するテーパ形状に形成することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記第１のプレートはポリイミド樹脂製であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記第２のプレートは金属製であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記第１のプレートにおける前記第２のプレートの配置面と反対側の広幅面に撥水層を施すことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項７に記載の発明の液滴吐出ヘッドは、請求項１乃至６のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、ノズル孔が形成されるべき合成樹脂製の第１のプレートと、前記ノズル孔に連通する連通路の一部となる連通孔が形成された第２のプレートとを接合する工程と、前記第１のプレートの前記連通孔に対応する位置で前記連通孔から露出している一方の広幅面側からレーザ光を照射して、前記第１のプレートに前記ノズル孔に対応する貫通孔を穿設する工程と、前記第１のプレートの他方の面側から、前記各貫通孔に粘性を有する液状のレジスト材を押し込む工程と、前記前記連通孔を介して前記連通孔から露出している一方の広幅面側からエッチングを施し、前記貫通孔における充填した前記レジスト材の外周の前記第１のプレートに凹部を形成する工程と、前記レジスト材を除去する工程とを備えている。
【００１９】
第１のプレートであるノズルプレートにレーザ加工によりノズル孔となる貫通孔を形成し、その貫通孔内に、貫通孔の液滴を吐出する側から粘性を有する液状のレジスト材を充填して固化し、連通孔側からエッチングにて、連通孔から露出する第１プレートの前記レジスト材が充填された貫通孔の外周領域に凹部を形成した後に、上記充填したレジスト材を除去するので、ノズルとなる貫通孔周辺に凹部を設けても、貫通孔（ノズル孔）の連通孔側の液滴入口側の孔径や、貫通孔の形状や表面粗さが保持できる。また、仮に第１のプレートにエッチングで凹部を形成した後に、貫通孔をレーザ光で形成すると、エッチング量のばらつきにより、第１のプレートの厚みのうち、凹部が形成された残部の厚みが均一ではなく、レーザ光で貫通孔を形成すると連通孔側の貫通孔径にばらつきが生じてしまうが、請求項１の発明では、エッチングの前に貫通孔が形成されているため、第１プレートの板厚が均一であり、貫通孔径のばらつきを抑えることができる。よって、ノズル精度のばらつきの少ないノズル孔が形成でき、吐出特性に影響を及ぼすことを防ぐことができる。
【００２０】
また、粘度を有する液状のレジスト材を用いているため、貫通孔の液滴を吐出する側（他方の面側）から充填しても貫通孔内に保持されることができるため、貫通孔内の液状のレジストを封止するための保護シートを貼ったりする工程の必要がなく、容易に製造することができる。そして、ノズル孔の個所のノズルプレートの板厚さが凹部のために薄くなるので、ノズル孔における流路抵抗を従来のものよりも小さくできる。従って、液滴吐出ヘッドの駆動エネルギーを低く抑えることができるという効果を奏する。
【００２１】
さらに、凹部の直径は連通孔の直径と等しいか、やや小径であり、且つ凹部は連通孔の位置に対応する個所のみに形成されるから、ノズルプレートの板厚の少ない部分が凹部の個所という必要最小限に限定できる。従って、液滴吐出ヘッドのキャビティ部内の流路内の圧力変化に伴うノズルプレートの変形に対して影響が少ないようにノズルプレート自体の厚さを設定することができるという効果を奏する。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、レジスト材を充填する工程において、液状のレジスト材が、表面張力によって、前記露出する前記一方の広幅面よりも盛り上がった状態になるまで充填されていることで、エッチングにより凹部が形成されるときに貫通孔の連通孔側の孔径や、貫通孔の形状等を保持することができるのでノズル孔を精度よく製造することができ吐出特性に影響を及ぼさない。また、粘度のある液状レジスト材を用いて充填しているため、通常の液状のレジスト材を利用する場合と比べてレジスト材が表面張力により盛り上がった状態になりやすく、液状のレジスト材を貫通孔内に封止するために封止フィルム等を貼りつけたり、はがしたりする工程の必要がなく、容易に製造することができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、前記ノズル孔となる貫通孔は、その孔径が前記一方の面側から前記他方の面側に縮径するテーパ形状であるため、レジスト材の充填時に、貫通孔の孔径が小さい他方の面側からレジスト材が入り込みにくく、表面張力によって一方の面より盛り上がった状態になるまで段階的に充填させやすく、表面張力を超えて液状のレジスト材があふれにくい。また、一般的にレーザー光にてノズル孔を穿設する場合、入射光側に大きく、次第に縮径するテーパー形状が形成されるため、レジスト材の充填に適していて、より容易に製造することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、前記第１のプレート（ノズルプレート）はポリイミド樹脂製であることを特徴とするものであるから、吸水性が低く、且つ機械的強度が高く、さらに、寸法安定性、耐薬品性、クリープ特性に優れているので、上記レーザ加工及びエッチングに際しても、取り扱い易いという効果を奏する。また、液体を吐出する液滴吐出ヘッドとしてインクを吐出する場合は、ポリイミド樹脂は、インクの種類に影響を及ぼしにくく、また、インクからの侵食されることも少ないためより好ましい。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、前記第２のプレートは金属製であるので、前記連通孔が露出している第２のプレートの一方の広幅面側からエッチングを施す場合に、第２のプレート自体がマスク材料となり、前記連通孔がマスクパターンとして利用できるから、エッチング処理のために、わざわざ別途マスクパターンを有するマスク材料を前記第１のプレートまたは第２のプレートの表面に付する工程を省略でき、工程の簡素化及び製造方法の簡素化に寄与できる。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、前記第１のプレートにおける前記第２のプレートの配置面と反対側の広幅面に撥水層を施すことを特徴とするものである。従って、第１のプレートの液滴吐出側の表面がフラットに維持されているので、撥水層を簡単に施すことができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明の液滴吐出ヘッドは、請求項１乃至６のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とするものであるから、駆動エネルギーを低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明をインクジェット式の記録ヘッド１を具体化した実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）１の斜視図である。記録ヘッド１は、複数のノズル孔５（図２及び図３参照）を外部に開口させ内部にインク流路を有するキャビティ部２と、キャビティ部２内のインクに吐出圧力を与えるアクチュエータ（エネルギー付与手段）３とが積層配置して構成され、さらにこのアクチュエータ３に駆動信号を出力するフレキシブル配線材４とが積層配置されている。なお、以下の説明では、キャビティ部２のノズル孔５が開口された側を下面とし、アクチュエータ３が積層されている側を上面とする。図１〜図３では、下面側に開口するノズル孔５から、下向きにインクが吐出される。
【００２９】
キャビティ部２に設けられたインク流通路は、図示しないインクカートリッジ側から供給されたインクを、内部に設けた共通インク室２６に貯めるように形成されている。加えて、インク流通路は、共通インク室２６からアクチュエータ３と対向する位置に設けた多数の圧力室４４にインクを分配するように連通し、さらに、上面側の各圧力室４４から下面に設けたノズル５に連通するように形成されている。そして、圧力室４４のインクが、アクチュエータ３から所定の吐出圧力を受けると、ノズル５からインクを吐出し、共通インク室２６側から圧力室４４にインクを補充するように構成されている。
【００３０】
キャビティ部２は、図２に示すように、インク流通路をその内部に形成するために貫通孔や凹部が予め形成された複数のプレートをそれぞれの広幅面同士を対向させるように積層し、接着剤を介して接合した構造となっている。実施形態では、キャビティ部２は、ノズルプレート（請求項の第１のプレートに相当）１１、スペーサプレート（請求項の第２のプレートに相当）１２、ダンパープレート１３、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂ、サプライプレート１５、ベースプレート１６、及びキャビティプレート１７の合計８枚の薄い平板で構成されている。
【００３１】
各プレート１１〜１７は４０〜１５０μｍ程度の厚さを有し、ノズルプレート１１は高分子材料が用いられ、その他のプレート１２、１３、１４ａ、１４ｂ、１５、１６、１７は４２％ニッケル合金鋼板製やステンレス鋼などの金属板である。ノズルプレート１１は２０〜４０μｍ程度の厚さである。ノズルプレート１１はポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂製のフィルム材である。なかでも、ポリイミド材料は、インクに対しアタック（浸食）されず、また、逆にインクをアタックしない。また、インク吐出側にインク滴が付着しにくい撥水膜の塗布密着性が良いことからノズルプレートとして好適な材料である。
【００３２】
ノズルプレート１１には、微小径（２０μｍ程度）のインク吐出用のノズル孔５が後述する製造方法により微小間隔で多数個穿設されており、ノズル孔５は、Ｘ方向に沿って延びる列状に配置され、Ｙ方向に５列設けられている。ノズルプレート１１の各ノズル孔５は、各圧力室２１にそれぞれ個別に連通路２２を介して連通している。そのため、ノズルプレート１１とキャビティプレート１７の間に介挿されたスペーサプレート１２、ダンパープレート１３、マニホールドプレート１４ａ、１４ｂ、サプライプレート１５、ベースプレート１６には、それぞれ連通路２２の一部となる連通孔２３が穿設されている（図３参照）。
【００３３】
キャビティプレート１７には、複数の圧力室２１となる穴部がノズル孔５の配列に対応してＹ方向に５列に配列されている。各圧力室２１となる穴部は、図２に示すように、平面視細長形状でその長手方向がＹ方向（前記Ｘ方向と直交する方向）に沿うようにしてキャビティプレート１７の板厚を貫通して形成されている。上記各穴部は、後述するベースプレート１６とアクチュエータ３とによって上下面を覆うことによりそれぞれ圧力室に形成される。各圧力室２１の長手方向の一端は、ベースプレート１６に穿設された接続穴２４と、サプライプレート１５に形成された接続流路２５とを介して共通液室２６に連通している。各圧力室２１の長手方向の他端は、前述した連通路２２に接続し、各ノズル５に連通している。接続流路２５の中途には、断面積を小さくして流路抵抗を大きくした絞り部が設けられており、圧力室２１のインクが吐出圧力を受けたときに、圧力室２１側から共通インク室２６側へのインク（圧力波）の後退を抑制している。これにより、アクチュエータ３からの吐出圧力によって、インクをノズル５側に効率よく前進させることができる。
【００３４】
２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂには、Ｘ方向に沿って長い５つの（共通液室２６になるべき）溝状の穴部が板厚を貫通して略平行状に形成されている。両穴部は、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂを積層し、且つその上面をサプライプレート１５にて覆い、下面をダンパープレート１３にて覆うことにより、合計５つの共通液室２６に形成される。
【００３５】
ダンパープレート１３の下面には、各共通液室２６と位置及び形状を一致させたダンパ室２８となる窪み部が凹設されている。その窪み部を下面側から覆うようにスペーサプレート１２とダンパープレート１３とが接合されると、窪み部は密閉されたダンパ室２８として形成される。窪み部と対向するダンパープレート１３の上側の部分は、弾性変形により自由に振動可能なダンパ壁２７として形成される。なお、ダンパープレート１３の上面にダンパ室２８となる窪み部が凹設され、マニホールドプレート１４ａの下面とダンパープレート１３の上面との間に図示しないスペーサプレートを介挿し互いに接合することにより、窪み部を密閉しても良い。また、窪み部は、各共通液室２６の平面形状を一致させた平面形状でなくてもよく、さらに複数に区画された形状でもよい。
【００３６】
圧力室２１から共通液室２６に伝播した圧力波の後退成分によりダンパ壁２７が変位することで、その圧力変動を吸収減衰させ、圧力変動が他の圧力室２１へ伝播するクロストークを抑制する。
【００３７】
キャビティプレート１７のＹ方向に平行な一方の辺寄りには、インク供給源からのインクを導入するためのインク供給口２９が４つ穿設されており、各インク供給口２９と上下位置を対応させて、ベースプレート１６とサプライプレート１５とにそれぞれ４つの接続口３０が穿設されている。４つのインク供給口２９には、インク中の異物を除去するためのフィルタ体３１（図１参照）が接着剤等で一括して貼着されている。
【００３８】
図２における左側の１つのインク供給口２９は、ブラックインク用のもので、同じく左側の２つの共通液室２６、２６に接続しており、ブラックインクを吐出するノズル列を２列に設定している。これは、ブラックインクがその他のカラーインクに比べて使用頻度が高いことを考慮したものであり、他の３つのインク供給口２９には、シアン、イエロー、マゼンタの各インクがそれぞれ単独に供給され、それぞれノズル列が１列ずつ設けられている。
【００３９】
このように、キャビティ部２には、インクが、インク供給口２９から接続口３０を経て共通液室２６に流入し、接続流路２５及び接続穴２４を経由して圧力室２１に至り、さらに連通路２２及びその一部としての連通孔２３を経てノズル孔５に至るインク流路が形成されている。
【００４０】
アクチュエータ３としては、公知の圧電方式、静電気により振動板を駆動する方式、電気発熱素子による方式などを適用することができる。ここではアクチュエータ３は、特開２００５−３２２８５０号公報等に開示された公知のものと同様に、全ての圧力室２１にわたる大きさを有する扁平形状で、扁平な方向と直交する方向に積層される複数の圧電セラミックス層４１（例えばＰＺＴ）を備えている（図２及び図３参照）。その複数のセラミックス層４１間に圧力室２１毎に設けた複数の個別電極４２と複数の圧力室２１に共通なコモン電極４３とが介挿され、個別電極４２コモン電極４３との間に選択的に電圧を印加することで、圧力室２１内のインクに吐出圧力を与えることができる。
【００４１】
また、個別電極４２およびコモン電極４３は、セラミックス層４１を貫通したスルーホール内の導電材にてアクチュータ３の最上面の外部電極４４（図１及び図２参照）と電気的に接続されている。そして、外部電極４４とフレキシブルフラット配線材４の電極パターン（図示せず）とが接合されている。このように電極層が設けられたアクチュエータ３では、公知のように個別電極４２とコモン電極４３との間に高電圧を印加することで、両電極に挟まれたセラミックス層４１の部分が分極され、活性部として形成される。この活性部がフレキシブルフラット配線材４から選択的に供給された電圧により変形すると、キャビティ部２の圧力室２１に吐出圧力を与える。
【００４２】
次に、キャビティ部２の製造方法について説明する。本実施形態では、キャビティ部２は、ノズルプレート１１とスペーサプレート１２とを重ねあわせて２枚組みのブロックとし、２枚組のブロックに対して、ダンパープレート１３、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂ、サプライプレート１５、ベースプレート１６、およびキャビティプレート１７の合計６枚のプレートを、この順で、連通路や圧力室となる孔や穴部を互いに位置決めして接着剤等で積層して製造する。
【００４３】
図４を参照しながら、ノズル孔５の製造方法について説明する。はじめに、ノズル孔５が後で形成されてノズルプレート１１となるべき未加工のポリイミド製の広幅面のプレート（第１プレート。以後、ノズルプレートとする）と、予めエッチングやプレス等により、ノズル５と連通されるべき直径Ｄ１の連通孔２３が板厚方向に穿設された金属製のスペーサプレート１２（第２プレート）を用意する。次に、図４（Ａ）に示すように、ノズル孔５が未加工のノズルプレート１１の上面側（請求項の一方の面側）に連通孔２３が加工されたスペーサプレート１１の下面側を接着剤（図示せず）により全面接合した２枚組ブロック３３を製作する。連通孔２３は、次の工程で形成されるノズル孔５用の貫通孔５０の配置位置に対応する位置に設けられ、且つノズル孔５の数に対応して設けられている。連通孔２３からは、ノズルプレートの上面側が露出した状態となっている。
【００４４】
次いで、上記スペーサプレート１２側から各連通孔２３を通して、エキシマレーザ光Ｌをノズルプレート１１の上面側に照射して、ノズル孔５を形成する前段階の断面漏斗状の貫通孔５０を穿設する。（エキシマレーザは短パルス（〜２０ｎｓ）、高輝度（〜数十ＭＷ）の紫外光を出力できる。発振波長はレーザガスの種類により異なるが、（２４０ｎｍ〜３１０ｎｍ）程度である。）
ノズルプレート１１における貫通孔５０のエキシマレーザ光Ｌの出口側（請求項の他方の面側またはインク吐出側）の開口５０ａの形状は直径Ｄ３の円形である。円形とは、真円乃至楕円をいう。貫通孔５０のうちエキシマレーザ光Ｌの入射側（請求項の一方の面側または連通孔側）の開口５０ｂの直径Ｄ２は、連通孔２３の直径Ｄ１より小径で、入射側の直径Ｄ２は、貫通孔５０の出口側の開口５０ａの直径Ｄ３よりも大きい。貫通孔５０は、入射側から出口側に縮径した断面漏斗状のテーパ形状となっていて、その貫通孔５０の断面漏斗状の形状のうちエキシマレーザ光Ｌの入射側では、図４（Ｂ）に示すように、内径方向に凸の曲面で緩やかな傾斜面の部位（これを開口端テーパー部位５０ｃという）が形成され、この開口端テーパー部位５０ｃの出口側に連続状にて円錐状の円錐テーパー部位５０ｄがノズルプレート１１の下面（インク吐出側）まで形成される（図４（Ｂ）参照）。
【００４５】
次の工程では、レーザ光Ｌで形成した貫通孔５に、液状で粘性のあるレジスト材５１を出口側の開口５０ａより充填し、ヘラ５４（図４（Ｃ）参照）やローラーを用いて貫通孔内に押し出しながら、充填していく。なお、図示しない平板の面に粘性を有するレジストを塗布しておき、その上に上記２枚組ブロック３３を、ノズルプレート１１が下側になるようにして押し付けたり、シリンジなどで貫通孔内に注入してもよい。。レジスト５１は、図４（Ｃ）に示すように、貫通孔５０の円錐テーパー部位５０ｄ及び開口端テーパー部位５０ｃの全てに充填されると共に、貫通孔５０の出口側の開口５０ａから充填されたレジスト５１が、入射側の開口５０ｂから連通孔２３内に向かって盛り上がった状態になるまで充填する。つまり、レジスト５１の上端部５１ａは、連通孔２３内において、ノズルプレート１１の上面の入射側の開口５０ｂより突出した略半円状となっている。このとき、上端部５１ａが連通孔２３内のノズルプレート１１の上面を広く覆う程まで突出させないことが肝要である。換言すると、レジスト５１の表面張力により突出部である上端部５１ａの形状が保持され、この上端部５１ａの最大直径が開口端テーパー部位５０ｃの平面視直径に等しいか、若干大きい程度に止めることが好ましい。なお、液状のレジスト５１が表面張力を超えて、ノズルプレート１１の上面を覆う程度に突出させないように、液状のレジスト材５１が粘度を有することが望ましい。また、レジスト５１は、粘性を有するので、貫通孔５０内に出口側（つまり、下側）から充填されても、充填された状態で後工程の固化工程までの間、貫通孔５０内で保持されることができ、漏れてくることがない。なお、液状のレジスト材５１は、形成する貫通孔５０の孔径や形状によって必要な粘度を有するものを適宜選択して用い、粘弾性のある液状レジスト材を用いてもよい。
【００４６】
さらに、貫通孔５０は、レーザー光で形成された入射側の開口５０ｂから出口側の開口５０ａに縮径した略テーパ形状であるため、孔径が小さい開口５０ａ側から液状のレジスト５１を充填させる工程において、レジスト５１が貫通孔５０内に入りにくく、徐々に充填される。そのため、上端部５１ａを表面張力により突出した状態で維持できるように充填量を調整しやすい。そして、レジスト５１は、次の工程で、１５０度で１時間など適宜温度及び時間をかけて加熱することで、固化させる。
【００４７】
さらに次の工程では、図４（Ｄ）に示すように、スペーサプレート１２側から各連通孔２３を通して、連通孔２３から露出するノズルプレート１１の上側面（レジスト５１の上端部５１ａを含む）に対して、ノズルプレート１１にドライエッチング等のエッチングを施す。本実施形態のドライエッチングは、プラズマエッチングである。通常、プラズマエッチングに際して、マスクパターンを有するマスク層（マスク材料）でエッチングすべき材料の表面を覆うが、本実施形態では、スペーサプレート１２がマスク材料となり、連通孔２３がマスクパターンとなる。
【００４８】
そうすると、貫通孔５０内に充填されたレジスト５１の部分は浸食されないが、金属製であるノズルプレート１１の上側面の表面には、レジスト５１の外周側に連通孔２３と略同じ直径Ｄ１（但し、エッチング加工の性質上、底面の直径はやや小径となる）及び深さＨ３の凹部５２が凹み形成されることになる。
【００４９】
上記凹部５２が形成された後、次の工程で、上記固化したレジスト５１を所定の溶解剤を利用して貫通孔５０から除去する（図４（Ｅ）参照）。これにより、ノズル孔５が完成したことになる。次いで、ノズルプレート１１のインク吐出側（図４（Ｅ）の下面に撥水膜５３を塗布形成する。なお、撥水膜５３は、それ以前の工程中に塗布形成しても良い。撥水膜５３は、ノズルプレート１１の液滴吐出側の表面がフラットに維持されているので、撥水層を簡単に施すことができる。
【００５０】
そして、上述のようにして製造されたノズル孔５が形成された２枚組ブロック３３を、キャビティ部２のダンパープレート１３、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂ、サプライプレート１５、ベースプレート１６、及びキャビティプレート１７の６枚に順次重ねて接着積層してキャビティ部２を製造する。なお、プレート１３〜１７の６枚のプレートを６枚組のブロックとして接着積層し、２枚組ブロック３３と６枚組のブロックとを位置合わせして接着積層してもよい。即ち、一体化されたプレート１１、１２に対して、その他のプレート１３〜１７を先に固着して一体化させてから接着してもよいし、また、一体化されたプレート１１、１２に対して、その他のプレート１３〜１７を順次重ねてから同時に接着してもよい。そして、キャビティ部２の圧力室と、アクチュエータ３の個別電極とを互いに位置合わせした状態で、接合して記録ヘッド１を製造する。
【００５１】
なお、貫通孔５０内への液状レジスト材の充填工程においては、ノズルプレート１１の下側の面に貫通孔出口側の開口５０ａを塞ぐ保護シート貼り、開口５０ａにレジスト材充填用の注入穴を開けて、注入穴からレジスト材を注入することで充填することもできるが、この場合、保護シートを張りまた剥がす工程が必要なり、工程が多くなる。また、ハンドリング操作や、保護シートがインクを吐出するノズル出口側の開口５０ａに接触した状態で貼り付け、剥がす工程があるため、ノズルに対する影響が大きいため、粘性を有した液状のレジスト材を用いて、貫通孔５０の出口側開口５０ａから充填して突出部を設けた後にエッチングをして凹部を設ける方が好ましい。
【００５２】
上述のような製造方法により、ノズルプレートにレーザ加工によりノズル孔となる貫通孔を形成し、その貫通孔内に、貫通孔５０の液滴を吐出する側から粘性を有する液状のレジスト材５１を充填して固化し、連通孔２３側からエッチングにて、連通孔から露出するノズルプレート１１の前記レジスト材が充填された貫通孔の外周領域に凹部を形成した後に、上記充填したレジスト材を除去するので、ノズルとなる貫通孔５０周辺に凹部を設けても、貫通孔５０の連通孔側の液滴入口側孔径や、貫通孔５０の形状や表面粗さが保持できる。また、仮にエッチングで凹部を形成した後に、貫通孔５０をレーザ光で形成すると、エッチング量のばらつきにより、ノズルプレート１１の厚みのうち凹部が形成された残部の厚みは均一ではない。そのため、レーザ光で貫通孔５０を形成すると連通孔側の貫通孔径にばらつきが生じてしまうが、本実施形態では、エッチングの前に貫通孔が形成されているため、ノズルプレート１１の板厚が均一であるため、貫通孔５０の孔径のばらつきを抑えることができる。よって、ノズル精度のばらつきの少ないノズル孔５が形成でき、吐出特性に影響を及ぼすことを防ぐことができる。
【００５３】
また、粘性のある液状のレジスト材を用いているため、貫通孔５０の液滴を吐出する側から充填しても貫通孔内に保持されることができるため、貫通孔内の液状のレジスト５１を封止するための保護シートを貼ったりする工程の必要がなく、容易に製造することができる。粘性を有する液状のレジスト材が、充填時に通常の液状のレジスト材と比べて表面張力によって盛り上がった状態になりやすく、エッチングにより凹部が形成されるときにも、貫通孔５０の連通孔２３側の孔径や、貫通孔５０の形状等を保持することができるのでノズル孔５への影響が小さく、吐出特性に影響を及ぼさない。また、ノズル孔が、レーザー光にて連通孔側から出射されて形成されているため、連通孔側から縮径するテーパー形状となり、貫通孔の孔径が小さい他方の面側からレジスト材が入り込みにくく、表面張力を超えてレジスト材があふれるレジスト材が、表面張力によって一方の面より盛り上がった状態になるまで段階的に充填させることができる。
【００５４】
また、本発明の製造方法によれば凹部５２の深さＨ３を所定量以上に設定することにより、貫通孔５０の開口端テーパー部位５０ｂが除去されたことになる。その結果、ノズルプレート１１のインク流入側であるノズル孔５の入口側の直径の大小バラツキや、ノズル孔５の入口側の表面粗さの粗い部分が除去される。また、ノズル孔５の個所のノズルプレート１１の板厚さが凹部５２のために薄くなるので、ノズル孔５におけるインク流路抵抗を従来のものよりも小さくできる。従って、記録ヘッド１の駆動エネルギーを低くして抑えることができる。
【００５５】
さらに、凹部５２の直径は連通孔２３の直径Ｄ１と等しいか、やや小径であり、且つ凹部５２は連通孔２３の位置に対応する個所のみに形成されるから、ノズルプレート１１の板厚さの少ない部分が凹部５２の個所という必要最小限に限定できる。従って、記録ヘッド１のキャビティ部２内の流路内の圧力変化に伴うノズルプレート１１の変形に対して影響が少ないようにノズルプレート１１自体の厚さを設定することができる。また、ノズルプレート１１の材料を、熱可塑性または非熱可塑性のポリイミド材料を採用することにより、吸水性が低く、且つ機械的強度が高く、さらに、寸法安定性、耐薬品性、クリープ特性に優れているので、上記レーザ加工及びドライエッチングに際しても、取り扱い易い。また、ポリイミド樹脂は、インクの種類に影響を及ぼしにくく、またインクからの浸食されることもないため、より好ましい。また、スペーサプレートは金属製であるので、連通孔が露出している第２のプレートの一方の広幅面側からエッチングを施す場合に、スペーサプレート１２自体がマスク材料となり、連通孔がマスクパターンとして利用できるから、エッチング処理のために、わざわざ別途マスクパターンを有するマスク材料をノズルプレート１１およびスペーサプレート１２の表面に付する工程を省略でき、工程の簡素化及び製造方法の簡素化に寄与できる。
【００５６】
また、前記第１のプレートにおける前記第２のプレートの配置面と反対側の広幅面に撥水層を施すことを特徴とするものである。従って、第１のプレートの液滴吐出側の表面がフラットに維持されているので、撥水層を簡単に施すことができる。
【００５７】
また、プレート１３、１４〜１７は、同種の金属材料であるため、それぞれインク流路となる穴部などの形成と同時に相互の位置決め部（図示しない）を同じエッチング加工により形成しておくことで、相互の位置関係を高精度で合わせて積層することができる。好ましくは、特開２００２- ２３４１７０号公報に記載のように、各プレートをフレーム枠に支持した状態でエッチング加工し、フレーム枠に設けた位置決め部同士で各プレート間の位置合わせすることで、さらに高精度に積層することができる。
【００５８】
なお、上記実施形態では、液滴吐出ヘッドの一例としてインクジェット式の記録ヘッドについて説明したが、着色液を塗布したり、導電液をパターン状に吐出したりする装置などにも本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】キャビティ部の分解斜視図である。
【図３】キャビティ部をＹ軸方向に沿って切断した縦断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の実施形態の製造方法を説明する工程図である。
【図５】従来の製造方法によるノズル孔の形状を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１        記録ヘッド
２        キャビティ部
３        アクチュエータ
４        フレキシブル配線材
５        ノズル孔
１１      ノズルプレート（第１のプレート）
１２      スペーサプレート（第２のプレート）
１３      ダンパープレート
１４ａ、１４ｂ      マニホールドプレート
１５      サプライプレート
１６      ベースプレート
１７      キャビティプレート
２１      圧力室
２２      連通路
２３      連通穴
２６      共通液室
２７      ダンパ壁
２８      ダンパ室
５０      貫通孔
５０ａ    出口側の開口
５０ｂ    入射側の開口
５０ｃ    開口端テーパー部
５０ｄ    円錐テーパー部
５１      レジスト
５１ａ    上端部
５２      凹部
５３      撥水膜
【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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