JP2000141669A - マイクロインジェクティングデバイスのノズルプレ―ト装置及びその製造方法 - Google Patents
マイクロインジェクティングデバイスのノズルプレ―ト装置及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 インク等の目的物がノズルプレートの内部面
において凝集することを防止して気泡の生成を抑制し，
ノズルプレートの外部面におけるクロストークの発生を
防止することのできるノズルプレート装置の製造方法を
提供する。 【解決手段】 ノズル領域が画定されたマスタプレート
を形成する段階と，マスタプレートの表面をポリシング
する段階と，マスタプレートの表面にノズルプレート層
を形成する段階と，マスタプレートからノズルプレート
を分離する段階とを含む。
において凝集することを防止して気泡の生成を抑制し，
ノズルプレートの外部面におけるクロストークの発生を
防止することのできるノズルプレート装置の製造方法を
提供する。 【解決手段】 ノズル領域が画定されたマスタプレート
を形成する段階と，マスタプレートの表面をポリシング
する段階と，マスタプレートの表面にノズルプレート層
を形成する段階と，マスタプレートからノズルプレート
を分離する段階とを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロインジェク
ティングデバイスに係り，より詳細には，複雑な工程を
経ることなくノズルプレートの内部面と外部面とのそれ
ぞれの表面粗さを相互に異なるように構成したマイクロ
インジェクティングデバイスのノズルプレート装置及び
そのマイクロインジェクティングデバイスのノズルプレ
ート装置を製造するための方法に関する。
ティングデバイスに係り，より詳細には，複雑な工程を
経ることなくノズルプレートの内部面と外部面とのそれ
ぞれの表面粗さを相互に異なるように構成したマイクロ
インジェクティングデバイスのノズルプレート装置及び
そのマイクロインジェクティングデバイスのノズルプレ
ート装置を製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロインジェクティングデバイスと
は，例えば，インクや走査液あるいは揮発油等の目的物
を，例えば印刷用紙や人体あるいは自動車等に微量供給
する場合に，目的物に一定の大きさの電気的／熱的エネ
ルギーを加えて目的物の体積変化を誘導することによ
り，微量の目的物を所望する対象物に適切に供給できる
ように設計された装置である。
は，例えば，インクや走査液あるいは揮発油等の目的物
を，例えば印刷用紙や人体あるいは自動車等に微量供給
する場合に，目的物に一定の大きさの電気的／熱的エネ
ルギーを加えて目的物の体積変化を誘導することによ
り，微量の目的物を所望する対象物に適切に供給できる
ように設計された装置である。
【０００３】最近，このようなマイクロインジェクティ
ングデバイスは，電気／電子技術の発達に伴い急速に発
展しており，全般的な生活領域にわたって適用範囲が幅
広く拡大されつつある。マイクロインジェクティングデ
バイスの応用例としては，インクジェットプリンタがあ
る。
ングデバイスは，電気／電子技術の発達に伴い急速に発
展しており，全般的な生活領域にわたって適用範囲が幅
広く拡大されつつある。マイクロインジェクティングデ
バイスの応用例としては，インクジェットプリンタがあ
る。
【０００４】インクジェットプリンタは既存のドットプ
リンタと異なり，例えばカートリッジを利用することに
より多様な色を再現可能で，騒音が少なく，印字品質が
美麗である等の多くの長所を有しており，その使用領域
がますます拡大されている。
リンタと異なり，例えばカートリッジを利用することに
より多様な色を再現可能で，騒音が少なく，印字品質が
美麗である等の多くの長所を有しており，その使用領域
がますます拡大されている。
【０００５】このような長所を有するインクジェットプ
リンタには，通常，微小な直径のノズルを備えたプリン
トヘッドが装着されている。インクジェットプリンタに
おけるプリントヘッドは，外部からオン／オフされる電
気的な信号に応じて液体状態のインクを気泡状態に状態
変化／体積膨脹させて外部に噴射することにより，印刷
用紙への円滑な印刷作業を行う。
リンタには，通常，微小な直径のノズルを備えたプリン
トヘッドが装着されている。インクジェットプリンタに
おけるプリントヘッドは，外部からオン／オフされる電
気的な信号に応じて液体状態のインクを気泡状態に状態
変化／体積膨脹させて外部に噴射することにより，印刷
用紙への円滑な印刷作業を行う。
【０００６】従来の技術によるインクジェットプリント
ヘッドの多様な構成及び動作原理等は米国特許公報第４
４９０７２８号“ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｋｊｅｔ ｐｒ
ｉｎｔｅｒ”，米国特許公報第４８０９４２８号“ｔｈ
ｉｎ ｆｉｌｍ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ａｎ ｉｎｋ
ｊｅｔ ｐｒｉｎｔｈｅａｄ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓ
ｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓ
ａｍｅ”，米国特許公報第５１４０３４５号“ｍｅｔｈ
ｏｄ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ａｓｕｂｓ
ｔｒａｔｅ ｆｏｒ ａ ｌｉｑｕｉｄ ｊｅｔ ｒｅ
ｃｏｒｄｉｎｇ ｈｅａｄ ａｎｄ ｓｕｂｓｔｒａｔ
ｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ ｂｙｔｈｅ ｍｅｔｈ
ｏｄ”，米国特許公報第５２７４４００号，“ｉｎｋ
ｐａｔｈ ｇｅｏｍｅｔｔｙ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｔｅ
ｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎ
ｋ−ｊｅｔ ｐｒｉｎｔｈｅａｄｓ”，あるいは米国特
許公報第５４２０６２７号“ｉｎｋｊｅｔ ｐｒｉｎｔ
ｈｅａｄ”等に詳細に開示されている。
ヘッドの多様な構成及び動作原理等は米国特許公報第４
４９０７２８号“ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｋｊｅｔ ｐｒ
ｉｎｔｅｒ”，米国特許公報第４８０９４２８号“ｔｈ
ｉｎ ｆｉｌｍ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ａｎ ｉｎｋ
ｊｅｔ ｐｒｉｎｔｈｅａｄ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓ
ｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓ
ａｍｅ”，米国特許公報第５１４０３４５号“ｍｅｔｈ
ｏｄ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ａｓｕｂｓ
ｔｒａｔｅ ｆｏｒ ａ ｌｉｑｕｉｄ ｊｅｔ ｒｅ
ｃｏｒｄｉｎｇ ｈｅａｄ ａｎｄ ｓｕｂｓｔｒａｔ
ｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ ｂｙｔｈｅ ｍｅｔｈ
ｏｄ”，米国特許公報第５２７４４００号，“ｉｎｋ
ｐａｔｈ ｇｅｏｍｅｔｔｙ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｔｅ
ｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎ
ｋ−ｊｅｔ ｐｒｉｎｔｈｅａｄｓ”，あるいは米国特
許公報第５４２０６２７号“ｉｎｋｊｅｔ ｐｒｉｎｔ
ｈｅａｄ”等に詳細に開示されている。
【０００７】通常，インクジェットプリントヘッドは，
インクを外部に噴射するため微細な直径のノズルが設け
られたノズルプレートを備えている。ノズルプレートは
インクを最後に外部に噴射する噴射ゲートの役割を遂行
するため，インクジェットプリントヘッドの全ての構成
部材の中で，特にプリンティング品質を最終的に決定す
る非常に重要な要素として作用する。ノズルプレートの
材質，ノズルの大きさ，形状等は一般的に使用されるイ
ンクの特性に適合するように設計されている。
インクを外部に噴射するため微細な直径のノズルが設け
られたノズルプレートを備えている。ノズルプレートは
インクを最後に外部に噴射する噴射ゲートの役割を遂行
するため，インクジェットプリントヘッドの全ての構成
部材の中で，特にプリンティング品質を最終的に決定す
る非常に重要な要素として作用する。ノズルプレートの
材質，ノズルの大きさ，形状等は一般的に使用されるイ
ンクの特性に適合するように設計されている。
【０００８】このような従来のインクジェットプリント
ヘッドにおいては，一般的にノズルプレートとインクと
の表面張力をなるべく大きくして両者間の接触角を大き
くし，噴射直前に飽和したインク滴が他の隣接するノズ
ルに遊動する，いわゆる“クロストーク（ｃｒｏｓｓ−
ｔａｌｋ）”等の不具合の発生を防止するために，ノズ
ルプレートの用紙に対向する面である用紙側の外部面の
表面粗さ（ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を小
さく設定されている。
ヘッドにおいては，一般的にノズルプレートとインクと
の表面張力をなるべく大きくして両者間の接触角を大き
くし，噴射直前に飽和したインク滴が他の隣接するノズ
ルに遊動する，いわゆる“クロストーク（ｃｒｏｓｓ−
ｔａｌｋ）”等の不具合の発生を防止するために，ノズ
ルプレートの用紙に対向する面である用紙側の外部面の
表面粗さ（ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を小
さく設定されている。
【０００９】しかしながら，用紙側の外部面の表面粗さ
を小さくするとクロストークが円滑に解決されるという
利点がある反面，インクチャンバの内部面までも用紙側
の外部面と同様に表面粗さが小さくなると，内部面とイ
ンクとの表面張力が増加して両者間の接触角が大きくな
り，その結果，ノズル側に噴射されるインクが飽和され
ずにノズルプレートの内部面に凝集してしまう。この結
果，凝集したインク滴はインクを供給するインク供給チ
ャネルとインクチャンバとの間を遮断する障害物として
作用し，インクの円滑な供給が妨害される。
を小さくするとクロストークが円滑に解決されるという
利点がある反面，インクチャンバの内部面までも用紙側
の外部面と同様に表面粗さが小さくなると，内部面とイ
ンクとの表面張力が増加して両者間の接触角が大きくな
り，その結果，ノズル側に噴射されるインクが飽和され
ずにノズルプレートの内部面に凝集してしまう。この結
果，凝集したインク滴はインクを供給するインク供給チ
ャネルとインクチャンバとの間を遮断する障害物として
作用し，インクの円滑な供給が妨害される。
【００１０】さらに，インクの供給が円滑に行われず，
インクチャンバ内部のインクが不足したままの状態でプ
リントヘッドの高速駆動が行われると，インクチャンバ
の内部には多量の気泡が生成し，生成した気泡はインク
滴のノズルの通過を妨害する原因として作用するので，
結局，インクを用紙に噴射することができなくなる。こ
れにより，全体的なプリンティング品質が極端に劣化す
る。
インクチャンバ内部のインクが不足したままの状態でプ
リントヘッドの高速駆動が行われると，インクチャンバ
の内部には多量の気泡が生成し，生成した気泡はインク
滴のノズルの通過を妨害する原因として作用するので，
結局，インクを用紙に噴射することができなくなる。こ
れにより，全体的なプリンティング品質が極端に劣化す
る。
【００１１】最近，かかる課題を解決するため米国特許
公報第５５６３６４０号“Ｄｒｏｐｌｅｔ ｅｊｅｃｔ
ｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ”には，ノズルプレートの外部面
をインクとの接触性が悪い材質，例えばポリスルホン
（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ），ポリエーテルスルホン
（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ），ポリイミド
（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）のような材質で形成し，ノズル
プレートの内部面はインクとの接触性が良好な材質，例
えばＳｉＯ２膜をコーティングして形成することによ
り，インクが外部面と接触する場合と内部面と接触する
場合とでは，それぞれ異なる表面張力で接触するように
構成することによって，上述の“クロストーク”や“気
泡発生”等の不具合を解決する方式が開示されている。
公報第５５６３６４０号“Ｄｒｏｐｌｅｔ ｅｊｅｃｔ
ｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ”には，ノズルプレートの外部面
をインクとの接触性が悪い材質，例えばポリスルホン
（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ），ポリエーテルスルホン
（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ），ポリイミド
（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）のような材質で形成し，ノズル
プレートの内部面はインクとの接触性が良好な材質，例
えばＳｉＯ２膜をコーティングして形成することによ
り，インクが外部面と接触する場合と内部面と接触する
場合とでは，それぞれ異なる表面張力で接触するように
構成することによって，上述の“クロストーク”や“気
泡発生”等の不具合を解決する方式が開示されている。
【００１２】また，米国特許公報第５３７８５０４号
“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ ｐｈａ
ｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｉｎｋ ｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎ
ｇ ｈｅａｄｓ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｄｅｇｒａｄ
ａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｋ ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌ
ｅｓ″には，ノズルプレートの外部面に耐磨耗性を有す
る特別なコーティング材を塗布することにより，ノズル
プレートの外部面の表面張力低下及び表面状態の悪化を
防止する方式が開示されている。
“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ ｐｈａ
ｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｉｎｋ ｊｅｔ ｐｒｉｎｔｉｎ
ｇ ｈｅａｄｓ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｄｅｇｒａｄ
ａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｋ ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌ
ｅｓ″には，ノズルプレートの外部面に耐磨耗性を有す
る特別なコーティング材を塗布することにより，ノズル
プレートの外部面の表面張力低下及び表面状態の悪化を
防止する方式が開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うなインクジェットプリントヘッドにおいては，ノズル
プレート上にノズルを形成させるためにはエキサイマレ
ーザー（ｅｘｉｍｅｒｌａｓｅｒ）等の高価な装備によ
る複雑な加工過程が要求される。また，ノズルプレート
の内部面にＳｉＯ２膜を形成させる場合，ノズルの直径
が非常に狭小であるため膜の均一性を確保することが難
しかった。また，ノズルプレートの外部面にコーティン
グ材を塗布するためには，さらに一つのコーティング過
程を付加する必要が生じ，全体の工程が非常に複雑にな
っていた。
うなインクジェットプリントヘッドにおいては，ノズル
プレート上にノズルを形成させるためにはエキサイマレ
ーザー（ｅｘｉｍｅｒｌａｓｅｒ）等の高価な装備によ
る複雑な加工過程が要求される。また，ノズルプレート
の内部面にＳｉＯ２膜を形成させる場合，ノズルの直径
が非常に狭小であるため膜の均一性を確保することが難
しかった。また，ノズルプレートの外部面にコーティン
グ材を塗布するためには，さらに一つのコーティング過
程を付加する必要が生じ，全体の工程が非常に複雑にな
っていた。
【００１４】また，特別なコーティング過程を設けるこ
となく，安価な設備投資で足りる電気鋳造（ｅｌｅｃｔ
ｒｏｆｏｒｍｉｎｇ）方式または電気めっき方式を採択
することもできるが，この場合，電解液成分の限界によ
り内側表面の粗さ程度を０．０１６μｍ〜０．０２５μ
ｍ以上確保できないため，満足できる表面張力を得るこ
とはできなかった。
となく，安価な設備投資で足りる電気鋳造（ｅｌｅｃｔ
ｒｏｆｏｒｍｉｎｇ）方式または電気めっき方式を採択
することもできるが，この場合，電解液成分の限界によ
り内側表面の粗さ程度を０．０１６μｍ〜０．０２５μ
ｍ以上確保できないため，満足できる表面張力を得るこ
とはできなかった。
【００１５】本発明は以上のような課題に着眼して案出
されたもので，その第１の目的は，噴射溶液がノズルプ
レートの内部面で凝集することを防止して，噴射溶液の
円滑な供給を確保することにより気泡の生成を抑制させ
ることにある。
されたもので，その第１の目的は，噴射溶液がノズルプ
レートの内部面で凝集することを防止して，噴射溶液の
円滑な供給を確保することにより気泡の生成を抑制させ
ることにある。
【００１６】本発明の第２の目的は，低廉な装備を利用
するとともに膜形成等の複雑な過程なしにノズルプレー
トの外部面と内部面とで噴射溶液の表面張力がそれぞれ
異なるように構成することにある。
するとともに膜形成等の複雑な過程なしにノズルプレー
トの外部面と内部面とで噴射溶液の表面張力がそれぞれ
異なるように構成することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めの本発明の特徴によると，ノズル領域が定義されたマ
スタプレートを，例えば，ＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈ，Ｎｉ
Ｃｌ２，Ｈ３ＢＯ３，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・ＮａＳ及び
純水が所定比で混合された電解溶液に含浸した後，一定
密度の電流を連続的に数回印加することにより複数のノ
ズルを具備したノズルプレートをマスタプレートの表面
に形成する。
めの本発明の特徴によると，ノズル領域が定義されたマ
スタプレートを，例えば，ＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈ，Ｎｉ
Ｃｌ２，Ｈ３ＢＯ３，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・ＮａＳ及び
純水が所定比で混合された電解溶液に含浸した後，一定
密度の電流を連続的に数回印加することにより複数のノ
ズルを具備したノズルプレートをマスタプレートの表面
に形成する。
【００１８】この時，マスタプレートの表面は，熱処理
や表面処理過程を通してポリシングされているために，
マスタプレートの表面と当接している方の面であるノズ
ルプレートの外部面の表面粗さは非常に小さくなり，一
方，インク等の目的物が充填されるノズルプレートの内
部面は，例えば，ＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈ，ＮｉＣｌ２，
Ｈ３ＢＯ３，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・ＮａＳを成分とする
電解溶液のイオン化により形成されるため，その表面粗
さは非常に大きくなる。従って，内部面と接触するイン
ク等の表面張力は外部面と接触するインクの表面張力よ
りも値を小さくすることができる。
や表面処理過程を通してポリシングされているために，
マスタプレートの表面と当接している方の面であるノズ
ルプレートの外部面の表面粗さは非常に小さくなり，一
方，インク等の目的物が充填されるノズルプレートの内
部面は，例えば，ＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈ，ＮｉＣｌ２，
Ｈ３ＢＯ３，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・ＮａＳを成分とする
電解溶液のイオン化により形成されるため，その表面粗
さは非常に大きくなる。従って，内部面と接触するイン
ク等の表面張力は外部面と接触するインクの表面張力よ
りも値を小さくすることができる。
【００１９】すなわち，請求項１によれば，ノズル領域
が画定されたマスタプレートを形成する段階と，前記マ
スタプレートの表面をポリシングする段階と，前記マス
タプレートの表面にノズルプレート層を形成する段階
と，前記マスタプレートから前記ノズルプレートを分離
する段階とを含むことを特徴とするマイクロインジェク
ティングデバイスのノズルプレート装置製造方法が提供
される。
が画定されたマスタプレートを形成する段階と，前記マ
スタプレートの表面をポリシングする段階と，前記マス
タプレートの表面にノズルプレート層を形成する段階
と，前記マスタプレートから前記ノズルプレートを分離
する段階とを含むことを特徴とするマイクロインジェク
ティングデバイスのノズルプレート装置製造方法が提供
される。
【００２０】なお，前記マスタプレートを形成する段階
は，請求項２に記載のように，保護膜が形成された基板
上に第１金属層を形成する段階と，前記第１金属層上に
第２金属層を形成する段階と，前記ノズル領域を画定す
るために，前記第１金属層と第２金属層を蝕刻して前記
保護膜の一部を露出させる段階とを含むことが可能であ
る。
は，請求項２に記載のように，保護膜が形成された基板
上に第１金属層を形成する段階と，前記第１金属層上に
第２金属層を形成する段階と，前記ノズル領域を画定す
るために，前記第１金属層と第２金属層を蝕刻して前記
保護膜の一部を露出させる段階とを含むことが可能であ
る。
【００２１】また，前記第１金属層は，請求項３に記載
のように，バナジウムとし，前記第２金属層は，請求項
４に記載のように，ニッケルとすることができる。
のように，バナジウムとし，前記第２金属層は，請求項
４に記載のように，ニッケルとすることができる。
【００２２】さらに，前記マスタプレートの表面をポリ
シングする段階は，請求項５に記載のように，前記マス
タプレートの表面を脱脂した後熱処理する段階と，前記
マスタプレートを所定温度の処理溶液で表面処理する段
階を含むように構成することができる。
シングする段階は，請求項５に記載のように，前記マス
タプレートの表面を脱脂した後熱処理する段階と，前記
マスタプレートを所定温度の処理溶液で表面処理する段
階を含むように構成することができる。
【００２３】また，前記マスタプレートの熱処理は，請
求項６に記載のように，３２℃〜３７℃の温度で行わ
れ，前記マスタプレートの熱処理時間は，請求項７に記
載のように，１０分〜１４分であるように構成すること
ができる。あるいは，前記マスタプレートの表面処理
は，請求項８に記載のように，２２℃〜２７℃の温度で
行われ，前記マスタプレートの表面処理時間は，請求項
９に記載のように，１０秒〜２０秒であるように構成す
ることができる。
求項６に記載のように，３２℃〜３７℃の温度で行わ
れ，前記マスタプレートの熱処理時間は，請求項７に記
載のように，１０分〜１４分であるように構成すること
ができる。あるいは，前記マスタプレートの表面処理
は，請求項８に記載のように，２２℃〜２７℃の温度で
行われ，前記マスタプレートの表面処理時間は，請求項
９に記載のように，１０秒〜２０秒であるように構成す
ることができる。
【００２４】さらに，請求項１０に記載のように，前記
マスタプレートの表面にノズルプレート層を形成する段
階の後に，所定の計算式により前記ノズルプレート層の
厚さを確認して前記ノズルプレート層の形成を終了する
段階をさらに含むように構成してもよい。
マスタプレートの表面にノズルプレート層を形成する段
階の後に，所定の計算式により前記ノズルプレート層の
厚さを確認して前記ノズルプレート層の形成を終了する
段階をさらに含むように構成してもよい。
【００２５】その際に，前記計算式は，請求項１１に記
載のように， δ＝｛（Ｐ１−Ｐ２）×１０４／Ｓ｝×γ （ここで，δはノズルプレート層の厚さ，Ｐ１はノズル
プレート層が形成される前のマスタプレートの重量，Ｐ
２はノズルプレート層が形成された後のマスタプレート
の重量，Ｓはノズルプレート層の面積，γはノズルプレ
ートの比重）とすることができる。
載のように， δ＝｛（Ｐ１−Ｐ２）×１０４／Ｓ｝×γ （ここで，δはノズルプレート層の厚さ，Ｐ１はノズル
プレート層が形成される前のマスタプレートの重量，Ｐ
２はノズルプレート層が形成された後のマスタプレート
の重量，Ｓはノズルプレート層の面積，γはノズルプレ
ートの比重）とすることができる。
【００２６】また，請求項１２に記載のように，前記ノ
ズルプレート層の形成を終了した段階後に，前記ノズル
プレートをガラスタンク内で熱処理する段階をさらに含
むことができる。その際には，前記ガラスタンク内での
熱処理温度は，請求項１３に記載のように，２０℃〜３
０℃とすることができる。
ズルプレート層の形成を終了した段階後に，前記ノズル
プレートをガラスタンク内で熱処理する段階をさらに含
むことができる。その際には，前記ガラスタンク内での
熱処理温度は，請求項１３に記載のように，２０℃〜３
０℃とすることができる。
【００２７】さらに，前記ノズルプレート層は，請求項
１４に記載のように，電解溶液を利用した電気鋳造方式
または電気めっき方式により形成することができる。そ
の際に，前記電解溶液には，請求項１５に記載のよう
に，ＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈ，ＮｉＣｌ２，Ｈ３ＢＯ３，
Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・ＮａＳ及び純水が所定比で混合さ
れていることが好ましい。また，前記電解溶液には，請
求項１６に記載のように，前記ＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈが
２８０ｇ／〜３２０ｇ／リットル，ＮｉＣｌ２が１８ｇ
／リットル〜２２ｇ／リットル，Ｈ３ＢＯ３が２８ｇ／
リットル〜３２ｇ／リットル，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・Ｎ
ａＳが０．０３ｇ／リットル〜０．０８ｇ／リットルの
組成比で混合されることが好ましい。さらに，前記電解
溶液には，請求項１７に記載のように，前記ＮｉＨ２・
ＳＯ３・Ｈが３００ｇ／リットル，ＮｉＣｌ２が２０ｇ
／リットル，Ｈ３ＢＯ３が３０ｇ／リットル，Ｃ１２Ｈ
２５ＳＯ４・ＮａＳが０．０５ｇ／リットルの組成比で
混合されることが好ましい。
１４に記載のように，電解溶液を利用した電気鋳造方式
または電気めっき方式により形成することができる。そ
の際に，前記電解溶液には，請求項１５に記載のよう
に，ＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈ，ＮｉＣｌ２，Ｈ３ＢＯ３，
Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・ＮａＳ及び純水が所定比で混合さ
れていることが好ましい。また，前記電解溶液には，請
求項１６に記載のように，前記ＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈが
２８０ｇ／〜３２０ｇ／リットル，ＮｉＣｌ２が１８ｇ
／リットル〜２２ｇ／リットル，Ｈ３ＢＯ３が２８ｇ／
リットル〜３２ｇ／リットル，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・Ｎ
ａＳが０．０３ｇ／リットル〜０．０８ｇ／リットルの
組成比で混合されることが好ましい。さらに，前記電解
溶液には，請求項１７に記載のように，前記ＮｉＨ２・
ＳＯ３・Ｈが３００ｇ／リットル，ＮｉＣｌ２が２０ｇ
／リットル，Ｈ３ＢＯ３が３０ｇ／リットル，Ｃ１２Ｈ
２５ＳＯ４・ＮａＳが０．０５ｇ／リットルの組成比で
混合されることが好ましい。
【００２８】また，前記電気鋳造または電気めっきに利
用される電流は，請求項１８に記載のように，０．１Ａ
／ｍ２の密度で４０分〜６０分，０．２Ａ／ｍ２の密度
で２５分〜３５分，０．３Ａ／ｍ２の密度で１８分〜２
２分，０．４Ａ／ｍ２の密度で１８分〜２２分，０．１
Ａ／ｍ２の密度で８分〜１２分間流されることが好まし
い。さらに，前記電流は，請求項１９に記載のように，
０．１Ａ／ｍ２の密度で６０分，０．２Ａ／ｍ２の密度
で３０分，０．３Ａ／ｍ２の密度で２０分，０．４Ａ／
ｍ２の密度で２０分，０．１Ａ／ｍ２の密度で１０分間
流されることが好ましい。
用される電流は，請求項１８に記載のように，０．１Ａ
／ｍ２の密度で４０分〜６０分，０．２Ａ／ｍ２の密度
で２５分〜３５分，０．３Ａ／ｍ２の密度で１８分〜２
２分，０．４Ａ／ｍ２の密度で１８分〜２２分，０．１
Ａ／ｍ２の密度で８分〜１２分間流されることが好まし
い。さらに，前記電流は，請求項１９に記載のように，
０．１Ａ／ｍ２の密度で６０分，０．２Ａ／ｍ２の密度
で３０分，０．３Ａ／ｍ２の密度で２０分，０．４Ａ／
ｍ２の密度で２０分，０．１Ａ／ｍ２の密度で１０分間
流されることが好ましい。
【００２９】また，前記ノズルプレート層の厚さは，請
求項２０に記載のように，１５μｍ〜２５μｍであるこ
とが好ましい。
求項２０に記載のように，１５μｍ〜２５μｍであるこ
とが好ましい。
【００３０】さらに本発明の別の観点によれば，請求項
２１に記載のように，目的物を噴射するための複数のノ
ズルが内部面と外部面とを貫通する単一の層からなるノ
ズルプレートを含み，前記内部面の表面粗さは，前記外
部面の表面粗さより大きいことを特徴とするマイクロイ
ンジェクティングデバイスのノズルプレート装置が提供
される。
２１に記載のように，目的物を噴射するための複数のノ
ズルが内部面と外部面とを貫通する単一の層からなるノ
ズルプレートを含み，前記内部面の表面粗さは，前記外
部面の表面粗さより大きいことを特徴とするマイクロイ
ンジェクティングデバイスのノズルプレート装置が提供
される。
【００３１】そして，前記ノズルプレートは，請求項２
２に記載のように，ノズル領域を有し，かつ表面がポリ
シングされたマスタプレートを，ＮｉＨ２・ＳＯ３，
Ｈ，ＮｉＣｌ２，Ｈ３ＢＯ３，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・Ｎ
ａＳ及び純水を所定比で混合した電解溶液に含浸して所
定密度の電流を連続的に流すことにより形成することが
できる。
２に記載のように，ノズル領域を有し，かつ表面がポリ
シングされたマスタプレートを，ＮｉＨ２・ＳＯ３，
Ｈ，ＮｉＣｌ２，Ｈ３ＢＯ３，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・Ｎ
ａＳ及び純水を所定比で混合した電解溶液に含浸して所
定密度の電流を連続的に流すことにより形成することが
できる。
【００３２】また，前記内部面の表面粗さは，請求項２
３に記載のように，Ｒａ＝１．０μｍ〜１．５μｍであ
ることが好ましく，前記外部面の表面粗さは，請求項２
４に記載のように，Ｒａ＝０．００８μｍ〜０．０１６
μｍであることが好ましい。
３に記載のように，Ｒａ＝１．０μｍ〜１．５μｍであ
ることが好ましく，前記外部面の表面粗さは，請求項２
４に記載のように，Ｒａ＝０．００８μｍ〜０．０１６
μｍであることが好ましい。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下，添附の図面を参照しつつ本
発明に係るマイクロインジェクティングデバイスのノズ
ルプレート装置とその製造方法の好ましい実施の形態に
ついて詳細に説明する。
発明に係るマイクロインジェクティングデバイスのノズ
ルプレート装置とその製造方法の好ましい実施の形態に
ついて詳細に説明する。
【００３４】図１〜図４は本発明に係るノズルプレート
装置の製造方法の実施の形態を順を追って示す工程図で
ある。なお各図は概略図であって，各図において表され
ている各層の厚さ，全体の大きさ及びノズルの数等は説
明の便宜のために実際のものとは変更してある。図１に
示すように，本実施の形態に係るマイクロインジェクテ
ィングデバイスのノズルプレート装置の製造方法におい
ては，まず最初にマスタプレート２００が形成される。
ＳｉＯ２等の保護膜２０２が形成されたＳｉ基板２０１
上に，例えば，化学蒸着等の蒸着法を利用して，バナジ
ウム材質の第１金属層２０３を形成する。第１金属層２
０３は第２金属層２０４を保護膜２０２上に堅固に付着
させるためのものである。
装置の製造方法の実施の形態を順を追って示す工程図で
ある。なお各図は概略図であって，各図において表され
ている各層の厚さ，全体の大きさ及びノズルの数等は説
明の便宜のために実際のものとは変更してある。図１に
示すように，本実施の形態に係るマイクロインジェクテ
ィングデバイスのノズルプレート装置の製造方法におい
ては，まず最初にマスタプレート２００が形成される。
ＳｉＯ２等の保護膜２０２が形成されたＳｉ基板２０１
上に，例えば，化学蒸着等の蒸着法を利用して，バナジ
ウム材質の第１金属層２０３を形成する。第１金属層２
０３は第２金属層２０４を保護膜２０２上に堅固に付着
させるためのものである。
【００３５】次に，第１金属層２０３の上部に化学蒸着
等の蒸着法を利用して，ニッケル材質の第２金属層２０
４を形成する。上記のように保護膜２０２の上部には接
着促進のための第１金属層２０３が既に形成されている
ので，第２金属層２０４は保護膜２０２の上部に堅固に
付着する。
等の蒸着法を利用して，ニッケル材質の第２金属層２０
４を形成する。上記のように保護膜２０２の上部には接
着促進のための第１金属層２０３が既に形成されている
ので，第２金属層２０４は保護膜２０２の上部に堅固に
付着する。
【００３６】保護膜２０２の上部に第２金属層２０４を
形成するのは，後述のコーティング過程等を通じて最終
的に形成されるノズルプレート装置１００のマスタプレ
ート２００からの分離をより容易にするためである。す
なわち後述するノズルプレートの剥離の際に第１金属層
２０３がマスタプレートから剥がれないようにしてい
る。
形成するのは，後述のコーティング過程等を通じて最終
的に形成されるノズルプレート装置１００のマスタプレ
ート２００からの分離をより容易にするためである。す
なわち後述するノズルプレートの剥離の際に第１金属層
２０３がマスタプレートから剥がれないようにしてい
る。
【００３７】次に，第１金属層２０３／第２金属層２０
４の表面の一部にパターン膜（図示していない）を形成
した後，パターン膜をマスクとして利用して保護膜２０
２の表面の一部が露出するように第１金属層２０３／第
２金属層２０４を蝕刻する。残存するパターン膜をニッ
ケルより除去すれば，ノズル領域１０′が画定されたマ
スタプレート２００が構成される。
４の表面の一部にパターン膜（図示していない）を形成
した後，パターン膜をマスクとして利用して保護膜２０
２の表面の一部が露出するように第１金属層２０３／第
２金属層２０４を蝕刻する。残存するパターン膜をニッ
ケルより除去すれば，ノズル領域１０′が画定されたマ
スタプレート２００が構成される。
【００３８】第２金属層２０４の表面は脱脂剤を利用し
て脱脂され，続いてマスタプレート２００をヒートタン
ク内に搬入し，好ましくは，３２℃〜３７℃の温度で１
０分〜１４分間熱処理する。
て脱脂され，続いてマスタプレート２００をヒートタン
ク内に搬入し，好ましくは，３２℃〜３７℃の温度で１
０分〜１４分間熱処理する。
【００３９】熱処理過程の完了後，マスタプレート２０
０には電解研磨による表面処理が施され，マスタプレー
ト２００の最外側面を構成する第２金属層２０４の表面
は，表面粗さが小さくなるようにポリシングされる。こ
の時，好ましくは，マスタプレート２００の表面処理過
程は，２２℃〜２７℃の温度で１０秒〜２０秒間行われ
る。
０には電解研磨による表面処理が施され，マスタプレー
ト２００の最外側面を構成する第２金属層２０４の表面
は，表面粗さが小さくなるようにポリシングされる。こ
の時，好ましくは，マスタプレート２００の表面処理過
程は，２２℃〜２７℃の温度で１０秒〜２０秒間行われ
る。
【００４０】以上のような過程によりマスタプレート２
００は完成され，本実施の形態に係るノズルプレート装
置１００の形成を補助できる構成を完備する。次に，マ
スタプレート２００をＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈ，ＮｉＣｌ
２，Ｈ３ＢＯ３，Ｃ１２Ｈ２ ５ＳＯ４・ＮａＳ及び純水
が一定比で混合された電解溶液に含浸して，ノズルプレ
ート８をマスタプレート２００の表面にコーティングす
る。
００は完成され，本実施の形態に係るノズルプレート装
置１００の形成を補助できる構成を完備する。次に，マ
スタプレート２００をＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈ，ＮｉＣｌ
２，Ｈ３ＢＯ３，Ｃ１２Ｈ２ ５ＳＯ４・ＮａＳ及び純水
が一定比で混合された電解溶液に含浸して，ノズルプレ
ート８をマスタプレート２００の表面にコーティングす
る。
【００４１】この時，好ましくは，電解溶液にはＮｉＨ
２・ＳＯ３・Ｈが２８０ｇ／リットル〜３２０ｇ／リッ
トル，ＮｉＣｌ２が１８ｇ／リットル〜２２ｇ／リット
ル，Ｈ３ＢＯ３が２８ｇ／リットル〜３２ｇ／リット
ル，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・ＮａＳが０．０３ｇ／リット
ル〜０．０８ｇ／リットルの組成比で，より好ましく
は，ＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈが３００ｇ／リットル，Ｎｉ
Ｃｌ２が２０ｇ／リットル，Ｈ３ＢＯ３が３０ｇ／リッ
トル，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・ＮａＳが０．０５ｇ／リッ
トルの組成比で混合される。ここで，マスタプレート２
００が含浸される電解溶液の内部にはノズルプレート８
をコーティングするためのターゲット物質であるニッケ
ルがともに含浸される。
２・ＳＯ３・Ｈが２８０ｇ／リットル〜３２０ｇ／リッ
トル，ＮｉＣｌ２が１８ｇ／リットル〜２２ｇ／リット
ル，Ｈ３ＢＯ３が２８ｇ／リットル〜３２ｇ／リット
ル，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・ＮａＳが０．０３ｇ／リット
ル〜０．０８ｇ／リットルの組成比で，より好ましく
は，ＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈが３００ｇ／リットル，Ｎｉ
Ｃｌ２が２０ｇ／リットル，Ｈ３ＢＯ３が３０ｇ／リッ
トル，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・ＮａＳが０．０５ｇ／リッ
トルの組成比で混合される。ここで，マスタプレート２
００が含浸される電解溶液の内部にはノズルプレート８
をコーティングするためのターゲット物質であるニッケ
ルがともに含浸される。
【００４２】次に，マスタプレート２００とターゲット
物質とを外部の電源と連結する。この時，ターゲット物
質は“＋”と，マスタプレート２００は“−”とそれぞ
れ連結する。
物質とを外部の電源と連結する。この時，ターゲット物
質は“＋”と，マスタプレート２００は“−”とそれぞ
れ連結する。
【００４３】次に，上述の電源をターンオンしターゲッ
ト物質とマスタプレート２００の両方に一定密度の電流
を連続的して数回流す。この時，好ましくは電流は０．
１Ａ／ｍ２の密度で４０分〜６０分，０．２Ａ／ｍ２の
密度で２５分〜３５分，０．３Ａ／ｍ２の密度で１８分
〜２２分，０．４Ａ／ｍ２の密度で１８分〜２２分，
０．１Ａ／ｍ２の密度で８分〜１２分間流す。より好ま
しくは電流は０．１Ａ／ｍ２の密度で６０分，０．２Ａ
／ｍ２の密度で３０分，０．３Ａ／ｍ２の密度で２０
分，０．４Ａ／ｍ２の密度で２０分，０．１Ａ／ｍ２の
密度で１０分間流す。
ト物質とマスタプレート２００の両方に一定密度の電流
を連続的して数回流す。この時，好ましくは電流は０．
１Ａ／ｍ２の密度で４０分〜６０分，０．２Ａ／ｍ２の
密度で２５分〜３５分，０．３Ａ／ｍ２の密度で１８分
〜２２分，０．４Ａ／ｍ２の密度で１８分〜２２分，
０．１Ａ／ｍ２の密度で８分〜１２分間流す。より好ま
しくは電流は０．１Ａ／ｍ２の密度で６０分，０．２Ａ
／ｍ２の密度で３０分，０．３Ａ／ｍ２の密度で２０
分，０．４Ａ／ｍ２の密度で２０分，０．１Ａ／ｍ２の
密度で１０分間流す。
【００４４】このような電流を流す過程が進行すると，
“＋”と連結されたターゲット物質は溶解して急激にイ
オン化し，イオン化したターゲット物質は電解溶液を媒
質として加速され，“−”と連結されたマスタプレート
２００と強く衝突することにより，図２に示すように，
マスタプレート２００の表面にニッケル材質のノズルプ
レート８が析出する。このノズルプレート８はマスタプ
レートのノズル領域１０′を漸次充填しながらコーティ
ングされる。この過程が完了して最終的に形成されたノ
ズルプレート８の内部面１３は，大きな表面粗さを有す
る。
“＋”と連結されたターゲット物質は溶解して急激にイ
オン化し，イオン化したターゲット物質は電解溶液を媒
質として加速され，“−”と連結されたマスタプレート
２００と強く衝突することにより，図２に示すように，
マスタプレート２００の表面にニッケル材質のノズルプ
レート８が析出する。このノズルプレート８はマスタプ
レートのノズル領域１０′を漸次充填しながらコーティ
ングされる。この過程が完了して最終的に形成されたノ
ズルプレート８の内部面１３は，大きな表面粗さを有す
る。
【００４５】上述の過程において，コーティングされる
ノズルプレート８の厚さは，下記の（式１）に従って，
正確に調節することができる。 （式１） δ＝｛（Ｐ１−Ｐ２）×１０４／Ｓ｝×γ ここで，δはノズルプレートのコーティング厚さ，Ｐ１
はノズルプレートがコーティングされる前のマスタプレ
ートの重量，Ｐ２はノズルプレートがコーティングされ
た後のマスタプレートの重量，Ｓはノズルプレートのコ
ーティング面積，γはノズルプレートの比重である。
ノズルプレート８の厚さは，下記の（式１）に従って，
正確に調節することができる。 （式１） δ＝｛（Ｐ１−Ｐ２）×１０４／Ｓ｝×γ ここで，δはノズルプレートのコーティング厚さ，Ｐ１
はノズルプレートがコーティングされる前のマスタプレ
ートの重量，Ｐ２はノズルプレートがコーティングされ
た後のマスタプレートの重量，Ｓはノズルプレートのコ
ーティング面積，γはノズルプレートの比重である。
【００４６】作業者は（式１）に適正な値を与えること
により，実際の製品に要求されるノズルプレート８の厚
さを正確に調節することができる。この時，好ましく
は，ノズルプレート８のコーティング厚さは１５μｍ〜
２５μｍである。
により，実際の製品に要求されるノズルプレート８の厚
さを正確に調節することができる。この時，好ましく
は，ノズルプレート８のコーティング厚さは１５μｍ〜
２５μｍである。
【００４７】次に，上述の（式１）を通じて所望するコ
ーティング厚さに調節されたノズルプレート８が完成す
ると，作業者は電源をターンオフし，ノズルプレート８
のコーティング過程が終了する。
ーティング厚さに調節されたノズルプレート８が完成す
ると，作業者は電源をターンオフし，ノズルプレート８
のコーティング過程が終了する。
【００４８】次に，ノズルプレート８がコーティングさ
れたマスタプレート２００を電解溶液から搬出し，搬出
したマスタプレート２００をガラスタンクに搬入してノ
ズルプレート８を熱処理する。この時，好ましくは，ノ
ズルプレート８の熱処理温度は２０℃〜３０℃である。
これによって，ノズルプレート８は適正な機械的強度を
備える。
れたマスタプレート２００を電解溶液から搬出し，搬出
したマスタプレート２００をガラスタンクに搬入してノ
ズルプレート８を熱処理する。この時，好ましくは，ノ
ズルプレート８の熱処理温度は２０℃〜３０℃である。
これによって，ノズルプレート８は適正な機械的強度を
備える。
【００４９】次に，ノズルプレート８を純水に含浸して
約５分程度洗滌した後，ドライング過程により乾燥す
る。
約５分程度洗滌した後，ドライング過程により乾燥す
る。
【００５０】以上のような実施の形態に係るノズルプレ
ート８の形成過程は，通常の電気鋳造方式または電気め
っき方式を応用したものである。電気鋳造方式または電
気めっき方式は工程が簡単であり，高価な装備や複雑な
加工技術を必要としないので，本実施の形態に従ってノ
ズルプレートを製造することにより，全体的な工程の効
率を顕著に向上させることができる。
ート８の形成過程は，通常の電気鋳造方式または電気め
っき方式を応用したものである。電気鋳造方式または電
気めっき方式は工程が簡単であり，高価な装備や複雑な
加工技術を必要としないので，本実施の形態に従ってノ
ズルプレートを製造することにより，全体的な工程の効
率を顕著に向上させることができる。
【００５１】上述の乾燥過程が完了すると，さらにノズ
ルプレート８の上部にインクチャンババリヤ層７を形成
する。例えば，図３に示すように，ノズルプレート８の
上部には有機層，例えば具体的にはポリイミド層７′が
３０μｍの厚さで蒸着され，さらにポリイミド層７′の
上部にはＡｌ材質のプロテクトマスク層２０が０．８μ
ｍ〜１μｍの厚さで蒸着される。
ルプレート８の上部にインクチャンババリヤ層７を形成
する。例えば，図３に示すように，ノズルプレート８の
上部には有機層，例えば具体的にはポリイミド層７′が
３０μｍの厚さで蒸着され，さらにポリイミド層７′の
上部にはＡｌ材質のプロテクトマスク層２０が０．８μ
ｍ〜１μｍの厚さで蒸着される。
【００５２】続いて，プロテクトマスク層２０の上部に
はフォトレジスト層（図示せず）が蒸着され，プロテク
トマスク層２０はフォトレジスト層をマスクとして一定
形状でパターニングされる。フォトレジスト層には最終
形成されるインクチャンバの形状が画定されており，パ
ターニング過程が完了すると，プロテクトマスク層２０
にはインクチャンバの形状が正確に形成される。
はフォトレジスト層（図示せず）が蒸着され，プロテク
トマスク層２０はフォトレジスト層をマスクとして一定
形状でパターニングされる。フォトレジスト層には最終
形成されるインクチャンバの形状が画定されており，パ
ターニング過程が完了すると，プロテクトマスク層２０
にはインクチャンバの形状が正確に形成される。
【００５３】フォトレジスト層をケミカルにより除去し
た後，パターニングされたプロテクトマスク層２０をマ
スクとしてポリイミド層７′を連続してパターニングす
る。この時，上述のようにプロテクトマスク層２０には
インクチャンバの形状が既に形成されているため，パタ
ーニングが完了すると，ポリイミド層７′はインクチャ
ンバ領域を備えた最終的なインクチャンババリヤ層を構
成する。
た後，パターニングされたプロテクトマスク層２０をマ
スクとしてポリイミド層７′を連続してパターニングす
る。この時，上述のようにプロテクトマスク層２０には
インクチャンバの形状が既に形成されているため，パタ
ーニングが完了すると，ポリイミド層７′はインクチャ
ンバ領域を備えた最終的なインクチャンババリヤ層を構
成する。
【００５４】次に，プロテクトマスク層をケミカルによ
り除去した後，図４のようにインクチャンバ９を画定す
るインクチャンババリヤ層７が結合したノズルプレート
８をＨＦ等のケミカルによりマスタプレート２００から
分離する。
り除去した後，図４のようにインクチャンバ９を画定す
るインクチャンババリヤ層７が結合したノズルプレート
８をＨＦ等のケミカルによりマスタプレート２００から
分離する。
【００５５】分離過程が完了すると，インク噴射のため
の多数のノズル１０が形成された最終的な構造のノズル
プレート装置１００が完成する。ノズル１０はノズルプ
レート８の内部面１３と外部面１４とを貫通して外部面
１４に開口している。
の多数のノズル１０が形成された最終的な構造のノズル
プレート装置１００が完成する。ノズル１０はノズルプ
レート８の内部面１３と外部面１４とを貫通して外部面
１４に開口している。
【００５６】この時，上述のようにマスタプレート２０
０の表面は表面処理過程においてポリシングされている
ため，マスタプレート２００の表面と接触してから上述
の分離過程において最終的に分離される単一の層からな
るノズルプレート８の外部面１４は，非常に小さい表面
粗さを有している。好ましくは，Ｒａ＝０．００８μｍ
〜０．０１６μｍの表面粗さである。
０の表面は表面処理過程においてポリシングされている
ため，マスタプレート２００の表面と接触してから上述
の分離過程において最終的に分離される単一の層からな
るノズルプレート８の外部面１４は，非常に小さい表面
粗さを有している。好ましくは，Ｒａ＝０．００８μｍ
〜０．０１６μｍの表面粗さである。
【００５７】一方，最終的に形成されたノズルプレート
８の内部面１３は，上述のように本実施の形態における
特有の組成物であるＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈ，ＮｉＣ
ｌ２，Ｈ ３ＢＯ３，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・ＮａＳを含む
電解溶液を電解媒質として形成されているので，非常に
大きい表面粗さを有している。好ましくは，Ｒａ＝１．
０μｍ〜１．５μｍの表面粗さである。
８の内部面１３は，上述のように本実施の形態における
特有の組成物であるＮｉＨ２・ＳＯ３・Ｈ，ＮｉＣ
ｌ２，Ｈ ３ＢＯ３，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・ＮａＳを含む
電解溶液を電解媒質として形成されているので，非常に
大きい表面粗さを有している。好ましくは，Ｒａ＝１．
０μｍ〜１．５μｍの表面粗さである。
【００５８】図５は本実施の形態に従って製造されたノ
ズルプレート装置の実際に使用されている状態を示す斜
視図であり，図６は図５のＩ−Ｉ断面図である。図５に
示すように，ノズルプレート装置１００はインクチャン
バ９が画定されたインクチャンババリヤ層７を備えてお
り，図示しない印刷用紙の印刷面に対向して配置された
インクジェットプリントヘッドを構成する。
ズルプレート装置の実際に使用されている状態を示す斜
視図であり，図６は図５のＩ−Ｉ断面図である。図５に
示すように，ノズルプレート装置１００はインクチャン
バ９が画定されたインクチャンババリヤ層７を備えてお
り，図示しない印刷用紙の印刷面に対向して配置された
インクジェットプリントヘッドを構成する。
【００５９】インクチャンバ９の側部にはインクの供給
路を画定するインク供給チャネル３００が形成されてお
り，外部から供給されてきたインクはインク供給チャネ
ル３００に沿って矢印方向に流れることにより，インク
チャンバ９の内部に充填される。
路を画定するインク供給チャネル３００が形成されてお
り，外部から供給されてきたインクはインク供給チャネ
ル３００に沿って矢印方向に流れることにより，インク
チャンバ９の内部に充填される。
【００６０】以下，上記のように構成されているノズル
プレート装置１００を適用したインクジェットプリント
ヘッドの作用について説明する。
プレート装置１００を適用したインクジェットプリント
ヘッドの作用について説明する。
【００６１】図６に示すように，まず，外部の電源から
電極層（図示していない）に電気的な信号が入力される
と，電極層に接続された加熱器１１は電気的なエネルギ
ーの供給を受けて瞬間的に５００℃以上の高温まで急速
に加熱される。この過程において，電気的なエネルギー
は５００℃〜５５０℃程度の熱エネルギーに変換され
る。
電極層（図示していない）に電気的な信号が入力される
と，電極層に接続された加熱器１１は電気的なエネルギ
ーの供給を受けて瞬間的に５００℃以上の高温まで急速
に加熱される。この過程において，電気的なエネルギー
は５００℃〜５５０℃程度の熱エネルギーに変換され
る。
【００６２】変換された熱は加熱器１１が設けられてい
るインクチャンバ４内部に伝達されて，伝達された熱に
よりインクチャンバ４の内部に充填されたインク４００
は急速に加熱され，バブル形状に変形する。
るインクチャンバ４内部に伝達されて，伝達された熱に
よりインクチャンバ４の内部に充填されたインク４００
は急速に加熱され，バブル形状に変形する。
【００６３】インクチャンバ９の内部にさらに熱が伝達
されると，バブル形状のインク４００は急速に体積を変
化させて膨脹し，ついにはノズルプレート８のノズル１
０を通って外部に押され，噴射直前の状態になる。噴射
直前のインク４００はそれ自体の重量により楕円形／円
形に変形して外部の印刷用紙に噴射され，これにより外
部に配置された印刷用紙には迅速なプリンティングが行
われる。
されると，バブル形状のインク４００は急速に体積を変
化させて膨脹し，ついにはノズルプレート８のノズル１
０を通って外部に押され，噴射直前の状態になる。噴射
直前のインク４００はそれ自体の重量により楕円形／円
形に変形して外部の印刷用紙に噴射され，これにより外
部に配置された印刷用紙には迅速なプリンティングが行
われる。
【００６４】ここで，上述のようにノズルプレート８の
内部面１３は，本実施の形態特有の組成物であるＮｉＨ
２・ＳＯ３・Ｈ，ＮｉＣｌ２，Ｈ３ＢＯ３，Ｃ１２Ｈ
２５ＳＯ４・ＮａＳを含む電解溶液を電解媒質として荒
く形成されるため１．０μｍ〜１．５μｍ程度の大きい
表面粗さを有し，その結果，インク４００との表面張力
を極めて少なくすることによりインク４００の凝集現象
を予め防止することができる。このようにインク４００
の凝集を予防すれば，インク供給チャネル３００から供
給されるインクはインクチャンバ９の内部に円滑に供給
され，インクチャンバ９は充分な量のインクの供給を受
けることができ，従来のように気泡を生成することはな
い。
内部面１３は，本実施の形態特有の組成物であるＮｉＨ
２・ＳＯ３・Ｈ，ＮｉＣｌ２，Ｈ３ＢＯ３，Ｃ１２Ｈ
２５ＳＯ４・ＮａＳを含む電解溶液を電解媒質として荒
く形成されるため１．０μｍ〜１．５μｍ程度の大きい
表面粗さを有し，その結果，インク４００との表面張力
を極めて少なくすることによりインク４００の凝集現象
を予め防止することができる。このようにインク４００
の凝集を予防すれば，インク供給チャネル３００から供
給されるインクはインクチャンバ９の内部に円滑に供給
され，インクチャンバ９は充分な量のインクの供給を受
けることができ，従来のように気泡を生成することはな
い。
【００６５】また，ノズルプレート８の外部面１４は，
ポリシング処理されたマスタプレート２００の表面に接
触して形成され，その後の上述の分離過程において最終
的には分離されるため，例えば０．００８μｍ〜０．０
１６μｍ程度の小さい表面粗さを有し，インク４００と
の表面張力を大きくできるので，インク４００が符号４
０１のように延び，他の隣接するノズルに遊動する“ク
ロストーク”等の不具合を解決することができる。
ポリシング処理されたマスタプレート２００の表面に接
触して形成され，その後の上述の分離過程において最終
的には分離されるため，例えば０．００８μｍ〜０．０
１６μｍ程度の小さい表面粗さを有し，インク４００と
の表面張力を大きくできるので，インク４００が符号４
０１のように延び，他の隣接するノズルに遊動する“ク
ロストーク”等の不具合を解決することができる。
【００６６】従来，上述の“クロストーク”，“気泡発
生”等の課題を解決するためには高価な装備による膜形
成過程を実行しなければならず，これにより全体的な工
程の効率が低下するという課題が発生した。しかし，本
実施の形態においては，単一の層から成るにも拘わら
ず，低価な電気鋳造方式または電気めっき方式を応用し
て内部面１３と外部面１４とのそれぞれの表面粗さが異
なるノズルプレート８を形成することにより，膜形成過
程等の複雑なプロセスを要することなく上述の“クロス
トーク”，“気泡発生”等の課題を解消することができ
る。
生”等の課題を解決するためには高価な装備による膜形
成過程を実行しなければならず，これにより全体的な工
程の効率が低下するという課題が発生した。しかし，本
実施の形態においては，単一の層から成るにも拘わら
ず，低価な電気鋳造方式または電気めっき方式を応用し
て内部面１３と外部面１４とのそれぞれの表面粗さが異
なるノズルプレート８を形成することにより，膜形成過
程等の複雑なプロセスを要することなく上述の“クロス
トーク”，“気泡発生”等の課題を解消することができ
る。
【００６７】上述のようにインク４００の噴射が行わ
れ，瞬間的に外部の電源から供給された電気的な信号が
遮断されると，加熱器１１は急速に冷却され，インクチ
ャンバ９の内部に残留したバブル形態のインク４００は
急速に収縮して正常な形態に復元する復元力が生ずる。
この復元力により，インクチャンバ９内部の圧力は急激
に低下し，これによりインク供給チャネル３００を流れ
るインクがインクチャンバ９内部に迅速に再充填され
る。
れ，瞬間的に外部の電源から供給された電気的な信号が
遮断されると，加熱器１１は急速に冷却され，インクチ
ャンバ９の内部に残留したバブル形態のインク４００は
急速に収縮して正常な形態に復元する復元力が生ずる。
この復元力により，インクチャンバ９内部の圧力は急激
に低下し，これによりインク供給チャネル３００を流れ
るインクがインクチャンバ９内部に迅速に再充填され
る。
【００６８】インクジェットプリントヘッドは，電気的
な信号に応じて上述のインク噴射／インク再充填過程を
断続的に反復することにより，外部から供給される印刷
用紙に迅速な印刷作業を行なう。
な信号に応じて上述のインク噴射／インク再充填過程を
断続的に反復することにより，外部から供給される印刷
用紙に迅速な印刷作業を行なう。
【００６９】以上，本発明による好ましい実施形態につ
いて詳細に説明したが，本発明が属する技術分野におい
て通常の知識を持つ者であれば，添附された請求範囲に
定義された本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本
発明を多様に変形または変更して実施することができ
る。すなわち，本発明はインクジェットプリントヘッド
に限定されるものではなく，マイクロインジェクティン
グデバイスが適用される医療機器のマイクロポンプ，燃
料噴射装置等において全般的に有用な効果を奏する。
いて詳細に説明したが，本発明が属する技術分野におい
て通常の知識を持つ者であれば，添附された請求範囲に
定義された本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本
発明を多様に変形または変更して実施することができ
る。すなわち，本発明はインクジェットプリントヘッド
に限定されるものではなく，マイクロインジェクティン
グデバイスが適用される医療機器のマイクロポンプ，燃
料噴射装置等において全般的に有用な効果を奏する。
【００７０】
【発明の効果】以上のように本発明によるマイクロイン
ジェクティングデバイスのノズルプレート装置とその製
造方法によると，低価な電気鋳造方式または電気めっき
方式を応用しつつ，ノズルプレートの内部面と外部面の
表面粗さが異なるように構成することにより，全体的な
工程の効率を向上させるとともに“気泡発生”，“クロ
ストーク”等の課題を解決することができる。
ジェクティングデバイスのノズルプレート装置とその製
造方法によると，低価な電気鋳造方式または電気めっき
方式を応用しつつ，ノズルプレートの内部面と外部面の
表面粗さが異なるように構成することにより，全体的な
工程の効率を向上させるとともに“気泡発生”，“クロ
ストーク”等の課題を解決することができる。
【図１】本発明に係るマイクロインジェクティングデバ
イスのノズルプレート装置の製造方法の一つの実施の形
態を順に示す工程図であって，マスタプレートが形成さ
れた状態を示す。
イスのノズルプレート装置の製造方法の一つの実施の形
態を順に示す工程図であって，マスタプレートが形成さ
れた状態を示す。
【図２】マスタプレートの上部にノズルプレートが積層
された状態を示す図１と同様の図である。
された状態を示す図１と同様の図である。
【図３】ノズルプレートの上部にポリイミド層及びプロ
テクトマスク層が積層された状態を示す図１と同様の図
である。
テクトマスク層が積層された状態を示す図１と同様の図
である。
【図４】マスタプレートからノズルプレートを分離した
状態を示す図１と同様の図である。
状態を示す図１と同様の図である。
【図５】本発明によるノズルプレート装置の使用例を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図６】本発明によるノズルプレート装置の動作状態を
示す断面図である。
示す断面図である。
４ インクチャンバ ７ インクチャンババリヤ層 ７′ ポリイミド層 ８ ノズルプレート ９ インクチャンバ １０′ ノズル領域 １１ 加熱層 １３ 内部面 １４ 外部面 ２０ プロテクトマスク層 １００ ノズルプレート装置 ２００ マスタプレート ２０１ Ｓｉ基板 ２０２ 保護膜 ２０３ 第１金属層 ２０４ 第２金属層 ３００ インク供給チャネル ４００ インク
フロントページの続き (72)発明者 スミロノバ バレンティナ コンスタンテ ィノブニ ロシア， 115597， モスクワ， アセニ ェバヤ街 コルプス １−32， アパート 186
Claims (24)
- 【請求項１】 ノズル領域が画定されたマスタプレート
を形成する段階と，前記マスタプレートの表面をポリシ
ングする段階と，前記マスタプレートの表面にノズルプ
レート層を形成する段階と，前記マスタプレートから前
記ノズルプレートを分離する段階とを含むことを特徴と
するマイクロインジェクティングデバイスのノズルプレ
ート装置製造方法。 - 【請求項２】 前記マスタプレートを形成する段階は，
保護膜が形成された基板上に第１金属層を形成する段階
と，前記第１金属層上に第２金属層を形成する段階と，
前記ノズル領域を画定するために，前記第１金属層と第
２金属層を蝕刻して前記保護膜の一部を露出させる段階
とを含む請求項１に記載のマイクロインジェクティング
デバイスのノズルプレート装置製造方法。 - 【請求項３】 前記第１金属層は，バナジウムである請
求項２に記載のマイクロインジェクティングデバイスの
ノズルプレート装置製造方法。 - 【請求項４】 前記第２金属層は，ニッケルである請求
項２または３に記載のマイクロインジェクティングデバ
イスのノズルプレート装置製造方法。 - 【請求項５】 前記マスタプレートの表面をポリシング
する段階は，前記マスタプレートの表面を脱脂した後熱
処理する段階と，前記マスタプレートを所定温度の処理
溶液で表面処理する段階を含む請求項１に記載のマイク
ロインジェクティングデバイスのノズルプレート装置製
造方法。 - 【請求項６】 前記マスタプレートの熱処理は，３２℃
〜３７℃の温度で行われる請求項５記載のマイクロイン
ジェクティングデバイスのノズルプレート装置製造方
法。 - 【請求項７】 前記マスタプレートの熱処理時間は，１
０分〜１４分である請求項５または６に記載のマイクロ
インジェクティングデバイスのノズルプレート装置製造
方法。 - 【請求項８】 前記マスタプレートの表面処理は，２２
℃〜２７℃の温度で行われる請求項５乃至７のいずれか
に記載のマイクロインジェクティングデバイスのノズル
プレート装置製造方法。 - 【請求項９】 前記マスタプレートの表面処理時間は，
１０秒〜２０秒である請求項８記載のマイクロインジェ
クティングデバイスのノズルプレート装置製造方法。 - 【請求項１０】 前記マスタプレートの表面にノズルプ
レート層を形成する段階の後に，所定の計算式により前
記ノズルプレート層の厚さを確認して前記ノズルプレー
ト層の形成を終了する段階をさらに含む請求項１に記載
のマイクロインジェクティングデバイスのノズルプレー
ト装置製造方法。 - 【請求項１１】 前記計算式は，下記のようである請求
項１０に記載のマイクロインジェクティングデバイスの
ノズルプレート装置製造方法。δ＝｛（Ｐ１−Ｐ２）×
１０４／Ｓ｝×γ（ここで，δはノズルプレート層の厚
さ，Ｐ１はノズルプレート層が形成される前のマスタプ
レートの重量，Ｐ２はノズルプレート層が形成された後
のマスタプレートの重量，Ｓはノズルプレート層の面
積，γはノズルプレートの比重） - 【請求項１２】 前記ノズルプレート層の形成を終了し
た段階後に，前記ノズルプレートをガラスタンク内で熱
処理する段階をさらに含む請求項１０または１１に記載
のマイクロインジェクティングデバイスのノズルプレー
ト装置製造方法。 - 【請求項１３】 前記ガラスタンク内での熱処理温度
は，２０℃〜３０℃である請求項１２に記載のマイクロ
インジェクティングデバイスのノズルプレート装置製造
方法。 - 【請求項１４】 前記ノズルプレート層は，電解溶液を
利用した電気鋳造方式または電気めっき方式により形成
される請求項１に記載のマイクロインジェクティングデ
バイスのノズルプレート装置製造方法。 - 【請求項１５】 前記電解溶液には，ＮｉＨ２・ＳＯ３
・Ｈ，ＮｉＣｌ２，Ｈ３ＢＯ３，Ｃ１２Ｈ２５ＳＯ４・
ＮａＳ及び純水が所定比で混合されている請求項１４に
記載のマイクロインジェクティングデバイスのノズルプ
レート装置製造方法。 - 【請求項１６】 前記電解溶液には，前記ＮｉＨ２・Ｓ
Ｏ３・Ｈが２８０ｇ／〜３２０ｇ／リットル，ＮｉＣｌ
２が１８ｇ／リットル〜２２ｇ／リットル，Ｈ３ＢＯ３
が２８ｇ／リットル〜３２ｇ／リットル，Ｃ１２Ｈ２５
ＳＯ４・ＮａＳが０．０３ｇ／リットル〜０．０８ｇ／
リットルの組成比で混合される請求項１５に記載のマイ
クロインジェクティングデバイスのノズルプレート装置
製造方法。 - 【請求項１７】 前記電解溶液には，前記ＮｉＨ２・Ｓ
Ｏ３・Ｈが３００ｇ／リットル，ＮｉＣｌ２が２０ｇ／
リットル，Ｈ３ＢＯ３が３０ｇ／リットル，Ｃ１２Ｈ
２５ＳＯ４・ＮａＳが０．０５ｇ／リットルの組成比で
混合される請求項１６に記載のマイクロインジェクティ
ングデバイスのノズルプレート装置製造方法。 - 【請求項１８】 前記電気鋳造または電気めっきに利用
される電流は，０．１Ａ／ｍ２の密度で４０分〜６０
分，０．２Ａ／ｍ２の密度で２５分〜３５分，０．３Ａ
／ｍ２の密度で１８分〜２２分，０．４Ａ／ｍ２の密度
で１８分〜２２分，０．１Ａ／ｍ２の密度で８分〜１２
分間流される請求項１４に記載のマイクロインジェクテ
ィングデバイスのノズルプレート装置製造方法。 - 【請求項１９】 前記電流は，０．１Ａ／ｍ２の密度で
６０分，０．２Ａ／ｍ２の密度で３０分，０．３Ａ／ｍ
２の密度で２０分，０．４Ａ／ｍ２の密度で２０分，
０．１Ａ／ｍ２の密度で１０分間流される請求項１８記
載のマイクロインジェクティングデバイスのノズルプレ
ート装置製造方法。 - 【請求項２０】 前記ノズルプレート層の厚さは，１５
μｍ〜２５μｍである請求項１に記載のマイクロインジ
ェクティングデバイスのノズルプレート装置製造方法。 - 【請求項２１】 目的物を噴射するための複数のノズル
が内部面と外部面とを貫通する単一の層からなるノズル
プレートを含み，前記内部面の表面粗さは，前記外部面
の表面粗さより大きいことを特徴とするマイクロインジ
ェクティングデバイスのノズルプレート装置。 - 【請求項２２】 前記ノズルプレートは，ノズル領域を
有し，かつ表面がポリシングされたマスタプレートを，
ＮｉＨ２・ＳＯ３，Ｈ，ＮｉＣｌ２，Ｈ３ＢＯ３，Ｃ
１２Ｈ２５ＳＯ４・ＮａＳ及び純水を所定比で混合した
電解溶液に含浸して所定密度の電流を連続的に流すこと
により形成された請求項２２に記載のマイクロインジェ
クティングデバイスのノズルプレート装置。 - 【請求項２３】 前記内部面の表面粗さはＲａ＝１．０
μｍ〜１．５μｍである請求項２１または２２に記載の
マイクロインジェクティングデバイスのノズルプレート
装置。 - 【請求項２４】 前記外部面の表面粗さはＲａ＝０．０
０８μｍ〜０．０１６μｍである請求項２１ないし２３
のいずれかに記載のマイクロインジェクティングデバイ
スのノズルプレート装置。
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