JP2000334965A - ノズル形成部材及びインクジェットヘッド並びにノズル形成部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 インクジェット記録装置において、高速及び
高解像度の記録を行うために、ノズルの狭ピッチが図
れ、インク滴吐出特性の良好なノズル形成部材及びノズ
ル形成部材を歩留まり良く製造できるノズル形成部材の
製造方法を提供する。 【解決手段】 ノズル孔３１は、インク吐出方向とノズ
ル孔内周面の接線方向のなす角度θが少なくともインク
吐出面側内周面３１ａとインク流入面側内周面３１ｂで
異なり、且つ、角度θが連続的に変化する部位３６を有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットヘッ
ド及びその製造方法並びにノズル形成部材及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写
装置等の画像形成装置として用いるインクジェット記録
装置においては、インク滴を吐出する複数のノズルと、
各ノズルが連通する液流路（加圧室、吐出室、加圧液
室、圧力室、インク室、液室などとも称される。）を形
成する液流路形成部材と、各液流路内のインクを加圧し
てノズルからインク滴を吐出させるためのエネルギーを
発生する圧電素子等の電気機械変換素子、或いはヒータ
等の電気熱変換素子、若しくは電極及び振動板などの静
電気力発生手段などからなるエネルギー発生手段（アク
チュエータ素子）とを備えたインクジェットヘッドを搭
載し、このヘッドのアクチュエータ素子を画像情報に応
じて駆動することで所要のノズルからインク滴を吐出さ
せて画像を記録する。

【０００３】このようなインクジェット記録装置のイン
クジェットヘッドはエネルギー発生手段を駆動すること
によってノズルから液滴化したインクを吐出飛翔させて
記録を行なうため、ノズル孔の形状、精度がインク滴の
噴射特性に影響を与えると共に、ノズル孔を形成してい
るノズル形成部材の表面特性がインク滴の噴射特性に影
響を与える。例えば、ノズル形成部材表面（インク吐出
面）のノズル孔周辺部にインクが付着して不均一なイン
ク溜りが生じると、インク滴の噴射方向が曲げられた
り、インク滴の大きさにばらつきが生じたり、インク滴
の飛翔速度が不安定になる等の不都合がある。

【０００４】そこで、従来からノズル形成部材の表面に
撥水性（撥インク性）を有する表面層（膜）を設けるこ
とで不均一なインク溜りが発生することを防ぐ方法が知
られている。例えば、シリコン系撥水剤、フッ素系撥水
剤などの撥水剤を塗布する方法（特開平５５−６５５６
４号公報、特開平９−７６５１２号公報参照）、フロロ
アルコキシシランなどで表面処理する方法（特開昭５６
−８９５６９号公報参照）、フッ素系化合物やシラン系
化合物のプラズマ重合物を形成する方法（特開昭６４−
８７３５９号公報参照）、フッ素系高分子共析メッキで
撥水膜を形成する方法（特開平６３−３９６３号公報、
特開平４−２９４１４５号公報、特開平７−１２５２２
０号公報、特開平７−５２３８２号公報、特開平８−２
４４２３５号公報参照）などがある。

【０００５】これらの従来の各種ノズル形成部材及びそ
の製造方法について図１２以降を参照して説明する。 （従来技術１）電鋳法を用いた一般的なノズル形成部材
及び撥水性表面層の作製方法について図１２を参照して
説明すると、同図（ａ）に示すように導電性を有する基
板１０１上にノズル孔に相当する箇所に有機レジスト１
０２をパターニングし、さらに電鋳法によりノズル形成
部材となる金属膜１０３を等方的に形成した後、同図
（ｂ）に示すように金属膜１０３を剥離してノズル形成
部材を得る。この場合、基板１０１側と接していた開口
部がインク吐出口１０７となり、それに相対する開口部
がインク流入口１０８となる（同図（ｅ）参照）のが一
般的である。なお、「インク吐出口」はノズル孔のイン
ク吐出面側開口部を、「インク流入口」はノズル孔のイ
ンク流入面（液室面）側開口部を意味する用語として用
いる。

【０００６】そこで、同図（ｃ）に示すように、シール
部材１０４によって金属膜１０３表面をシールした後、
同図（ｄ）に示すように、インク流入口１０８側より有
機膜１０５等を充填した後シール部材１０４を除去し、
金属膜１０３表面に電解共祈メッキ法等により金属とポ
リテトラフルオロエチレン（以下「ＰＴＦＥ」とい
う。）の共析メッキ膜からなる撥水性表面層１０６を形
成し、同図（ｅ）に示すように有機膜１０５を除去し
て、撥水性表面層１０６を有するノズル形成部材１０３
を完成する。

【０００７】（従来技術２）次に、特開昭６３−３９６
３号公報に開示されたノズル形成部材及び撥水性表面層
の作製方法を図１３を参照して説明すると、基板２０１
上に離型層２０２を形成して、更にノズル孔に相当する
箇所にドライフィルムレジスト２０３をパターニングす
る。そして、同図（ｂ）に示すように、殿中法によりノ
ズル形成部材となる金属膜１０３を成膜した後、連続し
て四フッ化樹脂を含んだ金属メッキ層からなる撥水性表
面層１０６を形成し、同図（ｃ）に示すように離型層２
０２及び基板２０１を除去し、撥水性表面層１０６を有
するノズル形成部材１０３を完成する。

【０００８】（従来技術３）次に、特開昭６２−２３４
９４１号公報や特開平１０−１６２３６号公報に開示さ
れているノズル形成部材について図１３を参照して説明
すると、同図（ａ）に示すように、導電性を有する基板
１０１上にノズル孔に相当する箇所に有機レジスト１０
２をパターニングした後、有機レジスト１０２上に有機
レジスト膜３０１をインク流入面側開口径（吐出口径）
の寸法でパターニングする。

【０００９】そして、同図（ｂ）に示すように、電鋳法
によりノズル形成部材となる金属膜１０３を等方的に形
成する。但し、上述した従来技術１と異なり、ノズル孔
に相当する箇所においては有機レジスト膜３０１が金属
膜１０３の堆積の方向を規定する。そこで、同図（ｃ）
に示すように、金属膜１０３を基板１０１から剥離して
有機レジスト１０２及び有機レジスト３０１を除去す
る。この場合も、基板１０１側と接していた開口部がイ
ンク吐出口１０７となり、それに相対する開口部がイン
ク流入口１０８となるのは上記従来技術１と同様であ
る。

【００１０】次いで、同図（ｄ）に示すように、シール
部材１０４により金属膜１０３表面をシールし、同図
（ｅ）に示すように、インク流入口１０８側より有機膜
１０５等を充填した後シール部材１０４を除去し、金属
膜１０３表面に電解共析メッキ法等により金属とＰＴＦ
Ｅの共析メッキ膜からなる撥水性表面層１０６を形成す
る。その後、同図（ｆ）に示すように、有機膜１０５を
除去して、機水性表面層１０６を有するノズル形成部材
１０３が完成する。

【００１１】（従来技術４）次に、実開平１−７４１４
２号公報に開示されているノズル形成部材について図１
５を参照して説明すると、このノズル形成部材は、ノズ
ル孔４００の内周面（内壁面）に、インク吐出口４０１
側の開口径をインク流入口４０３側の開口径よりも小さ
くする段部４０２を一個所以上形成したものである。

【００１２】このノズル形成部材のノズル孔４００はイ
ンク吐出面側（上部）の内周部接線方向とインク吐出方
向は平行であり、インク流入面側（下部）の内周部接線
方向とインク吐出方向も平行である。すなわち、上部と
下部の内周部は平行であり、また、上部と下部をつなぐ
段部４０２は鋭角的（以下「不連続的」という。）であ
る。

【００１３】（従来技術５）次に、特開平１０−１６２
３６号公報の従来技術等として開示されているノズル形
成部材について図１６を参照して説明すると、このノズ
ル形成部材はプレス加工等により作製されており、ノズ
ル孔５００はインク吐出口（表面）５０１側の開口径が
インク流入口（裏面）５０３側の開口径よりも小さくな
っており、かつ、インク吐出方向とノズル孔内周面の接
線方向のなす角度が、任意の部位５０２においてインク
吐出面側とインク流入面側で異なっているが、角度が変
化する部位５０２は不連続的である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術１の
ノズル形成部材及びその製造方法にあっては、図１２
（ｅ）に示すように、金属膜１０３の膜厚をｘμｍ、イ
ンク吐出口１０７の径をｙμｍとすると、電鋳法による
ノズル孔の形成が等方的であるため、インク流入口１０
８の概略の径は２ｘ＋ｙμｍとなる。したがって、高速
及び高解像度の記録を行うために必要である隣接ノズル
孔間の狭ピッチ化が困難であると共に、狭ピッチ化を図
るために金属膜（ノズル形成部材）の膜厚ｘμｍを小さ
くすると、生産上の歩留まりが低下し、ノズル形成部材
の信頼性も低下する。

【００１５】また、従来技術２のノズル形成部材及びそ
の製造方法にあっては、金属膜の膜厚相当の膜厚で形成
するドライフィルムレジスト２０３の上方の任意の箇所
における外径がインク吐出口の径ｙμｍとなり、ドライ
フイルムレジスト２０３最下部の外径がインク流入口の
径となる。

【００１６】ここで、ノズル形成部材となる金属膜の膜
厚を実用上適した膜厚、例えば５０〜１００μｍとする
場合、上記ドライフィルムレジストをそれ以上の膜厚
で、写真製版法により、垂直に露光及び現像しなければ
ならない。このとき、ドライフィルムレジストの上面が
インク吐出口の径を規定するため、その径の制御が高精
度に行わなければならない。特に、高速及び高解像度の
記録を行うためにはノズル径の制御が重要であるが、上
述したように５０〜１００μｍ高さの部位でドライフィ
ルムレジストの径を高精度に制御することは困難であ
り、インク滴吐出特性（インク滴噴射特性）にバラツキ
が生じ、また製造上も歩留りが低下する。

【００１７】さらに、従来技術３のノズル形成部材及び
その製造方法にあっては、上述した従来技術１及び２の
ような問題は有しないが、従来技術1と同様にシール部
材をノズル形成部材上に形成した後有機膜等をノズル孔
内に充填し、撥水性表面層を形成するという工程数の長
い工法をとらざるを得ない。そのために、歩留まりが低
下して、製造コストが高くなる。

【００１８】次に、従来技術４のノズル形成部材にあっ
ては、ノズル孔内の段部が不連続的であるため、この段
部にインク吐出時に気泡溜りが生じ易く、また段部でエ
ネルギー発生手段より伝わるエネルギーの損失が発生し
易いために、インク滴吐出特性が低下する。

【００１９】また、従来技術５のノズル形成部材にあっ
ても、ノズル孔内周面が吐出方向に不連続的に変化する
ために、エネルギー発生手段より伝わるエネルギーの損
失が発生し易く、インク滴吐出特性が低下する。

【００２０】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、狭ピッチを図れ、インク滴吐出特性の良好なノ
ズル形成部材及びインクジェットヘッドを提供し、ま
た、かかるノズル形成部材を歩留まり良く製造できるノ
ズル形成部材の製造方法を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るノズル形成部材は、ノズル孔を、イン
ク吐出方向とノズル孔内周面の接線方向のなす角度が少
なくともインク吐出面側とインク流入面側で異なり、且
つ、前記角度が連続的に変化する部位を有する構成とし
たものである。

【００２２】ここで、インク流入面側の任意の角度を有
する部位の厚さはこれと異なる角度を有する部位の厚さ
に対して１．０〜２．０倍の厚さにすることが好まし
い。また、インク吐出面側の任意の角度を有する部位の
厚さが１０μｍを下回らないようにすることが好まし
い。さらに、インク吐出方向とノズル孔内周面の接線方
向のなす角度はインク吐出面側よりもインク流入面側を
小さくするか、或いはインク吐出面側よりもインク流入
面側を大きくするかいずれでもできる。

【００２３】本発明に係るインクジェットヘッドは、上
述したノズル形成部材を用いたものである。

【００２４】本発明に係るノズル形成部材の製造方法
は、上述したノズル形成部材を製造する方法であって、
少なくとも表面が導電性を有する基板上に第1の感光性
有機膜を形成し、第1のマスク部材を介して露光した
後、第２の感光性有機膜を形成し、第２のマスク部材を
介して露光し、次いで、これらの第１、第２の感光性有
機膜を一括して現像して、ノズル孔部位に相当する箇所
に積層の有機膜パターンを形成した後、金属膜を形成す
る構成としたものである。

【００２５】ここで、第1の感光性有機膜を露光した後
第２の感光性有機膜を形成する前に第１の感光性有機膜
を過熱処理することができる。また、基板上に形成する
金属膜は有機膜パターンの膜厚より薄い膜厚にすること
が好ましく、更に金属膜を形成した後連続して撥水性を
有する表面層を形成することが好ましい。この撥水性を
有する表面層としてＰＴＦＥと金属の複合膜を共析メッ
キ法により形成することができる。

【００２６】また、基板表面の法線方向と露光及び現像
された第１の感光性有機膜のテーパー部がなす角度が、
基板表面の法線方向と露光及び現像された第２の感光性
有機膜のテーパー部がなす角度に比べて小さくなるよう
に、或いは逆に大きくなるようにすることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明を適用したイン
クジェットの模式的断面説明図、図２は同ヘッドの図１
と直交する方向の模式的断面説明図である。

【００２８】このインクジェットヘッドは、振動板基板
１と、この振動板基板１の下側にギャップ部材２を介し
て設けた電極基板３と、振動板基板１の上側に設けた液
室基板４と、この液室基板４上に設けたノズル形成部材
であるノズルプレート５とを備え、複数のノズル６と、
各ノズル６が連通する吐出室７と、各吐出室７にインク
を供給するための共通インク室８と、各吐出室７と共通
インク室８とを連通する流体抵抗部９などを形成してい
る。

【００２９】振動板基板１には、吐出室７及びこの吐出
室７の底部をなす振動板１１を形成する凹部１２と、共
通インク室８を形成する凹部１３、流体抵抗部９を形成
する溝部１４などを形成している。この振動板基板１
は、ＳＵＳ基板などの金属基板、シリコン基板等をエッ
チングすることで所望の微細な液室を構成するパターン
を形成したものである。

【００３０】電極基板３にはギャップ部材２で形成され
る所定のギャップを置いて振動板１１に対向する個別電
極１５を埋設し、この個別電極１５と振動板１１とによ
って、振動板１１を変位させて吐出室７の内容積を変化
させるアクチュエータ部を構成している。なお、個別電
極１５表面には振動板１１とのショートなどを防止する
ための酸化膜などからなる保護膜１６を設けている。

【００３１】液室基板４には吐出室７及び共通インク室
８を形成する貫通部１６、１８などを形成している。そ
して、この液室基板４上にノズル６を有するノズルプレ
ート５を設けている。また、このノズルプレート５のイ
ンク吐出面側には撥水性表面層１９を形成している。

【００３２】これらの振動板基板１、ギャップ部材２、
電極基板３、液室基板４及びノズルプレート５は、直接
接合、共晶接合、陽極接合、接着剤による接合等によっ
て接合している。

【００３３】このインクジェットヘッドにおいては、駆
動波形を個別電極１５に印加して振動板１１と電極１５
との間に充電することで電荷によるクーロン力を発生さ
せ、振動板１１を電極１５側に撓ませて、吐出室７の容
積を拡大する。この状態から、電極１５と振動板１１と
の間の電荷を急激に放電させることにより、振動板１１
はその弾性復元力によって復帰し、吐出室７内の容積が
急激に収縮し、このとき発生するインク圧力によってノ
ズル６からインク滴が吐出される。

【００３４】そして、再度電極１５に駆動波形を印加し
て振動板１１を電極１５側に変位させてその状態に保持
し、インク滴吐出により吐出室７内に負圧が生じて共通
インク室８からインク供給路（流体抵抗部）９を通じて
吐出室７内にインクが供給され、ノズル６内のインクメ
ニスカスがある程度安定した状態で、次のインク滴吐出
行程へと移行する。

【００３５】ここで、ノズルプレート５を構成する本発
明に係るノズル形成部材の第１実施形態について図３を
参照して説明する。なお、同図（ａ）はノズル孔付近の
要部説明図、同図（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。

【００３６】このノズル形成部材３０にはノズル６を構
成するノズル孔３１を形成している。このノズル孔３１
は、同図（ａ）に示すようにインク吐出面側の開口（イ
ンク吐出口）３２の開口径（これを「吐出口径」とい
う。）をインク流入面側の開口（インク流入口）３３の
開口径よりも小さく形成している。

【００３７】このノズル孔３１は、ノズル形成部材３０
のインク吐出方向とノズル孔３１内周面の接線方向のな
す角度（これを「角度θ」で標記する。）が吐出面側と
流入面側で異なる２つのノズル孔内周面３１ａを形成す
る部位３４及びノズル孔内周面３１ｂを形成する部位３
５と、これらの各周面３１ａ、３１ｂの境界部を連続的
に形成する部位（これを「中間部位」という。）３６と
で形成している。

【００３８】ここで、インク吐出面側のインク孔内周面
３１ａはインク吐出方向と内周面の接線方向のなす角
度、すなわち線ｃと線ａとで形成される角度を角度θ１
に形成し、また、インク流入面側のインク孔内周面３１
ｂはインク吐出方向と内周面の接線方向のなす角度、す
なわち線ｃと線ｂとで形成される角度を角度θ２に形成
している。これらの角度θ１とθ２とは、θ１＞θ２、
になるように形成している。

【００３９】このように、インク流入面側の部位３５の
内周面３１ｂの接線方向とインク吐出方向とのなす角度
θ２を、インク吐出面側の部位３４の内周面３１ａの接
線方向とインク吐出方向とのなす角度θ１に比べて小さ
くする（θ２＜θ１）ことで、インク吐出面側の部位３
４の内周面３１ａを同図に代表される逆テーパー形状に
形成できる。

【００４０】そして、インク滴吐出における吐出時のイ
ンク液面のメニスカス位置をノズル孔のインク吐出口側
端部に設定した場合、上記のように逆テーパー形状にす
ることにより、インク吐出口側端部が鋭角的であること
から、吐出面の表面張力及び吐出口端部のエッジ効果に
よって、インク滴のメニスカス位置をノズル孔のインク
吐出口側端部に容易に制御できるので、インク滴の吐出
特性（噴射特性）、特に吐出方向性の制御が容易にな
る。

【００４１】また、同図（ｂ）に示すようにノズル孔３
１の角度θが異なる吐出面側の部位３４と流入面側の部
位３５の途中に角度θが変化する中間部位３６を設けて
いるが、この中間部位３６は、鋭角的でなく、丸みを持
たせて滑らかに形成することによって角度θの異なる内
周面３１ａ、３１ｂが連続的に変化するようにしてい
る。

【００４２】さらに、インク流入面側の任意の角度θ２
を有する部位３５の厚さｔ２、これと異なる角度θ１を
有する部位３４の厚さｔ１としたとき、厚さｔ２を厚さ
ｔ１に対して１．０〜２．０倍にしている。この関係を
満足することによって、後述する本発明に係る製造方法
を用いたときの吐出口径（インク吐出口の開口径）の制
御が容易になり、また、インク滴吐出特性を安定させる
ことができる。

【００４３】また、インク吐出面側の角度θ１をなす部
位３４の厚さｔ１は１０μｍを下回らないようにしてい
る。これにより、後述するように、ノズル形成部材の製
造工程における吐出口径の制御が容易になり、またイン
ク滴吐出特性も安定させることができる。

【００４４】このようにノズル形成部材３０は、ノズル
孔３１を、インク吐出方向とノズル孔内周面の接線方向
のなす角度θが少なくともインク吐出面側とインク流入
面側で異なり、且つ、角度θが連続的に変化する中間部
位３６を有する構成としたので、インク流入口側からイ
ンク吐出口側へ効率的にインク滴吐出圧力を伝えること
ができ、気泡溜まり等による圧力損失が低減して、イン
ク滴吐出特性が向上する。それと共に、インク流入口側
の大きさを抑えることができて、隣接ノズル間の狭ピッ
チ化を図る場合に歩留まりが良く、ノズル径の制御が容
易な製造方法を採用することが可能になる。

【００４５】次に、本発明に係るノズル形成部材の第２
実施形態について図４を参照して説明する。なお、同図
（ａ）はノズル孔付近の要部説明図、同図（ｂ）は
（ａ）の要部拡大図である。このノズル形成部材３０に
おいては、ノズル孔３１のインク孔内周面３１ａの角度
θ１とインク流入面側のインク孔内周面３１ｂの角度θ
２とを、上記第１実施形態とは逆に、θ１＜θ２になる
ように形成している。なお、その他の構成は第１実施形
態と同様である。

【００４６】このように、インク流入面側の部位３５の
内周面３１ｂの接線方向とインク吐出方向のなす角度θ
２を、インク吐出面側の部位３４の内周面３１ａの接線
方向とインク吐出方向のなす角度θ１に比べて大きくす
る（θ２＞θ１）ことにより、インク吐出面側の部位３
４の内周面３１ａを同図に代表されるようなほぼ垂直形
状に形成できる。

【００４７】そして、インク滴吐出における吐出時のイ
ンク液面のメニスカス位置をノズル孔のインク吐出口端
部より内側（インク流入口に近づく方向）に設定した場
合に、吐出面側の部位３４の内周面がほぼ垂直形状であ
ることから、インク滴のメニスカス位置が多少変化して
も液面の大きさが変わらず、インク滴の大きさ及び飛翔
初速度を制御でき、それによりインク滴吐出特性の制御
が容易になる。

【００４８】次に、本発明に係るノズル形成部材の製造
方法の第１実施形態について上記第１実施形態（図３）
のノズル形成部材を製造する場合を例に図５乃至図７を
参照して説明する。なお、図５は製造工程を説明する模
式的断面説明図、図６は同製造工程の一部分の工程フロ
ーを説明するフロー図、図７は有機膜パターンの要部拡
大説明図である。

【００４９】図５を主に参照して説明すると、同図
（ａ）に示すように、ステンレスなどの導電性基板、或
いはガラス基板表面に導体膜をスパッタリングで形成し
た基板などの導電性を有する基板４１に、ネガ型レジス
ト又はドライフィルムレジスト等を用いた第１の感光性
有機膜４２を形成し、露光前加熱処理を行う。

【００５０】そして、同図（ｂ）に示すように、第１の
マスク部材４３を介して、密着型露光機或いは縮小露光
機を用いて、第１の感光性有機膜４２を露光して、ノズ
ル孔形成箇所に流入口径に近い任意の径で、感光領域４
４を形成する第１の露光工程を行う。

【００５１】次いで、同図（ｃ）に示すように、第１の
露光工程に引き続き、第１の感光有機膜４２上に、ネガ
型レジスト又はドライフィルムレジスト等を用いた第２
の感光性有機膜４５を形成し、露光前加熱処理を行う。

【００５２】そして、同図（ｄ）に示すように、第２の
マスク部材４６を介して、密着型露光機或いは縮小露光
機を用いて、第２の感光性有機膜４５を露光し、ノズル
孔形成箇所に吐出口径に近い任意の径で、感光領域４７
を形成する第２の露光工程を行う。

【００５３】その後、同図（ｅ）に示すように、第1の
感光性有機膜４２と第２の感光性有機膜４５を一括して
現像し、ノズル孔部位に相当する箇所に積層の有機膜パ
ターン４８を形成し、現像後過熱処理を行う。

【００５４】そして、同図（ｆ）に示すように、基板４
１上に、ノズル孔に相当する箇所に積層された有機膜パ
ターン４８に沿って、Ｎi又はＮi-Ｃo合金等の金属膜４
９を電鋳法等により形成し、同図（ｇ）に示すように、
導電性を有する基板４１及び積層の有機膜パターン４８
を除去して、ノズル孔３１を有するノズル形成部材３０
を得る。

【００５５】ここで、例えばｇ線の波長を有する密着型
露光機を用いて露光する場合、図７に示すように、積層
有機膜パターン４８の吐出面側の部位５１となる部分
は、第２のマスク材４６をマスクとして該露光機の露光
量を増大させることにより、光の回折効果が増大し、順
テーパー形状に露光及び現像される。

【００５６】そして、積層有機膜パターン４８の中間部
位５３となる部分は、上記露光時の光の回り込み及び現
像時のエッジ効果（角部ほど現像が進みやすい効果）に
よって、ノズル孔内周面とインク吐出方向のなす角度が
連続的に変わる形状（丸みを有する形状）で露光及び現
像される。

【００５７】さらに、積層有機膜パターン４８の流入面
側の部位５２となる部分は、第1のマスク材４３をマス
クとして該露光機の露光量を最適化することにより、光
の回折効果が抑制され、ほぼ垂直形状に露光及び現像さ
れる。

【００５８】このようにして、インク吐出方向とノズル
孔内周面の接線方向のなす角度θが少なくともインク吐
出面側とインク流入面側で異なり、且つ、角度θが連続
的に変化する中間部位を有するノズル孔を有するノズル
形成部材が得られる。

【００５９】そして、第１の感光性有機膜を第１の露光
工程で流入口径に近い寸法で露光し、第２の感光性有機
膜を第２の露光工程で吐出口径に近い寸法で露光して、
第１、第２の感光性有機膜を一括して現像することによ
り、丸みを有する（ノズル孔内周面の接線方向とインク
吐出方向の角度が連続的に変化する）中間部位に相当す
る部位を有する有機膜パターン形状を得ることができ
る。このとき、特に、比較的薄くなる第２の感光性有機
膜を解像限界に対して余裕のある露光量で露光すること
ができ、吐出口に相当する箇所の寸法制御が容易にな
り、高精度の吐出口径を有するノズルを得ることができ
る。

【００６０】なお、感光性有機膜として、ネガ型のレジ
ストを用いた例で説明したが、マスク材及び露光条件を
変更することにより、ポジ型のレジストを用いても、同
様な形状の有機膜パターンを得ることができる。

【００６１】また、図３に示したノズル孔３１を有する
ノズル形成部材の製造方法について説明しているが、例
えば図４に示したノズル孔を有するノズル形成部材の製
造方法にも同様に適用することができる。この場合に
は、図７に示す吐出面側の部位５１及び流入面側の部位
５３の露光条件を最適化することにより、目的のノズル
孔に相当する箇所に、目的とする形状の積層有機膜パタ
ーンを形成することが可能になる。

【００６２】すなわち、図５（ｅ）及び図７において、
基板４１表面の法線方向（基板表面に垂直な方向：線Ｃ
の方向）と露光及び現像された第１の感光性有機膜４２
で形成される傾き（線Ｂで示す）を有するテーパー部位
５２がなす角度σ２が、基板４１表面の法線方向と露光
及び現像された第２の感光性有機膜４５で形成される傾
き（線Ａで示す）を有するテーパー部位５１がなす角度
σ１に比べて小さくなるように、有機膜パターン４８を
形成することで、図３に示した内周面の角度θ２が角度
θ１に対して小さくなるノズル孔を有するノズル形成部
材を得ることができる。

【００６３】これに対して、図５（ｅ）及び図７におい
て、基板４１表面の法線方向と露光及び現像された第１
の感光性有機膜４２で形成される傾きを有するテーパー
部位５２がなす角度σ２が、基板４１表面の法線方向と
露光及び現像された第２の感光性有機膜４５で形成され
る傾きを有するテーパー部位５１がなす角度σ１に比べ
て大きくなるように、有機膜パターン４８を形成するこ
とで、図４に示した内周面の角度θ２が角度θ１に対し
て大きくなるノズル孔を有するノズル形成部材を得るこ
とができる。

【００６４】ここで、前述した図３及び図４に示した吐
出面側の部位３３の厚さｔ１及び流入側の部位３４の厚
さｔ２と製造工程との関係などについて説明する。前述
したように、インク流入面側の任意の角度を有する部位
３５の膜厚ｔ２が、インク吐出面側の流入面側と異なる
角度を有する部位３４の膜厚ｔ１に対して１．０〜２．
０倍になるようにしている。

【００６５】例えば、ノズル形成部材の製造上、ノズル
形成部材の膜厚が８０μｍ必要な場合、第２の感光性有
機膜４５で形成する吐出面側の膜厚ｔ１を３０μｍ、第
１の感光性有機膜４２で形成する流入面側の膜厚ｔ２を
５０μｍ（ｔ１に対して約１．６倍）とすることによ
り、上述した製造工程における第２の露光時に３０μｍ
径の吐出口径に対し、３０μｍ厚の膜厚の感光性有機膜
を解像させれば良い。

【００６６】この場合、図６に示したように、ノズルの
吐出口径は第２の感光性有機膜４５のパターンの途中の
部位で形成されるので、吐出口径の制御には第２の感光
性有機膜４５のパターンの形状制御が重要になるが、吐
出面側の膜厚ｔ１が３０μｍであるため、感光性有機膜
４５の解像限界に十分余裕ができて、吐出口径の制御が
容易になり、ぱらつきが抑制され、歩留まりが向上す
る。

【００６７】これに対し、ノズル形成部材のインク流入
面側の任意の角度を有する部位３５の膜厚ｔ２が、イン
ク吐出面側の流入面側と異なる角度を有する部位３４の
膜厚ｔ１に対し１．０倍未満の厚さでしかない場合、例
えば、ノズル形成部材の製造上膜厚が８０μｍ必要であ
り、吐出面側の膜厚をｔ１を５０μｍ、流入面側の膜厚
ｔ２を３０μｍとした場合、第２の露光時に３０μｍの
吐出口径に対し、５０μｍ厚を越える膜厚の感光性有機
膜４５を解像しなければならない。これでは、第２の感
光性有機膜４５の解像限界に余裕が無くなり、吐出口径
の制御が困難になり、ばらつきが増大し、歩留まりが低
下することになる。

【００６８】また、ノズル形成部材のインク流入面側の
任意の角度を有する部位３５の膜厚ｔ２が、インク吐出
面側の流入面側と異なる角度を有する部位３４の膜厚ｔ
１に対し２．０倍を越える厚さを有していた場合、例え
ば、ノズル形成部材の製造上膜厚が６０μｍ必要であ
り、流入面側の膜厚ｔ２を４５μｍ、吐出面側の膜厚ｔ
１を１５μｍとした場合、吐出面側の膜厚が比較的薄い
膜厚となる。このとき、上記第２の露光時は、上述のよ
うに解像余裕が増加するので、吐出口径の制御は容易に
なる反面、次のように噴射特性（吐出特性）低下を招く
ことがある。

【００６９】すなわち、インクジェットヘッドを駆動し
てインク滴をノズルから吐出させる場合、複数のノズル
からそれぞれオンディマンドで噴射させると、各ノズル
のメニスカス位置は吐出口端部より通常約２０μｍ深さ
の範囲で変化する。そのため、上述したように吐出面側
の膜厚が１５μｍと比較的薄い膜厚であると、メニスカ
スの変動範囲がノズル孔の吐出面側の範囲で収まらず流
入面側に入ることになり、その結果噴射性能が低下する
ことがある。特に、吐出面側の膜厚ｔ１が１０μｍを下
回ると、噴射特性の低下が顕著になる。

【００７０】したがって、ノズル形成部材のインク流入
面側の任意の角度を有する部位の膜厚ｔ２が、インク吐
出面側の流入面側と異なる角度を有する部位ｔ１の膜厚
に対し１．０〜２．０倍の厚さにすることが好ましい。
また、吐出面側の部位の膜厚は１０μｍを下回らないよ
うにすることが好ましい。なお、この吐出面側の部位の
膜厚は１０ｍｍ以上に限定されるものではないが、メニ
スカス面が流入側の部位に入らない厚さであることが好
ましい。

【００７１】次に、本発明に係るノズル形成部材の製造
方法の第２実施形態について図８を参照して説明する。
なお、同図は図６と同様に同製造工程の一部分の工程フ
ローを説明するフロー図である。この実施形態において
は、上記第１実施形態の工程（図６参照）に、第１の感
光性有機膜４２を露光する第１の露光工程を行った後で
第２の感光性有機膜４５を形成する前に、第１の感光性
有機膜４２を過熱処理する加熱処理工程を加えている。
なお、その他の工程は第１実施形態と同様である。

【００７２】このように、第１の感光性有機膜４２を露
光した後加熱処理を行うことによって、第１の感光性有
機膜４２の架橋反応が任意に促進され、第２の露光時及
び現像時に、積層有機膜パターン４８の中間部位５３に
おける第１の感光性有機膜４２の形状を任意の形状に制
御することができる。

【００７３】この場合、ネガ型レジストに代えてポジ型
レジストを用いることもできるが、ポジ型の場合には加
熱処理により架橋した有機物の結合が切れるようにな
る。

【００７４】次に、本発明に係るノズル形成部材の製造
方法の第３実施形態について前述した図６（ｆ）を参照
にして説明する。この実施形態では、導電性を有する基
板４１上に、ノズル孔に相当する箇所に積層された有機
膜パターン４８に沿って形成される金属膜４９の膜厚
を、積層有機膜パターン４８の膜厚より薄くしている。

【００７５】これにより、電鋳法等により形成された金
属膜４９の吐出口が有機膜パターン４８の吐出面側の外
周径によって規定され、吐出口の形状及び径の制御が容
易になる。

【００７６】次に、本発明に係るノズル形成部材の製造
方法の第４実施形態について図９をも参照して説明す
る。なお、同図は図６（ｆ）以降を示している。すなわ
ち、図９（ａ）に示すように金属膜４９を電鋳法により
形成した後、金属とＰＴＦＥの複合膜を共析メッキ法に
より連続して成膜することで、撥水性表面層５０を形成
し、その後、積層有機膜パターン４８及び基板４１を除
去し、ノズル形成部材３０を得る。

【００７７】このように撥水性表面層を形成することで
インク滴吐出特性が向上し、安定したインク滴吐出を行
うことができる。特に、金属とＰＴＦＥの共析メッキ法
で形成することにより製造が容易になる。

【００７８】次に、具体的な実施例についてその異なる
例を図１０及び図１１を参照して説明する。先ず、図１
０に示す第１実施例は、図８で説明した実施形態で製作
したものであり、金属膜４９はＮiの電鋳法により成膜
し、このＮi電鋳に引き続いてＮiとＰＴＦＥの共析メッ
キを行ってＮi−ＰＴＦＥ共析膜からなる撥水性表面層
５０を成膜したものである。

【００７９】この第１実施例のノズル孔３１において
は、吐出口径は２５μｍ、流入口径は７５μｍとし、吐
出面側の膜厚ｔ１は３０μｍ、流入面側の膜厚ｔ２は５
０μｍとした。また、吐出面側の内周面３１ａの接線方
向とインク吐出方向のなす角度θ１は約１５°であり、
流入面側の内周面３１ｂの接線方向とインク吐出方向の
なす角度θ２は約５°である。この角度θが連続的に変
わる中間部位３４の幅は約１２μｍであった。

【００８０】ここでは、吐出面側の内周面の接線方向と
インク吐出方向のなす角度θ１を約１５°とするため
に、図５（ｄ）における露光条件を過剰露光とし、光の
回折効果を利用して、吐出面側のレジストの順テーパ-
形状を得た。さらに、このときに用いた第２のマスク材
４６の開口径は２０μｍあった。

【００８１】また、流入面側の内周面の接線方向とイン
ク吐出方向のなす角度θ２を約５°とするために、図５
（ｂ）における露光条件を適当な露光とし、光の回折効
果を抑制して、流入面側のレジストのほぼ垂直形状を得
ている。さらに、このときに用いた第１のマスク材の開
口径は７０μｍであった。

【００８２】次に、図１１に示す第２実施例も、図８で
説明した実施形態で製作したものであり、金属膜４９は
Ｎiの電鋳法により成膜し、このＮi電鋳に引き続いてＮ
iとＰＴＦＥの共析メッキを行ってＮi−ＰＴＦＥ共析膜
からなる撥水性表面層５０を成膜したものである。

【００８３】この第２実施例のノズル孔３１において
は、吐出口径は２５μｍ、流入口径は７５μｍとし、吐
出面側の膜厚ｔ１は３０μｍ、流入面側の膜厚ｔ２は５
０μｍとした。また、吐出面側の内周面３１ａの接線方
向とインク吐出方向のなす角度θ１は約５°であり、流
入面側の内周面３１ｂの接線方向とインク吐出方向のな
す角度θ２は約１５°である。この角度θが連続的に変
わる中間部位３４の幅は約１０μｍであった。

【００８４】ここでは、吐出面側の内周面の接線方向と
インク吐出方向のなす角度θ１を約５°とするために、
図５（ｄ）における露光条件を露光条件を適当な露光と
し、光の回折効果を抑制して、吐出面側のレジストのほ
ぼ垂直形状を得ている。このときに用いた第２のマスク
材４６の開口径は２５μｍあった。

【００８５】また、流入面側の内周面の接線方向とイン
ク吐出方向のなす角度θ２を約１５°とするために、図
５（ｂ）における過剰露光とし、光の回折効果を利用し
て、流入面側のレジストの順テーパ-形状を得た。さら
に、このときに用いた第１のマスク材の開口径は５０μ
ｍであった。

【００８６】なお、第1の露光の後に、加熱処理として
第１の感光性有機膜であるネガ型レジストの加熱処理を
行っているので、第１の感光性有機膜の架橋反応が促進
され、第２の露光時に中間部位近辺の第１の感光性有機
膜が露光される量が制御されている。

【００８７】なお、上記実施形態では本発明に係るノズ
ル形成部材がインクジェットヘッドのノズル形成部材で
ある例で説明したが、これに限るものでない。また、イ
ンクジェットヘッドとして静電型インクジェットヘッド
及びそのノズルプレートに適用した例で説明したが、こ
れ以外の例えば発熱抵抗体や圧電素子などをエネルギー
発生手段に用いるインクジェットヘッド及びそのノズル
形成部材にも適用することができる。

【００８８】また、上記実施形態ではノズル孔内周面が
インク吐出面側とインク流入面側で２つの異なる角度を
有する場合の例で説明したが、３つ以上の異なる角度を
持たせることもでき、これにより一層インク滴吐出特性
の向上を図ることができる。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るノズ
ル形成部材によれば、ノズル孔を、インク吐出方向とノ
ズル孔内周面の接線方向のなす角度が少なくともインク
吐出面側とインク流入面側で異なり、且つ、前記角度が
連続的に変化する部位を有するので、インク滴吐出特性
が向上することができると共に、隣接ノズル間の狭ピッ
チ化にも対応することができる。

【００９０】ここで、インク流入面側の任意の角度を有
する部位の厚さを、これと異なる角度を有する部位の厚
さに対して１．０〜２．０倍の厚さにすることにより、
製造工程における吐出口径の制御が容易になり、インク
滴吐出特性の低下も抑制できる。また、インク吐出面側
の角度をなす部位の厚さが１０μｍを下回らないように
することで、インク滴吐出特性の低下を抑制することが
できる。

【００９１】また、インク吐出方向とノズル孔内周面の
接線方向のなす角度はインク吐出面側よりもインク流入
面側を小さくことで、インク滴の吐出方向の制御が容易
になり、或いは、インク吐出面側よりもインク流入面側
を大きくすることで、インク滴体積及び初速度の制御が
容易になる。

【００９２】本発明に係るインクジェットヘッドによれ
ば、上述したノズル形成部材を用いたので、インク滴吐
出特性が向上することができると共に、隣接ノズル間の
狭ピッチ化により高密度化に図ることができる。

【００９３】本発明に係るノズル形成部材の製造方法に
よれば、上述したノズル形成部材を製造する方法であっ
て、基板上に第1の感光性有機膜を形成して第1のマスク
部材を介して露光し、これに続いて第２の感光性有機膜
を形成して第２のマスク部材を介して露光し、これらの
第１、第２の感光性有機膜を一括して現像し、ノズル孔
部位に相当する箇所に積層の有機膜パターンを形成し、
このノズル孔部位に相当する箇所に積層された有機膜パ
ターンに沿って金属膜を形成するので、インク吐出方向
とノズル孔内周面の接線方向のなす角度が少なくともイ
ンク吐出面側とインク流入面側で異なり、且つ、前記角
度が連続的に変化する部位を有するノズル形成部材を容
易に製造することができ、また、吐出口に相当する箇所
の寸法制御が容易になる。

【００９４】ここで、第１の感光性有機膜を露光した後
第２の感光性有機膜を形成する前に加熱処理すること
で、第１の感光性有機膜の架橋反応を促進することがで
き、積層有機膜パターンの第１の感光性有機膜と第２の
感光性有機膜との境部分の形状制御が容易になる。

【００９５】また、基板上に、ノズル孔部位に相当する
箇所に積層された有機膜パターンに沿って形成する金属
膜を有機膜パターンの膜厚より薄い膜厚で形成すること
で、吐出口径の制御が容易になって高精度のノズル孔を
得ることができる。また、金属膜を形成した後、連続し
て撥水性を有する表面層を形成することで、インク滴吐
出特性を向上することができる。

【００９６】この撥水性を有する表面層としてはＰＴＦ
Ｅと金属膜の複合膜を共析メッキ法により形成すること
で、撥水性表面層の形成が容易で、コストも低減でき
る。

【００９７】また、基板表面の法線方向と露光及び現像
された第１の感光性有機膜のテーパー部がなす角度が、
基板表面の法線方向と露光及び現像された第２の感光性
有機膜のテーパー部がなす角度に比べて小さくなるよう
にするで、流入面側の角度が吐出面側の角度に比して小
さいノズル孔を容易に形成することができ、逆に基板表
面の法線方向と露光及び現像された第１の感光性有機膜
のテーパー部がなす角度が、基板表面の法線方向と露光
及び現像された第２の感光性有機膜のテーパー部がなす
角度に比べて大きくなるようにするで、流入面側の角度
が吐出面側の角度に比して大きいノズル孔を容易に形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの模式的断
面図

【図２】同ヘッドの図１と直交する方向の模式的断面図

【図３】本発明に係るノズル形成部材の第１実施形態の
要部拡大説明図

【図４】本発明に係るノズル形成部材の第２実施形態の
要部拡大説明図

【図５】本発明に係るノズル形成部材の製造方法の第１
実施形態を説明する説明図

【図６】同実施形態のフローを説明するフロー図

【図７】同実施形態の有機膜パターンの要部拡大説明図

【図８】本発明に係るノズル形成部材の製造方法の第２
実施形態を説明する説明図

【図９】本発明に係るノズル形成部材の製造方法の第３
実施形態を説明する説明図

【図１０】本発明の具体的な第１実施例を説明する説明
図

【図１１】同じく第２実施例を説明する説明図

【図１２】従来のノズル形成部材及びその製造方法を説
明する説明図

【図１３】従来の他のノズル形成部材及びその製造方法
を説明する説明図

【図１４】従来の更に他のノズル形成部材及びその製造
方法を説明する説明図

【図１５】従来のノズル形成部材のノズル孔を説明する
説明図

【図１６】従来の他のノズル形成部材のノズル孔を説明
する説明図

【符号の説明】

１…振動板基板、２…ギャップ部材、３…電極基板、４
…液室基板、５…ノズルプレート、６…ノズル、７…吐
出室、８…共通インク室、１１…振動板、１５…電極、
１９…撥水性表面層、３０…ノズル形成部材、３１…ノ
ズル孔、３６…中間部位、４１…基板、４２…第１の感
光性有機膜、４３…第１のマスク材、４５…第２の感光
性有機膜、４６…第２のマスク材、４８…有機膜パター
ン、４９…金属膜、５０…撥水性表面層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C057 AF33 AF93 AG02 AG07 AG12 AG54 AP02 AP13 AP25 AP26 AP31 AP38 AP47 AP55 AP60 AQ02 AQ06 BA03 BA15

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を吐出するインク吐出面側の開
   口径がインク流入面側の開口径より小さなノズル孔を形
   成したノズル形成部材において、前記ノズル孔は、イン
   ク吐出方向とノズル孔内周面の接線方向のなす角度が少
   なくともインク吐出面側とインク流入面側で異なり、且
   つ、前記角度が連続的に変化する部位を有することを特
   徴とするノズル形成部材。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のノズル形成部材におい
   て、前記インク流入面側の任意の角度を有する部位の厚
   さが、これと異なる角度を有する部位の厚さに対して
   １．０〜２．０倍の厚さであることを特徴とするノズル
   形成部材。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のノズル形成部材
   において、前記インク吐出面側の任意の角度を有する部
   位の厚さが１０μｍを下回らないことを特徴とするノズ
   ル形成部材。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、インク吐出方向とノズル孔
   内周面の接線方向のなす角度はインク吐出面側よりもイ
   ンク流入面側が小さいことを特徴とするノズル形成部
   材。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、インク吐出方向とノズル孔
   内周面の接線方向のなす角度はインク吐出面側よりもイ
   ンク流入面側が大きいことを特徴とするノズル形成部
   材。
6. 【請求項６】 インク滴を吐出するインク吐出面側の開
   口径がインク流入面側の開口径より小さなノズル孔を形
   成したノズル形成部材を備えたインクジェットヘッドに
   おいて、前記ノズル形成部材が前記請求項１乃至５のい
   ずれかに記載のノズル形成部材であることを特徴とする
   インクジェットヘッド。
7. 【請求項７】 請求項１乃至５のいずれかに記載のノズ
   ル形成部材の製造方法において、少なくとも表面が導電
   性を有する基板上に第1の感光性有機膜を形成する工程
   と、第1のマスク部材を介して前記第１の感光性有機膜
   を露光する第１の露光工程と、この第1の露光工程に連
   続して第２の感光性有機膜を形成する工程と、第２のマ
   スク部材を介して前記第２の感光性有機膜を露光する第
   ２の露光工程と、前記第１の感光性有機膜と第２の感光
   性有機膜を現像し、ノズル孔部位に相当する箇所に積層
   の有機膜パターンを形成する工程とを有し、かつ、前記
   基板上に、前記ノズル孔部位に相当する箇所に積層され
   た有機膜パターンに沿って、金属膜を電鋳法により形成
   することを特徴とするノズル形成部材の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載のノズル形成部材の製造
   方法において、前記第1の露光工程後で前記第２の感光
   性有機膜を形成する工程の前に前記第１の感光性有機膜
   を加熱処理する工程を行うことを特徴とするノズル形成
   部材の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項７又は８に記載のノズル形成部材
   の製造方法において、前記基板上に、前記ノズル孔部位
   に相当する箇所に積層された有機膜パターンに沿って形
   成する金属膜を、前記有機膜パターンの膜厚より薄い膜
   厚で形成することを特徴とするノズル形成部材の製造方
   法。
10. 【請求項１０】 請求項７乃至９のいずれかに記載のノ
    ズル形成部材の製造方法において、前記金属膜を形成し
    た後、連続して撥水性を有する表面層を形成することを
    特徴とするノズル形成部材の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のノズル形成部材の
    製造方法において、撥水性を有する表面層としてポリテ
    トラフルオロエチレンと金属の複合膜を共析メッキ法に
    より形成することを特徴とするノズル形成部材の製造方
    法。
12. 【請求項１２】 請求項７乃至１１に記載のノズル形成
    部材の製造方法において、前記基板表面の法線方向と露
    光及び現像された第１の感光性有機膜のテーパー部がな
    す角度が、前記基板表面の法線方向と露光及び現像され
    た第２の感光性有機膜のテーパー部がなす角度に比べて
    小さいことを特徴とするノズル形成部材の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項７乃至１１に記載のノズル形成
    部材の製造方法において、前記基板表面の法線方向と露
    光及び現像された第１の感光性有機膜のテーパー部がな
    す角度が、前記基板表面の法線方向と露光及び現像され
    た第２の感光性有機膜のテーパー部がなす角度に比べて
    大きいことを特徴とするノズル形成部材の製造方法。