JP2010172819A - ノズル基板、液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液状体を吐出するノズルが形成された部材の強度が充分でないことに起因して、当該部材が損なわれたり、当該部材が組み込まれた吐出装置の吐出特性が損なわれたりすることを抑制できるノズル基板、液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】ノズル基板は、液状体を吐出する吐出装置が備えるノズル基板であって、液状体が吐出される複数の吐出ノズルがシリコン基板に形成されたシリコンノズルプレートと、複数の吐出ノズルに対応するノズル開口が金属板に形成された補強プレートと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液状体を吐出する吐出ノズルを備えるノズル基板、及び液滴吐出ヘッド、並びに当該ノズル基板又は液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置に関する。

従来から、カラー液晶装置のカラーフィルター膜などの機能膜を形成する技術として、液状体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドを有する描画装置を用いて、機能膜の材料を含む液状体の液滴を吐出して基板上の任意の位置に着弾させることで、当該位置に液状体を配置（描画）し、配置した液状体を乾燥させて機能膜を形成する技術が知られている。このような膜形成に用いられる描画装置は、液滴吐出ヘッドを基板に対して相対移動させながら、液滴吐出ヘッドが有する吐出ノズルから微小な液滴を選択的に吐出して、基板上に位置精度良く着弾させることができるため、精密な平面形状及び膜厚を有する膜を形成することができる。

より高機能の機能膜を形成するために、より精密な平面形状及び膜厚の機能膜を実現することが必要になっている。精密な平面形状を実現するためには、着弾位置ピッチをより小さくすることが必要である。また、それぞれの吐出ノズルから吐出された液滴を、基板上の所定の位置に精度よく着弾させることが必要である。
特許文献１には、ノズル孔の形状を工夫することによって、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が開示されている。
特許文献２には、ノズル孔の断面形状を工夫することによって、安定した吐出特性を有するとともに、ノズル密度すなわち高密度化を図ることができる液滴吐出用のノズルプレート製造方法及びノズルプレート、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド、並びに液滴吐出装置の製造方法及び液滴吐出装置が開示されている。

特開２０００−３３４９６５号公報 特開２００７−１７５９９２号公報

しかしながら、特許文献１又は特許文献２に開示されたノズル形成部材又はノズルプレートは、ノズル孔の適切な形状を確保するために、ノズル形成部材又はノズルプレートの板厚が規定されてしまっている。ノズル形成部材又はノズルプレートの板厚が規定されることで、ノズル形成部材又はノズルプレートの強度が必ずしも充分ではない場合があった。特に、大きさが微小で、形状が複雑なノズル孔を形成するのに適したシリコン基板を用いると、必ずしも充分な強度が得られないという課題があった。あるいは、板厚が薄くても充分な強度が得られる材料を用いるために、加工特性のよい材料を選択できないという課題があった。
ノズル形成部材又はノズルプレートの強度が不足すると、製造時や、組込時の取扱いによってノズル形成部材などが損なわれる可能性がある。組み立てられた状態でも、強度の余裕が少なくなることによるノズル形成部材などの変形に起因して、吐出特性が損なわれる可能性がある。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかるノズル基板は、液状体を吐出する吐出装置が備えるノズル基板であって、前記液状体が吐出される複数の吐出ノズルがシリコン基板に形成されたシリコンノズルプレートと、前記複数の吐出ノズルに対応するノズル開口が金属板に形成された補強プレートと、を備えることを特徴とする。

このノズル基板によれば、シリコンノズルプレートと共に備える補強プレートによって、シリコンノズルプレートを補強することができる。これにより、ノズル基板の製造工程などにおいて取扱われる際に、ノズル基板の強度が不足することに起因してノズル基板が損なわれることを抑制することができる。ノズル基板が吐出装置に組み込まれた状態においても、ノズル基板が吐出圧力によって変形することを抑制して、ノズル基板が変形することに起因して吐出装置の吐出機能が損なわれることを抑制することができる。

［適用例２］上記適用例にかかるノズル基板は、前記補強プレートの厚さが、１０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。

このノズル基板によれば、１０μｍ以上、１００μｍ以下の金属板である補強プレートによって、シリコンノズルプレートが補強される。補強プレートの厚さが１０μｍ以上であれば、ノズル基板の充分な強度が実現できることが、本発明の発明者らによって確認されている。ノズル基板が過度に厚くならないために、補強プレートの厚さは、１００μｍ以下であることが好ましい。

［適用例３］上記適用例にかかるノズル基板は、前記ノズル開口が、前記吐出ノズルの中心に対して、前記吐出ノズルの穴径の２．５倍以上、２５０μｍ以下の範囲で開口していることが好ましい。

このノズル基板によれば、吐出ノズルに対して、片側で吐出ノズルの穴径の２．５倍以上、２５０μｍ以下の範囲が開口している。吐出ノズルの適切な孔径は、概ね１０μｍから４０μｍである。したがって、開口の幅は５０μｍより大きくなる。補強プレートの厚さが１００μｍ以下の場合、補強プレートのノズル開口の幅が５０μｍ以上であれば、吐出ノズルの開口部に接触して、吐出ノズルの開口を洗浄することができる。また、補強プレートのノズル開口の幅が５００μｍ以下であれば、シリコンノズルプレートにおける、ノズル開口が存在することで補強されない部分も充分な強度が確保できることが、本発明の発明者らによって確認されている。

［適用例４］上記適用例にかかるノズル基板は、前記補強プレートが、ステンレス鋼で形成されていることが好ましい。

このノズル基板によれば、補強プレートの材料として耐蝕性に優れるステンレス鋼を使用するため、耐蝕処理を必要とせずに、充分な耐蝕性を有するノズル基板を形成することができる。

［適用例５］本適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、液状体を吐出する吐出ノズルを備える液滴吐出ヘッドであって、複数の吐出ノズルがシリコン基板に形成されたシリコンノズルプレートと、前記シリコンノズルプレートと固定されており、前記複数の吐出ノズルに対応するノズル開口が金属板に形成された補強プレートと、を備えることを特徴とする。

この液滴吐出ヘッドによれば、シリコンノズルプレートと共に備える補強プレートによって、シリコンノズルプレートを補強することができる。これにより、液滴吐出ヘッドの製造工程においてシリコンノズルプレートが取扱われる際に、シリコンノズルプレートの強度が不足することに起因してシリコンノズルプレートが損なわれることを抑制することができる。シリコンノズルプレートが液滴吐出ヘッドに組み込まれた状態においても、シリコンノズルプレートが吐出圧力によって変形することを抑制して、シリコンノズルプレートが変形することに起因して液滴吐出ヘッドの吐出機能が損なわれることを抑制することができる。

［適用例６］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、前記補強プレートの厚さが、１０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。

この液滴吐出ヘッドによれば、１０μｍ以上、１００μｍ以下の金属板である補強プレートによって、シリコンノズルプレートが補強される。補強プレートの厚さが１０μｍ以上であれば、シリコンノズルプレートの充分な補強が実現できることが、本発明の発明者らによって確認されている。補強プレートが過度に厚くなることによって液滴吐出ヘッドの厚さが大きくなったり、液滴吐出ヘッドの重量が増加したりすることを抑制するために、補強プレートの厚さは、１００μｍ以下であることが好ましい。

［適用例７］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、前記ノズル開口が、前記吐出ノズルの中心に対して、前記吐出ノズルの穴径の２．５倍以上、２５０μｍ以下の範囲で開口していることが好ましい。

この液滴吐出ヘッドによれば、吐出ノズルに対して、片側で吐出ノズルの穴径の２．５倍以上、２５０μｍ以下の範囲が開口している。吐出ノズルの適切な孔径は、概ね１０μｍから４０μｍである。したがって、開口の幅は５０μｍより大きくなる。補強プレートの厚さが１００μｍ以下の場合、補強プレートのノズル開口の幅が５０μｍ以上であれば、吐出ノズルの開口部に接触して、吐出ノズルの開口を洗浄することができる。また、補強プレートのノズル開口の幅が５００μｍ以下であれば、シリコンノズルプレートにおける、ノズル開口が存在することで補強されない部分も充分な強度が確保できることが、本発明の発明者らによって確認されている。

［適用例８］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、前記補強プレートが、ステンレス鋼で形成されていることが好ましい。

この液滴吐出ヘッドによれば、補強プレートの材料として耐蝕性に優れるステンレス鋼を使用するため、耐蝕処理を必要とせずに、充分な耐蝕性を有する補強プレートを備える液滴吐出ヘッドを形成することができる。

［適用例９］本適用例にかかる液滴吐出装置は、上記適用例にかかるノズル基板、又は上記適用例にかかる液滴吐出ヘッド、を備えることを特徴とする。

この液滴吐出装置によれば、ノズル基板が変形することに起因して吐出装置の吐出機能が損なわれることを抑制することができるノズル基板、又はシリコンノズルプレートが変形することに起因して液滴吐出ヘッドの吐出機能が損なわれることを抑制することができる液滴吐出ヘッドを備える。これにより、ノズルが形成された部材が吐出圧力によって変形することを抑制して、吐出圧力によって吐出特性が損なわれることを抑制することができる液滴吐出装置を実現することができる。

以下、ノズル基板、液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出装置の一実施形態について図面を参照して、説明する。本実施形態は、液滴吐出ヘッドの一例として、静電駆動方式のインクジェットヘッドを例に説明する。

＜インクジェットヘッドの構成部材＞
最初に、インクジェットヘッド１０を構成する主要な部材について、図１を参照して説明する。図１は、インクジェットヘッドの主要な構成部材を示す分解斜視図である。図１では、構成部材の一部を断面で表してある。

図１に示すように、インクジェットヘッド１０は、ノズル基板１と、キャビティプレート２と、電極基板３とを備えている。ノズル基板１は、ノズルプレート１１と、補強板１２とを備えている。インクジェットヘッド１０は、補強板１２とノズルプレート１１とキャビティプレート２と電極基板３とを、この順番で積層し、互いに貼り合わせることにより構成されている。

ノズルプレート１１は、例えばシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。ノズルプレート１１には、インク液滴を吐出するための複数のノズル孔１５が形成されており、複数のノズル孔１５が所定のピッチで配列するノズル列１５Ａが２列形成されている。ノズルプレート１１の外側（組み立てられた状態でキャビティプレート２と対向する側の反対側）の面における複数のノズル孔１５が設けられる領域に凹部１７が形成され、この凹部１７の底面にノズル孔１５が開口している。この凹部１７を形成することによって、ノズル孔１５が形成される部分のシリコン基板の肉厚を薄肉化することにより、ノズル孔１５の長さ（基板厚み）を調整している。ノズル孔１５の長さを調整することで、各ノズル孔１５の流路抵抗を調整している。これにより、ノズル孔１５の均一な吐出性能を確保することができる。ノズルプレート１１が、シリコンノズルプレートに相当する。

ノズルプレート１１の内側の面（キャビティプレート２との接合側の面）にはインク流路の一部を形成する細溝１９が設けられている。また、後述するキャビティプレート２の液溜室２３（図２参照）に対応する位置に凹部により薄肉化されたダイヤフラム部１８が設けられている。ダイヤフラム部１８は、液溜室２３内の圧力変動を抑制するために設けられている。

補強板１２は、例えばステンレス鋼板を用いて作製されている。補強板１２の平面形状は、凹部１７に収まる形状である。補強板１２には、ノズル開口１４（１４ａ，１４ｂ）が、２個所形成されている。補強板１２が、補強プレートに相当する。

キャビティプレート２は、例えば（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（この基板も以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。キャビティプレート２には、凹部２４、及び凹部２５が形成されている。凹部２４は、複数の凹部２４がそれぞれ独立して形成されており、ノズルプレート１１とキャビティプレート２とが接合された状態では、１個の凹部２４が１個のノズル孔１５に対応する位置に形成されている。凹部２４の底壁は、振動板２２である。
凹部２５は、２列のノズル列１５Ａに対応して２列に配設されている凹部２４の列を挟む位置に、それぞれ１個所ずつ形成されている。凹部２５の底面には、給液孔２０が形成されている。
凹部２４、及び凹部２５は、シリコン基板に、例えば異方性ウェットエッチングを施すことによって形成する。（１１０）面方位のシリコン単結晶基板は、異方性ウェットエッチングを行うことにより、凹部や溝の側面をシリコン基板の上面又は下面に対して垂直にエッチングすることができるため、インクジェットヘッド１０の高密度化を図ることができる。
キャビティプレート２における凹部２５より外側の部分に、共通電極２８が形成されている。

キャビティプレート２における共通電極２８が形成された部分を除く全面、又は少なくとも電極基板３との対向面には、ＳｉＯ₂やＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜等からなる絶縁膜２６（図２参照）が形成されている。絶縁膜２６は、例えば熱酸化やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用いて形成される。絶縁膜２６の膜厚は、例えば０．１μｍである。この絶縁膜２６は、インクジェットヘッド１０を駆動させた時の絶縁破壊や短絡を防止する目的で設けられる。

電極基板３は、例えばガラス基板から作製される。ガラスの中でも、キャビティプレート２のシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いることが好ましい。電極基板３とキャビティプレート２の熱膨張係数が近い値であると、電極基板３とキャビティプレート２を陽極接合する際に、両者の間に熱膨張率の差異に起因して発生する応力を低減することができる。その結果、剥離等の問題を生じることを抑制して、電極基板３とキャビティプレート２を強固に接合することができる。

電極基板３には、キャビティプレート２の各振動板２２に対向する面の位置にそれぞれ凹部３２が設けられている。凹部３２は、エッチングにより、例えば深さ約０．３μｍに形成されている。各凹部３２内には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極３１の電極部３１ａが、例えば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成されている。振動板２２と電極部３１ａとの間に形成されるギャップ（空隙）は、この凹部３２の深さ、電極部３１ａ及び振動板２２を覆う絶縁膜２６の厚さにより決まることになる。このギャップはインクジェットヘッド１０の吐出特性に大きく影響する。ここで、個別電極３１の材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を用いてもよいが、ＩＴＯは透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすい等の理由から、多くの場合、ＩＴＯが用いられる。

個別電極３１は、電極部３１ａと、リード部３１ｃと、端子部３１ｂとを有する。端子部３１ｂは、電極基板３における、キャビティプレート２の末端部が切り欠かれた位置に臨む部分に配設されており、リード部３１ｃによって電極部３１ａと一体に接続されている。

キャビティプレート２の給液孔２０に対応する位置には、給液孔３４がそれぞれ形成されている。電極基板３とキャビティプレート２とが接合された状態では、給液孔２０と給液孔３４とが一体に連通して、凹部２５と電極基板３の外面（キャビティプレート２と対向する側の反対側の面）とを接続する孔を形成する。リード部３１ｃは、給液孔３４を避ける位置に形成されている。

＜インクジェットヘッド＞
次に、ノズル基板１と、キャビティプレート２と、電極基板３とが組み立てられて形成されたインクジェットヘッド１０の構成について、図２を参照して説明する。図２は、インクジェットヘッドのノズル孔を含む断面の断面図である。

図２に示すように、補強板１２がノズルプレート１１の凹部１７に固着されて、ノズル基板１が形成されている。ノズルプレート１１のノズル孔１５が形成された部分に対応する位置には、補強板１２のノズル開口１４が開口しており、ノズル孔１５は外側に露出している。
ノズル基板１と、キャビティプレート２と、電極基板３とを、図２に示すように貼り合わせることによりインクジェットヘッド１０の本体部が形成されている。キャビティプレート２と電極基板３は陽極接合により接合され、そのキャビティプレート２の上面（図２において上面）にノズル基板１が接着等により接合されている。キャビティプレート２と電極基板３とが接合されることによって振動板２２と個別電極３１との間に形成される電極間ギャップの開放端部は、エポキシ等の樹脂による封止材２７で封止されている。封止材２７で封止することで、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を高く保持することができる。

キャビティプレート２の凹部２４とノズル基板１とで、吐出室２１が形成されている。ノズル孔１５のキャビティプレート２側の端は、吐出室２１に開口している。
凹部２５とノズル基板１とで、各吐出室２１に共通の液溜室（共通インク室）２３を構成している。液溜室２３は液状材料を貯留するためのものである。一列のノズル列１５Ａに対応する各吐出室２１に共通で、１個の液溜室２３が形成されている。
ノズルプレート１１の細溝１９とキャビティプレート２とで、供給口１９ａが形成されている。供給口１９ａの一端は、液溜室２３に連通しており、もう一端は、一列のノズル列１５Ａに対応する各吐出室２１に、それぞれ連通している。
凹部２５の底面に開口している給液孔２０には、電極基板３に形成された給液孔３４が連通している。給液タンク（図示省略）から供給される液状材料が、給液孔３４及び給液孔２０を介して、液溜室２３に供給されて貯留される。液溜室２３に貯留されている液状材料は、インクジェットヘッド１０が駆動されることで吐出室２１の内部に在った液状材料がノズル孔１５から吐出されるのに対応して、供給口１９ａを介して、内部の液状材料がノズル孔１５から吐出された吐出室２１に供給される。

キャビティプレート２の末端部が切り欠かれて形成された電極取り出し部２９には、個別電極３１に形成された端子部３１ｂが露出している。ノズルプレート１１の末端部が切り欠かれて、キャビティプレート２に形成された共通電極２８が露出している。それぞれの端子部３１ｂ及び共通電極２８には、ＩＣドライバー等を備える駆動制御回路４が、フレキシブル配線基板などを介して接続されている。

＜ノズル基板＞
次に、インクジェットヘッド１０の補強板１２におけるノズル開口１４とノズル孔１５との位置関係について、図３を参照して説明する。図３は、インクジェットヘッドをノズル基板側から見た平面図である。
上述したように、補強板１２がノズルプレート１１の凹部１７に固着されて、ノズル基板１が形成されている。
図３に示すように、ノズルプレート１１には、ノズル孔１５が等間隔で配列されたノズル列１５Ａが２列形成されている。２列のノズル列１５Ａにおいて、一方のノズル列１５Ａを構成するノズル孔１５の位置は、他方のノズル列１５Ａを構成するノズル孔１５の位置に対して、ノズル列１５Ａの延在方向において、ノズル孔１５の配設ピッチの１／２だけずれている。ノズル列１５Ａにおけるノズル孔１５の配設ピッチは、例えば１４０μｍである。ノズル列１５Ａ間の吐出時点を規定することで、ノズル孔１５の配設ピッチが１４０μｍである２列のノズル列１５Ａを、ノズル孔１５の配設ピッチが７０μｍである１列のノズル列のように扱うことができる。

補強板１２のノズル開口１４は、ノズル列１５Ａの位置に形成されており、ノズル孔１５の一端は外側に露出している。補強板１２は、例えばステンレス鋼などの金属で構成されている。ステンレス鋼で構成された補強板１２は、１０μｍ以上の厚さがあれば、ノズルプレート１１の充分な補強効果が得られることが確認されている。したがって、補強板１２の板厚は、１０μｍ以上にする。また、重量の増加を抑制するためには、補強板１２の板厚は、１００μｍ以下が好ましい。

ノズル開口１４が形成されているために、ノズルプレート１１におけるノズル開口１４が臨む部分は補強板１２によって補強されない。当該部分が一定の範囲以下であれば、補強されない部分であっても、充分な強度を確保することができる。補強されない範囲が５００μｍ以下の場合、充分な強度を確保することができることが、確認されている。したがって、ノズル列１５Ａの配列方向に直交する方向におけるノズル開口１４の開口幅は、５００μｍ以下であることが好ましい。
また、適切な吐出特性が得られるノズル孔１５の口径は、概ね１０μｍから４０μｍである。補強板１２の板厚が１００μｍ以下の場合、ノズル孔１５の縁からノズル開口１４の縁までの距離がノズル孔１５の口径の２倍以上あれば、洗浄装置の拭き部材が変形して、ノズル開口１４の底にあたる部分に開口したノズル孔１５の縁を拭うことができることが確認されている。したがって、ノズル開口１４の大きさは、ノズル開口１４の縁からノズル孔１５の中心までの距離が、ノズル孔１５の口径の２．５倍以上となる大きさに設定する。

＜インクジェットヘッドの動作＞
次に、上述したように構成されたインクジェットヘッド１０の動作を説明する。駆動制御回路４は、個別電極３１に電荷の供給及び停止を制御する発振回路を含んでいる。この発振回路は、例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極３１に例えば０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路が駆動し、個別電極３１に電荷を供給して正に帯電させると、振動板２２は負に帯電し、個別電極３１と振動板２２間に静電気力（クーロン力）が発生する。
この静電気力により、振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて、個別電極３１の側に撓む（変位する）。これによって吐出室２１の容積が増大する。吐出室２１の容積が増大することで、吐出室２１内の圧力が低下し、液溜室２３に貯留されている液状材料が、供給口１９ａを介して、吐出室２１に供給される。
次に、個別電極３１への電荷の供給を止めると、振動板２２はその弾性力により元に戻り、その際、吐出室２１の容積が急激に減少する。吐出室２１の容積が急激に減少することで、吐出室２１内の圧力が急激に大きくなるため、増大した圧力により吐出室２１内の液状材料の一部が液滴としてノズル孔１５から吐出される。
ノズル孔１５の形状によるノズル孔１５における流路抵抗や、供給口１９ａの形状による供給口１９ａにおける流路抵抗や、液溜室２３に供給される液状材料の供給圧力などを均衡させることにより、吐出室２１の内部の圧力の増減に従って、液状材料は、液溜室２３から吐出室２１に供給され、ノズル孔１５から吐出される。

＜他のインクジェットヘッドの構成＞
次に、インクジェットヘッド１０と一部の構成が異なるインクジェットヘッド１００について、図４、図５、及び図６を参照して説明する。図４は、インクジェットヘッドの主要な構成部材を示す分解斜視図である。図４では、構成部材の一部を断面で表してある。図５は、インクジェットヘッドのノズル孔を含む断面の断面図である。図６は、インクジェットヘッドをノズル基板側から見た平面図である。

図４に示すように、インクジェットヘッド１００は、ノズル基板１０１と、キャビティプレート２と、電極基板３とを備えている。キャビティプレート２と、電極基板３とは、上述したインクジェットヘッド１０を構成するキャビティプレート２と、電極基板３とおなじものである。
ノズル基板１０１は、ノズルプレート１１１と、補強板１１２とを備えている。インクジェットヘッド１００は、補強板１１２とノズルプレート１１１とキャビティプレート２と電極基板３とを、この順番で積層し、互いに貼り合わせることにより構成されている。

ノズルプレート１１１は、例えばシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。ノズルプレート１１１には、インク液滴を吐出するための複数のノズル孔１１５が形成されており、複数のノズル孔１１５が所定のピッチで配列するノズル列１１５Ａが２列形成されている。複数のノズル孔１１５のそれぞれごとに、ノズルプレート１１１の内側（組み立てられた状態でキャビティプレート２と対向する側）に、凹部１１７が形成されており、この凹部１１７の底面にノズル孔１１５が開口している。凹部１１７は、図６に示したノズル列１１５Ａの延在方向において、その幅及び位置が、ノズルプレート１１１とキャビティプレート２とが接合された状態で、キャビティプレート２の凹部２４の幅及び位置と略一致する幅及び位置に形成されている。凹部１１７を形成することによって、ノズル孔１１５が形成される部分のシリコン基板の肉厚を薄肉化することにより、ノズル孔１１５の長さ（基板厚み）を調整している。ノズル孔１１５の長さを調整することで、各ノズル孔１１５の流路抵抗を調整している。これにより、ノズル孔１１５の均一な吐出性能を確保することができる。

図５に示すように、補強板１１２がノズルプレート１１１の外側（組み立てられた状態でキャビティプレート２と対向する側の反対側）に固着されて、ノズル基板１０１が形成されている。ノズルプレート１１１のノズル孔１１５が形成された部分に対応する位置には、補強板１１２のノズル開口１１４が開口しており、ノズル孔１１５は外側に露出している。
ノズル基板１０１と、キャビティプレート２と、電極基板３とを、図５に示すように貼り合わせることによりインクジェットヘッド１００の本体部が形成されている。キャビティプレート２と電極基板３とは、インクジェットヘッド１０と同様に接合され、そのキャビティプレート２の上面（電極基板３と接合される側の反対側）にノズル基板１０１が接着等により接合されている。

キャビティプレート２の凹部２４とノズル基板１０１とノズル基板１０１の凹部１１７とで、吐出室１２１が形成されている。ノズル孔１１５のキャビティプレート２側の端は、凹部１１７の底面で、吐出室１２１に開口している。

図６に示すように、ノズルプレート１１１には、ノズル孔１１５が等間隔で配列されたノズル列１１５Ａが２列形成されている。２列のノズル列１１５Ａの位置関係及びノズル列１１５Ａにおけるノズル孔１１５の位置は、上述した２列のノズル列１５Ａの位置関係及びノズル列１５Ａにおけるノズル孔１５の位置と同様である。

補強板１１２は、ノズルプレート１１１の略全面を覆っている。補強板１１２のノズル開口１１４は、ノズル列１１５Ａの位置に形成されており、ノズル孔１１５の一端は外側に露出している。補強板１１２は、例えばステンレス鋼で構成されている。ステンレス鋼で構成された補強板１１２は、１０μｍ以上の厚さがあれば、ノズルプレート１１１の充分な補強効果が得られることが確認されている。ノズル開口１１４の形状及び大きさは、上述したノズル開口１４の形状及び大きさと略同様である。

＜液滴吐出法＞
次に、液滴吐出ヘッドにおける液滴吐出法について説明する。液滴吐出法は、材料の使用に無駄が少なく、しかも所望の位置に所望の量の材料を的確に配置できるという利点を有する。液滴吐出法の吐出技術としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換方式、電気熱変換方式、静電吸引方式などが挙げられる。
帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御して吐出ノズルから吐出させるものである。加圧振動方式は、材料に３０ｋｇ／ｃｍ²程度の超高圧を印加して吐出ノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進して吐出ノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散して吐出ノズルから吐出されない。

電気機械変換方式は、電気信号を受けて変形する素子を駆動源として用いる方式であり、上述した静電駆動方式は、この電気機械変換方式のひとつである。電気機械変換方式には、駆動源として圧電素子を用いるものがある。ピエゾ素子（圧電素子）がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出して吐出ノズルから吐出させるものである。
電気機械変換方式は、液状材料に熱を加えないため、材料の組成などに影響を与えないことから、液状材料の選択の自由度が高いという利点もある。さらに、ピエゾ方式は、駆動電圧を調整することによって、液滴の大きさを容易に調整することができるなどの利点を有する。

また、電気熱変換方式は、材料を貯留した空間内に設けたヒーターにより、材料を急激に気化させてバブル（泡）を発生させ、バブルの圧力によって空間内の材料を吐出させるものである。静電吸引方式は、材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、吐出ノズルに材料のメニスカスを形成し、この状態で静電引力を加えてから材料を引き出すものである。また、この他に、電場による流体の粘性変化を利用する方式や、放電火花で飛ばす方式などの技術も適用可能である。

以下、実施形態による効果を記載する。本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）ノズル基板１は、ノズルプレート１１と、補強板１２とを備えている。ノズルプレート１１と補強板１２とを貼り合わせることにより、ノズルプレート１１の強度を補強することができる。

（２）補強板１２は、ノズルプレート１１の適切な形状のノズル孔１５を形成するためにノズルプレート１１の厚さが制限される凹部１７に固着されており、ノズルプレート１１を部分的に補強している。ノズルプレート１１における凹部１７以外の部分では、ノズル孔１５の適切な形状に寄生されることなく充分な厚さを確保できるため、補強板１２を固着する前の状態でのノズルプレート１１の強度を高くすることができる。

（３）補強板１２は、吐出特性を確保するためにノズル孔１５の長さを調整するための凹部１７に配設されている。吐出特性を確保するために厚さが規定される凹部１７に補強板１２を配設することで、ノズルプレート１１がノズル孔１５の周辺において変形することを抑制することによってノズル孔１５からの吐出特性を良好に維持すると共に、ノズル基板１の強度が低い部分において補強することができる。

（４）ノズル基板１０１は、ノズルプレート１１１と、補強板１１２とを備えている。ノズルプレート１１１と補強板１１２とを貼り合わせることにより、ノズルプレート１１１の強度を補強することができる。

（５）補強板１１２はステンレス鋼で形成されており、ノズルプレート１１１の略全面を覆う形状を有している。補強板１１２を構成するステンレス鋼は、ノズルプレート１１１を構成するシリコンより比強度が高いため、シリコン基板によって充分な強度を実現する構成に比べて、ノズル基板１０１の厚さを薄くすることができる。

（６）補強板１２及び補強板１１２は、ステンレス鋼で形成されている。補強板１２及び補強板１１２は、ノズル孔１５又はノズル孔１１５から吐出される液状材料に曝される可能性が高く、当該液状材料によって腐蝕される可能性があるが、ステンレス鋼は腐蝕され難いため、腐蝕防止処理を必要とせずに、補強板を作製することができる。

以上、添付図面を参照しながら好適な実施形態について説明したが、好適な実施形態は、前記実施形態に限らない。実施形態は、要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論であり、以下のように実施することもできる。

（変形例１）前記実施形態においては、静電駆動方式のインクジェットヘッドを例にして説明したが、インクジェットヘッドの駆動方式は静電駆動方式に限らない。上述した様々な駆動方式の液滴吐出ヘッドにおいても、上述したノズル基板を好適に適用することができる。

（変形例２）前記実施形態においては、ノズル孔１５及びノズル孔１１５は円筒形状であったが、ノズル孔が円筒形状であることは必須ではない。ノズル孔が開口している面に略平行な横断面における断面形状は特に限定されるものではなく、多角形や長円形などであってもよい。横断面に略直交する縦断面における断面形状は、孔径が一定の形状であってもよいし、徐々に変わる形状であってもよいし、階段状に変わる形状であってもよい。

（変形例３）前記実施形態においては、補強板１２及び補強板１１２は、ステンレス鋼を用いて形成されていたが、補強板の材料がステンレス鋼であることは必須ではない。金属材料のように、シリコンにくらべて体積あたりの強度が高い材料であれば、補強板の材料として用いることができる。なお、吐出ノズルから吐出される液状体によって腐蝕される可能性がある場合は、防錆処理などの腐蝕防止処理を施すことが好ましい。

インクジェットヘッドの主要な構成部材を示す分解斜視図。 インクジェットヘッドのノズル孔を含む断面の断面図。 インクジェットヘッドをノズル基板側から見た平面図。 インクジェットヘッドの主要な構成部材を示す分解斜視図。 インクジェットヘッドのノズル孔を含む断面の断面図。 インクジェットヘッドをノズル基板側から見た平面図。

１…ノズル基板、１０…インクジェットヘッド、１１…ノズルプレート、１２…補強板、１４…ノズル開口、１５…ノズル孔、１５Ａ…ノズル列、１７…凹部、２１…吐出室、２２…振動板、１００…インクジェットヘッド、１０１…ノズル基板、１１１…ノズルプレート、１１２…補強板、１１４…ノズル開口、１１５…ノズル孔、１１５Ａ…ノズル列、１２１…吐出室。

Claims (9)

1. 液状体を吐出する吐出装置が備えるノズル基板であって、
   前記液状体が吐出される複数の吐出ノズルがシリコン基板に形成されたシリコンノズルプレートと、
   前記複数の吐出ノズルに対応するノズル開口が金属板に形成された補強プレートと、を備えることを特徴とするノズル基板。
2. 前記補強プレートの厚さは、１０μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のノズル基板。
3. 前記ノズル開口は、前記吐出ノズルの中心に対して、前記吐出ノズルの穴径の２．５倍以上、２５０μｍ以下の範囲で開口していることを特徴とする、請求項２に記載のノズル基板。
4. 前記補強プレートは、ステンレス鋼で形成されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のノズル基板。
5. 液状体を吐出する吐出ノズルを備える液滴吐出ヘッドであって、
   複数の吐出ノズルがシリコン基板に形成されたシリコンノズルプレートと、
   前記シリコンノズルプレートと固定されており、前記複数の吐出ノズルに対応するノズル開口が金属板に形成された補強プレートと、を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 前記補強プレートの厚さは、１０μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とする、請求項５に記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記ノズル開口は、前記吐出ノズルの中心に対して、前記吐出ノズルの穴径の２．５倍以上、２５０μｍ以下の範囲で開口していることを特徴とする、請求項６に記載の液滴吐出ヘッド。
8. 前記補強プレートは、ステンレス鋼で形成されていることを特徴とする、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
9. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のノズル基板、又は請求項５乃至８のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド、を備えることを特徴とする液滴吐出装置。

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