JP2013193399A - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、およびプリンター - Google Patents

Abstract

【課題】共通の圧力室に連通する複数のサブノズル孔から吐出された液滴を適正な位置に着弾させることのできる液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、およびプリンターを提供すること。
【解決手段】液滴吐出ヘッド１０のノズルプレート１において、複数のノズル孔１１は各々、共通の圧力室２１に連通する複数のサブノズル孔１１１、１１２を備えている。サブノズル孔１１１では、隣りに位置するサブノズル孔１１２から離間する方向に第１ノズル部１１１ａの中心軸Ｌ１１１ａが第２ノズル部１１１ｂの中心軸Ｌ１１１ｂからずれており、かかるずれによって、サブノズル孔１１１、１１２からの液滴の吐出方向が調整されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、およびプリンターに関するものである。

インクジェットプリンター等の液滴吐出装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できること等、多くの利点を有する。また、インクジェット方式の中でも記録が必要なときにのみインク滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式は、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため、現在主流となってきている。かかるインク・オン・デマンド方式のインクジェットプリンターに用いられるインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）には、インク滴を吐出する方式として、駆動手段に静電気力を利用したものや、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等がある。

インクジェットヘッドは、一般に、インク滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズルプレートにキャビティプレートが接合された構造を有している。キャビティプレートには、ノズル孔に１対１の関係をもって連通する圧力室や、リザーバー等のインク流路が形成されており、駆動手段によって圧力室に圧力を加えることにより、選択されたノズル孔からインク滴を吐出するようになっている。

インクジェットヘッドにおいては、吐出特性を改善する方法として、ノズル孔を全体として一体の円筒状とするのではなく、小径の第１ノズル部（インク吐出側）と大径の第２ノズル部（インク供給側）とからなる２段形状とし、ノズル孔に加わるインク圧力の方向をノズル軸線方向に揃えることが提案されている（特許文献１、２参照）。

特開２００７−１６８３４４号公報 特開２０１０−２４０８５２号公報

インクジェットプリンターによる記録の際には、吐出したインク滴が記録紙等の媒体に着弾した領域がドットとなることから、大きなドットを形成するには、大きな液滴を吐出することになる。しかしながら、大きなインク滴を記録紙上に吐出すると、着弾面積に対するインク容量が多いため、インクが記録紙の裏面に滲み出て裏写り（裏面滲み）が発生することがある。

このような問題を解消するために、本願発明者等は、図１２に示すように、ノズル孔１１を共通の圧力室２１に連通する２つのサブノズル孔１１１、１１２によって構成し、２つのサブノズル孔１１１、１１２の各々からインク滴を吐出させることを検討している。かかるノズル孔１１では、サブノズル孔１１１、１１２を構成する小径の第１ノズル部１１１ａ、１１２ａと、サイズの大きな第２ノズル部１１ｂとが連通した多段構造を有しており、第２ノズル部１１ｂは、２つの第１ノズル部１１１ａ、１１２ａ（サブノズル孔１１１、１１２）に対して共通である。かかる構成によれば、２つのサブノズル孔１１１、１１２（第１ノズル部１１１ａ、１１２ａ）から吐出されたインク滴が異なる個所に着弾するので、インク滴１つ分は小さくても大きなドットを形成することができる。また、着弾面積に対するインクの容量が少ないので、裏写りが発生しにくい。

しかしながら、図１２に示す構成では、第１ノズル部１１１ａ、１１２ａと第２ノズル部１１ｂとが同心状態から大きく外れているため、インク滴の吐出方向を制御できず、その結果、２つのサブノズル孔１１１、１１２（第１ノズル部１１１ａ、１１２ａ）から吐出されたインク滴の着弾位置を制御できないという問題点がある。

そこで、本願発明者等は、図１３に示すように、２つのサブノズル孔１１１、１１２の各々において、２つの第１ノズル部１１１ａ、１１２ａの各々に同心状で連通するように２つの第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂを設けた構成を検討している。かかる構成によれば、２つのサブノズル孔１１１、１１２（第１ノズル部１１１ａ、１１２ａ）からインク滴が互いに平行な方向に吐出されることになる。

しかしながら、図１３に示す構成では、サブノズル孔１１１（第１ノズル部１１１ａ）から吐出されたインクの液滴Ｐ１と、サブノズル孔１１２（第１ノズル部１１２ａ）から吐出されたインクの液滴Ｐ２とが反発し、互いに離間する方向に飛翔する結果、媒体Ｍ上での液滴Ｐ１、Ｐ２の着弾位置が大きく離間してしまう等の新たな問題点がある。

なお、図１２および図１３に示す液滴吐出ヘッドは、本願発明者等が案出した構成であって、従来技術ではない。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、共通の圧力室に連通する複数のサブノズル孔から吐出された液滴を適正な位置に着弾させることのできる液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、およびプリンターを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、該ノズルプレートに積層され、当該ノズルプレートとの間に前記ノズル孔に連通する圧力室を構成するキャビティプレートと、を有する液滴吐出ヘッドであって、前記複数のノズル孔の各々は、共通の前記圧力室に連通する複数のサブノズル孔を備え、当該複数のサブノズル孔は各々、前記ノズルプレートの液滴吐出面側で開口する第１ノズル部と、該第１ノズル部より大きな内径をもって当該第１ノズル部に前記圧力室側で重なる第２ノズル部を備え、前記複数のサブノズル孔のうち、少なくとも１つのサブノズル孔では、前記第１ノズル部の中心軸と前記第２ノズル部の中心軸とが異なる位置になるように配置されていることを特徴とする。

本発明において、複数のノズル孔は各々、共通の圧力室に連通する複数のサブノズル孔を備えており、かかるサブノズル孔から吐出された液滴は、異なる個所に着弾するので、滴液１つ分は小さくても大きなドットを形成することができる。また、着弾面積に対する液滴の容量が少ないので、少ない量の液滴で大きなドットを形成することができる。このため、媒体が紙等であっても裏写りが発生しにくい。また、複数のサブノズル孔毎に第１ノズル部と第２ノズル部が設けられているので、液滴を吐出する方向を制御しやすい。また、本発明では、複数のサブノズル孔のうち、少なくとも１つのサブノズル孔では、第１ノズル部の中心軸と第２ノズル部の中心軸とがずれており、かかるサブノズル孔では、第１ノズル部の中心軸と第２ノズル部の中心軸とのずれに対応する方向に液滴の吐出方向が調整される。このため、サブノズル孔から吐出された液滴の媒体上での着弾位置を適正な位置に設定することができる。

本発明では、前記第１ノズル部の中心軸が前記第２ノズル部の中心軸からずれているサブノズル孔において、隣りに位置する前記サブノズル孔は、互いに離間する方向に向けて前記第１ノズル部の中心軸が前記第２ノズル部の中心軸より位置ずれするように配置されていることが好ましい。かかる条件に中心軸が設定されたサブノズル孔では、隣りに位置するサブノズル孔から吐出された液滴に接近する方向に液滴が吐出される。このため、近接しながら飛翔する液滴の間に反発力が作用した場合でも、かかる反発力に起因する飛翔方向のずれを補正することができるので、隣り合うサブノズル孔から吐出した液滴を媒体上で隣接する位置に着弾させることができる。

本発明において、前記複数のサブノズル孔のいずれにおいても、前記第１ノズル部の中心軸と前記第２ノズル部の中心軸とが異なる位置になるように配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、近接しながら飛翔する液滴の間に作用する反発力に起因する飛翔方向のずれ等を確実に補正することができる。

本発明において、前記複数のノズル孔は各々、２つの前記サブノズル孔を備えている構成を採用することができる。

この場合、前記複数のノズル孔は、直列に配置され、前記２つのサブノズル孔は、前記ノズル孔の直列方向と平行に配置されている構成を採用することができる。

また、前記複数のノズル孔は、直列に配置され、前記２つのサブノズル孔は、前記ノズル孔の直列方向に対して交差する方向に配置されている構成を採用してもよい。

本発明において、前記複数のノズル孔は各々、３つ以上の前記サブノズル孔を備えている構成を採用してもよい。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、プリンター等の液滴吐出装置に用いられる。

本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。 図１に示す液滴吐出ヘッドの説明図である。 図１に示す液滴吐出ヘッドに形成したノズル孔の説明図である。 図１に示すノズルプレートの製造に用いた基板の平面図である。 図１に示すノズルプレートの製造工程を示す工程断面図である。 図５に続いて行うノズルプレートの製造工程を示す工程断面図である。 図６に続いて行うノズルプレートの製造工程を示す工程断面図である。 本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドに形成したノズル孔の説明図である。 本発明の実施の形態３に係る液滴吐出ヘッドに形成したノズル孔の説明図である。 本発明の実施の形態４に係る液滴吐出ヘッドに形成したノズル孔の説明図である。 本発明を適用した液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の斜視図である。 参考例１に係る液滴吐出ヘッドの説明図である。 参考例２に係る液滴吐出ヘッドの説明図である。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、本発明を適用した液滴吐出装置としてインクジェットプリンター（プリンター）を例示し、本発明を適用した液滴吐出ヘッドとして、インクジェットプリンターのインクジェットヘッドを例示する。以下の説明では、図１２および図１３を参照して説明した構成との対応が分かりやすいように、対応する部分には同一の符号を付して説明する。また、以下の説明では、ノズル孔の列方向をＸ方向とし、ノズル孔の列方向に直交する方向をＹ方向としてある。

［実施の形態１］
（液滴吐出装置の液滴吐出ヘッドの構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドの説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、液滴吐出ヘッドの縦断面図、および液滴吐出ヘッドのインク吐出面の説明図である。

図１および図２において、本形態の液滴吐出ヘッド１０は、インクジェットプリンターのインクジェットヘッドであり、複数のノズル孔１１がＸ方向に所定の間隔で直線状に設けられたノズルプレート１と、各ノズル孔１１に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティプレート２と、キャビティプレート２の振動板２２に対峙する電極基板３とを積層した構成を有している。本形態において、ノズル孔１１はＹ方向に２列配列されており、１列内には、ノズル孔１１が例えば３６０個形成されている。本形態において、ノズルプレート１は、例えば、厚さが６５μｍ程度のシリコン基板から作製されており、ノズル孔１１は、後述する構造を有している。

本形態において、キャビティプレート２は、シリコン基材から作製されている。キャビティプレート２には、ノズルプレート１との間に圧力室２１を構成するための圧力室用凹部２１０が形成されており、圧力室２１は、ノズル孔１１と一対一の関係をもって形成されている。また、キャビティプレート２には、オリフィス２３を構成するためのオリフィス用凹部２３０、およびリザーバー２４を構成するためのリザーバー用凹部２４０が形成されている。圧力室用凹部２１０（圧力室２１）とリザーバー用凹部２４０（リザーバー２４）とは、オリフィス用凹部２３０（オリフィス２３）を介して連通している。リザーバー２４は、各圧力室２１に対して共通の共通インク室を構成し、オリフィス２３を介して複数の圧力室２１に連通している。リザーバー２４の底部には、キャビティプレート２および電極基板３を貫通するインク供給孔２５が形成され、このインク供給孔２５を通じて、インクカートリッジ（図示せず）からインクが供給される。圧力室２１の底壁は、肉薄の振動板２２となっている。なお、キャビティプレート２の全面、若しくは少なくとも電極基板３と対向する面には、熱酸化やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成されたシリコン酸化膜等の絶縁膜２６が形成されている。かかる絶縁膜２６は、液滴吐出ヘッド１０を駆動したときの絶縁破壊やショートを防止する。

本形態において、電極基板３は、ガラス基材から作製されている。電極基板３には、キャビティプレート２の各振動板２２に対向する位置にそれぞれ凹部３１０が設けられており、各凹部３１０の内側には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）等からなる個別電極３１がスパッタ法により形成されている。従って、振動板２２と個別電極３１との間に形成されるギャップは、凹部３１０の深さ、個別電極３１の厚さ、および振動板２２を覆う絶縁膜２６の厚さにより決定されることになる。

個別電極３１は、リード部３１ａと、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部３１ｂとを備えている。端子部３１ｂは、配線のためにキャビティプレート２の端部から露出している電極取り出し部３１１に位置する。そして、各個別電極３１の端子部３１ｂとキャビティプレート２の共通電極２７とは、ＩＣドライバ等の駆動制御回路４に電気的に接続されている。

従って、本形態の液滴吐出ヘッド１０において、駆動制御回路４によって、液滴吐出ヘッド１０の個別電極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の間に静電気力が発生する。この静電気力によって、振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて撓む。これによって、圧力室２１の容積が増大し、リザーバー２４の内部に溜まっていたインクがオリフィス２３を通じて圧力室２１に流れ込む。次に、個別電極３１への電荷の供給を停止すると、静電吸引力が消滅し、振動板２２はその弾性力により元に戻る。その際、圧力室２１の容積が急激に減少して、圧力室２１内の圧力が急激に上昇し、圧力室２１内のインクの一部がインク滴としてノズル孔１１より吐出される。以降、上記の動作が繰り返される。

（ノズル孔１１の詳細構成）
図３は、図１に示す液滴吐出ヘッド１０に形成したノズル孔１１の説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ノズル孔１１の１つを拡大して示す断面図、ノズル孔１１の１つ分の平面図、および１つのノズル孔１１から吐出された液滴の飛翔方向を示す説明図である。なお、図３（ｂ）では、第１ノズル部の中心（中心軸）については「・」で示し、第２ノズル部の中心（中心軸）については「＋」で示してある。

図１、図２および図３に示すように、本形態の液滴吐出ヘッド１０において、ノズル孔１１は、共通の圧力室２１に連通する複数のサブノズル孔からなり、本形態において、複数のノズル孔１１は各々、共通の圧力室２１に連通する２つのサブノズル孔１１１、１１２からなる。本形態において、サブノズル孔１１１、１１２は、いずれのノズル孔１１においても、ノズル孔１１の直列方向（Ｘ方向）と平行な方向に並んでいる。

ここで、サブノズル孔１１１、１１２は各々、径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル部を有している。より具体的には、サブノズル孔１１１は、インク吐出面１ａ側に位置して先端がインク吐出面１ａで開口する小径の第１ノズル部（噴射口部分の小径孔）１１１ａと、第１ノズル部１１１ａにキャビティプレート２との接合面１ｂ側（圧力室２１側）で重なって導入口部分が接合面１ｂで開口する大径の第２ノズル部（導入口部分の大径孔）１１１ｂとから構成されており、第２ノズル部１１１ｂは圧力室２１側で開口している。サブノズル孔１１２も、サブノズル孔１１１と同様、インク吐出面１ａ側に位置して先端がインク吐出面１ａで開口する小径の第１ノズル部（噴射口部分の小径孔）１１２ａと、第１ノズル部１１１ａにキャビティプレート２との接合面１ｂ側（圧力室２１側）で重なって導入口部分が接合面１ｂで開口する大径の第２ノズル部（導入口部分の大径孔）１１２ｂとから構成されており、第２ノズル部１１２ｂは圧力室２１側で開口している。

第１ノズル部１１１ａ、１１２ａおよび第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂは、基板面に対して垂直に設けられ、かつ、図３等を参照して後述する位置関係をもって略同軸状に形成されている。このため、インク滴の吐出方向をノズル孔１１の中心軸方向に概ね、揃えることができるので、安定したインク吐出特性を発揮する。本形態において、ノズルプレート１の表面には、ＳｉＯ₂膜等からなる耐液保護膜１８が形成されている。また、ノズルプレート１のインク吐出面１ａ側には、ノズル孔１１の周囲にインクに対する撥液性を有する撥液層１９が形成されている。本形態において、第１ノズル部１１１ａ、１１２ａの内径は、例えば１５〜３０μｍであり、第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂの内径は、第１ノズル部１１１ａ、１１１ｂの内径の約１．５倍である。

このように構成したサブノズル孔１１１およびサブノズル孔１１２において、第１ノズル部１１１ａ、１１２ａの中心軸Ｌ１１１ａ、Ｌ１１２ａと、第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂの中心軸Ｌ１１１ｂ、Ｌ１１２ｂとはずれている。より具体的には、サブノズル孔１１１、１１２のうち、Ｘ軸方向の一方側−Ｘに位置するサブノズル孔１１１においては、第１ノズル部１１１ａの中心軸Ｌ１１１ａが、隣りに位置するサブノズル孔１１２から離間する方向（Ｘ軸方向の一方側−Ｘ）に第２ノズル部１１１ｂの中心軸Ｌ１１１ｂからずれている。また、Ｘ軸方向の他方側＋Ｘに位置するサブノズル孔１１２において、第１ノズル部１１２ａの中心軸Ｌ１１２ａは、隣りに位置するサブノズル孔１１１から離間する方向（Ｘ軸方向の他方側＋Ｘ）に第２ノズル部１１２ｂの中心軸Ｌ１１２ｂからずれている。但し、第１ノズル部１１１ａ、１１２ａの中心軸Ｌ１１１ａ、Ｌ１１２ａと、第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂの中心軸Ｌ１１１ｂ、Ｌ１１２ｂとのずれ量は１〜５μｍ程度である。このため、第２ノズル部１１１ｂの中心軸Ｌ１１１ｂは、第１ノズル部１１１ａの内側を通り、第２ノズル部１１２ｂの中心軸Ｌ１１２ｂは、第１ノズル部１１２ａの内側を通っている。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の液滴吐出ヘッド１０において、複数のノズル孔１１は各々、共通の圧力室２１に連通する複数のサブノズル孔１１１、１１２を備えており、かかるサブノズル孔１１１、１１２から吐出された液滴は、図３（ｃ）に示すように、媒体Ｍ上の隣接する個所に着弾する。従って、滴液１つ分は小さくても大きなドットを形成することができる。また、着弾面積に対する液滴の容量が少ないので、少ない量の液滴で媒体Ｍ上の比較的広い範囲に吐出した液を設けることができる。このため、媒体Ｍが紙等であっても、裏写りが発生しにくい。また、サブノズル孔１１１、１１２毎に第１ノズル部１１１ａ、１１２ａと第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂが設けられているので、液滴を吐出する方向を制御することができる。

また、サブノズル孔１１１では、隣りに位置するサブノズル孔１１２から離間する方向に第１ノズル部１１１ａの中心軸Ｌ１１１ａが第２ノズル部１１１ｂの中心軸Ｌ１１１ｂからずれており、かかるサブノズル孔１１１から吐出された液滴Ｐ１は、第１ノズル部１１１ａの中心軸Ｌ１１１ａと第２ノズル部１１１ｂの中心軸Ｌ１１１ｂとのずれ方向に対応する方向に吐出方向が調整される。より具体的には、サブノズル孔１１１からは、第１ノズル部１１１ａの中心軸Ｌ１１１ａが第２ノズル部１１１ｂの中心軸Ｌ１１１ｂからずれている側とは反対側（サブノズル孔１１２が位置する側）に傾くように液滴Ｐ１が吐出される。これに対して、サブノズル孔１１２では、隣りに位置するサブノズル孔１１１から離間する方向に第１ノズル部１１２ａの中心軸Ｌ１１２ａが第２ノズル部１１２ｂの中心軸Ｌ１１２ｂからずれており、かかるサブノズル孔１１２から吐出された液滴Ｐ２は、第１ノズル部１１２ａの中心軸Ｌ１１２ａと第２ノズル部１１２ｂの中心軸Ｌ１１２ｂとのずれ方向に対応する方向に吐出方向が調整される。より具体的には、サブノズル孔１１２からは、第１ノズル部１１２ａの中心軸Ｌ１１２ａが第２ノズル部１１２ｂの中心軸Ｌ１１２ｂからずれている側とは反対側（サブノズル孔１１１が位置する側）に傾くように液滴Ｐ２が吐出される。このため、第１ノズル部１１１ａ、１１２ａの中心軸Ｌ１１１ａ、Ｌ１１２ａと第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂの中心軸Ｌ１１１ｂ、Ｌ１１２ｂとの相対位置を調整するという比較的簡素な構成で、複数のサブノズル孔１１１、１１２から吐出された各液滴Ｐ１、Ｐ２の媒体Ｍ上での相対的な着弾位置を適正な条件に調整することができる。

より具体的には、サブノズル孔１１１から吐出された液滴Ｐ１と、サブノズル孔１１２から吐出された液滴Ｐ２とは、互いに接近する方向に飛翔する。このため、近接しながら飛翔する液滴Ｐ１、Ｐ２の間に反発力が作用した場合でも、かかる反発力に起因する飛翔方向のずれが補正されるので、隣り合うサブノズル孔１１１、１１２から吐出した液滴Ｐ１、Ｐ２は、媒体Ｍ上で隣接する位置に着弾することになる。

しかも、本形態においては、２つのサブノズル孔１１１、１１２のいずれにおいても、第１ノズル部１１１ａ、１１２ａの中心軸Ｌ１１１ａ、Ｌ１１２ａと第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂの中心軸Ｌ１１１ｂ、Ｌ１１２ｂとがずれているため、近接しながら飛翔する液滴Ｐ１、Ｐ２の間に作用する反発力に起因する飛翔方向のずれを確実に補正することができる。

（液滴吐出ヘッド１０の製造方法）
図４〜図７を参照して、図１に示す液滴吐出ヘッド１０の製造方法の一例を説明する。図４は、図１〜図３に示すノズルプレート１の製造に用いた基板１００の平面図である。図５は、図１〜図３に示すノズルプレート１の製造工程を示す工程断面図である。図６は、図５に続いて行うノズルプレート１の製造工程を示す工程断面図である。図７は、図６に続いて行うノズルプレートの製造工程を示す工程断面図である。なお、図５および図７では、基板１００の第１面１００ａおよび第２面１００ｂのうち、ノズルプレート１を形成した際にインク吐出面１ａとなる側を上向きに図示し、図６では、基板１００の第１面１００ａを下向きに図示してある。また、図５〜図７には、１つのノズル孔１１に相当する部分を表してある。

図１に示す液滴吐出ヘッド１０のノズルプレート１を製造するには、まず、図４に示す基板１００を用意する。基板１００は、例えば、厚さが２８０μｍのシリコン基板であり、以下に説明する各工程を実施して、点線Ｌ１で示すダイシングラインで囲まれた複数の領域の各々にノズル孔１１等を形成した後、ダイシングラインに沿って基板１００を切断すると、複数のノズルプレート１が切り出される。

本形態では、まず、図５（ａ）、（ｂ）に示す第１凹部形成工程において、基板１００の第１面１００ａに第１エッチングマスク４１を形成した状態で基板１００の第１面１００ａをエッチングして、２つで一組の第１ノズル部形成用の第１凹部１２ａを形成する。より具体的には、図５（ａ）に示すように、基板１００の第１面１００ａに感光性レジストからなる第１レジスト４０を塗布した後、第１フォトリソグラフィー工程において、第１選択露光部４２１を備えた第１露光マスク４２を介して第１レジスト４０を露光し、その後、現像する。その結果、開孔部４１ａを備えたレジストマスクからなる第１エッチングマスク４１が形成される。本形態において、第１レジスト４０はポジタイプの感光性レジストであるので、第１選択露光部４２１は、第１凹部１２ａおよび開孔部４１ａと対応する位置に透光部として形成されている。なお、第１レジスト４０がネガタイプの感光性レジストである場合、第１選択露光部４２１は、第１凹部１２ａおよび開孔部４１ａと対応する位置に遮光部として形成される。次に、図５（ｂ）に示すように、第１エッチングマスク４１の開孔部４１ａを介して基板１００の第１面１００ａにエッチングを行い、第１ノズル部形成用の第１凹部１２ａを形成する。かかるエッチングとして、本形態では、ＩＣＰドライエッチング装置（図示せず）により、基板１００の第１面１００ａに異方性ドライエッチングを行い、第１凹部１２ａを第１面１００ａに対して垂直に形成する。この場合のエッチングガスとしては、Ｃ₄Ｆ₈ガスおよびＳＦ₆ガスを使用し、これらのエッチングガスを交互に使用する。ここで、Ｃ₄Ｆ₈ガスは、第１凹部１２ａの側面にエッチングが進行しないように側面を保護するために使用し、ＳＦ₆ガスは、基板１００の垂直方向へのエッチングを促進させるために使用する。

次に、図５（ｃ）に示すように、硫酸洗浄等により第１エッチングマスク４１を除去した後、図５（ｄ）に示すように、基板１００の全面に保護膜１３を形成する。より具体的には、基板１００を熱酸化装置（図示せず）にセットして酸化温度１０７５℃、酸化時間４時間、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で基板１００に熱酸化処理を行い、基板１００の表面全体に膜厚が１μｍのＳｉＯ₂膜からなる保護膜１３を形成する。

次に、図６（ｅ）に示す薄板化工程では、基板１００の第２面１００ｂ側から基板１００を薄板化する。かかる薄板化工程を行うにあたって、本形態では、基板１００の第２面１００ｂ側に研削加工や研磨加工を行った後、洗浄を行う。例えば、基板１００の第２面１００ｂにバックグラインダー（図示せず）によって研削加工する。なお、薄板化工程では、ポリッシャー、ＣＭＰ装置によって第２面１００ｂを研磨して基板１００を薄くしてもよい。また、エッチングによって基板１００を薄くしてもよい。

次に、図６（ｆ）、（ｇ）に示す第２凹部形成工程において、基板１００の第２面１００ｂに第２エッチングマスク６１を形成した状態で基板１００をエッチングして、第１凹部１２ａに平面視で重なる領域に２つで一組の第２ノズル部形成用の第２凹部１２ｂを第１凹部１２ａより大きなサイズに形成する。より具体的には、図６（ｆ）に示すように、基板１００の第２面１００ｂに感光性レジストからなる第２レジスト６０を塗布した後、第２フォトリソグラフィー工程において、第２選択露光部６２１を備えた露光マスク６２を介して第２レジスト６０を露光し、その後、現像する。その結果、開孔部６１ａを備えたレジストマスクからなる第２エッチングマスク６１が形成される。本形態において、第２レジスト６０はポジタイプの感光性レジストであるので、第２選択露光部６２１は、第２凹部１２ｂおよび開孔部６１ａと対応する位置に透光部として形成されている。なお、第２レジスト６０がネガタイプの感光性レジストである場合、第２選択露光部６２１は、第２凹部１２ｂおよび開孔部６１ａと対応する位置に遮光部として形成される。次に、図６（ｇ）に示すように、第２エッチングマスク６１の開孔部６１ａを介して基板１００の第２面１００ｂにエッチングを行い、第２ノズル部形成用の第２凹部１２ｂを形成する。かかるエッチングとして、本形態では、第１凹部形成工程と同様、ＩＣＰドライエッチング装置（図示せず）により、基板１００の第２面１００ｂに異方性ドライエッチングを行い、第２凹部１２ｂを第２面１００ｂに対して垂直に形成する。この場合のエッチングガスとしては、Ｃ₄Ｆ₈ガスおよびＳＦ₆ガスを使用し、これらのエッチングガスを交互に使用する。ここで、Ｃ₄Ｆ₈ガスは、第２凹部１２ｂの側面にエッチングが進行しないように側面を保護するために使用し、ＳＦ₆ガスは、基板１００の垂直方向へのエッチングを促進させるために使用する。

かかる第２凹部形成工程において、本形態では、第１凹部１２ａの中心軸と第２凹部１２ｂの中心軸とがずれるように、第２選択露光部６２１の中心位置と、図５（ａ）に示す第１選択露光部４２１の中心位置とをずらす。

次に、図６（ｈ）に示すように、硫酸洗浄等により第２エッチングマスク６１を除去した後、フッ酸水溶液等により保護膜１３にウェットエッチングし、保護膜１３を除去する。その結果、基板１００には、小径の第１ノズル部１１１ａ、１１２ａと大径の第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂとが連通したサブノズル孔１１１、１１２を備えたノズル孔１１が形成されることになる。

次に、図７（ｉ）に示すように、ノズル孔１１の内壁を含む基板１００の表面全体に、耐インク性を有する耐液保護膜１８を形成する。本形態では、基板１００を熱酸化炉に投入し、基板１００の表面全体に例えば膜厚が０．１μｍの熱酸化膜（ＳｉＯ₂膜）を耐液保護膜１８として形成する。

次に、基板１００に対してインクに対する撥液性を持たせるための撥液処理を行う。具体的には、図７（ｊ）に示すように、フッ素原子を含むケイ素化合物を主成分とする撥液性材料を蒸着やディッピングで成膜し、基板１００の表面全体に撥液層１９を形成する。このとき、ノズル孔１１の内壁にも撥液層１９が形成される。そこで、図７（ｋ）に示すように、基板１００のうち、撥液性を確保しておきたい部分、すなわち、第１面１００ａのノズル孔１１の吐出口周囲に保護テープ８０を貼付した状態で撥液層１９をＡｒスパッタやＯ₂プラズマ処理によって除去した後、図７（ｌ）に示すように、保護テープ８０を剥がす。

それ以降の工程については図示を省略するが、基板１００の第１面１００ａあるいは第２面１００ｂにダイシングテープを貼付した後、基板１００をダイシングにより個々のノズルプレート１に分離し、ノズルプレート１をダイシングテープから剥離してノズルプレート１を得る。

このようにして製造したノズルプレート１を用いての液滴吐出ヘッド１０を製造するには、図１に示すように、ノズルプレート１の接合面１ｂに、キャビティプレート２の接合面を貼り合せた後、キャビティプレート２の他の接合面に電極基板３の接合面を貼り付ける。その結果、ノズルプレート１、キャビティプレート２および電極基板３の接合体を備えた液滴吐出ヘッド１０が完成する。

［実施の形態２］
図８は、本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド１０に形成したノズル孔１１の説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、ノズル孔１１の１つを拡大して示す断面図、およびノズル孔１１の１つ分の平面図である。なお、本形態および後述する実施の形態３、４の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。また、図８（ｂ）、後で参照する図９（ｂ）および図１０（ｂ）では、第１ノズル部の中心（中心軸）については「・」で示し、第２ノズル部の中心（中心軸）については「＋」で示してある。

実施の形態１では、ノズル孔１１を構成するサブノズル孔１１１、１１２の双方において、第１ノズル部１１１ａ、１１２ａの中心軸Ｌ１１１ａ、Ｌ１１２ａと、第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂの中心軸Ｌ１１１ｂ、Ｌ１１２ｂとがずれていた。これに対して、本形態では、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、サブノズル孔１１１、１１２のうち、サブノズル孔１１１では、第１ノズル部１１１ａの中心軸Ｌ１１１ａと第２ノズル部１１１ｂの中心軸Ｌ１１１ｂとが一致し、サブノズル孔１１２では、第１ノズル部１１２ａの中心軸Ｌ１１２ａと第２ノズル部１１２ｂの中心軸Ｌ１１２ｂとがずれている。より具体的には、サブノズル孔１１２において、第１ノズル部１１２ａの中心軸Ｌ１１２ａは、隣りに位置するサブノズル孔１１１から離間する方向（Ｘ軸方向の他方側＋Ｘ）に第２ノズル部１１２ｂの中心軸Ｌ１１２ｂからずれている。

このように構成した液滴吐出ヘッド１０でも、近接しながら飛翔する液滴の間に作用する反発力に起因する飛翔方向のずれを補正することができるので、複数のサブノズル孔１１１、１１２から吐出された各液滴の媒体上での相対的な着弾位置を適正な条件に調整することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

［実施の形態３］
図９は、本発明の実施の形態３に係る液滴吐出ヘッド１０に形成したノズル孔１１の説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）は、複数のノズル孔１１のレイアウトを示す説明図、およびノズル孔１１の１つ分の平面図である。

実施の形態１では、ノズル孔１１を構成するサブノズル孔１１１、１１２がノズル孔１１の直列方向（Ｘ方向）と平行な方向に並んでいたが、本形態では、図９に示すように、２つのサブノズル孔１１１、１１２がノズル孔１１の直列方向（Ｘ方向）と交差する斜め方向に並んでいる。かかる構成でも、サブノズル孔１１１、１１２では、第１ノズル部１１１ａ、１１２ａの中心軸Ｌ１１１ａ、Ｌ１１２ａと、第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂの中心軸Ｌ１１１ｂ、Ｌ１１２ｂとがずれている。より具体的には、サブノズル孔１１１において、第１ノズル部１１１ａの中心軸Ｌ１１１ａは、隣りに位置するサブノズル孔１１２から離間する斜め方向に第２ノズル部１１１ｂの中心軸Ｌ１１１ｂからずれている。また、サブノズル孔１１２において、第１ノズル部１１２ａの中心軸Ｌ１１２ａは、隣りに位置するサブノズル孔１１１から離間する斜め方向に第２ノズル部１１２ｂの中心軸Ｌ１１２ｂからずれている。

このように構成した液滴吐出ヘッド１０でも、近接しながら飛翔する液滴の間に作用する反発力に起因する飛翔方向のずれを補正することができるので、複数のサブノズル孔１１１、１１２から吐出された各液滴の媒体上での相対的な着弾位置を適正な条件に調整することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

また、サブノズル孔１１１、１１２は、ノズル孔１１の直列方向（Ｘ方向）と交差する斜め方向に並んでおり、かかる方向では、実施の形態１と比較して、サブノズル孔１１１、１１２を離間した位置に設けることができる等、レイアウト面での制約が少ないという利点がある。従って、サブノズル孔１１１、１１２を離間した位置に設けることにより、互いに近接して飛翔する液滴の間に作用する反発力を緩和することができ、液滴を適正な位置に着弾させやすいという利点がある。

なお、本形態でも、実施の形態２と同様、第１ノズル部１１１ａ、１１２ａの中心軸Ｌ１１１ａ、Ｌ１１２ａのうちの一方が第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂの中心軸Ｌ１１１ｂ、Ｌ１１２ｂからずれている構成を採用してもよい。

［実施の形態４］
図１０は、本発明の実施の形態４に係る液滴吐出ヘッド１０に形成したノズル孔１１の説明図であり、図１０（ａ）、（ｂ）は、複数のノズル孔１１のレイアウトを示す説明図、およびノズル孔１１の１つ分の平面図である。

実施の形態１〜３では、ノズル孔１１を２つのサブノズル孔１１１、１１２によって構成したが、本形態では、図１０に示すように、３つのサブノズル孔１１１、１１２、１１３によって１つのノズル孔１１が構成されている。また、３つのサブノズル孔１１１、１１２、１１３は三角形の頂点に相当する位置に設けられており、３つのサブノズル孔１１１、１１２、１１３はいずれも、小径の第１ノズル部１１１ａ、１１２ａ、１１３ａと、大径の第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂとを備えている。ここで、サブノズル孔１１１、１１２、１１３では、第１ノズル部１１１ａ、１１２ａ、１１３ａの中心軸Ｌ１１１ａ、Ｌ１１２ａ、Ｌ１１３ａと、第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂの中心軸Ｌ１１１ｂ、Ｌ１１２ｂ、Ｌ１１３ｂとがずれている。より具体的には、サブノズル孔１１１において、第１ノズル部１１１ａの中心軸Ｌ１１１ａは、隣りに位置するサブノズル孔１１２、１１３から離間する方向に第２ノズル部１１１ｂの中心軸Ｌ１１１ｂからずれている。また、サブノズル孔１１２において、第１ノズル部１１２ａの中心軸Ｌ１１２ａは、隣りに位置するサブノズル孔１１１、１１３から離間する方向に第２ノズル部１１２ｂの中心軸Ｌ１１２ｂからずれている。また、サブノズル孔１１３において、第１ノズル部１１３ａの中心軸Ｌ１１３ａは、隣りに位置するサブノズル孔１１１、１１２から離間する方向に第２ノズル部１１３ｂの中心軸Ｌ１１３ｂからずれている。

このように構成した液滴吐出ヘッド１０でも、近接しながら飛翔する液滴の間に作用する反発力に起因する飛翔方向のずれを補正することができるので、複数のサブノズル孔１１１、１１２、１１３から吐出された各液滴の媒体上での相対的な着弾位置を適正な条件に調整することができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

なお、本形態でも、実施の形態２と同様、第１ノズル部１１１ａ、１１２ａ、１１３ａの中心軸Ｌ１１１ａ、Ｌ１１２ａ、Ｌ１１３ａのうちの１つあるいは２つが、第２ノズル部１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂの中心軸Ｌ１１１ｂ、Ｌ１１２ｂ、Ｌ１１３ｂからずれている構成を採用してもよい。

［他の実施の形態］
上記実施の形態１〜４では、２つまたは３つのサブノズル孔によって１つのノズル孔を構成したが、４つ以上のサブノズル孔によって１つのノズル孔を構成してもよい。

上記実施の形態では、静電力を駆動手段に用いたインクジェットヘッドのノズルプレート１の製造方法等を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変更することができる。

例えば、駆動手段として、圧電素子や発熱素子等を利用した液滴吐出ヘッド１０のノズルプレート１に本発明を適用してもよい。また、ノズル孔１１より吐出される液状材料を変更することにより、図１１に示すインクジェットプリンター２００の液滴吐出ヘッド１０の他、他の液滴吐出装置や、デバイスに適用することができる。

１・・ノズルプレート、１ａ・・インク吐出面、１ｂ・・接合面、２・・キャビティプレート、３・・電極基板、１０・・液滴吐出ヘッド、１１・・ノズル孔、１２ａ・・第１凹部、１２ｂ・・第２凹部、２１・・圧力室、２２・・振動板、２３・・オリフィス、２４・・リザーバー、２５・・インク供給孔、１００・・基板、１００ａ・・第１面、１００ｂ・・第２面、２００・・インクジェットプリンター、１１１、１１２、１１３・・サブノズル孔、１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ・・第１ノズル部、１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ・・第２ノズル部

Claims (9)

1. 複数のノズル孔が形成されたノズルプレートと、該ノズルプレートに積層され、当該ノズルプレートとの間に前記ノズル孔に連通する圧力室を構成するキャビティプレートと、を有する液滴吐出ヘッドであって、
   前記複数のノズル孔の各々は、共通の前記圧力室に連通する複数のサブノズル孔を備え、
   当該複数のサブノズル孔は各々、前記ノズルプレートの液滴吐出面側で開口する第１ノズル部と、該第１ノズル部より大きな内径をもって当該第１ノズル部に前記圧力室側で重なる第２ノズル部を備え、
   前記複数のサブノズル孔のうち、少なくとも１つのサブノズル孔では、前記第１ノズル部の中心軸と前記第２ノズル部の中心軸とが異なる位置になるように配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記第１ノズル部の中心軸が前記第２ノズル部の中心軸からずれているサブノズル孔において、隣りに位置する前記サブノズル孔は、互いに離間する方向に向けて前記第１ノズル部の中心軸が前記第２ノズル部の中心軸より位置ずれするように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記複数のサブノズル孔のいずれにおいても、前記第１ノズル部の中心軸と前記第２ノズル部の中心軸とが異なる位置になるように配置されてい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。
4. 前記複数のノズル孔は各々、２つの前記サブノズル孔を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記複数のノズル孔は、直列に配置され、
   前記２つのサブノズル孔は、前記ノズル孔の直列方向と平行に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記複数のノズル孔は、直列に配置され、
   前記２つのサブノズル孔は、前記ノズル孔の直列方向に対して交差する方向に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記複数のノズル孔は各々、３つ以上の前記サブノズル孔を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液滴吐出装置。
9. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えていることを特徴とするプリンター。

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