JP2015047713A - 吐出口部材の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】流抵抗が低減されると同時に、全体強度を確保されている吐出口部材を提供する。
【解決手段】基板５０の主面に対して交差する第１の方向６２に凸となる第１の層１０と、第１の層１０の第１の方向６２側に形成される第２の層２０及び第３の層３０と、を含む基板を用意する。このとき、第１の層の第１の方向側の面に倣って第２の層を形成した後、第２の層の第１の方向側に凸となった面に第３の層を形成するか、又は、第１の層の第１の方向側に凸となった面に第３の層を形成した後に第３の層及び第１の層の第１の方向側の面に第２の層を形成する。さらに、第２の層をシードとしてめっきを行い、第２の層の第１の方向側に第４の層４０を形成する。さらに、その第４の層から第３の層を除去して、第４の層に、吐出口４５となる穴部を形成する。そして、その第４の層の少なくとも穴部の厚みを薄くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばインクジェット式記録ヘッドのような液滴吐出ヘッドを構成するための部材であって、液滴を吐出するための吐出口が形成された吐出口部材を製造する方法に関する。なお、本明細書及び特許請求の範囲でいう「吐出口」とは、吐出口部材を厚み方向に貫通する貫通孔において、該貫通孔の端部として吐出口部材表面に画定される開口を含めて貫通孔全体を指す。
インクジェット式記録ヘッドにおいては、低い駆動力でインクのような液滴を吐出できることが望ましい。駆動力を低減するには、吐出口部材における吐出口の流抵抗を低減することが有効である。そのための一つの手段として、吐出口の長さを短くすることがある。しかし、吐出口部材全体を薄くすると、吐出口部材の強度が落ちて、取り扱いが困難になるだけでなく、破損しやすくなる。そのためのもう一つの手段としては、吐出口をテーパー形状にすることがある。しかし、吐出口をテーパー部だけで形成する場合は、製法上、吐出口の吐出側開口である吐出口の口径精度を制御するのが難しい。また、使用上、吐出口部が変形や損傷しやすい。
そこで、流抵抗が低減されると同時に、吐出口の寸法を精度良く制御できる吐出口の構成として、インク流路に連続する該吐出口の一端側がテーパー形状で、インクを吐出する側である該吐出口の他端側が短いストレート形状であることが望ましい。
このような技術について、特許文献１は、テーパー部とストレート部とを持つ吐出口を有する吐出口部材の製造方法を開示している。当該製造方法は、プロキシミティー露光及びめっきによって前記吐出口におけるテーパー部を形成し、透明基板の裏面からの露光およびめっきによって前記吐出口におけるストレート部を形成することを含む。
特開２００４−３３０６３６号公報
しかしながら、特許文献１に示される製法で作製可能な吐出口は、その吐出口の周縁が液滴吐出方向に尖っており、したがって、吐出口部材の吐出口が形成された面を拭き掃除するワイピング手段が損傷を受ける虞がある。また、上記のようにストレート部を形成するプロセスでは、ストレート部の長さを短くすることが困難であり、吐出口の流抵抗を大幅に低減できない。
そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされた吐出口部材の製造方法を提供することにある。そして本発明の目的の一つは、従来技術と比して吐出口の流抵抗が低減され、且つ吐出口が形成された面が平坦で、全体強度が確保された吐出口部材を簡易に製造することにある。
本発明の一態様は、液体を吐出する吐出口をを備えた吐出口部材の製造方法に係わる。この製造方法は、以下のことを含む。すなわち、まず、基板の主面に対して交差する第１の方向に凸となる第１の層と、該第１の層の第１の方向側に形成される第２及び第３の層と、を含む前記基板を用意する。特に、当該基板を用意する際、第１の層の第１の方向側の面に倣って第２の層が形成された後該第２の層の第１の方向側に凸となった面に第３の層が形成されるか、又は、該第１の層の第１の方向側に凸となった面に該第３の層が形成された後に該第３の層及び該第１の層の第１の方向側の面に該第２の層が形成される。次に、該第２の層をシードとしてめっきを行い、該第２の層の該第１の方向側に第４の層を形成する。さらに、該第４の層から該第３の層を除去して、該第４の層に、前記吐出口となる穴部を形成する。そして、該第４の層の少なくとも該穴部の厚みを薄くする。
このような製造方法をとることにより、製造された吐出口部材は厚さが吐出口で最も薄く、吐出口から周囲へ遠ざかる部分で十分に厚くなる。したがって、吐出口部材の全体の強度が確保されながら、従来技術に比して吐出口におけるストレート部を短くすることができ、それにより吐出口の流抵抗を大幅に低減できる。また、製造された吐出口部材については吐出口が開口した面が平坦であるので、当該面を拭き掃除するワイピング手段は損傷を受けにくい。
本発明によれば、従来技術に比して流抵抗が低減された吐出口を有する吐出口部材を全体強度を落とさずに簡易に製造できる。また、低流抵抗を奏する吐出口部材を具備した液滴吐出ヘッドを簡易に製造できる。
本発明の第１の実施形態に係る吐出口部材の製造方法を説明する図。 本発明の第２の実施形態に係る吐出口部材の製造方法を説明する図。 本発明の第３の実施形態に係る吐出口部材の製造方法を説明する図。 本発明の第４の実施形態に係る吐出口部材の製造方法を説明する図。 本発明の第５の実施形態に係る、吐出口部材と流路基板を一体化した構造の製造方法を説明する図である。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図に示される同一の構成要素については、同一の符号を用いて簡単な説明に留めることにする。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る吐出口部材の製造方法を説明する図である。この図では、テーパー部とストレート部を持つ吐出口を有する吐出口部材の製造方法を示している。図１の（Ａ）〜（Ｅ−３）は該吐出口部材の断面図で、図１の（Ｅ−４）は該吐出口部材の平面図である。
まず、図１（Ａ）に示すように、基板５０の主面５３上に、第１の層１０と第２の層２０と第３の層３０とをこの順番で形成する。第１の層１０は、主面５３に対して交差する第１の方向６２側に突出する凸部１１を有しており、第２の層２０は、凸部１１の表面に倣って湾曲する湾曲部２１を有する。なお、第１の方向６２は、吐出口部材の最終形態において液滴の吐出方向に対応する方向であり、本明細書および特許請求の範囲でいう「第１の方向」も同様の方向を意図する。
第１の層１０は、主面５３上に直接形成されてもよく、中間層または接着剤を介して形成されてもよい。第１の層１０の材質は、凸部１１が形成されやすいように選択される。例えば、第１の層１０自身を変形させて凸部１１を形成することが可能であり、この場合、第１の層１０は、可撓性フィルムであることが望ましい。ここでいう可撓性とは、外力で変形可能で、変形後の形状が維持されやすいことを意味する。適応可能な材料には、金属、樹脂（特に熱硬化樹脂、または光硬化型樹脂）、ゴムなどがある。第１の層１０の厚さは、例えば、４０μｍであることが好ましい。
凸部１１の形成は、第１の層１０を基板５０上に形成する前か後のいずれかのタイミングで行うことが好ましい。この形成が第１の層１０を基板５０上に形成する前の場合、凸部１１は、例えば、成型方法で作製可能である。この場合、凸部１１と基板５０の主面５３との間に空隙ができてもかまわない。一方、該形成が第１の層１０を基板５０上に形成する後の場合、基板５０の主面５３上にあらかじめ凸構造（図示なし）を設けてから第１の層１０を形成すれば、該凸構造に倣うように第１の層１０に凸部１１を形成することができる。また、平坦の基板５０の主面５３上に第１の層１０を形成した後、第１の層１０の表面に対して堆積、またエッチング等の方法で凸部１１を形成することもできる。堆積方法の場合、凸部１１の材質は、第１の層１０の材質と異なってもよい。凸部１１の形状と寸法は、形成したい吐出口の形状と寸法に合わせて設計されるとよい。吐出口の吐出性能を考慮すると、凸部１１は中心対称形状であることが望ましい。例えば、凸部１１は円弧状である。この寸法の一例として、円弧の高さが２０μｍで、その曲率が５０μｍであることを提示できる。
第２の層２０は、第１の層１０の上面に形成される。ここで、第１の層１０の凸部１１の湾曲面に倣って、第２の層２０に凸部２１ができる。第２の層２０は、後続のめっき工程においてシード層として機能するので、材料や厚さはめっき工程に合せて選択すべきである。例えば、第２の層２０は、金属であることが好ましい。第２の層２０は、複数層の金属から構成されてもよい。例えば、第２の層２０として、１０ｎｍのＣｒ膜と４０ｎｍのＰｄ膜を順番に第１の層１０の上面に形成してもよい。
第３の層３０は、吐出口におけるストレート部を規定するためのパターンである。第３の層３０のパターンは、凸部１１と中心がほぼ合うように形成され、その形状と寸法は、吐出口の形状と寸法に合わせて設計する。例えば、第３の層３０のパターンは、円柱状であり、直径１０μｍ、厚さ３０μｍといった寸法を採ることが出来る。パターンが形成されやすいように、第３の層３０はフォトレジストからなることが好適である。
図１（Ａ）では、第２の層２０の上に第３の層３０を形成しているが、先に第１の層１０の上に第３の層３０を形成してから、第２の層２０を形成しても支障がない。
次に、図１（Ｂ）に示すように、第２の層２０をシードとしてめっきを行い、第２の層の表面に第４の層４０を形成する。第４の層４０は、Ｎｉなどの金属であることが好適である。第４の層に使用する材料として、ニッケルのほかに、電気めっき成長可能な金属材料、例えば金、銅、スズ、亜鉛、コバルト、白金、銀、鉛およびこれらを含む合金などが挙げられる。本実施形態において第４の層の厚さは、例えば、２５μｍであることが好ましい。めっき方法として、電界めっきや無電解めっきを適用できる。該めっきのプロセスにより、第２の層２０の凸部２１にならって、第４の層４０に凸部４１ができる。
次に、図１（Ｃ）に示すように、第３の層３０を除去して、第４の層４０に、吐出口４５となる穴部２４を形成する。吐出口４５は凸部４１の中心に形成される。第３の層３０がフォトレジストである場合、除去手法として、有機溶剤、レジストリムバーなどを利用したウェットエッチング、また、酸素プラズマ等を利用したドライエッチング方法が適用できる。
次に、第４の層４０の少なくとも凸部４１の部分（中心に吐出口４５及び穴部２４を有する盛り上がった部分）を、図１（Ｄ）に示すように薄くする。符号４１ａが、薄くされた部分である。第４の層の凸部４１を優先的に薄くできる手法として、例えば、研磨が好適である。吐出口におけるストレート部の長さ寸法の精度や吐出口部材表面の平坦度と平滑度を高めるために、仕上げ研磨で研磨レートを遅くし、細かい砥粒を使用するなど工夫する。必要に応じて、仕上げ研磨でＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）方法を用いる。
次に、図１の（Ｅ−１）〜（Ｅ−３）に示すように、第４の層４０を少なくとも基板５０から分離して、所望の吐出口部材を完成する。なお、図１の（Ｅ−１）〜（Ｅ−３）それぞれに示されるような吐出口部材の最終形態に合せて、異なる方法で分離が行われる。
例えば、図１（Ｅ−１）に示すような吐出口部材を得るため、第４の層４０を第２の層２０から剥離する。この場合、第２の層２０をウェットエッチングで選択的に除去する方法がある。また、第１の層１０を除去してから、第２の層２０を選択的に除去する方法もある。ここで得られる吐出口は、インク吐出側でストレート形状にされ、インク導入側でテーパー形状とされる。すなわち、吐出口のうちのストレート部は、第４の層４０から第３の層３０を除去してなる穴部分であり、該吐出口のうちのテーパー部は第４の層４０に凸部２１によって出来た凹み部分である。このような吐出口部材は、厚さが吐出口の吐出口４５で最も薄く（厚さ＝ｔ２）、吐出口４５から周囲へ遠ざかるにつれて次第に厚くなり、凸部４１だった部分４１ａより外側の平坦部が最も厚くなっている（厚さ＝ｔ１）。厚さの一例として、ｔ１＝２５μｍ、ｔ２＝５μｍを提示できる。
また、図１（Ｅ−２）に示すような吐出口部材を得るため、第４の層４０と第２の層２０を一緒に第１の層１０から剥離する。この場合、剥離の前または後に、吐出口４５の下方にある第２の層２０の一部分を除去する。このような部分除去の方法として、ドライエッチング法を適用できる。例えば、第４の層４０をマスクとしたプラズマエッチングが好適である。この部分除去工程は、図１（Ｃ）に示した第３の層３０の除去プロセスの後であり、図１（Ｄ）に示した第４の層４０の研磨プロセスの前に行ってもよい。ここで得られる吐出口は、インク吐出側でストレート形状にされ、インク導入側でテーパー形状とされる。すなわち、吐出口のうちのストレート部は、第４の層４０から第３の層３０を除去し且つ吐出口４５に相対する第２の層２０の一部を除去してなる穴部分であり、該吐出口のうちのテーパー部は第２の層２０に凸部１１によって出来た凹み部分である。このような吐出口部材は、厚さが吐出口の吐出口４５で最も薄く（厚さ＝ｔ２）、吐出口４５から周囲へ遠ざかるにつれて次第に厚くなり、凸部４１だった部分４１ａより外側の平坦部が最も厚くなっている（厚さ＝ｔ１）。厚さの一例として、ｔ１＝２５μｍ、ｔ２＝５μｍを提示できる。なお、図１（Ｅ−２）に示すような吐出口部材では厚さｔ１及びｔ２は第２の層２０と第４の層４０を合計した厚さである。
また、図１（Ｅ−３）に示すような吐出口部材を得るため、第４の層４０と第２の層２０と第１の層１０を一緒に基板５０から剥離する。この場合、吐出口４５の下方にある、第２の層２０の部位を除去し、さらに、この除去した部位の下方にある第１の層１０の部位に穴部１５を形成する。穴部１５の形成方法として、ドライエッチング、例えば、第４の層４０をマスクとしたプラズマエッチングが好適である。特に、図１（Ｅ−３）に示すようなテーパー形状の穴部１５を形成するために、等方性なプラズマエッチングが好適である。ここで得られる吐出口は、インク吐出側でストレート形状にされ、インク導入側でテーパー形状とされる。すなわち、吐出口のうちのストレート部は、第４の層４０から第３の層３０を除去し且つ吐出口４５に相対する第２の層２０の一部を除去してなる穴部分であり、該吐出口のうちのテーパー部は第１の層２０に形成されたテーパー形状の穴部１５である。このような吐出口部材は、厚さが吐出口の吐出口４５で最も薄く（厚さ＝ｔ２）、吐出口４５から周囲へ遠ざかるにつれて次第に厚くなり、凸部４１だった部分４１ａより外側の平坦部が最も厚くなっている（厚さ＝ｔ１）。厚さの一例として、ｔ１＝６５μｍ、ｔ２＝５μｍを提示できる。なお、図１（Ｅ−３）に示すような吐出口部材では厚さｔ１は第２の層２０と第４の層４０を合計した厚さであり、厚さｔ２は第１の層１０と第２の層２０と第４の層４０を合計した厚さである。
以上の方法によれば、吐出口４５が１個だけ、または、図１（Ｅ−４）の平面図に示すように吐出口４５が複数個ある吐出口部材１００のいずれも製造可能である。
本実施形態によれば、厚さが吐出口４５で最も薄く、吐出口４５から周囲に遠ざかる部分で十分に厚くなる吐出口部材を簡易に製造できる。このような吐出口部材は、従来技術と比べて吐出口の流抵抗が低減されると同時に、吐出口部材全体強度が確保されている。また、吐出口４５の開口縁は吐出方向に尖ることなく、吐出口部材１００の、吐出口が開口する面は平坦であるので、当該面を拭き掃除するワイピング手段は損傷を受けにくい。
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態に係る吐出口部材の製造方法を説明する図である。この図では、基板上の貫通穴を利用して、テーパー部とストレート部を持つ吐出口を有する吐出口部材の製造方法を示している。図２の（Ａ）〜（Ｋ−３）は該吐出口部材の製造工程を示す断面図で、図２の（Ｋ−４）は該吐出口部材の一例を示す平面図である。
まず、図２（Ａ）に示すように、貫通穴５５を有する基板５０を用意する。基板５０の材料や形状は、後続の工程に適するように選択される。貫通穴５５は、第１の開口５１が基板５０の主面５３の表面にあり、第２の開口５２が基板５０の主面５３とは反対側の表面にある。第１の開口５１の形状と寸法は、形成したい吐出口に合せて設計されるとよい。第１の開口５１の形状は、中心対称性を持つ形状であることが望ましい。図２（Ａ）では、本実施形態を分かり易くするため、貫通穴５５は基板５０を垂直に貫通しているように描いてある。但し、本発明の吐出口部材の製造方法において、この事は必須でない。第１の開口５１と第２の開口５２は互いに連通すればよく、この２つの開口間の経路は、途中で屈曲してもよく、その断面形状がどのような形状でも作製に支障がない。
貫通穴５５の形成方法は、基板５０の材料や貫通穴５５の形状に合わせて選択される。例えば、基板材料には樹脂、金属、ガラス、Ｓｉなどがある。貫通穴５５の加工方法には、例えば、成型、放電加工、レーザ加工、プラズマエッチングを利用したドライ加工法、または、薬液を利用したウェットエッチング法などがある。また、複数枚の素材を加工してから積層することによって、貫通穴５５を有する基板５０を形成してもよい。一例として、基板５０は０．５ｍｍ厚のＳｉ基板であり、貫通穴５５の第１の開口５１は直径が１５０μｍの円であることが好ましい。
次に、図２（Ｂ）に示すように、第１の開口５１を覆うように基板５０の主面５３の上に第１の層１０を形成する。第１の層１０は、主面５３上に直接形成されてもよく、中間層または接着剤を介して形成されてもよい。第１の層１０の材質及び厚さは、次の工程で所望の凸部１１が形成できるように決定すべきである。第１の層１０は、可撓性フィルムであることが望ましい。その他、第１の層１０に適する材料としては、金属、樹脂（特に熱硬化樹脂、または光硬化性樹脂）、ゴムなどがある。例えば、第１の層１０は粘着性を持つフィルム状フォトレジストからなってもよい。フォトレジストの種類として、特にＳＵ−８やＴＭＭＦが好適である。第１の層１０がフィルム状フォトレジストからなる場合、ラミネート法で基板５０の主面５３上に貼り合せることができる。一例として、第１の層１０はフィルム状のＳＵ−８からなり、厚さが３０μｍであることが好ましい。
次に、図２（Ｃ）に示すように、第１の開口５１を覆う第１の層１０の部分を第１の方向６２に凸となるようにして、当該第１の層１０に凸部１１を形成する。一例として、第１の層１０がフィルム状フォトレジストＳＵ−８である場合を以下に説明する。まず、貫通穴５５の第２の開口５２から、貫通穴５５の側壁と第１の層１０とで形成された凹状空間内へ圧縮空気を送り込み（符号６１で示す方向を参照）、その圧力によって第１の層１０を加圧して凸部１１の形状を作る。その状態で、第１の層１０としてのフォトレジストＳＵ−８を紫外線照射で露光する。それから最高温度１８０℃程度で加熱して、該フォトレジストＳＵ−８を硬化させ、凸部１１の凸形状を固める。凸部１１が最終的に所望の形状になるように、この露光及び加熱中に、必要に応じて、前記凹状空間内へ送り込む空気の圧力を調整する。凸部１１の所望の形状の一例として、凸部１１は直径１５０μｍの第１の開口５１を底面とした円弧であり、頂点の曲率半径が１５０μｍであることが好ましい。
次に、図２（Ｄ）に示すように、第２の層２０を第１の層１０の上面に形成する。ここで、第１の層１０の凸部１１の湾曲面に倣って、第２の層２０に凸部２１ができる。第２の層２０は、後続のめっき工程においてシード層として機能するので、材料や厚さはめっき工程に合わせて選択すべきである。例えば、第２の層２０は、金属であることが好ましい。第２の層２０は、複数層の金属から構成されてもよい。第２の層２０の一例として、１０ｎｍのＣｒ膜と４０ｎｍのＰｄ膜をこの番に第１の層１０の上面にスパッタリング法で積層することで第２の層２０を形成することが出来る。
次に、図２（Ｅ）に示すように、第３の層３０を第２の層２０の上面に形成する。第３の層３０は、吐出口のストレート部を規定するためのパターンである。第３の層３０のパターンは、凸部１１と中心がほぼ合うように形成され、その形状と寸法は、吐出口の形状と寸法に合わせて設計される。一例として、第３の層３０は円柱状のフォトレジストのパターンで形成され、直径１０μｍ、厚さ３０μｍであることが好ましい。
次に、図２（Ｆ）に示すように、第２の層２０をシードとしてめっきを行い、第２の層２０の表面に第４の層４０を形成する。一例として、第４の層４０は、第２の層２０上に無電解めっきで形成したＮｉからなり、厚さが２５μｍであることが好ましい。この工程では、第２の層２０の凸部２１の湾曲面に倣って、第４の層４０に凸部４１ができる。
次に、図２（Ｇ）に示すように、第３の層３０を除去して、第４の層４０に、吐出口４５となる穴部２４を形成する。吐出口４５は凸部４１の中心に形成される。一例として、第３の層３０はフォトレジストで形成され、レジストリムバーで除去される。
次に、第４の層４０の少なくとも凸部４１の部分（中心に吐出口４５及び穴部２４を有する盛り上がった部分）を、図２（Ｈ）に示すように薄くする。符号４１ａが、薄くされた部分である。一例として、吐出口４５の部分での吐出口部材厚さが５μｍになるように、第４の層４０の表面から研磨する。こうすることによって、第４の層４０としてのＮｉの厚さは、吐出口４５の部分で５μｍ、吐出口４５から周囲へ遠ざかるにつれて次第に厚くなり、凸部４１だった部分４１ａより外側の平坦部が最も厚い（約２５μｍ）状態になる。
次に、図２の（Ｋ−１）〜（Ｋ−３）に示すように、第４の層４０を少なくとも基板５０から分離して、所望の吐出口部材を完成する。なお、図２の（Ｋ−１）〜（Ｋ−３）それぞれに示されるような吐出口部材の最終形態に合せて、異なる方法で分離が行われる。
例えば、図２（Ｋ−１）に示すような吐出口部材を得るため、第４の層４０を第２の層２０から剥離する。ここで得られる吐出口は、インク吐出側でストレート形状にされ、インク導入側でテーパー形状とされる。すなわち、吐出口のうちのストレート部は、第４の層４０から第３の層３０を除去してなる穴部分であり、該吐出口のうちのテーパー部は第４の層４０に凸部２１によって出来た凹み部分である。このような吐出口部材は、厚さが吐出口の吐出口４５で最も薄く（厚さ＝ｔ２）、吐出口４５から周囲へ遠ざかるにつれて次第に厚くなり、凸部４１だった部分４１ａより外側の平坦部が最も厚くなっている（厚さ＝ｔ１）。厚さの一例として、ｔ１＝２５μｍ、ｔ２＝５μｍを提示できる。
また、図２（Ｋ−２）に示すような吐出口部材を得るため、第４の層４０と第２の層２０を一緒に第１の層１０から剥離する。この場合、剥離の前または後に、図２（Ｉ）に示すように、吐出口４５の下方に位置する第２の層２０の部位を除去して、穴部２５を形成する。この部分除去の方法例として、第４の層４０と第２の層２０を一緒に第１の層１０から剥離する前に、第４の層４０をマスクとしたアルゴンイオンミリング法を適用できる。この部分除去工程は、図２（Ｇ）に示した第３の層３０の除去プロセスの後であり、図２（Ｈ）に示した第４の層４０の研磨プロセスの前に行ってもよい。ここで得られる吐出口は、インク吐出側でストレート形状にされ、インク導入側でテーパー形状とされる。すなわち、吐出口のうちのストレート部は、第４の層４０から第３の層３０を除去し且つ吐出口４５に相対する第２の層２０の一部を除去してなる穴部分であり、該吐出口のうちのテーパー部は第２の層２０に凸部１１によって出来た凹み部分である。このような吐出口部材は、厚さが吐出口の吐出口４５で最も薄く（厚さ＝ｔ２）、吐出口４５から周囲へ遠ざかるにつれて次第に厚くなり、凸部４１だった部分４１ａより外側の平坦部が最も厚くなっている（厚さ＝ｔ１）。厚さの一例として、ｔ１＝２５μｍ、ｔ２＝５μｍを提示できる。なお、図２（Ｋ−２）に示すような吐出口部材では厚さｔ１及びｔ２は第２の層２０と第４の層４０を合計した厚さである。
また、図２（Ｋ−３）に示すような吐出口部材を得るため、第４の層４０と第２の層２０と第１の層１０を一緒に基板５０から剥離する。この剥離前には、まず、図２（Ｉ）に示すように、吐出口４５の下方に位置する第２の層２０の部位を除去して、穴部２５を形成する。続いて、図２（Ｊ）に示すように、この除去した部位の下方にある第１の層１０の部位に穴部１５を形成する。この穴部１５の形成例として、第４の層４０をマスクとした酸素プラズマエッチングが好適である。この方法により、第２の層２０の穴部２５から露出している第１の層１０の部分を酸素プラズマで等方的にエッチングして、テーパー状の穴部１５を形成する。最後に、第４の層４０と第２の層２０と第１の層１０を一緒に基板５０から剥離する。ここで得られる吐出口は、インク吐出側でストレート形状にされ、インク導入側でテーパー形状とされる。すなわち、吐出口のうちのストレート部は、第４の層４０から第３の層３０を除去し且つ吐出口４５に相対する第２の層２０の一部を除去してなる穴部分であり、該吐出口のうちのテーパー部は第１の層２０に形成されたテーパー形状の穴部１５である。このような吐出口部材は、厚さが吐出口の吐出口４５で最も薄く（厚さ＝ｔ２）、吐出口４５から周囲へ遠ざかるにつれて次第に厚くなり、凸部４１だった部分４１ａより外側の平坦部が最も厚くなっている（厚さ＝ｔ１）。厚さの一例として、ｔ１＝６５μｍ、ｔ２＝５μｍを提示できる。なお、図２（Ｋ−３）に示すような吐出口部材では厚さｔ１は第２の層２０と第４の層４０を合計した厚さであり、厚さｔ２は第１の層１０と第２の層２０と第４の層４０を合計した厚さである。
以上の方法によれば、吐出口４５が１個だけ、または、図２（Ｋ−４）の平面図に示すように吐出口４５が複数個ある吐出口部材１００のいずれも製造可能である。
本実施形態によれば、厚さが吐出口４５で最も薄く、吐出口４５から周囲に遠ざかる部分で十分に厚くなる吐出口部材を簡易に製造できる。このような吐出口部材は、従来技術と比べて吐出口の流抵抗が低減されると同時に、吐出口部材全体強度が確保されている。また、吐出口４５の開口縁は吐出方向に尖ることなく、吐出口部材１００の、吐出口が開口する面は平坦であるので、当該面を拭き掃除するワイピング手段は損傷を受けにくい。
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態に係る吐出口部材の製造方法を説明する図である。この図では、基板上の貫通穴を利用して、テーパー部とストレート部を持つ吐出口を有する吐出口部材の製造方法を示している。図３の（Ａ）〜（Ｋ−３）は該吐出口部材の製造工程を示す断面図で、図３の（Ｋ−４）は該吐出口部材の一例を示す平面図である。
この実施形態は、第２の実施形態に比べて、凸部１１と第２の層２０及び第３の層３０の形成順序が入れ替わっている。その他の工程は、第２の実施形態とほぼ同様な方法で実施可能なので、詳細な説明を割愛する。以下では、第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、貫通穴５５を有する基板５０を用意する。
次に、図３（Ｂ）に示すように、基板５０の主面５３上に、第１の開口５１を覆うように第１の層１０を形成する。一例として、第１の層１０は、フィルム状の熱硬化性樹脂であることが好ましい。この場合ラミネート法で基板５０の主面５３上に貼り合わせる。厚さは、例えば、３０μｍであることが好ましい。
次に、図３（Ｃ）に示すように、第２の層２０を第１の層１０の上面に形成する。一例として、第１の層１０の上面にスパッタ法で１０ｎｍのＣｒ膜と４０ｎｍのＰｄ膜をこの順番に積層することで第２の層２０を形成することができる。
次に、図３（Ｄ）に示すように、第３の層３０を第２の層２０の上面に形成する。一例として、第３の層３０は円柱状のフォトレジストのパターンで形成され、直径１０μｍ、厚さ３０μｍであることが好ましい。
次に、図３（Ｅ）に示すように、第１の開口５１を覆う第１の層１０の部分を第１の方向側６２に凸となるようにして、当該第１の層１０に凸部１１を形成する。一例として、まず、貫通穴５５の第２の開口５２から、貫通穴５５の側壁と第１の層１０とで形成された凹状空間内へ圧縮空気を送り込み（符号６１で示す方向を参照）、その圧力によって凸部１１の形状を作る。その状態で、第１の層１０としての熱硬化性樹脂を加熱して硬化させ、凸部１１の凸形状を固める。凸部１１が最終的に所望の形状になるように、この加熱中に、必要に応じて、前記凹状空間内へ送り込む空気の圧力を調整する。凸部１１の所望の形状の一例として、凸部１１は直径１５０μｍの第１の開口５１を底面とした円弧であり、頂点の曲率半径が１５０μｍであることが好ましい。
以降、図３（Ｆ）〜（Ｋ−４）に示すように、上記第２の実施形態の図２（Ｆ）〜（Ｋ−４）に示す工程と同様な工程を実施して、所望の吐出口部材１００を作製する。
（第４の実施形態）
図４は本発明の第４の実施形態に係る吐出口部材の製造方法を説明する図である。この図では、基板上の貫通穴を利用して、テーパー部とストレート部を持つ吐出口を有する吐出口部材の製造方法を示している。図４の（Ａ）〜（Ｊ−３）は該吐出口部材の製造工程を示す断面図で、図４の（Ｊ−４）は該吐出口部材の一例を示す平面図である。
この実施形態は、第２の実施形態に比べて、第２の層２０及び第３の層３０の形成順序が入れ替わっている。その他の工程は、第２の実施形態とほぼ同様な方法で実施可能なので、詳細な説明を割愛する。以下では、第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
まず、図４（Ａ）〜（Ｃ）において、に示すように、第２の実施形態と同様な工程を行う。
次に、図４（Ｄ）に示すように、第３の層３０を第１の層１０の上面に形成する。
次に、図４（Ｅ）に示すように、第２の層２０を、第１の層１０及び第３の層３０それぞれの上面に形成する。第２の層２０の形成方法として、金属のスパッタや真空蒸着などが好適である。この場合、第１の層１０の上面に第２の層２０が形成されるが、それだけでなく、第３の層３０のパターンの上部にも第２の層２０の膜２３が形成される。
次に、図４（Ｆ）に示すように、第２の層２０をシードとしてめっきを行い、第２の層２０の表面に第４の層４０を形成する。このとき、第３の層３０のパターンの上部において、膜２３をシードとして、めっき物４３が形成されることがある。
次に、図４（Ｇ）に示すように、第３の層３０を除去し、第４の層４０に吐出口４５となる開口を形成する。吐出口４５は凸部４１の中心に形成される。このとき、めっき物４３も第３の層３０と一緒に除去される。めっき物４３は、例えこの工程で完全に除去できなくても、次工程（図４（Ｈ）に示す研磨工程）で完全に除去可能である。
以降、図４（Ｈ）〜（Ｊ−４）に示すように、上記第２の実施形態での図２（Ｈ）〜（Ｋ−４）に示す工程と同様な工程を実施して、所望の吐出口部材１００を作製する。但し、この実施形態では、図４（Ｅ）〜（Ｈ）に示すように、吐出口４５の下方の位置に第２の層２０が存在しないので、第２の実施形態で図２（Ｉ）に示した、第２の層２０の部分除去工程が不要となる。
なお、これまでに第１〜第４の実施形態として提案したオリフィスプレートは、該吐出口部材の一又は複数の吐出口に液体を供給するための一又は複数の流路が形成された基板（流路基板と呼ぶ。）と接合されていてもよい。ここで、該流路基板に、液体を吐出口から吐出するための吐出エネルギーを発生させる手段を設けると、インクジェットヘッドのような液体吐出ヘッドになり得る。この吐出エネルギー発生手段として、発熱抵抗体（例えばヒータ）、圧電体（例えばＰＺＴ）、などを挙げることができる。また、該流路及び吐出口に供給する液体についても、インク等の記録用液に限らず、医療用の薬液、または製造加工用の処理液、などを挙げることができる。
（第５の実施形態）
図５は本発明の第５の実施形態に係る、吐出口部材と流路基板を一体化した構造の製造方法を説明する図である。この図では、流路基板の貫通穴を利用して、テーパー部とストレート部を持つ吐出口を有する吐出口部材を該流路基板上に直接製造する製造方法を示している。図５の（Ａ）〜（Ｉ）は該吐出口部材と該流路基板を一体化した構造の製造工程を示す断面図で、図５の（Ｊ）は該流路基板の一例を示す斜視図である。なお、流路基板とは、吐出口部材の吐出口に液体を供給するための流路が形成された基板をいう。
まず、図５（Ａ）に示すように、流路（貫通穴）５６を有する流路基板５０を用意する。基板５０の材料や形状は、液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドの全体設計に合わせて決定される。
一例として、図５（Ｊ）の斜視図で示すように、流路基板５０は、一方向に延在する一又は複数の流路５６と、各流路５６を囲むように複数配置され、かつ流路５６に沿って延在する空気室５７と、を有する。該流路基板５０は圧電体（例えば、ＰＺＴ）で作製されている。とりわけ本例では、流路５６となる溝と空気室５７となる溝が上面に交互に配置された基板５０Ａと、空気室５７となる溝だけが上面に配置された基板５０Ｂとをそれぞれ複数枚用意する。それから、基板５０Ｂの上面に基板５０Ａの下面を貼り合せるようにして基板５０Ａと基板５０Ｂを交互に積層して流路基板５０が構成される。
流路となる溝５６と空気室となる溝５７は、ダイシング加工によって形成される。なお、基板５０Ｂの空気室５７用溝は、基板５０Ａと基板５０Ｂを接合した際に基板５０Ａの流路５６用溝に対応する位置に形成される。溝の内壁及び外壁には、それぞれ駆動用電極（図示なし）が形成されている。このようなインクジェットヘッドは圧電駆動型と呼ばれ、シェアモード（ｓｈｅａｒ ｍｏｄｅ）、またはグールドモード（ｇｏｕｌｄ ｍｏｄｅ）で駆動される。
図５の（Ａ）と（Ｊ）を参照すると、図５の（Ａ）に示す流路５６の第１の開口５１が、図５（Ｊ）に示す基板５０の主面５３の表面にあり、第２の開口５２が主面５３と反対方向の表面にある。第１の開口５１は一辺が１５０μｍの正方形に形成されていることが好ましい。
なお、本実施形態の圧電体からなる流路基板５０は、駆動用電極（図示なし）への電圧印加によって歪変形させて流路５６の体積を拡大または縮小することで、流路５６を通して主面５３側へ供給された液体（例えばインク）に吐出圧を与えることができる。しかし、液体に与えられる吐出エネルギーはこのような圧電体による圧力に限られないので、流路基板５０は本実施形態とは異なる他の態様に置換可能である。
上記のように流路基板５０を用意した後は、図５（Ｂ）に示すように、第１の開口５１を覆うように流路基板５０の主面５３の上に第１の層１０を形成する。第１の層１０は、流路基板５０の主面５３にラミネートされたフィルム状フォトレジストで形成される。該フォトレジストはＳＵ−８フィルムであり、その厚さは、例えば、３０μｍであることが好ましい。この工程では、フォトリソグラフィによって、該ＳＵ−８フィルムをパターニングし、流路基板５０の主面５３の表面５３Ａを露出させる。このとき、該パターニング後のＳＵ−８フィルムは全面露光されている。
次に、図５（Ｃ）に示すように、第１の開口５１を覆う第１の層１０（ＳＵ−８フィルム）の部分を第１の方向６２に凸となるようにして、当該第１の層１０に凸部１１を形成する。ここでは、まず、流路（貫通穴）５６の第２の開口５２から、流路５６の側壁と第１の層１０とで形成された行き止まりの空間内へ圧縮空気を送り込み（符号６１で示す方向を参照）、その圧力によって凸部１１の形状を作る。その状態で、ＳＵ−８フィルムからなる第１の層１０を最高温度１８０℃程度で加熱して硬化させ、凸部１１の凸形状を固める。凸部１１が最終的に所望の形状になるように、この加熱中に、必要に応じて、前記行き止まりの空間内へ送り込む空気の圧力を調整する。凸部１１の所望の形状の一例として、凸部１１は凸状に湾曲した形状を有し、頂点の曲率半径が１５０μｍであることが好ましい。
次に、図５（Ｄ）に示すように、第１の層１０（ＳＵ−８フィルム）の上面及び流路基板５０の露出している主面部分５３Ａ上に、１０ｎｍのＣｒ膜と４０ｎｍのＰｄ膜をこの順番にスパッタリング法で堆積させて、第２の層２０を形成する。
次に、図５（Ｅ）に示すように、第３の層３０を第２の層２０の上面に形成する。第３の層３０は、吐出口のストレート部を規定するためのパターンである。第３の層３０のパターンは、凸部１１と中心がほぼ合うように形成され、その形状と寸法は、吐出口の形状と寸法に合わせて設計される。一例として、第３の層３０は円柱状のポジ型フォトレジストのパターンで形成され、直径１０μｍ、厚さ３０μｍであることが好ましい。
次に、図５（Ｆ）に示すように、第２の層２０をシードとしてめっきを行い、第２の層２０の表面に第４の層４０を形成する。一例として、第４の層４０は、第２の層２０上に無電解めっきで形成したＮｉからなり、厚さが２５μｍであることが好ましい。この工程では、第２の層２０の凸部２１の湾曲面に倣って、第４の層４０に凸部４１ができる。
次に、図５（Ｇ）に示すように、第３の層３０を除去して、第４の層４０に、吐出口の吐出口４５となる穴部２４を形成する。吐出口４５は凸部４１の中心に形成される。一例として、第３の層３０はフォトレジストで形成され、レジストリムバーで除去される。さらに、第４の層４０をマスクとして、アルゴンイオンミリングによって、第４の層４０の開口４５から露出している第２の層２０の部分を除去して、穴部２５を形成する。
次に、第４の層４０の少なくとも凸部４１の部分（中心に吐出口４５及び穴部２４を有する盛り上がった部分）を、図５（Ｈ）に示すように薄くする。符号４１ａが、薄くされた部分である。一例として、吐出口４５の部分での吐出口部材厚さが５μｍになるように、第４の層４０の表面から研磨する。こうすることによって、第４の層４０としてのＮｉの厚さは、吐出口４５の部分で５μｍ、吐出口４５から周囲へ遠ざかるにつれて次第に厚くなり、凸部４１だった部分４１ａより外側の平坦部が最も厚い（約２５μｍ）状態になる。
次に、図５（Ｉ）に示すように、第４の層４０をマスクとして、酸素プラズマにより、第２の層２０の穴部２５から露出している第１の層１０の部分を等方的にエッチングして、テーパー状の穴部１５を形成する。このエッチングで、必要に応じてエッチング条件を加減し、穴部１５の形状を調整する。ここで得られる吐出口は、インク吐出側でストレート形状にされ、インク導入側でテーパー形状とされる。すなわち、吐出口のうちのストレート部は、第４の層４０から第３の層３０を除去し且つ吐出口４５に相対する第２の層２０の一部を除去してなる穴部分であり、該吐出口のうちのテーパー部は第１の層２０に形成されたテーパー形状の穴部１５である。このような吐出口部材は、厚さが吐出口の吐出口４５で最も薄く（厚さ＝ｔ２）、吐出口４５から周囲へ遠ざかるにつれて次第に厚くなり、凸部４１だった部分４１ａより外側の平坦部が最も厚くなっている（厚さ＝ｔ１）。厚さの一例として、ｔ１＝６５μｍ、ｔ２＝５μｍを提示できる。なお、図５（Ｉ）に示すような吐出口部材では厚さｔ２は第２の層２０と薄くされた４１ａ部における第４の層４０を合計した厚さであり、厚さｔ１は第１の層１０と第２の層２０と第４の層４０を合計した厚さである。
以上の方法によれば、テーパー部とストレート部を持つ吐出口を有する吐出口部材が流路基板上に直接形成される。
本実施形態によれば、厚さが吐出口４５で最も薄く、吐出口４５から周囲に遠ざかる部分で十分に厚くなる吐出口部材を簡易に製造できる。このような吐出口部材は、従来技術と比べて吐出口の流抵抗が低減されると同時に、吐出口部材全体強度が確保されている。また、吐出口４５の開口縁は吐出方向に尖ることなく、吐出口部材の吐出口が開口する面は平坦であるので、当該面を拭き掃除するワイピング手段は損傷を受けにくい。
さらに、このような吐出口部材を持つインクジェットヘッド等の液体吐出ヘッドは、吐出口の流抵抗が低いため、高粘度のインク等の液体でも比較的に低い駆動力（液体吐出力）で吐出可能である。また、吐出口部材は流路基板上に直接形成されたので、接着剤を使用して吐出口部材と流路基板を接合する方法で得られたものと比べて、液体吐出ヘッドの耐久性が向上する。
ていてもよい。
以上本発明の実施形態について図面をもとに説明したが、本発明の技術思想を逸脱しない範囲において、図示した構造、形に限定することなく、上記の実施形態を適宜変更し又は組み合わせて実施することは可能である。
１０ 第１の層
１１ 第１の層の凸部
２０ 第２の層
１５，２４，２５ 穴部
３０ 第３の層
４０ 第４の層
４５ 吐出口
５０ 基板
５１ 第１の開口
５２ 第２の開口
５３ 基板の主面
５５ 貫通穴
５６ インク流路
６１ 圧力方向
６２ 第１の方向
１００ 吐出口部材

Claims (6)

  1. 液体を吐出する吐出口を備えた吐出口部材の製造方法であって、
    基板の主面に対して交差する第１の方向に凸となる第１の層と、前記第１の層の前記第１の方向側に形成される第２及び第３の層と、を含み、前記第１の層の前記第１の方向側の面に倣って前記第２の層が形成された後該第２の層の前記第１の方向側に凸となった面に前記第３の層が形成されるか、又は、該第１の層の前記第１の方向側に凸となった面に前記第３の層が形成された後に該第３の層及び前記第１の層の前記第１の方向側の面に前記第２の層が形成された、前記基板を用意することと、
    前記第２の層をシードとしてめっきを行い、当該第２の層の前記第１の方向側に第４の層を形成することと、
    前記第４の層から前記第３の層を除去して、前記第４の層に、前記吐出口となる穴部を形成することと
    前記第４の層の少なくとも前記穴部の厚みを薄くすることと、
    を含む、吐出口部材の製造方法。
  2. 流路基板の主面に形成された吐出口部材であって液体を吐出する吐出口を有する吐出口を備えた吐出口部材の製造方法であって、
    流路の第１の開口が前記主面に設けられた前記流路基板を用意することと、
    前記第１の開口を覆うように前記主面に第１の層を形成することと、
    前記第１の開口を覆う前記第１の層の部分を、前記主面に対して交差する第１の方向に凸となるようにすることと、
    前記第１の層の前記第１の方向側の面に倣って第２の層を形成した後該第２の層の前記第１の方向側に凸となった面に第３の層を形成するか、又は、該第１の層の前記第１の方向側に凸となった面に該第３の層を形成した後に該第３の層及び前記第１の層の前記第１の方向側の面に該第２の層を形成することと、
    前記第２の層をシードとしてめっきを行い、当該第２の層の前記第１の方向側に第４の層を形成することと、
    前記第４の層から前記第３の層を除去して、前記第４の層に、前記吐出口となる穴部を形成することと、
    前記第４の層の少なくとも前記穴部の厚みを薄くすることと、
    前記吐出口と前記流路とが連通するように、前記吐出口に対応する、前記第２の層及び前記第１の層それぞれの部位を除去することと、
    を含む、吐出口部材の製造方法。
  3. 前記第１の層は可撓性フィルムで形成される、請求項１または２に記載の吐出口部材の製造方法。
  4. 前記第１の層は熱硬化性樹脂、または光硬化性樹脂で形成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の吐出口部材の製造方法。
  5. 前記流路の第１の開口とは反対側に位置する第２の開口を通して前記第１の層を加圧して、前記第１の層に前記凸となる部分を形成することを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の吐出口部材の製造方法。
  6. 前記第１の層の少なくとも前記凸となる部分を硬化し、該部分の形状を固めることを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の吐出口部材の製造方法。
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