JP2018149784A - ノズルプレート、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、ノズルプレートの製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面の撥液性が劣化することを抑制でき、且つ容易に作製できるノズルプレート、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、ノズルプレートの製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法を提供する。
【解決手段】一の面（ノズル面２３）にノズル（２２）が開口されたノズルプレート（２１）であって、一の面（ノズル面２３）に立設された非晶質であるリブ（３８）が網状に形成されたことを特徴とするノズルプレート（２１）。
【選択図】図３

Description

本発明は、表面に撥液処理が施されたノズルプレート、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、ノズルプレートの製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法に関するものである。

液体噴射装置は、液体噴射ヘッドを備え、液体噴射ヘッドのノズルプレートに開設されたノズルから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置、バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

このような液体噴射装置において、ノズルから噴射された液滴の一部がノズルプレートの表面（詳しくは、インクが噴射される側の面）に付着することがある。特に、ノズルの近傍に液体が付着すると、ノズルから噴射される液滴に干渉して液滴の飛翔方向が曲がる等の不具合が発生する虞がある。このような不具合を抑制するため、ノズルプレートに撥水機能を有するシリコーンを主成分とする微粒子を分散し、ノズルプレートの表面に微小凹凸面を形成したインクジェットヘッドが開示されている（特許文献１参照）。これにより、ノズルプレートの表面が撥液性を有することになり、当該表面に液体が付着することが抑制される。

特開２００２―２７３８９１号公報

ところで、上記の場合において、ノズルプレートの表面における微粒子の分散密度がばらつくと、ノズルプレートの表面の凹凸にむらが生じ、当該表面の撥液性にむらが生じる。このようなむらが生じると、ノズルプレートの表面において十分な撥液性を得られない虞があるため、ノズルプレートに微粒子を均一に分散させる必要がある。しかしながら、微粒子を均一に分散させることは容易でなく、ノズルプレートを容易に製造できない。また、シリコーンを主成分とする微粒子では、十分な強度を得られないため、ワイパー等によりノズルプレートの表面を払拭する払拭動作において、表面の微粒子が摩耗や破損する虞がある。その結果、十分な撥液性が得られない虞もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面の撥液性が劣化することを抑制でき、且つ容易に作製できるノズルプレート、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、ノズルプレートの製造方法、液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射装置の製造方法を提供することにある。

本発明のノズルプレートは、上記目的を達成するために提案されたものであり、一の面にノズルが開口されたノズルプレートであって、
前記一の面に立設された非晶質であるリブが網状に形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、ノズルプレートの一の面にリブからなる凹凸が形成されるため、ロータス効果により一の面における撥液性を向上させることができる。また、リブが網状に形成されるため、このリブの強度を確保することができる。その結果、ノズルプレートの表面が払拭される払拭動作において、表面の撥液性が劣化することを抑制できる。さらに、非晶質を含む膜を製膜した後に、エッチングを行うことでリブを形成できるため、ノズルプレートの製造が容易になる。

また、本発明のノズルプレートは、一の面にノズルが開口されたノズルプレートであって、
前記一の面に立設された結晶である突起部が複数形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、ノズルプレートの一の面に突起部からなる凹凸が形成されるため、ロータス効果により一の面における撥液性を向上させることができる。また、突起部が結晶からなるため、この突起部の強度を確保することができる。その結果、ノズルプレートの表面が払拭される払拭動作において、表面の撥液性が劣化することを抑制できる。さらに、結晶を含む膜を製膜した後に、エッチングを行うことで突起部を形成できるため、ノズルプレートの製造が容易になる。

さらに、本発明の液体噴射ヘッドは、上記各構成の何れかのノズルプレートを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、ノズルプレートへの液体の付着を抑制でき、液滴の飛翔方向が曲がる等の不具合を抑制できる。その結果、液体噴射ヘッドの信頼性が向上する。

そして、本発明の液体噴射装置は、上記構成の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、液体噴射装置の信頼性が向上する。

また、本発明のノズルプレートの製造方法は、ノズルが開口された一の面に立設された非晶質であるリブが網状に形成されたノズルプレートの製造方法であって、
複数の結晶粒と結晶粒界における非晶質部とを有する硬質膜を、前記一の面に成膜する成膜工程と、
前記硬質膜をエッチング液に曝すエッチング工程と、を含み、
前記エッチング工程において、前記エッチング液による前記非晶質部に対するエッチング速度よりも前記エッチング液による前記結晶粒に対するエッチング速度の方が早いことを特徴とする。

この方法によれば、成膜工程において結晶粒及び結晶粒界の非晶質部を形成し、エッチング工程において非晶質部を残すため、ノズルプレートの一の面にリブを容易に形成することができる。これにより、撥液性に優れたノズルプレートを容易に作製することができる。

さらに、本発明のノズルプレートの製造方法は、ノズルが開口された一の面に立設された結晶である突起部が複数形成されたノズルプレートの製造方法であって、
複数の結晶粒と結晶粒界における非晶質部とを有する硬質膜を、前記一の面に成膜する成膜工程と、
前記硬質膜をエッチング液に曝すエッチング工程と、を含み、
前記エッチング工程において、前記エッチング液による前記結晶粒に対するエッチング速度よりも前記エッチング液による前記非晶質部に対するエッチング速度の方が早いことを特徴とする。

この方法によれば、成膜工程において結晶粒及び結晶粒界の非晶質部を形成し、エッチング工程において結晶粒を残すため、ノズルプレートの一の面に突起部を容易に形成することができる。これにより、撥液性に優れたノズルプレートを容易に作製することができる。

そして、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、上記各方法のうちの何れかのノズルプレートの製造方法を含むことを特徴とする。

この方法によれば、液体噴射ヘッドを容易に作製することができる。

また、本発明の液体噴射装置の製造方法は、上記の液体噴射ヘッドの製造方法を含むことを特徴とする。

この方法によれば、液体噴射装置を容易に作製することができる。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する要部の断面図である。 ノズルプレートの断面を拡大した模式図である。 ノズルプレートの表面を拡大した模式図である。 ノズルプレートの製造方法を説明する断面における状態遷移図である。 ノズルプレートの製造方法を説明する断面における状態遷移図である。 ノズルプレートの製造方法を説明する断面における状態遷移図である。 ノズルプレートの製造方法を説明する断面における状態遷移図である。 第２の実施形態におけるノズルプレートの断面を拡大した模式図である。 第３の実施形態におけるノズルプレートの断面を拡大した模式図である。 第３の実施形態におけるノズルプレートの表面を拡大した模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、ノズルプレートを備えた液体噴射ヘッドの一種として、液体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター（以下、プリンター）１に搭載されたインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）３を例に挙げて説明する。

図１は、プリンター１の斜視図である。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２（着弾対象の一種）の表面に対してインク（液体の一種）を噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送する搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジがプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジからインク供給チューブを通じて記録ヘッドに供給される構成を採用することもできる。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。したがってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー（図示せず）によって検出される。リニアエンコーダーは、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）をプリンター１の制御部に送信する。

記録媒体２が搬送される領域（又は、印刷領域）に対して主走査方向の一端側（図１中、右側）に外れた位置には、記録ヘッド３の待機位置であるホームポジションが設定されている。このホームポジションには、キャップ１１及びワイパー１２が設けられている。キャップ１１は、ホームポジションに待機する記録ヘッド３のノズル面２３（後述）を封止する、例えば、弾性体からなる部材である。また、ワイパー１２は、ホームポジションに待機する記録ヘッド３のノズル面２３を払拭する部材である。本実施形態におけるワイパー１２は、エラストマー等の弾性体からなり、ブレード状に形成されている。なお、ワイパーとしては、綿、絹等の布からなるシート状の部材を用いることもできる。

次に記録ヘッド３について説明する。図２は、記録ヘッド３の構成を説明する要部の断面図である。図３は、ノズルプレート２１の断面を拡大した模式図である。図４は、ノズルプレート２１の表面（ノズル面２３）を拡大した模式図である。なお、図４におけるハッチング部分がノズル面２３から突出した部分、すなわちリブ３８を表している。また、以下の説明では、便宜上、記録ヘッド３を構成する各部材の積層方向を上下方向として説明する。本実施形態における記録ヘッド３は、図２に示すように、アクチュエーターユニット１４及び流路ユニット１５が積層された状態でヘッドケース１６に取り付けられている。

ヘッドケース１６は、合成樹脂製の箱体状部材であり、その内部には各圧力室３０にインクを供給する液体導入路１８が形成されている。この液体導入路１８は、後述する共通液室２５と共に、複数形成された圧力室３０に共通なインクが貯留される空間である。本実施形態においては、２列に並設された圧力室３０の列に対応して液体導入路１８が２つ形成されている。また、ヘッドケース１６の下側（流路ユニット１５側）の部分には、当該ヘッドケース１６の下面（流路ユニット１５側の面）からヘッドケース１６の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空間１７が形成されている。流路ユニット１５がヘッドケース１６の下面に位置決めされた状態で接合されると、後述する連通基板２４に積層されたアクチュエーターユニット１４が収容空間１７内に収容されるように構成されている。さらに、収容空間１７の天井面の一部には、ヘッドケース１６の外側の空間と収容空間１７とを連通する挿通開口１９が開設されている。この挿通開口１９を通じて図示しないＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）等の配線基板が収容空間１７内に挿通され、当該収容空間１７内のアクチュエーターユニット１４に接続される。

本実施形態における流路ユニット１５は、連通基板２４及びノズルプレート２１を有している。ノズルプレート２１は、連通基板２４の下面（圧力室形成基板２９とは反対側の面）に接合されたシリコン製の基板（例えば、シリコン単結晶基板）である。本実施形態では、このノズルプレート２１により、後述する共通液室２５となる空間の下面側の開口が封止されている。また、ノズルプレート２１には、複数のノズル２２が直線状（列状）に開設されている。この複数のノズル２２からなるノズル２２の列（すなわち、ノズル列）は、ノズルプレート２１に２列形成されている。各ノズル列を構成するノズル２２は、一端側のノズル２２から他端側のノズル２２までドット形成密度に対応したピッチで、例えば副走査方向に沿って等間隔に設けられている。なお、ノズルプレートを連通基板における共通液室から内側に外れた領域に接合し、共通液室となる空間の下面側の開口を、例えば可撓性を有するコンプライアンスシート等の部材で封止することもできる。また、以下の説明においては、ノズル２２が開口するノズルプレート２１の下面（本発明における一の面に相当）を、ノズル面２３と称する。

本実施形態におけるノズルプレート２１の表面には、図３に示すように、例えば、熱酸化膜（ＳｉＯ_２）とこれに積層された酸化タンタル膜（ＴａＯｘ）とからなる下地膜３９が形成されている。そして、ノズル面２３における下地膜３９上に硬質なリブ３８が立設されている。このリブ３８は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、シリコン（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）、炭素（Ｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、フッ素（Ｆ）、酸素（Ｏ）、又は、窒素（Ｎ）等を少なくとも１つ以上含む非晶質（アモルファス）からなる。また、リブ３８は、図４に示すように、平面視で網状（或いは、不規則な蜂の巣状）に形成されている。すなわち、リブ３８が連なって形成されると共に、リブ３８間に空部４０が断続的に形成されている。リブ３８に囲われた空部４０は、製造段階で形成される結晶粒４２（詳しくは、後述する）に起因する空間であり、結晶粒４２の大きさに応じた大きさに形成されている。このように、ノズルプレート２１のノズル面２３にリブ３８からなる凹凸を形成することで、ロータス効果によりノズル面２３における撥液性を向上させることができる。すなわち、ノズル面２３において、リブ３８と同じ材料を平面に形成した場合よりも、撥液性が高まる。換言すると、ノズル面２３に凹凸を形成することで、マクロな視点で見た表面自由エネルギー（表面張力）を高めることができる。本実施形態では、ノズル面２３において、６０〜８０［ｄｙｎ／ｃｍ］の表面自由エネルギー（表面張力）となるように構成されている。

また、本実施形態におけるリブ３８は、図３に示すように、高さ方向の中央部における幅が上端部及び下端部における幅よりも小さく形成されている。換言すると、リブ３８は、高さ方向の中央部が括れた状態に形成されている。なお、あるノズル面２３の断面で見たときのリブ３８の平均ピッチは、数十ｎｍ〜数百μｍであることが望ましい。これにより、ロータス効果を発揮させ、撥液性を向上させることができる。また、リブ３８の平均ピッチは、ノズル２２の直径（本実施形態では、２０μｍ）よりも小さいことが望ましく、さらに、ノズル２２から噴射されるインク滴の直径（例えば、数μｍ）よりも小さいことがより望ましい。これにより、ノズル２２から噴射されたインク滴が、空部４０に入り込むことを抑制できる。また、リブ３８は、製造段階で形成される結晶粒４２の大きさに応じた高さに形成される。例えば、リブ３８の高さは、数十ｎｍ〜数百μｍとなる。さらに、リブ３８はノズル面２３の少なくともノズル２２が形成された領域に亘って形成されていればよく、必ずしもノズル面２３の全面に形成される必要は無い。また、本実施形態では、図３に示すように、ノズル２２の内周面におけるノズル面２３側の開口近傍にもリブ３８が形成されている。ノズル２２内におけるインクのメニスカスは、このリブ３８が形成された領域よりも奥側の内周面が親液性を有する領域（本実施形態では、下地膜３９が露出した領域）に形成される。なお、ノズル２２の内周面のリブ３８は、エッチング等により除去することもできる。

連通基板２４は、図２に示すように、流路ユニット１５の上部（ヘッドケース１６側の部分）を構成するシリコン製の基板である。この連通基板２４には、液体導入路１８と連通し、各圧力室３０に共通なインクが貯留される共通液室２５と、この共通液室２５を介して液体導入路１８からのインクを各圧力室３０に個別に供給する個別連通路２６と、圧力室３０とノズル２２とを連通するノズル連通路２７とが、異方性エッチング等により形成されている。共通液室２５は、ノズル列方向に沿った長尺な空部であり、２列に並設された圧力室３０の列に対応して２列に形成されている。また、個別連通路２６及びノズル連通路２７は、ノズル列方向に沿って複数形成されている。

本実施形態におけるアクチュエーターユニット１４は、図２に示すように、圧力室形成基板２９、振動板３１、アクチュエーターの一種である圧電素子３２、及び、封止板３３が積層されてユニット化された状態で、連通基板２４に接合されている。なお、アクチュエーターユニット１４は、収容空間１７内に収容可能なように、収容空間１７よりも小さく形成されている。

圧力室形成基板２９は、アクチュエーターユニット１４の下部（流路ユニット１５側の部分）を構成するシリコン製の基板（例えば、シリコン単結晶基板）である。この圧力室形成基板２９には、異方性エッチングにより一部が板厚方向に除去されて、圧力室３０となるべき空間がノズル列方向に沿って複数並設されている。この空間は、下方が連通基板２４により区画され、上方が振動板３１により区画されて、インクが流れる流路の一種である圧力室３０を構成する。また、この空間、すなわち圧力室３０は、２列に形成されたノズル列に対応して２列に形成されている。各圧力室３０は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な空部であり、長手方向の一側の端部に個別連通路２６が連通すると共に、他側の端部にノズル連通路２７が連通する。

振動板３１は、例えば、圧力室形成基板２９の上面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜と、からなる。この振動板３１における各圧力室３０に対応する領域は、撓み変形が許容される駆動領域３５であり、圧電素子３２が積層されている。本実施形態における圧電素子３２は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３２は、例えば、振動板３１上に、下電極層、圧電体層及び上電極層が順次積層されてなる。この上電極膜又は下電極膜のうち何れか一方が各圧電素子３２に共通に形成された共通電極となり、他方が各圧電素子３２に個別に形成された個別電極となっている。そして、下電極層と上電極層との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、圧電素子３２はノズル２２から遠ざかる方向あるいは近接する方向に撓み変形する。これにより、圧力室３０の容積が変化し、当該圧力室３０内のインクに圧力変動が生じることになる。そして、この圧力変動を利用することで、圧力室３０内のインクをノズル２２から噴射することができる。なお、本実施形態における圧電素子３２は、ノズル列方向に沿って２列に並設された圧力室３０に対応して、当該ノズル列方向に沿って２列に形成されている。

封止板３３は、図２に示すように、圧力室形成基板２９の上面（詳しくは、振動板３１の上面）に接合されたシリコン単結晶、金属、合成樹脂等からなる基板である。この封止板３３の下面には、当該封止板３３の下面から封止板３３の板厚方向の途中まで窪んだ圧電素子収容空間３６が形成されている。そして、この圧電素子収容空間３６内に、圧電素子３２の列が収容されている。本実施形態では、２列に形成された圧電素子３２の列に対応して、圧電素子収容空間３６が２列に形成されている。なお、２つの圧電素子収容空間３６の間の部分には、封止板３３が板厚方向に貫通された開口が形成されている。この開口内において、挿通開口１９を通じて挿通された配線基板の端子と、圧電素子３２から延在された配線の端子とが接続される。

次に、記録ヘッド３の製造方法、特に、ノズルプレート２１の製造方法について詳しく説明する。図５〜図８は、ノズルプレート２１の製造工程を示した、ノズルプレート２１の断面における状態遷移図である。まず、図５に示すように、ノズルプレート２１となるウエハー（以下、単にノズルプレート２１と称する。）の所定の位置にノズル２２を形成する。ノズル２２は、例えば、レーザーやボッシュ法等により、ノズルプレート２１を貫通した状態に形成される。次に、図６に示すように、ノズルプレート２１の表面（特に、ノズル面２３）に下地膜３９を形成する。下地膜３９は、例えば、熱酸化によりノズルプレート２１の表面に熱酸化膜（ＳｉＯ_２）を形成した後、スパッタリング法、ＡＬＤ法（原子層堆積法）、化学気相成長法、真空蒸着法等により酸化タンタル膜（ＴａＯｘ）を積層してなる。なお、下地膜３９としては、熱酸化膜（ＳｉＯ_２）及び酸化タンタル膜（ＴａＯｘ）に限られない。この下地膜３９に積層される硬質膜４１の種類に応じて、適宜に選択される。特に、硬質膜４１との密着性が良い材料を、下地膜３９として選択することが望ましい。

ノズルプレート２１に下地膜３９を形成したならば、成膜工程において、図７に示すように、ノズル面２３に複数の結晶粒４２と、結晶粒界における非晶質部４３とを有する硬質膜４１を形成する。具体的には、硬質膜４１の材料、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、シリコン（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）、炭素（Ｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、フッ素（Ｆ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、又は、これらを組み合わせたもの等をスパッタリング法、ＡＬＤ法（原子層堆積法）、化学気相成長法、真空蒸着法等により下地膜３９上に成膜し、その後、適宜、熱処理を行う。これにより、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ルテニウム（Ｒｕ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、又は、これらを組み合わせたもの、或いは、これらにフッ素（Ｆ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）等を添加したもの等からなる結晶粒４２と、結晶粒界における非晶質部４３とからなる硬質膜４１が形成される。すなわち、ノズル面２３において上記した元素からなる結晶が成長し、複数の結晶粒４２が形成されると共に、結晶粒界に非晶質部４３が形成される。なお、製膜方法や成膜条件によっては、製膜後の熱処理は不要である。また、成膜温度や製膜後の熱処理温度等を調整することで、結晶粒４２の大きさや硬質膜４１の膜厚を調整することができる。そして、硬質膜４１の材料としては、強度及び撥液性の高いものが望ましい。

ノズル面２３に硬質膜４１を形成したならば、エッチング工程において、硬質膜４１をエッチングする。すなわち、硬質膜４１をエッチング液に曝す。ここで、エッチング液は、非晶質部４３に対するエッチング速度よりも結晶粒４２に対するエッチング速度の方が早くなるものが使用される。これにより、図８に示すように、非晶質部４３に対するエッチングよりも結晶粒４２に対するエッチングの方が早く進む。そして、結晶粒４２が除去されて下地膜３９が露出した部分が空部４０となり、残った非晶質部４３がリブ３８となる。すなわち、図３に示すようなノズル面２３の撥液層が形成される。そして、その後、ウエハーから個々のノズルプレート２１に分割する。なお、結晶粒４２は必ずしも完全に除去される必要は無い。すなわち、下地膜３９の表面に結晶粒４２の一部が残っていても良い。

上記の方法で、ノズル面２３にリブ３８が形成されたノズルプレート２１を作製したならば、当該ノズルプレート２１を連通基板２４の下面に接合する。また、アクチュエーターユニット１４を連通基板２４の上面に接合する。そして、アクチュエーターユニット１４が収容空間１７内に収容されるようにヘッドケース１６を連通基板２４に取り付けることで、記録ヘッド３が作成される。

このように、本発明におけるノズルプレート２１のノズル面２３には、リブ３８からなる凹凸形状が形成されるため、ロータス効果により当該ノズル面２３における撥液性を向上させることができる。すなわち、ノズル面２３に細かな凹凸をつけることで、表面積を増大させ、蓮の葉表面が水を弾くのと同じ原理で撥液性を高めることができる。特に、リブ３８を撥液性に優れた材料で形成することで、ノズル面２３に超撥液性を付与することができる。これにより、ノズルプレート２１へのインクの付着を抑制でき、インク滴の飛翔方向が曲がる等の不具合を抑制できる。その結果、記録ヘッド３、ひいてはプリンター１の信頼性が向上する。また、図４に示すように、リブ３８が網状に形成されるため、リブ３８の強度を確保することができる。すなわち、リブ３８が連なって形成されるため、凹凸形状が複数の突起からなる場合と比べて、凹凸形状の強度を高めることができる。これにより、ノズルプレート２１の表面がワイパー１２により払拭される払拭動作において、リブ３８が破損等することを抑制できる。その結果、ノズル面２３における撥液性が劣化することを抑制できる。

また、リブ３８は、成膜工程において結晶粒４２及び結晶粒界の非晶質部４３を形成し、エッチング工程において非晶質部４３を残すことで作製されるため、リブ３８の形成が容易になる。すなわち、フォトリソグラフィ等の技術を使うことなく、微細な凹凸形状をノズル面２３に作成することができるため、ノズルプレート２１の製造コスト及び製造時間を低減させることができる。その結果、撥液性に優れたノズルプレート２１を容易に作製することができる。したがって、信頼性に優れた記録ヘッド３及びこれを備えたプリンター１を容易に作製することができる。

ところで、上記した第１の実施形態におけるリブ３８は、高さ方向の中央部が括れた状態に形成されたが、これには限られない。例えば、図９に示す第２の実施形態においては、リブ３８′がノズル面２３から先端に向けて先細った形状に形成されている。すなわち、リブ３８′の幅がノズル面２３からノズル面２３から離れる方向に向けて次第に小さくなるように形成されている。また、本実施形態におけるリブ３８′の高さは、第１の実施形態におけるリブ３８の高さよりも低く形成されている。このように、リブ３８′の断面形状を先細った形状にすることで、第１の実施形態におけるリブ３８よりも強度を高めることができる。また、第１の実施形態と同様に、ロータス効果によりノズル面２３における撥液性を向上させることができる。特に、リブ３８′を撥液性に優れた材料で形成することで、ノズル面２３に超撥液性を付与することができる。さらに、リブ３８′の間に形成される空部４０は、ノズル面２３から離れる方向に向けて拡径した状態、すなわち、当該方向に向けて次第に幅が広がる状態になるため、たとえ空部４０にインクが進入したとしも、この進入したインクを当該空部４０から除去し易くなる。なお、リブ３８′及び空部４０の断面形状以外は、上記した第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。

第２の実施形態におけるリブ３８′の作成方法について説明する。まず、上記した第１の実施形態におけるノズルプレート２１の製造法と同様に、成膜工程及びエッチング工程等を経て、ノズル面２３にリブ３８を作製する。これにより、図３に示すような第１の実施形態と同じ形状のリブ３８が形成される。すなわち、高さ方向の中央部が括れた状態に形成されたリブ３８が形成される。次に加工工程において、研磨装置等を用いて、リブ３８を高さ方向の途中（具体的には、括れた部分）まで研磨する。これにより、図９に示すように、高さが低減され、先端に向けて先細ったリブ３８′が作成される。なお、リブ３８の強度が比較的低い場合には、ノズル面２３に高さ方向の中央部が括れた状態のリブ３８を形成した後、当該ノズル面２３をワイパー１２等で空拭きして、リブ３８を高さ方向の中央部分（すなわち、括れた部分）で折ることにより形成してもよい。この場合でも、図９に示すような先端に向けて先細ったリブ３８′を作製することができる。

また、上記した第１の実施形態及び第２の実施形態においては、非晶質であるリブ３８、３８′によりノズル面２３に凹凸形状が形成されたが、これには限られない。図１０及び図１１に示す第３の実施形態では、ノズル面２３に形成された複数の突起部４５により凹凸形状が形成されている。図１０は、第３の実施形態におけるノズルプレート２１の断面を拡大した模式図である。図１１は、第３の実施形態におけるノズルプレート２１の表面（ノズル面２３）を拡大した模式図である。なお、図１１におけるハッチング部分がノズル面２３から突出した部分、すなわち突起部４５を表している。

本実施形態における突起部４５は、ノズル面２３に立設された結晶からなり、ノズル面２３に複数形成されている。この突起部４５は、製造段階で形成される結晶粒４２が残ったものであり、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ルテニウム（Ｒｕ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、又は、これらを組み合わせたもの、或いは、これらにフッ素（Ｆ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）等を添加したもの等からなる。また、本実施形態における突起部４５は、図１０に示すように、高さ方向の中央部が膨らんだ状態に形成されている。さらに、図１１に示すように、突起部４５は、ノズル面２３において不規則に敷き詰められている。そして、突起部４５間には、ノズル面２３内において網状に張り巡らされた溝４６が形成されている。このように、本実施形態においてもノズルプレート２１のノズル面２３に突起部４５からなる凹凸が形成されるため、ロータス効果により一の面における撥液性を向上させることができる。特に、突起部４５を撥液性に優れた材料で形成することで、ノズル面２３に超撥液性を付与することができる。また、突起部４５が結晶からなるため、この突起部４５の強度を確保することができる。すなわち、突起部がシリコーン等の樹脂からなる場合と比較して、突起部４５の強度を高めることができる。なお、その他の構成は、上記した第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。

第３の実施形態における突起部４５の作成方法について説明する。まず、上記した第１の実施形態におけるノズルプレート２１の製造法と同様に、成膜工程等を経て、ノズル面２３に複数の結晶粒４２と、結晶粒４２界における非晶質部４３とを有する硬質膜４１を形成する（図７参照）。次に、エッチング工程において、硬質膜４１をエッチングする。すなわち、硬質膜４１をエッチング液に曝す。この際、第１の実施形態と異なり、結晶粒４２に対するエッチング速度よりも非晶質部４３に対するエッチング速度の方が早くなるエッチング液を使用する。これにより、結晶粒４２に対するエッチングよりも非晶質部４３に対するエッチングの方が早く進む。そして、非晶質部４３が除去されて下地膜３９が露出した部分が溝４６となり、残った結晶粒４２が突起部４５となる。すなわち、図１０及び図１１に示すようなノズルプレート２１が形成される。なお、非晶質部４３は必ずしも完全に除去される必要は無い。すなわち、下地膜３９の表面に非晶質部４３の一部が残っていても良い。このように成膜工程及びエッチング工程を経て突起部４５が作製されるため、突起部４５の形成が容易になる。すなわち、フォトリソグラフィ等の技術を使うことなく、微細な凹凸形状をノズル面２３に作成することができるため、ノズルプレート２１の製造コスト及び製造時間を低減させることができる。その結果、撥液性に優れたノズルプレート２１を容易に作製することができる。したがって、信頼性に優れた記録ヘッド３及びこれを備えたプリンター１を容易に作製することができる。

ところで、ノズル面にリブや突起部を形成する方法は、上記した各実施形態において例示した方法に限られない。例えば、フォトリソグラフィ技術を使って、ノズル面にリブや突起部を形成することもできる。具体的には、ノズル面に硬質膜を製膜した後、硬質膜上にレジスト膜を形成する。そして、露光及びと現像工程を経て、リブや突起部に対応する部分のレジスト膜を残し、その他の部分のレジスト膜を除去する。この状態で、イオンミリング、ドライエッチング、ウェットエッチング等により、硬質膜をエッチングすることで、レジスト膜が除去された部分の硬質膜を除去する。その後、残ったレジスト膜を除去することで、ノズル面にリブや突起部からなる凹凸を形成することができる。

また、上記した各実施形態では、圧力室３０内のインクに圧力変動を生じさせる圧電素子として、所謂撓み振動型の圧電素子を例示したが、これには限られない。例えば、所謂縦振動型の圧電素子や、発熱素子、静電気力を利用して圧力室の容積を変動させる静電アクチュエーター等の各種アクチュエーターを採用することができる。

そして、以上においては、液体噴射装置として、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド３を備えたインクジェット式プリンター１を例に挙げて説明したが、本発明は、他の液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッドを備えた液体噴射装置、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッドを備えた液体噴射装置、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドを備えた液体噴射装置等にも本発明を適用することができる。ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドでは液体の一種としてＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液体の一種として液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは液体の一種として生体有機物の溶液を噴射する。

１…プリンター，２…記録媒体，３…記録ヘッド，４…キャリッジ，５…キャリッジ移動機構，６…搬送機構，７…インクカートリッジ，８…タイミングベルト，９…パルスモーター，１０…ガイドロッド，１１…キャップ，１２…ワイパー，１４…アクチュエーターユニット，１５…流路ユニット，１６…ヘッドケース，１７…収容空間，１８…液体導入路，１９…挿通開口，２１…ノズルプレート，２２…ノズル，２３…ノズル面，２４…連通基板，２５…共通液室，２６…個別連通路，２７…ノズル連通路，２９…圧力室形成基板，３０…圧力室，３１…振動板，３２…圧電素子，３３…封止板，３５…駆動領域，３６…圧電素子収容空間，３８，３８′…リブ，３９…下地膜，４０…空部，４１…硬質膜，４２…結晶粒，４３…非晶質部，４５…突起部，４６…溝

Claims (8)

1. 一の面にノズルが開口されたノズルプレートであって、
   前記一の面に立設された非晶質であるリブが網状に形成されたことを特徴とするノズルプレート。
2. 一の面にノズルが開口されたノズルプレートであって、
   前記一の面に立設された結晶である突起部が複数形成されたことを特徴とするノズルプレート。
3. 請求項１又は請求項２に記載のノズルプレートを備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項３に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
5. ノズルが開口された一の面に立設された非晶質であるリブが網状に形成されたノズルプレートの製造方法であって、
   複数の結晶粒と結晶粒界における非晶質部とを有する硬質膜を、前記一の面に成膜する成膜工程と、
   前記硬質膜をエッチング液に曝すエッチング工程と、を含み、
   前記エッチング工程において、前記エッチング液による前記非晶質部に対するエッチング速度よりも前記エッチング液による前記結晶粒に対するエッチング速度の方が早いことを特徴とするノズルプレートの製造方法。
6. ノズルが開口された一の面に立設された結晶である突起部が複数形成されたノズルプレートの製造方法であって、
   複数の結晶粒と結晶粒界における非晶質部とを有する硬質膜を、前記一の面に成膜する成膜工程と、
   前記硬質膜をエッチング液に曝すエッチング工程と、を含み、
   前記エッチング工程において、前記エッチング液による前記結晶粒に対するエッチング速度よりも前記エッチング液による前記非晶質部に対するエッチング速度の方が早いことを特徴とするノズルプレートの製造方法。
7. 請求項５又は請求項６に記載のノズルプレートの製造方法を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
8. 請求項７に記載の液体噴射ヘッドの製造方法を含むことを特徴とする液体噴射装置の製造方法。
   
   

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