JP5779176B2 - 液滴吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＮＡを含む液体、液体原料及び液体燃料等の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。

従来から、液体を加圧するための加圧室等の空洞部を内部に備えるセラミックス積層体が知られている。このようなセラミックス積層体は、例えば、ＤＮＡチップを製造するための装置、燃料噴射装置等の「流体噴射用アクチュエータ」、インクジェットプリンタのアクチュエータ、燃料電池（ＳＯＦＣ）、スイッチング素子、及び、センサ等として広い分野において使用されている（特許文献１を参照。）。

一般に、このようなセラミックス積層体は以下に述べる手順を経て製造される。
（１）セラミックグリーンシートを準備する。
（２）「金型パンチ及びダイ」を用いた打ち抜き加工により、セラミックグリーンシートに所定形状の貫通孔を形成する。
（３）貫通孔が形成されたセラミックグリーンシート及び貫通孔が形成されていないセラミックグリーンシートを積層する。
（４）積層された複数のセラミックグリーンシートを焼成し、一体化する。

特許第３６００１９８号

しかしながら、金型パンチ及びダイを用いた打ち抜き加工は、破断により貫通孔を形成する。従って、セラミックグリーンシートを打ち抜く際、そのセラミックグリーンシートに大きな力が加わる。この結果、破断面が荒れ、或いは、破断部にバリ及びクラックが発生する場合がある。特に、加圧室（空洞部）が微細化するにつれ、これらの変形、バリ及びクラック等は加圧室（空洞部）の形状精度に大きな悪影響を及ぼす。更に、「金型パンチ及びダイ」は打ち抜き加工に耐える硬度を備える必要があるから、それらは高い硬度を有する材質から形成される。高い硬度を有する材質を用いて小型の「金型パンチ及びダイ」を製作することは困難であるから、加圧室（空洞部）の小型化にも限界がある。

本発明は、上記課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、加圧室が微細化した場合及び隣接する加圧室間の距離が短い場合等においても、高い形状精度を有する液滴吐出ヘッドを製造することができる「液滴吐出ヘッドの製造方法」を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明による液滴吐出ヘッドの製造方法（以下、「本製造方法」と称呼する。）の一つは、「液体を収容するための加圧室と、前記加圧室に連通するノズル部と、を備える液滴吐出ヘッド」を製造するための製造方法である。

本製造方法は、（１）スラリー準備工程、（２）型準備工程、（３）多孔質板準備工程、（４）焼成前ヘッド本体作成工程、及び、（５）焼成工程、を含む。

（１）スラリー準備工程
スラリー準備工程は、セラミック粉末と、前記セラミック粉末の溶剤と、有機材料と、を含むスラリーを準備する工程である。
（２）型準備工程
型準備工程は、少なくとも一つの面が平面である基部と、前記基部の前記平面から立設するとともに「前記加圧室及び前記ノズル部を含む液体室」と実質的に同一形状の凸部を含む凸状部と、を有する型を準備する工程である。この型の成形面は、前記基部の平面のうち前記凸状部が存在していない部分と、前記凸状部の表面と、により構成される。

（３）多孔質板準備工程
多孔質板準備工程は、少なくとも一つの面が平面であり且つ気体が通過可能な多孔質板を準備する工程である。

（４）焼成前ヘッド本体作成工程
焼成前ヘッド本体作成工程は、前記スラリーを前記多孔質板の平面と前記型の成形面との間に存在させた状態において前記多孔質板と前記型とを対向配置し、前記スラリーに含まれる前記溶剤を前記多孔質板の細孔内に浸み込ませて同スラリーを乾燥させることにより、焼成前の液滴吐出ヘッド本体を作成する工程である。

（５）焼成工程
焼成工程は、前記焼成前の液滴吐出ヘッド本体を焼成することにより焼成後の液滴吐出ヘッド本体を作成する工程である。

スラリー準備工程、型準備工程、及び、多孔質板準備工程は、焼成前ヘッド本体作成工程の前までに実施されれば、その実施順序はどのような順序であってもよい。

本製造方法によれば、加圧室が、スラリーを型によって成形することに基いて作成される。従って、加圧室が微細化した場合及び隣接する加圧室間の距離が短い場合等においても、高い形状精度を有する液滴吐出ヘッドを製造することができる。

更に、本製造方法によれば、ノズル部も、スラリーを型によって成形することに基いて作成される。従って、ノズル部を打ち抜き加工により形成した場合に比較して、ノズル部の表面が滑らかであり、且つ、ノズル部にバリ等が発生しない。その結果、液滴を安定して吐出することができる液滴吐出ヘッドが提供される。

更に、本製造方法によれば、一つの型を用いて液滴吐出ヘッド本体が作成される。従って、液滴吐出ヘッド本体を作成するために、例えば、二つ以上の成形体を接合する必要がなく、且つ、液滴吐出ヘッド本体のノズル部に貫通孔を有する金属板等を接合する必要がない。従って、工程を簡素化することができる。加えて、液滴吐出ヘッド本体を作成するために二つの成形体等を位置合わせしながら圧着又は接合する必要がないので、所望の形状の液滴吐出ヘッドを簡単に製造することができる。

更に、前記焼成前ヘッド本体作成工程は、
前記型内において乾燥させられた前記スラリーより構成される乾燥後成形体を同型内に保持した状態において同乾燥後成形体の露呈面（即ち、前記多孔質板の平面と接していた成形体の表面）を研磨することにより、同乾燥後成形体の残膜を除去して前記ノズル部に相当する部分を完成（形成）する離型前研磨工程と、
前記残膜が除去された前記乾燥後成形体から前記型を離脱させる離型工程と、
を含むことが好適である。

これによれば、後に加圧室及びノズル部となる「乾燥後成形体の空隙部分」が型により埋まっている状態において乾燥後成形体の研磨が実行されるので、研磨屑及び／又は砥粒がその空隙部分に入り込まない。よって、そのような研磨屑及び／又は砥粒を除去するための工程が不要であるから、製造工程全体を簡素化することができる。更に、研磨される「乾燥後成形体」は焼成する前の成形体であるので、焼成された後の成形体（焼成体）に比べてその硬度が低い。その結果、研磨加工速度を大きくすることができるので、短時間にて研磨を完了することができる。

加えて、前記離型前研磨工程は、
前記乾燥後成形体を保持した状態にある前記型を前記成形面と反対側にて研磨用保持具により保持し、同研磨用保持具を前記基部の前記平面と平行な方向に移動させながら前記乾燥後成形体の露呈面を研磨板に押し付けることにより同露呈面の研磨を行う工程である。

これによれば、型の成形面と反対側の部分（型の成形面と反対側の面、型の裏面、型の背面）を基準として研磨を行うことができるので、乾燥後成形体の露呈面（研磨される面）の平坦性を容易に確保することができる。

一方、本製造方法は、更に、
前記焼成工程の後に、弾性を有する母材に同母材より小さい複数の砥粒を固定させた研磨材を前記焼成後の液滴吐出ヘッド本体に対して投射することにより、前記焼成後の液滴吐出ヘッド本体の残膜を除去して前記ノズル部に相当する部分を完成する弾性体使用特殊ブラスト工程、
を含むことができる。

このブラスト工程によれば、焼成後の液滴吐出ヘッド本体に焼成による微小なうねり・反りが生じていた場合であっても、その焼成後の液滴吐出ヘッド本体をそのうねり・反りに従って一定量研磨することができる。従って、ノズル部の先端部（即ち、ノズル部により表面に形成される液滴吐出用の開口）の径（ノズル径）を所望の範囲内の値に保つことができる。更に、液滴吐出用の開口の近傍の表面粗さを均一にすることができるので、同開口近傍における液滴吐出ヘッド本体の下面の液体に対する濡れ性を均一化できる。これらの結果、液体を安定して吐出することができる液体吐出ヘッドを製造することができる。

本発明装置の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１の（Ａ）は、本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法の一態様により作成される液滴吐出ヘッド本体の平面図であり、図１の（Ｂ）は上記製造方法の一態様により作成される液滴吐出ヘッドの断面図である。 図２の（Ａ）は上記製造方法の一態様において使用される型の長手方向に沿う縦断面図、図２の（Ｂ）はその型の短手方向に沿う縦断面図、図２の（Ｃ）はその型の部分斜視図である。 図３は上記製造方法の一態様の「多孔質板準備工程及び成形体作成工程」を説明するための図である。 図４は上記製造方法の一態様の成形体作成工程を説明するための図である。 図５は上記製造方法の一態様の成形体作成工程を説明するための図である。 図６は上記製造方法の一態様の成形体作成工程を経て作成された成形体の断面図である。 図７は上記製造方法の一態様により作成された液滴吐出ヘッドの断面図である。 図８は上記製造方法の一態様により作成された液滴吐出ヘッド本体の部分拡大写真である。 図９は、上記製造方法の変形例における残膜の除去方法を説明するための図である。 図１０は、図９に示した変形例により作成された焼成前ヘッド本体の断面図である。 図１１は、上記製造方法の別の変形例における残膜の除去方法を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る「液滴吐出ヘッドの製造方法」について説明する。なお、以下に述べる工程の実施順序は、矛盾が生じない範囲において入れ替えることができる。

＜構造＞
先ず、本発明の実施形態に係る「液滴吐出ヘッドの製造方法」により製造される液滴吐出ヘッド１０の概略構造について説明する。

図１の（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、液滴吐出ヘッド１０は、液滴吐出ヘッド本体（ヘッド本体）２０、振動板３０、液体貯留室蓋体４０、及び、複数（図１に示した例において９個）の圧電素子５０、を備えている。なお、図１の（Ａ）は、振動板３０、液体貯留室蓋体４０、及び、複数の圧電素子５０を取り外した状態にある液滴吐出ヘッド１０（即ち、ヘッド本体２０）の平面図である。図１の（Ｂ）は、図１の（Ａ）の１−１線に沿った平面にて液滴吐出ヘッド１０を切断した断面図である。

ヘッド本体２０はセラミックからなる。ヘッド本体２０は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれに平行な辺を有する直方体形状を備える。即ち、図１の（Ａ）に示したように、ヘッド本体２０の平面視（Ｚ軸正方向からＺ軸に沿ってヘッド本体２０を見た場合）における形状は長方形である。この長方形の長辺及び短辺は、Ｘ軸及びＹ軸にそれぞれ平行である。ヘッド本体２０の厚み（高さ）方向はＺ軸に平行である。なお、以下において、説明の便宜上、Ｚ軸正方向を上方向と定義し、Ｚ軸負方向を下方向と定義する。

ヘッド本体２０の上部には、複数の加圧室２１を構成する複数（図１に示した例において９個）の溝部２１ａが形成されている。複数の溝部２１ａは互いに同一形状を有している。各溝部２１ａは略直方体形状を有する。

より具体的に述べると、溝部２１ａは、平面視において「Ｘ軸に沿って伸びる長辺、及び、Ｙ軸に沿って伸びる短辺」を備える。溝部２１ａのＸ軸に沿って伸びる長辺の一端は、ヘッド本体２０のＸ軸負方向端部近傍に位置する。溝部２１ａのＸ軸に沿って伸びる長辺の他端は、ヘッド本体２０のＸ軸方向の略中央部に位置する。溝部２１ａの底面は、平面をなし、ヘッド本体２０の厚み方向の略中央部に存在している。即ち、溝部２１ａの深さ（高さ）は、ヘッド本体２０の厚み（高さ）の半分程度である。

ヘッド本体２０にはノズル部２１ｂが形成されている。ノズル部２１ｂは、溝部２１ａの底面のＸ軸負方向端部近傍に設けられている。ノズル部２１ｂは逆円錐台形状（又は円柱状）である。ノズル部２１ｂは、溝部２１ａの底面とヘッド本体２０の下面２０ａとを連通している。従って、ノズル部２１ｂは液体吐出孔を形成している。

ヘッド本体２０の上部には、液体貯留室（インクタンク室）２２を構成する凹部２２ａが形成されている。凹部２２ａは略直方体形状を有する。

より具体的に述べると、凹部２２ａは、平面視において「Ｘ軸に沿って伸びる長辺、及び、Ｙ軸に沿って伸びる短辺」を備える。凹部２２ａのＸ軸に沿って伸びる長辺の一端は、ヘッド本体２０のＸ軸正方向端部近傍に位置する。凹部２２ａのＸ軸に沿って伸びる長辺の他端は、ヘッド本体２０のＸ軸方向の略中央部に位置し、溝部２１ａのＸ軸に沿って伸びる長辺の他端と所定距離だけ離れている。凹部２２ａのＹ軸に沿って伸びる短辺の一端は、複数の溝部２１ａのうちのＹ軸正方向端部に位置する溝部２１ａの短辺のＹ軸正方向端部よりも、Ｙ軸正方向側の部分に位置している。凹部２２ａのＹ軸に沿って伸びる短辺の他端は、複数の溝部２１ａのうちのＹ軸負方向端部に位置する溝部２１ａの短辺のＹ軸負方向端部よりも、Ｙ軸負方向側の部分に位置している。凹部２２ａの底面は、平面をなし、ヘッド本体２０の厚み方向の略中央部に存在している。凹部２２ａの深さ（高さ）は溝部２１ａの深さ（高さ）と同じである。

ヘッド本体２０の上部には、複数の液体流通孔２３を構成する複数（図１に示した例において９個）の溝部２３ａが形成されている。一つの溝部２３ａは一つの溝部２１ａに対応するように設けられている。複数の溝部２３ａは互いに同一形状を有している。各溝部２３ａは略直方体形状を有する。

より具体的に述べると、溝部２３ａは、平面視において「Ｘ軸に沿って伸びる長辺、及び、Ｙ軸に沿って伸びる短辺」を備える。一つの溝部２３ａのＸ軸に沿って伸びる長辺の一端は、一つの溝部２１ａのＸ軸正方向端部に位置する「Ｙ軸に沿って伸びる短辺」にまで伸びている。各溝部２３ａのＸ軸に沿って伸びる長辺の他端は、凹部２２ａのＸ軸負方向端部に位置する「Ｙ軸に沿って伸びる短辺」にまで伸びている。溝部２３ａのＹ軸に沿って伸びる短辺の長さは、溝部２１ａのＹ軸に沿って伸びる短辺の長さよりも小さい。一つの溝部２３ａは、一つの溝部２１ａと凹部２２ａとを連通している。溝部２３ａの底面は、平面をなし、ヘッド本体２０の厚み方向の略中央部に存在している。即ち、溝部２３ａの深さ（高さ）は溝部２１ａの深さ（高さ）と同じである。

振動板３０は、Ｚ軸方向に小さな厚み（高さ）を有するセラミックの薄板である。振動板３０は容易に変形可能である。振動板３０の平面視における形状は長方形である。振動板３０のＸ軸正方向端部の位置は溝部２１ａのＸ軸正方向端部の位置と略一致している。振動板３０のＸ軸負方向端部の位置はヘッド本体２０のＸ軸負方向端部の位置と略一致している。振動板３０の「Ｙ軸正方向の端部及びＹ軸負方向の端部」は、ヘッド本体２０の「Ｙ軸正方向の端部及びＹ軸負方向の端部」とそれぞれ略一致している。振動板３０は、ヘッド本体２０の上面と接するように配設されている。従って、振動板３０は、総ての溝部２１ａの上部を覆っている。この結果、溝部２１ａの底面及び側面と、振動板３０の下面と、により加圧室２１が形成されている。

液体貯留室蓋体４０はＺ軸方向に厚み（高さ）を有するセラミックの板である。液体貯留室蓋体４０の平面視における形状は長方形である。液体貯留室蓋体４０のＸ軸正方向端部の位置はヘッド本体２０のＸ軸正方向端部の位置と略一致している。液体貯留室蓋体４０のＸ軸負方向端部の位置は振動板３０のＸ軸正方向端部の位置と一致している。即ち、液体貯留室蓋体４０のＸ軸負方向端部は、振動板３０のＸ軸正方向端部と接している。液体貯留室蓋体４０の「Ｙ軸正方向の端部及びＹ軸負方向の端部」は、ヘッド本体２０の「Ｙ軸正方向の端部及びＹ軸負方向の端部」とそれぞれ略一している。液体貯留室蓋体４０は、ヘッド本体２０の上面と接するように配設されている。従って、液体貯留室蓋体４０は、凹部２２ａの上部を覆っている。この結果、凹部２２ａの底面及び側面と、液体貯留室蓋体４０の下面と、により液体貯留室２２が形成されている。

更に、液体貯留室蓋体４０は、溝部２３ａの上部を覆っている。この結果、溝部２３ａの底面及び側面と、液体貯留室蓋体４０の下面と、により液体流通孔２３が形成されている。一つの液体流通孔２３は、一つの加圧室２１と液体貯留室２２とを液体が通流可能となるように連通している。

液体貯留室蓋体４０には、液体供給連通穴４０ａが形成されている。液体供給連通穴４０ａは、平面視において液体貯留室蓋体４０の略中央部に設けられている。液体供給連通穴４０ａは、液滴吐出ヘッド本体２０の外部と液体貯留室２２とを液体が通流可能となるように連通している。

なお、液体貯留室蓋体４０に代えて、振動板３０が、総ての溝部２１ａの上部のみならず、凹部２２ａの上部及び総ての溝部２３ａの上部をも、覆うように構成されてもよい。

複数の圧電素子５０のそれぞれは、平面視において「Ｘ軸に沿って伸びる長辺、及び、Ｙ軸に沿って伸びる短辺」を備える。圧電素子５０の平面視における形状は、加圧室２１（従って、溝部２１ａ）の平面視における形状と略一致している。複数の圧電素子５０のそれぞれは、振動板３０を挟んで、複数の加圧室２１のそれぞれと対向するように形成されている。

このように構成された液滴吐出ヘッド１０において、液体（例えば、インク）は液体供給連通穴４０ａを通して液滴吐出ヘッド１０の外部から液体貯留室２２へと供給される。液体貯留室２２の液体は、液体流通孔２３を通して加圧室２１に供給される。圧電素子５０が、図示しない駆動源からの電力により変形させられると、振動板３０が変形する。この結果、加圧室２１内の液体は加圧され、加圧された液体は「加圧室２１を外部へと連通するノズル部２１ｂ」を通して液滴吐出ヘッド１０の下面２０ａから液滴として吐出される。即ち、液体は、下面２０ａに形成されたノズル部２１ｂの下端である液体吐出用の開口から吐出される。

＜製造方法＞
次に、製造方法について工程別に説明する。
（スラリー準備工程）
先ず、スラリーＳＬを準備する。スラリーＳＬは、主原料の粒子としてのセラミック粉末、セラミック粉末の溶剤、有機材料及び可塑剤からなっている。これらの重量比率は、例えば、セラミック粉末：溶剤：有機材料：可塑剤＝１００：５０〜１００：５〜１０：２〜５である。本例において、セラミック粉末はアルミナ及びジルコニア等からなり、溶剤はトルエン及びイソプロピルアルコール等からなる。有機材料はポリビニルブチラールからなる。可塑剤はフタル酸系ブチルである。各材料及び重量比率は、これらに限定されるものではない。更に、このスラリーの粘性は、例えば、０．１〜１００Ｐａ・secであることが望ましい。

（型準備工程）
図２の（Ａ）乃至（Ｃ）に示した型（押し型・スタンパ）１００を準備する。図２の（Ａ）は型１００を長手方向（Ｘ軸方向）に沿う平面（Ｘ−Ｚ平面）にて切断した型１００の断面図である。図２の（Ｂ）は型１００を「型１００のＸ軸中央部よりもＸ軸負方向側の所定位置において」短手方向（Ｙ軸方向）に沿う平面（Ｙ−Ｚ平面）により切断した型１００の断面図である。図２の（Ｃ）は型１００の部分斜視図である。型１００は、基部１０１、加圧室形成用凸部１０２、ノズル部形成用凸部１０３、及び、枠部１０４、を備えている。

基部１０１は平板状である。従って、基部１０１は少なくとも一つの平面１０１ｕを備えている。

加圧室形成用凸部１０２は平面１０１ｕから立設している。加圧室形成用凸部１０２は、前述した「複数の溝部２１ａ、凹部２２ａ及び複数の溝部２３ａ」と実質的に同一の形状を有している。即ち、加圧室形成用凸部１０２は、「複数の加圧室２１、液体貯留室２２及び複数の液体流通孔２３」と実質的に同一の形状を有している。よって、加圧室形成用凸部１０２は、互いに平行に配列される複数の加圧室２１と実質的に同一形状の凸部を含む凸状部である。

ノズル部形成用凸部１０３は、加圧室形成用凸部１０２の頂面１０２ａから立設している。ノズル部形成用凸部１０３は、図１に示したノズル部２１ｂと実質的に同一の形状を有している。即ち、ノズル部形成用凸部１０３は円錐台形状を有している。よって、型１００は、「複数の加圧室２１及びノズル部２１ｂを含む液体室（並びに、液体貯留室２２及び複数の液体流通孔２３）」と実質的に同一形状の凸部を含む凸状部を備える、と言うことができる。

枠部１０４は、基部１０１の外周部の全体に渡り平面１０１ｕから立設している。枠部１０４の内側面のなす形状は、図１に示したヘッド本体２０の外周面のなす形状と同一である。枠部１０４の頂面１０４ａ及びノズル部形成用凸部１０３の頂面１０３ａは、平面１０１ｕと平行な一つの平面ＰＬ内に存在している。

型１００の成形面は、基部１０１の平面１０１ｕのうち「加圧室形成用凸部１０２及び枠部１０４が存在していない部分（表面）」と、加圧室形成用凸部１０２の表面のうちノズル部形成用凸部１０３が存在していない部分（表面）と、ノズル部形成用凸部１０３の表面と、枠部１０４の内側の側面と、により構成されている。

型１００の成形面は離型剤により被覆されていることが好ましい。この場合、型１００と離型剤との密着力を向上させるために、離型剤を型１００（型１００の成形面、即ち、離型面）に塗布する前に型１００の洗浄を行っておくことが望ましい。この洗浄は、超音波洗浄、酸洗浄、及び、紫外線オゾン洗浄等により行うことができる。この洗浄により、離型剤が塗布される予定の成形面（洗浄表面）が原子レベルにまで清浄されることが好ましい。離型剤の一例は、ダイキン工業株式会社製の「オプツールＤＳＸ」等のフッ素系離型剤である。離型剤は、シリコン系又はワックス系の離型剤であってもよい。離型剤は、ディッピング、スプレー塗布、及び、刷毛塗り等により塗布された後、乾燥及び洗浄の各工程を通して型１００の表面（成形面）に膜状に形成される。型１００の表面を、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングによる無機膜処理によって被覆してもよい。更に、型１００の表面を、ＤＬＣコーティングによる無機膜処理と、離型剤による処理と、を組み合わせることにより被覆してもよい。

（多孔質板準備工程）
気体が通過可能な多孔質板１２０を準備する（図３を参照。）。多孔質板１２０の少なくとも一つの面１２０ｕ（実際には両面）は平面である。このような多孔質板１２０の代表例は、樹脂からなる多孔質フィルムである。多孔質板１２０の細孔径（平均細孔径、目開き）は、スラリーＳＬのセラミック粉末の粒径（平均粒子径）よりも小さく、溶剤の分子径よりも大きい。より具体的には、多孔質板１２０は、その細孔径が１μｍ以下（更に、望ましくは０．５μｍ以下）の「ポリプロピレン及びポリオレフィン等」からなる多孔質フィルムである。なお、多孔質板１２０は、多孔質セラミック基板、及び、多孔質金属（例えば、焼結金属）基板、等であってもよい。

（成形体作成工程）
図３に示したように、型１００の枠部１０４の内部にスラリーＳＬを充填する。スラリーＳＬの充填は塗布により行われる。この工程は「スラリー充填（塗布）工程」とも称呼される。スラリーＳＬは、塗布以外の適当な方法（例えば、ディッピング、スキージ、刷毛塗り、及び、ディスペンサーによる充填等）により充填されてもよい。更に、スラリー充填率を向上させために、スラリーＳＬを枠部１０４の内部に充填させる際、型１００に超音波振動を加えても良く、或いは、真空脱気して型１００内に残存している気泡を除去してもよい。また、スラリーＳＬを「型１００と別途準備される平板との間」に存在させた状態において「型１００を平板に押しつける」ことにより、スラリーＳＬを型１００内に充填させてもよい。その平板には、スラリーＳＬが転写しないように（即ち、型１００を平板から離す際、「型１００内に充填されたスラリーＳＬ」が平板に残存することがないように）、離型処理されたＰＥＴフィルム等を用いることができる。

このスラリー充填工程において、スラリーＳＬは、型１００に対して多めに充填される。これは、スラリーＳＬを充填する際のスラリーＳＬの圧力（充填圧）を高めることにより、スラリーＳＬの充填率を上げるためである。また、スラリーＳＬが乾燥する際、スラリーＳＬが収縮することを考慮する必要があるからである。この結果、図３に示したように、スラリーＳＬは、そのスラリーＳＬの表面が型１００の「枠部１０４の頂面１０４ａ及びノズル部形成用凸部１０３の頂面１０３ａ（即ち、平面ＰＬ）」よりも距離ｔだけ外側に存在するように、型１００に充填される。この平面ＰＬよりも型１００の外側に存在しているスラリーＳＬの全部が後に残膜となる。

一方、図３に示したように、多孔質板１２０を「多孔質の焼結金属１３０の上面（焼結金属１３０の両方の面のうちの一方の面の上）」に載置する。焼結金属１３０は枠体１４０内に収容されている。枠体１４０は「緻密で且つ熱伝導性のある材質」からなる。即ち、焼結金属１３０は、その上面を除く周囲（側面及び下面）が緻密な枠体１４０により覆われている。枠体１４０の側部には吸引用連通管１４１が挿入されている。吸引用連通管１４１は図示しない真空ポンプに接続されている。

枠体１４０は、ホットプレート（加熱装置）１５０の上に載置されている。ホットプレート１５０は通電されたときに発熱し、枠体１４０及び焼結金属１３０を介して多孔質板１２０の下面（他方の面、即ち、多孔質板１２０の一部）を加熱するようになっている。

次に、図４に示したように、スラリーＳＬを「多孔質板１２０の平面１２０ｕと型１００の成形面との間」に存在させた状態において、多孔質板１２０（多孔質板１２０の露呈面である平面１２０ｕ）と型１００（型１００の成形面）とが対向するように、多孔質板１２０と型１００とを配置する。このとき、型１００を多孔質板１２０に対して適当な力で押圧してもよい。

この結果、図４に矢印により示したように、「型１００の内部に保持されているスラリーＳＬ」に含まれる溶剤が、毛細管現象によって、多孔質板１２０の平面１２０ｕ（スラリーＳＬと多孔質板１２０との接触面）近傍の細孔内に浸み込むとともに気化（蒸発）する。これにより、スラリーＳＬが乾燥して行く。

更に、この工程において、前述した真空ポンプを駆動する。この真空ポンプの駆動により、多孔質板１２０内に存在するガスが排出される（白抜きの矢印Ａを参照。）。従って、多孔質板１２０の内部の圧力は、大気圧よりも低圧（例えば、大気圧よりも８０ｋＰａ低い圧力）になる。これによって、スラリーＳＬに含まれている溶剤が、多孔質板１２０の細孔（特に、多孔質板１２０の表面近傍の細孔）内に効率的に吸引される（浸み込みながら気化して行く）。この場合、真空度（多孔質板１２０内部圧力）は、０〜−１００ｋＰａであることが好ましく、−８０〜−１００ｋＰａであることが好ましい。

なお、真空ポンプの駆動により多孔質板１２０の細孔内を低圧化する場合、「焼結金属１３０の露呈面、及び、多孔質板１２０の露呈面」を、気密性の高いフィルムなどで覆うことにより、焼結金属１３０及び多孔質板１２０を密閉することがより好ましい。焼結金属１３０の露呈面とは、焼結金属１３０の表面のうち「枠体１４０及び多孔質板１２０」により覆われていない表面のことである。多孔質板１２０の露呈面とは、多孔質板１２０の側面と、多孔質板１２０の平面（上面）１２０ｕのうち型１００（実際にはスラリーＳＬ）によって覆われていない表面と、からなる部分のことである。「焼結金属１３０の露呈面、及び、多孔質板１２０の露呈面」を密閉しない場合、多孔質板１２０内の真空度が低下するので、溶剤の気化の効率が低下する。また、スラリーＳＬの溶剤が気化した部分に負圧が発生し、その部位に大気が流入する。その結果、特に、スラリーＳＬの多孔質板１２０の近傍部位に気孔が発生する場合がある。これに対し、上記のように「焼結金属１３０の露呈面、及び、多孔質板１２０の露呈面」を密閉すると、そのような気孔の発生を防止することができる。

加えて、この工程において、ホットプレート１５０に通電する。従って、多孔質板１２０の温度が上昇するので、多孔質板１２０の細孔内に浸み込んだ溶剤は容易に蒸発（拡散）する。この結果、スラリーＳＬは乾燥され固化し、乾燥後の成形体１１０が「型１００と多孔質板１２０との間」に作成される。

なお、この工程において、ホットプレート１５０を最も上方に位置させ、そのホットプレート１５０の下方に枠体１４０、焼結金属１３０及び多孔質板１２０を保持し、その多孔質板１２０に向けて「スラリーＳＬを充填した型１００」を押圧してもよい。即ち、図４に示した構成の上下を逆転してもよい。これにより、気化した溶剤は垂直上方へと蒸発（拡散）する。従って、比重の小さい気化した溶剤が蒸発（拡散）し易くなるので、スラリーＳＬ内に気孔が発生し難い。

また、真空ポンプの駆動による多孔質板１２０の細孔内の低圧化は任意である。従って、焼結金属１３０及び枠体１４０は、単なる基台に置換されてもよい。更に、ホットプレート１５０による多孔質板１２０の加熱も任意である。従って、ホットプレート１５０は省略されてもよい。更に、本例においては、型１００を多孔質板１２０に対向配置する際には型１００を多孔質板１２０に対して適当な力で押圧するが、その後の「真空ポンプの駆動による多孔質板１２０の細孔内の低圧化中、及び、ホットプレート１５０による多孔質板１２０の加熱中」には、型１００には何らの押圧力を加えないか、或いは、多孔質板１２０の密度が局所的に変化することのない程度の適正な押圧力を加えてもよい。

その後、スラリーＳＬが乾燥して「乾燥後成形体１１０」が形成されると、「型１００、多孔質板１２０及び乾燥後成形体１１０」は冷却される。次いで、図５に示したように、型１００が「多孔質板１２０及び乾燥後成形体１１０」から除去される。すなわち、離型工程が実施される。

この離型工程においても真空ポンプを駆動し、焼結金属１３０の内部の圧力を低圧化することが好ましい。これにより、型１００を脱離させる際（離型時）、多孔質板１２０を焼結金属１３０によって安定して保持することができる。この結果、多孔質板１２０が浮き上がることが防止されるので、多孔質板１２０の変形及び乾燥後成形体１１０の変形（パターンの破損）が回避され得る。

次いで、成形体１１０を多孔質板１２０から分離する。この結果、図６に示した乾燥後であって焼成前の成形体１１０が得られる。

なお、上述した離型工程を実施する前に、多孔質板１２０を成形体１１０から剥離し、その後、成形体１１０の多孔質板１２０が剥離された面を熱感応接着フィルム及び吸引等により固定し、その状態で離型工程を実施して型１００を成形体１１０から離脱させることにより、図６に示した成形体１１０を得てもよい。これによれば、多孔質板１２０を剥離する際、成形体１１０のパターンが型１００により固定されているので、パターンの変形・破損の可能性を低減することができる。

このように形成された成形体１１０は、図６の破線の円内に示したように、残膜ＲＦを有する。残膜ＲＦは、型１００のノズル部形成用凸部１０３の頂面１０３ａと多孔質板１２０の平面１２０ｕとの間に残存したスラリーＳＬにより形成される膜である。

このように、成形体作成工程は、スラリーＳＬを「多孔質板１２０の平面１２０ｕと型１００の成形面との間」に存在させた状態において、多孔質板１２０と型１００とを対向配置し、スラリーＳＬに含まれる溶剤を多孔質板１２０の細孔内に浸み込ませてスラリーＳＬを乾燥させることにより、乾燥後の成形体１１０を作成する工程である。

（焼成前ヘッド本体作成工程）
次に、残膜ＲＦを、レーザー加工により除去する。即ち、図７に示したように、残膜ＲＦに貫通孔Ｈを形成する。これにより、ノズル部２１ｂが完成し、図７に示した「焼成前ヘッド本体２０Ａ」が作成される。図８は、このように製造された焼成前ヘッド本体２０Ａの部分拡大写真である。

（焼成工程）
一方、振動板３０となるセラミックグリーンシートと、液体貯留室蓋体４０となるセラミックグリーンシートとを別途準備しておく。更に、液体貯留室蓋体４０の所定位置に、液体供給連通穴４０ａとなる貫通孔を形成しておく。そして、焼成前ヘッド本体２０Ａの上に、振動板３０となるセラミックグリーンシートと、液体貯留室蓋体４０となるセラミックグリーンシートと、を平面方向の位置を合わせながら積層する。次いで、これらを熱圧着し、熱圧着された積層体を脱脂した後に焼成する。これにより、振動板３０及び液体貯留室蓋体４０を有するヘッド本体２０（焼成された積層体、焼成後の液滴吐出ヘッド本体）が完成する。

（圧電素子形成工程）
その後、周知の手法に従って、所定の位置に圧電素子を形成する。例えば、前記ヘッド本体２０と、焼成された圧電体膜を含む圧電素子と、を接合する。このとき、焼成された圧電体膜は振動板３０の上面に配置される。次いで、圧電素子の上にマスクを形成し、微粒子（砥粒）を噴射・投射してマスクが存在していない部分の圧電素子を除去する。即ち、所謂「ブラスト加工」により圧電素子５０を形成する（例えば、特許第３３４００４３号を参照。）。これにより、液滴吐出ヘッド１０が完成する。なお、焼成前の圧電素子を振動板３０の上部の所定位置に形成し、その後、圧電素子を焼成してもよい。

この製造方法は、一つの型１００を用い、一度の成形体作成工程において、スラリーＳＬを乾燥させることにより「乾燥後成形体１１０」を作成する。従って、例えば、二つの型を用いて二つの乾燥後成形体を作成し、その二つの乾燥後成形体を接合する必要がないので、工程を簡素化することができる。加えて、「ノズル部２１ｂと連通する貫通孔を有する金属板（ＳＵＳ等のノズルプレートである吐出孔先端部形成体）等」を液滴吐出ヘッド本体２０の下面２０ａに接合する必要がない。従って、工程を更に簡素化することができる。また、二つの乾燥後成形体を位置合わせしながら圧着する必要がないので、所望の形状の液滴吐出ヘッドを簡単に製造することができる。

なお、この製造方法において、スラリー準備工程、型準備工程、及び、多孔質板準備工程は、成形体作成工程の前までに実施されれば、その実施順序はどのような順序であってもよい。

＜第１変形例＞
上記製造方法の焼成前ヘッド本体作成工程における「レーザー加工による残膜ＲＦの除去（貫通孔Ｈの形成）」に代え、乾燥後成形体１１０を焼成した後、精密研磨によって残膜ＲＦを除去してもよい。即ち、残膜ＲＦは、成形体１１０の焼成後に研磨加工により除去してもよい。これによれば、ノズル部２１ｂの先端部（開口部、液滴吐出口）の径を精密に調整できるので、別部材（ＳＵＳ等）のノズルプレート（吐出孔先端部形成体）を用いる必要性をより低減することができる。

＜第２変形例＞
上記製造方法の焼成前ヘッド本体作成工程における「レーザー加工による残膜ＲＦの除去（貫通孔Ｈの形成）」に代え、スラリーＳＬが型１００内において乾燥して固化し、乾燥後の成形体１１０が「型１００と多孔質板１２０との間」に形成された後であって（図４を参照。）、型１００が乾燥後成形体１１０から除去される前（離型がなされる前）に、図９に示したように、研磨を実行して残膜ＲＦを除去してもよい。即ち、乾燥後成形体１１０を型１００に保持した状態のまま研磨し、貫通孔Ｈを形成してもよい（図１０を参照。）。

より具体的に述べると、この研磨は、次のように行われる。
先ず、図４に示したように、型１００内において乾燥後成形体１１０が完成すると、多孔質板１２０から乾燥後成形体１１０を型１００内に保持したまま離脱させる。

次に、図９に示したように、乾燥後成形体１１０が型１００内に保持されている状態において、その型１００の背面側を研磨用保持具４００により保持する。そして、研磨用保持具４００を水平方向（型１００の基部１０１の平面１０１ｕと平行な方向）に移動させながら、乾燥後成形体１１０の露呈面（残膜ＲＦ）を研磨板４１０に押し付けることにより、研磨を実施する。研磨が完了すると（残膜ＲＦが除去されると）離型を実施する。この結果、図１０に示した「焼成前ヘッド本体２０Ａ」が作成される。

このように、乾燥後成形体１１０の研磨を乾燥後成形体１１０が型１００内に保持された状態にて行うこと（即ち、「離型前研磨加工」を行うこと）の利点は次のとおりである。

（利点１）焼成後の成形体に対して研磨を行うと、研磨屑及び／又は砥粒が加圧室等に入り込むので、その除去工程が必要となる。これに対し、上記方法によれば、乾燥後成形体１１０が型１００に保持されている状態にて研磨されるので、研磨屑及び／又は砥粒が加圧室等に入り込まない。よって、そのような除去工程が不要であるから、製造工程全体を簡素化することができる。

（利点２）型１００の裏面（成形面と反対側の面、背面）を基準として研磨を行うことができるので、研磨される面（乾燥後成形体１１０の露呈面）の平坦性を容易に確保することができる。
（利点３）焼成体に比べて「焼成前成形体１１０」は硬度が低いので、研磨加工の速度を大きくすることができる。即ち、短時間にて研磨を完了することができる。

なお、このような「離型前研磨加工」を行う場合、型１００には硬度の高い材質の材料を用いるか、又は、型１００の表面をＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）処理しておくことが望ましい。

＜第３変形例＞
上記製造方法の焼成前ヘッド本体作成工程における「レーザー加工による残膜ＲＦの除去（貫通孔Ｈの形成）」に代え、乾燥後の成形体１１０を焼成した後に「弾性体使用特殊ブラスト加工（後述）」により残膜ＲＦを除去し（貫通孔Ｈを形成し）、それによりノズル部２１ｂを完成してもよい。

より具体的に述べると、この第３変形例においては、残膜ＲＦを除去しない状態にて乾燥後成形体１１０に「振動板３０となるセラミックグリーンシート及び液体貯留室蓋体４０となるセラミックグリーンシート」を平面方向の位置を合わせながら積層する。次いで、これらを熱圧着し、熱圧着された積層体を脱脂した後に焼成する。この結果、図１１の（Ａ）に示した焼成後成形体２０Ｂ（焼成後液滴吐出ヘッド本体）が作成される。

次に、図１１の（Ｂ）に示したように、焼成後成形体２０Ｂを所定の治具に保持し、焼成後成形体２０Ｂの残膜ＲＦが形成されている表面に対して「弾性体使用特殊ブラスト加工処理」を行う。このブラスト加工は、例えば特開２００６−１５９４０２号公報等に開示されているように、「比較的大径の弾性体である母材」内に「ＳｉＣ等の小径の砥粒」が固定された研磨材Ｋを「加工対象物の表面（焼成後成形体２０Ｂの残膜ＲＦが形成されている表面）」に対し、その加工対象物の表面の法線とは相違する方向から噴射又は投射する方法である。即ち、研磨材Ｋは、焼成後成形体２０Ｂの残膜ＲＦが形成されている表面に対し斜め方向から投射される。この場合、研磨材Ｋの母材の直径Ｄｋは、ノズル部２１ｂの直径Ｄ（ノズル部２１ｂの先端部により形成される開口部（液滴吐出口）の直径Ｄ）よりも大きい径であることが望ましい。

弾性を有する研磨材Ｋが投射されると、図１１の（Ｃ）に示したように、その研磨材Ｋは焼成後成形体２０Ｂの表面にて押し潰れ、焼成後成形体２０Ｂの表面を滑走した後に同表面から離れる。この間、焼成後成形体２０Ｂの表面が摩耗し（砥粒により削られ）、その結果、図１１の（Ｄ）に示したように、残膜ＲＦが除去されノズル部２１ｂが完成する。

このブラスト方法（弾性体使用特殊ブラスト加工処理）によれば、焼成後成形体２０Ｂに焼成による微小なうねり・反り（変形、ひずみ）が生じていた場合であっても、そのうねり・反りに従って焼成後成形体２０Ｂを一定量研磨することができる。従って、ノズル部２１ｂの先端部（即ち、ノズル部２１ｂにより表面に形成される液滴吐出用の開口）の径（ノズル径）を所望の範囲内の値に保つことができる。

更に、この弾性体使用特殊ブラスト加工によれば、液滴吐出ヘッド本体２０の下面（表面）であって、ノズル部２１ｂの近傍（液滴吐出用の開口の近傍）の表面２０ａ（図１を参照。）の表面粗さが小さくなる。また、その表面２０ａの微小領域毎の表面粗さのばらつき（差）が小さくなる。その結果、ノズル部２１ｂの近傍の表面２０ａの「吐出される液滴に対する濡れ性」が安定化する（濡れ性の領域間のばらつきが小さくなる）。その結果、何れのノズル部２１ｂにおいても液滴をより安定して吐出することができる。換言すると、複数のノズル部２１ｂ間の液滴吐出性能を均質化することができる。加えて、上記弾性体使用特殊ブラスト加工方法によれば、ノズル部２１ｂのエッヂ（液滴吐出用の開口の縁）における微小なバリを除去することができるので、何れのノズル部２１ｂにおいても液滴をより安定して吐出することができる。

加えて、上記弾性体使用特殊ブラスト加工によれば、研磨材Ｋ（母材）の直径Ｄｋが大きいので、ブラスト加工中に研磨材Ｋが「ノズル部２１ｂとなる空隙」に進入し難い。よって、それらを除去する工程を別途設ける必要がないか、或いは、それらを容易に除去することができる。

なお、前述したように、この弾性体使用特殊ブラスト加工方法において、研磨材の噴射又は投射方向は９０度でない方向（加工対象の壁面の法線と相違する方向、加工対象の壁面に対して直交しない方向）であることが望ましい。更に、この弾性体使用特殊ブラスト加工は、型１００を成形体１１０から取り除く前（離型前）に行われてもよく、型１００を成形体１１０から取り除いた後（離型後）に行われてもよい。

以上、説明したように、本発明による液滴吐出ヘッドの製造方法の実施形態及び変形例によれば、ノズル部を従来の「金型パンチ及びダイ」を用いた打ち抜き加工により作成しないので、破断面が荒れず、且つ、ノズル部にバリ等が発生し難い。その結果、液滴を安定して吐出することができる液滴吐出ヘッドが提供される。

更に、上記製造方法によれば、加圧室２１が、スラリーを型１００によって成形することに基いて作成される。従って、加圧室２１が微細化した場合及び隣接する加圧室２１間の距離が短い場合等においても、高い形状精度を有する液滴吐出ヘッド１０を製造することができる。

更に、上記製造方法によれば、ノズル部２１ｂも、スラリーを型１００によって成形することに基いて作成される。従って、ノズル部２１ｂを打ち抜き加工により形成した場合に比較して、ノズル部２１ｂの表面が滑らかであり、且つ、ノズル部２１ｂにバリ等が発生し難い。その結果、液滴を安定して吐出することができる液滴吐出ヘッド１０が提供される。

加えて、上記製造方法によれば、液滴吐出ヘッド本体２０のノズル部２１ｂに貫通孔を有する金属板等を接合する必要がない。従って、工程を簡素化することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

Claims (2)

1. 液体を収容するための加圧室と、前記加圧室に連通するノズル部と、を備える液滴吐出ヘッド本体を含む液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
   セラミック粉末と、前記セラミック粉末の溶剤と、有機材料と、を含むスラリーを準備するスラリー準備工程と、
   少なくとも一つの面が平面である基部と、前記基部の前記平面から立設するとともに前記加圧室及び前記ノズル部を含む液体室と同一形状の凸部を含む凸状部と、を有し、前記基部の平面のうち前記凸状部が存在していない部分と前記凸状部の表面とが成形面を構成する型を準備する型準備工程と、
   少なくとも一つの面が平面であり且つ気体が通過可能な多孔質板を準備する多孔質板準備工程と、
   前記スラリーを前記多孔質板の平面と前記型の成形面との間に存在させた状態において前記多孔質板と前記型とを対向配置し、前記スラリーに含まれる前記溶剤を前記多孔質板の細孔内に浸み込ませて同スラリーを乾燥させることにより、焼成前の液滴吐出ヘッド本体を作成する焼成前ヘッド本体作成工程と、
   前記焼成前の液滴吐出ヘッド本体を焼成することにより焼成後の液滴吐出ヘッド本体を作成する焼成工程と、
   を含む製造方法において、
   前記焼成前ヘッド本体作成工程は、
   前記型内において乾燥させられた前記スラリーにより構成される乾燥後成形体を同型内に保持した状態において同乾燥後成形体の露呈面を研磨することにより、同乾燥後成形体の残膜を除去して前記ノズル部に相当する部分を完成する離型前研磨工程と、
   前記残膜が除去された前記乾燥後成形体から前記型を離脱させる離型工程と、
   を含む製造方法。
2. 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、
   前記離型前研磨工程は、
   前記乾燥後成形体を保持した状態にある前記型を前記成形面と反対側にて研磨用保持具により保持し、同研磨用保持具を前記基部の前記平面と平行な方向に移動させながら前記乾燥後成形体の露呈面を研磨板に押し付けることにより同露呈面の研磨を行う工程である、
   製造方法。