WO2005021269A1

WO2005021269A1 - ノズルプレートおよびその製造方法

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Publication number: WO2005021269A1
Application number: PCT/JP2004/012395
Authority: WO
Inventors: Haruhiko Deguchi; Hidetsugu Kawai; Shigeru Nishio; Shigeaki Kakiwaki; Kazuhiro Murata
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha; National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2005-03-10
Also published as: JP3892423B2; TWI255232B; TW200523123A; JP2005074635A

Abstract

　ノズルプレート（８）は、第１のノズル孔（１１ａ）を有する、流体吐出側に配される薄層の第１のノズル層（１）と、該第１のノズル層（１）の流体供給側に積層され、第１のノズル層（１）よりも厚層で、かつ上記第１のノズル孔（１１ａ）と連通すると共に第１のノズル孔（１１ａ）とでノズル孔（１１）を構成する第２のノズル孔（１１ｂ）を有する第２のノズル層（２）を備え、第１のノズル孔（１１ａ）の内壁に成膜された第１の電極層（２５）と、第２のノズル孔（１１ｂ）の内壁に成膜された第２の電極層（２６）とが電気的に接続されている。　これにより、ノズル先端部近傍に安定して電極を形成することができると共に、複数のノズル孔部間を電気的に独立させることも容易で、かつ、ノズル孔に形成された電極への駆動信号の印加をノズルプレートにおける流体供給側より行うことが可能な、超微量の流体を吐出する静電吸引型流体吐出装置に好適なノズルプレートを提供することができる。

Description

明細書

トおよびその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、インク等の流体を吐出する流体吐出ヘッドに用いるノズルプレートに関し、さらに詳しくは流体を帯電させて静電吸引することで、対象物上に流体を吐出する静電吸引型流体吐出装置に用いるノズノレプレート関する。

^景技術

[0002] 一般に、インク等の流体（吐出材料)を対象物 (記録媒体)上に吐出する流体 > ト方式には、種々の方式がある。ここでは、流体としてインクを用いたインクジェット方式について説明する。

[0003] オンデマンドタイプのインクジェット方式としては、圧電現象を利用したピエゾ方式、インクの膜沸騰現象を利用したサーマル方式、静電気現象を利用した静電吸引方式等が開発されており、特に近年、高解像度のインクジェット方式の要求が強くなつている。高解像度のインクジェット記録を実現するには、吐出したインク液滴の微小化が不可欠である。

[0004] ここで、ノズルから吐出したインク液滴が記録媒体に着弾するまでの挙動は、

pink- (4/3· π -d³) -dv/dt

= - Cd-(l/2- ρ&ίνν)·(π -d²/4) (1)

で示される運動方程式（（1)式）によって表すことができる。

[0005] 上記 p inkはインクの体積密度、 Vは液滴速度、 Cdは抗カ係数、 p airは空気の密度、 dはインク液滴半径であり、 Cdは、

Cd = 24/Re- (1+3/16 -Re^0,62) (2)

で示される（2)式によって表すことができる。

[0006] 上記 Reはレイノルズ数であり、 77を空気の粘度として、

Re = 2-d- ink- ν/ η (3)

で示される（3)式によって表すことができる。

[0007] 上記（1)式の左辺のインク液滴の運動エネルギーに力かる液滴半径の影響の方が、空気の粘性抵抗に力かる液滴半径の影響より大きい。このため、同一速度の場合、液滴が小さくなればなるほど液滴速度の減速が早ぐ所定の距離離れた記録媒体に到達できないか、到達しても着弾精度が悪いことになつてしまう。

[0008] これを防ぐには、液滴の吐出初速度を大きくする、すなわち単位体積当たりの吐出エネルギーを大きくする必要がある。

[0009] しかしながら、従来のピエゾ方式及びサーマル方式のインクジェットヘッドでは、吐出液滴の微少化すなわち吐出液滴の単位体積当たりの吐出エネルギーを大きくした場合に以下に示す問題点を有し、吐出液滴量 lpl以下、すなわち液滴の直径（以下、液滴径と称する）を φ ΐ θ μ m以下にすることが特に難しかった。

[0010] 問題点 1：ピエゾ方式のインクジェットヘッドの吐出エネルギーは、駆動する圧電素子の変位量及び発生圧力と関わっている。この圧電素子の変位量は、インク吐出量、すなわちインク液滴サイズと密接に関わり、液滴サイズを小さくするためには変位量も小さくする必要があり、吐出液滴の単位体積当たりの吐出エネルギーの向上が困難であること。

[0011] 問題点 2：サーマル方式のインクジェットヘッドでは、インクの膜沸騰現象を利用しているため、バブル形成時の圧力は物理的な限界があり加熱素子の面積によりほぼ吐出エネルギーは定まってしまう。この加熱素子の面積は、発生バブルの体積、すなわちインク吐出量とほぼ比例する。このため、インク液滴サイズを小さくすれば、発生バブルの体積が小さくなり、吐出エネルギーは小さくなるので、インクの吐出液滴の単位体積当たりの吐出エネルギーの向上が困難であること。

[0012] 問題点 3：ピエゾ方式及びサーマル方式とも駆動 (加熱)素子の駆動量が吐出量に密接に関わるため、特に微少な液滴サイズを吐出する場合、そのバラツキを抑えることが非常に難しいこと。

[0013] そこで、上記の各問題点を解消するための方式として、静電吸引方式による微小液滴の吐出方法の開発が行われている。

[0014] 静電吸引方式では、ノズルから吐出したインク液滴の運動方程式は、以下の（4)式で示される。

[0015] p ink- (4/3 · π - d³) - dv/dt = q-E- Cd-(l/2 - ρ ίΓ·ν²) · ( π - d²/4) (4)

ここで、 qは液滴の電荷量、 Eは周囲の電界強度である。

[0016] 上記（4)式から、静電吸引方式では、吐出された液滴は、吐出エネルギーとは別に、飛翔中にも静電力を受けるため、単位体積当たりの吐出エネルギーを軽減でき、微小液滴の吐出への適用が可能となる。

[0017] このような静電吸引方式のインクジェット装置（以下、静電吸引型インクジェット装置と称する）として、例えば、日本国公開特許公報「特開平 8—238774号公報（1996 年 9月 17日公開）」には、ノズノレより内部に電圧印加用の電極を設けたインクジェット装置が開示されている。また、日本国公開特許公報「特開 2000-127410号公報（2 000年 5月 9日公開）」には、ノズノレをスリットとして、ノズノレより突出した針電極を設け微粒子を含むインクを吐出するインクジェット装置が開示されている。

[0018] 上記日本国公開特許公報「特開平 8—238774号公報（1996年 9月 17日公開）」に開示されたインクジェット装置について、図 17を参照しながら以下に説明する。図 17は、インクジェット装置の断面模式図である。

[0019] 図において、 101はインク噴射室、 102はインク、 103はインク室、 104はノズノレ孔、 105はインクタンク、 106はインク供給路、 107は回転ローラー、 108は記録媒体、 11 0は制御素子部、 111はプロセス制御部を示してレ、る。

[0020] さらに、 114はインク噴射室 101のインク室 103側に配設された静電界印加用電極部、 115は回転ローラー 107に設置された金属ドラムである対向電極部、 116は対向電極部 115に数千 Vの負電圧を印加するバイアス電源部である。 117は静電界印加用電極部 114に数百 Vの高電圧を供給する高圧電源部、 118は接地部である。

[0021] ここで、静電界印加用電極部 114と対向電極部 115との間において、対向電極部 1 15に印加されている数千 Vの負電圧のバイアス電源部 116と数百 Vの高圧電源部 1 17の高圧電圧とが重畳されて、重畳電界が形成されており、この重畳電界によってインク 102のノズノレ孔 104からの吐出が制御されている。

[0022] また、 119は対向電極部 115に印加された数千 Vのバイアス電圧によってノズノレ孔 104に形成される凸状のメニスカスである。

[0023] 以上のように構成された静電吸引方式のインクジェット装置の動作について、以下に説明する。

[0024] まず、インク 102は、毛細管現象により、インク供給路 106を伝わって、インク 102を吐出するノズル孔 104まで移送される。このとき、ノズル孔 104に対向して、記録媒体

108を装着した対向電極部 115が配置されている。

[0025] ノズノレ孔 104まで達したインク 102は、対向電極部 115に印加された数千 Vのバイァス電圧によって凸状のインクメニスカス 119が形成される。インク室 103内に配設された静電界印加用電極部 114に数百 Vの高圧電源部 117から信号電圧を印加することで対向電極部 115に印加されたバイアス電源部 116からの電圧とが重畳され、重畳電界によってインク 102は記録媒体 108に吐出され、印字画像が形成される。

[0026] 上記日本国公開特許公報「特開平 8—238774号公報（1996年 9月 17日公開）」に開示されたインクジェット装置における液滴の飛翔までのメニスカスの挙動を、図 1

8 (a) 図 18 (c)を参照しながら以下に説明する。

[0027] 駆動電圧を印加する前は、図 18 (a)に示すように、インクに加えられているバイアス電圧による静電力とインクの表面張力の釣り合いにより、インク表面に盛り上がったメニスカス 119aが形成された状態となってレ、る。

[0028] 上記の状態で駆動電圧を印加すると、図 18 (b)に示すように、メニスカス 119bは、液表面に発生した電荷が液面の盛り上がりの中心に寄り初め、それにより液面の盛り上がりの中心が高くなつたメニスカス 119bが形成される。

[0029] その後、駆動電圧を印加し続けると、図 18 (c)に示すように、液表面に発生した電荷が更に中心に集中することによりテーラーコーンとよばれる半月状のメニスカス 11

9cが形成され、該テーラーコーンの頂部に集中した電荷量による静電力がインクの表面張力を超えた段階で液滴の分離が行われ吐出される。

[0030] 次に、上記日本国公開特許公報「特開 2000—127410号公報（2000年 5月 9日公開）」に開示されたインクジェット装置について、図 19を参照しながら以下に説明する

。図 19は、インクジェット装置の概略構成図である。

[0031] 本インクジェット装置の保持部材内部には、図に示すように、インクジェットヘッドとして低誘電体材料 (アクリル樹脂、セラミックス等）で形成されたライン型の記録ヘッド 2

11、該記録ヘッド 211のインク吐出孔に対向するように配置された金属または高誘電体製の対向電極 210、非導電性のインク媒体に帯電顔料粒子を分散させたインクを蓄えておくためのインクタンク 212、インクタンク 212と記録ヘッド 211との間でインクを循環させるインク循環系（ポンプ 214a, 214b、パイプ 215a,215b)、記録画像の 1画素を形成するインク液滴を引くためのパルス電圧を各吐出電極 211aにそれぞれ印加するパルス電圧発生装置 213、画像データに応じてパルス電圧発生装置 213 を制御する駆動回路 (図示せず)、記録ヘッド 211と対向電極 210との間に設けられた間隙に記録媒体 230を通過させる記録媒体搬送機構 (図示せず)、装置全体を制御するコントローラ (図示せず)等が収容されている。

[0032] 上記インク循環系は、記録ヘッド 211とインクタンク 212との間をつなぐ 2本のパイプ 215a - 215b,コントローラの制御によって駆動される 2台のポンプ 214a ' 214bによつて構成されている。

[0033] そして、上記インク循環系は、記録ヘッド 21 1にインクを供給するためのインク供給系と、記録ヘッド 211からインクを回収するためのインク回収系とに分けられている。

[0034] インク供給系では、インクタンク 212内からインクがポンプ 214aで吸い上げられ、それカ Sパイプ 215aを介して記録ヘッド 211のインク供給部へと圧送される。一方、インク回収系では、記録ヘッド 211のインク回収部からインクがポンプ 215bで吸引され、それ力 Sパイプ 215bを介してインクタンク 212へと強制的に回収される。

[0035] また、上記記録ヘッド 211には、図 20に示すように、インク供給系のパイプ 215aから送り込まれたインクをライン幅に広げるインク供給部 220a、インク供給部 220aからのインクを山形に導くインク流路 221、インク流路 221とインク回収系のパイプ 215bとをつなぐインク回収部 220b、インク流路 221の頂上部を対向電極 210側に開放する適当な幅 (約 0.2mm)のスリット状インク吐出孔 222、所定のピッチ (約 0.2mm)でインク吐出孔 222内に配列された複数の吐出電極 211a、各吐出電極 211aの両側および上面にそれぞれ配置された低誘電体製 (例えば、セラミック製）の仕切り壁 223が設けられている。

[0036] 上記各吐出電極 211 aは、それぞれ、銅、ニッケル等の金属で形成され、その表面には、濡れ性のよい顔料付着防止用低誘電体膜 (例えば、ポリイミド膜)が形成されている。また、各吐出電極 211 aの先端は、三角錐形状に成形されており、それぞれが適当な長さ（70 /i m— 80 /i m)だけインク吐出孔 222から対向電極 210側に向力つて突出している。

[0037] 上述した図示しない駆動回路力コントローラの制御に応じて、制御信号を、画像データに含まれている階調データに応じた時間だけノ^レス電圧発生装置 213に与えると、パルス電圧発生装置 213は、その制御信号の種類に応じたパルストップのパルス Vpをバイアス電圧 Vbにのせた高電圧信号をバイアス電圧 Vbに重畳して出力するようになつている。

[0038] そして、コントローラは、画像データが転送されてくると、インク循環系の 2台のボンプ 214a，214bを駆動する。これにより、インク供給部 220aからインクが圧送されると共にインク回収部 220bが負圧となり、インク流路 221を流れているインク力各仕切り壁 223の隙間を毛細管現象で這い上がり、各吐出電極 21 l aの先端にまで濡れ広がる。このとき各吐出電極 21 l aの先端付近のインク液面には負圧が力、かっているため、各吐出電極 21 l aの先端には、それぞれ、インクメニスカスが形成される。

[0039] さらに、コントローラによって、記録媒体搬送機構が制御されることで、図中矢印にて示す所定の方向に記録媒体 230が送られる共に、駆動回路を制御することによつて、吐出電極 21 l aとの間に前述の高電圧信号が印加される。

[0040] 上記日本国公開特許公報「特開 2000-127410号公報（2000年 5月 9日公開）」に開示されたインクジェット装置における液滴の飛翔までのメニスカスの挙動を、図 2 1一図 24を参照しながら以下に説明する。

[0041] 図 21に示すように、パルス電圧発生装置 213からのパルス電圧が記録ヘッド 21 1 内の吐出電極 21 l aに印加されると、吐出電極 21 l a側から対向電極 210側に向かう電場が発生する。ここでは、先端の鋭利な吐出電極 21 l aを用いているため、その先端付近に最も強い電場が発生している。

[0042] このような電場が発生すると、図 22に示すように、インク溶媒中の個々の帯電顔料粒子 201 aは、それぞれ、この電場から及ぼされる力 fE (図 21 )によってインク液面に向かって移動する。これにより、インク液面付近の顔料濃度が濃縮される。

[0043] このように顔料濃度が濃縮されると、図 23に示すように、インク液面付近に複数の帯電顔料粒子 201 aが、電極の反対側によせられて凝集しはじめる。そして、インク液面付近に顔料凝集体 201が球状に成長しはじめると、個々の帯電顔料粒子 201aには、それぞれ、この顔料凝集体 201からの静電反発力 fconが作用しはじめる。すなわち、個々の帯電顔料粒子 201aには、それぞれ、顔料凝集体 201からの静電反発力 f conと、パルス電圧による電場 Eからの力 fEとの合力 ftotalが作用する。

[0044] したがって、帯電顔料粒子間の静電反発力が互いの凝集力を超えない範囲内においては、顔料凝集体 201に向いた合力 ftotalが作用する帯電顔料粒子 201a (吐出電極 211aの先端と顔料凝集体 201の中心とを結ぶ直線上にある帯電顔料粒子 2 01a)に電界から及ぼされる力 fEが、顔料凝集体 201からの静電反発力 fconを上回れば (fE≥fcon)、帯電顔料粒子 20 laは顔料凝集体 201に成長する。

[0045] n個の帯電顔料粒子 201aから形成された顔料凝集体 201は、パルス電圧による電場 Eから静電反発力 FEを受ける一方で、インク溶媒力も拘束力 Fescを受けている。静電反発力 FEと拘束力 Fescとが釣り合うと、顔料凝集体 201は、インク液面からやや突出した状態で安定する。

[0046] さらに、顔料凝集体 201が成長し、静電反発力 FEが拘束力 Fescを上回ると、図 24

(a)—図 24 (c)に示すように、顔料凝集体 201は、インク液面 200aから脱出する。

[0047] ところで、従来の静電吸引方式の原理では、メニスカスの中心に電荷を集中させてメニスカスの隆起を発生する。この隆起したテーラーコーン先端部の曲率半径は、電荷の集中量により定まり、集中した電荷量と電界強度による静電力がそのときメニスカスの表面張力より勝った時に液滴の分離が始まる。

[0048] メニスカスの最大電荷量は、インクの物性値とメニスカスの曲率半径により定まるため、最小の液滴のサイズはインクの物性値（特に表面張力）とメニスカス部に形成される電界強度により定まる。

[0049] 一般的に、液体の表面張力は純粋な溶媒よりも溶剤を含んだ方が表面張力は低くなる傾向があり、実際のインクにおいても種々の溶剤を含んでいるため、表面張力を高くすることは難しい。このため、インクの表面張力を一定と考え、電界強度を高くすることにより液滴サイズを小さくする方法がとられている。

[0050] し力、しながら、上述したように、従来の静電吸引方式では、電界強度を高くすることにより液滴サイズを小さくする方法がとられているが、上記日本国公開特許公報「特開平 8-238774号公報（1996年 9月 17日公開）」、上記日本国公開特許公報「特開 2000-127410号公報（2000年 5月 9日公開）」に開示されたインクジェット装置では、両者とも吐出原理として、吐出液滴の投影面積よりはるかに広い面積のメニスカス領域に強い電界強度のフィールドを形成することにより該メニスカスの中心に電荷を集中させ、該集中した電荷と形成している電界強度からなる静電力により吐出を行うため、 2000Vに近い非常に高い電圧を印加する必要がある。その結果、駆動制御が難しいとともに、インクジェット装置を操作するうえでの安全性の面からも問題がある。

[0051] このような課題に鑑みて鋭意検討が成された結果、あるノズル径以下では、従来の流体吐出モデルとは異なる吐出モデルでの吐出現象が起こり、インクが吐出される部分（吐出開始部）の幅あるいは径を小さくすることで、高電圧を印加することなく電界強度を高めることができることが突き止められた。

[0052] ここで、図 25(a)、図 25(b)を用いて、静電吸引型の微量流体吐出の基本特性、特にノズル先端のメニスカスに蓄積された電荷による表面電位について考察する。

[0053] まず初めに、図 25 (a)に示すように、静電吸引型流体吐出装置の単純構成をモデル化する。単純モデルでは、先の尖ったノズノレ 250の内部に駆動電極 251が設置されており、吐出材料 252はノズノレ内部全体に充填されている。そして、ノズル先端面に対向して基板 254が配置され、背面電極 255により接地されている。

[0054] このような単純構成モデルの場合、電源 256から流出した電荷がノズル 250内部の吐出材料である流体 252内部を通過して、ノズル先端で静電容量をもったメニスカス 257上で基板 254に対向すると考えられるため、図 25(b)に示すような、電源電圧 V

0 とノズノレ内部の電気抵抗 R、メニスカス 257と基板 254との間の静電容量 Cの直列回路と仮定することができる。

[0055] V RCの直列回路では、メニスカス 257上での蓄積電荷 Q(t)を用いて以下のように

0

表すことができる。

[0056] R dQ(t)/dt + Q(t) / C =V (5)

o

この (5)式の微分方程式を解くとメニスカス表面の蓄積電荷 Q(t)及びメニスカス表面電位 V(t)は以下のように表すことができる。 [0057] Q(t) =C V [1-exp (-t/ RC)〕（6)

V(t) = V [1-exp (-t/ RC)〕 (7)

上記のように、ある時亥 !Jtにおけるメニスカス表面の蓄積電荷 Q(t)及びメニスカス表面電位 V(t)は、ノズル 250内部の電気抵抗 Rとメニスカス 257と基板 254間の静電容量 Cに依存していることがわかる。すなわち、このような構成の静電吸引型流体吐出装置においては、ノズル 250内部の電気抵抗 Rを小さくすることで、メニスカス 257表面に電荷が蓄積されやすくなり、流体 252の吐出までに要する時間を短縮することができる。つまり、吐出周波数を向上することができ、高速描画が可能となる。

[0058] 上記ノズル 250内部の電気抵抗 Rを低減する具体的な施策として、駆動電極 251 をできるだけノズル 250の先端に近接させることが望ましい。

[0059] 日本国公開特許公報「特開平 10—175305号公報（1998年 6月 30日公開）」には、静電吸引型インクジェットノズノレのノズル孔内部に電極を形成する技術が開示されている。図 26は日本国公開特許公報「特開平 10-175305号公報（1998年 6月 30 日公開）」におけるノズルプレート製造過程を示す断面図である。図 26を用いて、日本国公開特許公報「特開平 10-175305号公報（1998年 6月 30日公開）」の構成及を説明する。

[0060] 図において、 301はノズノレプレートであり、ノズルプレート 301には複数のインク溜り用凹部 Α· . ·が予め形成され、該ノズルプレート 301のインク溜り用凹部 Α· · .の形成されていない面に、導電用めつき 303の定着しないレジスト層 302がコーティング加工される。そして、各インク溜り用凹部 Aに連通するように、ノズノレプレート 301及びレジスト層 302を貫通するノズノレ孔 Bが形成された後、導電用めつき 303がノズノレ内周に施される。ここで、レジスト層 302には、導電用めつき 303が定着しない材料が選択されているので、ノズノレプレート 301内部およびノズノレプレート 301のレジスト層 302が形成されていない面のみに導電用めつき 303が定着することとなる。このようにして、日本国公開特許公報「特開平 10—175305号公報（1998年 6月 30日公開）」ではノズノレ孔内部に電極層（導電用めつき 303)が形成される。

[0061] また、日本国公開特許公報「特開平 11一 42784号公報（1999年 2月 16日公開）」には、静電吸引型インクジェットヘッドのノズノレプレートの記録媒体対向面に電極を形成する構成が開示されている。図 27は日本国公開特許公報「特開平 11 42784 号公報（1999年 2月 16日公開）」に力かるインクジェットヘッドの構成を示す説明図である。図 27を用いて日本国公開特許公報「特開平 11 - 42784号公報（1999年 2 月 16日公開）」につレ、て説明する。

[0062] インクジェットヘッドは、絶縁制御基板 411の表面に制御電極 401が形成されると共にその裏面に制御電極 402が形成されており、制御電極 401または 402にはインクが通過できるようにインクタンク 430より貫通したインク吐出孔 413が形成されている。前記インク吐出孔 413には突起のあるインクガイド 412が配設されており、制御電極 4 01 ·402に印加された電圧による電界は、インクガイド 412の先端に集中し、この電界によってインク滴 414が対向電極 420を介して設置されている記録媒体 421へ飛翔する。

[0063] し力ながら、このような日本国公開特許公報「特開平 10—175305号公報（1998 年 6月 30日公開）」、日本国公開特許公報「特開平 11 42784号公報（1999年 2月 16日公開）」に開示された手法においては、以下のような問題があり、インクが吐出される部分の幅あるいは径を小さくした静電吸引型流体吐出装置には適用できない。

[0064] まず、日本国公開特許公報「特開平 10-175305号公報（1998年 6月 30日公開）」の構成である力これによれば、ノズルプレート 301の媒体対向面以外の領域に、上記導電めつき 303を形成しているので、各インク溜り用凹部 Α及びノズノレ孔 Βに形成された導電めつき 303は互いに電気的に短絡している。そのため、このようなノズルプレート 301では、特定の 1つのチャンネルのみを吐出することはできず、描画画像の解像度を向上するには、隣接するチャンネル間を電気的に分離することが必要となる。

[0065] その方法としては、例えば以下に示す 1)2)の方法が考えられる。

1)導電めつき 303を形成した後、ノズルプレート 301のインク溜り用凹部 A…が形成されているインク流入面側をカ卩ェして、導電めつき 303をチャンネル毎に分断する。

2)導電めつき 303を形成する前にノズノレプレート 301のインク流入面側にも、吐出面と同様のレジスト層を形成し、導電めつき 303が添着しない領域を作成しておく。

[0066] し力ながら、 1)の導電めつき 303の層を形成後に分断する方法は、分断加工に機械加工を用いれば、切肖 !Kずなどのダストがノズノレ孔 B内に入り、ノズル閉塞が生じ、レーザーなどの熱を利用した分断加工では、熱によるストレスが残留しノズルプレート 301が上記ストレスによって変形してしまう。

[0067] また、エッチングによって分断カ卩ェすることも考えられる力エッチングを用いる場合、上記ノズノレプレートのインク流入面側に形成された導電めつき 303上にレジストパターンを形成する必要がある。上述したように、インクが吐出される部分の幅あるいは径を小さくした静電吸引型流体吐出装置に適用されるノズノレプレートの場合、 10 μ m以下のノズノレ孔を有するものとなるため、ノズノレ孔径の加工精度を向上させるために、 50 x m程度のノズルプレート母材を使用することが望ましい。しかし、このように薄いノズノレプレートは剛性が低いため、レジストパターンを作成する際、ノズルプレートの取り扱いにおレ、て容易に変形し、高レ、精度のパターンを形成することができなレ、。

[0068] これについては上記 2)の方法の場合も同様で、ノズルプレート自体が薄いため、導電めっき 303を形成する前であっても同様にノズルプレートの変形が問題となり、精度良くレジストパターンが形成できず、良好なチャンネル分離は行えない。

[0069] さらに、日本国公開特許公報「特開平 10-175305号公報（1998年 6月 30日公開 )」の手法では、ノズノレ孔径が 10 μ ΐη以下と小さい場合、めっき液が十分供給されず、ノズノレ孔内部に安定して導電めつきを形成することが極めて難しいといった問題もある。この場合、最もめつき液の供給が不足するのはノズル先端部である。先にも述ベたように、電極をできるだけノズノレの先端に近接させることが望ましぐこれでは、最も重要なノズノレ先端部に安定して電極を形成することができない。

[0070] すなわち、ノズノレ径が小さいほど微量な流体を吐出することができ、描画解像度が向上するが、その反面電極の形成が不安定になる。このため、ノズノレ先端部におけるノズノレ内部の電気抵抗 Rがチャンネルごとに変化し、これによつて応答周波数がチヤンネルごとに変化し、チャンネル間の吐出液適量を均一に制御することが困難になる。すなわち、描画画像の印字品質が著しく低下する。

[0071] 一方、日本国公開特許公報「特開平 11一 42784号公報（1999年 2月 16日公開）」において開示されたノズルプレートに相当する絶縁制御基板 411は、記録媒体 421 との対向面に制御電極 401が形成されているため、メニスカスに対する電極の位置は非常に高い精度で設定することができる。このため、日本国公開特許公報「特開平 10-175305号公報（1998年 6月 30日公開）」の構成にあつたような問題はなぐチヤンネル間の吐出安定性は高ぐ隣接チャンネルとの電気的な分離は十分である。

[0072] し力ながら、図 28に示すように、日本国公開特許公報「特開平 11一 42784号公報（1999年 2月 16日公開）」の構成では、絶縁制御基板 411における記録媒体 421 の対向面には、電圧印加手段から制御電極 401に電圧を印加するための引き出し配線 405も同時に形成されるが、この場合、引き出し配線 405からも電界が発生する。特に、引き出し配線 405の屈曲部分 405aから、集中した電界が発生しやすぐ例えば電気部品上に描画する際など、当該電界によって電子部品を破損してしまう危険性が高い。

[0073] 本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、超微量の流体を吐出する静電吸引型流体吐出装置に好適に用いることのできるノズルプレートであって、ノズル先端部近傍に安定して電極を形成することができると共に、複数のノズル孔部間を電気的に独立させることも容易で、かつ、ノズル孔部に形成された電極への駆動信号の印加をノズノレプレートにおける流体供給側より行うことが可能なノズルプレートとその製造方法を提供することにある。

発明の開示

[0074] 本発明のノズルプレートは、上記課題を解決するために、電圧印加により帯電された流体をノズノレ先端の流体吐出孔から静電吸引により吐出させる静電吸引型流体吐出装置に備えられ、複数のノズル孔部を有するノズルプレートにおいて、第 1のノズル孔を有し、流体吐出側に配される薄層の第 1のノズル層を備えると共に、該第 1のノズノレ層の流体供給側に積層され、上記第 1のノズル層よりも厚層で、かつ上記第 1 のノズル孔と連通すると共に第 1のノズノレ孔とでノズル孔部を構成する第 2のノズル孔を有する第 2のノズノレ層を少なくとも一層備え、該第 1のノズル孔の内壁に成膜された第 1の電極層と、第 2のノズル孔の内壁に成膜された第 2の電極層とが電気的に接続されている構成である。

[0075] 上記構成によれば、ノズノレプレートは、薄層の第 1のノズル層に、厚層の第 2のノズル層が少なくとも一層積層されてなる構成であるので、ノズルプレート自体の強度'剛性を第 2のノズノレ層で確保することができ、第 1のノズル層の厚みを十分に薄くすることができる。層厚を薄くすることで、第 1のノズノレ層に形成される第 1のノズル孔は、孔径を例えば 10 x m以下といった超微細に形成することができると共に、このような超微細な第 1のノズル孔内壁に第 1の電極層を層厚方向に安定して成膜することが可能となり、流体吐出面の第 1のノズル孔の開口部を流体吐出孔とした場合、この流体吐出孔近傍にまで第 1の電極を成膜することができる。その結果、ノズル内部の電気抵抗 Rを従来に比べ飛躍的に低減することができ、流体の吐出周波数を向上が図れ、記録媒体に対する高速描画が可能となる。

[0076] しかも、このように形成された第 1の電極層は、第 1のノズル孔と連通する第 2のノズル孔に形成された第 2の電極層と電気的に接続されているので、第 2の電極層を介してノズノレプレートの流体供給側より駆動信号を供給することが可能となる。したがって、第 1の電極層に駆動信号を供給するための引き出し配線が媒体に近接することがなぐ引き出し配線力発生する電界によって、記録媒体が電気的な損傷を受けるようなこともない。

[0077] 本発明のノズルプレートの製造方法は、上記課題を解決するために、基板上に犠牲層を形成する工程と、上記犠牲層上に第 1のノズル層を形成する工程と、上記第 1 のノズル層に複数の第 1のノズノレ孔を形成する工程と、上記第 1のノズル層上に各第 1のノズル孔の内壁面を含めて第 1の電極層を形成する工程と、各第 1のノズル孔内壁と各第 1のノズル孔周囲部とに残るように上記第 1の電極層をカ卩ェする工程と、上記第 1のノズル層上に、残留する各第 1の電極層部分も含めて第 2のノズノレ層を形成する工程と、上記第 2のノズル層に複数の第 2のノズノレ孔を、各第 2のノズル孔の流体吐出側の開口部が上記第 1のノズル層上に残留する各第 1の電極層部分に収まるように形成する工程と、上記第 2のノズノレ層上に各第 2のノズノレ孔の内壁面を含めて第 2の電極層を形成する工程と、隣接する第 2のノズノレ孔間で電気的に分離されるように第 2の電極層をカ卩ェする工程とを備えるものである。

[0078] これによれば、剛性の高い基板上に、犠牲層を介して第 1のノズノレ層、第 1の電極層、第 2のノズル層、第 2の電極層を順次積層する。このため、フォトリソグラフィ技術を利用してレジストパターンを形成後、ドライエッチングによって所望の形状に加工できるため、第 1のノズル孔、第 2のノズル孔、第 1の電極層、第 2の電極層を非常に高い形状精度で形成することができる。

[0079] また、ノズノレプレートの流体吐出面が、工程の最終段階まで犠牲層によって保護されているため、ノズルプレート製造工程において流体吐出孔が損傷をうけて流体吐出孔が変形するといつた危険がない。このため、ノズルプレートの製造歩留まりが向上する。

[0080] 本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。

図面の簡単な説明

[0081] [図 1]本発明の基本となる吐出モデルにおいて、ノズルの電界強度の計算を説明するための図である。

[図 2]表面張力圧力および静電的圧力のノズノレ径依存性のモデル計算結果を示すグラフである。

[図 3]吐出圧力のノズル径依存性のモデル計算結果を示すグラフである。

[図 4]吐出限界電圧のノズル径依存性のモデル計算結果を示すグラフである。

[図 5]荷電液滴と基板の間に働く鏡像力とノズル一基板間距離の相関を示したグラフである。

[図 6]ノズルから流出する流量と印加電圧との相関関係のモデル計算結果を示したグラフである。

[図 7(a)]本発明の実施の一形態に力かるノズルプレートを示す斜視図である。

[図 7(b)]図 7 (a)の Α_Α'線断面図である。

[図 7(c)]本発明の実施の一形態に力、かるノズノレプレートを示す斜視図である。

[図 8]上記ノズノレプレートにおける第 1の電極層と第 2の電極層との接続部分を示す説明図である。

[図 9]本実施の形態に力かるノズノレプレートの変形例を示すもので、図 7 (c)に相当する断面図である。 [図 10]本実施の形態の上記ノズノレプレートの製造方法を断面の構成により示す説明図である。

[図 11]ノズノレプレートの断面の構成により詳細に示す説明図である。

[図 12]本実施の形態に力、かるノズノレプレートを製造する場合に、各層の使用材料と加工方法との好ましい組み合わせを示す説明図である。

[図 13(a)]本発明の実施のその他の形態に力かるノズルプレートを示す斜視図である [図 13(b)]図 13 (a)の Β_Β '線断面図である。

[図 13(c)]本発明の実施のその他の形態に力、かるノズノレプレートを示す斜視図である

[図 14]その他の実施の形態に力、かるノズノレプレートの変形例を示すもので、図 13 (c) に相当する断面図である。

[図 15]その他の実施の形態の上記ノズノレプレートの製造方法を断面の構成により示す説明図である。

[図 16]その他の実施の形態に力かるノズノレプレートを製造する場合に、各層の使用材料と加工方法との好ましい組み合わせを示す説明図である。

[図 17]従来の静電吸引型インクジェット装置の概略構成断面図である。

[図 18]図 17に示すインクジェット装置におけるインクのメニスカスの挙動を説明する図である。

[図 19]従来の他の静電吸引型インクジェット装置の概略構成図である。

[図 20]図 19に示すインクジェット装置のノズノレ部分の概略断面斜視図である。

[図 21]図 19に示すインクジェット装置のインク吐出原理を説明する図である。

[図 22]図 19に示すインクジェット装置のノズノレ部分での電圧印加時における微粒子の状態を説明する図である。

[図 23]図 19に示すインクジェット装置のノズノレ部分における微粒子体形成の原理を説明する図である。

[図 24]図 19に示すインクジェット装置におけるインクのメニスカスの挙動を説明する図である。 [図 25(a)]静電吸引型流体吐出装置における概略構成図である。

[図 25(b)]静電吸引型流体吐出装置の等価回路である。

[図 26]静電吸引型インクジェット装置に用いられる従来のノズルプレートの側面断面図である。

[図 27]従来の静電吸引型インクジェット装置の記録ヘッド部分の構成を示す断面図である。

[図 28]図 27の静電吸引型インクジェット装置の記録ヘッド部分におけるインク吐出孔を示す部分拡大断面平面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0082] 以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。

[0083] [前提構成]

まずは、本発明に係るノズノレプレートが適用される、本発明の前提構成である静電吸引型流体吐出装置について、図 1一図 6を用いて説明する。

[0084] 本発明の前提構成となる静電吸引型流体吐出装置は、そのノズル径を 0. 01 μ m 一 25 z mとしており、かつ、 1000V以下の駆動電圧にて流体の吐出制御を可能としている。

[0085] ここで、従来の流体吐出モデルにおいては、ノズル径の減少は駆動電圧の上昇に繋がるため、 50— 70 x m以下のノズノレ径では、 Ρ土出インクに背圧を与えるなどの他の工夫を行わない限り、 1000V以下の駆動電圧でのインク吐出は不可能と考えられていた。し力、しながら、あるノズル径以下では、従来の流体吐出モデルとは異なる吐出モデルでの吐出現象が起こることが突き止められた。本発明は、この流体吐出モデルにおける新たな知見に基づいてなされたものである。

[0086] 先ずは、該流体吐出モデルについて説明する。

[0087] 直径 d (以下の説明においては、特に断らない限りノズルの内径を指す）のノズルに導電性流体を注入し、無限平板導体から高さ hに垂直に位置させたと仮定する。この様子を図 1に示す。このとき、ノズル先端部（ノズル孔）に誘起される電荷 Qは、ノズル先端部の流体によって形成される半球部に集中すると仮定し、以下の式で近似的に表される。

[0088] [数 1]

Q = 2πε₀αν₀ά …（8) ここで、 Q：ノズル先端部に誘起される電荷（C)、 ε ：真空の誘電率 (F/m)、 d：ノ

0

ズノレの直径 (_m)、V：ノズノレに印加する総電圧である。また、 αは、ノズル形状などに

0

依存する比例定数であり、 1-1. 5程度の値を取るが、特に d< <h (h :ノズル（正確にはノズル孔)—基板間距離 (m) )の時はほぼ 1となる。

[0089] また、基板として導電基板を用いた場合、ノズルと対向して基板内の対称位置に、上記電荷 Qと反対の極性を持つ鏡像電荷 Q'が誘導されると考えられる。基板が絶縁体の場合は、誘電率によって定まる対称位置に同様に電荷 Qと逆極性の映像電荷 Q 'が誘導される。

[0090] ノズノレ先端部における集中電界強度 E は、先端部の曲率半径を Rと仮定すると、

loc

[数 2]

E_loc - " (9)

l^oc kR で与えられる。ここで、 kは、ノズノレ形状などに依存する比例定数であり、 1. 5-8. 5 程度の値を取るが、多くの場合 5程度と考えられる（P.J. Birdseye and D.A. Smith, Surface Science, 23(1970), p.198-210)。また、ここでは、流体吐出モデルを簡単にするため、 R=dZ2と仮定する。これは、ノズノレ先端部において表面張力によって流体がノズル径 dと同じ曲率径を持つ半球形状に盛り上がってレ、る状態に相当する。

[0091] ノズノレ先端部の流体に働く圧力のバランスを考える。まず、静電的な圧力 Pは、ノ

e ズノレ先端部の液面積を sとすると、

[数 3]

P_e =¾_]0C = ¾E_l0C - - - (10)

πα となる。（8)—（10)式より、圧力 Ρは、ひ = 1とおいて、

e

[数 4] 4ε₀Υ₀ 2V_n 8ε₀ν₀ ^ζ

P. (11)

kd d² と表される。

[0092] 一方、ノズル先端部における流体の表面張力による圧力 Pとすると、

s

[数 5]

となる。ここで、 _Ί：表面張力である。静電的な力により吐出が起こる条件は、静電的な力が表面張力を上回ることなので、静電的な圧力 Ρと表面張力による圧力 Ρとの e s 関係は、

圆

P_e>P_s ·' · (13) となる。

[0093] 図 2に、ある直径 dのノズルを与えた時の、表面張力による圧力 Pと静電的な圧力 P s

との関係を示す。流体の表面張力としては、流体が水（γ =72mNZm)の場合を e

仮定している。ノズルに印加する電圧を 700Vとした場合、ノズル直径 dが 25 xmにおいて静電的な圧力 Pが表面張力による圧力 Pを上回ることが示唆される。このこと e s

より、 Vと dとの関係を求めると、

0

[数 7] … 4)

が吐出の最低電圧を与える。

[0094] また、その時の吐出圧力 ΔΡは、

[数 8]

ΔΡ - P„ - - - - (15) より、

[数 9]

_{Δρ =} 8ε₀ν₀ ² _ 4γ ... ₍₁₆₎

kd² d となる。

[0095] ある直径 dのノズノレに対し、局所的な電界強度によって吐出条件を満たす場合の吐出圧力 Δ Ρの依存性を図 3に、また、吐出臨界電圧（すなわち吐出の生じる最低電圧 )Vcの依存性を図 4に示す。

[0096] 図 3から、局所的な電界強度によって吐出条件を満たす場合 (V = 700V, γ = 7 ο

2mN/mと仮定した場合）のノズノレ径の上限が 25 μ mであることが分かる。

[0097] 図 4の計算では、流体として水（ γ = 72mN/m)及び有機溶剤（ γ = 20mN/m) を想定し、 k= 5の条件を仮定した。この図より、微細ノズルによる電界の集中効果を考慮すると、吐出臨界電圧 Vcはノズル径の減少に伴い低下することが明らかであり、流体が水の場合においてノズノレ径が 25 a mの場合、吐出臨界電圧 Vcは 700V程度であることが分かる。

[0098] 従来の吐出モデルにおける電界の考え方、すなわちノズルに印加する電圧 Vとノ

0 ズルー対向電極間距離 hとによって定義される電界のみを考慮した場合では、ノズノレ径が微小になるに従レ、、吐出に必要な駆動電圧は増加する。

[0099] これに対し、上記した局所電界を用いた新たな吐出モデルのように、局所電界強度に注目すれば、微細ノズノレ化により吐出における駆動電圧の低下が可能となる。このような駆動電圧の低下は、装置の小型化およびノズノレの高密度化において極めて有禾 IJとなる。もちろん、駆動電圧を低下させることで、コストメリットの高い低電圧駆動ドラィバの使用をも可能にする。

[0100] さらに、上記吐出モデルでは、吐出に必要な電界強度は、局所的な集中電界強度に依存することになるため、対向電極の存在が必須とならない。すなわち、従来の吐出モデルでは、ノズル一基板間に電界を印加するため、絶縁体の基板に対してはノズルと反対側に対向電極を配置するか、あるいは基板を導電性とする必要があった。そして、対向電極を配置する場合、すなわち基板が絶縁体の場合では、使用できる基板の厚さに限界があった。

[0101] これに対し、本発明の吐出モデルでは、対向電極を要さずに絶縁性基板などに対しても印字を行うことが可能となり、装置構成の自由度が増す。また、厚い絶縁体に対しても印字を行うことが可能となる。

[0102] また、図 5に、基板との間に働く鏡像力の大きさと基板からの距離 hとの相関を示す。図より明らかなように、この鏡像力は基板とノズル間の距離が近くなるほどに顕著になり、特に hが 20 μ m以下で顕著である。

[0103] 次に、吐出流量の精密制御について考えて見る。円筒状の流路における流量 Qは、粘性流の場合、以下のハーゲン 'ポアズイユの式によって表される。いま、円筒形のノズノレを仮定し、このノズルを流れる流体の流量 Qは、次式で表される。

[0104] [数 10]

Q = ^d⁴ - " (17)

ここで、 η：流体の粘性係数 (Pa ' s)、L :流路すなわちノズノレの長さ（m)、 d :流路すなわちノズノレ孔の直径 (m)、 ΔΡ :圧力差（Pa)である。上式より、流量 Qは、流路の半径の 4乗に比例するため、流量を制限するためには、微細なノズノレの採用が効果的である。この（17)式に、（16)式で求めた吐出圧力 ΔΡを代入し、次式を得る。

[0105] [数 11]

この式は、直径 d、長さ Lのノズルに電圧 Vを引加した際に、ノズルから流出する流体の流出量を表している。この様子を、図 6に示す。計算には L = 10mm、 77 = l (m Pa ' s)、 y = 72 (mNZm)の値を用いた。いま、ノズノレの直径を先行技術の最小値 5 O z mと仮定する。電圧 Vを徐々に印加していくと、電圧 V= 1000Vで吐出が開始する。この電圧は、図 4でも述べた吐出開始電圧に相当する。そのときのノズルからの流量が Y軸に示されている。吐出開始電圧 Vc直上で流量は急速に立ち上がつている。

[0106] このモデル計算上では、電圧を Vcより少し上で精密に制御することで微小流量が得られそうに思える力片対数で示される図力も予想されるように実際上それは不可能で、特に 10_^1Qm³/s以下、微小量の実現は困難である。また、ある径のノズルを採用した場合には、式（14)で与えられたように、最小駆動電圧が決まってしまう。このため、先行技術のように、直径 50 z m以上のノズノレを用いる限り、 10_^1Qm³/s以下の微小吐出量や、 1000V以下の駆動電圧にすることは困難である。

[0107] 図から分かるように、直径 25 μ mのノズノレの場合 700V以下の駆動電圧で充分であり、直径 10 μ mのノズノレの場合 500V以下でも制御可能である。また、直径 1 μ m のノズルの場合 300V以下でも良いことが分かる。

[0108] 以上のように、本実施の形態に係る静電吸引型流体吐出装置では、局所電界強度に着目して新たに提案された吐出モデルに基づいているため、ノズノレ径 0. 01 μ m 一 25 z mの微細ノズノレとすることが可能であり、かつ、 1000V以下の駆動電圧にて吐出流体の吐出制御を行うことができる。尚、上記モデルに基づいて考察を行った結果、直径 25 /i m以下のノズルの場合は 700V以下の駆動電圧で、直径 ΙΟ μ ΐη以下のノズルの場合は 500V以下の駆動電圧で、直径 1 μ ΐη以下のノズノレの場合は 30 0V以下の駆動電圧で吐出制御が可能である。

[0109] 本実施の形態に係る静電吸引型流体吐出装置では、上述したように、ノズル径ぉよび駆動電圧を共に小さくすることが可能であるが、この場合、従来の静電吸引型流体吐出装置に比べ、以下のような傾向が顕著になる。

[0110] すなわち、上述のような静電吸引型流体吐出装置の場合、その吐出特性は、基本的に、流体吐出ヘッド内部における駆動電極からノズノレ先端までの吐出流体流路内の電気抵抗値に依存して決定するものであり、その電気抵抗値が低い程、吐出応答性が向上する。つまり、吐出流体流路内の電気抵抗値を下げることで、駆動周波数を向上することができ、さらには、より高抵抗な吐出流体材料の吐出が可能となり、吐出流体材料の選択の幅を広げることができる。

[0111] 上記電気抵抗値を低くするためには、駆動電極ーノズノレ先端部間の距離の短縮が効果的である。

[0112] [実施の形態 1]

本発明の一実施の形態について、図 7 図 12を用いて説明すれば以下の通りである。

[0113] (ノズルプレート）

図 7 (a)は、本実施の形態のノズノレプレート 8の一部の斜視図であり、図 7 (b)は、図 7 (a)の A— A '線断面図である。ノズルプレート 8には 2個以上の流体吐出孔 9が形成されており、図 7 (a)においては 2個の流体吐出孔 9が示されている。また、図 7 (c)はノズノレプレート 8の一部を流体供給側から観察した斜視図である。

[0114] 図 7 (a) （c)に示すように、ノズノレプレート 8は、第 1のノズノレ層 1、第 2のノズノレ層 2 、第 1の電極層 25、第 2の電極層 26、及びノズル孔（ノズル孔部） 11を備えている。

[0115] 第 1のノズノレ層 1の流体吐出側の面は、ノズノレプレート 8の流体吐出面 8aをなしており撥液層 4が形成され、その反対側となる流体供給側には、第 2のノズル層 2が配されている。ここで、第 1のノズル層 1は例えば l z mから 8 x m厚と非常に薄く形成されており、層の厚い第 2のノズノレ層 2が、ノズルプレート 8としての強度 '剛性を確保するようになっている。ここでは、強度'剛性を確保するための第 2のノズノレ層 2を 1層としているが、 2層以上であってもよい。

[0116] ノズノレ孔 11は第 1のノズノレ層 1を貫通する第 1のノズノレ孔 11aと、第 2のノズル層 2を貫通する第 2のノズノレ孔 l ibとから構成されている。ここで、第 1のノズノレ孔 11aの壁面はノズルプレート 8の流体吐出面 8aに垂直な略円筒形状であり、撥液層 4が形成されている流体吐出面 8aの略円形の開口部が流体吐出孔 9となる。一方、第 2のノズル孔 l ibは、円筒形状の第 1のノズル孔 1 1aとの連通する側の開口部から裾広がりに拡開するテーパー形状（円錐台形状)であり、第 2のノズル層 2を通って、第 1のノズル層 1とは反対側の流体供給面 8bにて開口している。この第 2のノズノレ層 2の表面でもある流体供給面 8bに形成された第 2のノズル孔 l ibの略円形の開口部が、流体供給孔 12となる。

[0117] 第 1のノズノレ孔 11aの内壁の略全面、および第 1のノズノレ孔 11aと第 2のノズノレ孔 11 bとが連通する連通孔 (連通部）l lx周辺には、第 1の電極層 25が形成されている。この第 1の電極層 25は、円筒部 25aと延設部 25bとからなる。上記円筒部 25aは、上記したノズノレ孔 11aの内壁略全面に形成されてなる。上記延設部 25bは、第 1のノズル孔 1 laと第 2のノズノレ孔 1 lbとが連通する連通孔 1 lx周辺にぉレ、て連通孔 1 lxを略中心とする円環形状をなす。延設部 25bが、円錐台形状の第 2のノズノレ孔 libの上底 llyを形成している。つまり、第 1のノズノレ孔 11aと第 2のノズル孔 libの連通孔 llx(略円形）の口径を D1とすると、 D1は第 2のノズノレ孔 libの上底（流体吐出側の開口部） llyの口径 D2よりも小さい。そして、口径 D2よりも円環形状をなす第 1の電極層 25の延設部 25bの外径 D3が大きレ、。

[0118] また、第 2のノズル孔 lib内壁には、上記第 1の電極層 25と電気的に接続された第 2の電極層 26が形成されている。この第 2の電極層 26の一部は、ノズノレプレート 8の流体供給面 8bにも配設されており、その一部は図 7(c)に示すように引き出し配線 26 aをなし、吐出信号電圧印加手段（図示せず）に接続されている。

[0119] なお、図 7(a)、図 27(c)においては、図面を簡素化するために、ノズル孔 11の構成する第 1のノズノレ孔 11a及び第 2のノズノレ孔 libの各内壁に形成されている第 1の電極層 25及び第 2の電極層 26は省略している。

[0120] 以下、各部のサイズや材質の具体例を説明するが、本発明がその具体例に限定されるものではない。

[0121] 第 1のノズル層 1には厚さが約 l mのポリイミド膜が用いられ、第 2のノズル層 2には厚さが約 20 μΐηのポリイミド膜が用いられている。第 1の電極層 25は厚さが 0. 5μ mであって、 Tiを主成分とする金属材料からなり、そのうちの円筒部 25aは、第 1のノズノレ孔 11aの内壁における流体吐出側端部まで形成されている。一方、延設部 25b は外径 D3は約 20 μΐηである。第 1のノズル層 1と第 2のノズル層 2との界面に形成される電極層等は界面全体に形成されてレ、ると、ノズノレプレート全体の応力にて反りを生じさせる原因となるが、このような延設部 25bとしてノズル孔 11ごとに部分的に設けた構成では、このような応力による反りを低減することができる。

[0122] 一方、第 2の電極層 26は、厚さが 0. 5 μ mであって、同じく Tiを主成分とする金属力、らなる。そして、第 2の電極層 26における第 1の電極層 25との接続部分 26bは、図 8に示すように、第 1の電極層 25の延設部 25bと面で接触しており、高い接続信頼性を確保している。

[0123] 第 1のノズル孔 11aにおける流体吐出孔 9となる開口部の口径は約 3 μ mであり、これに厚さが 0. 5 zmの第 1の電極層 25が形成されるので、流体吐出孔 9の実際の径 (直径）は約 2 μ ΐηとなる。また、第 2のノズル孔 l ibの上底 l lyの口径 D2は Ι Ο μ ΐη であり、流体供給孔 12となる開口部の口径は 30 μ mである。

[0124] 本構成のノズルプレート 8においては、超微量流体の吐出を可能とし、微細ドットを形成するためには、流体吐出孔 9を φ 10 x m以下にすることが望ましぐさらに好ましくは φ 8 μ m以下が好適である。このようなノズノレ孔径（直径）とすることで、広範囲に必要であった電場の形成を狭くすることができ、電荷の移動に必要な電圧、すなわち流体を静電吸引させるのに必要な帯電量を該流体に付与するために必要な電圧を大幅に低減させることが可能となる。これによれば、従来のように 2000Vといった高電圧を必要としないので、流体ジェット装置を使用する際の安全性の向上を図ることができる。

[0125] 特に、 φ 8 μ m以下とすることで、電界強度分布が該流体吐出孔の吐出面近傍に効果的に集中すると共に、対向電極からノズノレの流体突出孔までの距離の変動が電界強度分布に影響することがなくなる。これにより、対向電極の位置精度、記録媒体の材料特性のバラツキや厚さバラツキの影響を受けずにより安定した流体の吐出を行うことができる。

[0126] また、上記のように、電界強度分布を流体吐出孔 9の吐出面近傍に集中できることにより、狭い領域に強い電場を形成することが可能となり、この結果、吐出可能な流体量を超微量にすることが可能となる。これにより、流体をインクとした場合に印字画像を高解像度にすることが可能となる。

[0127] また、第 1のノズル層 1上の撥液層 4は、厚さが約 0. 05 /i mのフッ素重合もしくはシリコン系の高分子膜により形成されている。上記撥液層 4は、後述するように流体吐出孔 9内に回り込んだ余分な領域を、ドライエッチによって除去する。

[0128] 本実施の形態によれば、着弾精度に大きな影響を与えるノズノレプレート 8の流体吐出孔 9の形状が、上記 1 z mのポリイミド膜の加工精度で決定されるので、流体吐出孔 9の加工精度が非常に高ぐこれに伴って非常に高い着弾精度を確保することができる。

[0129] また、流体吐出孔 9の加工精度を高めるためには、ノズルプレート 8の流体吐出面に露出している第 1のノズノレ層 1の膜厚を減少すれば、さらに高い加工精度を得ることができる。このとき、第 1のノズル層 1の膜厚を減少することによって、第 1のノズル層 1の剛性が低下し、流体吐出孔 9の構造的な信頼性が減少する力第 1のノズル層 1 に接して第 2のノズノレ層 2を配置することによって、第 1のノズル層 1が補強され、第 1 のノズル層 1の構造的信頼性を低下することなく流体吐出孔 9の形状精度を向上すること力 Sできる。すなわち、微細な流体吐出孔 9を有するノズルプレート 8を作成する場合、このような構成が望ましい。

[0130] また、第 1の電極層 25はノズノレ孔 11の形成位置ごとに局所的に設けられているため、隣接するノズル孔 11に配設された第 1の電極層 25と電気的に絶縁されている。したがって、個々のチャンネルに独立して吐出信号を印加することができ、クロストークが少なぐこれによつて描画画像の解像度を向上させることができる。

[0131] また、第 2のノズル孔 l ibがテーパー形状であるため、第 2のノズル孔 l ib内部において、流体の乱流が発生しにくくなり、流体の吐出安定性を向上させることができとともに、ノズル孔 l ibの内壁と流体供給面 8bとのエッジが甘くなるので、流体供給面 8b にまで延設された第 2の電極層 26の断線を効果的に抑制することができる。また、ノズノレプレート 8の流体吐出面 8aに形成された撥液層 4によって、流体が流体吐出孔 9 近傍に付着することを防止することができる。

[0132] なお、第 1の電極層 25に用いられる材料は Tiを主成分とする金属材料に限定されなレ、。第 2のノズル層 2のエッチング加工および後述する犠牲層 5および流体吐出孔 9内に回り込んだ撥液層 4のエッチングの際、当該エッチングに対して高い耐性を有する材料、すなわち、エッチングガス（酸素を含有するプラズマ、フッ素を含有するプラズマ等）、または、エツチャント（硝酸、水酸化カリウム水溶液等）に対する耐性の高い材料であればよい。具体的には、 Ti、 Al、 Cu、 Co、 Fe、 Ni、 Au、 Pt、 Ta、 W、 Nb 等を主成分とする金属材料が挙げられ、上記エッチングガスあるいはエツチャントとの組み合わせで選択することができる。

[0133] 同様に、第 2の電極層 26に用いられる材料も Tiを主成分とする金属材料に限定されない。後述する犠牲層 5および流体吐出孔 9内に回り込んだ撥液層 4のエッチングの際、当該エッチングに対して高い耐性を有する材料、すなわち、エッチングガス（酸素を含有するプラズマ、フッ素を含有するプラズマ等）、または、エツチャント（硝酸、水酸化カリウム水溶液等）に対する耐性の高い材料であればよい。具体的には、 Ti、 Al、 Cu、 Co、 Fe、 Ni、 Au、 Pt、 Ta、 W、 Nb等を主成分とする金属材料が挙げられ、上記エッチングガスあるいはエツチャントとの組み合わせで選択することができる。

[0134] また、第 1のノズル層 1に用いられる材料はポリイミドに限定されなレ、。ポリイミド以外の高分子有機材料であっても良いし、 SiO、 Si Nといった Si化合物材料、あるいは

2 3 4

Siであっても良い。

[0135] 第 2のノズル層 2に用いられる材料もポリイミドに限定されなレ、。第 1のノズル層 1と同様に、ポリイミド以外の高分子有機材料であっても良いし、 SiO、 Si Nといった Si化

2 3 4

合物材料、あるいは Siであっても良い。

[0136] また、本実施の形態では、第 2のノズル孔 l ibは、第 1のノズル孔 11aとの連通部分にて狭まった円錐台形状 (テーパー形状)であるがこれに限定されない。例えば、図 9に示すノズノレプレート 8，のように、第 2のノズノレ孔 l ib'の内壁がノズノレプレート 8 ' の流体吐出面 8aや流体供給面 8bと垂直の、いわゆるストレート形状（円筒形状）に形成することちできる。

[0137] この場合、第 2のノズノレ孔 l ib'の流体供給孔 12，を、図 7 (a)—（c)に示した第 2のノズノレ孔 l ibが円錐台形状の構成の流体供給孔 12よりも小さくすることができ、ノズルの集積度をさらに高めることができる。また、図 7 (b)に示すように、ノズノレプレート 8 の場合、その製造上の都合で、第 2の電極層 26は第 2のノズノレ孔 l ib内壁の片側面のみに形成されていた力図 9に示すように、第 2のノズノレ孔 l ib内壁の面全体に形成してもよい。

[0138] 本実施の形態のような構成のノズルプレート 8 (8' )とすることで、以下の 1)一 5)の作用を奏する。

1)流体吐出孔 9が、口径 8 z m以下の微細なノズノレプレート 8 (8 ' )であっても、ノズノレ孔 11先端まで吐出信号電圧を印加することのできる構造的に安定した電極を形成すること力 Sできる。

2)第 2のノズル層 2の流体供給側で、第 2の電極層 26を隣接チャンネル間が電気的に短絡しないように分離することで、容易に個々のチャンネルに独立して吐出信号を印加することが可能となり、クロストークが少なぐこれによつて描画画像の解像度を向上させることができる。

3)ノズルプレート 8 (8 ' )の剛性は第 2のノズノレ層 2で維持できるため、ノズルプレート 8 (8 ' )全体の剛性が高くなり、取り扱いが容易になる。

4)膜厚の厚い第 2のノズル層 2に加工された第 2のノズノレ孔 l ibの加工精度がたとえ悪くとも、第 2のノズノレ孔 l ibの加工時には第 1の電極層 25の延設部 25bでエツチングが止まるため、流体の吐出量を制御する流体吐出孔 9に影響を及ぼすことがない。

5)第 1の電極層 25は、第 1のノズノレ孔 11aと連通する第 2のノズル孔 l ibに形成された第 2の電極層 26と電気的に接続されているので、第 2の電極層 26を介してノズルプレート 8の流体供給側より駆動信号を供給することが可能となり、第 1の電極層 25 に駆動信号を供給するための引き出し配線 26aから発生する電界によって、記録媒体が電気的な損傷を受けるようなことがない。

[0139] (ノズルプレートの製造方法）

次に、本実施の形態に力かるノズノレプレート 8の一製造方法を説明する。図 10 (a) 一 (i)はノズノレプレート 8の製造工程を説明する図である。

[0140] まず、 Siやガラスなどからなる任意の厚さの一時保持のための基板 6に、犠牲層 5を、 Niを用いた湿式鍍金（めっき）によって形成する。さらに犠牲層 5上にスピンコートによってポリイミド樹脂を塗布し、 350°Cで 2時間焼成し第 1のノズル層 1を形成する。ここで犠牲層 5の厚さを 10 μ mとし、第 1のノズノレ層 1の厚さを 1 μ mとした。

[0141] 次に、上記第 1のノズル層 1上にフォトレジストにて第 1のノズノレ孔 11aの開口パターンを形成し、酸素を主成分とするガスを用いたドライエッチングによって、第 1のノズノレ孔 1 laをカ卩ェする（図 10 (a)参照）。

[0142] 本エッチング手法ではポリイミド樹脂などの有機物を高速に、精度良く加工することができるとともに、犠牲層 5である Niとのエッチング選択性が高レ、（Niはほとんどエツチングされない）。したがって、上記加工によって犠牲層 5が大きな損傷を受けることがなぐ犠牲層 5表面の平坦性が維持されるので、犠牲層 5表面に形成されることになるノズルプレート 8の流体吐出面の平坦性が劣化することがなレ、。また、本加工は非常に高い精度で行うため、異方性の高いエッチング条件を用いている。また、上記のように第 1のノズノレ層 1は 1 Ai mと極めて薄いので、超微量の流体を吐出するための第 1のノズノレ孔 11aを高精度にカ卩ェすることができる。

[0143] 次に、第 1のノズル孔 11aをカ卩ェした第 1のノズル層 1上に Tiを主成分とする金属材料からなる第 1の電極層 25をスパッタ法にて形成する。さらに、上記第 1の電極層 25 に、ノズル孔開口部に対応する形状のレジストパターン 27を形成する（図 10 (b)参照 )。ここで、上記第 1の電極層 25は第 1のノズノレ孔 11aの内壁に形成する必要があるため、第 1の電極層 25のステップカバレッジ性を高めるために、 30mTorrの Arガス圧条件下で、第 1のノズル層 1上の膜厚が 0. 5 z mとなるように成膜した。

[0144] 次に、 Arを主成分とするガスを用いたプラズマによるドライエッチで、第 1の電極層 25を、第 1のノズル層 1上に直径約 20 z mの上記した延設部 25bとなる略円形形状が残るように加工し、レジストを除去する（図 10 (c)参照）。この加工工程では、上記第 1のノズル孔 11aの内壁に形成された第 1の電極層 25 (円筒部 25a)の損傷を抑制しつつ、第 1のノズル孔 11aの底となる犠牲層 5上に形成された第 1の電極層 25を除去するため、異方性の高いエッチング条件を採用した。

[0145] なお、上記第 1のノズノレ層 1上に部分的に残す上記延設部 25bは、ここでは略円形形状としたが、加工工程上では略円形形状である必要はなぐ後述するように、第 2 のノズル孔 l ibの上底 l lyが、第 1のノズノレ層 1上に第 1のノズノレ孔 11aより延設して形成された延設部 25b内に配置される形状であれば良い。

[0146] 但し、本ノズノレプレートは静電吸引型流体吐出装置に応用されるノズルプレート 8 であり、第 1の電極層 25を介してノズル先端部に吐出信号を印加するため、第 1の電極層 25においては、ノズノレ先端部だけでなぐ第 1のノズノレ層 1上の形状の端部にも電界が集中する。このため、上記第 1のノズノレ層 1上の延設部 25b端部に集中する電界を均一化するために、延設部 25bの形状としては等方性の高い円形に近い形状に加工することが望ましい。

[0147] 次に、第 2のノズル層 2を上記第 1のノズノレ層 1および第 1の電極層 25上に、 20 μ mの厚さで形成する（図 10 (d)参照）。第 2のノズノレ層 2は、第 1のノズノレ層 1と同様に塗布型ポリイミド樹脂をスピンコート法にて塗布し、 350°Cで 2時間焼成し 20 μ mの厚さとした。ここで、第 1のノズノレ孔 11aもポリイミド樹脂にて埋められることになる。第 2のノズノレ層 2は高精度に加工された膜厚の薄い第 1のノズル層 1を補強する目的で形成され、ノズノレプレート 8全体の剛性を高める効果がある。

[0148] 次に、上記第 2のノズル層 2上にフォトリソグラフィによってレジストパターン 28を形成し、酸素を主成分とするガスを用いたドライエッチングを行い、第 2のノズル層 2に円錐台形状の第 2のノズノレ孔 l ibを形成する（図 10 (e)参照）。なお、上記ドライエツチングは第 1のノズル層 1上に形成された第 1の電極層 25の延設部 25a (25b)で止めることができる。すなわち、 Tiを主成分とする金属材料で形成される第 1のノズノレ層 1は、酸素を主成分とするガスを用いたドライエッチングによって、ほとんどエッチングされないので、第 1の電極層 25が露出した部位では、ドライエッチングがそれ以上進行せず、先の工程で第 1のノズル孔 11aを埋めた第 2のノズル層 2を容易に除去すること力 Sできる。また、上記第 2のノズノレ孔 l ibの加工は、第 1のノズノレ層 1との接合部において、第 2のノズノレ孔 l ibの上底 l ly力第 1の電極層 25の延設部 25b内に配置されるようにパターニングされる。

[0149] 第 2のノズル孔 l ibのテーパー形状の加工に際しては、上記エッチングにおいて、レジストパターン 28のエッチレートと第 2のノズル層 2のポリイミド榭脂のエッチレートを概ね等しくし、該レジストパターン 28を 150°Cで 60分ポストベータすることによってレジストパターン 28をテーパー形状とし、エッチングによってこの形状を第 2のノズル層 2に転写する手法を用いた。

[0150] すなわち、図 11 (a)に示すように、エッチレートが第 2のノズノレ層 2を構成するポリイミド樹脂と概ね等しぐテーパー壁面 28Aを有するレジストパターン 28を形成し、第 2 のノズノレ層 2のエッチングと同じスピードでレジストパターン 28をエッチングし、レジストパターン 28のエッジを広げる。このとき、図 11 (b)に示すように、第 2のノズノレ層 2も同時にエッチングされることになり、結果的に第 2のノズル層 2には、図 11 (c)に示すように、レジストパターン 28に形成したテーパーを有する壁面 28Aと同じ形状を有する第 2のノズノレ孔 l ibが形成される。また、この場合、レジストパターン 28と第 2のノズル層 2のエッチレートとが概ね等しいことから、レジストパターン 28の厚さは第 2のノズル層 2の厚さより厚く形成することが望ましい。なお、図 11では、第 1のノズル層 1に形成されている第 1のノズル孔 11a部分の記載は省略している。

[0151] 次に、上記第 2のノズル層 2上に、 Tiを主成分とする金属材料からなる第 2の電極層 26を成膜する。ここでは、イオンビームスパッタ法を用いて、 0· 2mTorrの Arガス圧下で、 Ar原子による Ti粒子の散乱を抑制しながら、矢印 Kの方向力 Ti粒子が飛来するように基板を傾斜し、第 2のノズル層 2内壁面の片側のみに形成され、かつ第 2の電極層 26の一部が第 1の電極層 25と電気的に短絡するように成膜した（図 10 (f )参照）。膜厚は 0. である。

[0152] このように、斜め方向から Ti粒子を入射しながら第 2の電極層 26を形成することによつて、第 1のノズル孔 11a内に第 2の電極層 26が付着するのを防止することができ、これによつて、第 1のノズノレ孔 11aの形状変化や閉塞することを防止することができる

[0153] 次に、上記第 2の電極層 26上に、第 2のノズル孔 l ibと第 2のノズノレ層 2上に形成された第 2の電極層 26の一部を覆うように、フォトレジストパターン 29を形成する（図 10 (g)参照）。このフォトレジストパターン 29は第 2のノズノレ孔 l ibと第 2のノズノレ層 2上に形成された第 2の電極層 26の一部を覆うように形成されていればよいが、本実施例においては、第 2のノズノレ層 2上に形成された第 2の電極層 26が略 50 /i m径の円形形状に加工できる形状とした。ここで、フォトレジストパターン 29は、第 2のノズル孔 l ibを埋めるように形成されるため、第 2のノズル孔 l ibの最も深い領域では、レジスト層の厚さが非常に厚くなる。このため、フォトレジストパターン 29は、露光されない部分がパターンとして残る、ポジ型のフォトレジストを使用することが望ましい。

[0154] また、このとき上記フォトレジストパターン 29を用いて、第 2のノズル層 2上に第 2の電極層 26を用いて引き出し配線 26aを形成することが望ましい。この場合、別工程で引き出し配線 26aを作成する必要がないので、工程を簡略化することができる。また、上記のように引き出し配線 26aをノズノレプレート 8を介して、記録媒体の反対側に配置することができるので、記録媒体から十分な距離を離すことができ、当該引き出し配線力発生する電界によって、記録媒体に致命的な電気的損傷を与えることがなレ、。

[0155] 次に、上記フォトレジストパターン 29をもとに、 Arガスを主成分とするプラズマを用いたドライエッチングによって第 2の電極層 26を加工し、フォトレジストパターン 29を除去する（図 10 (h)参照）。この加工工程では、第 2の電極層 26を所望の形状に加ェする必要があるので、高レ、異方性を有するエッチング条件にてエッチングを行った

。また、フォトレジストパターン 29の除去はレジスト剥離液を用いて行った。

[0156] 次に、上記フォトレジストパターン 29を除去した後、硝酸と水が主成分である水溶液に浸漬して犠牲層 5のみをエッチングすることで、ノズルプレート 8を基板 6から取り外す（図 10 (i) )。先に述べたように、第 1のノズノレ層 1、第 2のノズル層 2を形成するポリイミド樹脂や、ストッパ層 3あるいは吐出孔層 14を形成する Tiは、上記犠牲層 5のェツチング液によってほとんどエッチングされることがないので、犠牲層 5のエッチングによって、形状の変化や構造的信頼性の低下を招来することがない。

[0157] 次に、犠牲層 5が除去された第 1のノズノレ層 1の表面に撥液層 4を形成する（図 10 ( i) )。ここでは、塗布の容易さを考慮する趣旨でフッ素重合体を用い、これをスタンプなどの方法により第 1のノズノレ層 1の表面に塗布し、高分子膜にて厚さ 0. 05 x mの撥液層 4を形成した。なお、第 1のノズノレ孔 11a内に回り込んだ撥液層 4については、撥液層 4形成後に、酸素を含有するプラズマを用い、第 2のノズノレ孔 l ib側からドライエッチングすることで、これを除去した。これにより、ノズルプレート 8のダメージを最小限にすることができる。

[0158] 以上のように、本実施の形態によれば、加工工程中にフォトリソグラフィとドライエツチングを実施することによって、超微量の流体を吐出する静電吸引型流体吐出装置のノズルプレート 8に、チャンネルごとに離間された第 1及び第 2の電極層 25 · 26をノズノレ孔 11内に精度良く形成することができる。これによつて、個々のチャンネルに独立して吐出信号を印加することができるので、クロストークが少なぐこれによつて描画画像の解像度を向上させることができる。

[0159] また、第 1のノズル層 1を薄く形成することができるので、第 1のノズル孔 11a内壁に形成する第 1の電極層 25を成膜時のガス圧を制御することにより流体吐出孔 9近傍にまで安定して成膜することができる。これによつて、電極からノズル先端の電気抵抗 Rが安定し、チャンネル間の吐出特性が安定する。

[0160] なお、本実施の形態では、犠牲層 5として Ni、第 1のノズル層 1および第 2のノズル層 2としてとしてポリイミド樹脂、第 1及び第 2の電極層 25 · 26として Tiを用いた力この組み合わせに限定されなレ、。 [0161] 犠牲層 5には、 Niのほかに、第 1のノズル層 1、第 2のノズル層 2、第 1の電極層 25、第 2の電極層 26に用いる材料との組み合わせによって、 Al、 Cu、などの硝酸、あるいは KOH水溶液に可溶な材料、またはポリイミドのような酸素プラズマによってエツチングできる材料を用いることができる。また、犠牲層 5の形成方法についても鍍金以外に蒸着法、スパッタ法、塗布法などを材料に応じて用いることができる。

[0162] 第 1のノズル層 1、第 2のノズル層 2、第 2の電極層 26には、犠牲層 5のエッチングによるダメージが軽微な材料を用いることができる。また、第 1の電極層 25には、犠牲層 5のエッチングおよび第 2のノズノレ孔 1 lbのエッチングに対して耐性の高レ、材料を用レ、ることができる。

[0163] ここで、図 12に、使用材料 (犠牲層、第 1のノズル層、第 1の電極層、第 2のノズル層、第 2の電極層）および加工方法（第 1のノズル孔、第 1の電極層、第 2のノズル孔、第 2の電極層、犠牲層除去）について好ましい組み合わせの例を示す。

[0164] 図 12に示すように、第 1のノズノレ層 1、第 2のノズル層 2はポリイミド樹脂のような高分子有機材料に限定されず、 Sほたは SiOなどの無機シリコン化合物を選択すること

2

ができる。ただし、 Si〇や Siをドライエッチングするためには、 Fを含有する反応ガス

2

を使用する必要があり、このエッチングに対して本実施の形態で用いた Tiは耐性が低いため、 Au、 Ptなどのエッチング耐性を有する材料を第 1の電極層 25あるいは第

2の電極層 26として利用することが望ましい。

[0165] また、第 1の電極層 25または第 2の電極層 26にも、 Ti以外に、図 12に示す組み合わせに応じて、同表に記載の材料を使用することができる。

[0166] なお、第 1の電極層 25の材料である Tiは CFと酸素の混合ガスを用いたプラズマ

4

でも比較的速いエッチング速度でエッチングすることができる。しかし、 Tiの下に形成された第 1のノズル層 1 (ポリイミド）力上記ガスのプラズマによって Tiよりも高速にェツチングされ、大きなダメージを受ける。したがって、本実施の形態では第 1の電極層 25および第 2の電極層 26のパターユングには Arイオンによるドライエッチング法を採用している。

[0167] このように、第 1の電極層 25あるいは第 2の電極層 26のエッチレートと第 1のノズノレ層 1あるいは第 2のノズノレ層 2のエッチレートとの差が少ない Arイオンによるドライエツチング法を採用することで、第 1のノズノレ層 1あるいは第 2のノズル層 2のダメージを最小限に抑えつつ第 1の電極層 25あるいは第 2の電極層 26をパターニングすることができる。

[0168] また、本実施の形態では、犠牲層 5をエッチングによって完全に除去した力犠牲層 5を完全に除去する必要はなぐ犠牲層 5のうち第 1のノズル層 1と接している部分のみをエッチングによって除去すれば、ノズノレプレート 8を基板 6から取り外すことができる。

[0169] また、撥液層 4としては、フッ素重合体に限定されず、シリコン系の高分子膜、 DLC

(ダイヤモンドライクカーボン)などを用いることもできる。

[0170] 以上の加工工程を用いることによって、上記した 1)一 5)の作用を奏するノズルプレート 8を製造することができる。

[0171] [実施の形態 2]

本発明のその他の実施の形態について、図 13—図 16を用いて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態 1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付しその説明を省略する。

[0172] (ノズルプレート）

図 13 (a)は、本実施の形態のノズルプレート 80の一部の斜視図であり、図 13 (b) は、図 13 (a)の B-B '線断面図である。ノズルプレート 80には 2個以上の流体吐出孔 9が形成されており、図 13 (a)においては 2個の流体吐出孔 9が示されている。また、図 13 (c)はノズノレプレート 80の一部を流体供給側から観察した斜視図である。

[0173] 図 13 (a)—図 13 (c)に示すように、ノズルプレート 80は、第 1のノズノレ層 10に形成された第 1のノズル孔 11cが第 2のノズノレ孔 l ibと同様にテーパー形状であると共に、ノズノレプレート 80の流体吐出面 80aには、第 1のノズノレ孔 11cにおける流体吐出側の開口部を塞ぐように、表面電極層 81が形成されており、該表面電極層 81に形成された貫通孔 81aが流体吐出孔 9となっている。そして、上記表面電極層 81は、第 1のノズノレ孔 11cの内壁に成膜された第 1の電極層 25と電気的に接続されており、第 1の電極層 25及び第 2の電極層 26を介して、ノズルプレート 80の流体供給側より駆動信号を印加可能となっている。ここでも、第 2のノズノレ層 20を 1層としている力 2層以上であってもよい。

[0174] なお、図 13 (a) (c)においても、図面を簡素化するために、ノズノレ孔 11の構成する第 1のノズル孔 11c及び第 2のノズル孔 l ibの各内壁に形成されている第 1の電極層 25及び第 2の電極層 26は省略している。

[0175] 以下、各部のサイズや材質の具体例を説明するが、本発明がその具体例に限定されるものではない。

[0176] 表面電極層 81は、 Ptを主成分とする金属材料が用いられ、ノズノレプレート 80全体の応力を低減するために、 5 x m径の略円形形状に形成されている。また表面電極層 81の厚さは 0. である。

[0177] 第 1のノズル層 10は、本実施の形態では SiOを主成分とする無機材料からなり厚

2

さが 2 z mに形成されている。第 2のノズノレ層 20は、ポリイミド樹脂を主成分とする有機材料からなり、 20 z mの膜厚に形成されている。第 1の電極層 25および第 2の電極層 26には、 Tiを主成分とする金属材料が用いられ、 0. 5 /i mの膜厚に形成されている。

[0178] 表面電極層 81に形成された貫通孔 81aである流体吐出孔 9の口径は 2 /i mとなつており、第 1のノズル孔 11cとの連通部（連通孔）まで膜面に対して垂直に加工されている。ここで、流体吐出孔 9の口径は、実施の形態 1と同様の理由から Φ 10 μ ΐη以下、さらに好ましくは Φ 8 /i m以下であることが望ましレ、。

[0179] また、第 1のノズル孔 11cは流体吐出孔 9との連通部、つまり流体吐出側開口部が 4

/i mの口径に加工されており、第 2のノズノレ孔 l ibとの連通部まで、裾広がりに拡開するテーパー形状（円錐台形状）に加工されている。

[0180] また、第 2のノズル孔 l ibは、第 1のノズノレ孔 1 1cとの連通部、つまり流体吐出側開口部にぉレ、て 20 μ mの口径に加工されており、裾広がりに拡開するテーパー形状（円錐台形状）であり、第 2のノズノレ層 20を通って、ノズルプレート 80の流体供給面 80 bにて開口している。

[0181] なお、円錐台形状の第 1のノズル孔 11cの上底 1 Icyは、流体吐出孔 9を略中心とする円環形状であり、表面電極層 81の一部が当該上底 11 cyを成して露出している。したがって、流体吐出孔 9と第 1のノズル孔 11cとの連通孔 l lcx (略円形）の口径は、第 1のノズル孔 11 cの上底 11 cyの外口径（上記連通孔 11 cxにおける第 1のノズル孔 11cの外形）より小さい。

[0182] さらに、円錐台形状の第 2のノズル孔 l ibの上底 l lbyは、第 1のノズノレ孔 11cを略中心とする円環形状であり、第 1の電極層の一部が当該上底 11 byを成して露出している。したがって、第 1のノズノレ孔 11cと第 2のノズノレ孔 l ibの連通孔 l lbx (略円形）の口径は、第 2のノズノレ孔 1 lbの上底 1 lbyの外口径（上記連通孔 1 lbxにおける第 2のノズノレ孔 1 lbの外形）より小さレ、。

[0183] また、第 1のノズル孔 11cの内壁の少なくとも一部に加えて、第 1のノズル孔 11cと第 2のノズル孔 l ibが連通する周辺部には延設部 25bとなる第 1の電極層 25が形成されている。ここで、第 1のノズル層 10を構成する SiOは、後述する第 2のノズル孔 11

2

b加工による酸素を含有するプラズマによるドライエッチに高い耐性を示すため、第 1 の電極層 25の該延設部 25bが形成されておらず第 1のノズノレ層 10あるいは第 1のノズノレ孔 11cが第 2のノズル孔 l ibのエッチングにさらされた場合でも、ほとんどエッチングされることなく、第 1のノズル孔 11cの形状が変形することはない。

[0184] これに対して、第 1のノズノレ層 10に第 2のノズノレ孔 l ib加工におけるエッチングに対して耐性の低レ、材料を用いた場合 (たとえば実施の形態 1の場合ように、第 1のノズノレ層 10と第 2のノズノレ層 20が同様の材料）は、第 1の電極層 25は第 1のノズノレ孔 1 lcの内壁すベてを被覆するように形成することが望ましい。すなわち、第 1の電極層 25は第 2のノズノレ孔 1 lbの加工工程にぉレ、て、第 1のノズノレ孔 1 lcあるいは第 1のノズノレ層 10を当該エッチング力保護する保護層として機能する。

[0185] また、第 2のノズル孔 l ib内壁には、上記第 1の電極層 25と電気的に接続された第 2の電極層 26が形成されている。また、第 2の電極層 26の一部は、ノズルプレート 80 の流体供給面 80bを成す第 2のノズル層 20の流体供給側表面にも配設されており、図 13 (c)に示すように、該表面に形成された第 2の電極層 26をカ卩ェした、引き出し配線 26aによって、図示しない駆動信号電圧印加手段に接続されている。撥液層 4は、厚さが 0. 05 x mのフッ素重合体を有する高分子材料から形成されている。

[0186] また、表面電極層 81は第 1のノズノレ孔 11cのエッチング手段に対して高い耐性を有しているため、上記第 1のノズノレ孔 I leaのエッチングによって流体吐出孔 9形状が変形することがない。また着弾精度に大きな影響を与えるノズルプレートの流体吐出孔 9の形状力表面電極層 81となる上記 0. 5 /i mの Ti膜の加工精度で決定されるので、流体吐出孔 9の加工精度が非常に高ぐこれに伴って非常に高い着弾精度を確保すること力 Sできる。

[0187] ところで、流体吐出孔 9の加工精度を高めるためには、表面電極層 81の膜厚を減少すれば、さらに高い加工精度を得ることができるが、表面電極層 81の膜厚を減少することによって、表面電極層 81の剛性が低下し、流体吐出孔 9の構造的な信頼性が減少する。

[0188] し力、しながら、このように、表面電極層 81に接して第 1のノズノレ層 10を配置することによって、表面電極層 81が補強され、表面電極層 81の構造的信頼性を低下することなく流体吐出孔 9の形状精度を向上することができる。

[0189] また、第 1の電極層 25は第 2のノズル孔 l ibのエッチング手段に対して、高い耐性を有してレ、るので、第 2のノズノレ孔 1 lbの加工によって第 1のノズル孔 1 lcの形状が大幅に変形することがないとともに、第 2のノズノレ孔 l ibの加工のオーバーエッチによつて、第 1のノズル層 10が完全に除去されることがなレ、。

[0190] なお、表面電極層 81に用レ、る材料は Ptを主成分とする金属材料に限定されない。

第 1のノズル孔 1 lcのエッチングおよび第 2のノズル孔 1 lbのエッチングおよび後述する犠牲層 50のエッチング並びに流体吐出孔 9内に回り込んだ撥液層 4のエツチングの際、当該エッチングに対して高い耐性を有する材料、すなわち、フッ素を含有するプラズマ、酸素を含有するプラズマ、硝酸、水酸化カリウム水溶液等に耐性の高い材料であればよぐ犠牲層エッチング、第 1のノズノレ孔加工、第 2のノズル孔カ卩ェの手法との組み合わせによって使用することができる。具体的には、 Al、 Cu、 Co、 Fe、 Ni 、 Au、 Pt、等を主成分とする金属材料が挙げられ、上記エッチングガスあるいはエツチャントとの組み合わせで選択することができる。

[0191] その他、第 1のノズル層 10、第 2のノズノレ層 2、第 1の電極層 25、第 2の電極層 26 等の材料も何ら上記に限定されるものではなぐ材料と製造方法との好適な組み合わせについて後述する。

[0192] また、本実施の形態では、第 2のノズル孔 l ibは、第 1のノズル孔 11cとの連通孔（連通部） l lbxが狭まった円錐台形状 (テーパー形状)であるがこれに限定されない。例えば、図 14に示す変形例のノズノレプレート 80 'のように、第 2のノズル孔 l ibの側壁がストッパ層 3と垂直の、いわゆるストレート形状（円筒形状）に形成することもできる。この場合、第 2のノズノレ孔 l ibの流体供給孔 12をより小さくすることができ、ノズノレの集積度をさらに高めることができる。また、図 14に示すように、第 2の電極層 26は第 2のノズル孔 l ibの内壁面全体に形成してもよぐこの場合、第 2の電極層 26の電気伝導にかかる信頼性が向上する。

[0193] また、ここでは、 1つのノズル孔 11に対応する 1個の表面電極層 81に対して貫通孔 81aを 1個形成した力 S、複数個の貫通孔を 1個の表面電極層 81に形成して 1つのノズル孔 11に対する流体吐出孔 9が複数ある構成としても良レ、。

[0194] また、第 1のノズル孔 11cを、実施の形態のノズノレプレート 8の場合のように、側壁がノズノレプレート表面に対して垂直の、いわゆるストレート形状（円筒形状）に形成することもできる。この場合、第 1のノズノレ孔の加工精度が向上するため、表面電極層 81 の形状を小さくすることができ、表面電極層 81によって発生する応力を低減することができる。

[0195] 本実施の形態のような構成のノズルプレート 80 (80 ' )とすることで、以下のような作用を、前述した 1)一 5)に加えて奏する。

6)第 1のノズル孔 11cがテーパー形状に形成されているため、第 1のノズル孔 11c内に形成する第 1の電極層 25のカバレッジがよぐ導電性にかかる信頼性が向上する。

7)薄膜の表面電極層 81に形成した貫通孔 81 aが流体吐出孔 9となるため、加工精度が非常に高いとともに、第 1の電極層 25を形成することによる流体吐出孔 9の形状変化がないので、吐出信頼性が向上する。

[0196] (ノズルプレートの製造方法）

次に、本実施の形態に力かるノズノレプレート 80の一製造方法を説明する。図 15 (a )一（g)はノズノレプレート 80の製造工程を説明する図である。

[0197] まず、基板 6に、犠牲層 50を、実施の形態 1と同様に形成する（図 15 (a) )。ここでは、犠牲層 50の厚さは 10 z mとする。さらに、上記犠牲層 50上に厚さ 0. 5 z m(7)Pt 膜を蒸着などの方法で成膜し、フォトリソグラフィを用いて表面電極層 81をノズル孔 1 1形成部分に部分的に形成されるように外形形状と、流体吐出孔 9となる貫通孔 81a の形状のレジストパターンを形成する。しかる後に、ドライエッチング法を用いて上記表面電極層 81の外形形状と流体吐出孔 9を同時に加工する。

[0198] Pt膜は化学的に比較的不活性な材料であるため、ここでは上記ドライエッチングは Arを用いたスパッタエッチングを用レ、、物理的な加工が支配的な方法によって加工した。また、本力卩ェは非常に高い精度で行うため、異方性の高いエッチング条件を用いている。ここで、上記表面電極層 81の形状は 5 x m径の略円形形状に加工されている。また、上記表面電極層 81内部に配設される流体吐出孔 9は 2 x m径の略円形形状に形成されている。

[0199] 次に、上記犠牲層 50及び表面電極層 81上に Si〇膜からなる第 1のノズル層 10を

2

P— CVD法によって成膜する。本 P—CVD法によると、成膜する SiO膜が有する応力

2

を成膜に用いるガスの組成、ガス圧、プラズマを発生するための RFパワーによって制御することができるとともに、段差部のつき周りが良好であるため、上記表面電極層 81の段差部においてクラックなどが発生することがなぐ膜としての構造的な信頼性が高い。このため、ノズルプレート全体の構造的な信頼性が高くなる（図 15 (a)参照）。

[0200] 次に、上記第 1のノズル層 10上にフォトリソグラフィによってレジストパターンを作成し、フッ素ガスと酸素ガスを含有する反応性イオンエッチング (RIE)によって加工し、加工後、レジストをレジスト剥離液によって除去する。（図 15 (b)参照）。本エッチング方法では、プラズマによって活性化されたフッ素が選択的に S源子と反応するため、 SiOのエッチング速度が非常に高レ、。これに対して、上述したように Ptは化学的に

2

安定な材料であるため、前記活性化されたフッ素とはほとんど反応しなレ、。このため P tのエッチング速度が遅ぐこれによつて、本エッチングは前記表面電極層 81と第 1のノズノレ層 10の界面で精度よく止めることができる。

[0201] また、本加工工程では、フッ素ガスと酸素ガスを含有するプラズマを用いることで、 S i〇とフォトレジストのエッチング速度を同程度に設定し、実施の形態 1の第 2のノズノレ

2

層 20をカ卩ェする工程で用いた、レジストの形状を反映する手法を用いて SiOをカロェ

2 し、第 1のノズル孔 11cをテーパー形状に加工した。ここで、第 1のノズル孔 11cの表面電極層 81との接合部に置ける形状を 4 / m径の略円形形状とし、第 2のノズル層 2 0との界面における開口径は 6 μ ΐηとした。また、第 1のノズノレ孔 11 cの形状は、流体吐出孔 9よりも大きぐ第 1のノズル孔 11cのパターン内に流体吐出孔 9が配設されるように加工する。

[0202] また、上記第 1のノズル孔 11cは表面電極層 81に接合していればよいので、テーパ一形状だけでなぐノズル面に対して垂直な、いわゆるストレート形状でも良い。

[0203] 次に、イオンビームスパッタによって、矢印 K1方向から（第 1のノズノレ層 10表面に対して 18° ) Tiを成膜し、上記表面電極層 81と第 1のノズル孔 11cの一部、および第 1のノズノレ層 10上に、厚さ 0. 5 z mの第 1の電極層 25を形成する。このとき、上記表面電極層 81に形成した流体吐出孔 9の内部に、上記 Ti膜が成膜されないよう、第 1のノズノレ孔 11cの形状、第 1のノズル層 10の厚さを考慮し、 Ti粒子の入射方向を決定することが望ましい。また、ここでは基板を固定して第 1の電極層 25を形成したが、上記入射角度を設定した後、ノズノレ面の法線方向を中心にして基板を回転させることで、第 1のノズノレ孔 11c側壁全面に第 1の電極層 25を形成することができる。このようにして形成した第 1のノズノレ孔側壁全面に付着する第 1の電極層 25は、後述する第 2のノズル孔カ卩ェの際の第 1のノズノレ孔 11cの保護層として機能させることができる

[0204] 次に、ドライエッチング法を用いて上記第 1の電極層 25の第 1のノズル層 10上の外形形状を加工する。本カ卩ェにおいては、実施の形態 1において第 2の電極層 26をカロェする際に実施した加工方法を用いて行った。すなわち、ポジ型のフォトレジストで所望のパターンを形成した後、 Arガスを主成分とするプラズマを用いたドライエッチングによって加工を行った。ここでは、第 1のノズル層 10と第 2のノズル層 20の界面に配設される第 1の電極層 25の形状を 16 μ m径の略円形形状とした (図 15 (c)参照）

[0205] 次に、上記第 1のノズル層 10の上に塗布型のポリイミド樹脂を厚さ 20 μ mで成膜し、第 2のノズル層 20を形成する（図 15 (d)参照）。ここで、上記塗布型ポリイミド樹脂は第 1のノズル層 10上にスピンコートによって塗布し、 350°Cで 2時間焼成した。ここで、流体吐出孔 9および第 1のノズノレ孔 11cもポリイミド樹脂にて坦められることになる。次に、上記第 2のノズノレ層 20上にフォトリソグラフィによってレジストパターン 70を形成し、酸素を主成分とするガスを用いたドライエッチングを行い、第 2のノズル層 20にテーパー形状（円錐台形状）の第 2のノズル孔 1 lbを形成した（図 15 (e)参照）。

[0206] なお、上記ドライエッチングは第 1のノズノレ層 10あるいは第 1の電極層 25あるいは表面電極層 81で止めることができる。すなわち、第 1のノズル孔 11cを除いて第 1のノズノレ層 10または第 1の電極層 25が露出した部位では、ドライエッチングがそれ以上進行しない。また同様に、表面電極層 81の上記流体吐出孔 9を除いて表面電極層 8 1が露出した部位では、ドライエッチングがそれ以上進行しない。すなわち、第 2のノズノレ孔 l ibの加工プロセスにおいて、先の工程でポリイミド樹脂にて埋められた、第 1 のノズル孔 11cおよび流体吐出孔 9が、ポリイミド樹脂が除去されることによって再現され、流体吐出孔 9は表面電極層 81に形成されたパターンによって決定される形状に存在する第 2のノズル層 20材料が除去され、先の工程でポリイミド樹脂によって坦められた形状が再現される。

[0207] 次に、上記レジストパターン 70をレジスト剥離液を用いて除去し、上記第 2のノズノレ層 20上に、 Tiを主成分とする金属材料からなる第 2の電極層 26を成膜する。ここでは、イオンビームスパッタ法を用いて、 0· 2mTorrの Arガス圧下で、 Ar原子による Ti 粒子の散乱を抑制しながら、矢印 K2の方向から Ti粒子が飛来するように基板を傾斜し、第 2のノズル層 20内壁面の片側のみに形成され、第 2の電極層 26の一部が第 1 の電極層 25と電気的に短絡するように成膜した（図 15 (f)参照）。膜厚は 0. 5 μ ΐηである。このように、斜め方向力も Ti粒子を入射しながら第 2の電極層 26を形成することによって、流体吐出孔 9内に第 2の電極層 26が付着するのを防止することができ、これによって、流体吐出孔 9の形状変化や閉塞することを防止することができる。

[0208] 次に、上記第 2の電極層 26をカ卩ェする力 S、この工程は実施の形態 1と同様であるので省略する。第 2のノズル層上に形成された第 2の電極層 26の形状は略 70 μ m径の円形形状とした。

[0209] 次に、硝酸と水が主成分である水溶液に浸漬し犠牲層 50のみをエッチングすることで、ノズノレプレート 80を基板 6からとりはずす（図 15 (g) )。先に述べたように、第 1のノズノレ層 10を形成する Si〇、第 2のノズノレ層 20を形成するポリイミド樹脂や表面電極

2 層 81を形成する Ptおよび、第 1の電極層 25、第 2の電極層 26を形成する Tiは、上記犠牲層 50のエッチング液によってほとんどエッチングされることがないので、犠牲層 50のエッチングによって、形状の変化や構造的信頼性の低下を招来することがなレ、。

[0210] 次に、第 1のノズル層 10の表面に撥液層 4を形成する（図 15 (g) )。ここでは、塗布の容易さを考慮する趣旨でフッ素重合体を用レヽ、これをスタンプなどの方法により第 1のノズル層 10の表面に塗布し、高分子膜にて撥液層 4を形成した。なお、第 1のノズノレ孔 11c内に回り込んだ撥液層については、撥液層形成後に、酸素を含有するプラズマを用い、第 2のノズノレ孔 l ib側からドライエッチングすることで、これを除去した。これにより、ノズノレプレート 80のダメージを最小限にすることができる。

[0211] 本実の形態では、上記回り込みを酸素を含有するプラズマを用いたドライエッチでエッチング除去する。しかし、本実の形態においては、上述したように流体吐出面に酸素を含有するプラズマを用いたドライエッチに対して高い耐性を有する表面電極層 81が存在しており、この表面電極層 81が流体吐出孔 9の形状を決定しているため、上記ドライエッチによって流体吐出孔 9の形状が変化することがなレ、。このため非常に高精度のノズノレ孔を形成することができる。

[0212] 具体的には、本実施の形態の工程を用いて作成した 200個の流体吐出孔 9を有するノズルプレート 80の各流体吐出孔 9の形状を評価したところ、ばらつきは ± 0. 15 /i mと非常に高精度に加工できた。また、ノズノレプレート 80の反りも 10 μ πι以下と非常に平坦であった。

[0213] なお、本実施の形態では、犠牲層 50に Ni、表面電極層 81に Pt、第 1のノズノレ層 1 0に Si〇、第 2のノズノレ層 20にポリイミド樹脂、第 1の電極層 25に Ti、第 2の電極層 2

2

6に Tiを用いた力 S、この組み合わせに限定されなレ、。

[0214] 犠牲層 50には、 Niのほかに、表面電極層 81、第 1のノズル層 10、第 2のノズノレ層 2 0、に用いる材料との組み合わせによって、 Al、 Cu、などの硝酸、あるいは K〇H水溶液に可溶な材料を用いることができる。また、犠牲層 50の形成方法についても鍍金以外に蒸着法、スパッタ法、塗布法などを材料に応じて用いることができる。

[0215] 第 2のノズノレ層 20および第 2の電極層 26には、犠牲層 50のエッチングによるダメージが軽微な材料を用いることができる。ただし、後述する第 1のノズノレ層あるいは表面電極層 81とのエッチングの選択性を考慮したとき、酸素を含有するプラズマを用いたエッチングが可能な有機樹脂が望ましい。さらに、分子鎖同士が架橋反応している分子構造を有する有機樹脂を用いると、第 2のノズノレ層 20の耐熱性、耐環境性が高ぐノズノレプレートの信頼性を向上することができる。

[0216] また、第 1のノズル層 10および第 1の電極層 25には、犠牲層 50のエッチングおよび第 2のノズル孔 l ibのエッチングに対して耐性の高い材料を用いることができる。さらに、表面電極層 81には、犠牲層 50のエッチングおよび第 2のノズノレ孔 l ibのエツチングおよび第 1のノズノレ孔 11cのエッチングに対して耐性の高い材料を用いることができる。

[0217] ここで、図 16に、使用材料 (犠牲層、表面電極層、第 1のノズル層、第 2のノズル層、第 1の電極層、第 1の電極層の形成領域、第 2の電極層）および加工方法 (流体吐出孔、第 1のノズル孔、第 2のノズル孔、犠牲層除去）について好ましい組み合わせの例を示す。

[0218] 図 16に示すように、第 1のノズノレ層 10あるいは第 2のノズル層 20はポリイミドなどの有機樹脂や SiOのような Si化合物といった無機材料の組み合わせで、ノズル層を構

2

成すること力 Sできる。ただし、たとえば SiO /SiOの組み合わせや、ポリイミド /ポリイミ

2 2

ドといった組み合わせのように、第 2のノズル孔カ卩ェの際に第 1のノズノレ層 10が損傷を受けるような組み合わせの場合、第 1の電極層 25を第 1のノズル孔 11cの内壁全面に形成し、第 1のノズノレ孔 11cを保護する必要がある。

[0219] また、本実施の形態では、犠牲層 50をエッチングによって完全に除去した力犠牲層 50を完全に除去する必要はなぐ犠牲層 50のうち第 1のノズル層 10と接している部分のみをエッチングによって除去すれば、ノズノレプレート 80を基板 6から取り外すこと力 Sできる。

[0220] また、撥液層 4としては、フッ素重合体に限定されず、シリコン系の高分子膜、 DLC

[0221] 以上の加工工程を用いることによって、上記した 1)一 7)の作用を奏するノズルプレート 80を製造することができる。 [0222] また、上述したすべての実施の形態を通して、撥液層 4を形成しない構成を採用すること力 Sできる。撥液層 4を表面電極層 81、あるいは第 1のノズル層 1上に形成しないことによって、流体吐出孔 9の形状精度がさらに向上する。

[0223] また、上述したすべての実施の形態を通して、表面電極層 81、第 1の電極層 25、第 2の電極層 26、上述した材料を主成分とする金属膜を有する、複数の薄膜から構成されるレ、わゆる積層膜であっても良レ、。

[0224] また、上述した各実施の形態では、基板 6上に犠牲層 5 · 50を形成し、該犠牲層 5 · 50をエッチングすることによって、ノズノレプレート 8 · 80を製造する方法について説明したが、これ以外に、例えば Ni板などのように、犠牲層 5 · 50のエッチングと同様の手法でエッチングすることのできる材料からなる基板上に、直接第 1のノズル層 1 · 10を形成することちできる。

[0225] なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなぐ請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

[0226] 本発明のノズルプレートは、以上のように、電圧印加により帯電された流体をノズノレ先端の流体吐出孔力静電吸引により吐出させる静電吸引型流体吐出装置に備えられ、複数のノズノレ孔部を有するノズルプレートにおいて、第 1のノズル孔を有し、流体吐出側に配される薄層の第 1のノズル層と、該第 1のノズル層の流体供給側に積層され、上記第 1のノズル層よりも厚層で、かつ上記第 1のノズル孔と連通すると共に第 1のノズル孔とでノズル孔部を構成する第 2のノズル孔を有する第 2のノズル層を少なくとも一層備え、該第 1のノズノレ孔の内壁に成膜された第 1の電極層と、第 2のノズル孔の内壁に成膜された第 2の電極層とが電気的に接続されている構成である。

[0227] 上記構成によれば、ノズノレプレートは、薄層の第 1のノズル層に、厚層の第 2のノズル層が少なくとも一層積層されてなる構成であるので、ノズルプレート自体の強度'剛性を第 2のノズノレ層で確保することができ、第 1のノズル層の厚みを十分に薄くすることができる。層厚を薄くすることで、第 1のノズノレ層に形成される第 1のノズル孔は、孔径を例えば 10 x m以下といった超微細に形成することができると共に、このような超微細な第 1のノズル孔内壁に第 1の電極層を層厚方向に安定して成膜することが可能となり、流体吐出面の第 1のノズル孔の開口部を流体吐出孔とした場合、この流体吐出孔近傍にまで第 1の電極を成膜することができる。その結果、ノズル内部の電気抵抗 Rを従来に比べ飛躍的に低減することができ、流体の吐出周波数を向上が図れ、記録媒体に対する高速描画が可能となる。

[0228] しかも、このように形成された第 1の電極層は、第 1のノズル孔と連通する第 2のノズル孔に形成された第 2の電極層と電気的に接続されているので、第 2の電極層を介してノズノレプレートの流体供給側より駆動信号を供給することが可能となる。したがって

、第 1の電極層に駆動信号を供給するための引き出し配線が媒体に近接することがなぐ引き出し配線力発生する電界によって、記録媒体が電気的な損傷を受けるようなこともなレ、。

[0229] 本発明のノズルプレートでは、さらに、上記第 1の電極層が第 1のノズル層と第 2のノズノレ層との界面において第 1のノズル孔より第 1のノズノレ層上に延設され、上記第 2 の電極層は、第 1のノズル層上に延設された部分で第 1の電極層と電気的に接続してレ、る構成とすることもできる。

[0230] 上記構成によれば、第 1の電極層が第 1のノズル層と第 2のノズル層との界面において第 1のノズノレ孔より第 1のノズノレ層上に延設され、第 2の電極層はこの延設部分で第 1の電極層と電気的に接続されているので、第 1の電極層と第 2の電極層との接続が各電極層の断面ではなく電極層の表面にて行われている。したがって、異なる電極層同士を接続する構成ではあるが、電極層同士の電気的な接続信頼性が高ぐ断線等にて駆動信号を第 1の電極層に良好に印加できないといった危険性を大幅に低減して、吐出信頼性を向上することができる。

[0231] また、本発明のノズルプレートでは、さらに、上記第 1の電極層が上記第 1のノズノレ孔の内壁全面に形成されている構成とすることもできる。

[0232] 上記構成では、第 1のノズル孔の内壁全面に第 1の電極層が形成されているため、流体吐出孔にある流体に均一な電界を印加することができる。例えば、ノズルプレートの流体吐出面に複数の流体吐出孔がある構成の場合、流体吐出孔ごとにテーラーコーンの形成位置が異なると着弾精度が低下するが、これにより、流体吐出孔ごとのテーラーコーンの形成位置が安定して、着弾精度を向上できる。

[0233] また、本発明のノズルプレートでは、さらに、上記第 1の電極層が上記第 1のノズノレ層と第 2のノズル層との界面において第 1のノズノレ孔より第 1のノズル層上に延設され、上記第 2のノズル孔における第 1のノズノレ孔と連通する側の開口部は、この第 1のノズノレ層上に延設された第 1の電極層部分内に位置する構成とすることもできる。

[0234] 上記構成によれば、第 1のノズル層と第 2のノズル層との界面で第 1の電極層が第 1 のノズル層上に延設されている部分に、第 2のノズノレ孔における第 1のノズル孔と連通する側の開口部が配置されているため、第 2のノズノレ孔をエッチングカ卩ェするにおいて、この第 1の電極層の延設部分がエッチングストッパー部として機能し、第 2のノズノレ孔を形成する際のエッチングによって、第 1のノズノレ孔あるいは第 1のノズル層が損傷を受けて変形するようなことがない。

[0235] 上記のように、第 1の電極層の延設部分の外側の第 1のノズル層がエッチングされてしまうと、第 1の電極層がノズノレプレートから分離、除去されてしまうが、上記構成により安定してノズノレプレートを製造することができる。

[0236] 本発明のノズルプレートでは、さらに、上記第 1のノズル孔及び/又は第 2のノズル孔は、流体吐出側よりも流体供給側の開口部が大きく形成されている構成とすることあでさる。

[0237] 上記構成によれば、第 1のノズル孔及び/又は第 2のノズル孔が、流体供給側が広くなるようなテーパーを有して形成されているため、ノズル孔の内壁面と第 1のノズノレ層或いは第 2のノズル層の各表面とのなす角が鈍角になる。これによつて、第 1のノズル孔或いは第 2のノズル孔の内壁面から各ノズル層表面にかけて第 1或いは第 2の電極層を形成する際、内壁面とノズル層表面のなす角によって電極層が断線する危険性が低ぐ導電信頼性の高い電極層を形成することができる。また、吐出液体をノズル先端に供給する際、ノズル内において乱流が生じる危険性が少なぐ安定して吐出液体を供給することができる。

[0238] また、本発明のノズルプレートでは、さらに、上記第 1のノズル孔の流体吐出側に、第 1のノズル孔の流体吐出側開口部を塞ぐように、貫通孔を有する表面電極層が配され、該貫通孔と第 1のノズル孔とが連通すると共に、上記表面電極層が第 1の電極層と電気的に接続されている構成とすることもできる。

[0239] 上記構成によれば、ノズルプレートの流体吐出面に備えられた表面電極層の貫通孔が流体吐出孔となるので、吐出流体の着弾精度に大きな影響を与える流体吐出孔を表面電極層のエッチングでカ卩ェすることができる。これによつて、内壁に第 1の電極層が成膜されてレ、る第 1のノズル孔の流体吐出側開口部を流体吐出孔とした構成よりもさらに、流体吐出孔の形状精度が飛躍的に安定し、これにともない着弾精度のさらなる安定化が可能となる。

[0240] また、本発明のノズルプレートでは、さらに、最も流体供給側にある上記第 2のノズル層における第 2の電極層が、該第 2のノズル層の流体供給側で、隣接するノズル孔部間で電気的に分離されている構成とすることもできる。

[0241] 上記構成によれば、複数のノズル孔部を有するノズノレプレートにおいて、最も流体供給側にある上記第 2のノズル層の第 2の電極層が、該第 2のノズル層の流体供給側において隣接するノズル孔部間で電気的に分離されているので、複数あるノズノレ孔部を独立して駆動することが可能となり、高解像度の描画が可能になる。

[0242] また、本発明のノズルプレートでは、さらに、最も流体供給側にある上記第 2のノズル層の第 2の電極層が、該第 2のノズノレ層の流体供給側表面にも形成され、該表面においてパターニングされて引き出し配線を形成している構成とすることもできる。

[0243] 上記構成によれば、最も流体供給側にある第 2のノズル層の第 2の電極層を該第 2 のノズル層の流体吐出側表面にて引き出し配線として利用するので、引き出し線の加工工程にて同時に第 2の電極層を隣接ノズノレ孔部間で電気的に分離することが可能となる。したがって、分離工程と引き出し配線の形成工程とが 1つの工程となり、プ口セスが簡略化できる。さらに、第 2のノズル孔の内壁に成膜された第 2の電極層と引き出し配線とが同じ電極層を加ェして形成されてレ、るので、第 2の電極層と引き出し配線の接続信頼性が非常に高い。

[0244] また、本発明のノズルプレートでは、さらに、上記第 1のノズル孔の流体吐出側の開口部の直径或いは上記表面電極層に形成された貫通孔の直径が 8 μ m以下である構成とすることちできる。

[0245] ノズノレの吐出孔直径を 0. 01 25 μ mの微細径とすることで、局所電界が発生し、微細ノズノレ化により吐出における駆動電圧の低下が可能となることが先に発表されている。このような駆動電圧の低下は、装置の小型化およびノズルの高密度化において極めて有利となる。もちろん、駆動電圧を低下させることで、コストメリットの高い低電圧駆動ドライバの使用をも可能にし、使用上の安全性の向上を図ることもできる。

[0246] さらに、上記吐出モデルでは、吐出に必要な電界強度は、局所的な集中電界強度に依存することになるため、対向電極の存在が必須とならない。すなわち、対向電極を要さずに絶縁性基板などに対しても印字を行うことが可能となり、装置構成の自由度が増し、また、厚い絶縁体に対しても印字を行うことが可能となる。

[0247] 中でも、上記構成のように、ノズルの流体吐出孔の直径を上記のように φ 8 μ m以下に設定することで、電界強度分布が該流体吐出孔の吐出面近傍に効果的に集中すると共に、対向電極から流体吐出孔までの距離の変動が電界強度分布に影響することがなくなるので、対向電極の位置精度、記録媒体の材料特性のバラツキや厚さバラツキの影響を受けずに安定した流体の吐出を行うことができる。

[0248] また、電界強度分布を該流体吐出孔の吐出面近傍に効果的に集中できることにより、狭い領域に強い電場を安定して形成して超微量の流体を確実に吐出可能となり、印字画像を高解像度にすることが可能となる。

[0249] 本発明のノズルプレートの製造方法は、以上のように、基板上に犠牲層を形成する工程と、上記犠牲層上に第 1のノズノレ層を形成する工程と、上記第 1のノズル層に複数の第 1のノズノレ孔を形成する工程と、上記第 1のノズル層上に各第 1のノズル孔の内壁面を含めて第 1の電極層を形成する工程と、各第 1のノズル孔内壁と各第 1のノズノレ孔周囲部とに残るように上記第 1の電極層を加工する工程と、上記第 1のノズル層上に、残留する各第 1の電極層部分も含めて第 2のノズル層を形成する工程と、上記第 2のノズル層に複数の第 2のノズノレ孔を、各第 2のノズル孔の流体吐出側の開口部が上記第 1のノズノレ層上に残留する各第 1の電極層部分に収まるように形成する工程と、上記第 2のノズノレ層上に各第 2のノズル孔の内壁面を含めて第 2の電極層を形成する工程と、隣接する第 2のノズノレ孔間で電気的に分離されるように第 2の電極層をカ卩ェする工程とを備えるものである。

[0250] これによれば、剛性の高い基板上に、犠牲層を介して第 1のノズノレ層、第 1の電極層、第 2のノズル層、第 2の電極層を順次積層する。このため、フォトリソグラフィ技術を利用してレジストパターンを形成後、ドライエッチングによって所望の形状に加工できるため、第 1のノズル孔、第 2のノズル孔、第 1の電極層、第 2の電極層を非常に高い形状精度で形成することができる。

[0251] また、ノズノレプレートの流体吐出面が、工程の最終段階まで犠牲層によって保護されているため、ノズルプレート製造工程において流体吐出孔が損傷をうけて流体吐出孔が変形するといつた危険がない。このため、ノズルプレートの製造歩留まりが向上する。

[0252] また、本発明のノズルプレートの製造方法では、さらに、基板上に犠牲層を形成する工程と犠牲層上に第 1のノズル層を形成する工程との間に、上記犠牲層上に表面電極層を形成し、該表面電極層をノズル孔部形成部位に対応して分離すると共に各分離部に貫通孔を形成する工程とを有し、犠牲層上の第 1のノズル層を形成するェ程では、分離された表面電極層上も含めて第 1のノズノレ層を形成することもできる。

[0253] 本構成のノズルプレートの製造方法は、犠牲層上に形成した表面電極層に貫通孔として流体吐出孔をカ卩ェすることができるので、第 1のノズノレ孔内に形成された第 1の電極層の不均一性 (たとえば膜厚分布）によって、流体吐出孔の形状が変形することがなぐさらに高精度の流体吐出孔を有するノズノレプレートを製造することができる。

[0254] また、本発明のノズルプレートの製造方法では、さらに、上記の第 2の電極層を形成する工程では、ノズノレプレート表面に対して斜めから成膜粒子を入射することもできる。

[0255] また、本発明のノズルプレートの製造方法では、さらに、上記の第 1の電極層を形成する工程では、ノズノレプレート表面に対して斜めから成膜粒子を入射することもできる。

[0256] 成膜粒子を斜めから入射して形成した電極層（第 1、第 2)は、ノズノレ孔の側壁に対する付着性がよい。さらに、スパッタターゲットあるいは蒸着ソースに対して影になる領域は、電極層が成膜されないので、たとえば第 2の電極層を形成する際の第 1のノズノレ孔内部や、第 1の電極層を形成する際の表面電極層に形成された貫通孔内部など、電極層を形成したくない領域を当該影の部分として成膜することができる。これによって、電極層を形成する領域と電極層を形成しない領域を簡便に設定できるとともに、電極層を形成するノズノレ孔内部の電極層の付着性を高めることができる。

[0257] また、本発明のノズルプレートの製造方法では、さらに、上記の第 2のノズル孔を形成する工程では、エッチングを用い、第 2のノズル層のエッチングに対する耐性よりも上記第 1の電極層のエッチングに対しての耐性が高い条件を選択することもできる。

[0258] これによれば、第 2のノズル孔形成のためのエッチングを精度良く第 1の電極層で止めることができるので、第 1のノズノレ孔ゃ第 1のノズル層力第 2のノズル孔カ卩ェのオーバーエッチによって損傷を受けることがなぐ形状精度の高レゾズノレプレートを製造すること力 Sできる。

[0259] また、本発明のノズルプレートの製造方法では、さらに、第 1のノズル孔を形成する工程及び第 2のノズル孔を形成する工程では、エッチングを用い、第 1及び第 2の各ノズノレ層のエッチングに対する耐性よりも上記表面電極層のエッチングに対しての耐性が高レ、条件を選択することもできる。

[0260] これによれば、第 1のノズル孔形成の際のオーバーエッチングあるいは第 2のノズル孔形成の際のオーバーエッチングによって、表面電極層が損傷を受けることがない。このため、表面電極層の貫通孔からなる流体吐出孔がオーバーエッチングによって変形して着弾精度が劣化するようなことがなぐ安定して着弾精度の高レゾズノレプレートを製造することができる。

[0261] また、本発明のノズルプレートの製造方法では、さらに、上記の第 2の電極層を電気的に分離する工程では、ドライエッチングを用いて行うこともできる。

[0262] これによれば、第 2の電極層の分離加工をドライエッチングで行うため、加工の形状精度が高いとともに、被カ卩ェ領域の電極層材料が気相で除去されるため、たとえばキリコのような加工に伴うダストが第 1及び第 2のノズノレ孔内に侵入しノズル孔を閉塞する危険性がなレ、。このため、吐出信頼性の高レゾズノレプレートを安定して製造すること力 Sできる。

[0263] 発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなぐ本発明の精神と次に記載する特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。産業上の利用の可能性

本発明のノズルプレートを静電吸引型流体吐出装置等に備えさせることで、基板上に微細なドットや微細な配線パターンを形成することができ、液晶ディスプレイ、ブラズマディスプレイ、エレクト口ルミネッセンス等のフラットディスプレイ製造におけるパターン形成を始め、半導体装置製造やプリント配線板の導体パターン形成等にも適用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 電圧印加により帯電された流体をノズル先端の流体吐出孔から静電吸引により吐出させる静電吸引型流体吐出装置に備えられ、複数のノズル孔部を有するノズルプレートにおいて、

第 1のノズル孔を有し、流体吐出側に配される薄層の第 1のノズル層を備えると共に該第 1のノズル層の流体供給側に積層され、上記第 1のノズノレ層よりも厚層で、つ上記第 1のノズル孔と連通すると共に第 1のノズル孔とでノズル孔部を構成する第 2 のノズル孔を有する第 2のノズル層を少なくとも一層備え、

該第 1のノズル孔の内壁に成膜された第 1の電極層と、第 2のノズル孔の内壁に成膜された第 2の電極層とが電気的に接続されていることを特徴とするノズノレプレート。

[2] 上記第 1の電極層が第 1のノズル層と第 2のノズノレ層との界面において第 1のノズル孔より第 1のノズル層上に延設され、上記第 2の電極層は、第 1のノズル層上に延設された部分で第 1の電極層と電気的に接続していることを特徴とする請求項 1に記載のノズノレプレート。

[3] 上記第 1の電極層が上記第 1のノズル孔の内壁全面に形成されていることを特徴とする請求項 1に記載のノズルプレート。

[4] 上記第 1の電極層が上記第 1のノズル層と第 2のノズノレ層との界面において第 1のノズノレ孔より第 1のノズノレ層上に延設され、上記第 2のノズル孔における第 1のノズル孔と連通する側の開口部は、この第 1のノズル層上に延設された第 1の電極層部分内に位置することを特徴とする請求項 1に記載のノズノレプレート。

[5] 上記第 1のノズル孔及び Z又は第 2のノズル孔は、流体吐出側よりも流体供給側の開口部が大きく形成されていることを特徴とする請求項 1に記載のノズルプレート。

[6] 上記第 1のノズル孔の流体吐出側に、第 1のノズル孔の流体吐出側開口部を塞ぐように、貫通孔を有する表面電極層が配され、該貫通孔と第 1のノズノレ孔とが連通すると共に、上記表面電極層が第 1の電極層と電気的に接続されていることを特徴とする請求項 1に記載のノズルプレート。

[7] 最も流体供給側にある上記第 2のノズル層における第 2の電極層が、該第 2のノズル層の流体供給側で、隣接するノズノレ孔部間で電気的に分離されてレ、ることを特徴とする請求項 1に記載のノズルプレート。

[8] 最も流体供給側にある上記第 2のノズル層の第 2の電極層が、該第 2のノズル層の流体供給側表面にも形成され、該表面においてパターニングされて引き出し配線を形成していることを特徴とする請求項 7に記載のノズルプレート。

[9] 上記第 1のノズル孔の流体吐出側の開口部の直径或いは上記表面電極層に形成された貫通孔の直径が 8 μ m以下であることを特徴とする請求項 1に記載のノズルプレート。

[10] 基板上に犠牲層を形成する工程と、

上記犠牲層上に第 1のノズル層を形成する工程と、

上記第 1のノズル層に複数の第 1のノズノレ孔を形成する工程と、

上記第 1のノズル層上に各第 1のノズル孔の内壁面を含めて第 1の電極層を形成する工程と、

各第 1のノズル孔内壁と各第 1のノズル孔周囲部とに残るように上記第 1の電極層を加工する工程と、

上記第 1のノズル層上に、残留する各第 1の電極層部分も含めて第 2のノズル層を形成する工程と、

上記第 2のノズル層に複数の第 2のノズノレ孔を、各第 2のノズル孔の流体吐出側の開口部が上記第 1のノズノレ層上に残留する各第 1の電極層部分に収まるように形成する工程と、

上記第 2のノズル層上に各第 2のノズル孔の内壁面を含めて第 2の電極層を形成する工程と、

隣接する第 2のノズノレ孔間で電気的に分離されるように第 2の電極層を加工するェ程とを備えることを特徴とするノズルプレートの製造方法。

[11] 基板上に犠牲層を形成する工程と犠牲層上に第 1のノズノレ層を形成する工程との間に、上記犠牲層上に表面電極層を形成し、該表面電極層をノズル孔部形成部位に対応して分離すると共に各分離部に貫通孔を形成する工程とを有し、

犠牲層上の第 1のノズル層を形成する工程では、分離された表面電極層上も含めて第 1のノズル層を形成することを特徴とする請求項 10に記載のノズノレプレートの製造方法。

[12] 上記の第 2の電極層を形成する工程では、ノズノレプレート表面に対して斜めから成膜粒子を入射することを特徴とする請求項 10又は 11に記載のノズノレプレートの製造方法。

[13] 上記の第 1の電極層を形成する工程では、ノズノレプレート表面に対して斜めから成膜粒子を入射することを特徴とする請求項 11に記載のノズルプレートの製造方法。

[14] 上記の第 2のノズル孔を形成する工程では、エッチングを用い、第 2のノズル層のェツチングに対する耐性よりも上記第 1の電極層のエッチングに対しての耐性が高い条件を選択することを特徴とする請求項 10又は 11に記載のノズルプレートの製造方法

[15] 第 1のノズル孔を形成する工程及び第 2のノズル孔を形成する工程では、エツチングを用い、第 1及び第 2の各ノズノレ層のエッチングに対する耐性よりも上記表面電極層のエッチングに対しての耐性が高い条件を選択することを特徴とする請求項 11に記載のノズルプレートの製造方法。

[16] 上記の第 2の電極層を電気的に分離する工程では、ドライエッチングを用いて行うことを特徴とする請求項 10又は 11に記載のノズルプレートの製造方法。