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JP2008143088A - ノズルプレートの製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

ノズルプレートの製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置 Download PDF

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JP2008143088A
JP2008143088A JP2006334716A JP2006334716A JP2008143088A JP 2008143088 A JP2008143088 A JP 2008143088A JP 2006334716 A JP2006334716 A JP 2006334716A JP 2006334716 A JP2006334716 A JP 2006334716A JP 2008143088 A JP2008143088 A JP 2008143088A
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Hisamitsu Hori
久満 堀
Tsutomu Yokouchi
力 横内
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Abstract

【課題】 くびれ形状のノズルを精度よく形成すること。
【解決手段】 (A)多孔質基板22上にレジストからなる感光層241を形成する工程と、(B),(C)感光層241上に非透光性材料からなりR形状開口部51bを有するR形状開口層32を形成する工程と、(D)感光層241のR形状開口層32が形成されている側の面に対して斜め方向から露光用の光を入射させつつ、多孔質基板22を回転させて、R形状開口層32を露光マスクとして用いて感光層241を露光することにより、感光層241中にテーパ形状感光部25aを形成する工程と、現像してテーパ形状感光部25aを残し非感光部を除去する工程と、テーパ形状感光部25aを型として用いて、R形状開口部51bに連結したテーパ形状開口部を有するテーパ形状開口層を形成する工程と、テーパ形状感光部25aおよび多孔質基板22を除去する工程を備えた。
【選択図】 図12

Description

本発明はノズルプレートの製造方法に係り、特に、インクジェットヘッドに代表される液体吐出ヘッドに用いられるノズルプレートの製造方法、及びこれにより製造されるノズルプレートを備える液体吐出ヘッド並びに画像形成装置に関する。
インクジェット記録装置は、液体吐出ヘッドの微細なノズル(液体吐出口)からインクを吐出して記録媒体上に画像を形成する方式であるため、ノズルが形成されるノズルプレートは、インクの吐出性能を決める非常に重要な部材の一つである。ノズルの形状等によりインクの吐出性能が大きく異なるとともに、多数のノズルについて吐出性能の均一化のために高い寸法精度が要求される。
特に、近年インクジェット記録の分野においては、高速高画質化の必要性が一段と高まり、高粘度インクを用いたワンパス記録(ページワイドの液体吐出ヘッドによる1副走査送りの記録)のシステムが開発されているが、液体吐出ヘッドのノズル部分には、流路抵抗を下げるための薄肉広角化が求められ、また、画像の濃度ムラを低減するための高精度化、ページワイドの広幅記録を実現するための多ノズル化、安定稼働のための高信頼化が求められている。
ノズルプレートの製造技術に関し、特許文献1には、基板の表裏から両面露光を行うことにより、高アスペクト比のザグリ付き金属テーパノズルを形成する技術が開示されている。テーパ形状の開口部の形成には、拡散板を用いて拡散光による露光を行う例のほか、基板を傾斜回転させて露光を行う例が記載されている。
特許文献2には、ノズル撥液部を表面に向って開口が大きくなるようなラウンド形状にすることで、ワイピング性や噴射安定性を改善する技術が開示されている。撥液材はディスペンサにより塗布される。
特許文献3には、所謂「くびれ」形状のノズルを形成し、着弾誤差を改善する技術が開示されている。「くびれ」形状の例として、ノズルプレートの厚さ方向において液体流入側から液体吐出側に向かって狭くなる順テーパ形状部と、この順テーパ形状部に連結し、ノズルプレートの厚さ方向において液体流入側から液体吐出側に向かって広くなる逆テーパ形状部とにより構成されたものが記載されている。
特開平7−329304号公報 特開2006−51808号公報 特開2001−187451号公報
ノズルが直線状である場合には、メニスカス位置が安定しないという課題がある。また、ノズルの液体吐出面と成す角部が鋭いとワイピング部材の摺動や記録用紙のジャミングに因る損傷を受け易いという問題もある。また、ノズルの液体流入側は、ノズルへの液体のリフィル性の観点から、液体流入側に向けて広角で開いた形状であることが、好ましい。したがって、ノズルの液体流入側が順テーパ形状(ノズルプレートの厚さ方向において液体流入側から液体吐出側に向かって狭くなる形状)であって液体吐出側が逆テーパ形状(ノズルプレートの厚さ方向において液体流入側から液体吐出側に向かって広くなる形状)である、所謂「くびれ」形状のノズルが求められている。
しかしながら、「くびれ」形状の広角ノズルを精度よく一括して形成することは困難である。
特許文献1に開示された発明は、基板の表裏から両面露光を行うので、加工時のハンドリングが容易でないだけでなく、基板の表側と裏側とでノズルの軸線ズレが生じ易い。また、拡散光による露光では、形状制御が困難であり、形状バラツキも生じやすい。
特許文献2に開示された発明は、撥液材をディスペンサで塗布して自ずと曲面形状を形成する方式であるため、形状バラツキが生じやすい。
また、特許文献3に開示された発明は、ケラー照明系を利用した比較的NA(開口数)の大きな露光により、12°程度のテーパを形成しているが、NAを大きくするには限界があり、例えば、粘度10〜20mPa・sの高粘度液を20〜40kHzの高吐出周波数で高速吐出するために必要と見込まれる20〜40°の広角テーパの形成は難しい。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、メニスカス位置が安定する「くびれ」形状の広角ノズルを精度よく一括形成できるノズルプレートの製造方法を提供することを目的とし、併せて、かかる製造方法により製造されるノズルプレートを用いた液体吐出ヘッド、並びにこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、所定の基板の一方の面に感光性材料からなる感光層を形成する工程と、前記感光層上に、露光用の光を透過しない非透光性材料からなり、周縁が曲面状の曲面付き開口部を有する曲面付き開口層を形成する曲面付き開口層形成工程と、前記感光層の前記曲面付き開口層が形成されている側の面に対して斜め方向から露光用の光を入射させつつ、前記基板を回転させて、前記曲面付き開口層を露光マスクとして用いて前記感光層を露光することにより、前記感光層中にテーパ形状感光部を形成する露光工程と、前記感光層を現像して、前記感光層のうちで前記テーパ形状感光部を残し非感光部を除去する現像工程と、前記テーパ形状感光部を型として用いて、前記曲面付き開口部に連結したテーパ形状開口部を有するテーパ形状開口層を形成するテーパ形状開口層形成工程と、前記テーパ形状感光部および前記基板を除去する除去工程と、を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。
このような製造方法によって得られたノズルプレートは、テーパ形状開口層を液体流入側に配置して曲面付き開口層を液体吐出側に配置した場合には、ノズルプレートの厚さ方向において液体流入側から液体吐出側に向けて狭くなるテーパ形状開口部と、このテーパ形状開口部に連結し、ノズルプレートの厚さ方向において液体流入側から液体吐出側に向けて広くなる曲面付き開口部とによって、「くびれ」形状のノズルが構成される。
その一方で、曲面付き開口層を液体流入側に配置してテーパ形状開口層を液体吐出側に配置することにより、ノズルプレートの厚さ方向において液体流入側から液体吐出側に向けて狭くなる曲面付き開口部と、この曲面付き開口部に連結し、ノズルプレートの厚さ方向において液体流入側から液体吐出側に向けて広くなるテーパ形状開口部とによって、「くびれ」形状のノズルを構成してもよい。
この発明によれば、曲面付き開口層を露光マスクとして用い、感光層の曲面付き開口層が形成されている面に対して斜め方向から露光用の光を入射させつつ基板を回転させる露光(いわゆる傾斜回転露光)を行うことによりテーパ形状開口部の型としてのテーパ形状感光部を形成し、このテーパ形状感光部を型として用いて曲面付きの開口部に連結したテーパ形状開口部を形成するので、表裏両面から露光する従来技術を用いる場合や、曲面付き開口層を別ピースとして形成する場合などと比較して、曲面付き開口部の軸線とテーパ形状開口部の軸線とをズレないようにでき、しかも加工時のハンドリング性がよい。このように軸対称の「くびれ」形状ノズルを加工時のハンドリング性よく形成できるので、メニスカス位置が安定するだけでなく飛翔曲がりが解消されることにより着弾位置バラツキが少なく、ワイピング耐性も良い、高品質のノズルプレートを、容易に、提供できることになる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記曲面付き開口層形成工程は、非導電性の前記感光層上に、開口パターンを有する第1の導電膜を形成するパターニング工程と、前記第1の導電膜を電極として用いて電鋳を行い、前記第1の導電膜上を覆うとともに前記第1の導電膜の開口縁からオーバハングした非透光性の第2の導電膜を形成するオーバハング電鋳工程と、を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。
この発明によれば、開口パターンを有する第1の導電膜を電極として用いて電鋳を行い、該第1の導電膜の開口縁からその内壁へ向けてオーバハングした第2の導電膜(オーバハング金属膜)を形成するので、第2の導電膜を薄膜にしてその膜厚に応じた高い曲率を有する高精細なR形状(曲面状)を、容易に、一括形成できることになる。すなわち、比較的剛性の高い金属材料を用いて、2次元マトリックスなどのノズル配置の高密度化に適した高精細な「くびれ」形状のノズル有するノズルプレートを容易に提供できることになる。例えば、ポリイミドからなる板状部材にレーザ穿孔する場合と比較して、高剛性、高精度に一括形成可能である。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記オーバハング電鋳工程は、金属材料および撥液性材料を含む電鋳液を用い、該電鋳液中の撥液性材料を金属材料とともに前記第2の導電膜として共析させることを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。
この発明によれば、金属材料および撥液性材料を含む電鋳液を用いて、撥液性材料を金属材料とともに第2の導電膜として共析させることにより、液体吐出側の撥液部(曲面付き開口部)と液体流入側の非撥液部(テーパ形状開口部)との境界が、くびれ位置と一致することになるので、メニスカス位置が更に安定し、吐出安定性が更に向上することになる。また、吐出面に撥液性を有するのでインクの付着やワイピング性も向上する。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れか1項に記載の発明において、前記基板は、多孔質材料によって構成され、前記テーパ形状開口層形成工程は、前記曲面付き開口層を電極として用いた電鋳により行うことを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。
この発明によれば、多孔質部材を有する基板を介して電鋳液および電流を速やかに流すことができるので、基板と曲面付き開口層との間に電鋳液を十分に供給しつつテーパ形状開口層を均質且つ速やかに成長させることができる。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れか1項に記載の発明において、前記曲面付き開口層形成工程よりも前に、前記感光層の一部を露光して前記感光層を厚さ方向に貫通するまで前記感光層を感光させることにより、形成しようとする前記テーパ形状感光部の周囲に位置させ且つ前記基板と前記曲面付き開口層との間に介在させる支持材を形成する支持材形成工程を更に備えたことを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。
この発明によれば、基板と曲面付き開口層との間にブリッジとして介在する支持材を容易に形成でき、テーパ形状開口層を安定して電鋳形成できる。また、支持材を型として用いてノズルプレートの液体流入面に溝部を容易に形成することもできる。このように形成された液体流入面の溝部は、ノズルプレートを他の流路構造体と接着する時の温度変化や稼働時の温度変化に因る熱応力を緩和させる機能を有し、液体吐出における更なる信頼性向上の効果を期待できる。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5の何れか1項に記載の発明において、前記曲面付き開口層形成工程よりも後であって前記現像工程よりも前に、前記曲面付き開口層の前記感光層が形成されている側とは反対側の面に感光性材料を付着させるとともに、該感光性材料のうちで一部を前記現像工程で除去しないで型として用いることにより、前記曲面付き開口部に連結する凹形状のザグリ部、および、前記曲面付き開口部の周囲に位置する凹形状の溝部のうちで少なくとも一方を形成することを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。
この発明によれば、曲面付き開口層の両面に付着させた感光性材料により曲面付き開口層のノズル部分の剛性が向上することによりテーパ形状開口層が安定して形成されるとともに、液体吐出面にザグリ部および溝部の少なくとも一方が形成される。曲面付き開口部に連結したザグリ部は、液体吐出面のワイピング時や被吐出媒体のジャミング時にノズルを保護する機能を有し、液体吐出の信頼性を向上させる効果を期待できる。また、曲面付き開口部の周囲に位置した溝部は、液体吐出面の余剰インクをトラップする機能を有し、液体吐出面におけるインク汚れを軽減する効果を期待できる。また、液体吐出面の溝部を、例えば液体吐出面のワイピング方向に沿って配設し、液体吐出面の溝部にワイピング性向上の機能を持たせてもよい。
請求項7に記載の発明は、露光用の光の入射角度の大小に応じて前記露光用の光の透過率が変化する特性を有する光干渉膜を有する露光マスク、または、前記光干渉膜と前記露光用の光を透過させない光遮断膜とからなる露光マスク、または、前記光遮断膜を有する露光マスクを用意し、所定の基板の一方の面に感光性材料からなる感光層を形成する工程と、前記感光層上に、前記露光用の光を透過しない非透光性材料からなり、周縁が曲面状の曲面付き開口部を有する曲面付き開口層を形成する曲面付き開口層形成工程と、前記感光層の前記曲面付き開口層が形成されている側の面に対して略垂直に前記露光用の光を入射させて、少なくとも前記曲面付き開口層を用いて前記感光層を露光する第1露光工程と、前記感光層の前記曲面付き開口層が形成されている面に対して斜め方向から露光用の光を入射させつつ前記基板を回転させて、前記曲面付き開口層および前記露光マスクを用いて、前記感光層を露光する第2露光工程と、前記感光層を現像して、前記感光層の非感光部を除去する現像工程と、前記感光層の感光部を型として用いて、前記曲面付き開口部に連結したストレート形状開口部と該ストレート形状開口部に連結したテーパ形状開口部とを有するテーパ形状開口層を形成するテーパ形状開口層形成工程と、前記感光層の感光部および前記基板を除去する除去工程と、を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。
この発明によれば、曲面付き開口部とテーパ形状開口部との間にストレート形状開口部が形成されるので、一層滑らかな「くびれ」形状が形成されることになる。
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7の何れか1項に記載のノズルプレートの製造方法により製造されたノズルプレートを有することを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の液体吐出ヘッドを有することを特徴とする画像形成装置を提供する。
請求項9に記載の画像形成装置の一態様としてのインクジェット記録装置は、ドットを形成するためのインク液滴を吐出するためのノズル及び吐出圧を発生させる圧力発生素子(圧電アクチュエータ)を含む液体吐出素子を高密度に多数配置した液体吐出ヘッドを備えるとともに、入力画像から生成されたインク吐出用データ(ドット画像データ)に基づいて前記液体吐出ヘッドからの液滴の吐出を制御する吐出制御手段とを備え、ノズルから吐出した液滴によって記録媒体上に画像を形成する。
例えば、画像入力手段を介して入力された画像データ(印字データ)に基づいて色変換やハーフトーニング処理が行われ、インク色に応じたインク吐出データが生成される。このインク吐出データに基づいて、液体吐出ヘッドの各ノズルに対応する圧力発生素子の駆動が制御され、ノズルからインク滴が吐出される。
高解像度の画像出力を実現するためには、インク液を吐出するノズル(吐出口)と、該ノズルに対応した圧力室及び圧力発生素子とを含んで構成される液滴吐出素子(インク室ユニット)を高密度に多数配置した液体吐出ヘッドを用いる態様が好ましい。
かかる印字用の液体吐出ヘッドの構成例として、記録媒体の全幅に対応する長さにわたって複数の吐出口(ノズル)を配列させたノズル列を有するフルライン型のヘッドを用いることができる。この場合、記録媒体の全幅に対応する長さに満たないノズル列を有する比較的短尺の吐出ヘッドモジュールを複数個組み合わせ、これらを繋ぎ合わせることで全体として記録媒体の全幅に対応する長さのノズル列を構成する態様がある。
フルライン型のヘッドは、通常、記録媒体の相対的な送り方向(相対的搬送方向)と直交する方向に沿って配置されるが、搬送方向と直交する方向に対して、ある所定の角度を持たせた斜め方向に沿ってヘッドを配置する態様もあり得る。
「記録媒体」は、液体吐出ヘッドの吐出口から吐出されるインクの付着を受ける媒体(印字媒体、被画像形成媒体、被記録媒体、受像媒体、被吐出媒体など呼ばれ得るもの)であり、連続用紙、カット紙、シール用紙、OHPシート等の樹脂シート、フイルム、布、配線パターン等が形成されるプリント基板、中間転写媒体、その他材質や形状を問わず、様々な媒体を含む。
記録媒体と液体吐出ヘッドを相対的に移動させる搬送手段は、停止した(固定された)ヘッドに対して記録媒体を搬送する態様、停止した記録媒体に対してヘッドを移動させる態様、或いは、ヘッドと記録媒体の両方を移動させる態様の何れをも含む。なお、インクジェット方式の印字ヘッドを用いてカラー画像を形成する場合は、複数色のインク(記録液)の色別に印字ヘッドを配置してもよいし、1つの印字ヘッドから複数色のインクを吐出可能な構成としてもよい。
本発明によれば、メニスカス位置が安定する「くびれ」形状の広角ノズルを精度よく一括形成できる。
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
[露光装置]
まず、本発明の実施形態に係るノズルプレートの製造方法に用いられる傾斜回転型露光装置の構成例について概説する。
図1は露光装置の一例を示す構成図である。この露光装置10は、主として、光源12、照射光学系14、液浸容器16、透過補正板18及びステージ20から構成され、光源12から出た光を、照射光学系14によって図の下方に平行光として導き、露光マスク40を介して、傾斜回転しているステージ20上のレジスト(感光性材料)24に照射して、レジスト24を感光させる構成となっている。レジスト24は、ステージ20上の多孔質基板22に付着されている。
ステージ20は、液浸容器16の中に配設されており、液浸容器16に液体(例えば、純水)を導入して液体中で露光を行う液浸露光と、気体中で露光を行う通常(ドライ)露光とを切り替えることが可能である。
また、ステージ20は、テーブル面20aの面内回転が可能な回転機構と、テーブル面20aの傾斜角(水平面に対する傾斜角、つまり、照射光の入射角度)の調節が可能な傾斜機構とを備えた傾斜回転ステージとなっている。
すなわち、ステージ20は、テーブル面20aに垂直な回転軸21(第1回転軸)に取り付けられており、該回転軸21を中心に回転可能である。また、ステージ20の回転軸21は、テーブル面20aに直交する鉛直面内で揺動し得る機構となっており、ステージ20の回転軸21の揺動位置によってテーブル面20aの傾斜角を可変できる。さらに、ステージ20の回転軸21、ステージ20および液浸容器16の全体は、鉛直軸A(第2回転軸)を中心に、鉛直軸Aと平行な水平面内で回転可能となっている。なお、ステージ20を傾斜回転させる機構の具体的構造については後述する。
図2(A)は、図1の露光マスク40の一例を示す要部拡大図である。図2(A)において、レジスト24の上に、図1の露光マスク40として、形成しようとするノズルプレートの一部32(R形状開口層)が形成されており、この露光マスク40を介してレジスト24に露光用の光が照射される。露光マスク40であるノズルプレートの一部32には、ノズルの一部51b(R形状開口部)が形成されており、このノズルの一部51bを通過させた光によりレジスト24を感光させる。
図2(B)は、図1の露光マスク40として、光遮断膜41および光干渉膜42を用いた例を示す。
光遮断膜41は、露光用の光を透過させない非透光性を有するとともに、レジスト24を感光させるための開口410を有する。光遮断膜41は、例えば、クロム(Cr)または酸化クロムからなり、スパッタリングや真空蒸着等の方法により形成される。
光干渉膜42は、光の入射角度によって光透過率が変化する入射角度依存性を有するとともに、レジスト24を感光させるための開口420を有する。光干渉膜42は、高屈折率材料と低屈折率材料とを交互に積層形成した誘電体多層膜からなり、高屈折率材料および低屈折率材料の膜厚を調整することにより、所定の波長に対して所望の光透過率を得ることができる。また、光干渉膜42の光透過率の入射角度依存性を利用して、レジスト24の感光領域が制御される。
なお、露光マスク40は、図2(B)に示したように光遮断膜41および光干渉膜42の両方を露光マスク40として用いる場合に特に限定されず、光遮断膜41のみを露光マスク40として用いる場合もある。また、光干渉膜42とともに、形成しようとするノズルプレートの一部(図2(A)の32)を露光マスクとして用いる場合もある。
多孔質基板22、レジスト24および露光マスク40をステージ20上に固定した状態でレジスト24(感光層)の裏面側に空隙部43が形成されるように、ステージ20のテーブル面20aには凹部44が形成されている。ドライ露光時には、この空隙部43が気体で満たされて気体層が形成される。一方、液浸露光時にはこの空隙部43が液体で満たされて液体層が形成される。また、凹部44には、反射防止膜46が形成されている。
また、図2(A)および(B)に示したとおり、このステージ20には、露光用の光を受光可能な受光センサ48が埋設されており、該受光センサ48によって露光用の光をモニタしながら露光量(すなわち、光の照射時間、または照射強度、もしくはこれらの組み合わせ)が制御される。なお、受光センサ48が露光用の光を直接受光する場合を例に示したが、好ましくは、レジスト24を透過した光を受光センサ48が受光し、受光センサ48によってレジスト24を透過した光をモニタしながら露光量を制御する構成としてもよい。
図3は、ステージ20に埋設されている受光センサ48の配置例を示す平面透視図である。なお、図3では、ステージ20上に(具体的には図1の多孔質基板22上に)、4つのノズルプレート形成部50が設けられた例が示されている。
なお、ノズルプレート形成部50や受光センサ48の形状、配置数、配置位置については、多様な形態が可能であり、図3の例に限定されない。
図4は、図1に示した露光装置10に用いられる光源12及び照射光学系14の構成図である。図4に示すように、本例の露光装置10に用いられる照明ユニット60は、超高圧水銀ランプ61を光源とするものである。超高圧水銀ランプ61より発せられた光は、楕円集光ミラー62により集光され、平面反射ミラー63によって水平方向に光路を曲げられた後、インテグレーターレンズ64に入射する。
インテグレーターレンズ64によって照度分布が均一化された光は、光源フィルタ65によって透過波長域が選択された後、平面反射ミラー66によって鉛直方向に光路が曲げられ、コリメーターレンズ67に入射する。コリメーターレンズ67により平行光とされた光は、照度分布が均一な平行照射光として照射面68に向けて照射される。
なお、本例では、図5に示す超高圧水銀ランプ61の光源スペクトルのうち、主としてi線(波長=365nm)及びその近傍の波長域を利用するものとし、図4で説明した光学フィルタ65には、超高圧水銀ランプ61の光源スペクトルのうち、j線(313nm)や334nmなど、i線よりも短波長側の光をカットするフィルタが用いられる。
使用する光源の種類や波長は、上記の例に限定されず、使用するフォトレジストの感光特性との関係で適切な光源(波長)が選択される。本発明の実施に際し、照明用の光源として、固体レーザや半導体レーザ(例えば、波長:355nm、375nm、405nm)などを用いる態様も可能である。
図6は本例の露光マスク40で用いられる光干渉膜42における透過率の分光特性の一例を示すグラフである。横軸は波長、縦軸は透過率を示し、光の入射角度が0度、15度、30度、45度の場合の特性が示されている。図6に示されているとおり、光の入射角度が大きくなるにつれて(光が斜めから照射されると)、透過波長帯域が短波長側にシフトする特性を有する。
既述のとおり、本実施例では、露光用の光源として、超高圧水銀ランプ61のi線(波長=365nm)が主として用いられる(図4、図5参照)。図6において波長365nm(i線)に注目すると、入射角度が35度以上であるときには、略0%の透過率を示し、入射角度が小さくなるにつれて透過率が次第に上昇し、入射角度が0度(垂直入射)のときには透過率が最大(本例では30%程度)になる。このような入射角度の大小に応じて光の透過率が変化する特性を利用して、入射角度を切り替えながら露光が行われる。
次に、入射角度を可変する手段の構成について説明する。
図7は、本例の露光装置10におけるステージの傾斜回転機構及びその周辺の構成図である。なお、液浸容器16に液体を満たした液浸露光の場合を例に図示したが、ドライ露光時には液浸容器16に期待が満たされる。
ステージ20の回転軸21は、液浸容器16の底面を貫通する状態で取り付けられるが、この液浸容器16を貫く接続部分には、液浸容器16内の液体(例えば、純水70)がこの部分より漏れないように、防水加工が施されており、また、回転軸21の回転及び傾き角の調節(揺動)が可能なように、球面軸受72が設けられている。
すなわち、ステージ20の回転軸21は、液浸容器16の底面に取り付けられた球面軸受72を介して液浸容器16を貫いた状態で支持されており、回転軸21の下端は自由継手74を介してモータ76(「ステージ回転モータ」という)の出力軸78と連結されている。このステージ回転モータ76は、直動ガイド80に沿って摺動するスライダ82に固定されており、モータ(「傾斜揺動モータ」という)84の駆動によりスライダ82と共にステージ回転モータ76を直動ガイド80に沿って移動させることができる。
傾斜揺動モータ84の駆動によってスライダ82上のステージ回転モータ76を図7の左右方向に移動させることにより、球面軸受72における固定点86を中心にステージ20の回転軸21を揺動させることが可能であり、その揺動位置によって回転軸21の傾斜角(すなわち、テーブル面の傾斜角)を調節できる。これにより、露光マスク40に対する光の入射角度を変更できる。
また、ステージ回転モータ76の駆動によって出力軸78が回転することで、その回転力は自在継手74を介して回転軸21に伝達され、ステージ20が回転する。
ステージ20が収容される液浸容器16には、液体ポンプ88が設けられており、この液体ポンプ88により液浸用液体(ここでは純水70)の供給、排出が可能となっている。
液浸露光時には液体ポンプ88を介して液浸容器16内に純水70が導入され、液浸容器16内が純水70で満たされる。通常露光(ドライ露光時)には液浸容器16内から純水70が排出され、液浸容器16内が気体(例えば、空気)で置換される。
なお、液浸用の液体としては、純水70の他にも露光装置に用いることを意図して調合されてなる専用の液浸用液体があり、場合によっては、このような専用液を用いることも可能である。
液浸露光を行う場合、露光マスクの周囲を覆う液体による露光光の吸収が生じる。液面に対して光を垂直に入射させ、かつ露光マスク40に対し略垂直に光を照射する場合(垂直露光又は狭角入射露光の場合)は、液体中を進む光について露光マスク40に到達するまでの距離(光路長)が露光マスク40の各位置において概ね一定であるため、液体による露光光の吸収は、露光マスク40上の各位置について光量が均一(実質的に均一と見做せる範囲の分布を有する略均一も含む)に減衰する等の問題が生じるのみである。
しかしながら、液面に対して光を垂直に入射させ、かつ露光マスク40に対して入射角度が比較的大きい傾斜露光を行う場合では、露光光が液面に対し垂直に入射するため、液体中を進む光について露光マスク40に到達するまでの距離(光路長)が露光マスク40の各々の位置において場所によって異なる。この光路長の違いによる光吸収量の差によって露光マスク40上では光量分布が生じ、これによりレジスト24の露光が不均一となる。
具体的には、露光光が液体に入射した後、露光マスク40の表面に到達するまでの距離(光路長)が短い領域では、露光光の減衰は少ないため、露光マスク40の表面に到達する露光光の光量は比較的多く、露光マスク40裏面に塗布されたフォトレジストを充分感光することができるが、露光光が液体に入射した後、露光マスク40の表面に到達するまでの距離(光路長)が長い領域では、露光光の減衰は大きいため、露光マスク40の表面に到達する露光光の光量は光路長が短い場合に比べ少なく、同じ露光時間ではフォトレジストを充分感光することができない。一方、光路長の長い領域において、充分に露光が行われるような露光時間で露光を行うならば、光路長の短い領域において露光オーバーとなり、光路長の長い領域と同じ状態でフォトレジストが感光しないため、フォトレジストの感光が不均一となる。
このため、本実施形態では、液体中の傾斜露光時に露光マスク40上で均一な光量分布が得られるように、透過率分布を補正するための透過補正板18が用いられる。この透過補正板18は、液体に入射した光が露光マスク40に到達するまでの距離(光路長)に対応させた透過率分布を有する透過率傾斜基板であり、液体に入射した後、露光マスク40に到達するまでの距離(光路長)が長い領域では透過率が高く、液体に入射した後、露光マスク40に到達するまでの距離(光路長)が短い領域では透過率が低くなるように構成されている。
この透過補正板18は、液浸容器16の上部に開閉ヒンジ90を介して取り付けられており、当該透過補正板18は開閉ヒンジ90によって液浸容器16の天面を封止する位置及び天面から退避した露光領域外の位置に移動可能である。
本実施の形態では、垂直露光の際、又は入射角度が比較的小さい傾斜露光(「狭角傾斜回転露光工程」という。)の際には、透過補正板18を露光領域外に移動させ、入射角度が比較的大きい傾斜露光(「広角傾斜回転露光工程」という。)の際には透過補正板18を露光領域内である液浸容器16上の上部(天面を封止する位置)に移動させる。
厳密に言えば、垂直露光時又は狭角傾斜回転露光工程のときには、照度分布を生じることになるが、狭角テーパ状には、殆ど影響を与えず、実用上支障がない。なお、狭角傾斜露光工程のときも含めて、傾斜露光時の光の入射角度に対応して、それぞれ適切な透過補正板を複数種類用意しておき、傾斜露光時の光の入射角度に応じて、透過補正板を切り替えて使用する態様も可能である。
このような透過補正板18を用いることにより、照明ユニット60から入射した露光光が当該透過補正板18及び液浸用の液体である純水70を介し、露光マスク40に到達した際、露光マスク40上で露光光の光量が全面にわたり均一になる。こうして、傾斜回転中の光軸距離に応じた照度変化や、面内での照度分布も補正可能なため、比較的大きなサイズ(長尺)のノズルプレートを作製する場合でも、バラツキの少ない安定したノズル形成が可能となる。
また、液浸用液体である純水70の表面、即ち空気と接する境界の面と接するように透過補正板18を配置し、液体を充満した状態で露光を行うことにより、液体の波打ちや気泡の巻き込みなど液浸露光に特有の弊害を防止することができる。
液浸傾斜露光時に露光マスク40上での光量を均一化するための他の方法として、露光マスク40と液浸に用いられる液体の液面とを平行にする方法も考えられるが、液面と露光マスク40とを常に平行の状態に保つことは、そのための装置等が必要となりコストアップに繋がる。さらに、液面に対して大きな入射角度で光を入射させると(露光マスク40に対する露光光の入射角度が大きい場合)、露光光が液面で全反射してしまい、露光マスクに露光光が到達しないという問題もある。
具体的には、屈折率1.44の純水の場合、液面に対し45度前後の角度で光を入射させた場合、全反射してしまうため、これより大きな入射角度で光を入射させることはできない。よって、露光装置の構成上からも液面に対し垂直に露光光を入射させることが望ましく、液浸露光装置により傾斜露光により広角のテーパを形成する場合には、上記のような透過補正板を用いる態様が好ましい。
また、液浸容器16内には受光センサ92が設けられており、露光光が露光マスク40により反射された光の光量を測定することができる構成となっている。これにより、露光マスク40の取り付け位置やステージ20の傾斜角が所定の位置や角度に設置されているか否かを確認することができる。露光マスク40がステージ20に対して浮いている場合には、ステージ20の回転により反射光の照射の方向が変動するため、受光センサ92が検出する露光マスク40からの反射光量は、ステージ20の回転に伴い変化する。よって、この反射光量の変動により、露光マスク40がステージ20に確実に固定されているか否かを検出することができる。また、ステージ20の傾斜角度が所定の傾斜角度で設置されていない場合には、所定の傾斜角度となるように、受光センサ92における反射光量に基づき、ステージ20の傾斜角を調整することが可能である。
更に、本例では、上述のとおり、ステージ20の回転軸21、自在継手74、ステージ回転モータ76、直動ガイド80、スライダ82、及び傾斜揺動モータ84等によって傾斜機構部94が構成されているが、この傾斜機構部94とこれに支持されている液浸容器16及びステージ20を含む全体を露光光の光軸に平行な軸を中心として、水平面内で回転させることが可能な光軸回転モータ96が設けられている。光軸回転モータ96により、全体が光軸回りに回転する構成になっているため、光量分布の均一性をより一層高めることができる。
[ノズルプレートおよびノズルプレートの製造方法]
次に、本発明に係るノズルプレートの製造方法によって製造される各種のノズルプレートについて、その製造方法とともに、各実施形態に分けて、詳細に説明する。
(第1実施形態)
図8は、第1実施形態に係るノズルプレートの一例を示す断面図である。図面中の矢印Eは液体の吐出方向を示す。図8では、図示の便宜上、ノズル51が2つのみ描かれているが、ノズル51の数は特に限定されない。
図8において、ノズルプレート30aは、液体流入面302に開口したテーパ形状の複数のテーパ形状開口部51aを有するテーパ形状開口層31と、液体吐出面301に開口したR形状(曲面状)の複数のR形状開口部51bを有するR形状開口層32とを備える。
テーパ形状開口部51aは、ノズルプレート30aの厚さ方向において液体流入面302から液体吐出面301へ向って開口面積が狭くなる形状を有する。R形状開口部51bは、ノズルプレート30aの厚さ方向において液体流入面302から液体吐出面301へ向って開口面積が広くなる形状を有する。これらのテーパ形状開口部51aおよびR形状開口部51bは、互いに連結しており、いわゆる「くびれ」形状のノズル51を構成している。
ここで、R形状開口部51bは、少なくとも液体吐出面301側の周縁(エッジ)が曲面状となっている。言い換えると、R形状開口部51bは、液体吐出面301に連続する液体吐出側端部が丸みを有する形状となっている。
R形状開口層32は、ノズル51の配置パターンに対応する開口320が形成されている金属の薄膜からなる金属パターン膜321(第1の導電膜)と、金属パターン膜321のテーパ形状開口層31に接する面とは反対側(液体吐出側)の全面を覆うとともに、金属パターン膜321の開口320の縁から開口320の内壁面へオーバハングした金属の薄膜からなるオーバハング金属膜322(第2の導電膜)とによって構成されている。
このようなR形状開口層32のうちで少なくともオーバハング金属膜322は、露光用の光を透過しない非透光性を有している。
また、オーバハング金属膜322は、吐出液体に対して撥液性の材料を含む一方で、テーパ形状開口層31は、撥液性の材料を含まず、オーバハング金属膜322よりも撥液性を低く設定してある。すなわち、オーバハング金属膜322に対する液体の接触角は、テーパ形状開口層31に対する液体の接触角よりも、大きい。
言い換えると、テーパ形状開口部51aとR形状開口部51bとの境界(以下「くびれ位置」と称する)と、ノズル51内の撥液性領域と親液性領域との境界とを一致させた構造になっている。
図9は、図8のノズル51を拡大して示す拡大断面図である。図9において、テーパ形状開口部51aは、液体流入面302側から液体吐出面301側へ向けて開口幅(流路幅)が直線状に小さくなる形状(円錐台形状)を有している。R形状開口部51bは、液体流入面302側から液体吐出面301側へ向けて開口幅(流路幅)が曲線状に大きくなるR形状を有している。
なお、図9に示すテーパ形状開口部51aは、直線状に開口幅が小さくなる円錐台形状となっているが、図10に示すテーパ形状開口部51a’は、曲線状に開口幅が小さくなる形状(ドーム形状)となっている。このようなテーパ形状開口部51a’は、そのテーパ形状開口部51a’を形成するときの露光光の波長を短波化(例えば300nm以下)することにより得られる。
図9に示す円錐台形状のテーパ形状開口部51aを有するノズル51は、液体流入側に向けてテーパ形状開口部51aを広角化でき且つテーパ形状開口部51aが液体流入側において直線状なので、液体の流入性能及び吐出性能において優れている。一方で、図10に示すドーム形状のテーパ形状開口部51a’を有するノズル51は、液体流入側の開口面積を極小化する際に有利である。
金属パターン膜321の一例の平面図を図11に示す。図11において、金属パターン膜321の開口320は、ノズル51の配置パターン(例えば図33(a)に示すような2次元配列)と同じ配置パターンで形成されている。本例の金属パターン膜321の開口320は略円形状であり、開口320の半径は、ノズル51の「くびれ位置」の開口半径よりも、オーバハング金属膜322の膜厚だけ大きい。なお、ノズル51の開口および金属パターン膜321の開口320の形状は、本発明において、円形状に特に限定されない。
図12(A)〜(F)および図13(G)〜(I)は、図8のノズルプレート30aの製造処理例の説明に用いる工程図である。
まず、図12(A)に示すように、多数の孔を有する所謂ロータス(蓮根)型の多孔質基板22の一方の面の全面に、ドライフイルムレジスト(DFR)を貼り合わせてラミネートすることにより、ネガタイプのレジスト24を付着させて、感光層241を形成する。レジスト24の膜厚は、例えば20〜60μmとする。
多孔質基板22の材料としては、シリコン、セラミック、樹脂材料等が挙げられる。多孔質基板22の形成方法としては、シリコンの異方性エッチング、セラミック焼成、樹脂形成等が挙げられる。
多孔質基板22の構造としては、図14(A)に模式的に示すように、多孔質基板22の全体が多数の孔220を有する材料からなる蓮根形状の構造が一例として挙げられる。図14(B)に模式的に示すように、多数の微細孔を有する微細多孔質膜221を表面に付与した構造でもよい。
レジスト24は、所定の波長を有する露光用の光が照射されると現像時に除去されずに残るネガタイプの感光性を有するとともに、後述の共析電鋳で共析電鋳液中の導電性材料をほとんど析出させない程度の抵抗(非導電性)を有する。
なお、ドライフイルムレジスト(DFR)のラミネートによる付着に代えて、スピンコートやスキージ塗布を行ってもよい。
次に、多孔質基板22に付着させたレジスト24に対してベークを行う。
次に、図12(B)に示すように、多孔質基板22の感光層241が形成されている面に、リフトオフ法を用いて、ニッケル(Ni)の薄膜からなる金属パターン膜321を形成する。
金属パターン膜321の材料は、後述の共析電鋳の電極として使用可能な導電性材料であれば、ニッケルに特に限定されない。
金属パターン膜321の開口320の開口幅は、形成しようとするノズル51の「くびれ」位置(図8のテーパ形状開口部51aおよびR形状開口部51bの境界)の開口幅よりも、オーバハング金属膜322の膜厚(例えば1〜5μm)の略2倍だけ、大きい。
金属パターン膜321の形成は、リフトオフ法に特に限定されず、例えばトリミングやペースト印刷により行ってもよい。
次に、図12(C)に示すように、金属パターン膜321を一方の電極とし、電鋳成長側に対向電極を配置して、ニッケル(Ni)およびPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を含有する電鋳液(メッキ液)を用いて共析電鋳を行い、金属パターン膜321の感光層241形成側とは反対側の面(図中の上面)を覆うとともに、金属パターン膜321の開口320の縁からその開口320の内壁へオーバハングしたオーバハング金属膜322を形成する。ここで、共析電鋳は、オーバハング金属膜322が所定の膜厚(例えば1〜5μm)になるまで行う。
電鋳では、導電性材料である金属部分のみ析出が生じるので、金属パターン膜321の上面および開口320の内壁が、ニッケルおよび撥液性材料のPTFEを含有する薄膜のオーバハング金属膜322によって均一の膜厚で覆われ、金属パターン膜321の開口320の縁ではR形状(曲面形状)となる。R形状の曲率は、薄膜のオーバハング金属膜322の膜厚によって決まる。すなわち、高精細なR形状を有するオーバハング金属膜322が形成される。
また、共析電鋳により、撥液性材料のPTFEがニッケルとともにオーバハング金属膜322として共に析出するので、オーバハング金属膜322が導電性だけでなく撥液性を有することになる。
なお、共析電鋳用の電鋳液は、ニッケルおよびPTFEを含有する場合に特に限定されず、露光マスクとして使用可能且つ後述の電鋳の電極として使用可能な非透光性の導電性材料と、吐出液体に対して撥液性を有する撥液性材料とを含有し、これらの導電性材料および撥液性材料が共析される液体であればよい。
次に、図12(D)に示すように、感光層241のR形状開口層32が形成されている面に対して、斜め方向から露光用の光を照射させつつ、多孔質基板22を回転させて、R形状開口層32を露光マスク(図1の40)として用いて感光層241を感光させる露光(以下「傾斜回転露光」という)を行うことにより、R形状開口部51bのみに光を通過させて、レジスト24中にテーパ形状感光部25aを形成する。
このような傾斜回転露光は、図1の露光装置10のステージ20上に、図2(A)に示すように、多孔質基板22、レジスト24およびR形状開口層32からなる構造体を載置して行う。
次に、図12(E)に示すように、R形状開口部51b内にネガタイプのレジスト24を塗布し、R形状開口部51bを封止する。
次に、R形状開口部51b内のレジスト24に対してベークを行う。
次に、図12(F)に示すように、R形状開口層32に対して、露光用の光を垂直に照射し、R形状開口部51b内のレジスト24を感光させて、逆テーパ形状感光部25bを形成する。このような逆テーパ形状感光部25bによりテーパ形状感光部25aが補強される。
なお、図12(E)の工程でR形状開口部51b内にネガタイプのレジスト24を塗布し、このネガタイプのレジスト24を図12(F)の露光工程で感光させる場合を例に説明したが、図12(E)の工程でR形状開口部51b内にポジタイプのレジストを塗布し、図12(F)の露光工程を省略するようにしてもよい。また、レジスト以外の封止材料でR形状開口部51bを封止してもよい。
次に、現像を行って、感光層241の非感光部を除去する。そうすると、図13(G)に示すように、形成しようとするテーパ形状開口部(図8の51a)の型となるテーパ形状感光部25aと、R形状開口部51bを封止している逆テーパ形状感光部25bとが残る。
次に、テーパ形状感光部25aおよび逆テーパ形状感光部25bに対してベークを行う。
次に、図13(H)に示すように、テーパ形状感光部25aを型として用いるとともに、R形状開口層32(金属パターン膜321およびオーバハング金属膜322)を一方の電極とし、電鋳成長側に対向電極を配置して、ニッケルを含有する電鋳液で電鋳(ニッケル電鋳)を行い、テーパ形状開口部51aを有するテーパ形状開口層31を、R形状開口層32に接合させるようにして堆積する。テーパ形状開口層31の厚さは、例えば10〜50μmとする。
この電鋳時に、多孔質基板22を介して電鋳液や電流を速やかに流すことができる。多孔質基板22の側面側から電鋳液を循環させる手段も有効である。
次に、図13(I)に示すように、テーパ形状感光部25aおよび逆テーパ形状感光部25bを有機溶媒により除去するとともに、多孔質基板22を剥離する。図中の点線で示すようにテーパ形状開口層31の表面を研磨してもよい。
なお、図12(A)〜(F)を用いて2回の露光(図12(D)の傾斜回転露光および図12(F)の垂直露光)によりテーパ形状感光部25aおよび逆テーパ形状感光部25bを形成する場合を例に説明したが、このような場合に特に限定されない。
図15(A)〜(E)を用いて、一回の露光(傾斜回転露光のみ)でテーパ形状感光部25aおよび逆テーパ形状感光部25bを形成する場合について、説明する。
なお、図15(A)〜(C)は、それぞれ図12(A)〜(C)と同じである。図15(C)に示すように多孔質基板22、感光層241およびR形状開口層32が積層形成された状態で、図15(D)に示すように、R形状開口部51b内にネガタイプのレジスト24を塗布し、R形状開口部51bを封止する。次に、R形状開口部51b内のレジスト24に対してベークを行う。次に、図15(E)に示すように、傾斜回転露光によりテーパ形状感光部25aおよび逆テーパ形状感光部25bを一括形成する。傾斜回転露光については図12(D)を用いて既に説明し、また、その後の工程は図13(G)〜(I)を用いて既に説明した通りなので、ここではそれらの説明を省略する。
(第2実施形態)
図16は、第2実施形態に係るノズルプレートの一例を示す断面図である。図面中の矢印Eは液体の吐出方向を示す。図16では、図示の便宜上、ノズル51が2つのみ描かれているが、ノズル51の数は特に限定されない。なお、図16において、図8に示した第1実施形態のノズルプレート30aと同じ構成要素には、同じ符号を付してあり、既に説明した内容については、ここではその説明を省略する。
図16に示すように、本実施形態のノズルプレート30bは、液体吐出面301に、複数の凹形状のザグリ部33が形成されている。
図16のノズルプレート30bの液体吐出面301を見た底面図を図17に示す。図17の16V―16V線に沿った断面図が図16になっている。
図16および図17に示すように、本実施形態のノズルプレート30bは、テーパ形状開口層31と、R形状開口層32(金属パターン膜321およびオーバハング電鋳膜322)と、液体吐出面層323とからなる。液体吐出面層323には、ザグリ部33が形成されている。
ザグリ部33は、ノズルプレート30bの液体吐出面301に開口している一方で、ノズル51のR形状開口部51bに連結している。言い換えると、液体吐出面301に開口しているザグリ部33の底面にR形状開口部51bが連結している。ザグリ部28の開口面積は、ノズル51の液体吐出側端部の開口面積(R形状開口部51bの液体吐出側端部の開口面積である)よりも大きい。このようなザグリ部33は、ワイピング時やジャミング時にノズル51を保護する作用を有する。
図18(A)〜(F)および図19(G)〜(J)は、図16のノズルプレート30bの製造処理例の説明に用いる工程図である。
図18(A)〜(D)に示す工程は、それぞれ図12(A)〜(D)に示す第1実施形態の各工程と同じであり、ここでは簡単に説明しておくと、図18(A)に示すように、多孔質基板22の一方の面の全面にネガタイプのレジスト24を付着させて第1感光層241を形成し、図18(B)および(C)に示すように、R形状開口層32(金属パターン膜321およびオーバハング電鋳膜322)を形成し、図18(D)に示すように、傾斜回転露光によりテーパ形状感光部25aを形成する。
次に、図18(E)に示すように、R形状開口層32の第1感光層241が形成されている側とは反対側の面の全面に、さらにレジスト24を付着させて、第2感光層242を形成する。ここで、R形状開口部51b内にもレジストが充填される。
次に、レジスト24に対してベークを行う。
次に、図18(F)に示すように、形成しようとするザグリ部(図16の33)と同じ開口面積の開口410aを有する光遮断膜41aを露光マスク(図1の40)として用い、第2感光層242に対して略垂直に露光用の光を入射させる垂直露光を行い、形成しようとするザグリ部(図16の33)の型となる液体吐出面感光部25cを形成する。
なお、図18(F)では、光遮断膜41aを第2感光層242から離間して設けた場合を示しているが、このような場合に特に限定されず、光遮断膜41aを第2感光層242上に形成し、垂直露光後に除去するようにしてもよい。
次に、現像を行って、第1感光層241および第2感光層242の非感光部を除去する。そうすると、図19(G)に示すように、形成しようとするテーパ形状開口部(図16の51a)の型となるテーパ形状感光部25aと、形成しようとするザグリ部(図16の33)の型となる液体吐出面感光部25cとが、除去されないで残る。
次に、テーパ形状感光部25a、液体吐出面感光部25cに対してベークを行う。
次に、図19(H)に示すように、テーパ形状感光部25aを型として用い、ニッケル電鋳によりテーパ形状開口層31を形成する。この工程は第1実施形態の図13(H)に示した工程と同じであり、詳細な説明は省略する。テーパ形状開口層31の厚さは、例えば10〜50μmとする。
なお、前述の現像工程で除去されなかった液体吐出面感光部25cは、ザグリ部33の型として機能するだけでなく、R形状開口層32、テーパ形状感光部25aおよび多孔質基板22からなる構造体の剛性を向上させる機能も有し、これにより電鋳品質が安定する。
次に、図19(I)に示すように、液体吐出面感光部25cを型として用い、ニッケルおよびPTFEを含有する電鋳液を用いて共析電鋳を行い、ザグリ部33を有する液体吐出面層323を形成する。ここで、共析電鋳は、液体吐出面層323が所定の膜厚(例えば1〜5μm)になるまで行う。
次に、図19(J)に示すように、テーパ形状感光部25aおよび液体吐出面感光部25cを有機溶媒により除去するとともに、多孔質基板22を剥離する。テーパ形状開口層31の表面を研磨してもよい。
なお、図16〜図19を用いて液体吐出面301にザグリ部33を形成した場合を例に説明したが、このような場合に特に限定されない。液体吐出面301にR形状開口部51bの周囲に位置する凹形状の溝部(図24の35)を形成するようにしてもよい。液体吐出面301にザグリ部33および溝部の両方を形成してもよいし、溝部のみを形成するようにしてもよい。
(第3実施形態)
図20は、第3実施形態に係るノズルプレートの一例を示す断面図である。図面中の矢印Eは液体の吐出方向を示す。図20では、図示の便宜上、ノズル51が2つのみ描かれているが、ノズル51の数は特に限定されない。なお、図20において、図8に示した第1実施形態のノズルプレート30aと同じ構成要素には、同じ符号を付してあり、既に説明した内容については、ここではその説明を省略する。
図20に示すように、本実施形態のノズルプレート30cは、液体流入面302に、複数の凹形状の溝部34(凹部)が形成されている。
ノズルプレート30cの液体流入面302を見た拡大平面図を図21に示す。図21の20V―20V線に沿った断面図が図20になっている。
液体流入面302の溝部34は、各ノズル50の周囲に、ノズル50の中心軸線を中心に対称に形成されている。なお、図21には弧形状の溝部34が一例として示されているが、液体流入面302の溝部34の形状は特に限定されない。
溝部34は、ノズルプレート30cと他の流路構成部材(例えば図34の156)との接合時や、環境温度の変化時に、ノズルプレート30cに発生する熱応力を緩和する作用がある。
図22(A)〜(E)および図23(F)〜(H)は、図20のノズルプレート30cの製造処理例の説明に用いる工程図である。
まず、図22(A)に示すように、多孔質基板22の一方の面の全面に、ドライフイルムレジスト(DFR)を貼り合わせてラミネートすることにより、ネガタイプのレジスト24を付着させて感光層241を形成する。レジスト24の膜厚は、例えば20〜60μmとする。
次に、感光層241に対してベークを行う。
次に、図22(B)に示すように、形成しようとする溝部(図20の34)と同じ開口面積の開口410bを有する光遮断膜41bを露光マスク(図1の40)として用いて、この光遮断膜41bを介して感光層241を垂直露光することにより、後の工程(図22(E)に示す)で形成しようとするテーパ形状感光部25aを支持する支持感光部25d(支持材)を形成する。ここで、垂直露光は、感光層241に対して垂直に(すなわち入射角度を0度にして)露光用の光を入射させつつ、且つ、感光層241の露光された部分が感光層241の厚さ方向に貫通するまで感光層241を感光させる。
次に、光遮断膜41bを有機溶媒により除去する。
図22(C)〜(E)に示す工程は、それぞれ図12(B)〜(D)に示した第1実施形態の各工程と同じであり、既に説明したので、ここでは詳細な説明を省略する。簡単に説明しておくと、図22(C)および図22(D)に示すように、R形状開口層32(金属パターン膜321およびオーバハング金属膜322)を形成し、図22(E)に示すように、傾斜回転露光により、R形状開口層32を露光マスク(図1の40)として用いてR形状開口部51bのみに光を通過させて、感光層241中にテーパ形状感光部25aを形成する。
次に、現像を行って、感光層241の非感光部を除去する。そうすると、図23(F)に示すように、形成しようとするテーパ形状開口部(図20の51a)の型となるテーパ形状感光部25aと、テーパ形状感光部25aを支持する支持感光部25dとが残る。支持感光部25dは、R形状開口層32(具体的には金属パターン膜321)と多孔質基板22との間に介在する。
また、支持感光部25dは、図20および図21に示す溝部34の型となる。支持感光部25dは、テーパ形状感光部25aの周囲に位置し、テーパ形状感光部25aの中心軸線(すなわちノズル51の中心軸線)を中心に対称に形成される。詳細には、テーパ形状感光部25aの中心軸線を中心に対称に支持感光部25dが配置されるとともに、テーパ形状感光部25aの中心軸線を中心に対称な形状で支持感光部25dが形成される。
次に、図23(G)に示すように、テーパ形状感光部25aおよび支持感光部25dを型として用いるとともに、R形状開口層32(金属パターン膜321およびオーバハング金属膜322)を電極として用いて、ニッケルを含有する電鋳液で電鋳(ニッケル電鋳)を行い、テーパ形状開口部51aおよび溝部34を有するテーパ形状開口層31を堆積する。テーパ形状開口層31の厚さは、例えば10〜50μmとする。
次に、図23(H)に示すように、テーパ形状感光部25aおよび支持感光部25dを有機溶媒により除去するとともに、多孔質基板22を剥離する。なお、テーパ形状開口層31の表面を研磨してもよい。
(第4実施形態)
図24は、第4実施形態に係るノズルプレートの一例を示す断面図である。図面中の矢印Eは液体の吐出方向を示す。図24では、図示の便宜上、ノズル51が2つのみ描かれているが、ノズル51の数は特に限定されない。なお、図24において、図16に示した第2実施形態のザグリ部33付きノズルプレート30bと同じ構成要素には、同じ符号を付してあり、既に説明した内容については、ここではその説明を省略する。
図24に示すように、本実施形態のノズルプレート30dは、液体流入面302に、複数の凹形状の溝部34が形成されているとともに、液体吐出面301に複数の凹形状の溝部35および複数の凹形状のザグリ部33が形成されている。
図24のノズルプレート30dの液体吐出面301を見た底面図を図25に示す。図25の24V―24V線に沿った断面図が図24になっている。
図25において、液体吐出面301の溝35は、ノズル51列間に配設されている。
図24および図25に示すように、本実施形態のノズルプレート30は、テーパ形状開口層31と、R形状開口層32(金属パターン膜321およびオーバハング電鋳膜322)と、液体吐出面層324とからなる。液体吐出面層324には、溝部35およびザグリ部33が形成されている。
なお、図25には帯状の溝部35が一例として示されているが、液体吐出面301の溝部35の形状は特に限定されない。
図22(A)〜(E)および図26(F)〜(H)は、図24のノズルプレート30dの製造処理例の説明に用いる工程図である。
なお、図22(A)〜(E)に示す工程は、第3実施形態と同じであり、既に説明したので、ここではその説明を省略する。
図22(E)に示す傾斜回転露光によりテーパ形状感光部25aを形成した後、図26(F)に示すように、R形状開口層32の第1感光層241が形成されている側とは反対側の面の全面に、さらにレジスト24を付着させて第2感光層242を形成する。ここで、R形状開口部51b内にもレジストが充填される。
次に、レジスト24に対してベークを行う。
次に、図26(G)に示すように、形成しようとする液体吐出面301側の溝部(図24の35)と同じ幅の開口410cと、形成しようとするザグリ部(図24の33)と同じ開口面積の開口410aとを有する光遮断膜41cを露光マスク(図1の40)として用い、第2感光層242に対して略垂直に露光用の光を入射させる垂直露光を行い、形成しようとする溝部35およびザグリ部33の型となる液体吐出面感光部25eを形成する。
なお、図26(G)では、光遮断膜41cを第2感光層242から離間して設けた場合を示しているが、このような場合に特に限定されず、光遮断膜41cを第2感光層242上に形成し、垂直露光後に除去するようにしてもよい。
次に、現像を行って、第1感光層241および第2感光層242の非感光部を除去する。そうすると、図26(H)に示すように、形成しようとするテーパ形状開口部(図24の51a)の型となるテーパ形状感光部25aと、形成しようとする溝部(図24の35)およびザグリ部(図24の33)の型となる液体吐出面感光部25eとが除去されないで残る。
次に、テーパ形状感光部25aおよび液体吐出面感光部25eに対してベークを行う。
次に、図26(I)に示すように、テーパ形状感光部25aを型として用い、ニッケル電鋳によりテーパ形状開口層31を形成する。この工程は第1実施形態の図13(H)に示した工程と同じであり、詳細な説明は省略する。テーパ形状開口層31の厚さは、例えば10〜50μmとする。
なお、前述の現像工程で除去されなかった液体吐出面感光部25eは、液体吐出面301の溝部35およびザグリ部33の型として機能するだけでなく、R形状開口層32、テーパ形状感光部25aおよび多孔質基板22からなる構造体の剛性を向上させる機能も有し、この機能により電鋳品質が安定する。
次に、図26(J)に示すように、液体吐出面感光部25eを型として用い、ニッケルおよびPTFEを含有する電鋳液を用いて共析電鋳を行い、ザグリ部33および溝部35を有する液体吐出面層324を形成する。ここで、共析電鋳は、液体吐出面層324が所定の膜厚(例えば1〜5μm)になるまで行う。
次に、図26(K)に示すように、テーパ形状感光部25aおよび液体吐出面感光部25eを有機溶媒により除去するとともに、多孔質基板22を剥離する。テーパ形状開口層31の表面を研磨してもよい。
(第5実施形態)
図27は、第5実施形態に係るノズルプレートの一例を示す断面図である。図面中の矢印Eは液体の吐出方向を示す。図27では、図示の便宜上、ノズル51が2つのみ描かれているが、ノズル51の数は特に限定されない。図28は、ひとつのノズル51を拡大して示す拡大断面図である。なお、図27、図28において、図8の第1実施形態のノズルプレート30aと同じ構成要素、図16の第2実施形態のノズルプレート30bと同じ構成要素、図20の第3実施形態のノズルプレート30c、および、図24の第4実施形態のノズルプレート30dと同じ構成要素には、同じ符号を付してあり、既に説明した内容については、ここではその説明を省略する。
図27および図28に示すように、本実施形態のノズルプレート30eのノズル51は、テーパ形状開口部51aと、テーパ形状開口部51aに連続するストレート形状開口部51cと、ストレート形状開口部51cに連続するR形状開口部51bとからなる。テーパ形状開口部51aは、ノズルプレート30eの厚さ方向において液体流入面302から液体吐出面301に向って開口面積が狭くなる形状を有している。ストレート形状開口部51cは、ノズルプレート30eの厚さ方向において開口面積が等しい形状を有している。R形状開口部51bは、ノズルプレート30eの厚さ方向において液体流入面302から液体吐出面301に向って開口面積が広くなる形状を有している。
また、本実施形態のノズルプレート30eは、液体吐出面301に複数の凹形状のザグリ部33が形成されており、液体流入面302に複数の凹形状の溝34が形成されている。ザグリ部33は、図24に示した第4実施形態のノズルプレート30dのものと同じであり、液体流入面302の溝34は、図24に示した第4実施形態のノズルプレート30dのものと同じであり、既に説明したので、ここではその説明を省略する。
図27および図28に示すように、本実施形態のノズルプレート30eは、テーパ形状開口部51aおよびストレート形状開口部51cが形成されているテーパ形状開口層31と、R形状開口部51bが形成されているR形状開口層32(金属パターン膜321およびオーバハング電鋳膜322)と、液体吐出面層323からなる。また、テーパ形状開口層31には溝34が形成されており、液体吐出面層323には、ザグリ部33が形成されている。
なお、図27には、液体流入面302のみに溝34が形成されている場合を示しているが、このような場合に特に限定されず、図24に示した第4実施形態のノズルプレート30dのように、液体吐出面301にも溝35が形成されていてもよい。
図29(A)〜(G)および図30(H)〜(K)は、図27のノズルプレート30eの製造処理例の説明に用いる工程図である。
図29(A)〜(D)に示す工程は、それぞれ図22(A)〜(D)に示す第3実施形態における各工程と同じであり、ここでは簡単に説明しておくと、図29(A)に示すように、多孔質基板22の一方の面の全面にネガタイプのレジスト24を付着させて第1感光層241を形成し、図29(B)に示すように、支持感光部25dを形成し、図29(C)および(D)に示すように、R形状開口部51bを有するR形状開口層32(金属パターン膜321およびオーバハング電鋳膜322)を形成する。
次に、図29(E)に示すように、R形状開口層32の第1感光層241が形成されている側とは反対側の面の全面に、さらにネガタイプのレジスト24を付着させて第2感光層242を形成する。ここで、R形状開口部51b内にもレジスト24が充填され、第1感光層241と第2感光層242とがR形状開口部51bを介して連結する。
次に、レジスト24に対してベークを行う。
次に、図29(F)に示すように、第1感光層241のR形状開口層32が形成されている側の面(本例では第2感光層242が形成されている面である)に対して、略垂直に露光用の光を入射させる垂直露光を行い、光遮断膜41aと光干渉膜42とを積層形成した露光マスク40およびR形状開口層32を用いて、第1感光層241および第2感光層242を感光させる。
ここで、光遮断膜41aは、図18(F)に示す第2実施形態で用いた光遮断膜41aと同じである。すなわち、光遮断膜41aは、露光用の光を透過しない材料からなり、形成しようとするザグリ部(図27の33)の開口面積と同じ開口面積の開口410aを有する。
なお、本例では、図27に示すように液体吐出面301にザグリ部33を形成するための光遮断膜41aを用いるが、図24に示す第4実施形態のノズルプレート30dと同様に、液体吐出面301にザグリ部33とともに溝部(図24の35)を形成しようとする場合には、図26(G)に示す光遮断膜41cを用いる。
光干渉膜42は、露光用の光の入射角度の大小に応じて露光用の光の透過率が変化する特性を有する。また、光干渉膜42は、形成しようとするストレート形状開口部(図27の51c)の開口面積よりも小さい開口面積の開口420を有する。
本例の光干渉膜42は、露光用の光の入射角度が大きくなるにつれて透過率が減少する。例えば、図6に示すように、露光用の光として、i線(波長=365nm)を用い、光干渉膜42として、入射角度が例えば35度であるときには略0%の透過率を示し、入射角度が0度(垂直入射)のときには透過率が最大(本例では30%以上)になる特性を有するものを用いる。なお、露光に用いる光の波長や、利用する入射角度に応じて異なる特性の光干渉膜を用いてもよい。
図29(F)の露光工程では、第1感光層241および第2感光層242に対する光の入射角度が0度であり、光干渉膜42を露光用の光が透過して、第1感光層241および第2感光層242中にビス形状感光部25fが形成される。このビス形状感光部25fは、R形状開口部(図27の51b)に対応する周状側面26b(R形状側面)と、ストレート形状開口部(図27の51c)に対応する周状側面26c(ストレート形状側面)を有する。ストレート形状側面26cは、R形状側面26bに連続している。
次に、図29(G)に示すように、第1感光層241のR形状開口層32が形成されている側の面(本例では第2感光層242が形成されている面である)に対して、斜め方向から露光用の光を入射させつつ多孔質基板22を回転させる傾斜回転露光を行い、光遮断膜41dおよび光干渉膜42を積層形成した露光マスク40を用い、第1感光層241を感光させる。
図29(G)に示す傾斜回転露光では、光干渉膜42を露光用の光が透過せず、図29(F)に示すビス形状感光部25fが図29(G)に示す鼓形状感光部24gに変形する。この鼓形状感光部25gは、R形状開口部(図27の51b)に対応する周状側面26b(R形状側面)と、ストレート形状開口部(図27の51c)に対応する周状側面26c(ストレート形状側面)と、テーパ形状開口部(図27の51a)に対応する周状側面26a(テーパ形状側面)を有する。テーパ形状側面26aは、ストレート形状側面26cに連続している。
言い換えると、図29(F)の垂直露光によって、R形状側面26bおよびストレート形状側面26cが形成され、図29(G)の傾斜回転露光によって、テーパ形状側面26aが形成される。
なお、図29(F)および(G)では、光遮断膜41aおよび光干渉膜42からなる露光マスク40を第2感光層242から離間して設けた場合を示しているが、このような場合に限定されず、露光マスク40を第2感光層242上に形成し、垂直露光後に除去するようにしてもよい。
次に、現像を行って、第1感光層241および第2感光層242の非感光部を除去する。そうすると、図30(A)に示すように、鼓形状感光部25gと、支持感光部25dとが残る。
次に、鼓形状感光部25gおよび支持感光部25dに対してベークを行う。
次に、図30(I)に示すように、鼓形状感光部25gおよび支持感光部25dを型として用いるとともに、R形状開口層32(金属パターン膜321およびオーバハング金属膜322)を電極として用いて、ニッケルを含有する電鋳液で電鋳(ニッケル電鋳)を行い、多孔質基板22とR形状開口層32との間に、テーパ形状開口部51aおよびストレート形状開口部51cを有するテーパ形状開口層31を堆積する。テーパ形状開口層31の厚さは、例えば10〜50μmとする。
次に、図30(J)に示すように、鼓形状感光部25gを型として用いるとともに、R形状開口層32(主としてオーバハング金属膜322)を電極として用いて、ニッケルおよびPTFEを含有する電鋳液で共析電鋳を行い、R形状開口層32のオーバハング金属膜322上に、ザグリ部33としての開口を有する撥液性の液体吐出面層323を形成する。
次に、図30(K)に示すように、鼓形状感光部25gおよび支持感光部25dを有機溶媒により除去するとともに、多孔質基板22を剥離する。テーパ形状開口層31の表面を研磨してもよい。
なお、液体吐出面301にザグリ部33を形成する場合を例に説明したが、液体吐出面301に溝部(図24の35)を形成するようにしてもよい。液体吐出面301にザグリ部33および溝部35の両方を形成してもよい。
また、液体吐出面301にザグリ部33も溝部35も形成しない場合には、図29(E)に示す第2感光層242を省略するとともに、図29(F)に示す垂直露光工程において、光遮断膜および光干渉膜からなる露光マスク40を用いないでR形状開口層32のみを用いて垂直露光を行ってもよく、また、図29(F)に示す傾斜回転露光工程において、形成しようとするストレート形状開口部(図27の51c)の開口面積よりも小さい開口面積の開口420を有する光遮断膜(図示省略)を用いて傾斜回転露光を行ってもよい。
〔インクジェット記録装置の全体構成〕
次に、本発明の実施形態に係るノズルプレートの製造方法によって製造されたノズルプレートを用いたインクジェットヘッドを備えるインクジェット記録装置の例について説明する。
図31は、本発明の実施形態に係る画像形成装置であるインクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。図31に示すように、このインクジェット記録装置210は、インクの色毎に設けられた複数の液体吐出ヘッド(以下、単に「ヘッド」と称する場合あり)212K、212C、212M、212Yを有する印字部212と、各ヘッド212K、12C、12M、12Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部214と、記録紙216を供給する給紙部218と、記録紙216のカールを除去するデカール処理部220と、ヘッド212K、212C、212M、212Yのノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録紙216(記録媒体)の平面性を保持しながら記録紙216を搬送する吸着ベルト搬送部222と、印字部212による印字結果を読み取る印字検出部224と、印画済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部226を備えている。
インク貯蔵/装填部214は、各ヘッド212K,212C,212M,212Yに対応する色のインクを貯蔵するインクタンクを有し、各タンクは所要の管路を介してヘッド212K,212C,212M,212Yと連通されている。また、インク貯蔵/装填部214は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段(表示手段、警告音発生手段)を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
図26では、給紙部218の一例としてロール紙(連続用紙)のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。
給紙部218から送り出される記録紙216はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部220においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム230で記録紙216に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
デカール処理後、カッター228によって、所定のサイズにカットされた記録紙216は、吸着ベルト搬送部222へと送られる。吸着ベルト搬送部222は、ローラ231、232間に無端状のベルト233が巻き掛けられた構造を有し、少なくともヘッド212K、212C、212M、212Yのノズル面及び印字検出部224のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。
ベルト233は、記録紙216の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔(不図示)が形成されている。図31に示したとおり、ローラ231、232間に掛け渡されたベルト233の内側において印字部212のノズル面及び印字検出部224のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー234が設けられており、この吸着チャンバー234をファン235で吸引して負圧にすることによってベルト233上の記録紙216が吸着保持される。
ベルト233が巻かれているローラ231、232の少なくとも一方にモータ(不図示)の動力が伝達されることにより、ベルト233は図31において、時計回り方向に駆動され、ベルト233上に保持された記録紙216は、図31の左から右へと搬送される。なお、吸引吸着方式に代えて、静電吸着方式の搬送機構を用いる態様も可能である。
縁無しプリント等を印字するとベルト233上にもインクが付着するので、ベルト233の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部236が設けられている。ベルト清掃部236の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。
吸着ベルト搬送部222により形成される用紙搬送路上において印字部212の上流側には、加熱ファン240が設けられている。加熱ファン240は、印字前の記録紙216に加熱空気を吹きつけ、記録紙216を加熱する。印字直前に記録紙216を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
印字部212の各ヘッド212K,212C,212M,212Yは、当該インクジェット記録装置210が対象とする記録紙216の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録媒体の少なくとも一辺を超える長さ(描画可能範囲の全幅)にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている(図32参照)。
ヘッド212K,212C,212M,212Yは、記録紙216の送り方向に沿って上流側から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の色順に配置され、それぞれのヘッド212K,212C,212M,212Yが記録紙216の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。
吸着ベルト搬送部222により記録紙216を搬送しつつ各ヘッド212K,212C,212M,212Yからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙216上にカラー画像を形成し得る。
このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド212K,212C,212M,212Yを色別に設ける構成によれば、紙送り方向(副走査方向)について記録紙216と印字部212を相対的に移動させる動作を1回行うだけで(すなわち1回の副走査で)、記録紙216の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシリアルスキャン型(シャトル型)ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
本例では、KCMYの標準色(4色)の構成を例示したが、インク色や色数の組合せについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するインクジェットヘッドを追加する構成も可能である。また、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。
図31に示した印字検出部224は、印字部212の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ(ラインセンサ又はエリアセンサ)を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像から、ノズルの目詰まりや着弾位置ずれなどの吐出不良をチェックする手段として機能する。各色のヘッド212K,212C,212M,212Yにより印字されたテストパターン又は実技画像が印字検出部224により読み取られ、各ヘッドの吐出判定が行われる。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定などで構成される。
印字検出部224の後段には後乾燥部242が設けられている。後乾燥部242は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。
後乾燥部242の後段には、加熱・加圧部244が設けられている。加熱・加圧部244は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ245で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
こうして生成されたプリント物は排紙部226から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置210では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部226A、226Bへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター(第2のカッター)248によってテスト印字の部分を切り離す。また、図26には示さないが、本画像の排出部226Aには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。
〔ヘッドの構造〕
次に、ヘッドの構造について説明する。色別の各ヘッド212K,212C,212M,212Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号250によってヘッドを示すものとする。
図33(a)はヘッド250の構造例を示す平面透視図である。図33(a)に示すように、本例のヘッド250は、インク滴の吐出口であるノズル51と、各ノズル51に対応する圧力室252等からなるインク室ユニット(1ノズルに対応した記録素子単位となる液滴吐出素子)253を千鳥でマトリクス状に(2次元的に)配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向(紙送り方向と直交する方向)に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔(投影ノズルピッチ)の高密度化を達成している。なお、ノズル51は、図8、図16、図20、図24、図27等において符号51で説明したノズルである。
なお、記録媒体216の送り方向(矢印S方向;副走査方向)と略直交する方向(矢印M方向;主走査方向)に、記録媒体216の全幅に対応する長さ以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図33(a)の構成に代えて、図33(b)に示すように、複数のノズル51が2次元に配列された短尺のヘッドユニット250’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで長尺化し、記録媒体216の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。
各ノズル51に対応して設けられている圧力室252は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル51への流出口と供給インクの流入口(供給口)254が設けられている。なお、圧力室252の形状は、本例に限定されず、平面形状が四角形(菱形、長方形など)、五角形、六角形その他の多角形、円形、楕円形など、多様な形態があり得る。また、ノズル51や供給口254の配置も図33(a)、(b)に示す配置に限定されず、例えば、圧力室252の略中央部にノズル51を配置してもよいし、圧力室252の側壁側に供給口254を配置してもよい。
図34は1チャンネル分の液滴吐出素子(1つのノズル51に対応したインク室ユニット253)の立体的構成を示す断面図である。図34では、図20で説明した第3実施形態のノズルプレート30cを備えたヘッド250の例を示したが、他の実施形態のノズルプレート(図8の30a、図16の30b、図24の30d、図27の30e)を採用する構成も可能である。
図34に示すように、ヘッド250は、ノズルプレート30、連通板156、共通流路形成プレート260、絞り板262、圧力室形成プレート264、振動板266及び圧電素子268を積層接合した構造から成る。
連通板156は、圧力室252からノズル51へと繋がる連通路(ノズル流路)270の一部を形成するとともに、各圧力室252にインクを供給するための共通流路272の床面を形成する部材である。共通流路形成プレート260は、共通流路272の側壁部となる部分を形成するとともに、連通路270の一部を形成する流路形成部材である。
絞り板262は、共通流路272から圧力室252にインクを導く個別供給路の絞り部(最狭窄部)としてのインク供給口254を形成するとともに、連通路270の一部を形成する流路形成部材である。圧力室形成プレート264は、圧力室252の側壁部となる部分を形成する流路形成部材である。
振動板266は、圧力室252の一部の面(図29おいて天面)を構成する部材であるとともに、ステンレス鋼(SUS)などの導電性材料から成り、各圧力室252に対応して配置される複数の圧電素子268の共通電極を兼ねる。なお、樹脂などの非導電性材料によって振動板を形成する態様も可能であり、この場合は、振動板部材の表面に金属などの導電材料による共通電極層が形成される。
振動板266の圧力室252側と反対側(図34において上側)の表面には、各圧力室252に対応する位置に、圧電体274が設けられており、該圧電体274の上面(共通電極を兼ねる振動板266に接する面と反対側の面)に個別電極275が形成されている。この個別電極275と、これに対向する共通電極(ここでは振動板266が兼ねる)と、これら電極間に挟まれるように介在する圧電体274とで圧電素子(「アクチュエータ」に相当)268が構成される。圧電体274には、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムなどの圧電材料が好適に用いられる。
図34の構成において、共通流路272はインク供給源たるインクタンク(図34中不図示、図31においてインク貯留/装填部214と等価なもの)と連通しており、インクタンクから供給されるインクは図34の共通流路272を介して各圧力室252に供給される。
圧力室252にインクを充填した状態で、個別電極275と共通電極(振動板266で兼用)と間に駆動電圧を印加することによって圧電素子268が変形して圧力室252の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル51からインクが吐出される。インク吐出後、圧電素子268の変位が元に戻る際に、共通流路272からインク供給口254を通って新しいインクが圧力室252に再充填される。
なお、図34に示すように、テーパ形状開口層31を液体流入側に配置し、R形状開口層32を液体吐出側に配置した場合について説明してきたが、図35に示すように、テーパ形状開口層31を液体吐出側に配置し、R形状開口層32を液体流入側に配置するようにしてもよい。そうすると、液体流入側には、流路抵抗が小さいR形状開口部51bが配置され、このR形状開口部51bを有するR形状開口層32を薄くしても、液体吐出側には、広角のテーパ形状開口部51aを有するとともにR形状開口層32よりも厚いテーパ形状開口層31がR形状開口層32の補強層として配置されることになる。すなわち、ノズル開口付近の剛性を低下させずに、液体流入側のノズル抵抗を一層低下させることが可能となる。
図35では、図20で説明した第3実施形態のノズルプレート30cを備えたヘッド250の例を示したが、他の実施形態のノズルプレート(図8の30a)を採用する構成も可能である。
図36は、インクジェット記録装置210におけるインク供給系及び吐出回復装置(メンテナンスユニット)の構成を示した概要図である。インクタンク290はヘッド250にインクを供給するための基タンクであり、図31で説明したインク貯蔵/装填部214に設置される。インクタンク290の形態には、インク残量が少なくなった場合に、補充口(図示省略)からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を替える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じて吐出制御を行うことが好ましい。
図36に示したように、インクタンク290とヘッド250を繋ぐ管路の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ292が設けられている。フィルタ・メッシュサイズはヘッド250のノズル径と同等若しくはノズル径以下(一般的には、20μm程度)とすることが好ましい。
なお、図36には示さないが、ヘッド250の近傍又はヘッド250と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。
また、インクジェット記録装置210には、ノズルの乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ294と、ノズル面250Aの清掃手段としてのクリーニングブレード296とが設けられている。
これらキャップ294及びクリーニングブレード296を含むメンテナンスユニットは、図示を省略した移動機構によってヘッド250に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置からヘッド250下方のメンテナンス位置に移動されるようになっている。
キャップ294は、図示しない昇降機構によってヘッド250に対して相対的に昇降変位される。昇降機構は、電源OFF時や印刷待機時にキャップ294を所定の上昇位置まで上昇させ、ヘッド250に密着させることにより、ノズル面250Aのノズル領域をキャップ294で覆うようになっている。また、このキャップ294は、ノズル吸引のための吸引手段として機能するとともに、予備吐出のインク受けとしても機能し得る。
クリーニングブレード296は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示を省略したブレード移動機構によりヘッド250のインク吐出面(ノズル面250A)に摺動可能である。ノズル面250Aにインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード296をノズル面250Aに摺動させることでノズル面250Aを拭き取り、ノズル面250Aを清浄化するようになっている。
印字中又は待機中において、特定のノズル51の使用頻度が低くなり、そのノズル51近傍のインク粘度が上昇した場合、粘度が上昇して劣化したインクを排出すべく、キャップ294に向かって予備吐出が行われる。
すなわち、ヘッド250は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用のアクチュエータ(圧電素子268)が動作してもノズル51からインクが吐出しなくなる。したがって、この様な状態になる手前で(圧電素子268の動作によってインク吐出が可能な粘度の範囲内で)、インク受けに向かって圧電素子268を動作させ、粘度が上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。また、ノズル面250Aの清掃手段として設けられているクリーニングブレード296等のワイパーによってノズル面250Aの汚れを清掃した後に、このワイパー摺擦動作によってノズル51内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。なお、予備吐出は、「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」などと呼ばれる場合もある。
また、ヘッド250内のインク(圧力室252内のインク)に気泡が混入した場合、ヘッド250にキャップ294を当て、吸引ポンプ297で圧力室252内のインク(気泡が混入したインク)を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク298へ送液する。この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも行われ、粘度が上昇して固化した劣化インクが吸い出され除去される。
具体的には、ノズル51や圧力室252内に気泡が混入したり、ノズル51内のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、圧電素子268を動作させる予備吐出ではノズル51からインクを吐出できなくなる。このような場合、ヘッド250のノズル面250Aに、キャップ294を当てて圧力室252内の気泡が混入したインク又は増粘インクをポンプ297で吸引する動作が行われる。
ただし、上記の吸引動作は、圧力室252内のインク全体に対して行われるためインク消費量が大きい。したがって、粘度上昇が少ない場合はなるべく予備吐出を行うことが好ましい。また、好ましくは、キャップ294の内側が仕切壁によってノズル列に対応した複数のエリアに分割されており、これら仕切られた各エリアをセレクタ等によって選択的に吸引できる構成とする。
なお、本実施形態ではフルラインヘッドを例示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、記録媒体の幅よりも短い長さのノズル列を有する短尺のヘッドを記録媒体の幅方向に走査させながら、記録媒体の幅方向の印字を行うシリアル型(シャトルスキャン型)ヘッドにも適用可能である。
また、上述の実施形態においては、インクジェットヘッドのノズルプレートを製造する方法について説明したが、本発明に係るノズルプレートの製造方法により製造されるノズルプレートの適用範囲は上述したインクジェト記録装置に限らず、工業用の精密塗布装置、レジスト印刷装置、電子回路基板の配線描画装置、染色加工装置など、液体を吐出(噴射)する各種の液滴吐出装置に用いられる液滴吐出ヘッドに適用可能である。
本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。
本発明の実施形態に係るノズルプレートの製造方法に用いられる露光装置の一例を示す構成図 露光装置の露光部の拡大図 ステージに取り付けられた受光センサの配置例を示す平面図 露光装置に用いられる照明ユニットの構成図 光源スペクトルの一例を示す図 光干渉膜の一例の透過率特性(入射角度依存性)を示すグラフ 露光装置における傾斜回転機構の例を示す構成図 第1実施形態のノズルプレートの一例を示す断面図 図8のノズルの拡大断面図 他のノズルの拡大断面図 図8のノズルプレートの金属パターン膜の一例を示す平面図 第1実施形態のノズルプレートの一例の製造方法の説明に用いる工程図 第1実施形態のノズルプレートの一例の製造方法の説明に用いる工程図 多孔質基板の例を示す説明図 第1実施形態のノズルプレートの他の例の製造方法の説明に用いる工程図 第2実施形態のノズルプレートの一例を示す断面図 図16のノズルプレートの液体吐出側の面を示す底面図 第2実施形態のノズルプレートの一例の製造方法の説明に用いる工程図 第2実施形態のノズルプレートの一例の製造方法の説明に用いる工程図 第3実施形態のノズルプレートの一例を示す断面図 図20のノズルプレートの液体流入側の面を示す平面図 第3実施形態のノズルプレートの一例の製造方法の説明に用いる工程図 第3実施形態のノズルプレートの一例の製造方法の説明に用いる工程図 第4実施形態のノズルプレートの一例を示す断面図 図24のノズルプレートの液体吐出側の面を示す底面図 第4実施形態のノズルプレートの一例の製造方法の説明に用いる工程図 第5実施形態のノズルプレートの一例を示す断面図 図8のノズルの拡大断面図 第5実施形態のノズルプレートの一例の製造方法の説明に用いる工程図 第5実施形態のノズルプレートの一例の製造方法の説明に用いる工程図 本発明に係る画像形成装置の一例としてのインクジェット記録装置の全体構成図 図31のインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図 本発明係る液体吐出ヘッドの一例の構造例を示す平面透視図 液体吐出ヘッドの内部構造の一例を示す断面図 液体吐出ヘッドの内部構造の他の例を示す断面図 インクジェット記録装置におけるインク供給系の概略構成図
符号の説明
10…露光装置、12…光源、14…照射光学系、16…液浸容器、18…透過補正板、20…ステージ、22…多孔質基板、24…レジスト、25a…テーパ形状感光部、25b…逆テーパ形状感光部、25c、25e…液体吐出面感光部、25d…支持感光部、25f…ビス形状感光部、25g…鼓形状感光部、30(30a、30b、30c、30d、30e)…ノズルプレート、31…テーパ形状開口層、32…R形状開口層(曲面付き開口層)、33…ザグリ部、34、35…溝部、40…露光マスク、41(41a、41b、41c)…光遮断膜、42…光干渉膜、51…ノズル、51a…テーパ形状開口部、51b…R形状開口部(曲面付き開口部)、51c…ストレート形状開口部、241…第1感光層、242…第2感光層、301…液体吐出面、302…液体流入面、321…金属パターン膜、322…オーバハング電鋳膜、323、324…液体吐出面層

Claims (9)

  1. 所定の基板の一方の面に感光性材料からなる感光層を形成する工程と、
    前記感光層上に、露光用の光を透過しない非透光性材料からなり、周縁が曲面状の曲面付き開口部を有する曲面付き開口層を形成する曲面付き開口層形成工程と、
    前記感光層の前記曲面付き開口層が形成されている側の面に対して斜め方向から露光用の光を入射させつつ、前記基板を回転させて、前記曲面付き開口層を露光マスクとして用いて前記感光層を露光することにより、前記感光層中にテーパ形状感光部を形成する露光工程と、
    前記感光層を現像して、前記感光層のうちで前記テーパ形状感光部を残し非感光部を除去する現像工程と、
    前記テーパ形状感光部を型として用いて、前記曲面付き開口部に連結したテーパ形状開口部を有するテーパ形状開口層を形成するテーパ形状開口層形成工程と、
    前記テーパ形状感光部および前記基板を除去する除去工程と、
    を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法。
  2. 前記曲面付き開口層形成工程は、
    非導電性の前記感光層上に、開口パターンを有する第1の導電膜を形成するパターニング工程と、
    前記第1の導電膜を電極として用いて電鋳を行い、前記第1の導電膜上を覆うとともに前記第1の導電膜の開口縁からオーバハングした非透光性の第2の導電膜を形成するオーバハング電鋳工程と、
    を含むことを特徴とする請求項1に記載のノズルプレートの製造方法。
  3. 前記オーバハング電鋳工程は、金属材料および撥液性材料を含む電鋳液を用い、該電鋳液中の撥液性材料を金属材料とともに前記第2の導電膜として共析させることを特徴とする請求項2に記載のノズルプレートの製造方法。
  4. 前記基板は、多孔質材料によって構成され、
    前記テーパ形状開口層形成工程は、前記曲面付き開口層を電極として用いた電鋳により行うことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のノズルプレートの製造方法。
  5. 前記曲面付き開口層形成工程よりも前に、前記感光層の一部を露光して前記感光層を厚さ方向に貫通するまで前記感光層を感光させることにより、形成しようとする前記テーパ形状感光部の周囲に位置させ且つ前記基板と前記曲面付き開口層との間に介在させる支持材を形成する支持材形成工程を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載のノズルプレートの製造方法。
  6. 前記曲面付き開口層形成工程よりも後であって前記現像工程よりも前に、前記曲面付き開口層の前記感光層が形成されている側とは反対側の面に感光性材料を付着させるとともに、該感光性材料のうちで一部を前記現像工程で除去しないで型として用いることにより、前記曲面付き開口部に連結する凹形状のザグリ部、および、前記曲面付き開口部の周囲に位置する凹形状の溝部のうちで少なくとも一方を形成することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のノズルプレートの製造方法。
  7. 露光用の光の入射角度の大小に応じて前記露光用の光の透過率が変化する特性を有する光干渉膜を有する露光マスク、または、前記光干渉膜と前記露光用の光を透過させない光遮断膜とからなる露光マスク、または、前記光遮断膜を有する露光マスクを用意し、
    所定の基板の一方の面に感光性材料からなる感光層を形成する工程と、
    前記感光層上に、前記露光用の光を透過しない非透光性材料からなり、周縁が曲面状の曲面付き開口部を有する曲面付き開口層を形成する曲面付き開口層形成工程と、
    前記感光層の前記曲面付き開口層が形成されている側の面に対して略垂直に前記露光用の光を入射させて、少なくとも前記曲面付き開口層を用いて、前記感光層を露光する第1露光工程と、
    前記感光層の前記曲面付き開口層が形成されている側の面に対して斜め方向から露光用の光を入射させつつ前記基板を回転させて、前記曲面付き開口層および前記露光マスクを用いて、前記感光層を露光する第2露光工程と、
    前記感光層を現像して、前記感光層の非感光部を除去する現像工程と、
    前記感光層の感光部を型として用いて、前記曲面付き開口部に連結したストレート形状開口部と該ストレート形状開口部に連結したテーパ形状開口部とを有するテーパ形状開口層を形成するテーパ形状開口層形成工程と、
    前記感光層の感光部および前記基板を除去する除去工程と、
    を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法。
  8. 請求項1乃至7の何れか1項に記載のノズルプレートの製造方法により製造されたノズルプレートを有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
  9. 請求項8に記載の液体吐出ヘッドを有することを特徴とする画像形成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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