JP2011025462A - ノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッド、および液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル基板に形成されたノズルについて、実際に対象物上に正しく画像を形成することが出来るノズルを得るため、ノズルの孔曲がり、すなわち吐出面に対する垂直度を調べる必要があった。
【解決手段】基準孔１５は、接合面側および吐出面側において開口する形状がそれぞれ正方形であり、底面が接合面に位置し、上面が吐出面に位置する正四角錐台の形状を有している。そして、この正四角錐台は、中心軸が吐出面に対して垂直方向になるように形成されている。従って、基準孔１５は、第１ノズル１１が開口している吐出面と沿う面において形成される上面（平面）形状の中心位置が、常に同じ位置を呈する孔である。この結果、基準孔１５を基準として、第１ノズル１１について、吐出面側の開口孔の中心位置と、接合面側の開口孔の中心位置を計測すれば、ノズル基板１０に設けられた第１ノズル１１について、吐出面に対する垂直度を調べることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液滴を吐出するノズルが形成されたノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッド、および液滴吐出装置に関する。

従来から、例えば機能液やインクなどといった液体を紙やガラス基板などといった対象物にノズルから液滴として吐出し、所定の図柄や文字や画像（以降、これらを総称して「画像」と呼ぶ）を形成する液滴吐出装置が存在する。このような装置では、例えばノズルに液体を供給する供給路の途中に圧力室を設け、圧力室の液体に対して所定の加圧手段にて圧力を加えることによって、ノズルから液体を液滴として吐出することが行われる。

ノズルは、通常、平らな基板において、その基板両面に円形の開口部を有するように円筒状に穿設して形成され、このノズルが形成された基板を一般的にノズル基板と称する。そして、近年、形成する画像が高精細になるに伴って、このノズル基板に形成されるノズルの孔径を小さくして、より微量な液滴を吐出する必要が生じている。このために、ノズル基板の製造方法の一つとして、プラズマ放電を用いた異方性ドライエッチングによってシリコン基板に所定の深さおよび所定の径の穴を形成したのち、シリコン基板を薄型化して小さい孔径のノズルを有するノズル基板を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００７−１６８３４４号公報

しかしながら、シリコン基板に異方性ドライエッチングによってノズルを形成する場合は、シリコン基板に対するプラズマの照射条件（方向など）のばらつきなどによって、穿設されるノズルは、ノズル基板の液滴が吐出される基板面（吐出面）に対して、円筒形状を有するノズルの円筒軸（中心軸とも呼ぶ）が垂直にならない場合が存在する。このような場合、ノズルから吐出される液滴は、対象物に到達するまでに曲がりが生じ、対象物上に正しく画像を形成することが出来なくなるという課題が生ずる。従って、シリコン基板に形成されたノズルについて、実際に対象物上に正しく画像を形成することが出来るノズルを得るため、ノズルの孔曲がり、すなわち吐出面に対するノズルの中心軸の垂直度を調べる必要があった。

本発明は、このような課題の少なくとも一部を解決するために行われたもので、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］基板の両面に開口部を有するノズルが設けられたノズル基板の製造方法であって、一端が前記基板の基材により閉じられ他端が開口しているノズル穴を前記基板に形成する工程と、前記ノズル穴が開口している前記基板面に開口部を有し、前記基板面に沿う面において形成される平面形状の中心位置が、同じ位置を呈する基準穴を形成する工程と、前記ノズル穴の一端を閉じている前記基材を除去して前記ノズルを形成するとともに、前記基準穴の底部が前記ノズル穴が開口している前記基板面と反対側の基板面において開口するように、前記基板を薄くする工程と、を備えたことを特徴とする。

この方法によれば、ノズル基板の基板面に形成された開口部の形状中心位置が、開口部が形成される前の基準穴の底部と同じ位置となる基準孔が形成される。従って、ノズル基板の両面に開口部を有するノズルについて、これらの基準穴の底部と基準孔の開口部の形状中心を基準として、それぞれの基板面におけるノズル開口部の中心位置を計測することができる。この結果、ノズル基板に設けられたノズルについて、基板面に対する垂直度を調べることが可能となる。なお、本明細書では、理解を容易にするため、一端が閉口している状態を「穴」として表記し、両端が開口している状態を「孔」と表記して区別するようにした。

［適用例２］上記ノズル基板の製造方法であって、前記基板は、結晶方位（１００）のシリコン基板であり、前記基準穴は異方性ウエットエッチングによって形成されることを特徴とする。

この方法によれば、結晶方位（１００）のシリコン基板において、結晶方位（１１１）の面はウエットエッチングが進まない。したがって、シリコン基板に形成される基準穴は、シリコン基板において４つの結晶方位（１１１）の面で形成されるため、その開口部の中心位置に頂点が形成された正四角錐になる。この結果、基準穴を、シリコン基板であるノズル基板の両面においてそれぞれ開口部を有する基準孔としたとき、平面的な形状中心が頂点と同じ位置を呈する基準孔が形成されることになるので、ノズル基板に設けられたノズルについて、基板面に対する垂直度を調べることが可能となる。

［適用例３］上記ノズル基板の製造方法であって、前記基準穴の開口部の形状は正方形であることを特徴とする。

この方法によれば、基準孔について、ノズル基板の両面において形成されるそれぞれの開口部の形状は正方形であるので、基準孔の形状中心を容易に求めることができる。

［適用例４］上記ノズル基板の製造方法によって製造されたノズル基板と、当該ノズル基板に設けられたノズルから液滴を吐出する機構とを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。

この構成によれば、ノズルの垂直度が保証されたノズル基板を備えた液滴吐出ヘッドが得られる。したがって、この液滴吐出ヘッドを用いることによって液滴を正しい方向に吐出することができるので高品位な印字を行うことができる。

［適用例５］上記液滴吐出ヘッドと、当該液滴吐出ヘッドを液滴の吐出対象物に対して相対的に走査する機構とを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。

この構成によれば、対象物に対して、液滴が正しい位置に吐出される液滴吐出装置が得られる。したがって、この液滴吐出装置を用いることによって高品位な印字や印刷、あるいは画像形成を行うことができる。

本実施例のノズル基板を備えた液滴吐出ヘッドの構成を説明する図で、（ａ）は概観図、（ｂ）は部分断面図。 本実施例のノズル基板を切断した状態で示した斜視図。 （ａ）〜（ｄ）は、本実施例のノズル基板の製造工程を説明する説明図。 （ｅ）〜（ｈ）は、本実施例のノズル基板の製造工程を説明する説明図。 （ａ）は接合面側、（ｂ）は吐出面側のノズル位置の計測の様子を示す説明図。 シリコン基材に区画配置されたノズル基板を示す説明図。 本実施例の液滴吐出装置としてのインクジェットプリンターの概略構成図。 変形例の液滴吐出ヘッドを示す模式図。

本発明を具体化した実施例について、図を参照して説明する。なお、以降の実施例の説明において用いる図面は、説明の都合上構成要素等を誇張して図示している場合もあり、必ずしも実際の大きさや長さを示すものでないことは言うまでもない。

（液滴吐出ヘッド）
図１は本発明の製造方法によって形成されたノズル基板を備え、ノズル基板に設けられたノズルから液体を液滴として吐出するように構成された液滴吐出ヘッドの一例を示したものである。図１（ａ）は液滴が吐出される吐出面側から見た斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。

本実施例の液滴吐出ヘッド１００は、図１（ａ）に示すように、液体を液滴として吐出するノズル１３が設けられたノズル基板１０を備えている。本実施例では、説明を簡略化するため、ノズル基板１０には所定の間隔を有して８個のノズル１３が設けられていることとする。もとより、通常はさらに多くの数（例えば数十から数百個）のノズル１３が設けられている。そして、液滴吐出ヘッド１００には、ノズル１３毎に液体の供給路（キャビティ）１１０が独立して形成されている。そして、供給路１１０内において液体が加圧される加圧室と圧力発生機構が設けられ、加圧室において加圧された液体は、ノズル１３から液滴として吐出する。

液体の供給路１１０および圧力発生機構を含め、液滴吐出ヘッド１００の構造を、図１（ｂ）を参照して説明する。液滴吐出ヘッド１００は、ノズル基板１０と、液体の供給路１１０が設けられたキャビティ基板２０と、キャビティ基板２０の一部が薄く形成された振動板２２に対向する個別電極３１が設けられた電極基板３０とが貼り合わされて構成されたものである。

ノズル基板１０は、結晶方位が（１００）であるシリコン基材（ウエハー）から製造されている。この製造方法は後述する。液滴を吐出するためのノズル１３は、径の異なる２つの円筒状に形成された孔部分を有している。すなわち吐出面側に位置して先端がこの吐出面に開口する径の小さい第１ノズル１１と、キャビティ基板２０と接合する接合面側に位置して接合面に開口する径の大きい第２ノズル１２とから構成され、基板面に対して垂直方向であって円筒形状の中心軸が同軸となるように設けられている。

キャビティ基板２０は、シリコン基材から製造され、キャビティ基板２０には、液体の供給路１１０を構成する凹部が形成されている。凹部の一部には後述する電極基板３０を貫通する液体の供給孔２５が形成され、この供給孔２５を通じて、図示しない液体を収容したカートリッジから液体が供給される。また、凹部の一部は供給された液体を加圧する加圧室２１を構成し、加圧室２１の底壁は振動板２２となっている。なお、キャビティ基板２０の少なくとも電極基板３０との対向面には、熱酸化やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって形成された絶縁膜（例えばＳｉＯ₂膜）２６が施されている。この絶縁膜２６は、液滴吐出ヘッド１００を駆動させたときに、絶縁破壊やショートを防止する。

電極基板３０は、ガラス基材から製造される。電極基板３０には、キャビティ基板２０の各振動板２２に対向する位置にそれぞれ凹部が設けられている。そして、各凹部内には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極３１がスパッタにより形成されている。

上記のように構成した液滴吐出ヘッド１００は、キャビティ基板２０と個別電極３１との間に、フレキシブル基板などを介して電気的に接続された図示しない駆動回路から電圧を印加することによって、液滴９をノズル１３から吐出する圧力発生機構が構成されている。すなわち、個別電極３１に電圧（電荷）を供給して正に帯電させると、振動板２２は負に帯電し、個別電極３１と振動板２２の間に静電気力が発生する。この静電気力によって、振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて撓む。これによって、加圧室２１の容積が増大する。個別電極３１への電荷の供給を止めると、振動板２２はその弾性力により元に戻り、その際、加圧室２１の容積が急激に減少して、そのときの圧力により加圧室２１内の液体の一部が液滴９として第１ノズル１１から吐出する。なお、振動板２２が次に同様に変位すると、液体が供給孔２５から加圧室２１内に補給される。

こうして、ノズル基板１０の吐出面から吐出された液滴９の吐出方向は、前述するように、吐出面に対するノズル１３の垂直度に応じて曲がる。特に、第１ノズル１１の中心軸方向に応じた方向が、おおよそ液滴９の飛翔方向となる。そこで、本実施例の液滴吐出ヘッド１００では、第１ノズル１１の中心軸の曲がりを測定するため、接合面および吐出面において開口する基準孔１５が、ノズル基板１０に形成されているのである。基準孔１５は、図１（ａ）に示すように、液滴吐出ヘッド１００から液体が漏れないように、供給路１１０と平面的に重ならない位置（例えばノズル基板１０とキャビティ基板２０との接合領域）に形成されている。

ここでノズル基板１０に形成された基準孔１５について、図２を参照して説明する。図２は、ノズル基板１０を図１（ａ）におけるＡ−Ａ線の位置で切断した状態で示した斜視図である。図示するように、基準孔１５は、接合面側および吐出面側において開口する形状がそれぞれ正方形であり、底面が接合面に位置し、上面が吐出面に位置する正四角錐台の形状を有している。そして、この正四角錐台は、上面の形状の中心軸が吐出面に対して垂直方向になるように形成されている。

従って、基準孔１５は、第１ノズル１１が開口している吐出面と沿う面において形成される平面（上面）形状の中心位置が、同じ位置を呈する孔である。この結果、第１ノズル１１について、基準孔１５を基準として吐出面側の開口孔の中心位置と、後述する基準孔１５の上面側が開口していない基準穴１５ａを基準として接合面側の開口孔の中心位置を計測すれば、ノズル基板１０に設けられた第１ノズル１１について、吐出面に対する垂直度を調べることができるのである。

（ノズル基板の製造方法）
それでは、上記のように基準孔１５が形成された本実施例のノズル基板１０の製造方法について、基準孔１５の形成方法、および第１ノズル１１の２つの開口孔の中心位置の測定方法を含め、図３および図４を用いて説明する。図３および図４は、ノズル基板１０の製造工程を示した図であり、図２におけるノズル基板１０の断面部分（図中ハッチング部分）に相当する部分を示した図である。

（Ａ）まず、図３（ａ）に示すように、完成状態の厚さよりも厚い（例えば、厚み７２５μｍ）のシリコン基材１０ａを用意し、シリコン基材１０ａの表面、つまり吐出面側（図面では下側）と接合面側（図面では上側）の各基材面にＳｉＯ₂膜を形成し、フォトリソ工程により第２ノズル１２の孔径に相当する領域部分のＳｉＯ₂膜を除去する。

ＳｉＯ₂膜は、熱酸化装置（図示せず）にシリコン基材１０ａをセットして、例えば酸化温度１０７５℃、酸化時間４時間、酸素と水蒸気の混合雰囲気中の条件で熱酸化処理して形成する。ここでは、シリコン基材１０ａの表面に膜厚０．５μｍのＳｉＯ₂膜を均一に成膜する。なお、前述したように、シリコン基材１０ａは結晶方位（１００）のものを用いる。

（Ｂ）次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン基材１０ａの接合面側にレジストをコーティングし、フォトリソ工程により第１ノズル１１の孔径に相当する領域部分のレジストを除去する。

（Ｃ）次に、図３（ｃ）に示すように、例えばＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチング装置（図示せず）により、レジストが除去された領域部分を、エッチングガス（例えば、Ｃ₄Ｆ₈、ＳＦ₆）を使用し、シリコン基材１０ａを所定の深さ（本実施例では深さ４０μｍ）まで垂直に異方性ドライエッチングする。この処理によって、第１ノズル１１を形成するためのノズル穴１１ａが形成される。

（Ｄ）次に、図３（ｄ）に示すように、レジストを除去したのち、再びＩＣＰドライエッチング装置（図示せず）により、エッチングガス（例えば、Ｃ₄Ｆ₈、ＳＦ₆）を使用し、シリコン基材１０ａが露出した領域部分を所定の深さ（本実施例では深さ４０μｍ）まで垂直に異方性ドライエッチングする。この処理によって、円筒状のノズル穴１２ａ（すなわち第２ノズル１２）が形成される。なお、このとき、既に形成されたノズル穴１１ａの深さはさらに深くなる。ちなみに、本実施例では、ノズル穴１１ａは、４０μｍから７０〜８０μｍの深さを有する穴に形成される。

（Ｅ）次に、シリコン基材１０ａの表面に残るＳｉＯ₂膜を例えばフッ酸水溶液で除去した後、再びＳｉＯ₂膜を成膜する。具体的には、シリコン基材１０ａを熱酸化装置（図示せず）にセットし、酸化温度１０００℃、酸化時間２時間、酸素雰囲気中の条件で熱酸化処理を行う。この結果、図４（ｅ）に示すように、シリコン基材１０ａの接合面側及び吐出側の両面、さらにノズル穴１１ａ及びノズル穴１２ａの側面及び底面に、膜厚０．５μｍのＳｉＯ₂膜が均一に成膜される。こうすることによって、不連続部分が存在しない均一なＳｉＯ₂膜（絶縁膜）が得られるので、品質が安定したＳｉＯ₂膜を形成することができる。

（Ｆ）次に、図４（ｆ）に示すように、シリコン基材１０ａの接合面側の表面に形成されたＳｉＯ₂膜のうち、基準孔１５が接合面側に開口する領域部分を、メタルマスクを用いてドライエッチング処理することで除去する。なお、本実施例では、除去する領域部分の形状は正方形である。

（Ｇ）次に、図４（ｇ）に示すように、シリコン基材１０ａを水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのエッチング液を用いて異方性ウエットエッチングを行い、底部が吐出面側に貫通していない基準穴１５ａを形成する。周知のように、シリコン基材１０ａが結晶方位（１００）であることから、結晶方位（１１１）の面はウエットエッチングが進まない。従って、このとき形成される基準穴１５ａは、結晶方位（１１１）の４つの斜面で形成されるので、基準穴１５ａは、接合面側のシリコン基材１０ａの表面に開口した正方形を底面とし、正三角形を斜面として有する正四角錐の形状となる。ちなみに、正四角錐を形成するそれぞれの斜面は、周知のように、底面、すなわち接合面側のシリコン基材１０ａの表面と成す角度αが、約５４．７度となる。

本実施例では、この状態で、基準穴１５ａの底部（つまり正四角錐の頂点）を基準（０，０）とし、ノズル穴１１ａの接合面側の端部に位置する開口孔１１ｓの中心位置（Ｘ１，Ｙ１）を計測する。開口孔１１ｓは、後述するように、そのまま第１ノズル１１の接合面側の開口孔となることから、この計測によって、第１ノズル１１の接合面側の開口孔の中心位置が計測されることになる。

このときの計測の様子を図５（ａ）に示した。図示するように、正四角錐の形状を呈する基準穴１５ａの頂点となる底部を基準（０，０）とし、予め定めた互いに直交する２つの方向（Ｘ，Ｙ方向）における各開口孔１１ｓの座標（Ｘ１，Ｙ１）を、三次元測定器などを用いて計測する。周知のように、孔の深部は物理的に計測困難であるが、測定側の端部に位置する開口孔は、三次元測定器を用いて容易に計測することができる。

図４に戻り、次に図４（ｈ）に示すように、シリコン基材１０ａの上下を逆転した状態とし、図示しない両面接着シートを用いて、シリコン基材１０ａの接合面側にガラス等の透明材料よりなる支持基板１８を貼り付けて、シリコン基材１０ａを薄板化処理する。なお、両面接着シートは、紫外線または熱などの刺激によって接着力が低下する自己剥離層を持ったシート（自己剥離型シート）である。

薄板化についての具体的な方法として、本実施例では、シリコン基材１０ａの吐出面側を、例えばバックグラインダーなどを用いる機械的な研削による加工方法を用いて、シリコン基材１０ａを薄くする。このシリコン基材１０ａの薄板化の処理によって、ノズル穴１１ａの先端部が開口して開口孔１１ｔが形成され、第１ノズル１１が出来上がる。また、同時に、基準穴１５ａの底部（頂点）が開口して、ノズル基板１０の両面に開口孔を有し、正四角錐台の形状を呈する基準孔１５が出来上がる。この結果、薄くなったシリコン基材１０ａはノズル基板１０となる。ちなみに本実施例ではシリコン基材１０ａは厚さが６５μｍ程度まで薄板化される。なお、ノズル穴１２ａは第２ノズル１２となる。

なお、このような機械的な研削加工に加えて、さらに、ポリッシャー、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置によってノズル基板１０の吐出面を研磨し、第１ノズル１１の先端部の開口を行っても良い。このとき、第１ノズル１１及び第２ノズル１２の内壁は、ノズル内の研磨材の水洗除去処理などによって洗浄する。

あるいは、シリコン基材１０ａの薄板化を、化学的な研磨加工で行うこととしてもよい。例えば、ノズル穴１１ａの先端部の開口を、ドライエッチングで行う。具体的には、ＳＦ₆をエッチングガスとするドライエッチングで、ノズル穴１１ａの先端部までシリコン基材１０ａを薄くし、表面に露出したノズル穴１１ａの先端部のＳｉＯ₂膜を、ＣＦ₄又はＣＨＦ₃等のガスをエッチングガスとするドライエッチングによって除去してもよい。

本実施例では、この状態で、基準孔１５の吐出面に形成された開口部（正四角錐台の上面）の形状中心を基準（０，０）とし、第１ノズル１１の吐出面側に位置する開口孔１１ｔの中心位置（Ｘ２，Ｙ２）を計測する。この計測によって、第１ノズル１１の吐出面側での開口孔１１ｔの中心位置が計測されることになる。

このときの計測の様子を図５（ｂ）に示した。図示するように、正四角錐台の形状を呈する基準孔１５の上面の形状中心を基準（０，０）とし、第１ノズル１１の吐出面側に位置する開口孔１１ｔについて、予め定めた互いに直交する２つの方向（Ｘ，Ｙ方向）における各開口孔１１ｔの座標（Ｘ２，Ｙ２）を、三次元測定器などを用いて計測する。もとより、２つの方向は、前述の接合面側に位置する開口孔１１ｓの計測における方向と同じ方向である。

この吐出面側での開口孔１１ｔの計測における基準（０，０）つまり上面の正方形の形状中心は、前述した接合面側での計測における基準（０，０）つまり正四角錐の頂点と一致している。従って、この吐出面側での計測結果と、前述した接合面側での計測結果を用いることによって、各第１ノズル１１について吐出面に対する傾き（垂直度）を計算することができるのである。また、各第１ノズル１１について、例えば吐出面における開口孔１１ｔの位置が、基準孔１５を基準とした座標で得られることから、各第１ノズル１１の位置精度を計測することが可能である。

その後、ノズル基板１０は、図示しないが、撥液下地膜の成膜処理、撥液膜の成膜処理、サポート基板剥離処理、接合面のプラズマ処理を行って、製造が完了する。これらの処理について、以下その概略を説明しておく。

まず、ノズル基板１０の液滴の吐出面に、スパッタ装置でＳｉＯ₂膜を０．１μｍの厚みで成膜する撥液下地膜の成膜処理を行う。ここで、ＳｉＯ₂膜の成膜は、前述した両面接着シートが劣化しない温度（例えば２００℃程度）以下で実施できればよく、スパッタリング法に限るものではない。ただし、耐液滴性等を考慮すると緻密な膜を形成する必要があり、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ装置等の常温で緻密な膜を成膜できる装置を使用することが望ましい。

続いて、ノズル基板１０の液滴の吐出面に撥液処理を施して撥液膜の成膜処理を行う。この場合、Ｆ（フッ素）原子を含む撥液性を持った材料を蒸着処理やディッピング処理で成膜し、撥液層を形成する。このとき、第１ノズル１１及び第２ノズル１２の内壁も、撥液処理される。

次に、支持基板１８側からＵＶ光を照射してサポート基板剥離処理を行う。つまり、ＵＶ光によって両面接着シートの自己剥離層の接着力を弱め、ノズル基板１０の接合面から支持基板１８を剥離する。

次に、ＡｒスパッタもしくはＯ₂プラズマ処理によって、ノズル基板１０の接合面側、および第１ノズル１１と第２ノズル１２の内壁に余分に形成された撥液層を除去する。以上の処理が行われて、ノズル基板１０の製造が完了する。

ノズル基板１０は、その後、ノズル基板１０の接合面に、キャビティ基板２０の凹部が形成された一方の面が貼り合わされ、ノズル基板１０とキャビティ基板２０との接合体が形成される。そして、ノズル基板１０とキャビティ基板２０とからなる接合体において、キャビティ基板２０の他方の面に電極基板３０の個別電極３１が形成された面が貼り付けられ、ノズル基板１０、キャビティ基板２０及び電極基板３０の接合体、すなわち液滴吐出ヘッド１００が形成される。

以上説明したように、本実施例のノズル基板１０によれば、結晶方位（１００）のシリコン基材１０ａを用いるので、結晶方位（１１１）の面はウエットエッチングが進まない。したがって、結晶方位（１００）のシリコン基板に形成される基準穴１５ａは、４つの結晶方位（１１１）の面で形成されるため、その接合面側の開口形状のほぼ中心位置に頂点が形成された正四角錐の形状になる。また、基準穴１５ａを、ノズル基板の吐出面において開口部を有する基準孔１５とした場合、開口部の平面的な形状中心が、基準穴１５ａの頂点と同じ位置を呈する基準孔１５が形成されることになる。すなわち、ノズル基板１０の基板面に形成された開口部の形状中心位置が、開口部が形成される前の基準穴１５ａの底部と同じ位置となる基準孔１５が形成されるので、ノズル基板１０に設けられたノズル１３について、基板面に対する垂直度を調べることが可能となる。

また、本実施例では、ノズル基板１０の吐出面において形成される基準孔１５の開口形状は正方形であるので、開口形状の中心位置を容易に求めることができる。また、基準穴１５ａの底部も頂点となるため、基準穴１５ａの形状中心位置も容易に求めることができるという効果を奏する。

また、本実施例では、ノズル１３の垂直度が保証されたノズル基板１０を備えた液滴吐出ヘッド１００が得られる。したがって、この液滴吐出ヘッド１００を用いることによって液滴を正しい方向に吐出することができるので高品位な印字を行うことができる。

ところで、前述するように本実施例のノズル基板１０は、シリコン基材１０ａから形成される。これを図６を参照して詳しく説明する。図６は、シリコン基材１０ａに区画配置されたノズル基板１０を示す説明図である。図示するように、所定の大きさの１枚のシリコン基材１０ａからノズル基板１０が複数個（図では４個）形成できるように、シリコン基材１０ａには、分割溝などによってノズル基板１０に相当する領域が区画配置されている。そして、シリコン基材１０ａが薄板化されたとき、各ノズル基板１０は個別に分離されて個片化されるように形成されている。

従って、ノズル基板１０は、支持基板１８に両面接着シートを用いて貼り付けられているために、分離される前と後で、位置がずれてしまうことが起こりえる。このため、基準孔１５は、図６に示すように、各ノズル基板１０において少なくとも１つ形成することが好ましい。こうすれば、吐出面における第１ノズル１１の位置を計測する際、個片化された各ノズル基板１０において、基準孔１５と第１ノズル１１との相対位置は分離に関係なく不変であるので、基準孔１５を基準（０，０）として第１ノズル１１の位置を計測することが可能である。なお、各ノズル基板１０において基準孔１５を複数形成する場合は、キャビティ基板２０との接合領域であって、できるだけ互いに離れた位置が好ましい。

（液滴吐出装置）
本発明の実施の形態として、上記液滴吐出ヘッド１００を備えた液滴吐出装置としてもよい。液滴吐出装置の一実施形態について説明する。図７は上記実施例の製造方法によって形成されたノズル基板１０に設けられた第１ノズル１１から液体としてのインクを吐出する液滴吐出装置の一例となるインクジェットプリンター２００について、その概略構造を示したものである。

このインクジェットプリンター２００は、液体としての各色インク（例えば、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック））がそれぞれ収納されたインクカートリッジ２１１，２１２，２１３，２１４が装着されたキャリッジ２２０を備えている。キャリッジ２２０は、その下方向（図面裏側方向）であって印刷用紙２２５と対向する面に液滴吐出ヘッド１００が設けられ、キャリッジ２２０内に設けられた図示しない流路を経由してインクカートリッジ２１１〜２１４から供給されるインクを、この液滴吐出ヘッド１００からインク滴として吐出して、対象物としての印刷用紙２２５に所定の画像等を印刷するものである。

具体的には、キャリッジ２２０は、キャリッジベルト２４１に固定され、キャリッジベルト２４１がキャリッジモーター２４０によって駆動されるのに伴って、フレーム２１７に固定されたガイド２２１に沿って主走査方向（図面左右方向）に移動する。このとき、液滴吐出ヘッド１００に形成され、主走査方向に対して直交する方向に略直線状に穿設された複数のノズルから、ノズル毎に形成された圧力発生機構によって加圧されたインクを、所定量インク滴として印刷用紙２２５に吐出する。また印刷用紙２２５は、プラテン２２８によって裏面から支持されつつ、フレーム２１７に固定された駆動モーター２２６により駆動される図示しない紙送りローラーなどによって、主走査方向と直交する副走査方向（図面上下方向）に所定量ずつ移動する。こうして高画質の画像が、印刷用紙２２５の全面に印刷される。なお、この一連の動作についての主な制御は、フレーム２１７に取り付けられたメイン基板２５０と、フレキシブル基板２４５によってメイン基板２５０と接続されキャリッジ２２０に取り付けられたサブ基板２６０と、によって行われる。

このインクジェットプリンター２００によれば、対象物となる印刷用紙２２５に対して、液滴としてのインクが正しい位置に吐出される液滴吐出装置が得られる。したがって、このインクジェットプリンター２００を用いることによって高品位な印字や印刷、あるいは画像形成を行うことができる。

以上、本発明について、実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。以下変形例を挙げて説明する。

（変形例）
上記実施例では、ノズル基板１０は、個別電極３１と振動板２２の間に発生する静電気力を用いた構成を有する圧力発生機構を備えた液滴吐出ヘッド１００を構成する一つの基板であったが、特にこれに限るものでないことは勿論である。例えば、本発明のノズル基板は、圧力発生機構に圧電素子を用いた液滴吐出ヘッドを構成するノズル基板であってもよい。本変形例を、図８を用いて説明する。

図８は、図７においてキャリッジ２２０を主走査方向から見た模式図である。図示するように、キャリッジ２２０の下方向に設けられた本変形例の液滴吐出ヘッド１００ａ内には、図中吹き出し部に示したように、圧力発生機構が形成されている。圧力発生機構は、圧電素子２を駆動体（アクチュエーター）とするものである。圧電素子２は、その両端のＣＯＭ電極とＧＮＤとの間に、所定の電圧が印加されると、電歪性によって収縮あるいは伸長変形し、振動板３を図中矢印の方向に撓ませて、液体供給路の途中に形成された加圧室４に存在するインクを加圧する。この結果、加圧された液体は、液滴吐出ヘッド１００ａを構成するノズル基板１０に設けられた第１ノズル１１から、液滴９として吐出されるのである。

このとき、本変形例のノズル基板１０は、上述するように第１ノズル１１の垂直度や位置精度を正しく計測することができるので、液滴の飛翔方向や着弾位置が正しく得られ、対象物に形成される画像が高品質となる液滴吐出ヘッド１００ａを提供することができる。なお、本変形例において、液滴を吐出させる方法として圧電素子２を用いる代わりに、発熱体を用いて液滴を吐出させる所謂サーマル方式としてもよい。

（その他の変形例）
上記実施例では、液滴の飛翔曲がりが、凡そ第１ノズル１１の垂直度に起因するものとし、第１ノズル１１の垂直度を計測することとして説明したが、液滴の飛翔曲がりの要因として、第１ノズル１１と第２ノズル１２の中心軸の軸ずれが起因する場合がある。この場合、第１ノズル１１の接合面側の開口孔１１ｓの中心位置の計測において、第２ノズル１２の接合面における開口孔の中心位置を計測することが好ましい。こうすれば、第１ノズル１１と第２ノズル１２の中心軸の凡その軸ずれを算出することができる。

また、上記実施例では、ノズル基板１０は、結晶方位が（１００）のシリコン基板であり、異方性エッチングを行って基準穴１５ａを形成することとして説明したが、特にこれに限るものでないことは勿論である。例えば、ノズル基板１０は、金属板あるいはセラミック板であってもよい。またこの場合、基準穴１５ａは、例えばプレス加工やポンチ加工などによって正四角錐の形状を有する穴を形成するようにすればよい。要は、吐出面（または接合面）に沿う面において形成される平面形状の中心位置が、常に同じ位置を呈する基準穴を形成すればよい。

また、上記実施例では、基準穴１５ａの接合面における開口部の形状が正方形であることとして説明したが、特にこれに限るものではないことは勿論である。例えば、長方形であってもよい。基準孔１５の吐出面における開口部の形状が、基準穴１５ａの接合面における開口部の形状と同じ形状が形成される形状であれば何でもよく、上記実施例と同じ効果が得られる。

また、上記実施例では、液滴吐出ヘッド１００を搭載した液滴吐出装置として、液体としてのインクを吐出するインクジェットプリンター２００として説明したが、これに限るものでないことは勿論である。例えば、プロテインチップやＤＮＡチップの作成のための液滴吐出装置としてもよい。あるいは、ガラス基板や樹脂基板に機能液を吐出して、配線パターンの形成を行うための液滴吐出装置やカラーフィルターを形成するための液滴吐出装置であってもよい。要するに、液体を吐出できる方式を用いて機能液を吐出することによって、画像や図形、文字などを被吐出対象物に記録する装置であれば、本発明を同様に適用実施できるものである。

２…圧電素子、３…振動板、４…加圧室、９…液滴、１０…ノズル基板、１０ａ…シリコン基材、１１…第１ノズル、１１ａ…ノズル穴、１１ｓ…開口孔、１１ｔ…開口孔、１２…第２ノズル、１２ａ…ノズル穴、１３…ノズル、１５…基準孔、１５ａ…基準穴、１８…支持基板、２０…キャビティ基板、２１…加圧室、２２…振動板、２５…供給孔、２６…絶縁膜、３０…電極基板、３１…個別電極、１００…液滴吐出ヘッド、１００ａ…液滴吐出ヘッド、１１０…供給路、２００…インクジェットプリンター、２１１，２１２，２１３，２１４…インクカートリッジ、２１７…フレーム、２２０…キャリッジ、２２１…ガイド、２２５…印刷用紙、２２６…駆動モーター、２２８…プラテン、２４０…キャリッジモーター、２４１…キャリッジベルト、２４５…フレキシブル基板、２５０…メイン基板、２６０…サブ基板。

Claims (5)

1. 基板の両面に開口部を有するノズルが設けられたノズル基板の製造方法であって、
   一端が前記基板の基材により閉じられ他端が開口しているノズル穴を前記基板に形成する工程と、
   前記ノズル穴が開口している前記基板面に開口部を有し、前記基板面に沿う面において形成される平面形状の中心位置が、同じ位置を呈する基準穴を形成する工程と、
   前記ノズル穴の一端を閉じている前記基材を除去して前記ノズルを形成するとともに、前記基準穴の底部が前記ノズル穴が開口している前記基板面と反対側の基板面において開口するように、前記基板を薄くする工程と、
   を備えたことを特徴とするノズル基板の製造方法。
2. 請求項１に記載のノズル基板の製造方法であって、
   前記基板は、結晶方位（１００）のシリコン基板であり、前記基準穴は異方性ウエットエッチングによって形成されることを特徴とするノズル基板の製造方法。
3. 請求項１または２に記載のノズル基板の製造方法であって、
   前記基準穴の開口部の形状は正方形であることを特徴とするノズル基板の製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法によって製造されたノズル基板と、当該ノズル基板に設けられたノズルから液滴を吐出する機構とを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 請求項４に記載の液滴吐出ヘッドと、当該液滴吐出ヘッドを液滴の吐出対象物に対して相対的に走査する機構とを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。

Images