ノズルプレートの製造方法および液滴噴射ヘッドの製造方法
【課題】ガラスを用い、ノズル孔が吐出により適したテーパー面を有するノズルプレートを、より簡便に製造することができるノズルプレートの製造方法およびその製造方法を含む液滴噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るノズルプレートの製造方法は、ガラス基板にレーザービームを照射し、前記ガラス基板の前記レーザービームが集光した焦点領域において、前記ガラス基板の改質部分を形成する照射工程と、前記ガラス基板のノズル孔が形成される領域が、前記改質部分となるように、前記レーザービームを前記ガラス基板に対して相対的に走査する走査工程と、前記ガラス基板をウェットエッチングし、前記改質部分を除去するエッチング工程と、前記ガラス基板を所望の厚みまで研削し、ノズル孔を有するノズルプレートを形成する研削工程と、を含む。
【解決手段】本発明に係るノズルプレートの製造方法は、ガラス基板にレーザービームを照射し、前記ガラス基板の前記レーザービームが集光した焦点領域において、前記ガラス基板の改質部分を形成する照射工程と、前記ガラス基板のノズル孔が形成される領域が、前記改質部分となるように、前記レーザービームを前記ガラス基板に対して相対的に走査する走査工程と、前記ガラス基板をウェットエッチングし、前記改質部分を除去するエッチング工程と、前記ガラス基板を所望の厚みまで研削し、ノズル孔を有するノズルプレートを形成する研削工程と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルプレートの製造方法および液滴噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、画像記録装置およびディスプレー製造装置等に用いることができるインクジェットプリンター等の液滴噴射装置の液滴噴射ヘッド（「インクジェット記録ヘッド」又は「記録ヘッド」とも言う）は、例えばインク等の液滴が飛翔するための吐出口であるノズル孔を有したノズルプレートを備えることが知られている。
【０００３】
ノズルプレートの材質としては、例えば、単結晶シリコン、ポリイミド等の重合体物質およびステンレス鋼などのＳＵＳなどが用いられる。例えば、特許文献１には、ポリイミドからなるノズルプレートを、マキシマレーザーを用いて形成するノズルプレートの製造方法が開示されている。
【０００４】
しかしながら、近年、材料コストの低減化や、検査工程の簡便化などの観点から、ノズルプレートをガラスによって製造することが期待されている。ガラス部材にノズル孔を形成する従来の方法としては、エッチングマスクを形成し、ドライエッチングまたは、ウェットエッチングを行う方法が知られている。しかしながら、ドライエッチングを行う場合は、マスクを形成する工程や、ドライエッチング工程のための加工装置が必要となるため、製造コストを抑えることができない。また、ウェットエッチングを行った場合でも、マスク工程は必要となる。更に、ノズル孔の内面は、液滴の吐出のために、テーパー面を有していることが好ましいが、従来の製造方法においてウェットエッチングによりノズル孔を形成した場合、ノズル孔の内面であるテーパー面は、アール状に形成されてしまう。
【０００５】
したがって、低コスト材料であるガラスを用い、ノズル孔が吐出により適したテーパー面を有するノズルプレートを、より簡便に製造することができるノズルプレートの製造方法が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１１７２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の態様の１つは、ガラスを用い、ノズル孔が吐出により適したテーパー面を有するノズルプレートを、より簡便に製造することができるノズルプレートの製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の態様の１つは、上記ノズルプレートの製造方法を含む、液滴噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係るノズルプレートの製造方法は、
ガラス基板にレーザービームを照射し、前記ガラス基板の前記レーザービームが集光した焦点領域において、前記ガラス基板の改質部分を形成する照射工程と、
前記ガラス基板のノズル孔が形成される領域が、前記改質部分となるように、前記レーザービームを前記ガラス基板に対して相対的に走査する走査工程と、
前記ガラス基板をウェットエッチングし、前記改質部分を除去するエッチング工程と、
前記ガラス基板を所望の厚みまで研削し、ノズル孔を有するノズルプレートを形成する研削工程と、
を含む。
【００１０】
本発明によれば、ガラスを用い、マスク工程やドライエッチング工程を必要とせず、ノズル孔が吐出により適したテーパー面を有するノズルプレートを、より簡便に製造することができる。
【００１１】
（２）本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記照射工程における前記レーザービームの照射条件は、波長が、４００ｎｍ以上、１００００ｎｍ以下であって、パルス幅が、１０フェトム秒以上、１０００フェトム秒以下であってもよい。
【００１２】
（３）本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記ノズル孔の内面は、テーパー面を有していてもよい。
【００１３】
（４）本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記エッチング工程におけるエッチャントは、フッ酸を含み、前記フッ酸の濃度は、２０％以上、３５％以下であってもよい。
【００１４】
（５）本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記走査工程は、前記ガラス基板の厚み方向において、前記焦点領域の位置を変更する工程と、前記厚み方向の垂直方向において、前記焦点領域の位置を変更する工程と、を含んでいてもよい。
【００１５】
（６）本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記走査工程は、前記焦点領域のスポット径を変化させながら、前記ガラス基板の厚み方向において、前記焦点領域の位置を変更する工程を含んでいてもよい。
【００１６】
（７）本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記走査工程において、前記焦点領域のスポット径は、Φ１μｍ以上、Φ１０μｍ以下の範囲で変化してもよい。
【００１７】
（８）本発明に係る液滴噴射ヘッドの製造方法は、
上記のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係るノズルプレートの製造方法を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係るノズルプレートの製造方法を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係るノズルプレートの製造方法を模式的に示す断面図。
【図４】液滴噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図５】本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。
【図７】液滴噴射装置を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明を適用した実施形態の一例について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。本発明は、以下の実施形態およびその変形例を自由に組み合わせたものを含むものとする。
【００２０】
１． ノズルプレートの製造方法
以下、図面を参照して、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法について説明する。
【００２１】
図１（Ａ）〜図２（Ｃ）は、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法を模式的に説明する断面図である。
【００２２】
図１（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法は、ガラス基板にレーザービームを照射する照射工程と、前記レーザービームを前記ガラス基板に対して相対的に走査する走査工程と、前記ガラス基板をウェットエッチングし、前記改質部分を除去するエッチング工程と、前記ガラス基板を所望の厚みまで研削し、ノズル孔を有するノズルプレートを形成する研削工程と、を含む。
【００２３】
図１（Ａ）は、本実施形態に係る照射工程を説明する図である。
【００２４】
まず、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０を準備する。ガラス基板１０としては、酸化ケイ素を主成分とする各種のガラスが板状に加工された基板を用いることができる。ガラス基板１０は、後の工程で用いるレーザービーム３０が有する波長の光を反射または散乱しにくい材質であることが好ましい。ガラス基板１０の具体的な材質としては、ケイ酸塩ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラス、石英ガラス（水晶を含む）、鉛ガラス、およびフッ化物ガラスなどを例示することができる。
【００２５】
図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０は、エッチングバリア層１を有していてもよい。エッチングバリア層１は、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０のレーザービームが照射される面と反対側の面に設けられていても良い。エッチングバリア層１は、後述されるエッチング工程において、ガラス基板１０よりもエッチングされにくい部材から構成されていればよい。例えば、エッチングバリア層１の具体的な材質としてはフォトレジスト、金属膜などを例示することができる。
【００２６】
図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０は、後述されるノズル孔１３が形成される領域１１を有している。以下、ノズル孔１３が形成される領域１１を、「第１の領域１１」とも言う。第１の領域１１の形状は、ノズル孔１３の形状であればよく、特に限定されない。例えば、図１（Ａ）に示すように、第１の領域１１の境界面が、テーパー面となる領域であってもよい。また、図示はされないが、ガラス基板１０の厚み方向から見た、第１の領域１１の境界面の形状は、円状もしくは楕円状であってもよく、一方の面における形状の幅が、他方の面における形状の幅よりも小さくなるように形成されていてもよい。
【００２７】
なお、図１（Ａ）においては、第１の領域１１が、ガラス基板１０を貫通するように設けられている。しかしながら、ガラス基板１０は、後の工程で所望の厚みに研削される。したがって、研削された厚みにおいてガラス基板１０を貫通するノズル孔１３が形成されればよい。よって、第１の領域１１は、ガラス基板１０を貫通していないくてもよい（図示せず）。なお、第１の領域１１は、単一のガラス基板１０において、単数形成されていてもよいし、複数形成されていてもよい。
【００２８】
次に、図１（Ａ）に示すように、レーザー照射工程を行う。この工程は、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０のレーザービーム３０が集光した焦点領域３６において、ガラス基板１０の改質部分１６を形成する。図１（Ａ）に示すように本工程では、ガラス基板１０にレーザービーム３０を照射する。レーザービーム３０としては、いわゆる超短パルスレーザービームが用いられる。このようなパルス幅の短いレーザービーム３０が、ガラスに対して照射されると、照射された部位のガラスを構成する原子に作用して、当該ガラスに化学的もしくは物理的な変化を及ぼすことができる。したがって、本工程では、レーザービーム３０は、ガラス基板１０のガラス（酸化ケイ素が主成分である。）の構造を化学的もしくは物理的に変化させて、その部分の性質が変化した改質部分１６を形成することができる。これにより、例えば、改質部分１６の化学的な安定性（エッチング速度など）を変化させることができる。
【００２９】
上述したように、本工程でレーザービーム３０が集光した焦点領域３６に、改質部分１６が形成される。焦点領域３６とは、レーザービームのエネルギーの密度の高い領域である。焦点領域３６の光のエネルギー密度は、レーザービーム３０のパルス幅を小さくするほど大きくすることができる。このような焦点領域３６は、一定のスポット径を有する一定の体積を有しており、レーザービーム３０の強度、パルス幅、および集光性等を調節することによって、焦点領域３６の大きさ（体積）を調節することができる。このとき、焦点領域３６がガラスに構造変化を起こす程度の光のエネルギーとなるように設定することもできる。焦点領域３６は、焦点領域３６近傍で、レーザービーム３０の進行方向およびレーザービーム３０の進行方向に垂直な方向に有限の大きさを有して形成されることができる（これらは、それぞれ、焦点深度、およびスポット径に対応する。）。したがって、レーザービーム３０の焦点領域３６の位置を調節することにより、ガラス基板１０の平面における任意の位置、および断面における任意の深さに改質部分１６を形成することができる。
【００３０】
ここで、レーザービーム３０を集光させ、焦点領域３６を形成する方法は、特に限定されず、公知の光学的方法を用いることができる。例えば、図示されないレーザービームの光源から、ガラス基板１０への光路間において、光を集光させることができる光学素子２０を介することにより、焦点領域３６を形成してもよい。本実施形態に係る光学素子２０は、光を集光させ、焦点領域３６を形成することができる限り、特に限定されないが、例えば、凸レンズ、プリズム集光器、回折レンズおよび回折格子などのいずれか１つを用いることができる。
【００３１】
ガラス基板１０に改質部分１６を形成するためのレーザービーム３０の照射条件は、光学的な焦点領域３６の形状およびガラス基板１０の材質にも依存するが、例えば、波長が、４００ｎｍ以上、１００００ｎｍ以下、周波数が、１ｋＨｚ以上、１００ｋＨｚ以下、パルス幅が、１０フェトム秒以上、１０００フェトム秒以下とすることができる。より好適な照射条件としては、波長が、６００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下、周波数が、５ｋＨｚ、パルス幅が、１００フェトム秒以上、３００フェトム秒以下とすることができる。前記条件を用いることにより、効率良く改質が可能となる。
【００３２】
本実施形態で用いうるレーザービーム３０の光源としては、特に限定されないが、例えば、チタンサファイヤレーザーを用いたＩＭＲＡ ＡＭＥＲＩＣＡ，ＩＮＣ．社製の型番ＦＸ−１０、などを挙げることができる。
【００３３】
例えば、ガラス基板１０に、厚さ０．７ｍｍのホウケイ酸ガラスの基板を選択した場合、レーザービーム３０の波長を８００ｎｍ、パルス幅を２００フェムト秒、パルスエネルギーを１００μＪとすることができる。このようにすれば、ガラス基板１０に改質部分１６を形成することができる。
【００３４】
次に、図１（Ｂ）に示すように、走査工程を行う。この工程は、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０のノズル孔１３が形成される領域（第１領域１１）が、改質部分１６となるように、レーザービーム３０をガラス基板１０に対して相対的に走査する。よって、本工程は、ガラス基板１０を固定してレーザービーム３０を走査する方法、レーザービーム３０を固定してガラス基板１０を走査する方法、レーザービーム３０およびガラス基板１０を走査する方法、および焦点領域３６の形状を変化させる方法等のいずれかを含むことができる。よって、本実施形態の一形態として、ガラス基板１０を固定し、レーザービーム３０を走査する方法を、図１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）に示すように、ガラス基板１０の厚み方向を第１の方向１１０とし、第１の方向１１０と垂直方向を第２の方向１２０としたとき、図１（Ｃ）に示すように、第１の領域１１の全領域が、焦点領域３６によって改質部分１６となるように、光学素子２０を第１の方向１１０および第２の方向１２０に適宜走査することができる。走査条件は、例えば、ガラス基板１０に、厚さ０．７ｍｍのホウケイ酸ガラスの基板を選択し、上記のレーザービーム照射条件を選択した場合、所定の焦点領域３６を改質部分１６とするために、レーザービーム３０を、走査速度を５ｍｍ／秒、および走査周波数を５ｋＨｚとして、走査することもできる。また、必要に応じて複数回走査することもできる。走査回数は任意である。
【００３５】
次に、図２（Ａ）に示すように、エッチング工程をおこなう。本工程は、ガラス基板１０をウェットエッチングし、改質部分１６を除去する。これにより、図２（Ｂ）に示すように、ガラス基板１０において、改質部分１６が除去された第２の領域１２が形成される。第２の領域１２は、第１の領域１１と同じ外形を有する。第２の領域１２は貫通孔であってもよいし、貫通していない凹部であってもよい。
【００３６】
上述したように、改質部分１６のガラスは、構造が変化しているため、それ以外の領域のガラスよりもエッチング速度が非常に大きくなっている。改質部分１６のエッチング速度は、例えば、それ以外の領域のエッチング速度に比較して、１０倍〜１０００倍程度大きくすることができる。
【００３７】
本工程のウェットエッチングの処理の時間としては、任意であるが、例えば、１０分〜２時間程度とすることができる。なお、改質部分１６以外の領域のガラスも同時にエッチングされることがあるが、上述のように両領域のエッチング速度の差は十分に大きいため、実際上支障がない。改質部分１６以外の領域のガラスのエッチングを防ぎたい場合は、適宜、レジストマスクや金属マスクを利用して本工程を行うことができる。
【００３８】
なお、本工程において、図２（Ａ）に示すように、ガラス基板１０のエッチングバリア層１が形成された面とは反対側の面のみにエッチャント（現像液）を接触させるようにしてエッチングを行っても良い。これによれば、図２（Ｂ）に示すように、改質部分１６が除去された後に形成される第２の領域１２の内面において、テーパー面を作りやすくなる。
【００３９】
改質部分１６を除去する工程で用いるエッチャントとしては、フッ酸を含む。エッチャントにおけるフッ酸の濃度は、２０％以上、３５％以下である。例えば、ガラス基板１０に、厚さ０．７ｍｍのホウケイ酸ガラスの基板を選択した場合は、フッ酸の２５％水溶液を用いて行うことができる。
【００４０】
以上の工程により、第２の領域１２をガラス基板１０に形成することができる。第２の領域１２を形成した後、エッチングバリア層１は、適宜除去されてもよい。
【００４１】
次に、図２（Ｃ）に示すように、研削工程をおこなう。本工程はガラス基板１０を所望の厚みまで研削し、ノズル孔１３を有するノズルプレート５０を形成する。なお、本工程は、研磨工程も含む。ガラス基板１０を研削する方法は、公知のガラス素材の研削方法および研磨方法を用いることができる。例えば、回転可能な研削パッドをガラス基板１０の研削する面に配置し、パッドを接触させながら回転させると同時に研磨剤を供給する方法で行うことができる。また、研磨剤の粒度やパッドの種類を変えて、粗研磨工程、精密研磨工程といったように複数の工程に分けて研磨を行ってもよい。研磨剤としては、例えば、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マンガン、コロイダルシリカ、ダイヤモンドなどが挙げられる。パッドは硬質パッドと軟質パッドとに分けられるが、必要に応じて適宜選択して用いることができる。硬質パッドとしては、硬質ベロア、ウレタン発泡、ピッチ含有スウェード等を素材とするパッドが挙げられ、軟質パッドとしては、スウェードやベロア等を素材とするパッドが挙げられる。
【００４２】
以上に説明した本実施形態の製造方法によってノズルプレート５０を形成することができる。図２（Ｃ）に示すように、ノズルプレート５０は、ノズル孔１３を有する。ノズル孔１３は、ノズルプレート５０の厚み方向に伸び、ノズルプレート５０を貫通し、開口部１３ａおよび１３ｂを有する。また、ノズル孔１３は、開口部１３ａおよび１３ｂを接続する内面１３ｃを有する。開口部１３ａおよび１３ｂのノズルプレート５０の厚み方向から見た形状は、ノズル孔より液体を吐出できる限り、特に限定されないが、略円形（楕円を含む）を有していてもよい。図２（Ｃ）に示すように、ノズル孔１３の一方の開口部１３ａの開口幅Ｗ１は、他方の開口部１３ｂの開口幅Ｗ２よりも大きくてもよい。言い換えれば、ノズル孔１３の一方の開口部１３ａの開口面積は、他方の開口部１３ｂの開口面積よりも大きくてもよい。また、ノズル孔１３の内面１３ｃは、テーパー面から形成される。内面１３ｃのノズルプレート５０の厚み方向における断面形状は、台形であってもよい。つまりは、図２（Ｃ）に示すように、断面視において、内面１３ｃは、開口部１３ａと開口部１３ｂとを直線で結ぶことができる。
【００４３】
本実施形態に係るノズルプレートの製造方法は、例えば以下のような特徴を有する。
【００４４】
本実施形態に係るノズルプレートの製造方法によれば、ガラス基板にノズル孔を形成する工程において、エッチングマスクを形成する工程を必要しない。また、ウェットエッチングと比べて装置コストやランニングコストが高いドライエッチング工程を必要としない。したがって、より簡便にノズルプレートを製造することができる。
【００４５】
また、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法によれば、ノズルプレート５０のノズル孔１３が、液滴の吐出により適したテーパー面を有することができる。従来のように、ガラス基板をマスキングし、等方エッチングによって、ノズル孔の内面がテーパー面を有するように形成する製造方法によれば、テーパー面がアール状の面となってしまう。また、異方エッチングを行った場合、ノズル孔にテーパー面を形成することはできない。これに対し、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法によれば、レーザービーム照射工程において、改質された改質部分のみをエッチングにより選択的に除去することができる。したがって、内面１３ｃがアール状とならないテーパー面からなるノズル孔１３を容易に形成することができる。
【００４６】
以上により、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法によれば、ガラスを用い、マスク工程やドライエッチング工程を必要とせず、ノズル孔が吐出により適したテーパー面を有するノズルプレートを、より簡便に製造することができる。
【００４７】
（変形例）
本実施形態に係るノズルプレートの製造方法は、以下のように変形することができる。以下、図面を参照して、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法について説明する。
【００４８】
図３は、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法の変形例を模式的に説明する断面図である。なお、上述された製造方法において説明された構成およびその製造方法等と同様のものは、同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００４９】
本変形例においては、走査工程が、焦点領域１３６のスポット径を変化させながら、ガラス基板１０の厚み方向において、焦点領域１３６の位置を変更する工程を含むことができる。
【００５０】
図３（Ａ）に示すように、ガラス基板１０に照射されるレーザービーム３０は、光学素子１２０を介してガラス基板１０に照射される。ここで、本変形例に係る光学素子１２０は、焦点領域１３６のスポット径を変化させることができる光学素子であることができる。本変形例に係る光学素子１２０は、焦点領域１３６のスポット径を変化および調整できる限り、特に限定されない。例えば、光学素子１２０は、複数のレンズを有するレンズユニットであってもよい。変化するスポット径は、ノズル孔１３の設計上の形状によって調整されるため、特に限定されないが、例えば、Φ１μｍ以上、Φ１０μｍ以下の範囲で変化してもよい。
【００５１】
図３（Ａ）に示すように、照射工程において、最初のスポット径（Ｓ１）は、第１の領域１１のレーザービーム３０が照射される面における幅であることができる。本変形例に係る走査工程においては、レーザービーム３０をガラス基板１０に対して相対的に走査する際、第１の方向１１０においてのみ走査する。図３（Ｂ）に示すように、第１の方向１１０に焦点領域１３６を走査する際、焦点領域１３６のスポット径を、深度に応じて段階的に変化させればよい。例えば、図３（Ｂ）に示すように、レーザービーム３０の焦点深度が深いときに、焦点領域１３６のスポット径（Ｓ２）は、最初のスポット径（Ｓ１）よりも小さくなるように調整されていてもよい。また、図示はされないが、その逆であってもよい。
【００５２】
本変形例においては、以上の走査方法によって、第１の領域１１に改質部分１６を形成することができる。
【００５３】
本変形例に係るノズルプレートの製造方法は、上記のノズルプレートの製造方法の特徴に加えて、例えば以下のような特徴を有する。
【００５４】
本変形例に係るノズルプレートの製造方法によれば、走査工程における動作軸をガラス基板１０の深度方向（第１の方向１１０）のみとすることができる。これによれば、ノズル孔１３のテーパー面を、焦点領域１３６のスポット径を調整することのみによって形成することができるため、より製造方法が簡便になり、テーパー面の製造精度を向上することができる。
【００５５】
２． 液滴噴射ヘッドの製造方法
以下、図面を参照して、本実施の形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法について説明する。本実施の形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法は、上述されたノズルプレートの製造方法を含む。
【００５６】
図４は、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法によって製造された液滴噴射ヘッド３００の一例を模式的に示す分解斜視図である。図５−６は、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド３００の製造方法を模式的に示す断面図である。以下、図面を参照して、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法によって製造された液滴噴射ヘッド３００の一例を説明した後に、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法について説明する。
【００５７】
図４に示すように、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法によって製造された液滴噴射ヘッド３００は、ノズルプレート５０と、ノズルプレート５０の上方に形成された基板６０と、基板６０の上方に形成された振動板７０と、振動板７０の上方に形成された圧電素子８０と、振動板７０の上方において、圧電素子８０を覆うように設けられた封止板９０と、を含む。
【００５８】
基板６０は、図４に示すように、ノズルプレート５０の上方に形成され、圧力室６１を有する。図４に示すように、基板６０は、圧力室６１の側壁を構成する壁部６２を有する。また、基板６０は、圧力室６１と供給路６３および連通路６４を介して連通したマニュホールド６５を有していてもよい（図示せず）。マニュホールド６５には、図示されない貫通孔が形成されてもよく、該貫通孔を通って外部からマニュホールド６５内に液体が供給されてもよい。これによれば、マニュホールド６５に液体を供給することによって、供給路６３および連通路６４を介して圧力室６１に液体を供給することができる。圧力室６１の形状は、特に限定されない。圧力室６１の形状は、例えば、上面１１の法線方向から見た場合の平面視において平行四辺形であってもよく、矩形であってもよい。圧力室６１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。基板６０の材質は、特に限定されない。基板６０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００５９】
図４に示すように、振動板７０は、プレート状の部材であって、圧電素子８０が面の上方に形成される第１の面１１と、第１の面１１と反対の面である第２の面１２と、を有する。液滴噴射ヘッド３００において、振動板７０は、変形部を構成する。言い換えれば、後述される圧電素子８０の変形によって、振動板７０は変形することができる。これにより、下方に形成される流路形成板２０の圧力室２１の体積を変化させることができる。振動板７０の構造および材料は、可撓性を有し、変形することができる限り、特に限定されない。例えば、振動板７０は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。このとき、振動板７０は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を積層したものや、ニッケルなどの金属膜、ポリイミドなどの高分子材料膜などを含む積層体であってもよい。
【００６０】
また、図４に示すように、振動板７０には、マニュホールド６５と連通する開口部７１が形成される。開口部７１の形状は、マニュホールド６５に液体を供給でき得る限り特に限定されない。また、図示はされないが、開口部７１の周辺領域には、ニッケル、金を含む導電層が形成されていてもよい。
【００６１】
次に、振動板７０の上方には、圧電素子８０が形成される。なお、本実施形態において圧電素子８０の形態は、電極によって挟まれた圧電体層を有する限り、特に限定されるものではない。つまりは、圧電素子８０は、屈曲振動モード（ベントモード）のユニモルフ型圧電素子であってもよい。また、図示はされないが、圧電素子８０は、伸縮振動モード（ピストンモード）の積層型圧電素子であってもよい。
【００６２】
本実施形態の液滴噴射ヘッドの製造方法の説明においては、圧電素子８０が、屈曲振動モード（ベントモード）のユニモルフ型圧電素子の場合であって、複数の圧電素子８０を有する液滴噴射ヘッド３００の場合に、上部電極である第２電極８３が共通電極となるように形成された構造を一例として例示して説明する。しかしながら、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法によって製造された液滴噴射ヘッド３００は、以下の形態に限定されるものではない。例えば、下部電極となる第１電極８１が共通電極となるように形成された液滴噴射ヘッドであってもよい。なお、圧電素子８０の詳細は、液滴噴射ヘッドの製造方法において後述される。
【００６３】
次に、図４に示すように、液滴噴射ヘッド３００は、封止板９０を有することができる。封止板９０は、図４に示すように、圧電素子８０の上方に形成される。封止板９０は、圧電素子８０を所定の空間領域に封止することができる封止領域９１を有している。封止領域９１は、圧電素子８０の振動運動を阻害しない程度の空間領域であればよい。また、封止板９０は、図４に示すように、基板６０のマニュホールド６５および振動板７０の開口部７１と連通した開口部９２を有していてもよい。封止板９０の構造及び材料は、特に限定されない。例えば、封止板９０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００６４】
また、図４に示すように、封止板９０の開口部９２の上方には、可撓膜９５および固定膜９６が形成されてもよい。可撓膜９５は、開口部９２を封止するように形成される。可撓膜９５は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルムから形成されてもよい。また、固定膜９６は、開口部９２の上方で、可撓膜９５を介して開口部９７を有する。固定膜９６は、可撓膜９５を固定することができる限り特に限定されず、例えば、ステンレス鋼などの金属等の材料から形成されてもよい。ここで、基板６０のマニュホールド６５、振動板７０の開口部７１および封止板９０の開口部９２によって構成される空間をリザーバとするとき、リザーバの一方面は、可撓膜９５のみによって封止さている。
【００６５】
図４に示すように、例えば、封止板９０の上には、電気的接続部（図示せず）を介して駆動回路２００が実装されてもよい。駆動回路２００は、図示はされないが、例えばワイヤボンディング等によって、圧電素子８０と電気的に接続されている。また、液滴噴射ヘッド３００は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料からなり、上述された構成を収納することができる筐体を有していてもよい（図示せず）。
【００６６】
以下に、図面を参照して、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法を説明する。
【００６７】
なお、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法は、基板６０を形成するために用いられる材質が単結晶シリコン等を用いる場合と、ステンレス等を用いる場合とによって異なる。以下において、単結晶シリコンを用いた場合の液滴噴射ヘッドの製造方法を一例として記載する。本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法は、特に以下の製造方法に限定されず、ニッケルやステンレス鋼、ステンレス等を材料として用いる場合は、公知の電鋳法等の工程を含んでいてもよい。
【００６８】
また、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法の説明においては、工程の一例として、まず圧電素子８０を形成した工程の後に、基板６０を形成する。その後、封止板８０を搭載し、上述された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５０を接着する。しかしながら、各工程の先後は、以下に記載の製造方法に限定されるものではない。なお、既に上述された構成の詳細な説明は、同様の符号を付して省略する。
【００６９】
まず、図５（Ａ）に示すように、基板６０の材料基板であって、圧力室６１等が形成されていない基板６０ａを準備する。基板６０ａには、圧力室６１等が形成される領域６１ａ等が区画されている。その基板６０ａの上方において、図５（Ａ）に示すように、振動板７０を形成する。振動板７０の形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。振動板７０は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの蒸着法、スパッタ法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより形成される。図示はされないが、振動板７０は、所望の形状にパターニングされていてもよい。
【００７０】
なお、本実施形態におけるパターニング工程は、公知のフォトリソグラフィー技術または公知のエッチング技術によって行われる。エッチングでもってパターニングを行う場合、ドライエッチングでもよいし、ウェットエッチングでもよい。また、適宜、レジストの形成・除去工程および現像工程などを含んでいてもよい。
【００７１】
次に、図５（Ｂ）に示すように、振動板７０の上方において、圧電素子８０を形成する。圧電素子８０は、基板６０ａの、圧力室６１が形成される領域６１ａの上方に配置される。図５（Ｂ）に示すように、圧電素子８０は、第１電極８１と第２電極８３とによって挟まれた圧電体層８２を有していればよく、その形態は特に限定されない。例えば、図５（Ｂ）に示すように、圧電素子８０は、第１電極８１、圧電体層８２および第２電極８３を含む。
【００７２】
振動板７０の上方に、下部電極となる第１電極８１を形成する。第１電極８１の形成方法は、公知の成膜方法およびパターニング方法を用いることができる。例えば、第１電極８１の材料導電膜をＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法などにより成膜して、所望の形状にパターニングし、形成される。
【００７３】
第１電極８１の構造および材料は、導電性を有する限り、特に限定されない。例えば、第１電極８１は、単層で形成されていてもよい。あるいは、第１電極８１は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。第１電極８１は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、酸化ストロンチウム（ＳＲＯ）および酸化ランタンニッケル（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、などのいずれかを含む導電層であってもよい。
【００７４】
図５（Ｂ）に示すように、第１電極８１は、駆動回路２００と電気的に接続されたリード部２１０との電気的接続部８１ａを有していてもよい。リード部２１０は、第１電極８１と同じ金属で形成されてもよいし、ニッケル／クロム合金（ＮｉＣｒ）と金（Ａｕ）などを含む積層体からなる金属層で形成されていてもよい。
【００７５】
次に、第１電極８１を覆うように、圧電体層８２を形成する。圧電体層８２の構造および材料は、圧電特性を有していればよく、特に限定されない。圧電体層８２の製造方法は、特に限定されないが、公知の圧電材料から、例えばゾルゲル法などの公知の方法によって形成される。例えば、第１電極８１の上方において、圧電体層８２の原料膜である前駆体膜を形成する。該前駆体膜は、公知の方法で成膜されることができ、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成される。ここで、前駆体膜を熱処理することで、結晶化してもよい。これによって、圧電体膜を形成することができる。また、この結晶化工程は、部分的に行われてもよく、第２電極８３のパターニングの後に行われても良い。熱処理の条件は、前駆体膜を結晶化できる温度であれば、特に限定されない。熱処理は、例えば、酸素雰囲気中において、５００〜８００度で行われることができる。次に、圧電体膜を所望の形状にパターニングして、圧電体層８２を形成することができる。
【００７６】
圧電体層８２は、例えば、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料を用いることができる。圧電体層８２の圧電材料には、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３：ＢＴ）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｎａ、Ｋ）ＮｂＯ３：ＮＫＮ）およびチタン酸ビスマスナトリウム（（Ｂｉ、Ｎａ）ＴｉＯ３：ＢＮＴ）などを用いることができる。
【００７７】
次に、圧電体層８２の上方において、第１電極８１の少なくとも一部とオーバーラップするように第２電極８３を形成する。第２電極８３の形成方法は、公知の成膜方法およびパターニング方法を用いることができる。例えば、第２電極８３の材料導電膜をＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法などにより成膜して、所望の形状にパターニングし、形成される。
【００７８】
第２電極８３の構造および材料は、導電性を有する限り、特に限定されない。例えば、第２電極８３は、単層で形成されていてもよい。あるいは、第２電極８３は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。第２電極８３は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、酸化ストロンチウム（ＳＲＯ）および酸化ランタンニッケル（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、などのいずれかを含む導電層であってもよい。
【００７９】
図示はされないが、第２電極８３は、駆動回路２００と電気的に接続されたリード部とのコンタクト部を有していてもよい。リード部は、第２電極８３と同じ金属で形成されてもよいし、ニッケル／クロム合金（ＮｉＣｒ）と金（Ａｕ）などを含む積層体からなる金属層で形成されていてもよい。
【００８０】
以上のいずれかの構成により、圧電素子８０を形成してもよい。
【００８１】
次に、図６（Ａ）に示すように、封止領域９１が形成された封止板９０を圧電素子８０の上方より搭載する。ここで、圧電素子８０は、封止領域９１内に封止されることができる。封止板９０は、例えば、接着剤によって圧電素子８０を封止してもよい。
【００８２】
次に、図６（Ｂ）に示すように、基板６０ａを所定の厚みに薄くし、圧力室６１などを区画する。例えば、所定の厚みを有した基板６０ａに対し、所望の形状にパターニングされるようにマスク（図示せず）を基板１０が形成された面と反対の面に形成し、エッチング処理することによって、圧力室６１、壁部６２、供給路６３、連通路６４およびマニュホールド６５（図示せず）を区画する。圧力室６１の形状は、特に限定されない。圧力室６１の形状は、例えば、平面視において平行四辺形であってもよく、矩形であってもよい。圧力室６１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。以上によって、基板１０の下方に圧力室６１を有した圧力室板６０を形成することができる。
【００８３】
次に、図６（Ｃ）に示すように、ノズル孔１３を有したノズルプレート５０を、例えば接着剤等により所定の位置に接合する。本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法において、ノズルプレート５０は、上述されたノズルプレート５０の製造方法によって製造される。これにより、ノズル孔１３は、圧力室６１と連通し、圧力室６１内に供給された液体を、例えば、ノズルプレート５０の下方（圧力室６１とは反対の方向）に向けて吐出することができる。
【００８４】
以上のいずれかの方法により、液滴噴射ヘッド３００を製造することができる。なお、前述の通り、液滴噴射ヘッド３００の製造方法は、上述の製造方法に限定されない。
【００８５】
以上によって、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法によれば、ノズルプレート５０の製造方法において、ガラスを用い、マスク工程やドライエッチング工程を必要とせず、ノズル孔が吐出により適したテーパー面を有するノズルプレートを、より簡便に製造することができる。
【００８６】
３． 液滴噴射装置
次に、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法によって製造された液滴噴射ヘッドを有する液滴噴射装置１０００について説明する。ここでは、液滴噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明する。図７は、液滴噴射装置１０００を模式的に示す斜視図である。
【００８７】
液滴噴射装置１０００は、ヘッドユニット１０３０と、駆動部１０１０と、制御部１０６０と、を含む。また、液滴噴射装置１０００は、装置本体１０２０と、給紙部１０５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ１０２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口１０２２と、装置本体１０２０の上面に配置された操作パネル１０７０と、を含むことができる。
【００８８】
ヘッドユニット１０３０は、例えば、上述した液滴噴射ヘッド３００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット１０３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ１０３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ１０３１を搭載した運搬部（キャリッジ）１０３２と、を備える。
【００８９】
駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０を往復動させることができる。駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０の駆動源となるキャリッジモータ１０４１と、キャリッジモータ１０４１の回転を受けて、ヘッドユニット１０３０を往復動させる往復動機構１０４２と、を有する。
【００９０】
往復動機構１０４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸１０４４と、キャリッジガイド軸１０４４と平行に延在するタイミングベルト１０４３と、を備える。キャリッジガイド軸１０４４は、キャリッジ１０３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ１０３２を支持している。さらに、キャリッジ１０３２は、タイミングベルト１０４３の一部に固定されている。キャリッジモータ１０４１の作動により、タイミングベルト１０４３を走行させると、キャリッジガイド軸１０４４に導かれて、ヘッドユニット１０３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００９１】
制御部１０６０は、ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０および給紙部１０５０を制御することができる。
【００９２】
給紙部１０５０は、記録用紙Ｐをトレイ１０２１からヘッドユニット１０３０側へ送り込むことができる。給紙部１０５０は、その駆動源となる給紙モータ１０５１と、給紙モータ１０５１の作動により回転する給紙ローラ１０５２と、を備える。給紙ローラ１０５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラ１０５２ａおよび駆動ローラ１０５２ｂを備える。駆動ローラ１０５２ｂは、給紙モータ１０５１に連結されている。制御部１０６０によって供紙部１０５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット１０３０の下方を通過するように送られる。
【００９３】
ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０、制御部１０６０および給紙部１０５０は、装置本体１０２０の内部に設けられている。
【００９４】
液滴噴射装置１０００では、本発明に係る液滴噴射ヘッド３００を有することができる。本発明に係る液滴噴射ヘッド３００は、上述のように、本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５０を有する。
【００９５】
なお、上述した例では、液滴噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明したが、本発明のプリンタは、工業的な液体吐出装置として用いられることもできる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したもの、または、メタルフレーク等を含むものなどを用いることができる。
【００９６】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００９７】
１ エッチングバリア層、１０ ガラス基板、１１ 第１の領域、１２ 第２の領域、
１３ ノズル孔、１３ａ 開口部、１３ｂ 開口部、１３ｃ 内面、１６ 改質部分、
２０ 光学素子、３０ レーザービーム、３６ 焦点領域、５０ ノズルプレート、
６０ 基板、６０ａ 基板、６１ 圧力室、６１ａ 領域、６２ 壁部、
６３ 供給路、６４ 連通路、６５ マニュホールド、７０ 振動板、７１ 開口部、
８０ 圧電素子、８１ 第１電極、８１ａ 電気的接続部、８２ 圧電体層、
８３ 第２電極、９０ 封止板、９１ 封止領域、９２ 開口部、９５ 可撓膜、
９６ 固定膜、９７ 開口部、１１０ 第１の方向、１２０ 第２の方向、
２００ 駆動回路、２１０ リード部、３００ 液滴噴射ヘッド、
１０００ 液滴噴射装置、１０１０ 駆動部、１０２０ 装置本体、１０２１ トレイ、
１０２２ 排出口、１０３０ ヘッドユニット、１０３１ インクカートリッジ、
１０３２ キャリッジ、１０４１ キャリッジモータ、１０４２ 往復動機構、
１０４３ タイミングベルト、１０４４ キャリッジガイド軸、１０５０ 給紙部、
１０５１ 給紙モータ、１０５２ 給紙ローラ、１０６０ 制御部、
１０７０ 操作パネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルプレートの製造方法および液滴噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、画像記録装置およびディスプレー製造装置等に用いることができるインクジェットプリンター等の液滴噴射装置の液滴噴射ヘッド（「インクジェット記録ヘッド」又は「記録ヘッド」とも言う）は、例えばインク等の液滴が飛翔するための吐出口であるノズル孔を有したノズルプレートを備えることが知られている。
【０００３】
ノズルプレートの材質としては、例えば、単結晶シリコン、ポリイミド等の重合体物質およびステンレス鋼などのＳＵＳなどが用いられる。例えば、特許文献１には、ポリイミドからなるノズルプレートを、マキシマレーザーを用いて形成するノズルプレートの製造方法が開示されている。
【０００４】
しかしながら、近年、材料コストの低減化や、検査工程の簡便化などの観点から、ノズルプレートをガラスによって製造することが期待されている。ガラス部材にノズル孔を形成する従来の方法としては、エッチングマスクを形成し、ドライエッチングまたは、ウェットエッチングを行う方法が知られている。しかしながら、ドライエッチングを行う場合は、マスクを形成する工程や、ドライエッチング工程のための加工装置が必要となるため、製造コストを抑えることができない。また、ウェットエッチングを行った場合でも、マスク工程は必要となる。更に、ノズル孔の内面は、液滴の吐出のために、テーパー面を有していることが好ましいが、従来の製造方法においてウェットエッチングによりノズル孔を形成した場合、ノズル孔の内面であるテーパー面は、アール状に形成されてしまう。
【０００５】
したがって、低コスト材料であるガラスを用い、ノズル孔が吐出により適したテーパー面を有するノズルプレートを、より簡便に製造することができるノズルプレートの製造方法が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１１７２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の態様の１つは、ガラスを用い、ノズル孔が吐出により適したテーパー面を有するノズルプレートを、より簡便に製造することができるノズルプレートの製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の態様の１つは、上記ノズルプレートの製造方法を含む、液滴噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係るノズルプレートの製造方法は、
ガラス基板にレーザービームを照射し、前記ガラス基板の前記レーザービームが集光した焦点領域において、前記ガラス基板の改質部分を形成する照射工程と、
前記ガラス基板のノズル孔が形成される領域が、前記改質部分となるように、前記レーザービームを前記ガラス基板に対して相対的に走査する走査工程と、
前記ガラス基板をウェットエッチングし、前記改質部分を除去するエッチング工程と、
前記ガラス基板を所望の厚みまで研削し、ノズル孔を有するノズルプレートを形成する研削工程と、
を含む。
【００１０】
本発明によれば、ガラスを用い、マスク工程やドライエッチング工程を必要とせず、ノズル孔が吐出により適したテーパー面を有するノズルプレートを、より簡便に製造することができる。
【００１１】
（２）本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記照射工程における前記レーザービームの照射条件は、波長が、４００ｎｍ以上、１００００ｎｍ以下であって、パルス幅が、１０フェトム秒以上、１０００フェトム秒以下であってもよい。
【００１２】
（３）本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記ノズル孔の内面は、テーパー面を有していてもよい。
【００１３】
（４）本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記エッチング工程におけるエッチャントは、フッ酸を含み、前記フッ酸の濃度は、２０％以上、３５％以下であってもよい。
【００１４】
（５）本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記走査工程は、前記ガラス基板の厚み方向において、前記焦点領域の位置を変更する工程と、前記厚み方向の垂直方向において、前記焦点領域の位置を変更する工程と、を含んでいてもよい。
【００１５】
（６）本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記走査工程は、前記焦点領域のスポット径を変化させながら、前記ガラス基板の厚み方向において、前記焦点領域の位置を変更する工程を含んでいてもよい。
【００１６】
（７）本発明に係るノズルプレートの製造方法において、
前記走査工程において、前記焦点領域のスポット径は、Φ１μｍ以上、Φ１０μｍ以下の範囲で変化してもよい。
【００１７】
（８）本発明に係る液滴噴射ヘッドの製造方法は、
上記のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係るノズルプレートの製造方法を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係るノズルプレートの製造方法を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係るノズルプレートの製造方法を模式的に示す断面図。
【図４】液滴噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図５】本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。
【図７】液滴噴射装置を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明を適用した実施形態の一例について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。本発明は、以下の実施形態およびその変形例を自由に組み合わせたものを含むものとする。
【００２０】
１． ノズルプレートの製造方法
以下、図面を参照して、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法について説明する。
【００２１】
図１（Ａ）〜図２（Ｃ）は、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法を模式的に説明する断面図である。
【００２２】
図１（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法は、ガラス基板にレーザービームを照射する照射工程と、前記レーザービームを前記ガラス基板に対して相対的に走査する走査工程と、前記ガラス基板をウェットエッチングし、前記改質部分を除去するエッチング工程と、前記ガラス基板を所望の厚みまで研削し、ノズル孔を有するノズルプレートを形成する研削工程と、を含む。
【００２３】
図１（Ａ）は、本実施形態に係る照射工程を説明する図である。
【００２４】
まず、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０を準備する。ガラス基板１０としては、酸化ケイ素を主成分とする各種のガラスが板状に加工された基板を用いることができる。ガラス基板１０は、後の工程で用いるレーザービーム３０が有する波長の光を反射または散乱しにくい材質であることが好ましい。ガラス基板１０の具体的な材質としては、ケイ酸塩ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラス、石英ガラス（水晶を含む）、鉛ガラス、およびフッ化物ガラスなどを例示することができる。
【００２５】
図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０は、エッチングバリア層１を有していてもよい。エッチングバリア層１は、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０のレーザービームが照射される面と反対側の面に設けられていても良い。エッチングバリア層１は、後述されるエッチング工程において、ガラス基板１０よりもエッチングされにくい部材から構成されていればよい。例えば、エッチングバリア層１の具体的な材質としてはフォトレジスト、金属膜などを例示することができる。
【００２６】
図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０は、後述されるノズル孔１３が形成される領域１１を有している。以下、ノズル孔１３が形成される領域１１を、「第１の領域１１」とも言う。第１の領域１１の形状は、ノズル孔１３の形状であればよく、特に限定されない。例えば、図１（Ａ）に示すように、第１の領域１１の境界面が、テーパー面となる領域であってもよい。また、図示はされないが、ガラス基板１０の厚み方向から見た、第１の領域１１の境界面の形状は、円状もしくは楕円状であってもよく、一方の面における形状の幅が、他方の面における形状の幅よりも小さくなるように形成されていてもよい。
【００２７】
なお、図１（Ａ）においては、第１の領域１１が、ガラス基板１０を貫通するように設けられている。しかしながら、ガラス基板１０は、後の工程で所望の厚みに研削される。したがって、研削された厚みにおいてガラス基板１０を貫通するノズル孔１３が形成されればよい。よって、第１の領域１１は、ガラス基板１０を貫通していないくてもよい（図示せず）。なお、第１の領域１１は、単一のガラス基板１０において、単数形成されていてもよいし、複数形成されていてもよい。
【００２８】
次に、図１（Ａ）に示すように、レーザー照射工程を行う。この工程は、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０のレーザービーム３０が集光した焦点領域３６において、ガラス基板１０の改質部分１６を形成する。図１（Ａ）に示すように本工程では、ガラス基板１０にレーザービーム３０を照射する。レーザービーム３０としては、いわゆる超短パルスレーザービームが用いられる。このようなパルス幅の短いレーザービーム３０が、ガラスに対して照射されると、照射された部位のガラスを構成する原子に作用して、当該ガラスに化学的もしくは物理的な変化を及ぼすことができる。したがって、本工程では、レーザービーム３０は、ガラス基板１０のガラス（酸化ケイ素が主成分である。）の構造を化学的もしくは物理的に変化させて、その部分の性質が変化した改質部分１６を形成することができる。これにより、例えば、改質部分１６の化学的な安定性（エッチング速度など）を変化させることができる。
【００２９】
上述したように、本工程でレーザービーム３０が集光した焦点領域３６に、改質部分１６が形成される。焦点領域３６とは、レーザービームのエネルギーの密度の高い領域である。焦点領域３６の光のエネルギー密度は、レーザービーム３０のパルス幅を小さくするほど大きくすることができる。このような焦点領域３６は、一定のスポット径を有する一定の体積を有しており、レーザービーム３０の強度、パルス幅、および集光性等を調節することによって、焦点領域３６の大きさ（体積）を調節することができる。このとき、焦点領域３６がガラスに構造変化を起こす程度の光のエネルギーとなるように設定することもできる。焦点領域３６は、焦点領域３６近傍で、レーザービーム３０の進行方向およびレーザービーム３０の進行方向に垂直な方向に有限の大きさを有して形成されることができる（これらは、それぞれ、焦点深度、およびスポット径に対応する。）。したがって、レーザービーム３０の焦点領域３６の位置を調節することにより、ガラス基板１０の平面における任意の位置、および断面における任意の深さに改質部分１６を形成することができる。
【００３０】
ここで、レーザービーム３０を集光させ、焦点領域３６を形成する方法は、特に限定されず、公知の光学的方法を用いることができる。例えば、図示されないレーザービームの光源から、ガラス基板１０への光路間において、光を集光させることができる光学素子２０を介することにより、焦点領域３６を形成してもよい。本実施形態に係る光学素子２０は、光を集光させ、焦点領域３６を形成することができる限り、特に限定されないが、例えば、凸レンズ、プリズム集光器、回折レンズおよび回折格子などのいずれか１つを用いることができる。
【００３１】
ガラス基板１０に改質部分１６を形成するためのレーザービーム３０の照射条件は、光学的な焦点領域３６の形状およびガラス基板１０の材質にも依存するが、例えば、波長が、４００ｎｍ以上、１００００ｎｍ以下、周波数が、１ｋＨｚ以上、１００ｋＨｚ以下、パルス幅が、１０フェトム秒以上、１０００フェトム秒以下とすることができる。より好適な照射条件としては、波長が、６００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下、周波数が、５ｋＨｚ、パルス幅が、１００フェトム秒以上、３００フェトム秒以下とすることができる。前記条件を用いることにより、効率良く改質が可能となる。
【００３２】
本実施形態で用いうるレーザービーム３０の光源としては、特に限定されないが、例えば、チタンサファイヤレーザーを用いたＩＭＲＡ ＡＭＥＲＩＣＡ，ＩＮＣ．社製の型番ＦＸ−１０、などを挙げることができる。
【００３３】
例えば、ガラス基板１０に、厚さ０．７ｍｍのホウケイ酸ガラスの基板を選択した場合、レーザービーム３０の波長を８００ｎｍ、パルス幅を２００フェムト秒、パルスエネルギーを１００μＪとすることができる。このようにすれば、ガラス基板１０に改質部分１６を形成することができる。
【００３４】
次に、図１（Ｂ）に示すように、走査工程を行う。この工程は、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板１０のノズル孔１３が形成される領域（第１領域１１）が、改質部分１６となるように、レーザービーム３０をガラス基板１０に対して相対的に走査する。よって、本工程は、ガラス基板１０を固定してレーザービーム３０を走査する方法、レーザービーム３０を固定してガラス基板１０を走査する方法、レーザービーム３０およびガラス基板１０を走査する方法、および焦点領域３６の形状を変化させる方法等のいずれかを含むことができる。よって、本実施形態の一形態として、ガラス基板１０を固定し、レーザービーム３０を走査する方法を、図１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）に示すように、ガラス基板１０の厚み方向を第１の方向１１０とし、第１の方向１１０と垂直方向を第２の方向１２０としたとき、図１（Ｃ）に示すように、第１の領域１１の全領域が、焦点領域３６によって改質部分１６となるように、光学素子２０を第１の方向１１０および第２の方向１２０に適宜走査することができる。走査条件は、例えば、ガラス基板１０に、厚さ０．７ｍｍのホウケイ酸ガラスの基板を選択し、上記のレーザービーム照射条件を選択した場合、所定の焦点領域３６を改質部分１６とするために、レーザービーム３０を、走査速度を５ｍｍ／秒、および走査周波数を５ｋＨｚとして、走査することもできる。また、必要に応じて複数回走査することもできる。走査回数は任意である。
【００３５】
次に、図２（Ａ）に示すように、エッチング工程をおこなう。本工程は、ガラス基板１０をウェットエッチングし、改質部分１６を除去する。これにより、図２（Ｂ）に示すように、ガラス基板１０において、改質部分１６が除去された第２の領域１２が形成される。第２の領域１２は、第１の領域１１と同じ外形を有する。第２の領域１２は貫通孔であってもよいし、貫通していない凹部であってもよい。
【００３６】
上述したように、改質部分１６のガラスは、構造が変化しているため、それ以外の領域のガラスよりもエッチング速度が非常に大きくなっている。改質部分１６のエッチング速度は、例えば、それ以外の領域のエッチング速度に比較して、１０倍〜１０００倍程度大きくすることができる。
【００３７】
本工程のウェットエッチングの処理の時間としては、任意であるが、例えば、１０分〜２時間程度とすることができる。なお、改質部分１６以外の領域のガラスも同時にエッチングされることがあるが、上述のように両領域のエッチング速度の差は十分に大きいため、実際上支障がない。改質部分１６以外の領域のガラスのエッチングを防ぎたい場合は、適宜、レジストマスクや金属マスクを利用して本工程を行うことができる。
【００３８】
なお、本工程において、図２（Ａ）に示すように、ガラス基板１０のエッチングバリア層１が形成された面とは反対側の面のみにエッチャント（現像液）を接触させるようにしてエッチングを行っても良い。これによれば、図２（Ｂ）に示すように、改質部分１６が除去された後に形成される第２の領域１２の内面において、テーパー面を作りやすくなる。
【００３９】
改質部分１６を除去する工程で用いるエッチャントとしては、フッ酸を含む。エッチャントにおけるフッ酸の濃度は、２０％以上、３５％以下である。例えば、ガラス基板１０に、厚さ０．７ｍｍのホウケイ酸ガラスの基板を選択した場合は、フッ酸の２５％水溶液を用いて行うことができる。
【００４０】
以上の工程により、第２の領域１２をガラス基板１０に形成することができる。第２の領域１２を形成した後、エッチングバリア層１は、適宜除去されてもよい。
【００４１】
次に、図２（Ｃ）に示すように、研削工程をおこなう。本工程はガラス基板１０を所望の厚みまで研削し、ノズル孔１３を有するノズルプレート５０を形成する。なお、本工程は、研磨工程も含む。ガラス基板１０を研削する方法は、公知のガラス素材の研削方法および研磨方法を用いることができる。例えば、回転可能な研削パッドをガラス基板１０の研削する面に配置し、パッドを接触させながら回転させると同時に研磨剤を供給する方法で行うことができる。また、研磨剤の粒度やパッドの種類を変えて、粗研磨工程、精密研磨工程といったように複数の工程に分けて研磨を行ってもよい。研磨剤としては、例えば、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マンガン、コロイダルシリカ、ダイヤモンドなどが挙げられる。パッドは硬質パッドと軟質パッドとに分けられるが、必要に応じて適宜選択して用いることができる。硬質パッドとしては、硬質ベロア、ウレタン発泡、ピッチ含有スウェード等を素材とするパッドが挙げられ、軟質パッドとしては、スウェードやベロア等を素材とするパッドが挙げられる。
【００４２】
以上に説明した本実施形態の製造方法によってノズルプレート５０を形成することができる。図２（Ｃ）に示すように、ノズルプレート５０は、ノズル孔１３を有する。ノズル孔１３は、ノズルプレート５０の厚み方向に伸び、ノズルプレート５０を貫通し、開口部１３ａおよび１３ｂを有する。また、ノズル孔１３は、開口部１３ａおよび１３ｂを接続する内面１３ｃを有する。開口部１３ａおよび１３ｂのノズルプレート５０の厚み方向から見た形状は、ノズル孔より液体を吐出できる限り、特に限定されないが、略円形（楕円を含む）を有していてもよい。図２（Ｃ）に示すように、ノズル孔１３の一方の開口部１３ａの開口幅Ｗ１は、他方の開口部１３ｂの開口幅Ｗ２よりも大きくてもよい。言い換えれば、ノズル孔１３の一方の開口部１３ａの開口面積は、他方の開口部１３ｂの開口面積よりも大きくてもよい。また、ノズル孔１３の内面１３ｃは、テーパー面から形成される。内面１３ｃのノズルプレート５０の厚み方向における断面形状は、台形であってもよい。つまりは、図２（Ｃ）に示すように、断面視において、内面１３ｃは、開口部１３ａと開口部１３ｂとを直線で結ぶことができる。
【００４３】
本実施形態に係るノズルプレートの製造方法は、例えば以下のような特徴を有する。
【００４４】
本実施形態に係るノズルプレートの製造方法によれば、ガラス基板にノズル孔を形成する工程において、エッチングマスクを形成する工程を必要しない。また、ウェットエッチングと比べて装置コストやランニングコストが高いドライエッチング工程を必要としない。したがって、より簡便にノズルプレートを製造することができる。
【００４５】
また、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法によれば、ノズルプレート５０のノズル孔１３が、液滴の吐出により適したテーパー面を有することができる。従来のように、ガラス基板をマスキングし、等方エッチングによって、ノズル孔の内面がテーパー面を有するように形成する製造方法によれば、テーパー面がアール状の面となってしまう。また、異方エッチングを行った場合、ノズル孔にテーパー面を形成することはできない。これに対し、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法によれば、レーザービーム照射工程において、改質された改質部分のみをエッチングにより選択的に除去することができる。したがって、内面１３ｃがアール状とならないテーパー面からなるノズル孔１３を容易に形成することができる。
【００４６】
以上により、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法によれば、ガラスを用い、マスク工程やドライエッチング工程を必要とせず、ノズル孔が吐出により適したテーパー面を有するノズルプレートを、より簡便に製造することができる。
【００４７】
（変形例）
本実施形態に係るノズルプレートの製造方法は、以下のように変形することができる。以下、図面を参照して、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法について説明する。
【００４８】
図３は、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法の変形例を模式的に説明する断面図である。なお、上述された製造方法において説明された構成およびその製造方法等と同様のものは、同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００４９】
本変形例においては、走査工程が、焦点領域１３６のスポット径を変化させながら、ガラス基板１０の厚み方向において、焦点領域１３６の位置を変更する工程を含むことができる。
【００５０】
図３（Ａ）に示すように、ガラス基板１０に照射されるレーザービーム３０は、光学素子１２０を介してガラス基板１０に照射される。ここで、本変形例に係る光学素子１２０は、焦点領域１３６のスポット径を変化させることができる光学素子であることができる。本変形例に係る光学素子１２０は、焦点領域１３６のスポット径を変化および調整できる限り、特に限定されない。例えば、光学素子１２０は、複数のレンズを有するレンズユニットであってもよい。変化するスポット径は、ノズル孔１３の設計上の形状によって調整されるため、特に限定されないが、例えば、Φ１μｍ以上、Φ１０μｍ以下の範囲で変化してもよい。
【００５１】
図３（Ａ）に示すように、照射工程において、最初のスポット径（Ｓ１）は、第１の領域１１のレーザービーム３０が照射される面における幅であることができる。本変形例に係る走査工程においては、レーザービーム３０をガラス基板１０に対して相対的に走査する際、第１の方向１１０においてのみ走査する。図３（Ｂ）に示すように、第１の方向１１０に焦点領域１３６を走査する際、焦点領域１３６のスポット径を、深度に応じて段階的に変化させればよい。例えば、図３（Ｂ）に示すように、レーザービーム３０の焦点深度が深いときに、焦点領域１３６のスポット径（Ｓ２）は、最初のスポット径（Ｓ１）よりも小さくなるように調整されていてもよい。また、図示はされないが、その逆であってもよい。
【００５２】
本変形例においては、以上の走査方法によって、第１の領域１１に改質部分１６を形成することができる。
【００５３】
本変形例に係るノズルプレートの製造方法は、上記のノズルプレートの製造方法の特徴に加えて、例えば以下のような特徴を有する。
【００５４】
本変形例に係るノズルプレートの製造方法によれば、走査工程における動作軸をガラス基板１０の深度方向（第１の方向１１０）のみとすることができる。これによれば、ノズル孔１３のテーパー面を、焦点領域１３６のスポット径を調整することのみによって形成することができるため、より製造方法が簡便になり、テーパー面の製造精度を向上することができる。
【００５５】
２． 液滴噴射ヘッドの製造方法
以下、図面を参照して、本実施の形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法について説明する。本実施の形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法は、上述されたノズルプレートの製造方法を含む。
【００５６】
図４は、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法によって製造された液滴噴射ヘッド３００の一例を模式的に示す分解斜視図である。図５−６は、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド３００の製造方法を模式的に示す断面図である。以下、図面を参照して、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法によって製造された液滴噴射ヘッド３００の一例を説明した後に、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法について説明する。
【００５７】
図４に示すように、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法によって製造された液滴噴射ヘッド３００は、ノズルプレート５０と、ノズルプレート５０の上方に形成された基板６０と、基板６０の上方に形成された振動板７０と、振動板７０の上方に形成された圧電素子８０と、振動板７０の上方において、圧電素子８０を覆うように設けられた封止板９０と、を含む。
【００５８】
基板６０は、図４に示すように、ノズルプレート５０の上方に形成され、圧力室６１を有する。図４に示すように、基板６０は、圧力室６１の側壁を構成する壁部６２を有する。また、基板６０は、圧力室６１と供給路６３および連通路６４を介して連通したマニュホールド６５を有していてもよい（図示せず）。マニュホールド６５には、図示されない貫通孔が形成されてもよく、該貫通孔を通って外部からマニュホールド６５内に液体が供給されてもよい。これによれば、マニュホールド６５に液体を供給することによって、供給路６３および連通路６４を介して圧力室６１に液体を供給することができる。圧力室６１の形状は、特に限定されない。圧力室６１の形状は、例えば、上面１１の法線方向から見た場合の平面視において平行四辺形であってもよく、矩形であってもよい。圧力室６１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。基板６０の材質は、特に限定されない。基板６０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００５９】
図４に示すように、振動板７０は、プレート状の部材であって、圧電素子８０が面の上方に形成される第１の面１１と、第１の面１１と反対の面である第２の面１２と、を有する。液滴噴射ヘッド３００において、振動板７０は、変形部を構成する。言い換えれば、後述される圧電素子８０の変形によって、振動板７０は変形することができる。これにより、下方に形成される流路形成板２０の圧力室２１の体積を変化させることができる。振動板７０の構造および材料は、可撓性を有し、変形することができる限り、特に限定されない。例えば、振動板７０は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。このとき、振動板７０は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）と二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を積層したものや、ニッケルなどの金属膜、ポリイミドなどの高分子材料膜などを含む積層体であってもよい。
【００６０】
また、図４に示すように、振動板７０には、マニュホールド６５と連通する開口部７１が形成される。開口部７１の形状は、マニュホールド６５に液体を供給でき得る限り特に限定されない。また、図示はされないが、開口部７１の周辺領域には、ニッケル、金を含む導電層が形成されていてもよい。
【００６１】
次に、振動板７０の上方には、圧電素子８０が形成される。なお、本実施形態において圧電素子８０の形態は、電極によって挟まれた圧電体層を有する限り、特に限定されるものではない。つまりは、圧電素子８０は、屈曲振動モード（ベントモード）のユニモルフ型圧電素子であってもよい。また、図示はされないが、圧電素子８０は、伸縮振動モード（ピストンモード）の積層型圧電素子であってもよい。
【００６２】
本実施形態の液滴噴射ヘッドの製造方法の説明においては、圧電素子８０が、屈曲振動モード（ベントモード）のユニモルフ型圧電素子の場合であって、複数の圧電素子８０を有する液滴噴射ヘッド３００の場合に、上部電極である第２電極８３が共通電極となるように形成された構造を一例として例示して説明する。しかしながら、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法によって製造された液滴噴射ヘッド３００は、以下の形態に限定されるものではない。例えば、下部電極となる第１電極８１が共通電極となるように形成された液滴噴射ヘッドであってもよい。なお、圧電素子８０の詳細は、液滴噴射ヘッドの製造方法において後述される。
【００６３】
次に、図４に示すように、液滴噴射ヘッド３００は、封止板９０を有することができる。封止板９０は、図４に示すように、圧電素子８０の上方に形成される。封止板９０は、圧電素子８０を所定の空間領域に封止することができる封止領域９１を有している。封止領域９１は、圧電素子８０の振動運動を阻害しない程度の空間領域であればよい。また、封止板９０は、図４に示すように、基板６０のマニュホールド６５および振動板７０の開口部７１と連通した開口部９２を有していてもよい。封止板９０の構造及び材料は、特に限定されない。例えば、封止板９０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００６４】
また、図４に示すように、封止板９０の開口部９２の上方には、可撓膜９５および固定膜９６が形成されてもよい。可撓膜９５は、開口部９２を封止するように形成される。可撓膜９５は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルムから形成されてもよい。また、固定膜９６は、開口部９２の上方で、可撓膜９５を介して開口部９７を有する。固定膜９６は、可撓膜９５を固定することができる限り特に限定されず、例えば、ステンレス鋼などの金属等の材料から形成されてもよい。ここで、基板６０のマニュホールド６５、振動板７０の開口部７１および封止板９０の開口部９２によって構成される空間をリザーバとするとき、リザーバの一方面は、可撓膜９５のみによって封止さている。
【００６５】
図４に示すように、例えば、封止板９０の上には、電気的接続部（図示せず）を介して駆動回路２００が実装されてもよい。駆動回路２００は、図示はされないが、例えばワイヤボンディング等によって、圧電素子８０と電気的に接続されている。また、液滴噴射ヘッド３００は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料からなり、上述された構成を収納することができる筐体を有していてもよい（図示せず）。
【００６６】
以下に、図面を参照して、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法を説明する。
【００６７】
なお、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法は、基板６０を形成するために用いられる材質が単結晶シリコン等を用いる場合と、ステンレス等を用いる場合とによって異なる。以下において、単結晶シリコンを用いた場合の液滴噴射ヘッドの製造方法を一例として記載する。本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法は、特に以下の製造方法に限定されず、ニッケルやステンレス鋼、ステンレス等を材料として用いる場合は、公知の電鋳法等の工程を含んでいてもよい。
【００６８】
また、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法の説明においては、工程の一例として、まず圧電素子８０を形成した工程の後に、基板６０を形成する。その後、封止板８０を搭載し、上述された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５０を接着する。しかしながら、各工程の先後は、以下に記載の製造方法に限定されるものではない。なお、既に上述された構成の詳細な説明は、同様の符号を付して省略する。
【００６９】
まず、図５（Ａ）に示すように、基板６０の材料基板であって、圧力室６１等が形成されていない基板６０ａを準備する。基板６０ａには、圧力室６１等が形成される領域６１ａ等が区画されている。その基板６０ａの上方において、図５（Ａ）に示すように、振動板７０を形成する。振動板７０の形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。振動板７０は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの蒸着法、スパッタ法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより形成される。図示はされないが、振動板７０は、所望の形状にパターニングされていてもよい。
【００７０】
なお、本実施形態におけるパターニング工程は、公知のフォトリソグラフィー技術または公知のエッチング技術によって行われる。エッチングでもってパターニングを行う場合、ドライエッチングでもよいし、ウェットエッチングでもよい。また、適宜、レジストの形成・除去工程および現像工程などを含んでいてもよい。
【００７１】
次に、図５（Ｂ）に示すように、振動板７０の上方において、圧電素子８０を形成する。圧電素子８０は、基板６０ａの、圧力室６１が形成される領域６１ａの上方に配置される。図５（Ｂ）に示すように、圧電素子８０は、第１電極８１と第２電極８３とによって挟まれた圧電体層８２を有していればよく、その形態は特に限定されない。例えば、図５（Ｂ）に示すように、圧電素子８０は、第１電極８１、圧電体層８２および第２電極８３を含む。
【００７２】
振動板７０の上方に、下部電極となる第１電極８１を形成する。第１電極８１の形成方法は、公知の成膜方法およびパターニング方法を用いることができる。例えば、第１電極８１の材料導電膜をＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法などにより成膜して、所望の形状にパターニングし、形成される。
【００７３】
第１電極８１の構造および材料は、導電性を有する限り、特に限定されない。例えば、第１電極８１は、単層で形成されていてもよい。あるいは、第１電極８１は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。第１電極８１は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、酸化ストロンチウム（ＳＲＯ）および酸化ランタンニッケル（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、などのいずれかを含む導電層であってもよい。
【００７４】
図５（Ｂ）に示すように、第１電極８１は、駆動回路２００と電気的に接続されたリード部２１０との電気的接続部８１ａを有していてもよい。リード部２１０は、第１電極８１と同じ金属で形成されてもよいし、ニッケル／クロム合金（ＮｉＣｒ）と金（Ａｕ）などを含む積層体からなる金属層で形成されていてもよい。
【００７５】
次に、第１電極８１を覆うように、圧電体層８２を形成する。圧電体層８２の構造および材料は、圧電特性を有していればよく、特に限定されない。圧電体層８２の製造方法は、特に限定されないが、公知の圧電材料から、例えばゾルゲル法などの公知の方法によって形成される。例えば、第１電極８１の上方において、圧電体層８２の原料膜である前駆体膜を形成する。該前駆体膜は、公知の方法で成膜されることができ、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成される。ここで、前駆体膜を熱処理することで、結晶化してもよい。これによって、圧電体膜を形成することができる。また、この結晶化工程は、部分的に行われてもよく、第２電極８３のパターニングの後に行われても良い。熱処理の条件は、前駆体膜を結晶化できる温度であれば、特に限定されない。熱処理は、例えば、酸素雰囲気中において、５００〜８００度で行われることができる。次に、圧電体膜を所望の形状にパターニングして、圧電体層８２を形成することができる。
【００７６】
圧電体層８２は、例えば、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料を用いることができる。圧電体層８２の圧電材料には、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３：ＢＴ）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｎａ、Ｋ）ＮｂＯ３：ＮＫＮ）およびチタン酸ビスマスナトリウム（（Ｂｉ、Ｎａ）ＴｉＯ３：ＢＮＴ）などを用いることができる。
【００７７】
次に、圧電体層８２の上方において、第１電極８１の少なくとも一部とオーバーラップするように第２電極８３を形成する。第２電極８３の形成方法は、公知の成膜方法およびパターニング方法を用いることができる。例えば、第２電極８３の材料導電膜をＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法などにより成膜して、所望の形状にパターニングし、形成される。
【００７８】
第２電極８３の構造および材料は、導電性を有する限り、特に限定されない。例えば、第２電極８３は、単層で形成されていてもよい。あるいは、第２電極８３は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。第２電極８３は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、酸化ストロンチウム（ＳＲＯ）および酸化ランタンニッケル（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、などのいずれかを含む導電層であってもよい。
【００７９】
図示はされないが、第２電極８３は、駆動回路２００と電気的に接続されたリード部とのコンタクト部を有していてもよい。リード部は、第２電極８３と同じ金属で形成されてもよいし、ニッケル／クロム合金（ＮｉＣｒ）と金（Ａｕ）などを含む積層体からなる金属層で形成されていてもよい。
【００８０】
以上のいずれかの構成により、圧電素子８０を形成してもよい。
【００８１】
次に、図６（Ａ）に示すように、封止領域９１が形成された封止板９０を圧電素子８０の上方より搭載する。ここで、圧電素子８０は、封止領域９１内に封止されることができる。封止板９０は、例えば、接着剤によって圧電素子８０を封止してもよい。
【００８２】
次に、図６（Ｂ）に示すように、基板６０ａを所定の厚みに薄くし、圧力室６１などを区画する。例えば、所定の厚みを有した基板６０ａに対し、所望の形状にパターニングされるようにマスク（図示せず）を基板１０が形成された面と反対の面に形成し、エッチング処理することによって、圧力室６１、壁部６２、供給路６３、連通路６４およびマニュホールド６５（図示せず）を区画する。圧力室６１の形状は、特に限定されない。圧力室６１の形状は、例えば、平面視において平行四辺形であってもよく、矩形であってもよい。圧力室６１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。以上によって、基板１０の下方に圧力室６１を有した圧力室板６０を形成することができる。
【００８３】
次に、図６（Ｃ）に示すように、ノズル孔１３を有したノズルプレート５０を、例えば接着剤等により所定の位置に接合する。本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法において、ノズルプレート５０は、上述されたノズルプレート５０の製造方法によって製造される。これにより、ノズル孔１３は、圧力室６１と連通し、圧力室６１内に供給された液体を、例えば、ノズルプレート５０の下方（圧力室６１とは反対の方向）に向けて吐出することができる。
【００８４】
以上のいずれかの方法により、液滴噴射ヘッド３００を製造することができる。なお、前述の通り、液滴噴射ヘッド３００の製造方法は、上述の製造方法に限定されない。
【００８５】
以上によって、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法によれば、ノズルプレート５０の製造方法において、ガラスを用い、マスク工程やドライエッチング工程を必要とせず、ノズル孔が吐出により適したテーパー面を有するノズルプレートを、より簡便に製造することができる。
【００８６】
３． 液滴噴射装置
次に、本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの製造方法によって製造された液滴噴射ヘッドを有する液滴噴射装置１０００について説明する。ここでは、液滴噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明する。図７は、液滴噴射装置１０００を模式的に示す斜視図である。
【００８７】
液滴噴射装置１０００は、ヘッドユニット１０３０と、駆動部１０１０と、制御部１０６０と、を含む。また、液滴噴射装置１０００は、装置本体１０２０と、給紙部１０５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ１０２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口１０２２と、装置本体１０２０の上面に配置された操作パネル１０７０と、を含むことができる。
【００８８】
ヘッドユニット１０３０は、例えば、上述した液滴噴射ヘッド３００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット１０３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ１０３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ１０３１を搭載した運搬部（キャリッジ）１０３２と、を備える。
【００８９】
駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０を往復動させることができる。駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０の駆動源となるキャリッジモータ１０４１と、キャリッジモータ１０４１の回転を受けて、ヘッドユニット１０３０を往復動させる往復動機構１０４２と、を有する。
【００９０】
往復動機構１０４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸１０４４と、キャリッジガイド軸１０４４と平行に延在するタイミングベルト１０４３と、を備える。キャリッジガイド軸１０４４は、キャリッジ１０３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ１０３２を支持している。さらに、キャリッジ１０３２は、タイミングベルト１０４３の一部に固定されている。キャリッジモータ１０４１の作動により、タイミングベルト１０４３を走行させると、キャリッジガイド軸１０４４に導かれて、ヘッドユニット１０３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００９１】
制御部１０６０は、ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０および給紙部１０５０を制御することができる。
【００９２】
給紙部１０５０は、記録用紙Ｐをトレイ１０２１からヘッドユニット１０３０側へ送り込むことができる。給紙部１０５０は、その駆動源となる給紙モータ１０５１と、給紙モータ１０５１の作動により回転する給紙ローラ１０５２と、を備える。給紙ローラ１０５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラ１０５２ａおよび駆動ローラ１０５２ｂを備える。駆動ローラ１０５２ｂは、給紙モータ１０５１に連結されている。制御部１０６０によって供紙部１０５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット１０３０の下方を通過するように送られる。
【００９３】
ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０、制御部１０６０および給紙部１０５０は、装置本体１０２０の内部に設けられている。
【００９４】
液滴噴射装置１０００では、本発明に係る液滴噴射ヘッド３００を有することができる。本発明に係る液滴噴射ヘッド３００は、上述のように、本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５０を有する。
【００９５】
なお、上述した例では、液滴噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明したが、本発明のプリンタは、工業的な液体吐出装置として用いられることもできる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したもの、または、メタルフレーク等を含むものなどを用いることができる。
【００９６】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００９７】
１ エッチングバリア層、１０ ガラス基板、１１ 第１の領域、１２ 第２の領域、
１３ ノズル孔、１３ａ 開口部、１３ｂ 開口部、１３ｃ 内面、１６ 改質部分、
２０ 光学素子、３０ レーザービーム、３６ 焦点領域、５０ ノズルプレート、
６０ 基板、６０ａ 基板、６１ 圧力室、６１ａ 領域、６２ 壁部、
６３ 供給路、６４ 連通路、６５ マニュホールド、７０ 振動板、７１ 開口部、
８０ 圧電素子、８１ 第１電極、８１ａ 電気的接続部、８２ 圧電体層、
８３ 第２電極、９０ 封止板、９１ 封止領域、９２ 開口部、９５ 可撓膜、
９６ 固定膜、９７ 開口部、１１０ 第１の方向、１２０ 第２の方向、
２００ 駆動回路、２１０ リード部、３００ 液滴噴射ヘッド、
１０００ 液滴噴射装置、１０１０ 駆動部、１０２０ 装置本体、１０２１ トレイ、
１０２２ 排出口、１０３０ ヘッドユニット、１０３１ インクカートリッジ、
１０３２ キャリッジ、１０４１ キャリッジモータ、１０４２ 往復動機構、
１０４３ タイミングベルト、１０４４ キャリッジガイド軸、１０５０ 給紙部、
１０５１ 給紙モータ、１０５２ 給紙ローラ、１０６０ 制御部、
１０７０ 操作パネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板にレーザービームを照射し、前記ガラス基板の前記レーザービームが集光した焦点領域において、前記ガラス基板の改質部分を形成する照射工程と、
前記ガラス基板のノズル孔が形成される領域が、前記改質部分となるように、前記レーザービームを前記ガラス基板に対して相対的に走査する走査工程と、
前記ガラス基板をウェットエッチングし、前記改質部分を除去するエッチング工程と、
前記ガラス基板を所望の厚みまで研削し、ノズル孔を有するノズルプレートを形成する研削工程と、
を含む、ノズルプレートの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記照射工程における前記レーザービームの照射条件は、波長が、４００ｎｍ以上、１００００ｎｍ以下であって、パルス幅が、１０フェトム秒以上、１０００フェトム秒以下である、ノズルプレートの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記ノズル孔の内面は、テーパー面を有する、ノズルプレートの製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項において、
前記エッチング工程におけるエッチャントは、フッ酸を含み、前記フッ酸の濃度は、２０％以上、３５％以下である、ノズルプレートの製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、
前記走査工程は、前記ガラス基板の厚み方向において、前記焦点領域の位置を変更する工程と、前記厚み方向の垂直方向において、前記焦点領域の位置を変更する工程と、を含む、ノズルプレートの製造方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項において、
前記走査工程は、前記焦点領域のスポット径を変化させながら、前記ガラス基板の厚み方向において、前記焦点領域の位置を変更する工程を含む、ノズルプレートの製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記走査工程において、前記焦点領域のスポット径は、Φ１μｍ以上、Φ１０μｍ以下の範囲で変化する、ノズルプレートの製造方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のノズルプレートの製造方法を含む、液滴噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１】
ガラス基板にレーザービームを照射し、前記ガラス基板の前記レーザービームが集光した焦点領域において、前記ガラス基板の改質部分を形成する照射工程と、
前記ガラス基板のノズル孔が形成される領域が、前記改質部分となるように、前記レーザービームを前記ガラス基板に対して相対的に走査する走査工程と、
前記ガラス基板をウェットエッチングし、前記改質部分を除去するエッチング工程と、
前記ガラス基板を所望の厚みまで研削し、ノズル孔を有するノズルプレートを形成する研削工程と、
を含む、ノズルプレートの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記照射工程における前記レーザービームの照射条件は、波長が、４００ｎｍ以上、１００００ｎｍ以下であって、パルス幅が、１０フェトム秒以上、１０００フェトム秒以下である、ノズルプレートの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記ノズル孔の内面は、テーパー面を有する、ノズルプレートの製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項において、
前記エッチング工程におけるエッチャントは、フッ酸を含み、前記フッ酸の濃度は、２０％以上、３５％以下である、ノズルプレートの製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、
前記走査工程は、前記ガラス基板の厚み方向において、前記焦点領域の位置を変更する工程と、前記厚み方向の垂直方向において、前記焦点領域の位置を変更する工程と、を含む、ノズルプレートの製造方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項において、
前記走査工程は、前記焦点領域のスポット径を変化させながら、前記ガラス基板の厚み方向において、前記焦点領域の位置を変更する工程を含む、ノズルプレートの製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記走査工程において、前記焦点領域のスポット径は、Φ１μｍ以上、Φ１０μｍ以下の範囲で変化する、ノズルプレートの製造方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のノズルプレートの製造方法を含む、液滴噴射ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１７８０１０（Ｐ２０１１−１７８０１０Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４３８４５（Ｐ２０１０−４３８４５）
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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