ノズル基板、ノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置
【課題】液状体を吐出するノズルが形成された部材の強度が充分でないことに起因して、当該部材が損なわれたり、当該部材が組み込まれた吐出装置の吐出特性が損なわれたりすることを抑制できるノズル基板、ノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】ノズル基板は、液状体が吐出される吐出ノズルがシリコン基板に形成されたノズル基板であって、ノズル基板における、吐出ノズルから液状体が吐出される側の面に開口している凹部を備え、吐出ノズルは、凹部が開口する面の側の開口が凹部の底面に開口し、底面から凹部が開口している面の反対側の面に貫通している。
【解決手段】ノズル基板は、液状体が吐出される吐出ノズルがシリコン基板に形成されたノズル基板であって、ノズル基板における、吐出ノズルから液状体が吐出される側の面に開口している凹部を備え、吐出ノズルは、凹部が開口する面の側の開口が凹部の底面に開口し、底面から凹部が開口している面の反対側の面に貫通している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状体を吐出する吐出ノズルを備えるノズル基板、液滴吐出ヘッド、当該ノズル基板の製造方法、及び当該液滴吐出ヘッドの製造方法、並びに当該ノズル基板又は液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カラー液晶装置のカラーフィルター膜などの機能膜を形成する技術として、液状体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドを有する描画装置を用いて、機能膜の材料を含む液状体の液滴を吐出して基板上の任意の位置に着弾させることで、当該位置に液状体を配置（描画）し、配置した液状体を乾燥させて機能膜を形成する技術が知られている。このような膜形成に用いられる描画装置は、液滴吐出ヘッドを基板に対して相対移動させながら、液滴吐出ヘッドが有する吐出ノズルから微小な液滴を選択的に吐出して、基板上に位置精度良く着弾させることができるため、精密な平面形状及び膜厚を有する膜を形成することができる。
【０００３】
より高機能の機能膜を形成するために、より精密な平面形状及び膜厚の機能膜を実現することが必要になっている。精密な平面形状を実現するためには、着弾位置ピッチをより小さくすることが必要である。また、それぞれの吐出ノズルから吐出された液滴を、基板上の所定の位置に精度よく着弾させることが必要である。
特許文献１には、ノズル孔の形状を工夫することによって、高速及び高解像度の記録を行うために、ノズルの狭ピッチが図れ、インク吐出特性の良好なノズル形成部材及びノズル形成部材を歩留まり良く製造できるノズル形成部材の製造方法が開示されている。
特許文献２には、ノズル孔の断面形状を工夫することによって、安定した吐出特性を有するとともに、ノズル密度すなわち高密度化を図ることができる液滴吐出用のノズルプレート製造方法及びノズルプレート、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド、並びに液滴吐出装置の製造方法及び液滴吐出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３４９６５号公報
【特許文献２】特開２００７−１７５９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１又は特許文献２に開示されたノズル形成部材又はノズルプレートは、ノズル孔の適切な形状を確保するために、ノズル形成部材又はノズルプレートの板厚が規定されてしまっている。ノズル形成部材又はノズルプレートの板厚が規定されることで、ノズル形成部材又はノズルプレートの強度が必ずしも充分ではない場合があった。特に、大きさが微小で、形状が複雑なノズル孔を形成するのに適したシリコン基板を用いると、必ずしも充分な強度が得られないという課題があった。あるいは、板厚が薄くても充分な強度が得られる材料を用いるために、加工特性のよい材料を選択できないという課題があった。
ノズル形成部材又はノズルプレートの強度が不足すると、製造時や、組込時の取扱いによってノズル形成部材などが損なわれる可能性がある。組み立てられた状態でも、強度の余裕が少なくなることによるノズル形成部材などの変形に起因して、吐出特性が損なわれる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例にかかるノズル基板は、液状体が吐出される吐出ノズルがシリコン基板に形成されたノズル基板であって、前記ノズル基板における、前記吐出ノズルから前記液状体が吐出される側の面に開口している凹部を備え、前記吐出ノズルは、前記凹部が開口する面の側の開口が前記凹部の底面に開口し、前記底面から前記凹部が開口している面の反対側の面に貫通していることを特徴とする。
【０００８】
このノズル基板によれば、吐出ノズルは、凹部の底面から凹部が開口している面の反対側の面に貫通している。吐出ノズルの適切な形状を実現するために、凹部の底面から凹部が開口している面の反対側の面までの厚さは、吐出ノズルの適切な形状によって規定される適切な厚さにする必要がある。凹部の深さは特に規制されないため、吐出ノズルの適切な長さに対して、凹部の深さを適宜定めることによって、ノズル基板の厚さを充分な強度が得られる厚さにすることができる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例にかかるノズル基板は、総厚が１００μｍ以上であることが好ましい。
【００１０】
このノズル基板によれば、ノズル基板の厚さが１００μｍ以上である。厚さが１００μｍ以上であれば、ノズル基板の充分な強度が実現できることが、本発明の発明者らによって確認されている。ノズル基板の厚さが１００μｍ以上であることによって、ノズル基板を取扱う際に、ノズル基板の強度が不足することに起因してノズル基板が損なわれることや、組み立てられたノズル基板がノズル基板の強度が不足することに起因して変形したり損なわれたりすることを抑制することができる。なお、総厚の最大値は、凹部の加工に要する時間などを考慮して、５００μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
［適用例３］上記適用例にかかるノズル基板は、前記凹部の開口の幅が、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
このノズル基板によれば、凹部が、吐出ノズルに対して、１００μｍ以上１０００μｍ以下の範囲が開口している。吐出ノズルの適切なノズル長は、概ね２０μｍから５０μｍである。ノズル基板の厚さが１００μｍの場合、凹部の深さは８０μｍから５０μｍである。深さが８０μｍから５０μｍの凹部の底面には、開口の幅が凹部の深さと同等以上であれば、吐出ノズルの開口部に接触して、吐出ノズルの開口を洗浄することができることが、本発明の発明者らによって確認されている。また、凹部の開口の幅が１０００μｍ以下であれば、シリコンからなるノズル基板における凹部が存在することで強度が低下する部分も含めて、充分な強度が確保できることが、本発明の発明者らによって確認されている。なお、開口の大きさは、凹部の深さに対応して、洗浄が可能な範囲で狭くすることが好ましい。
【００１３】
［適用例４］上記適用例にかかるノズル基板は、前記凹部が開口している面の反対側の前記吐出ノズルが開口している面と、前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記凹部が開口している面と、を覆う連続した保護膜を備えることが好ましい。
【００１４】
このノズル基板によれば、吐出ノズル及び凹部は、ノズル基板の面を覆う保護膜と連続した、すなわち切れ目無くつながっている保護膜によって覆われている。保護膜は、ノズル基板のシリコンに液状体が接触することによってノズル基板が腐蝕されることを防止するために形成される。保護膜に継ぎ目があると、当該継ぎ目から液状体などが滲入して、腐蝕防止効果が損なわれる可能性が高くなる。吐出ノズルの部分は、液状体を吐出するための圧力が液状体に加えられているため、液状体などが継ぎ目から滲入し易い。また、吐出特性を維持するために、吐出ノズルの形状は正確であることが必要であり、腐蝕されることが吐出特性に影響を及ぼす可能性が高い。連続した保護膜で覆うことにより、液状体などが継ぎ目から滲入することでノズル基板が腐蝕されることを防止することができる。
【００１５】
［適用例５］本適用例にかかるノズル基板の製造方法は、液状体が吐出される吐出ノズルがシリコン基板に形成されているノズル基板の製造方法であって、前記シリコン基板の第一の面に開口する前記吐出ノズルを形成するノズル形成工程と、前記第一の面の反対側の第二の面に開口すると共に、底面に前記吐出ノズルが開口する凹部を形成する凹部形成工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
このノズル基板の製造方法によれば、凹部の底面から凹部が開口している面の反対側の面に貫通する吐出ノズルが形成される。吐出ノズルの適切な形状を実現するために、凹部の底面から凹部が開口している面の反対側の面までの厚さは、吐出ノズルの適切な形状によって規定される適切な厚さにする必要がある。凹部の深さは特に規制されないため、吐出ノズルの適切な長さに対して、凹部の深さを適宜定めることによって、ノズル基板の厚さを充分な強度が得られる厚さにすることができる。
【００１７】
［適用例６］上記適用例にかかるノズル基板の製造方法は、前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面との少なくとも一部に形成されている酸化膜を除去する膜除去工程と、前記吐出ノズルの前記壁面と、前記凹部の前記底面及び前記側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面とに、連続した保護膜を形成する保護膜形成工程と、をさらに有することが好ましい。
【００１８】
このノズル基板の製造方法によれば、膜除去工程によって、吐出ノズルの壁面と、凹部の底面及び側壁面と、第一の面と、第二の面とに形成されている酸化膜が除去される。これにより、ノズル形成工程や凹部形成工程を実施することによって部分的に除去されたために、除去された部分の保護機能が失われた酸化膜が除去される。部分的に形成された酸化膜の上に酸化膜を形成すると、既に酸化膜が存在する部分には酸化膜が形成され難いため、均一な酸化膜が形成され難い。このため、既に存在した酸化膜と、新たに形成された酸化膜とが継ぎ足された酸化膜が形成される可能性が高い。当該酸化膜は、液状体などが滲入し易い継ぎ目の部分が形成される。膜除去工程によって、部分的に除去された酸化膜を全て除去することによって、部分的に形成された酸化膜の上に酸化膜を形成することを防止することができる。
保護膜形成工程によって、吐出ノズルの壁面と、凹部の底面及び側壁面と、第一の面と、第二の面とに連続した保護膜を形成する。これにより、吐出ノズルの壁面と、凹部の底面及び側壁面と、第一の面と、第二の面とを、連続した保護膜で覆うことにより、液状体などが継ぎ目から滲入することでノズル基板が腐蝕されることを防止することができる。
【００１９】
［適用例７］上記適用例にかかるノズル基板の製造方法は、前記ノズル形成工程においては、異方性ドライエッチングによって前記吐出ノズルを形成することが好ましい。
【００２０】
このノズル基板の製造方法によれば、吐出ノズルは、異方性ドライエッチングによって形成される。異方性ドライエッチングを用いることで、アスペクト比が高い微細な孔である吐出ノズルを、精度よく形成することができる。
【００２１】
［適用例８］上記適用例にかかるノズル基板の製造方法は、前記凹部形成工程では、異方性ウェットエッチングによって前記凹部を形成することが好ましい。
【００２２】
このノズル基板の製造方法によれば、凹部は、異方性ウェットエッチングによって形成される。異方性ウェットエッチングはエッチング速度を速くすることができるため、異方性ウェットエッチングを用いることで、吐出ノズルに比べてエッチングする面積が広い凹部を効率よく形成することができる。
【００２３】
［適用例９］上記適用例にかかるノズル基板の製造方法は、前記ノズル基板の総厚が１００μｍ以上であることが好ましい。
【００２４】
このノズル基板の製造方法によれば、ノズル基板の厚さが１００μｍ以上である。厚さが１００μｍ以上であれば、ノズル基板の充分な強度が実現できることが、本発明の発明者らによって確認されている。ノズル基板の厚さが１００μｍ以上であることによって、ノズル基板を取扱う際に、ノズル基板の強度が不足することに起因してノズル基板が損なわれることや、組み立てられたノズル基板がノズル基板の強度が不足することに起因して変形したり損なわれたりすることを抑制することができる。なお、総厚の最大値は、吐出された液状体の飛行経路が安定している距離を考慮して、５００μｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
［適用例１０］上記適用例にかかるノズル基板の製造方法は、前記凹部の開口の幅が、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
このノズル基板の製造方法によれば、吐出ノズルに対して、１００μｍ以上１０００μｍ以下の範囲が開口している凹部が形成される。吐出ノズルの適切なノズル長は、概ね２０μｍから５０μｍである。ノズル基板の厚さが１００μｍの場合、凹部の深さは８０μｍから５０μｍである。深さが８０μｍから５０μｍの凹部の底面には、開口の幅が凹部の深さと同等以上であれば、吐出ノズルの開口部に接触して、吐出ノズルの開口を洗浄することができることが、本発明の発明者らによって確認されている。また、凹部の開口の幅が１０００μｍ以下であれば、シリコンからなるノズル基板における凹部が存在することで強度が低下する部分も含めて、充分な強度が確保できることが、本発明の発明者らによって確認されている。なお、開口の大きさは、凹部の深さに対応して、洗浄が可能な範囲で狭くすることが好ましい。
【００２７】
［適用例１１］本適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、液状体を吐出する吐出ノズルを備える液滴吐出ヘッドであって、前記液滴吐出ヘッドの外面に開口する凹部と、前記凹部の底面に開口し、前記底面から前記液滴吐出ヘッドの内部に形成された前記液状体の流路に貫通する前記吐出ノズルと、がシリコン基板に形成されたノズル基板を備えることを特徴とする。
【００２８】
この液滴吐出ヘッドによれば、液滴吐出ヘッドが備えるノズル基板に形成された吐出ノズルは、凹部の底面から液滴吐出ヘッドの内部に形成された液状体の流路に貫通している。吐出ノズルの適切な形状を実現するためには、凹部の底面から液状体の流路に臨む面までの厚さを、吐出ノズルの適切な形状によって規定される適切な厚さにする必要がある。凹部の深さは特に規制されないため、吐出ノズルの適切な長さに対して、凹部の深さを適宜定めることによって、ノズル基板の厚さを充分な強度が得られる厚さにすることができる。
【００２９】
［適用例１２］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、前記ノズル基板の総厚が１００μｍ以上であることが好ましい。
【００３０】
この液滴吐出ヘッドによれば、液滴吐出ヘッドが備えるノズル基板の厚さが１００μｍ以上である。厚さが１００μｍ以上であれば、ノズル基板の充分な強度が実現できることが、本発明の発明者らによって確認されている。ノズル基板の厚さが１００μｍ以上であることによって、ノズル基板を取扱う際に、ノズル基板の強度が不足することに起因してノズル基板が損なわれることや、液滴吐出ヘッドに組み込まれたノズル基板がノズル基板の強度が不足することに起因して変形したり損なわれたりすることを抑制することができる。なお、総厚の最大値は、凹部の加工に要する時間などを考慮して、５００μｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
［適用例１３］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、前記凹部の開口の幅が、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
この液滴吐出ヘッドによれば、ノズル基板に形成された凹部が、吐出ノズルに対して、１００μｍ以上１０００μｍ以下の範囲が開口している。吐出ノズルの適切なノズル長は、概ね２０μｍから５０μｍである。ノズル基板の厚さが１００μｍの場合、凹部の深さは８０μｍから５０μｍである。深さが８０μｍから５０μｍの凹部の底面には、開口の幅が凹部の深さと同等以上であれば、吐出ノズルの開口部に接触して、吐出ノズルの開口を洗浄することができることが、本発明の発明者らによって確認されている。また、凹部の開口の幅が１０００μｍ以下であれば、シリコンからなるノズル基板における凹部が存在することで強度が低下する部分も含めて、充分な強度が確保できることが、本発明の発明者らによって確認されている。なお、開口の大きさは、凹部の深さに対応して、洗浄が可能な範囲で狭くすることが好ましい。
【００３３】
［適用例１４］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、前記液状体の流路に臨んで前記吐出ノズルが開口している前記ノズル基板の第一の面と、前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記凹部が開口している前記ノズル基板の第二の面と、を覆う連続した保護膜をさらに備えることが好ましい。
【００３４】
この液滴吐出ヘッドによれば、液滴吐出ヘッドが備えるノズル基板に形成された吐出ノズル及び凹部は、ノズル基板の面を覆う保護膜と連続した、すなわち切れ目無くつながっている保護膜によって覆われている。保護膜は、ノズル基板のシリコンに液状体が接触することによってノズル基板が腐蝕されることを抑制するために形成される。保護膜に継ぎ目があると、当該継ぎ目から液状体などが滲入して、腐蝕防止効果が損なわれる可能性が高くなる。吐出ノズルの部分は、液状体を吐出するための圧力が液状体に加えられているため、液状体などが継ぎ目から滲入し易い。また、吐出特性を維持するために、吐出ノズルの形状は正確であることが必要であり、腐蝕されることが吐出特性に影響を及ぼす可能性が高い。連続した保護膜で覆うことにより、液状体などが継ぎ目から滲入することでノズル基板が腐蝕されることを防止することができる。
【００３５】
［適用例１５］本適用例にかかる液滴吐出ヘッドの製造方法は、液状体を吐出する吐出ノズルがシリコン基板に形成されているノズル基板を備える液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記シリコン基板の第一の面に開口する前記吐出ノズルを形成するノズル形成工程と、前記第一の面の反対側の第二の面に開口すると共に、底面に前記吐出ノズルが開口する凹部を形成する凹部形成工程と、を有することを特徴とする。
【００３６】
この液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、シリコン基板における凹部の底面から凹部が開口している面の反対側の面に貫通する吐出ノズルが形成される。吐出ノズルの適切な形状を実現するために、凹部の底面から凹部が開口している面の反対側の面までの厚さは、吐出ノズルの適切な形状によって規定される適切な厚さにする必要がある。凹部の深さは特に規制されないため、吐出ノズルの適切な長さに対して、凹部の深さを適宜定めることによって、ノズル基板の厚さを充分な強度が得られる厚さにすることができる。
【００３７】
［適用例１６］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面との少なくとも一部に形成されている酸化膜を除去する膜除去工程と、前記吐出ノズルの前記壁面と、前記凹部の前記底面及び前記側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面とに、連続した保護膜を形成する保護膜形成工程と、をさらに有することが好ましい。
【００３８】
この液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、膜除去工程によって、吐出ノズルの壁面と、凹部の底面及び側壁面と、第一の面と、第二の面とに形成されている酸化膜が除去される。これにより、ノズル形成工程や凹部形成工程を実施することによって部分的に除去されたために、除去された部分の保護機能が失われた酸化膜が除去される。部分的に形成された酸化膜の上に酸化膜を形成すると、既に酸化膜が存在する部分には酸化膜が形成され難いため、均一な酸化膜が形成され難い。このため、既に存在した酸化膜と、新たに形成された酸化膜とが継ぎ足された酸化膜が形成される可能性が高い。当該酸化膜は、液状体などが滲入し易い継ぎ目の部分が形成される。膜除去工程によって、部分的に除去された酸化膜を全て除去することによって、部分的に形成された酸化膜の上に酸化膜を形成することを防止することができる。
保護膜形成工程によって、吐出ノズルの壁面と、凹部の底面及び側壁面と、第一の面と、第二の面とに連続した保護膜を形成する。これにより、吐出ノズルの壁面と、凹部の底面及び側壁面と、第一の面と、第二の面とを、連続した保護膜で覆うことにより、液状体などが継ぎ目から滲入することでノズル基板が腐蝕されることを防止することができる。
【００３９】
［適用例１７］本適用例にかかる液滴吐出装置は、上記適用例にかかるノズル基板、上記適用例にかかるノズル基板の製造方法を用いて製造されたノズル基板、上記適用例にかかる液滴吐出ヘッド、又は上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造された液滴吐出ヘッド、を備えることを特徴とする。
【００４０】
この液滴吐出装置によれば、液滴吐出装置は、ノズル基板が変形することに起因して吐出装置の吐出機能が損なわれることを抑制することができるノズル基板、ノズル基板の厚さを充分な強度が得られる厚さにすることができるノズル基板の製造方法を用いて製造されたノズル基板、ノズル基板が変形することに起因して液滴吐出ヘッドの吐出機能が損なわれることを抑制することができる液滴吐出ヘッド、又は液滴吐出ヘッドが備えるノズル基板の厚さを充分な強度が得られる厚さにすることができる液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造された液滴吐出ヘッド、を備える。これにより、ノズルが形成された部材が吐出圧力によって変形することを抑制して、吐出圧力によって吐出特性が損なわれることを抑制することができる液滴吐出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】インクジェットヘッドの主要な構成部材を示す分解斜視図。
【図２】インクジェットヘッドのノズル孔を含む断面の断面図。
【図３】（ａ）は、インクジェットヘッドをノズル基板側から見た平面図。（ｂ）は、凹部とノズル孔との平面図。（ｃ）は、凹部とノズル孔との、ノズル孔の配列方向に略平行な断面における断面図。
【図４】シリコン基板にノズル孔及び凹部を形成する工程を示すフローチャート。
【図５】シリコン基板にノズル孔及び凹部を形成する工程における断面形状を示す断面図。
【図６】（ａ）は、インクジェットヘッドをノズル基板側から見た平面図。（ｂ）は、凹部とノズル孔との平面図。（ｃ）は、凹部とノズル孔との、ノズル孔の配列方向に略平行な断面における断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、ノズル基板、ノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置の一実施形態について図面を参照して、説明する。本実施形態は、液滴吐出ヘッドの一例として、静電駆動方式のインクジェットヘッドを例に説明する。なお、以下の説明において参照する図面では、構成部材をわかり易く表示するために、部材又は部分の縦横の縮尺や部分ごとの縮尺を実際のものとは異なるように表す場合がある。
【００４３】
＜インクジェットヘッドの構成部材＞
最初に、インクジェットヘッド１０を構成する主要な部材について、図１を参照して説明する。図１は、インクジェットヘッドの主要な構成部材を示す分解斜視図である。図１では、構成部材の一部を断面で表してある。
【００４４】
図１に示すように、インクジェットヘッド１０は、ノズル基板１と、キャビティプレート２と、電極基板３とを備えている。インクジェットヘッド１０は、ノズル基板１とキャビティプレート２と電極基板３とを、この順番で積層し、互いに貼り合わせることにより構成されている。
【００４５】
ノズル基板１は、例えばシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。ノズル基板１には、液状体の液滴を吐出するための複数のノズル孔１５が形成されており、複数のノズル孔１５が所定のピッチで配列するノズル列１５Ａが２列形成されている。ノズル基板１の外側（組み立てられた状態でキャビティプレート２と対向する側の反対側）の面における複数のノズル孔１５が設けられる領域に複数の凹部１４が形成されている。この複数の凹部１４におけるそれぞれの凹部１４の底面にノズル孔１５がそれぞれ１個開口している。この凹部１４を形成することによって、ノズル孔１５が形成される部分のシリコン基板の肉厚を薄肉化することにより、ノズル孔１５の長さ（基板厚み）を調整している。ノズル孔１５の長さを調整することで、各ノズル孔１５の流路抵抗を調整している。これにより、ノズル孔１５の均一な吐出性能を確保することができる。
【００４６】
ノズル基板１の内側の面（キャビティプレート２との接合側の面）には液状体の流路の一部を形成する細溝１９が設けられている。また、後述するキャビティプレート２の液溜室２３（図２参照）に対応する位置に凹部により薄肉化されたダイヤフラム部１８が設けられている。ダイヤフラム部１８は、液溜室２３内の圧力変動を抑制するために設けられている。ノズル基板１の表面には、酸化膜４４（図１では図示省略、図５（ｈ）参照）が形成されている。
【００４７】
キャビティプレート２は、例えば（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（この基板も以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。キャビティプレート２には、凹部２４、及び凹部２５が形成されている。凹部２４は、複数の凹部２４がそれぞれ独立して形成されており、ノズル基板１とキャビティプレート２とが接合された状態では、１個の凹部２４が１個のノズル孔１５に対応する位置に形成されている。凹部２４の底壁は、振動板２２である。
凹部２５は、２列のノズル列１５Ａに対応して２列に配設されている凹部２４の列を挟む位置に、それぞれ１個所ずつ形成されている。凹部２５の底面には、給液孔２０が形成されている。
凹部２４、及び凹部２５は、シリコン基板に、例えば異方性ウェットエッチングを施すことによって形成する。（１１０）面方位のシリコン単結晶基板は、異方性ウェットエッチングを行うことにより、凹部や溝の側面をシリコン基板の上面又は下面に対して垂直にエッチングすることができるため、インクジェットヘッド１０の高密度化を図ることができる。
キャビティプレート２における凹部２５より外側の部分に、共通電極２８が形成されている。
【００４８】
キャビティプレート２における共通電極２８が形成された部分を除く全面、又は少なくとも電極基板３との対向面には、ＳｉＯ2やＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜等からなる絶縁膜２６（図２参照）が形成されている。絶縁膜２６は、例えば熱酸化やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用いて形成される。絶縁膜２６の膜厚は、例えば０．１μｍである。この絶縁膜２６は、インクジェットヘッド１０を駆動させた時の絶縁破壊や短絡を防止する目的で設けられる。
【００４９】
電極基板３は、例えばガラス基板から作製される。ガラスの中でも、キャビティプレート２のシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いることが好ましい。電極基板３とキャビティプレート２の熱膨張係数が近い値であると、電極基板３とキャビティプレート２を陽極接合する際に、両者の間に熱膨張率の差異に起因して発生する応力を低減することができる。その結果、剥離等の問題を生じることを抑制して、電極基板３とキャビティプレート２を強固に接合することができる。
【００５０】
電極基板３には、キャビティプレート２の各振動板２２に対向する面の位置にそれぞれ凹部３２が設けられている。凹部３２は、エッチングにより、例えば深さ約０．３μｍに形成されている。各凹部３２内には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極３１の電極部３１ａが、例えば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成されている。振動板２２と電極部３１ａとの間に形成されるギャップ（空隙）は、この凹部３２の深さ、電極部３１ａ及び振動板２２を覆う絶縁膜２６の厚さにより決まることになる。このギャップはインクジェットヘッド１０の吐出特性に大きく影響する。ここで、個別電極３１の材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を用いてもよいが、ＩＴＯは透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすい等の理由から、多くの場合、ＩＴＯが用いられる。
【００５１】
個別電極３１は、電極部３１ａと、リード部３１ｃと、端子部３１ｂとを有する。端子部３１ｂは、電極基板３における、キャビティプレート２の末端部が切り欠かれた位置に臨む部分に配設されており、リード部３１ｃによって電極部３１ａと一体に接続されている。
【００５２】
キャビティプレート２の給液孔２０に対応する位置には、給液孔３４がそれぞれ形成されている。電極基板３とキャビティプレート２とが接合された状態では、給液孔２０と給液孔３４とが一体に連通して、凹部２５と電極基板３の外面（キャビティプレート２と対向する側の反対側の面）とを接続する孔を形成する。リード部３１ｃは、給液孔３４を避ける位置に形成されている。
【００５３】
＜インクジェットヘッド＞
次に、ノズル基板１と、キャビティプレート２と、電極基板３とが組み立てられて形成されたインクジェットヘッド１０の構成について、図２を参照して説明する。図２は、インクジェットヘッドのノズル孔を含む断面の断面図である。
【００５４】
図２に示すように、ノズル基板１におけるノズル孔１５が形成された部分に対応する位置には凹部１４が開口しており、ノズル孔１５は、凹部１４の底面に開口しており、当該開口が外側に露出している。
ノズル基板１と、キャビティプレート２と、電極基板３とを、図２に示すように貼り合わせることによりインクジェットヘッド１０の本体部が形成されている。キャビティプレート２と電極基板３は陽極接合により接合され、そのキャビティプレート２の上面（図２において上面）にノズル基板１が接着等により接合されている。キャビティプレート２と電極基板３とが接合されることによって振動板２２と個別電極３１との間に形成される電極間ギャップの開放端部は、エポキシ等の樹脂による封止材２７で封止されている。封止材２７で封止することで、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を高く保持することができる。
【００５５】
キャビティプレート２の凹部２４とノズル基板１とで、吐出室２１が形成されている。ノズル孔１５のキャビティプレート２側の端は、吐出室２１に開口している。
凹部２５とノズル基板１とで、各吐出室２１に共通の液溜室（共通インク室）２３を構成している。液溜室２３は液状材料を貯留するためのものである。一列のノズル列１５Ａに対応する各吐出室２１に共通で、１個の液溜室２３が形成されている。
ノズル基板１の細溝１９とキャビティプレート２とで、供給口１９ａが形成されている。供給口１９ａの一端は、液溜室２３に連通しており、もう一端は、一列のノズル列１５Ａに対応する各吐出室２１に、それぞれ連通している。
凹部２５の底面に開口している給液孔２０には、電極基板３に形成された給液孔３４が連通している。給液タンク（図示省略）から供給される液状材料が、給液孔３４及び給液孔２０を介して、液溜室２３に供給されて貯留される。液溜室２３に貯留されている液状材料は、インクジェットヘッド１０が駆動されることで吐出室２１の内部に在った液状材料がノズル孔１５から吐出されるのに対応して、供給口１９ａを介して、内部の液状材料がノズル孔１５から吐出された吐出室２１に供給される。
【００５６】
キャビティプレート２の末端部が切り欠かれて形成された電極取り出し部２９には、個別電極３１に形成された端子部３１ｂが露出している。ノズル基板１の末端部が切り欠かれて、キャビティプレート２に形成された共通電極２８が露出している。それぞれの端子部３１ｂ及び共通電極２８には、ＩＣドライバー等を備える駆動制御回路４が、フレキシブル配線基板などを介して接続されている。
【００５７】
＜ノズル基板＞
次に、インクジェットヘッド１０のノズル基板１における凹部１４とノズル孔１５との関係について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、インクジェットヘッドをノズル基板側から見た平面図である。図３（ｂ）は、凹部とノズル孔との平面図であり、図３（ｃ）は、凹部とノズル孔との、ノズル孔の配列方向に略平行な断面における断面図である。
【００５８】
図３（ａ）に示すように、ノズル基板１には、ノズル孔１５が等間隔で配列されたノズル列１５Ａが２列形成されている。２列のノズル列１５Ａにおいて、一方のノズル列１５Ａを構成するノズル孔１５の位置は、他方のノズル列１５Ａを構成するノズル孔１５の位置に対して、ノズル列１５Ａの延在方向において、ノズル孔１５の配設ピッチの１／２だけずれている。ノズル列１５Ａにおけるノズル孔１５の配設ピッチは、例えば１４０μｍである。ノズル列１５Ａ間の吐出時点を規定することで、ノズル孔１５の配設ピッチが１４０μｍである２列のノズル列１５Ａを、ノズル孔１５の配設ピッチが７０μｍである１列のノズル列のように扱うことができる。
【００５９】
図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、凹部１４は、ノズル孔１５ごとに形成されており、ノズル孔１５の一端は、凹部１４の底面１４ａに開口しており、凹部１４の底でインクジェットヘッド１０の外面に露出している。シリコンで構成されたノズル基板１は、１００μｍ以上の厚さがあれば、充分な強度が得られることが確認されている。したがって、ノズル基板１の板厚は、１００μｍ以上にする。また、ノズル孔１５の長さは良好な吐出特性を実現できる長さとすることが必要である。ノズル孔１５の長さは、ノズル基板１の板厚に対して、ノズル孔１５の適切な長さ相当の基板の厚さが残るように凹部１４を形成することによって、調整することができる。凹部１４の加工時間の増加を抑制するためには、ノズル基板１の板厚は、５００μｍ以下が好ましい。
【００６０】
凹部１４が形成されているために、ノズル基板１における凹部１４の底面１４ａの部分は他の部分に比べて、シリコン基板の厚さが薄くなっている。当該部分が一定の範囲以下であれば、シリコン基板の厚さが薄い部分であっても、充分な強度を確保することができる。シリコン基板の厚さが薄い範囲が１０００μｍ以下の場合、充分な強度を確保することができることが、確認されている。したがって、凹部１４の開口幅は、１０００μｍ以下であることが好ましい。
また、適切な吐出特性が得られるノズル孔１５の長さは、概ね５０μｍから１００μｍである。ノズル基板１の板厚が５００μｍ以下の場合、凹部１４の深さは４５０μｍ以下である。凹部１４の深さが４５０μｍ以下の場合、凹部１４の開口幅が１００μｍ以上あれば、洗浄装置の拭き部材が変形して、凹部１４の底面１４ａに開口したノズル孔１５の縁を拭うことができることが確認されている。したがって、凹部１４の大きさは、開口幅が１００μｍ以上となる大きさに設定する。
【００６１】
＜インクジェットヘッドの動作＞
次に、上述したように構成されたインクジェットヘッド１０の動作を説明する。駆動制御回路４は、個別電極３１に電荷の供給及び停止を制御する発振回路を含んでいる。この発振回路は、例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極３１に例えば０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路が駆動し、個別電極３１に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間に静電気力（クーロン力）が発生する。
この静電気力により、振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて、個別電極３１の側に撓む（変位する）。これによって吐出室２１の容積が増大する。吐出室２１の容積が増大することで、吐出室２１内の圧力が低下し、液溜室２３に貯留されている液状材料が、供給口１９ａを介して、吐出室２１に供給される。
次に、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、吐出室２１の容積が急激に減少する。吐出室２１の容積が急激に減少することで、吐出室２１内の圧力が急激に大きくなるため、増大した圧力により吐出室２１内の液状材料の一部が液滴としてノズル孔１５から吐出される。
ノズル孔１５の形状によるノズル孔１５における流路抵抗や、供給口１９ａの形状による供給口１９ａにおける流路抵抗や、液溜室２３に供給される液状材料の供給圧力などを均衡させることにより、吐出室２１の内部の圧力の増減に従って、液状材料は、液溜室２３から吐出室２１に供給され、ノズル孔１５から吐出される。
【００６２】
＜ノズル基板の製造＞
次に、ノズル基板１を製造する工程における、シリコン基板にノズル孔１５及び凹部１４を形成する工程について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、シリコン基板にノズル孔及び凹部を形成する工程を示すフローチャートである。図５は、シリコン基板にノズル孔及び凹部を形成する工程における断面形状を示す断面図である。
【００６３】
図５（ａ）に示すように、ノズル基板１を形成するシリコン基板４１は、表面に酸化膜４２が形成されている。酸化膜４２は、任意の部分をエッチングする際のエッチングマスクとして機能する。
酸化膜４２は、酸化工程により均一で適切な膜厚を形成する。なお、ノズル孔１５及び凹部１４を形成する前、形成する途中、及びノズル孔１５及び凹部１４が形成された状態のいずれのシリコン基板も、シリコン基板４１と表記する。シリコン基板４１において、ノズル基板１がインクジェットヘッド１０に組み込まれた状態で、吐出室２１に臨む側の面を面４１ａと表記し、インクジェットヘッド１０の外面となる面を面４１ｂと表記する。
【００６４】
図４のステップＳ１では、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板４１の面４１ａにおけるノズル孔１５を形成する部分を覆う酸化膜４２の部分を除去して、膜開口１５０を形成する。膜開口１５０が形成された酸化膜４２をエッチングマスク５２と表記する。エッチングマスク５２は、例えばフォトリソグラフィーを用いて酸化膜４２をエッチングすることによって形成する。
【００６５】
次に、図４のステップＳ２では、図５（ｃ）に示すように、ノズル凹部１５１を形成する。ノズル凹部１５１は、エッチングマスク５２に形成された膜開口１５０に露出しているシリコン基板４１の部分を、例えば垂直異方性のドライエッチングを用いてエッチングすることで形成する。ドライエッチングとしては、反応性ガスエッチング、反応性イオンエッチング、反応性イオンビームエッチング、イオンビームエッチング、反応性レーザービームエッチングなどが挙げられる。
【００６６】
次に、図４のステップＳ３では、図５（ｄ）に示すように、面４１ａ上のエッチングマスク５２及び面４１ｂ上の酸化膜４２を除去する。
次に、図４のステップＳ４では、エッチングマスク５２又は酸化膜４２を除去したシリコン基板４１の面４１ａ及び面４１ｂに酸化膜４３を形成する。
ステップＳ３においてエッチングマスク５２及び酸化膜４２を除去し、ステップＳ４で酸化膜４３を形成することで、シリコン基板４１の全面に酸化膜が形成されていない状態から酸化膜４３を形成するため、シリコン基板４１の全面に略均一な膜厚の酸化膜４３を形成することができる。
【００６７】
次に、図４のステップＳ５では、図５（ｅ）に示すように、シリコン基板４１の面４１ｂにおける凹部１４を形成する部分を覆う酸化膜４３の部分を除去して、膜開口１４０を形成する。膜開口１４０が形成された酸化膜４３を、エッチングマスク５３と表記する。
【００６８】
次に、図４のステップＳ６では、図５（ｆ）に示すように、凹部１４を形成する。凹部１４は、エッチングマスク５３に形成された膜開口１４０に露出しているシリコン基板４１の部分を、例えば異方性のウェットエッチングを用いてエッチングすることで形成する。凹部１４は、底がノズル凹部１５１の先端を越える位置までエッチングして形成される。凹部１４が形成されることで、ノズル凹部１５１の先端部分がなくなって、ノズル孔１５が形成される。
ウェットエッチングを用いることによって、既に適切な形状に形成されていることからさらにエッチングされることは好ましくないノズル凹部１５１にも、エッチング液が浸入する。しかし、ステップＳ４の酸化膜形成工程においてノズル凹部１５１にも酸化膜４３が形成されているため、ステップＳ６で実施されるウェットエッチングによってノズル凹部１５１がさらにエッチングされることは、実質的に無い。
【００６９】
次に、図４のステップＳ７では、図５（ｇ）に示すように、面４１ｂ上に残されたエッチングマスク５３、及び面４１ａの上及びノズル孔１５（ノズル凹部１５１）の内壁に残された酸化膜４３を除去する。
次に、図４のステップＳ８では、図５（ｈ）に示すように、エッチングマスク５３又は酸化膜４３を除去したシリコン基板４１に、酸化膜４４を形成する。酸化膜４４は、面４１ａ、ノズル孔１５、凹部１４の底面１４ａ及び側壁１４ｂ、及び面４１ｂを覆う連続した膜として形成される。酸化膜４４は、シリコン基板４１の保護膜として機能する。酸化膜４４が、連続した保護膜に相当する。面４１ａが、第一の面に相当し、面４１ｂが、第二の面に相当する。
ステップＳ７でエッチングマスク５３及び酸化膜４３を除去し、ステップＳ８で酸化膜４４を形成することで、シリコン基板４１の全面に酸化膜が形成されていない状態から酸化膜４４を形成するため、シリコン基板４１の全面に略均一な膜厚の酸化膜４４を形成することができる。また、ステップＳ８で実施する一回の酸化膜形成工程において、全ての酸化膜４４を形成するため、酸化膜４４を継ぎ目がない、連続した膜にすることができる。
【００７０】
ステップＳ８を終了して、シリコン基板にノズル孔１５及び凹部１４を形成する工程を終了する。
【００７１】
＜他のインクジェットヘッドの構成＞
次に、インクジェットヘッド１０と一部の構成が異なるインクジェットヘッド１００について、図６を参照して説明する。図６（ａ）は、インクジェットヘッドをノズル基板側から見た平面図である。図６（ｂ）は、凹部とノズル孔との平面図であり、図６（ｃ）は、凹部とノズル孔との、ノズル孔の配列方向に略平行な断面における断面図である。インクジェットヘッド１００は、ノズル基板１とは凹部１１４の形状が凹部１４とは異なるノズル基板１０１を備えることが、インクジェットヘッド１０と異なっている。
【００７２】
図６（ａ）に示すように、インクジェットヘッド１００は、ノズル基板１０１と、キャビティプレート２と、電極基板３とを備えている。キャビティプレート２及び電極基板３は、上述したインクジェットヘッド１０を構成するキャビティプレート２又は電極基板３と同じものである。
ノズル基板１０１には、ノズル孔１１５が等間隔で配列されたノズル列１１５Ａが２列形成されている。ノズル列１１５Ａにおけるノズル孔１１５の配置、及びノズル基板１０１における２列のノズル列１１５Ａの配置は、上述したノズル列１５Ａにおけるノズル孔１５の配置、及びノズル基板１における２列のノズル列１５Ａの配置と同様である。凹部１１４が、ノズル列１１５Ａごとに形成されている。
【００７３】
図６（ｂ）、及び（ｃ）に示すように、ノズル孔１１５の一端は、凹部１１４の底面１１４ａに開口しており、凹部１１４の底面１１４ａでインクジェットヘッド１００の外面に露出している。シリコンで構成されたノズル基板１０１は、１００μｍ以上の厚さがあれば、充分な強度が得られることが確認されている。したがって、ノズル基板１０１の板厚は、１００μｍ以上にする。また、ノズル孔１１５の長さは良好な吐出特性を実現できる長さとすることが必要である。ノズル孔１１５の長さは、ノズル基板１０１の板厚に対して、ノズル孔１１５の適切な長さ相当の基板の厚さが残るように凹部１１４を形成することによって、調整することができる。凹部１１４の加工時間の増加を抑制するためには、ノズル基板１０１の板厚は、５００μｍ以下が好ましい。
【００７４】
凹部１１４が形成されているために、ノズル基板１０１における凹部１１４の底面１１４ａの部分は他の部分に比べて、シリコン基板の厚さが薄くなっている。当該部分が一定の範囲以下であれば、シリコン基板の厚さが薄い部分であっても、充分な強度を確保することができる。シリコン基板の厚さが薄い範囲が１０００μｍ以下の場合、充分な強度を確保することができることが、確認されている。したがって、凹部１１４のノズル孔１１５の配列方向（ノズル列１１５Ａの延在方向）に略直角な方向における開口幅は、１０００μｍ以下であることが好ましい。
また、適切な吐出特性が得られるノズル孔１１５の長さは、概ね５０μｍから１００μｍである。ノズル基板１０１の板厚が５００μｍ以下の場合、凹部１１４の深さは４５０μｍ以下である。凹部１１４の深さが４５０μｍ以下の場合、凹部１１４の開口幅が１００μｍ以上あれば、洗浄装置の拭き部材が変形して、凹部１１４の底面１１４ａに開口したノズル孔１１５の縁を拭うことができることが確認されている。したがって、凹部１１４のノズル孔１１５の配列方向に略直角な方向における大きさは、開口幅が１００μｍ以上となる大きさに設定する。
【００７５】
＜液滴吐出法＞
次に、液滴吐出ヘッドにおける液滴吐出法について説明する。液滴吐出法は、材料の使用に無駄が少なく、しかも所望の位置に所望の量の材料を的確に配置できるという利点を有する。液滴吐出法の吐出技術としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換方式、電気熱変換方式、静電吸引方式などが挙げられる。
帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御して吐出ノズルから吐出させるものである。加圧振動方式は、材料に３０ｋｇ／ｃｍ2程度の超高圧を印加して吐出ノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進して吐出ノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散して吐出ノズルから吐出されない。
【００７６】
電気機械変換方式は、電気信号を受けて変形する素子を駆動源として用いる方式であり、上述した静電駆動方式は、この電気機械変換方式のひとつである。電気機械変換方式には、駆動源として圧電素子を用いるものがある。ピエゾ素子（圧電素子）がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出して吐出ノズルから吐出させるものである。
電気機械変換方式は、液状材料に熱を加えないため、材料の組成などに影響を与えないことから、液状材料の選択の自由度が高いという利点もある。さらに、ピエゾ方式は、駆動電圧を調整することによって、液滴の大きさを容易に調整することができるなどの利点を有する。
【００７７】
電気熱変換方式は、材料を貯留した空間内に設けたヒーターにより、材料を急激に気化させてバブル（泡）を発生させ、バブルの圧力によって空間内の材料を吐出させるものである。静電吸引方式は、材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、吐出ノズルに材料のメニスカスを形成し、この状態で静電引力を加えてから材料を引き出すものである。また、この他に、電場による流体の粘性変化を利用する方式や、放電火花で飛ばす方式などの技術も適用可能である。
【００７８】
以下、実施形態による効果を記載する。本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）ノズル基板１は、凹部１４を備えており、ノズル孔１５は、凹部１４の底面１４ａに開口している。凹部１４を形成することによって、ノズル孔１５が形成される部分のシリコン基板の肉厚を薄肉化することにより、ノズル孔１５の長さ（基板厚み）を調整している。このため、ノズル孔１５が備えるべき適切な長さに関わりなく、ノズル基板１における凹部１４以外の部分の厚さを、設定することができる。これにより、充分な強度が得られる厚みを有するノズル基板１を形成することができる。
【００７９】
（２）酸化膜４４は、ノズル基板１のシリコンが液状体によって腐蝕されることを抑制することができる。酸化膜４４が、面４１ａ、ノズル孔１５、凹部１４の底面１４ａ及び側壁１４ｂ、及び面４１ｂを覆う、継ぎ目がない連続した膜であることによって、液状体が継ぎ目から滲入することを防止することができる。
【００８０】
（３）ノズル基板１０１は、凹部１１４を備えており、ノズル孔１１５は、凹部１１４の底面１１４ａに開口している。凹部１１４を形成することによって、ノズル孔１１５が形成される部分のシリコン基板の肉厚を薄肉化することにより、ノズル孔１１５の長さ（基板厚み）を調整している。このため、ノズル孔１１５が備えるべき適切な長さに関わりなく、ノズル基板１０１における凹部１１４以外の部分の厚さを、設定することができる。これにより、充分な強度が得られる厚みを有するノズル基板１０１を形成することができる。
【００８１】
（４）ノズル基板１及びノズル基板１０１において、ノズル孔１５又はノズル孔１１５の長さの調整は、凹部１４又は凹部１１４を形成することによって実施している。このため、ノズル基板１及びノズル基板１０１は、ノズル孔１５又はノズル孔１１５の適切な長さに関わり無く、凹部１４又は凹部１１４以外の部分で充分な強度が得られる基板厚を実現することができる。充分な強度が得られるため、製造過程においてノズル基板１又はノズル基板１０１の強度を補う補強部材を必要としない。補強部材が存在する場合にはその補強部材が取り付けられた部分には酸化膜を形成できないが、補強部材を必要としないため、ノズル基板１及びノズル基板１０１の略全体に、継ぎ目のない酸化膜（保護膜）を形成することができる。
【００８２】
以上、添付図面を参照しながら好適な実施形態について説明したが、好適な実施形態は、前記実施形態に限らない。実施形態は、要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論であり、以下のように実施することもできる。
【００８３】
（変形例１）前記実施形態においては、静電駆動方式のインクジェットヘッドを例にして説明したが、インクジェットヘッドの駆動方式は静電駆動方式に限らない。上述した様々な駆動方式の液滴吐出ヘッドにおいても、上述したノズル基板を好適に適用することができる。
【００８４】
（変形例２）前記実施形態においては、ノズル孔１５及びノズル孔１１５は円筒形状であったが、ノズル孔が円筒形状であることは必須ではない。ノズル孔が開口している面に略平行な横断面における断面形状は特に限定されるものではなく、多角形や長円形などであってもよい。横断面に略直交する縦断面における断面形状は、孔径や断面形状が一定の形状であってもよいし、徐々に変わる形状であってもよいし、階段状に変わる形状であってもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１…ノズル基板、１０…インクジェットヘッド、１４…凹部、１４ａ…底面、１５…ノズル孔、１５Ａ…ノズル列、２１…吐出室、４１…シリコン基板、４２，４３，４４…酸化膜、５２，５３…エッチングマスク、１００…インクジェットヘッド、１０１…ノズル基板、１１４…凹部、１１４ａ…底面、１１５…ノズル孔、１１５Ａ…ノズル列、１４０…膜開口、１５０…膜開口、１５１…ノズル凹部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状体を吐出する吐出ノズルを備えるノズル基板、液滴吐出ヘッド、当該ノズル基板の製造方法、及び当該液滴吐出ヘッドの製造方法、並びに当該ノズル基板又は液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カラー液晶装置のカラーフィルター膜などの機能膜を形成する技術として、液状体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドを有する描画装置を用いて、機能膜の材料を含む液状体の液滴を吐出して基板上の任意の位置に着弾させることで、当該位置に液状体を配置（描画）し、配置した液状体を乾燥させて機能膜を形成する技術が知られている。このような膜形成に用いられる描画装置は、液滴吐出ヘッドを基板に対して相対移動させながら、液滴吐出ヘッドが有する吐出ノズルから微小な液滴を選択的に吐出して、基板上に位置精度良く着弾させることができるため、精密な平面形状及び膜厚を有する膜を形成することができる。
【０００３】
より高機能の機能膜を形成するために、より精密な平面形状及び膜厚の機能膜を実現することが必要になっている。精密な平面形状を実現するためには、着弾位置ピッチをより小さくすることが必要である。また、それぞれの吐出ノズルから吐出された液滴を、基板上の所定の位置に精度よく着弾させることが必要である。
特許文献１には、ノズル孔の形状を工夫することによって、高速及び高解像度の記録を行うために、ノズルの狭ピッチが図れ、インク吐出特性の良好なノズル形成部材及びノズル形成部材を歩留まり良く製造できるノズル形成部材の製造方法が開示されている。
特許文献２には、ノズル孔の断面形状を工夫することによって、安定した吐出特性を有するとともに、ノズル密度すなわち高密度化を図ることができる液滴吐出用のノズルプレート製造方法及びノズルプレート、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド、並びに液滴吐出装置の製造方法及び液滴吐出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３４９６５号公報
【特許文献２】特開２００７−１７５９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１又は特許文献２に開示されたノズル形成部材又はノズルプレートは、ノズル孔の適切な形状を確保するために、ノズル形成部材又はノズルプレートの板厚が規定されてしまっている。ノズル形成部材又はノズルプレートの板厚が規定されることで、ノズル形成部材又はノズルプレートの強度が必ずしも充分ではない場合があった。特に、大きさが微小で、形状が複雑なノズル孔を形成するのに適したシリコン基板を用いると、必ずしも充分な強度が得られないという課題があった。あるいは、板厚が薄くても充分な強度が得られる材料を用いるために、加工特性のよい材料を選択できないという課題があった。
ノズル形成部材又はノズルプレートの強度が不足すると、製造時や、組込時の取扱いによってノズル形成部材などが損なわれる可能性がある。組み立てられた状態でも、強度の余裕が少なくなることによるノズル形成部材などの変形に起因して、吐出特性が損なわれる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例にかかるノズル基板は、液状体が吐出される吐出ノズルがシリコン基板に形成されたノズル基板であって、前記ノズル基板における、前記吐出ノズルから前記液状体が吐出される側の面に開口している凹部を備え、前記吐出ノズルは、前記凹部が開口する面の側の開口が前記凹部の底面に開口し、前記底面から前記凹部が開口している面の反対側の面に貫通していることを特徴とする。
【０００８】
このノズル基板によれば、吐出ノズルは、凹部の底面から凹部が開口している面の反対側の面に貫通している。吐出ノズルの適切な形状を実現するために、凹部の底面から凹部が開口している面の反対側の面までの厚さは、吐出ノズルの適切な形状によって規定される適切な厚さにする必要がある。凹部の深さは特に規制されないため、吐出ノズルの適切な長さに対して、凹部の深さを適宜定めることによって、ノズル基板の厚さを充分な強度が得られる厚さにすることができる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例にかかるノズル基板は、総厚が１００μｍ以上であることが好ましい。
【００１０】
このノズル基板によれば、ノズル基板の厚さが１００μｍ以上である。厚さが１００μｍ以上であれば、ノズル基板の充分な強度が実現できることが、本発明の発明者らによって確認されている。ノズル基板の厚さが１００μｍ以上であることによって、ノズル基板を取扱う際に、ノズル基板の強度が不足することに起因してノズル基板が損なわれることや、組み立てられたノズル基板がノズル基板の強度が不足することに起因して変形したり損なわれたりすることを抑制することができる。なお、総厚の最大値は、凹部の加工に要する時間などを考慮して、５００μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
［適用例３］上記適用例にかかるノズル基板は、前記凹部の開口の幅が、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
このノズル基板によれば、凹部が、吐出ノズルに対して、１００μｍ以上１０００μｍ以下の範囲が開口している。吐出ノズルの適切なノズル長は、概ね２０μｍから５０μｍである。ノズル基板の厚さが１００μｍの場合、凹部の深さは８０μｍから５０μｍである。深さが８０μｍから５０μｍの凹部の底面には、開口の幅が凹部の深さと同等以上であれば、吐出ノズルの開口部に接触して、吐出ノズルの開口を洗浄することができることが、本発明の発明者らによって確認されている。また、凹部の開口の幅が１０００μｍ以下であれば、シリコンからなるノズル基板における凹部が存在することで強度が低下する部分も含めて、充分な強度が確保できることが、本発明の発明者らによって確認されている。なお、開口の大きさは、凹部の深さに対応して、洗浄が可能な範囲で狭くすることが好ましい。
【００１３】
［適用例４］上記適用例にかかるノズル基板は、前記凹部が開口している面の反対側の前記吐出ノズルが開口している面と、前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記凹部が開口している面と、を覆う連続した保護膜を備えることが好ましい。
【００１４】
このノズル基板によれば、吐出ノズル及び凹部は、ノズル基板の面を覆う保護膜と連続した、すなわち切れ目無くつながっている保護膜によって覆われている。保護膜は、ノズル基板のシリコンに液状体が接触することによってノズル基板が腐蝕されることを防止するために形成される。保護膜に継ぎ目があると、当該継ぎ目から液状体などが滲入して、腐蝕防止効果が損なわれる可能性が高くなる。吐出ノズルの部分は、液状体を吐出するための圧力が液状体に加えられているため、液状体などが継ぎ目から滲入し易い。また、吐出特性を維持するために、吐出ノズルの形状は正確であることが必要であり、腐蝕されることが吐出特性に影響を及ぼす可能性が高い。連続した保護膜で覆うことにより、液状体などが継ぎ目から滲入することでノズル基板が腐蝕されることを防止することができる。
【００１５】
［適用例５］本適用例にかかるノズル基板の製造方法は、液状体が吐出される吐出ノズルがシリコン基板に形成されているノズル基板の製造方法であって、前記シリコン基板の第一の面に開口する前記吐出ノズルを形成するノズル形成工程と、前記第一の面の反対側の第二の面に開口すると共に、底面に前記吐出ノズルが開口する凹部を形成する凹部形成工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
このノズル基板の製造方法によれば、凹部の底面から凹部が開口している面の反対側の面に貫通する吐出ノズルが形成される。吐出ノズルの適切な形状を実現するために、凹部の底面から凹部が開口している面の反対側の面までの厚さは、吐出ノズルの適切な形状によって規定される適切な厚さにする必要がある。凹部の深さは特に規制されないため、吐出ノズルの適切な長さに対して、凹部の深さを適宜定めることによって、ノズル基板の厚さを充分な強度が得られる厚さにすることができる。
【００１７】
［適用例６］上記適用例にかかるノズル基板の製造方法は、前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面との少なくとも一部に形成されている酸化膜を除去する膜除去工程と、前記吐出ノズルの前記壁面と、前記凹部の前記底面及び前記側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面とに、連続した保護膜を形成する保護膜形成工程と、をさらに有することが好ましい。
【００１８】
このノズル基板の製造方法によれば、膜除去工程によって、吐出ノズルの壁面と、凹部の底面及び側壁面と、第一の面と、第二の面とに形成されている酸化膜が除去される。これにより、ノズル形成工程や凹部形成工程を実施することによって部分的に除去されたために、除去された部分の保護機能が失われた酸化膜が除去される。部分的に形成された酸化膜の上に酸化膜を形成すると、既に酸化膜が存在する部分には酸化膜が形成され難いため、均一な酸化膜が形成され難い。このため、既に存在した酸化膜と、新たに形成された酸化膜とが継ぎ足された酸化膜が形成される可能性が高い。当該酸化膜は、液状体などが滲入し易い継ぎ目の部分が形成される。膜除去工程によって、部分的に除去された酸化膜を全て除去することによって、部分的に形成された酸化膜の上に酸化膜を形成することを防止することができる。
保護膜形成工程によって、吐出ノズルの壁面と、凹部の底面及び側壁面と、第一の面と、第二の面とに連続した保護膜を形成する。これにより、吐出ノズルの壁面と、凹部の底面及び側壁面と、第一の面と、第二の面とを、連続した保護膜で覆うことにより、液状体などが継ぎ目から滲入することでノズル基板が腐蝕されることを防止することができる。
【００１９】
［適用例７］上記適用例にかかるノズル基板の製造方法は、前記ノズル形成工程においては、異方性ドライエッチングによって前記吐出ノズルを形成することが好ましい。
【００２０】
このノズル基板の製造方法によれば、吐出ノズルは、異方性ドライエッチングによって形成される。異方性ドライエッチングを用いることで、アスペクト比が高い微細な孔である吐出ノズルを、精度よく形成することができる。
【００２１】
［適用例８］上記適用例にかかるノズル基板の製造方法は、前記凹部形成工程では、異方性ウェットエッチングによって前記凹部を形成することが好ましい。
【００２２】
このノズル基板の製造方法によれば、凹部は、異方性ウェットエッチングによって形成される。異方性ウェットエッチングはエッチング速度を速くすることができるため、異方性ウェットエッチングを用いることで、吐出ノズルに比べてエッチングする面積が広い凹部を効率よく形成することができる。
【００２３】
［適用例９］上記適用例にかかるノズル基板の製造方法は、前記ノズル基板の総厚が１００μｍ以上であることが好ましい。
【００２４】
このノズル基板の製造方法によれば、ノズル基板の厚さが１００μｍ以上である。厚さが１００μｍ以上であれば、ノズル基板の充分な強度が実現できることが、本発明の発明者らによって確認されている。ノズル基板の厚さが１００μｍ以上であることによって、ノズル基板を取扱う際に、ノズル基板の強度が不足することに起因してノズル基板が損なわれることや、組み立てられたノズル基板がノズル基板の強度が不足することに起因して変形したり損なわれたりすることを抑制することができる。なお、総厚の最大値は、吐出された液状体の飛行経路が安定している距離を考慮して、５００μｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
［適用例１０］上記適用例にかかるノズル基板の製造方法は、前記凹部の開口の幅が、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
このノズル基板の製造方法によれば、吐出ノズルに対して、１００μｍ以上１０００μｍ以下の範囲が開口している凹部が形成される。吐出ノズルの適切なノズル長は、概ね２０μｍから５０μｍである。ノズル基板の厚さが１００μｍの場合、凹部の深さは８０μｍから５０μｍである。深さが８０μｍから５０μｍの凹部の底面には、開口の幅が凹部の深さと同等以上であれば、吐出ノズルの開口部に接触して、吐出ノズルの開口を洗浄することができることが、本発明の発明者らによって確認されている。また、凹部の開口の幅が１０００μｍ以下であれば、シリコンからなるノズル基板における凹部が存在することで強度が低下する部分も含めて、充分な強度が確保できることが、本発明の発明者らによって確認されている。なお、開口の大きさは、凹部の深さに対応して、洗浄が可能な範囲で狭くすることが好ましい。
【００２７】
［適用例１１］本適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、液状体を吐出する吐出ノズルを備える液滴吐出ヘッドであって、前記液滴吐出ヘッドの外面に開口する凹部と、前記凹部の底面に開口し、前記底面から前記液滴吐出ヘッドの内部に形成された前記液状体の流路に貫通する前記吐出ノズルと、がシリコン基板に形成されたノズル基板を備えることを特徴とする。
【００２８】
この液滴吐出ヘッドによれば、液滴吐出ヘッドが備えるノズル基板に形成された吐出ノズルは、凹部の底面から液滴吐出ヘッドの内部に形成された液状体の流路に貫通している。吐出ノズルの適切な形状を実現するためには、凹部の底面から液状体の流路に臨む面までの厚さを、吐出ノズルの適切な形状によって規定される適切な厚さにする必要がある。凹部の深さは特に規制されないため、吐出ノズルの適切な長さに対して、凹部の深さを適宜定めることによって、ノズル基板の厚さを充分な強度が得られる厚さにすることができる。
【００２９】
［適用例１２］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、前記ノズル基板の総厚が１００μｍ以上であることが好ましい。
【００３０】
この液滴吐出ヘッドによれば、液滴吐出ヘッドが備えるノズル基板の厚さが１００μｍ以上である。厚さが１００μｍ以上であれば、ノズル基板の充分な強度が実現できることが、本発明の発明者らによって確認されている。ノズル基板の厚さが１００μｍ以上であることによって、ノズル基板を取扱う際に、ノズル基板の強度が不足することに起因してノズル基板が損なわれることや、液滴吐出ヘッドに組み込まれたノズル基板がノズル基板の強度が不足することに起因して変形したり損なわれたりすることを抑制することができる。なお、総厚の最大値は、凹部の加工に要する時間などを考慮して、５００μｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
［適用例１３］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、前記凹部の開口の幅が、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
この液滴吐出ヘッドによれば、ノズル基板に形成された凹部が、吐出ノズルに対して、１００μｍ以上１０００μｍ以下の範囲が開口している。吐出ノズルの適切なノズル長は、概ね２０μｍから５０μｍである。ノズル基板の厚さが１００μｍの場合、凹部の深さは８０μｍから５０μｍである。深さが８０μｍから５０μｍの凹部の底面には、開口の幅が凹部の深さと同等以上であれば、吐出ノズルの開口部に接触して、吐出ノズルの開口を洗浄することができることが、本発明の発明者らによって確認されている。また、凹部の開口の幅が１０００μｍ以下であれば、シリコンからなるノズル基板における凹部が存在することで強度が低下する部分も含めて、充分な強度が確保できることが、本発明の発明者らによって確認されている。なお、開口の大きさは、凹部の深さに対応して、洗浄が可能な範囲で狭くすることが好ましい。
【００３３】
［適用例１４］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、前記液状体の流路に臨んで前記吐出ノズルが開口している前記ノズル基板の第一の面と、前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記凹部が開口している前記ノズル基板の第二の面と、を覆う連続した保護膜をさらに備えることが好ましい。
【００３４】
この液滴吐出ヘッドによれば、液滴吐出ヘッドが備えるノズル基板に形成された吐出ノズル及び凹部は、ノズル基板の面を覆う保護膜と連続した、すなわち切れ目無くつながっている保護膜によって覆われている。保護膜は、ノズル基板のシリコンに液状体が接触することによってノズル基板が腐蝕されることを抑制するために形成される。保護膜に継ぎ目があると、当該継ぎ目から液状体などが滲入して、腐蝕防止効果が損なわれる可能性が高くなる。吐出ノズルの部分は、液状体を吐出するための圧力が液状体に加えられているため、液状体などが継ぎ目から滲入し易い。また、吐出特性を維持するために、吐出ノズルの形状は正確であることが必要であり、腐蝕されることが吐出特性に影響を及ぼす可能性が高い。連続した保護膜で覆うことにより、液状体などが継ぎ目から滲入することでノズル基板が腐蝕されることを防止することができる。
【００３５】
［適用例１５］本適用例にかかる液滴吐出ヘッドの製造方法は、液状体を吐出する吐出ノズルがシリコン基板に形成されているノズル基板を備える液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記シリコン基板の第一の面に開口する前記吐出ノズルを形成するノズル形成工程と、前記第一の面の反対側の第二の面に開口すると共に、底面に前記吐出ノズルが開口する凹部を形成する凹部形成工程と、を有することを特徴とする。
【００３６】
この液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、シリコン基板における凹部の底面から凹部が開口している面の反対側の面に貫通する吐出ノズルが形成される。吐出ノズルの適切な形状を実現するために、凹部の底面から凹部が開口している面の反対側の面までの厚さは、吐出ノズルの適切な形状によって規定される適切な厚さにする必要がある。凹部の深さは特に規制されないため、吐出ノズルの適切な長さに対して、凹部の深さを適宜定めることによって、ノズル基板の厚さを充分な強度が得られる厚さにすることができる。
【００３７】
［適用例１６］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面との少なくとも一部に形成されている酸化膜を除去する膜除去工程と、前記吐出ノズルの前記壁面と、前記凹部の前記底面及び前記側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面とに、連続した保護膜を形成する保護膜形成工程と、をさらに有することが好ましい。
【００３８】
この液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、膜除去工程によって、吐出ノズルの壁面と、凹部の底面及び側壁面と、第一の面と、第二の面とに形成されている酸化膜が除去される。これにより、ノズル形成工程や凹部形成工程を実施することによって部分的に除去されたために、除去された部分の保護機能が失われた酸化膜が除去される。部分的に形成された酸化膜の上に酸化膜を形成すると、既に酸化膜が存在する部分には酸化膜が形成され難いため、均一な酸化膜が形成され難い。このため、既に存在した酸化膜と、新たに形成された酸化膜とが継ぎ足された酸化膜が形成される可能性が高い。当該酸化膜は、液状体などが滲入し易い継ぎ目の部分が形成される。膜除去工程によって、部分的に除去された酸化膜を全て除去することによって、部分的に形成された酸化膜の上に酸化膜を形成することを防止することができる。
保護膜形成工程によって、吐出ノズルの壁面と、凹部の底面及び側壁面と、第一の面と、第二の面とに連続した保護膜を形成する。これにより、吐出ノズルの壁面と、凹部の底面及び側壁面と、第一の面と、第二の面とを、連続した保護膜で覆うことにより、液状体などが継ぎ目から滲入することでノズル基板が腐蝕されることを防止することができる。
【００３９】
［適用例１７］本適用例にかかる液滴吐出装置は、上記適用例にかかるノズル基板、上記適用例にかかるノズル基板の製造方法を用いて製造されたノズル基板、上記適用例にかかる液滴吐出ヘッド、又は上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造された液滴吐出ヘッド、を備えることを特徴とする。
【００４０】
この液滴吐出装置によれば、液滴吐出装置は、ノズル基板が変形することに起因して吐出装置の吐出機能が損なわれることを抑制することができるノズル基板、ノズル基板の厚さを充分な強度が得られる厚さにすることができるノズル基板の製造方法を用いて製造されたノズル基板、ノズル基板が変形することに起因して液滴吐出ヘッドの吐出機能が損なわれることを抑制することができる液滴吐出ヘッド、又は液滴吐出ヘッドが備えるノズル基板の厚さを充分な強度が得られる厚さにすることができる液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造された液滴吐出ヘッド、を備える。これにより、ノズルが形成された部材が吐出圧力によって変形することを抑制して、吐出圧力によって吐出特性が損なわれることを抑制することができる液滴吐出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】インクジェットヘッドの主要な構成部材を示す分解斜視図。
【図２】インクジェットヘッドのノズル孔を含む断面の断面図。
【図３】（ａ）は、インクジェットヘッドをノズル基板側から見た平面図。（ｂ）は、凹部とノズル孔との平面図。（ｃ）は、凹部とノズル孔との、ノズル孔の配列方向に略平行な断面における断面図。
【図４】シリコン基板にノズル孔及び凹部を形成する工程を示すフローチャート。
【図５】シリコン基板にノズル孔及び凹部を形成する工程における断面形状を示す断面図。
【図６】（ａ）は、インクジェットヘッドをノズル基板側から見た平面図。（ｂ）は、凹部とノズル孔との平面図。（ｃ）は、凹部とノズル孔との、ノズル孔の配列方向に略平行な断面における断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、ノズル基板、ノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置の一実施形態について図面を参照して、説明する。本実施形態は、液滴吐出ヘッドの一例として、静電駆動方式のインクジェットヘッドを例に説明する。なお、以下の説明において参照する図面では、構成部材をわかり易く表示するために、部材又は部分の縦横の縮尺や部分ごとの縮尺を実際のものとは異なるように表す場合がある。
【００４３】
＜インクジェットヘッドの構成部材＞
最初に、インクジェットヘッド１０を構成する主要な部材について、図１を参照して説明する。図１は、インクジェットヘッドの主要な構成部材を示す分解斜視図である。図１では、構成部材の一部を断面で表してある。
【００４４】
図１に示すように、インクジェットヘッド１０は、ノズル基板１と、キャビティプレート２と、電極基板３とを備えている。インクジェットヘッド１０は、ノズル基板１とキャビティプレート２と電極基板３とを、この順番で積層し、互いに貼り合わせることにより構成されている。
【００４５】
ノズル基板１は、例えばシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。ノズル基板１には、液状体の液滴を吐出するための複数のノズル孔１５が形成されており、複数のノズル孔１５が所定のピッチで配列するノズル列１５Ａが２列形成されている。ノズル基板１の外側（組み立てられた状態でキャビティプレート２と対向する側の反対側）の面における複数のノズル孔１５が設けられる領域に複数の凹部１４が形成されている。この複数の凹部１４におけるそれぞれの凹部１４の底面にノズル孔１５がそれぞれ１個開口している。この凹部１４を形成することによって、ノズル孔１５が形成される部分のシリコン基板の肉厚を薄肉化することにより、ノズル孔１５の長さ（基板厚み）を調整している。ノズル孔１５の長さを調整することで、各ノズル孔１５の流路抵抗を調整している。これにより、ノズル孔１５の均一な吐出性能を確保することができる。
【００４６】
ノズル基板１の内側の面（キャビティプレート２との接合側の面）には液状体の流路の一部を形成する細溝１９が設けられている。また、後述するキャビティプレート２の液溜室２３（図２参照）に対応する位置に凹部により薄肉化されたダイヤフラム部１８が設けられている。ダイヤフラム部１８は、液溜室２３内の圧力変動を抑制するために設けられている。ノズル基板１の表面には、酸化膜４４（図１では図示省略、図５（ｈ）参照）が形成されている。
【００４７】
キャビティプレート２は、例えば（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（この基板も以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。キャビティプレート２には、凹部２４、及び凹部２５が形成されている。凹部２４は、複数の凹部２４がそれぞれ独立して形成されており、ノズル基板１とキャビティプレート２とが接合された状態では、１個の凹部２４が１個のノズル孔１５に対応する位置に形成されている。凹部２４の底壁は、振動板２２である。
凹部２５は、２列のノズル列１５Ａに対応して２列に配設されている凹部２４の列を挟む位置に、それぞれ１個所ずつ形成されている。凹部２５の底面には、給液孔２０が形成されている。
凹部２４、及び凹部２５は、シリコン基板に、例えば異方性ウェットエッチングを施すことによって形成する。（１１０）面方位のシリコン単結晶基板は、異方性ウェットエッチングを行うことにより、凹部や溝の側面をシリコン基板の上面又は下面に対して垂直にエッチングすることができるため、インクジェットヘッド１０の高密度化を図ることができる。
キャビティプレート２における凹部２５より外側の部分に、共通電極２８が形成されている。
【００４８】
キャビティプレート２における共通電極２８が形成された部分を除く全面、又は少なくとも電極基板３との対向面には、ＳｉＯ2やＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜等からなる絶縁膜２６（図２参照）が形成されている。絶縁膜２６は、例えば熱酸化やプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用いて形成される。絶縁膜２６の膜厚は、例えば０．１μｍである。この絶縁膜２６は、インクジェットヘッド１０を駆動させた時の絶縁破壊や短絡を防止する目的で設けられる。
【００４９】
電極基板３は、例えばガラス基板から作製される。ガラスの中でも、キャビティプレート２のシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いることが好ましい。電極基板３とキャビティプレート２の熱膨張係数が近い値であると、電極基板３とキャビティプレート２を陽極接合する際に、両者の間に熱膨張率の差異に起因して発生する応力を低減することができる。その結果、剥離等の問題を生じることを抑制して、電極基板３とキャビティプレート２を強固に接合することができる。
【００５０】
電極基板３には、キャビティプレート２の各振動板２２に対向する面の位置にそれぞれ凹部３２が設けられている。凹部３２は、エッチングにより、例えば深さ約０．３μｍに形成されている。各凹部３２内には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）からなる個別電極３１の電極部３１ａが、例えば０．１μｍの厚さでスパッタにより形成されている。振動板２２と電極部３１ａとの間に形成されるギャップ（空隙）は、この凹部３２の深さ、電極部３１ａ及び振動板２２を覆う絶縁膜２６の厚さにより決まることになる。このギャップはインクジェットヘッド１０の吐出特性に大きく影響する。ここで、個別電極３１の材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を用いてもよいが、ＩＴＯは透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすい等の理由から、多くの場合、ＩＴＯが用いられる。
【００５１】
個別電極３１は、電極部３１ａと、リード部３１ｃと、端子部３１ｂとを有する。端子部３１ｂは、電極基板３における、キャビティプレート２の末端部が切り欠かれた位置に臨む部分に配設されており、リード部３１ｃによって電極部３１ａと一体に接続されている。
【００５２】
キャビティプレート２の給液孔２０に対応する位置には、給液孔３４がそれぞれ形成されている。電極基板３とキャビティプレート２とが接合された状態では、給液孔２０と給液孔３４とが一体に連通して、凹部２５と電極基板３の外面（キャビティプレート２と対向する側の反対側の面）とを接続する孔を形成する。リード部３１ｃは、給液孔３４を避ける位置に形成されている。
【００５３】
＜インクジェットヘッド＞
次に、ノズル基板１と、キャビティプレート２と、電極基板３とが組み立てられて形成されたインクジェットヘッド１０の構成について、図２を参照して説明する。図２は、インクジェットヘッドのノズル孔を含む断面の断面図である。
【００５４】
図２に示すように、ノズル基板１におけるノズル孔１５が形成された部分に対応する位置には凹部１４が開口しており、ノズル孔１５は、凹部１４の底面に開口しており、当該開口が外側に露出している。
ノズル基板１と、キャビティプレート２と、電極基板３とを、図２に示すように貼り合わせることによりインクジェットヘッド１０の本体部が形成されている。キャビティプレート２と電極基板３は陽極接合により接合され、そのキャビティプレート２の上面（図２において上面）にノズル基板１が接着等により接合されている。キャビティプレート２と電極基板３とが接合されることによって振動板２２と個別電極３１との間に形成される電極間ギャップの開放端部は、エポキシ等の樹脂による封止材２７で封止されている。封止材２７で封止することで、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を高く保持することができる。
【００５５】
キャビティプレート２の凹部２４とノズル基板１とで、吐出室２１が形成されている。ノズル孔１５のキャビティプレート２側の端は、吐出室２１に開口している。
凹部２５とノズル基板１とで、各吐出室２１に共通の液溜室（共通インク室）２３を構成している。液溜室２３は液状材料を貯留するためのものである。一列のノズル列１５Ａに対応する各吐出室２１に共通で、１個の液溜室２３が形成されている。
ノズル基板１の細溝１９とキャビティプレート２とで、供給口１９ａが形成されている。供給口１９ａの一端は、液溜室２３に連通しており、もう一端は、一列のノズル列１５Ａに対応する各吐出室２１に、それぞれ連通している。
凹部２５の底面に開口している給液孔２０には、電極基板３に形成された給液孔３４が連通している。給液タンク（図示省略）から供給される液状材料が、給液孔３４及び給液孔２０を介して、液溜室２３に供給されて貯留される。液溜室２３に貯留されている液状材料は、インクジェットヘッド１０が駆動されることで吐出室２１の内部に在った液状材料がノズル孔１５から吐出されるのに対応して、供給口１９ａを介して、内部の液状材料がノズル孔１５から吐出された吐出室２１に供給される。
【００５６】
キャビティプレート２の末端部が切り欠かれて形成された電極取り出し部２９には、個別電極３１に形成された端子部３１ｂが露出している。ノズル基板１の末端部が切り欠かれて、キャビティプレート２に形成された共通電極２８が露出している。それぞれの端子部３１ｂ及び共通電極２８には、ＩＣドライバー等を備える駆動制御回路４が、フレキシブル配線基板などを介して接続されている。
【００５７】
＜ノズル基板＞
次に、インクジェットヘッド１０のノズル基板１における凹部１４とノズル孔１５との関係について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、インクジェットヘッドをノズル基板側から見た平面図である。図３（ｂ）は、凹部とノズル孔との平面図であり、図３（ｃ）は、凹部とノズル孔との、ノズル孔の配列方向に略平行な断面における断面図である。
【００５８】
図３（ａ）に示すように、ノズル基板１には、ノズル孔１５が等間隔で配列されたノズル列１５Ａが２列形成されている。２列のノズル列１５Ａにおいて、一方のノズル列１５Ａを構成するノズル孔１５の位置は、他方のノズル列１５Ａを構成するノズル孔１５の位置に対して、ノズル列１５Ａの延在方向において、ノズル孔１５の配設ピッチの１／２だけずれている。ノズル列１５Ａにおけるノズル孔１５の配設ピッチは、例えば１４０μｍである。ノズル列１５Ａ間の吐出時点を規定することで、ノズル孔１５の配設ピッチが１４０μｍである２列のノズル列１５Ａを、ノズル孔１５の配設ピッチが７０μｍである１列のノズル列のように扱うことができる。
【００５９】
図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、凹部１４は、ノズル孔１５ごとに形成されており、ノズル孔１５の一端は、凹部１４の底面１４ａに開口しており、凹部１４の底でインクジェットヘッド１０の外面に露出している。シリコンで構成されたノズル基板１は、１００μｍ以上の厚さがあれば、充分な強度が得られることが確認されている。したがって、ノズル基板１の板厚は、１００μｍ以上にする。また、ノズル孔１５の長さは良好な吐出特性を実現できる長さとすることが必要である。ノズル孔１５の長さは、ノズル基板１の板厚に対して、ノズル孔１５の適切な長さ相当の基板の厚さが残るように凹部１４を形成することによって、調整することができる。凹部１４の加工時間の増加を抑制するためには、ノズル基板１の板厚は、５００μｍ以下が好ましい。
【００６０】
凹部１４が形成されているために、ノズル基板１における凹部１４の底面１４ａの部分は他の部分に比べて、シリコン基板の厚さが薄くなっている。当該部分が一定の範囲以下であれば、シリコン基板の厚さが薄い部分であっても、充分な強度を確保することができる。シリコン基板の厚さが薄い範囲が１０００μｍ以下の場合、充分な強度を確保することができることが、確認されている。したがって、凹部１４の開口幅は、１０００μｍ以下であることが好ましい。
また、適切な吐出特性が得られるノズル孔１５の長さは、概ね５０μｍから１００μｍである。ノズル基板１の板厚が５００μｍ以下の場合、凹部１４の深さは４５０μｍ以下である。凹部１４の深さが４５０μｍ以下の場合、凹部１４の開口幅が１００μｍ以上あれば、洗浄装置の拭き部材が変形して、凹部１４の底面１４ａに開口したノズル孔１５の縁を拭うことができることが確認されている。したがって、凹部１４の大きさは、開口幅が１００μｍ以上となる大きさに設定する。
【００６１】
＜インクジェットヘッドの動作＞
次に、上述したように構成されたインクジェットヘッド１０の動作を説明する。駆動制御回路４は、個別電極３１に電荷の供給及び停止を制御する発振回路を含んでいる。この発振回路は、例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極３１に例えば０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路が駆動し、個別電極３１に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間に静電気力（クーロン力）が発生する。
この静電気力により、振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて、個別電極３１の側に撓む（変位する）。これによって吐出室２１の容積が増大する。吐出室２１の容積が増大することで、吐出室２１内の圧力が低下し、液溜室２３に貯留されている液状材料が、供給口１９ａを介して、吐出室２１に供給される。
次に、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、吐出室２１の容積が急激に減少する。吐出室２１の容積が急激に減少することで、吐出室２１内の圧力が急激に大きくなるため、増大した圧力により吐出室２１内の液状材料の一部が液滴としてノズル孔１５から吐出される。
ノズル孔１５の形状によるノズル孔１５における流路抵抗や、供給口１９ａの形状による供給口１９ａにおける流路抵抗や、液溜室２３に供給される液状材料の供給圧力などを均衡させることにより、吐出室２１の内部の圧力の増減に従って、液状材料は、液溜室２３から吐出室２１に供給され、ノズル孔１５から吐出される。
【００６２】
＜ノズル基板の製造＞
次に、ノズル基板１を製造する工程における、シリコン基板にノズル孔１５及び凹部１４を形成する工程について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、シリコン基板にノズル孔及び凹部を形成する工程を示すフローチャートである。図５は、シリコン基板にノズル孔及び凹部を形成する工程における断面形状を示す断面図である。
【００６３】
図５（ａ）に示すように、ノズル基板１を形成するシリコン基板４１は、表面に酸化膜４２が形成されている。酸化膜４２は、任意の部分をエッチングする際のエッチングマスクとして機能する。
酸化膜４２は、酸化工程により均一で適切な膜厚を形成する。なお、ノズル孔１５及び凹部１４を形成する前、形成する途中、及びノズル孔１５及び凹部１４が形成された状態のいずれのシリコン基板も、シリコン基板４１と表記する。シリコン基板４１において、ノズル基板１がインクジェットヘッド１０に組み込まれた状態で、吐出室２１に臨む側の面を面４１ａと表記し、インクジェットヘッド１０の外面となる面を面４１ｂと表記する。
【００６４】
図４のステップＳ１では、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板４１の面４１ａにおけるノズル孔１５を形成する部分を覆う酸化膜４２の部分を除去して、膜開口１５０を形成する。膜開口１５０が形成された酸化膜４２をエッチングマスク５２と表記する。エッチングマスク５２は、例えばフォトリソグラフィーを用いて酸化膜４２をエッチングすることによって形成する。
【００６５】
次に、図４のステップＳ２では、図５（ｃ）に示すように、ノズル凹部１５１を形成する。ノズル凹部１５１は、エッチングマスク５２に形成された膜開口１５０に露出しているシリコン基板４１の部分を、例えば垂直異方性のドライエッチングを用いてエッチングすることで形成する。ドライエッチングとしては、反応性ガスエッチング、反応性イオンエッチング、反応性イオンビームエッチング、イオンビームエッチング、反応性レーザービームエッチングなどが挙げられる。
【００６６】
次に、図４のステップＳ３では、図５（ｄ）に示すように、面４１ａ上のエッチングマスク５２及び面４１ｂ上の酸化膜４２を除去する。
次に、図４のステップＳ４では、エッチングマスク５２又は酸化膜４２を除去したシリコン基板４１の面４１ａ及び面４１ｂに酸化膜４３を形成する。
ステップＳ３においてエッチングマスク５２及び酸化膜４２を除去し、ステップＳ４で酸化膜４３を形成することで、シリコン基板４１の全面に酸化膜が形成されていない状態から酸化膜４３を形成するため、シリコン基板４１の全面に略均一な膜厚の酸化膜４３を形成することができる。
【００６７】
次に、図４のステップＳ５では、図５（ｅ）に示すように、シリコン基板４１の面４１ｂにおける凹部１４を形成する部分を覆う酸化膜４３の部分を除去して、膜開口１４０を形成する。膜開口１４０が形成された酸化膜４３を、エッチングマスク５３と表記する。
【００６８】
次に、図４のステップＳ６では、図５（ｆ）に示すように、凹部１４を形成する。凹部１４は、エッチングマスク５３に形成された膜開口１４０に露出しているシリコン基板４１の部分を、例えば異方性のウェットエッチングを用いてエッチングすることで形成する。凹部１４は、底がノズル凹部１５１の先端を越える位置までエッチングして形成される。凹部１４が形成されることで、ノズル凹部１５１の先端部分がなくなって、ノズル孔１５が形成される。
ウェットエッチングを用いることによって、既に適切な形状に形成されていることからさらにエッチングされることは好ましくないノズル凹部１５１にも、エッチング液が浸入する。しかし、ステップＳ４の酸化膜形成工程においてノズル凹部１５１にも酸化膜４３が形成されているため、ステップＳ６で実施されるウェットエッチングによってノズル凹部１５１がさらにエッチングされることは、実質的に無い。
【００６９】
次に、図４のステップＳ７では、図５（ｇ）に示すように、面４１ｂ上に残されたエッチングマスク５３、及び面４１ａの上及びノズル孔１５（ノズル凹部１５１）の内壁に残された酸化膜４３を除去する。
次に、図４のステップＳ８では、図５（ｈ）に示すように、エッチングマスク５３又は酸化膜４３を除去したシリコン基板４１に、酸化膜４４を形成する。酸化膜４４は、面４１ａ、ノズル孔１５、凹部１４の底面１４ａ及び側壁１４ｂ、及び面４１ｂを覆う連続した膜として形成される。酸化膜４４は、シリコン基板４１の保護膜として機能する。酸化膜４４が、連続した保護膜に相当する。面４１ａが、第一の面に相当し、面４１ｂが、第二の面に相当する。
ステップＳ７でエッチングマスク５３及び酸化膜４３を除去し、ステップＳ８で酸化膜４４を形成することで、シリコン基板４１の全面に酸化膜が形成されていない状態から酸化膜４４を形成するため、シリコン基板４１の全面に略均一な膜厚の酸化膜４４を形成することができる。また、ステップＳ８で実施する一回の酸化膜形成工程において、全ての酸化膜４４を形成するため、酸化膜４４を継ぎ目がない、連続した膜にすることができる。
【００７０】
ステップＳ８を終了して、シリコン基板にノズル孔１５及び凹部１４を形成する工程を終了する。
【００７１】
＜他のインクジェットヘッドの構成＞
次に、インクジェットヘッド１０と一部の構成が異なるインクジェットヘッド１００について、図６を参照して説明する。図６（ａ）は、インクジェットヘッドをノズル基板側から見た平面図である。図６（ｂ）は、凹部とノズル孔との平面図であり、図６（ｃ）は、凹部とノズル孔との、ノズル孔の配列方向に略平行な断面における断面図である。インクジェットヘッド１００は、ノズル基板１とは凹部１１４の形状が凹部１４とは異なるノズル基板１０１を備えることが、インクジェットヘッド１０と異なっている。
【００７２】
図６（ａ）に示すように、インクジェットヘッド１００は、ノズル基板１０１と、キャビティプレート２と、電極基板３とを備えている。キャビティプレート２及び電極基板３は、上述したインクジェットヘッド１０を構成するキャビティプレート２又は電極基板３と同じものである。
ノズル基板１０１には、ノズル孔１１５が等間隔で配列されたノズル列１１５Ａが２列形成されている。ノズル列１１５Ａにおけるノズル孔１１５の配置、及びノズル基板１０１における２列のノズル列１１５Ａの配置は、上述したノズル列１５Ａにおけるノズル孔１５の配置、及びノズル基板１における２列のノズル列１５Ａの配置と同様である。凹部１１４が、ノズル列１１５Ａごとに形成されている。
【００７３】
図６（ｂ）、及び（ｃ）に示すように、ノズル孔１１５の一端は、凹部１１４の底面１１４ａに開口しており、凹部１１４の底面１１４ａでインクジェットヘッド１００の外面に露出している。シリコンで構成されたノズル基板１０１は、１００μｍ以上の厚さがあれば、充分な強度が得られることが確認されている。したがって、ノズル基板１０１の板厚は、１００μｍ以上にする。また、ノズル孔１１５の長さは良好な吐出特性を実現できる長さとすることが必要である。ノズル孔１１５の長さは、ノズル基板１０１の板厚に対して、ノズル孔１１５の適切な長さ相当の基板の厚さが残るように凹部１１４を形成することによって、調整することができる。凹部１１４の加工時間の増加を抑制するためには、ノズル基板１０１の板厚は、５００μｍ以下が好ましい。
【００７４】
凹部１１４が形成されているために、ノズル基板１０１における凹部１１４の底面１１４ａの部分は他の部分に比べて、シリコン基板の厚さが薄くなっている。当該部分が一定の範囲以下であれば、シリコン基板の厚さが薄い部分であっても、充分な強度を確保することができる。シリコン基板の厚さが薄い範囲が１０００μｍ以下の場合、充分な強度を確保することができることが、確認されている。したがって、凹部１１４のノズル孔１１５の配列方向（ノズル列１１５Ａの延在方向）に略直角な方向における開口幅は、１０００μｍ以下であることが好ましい。
また、適切な吐出特性が得られるノズル孔１１５の長さは、概ね５０μｍから１００μｍである。ノズル基板１０１の板厚が５００μｍ以下の場合、凹部１１４の深さは４５０μｍ以下である。凹部１１４の深さが４５０μｍ以下の場合、凹部１１４の開口幅が１００μｍ以上あれば、洗浄装置の拭き部材が変形して、凹部１１４の底面１１４ａに開口したノズル孔１１５の縁を拭うことができることが確認されている。したがって、凹部１１４のノズル孔１１５の配列方向に略直角な方向における大きさは、開口幅が１００μｍ以上となる大きさに設定する。
【００７５】
＜液滴吐出法＞
次に、液滴吐出ヘッドにおける液滴吐出法について説明する。液滴吐出法は、材料の使用に無駄が少なく、しかも所望の位置に所望の量の材料を的確に配置できるという利点を有する。液滴吐出法の吐出技術としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換方式、電気熱変換方式、静電吸引方式などが挙げられる。
帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御して吐出ノズルから吐出させるものである。加圧振動方式は、材料に３０ｋｇ／ｃｍ2程度の超高圧を印加して吐出ノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進して吐出ノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散して吐出ノズルから吐出されない。
【００７６】
電気機械変換方式は、電気信号を受けて変形する素子を駆動源として用いる方式であり、上述した静電駆動方式は、この電気機械変換方式のひとつである。電気機械変換方式には、駆動源として圧電素子を用いるものがある。ピエゾ素子（圧電素子）がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出して吐出ノズルから吐出させるものである。
電気機械変換方式は、液状材料に熱を加えないため、材料の組成などに影響を与えないことから、液状材料の選択の自由度が高いという利点もある。さらに、ピエゾ方式は、駆動電圧を調整することによって、液滴の大きさを容易に調整することができるなどの利点を有する。
【００７７】
電気熱変換方式は、材料を貯留した空間内に設けたヒーターにより、材料を急激に気化させてバブル（泡）を発生させ、バブルの圧力によって空間内の材料を吐出させるものである。静電吸引方式は、材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、吐出ノズルに材料のメニスカスを形成し、この状態で静電引力を加えてから材料を引き出すものである。また、この他に、電場による流体の粘性変化を利用する方式や、放電火花で飛ばす方式などの技術も適用可能である。
【００７８】
以下、実施形態による効果を記載する。本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）ノズル基板１は、凹部１４を備えており、ノズル孔１５は、凹部１４の底面１４ａに開口している。凹部１４を形成することによって、ノズル孔１５が形成される部分のシリコン基板の肉厚を薄肉化することにより、ノズル孔１５の長さ（基板厚み）を調整している。このため、ノズル孔１５が備えるべき適切な長さに関わりなく、ノズル基板１における凹部１４以外の部分の厚さを、設定することができる。これにより、充分な強度が得られる厚みを有するノズル基板１を形成することができる。
【００７９】
（２）酸化膜４４は、ノズル基板１のシリコンが液状体によって腐蝕されることを抑制することができる。酸化膜４４が、面４１ａ、ノズル孔１５、凹部１４の底面１４ａ及び側壁１４ｂ、及び面４１ｂを覆う、継ぎ目がない連続した膜であることによって、液状体が継ぎ目から滲入することを防止することができる。
【００８０】
（３）ノズル基板１０１は、凹部１１４を備えており、ノズル孔１１５は、凹部１１４の底面１１４ａに開口している。凹部１１４を形成することによって、ノズル孔１１５が形成される部分のシリコン基板の肉厚を薄肉化することにより、ノズル孔１１５の長さ（基板厚み）を調整している。このため、ノズル孔１１５が備えるべき適切な長さに関わりなく、ノズル基板１０１における凹部１１４以外の部分の厚さを、設定することができる。これにより、充分な強度が得られる厚みを有するノズル基板１０１を形成することができる。
【００８１】
（４）ノズル基板１及びノズル基板１０１において、ノズル孔１５又はノズル孔１１５の長さの調整は、凹部１４又は凹部１１４を形成することによって実施している。このため、ノズル基板１及びノズル基板１０１は、ノズル孔１５又はノズル孔１１５の適切な長さに関わり無く、凹部１４又は凹部１１４以外の部分で充分な強度が得られる基板厚を実現することができる。充分な強度が得られるため、製造過程においてノズル基板１又はノズル基板１０１の強度を補う補強部材を必要としない。補強部材が存在する場合にはその補強部材が取り付けられた部分には酸化膜を形成できないが、補強部材を必要としないため、ノズル基板１及びノズル基板１０１の略全体に、継ぎ目のない酸化膜（保護膜）を形成することができる。
【００８２】
以上、添付図面を参照しながら好適な実施形態について説明したが、好適な実施形態は、前記実施形態に限らない。実施形態は、要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論であり、以下のように実施することもできる。
【００８３】
（変形例１）前記実施形態においては、静電駆動方式のインクジェットヘッドを例にして説明したが、インクジェットヘッドの駆動方式は静電駆動方式に限らない。上述した様々な駆動方式の液滴吐出ヘッドにおいても、上述したノズル基板を好適に適用することができる。
【００８４】
（変形例２）前記実施形態においては、ノズル孔１５及びノズル孔１１５は円筒形状であったが、ノズル孔が円筒形状であることは必須ではない。ノズル孔が開口している面に略平行な横断面における断面形状は特に限定されるものではなく、多角形や長円形などであってもよい。横断面に略直交する縦断面における断面形状は、孔径や断面形状が一定の形状であってもよいし、徐々に変わる形状であってもよいし、階段状に変わる形状であってもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１…ノズル基板、１０…インクジェットヘッド、１４…凹部、１４ａ…底面、１５…ノズル孔、１５Ａ…ノズル列、２１…吐出室、４１…シリコン基板、４２，４３，４４…酸化膜、５２，５３…エッチングマスク、１００…インクジェットヘッド、１０１…ノズル基板、１１４…凹部、１１４ａ…底面、１１５…ノズル孔、１１５Ａ…ノズル列、１４０…膜開口、１５０…膜開口、１５１…ノズル凹部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状体が吐出される吐出ノズルがシリコン基板に形成されたノズル基板であって、
前記ノズル基板における、前記吐出ノズルから前記液状体が吐出される側の面に開口している凹部を備え、
前記吐出ノズルは、前記凹部が開口する面の側の開口が前記凹部の底面に開口し、前記底面から前記凹部が開口している面の反対側の面に貫通していることを特徴とするノズル基板。
【請求項２】
総厚が１００μｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載のノズル基板。
【請求項３】
前記凹部の開口の幅が、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載のノズル基板。
【請求項４】
前記凹部が開口している面の反対側の前記吐出ノズルが開口している面と、前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記凹部が開口している面と、を覆う連続した保護膜を備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のノズル基板。
【請求項５】
液状体が吐出される吐出ノズルがシリコン基板に形成されているノズル基板の製造方法であって、
前記シリコン基板の第一の面に開口する前記吐出ノズルを形成するノズル形成工程と、
前記第一の面の反対側の第二の面に開口すると共に、底面に前記吐出ノズルが開口する凹部を形成する凹部形成工程と、を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
【請求項６】
前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面との少なくとも一部に形成されている酸化膜を除去する膜除去工程と、
前記吐出ノズルの前記壁面と、前記凹部の前記底面及び前記側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面とに、連続した保護膜を形成する保護膜形成工程と、をさらに有することを特徴とする、請求項５に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項７】
前記ノズル形成工程では、異方性ドライエッチングによって前記吐出ノズルを形成することを特徴とする、請求項５又は６に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項８】
前記凹部形成工程では、異方性ウェットエッチングによって前記凹部を形成することを特徴とする、請求項５乃至７のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項９】
前記ノズル基板の総厚が１００μｍ以上であることを特徴とする、請求項５乃至８のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項１０】
前記凹部の開口の幅が、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする、請求項９に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項１１】
液状体を吐出する吐出ノズルを備える液滴吐出ヘッドであって、
前記液滴吐出ヘッドの外面に開口する凹部と、前記凹部の底面に開口し、前記底面から前記液滴吐出ヘッドの内部に形成された前記液状体の流路に貫通する前記吐出ノズルと、がシリコン基板に形成されたノズル基板を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記ノズル基板の総厚が１００μｍ以上であることを特徴とする、請求項１１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記凹部の開口の幅が、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１４】
前記液状体の流路に臨んで前記吐出ノズルが開口している前記ノズル基板の第一の面と、前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記凹部が開口している前記ノズル基板の第二の面と、を覆う連続した保護膜をさらに備えることを特徴とする、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１５】
液状体を吐出する吐出ノズルがシリコン基板に形成されているノズル基板を備える液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記シリコン基板の第一の面に開口する前記吐出ノズルを形成するノズル形成工程と、
前記第一の面の反対側の第二の面に開口すると共に、底面に前記吐出ノズルが開口する凹部を形成する凹部形成工程と、を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面との少なくとも一部に形成されている酸化膜を除去する膜除去工程と、
前記吐出ノズルの前記壁面と、前記凹部の前記底面及び前記側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面とに、連続した保護膜を形成する保護膜形成工程と、をさらに有することを特徴とする、請求項１５に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のノズル基板、請求項５乃至１０のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法を用いて製造されたノズル基板、請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド、又は請求項１５又は１６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造された液滴吐出ヘッド、を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１】
液状体が吐出される吐出ノズルがシリコン基板に形成されたノズル基板であって、
前記ノズル基板における、前記吐出ノズルから前記液状体が吐出される側の面に開口している凹部を備え、
前記吐出ノズルは、前記凹部が開口する面の側の開口が前記凹部の底面に開口し、前記底面から前記凹部が開口している面の反対側の面に貫通していることを特徴とするノズル基板。
【請求項２】
総厚が１００μｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載のノズル基板。
【請求項３】
前記凹部の開口の幅が、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載のノズル基板。
【請求項４】
前記凹部が開口している面の反対側の前記吐出ノズルが開口している面と、前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記凹部が開口している面と、を覆う連続した保護膜を備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のノズル基板。
【請求項５】
液状体が吐出される吐出ノズルがシリコン基板に形成されているノズル基板の製造方法であって、
前記シリコン基板の第一の面に開口する前記吐出ノズルを形成するノズル形成工程と、
前記第一の面の反対側の第二の面に開口すると共に、底面に前記吐出ノズルが開口する凹部を形成する凹部形成工程と、を有することを特徴とするノズル基板の製造方法。
【請求項６】
前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面との少なくとも一部に形成されている酸化膜を除去する膜除去工程と、
前記吐出ノズルの前記壁面と、前記凹部の前記底面及び前記側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面とに、連続した保護膜を形成する保護膜形成工程と、をさらに有することを特徴とする、請求項５に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項７】
前記ノズル形成工程では、異方性ドライエッチングによって前記吐出ノズルを形成することを特徴とする、請求項５又は６に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項８】
前記凹部形成工程では、異方性ウェットエッチングによって前記凹部を形成することを特徴とする、請求項５乃至７のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項９】
前記ノズル基板の総厚が１００μｍ以上であることを特徴とする、請求項５乃至８のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項１０】
前記凹部の開口の幅が、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする、請求項９に記載のノズル基板の製造方法。
【請求項１１】
液状体を吐出する吐出ノズルを備える液滴吐出ヘッドであって、
前記液滴吐出ヘッドの外面に開口する凹部と、前記凹部の底面に開口し、前記底面から前記液滴吐出ヘッドの内部に形成された前記液状体の流路に貫通する前記吐出ノズルと、がシリコン基板に形成されたノズル基板を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記ノズル基板の総厚が１００μｍ以上であることを特徴とする、請求項１１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記凹部の開口の幅が、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１４】
前記液状体の流路に臨んで前記吐出ノズルが開口している前記ノズル基板の第一の面と、前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記凹部が開口している前記ノズル基板の第二の面と、を覆う連続した保護膜をさらに備えることを特徴とする、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１５】
液状体を吐出する吐出ノズルがシリコン基板に形成されているノズル基板を備える液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記シリコン基板の第一の面に開口する前記吐出ノズルを形成するノズル形成工程と、
前記第一の面の反対側の第二の面に開口すると共に、底面に前記吐出ノズルが開口する凹部を形成する凹部形成工程と、を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記吐出ノズルの壁面と、前記凹部の前記底面及び側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面との少なくとも一部に形成されている酸化膜を除去する膜除去工程と、
前記吐出ノズルの前記壁面と、前記凹部の前記底面及び前記側壁面と、前記第一の面と、前記第二の面とに、連続した保護膜を形成する保護膜形成工程と、をさらに有することを特徴とする、請求項１５に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のノズル基板、請求項５乃至１０のいずれか一項に記載のノズル基板の製造方法を用いて製造されたノズル基板、請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド、又は請求項１５又は１６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて製造された液滴吐出ヘッド、を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１９１０３４（Ｐ２０１０−１９１０３４Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３３５９８（Ｐ２００９−３３５９８）
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【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２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【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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