喷嘴板、液滴吐出头、液滴吐出装置以及喷嘴板的制造方法

技术领域

本发明涉及喷嘴板、液滴吐出头、液滴吐出装置以及喷嘴板的制造方法。

背景技术

以往，在液滴吐出装置的液滴吐出头中，已知通过设置从对喷嘴开口部供给油墨等液体的喷嘴流路向共同流路回送液体的循环流路，能够将喷嘴开口部附近的气泡与液体一起回收(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4875997号

发明内容

发明要解决的课题

然而，在上述的液滴吐出头中，在与喷嘴板的液滴吐出面大致垂直的直通(straight)形状的喷嘴流路中形成了循环流路。在这样的构造的情况下，特别在进行了大液滴的液滴吐出、高速驱动时，有时液体的弯液面(meniscus)的牵引变大而弯液面的形状易于变得不稳定，射出有时变得不稳定。

本发明是鉴于上述情形做出的，其目的在于，提供一种关于液滴量、射出速度在更宽范围的条件下射出稳定的喷嘴板、液滴吐出头、液滴吐出装置以及喷嘴板的制造方法。

用于解决课题的手段

解决上述课题的本发明的一个方案是一种喷嘴板，具备：基板；喷嘴流路，贯通所述基板地设置，具备吐出液滴的喷嘴开口部；以及排出流路，从所述喷嘴流路排出液体，其中，

所述喷嘴流路具备随着朝向所述基板的液滴被吐出的吐出面而作为与液滴的吐出方向正交的剖面面积的流路面积逐渐变窄的喷嘴锥形部，

所述排出流路在从所述吐出面侧观察时设置于所述喷嘴锥形部的途中。

另外，请求项2所述的发明在请求项1所述的喷嘴板中，

所述喷嘴锥形部的形状是角锥状、圆锥状或者椭圆锥状中的任意一种。

另外，请求项3所述的发明在请求项1或者2所述的喷嘴板中，

所述喷嘴流路具备与所述喷嘴锥形部的所述吐出面侧的端部连续的喷嘴直通部。

另外，请求项4所述的发明在请求项3所述的喷嘴板中，

在所述喷嘴直通部中，所述流路面积的最大部是所述喷嘴锥形部的所述吐出面侧的端部的所述流路面积以下。

另外，请求项5所述的发明在请求项1至4中的任意一项所述的喷嘴板中，

从所述吐出面至所述排出流路的距离是5μm以上且200μm以下。

另外，请求项6所述的发明在请求项1至5中的任意一项所述的喷嘴板中，

作为所述喷嘴锥形部的斜面和与喷嘴中心轴平行的轴的角度的锥形角度是15°以上且75°以下。

另外，请求项7所述的发明在请求项6所述的喷嘴板中，

所述锥形角度是30°以上且60°以下。

另外，请求项8所述的发明在请求项6或者7所述的喷嘴板中，

所述喷嘴流路具备所述锥形角度不同的连续的多个喷嘴锥形部。

另外，请求项9所述的发明在请求项1至8中的任意一项所述的喷嘴板中，

所述基板由单晶硅构成，

所述喷嘴流路具备与所述喷嘴锥形部中的与所述吐出面相反的一侧的端部连续的直通连通部，

所述喷嘴锥形部由4个{111}面形成，

所述直通连通部由4个{100}面形成。

另外，请求项10所述的发明在请求项9所述的喷嘴板中，

所述排出流路以位于所述直通连通部的2个{100}面相交的角的方式形成。

另外，在请求项11所述的发明在请求项9或者10所述的喷嘴板中，

所述排出流路以位于邻接的所述喷嘴锥形部的边界的方式形成。

另外，请求项12所述的发明是一种搭载于液滴吐出装置的液滴吐出头，

具备请求项1至11中的任意一项所述的喷嘴板。

另外，请求项13所述的发明是一种液滴吐出装置，

具备请求项12所述的液滴吐出头。

另外，请求项14所述的发明在请求项13所述的液滴吐出装置中，

驱动频率是30kHz以上且100kHz以下。

另外，请求项15所述的发明在请求项13或者14所述的液滴吐出装置中，

从所述喷嘴开口部吐出的液滴量是30pL以上且300pL以下。

另外，请求项16所述的发明是一种液滴吐出头的喷嘴板的制造方法，包括：

第1工序，在表面的结晶方位为{100}面的单晶硅的基板的第一面均匀地形成表面掩模层；

第2工序，在所述表面掩模层，形成成为喷嘴开口部的圆形或者多边形的开口图案；

第3工序，通过利用干蚀刻从表面对处于所述开口图案下的所述基板进行贯通加工，形成贯通孔；

第4工序，通过利用针对所述基板的各向异性湿蚀刻扩大所述贯通孔，形成喷嘴锥形部；以及

第5工序，通过利用干蚀刻深掘加工至所述喷嘴锥形部的途中，形成排出流路。

另外，请求项17所述的发明在请求项16所述的喷嘴板的制造方法中，

在所述第2工序中，通过利用干蚀刻将处于所述开口图案下的所述基板从表面深掘加工至途中，形成喷嘴直通部，

在所述喷嘴直通部的侧面部形成掩模层。

另外，请求项18所述的发明在请求项16或者17所述的喷嘴板的制造方法中，

在所述第4工序中，通过利用针对所述基板的各向异性湿蚀刻扩大所述贯通孔，形成所述喷嘴锥形部以及直通连通部。

另外，请求项19所述的发明在请求项16至18中的任意一项所述的喷嘴板的制造方法中，

在所述第1工序中，在所述基板的第一面和作为与所述第一面相对的面的第二面均匀地形成所述表面掩模层，

在所述第5工序中，去除所述排出流路的侧面以及底面的排出流路掩模层，

在所述第1工序以及所述第2工序之间进行：

第6工序，在所述第二面上的表面掩模层形成成为所述排出流路的排出流路图案；

第7工序，通过利用干蚀刻将处于所述排出流路图案下的基板从表面深掘加工至途中，形成所述排出流路；以及

第8工序，在所述排出流路的侧面以及底面形成所述排出流路掩模层。

发明的效果

根据本发明，能够提供关于液滴量、射出速度在更宽范围的条件下射出稳定的喷嘴板、液滴吐出头、液滴吐出装置以及喷嘴板的制造方法。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的液滴吐出装置的概略立体图。

图2是本实施方式所涉及的液滴吐出头的概略侧剖面图。

图3A是示出本实施方式所涉及的喷嘴板的喷嘴流路的放大俯视图。

图3B是图3A的IIIB-IIIB线处的喷嘴板的剖面图。

图4A是示出变形例所涉及的喷嘴板的喷嘴流路的放大俯视图。

图4B是图4A的IVB-IVB线处的喷嘴板的剖面图。

图5是示出变形例所涉及的喷嘴板的喷嘴流路的放大俯视图。

图6是变形例所涉及的喷嘴板的剖面图。

图7是示出变形例所涉及的喷嘴板的喷嘴流路的放大俯视图。

图8是示出第1实施方式所涉及的喷嘴板的制造方法的主要步骤的喷嘴板的剖面图。

图9是示出第2实施方式所涉及的喷嘴板的制造方法的主要步骤的喷嘴板的剖面图。

图10是示出第3实施方式所涉及的喷嘴板的制造方法的主要步骤的喷嘴板的剖面图。

图11是示出包括形成喷嘴直通部的工序的喷嘴板的制造方法的主要步骤的喷嘴板的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的优选的实施方式。不过，发明的范围不限定于图示例。另外，在以下的说明中，关于具有同一功能以及结构的部分，附加同一符号，省略其说明。

〔液滴吐出装置〕

首先，作为本实施方式所涉及的液滴吐出装置，公开具备作为液滴吐出头的喷墨头10的喷墨记录装置1的结构例。

在此，在以下的说明中，如各图所示，将喷墨记录装置1中的记录介质P的搬送方向设为前后方向，将在记录介质P的搬送面中与该搬送方向垂直的方向设为左右方向，将与前后方向以及左右方向垂直的方向(油墨的射出方向)设为上下方向而进行说明。另外，关于喷墨头10，也以将安装到喷墨记录装置1的状态作为基准的方向进行说明。

图1是示出本实施方式所涉及的喷墨记录装置1的概略立体图。喷墨记录装置1利用例如具备搬送带T1以及搬送辊T2的搬送部T通过多个单元U在前后方向上搬送纸等记录介质P。在各单元U中配置有多个喷墨头10，从各个喷墨头10吐出各颜色的油墨印刷到记录介质P。

本实施方式所涉及的喷墨记录装置1在10kHz至100kHz这样的比较宽范围的驱动频率下也能够稳定地射出液滴。另外，本实施方式所涉及的喷墨记录装置1在10pL至300pL这样的比较宽范围的液滴量下也能够稳定地射出液滴。

[喷墨头]

图2是从侧面侧观察1个喷墨头10的概略侧剖面图。喷墨头10由头芯片11、共同油墨室12、支撑基板13、布线部件14以及驱动部15等构成。此外，图2示出包括4个喷嘴开口部N的面中的喷墨头10的剖面，省略与如后所述的喷嘴流路111相关的详细的记载。

[头芯片]

头芯片11是用于从喷嘴开口部N使油墨吐出的结构。在头芯片11中，层叠形成有多个(在图2中为4个)板状的基板。头芯片11中的最下方的板是喷嘴板110。

在喷嘴板110中设置有具有本发明所涉及的构造的多个喷嘴流路111(参照图3B)。此外，从作为该喷嘴流路111的开口部的喷嘴开口部N对作为喷嘴板110的露出面的吐出面Ba大致垂直地吐出油墨。在作为喷嘴板110的与吐出面Ba相对的面的粘接面Bb(参照图3B)，朝向上方依次粘接而层叠有例如压电体板120、振动板130、间隔基板140以及布线基板150。

在压电体板120、振动板130、间隔基板140以及布线基板150中，与喷嘴开口部N连通的油墨流路被设置，在布线基板150的被露出的一侧(上方向侧)的面中被开口。在该布线基板150的露出面上，以覆盖所有开口的方式设置有共同油墨室12。存积于共同油墨室12的油墨室形成部件(未图示)内的油墨从布线基板150的开口部经由油墨流路供给到各喷嘴开口部N。此外，以贯通压电体板120的方式设置的压力室由于与该压力室邻接的储存部内的压电元件的变位(变形)，与振动板130一起变形而被赋予压力变化，从而油墨从喷嘴开口部N作为液滴向下方向吐出。

[喷嘴板]

图3A是从粘接面Bb侧观察喷嘴板110时的示出1个喷嘴流路111的放大俯视图。另外，图3B是图3A的IIIB-IIIB线处的示出1个喷嘴流路111的剖面图。

如图3B所示，喷嘴板110在基板B中设置有具备喷嘴开口部N的喷嘴流路111和与喷嘴流路111连续的排出流路C。

(基板)

基板B例如是由厚度为100μm～725μm程度的单晶硅(Si)构成的板状部件。

通过使用单晶硅作为基板B，能够在制造工序中高精度地进行喷嘴流路111的加工。因此，能够形成位置的误差、形状的偏差少的喷嘴流路111。

(喷嘴流路)

喷嘴流路111是从基板B的吐出面Ba朝向粘接面Bb贯通的贯通孔。喷嘴流路111例如如图3B所示，从吐出面Ba朝向粘接面Bb，具备喷嘴开口部N、喷嘴直通部1111、喷嘴锥形部1112以及直通连通部1113。

<喷嘴开口部>

喷嘴开口部N的形状是圆形或者多边形的孔。喷嘴开口部N在基板B的吐出面Ba侧矩阵状地配置，与吐出面Ba相反的一侧与喷嘴直通部1111连通。

喷嘴开口部N的形状既可以是圆形也可以是多边形。在喷嘴开口部N的形状例如是圆形的情况下，直径能够设为15μm～45μm程度。

<喷嘴直通部>

喷嘴直通部1111如图3B所示与喷嘴锥形部1112的吐出面Ba侧的端部连续地形成。

在设置有喷嘴直通部1111时，在从喷嘴开口部N射出油墨时受到的阻力变大，弯液面的振动被抑制，所以能够使弯液面形状更稳定。

此外，在图3B中，例示了形成为喷嘴直通部1111中的作为与油墨的吐出方向正交的方向(图3B中的左右方向)的剖面面积的流路面积在上下方向上大致恒定、并且其最大部成为喷嘴锥形部1112的吐出面Ba侧的端部的流路面积以下的情况，但不限于此。

即，构成喷嘴直通部1111的面和与喷嘴中心轴平行的轴L的角度也可以并非0°。另外，喷嘴直通部1111也可以由和与喷嘴中心轴平行的轴L所成的角度分别不同的多个面构成。不过，在喷嘴直通部1111的流路面积的最大部为喷嘴锥形部1112的吐出面Ba侧的端部的流路面积以下时，由于设置喷嘴直通部1111而引起的弯液面稳定性的提高效果进一步提高，所以优选。

另外，喷嘴直通部1111的上下方向的长度(喷嘴直通部1111的高度)优选为5μm～50μm程度。通过使喷嘴直通部1111的高度在该范围内，在射出油墨时能够施加适当的阻力。

<喷嘴锥形部>

喷嘴锥形部1112具有如随着从粘接面Bb朝向吐出面Ba而流路面积逐渐变窄的大致恒定的角度的锥形。通过在喷嘴流路111中设置喷嘴锥形部1112，在由于高速驱动而油墨的弯液面后退至喷嘴流路111的内部时，也能够使弯液面形状以及油墨射出稳定。

图3B所示的作为喷嘴锥形部1112的斜面和与喷嘴中心轴平行的轴L的角度的锥形角度θ优选为15°以上且75°以下，更优选为30°以上且60°以下。如果锥形角度θ是这样的范围内，则油墨的弯液面形状稳定，能够易于将气泡与沉降的油墨颜料一起排出。

<直通连通部>

直通连通部1113与喷嘴锥形部1112的粘接面Bb侧的端部连续，以与吐出面Ba大致垂直的方式形成。

(排出流路)

排出流路C是以对喷嘴流路111连通的方式设置的、将未从喷嘴开口部N吐出而被废弃的气泡与沉降的油墨颜料一起引导的流路。排出流路C如图3B所示以在从吐出面Ba观察时在喷嘴锥形部1112的途中与吐出面Ba大致平行的方式形成。

关于喷嘴板110，说明更具体的结构。在基板B中，喷嘴锥形部1112形成于基板B的4个{111}面，直通连通部1113形成于基板B的4个{100}面。另外，如图3A所示，排出流路C以位于直通连通部1113的2个{100}面相交的角的方式形成。在这样形成喷嘴板110时，直通连通部1113的端部的油墨的流动易于朝向排出流路C，易于将积留在直通连通部1113的端部而浮上的气泡与沉降的油墨颜料一起排出。

另外，排出流路C优选例如如图5所示以位于邻接的喷嘴锥形部1112的边界的方式形成。其原因为，沉降的油墨颜料易于积留在喷嘴锥形部1112彼此的边界部分。

另外，如图3B所示，优选使排出流路C连通到从与吐出面Ba平行的面至排出流路C的距离即锥形高度h如成为5μm～200μm的部位，更优选使排出流路C连通到如成为20μm～100μm的部位。如果锥形高度h是这样的范围，则油墨的弯液面形状变得稳定。另外，能够易于将气泡与沉降的油墨颜料一起排出。

此外，在喷嘴流路111具备喷嘴直通部1111的情况下，在锥形高度h中包含喷嘴直通部1111的高度。

此外，如图2所示，在使喷嘴板110与其他板粘接而作为喷墨头10的情况下，也可以通过在该其他板设置与多个排出流路C连通的未图示的共同排出流路并且使该共同排出流路经由未图示的泵与共同油墨室12连通，使油墨在共同油墨室12和喷嘴流路111中循环。

另外，在上述中，设为喷嘴板110与压电体板120粘接，但不限于此。即，也可以设为在喷嘴板110与压电体板120之间设置其他板。另外，将喷嘴板110和其他板合在一起的方法既可以是粘接也可以是接合，没有限定。

另外，在上述中，例示了具备喷嘴开口部N、喷嘴直通部1111、喷嘴锥形部1112以及直通连通部1113的喷嘴流路111，但不限于此。如图6所示，喷嘴流路111至少具备喷嘴开口部N和喷嘴锥形部1112即可。

另外，基板B不限于单晶硅，也可以使用SUS(Steel Use Stainless，不锈钢)、聚酰亚胺等。

另外，图示了喷嘴锥形部1112在图3A中为角锥状的情况，但不限于此。即，喷嘴锥形部1112也可以如图4A所示为圆锥状或者椭圆锥状，如图3B所示侧剖面的形状成为锥形状即可。

另外，在图3B中，图示了如1个喷嘴锥形部1112的两端与喷嘴直通部1111以及直通连通部1113的端部分别连续的喷嘴流路111，但不限于此。

例如，也可以如图4B所示以使锥形角度θ不同的多个喷嘴锥形部1112的端部彼此连续的方式设置。

通过设为这样的喷嘴流路111，能够使弯液面形状以及油墨射出更稳定。

另外，设为排出流路C在喷嘴锥形部1112的途中形成，其原因为，1个喷嘴锥形部1112和其他流路的边界形成台阶，是弯液面易于变得不稳定的部分。因此，如上所述，在1个喷嘴流路111中，在以使锥形角度θ不同的多个喷嘴锥形部1112的端部彼此连续的方式设置的情况下，优选避免在连续的喷嘴锥形部1112的边界部分设置排出流路C。

另外，排出流路C与喷嘴锥形部1112的粘接面Bb侧的端部连续地形成即可。

另外，与1个喷嘴流路111连通的排出流路C的个数不限于1个，也可以如图7所示连通多个。在使多个排出流路C与1个喷嘴流路111连通的情况下，更易于将气泡与沉降的油墨颜料一起排出。排出流路C的形状也不限于如图3A等所示的直线状，也可以设为曲线状、斜线状。另外，也可以设为在途中分支为多个排出流路C、或者多个排出流路C在途中合流。

另外，在上述中例示了安装到喷墨头10并吐出油墨的喷嘴板110，但从该喷嘴板110吐出的液体不限于油墨。

〔发明的效果〕

如以上所示，本实施方式所涉及的喷嘴板110具备：基板B；喷嘴流路111，贯通基板B地设置，具备吐出液滴的喷嘴开口部N；以及排出流路C，从喷嘴流路111排出液体，喷嘴流路111具备随着朝向基板B的液滴被吐出的吐出面Ba而作为与液滴的吐出方向正交的剖面面积的流路面积逐渐变窄的喷嘴锥形部1112，排出流路C在从吐出面Ba侧观察时设置于喷嘴锥形部1112的途中。

根据该结构，在进行大液滴的液滴吐出、高速驱动的情况下，也由于喷嘴锥形部1112而弯液面形状易于稳定。其结果，能够提高射出稳定性。另外，通过在喷嘴锥形部1112的途中设置排出流路C，相比于在大致垂直状的油墨流路的途中设置排出流路的情况，易于使沉降的油墨颜料上升，能够易于与气泡一起排出。

另外，喷嘴流路111具备与喷嘴锥形部1112的吐出面Ba侧的端部连续的喷嘴直通部1111。

根据该结构，液滴吐出时的阻力变大，抑制弯液面的振动而提高弯液面稳定性，所以能够提高射出性能。

另外，在喷嘴直通部1111中，流路面积的最大部是喷嘴锥形部1112的吐出面Ba侧的端部的流路面积以下。

根据该结构，能够进一步提高由于具备喷嘴直通部1111而引起的弯液面稳定性的提高效果。

另外，在本实施方式所涉及的喷嘴板110中，从吐出面Ba至排出流路C的距离是5μm以上且200μm以下。

根据该结构，弯液面稳定性提高，所以能够提高射出性能。另外，更易于将气泡与沉降的油墨颜料一起排出。

另外，在本实施方式所涉及的喷嘴板110中，作为喷嘴锥形部1112的斜面和与喷嘴中心轴平行的轴L的角度的锥形角度θ为15°以上且75°以下，更优选为30°以上且60°以下。

根据该结构，弯液面稳定性提高，所以能够提高射出性能。另外，更易于将气泡与沉降的油墨颜料一起排出。

另外，本实施方式所涉及的喷嘴板110的喷嘴流路111具备锥形角度θ不同的连续的多个喷嘴锥形部1112。

根据该结构，能够进一步提高弯液面稳定性，射出稳定性进一步提高。

另外，在本实施方式所涉及的喷嘴板110中，基板B由单晶硅构成，喷嘴流路111具备与喷嘴锥形部1112中的与吐出面Ba相反的一侧的端部连续的直通连通部1113，喷嘴锥形部1112由4个{111}面形成，直通连通部1113由4个{100}面形成。

根据该结构，在制造喷嘴板110时，能够高精度地进行加工，位置的误差、形状的偏差变少，所以能够提高射出稳定性。

另外，本实施方式所涉及的排出流路C以位于直通连通部1113的2个{100}面相交的角的方式形成。

根据该结构，易于回收积留在直通连通部1113的端部而浮上的气泡。

另外，排出流路C以位于邻接的喷嘴锥形部1112的边界的方式形成。

根据该结构，易于回收积留在邻接的喷嘴锥形部1112的边界的液体。

〔喷嘴板的制造方法〕

[第1实施方式]

接下来，说明上述喷嘴板110的第1实施方式所涉及的制造方法。

第1实施方式所涉及的喷嘴板的制造方法是具备至少形成有喷嘴开口部N以及喷嘴锥形部1112的喷嘴流路111和排出流路C的喷嘴板110的制造方法。作为第1实施方式所涉及的喷嘴板的制造方法，经过图8以及以下所示的第1工序(S-1)至第5工序(S-5)。

(第1工序)

首先，作为第1工序(图8S-1)，在表面的结晶方位为{100}面的单晶硅的基板B的第一面(吐出面Ba)均匀地形成表面掩模层112。

<表面掩模层>

作为形成表面掩模层112的材料，没有特别限制。作为形成表面掩模层112的材料，例如能够使用SiO

作为表面掩模层112的形成方法，例如，关于由SiO

此外，表面掩模层112既可以是如图8所示的单层结构，也可以是多层结构。

(第2工序)

接下来，作为第2工序(图8S-2)，在表面掩模层112形成成为喷嘴开口部N的圆形或者多边形的开口图案113。

具体而言，首先通过公知的光刻技法在表面掩模层112之上形成抗蚀剂图案。

<抗蚀剂图案>

在抗蚀剂图案的形成中，能够使用正型光致抗蚀剂或者负型光致抗蚀剂。作为正型光致抗蚀剂以及负型光致抗蚀剂，能够使用公知的材料。例如，作为负型光致抗蚀剂，能够使用日本瑞翁公司制的ZPN-1150-90。另外，作为正型光致抗蚀剂，能够使用东京应化工业公司制的OFPR-800LB、同OEBR-CAP112PM。

抗蚀剂层使用旋涂机等以成为预定的厚度的方式涂敷形成。之后，以在110℃下90秒等条件进行预烘干处理。

为了提高密接性，也可以在涂敷抗蚀剂之前实施HMDS(六甲基二硅氮烷)处理。HMDS处理是指被称为六甲基二硅氮烷的有机材料，例如能够使用OAP(六甲基二硅氮烷，东京应化工业株式会社制)等。与抗蚀剂涂敷同样地，也可以用旋涂机涂敷，在暴露于六甲基二硅氮烷蒸气时也能够期待密接性提高的效果。

在形成抗蚀剂层后，使用预定的掩模，通过对准器等对抗蚀剂层进行曝光。例如，在接触式对准器的情况下，以约50mJ/cm

在形成抗蚀剂图案后，将该抗蚀剂图案作为掩模对表面掩模层112进行干蚀刻(DE1)，从而形成开口图案113。在形成开口图案113后，去除抗蚀剂图案。

<干蚀刻>

作为干蚀刻(DE1)，能够使用RIE(Reactive Ion Etching，反应离子刻蚀)装置、作为在放电形式中采用感应耦合方式的干蚀刻装置的ICP(Inductively Coupled Plasma，电感耦合等离子体)-RIE蚀刻装置等干蚀刻装置来进行。另外，作为工艺气体，能够使用CHF

作为一个例子，通过使用作为莎姆克株式会社制的干蚀刻装置的RIE-100C在CHF

<抗蚀剂图案的去除>

另外，作为抗蚀剂图案的去除方法，例如，能够通过使用丙酮、酸溶液的湿法工艺、使用氧等离子体的干法工艺进行去除。

(第3工序)

接下来，作为第3工序(图8S-3)，通过干蚀刻(DE2)从表面对处于开口图案113下的基板B进行贯通加工，从而形成贯通孔。

此时，干蚀刻(DE2)能够使用在放电形式中采用感应耦合方式(InductivelyCoupled Plasma，电感耦合等离子体)的ICP-RIE蚀刻装置来进行。

另外，通过使用在工艺气体中使用SF

(第4工序)

接下来，作为第4工序(图8S-4)，通过各向异性湿蚀刻(WE1)将贯通孔扩大，从而形成喷嘴锥形部1112。

<各向异性湿蚀刻>

在第4工序的各向异性湿蚀刻(WE1)中，使用KOH(氢氧化钾)、TMAH(四甲基氢氧化铵)、EDP(乙二胺邻苯二酚)等碱性水溶液。基板B是单晶硅，所以喷嘴锥形部1112成为蚀刻速度极端慢的{111}面，形成锥形角度θ为35.3°的喷嘴锥形部1112。

(第5工序)

最后，作为第5工序(图8S-5)，在喷嘴锥形部1112的途中的预定的部位形成掩模层。接下来，在该掩模层中形成成为排出流路C的排出流路图案。进而，通过对处于该排出流路图案下的基板B进行干蚀刻(DE2)来进行深掘加工，形成排出流路C。

掩模层能够通过喷洒涂敷、电沉积抗蚀剂形成。另外，与上述第2工序(图8S-2)同样地，能够通过光刻技法在掩模层进行排出流路图案的构图。

〔发明的效果〕

根据如以上所示的第1实施方式所涉及的喷嘴板110的制造方法，通过对单晶硅的基板B进行各向异性湿蚀刻来形成喷嘴锥形部1112。因此，相比于通过波什工艺形成喷嘴锥形部1112的情况，不形成切削残留(scallop)而能够制造表面粗糙度小的喷嘴板110。其结果，能够制造弯液面稳定性优良且射出稳定性高的喷嘴板110。

另外，基板B是单晶硅，所以能够通过干蚀刻、光刻技法进行μm等级的微细加工。

另外，在单晶硅的{111}面处蚀刻停止，所以锥形角度θ稳定在35.3°，在1个喷嘴板110中的多个喷嘴流路111之间不易产生形状的偏差。

[第2实施方式]

接下来，根据图9，说明第2实施方式所涉及的喷嘴板110的制造方法。

此外，关于与第1实施方式所涉及的喷嘴板110的制造方法重复的第1工序至第3工序以及第5工序，省略详细的说明。

(第4工序)

在第3工序(图9S-3)中通过干蚀刻(DE2)形成贯通孔之后，作为第4工序(图9S-4)，通过各向异性湿蚀刻(WE2)，扩大贯通孔而形成喷嘴锥形部1112和直通连通部1113。

具体而言，在进行了各向异性湿蚀刻(WE1)的情况下，以将直通连通部1113留下的形式进行蚀刻，随着时间经过，该直通连通部1113在左右方向上后退而形成喷嘴锥形部1112。因此，在第2实施方式所涉及的第4工序中，以比第1实施方式所涉及的各向异性湿蚀刻(WE1)更早地停止的方式控制时间来进行各向异性湿蚀刻(WE2)，从而能够在喷嘴流路111中形成直通连通部1113。

〔发明的效果〕

根据如以上所示的第2实施方式所涉及的喷嘴板110的制造方法，针对1个喷嘴流路111，扩大由1个开口图案113形成的贯通孔来形成喷嘴锥形部1112以及直通连通部1113。因此，能够制造具有喷嘴锥形部1112和直通连通部1113无位置偏移地连续的喷嘴流路111的喷嘴板110。

在这样的喷嘴板110中，油墨的流动保持对称性，射出角度稳定。此外，在喷嘴流路111内不易发生沉淀，脱泡性也变得良好。

[第3实施方式]

接下来，根据图10，说明第3实施方式所涉及的喷嘴板110的制造方法。

此外，关于与第1实施方式所涉及的喷嘴板110的制造方法重复的第2工序至第4工序，省略详细的说明。

(第1工序)

首先，作为第1工序(图10S-1)，在表面的结晶方位为{100}面的单晶硅的基板B的第一面和与第一面相对的第二面(即吐出面Ba以及粘接面Bb)均匀地形成表面掩模层112。

(第6工序)

接下来，作为第6工序(图10S-6)，在粘接面Bb的表面掩模层112形成排出流路图案114。作为排出流路图案114，能够通过与第1实施方式所涉及的喷嘴板110的制造方法的第2工序中的开口图案113同样的原材料以及方法形成。

(第7工序、第8工序)

接下来，作为第7工序(图10S-7)，通过利用干蚀刻(DE2)对排出流路图案114下的基板B进行深掘加工，形成排出流路C。然后，作为第8工序(图10S-8)，在排出流路C的侧面以及底面形成排出流路掩模层115，去除形成于粘接面Bb的表面掩模层112。

作为排出流路掩模层115，能够通过与表面掩模层112同样的原材料以及方法形成。另外，作为表面掩模层112的去除方法，利用RIE装置等进行蚀刻直至去除表面掩模层112即可。此时，排出流路掩模层115处于侧壁、底面，所以比表面掩模层112更难去除。

(第2工序、第3工序、第4工序)

接下来，与上述第1实施方式同样地实施第2工序(图10S-2)至第4工序(图10S-4)。在第2工序(图10S-2)中，通过对吐出面Ba侧的表面掩模层112进行干蚀刻(DE1)来形成开口图案113。

在第3工序(图10S-3)中，通过对开口图案113下的基板B进行干蚀刻(DE2)来形成贯通孔。

在第4工序(图10S-4)中，通过进行各向异性湿蚀刻(WE1)来扩大贯通孔，形成喷嘴锥形部1112。此时，在排出流路掩模层115处各向异性湿蚀刻(WE1)的进行被抑制，所以在第7工序(图10S-7)中形成的排出流路C不被蚀刻而残存。

(第5工序)

最后，作为第5工序(图10S-5)，去除残存于排出流路C的排出流路掩模层115，使喷嘴锥形部1112和排出流路C连通。

〔发明的效果〕

根据如以上所示的第3实施方式所涉及的喷嘴板110的制造方法，能够通过对作为平面的基板B的粘接面Bb进行排出流路图案114的形成以及干蚀刻(DE2)来形成排出流路C。因此，相比于在喷嘴锥形部1112形成掩模层并进行干蚀刻(DE2)的情况，加工变得容易，能够高尺寸精度地制造喷嘴板110。另外，易于确保排出流路C和吐出面Ba的平行。

此外，虽然在图10中省略了其记载，但在第3实施方式所涉及的喷嘴板110的制造方法的第4工序(图10S-4)中，也可以与第2实施方式所涉及的第4工序(图9S-4)同样地，控制时间来进行各向异性湿蚀刻(WE2)，从而在喷嘴流路111形成直通连通部1113。

另外，虽然在第1实施方式至第3实施方式所涉及的喷嘴板110的制造方法中省略了其记载，但也可以如图11所示，在第2工序(图11S-2)中，通过干蚀刻(DE2)对开口图案113下的基板B深掘加工至途中而形成喷嘴直通部1111，并在该喷嘴直通部1111的侧面部设置掩模层。由此，在第4工序(图11S-4)中的各向异性湿蚀刻(WE1或者WE2)时，喷嘴直通部1111不被蚀刻而残存，能够形成具备喷嘴直通部1111的喷嘴流路111。

此外，此时，通过改变加工条件(例如时间、功率、压力、气体流量等)进行干蚀刻(DE2)，能够设置由和与喷嘴中心轴平行的轴L所成的角度分别不同的多个面构成的喷嘴直通部1111。

另外，为了长期用于油墨吐出，也可以在喷嘴板110形成保护膜。

在该情况下，在第5工序之后，进行形成覆盖包括喷嘴流路111内的表面的保护膜的工序。

作为保护膜，使用不会由于与油墨的接触而溶解的材质的保护膜即可。例如，能够选择使用金属氧化膜(五氧化钽、氧化铪、氧化铌、氧化钛、氧化锆等)、金属氧化膜中含有硅的金属硅酸盐膜(钽硅酸盐、铪硅酸盐、铌硅酸盐、钛硅酸盐、锆硅酸盐等)、在掩模层的形成中使用的材料。另外，作为保护膜，也可以使用聚酰亚胺、聚酰胺、聚对二甲苯等有机膜。

保护膜的厚度没有特别限定，例如能够设为0.05μm～20μm。

实施例

接下来，关于本发明的实施例以及比较例，说明评价了优选的结构的结果。以下，通过实施例具体地说明本发明，但本发明不限定于这些。

[样品制作]

使具有1000个满足以下的各实施例、比较例的条件的喷嘴流路111的厚度300μm的喷嘴板110与其他板等接合而形成喷墨头10，将该喷墨头10搭载到喷墨记录装置1。

(实施例1)

在SUS的基板B，使用激光形成锥形角度θ为45°的圆锥状的喷嘴锥形部1112。然后，在如锥形高度h成为100μm的在从吐出面Ba侧观察时喷嘴锥形部1112的途中的部位形成排出流路C。此外，喷嘴开口部N以成为直径40μm的圆形的方式形成。

(实施例2)

以与喷嘴锥形部1112的吐出面Ba侧的端部连续的方式形成高度10μm并且直径40μm的喷嘴直通部1111。

其他条件与实施例1相同。

(实施例3)

在如锥形高度h成为4μm的在从吐出面Ba侧观察时喷嘴锥形部1112的途中的部位形成排出流路C。

其他条件与实施例1相同。

(实施例4)

在如锥形高度h成为5μm的在从吐出面Ba侧观察时喷嘴锥形部1112的途中的部位形成排出流路C。

其他条件与实施例1相同。

(实施例5)

在如锥形高度h成为19μm的在从吐出面Ba侧观察时喷嘴锥形部1112的途中的部位形成排出流路C。

其他条件与实施例1相同。

(实施例6)

在如锥形高度h成为20μm的在从吐出面Ba侧观察时喷嘴锥形部1112的途中的部位形成排出流路C。

其他条件与实施例1相同。

(实施例7)

在如锥形高度h成为100μm的在从吐出面Ba侧观察时喷嘴锥形部1112的途中的部位形成排出流路C。

其他条件与实施例1相同。

(实施例8)

在如锥形高度h成为101μm的在从吐出面Ba侧观察时喷嘴锥形部1112的途中的部位形成排出流路C。

其他条件与实施例1相同。

(实施例9)

在如锥形高度h成为200μm的在从吐出面Ba侧观察时喷嘴锥形部1112的途中的部位形成排出流路C。

其他条件与实施例1相同。

(实施例10)

在如锥形高度h成为201μm的在从吐出面Ba侧观察时喷嘴锥形部1112的途中的部位形成排出流路C。

其他条件与实施例1相同。

(实施例11)

以使锥形角度θ成为76°的方式形成喷嘴锥形部1112。

其他条件与实施例1相同。

(实施例12)

以使锥形角度θ成为75°的方式形成喷嘴锥形部1112。

其他条件与实施例1相同。

(实施例13)

以使锥形角度θ成为61°的方式形成喷嘴锥形部1112。

其他条件与实施例1相同。

(实施例14)

以使锥形角度θ成为60°的方式形成喷嘴锥形部1112。

其他条件与实施例1相同。

(实施例15)

以使锥形角度θ成为30°的方式形成喷嘴锥形部1112。

其他条件与实施例1相同。

(实施例16)

以使锥形角度θ成为29°的方式形成喷嘴锥形部1112。

其他条件与实施例1相同。

(实施例17)

以使锥形角度θ成为15°的方式形成喷嘴锥形部1112。

其他条件与实施例1相同。

(实施例18)

以使锥形角度θ成为14°的方式形成喷嘴锥形部1112。

其他条件与实施例1相同。

(实施例19)

在单晶硅的基板B，通过各向异性湿蚀刻，形成锥形角度θ为35.3°且由4个{111}面形成的四角锥状的喷嘴锥形部1112和由4个{100}面形成的直通连通部1113。此外，在如锥形高度h成为100μm的在从吐出面Ba侧观察时喷嘴锥形部1112的途中的部位形成排出流路C。此外，喷嘴开口部N以成为1条边40μm的正方形形状的方式形成。

另外，在本实施例19中，准备了如图3A所示的以位于直通连通部1113的2个{100}面的角的方式形成有排出流路C的喷嘴板110、和如图5所示的以位于邻接的喷嘴锥形部1112的边界的方式形成有排出流路C的喷嘴板110这2个。

(比较例1)

对使用激光形成了长度10μm的直通连通部1113的SUS的基板B，粘接形成有排出流路C的其他板。

即，在比较例1的喷嘴板110中，喷嘴流路111不具备喷嘴锥形部1112。另外，排出流路C并非形成于喷嘴板110，而是形成于其他板。

(比较例2)

对使用激光形成了锥形角度θ为45°的圆锥状的喷嘴锥形部1112的SUS的基板B，粘接形成有排出流路C的其他板。

即，在比较例2的喷嘴板110中，在喷嘴流路111中形成有喷嘴锥形部1112，但排出流路C未形成于在从吐出面Ba侧观察时喷嘴锥形部1112的途中的部位，而是形成于边界部分。

使用搭载有具备上述实施例1～19以及比较例1～2的喷嘴板110的喷墨头10的喷墨记录装置1，进行以下的试验1-2。

[试验1.弯液面稳定性的上限速度试验]

将在常温下粘度为约5cP的水系油墨填充到喷墨头10，以使驱动频率成为40kHz并且使从喷嘴开口部N吐出的油墨的液滴量成为10pL的方式，一边使射出速度从5m/s提升一边射出。然后，在100个喷嘴开口部N中的5个以上的喷嘴开口部N中测定出弯液面变得不稳定而发生射出缺损的射出速度。此外，关于评价，将该射出速度为12m/s以上的情况设为“◎◎”，将小于12m/s并且为11m/s以上的情况设为“◎”，将小于11m/s并且为10m/s以上的情况设为“〇”，将小于10m/s并且为9m/s以上的情况设为“△”，将小于9m/s并且为7m/s以上的情况设为“×”。

[试验2.循环时的喷嘴堵塞试验]

将射出检查进行60分钟，在该射出检查中，一边使在常温下粘度为约5cP的比重大而易于发生沉降/凝集的水系白色油墨在喷墨头10中循环，一边以使驱动频率成为10kHz并且使从喷嘴开口部N吐出的油墨的液滴量成为10pL的方式以6m/s的射出速度射出。然后，在1000个喷嘴开口部N中的几个喷嘴开口部N中测定是否发生由油墨堵塞引起的射出缺损。此外，关于评价，在发生射出缺损的喷嘴开口部N的数量为0的情况下设为“◎”，在为1的情况下设为“〇”，在为2或者3的情况下设为“△”，在为4以上的情况下设为“×”。

表I示出试验1-2的结果。

[表1]

在试验2中，实施例19中的以位于直通连通部1113的2个{100}面相交的角的方式形成排出流路C的情况为“〇”，但浮上的气泡被顺利地排出。另外，实施例19中的以位于邻接的喷嘴锥形部1112的边界的方式形成排出流路C的情况为“◎”。

[评价]

在比较实施例1-19和比较例1时可知，通过在喷嘴板110的喷嘴流路111中设置喷嘴锥形部1112，能够提高弯液面稳定性，所以射出上限速度也提高。

另外，在比较实施例1-19和比较例2时可知，通过在从吐出面Ba侧观察时喷嘴锥形部1112的途中设置排出流路C，能够易于将气泡与沉降的油墨颜料一起从喷嘴流路111排出，不易发生喷嘴开口部N中的油墨堵塞。

特别，在比较实施例1和实施例2时可知，通过在喷嘴流路111中设置喷嘴直通部1111，能够进一步提高弯液面稳定性，射出上限速度也提高。其原因为，在从喷嘴开口部N射出油墨时受到的阻力变大，弯液面的振动被抑制。

另外，在比较实施例3-10时可知，锥形高度h优选为5μm～200μm，锥形高度h更优选为20μm～100μm。通过使锥形高度h在这样的范围内，能够进一步提高射出上限速度。

另外，在比较实施例11-18时可知，锥形角度θ优选为15°以上且75°以下，锥形角度θ更优选为30°以上且60°以下。通过使锥形角度θ在这样的范围内，能够进一步提高射出上限速度。另外，可知易于使气泡与沉降的油墨颜料一起循环，能够不易引起喷嘴堵塞。

另外，在比较实施例1和实施例19时可知，基板B既可以是单晶硅也可以是SUS。另外，可知喷嘴锥形部1112的剖面的形状、喷嘴开口部N的形状没有特别限定。

接下来，使用搭载有具备上述实施例1以及比较例1的喷嘴板110的喷墨头10的喷墨记录装置1，进行以下的试验3-4。

[试验3.适当的驱动频率试验]

一边使喷墨记录装置1的驱动频率从10kHz变化至100kHz，一边进行试验1所示的弯液面稳定性的上限速度试验。

此外，评价基准与试验1相同。

[试验4.适当的液滴量试验]

一边使从喷嘴开口部N吐出的液滴量从10pL变化至300pL，一边进行试验1所示的弯液面稳定性的上限速度试验。

此外，评价基准与试验1相同。

表II、表III分别示出试验3、试验4的结果。

[表2]

表II

[表3]

表III

[评价]

如表II所示可知，搭载有具备以往的喷嘴板110的喷墨头10的喷墨记录装置1如果并未以使驱动频率成为20kHz以下的方式设定，则无法进行有效的液滴射出。然而，搭载有具备本实施方式所涉及的喷嘴板110的喷墨头10的喷墨记录装置1在将驱动频率提高到至少100kHz时也能够进行有效的液滴射出。

另外，如表III所示可知，搭载有具备以往的喷嘴板110的喷墨头10的喷墨记录装置1如果并未以使从喷嘴开口部N吐出的液滴量成为20pL以下的方式设定，则无法进行有效的液滴射出。然而，搭载有具备本实施方式所涉及的喷嘴板110的喷墨头10的喷墨记录装置1在将从喷嘴开口部N吐出的液滴量提高至300pL时也能够进行有效的液滴射出。

产业上的可利用性

本发明能够利用于关于液滴量、射出速度在更宽范围的条件下射出稳定的喷嘴板、液滴吐出头、液滴吐出装置以及喷嘴板的制造方法。

符号说明

1 液滴吐出装置(喷墨记录装置)

10 液滴吐出头(喷墨头)

110 喷嘴板

111 喷嘴流路

1111 喷嘴直通部

1112 喷嘴锥形部

1113 直通连通部

112 表面掩模层

113 开口图案

114 排出流路图案

115 排出流路掩模层

B 基板

Ba 第一面(吐出面)

Bb 第二面(粘接面)

C 排出流路

N 喷嘴开口部

L 与喷嘴中心轴平行的轴

θ 锥形角度

DE1、DE2 干蚀刻

WE1、WE2 各向异性湿蚀刻