JP2009274415A - ノズルプレート及び液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルプレートのノズル孔が形成されている樹脂部に亀裂、断裂が生じないようにすることによって、耐久性の良いノズルプレートを提供する。
【解決手段】吐出口から液体を液滴として吐出されるノズルを有し、静電吸引方式の液体吐出ヘッドに用いられるノズルプレートにおいて、前記吐出口を開口とする第１の孔が形成された樹脂層と、前記樹脂層に重ねられ、前記第１の孔に連通する該第１の孔より径が大きい第２の孔が形成されたシリコン板と、を有し、前記樹脂層の前記第２の孔を覆う部分における形状変形指数Ｃは、所定の式を満足する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ノズルプレートに関する。

近年、インクジェット方式記録ヘッドによる画質の高精細化の進展及び工業用途における適用範囲の拡大に伴い、微細パターン形成及び高粘度のインク吐出の要請がますます強まっており、これらの課題を解決するための液体吐出装置、及びその製造方法の開発が進んでいる（例えば、特許文献１参照）。

その中でも、上記の要請に応え、微小化されたノズルから低粘度のみならず高粘度の液滴を吐出させる技術として、ノズル内の液体を帯電させ、ノズルと液滴の着弾を受ける対象物となる各種の基材との間に形成される電界から受ける静電吸引力により吐出させるいわゆる静電吸引方式の液滴吐出技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

更に、この液滴吐出技術と、ピエゾ素子の変形や液体内部での気泡の発生による圧力を利用して液滴を吐出する技術とを組み合わせた、いわゆる電界アシスト方式を用いた液滴吐出装置の開発が進んでいる。

この電界アシスト方式は、メニスカス形成手段と静電吸引力を用いてノズルの吐出口に液体のメニスカスを***させることにより、メニスカスに対する静電吸引力を高め、液表面張力に打ち勝ってメニスカスを液滴化し吐出する方法である。

電界アシスト方式においては、このように圧力と静電吸引力の合力によりノズルから液滴を形成し、形成された液滴を静電吸引力により基材に対して飛翔させるため、例えば直径が５μｍから１０μｍ程度といった微小な吐出口から吐出される微小な液滴に対してその着弾性は、従来のピエゾ方式やサーマル方式より優れている。

従来のピエゾ方式やサーマル方式ではメニスカスを形成し液滴を飛翔させ基材に着弾させるための全エネルギーをピエゾ素子の変形等による圧力で賄わなければならない。これに対して、電界アシスト方式で必要となる発生圧力を生じさせるのに必要なエネルギーはメニスカスを形成し液滴を形成するだけのエネルギーだけで済むので、ピエゾ素子等の圧電アクチュエータからなる圧力発生手段の駆動電圧は従来方式に比べて低電圧で済むという利点がある。
特開２００５−２４９４３６号公報 特開２００６−１１０７５７号公報

微小液滴の吐出による高精度記録を目的とする電界アシスト方式インクジェット記録ヘッドにおいては、インクと記録媒体との間の絶縁性を高めるために吐出口を開口とするノズル孔が形成される板（ノズルプレート若しくはノズルプレートの一部）が、例えば特許文献１に記載されているように、樹脂で構成される場合がある。

微小液滴の吐出に対応するため、ノズル孔径（吐出口を開口とする孔の直径）を５μｍから１０μｍ程度に小さくすると、射出抵抗が大きくなり、この射出抵抗に対抗して良好に射出するためには射出圧を大きくする必要がある。しかし、樹脂のヤング率は、金属やシリコン（Ｓｉ）より２桁程度小さいため、射出圧を大きくすると、ノズルが形成されている樹脂部に亀裂破断が生じてしまい、良好な吐出がなされず記録品質が低下するという課題があった。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ノズルプレートのノズル孔が形成されている樹脂部に亀裂、断裂が生じないようにすることによって、耐久性の良いノズルプレート及び液体吐出ヘッドを提供することである。

上記の課題は、以下の構成により解決される。

１． 吐出口から液体が液滴として吐出されるノズルを有し、静電吸引方式の液体吐出ヘッドに用いられるノズルプレートにおいて、
前記吐出口を開口とする第１の孔が形成された樹脂層と、
前記樹脂層に重ねられ、前記第１の孔に連通する該第１の孔より径が大きい第２の孔が形成されたシリコン板と、を有し、
前記樹脂層の前記第２の孔を覆う部分の変形状態を示す形状変形指数Ｃは、以下の式を満足することを特徴とするノズルプレート。
Ｃ≦ｋ１×ｄ×１０^−２３
但し、
５μｍ≦ｄ≦１０μｍ
ｄ：第１の孔の直径（μｍ）
ｋ１＝０．３（１／μｍ）
Ｃ＝ｋ２×Ｄ^６／（Ｅ×ｔ^３）（ｍ^３／Ｐａ）
ｋ２＝０．００６９
Ｄ：第２の孔の直径（ｍ）
Ｅ：樹脂層のヤング率（Ｐａ）
ｔ：樹脂層の厚み（ｍ）
２． 前記樹脂層の体積抵抗率は、１０^１５Ωｍ以上であることを特徴とする１に記載のノズルプレート。

３． 前記樹脂層の吸水率は、０．３％以下であることを特徴とする１又は２に記載のノズルプレート。

４． １乃至３の何れか一項に記載のノズルプレートと、
前記ノズルプレートと貼り合わせることで、前記ノズルに連通するキャビティとなる空間が形成されたボディプレートと、
前記キャビティの容積を変化させることにより該キャビティ内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段と、
前記ノズル及び前記キャビティ内の液体と基材間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧発生手段と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。

本発明のノズルプレート及び液体吐出ヘッドによれば、ノズルプレートのノズル孔が形成されている樹脂部に亀裂、断裂が生じないようにすることによって、耐久性を良好とすることができる。

本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。

図１は、本実施形態に係る静電吸引力を用いた電界アシスト方式の液体吐出装置１の全体構成を示す断面模式図である。尚、本発明に係わる液体吐出ヘッド２は、いわゆるシリアル方式或いはライン方式等の各種の液体吐出装置に適用可能である。

液体吐出装置１は、インク等の帯電可能な液体Ｌの液滴Ｑを吐出する後述するノズル５が形成された液体吐出ヘッド２と、液体吐出ヘッド２のノズル５に対向する対向面を有するとともにその対向面で液滴Ｑの着弾を受ける基材Ｋを支持する対向電極３とを備えている。

液体吐出ヘッド２の対向電極３に対向する側には、複数のノズル５が形成されたノズルプレート４が備えられている。

各ノズル５は、図１に示すように、ノズルプレート４を穿孔することにより形成されており、後述するキャビティ２０から液体Ｌが供給される液体供給口９と連通する第２の孔である大径部（液体供給口側）１０と、大径部１０の底面の一部に連通されている第１の孔である小径部（吐出口側）１２との２段構造である。また、大径部１０のノズル径は、小径部１２のノズル径より大きくなるように構成されている。尚、大径部１０及び小径部１２の開口断面形状は、円形である。

小径部１２は、吐出面６の吐出口１１を開口としており、吐出口１１から対向電極３に対して液滴Ｑを吐出する。

ノズルプレート４は、シリコン層４１と、例えば熱硬化性フッ素ポリマーで形成される樹脂層４２とから積層構造をなしている。各ノズル５の小径部１２は、樹脂層４２を穿孔して形成され、大径部１０は、シリコン層４１を穿孔して形成されている。

樹脂層４２を形成する熱硬化性フッ素ポリマーは、体積抵抗率１０^１５Ωｍ以上、比誘電率３以下、ガラス転移温度３５０℃以上という物性値を有しており、例えば、Ａｓａｈｉ Ｌｏｗ−Ｋ ｐｏｌｙｍｅｒ（旭硝子（株））等を用いることができる。

ノズルプレート４をこのような積層構造とすることにより、ノズルプレート４は、シリコン層４１により平滑性及び剛性が得られ、樹脂層４２のノズル先端部に電界を集中させることができる。

樹脂層４２の液体Ｌの吸水率は０．３％以下としている。これにより、液体Ｌの物性に影響を受けずに長時間安定して強力な静電吸引力を発生させることができる。

樹脂層４２は、ノズル５の周辺への電界集中を高め、より強力な静電吸引力を発生させることができるように厚さ５μｍ以上に形成されている。

ノズルプレート４の吐出面６には、好ましい形態として吐出口１１からの液体Ｌの滲み出しを抑制するための撥液層６１が吐出口１１を除く吐出面６全面に設けられている。撥液層６１は、例えば、液体Ｌが水性であれば撥水性を有する材料が用いられ、液体Ｌが油性であれば撥油性を有する材料を用いることが好ましい。一般に、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）、フッ素シロキサン、フルオロアルキルシラン、アモルファスパーフルオロ樹脂等のフッ素樹脂等が用いられることが多く、塗布や蒸着等の方法で吐出面６に成膜されている。

撥液層６１と前記樹脂層４２との臨界面には、撥液層６１の密着性を向上させるためにＳｉＯ_２からなる中間層（図示しない）を設けてもよい。

液体吐出ヘッド２は、ノズルプレート４の対向電極３に対向する吐出面６からノズル５が突出しないフラットな吐出面を有するヘッドとして構成されている。

ノズルプレート４の吐出面６と反対側の面には、例えばＮｉＰ等の導電素材よりなりノズル５内の液体Ｌを帯電させるための帯電用電極１４が層状に設けられている。本実施形態では、帯電用電極１４は、ノズル５の大径部１０の内周面１５まで延設されており、ノズル内の液体Ｌに接している。

また、帯電用電極１４は、静電電圧発生手段である静電電圧電源１６に接続されている。単一の帯電用電極１４がすべてのノズル５内の液体Ｌに接触しているため、静電電圧電源１６により帯電用電極１４と対向電極３との間に静電電圧が印加されると、全ノズル５内の液体Ｌが同時に帯電され、液体吐出ヘッド２と対向電極３との間、特に液体Ｌと基材Ｋとの間に静電吸引力が発生されるようになっている。

帯電用電極１４の背後には、ボディプレート１９が設けられている。ボディプレート１９の前記各ノズル５の大径部１０の開口端に面する部分には、それぞれ開口端にほぼ等しい内径を有する略円筒状の空間が形成されており、各空間は、吐出される液体Ｌを一時貯蔵するためのキャビティ２０とされている。

ボディプレート１９の背後には、可撓性を有する金属薄板やシリコン等よりなる可撓層２１が設けられており、可撓層２１によりキャビティ２０が外界と画されている。

尚、ボディプレート１９の可撓層２１との境界部には、キャビティ２０に液体Ｌを供給するための流路（図示しない）が形成されている。具体的には、ボディプレート１９は、シリコン基板をエッチング加工して共通流路及び共通流路とキャビティ２０とを結ぶ流路とが設けられている。共通流路には、外部の液体タンク（図示しない）から液体Ｌを供給する供給管（図示しない）が連絡されており、供給管に設けられた供給ポンプ（図示しない）により或いは液体タンクの配置位置による差圧により流路やキャビティ２０、ノズル５等の液体Ｌに所定の供給圧力が付与されるようになっている。

可撓層２１の外面の各キャビティ２０に対応する部分には、それぞれ圧力発生手段としての圧電素子アクチュエータであるピエゾ素子２２が設けられており、ピエゾ素子２２には、ピエゾ素子２２に駆動電圧を印加して該素子を変形させるための駆動電圧電源２３が接続されている。ピエゾ素子２２は、駆動電圧電源２３からの駆動電圧の印加により変形して、ノズル内の液体Ｌに圧力を生じさせてノズル５の吐出口１１に液体Ｌのメニスカスを形成させるようになっている。尚、圧力発生手段は、本実施形態のような圧電素子アクチュエータのほかに、例えば、サーマル方式等を採用することも可能である。

駆動電圧電源２３及び帯電用電極１４に静電電圧を印加する前記静電電圧電源１６は、それぞれ動作制御手段２４に接続されており、それぞれ動作制御手段２４による制御を受けるようになっている。

動作制御手段２４は、ＣＰＵ２５やＲＯＭ２６、ＲＡＭ２９等が図示しないＢＵＳにより接続されて構成されたコンピュータからなっており、ＣＰＵ２５は、ＲＯＭ２６に格納された制御プログラムに基づいて静電電圧電源１６、各駆動電圧電源２３等を駆動させてノズル５の吐出口１１から液体Ｌを吐出させるようになっている。

液体吐出ヘッド２の下方には、基材Ｋを支持する平板状の対向電極３が液体吐出ヘッド２の吐出面６に平行に所定距離離間されて配置されている。対向電極３と液体吐出ヘッド２との離間距離は、０．１〜３．０ｍｍ程度の範囲内で適宜設定される。

対向電極３は接地されており、常時接地電位に維持されている。そのため、前記静電電圧電源１６から帯電用電極１４に静電電圧が印加されると、ノズル５の吐出口１１の液体Ｌと対向電極３の液体吐出ヘッド２に対向する対向面との間に電界が生じるようになっている。また、帯電した液滴Ｑが基材Ｋに着弾すると、対向電極３はその電荷を接地により逃がすようになっている。

対向電極３又は液体吐出ヘッド２には、液体吐出ヘッド２と基材Ｋとを相対的に移動させて位置決めするための図示しない位置決め手段が取り付けられており、これにより液体吐出ヘッド２の各ノズル５から吐出された液滴Ｑは、基材Ｋの表面に任意の位置に着弾させることが可能とされている。

液体吐出装置１による吐出を行う液体Ｌは、水等の無機液体、メタノール等の有機液体及び高電気伝導率の物質（銀粉等）が多く含まれるような導電性ペースト等が使用される。

本発明の液体吐出ヘッド２における液体Ｌの吐出原理について図１、図２を用いて説明する。

静電電圧電源１６から帯電用電極１４に静電電圧を印加し、ノズル５の吐出口１１の液体Ｌと対向電極３の液体吐出ヘッド２に対向する対向面との間に電界を生じさせる。また、駆動電圧電源２３からピエゾ素子２２に駆動電圧を印加してピエゾ素子２２を変形させ、それにより液体Ｌに生じた圧力でノズル５の吐出口１１に液体Ｌのメニスカスを形成させる。

本実施形態のように、ノズルプレート４の絶縁性が高くなると、図２にシミュレーションによる等電位線で示すように、ノズルプレート４の内部に、吐出面６に対して略垂直方向に等電位線が並び、ノズル５の小径部１２の液体Ｌや液体Ｌのメニスカス部分に向かう強い電界が発生する。

特に、図２でメニスカスＭの先端部では等電位線が密になっていることから分かるように、メニスカス先端部では非常に強い電界集中が生じる。そのため、電界の静電力によってメニスカスが引きちぎられてノズル内の液体Ｌから分離されて液滴Ｑとなる。更に、液滴Ｑは静電力により加速され、対向電極３に支持された基材Ｋに引き寄せられて着弾する。その際、液滴Ｑは、静電力の作用でより近い所に着弾しようとするため、基材Ｋに対する着弾の際の角度等が安定し正確に行われる。

これまでの液滴の吐出実験により、液滴を安定に吐出させるためには、メニスカス先端部の電界強度が１．５×１０^７Ｖ／ｍ（１．５ｋＶ／ｍｍ）以上であることが必要であることが分かっている。また、ノズルプレート４の体積抵抗率が体積抵抗率１０^１５Ωｍ以上の場合に、メニスカス先端部の電界強度が１．５×１０^７Ｖ／ｍ以上になることが分かっている。このため、樹脂層４２をなす樹脂材料の体積抵抗率は、１０^１５Ωｍ以上であることが好ましい。理論上、体積抵抗率が１０^１５Ωｍ未満のノズルプレート４でも、静電電圧を非常に大きくすればノズル５から液滴Ｑが吐出される可能性はあるが、電極間でのスパークの発生等により基材Ｋが損傷する可能性がある。

また、メニスカス先端部の電界強度は、樹脂層４２の厚さ及び比誘電率に依存し、メニスカス先端部の電界強度を１．５×１０^７Ｖ／ｍ程度以上とするためには、樹脂層４２の厚さは５μｍ以上、比誘電率は３以下であることが好ましいことが分かっている。

これまで、説明したように、ピエゾ素子２２を駆動して可撓層２１を変形させて、ノズル５内の液体Ｌに圧力を加えることにより、吐出口１１に液体Ｌのメニスカスが形成される。メニスカスが形成されるように加えられる圧力により、小径部１２が形成されている樹脂層４２の大径部１０の開口を覆う部分である蓋４２１が、図３に点線で示すように***した状態に変形する。この蓋４２１の変形は、通常、加えられた圧力がなくなれば点線で示す状態から元の状態に戻る。しかし、場合によっては、***時に蓋４２１に亀裂が生じたり、破断したりしてしまうことがある。蓋４２１に亀裂、破断等が生じてしまうと、以降のメニスカスの形成が良好に行われなくなり、液滴の吐出が良好にできなくなってしまい基材Ｋへの記録品質が低下する。

上記の亀裂、破断は、蓋４２１の変形が弾性変形範囲を超え、塑性変形を起こす領域に入ることにより生じるものと推測される。

蓋４２１において亀裂、破断が生じるには、小径部１２の直径ｄ、大径部１０の直径Ｄ、蓋４２１をなす樹脂層４２のヤング率Ｅ及び蓋４２１の厚みに相当する樹脂層４２の厚みｔに一定の関係があることを得ることができた。以下、式（１）に示すように、形状変形指数Ｃが小径部１２の直径ｄで定まる数値以下であると、亀裂、破断が生じないことが分かった。樹脂層４２は、Ａｓａｈｉ Ｌｏｗ−Ｋ ｐｏｌｙｍｅｒ（旭硝子（株））（ヤング率Ｅ＝３．５ＧＰａ）を使用して形成した。
Ｃ≦ｋ１×ｄ×１０^−２３ （１）
但し、
５μｍ≦ｄ≦１０μｍ
ｄ：小径部（第１の孔）の直径（μｍ）
ｋ１＝０．３（１／μｍ）
Ｃ＝ｋ２×Ｄ^６／（Ｅ×ｔ^３）（ｍ^３／Ｐａ） （２）
ｋ２＝０．００６９
Ｄ：大径部（第２の孔）の直径（ｍ）
Ｅ：樹脂層のヤング率（Ｐａ）
ｔ：樹脂層の厚み（ｍ）
形状変形指数Ｃは、圧力を蓋４２１に加えた場合、蓋４２１の変形状態を示すものであって、ある圧力を加えた状態で蓋４２１の***量ｈ（図３参照）を測定し、これを単位圧力当たりに換算したものとした。この形状変形指数Ｃがある値を超えないようにすることにより蓋４２１に亀裂、破断が生じない。尚、***量ｈは、図３に示すように、小径部１２の吐出口の近傍で測定した。

樹脂層４２の厚みｔ、直径Ｄを適宜変えて、一定の圧力をかけて、吐出面を基準として蓋４２１の***量ｈを測定した。こうした実験により得たデータを検討した結果、形状変形指数Ｃは、以下の関係があることが分かった。
（ａ）直径Ｄの６乗に比例する。
（ｂ）厚みｔの３乗の逆数に比例する。
（ｃ）ヤング率Ｅの逆数に比例する。

単位圧力当たりの***量に、上記の関係（ａ）、（ｂ）、（ｃ）が最も合うように係数ｋ２を決定し、これを式（２）とした。

小径部１２の直径ｄが５μｍから１０μｍの範囲において、形状変形指数Ｃが小径部１２の直径ｄと式（１）の関係を満たす場合、蓋４２１に亀裂、破断が生じないことが分かった。小径部の直径ｄが小さくなり５μｍ未満の場合、液滴の形成が困難となり良好な吐出ができなくなり、また、１０μｍを超えるとメニスカスＭ（図２参照）が正常に形成され難くなるため、良好な吐出ができなくなってしまう。

次に、本実施形態の液体吐出ヘッド２のノズルプレート４の形成方法について説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、例えば厚さ２００μｍの両面鏡面のウェハの上面（Ａ面）及び下面（Ｂ面）に、例えば厚さ２μｍの酸化膜（熱酸化膜）３２がそれぞれ形成されたシリコン層４１に相当するシリコン基板３０を用意する。

次に、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板３０のＡ面の酸化膜３２を除去し、スピンコート法により樹脂層４２として相当する熱硬化性フッ素ポリマー層を形成する。

次に、樹脂層４２上に酸化膜３３をＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスを用いたＣＶＤ法等を用いて形成し、リソグラフィー技術を用いて、図４（ｃ）に示すように、酸化膜３３に開口部３４１を形成する。また、Ｂ面の酸化膜３２には開口部３６１を形成する。

次に、Ａ面において、図４（ｄ）に示すように、酸化膜３３をマスクとして、シリコン基板３０に達するまで樹脂層４２にエッチングを施すことで熱硬化性フッ素ポリマー層に開口部３４２を形成し、その後、酸化膜３３の除去を行う。

次に、図５（ａ）に示すように、シリコン基板３０のＢ面が上側となるように、シリコン基板３０のＡ面をシリコンからなるダミーウェハ５０の上にクールグリース（図示しない）等を用いて固定する。

次に、図５（ｂ）に示すように、酸化膜３２をマスクとして、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）法により、開口部３６１を介してシリコン基板３０を異方性エッチングする。そして、シリコン基板３０を貫通するまで最終的に掘り下げて開口部３６２を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、酸化膜３２を反応性イオンエッチングで除去し、必要に応じて表面処理を行った後、これをノズルプレート４として使用する。上記開口部３６２は、ノズル５の大径部１０に相当し、開口部３４２はノズル５の小径部１２に相当する。

尚、上記では、開口部３４２を最初に形成し、その後開口部３６２を形成しているが、Ｂ面に開口部３６２を形成した後に、Ａ面の樹脂層４２に開口部３４２を形成してもよい。

以上のようにして作製されたノズルプレート４に帯電用電極１４を形成し、別途成型したボディプレート１９を、帯電用電極１４を介して陽極接合法により接合することで液体吐出ヘッド２を形成する。

この接合は、以下のように行う。まず、帯電用電極１４付きのノズルプレート４とボディプレート１９とを接触させる。次に、この状態で３５０℃〜４５０℃に加熱し、ノズルプレート４とボディプレート１９の間にリーク電流が流れる寸前の電圧を印加することにより、ノズルプレート４及びボディプレート１９を接合する。ノズルプレート４とボディプレート１９とが接合されることによって、ノズル５に接続する液体流路が形成される。

更に、液体流路が形成された後に、ピエゾ素子２２を付設し、動作制御手段２４の取り付け、必要な配線接続及びパッケージング等が行われ、液体吐出ヘッド２が完成する。

図４、図５を用いて上記で説明したノズルの形成方法に従ってノズルプレート４を製造した。製造に際して、小径部１２に相当する開口部３４２を設ける樹脂層４２は、Ａｓａｈｉ Ｌｏｗ−Ｋ ｐｏｌｙｍｅｒ（旭硝子（株））（ヤング率Ｅ＝３．５ＧＰａ）を使用し、また、小径部１２の直径ｄ、大径部１０の直径Ｄ、樹脂層４１の厚みｔを適宜変更した。こうして得たノズルプレート４を用いて、液体吐出ヘッド２を製造し、液体吐出を１０００万回（ピエゾ素子の駆動周波数３０ｋＨｚ）行い、亀裂、破断の有無を確認した。ノズルプレート４の吐出面６と対向電極３の対向面との距離は１．０ｍｍとし、印加する静電電圧は電極間の電界の電界強度が実用的な値である１．５ｋＶ／ｍｍより１．５ｋＶとした。この結果を表１から表３に示す。式（１）の項目は、式（１）に適合している場合は○印、適合していない場合は×印としている。

表１から表３の結果より、式（１）に示す形状変形指数Ｃが小径部の直径ｄで決まる値以下であれば、亀裂、破断が生じないことが分かる。すなわち、表１のｄ＝５μｍの場合はＣ≦１．５×１０^−２３（以下、単位省略）、表２のｄ＝７μｍの場合はＣ≦２．１×１０^−２３、表３のｄ＝１０μｍの場合はＣ≦３×１０^−２３では亀裂、破断が生じていない。

尚、小径部の直径ｄが５μｍから１０μｍの範囲においては、上記の条件式（１）を満たす範囲において、良好に液滴吐出を行うことができる。一方、小径部の直径ｄが５μｍ未満の場合、液滴の形成が困難となり、また、１０μｍを超えるとメニスカスが正常に形成され難くなって良好な吐出ができなかった。

本実施形態に係る液体吐出装置の全体構成を示す断面模式図である。 シミュレーションによるノズルの吐出口付近の電位分布を示す模式図である。 小径部周辺部の変形を説明する図である。 本実施形態に係る液体吐出ヘッドの形成工程の一部を示す断面図である。 本実施形態に係る液体吐出ヘッドの形成工程の一部を示す断面図である。

符号の説明

１ 液体吐出装置
２ 液体吐出ヘッド
３ 対向電極
４ ノズルプレート
４１ シリコン層
４２ 樹脂層
５ ノズル
６ 吐出面
６１ 撥液層
９ 液体供給口
１０ 大径部
１１ 吐出口
１２ 小径部
１４ 帯電用電極
１５ 内周面
１６ 静電電圧電源（静電電圧発生手段）
１９ ボディプレート
２０ キャビティ
２１ 可撓層
２２ ピエゾ素子（圧力発生手段）
２３ 駆動電圧電源
２４ 動作制御手段
２５ ＣＰＵ
２６ ＲＯＭ
２９ ＲＡＭ
３０ シリコン基板
３２、３３ 酸化膜
４２ 樹脂層
４２１ 蓋
ｄ、Ｄ 直径
Ｋ 基材
Ｌ 液体
Ｍ メニスカス

Claims (4)

1. 吐出口から液体が液滴として吐出されるノズルを有し、静電吸引方式の液体吐出ヘッドに用いられるノズルプレートにおいて、
   前記吐出口を開口とする第１の孔が形成された樹脂層と、
   前記樹脂層に重ねられ、前記第１の孔に連通する該第１の孔より径が大きい第２の孔が形成されたシリコン板と、を有し、
   前記樹脂層の前記第２の孔を覆う部分の変形状態を示す形状変形指数Ｃは、以下の式を満足することを特徴とするノズルプレート。
   Ｃ≦ｋ１×ｄ×１０^−２３
   但し、
   ５μｍ≦ｄ≦１０μｍ
   ｄ：第１の孔の直径（μｍ）
   ｋ１＝０．３（１／μｍ）
   Ｃ＝ｋ２×Ｄ^６／（Ｅ×ｔ^３）（ｍ^３／Ｐａ）
   ｋ２＝０．００６９
   Ｄ：第２の孔の直径（ｍ）
   Ｅ：樹脂層のヤング率（Ｐａ）
   ｔ：樹脂層の厚み（ｍ）
2. 前記樹脂層の体積抵抗率は、１０^１５Ωｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のノズルプレート。
3. 前記樹脂層の吸水率は、０．３％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のノズルプレート。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のノズルプレートと、
   前記ノズルプレートと貼り合わせることで、前記ノズルに連通するキャビティとなる空間が形成されたボディプレートと、
   前記キャビティの容積を変化させることにより該キャビティ内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段と、
   前記ノズル及び前記キャビティ内の液体と基材間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧発生手段と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。

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