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WO2008075715A1 - 液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法、液体吐出ヘッド用ノズルプレート及び液体吐出ヘッド - Google Patents

液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法、液体吐出ヘッド用ノズルプレート及び液体吐出ヘッド Download PDF

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Publication number
WO2008075715A1
WO2008075715A1 PCT/JP2007/074412 JP2007074412W WO2008075715A1 WO 2008075715 A1 WO2008075715 A1 WO 2008075715A1 JP 2007074412 W JP2007074412 W JP 2007074412W WO 2008075715 A1 WO2008075715 A1 WO 2008075715A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
etching
discharge head
nozzle plate
hole
liquid discharge
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/074412
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tomoko Miyaura
Isao Doi
Original Assignee
Konica Minolta Holdings, Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Holdings, Inc. filed Critical Konica Minolta Holdings, Inc.
Publication of WO2008075715A1 publication Critical patent/WO2008075715A1/ja

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    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
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    • B41J2/1626Manufacturing processes etching
    • B41J2/1629Manufacturing processes etching wet etching

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a nozzle plate for a liquid discharge head, a nozzle plate for a liquid discharge head, and a liquid discharge head.
  • inkjet printers are required to print at high speed and high resolution.
  • a method for forming the components of the ink jet recording head used in this printer there is a method using a semiconductor process for a silicon substrate or the like, which is a fine processing technique in the micromachine field.
  • One of the components of these ink jet recording heads is a nozzle plate that constitutes an ink jet recording head. It is known that nozzle holes for discharging droplets are formed in this nozzle plate by etching a silicon substrate.
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • Patent Document 1 JP-A-2-105413
  • Patent Document 2 JP-A-2005-144571 (Page 5)
  • Patent Document 3 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-130868
  • a hole formed by using the Bosch process described in Patent Document 3 is used as an ink supply port of the ink jet recording head.
  • the side wall of this supply port has a corrugated shape called scallop, and this is shown in Figure 7.
  • 100 is a Si substrate, and 400 is an etching mask.
  • the scallop convex portion having the height indicated by a above has an ink supply port as long as it uses an anisotropic etching method that alternately switches between etching and formation of a sidewall protective film (deposition).
  • etching etching
  • formation of a sidewall protective film (deposition) etching and formation of a sidewall protective film (deposition).
  • This convex portion has a fragile structure that becomes gradually thinner toward the inside of the through hole, and the opening portion is particularly thin because it may be directly under the etching mask. Moreover, it is located in the place which receives an external force easily from the outside.
  • the opening shape of the nozzle from which the droplets are discharged changes, and as a result, the discharge performance deteriorates.For example, when there are a plurality of discharge holes, the discharge performance is uneven. The formed image quality will deteriorate. In addition, the chipped portion enters the inside of the nozzle and the discharge hole is clogged, causing a problem that the droplet is not discharged!
  • the present invention has been made in view of the above problems, and its object is to manufacture a nozzle plate for a liquid discharge head that is easy to manufacture and enables stable ink discharge.
  • a method, a nozzle plate for a liquid discharge head, and a liquid discharge head including the nozzle plate for the liquid discharge head are provided.
  • a second step of removing the scallop at the opening of the through-hole by etching the surface of the Si substrate on which the through-hole on the side where etching of the etching method is started is formed
  • a manufacturing method of a nozzle plate for a liquid discharge head wherein the opening of the through hole on the surface side etched in the second step is used as a discharge port from which liquid droplets are discharged.
  • a nozzle plate for a liquid discharge head which is composed of a silicon substrate having a through-hole having a scallop on the inner wall and discharges liquid through the through-hole, and discharges the liquid in the through-hole of the silicon substrate.
  • the liquid discharge head nozzle plate is characterized in that the inner wall on the side to be cut has a shape from which the convex portion of the scallop is removed.
  • a liquid discharge head comprising the nozzle plate for a liquid discharge head according to 6.5.
  • the opening portion of the through-hole of the scallop formed on the inner wall of the through-hole by the etching of the Bosch process. Has been removed.
  • the nozzle for a liquid discharge head that is easy to manufacture and enables stable ink discharge.
  • a plate manufacturing method can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of an ink jet recording head.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an ink jet recording head.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example around a discharge port formed in a nozzle plate.
  • FIG. 4 is a diagram showing a process of forming a large diameter portion.
  • FIG. 5 is a diagram showing a process of forming a small diameter portion.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the removal of the surface on the discharge port side of the nozzle plate.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a waveform shape called a scallop formed by the Bosch process.
  • FIG. 1 schematically shows a nozzle plate 1, a body plate 2, and a piezoelectric element 3 constituting an ink jet recording head (hereinafter referred to as a recording head) A which is an example of a liquid discharge head. ing.
  • a plurality of nozzles 11 for discharging ink are arranged.
  • a pressure chamber groove 24 serving as a pressure chamber an ink supply path groove 23 serving as an ink supply path, a common ink chamber groove 22 serving as a common ink chamber, and Ink supply port 21 is formed!
  • the flow path unit M is formed by bonding the nozzle plate 1 and the body plate 2 so that the nozzles 11 of the nozzle plate 1 and the pressure chamber grooves 24 of the body plate 2 correspond one-to-one.
  • the reference numerals of the pressure chamber groove, the supply path groove, and the common ink chamber groove used in the above description are also used for the pressure chamber, the supply path, and the common ink chamber, respectively.
  • FIG. 2 schematically shows a cross section of the recording head A at the positions of YY of the nozzle plate 1 and ⁇ - ⁇ of the body plate 2.
  • the piezoelectric element 3 is attached to the flow path unit ⁇ as the ink discharge actuator and bonded to the surface of the bottom 25 of each pressure chamber 24 opposite to the surface to which the nozzle plate 1 of the body plate 2 is bonded.
  • the recording head ⁇ is completed.
  • Driving noise voltage is applied to each piezoelectric element 3 of the recording head A, and vibration generated from the piezoelectric element 3 is transmitted to the bottom 25 of the pressure chamber 24, and the pressure in the pressure chamber 24 is reduced by the vibration of the bottom 25.
  • FIG. 3 shows a peripheral portion of one nozzle 11 provided in the nozzle plate 1.
  • the nozzle 11 is composed of a small diameter portion 14 and a large diameter portion 15 as shown in FIG.
  • a liquid repellent layer 45 is provided as a more preferable form on the surface 12 where the discharge port 13 for discharging the droplets of the small diameter portion 14 is provided.
  • the large-diameter portion 15 and the small-diameter portion 14 are typically formed by using an anisotropic etching method in which etching and coating (formation and deposition of a sidewall protective film) are repeated on the inner wall, and scallops that are seen are typically shown. Show.
  • a method for forming the large diameter portion 15 on the Si substrate 30 is not particularly limited, but an anisotropic etching method in which etching and coating are alternately repeated as in the small diameter portion 14 described later can be used.
  • a Si substrate 30 is prepared in which a thermal oxide film 32 having an SiO force serving as an etching mask when etching by this anisotropic etching method is provided on both surfaces.
  • a photoresist pattern 34a for forming the large diameter portion 15 is formed. (Fig. 4 (c)).
  • the photoresist pattern 34a as an etching mask, for example, dry etching using CHF
  • a thermal oxide film pattern 32a is formed by etching (FIG. 4 (d)), and this is used as an etching mask in the anisotropic etching method.
  • the large diameter portion 15 is formed by an anisotropic etching method in which etching and coating are alternately repeated (FIG. 4 (f)).
  • An etching apparatus that performs anisotropic etching is preferably an RIE apparatus that uses ICP.
  • RIE apparatus that uses ICP.
  • sulfur hexafluoride (SF) is used as an etching gas during etching, and deposition gas is used during coating.
  • fluorocarbon C F
  • C F fluorocarbon
  • the large diameter portion 15 is completed (Fig. 4 (g)).
  • the method of forming the large diameter portion 15 is not limited to the force S, which is an anisotropic etching method in which etching and coating are alternately repeated in the above.
  • the formation conditions may be determined by conducting experiments and the like using a method and an apparatus for forming the large-diameter portion 15 in advance so that the depth (length) of the large-diameter portion 15 becomes a predetermined depth.
  • the formation of the small diameter portion 14 will be described with reference to FIG.
  • the small-diameter portion 14 is formed using an anisotropic etching method in which etching and coating are alternately repeated.
  • the formation method is the same as in the case of the large diameter portion 15 described above.
  • a photoresist 44 is applied to the surface of the thermal oxide film 31 on the side where the small diameter portion 14 is formed (FIG. 5 (b)). Then, a photoresist pattern 44a for forming the small diameter portion 14 is formed (FIG. 5 (c)). A thermal oxide film pattern 31a is formed using the photoresist pattern 44a as an etching mask (FIG. 5 (d)), and this is used as an etching mask in the anisotropic etching method. After removing the photoresist pattern 44a (FIG.
  • a scallop as shown in Fig. 6 (a) is formed on the inner wall of the small-diameter portion 14 shown in Fig. 5 (g) formed by using the anisotropic etching method in which etching and coating are alternately repeated as described above. Is formed, and the convex portion 63 in the discharge port 13 is in a state of protruding toward the inside of the discharge port 13.
  • the convex portion 63 has a fragile structure that gradually becomes thinner toward the inside of the discharge port 13, and is located in a position where the nozzle plate having the discharge port 13 is easily subjected to force from the outside. ing.
  • the convex part 63 breaks or breaks immediately, the shape of the outlet 13 may change, or the damaged part may enter the small diameter part 14 from the outlet 13 and the nozzle may become clogged. To do. As a result, the droplets are not discharged stably and the printing quality is deteriorated.
  • the etching method for removing the removed portion 60 is not particularly limited, but SF, CHF, CF, A
  • the removed portion 60 having a desired thickness can be accurately removed from the surface of the Si substrate 30.
  • the thickness of the removed portion 60 to be removed from the surface of the Si substrate 30 is preferably 0.1 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the thickness of the removed portion 60 need not be particularly limited, but the unevenness of the scallop formed by repeating the etching and coating in an anisotropic etching method in which etching and coating are alternately repeated as one cycle. Excludes the thickness reaching the tip of the part.
  • the upper limit of the thickness of the removed portion 60 is preferably within the depth of the hole formed in the first one cycle of the anisotropic etching method in which etching and coating are alternately repeated from the viewpoint of removal efficiency. More preferably, it is within 70% of the depth of the hole formed in the first cycle.
  • the length of the small diameter portion 14 affects the droplet discharge performance. For this reason, when the surface of the Si substrate having the discharge port 13 of the small diameter portion 14 is etched, the length of the small diameter portion 14 is shortened, and in some cases, the discharge performance may be affected. In such a case, the length at the time of forming the small-diameter portion 14 may be determined in advance by considering the thickness to be removed by etching.
  • the liquid repellent layer 47 will be described. It is preferable to provide a liquid repellent layer 45 on the surface of the nozzle plate 1 shown in FIG. By providing the liquid repellent layer 45, it is possible to suppress the seepage and spread of the liquid from the discharge port 13 as the liquid becomes familiar with the discharge surface 12. Specifically, for example, if the liquid is water, a material having water repellency is used, and if the liquid is oil, a material having oil repellency is used.
  • FEP tetrafluoroethylene, hexafluoride Propylene
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • Fluorosiloxane Fluoroalkylsilane, Amorphous perfluoro-oreo resin, etc.
  • the thickness of the film is not particularly limited! /, But it is generally preferable to set the force to 0 ⁇ 1 H m force, or 3 H m! / ⁇ .
  • the liquid repellent layer 45 may be formed directly on the ejection surface 12 of the nozzle plate 1 or the liquid repellent layer.
  • a nozzle plate 1 having a nozzle composed of a small diameter portion 14 and a large diameter portion 15 shown in FIG. 3 was produced.
  • description will be made with reference to FIGS.
  • a Si substrate having a thermal oxide film (SiO 2) 31 and 32 having a thickness of 200 m and a thickness of 1 m on both sides was prepared.
  • a large-diameter portion 15 having a diameter of 100 m was prepared by using an anisotropic etching method in which etching and coating were alternately repeated as described above.
  • thermal oxide film 32 was etched using the photoresist pattern 34a as an etching mask to form a thermal oxide film pattern 32a (FIG. 4 (d)).
  • etching of the Si substrate 30 is performed by an anisotropic etching method in which etching and coating are alternately repeated using the etched thermal oxide film pattern 32a as an etching mask. ( Figure 4 (f)).
  • Figure 4 (f) As an apparatus for performing this anisotropic etching method, Surface
  • a small-diameter portion having a diameter of 5 m is formed using an anisotropic etching method in which etching and coating are alternately repeated on the Si substrate 30 having the large-diameter portion 15 manufactured as described above along FIG. 14 was produced.
  • anisotropic etching of the Si substrate 30 is performed using an anisotropic etching method in which etching and coating are alternately repeated using the thermal oxide film pattern 31a as an etching mask. Went.
  • the conditions of the Bosch process performed were the same as the conditions for forming the large-diameter part described above.
  • the cycle of alternately repeating etching and coating was performed 21 times, and the small-diameter part of ⁇ 5 m penetrated the large-diameter part and nozzles. was completed (Fig. 5 (f)).
  • the thermal oxide film pattern 31a was removed by dry etching using CHF (Fig. 5 (g)).
  • the surface of the Si substrate 30 on the side where the small-diameter portion 14 is formed is etched under the following etching conditions so that the thickness of the removed portion 60 is 0.332111 as shown in FIG. 6 (b). Part 60 was removed.
  • the nozzle plate 1 having the nozzles 11 as shown in FIG. 1 was completed by the above procedure.
  • the liquid repellent tank 45 shown in FIG. 3 is not provided.
  • a body plate 2 as shown in FIG. 1 was manufactured.
  • a known photolithographic process resist coating, exposure, development
  • a Si anisotropic dry etching technique are used to form a pressure chamber groove 24 that serves as a plurality of pressure chambers respectively communicating with the nozzle 11.
  • An ink supply groove 23 serving as a plurality of ink supply paths communicating with the chamber, a common ink chamber groove 22 serving as a common ink chamber communicating with the ink supply, and an ink supply port 21 were formed.
  • droplet discharge head J a droplet discharge head
  • a droplet discharge head (droplet discharge head H is the same as the above except that a nozzle plate that does not remove the removal portion 60 on the surface of the Si substrate shown in FIG. ).
  • a discharge experiment was performed using the droplet discharge head J and the droplet discharge head H.
  • a cycle of applying a 30 kHz pulse signal at 1 second intervals for 1 second as a droplet discharge signal to the piezo element 3 was performed for 5 hours continuously.
  • the peripheral part of the discharge port of both nozzle plates was observed using SEM (500 times magnification).
  • SEM 500 times magnification

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

 製造が容易で安定したインクの吐出を可能とする液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法を提供する。エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返す異方性エッチング方法により、孔の内壁にスカロップを有する貫通孔をSi基板に形成する第1工程と、前記異方性エッチング方法のエッチングを開始した側の前記貫通孔が形成された前記Si基板の面をエッチングすることで、前記貫通孔の開口にある前記スカロップを除去する第2工程と、を含み、前記第2工程でエッチングした面側の前記貫通孔の開口を液滴が吐出される吐出口とする。

Description

明 細 書
液体吐出ヘッド用ノズノレプレートの製造方法、液体吐出ヘッド用ノズルプ レート及び液体吐出ヘッド
技術分野
[0001] 本発明は、液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法、液体吐出ヘッド用ノズル プレート及び液体吐出ヘッドに関する。
背景技術
[0002] 近年、インクジェット式プリンタは高速 '高解像度な印刷が要求されている。このプリ ンタに用いられるインクジェット式記録ヘッドの構成部品の形成方法には、マイクロマ シン分野の微細加工技術であるシリコン基板等を対象とした半導体プロセスが用いら れているものがある。これらインクジェット式記録ヘッドの構成部品の一つとして、イン クジェット式記録ヘッドを構成するノズルプレートがある。このノズルプレートに、シリコ ン基板にエッチングを施すことにより液滴を吐出するノズル孔を形成することが知られ ている。
[0003] シリコン基板に垂直で選択制の高いエッチング加工を行う方法としては、側壁保護 膜の形成(デポジション)とエッチングとを切り替えて交互に繰り返す異方性エツチン グ方法が知られている。 (例えば、特許文献 1参照)。
[0004] そのような、異方性エッチング方法には、一例として「ボッシュプロセス」なる呼称で 知られるものがあり、シリコン基板にノズル孔を形成する方法として、 Inductively C oupled Plasma (ICP)を用レ、るリアクティヴ .イオン .エッチング(RIE)装置なるエツ チング装置を用い、シリコンの深溝形成技術としてボッシュプロセスを用いて、液滴吐 出孔(ノズル孔)を形成して!/、る (例えば、特許文献 2参照)。
[0005] また、ボッシュプロセスはエッチングのステップとデポジション(deposition)のステツ プを繰り返してエッチングを行うことにより孔を形成する。この形成された孔の側壁に はスカロップと呼ばれるホタテ貝の貝殻表面に認められるような波形の形状になること が知られて!/、る (特許文献 3参照)。
特許文献 1 :特開平 2— 105413号公報 特許文献 2:特開 2005— 144571号公報(第 5頁)
特許文献 3:特開 2006— 130868号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 特許文献 3に記載されて!/、るボッシュプロセスを用いて形成される孔はインクジエツ ト記録ヘッドのインク供給口として!/、る。この供給口の側壁面はスカロップと呼ばれる 波形の形状となっており、この様子を図 7に示す。 100は Si基板、 400はエッチング マスクを示す。図 7に示すスカロップの凸部の高さに対応する aの寸法の例として 0. 2 〃111カ、ら1. C^ mを挙げている。
[0007] 上記の aが示す高さを持つスカロップの凸部は、エッチングと側壁保護膜の形成( デポジション)とを切り替えて交互に繰り返す異方性エッチング方法を用いる以上は、 インク供給口を形成する場合だけでなく液滴の吐出口を開口とする貫通孔を形成す る場合にも勿論生じる。この凸部は貫通孔の内側に向かって次第に薄くなる脆弱な 構造をしており、特に開口部分は、エッチングマスクの直下ということもあり、特に薄い 。また、外部から容易に外力を受けやすい場所に位置している。この開口部分の一 部が欠けると、液滴が吐出されるノズルの開口形状が変化して、その結果、吐出性能 が劣化して、例えば複数の吐出孔を有する場合は、吐出性能が不揃いになり形成さ れる画質が劣化してしまう。また、欠けた部分がノズノレ内部に入ってしまって吐出孔 が詰まってしまい、液滴が吐出されなレ、と!/、う問題も生じる。
[0008] 近年の高解像度印刷の要求に対して、吐出孔の径を、例えば 5 a m程度とする微 小な径にする場合、上記の問題の発生による吐出性能の劣化はより顕著となってし まう。
[0009] 本発明は、上記の問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、製 造が容易で安定したインクの吐出を可能とする液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製 造方法、液体吐出ヘッド用ノズルプレート、この液体吐出ヘッド用ノズルプレートを備 えた液体吐出ヘッドを提供することである。
課題を解決するための手段
[0010] 上記の課題は、以下の構成により解決される。 [0011] 1. エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返す異方性エッチング方法によ り、孔の内壁にスカロップを有する貫通孔を Si基板に形成する第 1工程と、 前記異方性エッチング方法のエッチングを開始した側の前記貫通孔が形成された前 記 Si基板の面をエッチングすることで、前記貫通孔の開口にある前記スカロップを除 去する第 2工程と、を含み、
前記第 2工程でエッチングした面側の前記貫通孔の開口を液滴が吐出される吐出口 とすることを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
[0012] 2. 前記第 2工程における Si基板の面をエッチングする方法力 SF、 CHF、 CF
6 3 4
、 Arの!/、ずれか又はこれらが混合されたガスをプラズマとするドライエッチングである ことを特徴とする 1に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
[0013] 3. 前記第 2工程において、前記 Si基板の表面を 0. 1 m以上エッチングすること を特徴とする 1又は 2に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
[0014] 4. 前記貫通孔の開口を有する Si基板の面に撥液層を設ける工程を有することを 特徴とする 1乃至 3の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方 法。
[0015] 5.内壁にスカロップを有する貫通孔が形成されたシリコン基板からなり、該貫通孔 を通じて液体を吐出する液体吐出ヘッド用ノズルプレートであつて、前記シリコン基 板の貫通孔の液体を吐出する側の内壁は前記スカロップの凸部が除去された形状 であることを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
[0016] 6. 5に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートを備えたことを特徴とする液体吐 出ヘッド。
発明の効果
[0017] 本発明によれば、 Si基板に形成した貫通孔の液滴が吐出される吐出口では、ボッ シュプロセスのエッチングで貫通孔の内壁に形成されたスカロップの貫通孔の開口 の部分が除去されている。
[0018] よって、開口部のスカロップの破損により吐出口の開口形状が変形したり、破損部 が吐出口や貫通孔を塞!/ヽでしまうと!/、う問題が生じなレ、。
[0019] 従って、製造が容易で安定したインクの吐出を可能とする液体吐出ヘッド用ノズノレ プレートの製造方法を提供できる。
[0020] また、上記の効果を備えた液体吐出ヘッド用ノズルプレートを提供することができ、 更にこの液体吐出ヘッド用ノズルプレートを備えた液体吐出ヘッドを提供することが できる。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]インクジェット式記録ヘッドの例を示す図である。
[図 2]インクジェット式記録ヘッドの断面を示す図である。
[図 3]ノズルプレートに形成された吐出口周辺の例を示す図である。
[図 4]大径部を形成する工程を示す図である。
[図 5]小径部を形成する工程を示す図である。
[図 6]ノズルプレートの吐出口の側の表面を除去することを説明する図である。
[図 7]ボッシュプロセスにより形成されるスカロップと呼ばれる波形形状を説明する図 である。
符号の説明
[0022] 1 ノズノレプレート
3 圧電素子
11 ノズノレ
12 吐出面
13 吐出口
14 小径部
15 大径部
21 インク供給口
22 共通インク室 (、溝)
23 インク供給路 (溝)
24 圧力室 (溝)
30 Si基板
31、 32 熱酸化膜 31a, 32a 熱酸化膜パターン
34、 44 フォ卜レジス卜
44a、 34a フォトレジストノ ターン
45 撥液層
60 除去部分
63 凸部
A インクジェット式記録ヘッド
発明を実施するための最良の形態
[0023] 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。
[0024] 図 1は液体吐出ヘッドの例であるインクジェット式記録ヘッド(以下、記録ヘッドと称 する。)Aを構成している、ノズルプレート 1、ボディプレート 2、圧電素子 3を模式的に 示している。
[0025] ノズルプレート 1には、インク吐出のためのノズル 11を複数配列してある。また、ボ ディプレート 2には、ノズルプレート 1を貼り合わせることで、圧力室となる圧力室溝 24 、インク供給路となるインク供給路溝 23及び共通インク室となる共通インク室溝 22、 並びにインク供給口 21が形成されて!/、る。
[0026] そして、ノズルプレート 1のノズル 11とボディプレート 2の圧力室溝 24とが一対一で 対応するようにノズルプレート 1とボディプレート 2とを貼り合わせることで流路ユニット Mを形成する。ここで、以後、上記で説明に使用した圧力室溝、供給路溝、共通イン ク室溝の各符号はそれぞれ圧力室、供給路、共通インク室にも使用する。
[0027] ここで、図 2は、この記録ヘッド Aにおけるノズルプレート 1の Y—Y、及びボディプレ ート 2の Χ— Χの位置での断面を模式的に示している。図 2が示しているように、流路 ユニット Μに圧電素子 3をインク吐出用ァクチユエータとしてボディプレート 2のノズル プレート 1を接着する面と反対の各圧力室 24の底部 25の面に接着することで、記録 ヘッド Αが完成する。この記録ヘッド Aの各圧電素子 3に駆動ノ ルス電圧が印加され 、圧電素子 3から発生する振動が圧力室 24の底部 25に伝えられ、この底部 25の振 動により圧力室 24内の圧力を変動させることでノズル 11からインク滴を吐出させる。 [0028] 図 3は、ノズルプレート 1が備えている一つのノズル 11の周辺部を示している。ノズ ノレ 11は、図 3に示す様に、ノズル 11が小径部 14と大径部 15とで構成されている。ま た、小径部 14の液滴を吐出する吐出口 13がある面 12には、より好ましい形態として 撥液層 45が設けてある。大径部 15及び小径部 14は、その内壁にエッチングとコー ティング (側壁保護膜の形成、デポジション)を繰り返してなる異方性エッチング方法 を用いて形成されために見られるスカロップを模式的に示している。
[0029] Siからなるノズルプレート 1のノズル 11を製造することに関して図 4、図 5に沿って説 明する。大径部 15及び小径部 14は、それぞれ Si基板 30の対向する面から形成する
[0030] まず大径部 15の形成に関して図 4に沿って説明する。 Si基板 30に大径部 15を形 成する方法は、特に限定されないが、後述する小径部 14と同じくエッチングとコーテ イングとを交互に繰り返す異方性エッチング方法を用いることができる。この異方性ェ ツチング方法によるエッチングを行う際のエッチングマスクとなる SiO力もなる熱酸化 膜 32を両面に設けてある Si基板 30を準備する。
[0031] 次に大径部 15を形成する側の熱酸化膜 32の面にフォトレジスト 34を塗布(図 4 (b) )後、大径部 15を形成するためのフォトレジストパターン 34aを形成する(図 4 (c) )。フ オトレジストパターン 34aをエッチングマスクとして、例えば CHFを用いたドライエッチ
3
ングにより熱酸化膜パターン 32aを形成し(図 4 (d) )、これを異方性エッチング方法に おけるエッチングマスクとする。
[0032] フォトレジストパターン 34aを除去後(図 4 (e) )、エッチングとコーティングとを交互に 繰り返す異方性エッチング方法より大径部 15を形成する(図 4 (f) )。異方性エツチン グ方法を行うエッチング装置は、 ICPを用いる RIE装置が好ましぐ例えば、エツチン グ時のエッチングガスとして、 6フッ化硫黄(SF )、コーティング時のデポジションガス
6
としてフッ化炭素(C F )を交互に使用する。この後、熱酸化膜パターン 32aを除去し
4 8
て大径部 15が完成する(図 4 (g) )。尚、大径部 15を形成する方法を上記ではエッチ ングとコーティングとを交互に繰り返す異方性エッチング方法とした力 S、これに限定さ れない。また、大径部 15の深さ(長さ)は、所定の深さとなるように、予め大径部 15を 形成する方法、装置を用いて実験等を行うことで形成条件を決めればよい。 [0033] 次に、小径部 14の形成に関して図 5に沿って説明する。小径部 14はエッチングと コーティングとを交互に繰り返す異方性エッチング方法を用いて形成する。形成方法 は、上記に大径部 15の場合と同じである。
[0034] 図 5 (a)に示す大径部 15が形成された Si基板 30において、小径部 14が形成され る側の熱酸化膜 31の面にフォトレジスト 44を塗布(図 5 (b) )後、小径部 14を形成す るためのフォトレジストパターン 44aを形成する(図 5 (c) )。フォトレジストパターン 44a をエッチングマスクとして、熱酸化膜パターン 31aを形成し(図 5 (d) )、これを異方性 エッチング方法におけるエッチングマスクとする。フォトレジストパターン 44aを除去後 (図 5 (e) )、第 1行程であるエッチングとコーティングとを交互に繰り返す異方性エツ チング方法により小径部 14を大径部 15に貫通するまで形成する(図 5 (f) )。この後、 熱酸化膜パターン 31aを除去する(図 5 (g) )。
[0035] 上記の通りエッチングとコーティングとを交互に繰り返す異方性エッチング方法を用 いて形成された図 5 (g)に示す小径部 14の内壁には、図 6 (a)に示す様なスカロップ が形成され、吐出口 13にある凸部 63は吐出口 13の内側に向かって迫り出した状態 となっている。この凸部 63は、吐出口 13の内側に向かって次第に薄くなる脆弱な構 造をしており、また、吐出口 13を備えたノズルプレートにおいて、外部から容易に力 を受けやすい場所に位置している。従って、凸部 63は破損しやすぐ破損すると吐 出口 13の形状が変化してしまったり、破損した部分が吐出口 13より小径部 14の中に 入ってしまってノズルが詰まってしまう場合が発生する。この結果、液滴が安定して吐 出されず印刷の品質が劣化することになる。
[0036] 上記の凸部 63により発生する問題に対応するため、第 2行程として吐出口 13があ る側の Si基板 30の表面をエッチングすることによって、図 6 (b)で示す様に、この凸 部 63を含む所望の厚み部分を除去部分 60として除去する。これで、ノズルプレート 1 のノズル 11が完成する。
[0037] 除去部分 60を除去するエッチング方法は特に限定しないが、 SF、 CHF、 CF、 A
6 3 4 rのいずれか又はこれらが混合されたガスをプラズマとするドライエッチングとするの が好ましい。上記のドライエッチングを用いることで、 Si基板 30の表面から所望の厚 みの除去部分 60を精度良く取り除くことができる。 [0038] Si基板 30の表面から除去する除去部分 60の厚みは、 0. 1 μ m以上とするのが好 ましい。除去部分 60の厚みの上限は特に限定する必要がないが、エッチングとコー ティングとを交互に繰り返す異方性エッチング方法におけるエッチング及びコーティ ングを 1サイクルとして、これの繰り返しで形成されるスカロップの凸部の先端近傍に 至る厚みは除く。更に、除去部分 60の厚みの上限は、除去のする効率の観点からェ ツチングとコーティングとを交互に繰り返す異方性エッチング方法の最初の 1サイクノレ で形成される孔の深さ以内が好ましぐより好ましくは最初の 1サイクルで形成される 孔の深さの 70%以内である。除去部分 60を上記の範囲として凸部 63を除去すること で、吐出口 13の形状が変化するような破損は生じることが無ぐまた、破損した部分 でノズルが詰まることは発生しない。
[0039] 尚、小径部 14の長さは、液滴の吐出性能に影響を与える。このため、 Si基板の小 径部 14の吐出口 13がある面をエッチングする場合、小径部 14の長さが短くなり、場 合によっては、吐出性能に影響が生じる場合がある。このような場合には、予めエツ チングで除去する厚み分を見込んでの小径部 14の形成時の長さを決めればよい。
[0040] 次に、撥液層 47に関して説明する。図 3に示すノズルプレート 1の吐出口 13が存在 する面に撥液層 45を設けるのが好ましい。撥液層 45を設けることで、吐出口 13から 液体が吐出面 12に馴染むことでの染み出しや広がりを抑制することができる。具体 的には、例えば液体が水性であれば撥水性を有する材料が用いられ、液体が油性 であれば撥油性を有する材料が用いられる力 S、一般に、 FEP (四フッ化工チレン、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、フルォロア ルキルシラン、アモルファスパーフノレオ口樹脂等のフッ素樹脂等が用いられることが 多ぐ塗布や蒸着等の方法で吐出面 12に成膜されている。膜厚の厚みは、特に限 定されるものではな!/、が、概ね 0· 1 H m力、ら 3 H mとするのが好まし!/ヽ。
[0041] なお、撥液層 45は、ノズルプレート 1の吐出面 12に直接成膜してもよいし、撥液層
45の密着性を向上させるために中間層を介して成膜することも可能である。
実施例
[0042] 図 3に示す小径部 14及び大径部 15から構成されるノズルを有するノズルプレート 1 を製作した。以降、図 4及び図 5に沿って説明する。 [0043] 図 4 (a)に示す様に厚み 200 mで両面に厚み 1 mの熱酸化膜(SiO ) 31、 32を 有する Si基板を準備した。これに、上記で説明した様にエッチングとコーティングとを 交互に繰り返す異方性エッチング方法を用いて φ 100 mの大径部 15を作製した。
[0044] まず、フォトレジスト 34を塗布した後(図 4 (b) )、フォトレジスト 34をパターンユングし フォトレジストパターン 34aを形成した(図 4 (c) )。
[0045] 次に、フォトレジストパターン 34aをエッチングマスクとして熱酸化膜 32をエッチング し熱酸化膜パターン 32aを形成した(図 4 (d) )。フォトレジストパターン 44aを除去した 後(図 4 (e) )、このエッチングされた熱酸化膜パターン 32aをエッチングマスクとして エッチングとコーティングとを交互に繰り返す異方性エッチング方法で Si基板 30のェ ツチングを行った(図 4 (f) )。この異方性エッチング方法を行う装置として、 Surface
Technology Systems Limited製 Multiplex— ICPを使用した。この際の異方性 エッチング方法の条件を以下に示す。
(エッチング条件)
使用ガス: SF
6
ガス流量: 130sccm
プロセス圧力: 2. 67Pa
高周波電力: 600W
バイアス電力: 25W
1サイクル時間: 13秒
Figure imgf000011_0001
(デポジション (コーティング)条件)
使用ガス: C F
4 8
ガス流量: 85sccm
プロセス圧力: 2. 67Pa
高周波電力: 600W
バイアス電力: 0W
1サイクル時間: 5秒
膜厚:33A 上記の条件でエッチングとコーティングとを交互に繰り返すのサイクルを 180回行つ て異方性エッチングを施した。これより、大径部 15の深さが 179. 4 mとした。厚み 2 00〃mの Si基板を使用しているため、残りの Si基板の厚みは 20. 6〃mとなっている 。この後、熱酸化膜パターン 32aを CHFを用いたドライエッチングで除去した(図 4 (
3
g) ) o
[0046] 次に、図 5に沿って上記で作製した大径部 15を備えた Si基板 30にエッチングとコ 一ティングとを交互に繰り返す異方性エッチング方法を用いて φ 5 mの小径部 14 を作製した。 Si基板 30の大径部 15が形成されている面の反対面の熱酸化膜 31の
[0047] 次に、フォトレジスト 44を設けた Si基板 30に両面マスクァライナーを用いて先に作 製した Si基板の大径部 15の穴と同心となるように小径部 14を形成するための φ 5 μ mのフォトレジストパターン 44aを形成した(図 5 (c) )。フォトレジストパターン 44aを用 いて熱酸化膜 31をエッチングし、熱酸化膜パターン 31 aを形成した(図 5 (d) )。フォト レジストパターン 44aを除去した後(図 5 (e) )、熱酸化膜パターン 31 aをエッチングマ スクとしてエッチングとコーティングとを交互に繰り返す異方性エッチング方法で Si基 板 30の異方性エッチングを行った。行ったボッシュプロセスの条件は上記の大径部 形成条件と同じで、エッチングとコーティングとを交互に繰り返すのサイクルを 21回行 つて φ 5 mの小径部は上記の大径部に貫通してノズルが完成した(図 5 (f) )。この 後、熱酸化膜パターン 31 aを CHFを用いたドライエッチングで除去した(図 5 (g) )
3 。
[0048] さらに、小径部 14の形成側の Si基板 30の表面を以下のエッチング条件でエツチン グして、図 6 (b)に示す様に除去部分 60の厚みを 0. 32 111として、除去部分 60を除 去した。
(エッチング条件)
使用ガス: CHF及び CFを 1: 1とする混合ガス
3 4
ガス流量: 128sccm
プロセス圧力: 10· 67Pa
高周波電力: 150W
エッチングレート: 0· 064 111/分 エッチング量: 0· 32 ^ 111
上記の手順により図 1で示す様なノズル 11を有するノズルプレート 1を完成させた。 尚、ここでは、図 3に示す撥液槽 45は設けていない。
[0049] 次に図 1に示す様なボディプレート 2を製造した。 Si基板を用いて、公知のフォトリソ グラフィ処理 (レジスト塗布、露光、現像)及び Si異方性ドライエッチング技術を用いて 、ノズル 11にそれぞれ連通する複数の圧力室となる圧力室溝 24、この圧力室にそれ ぞれ連通する複数のインク供給路となるインク供給溝 23及びこのインク供給に連通 する共通インク室となる共通インク室溝 22、並びにインク供給口 21を形成した。
[0050] 次に、図 1に示すように、これまでに用意したノズルプレート 1とボディプレート 2とを 接着剤を用いて貼り合わせ、更にボディプレート 2の各圧力室 24の背面に圧力発生 手段であるピエゾ素子 3を取り付けて液滴吐出ヘッド(液滴吐出ヘッド Jとする。 )とし た。
[0051] 比較例として、図 6 (a)で示す Si基板の表面の除去部分 60を除去しないノズルプレ ートを作製した以外は上記と同じとして液滴吐出ヘッド (液滴吐出ヘッド Hとする。)を 作製した。
[0052] 液滴吐出ヘッド Jと液滴吐出ヘッド Hとを用いて吐出実験を行った。ピエゾ素子 3に 液滴吐出信号として、 30kHのノ ルス信号を 1秒間隔で 1秒間印加するサイクルを連 続で 5時間行った。その後、両者のノズルプレートの吐出口の周辺部分を SEM (500 0倍)を用いて観察した。その結果、液滴吐出ヘッド Jのノズルプレートでは吐出口に は変化がなかった。一方、液滴吐出ヘッド Hの吐出口は、スカロップの凸部の欠けに よる開口形状の変形や小径部が欠けた凸部で詰まって!/、る様子が観察された。
[0053] また、液滴吐出ヘッド Jでの印刷状態は、実験開始直後と終了間際で差は無かった 。液滴吐出ヘッド Hでの印刷状態は、実験開始直後は液滴吐出ヘッド Jの場合とほぼ 同じであつたが、実験開始後しばらくすると吐出ムラによる印刷不良が発生した。

Claims

請求の範囲
[1] エッチングと側壁保護膜の形成とを交互に繰り返す異方性エッチング方法により、孔 の内壁にスカロップを有する貫通孔を Si基板に形成する第 1工程と、
前記異方性エッチング方法のエッチングを開始した側の前記貫通孔が形成された前 記 Si基板の面をエッチングすることで、前記貫通孔の開口にある前記スカロップを除 去する第 2工程と、を含み、
前記第 2工程でエッチングした面側の前記貫通孔の開口を液滴が吐出される吐出口 とすることを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法。
[2] 前記第 2工程における Si基板の面をエッチングする方法力 S、 SF、 CHF、 CF、 Ar
6 3 4 のいずれか又はこれらが混合されたガスをプラズマとするドライエッチングであること を特徴とする請求の範囲第 1項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方 法。
[3] 前記第 2工程にぉレ、て、前記 Si基板の表面を 0. 1 a m以上エッチングすることを特 徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製 造方法。
[4] 前記貫通孔の開口を有する Si基板の面に撥液層を設ける工程を有することを特徴と する請求の範囲第 1項乃至第 3項の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプ レートの製造方法。
[5] 内壁にスカロップを有する貫通孔が形成されたシリコン基板からなり、該貫通孔を通 じて液体を吐出する液体吐出ヘッド用ノズルプレートであって、前記シリコン基板の 貫通孔の液体を吐出する側の内壁は前記スカロップの凸部が除去された形状である ことを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
[6] 請求の範囲第 5項に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレートを備えたことを特徴とす る液体吐出ヘッド。
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