(57)【要約】【課題】液室が作り込まれた流路部材にノズルを形成する部材を積層してノズル穴を形成するとき高精度のノズルを形成することができない。【解決手段】液体を吐出するノズル２１が形成されたノズル板２と、ノズル２１が連通する液室１１が形成された流路部材１と、ノズル板２と流路部材１との間に液室１１を覆う状態で介在し、ノズル２１と液室１１とを連通する貫通穴３１が形成された樹脂フィルム部材３とを備え、液室１１などが形成された流路部材１上に樹脂フィルム部材３による平坦な面を形成し、この平坦な面上でノズル板２のノズル２１の穿孔を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズルが形成されたノズル板と、
前記ノズルが連通する液室が形成された流路部材と、
前記ノズル板と流路部材との間に前記液室を覆う状態で介在し、前記ノズルと液室とを連通する貫通穴が形成された樹脂フィルム部材と
を備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記樹脂フィルム部材は感光性を有する樹脂フィルム部材であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記ノズル板が感光性樹脂部材で形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記ノズル板を形成する感光性樹脂部材は液状感光性樹脂を硬化させて固化されたものであることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４に記載の液体吐出ヘッドにおいて、液体を供給する液体カートリッジが一体に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項３又は４に記載の液体吐出ヘッドを製造する製造方法であって、
前記流路部材上に感光性を有する樹脂フィルム部材を架橋して形成する工程と、
前記樹脂フィルム部材のノズル領域をフォトリソにより露光する工程と、
前記樹脂フィルム上にノズル板となる別の感光性樹脂を形成し、ノズルパターンを露光する工程と、
前記樹脂フィルムの露光された領域とノズル板となる感光性樹脂の露光されたノズルパターンを現像することで、前記ノズルの穿孔と前記ノズルと液室間の前記樹脂フィルム部材の貫通穴の形成を同時に行う工程と
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
液体吐出ヘッドを備えて媒体に画像を形成する画像形成装置において、前記請求項１ないし５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項７に記載の画像形成装置において、前記液体吐出ヘッドは媒体の送り方向に前記ノズルが並べられるライン型液体吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば液体吐出ヘッドから液体を吐出する液体吐出装置を用いたインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、液体吐出ヘッドを記録ヘッドに用いて、記録紙等の被記録媒体（以下「用紙」とも称するが、材質を紙に限定するものではなく、記録媒体、媒体、転写紙、転写材、被記録材などとも称される。）に液体である記録液としてのインク滴を吐出して記録（画像形成、印写、印字、印刷なども同義語で使用する。）を行なうものである。
【０００３】
なお、画像形成装置は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することをも意味する。また、液体とは記録液、インクに限るものではなく、画像形成を行うことができる液体であれば特に限定されるものではない。また、液体吐出装置とは、液体吐出ヘッドから液体を吐出する装置を意味し、画像を形成するものに限らない。
【０００４】
ところで、液体吐出ヘッドとしては、例えば、数μｍ〜数十μｍの大きさの液滴を吐出するノズル、このノズルが連通する液室（吐出室、圧力室、流路などとも称される。）、液室の壁面を形成する振動板と、振動板を介して液室内の記録液を加圧する圧電素子などの圧電アクチュエータとを備える圧電型ヘッド、液滴を吐出するノズル、このノズルが連通する液室、液室の壁面を形成する振動板と、振動板に対向する電極との間で生じる静電力で振動板を変位させて液室内の記録液を加圧する静電アクチュエータとを備える静電型ヘッド、電気熱変換素子を用いて膜沸騰を利用するサーマル型ヘッドなどが知られている。
【０００５】
このような液体吐出ヘッドにおいては、高速で高精度印字を行なうために、ライン型ヘッド或いは用紙送り方向でヘッドを長くした長尺化が進んでいる。このようにヘッドが長尺化していくに従ってヘッド内でのノズル穴径のバラツキを低減すること、ノズル板の製造コストの増加を抑えることが要請されている。
【０００６】
従来のノズル板（ノズル形成部材）及びその製造方法に関して、例えば、特許文献１には、金属や酸化Ｓｉ膜等の無機膜をハードマスクとしてプラスティックフィルムにドライエッチングでノズル穴を穿孔したノズル板を作製し、その後、液室基板とアライメントを行い接着剤にて接合したヘッドが記載されている。
【特許文献１】特開平０６−２３８９０３号公報
【０００７】
特許文献２には、有機樹脂であるポリイミド板にＡｌ、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属を積層した後、フォトリソグラフィ法によって、これをパターニングし、このパターニングした金属膜をハードマスクとしてポリイミド板をヘリコン波による酸素プラズマにてドライエッチングを行ってノズル穴を穿孔する方法が記載されている。
【特許文献２】特許第３３３１９９８号公報
【０００８】
特許文献３には、支持体となる基板上に液室を形成するためのパターニングされたポジ型感光性材料層を形成し、更に、ネガ型の感光性樹脂を積層した後、フォトリソグラフィ法によりノズル穴を穿孔し、ポジ型感光性材料層を除去することで液室とノズルを同時に形成する製造方法、及び液室形成部材とノズル形成部材を感光性樹脂で一体形成したヘッドが記載されている。
【特許文献３】特開２００４−０４２３８９号公報
【０００９】
その他、特許文献４には感光性樹脂層からなる液室形成部材上にノズル板を積層し、液室形成部材にはノズルへのインク導入口を形成したヘッドが、特許文献５には流路形成部材とノズル形成部材を感光性樹脂で形成したヘッドが、特許文献６には流路形成部材に直接形成した感光性樹脂でノズル形成部材を形成したヘッドが、特許文献７には流路形成部材を感光性樹脂で形成したヘッドが記載されている。
【特許文献４】特開平０９−２９５４０３号公報
【特許文献５】特開平０４−２１６９５３号公報
【特許文献６】特開平０４−２１６０６１号公報
【特許文献７】特許第３２４４９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の製造方法にあっては、ノズル板をフォトリソグラフィ法とドライエッチング法で形成するために工程が長く複雑なものとなるという課題がある。また、特許文献２に記載の製造方法にあっては、フォトリソグラフィ法によりパターニングを行って金属膜をエッチングし、ポリイミドエッチング時のハードマスクを形成した後に、ポリイミドをドライエッチングしているので、工程が複雑であり歩留まりの低下を引き起こし、更に、ノズル穴の穿孔プロセスには多くの設備が必要であってコストが高くなり、また、ノズル穴の寸法精度はポリイミドのエッチングレートの均一性の影響を受けるため、長尺サイズになるほどエッチングレートのばらつきが大きくなり、結果として、ヘッド内のノズル寸法精度のバラツキは大きくなるといった課題がある。
【００１１】
また、特許文献３に記載の製造方法にあっては、支持体となる基板が必須であり適用できるヘッド構成が制限されてヘッド設計の自由度が低く、狭いものとなる。液室等の流路が設けられた構造体（流路部材）を有するヘッド構成にはこの文献で記載されたプロセスでノズル板を形成することが不可能であり、十分なノズル精度を確保することは困難であるという課題がある。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、液室が作り込まれた流路部材を備える場合でも低コストで高精度のノズルを形成することができる液体吐出ヘッド及びその製造方法、同液体吐出ヘッドを備える画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルが形成されたノズル板と、ノズルが連通する液室が形成された流路部材と、ノズル板と流路部材との間に液室を覆う状態で介在し、ノズルと液室とを連通する貫通穴が形成された樹脂フィルム部材とを備えている構成とした。
【００１４】
ここで、樹脂フィルム部材は感光性を有する樹脂フィルム部材である構成、ノズル板が感光性樹脂部材で形成されている構成、この場合、ノズル板を形成する感光性樹脂部材は液状感光性樹脂を硬化させて固化されたものである構成、液体を供給する液体カートリッジが一体に設けられている構成とできる。
【００１５】
本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、ノズル板が感光性樹脂部材で形成される本発明に係る液体吐出ヘッドを製造する製造方法であって、流路部材上に感光性を有する樹脂フィルム部材を架橋して形成する工程と、樹脂フィルム部材のノズル領域をフォトリソにより露光する工程と、樹脂フィルム上にノズル板となる別の感光性樹脂を形成し、ノズルパターンを露光する工程と、樹脂フィルムの露光された領域とノズル板となる感光性樹脂の露光されたノズルパターンを現像することで、ノズルの穿孔と、ノズルと液室間の樹脂フィルム部材の貫通穴の形成を同時に行う工程とを有する構成とした。
【００１６】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているものである。ここで、液体吐出ヘッドは媒体の送り方向にノズルが並べられるライン型液体吐出ヘッドとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、液体を吐出するノズルが形成されたノズル板と、ノズルが連通する液室が形成された流路部材と、ノズル板と流路部材との間に介在し、ノズルと液室とを連通する貫通穴が形成された樹脂フィルム部材とを備えている構成としたので、液室などが形成された流路部材上に樹脂フィルム部材による平坦な面を形成し、この平坦な面上でノズルの穿孔を行うことができ、高精度のノズルを容易に形成することができる。
【００１８】
本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法によれば、ノズル板が感光性樹脂部材で形成される本発明に係る液体吐出ヘッドを製造する製造方法であって、流路部材上に感光性を有する樹脂フィルム部材を架橋して形成する工程と、樹脂フィルム部材のノズル領域をフォトリソにより露光する工程と、樹脂フィルム上にノズル板となる別の感光性樹脂を形成し、ノズルパターンを露光する工程と、樹脂フィルムの露光された領域とノズル板となる感光性樹脂の露光されたノズルパターンを現像することで、ノズルの穿孔と、ノズルと液室間の樹脂フィルム部材の貫通穴の形成を同時に行う工程とを有する構成としたので、液室などが形成された流路部材上に樹脂フィルム部材による平坦な面を形成し、この平坦な面上でノズルの穿孔を行うので、高精度のノズルを容易に形成することができる。
【００１９】
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、ノズルのバラツキが少なく高画質画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液体吐出ヘッドの第１実施形態について図１を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、流路部材１と、ノズル板２と、樹脂フィルム部材３と、振動板４と、アクチュエータ基板５とを備えている。
【００２１】
流路部材１は、ステンレス、Ｎｉなどの金属、シリコン、有機樹脂などで形成されている。流路部材1には液室（流路）１１及び液室間隔壁１２が形成されている。ノズル板２には液体を吐出するノズル穴２１が穿孔され、液体吐出側の面には撥水層２２が形成されている。樹脂フィルム部材３は、流路部材１とノズル板２との間に液室１１を覆う状態で介在し、ノズル２１と液室１１とを連通する貫通穴３１が形成されている。
【００２２】
ここで、樹脂フィルム部材３は、流路部材１を架橋して形成した感光性樹脂フィルム３Ａで形成している。この感光性樹フィルム３Ａは、流路部材１に形成した液室間隔壁１２を架橋して形成することから、ドライフィルムレジスト（例えば、東京応化製「ORDYLE PRシリーズ」（商品名）など）を用いている。また、直接、吐出させる液体に触れるので液に対して耐性を有する材料が要求される。
【００２３】
ノズル板２は、ノズル穴２１が形成された感光性樹脂２Ａと液に対して撥水性を有する撥水層２２から構成されており、ノズル穴２１は感光性樹脂フィルム３Ａを貫通して流路部材１に設けられた液室１１と連通している。撥水層２２は、液滴の噴射特性をより安定化させるものであり、具体的には、オプツール（商品名）等のフッ素系材料やシリコーン（商品名）等のメチル基を有する材料等で形成している。
【００２４】
また、ノズル板２の感光性樹脂２Ａに形成したノズル穴２１は、液体の感光性樹脂を樹脂フィルム部材３上にスピンコート法、ディップ法、ロールコート法等によって形成した後に、フォトリソグラフィを用いてノズル穴２１を穿孔し、ＵＶ硬化、又は、加熱硬化、或いは両方を実施して形成している。
【００２５】
この場合、ノズル穴２１が形成された感光性樹脂２Ａは、厚さｔ１が１０μｍ〜８０μｍ、好ましくは２０μｍ〜４０μｍの、ＵＶ光に対して感光性を有する液体のエポキシ系の感光性樹脂であって、露光／現像後に加熱硬化等を行った、ヤング率が１ＧＰａ以上、好ましくは３Ｇｐａ以上の材料である（例えば、化薬マイクロケム社製「ＳＵ−８」（商品名）、東京応化製「ＴＭＭＲ-Ｓ２０００」（商品名）など）。ノズル板２のヤング率がこの値よりも低い場合は発生した圧力の損失を招き効率的な液の吐出が困難となり好ましくない。
【００２６】
また、ノズル穴２１の直径ｄ１は１０μｍ〜４０μｍ、好ましくは１５μｍ〜３０μｍである。液室１１とノズル穴２１を連通する樹脂フィルム部材３の貫通穴３１の直径ｄ２は、ドライフィルムレジストの感光樹脂性フィルム３Ａの解像度が液体感光性樹脂よりも低解像度であることから、少なくともｄ１＜ｄ２の関係とすることが好ましい。
【００２７】
振動板部材４は、有機樹脂、金属等で形成され、流路部材１に接合されて液室１１の壁面を形成する変形可能な振動板領域（変形可能部分）４１を有している。アクチュエータ基板５には、液室１１に対応して液室１１内の液体を加圧するエネルギーを発生する吐出エネルギー発生手段としての積層型圧電素子５１と、液室間隔壁１２に対応する支柱部（駆動電圧が印加されない圧電素子で形成される）５２が配置されている。
【００２８】
このように構成した液体吐出ヘッドの動作ついて説明すると、駆動信号に応じて、圧電素子５１に２０〜５０Ｖの駆動パルス電圧を印加することによって、圧電素子５１が変位して振動板４をノズル板２の方向に変形し、このとき、液室１１内の容積（体積）変化によって液室１１内の液体が加圧され、ノズル穴２１から液滴となって吐出する。その後、液滴の吐出に伴って液室１１内の圧力が低下し、液の流れの慣性によって液室１１内には若干の負圧が発生する。この状態で、圧電素子５１への電圧の印加をオフにすることによって、振動板４が元の位置に戻って液室１１が元の形状に戻るため、さらに負圧が発生する。このとき、図示しない液体タンクに通じる液体供給パイプから入った液体は液室１１内に充填され液の充填が完了する。更に駆動パルスの印加を繰り返すことによりノズル穴２１から液滴が吐出される。
【００２９】
ここで、この液体吐出ヘッドにおいては、液体を吐出するノズル２１が形成されたノズル板２と、ノズル２１が連通する液室１１が形成された流路部材１と、ノズル板２と流路部材１との間に液室１１を覆う状態で介在し、ノズル２１と液室１１とを連通する貫通穴３１が形成された樹脂フィルム部材３とを備えているので、液室１１などが形成された流路部材１上に樹脂フィルム部材３による平坦な面を形成し、この平坦な面上でノズル２１の穿孔を行うことができ、高精度のノズルを容易に形成することができるようになる。
【００３０】
そこで、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の第１実施形態について図２及び図３を参照して説明する。
先ず、図２（ａ）に示すように、液室１１などの流路が形成されるシリコン、あるいはステンレスなどの基板５１を準備し、図２（ｂ）に示すように、通常のフォトリソとエッチング法又はプレス等の基板材料に応じた加工方法により液室１１などの流路を形成した流路部材１を作製する。
【００３１】
次いで、図２（ｃ）に示すように、流路部材１の表面にＵＶ光に対して感光性を有する感光性樹脂フィルム３Ａとなるドライフィルムレジスト５２、好ましくはエポキシ系のドラフィルムレジスト５２をラミネート接着し、図２（ｄ）に示すように、非遮光部５３ａと遮光部５３ｂを有するフォトマスク５３を用いて、液室１１に非遮光部５３ｂを液室１１にアライメントし、ＵＶ光にて露光し、ドライフィルムレジスト５２に貫通穴３１となる部分３１ａ以外の部分３１ｂを露光する。
【００３２】
次いで、図２（ｅ）に示すように、感光性樹脂フィルム３Ａとなるドライフィルムレジスト５２の上に液体の感光性樹脂をスピン塗布法やディップ法等の手法により塗布して感光性樹脂５４を形成する。このとき、液室１１を架橋して形成した感光性樹脂フィルム３Ａ（ドライフィルムレジスト５２）を下地としているので、液室１１等を形成した構造体（流路部材１）上においても液体の感光性樹脂を均一な膜厚で塗布して均一な膜厚のノズル板（感光性樹脂２Ａ）となる感光性樹脂５４を形成することができる。
【００３３】
そして、図２（ｆ）に示すように、ドライフィルムレジスト５２を現像し、先の工程（図２（ｄ））で未露光領域である貫通穴３１となる部分３１ａのみ樹脂を除去することで、貫通穴３１を有する感光性樹脂フィルム３Ａを形成する。
【００３４】
さらに、図２（ｇ）に示すように、非遮光部５５ａと遮光部５５ｂを有するフォトマスク５５を用いて感光性樹脂５４に対して遮光部５５ｂを貫通穴３１にアライメントし、ＵＶ光を照射し、感光性樹脂５４のノズル穴２１となる部分２１ａ以外の領域２１ｂを露光する。そして、図２（ｈ）に示すように、現像によりＵＶ光の照射されなかったノズル穴２１となる部分２１ａを除去して、ノズル穴２１を形成した感光性樹脂２Ａを形成する。
【００３５】
その後、図３（ａ）に示すように、安定した吐出を行うためにオプツール（商品名）等のフッ素系撥水膜やシリコーン（商品名）等のメチル基を有する撥水材料からなる撥水層２２を感光性樹脂２Ａ上に形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように、別途作製した振動板４とアライメント接合し、図３（ｃ）に示すように、アクチュエータ基板５の圧電素子５１及び支持部５２をアライメントして接合することで液体吐出ヘッドを完成する。
【００３６】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の第２実施形態について図４及び図５を参照して説明する。
先ず、図４（ａ）に示すように、液室１１などの流路が形成されるシリコン、あるいはステンレスなどの基板５１を準備し、図４（ｂ）に示すように、通常のフォトリソとエッチング法又はプレス等の基板材料に応じた加工方法により液室１１などの流路を形成した流路部材１を作製する。
【００３７】
次いで、図４（ｃ）に示すように、流路部材１の表面にＵＶ光に対して感光性を有する感光性樹脂フィルム３Ａとなるドライフィルムレジスト５２、好ましくはエポキシ系のドラフィルムレジスト５２をラミネート接着し、図４（ｄ）に示すように、非遮光部５３ａと遮光部５３ｂを有するフォトマスク５３を用いて、液室１１に非遮光部５３ｂを液室１１にアライメントし、ＵＶ光にて露光し、ドライフィルムレジスト５２に貫通穴３１となる部分３１ａ以外の部分３１ｂを露光する。
【００３８】
次いで、図４（ｅ）に示すように、感光性樹脂フィルム３Ａとなるドライフィルムレジスト５２の上に液体の感光性樹脂をスピン塗布法やディップ法等の手法により塗布して感光性樹脂５４を形成する。このとき、液室１１を架橋して形成した感光性樹脂フィルム３Ａ（ドライフィルムレジスト５２）を下地としているので、液室１１等を形成した構造体（流路部材１）上においても液体の感光性樹脂を均一な膜厚で塗布して均一な膜厚のノズル板（感光性樹脂２Ａ）となる感光性樹脂５４を形成することができる。
【００３９】
さらに、図４（ｆ）に示すように、非遮光部５５ａと遮光部５５ｂを有するフォトマスク５５を用いて感光性樹脂５４に対して遮光部５５ｂを貫通穴３１ａにアライメントし、ＵＶ光を照射し、感光性樹脂５４のノズル穴２１となる部分２１ａ以外の領域２１ｂを露光する。
【００４０】
そして、図４（ｇ）に示すように、ドライフィルムレジスト５２を現像し、未露光領域である貫通穴３１となる部分３１ａのみ樹脂を除去することで、貫通穴３１を有する感光性樹脂フィルム３Ａを形成すると同時に、感光性樹脂５４の現像によりＵＶ光の照射されなかったノズル穴２１となる部分２１ａを除去して、ノズル穴２１を形成した感光性樹脂２Ａを形成する。
【００４１】
その後、図５（ａ）に示すように、安定した吐出を行うためにオプツール（商品名）等のフッ素系撥水膜やシリコーン（商品名）等のメチル基を有する撥水材料からなる撥水層２２を感光性樹脂２Ａ上に形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、別途作製した振動板４とアライメント接合し、図５（ｃ）に示すように、アクチュエータ基板５の圧電素子５１及び支持部５２をアライメントして接合することで液体吐出ヘッドを完成する。
【００４２】
このように、ノズル板が感光性樹脂部材で形成される本発明に係る液体吐出ヘッドを製造する製造方法であって、流路部材上に感光性を有する樹脂フィルム部材を架橋して形成する工程と、樹脂フィルム部材のノズル領域をフォトリソにより露光する工程と、樹脂フィルム上にノズル板となる別の感光性樹脂を形成し、ノズルパターンを露光する工程と、樹脂フィルムの露光された領域とノズル板となる感光性樹脂の露光されたノズルパターンを現像することで、ノズルの穿孔と、ノズルと液室間の樹脂フィルム部材の貫通穴の形成を同時に行う工程とを有する構成としたので、液室などが形成された流路部材上に樹脂フィルム部材による平坦な面を形成し、この平坦な面上でノズルの穿孔を行うので、高精度のノズルを容易に形成することができる。
【００４３】
ここで、前記第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの具体例について説明する。ＳＵＳのアクチュエータ基板５にＰＺＴ圧電素子５１と支柱部５２を固定して、これらのＰＺＴ圧電素子５１と支柱部５２上にニッケルから形成した振動板４を接合したアクチュエータ部上に、厚さ４００μｍのＳｉ基板に液室１１及び液室間隔壁１２を形成したＳｉ流路部材１を形成した。更に、このＳｉ流路部材１上に、Ｓｉ流路部材１を架橋して形成した厚さｔ２＝３０μｍの感光性樹脂フィルム３Ａであるドライフルムレジスト（商品名：東京応化製  ORDYLE   PR-132）を順次積層した。このドライフィルムレジスト３ａには液室１１に連通する直径ｄ＝６０μｍの貫通穴３１が形成されている。この感光性樹脂フィルムであるドライフィルムレジスト３ａ上には直径２０μｍのノズル穴２１が形成された厚さｔ１＝３０μｍの感光性樹脂２Ａ（商品名：化薬マイクロケム製  SU-8）が形成されている。このとき、ノズル穴２１は貫通穴３１と連通し、更に液室１１と連通している。更に、感光性樹脂２Ａの表面にはシリコーン（商品名）を撥水層２２として形成している。製造工程は第１実施形態の工程によった。
【００４４】
この液吐出ヘッドにおいて、圧電素子５１に駆動電圧パルスを印加し液滴吐出特性のバラツキについて評価を行った。比較として、従来の酸素プラズマでエッチング開口したノズル板を用いた液体吐出ヘッドとの比較を行った。この結果、フォトリソ法によりノズル穴を開口したヘッドは、エッチングでノズル孔を開口したヘッドに比較して、噴射特性のバラツキはヘッド内、ヘッド間で共に小さくなっていることが確認できた。この噴射特性のバラツキの主要因を解析したところ、ノズル径のバラツキと対応していることが分かった。このことから、フォトリソグラフィ法によって穿孔したノズル穴を有するノズル板を用いた液体吐出ヘッドは噴射特性のバラツキの少ないことが確認できた。
【００４５】
次に、本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図６を参照して説明する。なお、図６は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。
この液体吐出ヘッドでは、上記第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成において、樹脂フィルム状部材３に貫通穴３１を、ノズル穴２１に向って径が狭くなるテーパ形状に形成した。
【００４６】
この第２実施形態に係る液体吐出ヘッドの具体例について説明する。ＳＵＳのアクチュエータ基板５にＰＺＴ圧電素子５１と支柱部５２を固定して、これらのＰＺＴ圧電素子５１と支柱部５２上にニッケルから形成した振動板４を接合したアクチュエータ部上に、厚さ４００μｍのＳＵＳ基板に液室１１及び液室間隔壁１２を形成したＳＵＳ流路部材１を形成した。更に、このＳＵＳ流路部材１上に、ＳＵＳ流路部材１を架橋して形成した厚さｔ２＝２０μｍの感光性樹脂フィルム３Ａであるドライフルムレジスト（商品名：東京応化製  ORDYLE   PR-132）を順次積層した。この感光性樹脂フィルムであるドライフィルムレジスト３ａ上には直径２０μｍのノズル穴２１が形成された厚さｔ１＝２０μｍの感光性樹脂２Ａ（商品名：化薬マイクロケム製  SU-8）が形成されている。このとき、ノズル穴２１は貫通穴３１と連通し、更に液室１１と連通している。更に、感光性樹脂２Ａの表面にはシリコーン（商品名）を撥水層２２として形成している。
【００４７】
ここで、感光性樹脂フィルムであるドライフィルムレジスト３ａに貫通穴３１を形成するときに、露光条件をオーバーにすることで、貫通穴３１の形状を液室１１側に向かって直径が大きくなるような（ノズル穴２１側に向って直径が小さくなるような）テーパ形状に仕上げた。
【００４８】
この液体吐出ヘッドにおいて圧電素子５１に駆動電圧パルスを印加し液滴吐出特性のバラツキについて評価を行った。比較として、従来の酸素プラズマでエッチング開口したノズル板を用いた液体吐出ヘッドとの比較を行った。この結果、フォトリソ法によりノズル穴を開口したヘッドは、エッチングでノズル孔を開口したヘッドに比較して、噴射特性のバラツキはヘッド内、ヘッド間で共に小さくなっていることが確認できた。この噴射特性のバラツキの主要因を解析したところ、ノズル径のバラツキと対応していることが分かった。このことから、フォトリソグラフィ法によって穿孔したノズル穴を有するノズル板を用いた液体吐出ヘッドは噴射特性のバラツキの少ないことが確認できた。
【００４９】
さらに、この第２実施形態に係る液体吐出ヘッドと第１実施形態に係る液体吐出ヘッドとについて、噴射電圧を比較したところ、第２実施形態に係る液体吐出ヘッドでは噴射電圧が相対的に低くなることが確認できた。これは、ドライフィルムレジスト３ａの貫通穴３１の形状をテーパ形状にしているので、液室１１内で発生した圧力の損失が少なくなった結果、噴射効率が高くなり噴射電圧を低くできたものである。これにより、第２実施形態に係る液体吐出ヘッドでは、駆動電圧を低下させることができるので、駆動回路の低コストを図れる。
【００５０】
次に、本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図７を参照して説明する。なお、図７は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、アクチュエータ基板５上に液室１１内の液体に膜沸騰を生じさせる電気熱変換素子５３を設けたサーマル型ヘッドとし、また、ノズル穴２１は吐出方向に向って径が小さくなるテーパ形状に形成している。
【００５１】
この第３実施形態に係る液体吐出ヘッドの具体例について説明する。アクチュエータ基板としてＳｉアクチュエータ基板５上に液体の膜沸騰を生じさせて液体吐出のエネルギーを発生する電気熱変換素子５３が設けられ、このＳｉアクチュエータ基板５上に、厚さ１００μｍの有機樹脂に液室１１と液室間隔壁１２が作り込まれた樹脂流路部材１が形成されている。更に、樹脂流路部材１上には樹脂流路部材１を架橋して形成した厚さｔ２＝３０μｍの感光性樹脂フィルムであるドライフルムレジスト３ａ（商品名：東京応化製  ORDYLE   PR-132）が積層されている。このドライフィルムレジスト３ａには液室１１に連通する直径ｄ２＝６０μｍの貫通穴３１が形成されている。更に、感光性樹脂フィルムであるドライフィルムレジスト３ａ上には直径１５μｍのノズル穴２１が形成された厚さｔ１＝３０μｍのノズル板２となる感光性樹脂２Ａ（商品名：東京応化製  TSMR-S2000）が形成されている。このとき、ノズル穴２１は貫通穴３１と連通し、更に液室１１と連通している。更に、感光性樹脂２Ａの表面にはシリコーン（商品名）を撥水層２２として形成している。
【００５２】
このノズル板２のノズル穴２１の形状は、図８に示すように、テーパ角θを有するテーパ形状に形成している。テーパ角θは、４５°〜８９°の範囲内であることが好ましく、７０°〜９７°の範囲内であることが特に好ましい。テーパ角θが８９°を越えるとインクリフィルが十分でなく、逆に４５°未満であるとノズルの高集積化に支障が生じる。
【００５３】
この液体吐出ヘッドにおいて電気熱変換素子５３に駆動電圧パルスを印加し液滴吐出特性のバラツキについて評価を行った。比較として、従来の酸素プラズマでエッチング開口したノズル板を用いた液体吐出ヘッドとの比較を行った。この結果、フォトリソ法によりノズル穴を開口したヘッドは、エッチングでノズル孔を開口したヘッドに比較して、噴射特性のバラツキはヘッド内、ヘッド間で共に小さくなっていることが確認できた。この噴射特性のバラツキの主要因を解析したところ、ノズル径のバラツキと対応していることが分かった。このことから、フォトリソグラフィ法によって穿孔したノズル穴を有するノズル板を用いた液体吐出ヘッドは噴射特性のバラツキの少ないことが確認できた。
【００５４】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第４実施形態について図９を参照して説明する。なお、図９は同液体吐出ヘッドの一例を示す斜視説明図である。
この液体吐出ヘッド９０は、ノズル９１を有する液体吐出ヘッド部９２に液体としての例えば記録液を供給する液体収容部（タンク）９３とを一体的に備えている。これにより、タンク一体化型液体吐出ヘッドを得ることができる。
【００５５】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の一例について図１０を参照して説明する。なお、図１０は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。
この画像形成装置は、媒体の印字領域幅以上の長さのノズル列（ノズル４を並べたもの）を有するフルライン型ヘッドからなる記録ヘッドを搭載したライン型画像形成装置である。
【００５６】
この画像形成装置は、例えばブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の液滴を吐出する、フルライン型の４個の本発明に係る液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッド１０１ｋ、１０１ｃ、１０１ｍ、１０１ｙ（色を区別しないときには「記録ヘッド１０１）という。）を備え、各記録ヘッド１０１はノズル４を形成した面を下方に向けて図示しないヘッドホルダに装着している。また、各記録ヘッド１０１に対応してヘッドの性能を維持回復するための維持回復機構１０２を備え、パージ処理、ワイピング処理などのヘッドの性能維持動作時には、記録ヘッド１０１と維持回復機構１０２とを相対的に移動させて、記録ヘッド１０１のノズル面に維持回復機構１０２を構成するキャッピング部材などを対向させる。
【００５７】
なお、ここでは、記録ヘッド１０１は、用紙搬送方向上流側から、ブラック、シアン、マゼンダ、イエローの順に各色の液滴を吐出する配置としているが、配置及び色数はこれに限るものではない。また、ライン型ヘッドとしては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で設けた１又は複数のヘッドを用いることもできるし、ヘッドとこのヘッドに記録液を供給する記録液カートリッジを一体とすることも別体とすることもできる。
【００５８】
給紙トレイ１０３は、用紙１０４を載置する底板１０５と、用紙１０４を給送するための給紙コロ（半月コロ）１０６を備えている。底板１０５はベース１０８に取り付けられた回転軸１０９を中心に回転可能であって、加圧ばね１１０によって給紙コロ１０６側に付勢されている。なお、給紙コロ１０６に対向して、用紙１０４の重送を防止するため、人工皮、コルク材等の摩擦係数の大きい材質からなる図示しない分離パッドが設けられている。また、底板１０５と給紙コロ１０６の当接を解除する図示しないリリースカムが設けられている。
【００５９】
そして、この給紙トレイ１０３から給紙された用紙１０４を搬送ローラ１１２とピンチローラ１１３との間に送り込むために用紙１０４を案内するガイド部材１１０、１１１を設けている。
【００６０】
搬送ローラ１１２は、図示しない駆動源によって回転されて、送り込まれる用紙１０４を記録ヘッド１０１に対向して配置したプラテン１１５に向けて搬送する。プラテン１１５は、記録ヘッド１０１と用紙１０４とのギャップを維持することができるものであれば、剛体構造体でもよいし、搬送ベルトなどを用いることもできる。
【００６１】
プラテン１１５の下流側には、画像が形成された用紙１０４を排紙するための排紙ローラ１１６及びこれに対向する拍車１１７を配置し、排紙ローラ１１６によって画像が形成された用紙１０４を排紙トレイ１１８に排紙する。
【００６２】
また、排紙トレイ１１８と反対側には、用紙１０４を手差し給紙するための手差しトレイ１２１と、手差しトレイ１２１に載置された用紙１０４を給紙する給紙コロ１２２を配置している。この手差しトレイ１２１から給紙される用紙１０４はガイド部材１１１に案内されて搬送ローラ１１２とピンチローラ１１３との間に送り込まれる。
【００６３】
この画像形成装置においては、待機状態では、リリースカムが給紙トレイ１０３底板１０５を所定位置まで押し下げ、底板１０５と給紙コロ１０６との当接を解除している。そして、この状態で、搬送ローラ１１２が回転されることによって、この回転駆動力が図示しないギア等により給紙コロ１０６及び図示しないリリースカムに伝達されて、リリースカムが底板１０５から離れて底板１０５が上昇し、給紙コロ１０６と用紙１０４が当接し、給紙コロ１０６の回転に伴って用紙１０４がピックアップされて給紙が開始され、図示しない分離爪によって一枚ずつ分離される。
【００６４】
そして、給送コロ１０６の回転によって用紙１０４がガイド部材１１０、１１１に案内されて搬送ローラ１１２とピンチローラ１１３との間に送り込まれ、搬送ローラ１１２によって用紙１０４がプラテン１１５上に送り出される。その後、用紙１０４の後端は給紙コロ１０６のＤカット部に対向して当接が解除され、搬送ローラ１１２によってプラテン１１５上に搬送される。なお。給紙コロ１０６と搬送ローラ１１２との間に、補助的に、搬送回転対を設けることもできる。
【００６５】
このようにしてプラテン１１５上を搬送される用紙１０４に対して、記録ヘッド１から液滴を吐出して画像を形成し、画像が形成された用紙１０４は排紙ローラ１１６によって排紙トレイ１１８に排紙される。なお、画像形成時における紙搬送の速度と液滴吐出のタイミングは図示しない制御部によって制御される。
【００６６】
このように、この画像形成装置においては本発明を実施した滴吐出特性のばらつきのすくないライン型液体吐出ヘッドを備えているので、高速で、高画質記録を行うことができる。
【００６７】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例について図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１２は同機構部の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２０１Ａ、２０１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して図１２で矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。
【００６８】
このキャリッジ２３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド２３４ａ、２３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド２３４」という。）を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
【００６９】
記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、記録ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、記録ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。
【００７０】
また、キャリッジ２３３には、記録ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのヘッドタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「ヘッドタンク３５」という。）を搭載している。このサブタンク２３５には各色の供給チューブ３６を介して、各色のインクカートリッジ２１０から各色のインクが補充供給される。
【００７１】
一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３側に付勢されている。
【００７２】
そして、この給紙部から給紙された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド部材２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト２５１を備えている。
【００７３】
この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。また、この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ２５２が回転駆動されることによって図２９のベルト搬送方向に周回移動する。
【００７４】
さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。
【００７５】
また、装置本体１の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。
【００７６】
さらに、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構２８１を配置している。
【００７７】
この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード２８３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。
【００７８】
また、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける液体回収容器であるインク回収ユニット（空吐出受け）２８８を配置し、このインク回収ユニット２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。
【００７９】
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
【００８０】
このとき、帯電ローラ２５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト２５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。
【００８１】
そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。
【００８２】
このようなシリアル型画像形成装置であっても、本発明を実施した滴吐出特性のばらつきの少ない液体吐出ヘッドを搭載しているので、高密度化も可能となり高画質、高速記録に対応できる画像形成装置を得ることができる。
【００８３】
なお、上記実施形態では本発明に係る液体吐出装置をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置にも適用することができる。また、記録液以外の液体を用いる液体吐出装置や画像形成装置、例えば、前述したように、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料などを吐出する液体吐出装置や画像形成装置で用いる液体吐出ヘッドにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの液室短辺方向に沿う断面説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法の説明に供する液室短手方向に沿う断面説明図である。
【図３】図２に続く工程の説明に供する液室短手方向に沿う断面説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法の説明に供する液室短手方向に沿う断面説明図である。
【図５】図４に続く工程の説明に供する液室短手方向に沿う断面説明図である。作用効果の説明に供する断面説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドの液室短辺方向に沿う断面説明図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドの液室短辺方向に沿う断面説明図である。
【図８】同ヘッドのノズル部分の拡大断面説明図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドの説明に供する斜視説明図である。
【図１０】本発明に係る液体吐出ヘッドを含む液体吐出装置を備えた本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図１１】本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。
【図１２】同じく要部平面説明図である。
【符号の説明】
【００８５】
１…流路部材
２…ノズル板
２Ａ…感光性樹脂
３…樹脂フィルム部材
３Ａ…感光性樹脂フィルム
４…振動板部材
５…アクチュエータ基板
１１…液室
１２…液室間隔壁
２１…ノズル穴
２２…撥水層
３１…貫通穴
４１…変形可能領域
５１…圧電素子
５３…電気熱変換体
【図１】
2008055818.tif 000003
【図２】
2008055818.tif 000004
【図３】
2008055818.tif 000005
【図４】
2008055818.tif 000006
【図５】
2008055818.tif 000007
【図６】
2008055818.tif 000008
【図７】
2008055818.tif 000009
【図８】
2008055818.tif 000010
【図９】
2008055818.tif 000011
【図１０】
2008055818.tif 000012
【図１１】
2008055818.tif 000013
【図１２】
2008055818.tif 000014