(57)【要約】【課題】高い記録周波数を有し、高密度高精細に安定した液体吐出が可能な液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドの作製方法を提供する。【解決手段】インク吐出ヘッド３のインクガイド部材５０は先鋭部５４を有し、先鋭部５４の近傍にインク流出口５５が設けられる。インク流出口５５から流出するインクにより先鋭部５４の側面を横切るようなインク流１４が形成される。このインク流１４から導かれた溶液の一部が先端の最頂部５８に導かれてインク滴吐出の為のメニスカス１６が形成される。インクガイド部材５０の作製は、まず絶縁性基板７９上に形成された感光性樹脂層８１の表面に型基板９０を押圧し、感光性樹脂層８１の表面に先鋭部５４を形成する。この後、先鋭部５４の形成された感光性樹脂層８１を部分的に感光し、現像することで、高アスペクト比構造のインクガイド部材５０を作製する。【選択図】図２
2004330661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電粒子が分散した溶液を対向電極にむけて吐出する液体吐出ヘッドであって、ヘッド基板と、前記ヘッド基板表面に突出して形成され、先端に近づくにつれて断面が狭くなり先端が先鋭化するように傾斜面が形成された先鋭部を有する溶液ガイド部材と、前記溶液ガイド部材の前記傾斜面に溶液流を形成するように前記先鋭部近傍に溶液を流出する溶液流出口を有する溶液供給路とを備え、前期溶液流は前記傾斜面を横切る方向に前記先鋭部の先端の周囲に形成され、この溶液流の一部が前記先端に導かれて静電気力により液滴として吐出されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記溶液供給路は、前記溶液ガイド部材の基部から前記先鋭部に向かう方向に形成された溶液ガイド部材貫通孔によって作られていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記溶液ガイド部材は、少なくとも前記先鋭部を含む領域の表面に導電膜が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記ヘッド基板と離間した板状の上蓋が設けられ、前記上蓋は所定の位置に上蓋貫通孔を有し、前記上蓋貫通孔からは前記溶液ガイド部材の前記先鋭部を貫通して突出し、前記上蓋の前記先鋭部が突出した側の一方の表面には、前記先鋭部を囲むように駆動電極が設けられ、前記上蓋の他方の表面には接地されたシールド電極が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記溶液ガイド部材貫通孔は前記溶液ガイド部材が設けられている前記ヘッド基板に形成されたヘッド基板貫通孔と接続され、前記ヘッド基板の、前記溶液ガイド部材の設けられた面と反対側の面から前記ヘッド基板貫通孔を介して溶液が供給されることを特徴とする請求項２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の液体吐出ヘッドの作製方法であって、
前記ヘッド基板貫通孔が形成された前記ヘッド基板に感光性樹脂層を形成する工程と、
形成された前記感光性樹脂層の表面に型基板を押圧することによって、前記ヘッド基板貫通孔の近傍の前記感光性樹脂層の表面に前記先鋭部を成す凸部を成型する工程と、
前記感光性樹脂層のうち、前記凸部の領域の少なくとも一部および前記ヘッド基板の前記ヘッド基板貫通孔を囲む周辺部分に対応した領域を露光して、あるいはこれらの領域を少なくとも除いた領域を露光して感光させる工程と、
感光された前記感光性樹脂層を現像して、前記ヘッド基板に設けられた前記溶液ガイド部材と、前記ヘッド基板貫通孔に接続して前記溶液供給路となる前記溶液ガイド部材貫通孔とを形成する工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶媒中に帯電粒子を分散させた溶液を静電気力により吐出させる、液体吐出ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、インクを加熱してインクに発生した気泡の膨張力でインク滴を吐出させるサーマルタイプのインクジェットヘッドや、圧電素子によりインクに圧力を与えてインク滴を吐出させるピエゾタイプのインクジェットヘッドが提案されている。サーマルタイプのインクジェットヘッドではインクを部分的に３００℃以上に加熱するためインクの材質が限定されるという問題があり、またピエゾタイプのインクジェットヘッドでは構造が複雑でコストが高いといった問題がある。これらの問題を解決するインクジェットヘッドとして帯電粒子を分散させた溶液を静電気力により吐出させる液体吐出ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４）。
【０００３】
図９（ａ）及び（ｂ）は下記特許文献１に示される画像形成装置の記録ヘッドの一例の概略構成図である。図９（ａ）は記録ヘッドの概略断面図を示し、図９（ｂ）は突起板１２０を図９（ａ）中右側から見た図である。記録ヘッド１００は、絶縁性材料からなる略矩形板状の一対の支持部材１０１、１０２が対向して配置されている。これらの支持部材１０１、１０２の間隙は記録液供給路（インク供給路）１０４となっており、支持部材１０１、１０２の図中上側の端部は記録液流出口（インク流出口）１０４ａとなっている。記録液供給路１０４内は記録液１０６が図中下方から上方へ所定の圧力で流され、記録液流出口１０４ａから流出している。この記録液１０６は、正に帯電した帯電性の色材粒子１０５を分散させたインクである。記録液供給路１０４の内面（支持部材１０１、１０２の一方の表面）には、第１電極１１１がそれぞれ記録液流出口１０４ａまで形成されている。記録液供給路１０４内には先端に突起１２２を有するインクガイド部材である突起板１２０の突起１２２が記録液流出口１０４ａから突出するように配置されている。突起板１２０の表面の、支持部材１０１、１０２と対向する領域には第２電極１１２が形成されている。また、図中上方に対向電極１３０が配置されており、この対向電極１３０は接地されている。この対向電極１３０の突起１２２と対向する表面には、記録媒体１０８が配置されている。
【０００４】
このような記録ヘッド１００において、記録液流出口１０４ａから溢れた記録液１０６の一部は記録液流出口１０４ａ近傍で突起板１２０に沿って濡れ上がり、記録液１０６の供給圧力、表面張力等により、突起１２２の表面にメニスカス１４０が形成される。一方、記録液流出口１０４ａから溢れた記録液１０６の大部分は、支持部材１０１、１０２に沿って流れ図示しない記録液タンクへ回収される。
【０００５】
このように突起１２２表面に記録液のメニスカス１４０が形成された状態で、第１電極１１１及び第２電極１１２に正のバイアス電圧を印加すると、第１電極１１１及び第２電極１１２と対向電極１３０の間に電界が形成される。この電界によって記録液供給路１０４内を上昇する記録液１０６内の色材粒子１０５は突起１２２の先端に向けて移動し、突起１２２の先端近傍で凝集される。この状態で、所定のパルス幅で第１電極１１１及び第２電極１１２に電圧が重畳印加されると、第１電極１１１及び第２電極１１２と対向電極１１０間に形成された電界が強められ、メニスカス１４０にある色材粒子１０５が対向電極１３０側に引き付けられる。これにより、色材粒子１０５を含んだ記録液１０６を液滴として対向電極１３０に向けて吐出させることができる。特許文献１ではこのようにして記録液１０６の液滴を吐出させ記録媒体１０８上に色材粒子１０５を付着させている。
【０００６】
また、下記特許文献２に開示するインクジェットヘッドにおいてもインクガイド部材である突起板に沿ってインクを流し、突起板の突起にメニスカスを形成させている。この突起板は成型したアルミナ製電極ベースを、研磨により先端を尖らせたものである。
また、下記特許文献３では、インク滴の吐出方向と略垂直な方向に流れるインク層の表面から、先鋭部を有するインクガイド部材を突出させ、インク層から先鋭部の先端までインクを案内する案内溝をインクガイド部材に設け、インクガイド部材の先端から静電気力を利用してインク滴を吐出するインクジェットヘッドを開示している。このインクガイド部材はプラスティック樹脂の成型によって形成されたものである。
また、下記特許文献４では、インクガイド部材を設けず、インク供給路から流出するインクの圧力とインクの表面張力によってインク流出口に略半球状のメニスカスを形成し静電気力を利用してインク滴を吐出するインクジェットヘッドを開示している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−７６６６４号公報
【特許文献２】
特開平１１−１０５２９３号公報
【特許文献３】
特開平１０−２３０６０８号公報
【特許文献４】
特開平９−３０９２０８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような静電気力により記録液であるインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、小さなインク滴を吐出するには、インク滴吐出位置となるインクガイド部材の先端に形成されるメニスカスをなるべく微細に形成する必要がある。また安定した大きさ・形状の液滴を吐出するためには、このメニスカスの形状をなるべく一定に保つことが必要である。また、高い吐出周波数で、安定した形状・大きさのインク滴を吐出するには、インク滴の吐出により減少したインクをインク吐出位置に高速に供給し、インク吐出後のメニスカスの形状を素早くインク吐出前の状態に回復させる必要がある。また、高密度高精細に安定して液体を吐出するためには、インク滴吐出位置となるインクガイド部材の端に設けられる先鋭部を高密度高精細に形成する必要がある。
【０００９】
しかし、インクガイド部材である突起板に沿って先鋭部に向けてインクを流し、先端にインクのメニスカスを形成させる特許文献１及び特許文献２記載のインクジェットヘッドでは、インクの供給圧力の変動によってメニスカスが大きく変動する。このため、インク滴を安定した大きさ、位置精度で吐出させることができないといった問題があった。
【００１０】
また特許文献２で開示される、アルミナ製電極ベースを研磨により先端を尖らせたインクガイド部材である突起板の作製方法では、突起板の先鋭形状の精度に限界があり、また工数も多くかかるといった問題があった。
【００１１】
また、インク案内溝を上昇したインクによってインク滴吐出位置となる先鋭部の先端にメニスカスを形成させる特許文献３に開示されるインクジェットヘッドでは、毛細管現象によってインクを先鋭部に上昇させる。このため、インクの供給に時間がかかり、安定した大きさ及び色材成分濃度のインク滴を高い吐出周波数で連続して吐出することができないといった問題があった。
【００１２】
また、従来のプラスティック樹脂の成型によるインクガイド部材の作製方法は、型からプラスティック樹脂を抜き取る際に、プラスティックが型から抜けずに断裂し、所望の形状にできないといった不具合が生じる。このため、高精度に先鋭なインクガイド部材を作製することが困難である。またこの方法では、成型された複数のインクガイド部材を基板上に位置精度を高くして配列する必要があるが、インクガイド部材の配置位置精度を高めるにも限界があり、また、配列の為の工数も増加するといった問題があった。
【００１３】
また、インクガイド部材を設けず、インク流出口から流出するインクの圧力とインクの表面張力とによって、インク流出口に略半球状のメニスカスを形成する特許文献４に開示されるインクジェットヘッドでは、微細なメニスカスを形成するためにはインク流出口を小さくする必要がある。しかし、インクの目詰まりを防止する点からインク流出口の大きさをある程度以下にすることはできない。また、流出するインクの圧力の変動によってメニスカスの形状が大きく変動してしまう。これらの理由により微細なインク滴を安定して吐出することができないといった問題があった。
【００１４】
本発明は、上記の問題を解決すべくなされたもので、溶液を静電気力で液滴として吐出させる液体吐出ヘッドであって、従来に比べて微小な径の液滴を高密度に吐出可能で、しかも高周波で安定して吐出させることのできる液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドを高精度に高い生産性で作製できる液体吐出ヘッド作製方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、帯電粒子が分散した溶液を対向電極にむけて吐出する液体吐出ヘッドであって、ヘッド基板と、前記ヘッド基板表面に突出して形成され、先端に近づくにつれて断面が狭くなり先端が先鋭化するように傾斜面が形成された先鋭部を有する溶液ガイド部材と、前記溶液ガイド部材の前記傾斜面に溶液流を形成するように、溶液が流出する溶液流出口を前記先鋭部近傍に有する溶液供給路とを備え、前記溶液流は前記傾斜面を横切る方向に前記先鋭部の先端の周囲に形成され、この溶液流の一部が前記先端に導かれて静電気力により液滴として吐出されることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
【００１６】
前記溶液供給路は、前記溶液ガイド部材の基部から前記先端に向かう方向に前記溶液ガイド部材に形成された溶液ガイド部材貫通孔によって作られていることが好ましい。
【００１７】
前記溶液ガイド部材貫通孔は前記溶液ガイド部材が設けられている前期ヘッド基板に形成されたヘッド基板貫通孔と接続され、前記ヘッド基板の面と反対側の面から前記ヘッド基板貫通孔を介して溶液が供給されることが好ましい。
【００１８】
前記溶液ガイド部材は、少なくとも前記先鋭部を含む領域の表面に導電膜が形成されていることが好ましい。
【００１９】
また、前記ヘッド基板と離間した板状の上蓋が設けられ、前記上蓋は所定の位置に上蓋貫通孔を有し、前記上蓋貫通孔からは前記溶液ガイド部材の前記先鋭部を貫通して突出し、前記上蓋の前記先鋭部が突出した側の一方の表面には、前記先鋭部を囲むように駆動電極が設けられ、前記上蓋の他方の表面には接地されたシールド電極が設けられていることが好ましい。
【００２０】
前記溶液ガイド部材貫通孔は前記溶液ガイド部材が設けられている前記ヘッド基板に形成されたヘッド基板貫通孔と接続され、前記ヘッド基板の、前記溶液ガイド部材の設けられた面と反対側の面から前記ヘッド基板貫通孔を介して溶液が供給されることが好ましい。
【００２１】
前記液体吐出ヘッドの作製方法は、前記ヘッド基板貫通孔が形成された前記ヘッド基板に感光性樹脂層を形成する工程と、形成された前記感光性樹脂層の表面に型基板を押圧することによって、前記ヘッド基板貫通孔の近傍の前記感光性樹脂層の表面に前記先鋭部を成す凸部を成型する工程と、前記感光性樹脂層のうち、前記凸部の領域の少なくとも一部および前記ヘッド基板の前記ヘッド基板貫通孔を囲む周辺部分に対応した領域を露光して、あるいはこれらの領域を少なくとも除いた領域を露光して感光させる工程と、感光された前記感光性樹脂層を現像して、前記ヘッド基板に設けられた前記溶液ガイド部材と、前記ヘッド基板貫通孔に接続して前記溶液供給路となる前記溶液ガイド部材貫通孔と、を形成する工程と、を有することが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に示す実施形態に基づいて、本発明の液体吐出ヘッド及びこの液体吐出ヘッドの作製方法を説明する。
図１は本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態であるインク吐出ヘッド３を有して構成されるインク吐出装置１の概略構成図である。図１に示すように、インク吐出装置１は、インク還流ユニット２と、インク吐出ヘッド（インク吐出ユニット）３と、電源ユニット６とから構成される。
【００２３】
インク還流ユニット２は、インク循環装置２０、インク供給パイプ２２、インク回収パイプ２４を有して構成されている。また、インク循環装置２０はインクポンプ２６およびインクタンク２８を有して構成されている。
インク循環装置２０では、インクポンプ２６とインクタンク２８とが接続されている。インクポンプ２６はインク供給パイプ２２を介しインク吐出ヘッド３と接続されている。また、インクタンク２８は、インク回収パイプ２４を介しインク吐出ヘッド３と接続されている。
【００２４】
インク吐出ヘッド３は、インク収容室３２、ヘッド基板３４、上蓋３６、インク回収路３８、対向電極４０、駆動電極４４、分離障壁４６、シールド電極４８およびインクガイド部材５０、を有し構成されている。また、対向電極４０には吐出した液体を受けて所定の画像等を記録する、記録媒体４２が載置されている。
インク収容室３２はインクを収容する略矩形形状の空間でインク供給パイプ２２と接続されており、インク収容室３２の図１中の上側の壁面はヘッド基板３４の基板面によって構成されている。ヘッド基板３４は例えばガラス基板などの絶縁性基板で、ヘッド基板３４の所定の位置には図１中上下方向にヘッド基板３４を貫通するヘッド基板貫通孔３４ａが形成されている。ヘッド基板３４の図１中上方には、上蓋３６がヘッド基板３４と所定の間隔で離間して平行に配置されている。また、上蓋３６の図１中上側には所定の間隔で上蓋３６と対向するように、接地された対向電極４０が配置され、この対向電極４０の上蓋３６と対向する表面には例えば記録紙等の記録媒体４２が載置されている。上蓋３６とヘッド基板３４との間隙はインク回収路３８となっており、図１に示すようにインク回収路３８はインク回収パイプ２４と接続されている。上蓋３６には、図１中上下方向に上蓋３６を貫通する円形の上蓋貫通孔３６ａが形成されている。対向電極４０と対向する上蓋３６の表面（第１の面）には上蓋貫通孔３６ａの周囲を囲むように、金属からなるリング状の駆動電極４４が設けられており、表面が撥インク性を有する分離障壁４６が駆動電極４４を囲むように設けられている。また、上蓋３６のヘッド基板３４と対向する面（第２の面）には、接地されたシールド電極４８が配置されている。ヘッド基板３４の上蓋３６と対向する側の表面のヘッド基板貫通孔３４ａに対応する位置にはインクガイド部材５０が設けられており、このインクガイド部材５０の一部が上蓋貫通孔３６ａから突出している。
【００２５】
図２（ａ）および（ｂ）は図１に示す複数のインクガイド部材５０のうちの一つのインクガイド部材５０と、このインクガイド部材５０を説明する図である。図２（ａ）はインクガイド部材５０と、このインクガイド部材５０の周辺を拡大して表した概略断面図を示し、図２（ｂ）はインクガイド部材５０と、このインクガイド部材５０の周辺を拡大して表した概略平面図を示す。
図２（ａ）および（ｂ）に示すようにインクガイド部材５０は、インクガイド部材貫通孔５０ａ、基部５２、先鋭部５４、導電膜５９を有して構成されている。
図２（ａ）において、インクガイド部材５０はヘッド基板３４の上蓋３６と対向する表面に突出して設けられており、基部５２は高さがｈ２  で側面がヘッド基板３４に対し略垂直に形成されている。基部５２にはインクガイド部材５０の突出方向（図２（ａ）中上下方向）にインクガイド部材貫通孔５０ａが形成されている。このインクガイド部材貫通孔５０ａは、一方の端においてヘッド基板３４から高さｈ２  の基部５２の部分にインク流出口５５を備え、他方の端はヘッド基板貫通孔３４ａと接続しインク供給路５７を形成している。
【００２６】
先鋭部５４は基部５２の図２（ａ）中上側の表面のインク流出口５５の近傍に設けられており、斜面５６および最頂部５８を有して構成されている。先鋭部５４は高さがｈ１  の略四角錐形状を成し三角形状の斜面５６で側面を形成し、先端である最頂部５８は先鋭化している。また、先鋭部５４の表面は金属層からなる導電膜５９が形成されている。ヘッド基板３４の図２中上方には、上蓋３６がヘッド基板３４と所定の間隔で離間して平行に配置されている。上蓋３６には、図１中上下方向に上蓋３６を貫通する円形の上蓋貫通孔３６ａが形成されており、この上蓋貫通孔３６ａからは少なくとも先鋭部５４を含むインクガイド部材５０の一部が突出している。上蓋３６は、図２  （ｂ）  に示すように、図２（ａ）中上方から見て上蓋貫通孔３６ａの中心がインクガイド部材５０の最頂部５８とが略一致するような位置に調整され配置されている。
【００２７】
電源ユニット６は、バイアス電源６２と駆動電源６４を有して構成されており、駆動電源６４は図示しない信号出力手段と接続されている。バイアス電源６２と駆動電源６４は、上蓋３６の第１の面に設けられた、金属からなる図示しない配線を介してインク吐出ヘッド３の個々の駆動電極４４と接続されており、バイアス電源６２はインク吐出ヘッド３を構成する全ての駆動電極４４に常にバイアス電圧Ｖｂを印加する。また、駆動電源６４は図示しない信号出力手段から入力された信号により所望の駆動電極４４に、パルス電圧である駆動電圧Ｖｃをバイアス電圧Ｖｂに重畳し印加する構成となっている。
【００２８】
インク還流ユニット２では、インクタンク２８内に、インク１２が所定量入れられている。このインク１２は正に帯電した帯電性粒子を帯電制御剤やバインダーなどともに、１０８  Ωｃｍ以上の抵抗率を持つ絶縁性溶媒中に分散させた溶液である。インクタンク２８内では、図示しない濃度調整機構によりインク１２の絶縁性溶媒中の帯電性粒子、帯電制御剤およびバインダーなどの濃度が所定の濃度範囲に入るように常に調整されている。インクタンク２８内で図示しない濃度調整機構により濃度調整されたインク１２は、インクポンプ２６から所定の圧力でインク供給パイプ２２を介してインク吐出ヘッド３のインク収容室３２へ供給されている。インク収容室３２内はインク１２で満たされ、個々のヘッド基板貫通孔３４ａを通りインクガイド部材貫通孔５０ａから個々のインクガイド部材５０へ供給されている。
【００２９】
インクガイド部材５０では、インクポンプ２６の作用によりインク収容室３２に供給されたインク１２が、ヘッド基板貫通孔３４ａとインクガイド部材貫通孔５０ａとが接続され形成されたインク供給路５７を図２  （ａ）  において下方から上方へ向かう方向へ流れ、インク流出口５５から流出している。このとき、このインク流出口５５から流出したインク１２が、最頂部５８の周囲の斜面５６を横切り（図２（ａ）中の矢印ｘ方向の流れ）、上蓋貫通孔３６ａを通過してインク回収路３８に流入するようなインク流１４が形成されるようにインクポンプ２６によるインク１２の供給圧力が調整されている。
【００３０】
インク１２の一部は斜面５６を横切る際、インク１２の表面張力の作用により、インクガイド部材５０の最頂部５８に導かれる。最頂部５８に導かれたインク１２は、図２（ａ）に点線で示すような、先鋭部５４の少なくとも最頂部５８を覆うメニスカス１６を形成している。このとき、メニスカス１６は主にインク１２の表面張力により形成されており、インクポンプ２６の脈動等に起因するインク１２の供給圧力の微小な変動による影響をほとんど受けることなく安定した形状に形成されている。また、上蓋３６上に設けられた分離障壁４６により隣接するインクガイド部材５０表面に形成されたメニスカス１６同士が繋がることなく分離されている。インク吐出装置１では、このように個々のインクガイド部材５０の最頂部５８に常に一定濃度の帯電性粒子を含むインク１２が供給されメニスカス１６が形成される構成となっている。
【００３１】
このように個々のインクガイド部材５０に供給されたインク１２の一部はメニスカス１６を形成し、その他の大部分のインク１２は上蓋貫通孔３６ａを通りインク回収路３８へと流入し、インクタンク２８へと回収されている。インクタンク２８に回収されたインク１２は、ここで再び濃度調整され、インクポンプ２６から所定の圧力でインク供給パイプ２２を介してインク収容室３２内へ再び送り出されている。本発明によるインク吐出ヘッド３では、このようにインク還流ユニット２によって、インク吐出ヘッド３に常に一定濃度の帯電性粒子を含むインク１２が供給される構成となっている。
【００３２】
次に、インク吐出装置１における液体吐出動作について説明する。図３は本実施形態のインク吐出ヘッド３の液体吐出動作について説明する図で、図１に示す複数のインクガイド部材５０のうちの一つのインクガイド部材５０を拡大して表した概略断面図である。インク吐出ヘッド３には前述のように一定濃度の帯電性粒子を含むインク１２が循環しており、インクガイド部材５０の先鋭部５４に、少なくとも最頂部５８を覆うメニスカス１６が形成されている。この状態で電源ユニット６のバイアス電源６２から例えば１．５ｋＶのバイアス電圧Ｖｂが印加されると、このバイアス電圧Ｖｂにより、駆動電極４４と対向電極４０の間に電界が形成される。ここで図示しない信号出力手段から入力された信号により、電源ユニット６の駆動電源６４から所望のインクガイド部材５０の周囲に形成された駆動電極４４に、例えば５００Ｖのパルス電圧である駆動電圧Ｖｃを重畳し計２ｋＶの電圧が印加される。すると、駆動電極４４と対向電極４０との間に形成された電界が強められ、この強められた電界によって、メニスカス１６からインク滴１８が静電気力により対向電極４０に向けて吐出し、記録媒体４２に付着する。
【００３３】
このとき、駆動電極４４から図３中下方向へ向かう電界も形成される。しかし、駆動電極４４の図３中下方向には、駆動電極４４と対向し接地されたシールド電極４８が設けられており、図３中下方向へ向かう電界はこのシールド電極４８に向かって集中し、シールドされる。これにより、駆動電極４４から図３中下方向へ向かう電界は、図３中左右方向への拡がりが抑制される。よって、インク供給路５７内には図３中の下方向へ向かう電界が形成されず、インク供給路５７内を図３中上方向に移動するインク１２には静電気力が働かない。このように、インク供給路５７内のインク１２は駆動電極４４に電圧を印加することで形成される電界による影響を受けず、インク供給路５７内を図３中下方から上方へ向けて、一定の帯電粒子の濃度で流れている。
【００３４】
駆動電圧Ｖｃが印加されてインク滴１８が吐出すると、その直後に駆動電極４４の電圧がバイアス状態に戻される。さらに吐出の直後、メニスカス１６において不足した分のインクが、最頂部５８の近傍の斜面５６を横切るインク流１４から供給され、メニスカス１６の形状が素早く回復する。
【００３５】
本実施形態のインク吐出ヘッド３のインクガイド部材５０の先鋭部５４の表面には導電膜５９が形成されている。この導電膜５９によりインクガイド部材５０の最頂部５８が導電性を帯び、最頂部５８周りの電界を強めることができる。本発明においては、所定の電界の強さを得られるのであれば、導電膜５９を形成することを必ずしも必要としない。
【００３６】
また、本実施形態のインク吐出ヘッド３の駆動電極４４の周囲には分離障壁４６を設けたが、本発明では必ずしも必要としない。しかし、隣接するインクガイド部材５０に形成されたメニスカス１６を分離し、隣接するインクガイド部材５０からインク滴１８が吐出するときのメニスカス１６の変動の影響を受けることなく、個々のインクガイド部材５０に形成された個々のメニスカス１６を安定して維持する点から分離障壁４６を設けるのが好ましい。
また、分離障壁４６の壁面へのインクの這い上がりを防止し、隣接するインクガイド部材５０に形成されたメニスカス１６をより確実に分離するために、分離障壁４６の少なくとも表面が撥インク性を有することが好ましい。撥インク性とは、インクが水性の場合は撥水性を、インクが油性の場合は親水性であることをいう。
【００３７】
また、本実施形態の上蓋３６の第２の面には、駆動電極４４と対向してシールド電極４８を設けたが、このシールド電極４８は必ずしも必要としない。しかしこのシールド電極４８によって駆動電極４４から図３中下方向へ向かう電界をシールドすることで、図３中下方向へ向かう電界の図３中の左右方向への広がりが抑制される。これにより、インク供給路５７内のインク１２の移動方向と逆向きの電界がインク供給路５７内に形成されるのを防ぐことができ、安定した濃度の帯電粒子を含むインク１２をインク流出口５３から流出させることができる。これにより、メニスカス１６内の帯電粒子の濃度を安定させ、吐出するインク滴１８の大きさ、形状が安定する点で、シールド電極４８を設けるのが好ましい。
【００３８】
また、本実施形態では、駆動電極４４および図示しない配線は上蓋３６の第１の面に設けられ、インク１２や大気と接触する構成となっている。
本発明によるインク吐出ヘッドはこれに限定されず、第１の面に設けられた駆動電極４４および配線を絶縁膜で覆い、インク１２や大気と接触させない構成としても構わない。これにより、個々の駆動電極４４および配線間の短絡や、個々の駆動電極４４および配線からの電流リークや異常放電等を防ぐことができる。その結果、インク吐出動作における動作不良や吐出電圧の増加を防止することができ、安定した大きさ、形状のインク滴１８を低い吐出電圧で安定して吐出することができる。このため、安定してインク滴１８を吐出するためには、駆動電極４４および配線は絶縁膜で覆われていることが好ましい。
【００３９】
このように本実施形態のインク吐出ヘッド３を有して構成されるインク吐出装置１によると、インクガイド部材５０の最頂部５８を覆うメニスカス１６を、インクポンプ２６の脈動等に起因するインク１２の供給圧力の変動に影響されることなく安定した形状に形成できる。また、メニスカス１６が形成される最頂部５８の近傍を流れるインク流１４からメニスカス１６へインク１２が供給されるので、インク滴１８が吐出した後のメニスカス１６も素早く回復することができる。これらの効果により安定した大きさ、形状のインク滴１８を高周波数で吐出することができる。
【００４０】
本発明で作製される液体吐出ヘッドは、色材粒子を含むインクの吐出に限定されず溶媒中に分散させた帯電性粒子を含む溶液を吐出するヘッドであればよく、溶液の種類は限定されない。
【００４１】
このように先鋭部５４を有し、内部にインク供給路５７となるインクガイド部材貫通孔５０ａを有するインクガイド部材５０を、高精細に形成し、高精度・高密度に複数配置されたインク吐出ヘッド３は以下のように作製される。
図４（ａ）〜（ｈ）及び図５（ａ）〜（ｈ）は本発明のインク吐出ヘッドの作製方法の一実施形態であるインクガイド部材の作製方法を説明する図で、図４（ａ）〜（ｈ）は、インクガイド部材の作製される絶縁性基板の基板面の上方からみた平面図で、図５（ａ）〜（ｈ）は、図４（ａ）〜（ｈ）中Ｘ−Ｘ’線に沿って切断したときの図４（ａ）〜（ｈ）に対応した工程中の絶縁性基板を含む断面図である。
【００４２】
まず、図５（ａ）に示すように例えばガラス基板などの、透明性を有する絶縁性材料からなるマスク基板７２が用意される。このマスク基板７２の図５（ａ）中下側の面に、例えばＣｒからなる遮光層７４が形成される。このとき遮光層７４にはフォトリソグラフィーとリフトオフにより所定の開口パターン４３が形成される。この開口パターン４３は図４（ａ）に示すように略半円状の遮光領域４５の周囲を囲むような形状になっている。また、遮光層７４の表面のインク吐出ヘッド作製範囲外の少なくとも一箇所にアライメント用キーマーク４７がフォトリソグラフィーとリフトオフにより形成される。ここで透明性とは、後述する感光性樹脂層８１（図５（ｄ）参照）の露光において、照射された光がマスク基板７２及び絶縁性基板７９（図５（ｄ）参照）を透過した際、絶縁性基板７９表面に形成された感光性樹脂層８１を光の進行方向全体に渡って感光させることができる程度の光強度を有するように光を透過させることをいう。
【００４３】
次に、遮光層７４が形成された面と反対側のマスク基板７２の表面に、図５（ｂ）に示すように遮光性領域４５に一致するようにレジストパターン４９がフォトリソグラフィーにより形成される。このレジストパターン４９をマスクとし、マスク基板７２がドライエッチングされ、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すようにマスク基板７２の表面に突起部７８が形成される。
【００４４】
次に、突起部７８と同じ高さの、例えばガラスなどの透明性を有する絶縁性基板７９が用意される。この絶縁性基板７９の、突起部７８に対応する位置に、突起部７８と同じ断面形状で突起部７８に比べ断面積が若干大きい絶縁性基板貫通孔７９ａがフォトリソグラフィー及びドライエッチングにより形成される。その後、マスク基板７２のレジストが除去される。その後、絶縁性基板貫通孔７９ａとマスク基板７２の突出部７８とが嵌合するように、絶縁性基板７９がマスク基板７２上に配置され、遮光層７４が表面に形成されたマスク基板７２及び絶縁性基板７９が一体化され、土台基板８０が形成される。ここで透明性を有するとは、前述と同じ様に、後述する感光性樹脂層８１（図５（ｄ）参照）の露光において、照射された光がマスク基板７２及び絶縁性基板７９を透過した際、絶縁性基板７９表面に形成された感光性樹脂層８１を光の進行方向全体に渡って感光させることができる程度の光強度を有するように光を透過させることをいう。
【００４５】
次に、図４（ｄ）及び図５（ｄ）に示すように、土台基板８０表面に例えばＭｉｃｒｏＣｈｅｍ  社製ＮＡＮＯ  ＳＵ−８等の感光性樹脂材料がスピンコート法により厚さｈ３  以上になるように塗布される。その後ホットプレートあるいはクリーンオーブンで例えば５０℃〜９０℃以上に加熱され溶媒が除去され、厚膜の感光性樹脂層８１が形成される。本実施形態にて使用する感光性樹脂材料は感光した部分が架橋するネガ型レジストとして説明する。
【００４６】
次に、図４（ｅ）及び図５（ｅ）で示すように、絶縁性基板７９の周辺部分に高さがｈ２  のスペーサ８２が配置される。この後、表面に深さがｈ１  の略四角錘形状の凹部９１が形成された型基板９０（図６参照）が、この凹部９１が感光性樹脂層８１の表面に対向するように感光性樹脂層８１上に配置される。なお、型基板９０には略四角錘形状の凹部９１とは別の所望のアライメント用ターゲット形成マーク９２が少なくとも一箇所形成されている。型基板９０を感光性樹脂層８１上に配置する際、遮光層７４に形成されているキーマーク４７と、このターゲット形成マーク９２とがアライメントされる。このアライメントにより図４（ｅ）で示すように、絶縁性基板７９の基板面上方から見て略四角錘形状の凹部９１の位置がマスク基板７２の遮光領域４５の位置の近傍にくるように配置される。この後、型基板９０が感光性樹脂層８１上に配置された土台基板８０全体が加熱プレス機にセットされ、例えばＳＵ−８のガラス転移点の５０℃〜６０℃以上に加熱され、型基板９０と感光性樹脂層８１の間隙を真空ポンプで脱気しつつ、型基板９０と土台基板８０とが例えば０．１ＭＰａ以上の圧力で押圧される。このとき、型基板９０と土台基板８０との距離は高さｈ２  のスペーサ８２によって規制され、土台基板８０から型基板９０の四角錘状の凹部９１の最深部までの距離はｈ３  となる。次に、図４（ｆ）及び図５（ｆ）に示すように、全体が室温まで冷却され型基板９０が感光性樹脂層８１から取り外されると、感光性樹脂層８１の表面には、上述の型基板９０の押圧によって成型された、断面形状が高さｈ１  の三角形状の凸部８３が形成されている。
【００４７】
次に、土台基板８０の図５中下側の表面から土台基板８０に対して垂直に波長３５０〜４００ｎｍの紫外線が照射され、感光性樹脂層８１が開口パターン４３に対応し露光される。このとき遮光領域４５に対応する部分は露光されず未感光となる。この後ホットプレートあるいはクリーンオーブンで例えば５０℃〜９０℃以上に加熱され、さらにこの後土台基板８０が感光性樹脂層８１ごとダイシング等により所定の液体吐出ヘッドサイズに切断される。この後、土台基板８０が感光性樹脂層８１ごと現像液に浸され、感光性樹脂層８１の未露光部が溶解される。さらに、純水リンスで全体が洗浄され現像液が取り除かれる。この後、露光部が例えば１００℃から２００℃で硬化処理され図４（ｇ）及び図５（ｇ）に示すような先端に高精細に形成された高さｈ１  の先鋭部８４を有し、絶縁性基板貫通孔７９ａと接続する構造物貫通孔８５ａが内部に形成された構造物８５が得られる。
【００４８】
その後、硬化処理された構造物８５表面に、マスクを用い選択的に先鋭部８４に金属材料が蒸着され、金属層８６が形成される。その後、マスク基板７２が絶縁性基板７９から取り外され、図４（ｈ）及び図５（ｈ）に示すように絶縁性基板７９上に突出部材であるインクガイド部材５０が形成される。
【００４９】
以上の工程により、ヘッド基板貫通孔３４ａ（絶縁性基板貫通孔７９ａ）と接続するインクガイド部材貫通孔５０ａ（構造物貫通孔８５ａ）を内部に有する、全体の高さｈ３  で、先端に表面が導電膜８９（金属膜８６）で覆われた高さｈ１  の先鋭部８４（先鋭部５４）が設けられたインクガイド部材５０がヘッド基板３４（絶縁性基板７９）上に複数配置された構成部材が得られる。
【００５０】
この後、インクガイド部材５０が形成されたヘッド基板３４に対し、図１で示されるようにインク収容室３２、上蓋３６、及び記録媒体４２が配置された対向電極４０が設置され、インク吐出ヘッド３が作製される。
【００５１】
本実施例形態においては感光性樹脂材料としてネガ型のレジストが用いられたが感光性樹脂材料はポジ型のレジストであっても構わない。この場合、本実施形態とは異なり、感光性樹脂層８１の露光において最終的にインクガイド部材とする領域が遮光され、これ以外の部分が露光されることで所望の位置及び形状にインクガイド部材が形成される。
【００５２】
次に、本発明の実施形態で使用される型基板９０について詳細に説明する。図６は、本発明のインク吐出ヘッドの作製方法で用いる型基板の一例を示す概略構成図である。型基板９０はその表面に略四角錘状の凹部９１が形成されたＳｉ単結晶基板９３の表面に、例えばフッ化樹脂からなる剥離層９４が形成された構成になっている。Ｓｉ単結晶基板９３は（１００）結晶面を表面にもつｐ型の単結晶基板であり、その基板表面には基板表面からその最深部の深さがｈ１  で、斜面が（１１１）結晶面より形成された略四角錘状の凹部９１が、高精度に複数形成されている。また、表面の所定の位置にはアライメント用ターゲット形成マーク９２が少なくとも一箇所形成されている。
【００５３】
以下型基板９０の作製方法について詳細に説明する。
図７（ａ）〜（ｆ）及びは図８（ａ）〜（ｆ）は本発明による型基板９０の作製方法を説明する図で、図７（ａ）〜（ｆ）は、型基板の基板面の上方からみた平面図で、図８（ａ）〜（ｆ）は、図７（ａ）〜（ｆ）中Ｙ−Ｙ’線に沿って切断したときの図７（ａ）〜（ｆ）に対応した工程中の型基板の断面図である。
まず、図８（ａ）に示すように、ｐ型の（１００）結晶面のＳｉ単結晶基板９３表面に熱酸化層９５が例えばドライ酸化により形成される。その後、図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、その上にレジスト層９６がスピンコート法により塗布される。
【００５４】
次に、図７（ｃ）及び図８（ｃ）に示すようにレジスト層９６が例えばスピンコート法により形成された後、露光・現像され四角形状に開口されたレジストの開口パターン６１及び十字状のレジストの開口パターン６３が形成される。
【００５５】
次に、図７（ｄ）及び図８（ｄ）に示すように熱酸化層９５が、例えばＲＩＥ装置（反応性イオンエッチング装置）によりドライエッチングされた後、レジスト層９６が除去され、四角形状に開口された酸化膜の開口パターン６５及び十字状の酸化膜の開口パターン６７が形成される。
【００５６】
次に、図７（ｅ）及び図８（ｅ）に示すように酸化膜の開口パターン６５及び十字状の酸化膜の開口パターン６７をエッチングマスクとし、例えば３０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液により異方性エッチングされた後、熱酸化層９５が除去される。これにより、斜面が（１１１）結晶面より形成された断面が略四角錘形状の凹部９１とターゲット形成マーク９２とが得られる。
【００５７】次に、図７（ｆ）及び図８（ｆ）に示すように表面に例えばフッ素樹脂コーティング材料がスプレーされ、剥離層９４が形成される。以上の方法により、表面に剥離層９４を有し、表面に深さのｈ１  のＶ溝状の凹部９１が設けられた型基板９０が作製される。
【００５８】
以上の方法により作製された型基板９０は、フォトリソグラフィーにより高精度の形状・配置に形成されたレジストの開口パターン６１を用い、異方性エッチングにより高精度の形状・配置のＶ溝状の凹部９１が形成されている。この型基板９０を上述の実施形態に示されるように感光性樹脂層８１に押圧することで、高精度な配置・形状の、高さｈ１  で断面が三角形状を成した凸部８３を感光性樹脂層８１表面に高密度・高精度に形成することができる。
【００５９】
なお、上述の実施形態では型基板９０の表面には剥離層９４が形成されたが、Ｓｉ半導体単結晶面のまま感光性樹脂層８１に型基板９０が押圧されても構わない。ただし、この場合、押圧後の感光性樹脂層８１から型基板９０が剥離される際に、感光性樹脂材料とＳｉ単結晶面が粘着し剥離できないか、部分的に感光性樹脂が型基板に付着した状態で付着され形状不良を生じる場合もある。このため、容易に剥離可能で剥離不良による形状不良の発生をより確実に抑える点で表面に剥離層９４が形成されることが好ましい。
【００６０】
本発明のインク吐出ヘッド及びこのインク吐出ヘッドの作製方法は、基本的に以上のようなものである。以上、インク吐出ヘッド及びインク吐出ヘッド作製方法ついて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【００６１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、溶液ガイド部材先端の先鋭部のごく近傍から溶液を流出させることで、液滴の吐出位置である溶液ガイド部材の最頂部に素早く帯電粒子を含む溶液を供給することができる。また、流出した溶液が先鋭部の斜面の一部を横切る溶液流を形成し、その一部が溶液ガイド部材の最頂部に導かれてメニスカスを形成するので、流出する溶液の圧力変動に影響されることなくメニスカスを安定に形成することができる。このため、先端が先鋭な溶液ガイド部材の最頂部から、微小な液滴を高周波に安定して吐出することができる。
【００６２】
また、溶液ガイド部材の内部に、ヘッド基板面から先鋭部まで液体吐出方向に高さ方向に形成された溶液ガイド部材貫通孔を溶液供給路とすることで、溶液吐出位置である最頂部のごく近傍から溶液を流出させることができる。これにより、安定したメニスカスを素早く形成することができるので、先端が先鋭な溶液ガイド部材の最頂部から、微小な液滴を高周波に安定して吐出することができる。また、溶液ガイド部材の中に溶液供給路を形成することで、溶液ガイド部材の断面を小さくすることができ、溶液ガイド部材をヘッド基板上に高密度に配置することができるので、微細な液滴を高密度に吐出することができる。
【００６３】
また、溶液ガイド部材の少なくとも前記先鋭部を含む領域の表面に導電膜が形成されているので、最頂部に強電界が生じ比較的低い電圧で溶液を最頂部から吐出させることができる。
【００６４】
また、本発明のインク吐出ヘッドは、ヘッド基板と離間して板状の上蓋が設けられており、上蓋に形成された上蓋貫通孔から溶液ガイド部材の先鋭部が突出している。先鋭部が突出した側の上蓋の一方の表面にはメニスカス内の帯電粒子に作用する電界を形成する駆動電極を有し、他方の表面には、駆動電極と対向して設けられたシールド電極とを有している。このため、溶液供給路内の帯電粒子に溶液の進行方向と逆向きの電界がかからず、安定した濃度の帯電粒子を含む溶液が溶液流出口から流出し、メニスカス内の帯電粒子濃度も安定する。よって、安定した濃度、大きさの液滴を最頂部から吐出させることができる。
【００６５】
また、溶液ガイド部材貫通孔がヘッド基板に形成されたヘッド基板貫通孔と接続され、前記ヘッド基板の面と反対側の面からヘッド基板貫通孔を介して溶液が供給されるため、個々の溶液ガイド部材貫通孔に、安定した圧力および帯電粒子の濃度で溶液を供給することができる。このため安定した濃度の帯電粒子を含む溶液が溶液流出口から流出し、メニスカス内の帯電粒子濃度も安定する。よって、安定した濃度、大きさの液滴を最頂部から吐出させることができる。
【００６６】
また、本発明によれば、ヘッド基板上に感光性樹脂層を形成し、この表面に別途作製された型基板を押圧することで感光性樹脂層表面に最頂部が先鋭な凸部を形成し、この凸部を含んだ領域が部材の一部として残るように感光性樹脂層の一部を感光させ現像することで溶液ガイド部材を形成する。このため、先端に型基板で成型された先鋭部が設けられた溶液ガイド部材を、従来の液体吐出ヘッド製造方法に比べ、高密度かつ高精度に配置し形成することができる。これにより、従来に比べ、溶液を小さな液滴として高密度に精度良く吐出させることができる液体吐出ヘッドを作製することができ、また、従来の作製方法に比べ工程が簡略化でき溶液ガイド部材の形状不良も発生しにくい。このため、従来の作製方法に比べ、液体吐出ヘッドを高い生産性で作製することができる。また、フォトリソグラフィー法を用いて溶液ガイド部材を形成することができ、溶液ガイド部材の形状も自由に設計でき、様々な形状の溶液ガイド部材を作製できる。このため液体吐出ヘッドの用途や吐出しようとする溶液の特徴に応じた種々の形状の溶液ガイド部材からなる液体吐出ヘッドを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態であるインク吐出ヘッドの概略構成図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は図１に示すインク吐出ヘッドの複数のインクガイド部材のうちの一つのインクガイド部材を説明する図である。
【図３】図１に示すインク吐出ヘッドの液体吐出動作について説明する図である。
【図４】（ａ）〜（ｈ）は、本発明の液体吐出ヘッドの作製方法の一実施形態であるインクガイド部材の作製方法を説明する図である。
【図５】（ａ）〜（ｈ）は、図４（ａ）〜（ｈ）に示すインクガイド部材の作製方法を図４（ａ）〜（ｈ）と異なる方向からみた図である。
【図６】図４（ａ）〜（ｇ）に示すインク吐出ヘッドの作製方法で用いる型基板の一例を示す概略構成図である。
【図７】（ａ）〜（ｆ）は本発明において用いる型基板の作製方法を説明する図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は図７に示す型基板の作製方法を図７と異なる方向からみた図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、従来の画像記録装置におけるインク吐出手段の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
１  インク吐出装置
２  インク還流ユニット
３  インク吐出ヘッド（インク吐出ユニット）
６  電源ユニット
１２  インク
１４  インク流
１６  メニスカス
１８  インク滴
２０  インク循環装置
２２  インク供給パイプ
２４  インク回収パイプ
２６  インクポンプ
２８  インクタンク
３２  インク収容室
３４  ヘッド基板
３６  上蓋
３８  インク回収路
４２  記録媒体
４３、６１、６３、６５、６７  開口パターン
４４  駆動電極
４５  遮光領域
４６  分離障壁
４７  キーマーク
４８  シールド電極
５０  インクガイド部材
５２  基部
５４，８４  先鋭部
５８  最頂部
６２  バイアス電源
６４  駆動電源
７２  マスク基板
７４  遮光層
７８  突起部
７９  絶縁性基板
８０  土台基板
８１  感光性樹脂層
８２  スペーサ
８３  凸部
８５  構造物
８６  金属層
９０  型基板
９１  凹部
９２  ターゲット形成マーク
９３  Ｓｉ単結晶基板
９４  剥離層
９５  熱酸化層
９６  レジスト層
１００  記録ヘッド
１０１、１０２  支持部材
１０４  記録液供給路
１０５  色材粒子
１０６  記録液
１０８  記録媒体
１１１  第１電極
１１２  第２電極
１２０  突起板
１２２  突起
１１２  第２電極
１３０  対向電極
１４０  メニスカス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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