(57)【要約】      （修正有）【課題】貫通孔が形成される板状部材の歪みや撓みが少ない液滴吐出部材を提供する。【解決手段】板状部材３に形成された１つ以上の貫通孔４から液滴を吐出する液滴吐出部材において、板状部材３’の吐出面側における貫通孔の開口周囲を板状部材の板面よりも凹んでいる溝で囲う溝部３ａを有する。これにより、貫通孔が形成される板状部材の歪みや撓みが少ない液滴吐出部材とすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状部材に形成された１つ以上の貫通孔から液滴を吐出する液滴吐出部材において、
前記板状部材の吐出面側における前記貫通孔の開口周囲を該板状部材の板面よりも凹んでいる溝で囲う溝部を有することを特徴とする液滴吐出部材。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴吐出部材において、
前記溝部は、前記貫通孔の開口周囲を略等幅の溝で囲うものであることを特徴とする液滴吐出部材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液滴吐出部材において、
前記板状部材の吐出面側における前記貫通孔の開口縁が該板状部材の板面よりも突出した突出部であることを特徴とする液滴吐出部材。
【請求項４】
請求項３に記載の液滴吐出部材において、
前記板状部材は前記貫通孔を２以上有し、
隣接する２つの貫通孔の開口縁の周囲に位置する溝部間には、前記板状部材の板厚と同じ板厚部を有することを特徴とする液滴吐出部材。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の液滴吐出部材において、
前記突出部の外形は、突出部先端に向けて貫通孔に近づく形状であることを特徴とする液滴吐出部材。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれか１項に記載の液滴吐出部材において、
前記突出部の先端面における前記貫通孔の開口縁から外縁までの長さが１μｍ以上であることを特徴とする液滴吐出部材。
【請求項７】
液滴吐出部材から液滴を吐出して画像を形成する画像形成装置において、
前記液滴吐出部材として、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液滴吐出部材を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
板状部材に１つ以上の貫通孔を形成する板状部材に対する貫通孔の形成方法において、
前記板状部材の吐出面側が該板状部材の板面よりも凹んでいる薄肉部をプレス部材によって加圧して前記貫通孔を加工する貫通孔加工工程を有し、
前記貫通孔加工工程では、前記板状部材の吐出面側における前記貫通孔の開口周囲に前記薄肉部による溝部が形成されるように加工することを特徴とする板状部材に対する貫通孔の形成方法。
【請求項９】
請求項８に記載の板状部材に対する貫通孔の形成方法において、
前記貫通孔加工工程の前に、前記薄肉部に対応する前記板状部材の部分の厚みをエッチング加工によって薄くするエッチング加工工程を有することを特徴とする板状部材に対する貫通孔の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出部材、画像形成装置及び板状部材に対する貫通孔の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の液滴吐出部材としては、例えば、加圧液室内の液体をノズル孔から吐出させて画像を形成するインクジェット記録装置等の画像形成装置に用いられるものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ノズルプレート（板状部材）の吐出面側におけるノズル貫通孔の開口縁がノズルプレート表面の板面よりも突出した突出部であるインクジェットヘッド（液滴吐出部材）が開示されている。このノズルプレートは、加工前のノズルプレートに対し、ノズルプレート裏面からパンチ（プレス部材）によりプレス加工する。その後、このプレス加工によりノズルプレート表面側に隆起させた隆起部をラッピングフィルムシートで研磨して、当該隆起部の先端面を開口させることにより、ノズル貫通孔を形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、板状部材に１つ以上の貫通孔を形成する方法には、プレス加工、電鋳加工、エッチング加工、レーザー加工などの加工方法が知られ、板状部材の使用目的などに応じて適宜選択して利用される。その中でも、プレス加工を用いて板状部材に１つ以上の貫通孔を形成する場合、プレス加工によって板状部材に歪みや撓みが発生してしまうという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明は、板状部材に形成された１つ以上の貫通孔から液滴を吐出する液滴吐出部材において、前記板状部材の吐出面側における前記貫通孔の開口周囲を該板状部材の板面よりも凹んでいる溝で囲う溝部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、貫通孔が形成される板状部材の歪みや撓みが少ないという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、実施形態におけるノズルプレートの製造工程を説明するための説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、比較例におけるノズルプレートの製造工程を説明するための説明図である。
【図３】実施形態における段差の深さΔｔＡ（すなわち、薄肉部の板厚ｔＡ）と係数ａとの関係を示すグラフである。
【図４】（ａ）は、変形例１におけるプレス加工前における段差が形成されたＳＵＳ平板を示す断面図であり、（ｂ）は、変形例１におけるノズルプレートを示す断面図である。
【図５】（ａ）は、実施形態におけるプレス加工前における段差が形成されたＳＵＳ平板を示す断面図であり、（ｂ）は、実施形態におけるノズルプレートを示す断面図である。
【図６】（ａ）は、変形例２におけるプレス加工中のＳＵＳ平板を示す断面図であり、（ｂ）は、変形例２におけるノズルプレートを示す断面図である。
【図７】（ａ）は、変形例３におけるプレス加工中のＳＵＳ平板を示す断面図であり、（ｂ）は、変形例３におけるノズルプレートを示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、ＳＵＳ平板に段差を形成する段差形成方法の各例を示す断面図である。
【図９】実施形態における記録ヘッドの分解斜視説明図である。
【図１０】実施形態における記録ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。
【図１１】駆動用の圧電素子柱と支柱用の圧電素子柱とを交互に使用するバイピッチ構成を示す説明図である。
【図１２】すべての圧電素子柱を駆動用圧電素子柱として使用するノーマルピッチ構成を示す説明図である。
【図１３】実施形態におけるインクジェット記録装置の内部機構を例示する斜視図である。
【図１４】同インクジェット記録装置の内部機構を例示する側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明に係る液滴吐出部材としての液滴吐出ヘッドを、画像形成装置としてのインクジェット記録装置に適用した一実施形態について説明する。
本実施形態のインクジェット記録装置は、主走査方向に移動可能なキャリッジ上に液滴吐出ヘッドである記録ヘッドが搭載され、記録ヘッドから吐出されるインク（液体）によって用紙上に画像を記録するものである。なお、本実施形態におけるインクジェット記録装置は、インクを吐出する例であるが、吐出する液体は、インクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えばＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。また、画像が記録される記録材も、紙に限らず、例えば、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の材質の媒体を含む。
【０００９】
まず、記録ヘッドにおけるインクを吐出するノズル（貫通孔）が形成されたノズルプレート（板状部材）の製造方法について説明する。
図１（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態におけるノズルプレートの製造工程を説明するための説明図である。
本実施形態では、まず、図１（ａ）に示すように、ノズルプレートの基材となる板状部材としてのＳＵＳ平板３’を準備する。ＳＵＳ平板３’は、ノズルプレート３の基材として適切なものであれば、その材料に特に限定はなく、一般には金属材料からなる平板部材が用いられる。
【００１０】
次に、図１（ｂ）に示すように、ＳＵＳ平板３’におけるノズル吐出口４ａ側の面（吐出面）に段差３ａ’を形成した後、ＳＵＳ平板３’をプレス加工装置上のダイ５１にセットする。段差３ａ’は、エッチング処理により形成することができるが、これに限らず、マスクパターンの転写によって形成する加工工法や、エンドミルなどのような切削工具によって形成する加工方法や、プレス加工で形成する加工工法などであってもよい。
【００１１】
次に、図１（ｃ）に示すように、ノズル寸法等に合わせて作製されたプレス部材としてのノズルパンチ５２をプレス加工装置にセットし、ＳＵＳ平板３’における吐出面とは反対側の面（液室内壁面）から垂直にノズルパンチ５２でプレスする。このとき、ノズルパンチ５２の先端がＳＵＳ平板３’の吐出面よりも突き出るまでノズルパンチ５２を加圧する。その後、ノズルパンチ５２を引き出す。本実施形態では、プレス後の状態において、図１（ｄ）に示すように、ＳＵＳ平板３’のプレス部分は貫通されず、吐出面側に隆起した状態になる。
【００１２】
次に、図１（ｄ）のように、テープ研磨装置５３を用いてＳＵＳ平板３’の吐出面側に隆起した隆起部３ｂ’を研磨し、ノズルパンチ５２による孔の先端を開口させて貫通孔とする。これにより、その貫通孔がインクを吐出するノズルとなるノズルプレート３が製造される。このとき、図１（ｅ）に示すように、吐出面側におけるノズル（貫通孔）の開口縁（吐出口の縁）は吐出面の板面よりも突出した突出部３ｂとなる。また、ノズル開口縁（吐出口の縁）の周囲には、突出部３ｂに隣接して、吐出面の板面よりも凹んでいる溝部３ａも形成される。
【００１３】
ここで、ノズルパンチ５２によるプレス加工時に、板厚をｘとするＳＵＳ平板３’に発生する変形量（撓み量）δｘは、断面二次モーメントをＩとすると、簡易的な両持ち梁のモデルから、下記の式（１）より求めることができる。
δｘ  ＝  Ｗｘ  ×  Ｌ３／（４８×Ｅ×Ｉ）  ・・・（１）
【００１４】
なお、前記式（１）において、「Ｗｘ」は、板厚ｘにおいてノズルパンチ５２がＳＵＳ平板３’に与えるプレス力、「Ｌ」は、ダイ５１の加工孔５１ａもしくは段差３ａ’の所定方向長さ（当該モデルの両持ち梁の長手方向長さ）のうちの長い方の長さ、「Ｅ」は、ＳＵＳ平板３’のヤング率である。また、ＳＵＳ平板３’の板面に対して垂直な断面における長方形の横辺の長さをｂ（＝ダイ５１の加工孔５１ａもしくは段差３ａ’のうちの長い方の長さＬ）、縦辺の長さをｔ（＝ＳＵＳ平板３’の薄肉部の板厚）としたとき、断面二次モーメントＩは、下記の式（２）で表される係数である。
Ｉ  ＝  ｂ  ×  ｔ３／１２  ・・・（２）
【００１５】
ここで、本実施形態におけるノズルプレート３の変形量と比較するための比較例を説明する。
図２（ａ）〜（ｅ）は、比較例におけるノズルプレートの製造工程を説明するための説明図である。
比較例においては、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、段差３ａ’を形成していないＳＵＳ平板３’に対してノズルパンチ５２でプレスし、吐出面側に隆起した隆起部３ｂ’をテープ研磨装置５３で研磨して、ノズルプレート３を製造する。比較例のノズルプレート３は、図２（ｅ）に示すように、吐出面側におけるノズル開口縁（吐出口の縁）は吐出面の板面よりも突出しておらず、板面の高さとほぼ同じである。また、ノズル開口縁（吐出口の縁）の周囲には、溝部３ａが存在しない。
【００１６】
本実施形態におけるノズルプレート３の変形量をδＡとし、比較例におけるノズルプレート３の変形量をδＢとしたとき、δＡ−δＢ＜０となる条件が満たされれば、本実施形態におけるノズルプレート３は比較例よりも変形量が低減されていることになる。ここで、薄肉部の板厚ｘが大きいほど、プレス力Ｗｘが線形的に大きくなることがわかっている。よって、薄肉部の板厚がｔＡである本実施形態でのプレス力ＷＡと、薄肉部の板厚がｔＢである比較例でのプレス力ＷＢとの関係は、下記の式（３）で表すことができる。
ＷＢ  ＝  ａ  ×  ＷＡ  ・・・（３）
【００１７】
係数ａは、本実施形態における薄肉部の板厚ｔＡが比較例における薄肉部の板厚ｔＢよりも薄いため、ａ＞１になる。ただし、係数ａの値は、薄肉部の板厚ｔＡ，ｔＢ、ＳＵＳ平板３’の材料、ノズルパンチ５２の先端形状などによって変化する。
【００１８】
図３は、ＳＵＳ平板３’の材料としてＳＵＳ３１６Ｌ材を使用した場合において、本実施形態における段差３ａ’の深さΔｔＡ（すなわち、薄肉部の板厚ｔＡ）と、係数ａとの関係を示すグラフである。
このグラフは、比較例のノズルプレート３に対し、本実施形態における段差３ａ’の深さΔｔＡを変えて薄肉部の板厚ｔＡを変化させたときの係数ａの変化を示すものである。比較例のノズルプレート３の変形量δＢは所望の目標値以下にすることができなかったが、本実施形態においては、ノズルプレート３の変形量δＡを所望の目標値以下にすることができた。このとき、係数ａは実験的に約１．１程度であることがわかっており、本実施形態における段差３ａ’の深さΔｔＡは、図３に示すグラフから、ＳＵＳ平板３’の当初の板厚ｔＢのおよそ０．０３倍よりも小さい深さであることが必要である。
【００１９】
本実施形態では、ＳＵＳ平板３’の当初の板厚ｔＢが５０μｍであり、段差３ａ’の深さΔｔＡを１μｍとし、ノズルパンチ５２の先端径を２０μｍとし、段差３ａ’の長さＬを１００μｍとして、ノズルプレート３を形成した。なお、比較例は、段差３ａ’が無い点を除いて、実質的に本実施形態と同様である。比較例のノズルプレート３は、薄肉部の板厚ｔＢが本実施形態における薄肉部の板厚ｔＡがよりも厚い分、本実施形態のプレス力ＷＡよりも大きなプレス力ＷＢが生じる。そのため、ノズルパンチ５２のプレス加工時におけるＳＵＳ平板３’への反作用の力が大きくなって、ＳＵＳ平板３’の板厚部が変形しやすく、製造されるノズルプレート３の撓みや歪みが大きいものとなる。また、ノズルパンチ５２の耐久性も低くなる。これに対し、本実施形態のノズルプレート３は、ノズルパンチ５２のプレス加工時におけるＳＵＳ平板３’への反作用の力が小さく、ＳＵＳ平板３’の板厚部が変形しにくいので、製造されるノズルプレート３の撓みや歪みが抑制されたものとなる。また、ノズルパンチ５２の耐久性も向上する。
【００２０】
以上のように、本実施形態の記録ヘッドは、板状部材であるＳＵＳ平板３’の吐出面側におけるノズル開口縁を突出部３ｂとしたことによるメリットと、ノズル開口縁の周囲に溝部３ａを有することによるメリットの両方を享受できる。ここで、前者のメリットとしては、例えば、特許文献１に記載されたインクジェットヘッドのメリットなどが挙げられ、具体的には、ノズルプレートの吐出面側にスクラッチの少ない記録ヘッドを実現できるなどのメリットである。
また、後者のメリットとしては、例えば、特許文献２に記載された液滴吐出ヘッドのメリットなどが挙げられる。特許文献２に開示の液滴吐出ヘッドは、吐出口配設部材における吐出口が配設された面のうち、吐出口の縁以外の部分に、微小の凹状部が複数配設され、例えば、溝部内の撥液材が長期間ワイピングも残存することによりノズルプレートの吐出面側の撥液性を長期間維持できるなどのメリットがある。本実施形態において、ノズルプレート３の吐出面側に撥液材を付着させる場合には、このメリットが得られる。
【００２１】
〔変形例１〕
次に、本実施形態におけるノズルプレート３の一変形例（本変形例を「変形例１」という。）について説明する。
図４（ａ）は、本変形例１におけるプレス加工前における段差３ａ’が形成されたＳＵＳ平板３’を示す断面図であり、図４（ｂ）は、本変形例１におけるノズルプレート３を示す断面図である。
図５（ａ）は、上述した実施形態におけるプレス加工前における段差３ａ’が形成されたＳＵＳ平板３’を示す断面図であり、図５（ｂ）は、上述した実施形態におけるノズルプレート３を示す断面図である。
【００２２】
本変形例１は、上述した実施形態のノズルプレート３よりも、段差３ａ’の長さＬを短くしてプレス加工したものである。前記式（１）に示すように、段差３ａ’の長さＬが短いほど、変形量δＡはその３乗倍の割合で小さくなる。したがって、本変形例１の方が、より撓みや歪みが少ないノズルプレート３となる。なお、本変形例１の具体例としては、ノズル配列方向におけるノズル間隔（吐出口の中心間距離）は１５０ｄｐｉに相当する距離であり、ノズルパンチ５２の先端径が２０μｍであるときに、段差３ａ’の長さＬを７０μｍとしたノズルプレート３である。
【００２３】
〔変形例２〕
次に、本実施形態におけるノズルプレート３の他の変形例（本変形例を「変形例２」という。）について説明する。
図６（ａ）は、本変形例２におけるプレス加工中のＳＵＳ平板３’を示す断面図であり、図６（ｂ）は、本変形例２におけるノズルプレート３を示す断面図である。
【００２４】
上述した実施形態では、ＳＵＳ平板３’のプレス加工に用いるプレス加工装置上のダイ５１の加工孔５１ａの長さが段差３ａ’の長さよりも短かった。本変形例２では、ＳＵＳ平板３’のプレス加工に用いるプレス加工装置上のダイ５１の加工孔５１ａの長さを、段差３ａ’の長さと同じか又は段差３ａ’の長さよりも短くして、プレス加工を行ったものである。
【００２５】
上述した実施形態のように、ダイ５１の加工孔５１ａの直径が段差３ａ’の長さＬよりも小さい場合には、プレス加工の際、ノズルパンチ５２のプレス方向へ引き伸ばされるＳＵＳ平板３’の肉が加工孔５１ａの形に沿って成形される。加工孔５１ａの内壁面は、ＳＵＳ平板３’の板面に対して垂直な面であるため、ＳＵＳ平板３’の吐出面側に隆起する隆起部３ｂ’の外壁面は、ＳＵＳ平板３’の板面に対して垂直な面又は垂直に近い面となる。そのため、テープ研磨装置５３によって貫通孔を開口させて形成されるノズルの先端部分（突出部３ｂ）の外壁面も、ＳＵＳ平板３’の板面に対して垂直な面又は垂直に近い面となる。
【００２６】
一般に、記録ヘッドの信頼性向上などの目的で、プレス加工後におけるＳＵＳ平板３’の吐出面側に対し、中間層、撥液膜などのコーティング処理を実施することが多い。このようなコーティング処理を、例えばスパッタリングのような異方性のある成膜方法により実施する場合に、ノズルの先端部分（突出部３ｂ）の外壁面がＳＵＳ平板３’の板面に対して垂直な面又は垂直に近い面であると、ノズルの先端部分（突出部３ｂ）の外壁面に適切なコーティング処理を施すことができない。そのため、ノズルの先端部分（突出部３ｂ）の外壁面ではコーティング処理の目的を達成できず、例えば撥液膜のコーティング処理であれば、吐出口周辺に液体が付着して固着しやすくなり、記録ヘッドの信頼性が低下するなどの問題を引き起こしやすい。
【００２７】
また、ノズルの先端部分（突出部３ｂ）の外壁面がＳＵＳ平板３’の板面（吐出面）に対して垂直な面又は垂直に近い面であるノズルプレート３の場合、ノズル先端面とノズル外壁面との境界に係る角部は、９０度又は９０度に近い角度となる。この場合、記録ヘッドとしての使用時にワイピング動作によってワイパー部材が払拭したときに、その角部に加わるワイパー部材からの当接圧が、当該角部が鈍角（９０度よりも十分に大きな角度）である場合よりも大きくなる。そのため、当該角部やその周囲に成膜されている撥液膜等が削られやすくなる結果、吐出口周辺に液体が付着して固着しやすくなり、記録ヘッドの信頼性が低下するなどの問題を引き起こしやすい。
【００２８】
本変形例２においては、図６（ａ）に示すように、ダイ５１の加工孔５１ａの長さが、ＳＵＳ平板３’の段差３ａ’の長さと同じか又は段差３ａ’の長さよりも短くしてある。そのため、プレス加工の際、ノズルパンチ５２のプレス方向へ引き伸ばされるＳＵＳ平板３’の肉が、加工孔５１ａの内壁面に接触しないで成形される。よって、ＳＵＳ平板３’の吐出面側に隆起する隆起部３ｂ’の外壁面は、ノズルパンチ５２によって引き伸ばされるままの形状をとり、ノズルの先端部分（突出部３ｂ）の外壁面は、ノズル先端部（突出部３ｂの先端）に向けて吐出口４ａに近づくように、ＳＵＳ平板３’の板面に対して傾斜したものとなる。
【００２９】
本変形例３によれば、ノズルの先端部分（突出部３ｂ）の外壁面は、ＳＵＳ平板３’の吐出面から離れる方向（外方）へ向くように形成されることになる。そのため、記録ヘッドの信頼性向上などの目的で、プレス加工後におけるＳＵＳ平板３’の吐出面側に対し、中間層、撥液膜などのコーティング処理を実施するときに、ノズルの先端部分（突出部３ｂ）の外壁面に適切なコーティング処理を施しやすい。
【００３０】
また、本変形例３によれば、ノズル先端面とノズル外壁面との境界に係る角部が鈍角（９０度よりも十分に大きな角度）になる。そのため、記録ヘッドとしての使用時にワイピング動作によってワイパー部材が払拭したときに、その角部に加わるワイパー部材からの当接圧を小さくできる。これにより、当該角部やその周囲に成膜されている撥液膜等が削られにくくなり、吐出口周辺に液体が付着して固着しにくくなる結果、記録ヘッドの信頼性を向上させることができる。
【００３１】
〔変形例３〕
次に、本実施形態におけるノズルプレート３の更に他の変形例（本変形例を「変形例３」という。）について説明する。
図７（ａ）は、本変形例３におけるプレス加工中のＳＵＳ平板３’を示す断面図であり、図７（ｂ）は、本変形例３におけるノズルプレート３を示す断面図である。
【００３２】
ノズルパンチ５２の先端径と段差３ａ’の長さとを近付けすぎると、あるいは、ノズルパンチ５２の先端径とダイ５１の加工孔５１ａの長さとを近付けすぎると、図６に示したように、突出部３ｂの肉厚（吐出面に平行な方向の肉厚）が薄くなる。この場合、ノズル先端部を構成する突出部３ｂの先端面（吐出口周面）における吐出口の縁から外縁までの長さが短くなりすぎる。これにより、ワイピング動作によって撥液膜等が剥がれやすくなり、剥がれた撥液膜等が突出部３ｂの先端に引っ掛かって残るなど、種々の問題を引き起こすおそれがある。
【００３３】
本変形例３では、図７（ａ）に示すように、上述した変形例２と同様、ダイ５１の加工孔５１ａの長さが、ＳＵＳ平板３’の段差３ａ’の長さと同じか又は段差３ａ’の長さよりも短くしてあるが、ノズルパンチ５２の先端径よりも十分に広くなるようにしてある。これにより、ノズル先端部を構成する突出部３ｂの先端面（吐出口周面）における吐出口の縁から外縁までの長さが短くなりすぎることがなくなる。この長さは１μｍ以上であるのが好ましい。
【００３４】
なお、前記式（１）に示すように、段差３ａ’の長さあるいはダイ５１の加工孔５１ａの長さが長くなるほど、プレス加工時におけるＳＵＳ平板３’の変形量δＡはその３乗倍の割合で大きくなる。そのため、本変形例３では、変形量を目標量以下に抑えることができる範囲内で、ダイ５１の加工孔５１ａの長さ及びＳＵＳ平板３’の段差３ａ’の長さを設定することが必要である。
【００３５】
〔変形例４〕
次に、本実施形態におけるノズルプレート３の更に他の変形例（本変形例を「変形例４」という。）について説明する。
図８（ａ）〜（ｃ）は、ＳＵＳ平板３’に段差３ａ’を形成する段差形成方法の各例を示す断面図である。
【００３６】
上述したように、ＳＵＳ平板３’に段差３ａ’を形成する段差形成方法としては、エンドミル等を用いた切削加工、プレス加工、エッチング加工などを採用することができる。ただし、切削加工による段差形成方法では、一般に、加工精度が比較的悪く、図８（ａ）に示すように、バリ５５が発生する。また、プレス加工による段差形成方法では、図８（ｂ）のように、プレスにより段差３ａ’の背面側（液室内壁面側）に突出部位５６が形成される。また、プレス加工の場合、段差３ａ’の板厚すなわち薄肉部の板厚は、板厚部の板厚とほぼ変わりがないことから、製造されるノズルプレート３の撓みや歪みを抑制するために薄肉部の板厚を薄くするという本来の目的が達成困難となる。
【００３７】
一方、エッチング加工による段差形成方法によれば、マスクパターンの転写によって形成するため加工位置の精度が高く、また、図８（ｃ）に示すように、切削加工時に生じ得るバリ５５も発生しない点で、切削加工よりも有利である。また、プレス加工で生じる突出部位５６も形成されることがなく、段差３ａ’の板厚すなわち薄肉部の板厚を薄くできる点で、プレス加工よりも有利である。また、工数の観点からも、段差形成方法には、切削加工やプレス加工よりも複数の同時加工が容易であるエッチング加工が好ましい。
【００３８】
次に、本実施形態における記録ヘッドの主要構成について説明する。
図９は、本実施形態における記録ヘッドの分解斜視説明図である。
図１０は、本実施形態における記録ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。
この記録ヘッドは、流路基板１と、この流路基板１の図中下面に接合される振動板部材２と、流路基板１の図中上面に接合されるノズルプレート３とを有する。記録ヘッドは、これらの部材によって、インク滴（液滴）を吐出する複数のノズル４がそれぞれノズル連通路５を介して連通する個別液室（あるいは加圧液室）６、個別液室６にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部７、この流体抵抗部７を介して個別液室６と連通する連通部８が形成されている。連通部８には、振動板部材２に形成された供給口９を介して後述するフレーム部材１７に形成された共通液室１０よりインクが供給される。
【００３９】
流路基板１は、シリコン基板をエッチングして連通路５、個別液室６、流体抵抗部７などの開口がそれぞれ形成されている。なお、流路基板１は、例えば、ＳＵＳ基板を、酸性エッチング液を用いてエッチング、あるいは打ち抜き（プレス）などの機械加工することで形成することもできる。
【００４０】
振動板部材２は、各個別液室６に対応してその壁面を形成する各振動領域（ダイアフラム部）２ａを有し、振動領域２ａにおける個別液室６とは反対側の面に凸部２ｂが設けられている。この凸部２ｂには、駆動素子としての積層型の圧電素子１２の各圧電素子柱１２Ａ，１２Ｂの上端面（接合面）が接合しており、圧電素子１２の下端面はベース部材１３に接合している。圧電素子１２の駆動により凸部２ｂを変位させて振動領域２ａを変形させ、これにより液滴を吐出させるエネルギーを発生させる。
【００４１】
本実施形態における圧電素子１２は、ＰＺＴなどの圧電材料層２１と内部電極２２ａ，２２ｂとを交互に積層したものであり、内部電極２２ａ，２２ｂがそれぞれ端面（すなわち圧電素子１２の積層方向に対して横方向の面）に引き出されている。この端面において、内部電極２２ａ，２２ｂは端面電極２３ａ，２３ｂに接続する。圧電素子１２は、端面電極２３ａ，２３ｂに電圧を印加することで、積層方向の変位が生じる。この圧電素子１２は、ハーフカットダイシングによる溝加工を施して１つの圧電素子部材に対して所要数の圧電素子柱１２Ａ，１２Ｂを形成したものである。
【００４２】
なお、圧電素子１２の圧電素子柱１２Ａ，１２Ｂは、同じものであるが、ここでは、駆動波形を与えて駆動させる圧電素子柱を圧電素子柱１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電素子柱を圧電素子柱１２Ｂとして区別している。この場合、図１１に示すように、駆動用の圧電素子柱１２Ａと支柱用の圧電素子柱１２Ｂとを交互に使用するバイピッチ構成でもよいし、図１２に示すように、すべての圧電素子柱を駆動用圧電素子柱１２Ａとして使用するノーマルピッチ構成のいずれの構成も採用できる。このようにして、ベース部材１３上に駆動素子としての複数の駆動用圧電素子柱１２Ａが並べて配置された駆動素子列（駆動用圧電素子柱１２Ａの列）が２列設けられた構成としている。
【００４３】
また、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて個別液室６内のインクを加圧する構成としているが、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて個別液室６内のインクを加圧する構成とすることもできる。また、圧電素子として用いる材料についても、本実施形態のものに限られず、一般に圧電素子材料として用いられるＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、（ＮａＫ）ＮｂＯ３等の強誘電体などの電気機械変換素子を用いることもできる。また、本実施形態では圧電素子に積層型のものを用いているが、単板の圧電素子を用いてもよい。単板の圧電素子としては、切削加工したもの、スクリーン印刷して焼結した厚膜のもの、スパッタや蒸着、或いはゾルゲル法により形成する薄膜のもの、などを用いることができる。また、１つのベース部材１３に設けられる圧電素子１２は１列としても、複数列設けられた構造としてもよい。
【００４４】
本実施形態において、圧電素子１２の各駆動用圧電素子柱１２Ａの外部電極２３ａには、配線部材としてのＦＰＣ１５が半田部材で直接接続されている。このＦＰＣ１５には、圧電素子１２の各駆動用圧電素子柱１２Ａに対して選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）１６が実装されている。なお、すべての圧電素子柱１２Ａの外部電極２３ｂは、電気的に共通に接続されてＦＰＣ１５の共通配線に対して同じく半田部材で接続される。また、ここでは、ＦＰＣ１５の圧電素子１２と接合される出力端子部には半田メッキが施されており、半田接合を可能にしているが、ＦＰＣ１５側ではなく、圧電素子１２側に半田メッキを施しても良い。また、接合方法についても、半田接合の他に、異方導電性膜による接合や、ワイヤボンディング接合などを用いることもできる。
【００４５】
本実施形態のノズルプレート３は、各個別液室６に対応して、直径１０〜３５μｍの吐出口４ａをもつノズル４が形成されたノズル基材３１の吐出面側に、中間層３２及び撥液層３３がそれぞれ形成されたものである。撥液層３３の表面には、撥液層３３を保護するためのテープを付した後、個別液室６側に形成された撥液層の除去工程を入れている。
【００４６】
また、ＦＰＣ１５が接続された圧電素子１２及びベース部材１３などで構成される圧電型アクチュエータユニット１０００の外周側には、エポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材１７が接合される。このフレーム部材１７には、上述した共通液室１０、共通液室１０に外部からインクを供給するための供給口１９が形成されており、その供給口１９は、サブタンクやインクカートリッジなどのインク供給源に接続される。
【００４７】
本実施形態の記録ヘッドは、例えば駆動用圧電素子柱１２Ａに印加する電圧を基準電位から下げることによって、圧電素子柱１２Ａが収縮し、振動板部材２の振動領域２ａがノズルプレート３から離れる向きに変位して個別液室６の容積を膨張させる。これにより、個別液室６内にインクが流入する。その後、圧電素子柱１２Ａに印加する電圧を上げて、圧電素子柱１２Ａを積層方向に伸長させると、振動板部材２をノズルプレート３側に変位し、個別液室６の容積が収縮する。これにより、個別液室６内のインクが加圧され、ノズル４を介して吐出口４ａからインク滴が吐出される。その後、圧電素子柱１２Ａに印加する電圧を基準電位に戻すことにより、振動板部材２が初期位置に復元することで、個別液室６が膨張し、個別液室６内に負圧が発生する。これにより、共通液室１０から個別液室６内にインクが充填される。そして、ノズルのメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。
【００４８】
なお、記録ヘッドの駆動方法については、上述した例に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって、引き打ち、押し打ちなどを適宜選択して行うことができる。
【００４９】
次に、本実施形態における記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について、図１３及び図１４を参照して説明する。
なお、図１３はインクジェット記録装置の内部機構を例示する斜視図であり、図１４はインクジェット記録装置の内部機構を例示する側面図である。
【００５０】
このインクジェット記録装置１００は、主に、記録装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ１０１と、キャリッジ１０１に搭載した記録ヘッド１０４と、記録ヘッド１０４へインクを供給するインクカートリッジ１０２とを含んで構成される印字機構部１０３を有している。
【００５１】
また、装置本体の下方部には、装置前方側（図１４中左側）から多数枚の用紙Ｐを積載可能な給紙カセット１３０が抜き差し自在に装着可能に設けられている。また、装置前方には、用紙Ｐを手差しで給紙するための手差しトレイ１０５が開倒可能に設けられている。インクジェット記録装置１００は、給紙カセット１３０或いは手差しトレイ１０５から給送される用紙Ｐを取り込み、印字機構部１０３によって所要の画像を記録した後、装置後方側に設けられる排紙トレイ１０６に排紙する。
【００５２】
印字機構部１０３は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１０７と従ガイドロッド１０８とでキャリッジ１０１を主走査方向に摺動自在に保持している。このキャリッジ１０１には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する記録ヘッド１０４が搭載されている。記録ヘッド１０４は、２列のノズル列のノズル配列方向が主走査方向に対して直交するように設けられ、また、２列のノズル列が形成されているノズルプレート３が下方を向くように配置されている。
【００５３】
また、キャリッジ１０１には、記録ヘッド１０４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１０２が交換可能に装着されている。インクカートリッジ１０２は、上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド１０４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド１０４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００５４】
キャリッジ１０１は、装置後方側（用紙搬送方向下流側）で主ガイドロッド１０７に摺動自在に嵌装されており、装置前方側（用紙搬送方向上流側）で従ガイドロッド１０８に摺動自在に載置されている。このキャリッジ１０１を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１０９で回転駆動される駆動プーリ１１０と従動プーリ１１１との間にタイミングベルト１１２を張装し、このタイミングベルト１１２をキャリッジ１０１に固定しており、主走査モータ１０９の正逆回転によりキャリッジ１０１が往復駆動される。
【００５５】
給紙カセット１３０にセットした用紙Ｐを記録ヘッド１０４の下方に搬送するため、給紙カセット１３０から用紙Ｐを分離給装する給紙ローラ１１３及びフリクションパッド１１４と、用紙Ｐを案内するガイド部材１１５と、給紙された用紙Ｐを反転させて搬送する搬送ローラ１６８と、この搬送ローラ１１６の周面に押し付けられる搬送コロ１１７及び搬送ローラ１１６からの用紙Ｐの送り出し角度を規定する先端コロ１１０とが設けられている。搬送ローラ１１６は、副走査モータ１２８によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００５６】
また、キャリッジ１０１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１６から送り出された用紙Ｐを記録ヘッド１０４の下方で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１１９が設けられている。この印写受け部材１１９の用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐを排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１２０、拍車１２３が設けられ、さらに用紙Ｐを排紙トレイ１０６に送り出す排紙ローラ１２１及び拍車１２４と、排紙経路を形成するガイド部材１２５，１２６とが設けられている。
【００５７】
画像記録時には、キャリッジ１０１を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０４を駆動することにより、停止している用紙Ｐにインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙Ｐを所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号または用紙Ｐの後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、画像記録動作を終了させ、用紙Ｐを排紙する。
【００５８】
また、キャリッジ１０１の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド１０４の吐出不良を回復するための回復装置１２７が配置されている。回復装置１２７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段とを有している。キャリッジ１０１は、待機中には、この回復装置１２７側に移動されて、キャッピング手段により記録ヘッド１０４がキャッピングされる。これにより、吐出口を湿潤状態に保ち、インク乾燥による吐出不良が抑制される。また、記録途中などに記録と関係しないインク滴を吐出することにより、すべての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００５９】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド１０４の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出す。また、吸引されたインクは、装置本体下部に設置された廃インク溜に排出され、廃インク溜の内部のインク吸収体に吸収保持される。また、吐出面に付着したインクやゴミ等は、クリーニング手段により除去され、吐出不良が回復される。このクリーニング手段には、記録ヘッドの吐出面に対してワイパー部材を吐出面に沿って相対移動させることにより、吐出面に付着したインク等を払拭するものが含まれる。
【００６０】
このように、インクジェット記録装置１００においては、本実施形態における歪みや撓みの抑制されたノズルプレート３を採用する記録ヘッド１０４が搭載されているので、高い吐出精度を実現できる。また、吐出面にスクラッチが生じにくく、また、吐出面（特に吐出口周囲）の撥液性を長期間維持できる。
【００６１】
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
ノズルプレート３等の板状部材に形成された１つ以上のノズル４等の貫通孔からインク滴等の液滴を吐出する記録ヘッド１０４等の液滴吐出部材において、前記板状部材の吐出面側における前記貫通孔の開口周囲を該板状部材の板面よりも凹んでいる溝で囲う溝部３ａを有することを特徴とする。
本態様に係る液体吐出部材であれば、貫通孔よりも広い範囲にわたって厚みを薄くした板状部材の薄肉部（段差３ａ’）をノズルパンチ５２等のプレス部材によってプレスして、貫通孔（ノズル４）を形成するという製造方法を採用することが可能である。具体的に説明すると、プレス部材によって板状部材をプレスして貫通孔を形成する場合、板状部材の吐出面側とは反対側（非吐出面側）からプレス部材でプレスする。そして、例えば、プレス部材によって薄肉部を部分的に打ち抜くか、あるいは、プレス部材によって薄肉部を隆起させた後にその隆起部を削って開口させるかして、貫通孔を形成する。この製造方法であれば、プレス部材によってプレスされる板状部材の部分が薄くなっているため、その部分が薄くなっていない場合よりも、薄肉部周辺の板状部材部分（板厚部）に生じる撓みや歪みを小さくできる。したがって、本態様に係る液体吐出部材であれば、撓みや歪みの小さい板状部材上の貫通孔から液滴を吐出することが可能となり、高い液滴吐出精度を実現することができる。
【００６２】
（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記溝部は、前記貫通孔の開口周囲を略等幅の溝で囲うものであることを特徴とする。
これによれば、より撓みや歪みを小さくすることができる。
【００６３】
（態様Ｃ）
前記態様Ａ又はＢにおいて、前記板状部材の吐出面側における前記貫通孔の開口縁が該板状部材の板面よりも突出した突出部３ｂであることを特徴とする。
これによれば、前記貫通孔の開口縁が突出部であることのメリットを享受できる。
【００６４】
（態様Ｄ）
前記態様Ｃにおいて、前記板状部材は前記貫通孔を２以上有し、隣接する２つの貫通孔の開口縁の周囲に位置する溝部間には、前記板状部材の板厚と同じ板厚部を有することを特徴とする。
これによれば、隣接する２つの貫通孔の間には、前記溝部となる薄肉部よりも肉厚な板厚部が存在することになるので、より撓みや歪みの小さい板状部材上の貫通孔から液滴を吐出することが可能となり、高い液滴吐出精度を実現することができる。
【００６５】
（態様Ｅ）
前記態様Ｃ又はＤにおいて、前記突出部の外形は、突出部先端に向けて貫通孔に近づく形状であることを特徴とする。
これによれば、上述した変形例２で説明したとおり、プレス加工後における板状部材の吐出面側に対してコーティング処理を実施する場合に、貫通孔の先端部分（突出部）の外壁面にも適切なコーティング処理が施しやすい。また、板状部材の吐出面側をワイピング動作によってワイパー部材で払拭する場合に、突出部先端面と突出部外壁面との境界に係る角部に加わるワイパー部材からの当接圧を小さくでき、当該角部やその周囲に成膜されている撥液膜等が削られにくくなる。
【００６６】
（態様Ｆ）
前記態様Ｃ〜Ｅのいずれかの態様において、前記突出部の先端面における前記貫通孔の開口縁から外縁までの長さが１μｍ以上であることを特徴とする。
これによれば、上述した変形例３で説明したとおり、例えば、ワイピング動作による撥液膜等の剥がれが生じにくくなるなどの問題を抑制できる。
【００６７】
（態様Ｇ）
記録ヘッド１０４等の液滴吐出部材からインク滴等の液滴を吐出して画像を形成するインクジェット記録装置等の画像形成装置において、前記液滴吐出部材として、前記態様Ａ〜Ｆのいずれかの態様に係る液滴吐出部材を用いたことを特徴とする。
これによれば、高い液滴吐出精度で画像を形成することができる。
【００６８】
（態様Ｈ）
ＳＵＳ平板３’等の板状部材に１つ以上の貫通孔を形成する板状部材に対する貫通孔の形成方法において、前記板状部材の吐出面側が該板状部材の板面よりも凹んでいる板状部材の段差３ａ’等の薄肉部をノズルパンチ５２等のプレス部材によって加圧して前記貫通孔を加工する貫通孔加工工程を有し、前記貫通孔加工工程では、前記板状部材の吐出面側における前記貫通孔の開口周囲に前記薄肉部による溝部３ａが形成されるように加工することを特徴とする。
これによれば、板状部材の撓みや歪みを抑制しつつ、板状部材に貫通孔を形成することができる。
【００６９】
（態様Ｉ）
前記態様Ｈにおいて、前記貫通孔加工工程の前に、前記薄肉部に対応する前記板状部材の部分の厚みをエッチング加工によって薄くするエッチング加工工程を有することを特徴とする。
薄肉部となる板状部材部分の厚みを薄くする加工方法としてエッチング加工を用いることにより、切削加工で生じ得るバリが発生せず、高精度な加工が実現できる。
【符号の説明】
【００７０】
１  流路基板
２  振動板部材
２ａ  振動領域
２ｂ  凸部
３  ノズルプレート
３ａ  溝部
３ｂ  突出部
３ａ’  段差
３ｂ’  隆起部
３’  ＳＵＳ平板
４  ノズル
４ａ  吐出口
３１  ノズル基材
３２  中間層
３３  撥液層
５１  ダイ
５１ａ  加工孔
５２  ノズルパンチ
５３  テープ研磨装置
１００  インクジェット記録装置
１０１  キャリッジ
１０２  インクカートリッジ
１０３  印字機構部
１０４  記録ヘッド
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７１】
【特許文献１】特開２００５−２８９０３９号公報
【特許文献２】特開２００８−４９５８８号公報
【図１】
2017061115.tif 000003
【図２】
2017061115.tif 000004
【図３】
2017061115.tif 000005
【図４】
2017061115.tif 000006
【図５】
2017061115.tif 000007
【図６】
2017061115.tif 000008
【図７】
2017061115.tif 000009
【図８】
2017061115.tif 000010
【図９】
2017061115.tif 000011
【図１０】
2017061115.tif 000012
【図１１】
2017061115.tif 000013
【図１２】
2017061115.tif 000014
【図１３】
2017061115.tif 000015
【図１４】
2017061115.tif 000016