(57)【要約】【課題】  本発明は、高画質化、高密度化と低コスト化を満たすことができる液体吐出ヘッド、ヘッドカートリッジ、画像形成装置、液体吐出ヘッドの製造方法、接合部材及び接合部材の製造方法を提供する。【解決手段】  第１の部材と第２の部材が接着剤で接合して形成される、本発明の液体吐出ヘッドは、第１の部材上に塗布形成されて第１の部材と第２の部材の間のギャップを規定する樹脂材からなる凸部を有している。そして、第１の部材に形成された凸部の頂面を第２の部材に当接した状態で第１の部材と第２の部材の間隙を接着剤で接合した。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と第２の部材が接着剤で接合して形成される液体吐出ヘッドにおいて、
前記第１の部材上に塗布形成されて前記第１の部材と前記第２の部材の間のギャップを規定する樹脂材からなる凸部を有し、
前記第１の部材に形成された前記凸部の頂面を前記第２の部材に当接した状態で前記第１の部材と前記第２の部材の間隙を接着剤で接合したことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記凸部は網目状に形成さ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】
前記凸部を形成する樹脂材はポリイミドであることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記凸部を形成する樹脂材は前記接着剤と同じ材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第１の部材が液体を加圧する圧力を発生させる駆動手段で、前記第２の部材が吐出された液体が充填される液室のすくなくとも一部の面を構成する振動板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記第１の部材が液体を蓄える液室が設けられた液室基板で、前記第２の部材が液体を吐出するノズルを少なくとも１つ以上備えているノズル板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記第１の部材が液体を蓄える液室が設けられた液室基板で、前記第２の部材が吐出される液体が充填される液室の少なくとも一部の面を構成する振動板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを搭載したことを特徴とするヘッドカートリッジ。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド、又は請求項８記載のヘッドカートリッジを搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
第１の部材と第２の部材が接着剤で接合して形成される液体吐出ヘッドを製造する液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記第１の部材と前記第２の部材の間のギャップを規定する凸部を前記第１の部材の接合面の表面に樹脂材の塗布により形成し、
前記第１の部材と前記第２の部材との接合面の少なくとも一方に接着剤を塗布し、
前記凸部の硬化後に前記第１の部材の頂面を前記第２の部材と当接した状態で前記第１の部材と前記第２の部材を接着剤で接合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１１】
前記凸部をインクジェットによって塗布形成することを特徴とする請求項１０記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記凸部を薄膜印刷によって塗布形成することを特徴とする請求項１０記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
第１の部材と第２の部材を接着剤で接合して形成される接合部材において、
前記第１の部材上に塗布形成されて前記第１の部材と前記第２の部材の間のギャップを規定する樹脂材からなる凸部を有し、
前記第１の部材に形成された前記凸部の頂面を前記第２の部材に当接した状態で前記第１の部材と前記第２の部材の間隙を接着剤で接合したことを特徴とする接合部材。
【請求項１４】
第１の部材と第２の部材が接着剤で接合して形成する接合部材を製造する接合部材の製造方法において、
前記第１の部材と前記第２の部材の間のギャップを規定する凸部を前記第１の部材の接合面の表面に樹脂材の塗布により形成し、
前記第１の部材と前記第２の部材との接合面の少なくとも一方に接着剤を塗布し、
前記凸部の硬化後に前記第１の部材の頂面を前記第２の部材と当接した状態で前記第１の部材と前記第２の部材を接着剤で接合することを特徴とする接合部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出ヘッド、ヘッドカートリッジ、画像形成装置、液体吐出ヘッドの製造方法、接合部材及び接合部材の製造方法に関し、詳細には駆動手段（主に圧電素子）により振動板を変位させノズルから液滴を吐出させる液体吐出ヘッドを構成する接合部材の接合技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置として使用するインクジェット記録装置は、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する、圧力室、加圧液室、液室、インク室、流路等の吐出室と、この吐出室内の液体を加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段とを備えて、アクチュエータ手段を駆動することで吐出室内液体を加圧してノズルから液滴を吐出させるものであり、記録の必要なときにのみ液滴を吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。
【０００３】
ところで、記録速度の高速化、記録密度の高密度化の要求から、複数のノズルを有するマルチノズルヘッドを使用し、さらに要求する液滴のサイズをますます小さくする傾向にある。そのために液室をより小さくする傾向にある。ノズルピッチを細かくするために幅方向が短くなるだけでなく、液室の長さ方向も短くする必要がある。これは、液室の圧力共振周波数を高くすることで、小さい滴を吐出させるためである。液室を小さくしたとしても、アクチュエータ素子による駆動エネルギーが液室には十分に伝搬されると共に、複数の液室を隔てている隔壁部分にはその駆動エネルギーが伝わらないようにする必要がある。また、各ノズルから吐出する液滴吐出特性を均一にする必要があり、各ヘッド間で液室（圧力室、加圧液室、吐出室、インク室）の容積や抵抗に違いが無いことや各部材間で接合によるズレの発生が起こらないように制御する方法が検討されている。各部材同士の接合に接着剤を使用することは一般的である。
【０００４】
従って、ノズル間隔を狭くするに伴い、液室を隔てている隔壁が狭くなるが、接合品質に関しては、液室の容積確保が確保するために接着剤のはみ出しを制御でき、かつ液室内の駆動エネルギーに耐えうる長寿命な接合が確保できる高強度な接合が要求されている。
【０００５】
そこで、接着剤を利用した接合時の接着剤の流れ出しを制御できるようにした特許文献１は珪素の結晶性基板又は酸化珪素の結晶性基板をエッチングすることにより圧力発生室、インク供給口及びリザーバが互いに連通する貫通孔として構成させている。このような特許文献１では、接合相手面が平坦であれば面取り部で接着剤を吸収することができるが、接合面の平面性が悪い場合、接着剤がない、つまり接着厚みが０になる部分が隔壁幅に対して広く生じる可能性があり、接合強度不足による接合信頼性の低下を生じせしめることになる。そこで、接着剤の量を多くしてもはみ出さないように、特許文献２のように圧電素子の接合面に溝を形成している。
【特許文献１】特許第３，１８９，５７５号明細書
【特許文献２】特開平１０−１１９２６３号公報
【特許文献３】特開平１０−１００４０１号公報
【特許文献４】特開平０２−２８９３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２によれば、接合面の平面性が悪い場合には、接合品質にバラツキが生じたり、島状凸部が接着剤に埋もれ、振動板薄肉部（ダイアフラム部）に接着剤が付着したりし、吐出特性に大きな悪影響を与えることが懸念される。また、高密度な圧電素子に高精度な溝加工を施すのに作業時間やコストなど製造方法の困難さが生じる。接合面の平面性にバラツキがあった場合には、ギャップ調整材を含む接着剤を使用することで接合強度を確保することも考えられるが、ギャップ調整剤の径より高い接着剤膜厚が必要で、余分な接着剤がはみ出し、吐出特性や画質の低下が生じる。更に、ギャップ調整材が均一に分布されるかなどの制御や製造方法の困難さが生じる。また、必要な接着剤膜厚が部材で違う場合、適した大きさのギャップ調整材が必要となりコスト増加につながる。更には、表面形状が粗い（微小な凹凸がある）場合には、表面の凹凸にギャップ調整材が挟まり狙いのギャップを形成することが困難になる。特に１μｍ以下の接着剤膜厚を狙う場合には、ギャップ調整剤を使用して制御することは困難である。部品の平面度によらず安定した接合信頼性を確保し、高画質化、高密度化と低コスト化を満たすことが要求されている。
【０００７】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、高画質化、高密度化と低コスト化を満たすことができる液体吐出ヘッド、ヘッドカートリッジ、画像形成装置、液体吐出ヘッドの製造方法、接合部材及び接合部材の製造方法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】
【０００８】
前記問題点を解決するために、第１の部材と第２の部材が接着剤で接合して形成される、本発明の液体吐出ヘッドは、第１の部材上に塗布形成されて第１の部材と第２の部材の間のギャップを規定する樹脂材からなる凸部を有している。そして、第１の部材に形成された凸部の頂面を第２の部材に当接した状態で第１の部材と第２の部材の間隙を接着剤で接合したことに特徴がある。よって、２つの部材を接着剤で接合して形成される接合部材の各接合面の平面度が悪い場合に過荷重を加えたとしても、ギャップを規定する樹脂材の凸部が存在することで安定したギャップを形成し、両部材が均一に接合でき、接着剤の膜厚も樹脂材の凸部で決まり、安定した接合強度と接合信頼性を提供することができる。
【０００９】
また、接着剤を一箇所塗布ではなく複数に塗布できるように凸部を形成する樹脂材を網目状、つまり樹脂材を塗布する部分と塗布しない部分を複数箇所形成する状態にすることにより、複数の凸部でギャップを調整でき、また複数の凸部が無い部分に接着剤を塗布することで、接着剤が一箇所に塗布した場合より部材の平面度による影響を受けない接合が可能となる。
【００１０】
更に、凸部を形成する樹脂材はポリイミドであり、また凸部を形成する樹脂材は接着剤と同じ材料であることが好ましい。このように、延伸部材で耐熱性、耐薬品性のあるポリイミドを樹脂材とすることで高精度な液体吐出ヘッドを提供できる。また、ギャップを規定する凸部が接着剤と同材料であればコスト低減につながる。
【００１１】
また、第１の部材が液体を加圧する圧力を発生させる駆動手段で、第２の部材が吐出された液体が充填される液室のすくなくとも一部の面を構成する振動板である。あるいは、第１の部材が液体を蓄える液室が設けられた液室基板で、第２の部材が液体を吐出するノズルを少なくとも１つ以上備えているノズル板である。もしくは、第１の部材が液体を蓄える液室が設けられた液室基板で、第２の部材が吐出される液体が充填される液室の少なくとも一部の面を構成する振動板である。よって、部品の平面度によらず安定した接合信頼性を確保し、高画質化、高密度化と低コスト化を満たすことができる液体吐出ヘッドを提供できる。
【００１２】
更に、別の発明としてのインクカートリッジは、上記液体吐出ヘッドを搭載したことに特徴がある。よって、部品の平面度によらず安定した接合信頼性を確保し、高画質化、高密度化と低コスト化を満たすことができる液体吐出ヘッドを搭載したインクカートリッジを提供できる。
【００１３】
また、別の発明としての画像形成装置は、上記液体吐出ヘッド又は上記ヘッドカートリッジを搭載したことに特徴がある。よって、高画質化、高密度化と低コスト化を満たすことができる画像形成装置を提供できる。
【００１４】
更に、別の発明として、第１の部材と第２の部材が接着剤で接合して形成される液体吐出ヘッドを製造する液体吐出ヘッドの製造方法によれば、第１の部材と第２の部材の間のギャップを規定する凸部を第１の部材の接合面の表面に樹脂材の塗布により形成する。そして、第１の部材と第２の部材との接合面の少なくとも一方に接着剤を塗布し、凸部の硬化後に第１の部材の頂面を第２の部材と当接した状態で第１の部材と第２の部材を接着剤で接合する。よって、２つの部材を接着剤で接合して形成される接合部材の各接合面の平面度が悪い場合に過荷重を加えたとしても、ギャップを規定する樹脂材の凸部が存在することで安定したギャップを形成し、両部材が均一に接合でき、接着剤の膜厚も樹脂材の凸部で決まり、安定した接合強度と接合信頼性を有する液体吐出ヘッドを製造することができる。
【００１５】
また、凸部をインクジェットによって塗布形成したり、あるいは薄膜印刷によって塗布形成する。
【００１６】
更に、別の発明として、第１の部材と第２の部材を接着剤で接合して形成される接合部材は、第１の部材上に塗布形成されて第１の部材と第２の部材の間のギャップを規定する樹脂材からなる凸部を有している。そして、第１の部材に形成された凸部の頂面を第２の部材に当接した状態で第１の部材と第２の部材の間隙を接着剤で接合したことに特徴がある。よって、２つの部材を接着剤で接合して形成される接合部材の各接合面の平面度が悪い場合に過荷重を加えたとしても、ギャップを規定する樹脂材の凸部が存在することで安定したギャップを形成し、両部材が均一に接合でき、接着剤の膜厚も樹脂材の凸部で決まり、安定した接合強度と接合信頼性を有する接合部材を提供することができる。
【００１７】
また、別の発明として、第１の部材と第２の部材が接着剤で接合して形成する接合部材を製造する接合部材の製造方法によれば、第１の部材と第２の部材の間のギャップを規定する凸部を第１の部材の接合面の表面に樹脂材の塗布により形成する。そして、第１の部材と第２の部材との接合面の少なくとも一方に接着剤を塗布し、凸部の硬化後に第１の部材の頂面を第２の部材と当接した状態で第１の部材と第２の部材を接着剤で接合する。よって、２つの部材を接着剤で接合して形成される接合部材の各接合面の平面度が悪い場合に過荷重を加えたとしても、ギャップを規定する樹脂材の凸部が存在することで安定したギャップを形成し、両部材が均一に接合でき、接着剤の膜厚も樹脂材の凸部で決まり、安定した接合強度と接合信頼性を有する接合部材を製造することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、液室を小さくしたとしても、アクチュエータ素子による駆動エネルギーが液室には十分に伝搬されると共に、複数の液室を隔てている隔壁部分にはその駆動エネルギーが伝わらないようにする必要があるので例えば平面度が悪い部材との接合でも、接着剤のはみ出し量を制御できるため、ノズルや振動板のダイアフラム部等の吐出に大きく影響を与える機能を損なうことがなくなる。また、部材によって適した接着剤膜厚が違っても各部材に適した膜厚を樹脂材で形成する凸部厚で規定できる。更に、ギャップ調整材を入れるには、接着剤や塗布方法が限定されるが、本発明では樹脂材の凸部厚でギャップを規定するので接着剤を選定する幅を広げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
画像形成装置において、液滴（記録液体）を吐出させるためのアクチュエータ手段の種類により、幾つかの方式に大別される。例えば、特許文献３に記載されているように、液室の壁の一部を薄い振動板とし、これに対応して電気機械変換素子としての圧電素子を配置し、電圧印加に伴って発生する圧電素子の変形により振動板を変形させることで液室内の圧力を変化させて、液滴を吐出させるピエゾ方式のもの、液室内部に発熱体素子を配置し、通電による発熱体の加熱によって気泡を発生させ、気泡の圧力によって液滴を吐出させるバブルジェット（登録商標）方式のものが一般に良く知られている。また、特許文献４に記載されているように、液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向して配置された液室外の個別電極とを備え、振動板と電極との間に電界を印加することで発生する静電力により振動板を変形させて、液室内の圧力／体積を変化させることによりノズルから液滴を吐出させる静電型のものも提案されている。本発明では圧電素子を駆動手段とした液体吐出ヘッドを例に説明する。
【００２０】
図１及び図２は本発明を適用する液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。図１は液室長軸方向（ノズル配列方向と交差する方向）に沿う断面図である、図２は液室短軸方向（ノズル配列方向）に沿う断面図である。なお、本発明の液体吐出ヘッドは吐出する液体がインクでなくても良い。また、本発明では液室短軸方向を中心に説明するが長軸方向に対しても効果が適用される。更に、接合面に関して、図１では平面であることで説明するが部材表面に複数の凹凸があっても良い。また、本発明は２つの部材を接合して構成する接合部材にも適用される。
【００２１】
図１及び図２に示す液体吐出ヘッド１０は、液室１１、流体抵抗部１２を形成する液室基板１３と、この液室基板１３の上面に接合した液滴を吐出するノズル１４を形成するノズル板１５と、液室基板１３の下面に接合し、ダイアフラム部１６、振動板凸部１７及び振動厚肉部１８を形成する振動板１９と、この振動板１９と接合され、液室１１内の圧力を変化させる圧力変化手段である積層圧電素子２０と、積層圧電素子２０を固定するベース基板２１とを備えている。なお、図１では接着層は他部材に比べると厚さが薄いために図示していない。また、図示されていないが、ダイアフラム部１６と積層圧電素子２０を直接に接合した構成も考えられる。本発明における積層圧電素子２０は、図１の（ｂ）に示すように、圧電層と電極層とを交互に積層したもので、積層圧電素子２０の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて液室１１内の液体を加圧する構成としている。また、本発明は、図２に示したように、積層圧電素子２０はハーフカットのダイシング加工により櫛歯状に分割され、１つ毎に駆動部である積層圧電素子２０と非駆動部である支持部材２２として使用する。この構造をバイピッチ構造と呼ぶ。支持部材２２により流路ユニットを支えているので、液室１１の圧力上昇によって液室基板１３が持ち上がることを防ぎ、いわゆる相互干渉を抑えることに非常に有効である。但し、積層圧電素子２０をノズルピッチと同じ間隔として、支持部材２２を形成しない構造であるノーマルピッチ構造でも良い。また、液室基板１３の材料はＳｉ、Ｎｉ、４２アロイ、ＳＵＳ３０４や別のＳＵＳ材であっても良い。更に、液室基板１３の液体に接する面には、窒化チタン膜あるいはポリイミドなどの有機樹脂膜からなる耐液性薄膜を成膜しても良い。このような耐液性薄膜を形成することで、流路板材料が液体に対して溶出しにくく、また濡れ性も向上するため気泡の滞留が生じにくくなり、安定した滴吐出が可能になる。
【００２２】
図３は従来の液体吐出ヘッドの製造工程の一部を示す断面図である。図３に示す工程は図２の振動板１９と積層圧電素子２０の接合工程である。接合面が完全な平面であることが望ましいが、図３の振動板凸部Ａと振動板凸部Ｂの厚さバラツキが生じてしまう場合がある。このままでの接合では、図３の（ｂ）に示すように、振動板凸部Ａが積層圧電素子２０に先に接触し、振動板凸部Ｂが積層圧電素子２０と接触するまで押し当てると、図３の（ｃ）に示すように、振動板凸部Ａでは過荷重を受けるので接着剤２３のはみ出し量が多くなる。よって、振動板１９のダイアフラム部１６にはみ出した接着剤２３が付着し、圧力を変化させる圧力変化手段である積層圧電素子２０の変位を妨げる要因となり吐出特性などの原因となってしまう。また、図示していないが積層圧電素子２０の平面性が悪い場合、または接合される両部材の平面度が悪い場合でも同様なことがいえる。
【００２３】
図４は図２の積層圧電素子と振動板との接合面である積層圧電素子側の接合状態を示す図である。同図の（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態では、接合面の外周部に樹脂材からなる凸部２４を設け、樹脂材に囲まれるように接着剤２３を塗布し接着剤溜まり２５を設けている。よって、同図の（ｃ）に示すように、部材の平面度によらず、一定のギャップを規定しつつ、接着剤２３のはみ出し量も制御できることが可能となる。特に、１μｍ以下の膜厚を狙うときには、ギャップ調整剤では困難であるが、樹脂材の凸部２４でギャップを形成することは容易である。樹脂材による凸部２４を形成するならば、同じ部材内であっても場所によって凸部２４の厚さを変更でき、容易に必要なギャップを調整することが可能となる。本実施の形態では、接着層の膜厚を０．５〜４μｍとしている。また、凸部２４の樹脂材は弾性体を有する樹脂材でも良い。
【００２４】
図５で図示されているようなギャップを規定する凸部２４を網目状に形成しても良い。接着剤２３を一箇所塗布ではなく複数に塗布することで、複数箇所の接合が可能となり、部材の平面度による影響がなくなる。本実施の形態でのギャップを規定する凸部２４の形成方法は、薄膜転写塗布方法による塗布やインクジェットによる塗布が考えられる。また、図６や図７で図示されているように接合硬化後にギャップを規定する凸部２４が除去されていても良く、その除去方法として、プラズマ照射、現像液等が考えられる。
【００２５】
ここで、本実施の形態における凸部の形成方法の一つである薄膜転写塗布方法について説明する。図８は薄膜転写塗布装置による樹脂材塗布工程を示す概略断面図である。ここでは、被塗布部材を上述した液体吐出ヘッドを構成する積層圧電素子２０とし、塗布剤を樹脂材として説明する。同図に示す薄膜転写塗布装置３０は、図示していない樹脂材供給手段から供給される樹脂材３１を貯留するための均一で、かつ所定のパターン（網目状など）で形成された微細な凹部を有する保持部材であるアニロックスロール３２と、アニロックスロール３２の表面と接してアニロックスロール３２の凹部に貯留された樹脂材３１が表面に転写され、この表面に転写された樹脂材３１を被塗布部材である積層圧電素子２０に転写するための転写部材である凸版部材３３を外周面に設けた凸版ロール３４とを具備している。そして、同図の（ａ）に示すように、凸版ロール３４が矢印方向に回転し、かつ矢印方向に回転するアニロックスロール３２の表面と接し、アニロックスロール３２上に形成され凹部に貯留された所定のパターンの樹脂材３１が凸版ロール３４上の凸版部材３３の表面に転写される。同図の（ｂ）に示すように、凸版ロール３４は更に回転し、かつステージ３５は所定の転写位置に搬送される。そして、同図の（ｃ）に示すように、凸版ロール３４の凸版部材３３上の樹脂材３１がステージ３５に設置された被塗布部材である積層圧電素子２０の表面に接し、所定のパターン（網目状など）で形成された樹脂材３１が積層圧電素子２０の表面に転写される。次いで、同図の（ｄ）に示すように、積層圧電素子２０への樹脂材３１の転写が終了した後、ステージは元に位置に戻り、未塗布のものと交換され、連続して同じ動作により樹脂材の塗布による樹脂材薄膜の形成を行う。
【００２６】
また、本実施の形態における凸部の形成方法の別の方法であるインクジェットによる塗布について説明する。図９はインクジェットによる樹脂塗布工程を示す概略断面図である。同図に示すように、インクジェット塗布装置４０によれば、ステージ４１上の積層圧電素子２０の表面には、インクジェットヘッド４２から吐出される樹脂材４３で所定のパターン（網目状など）が塗布される。
【００２７】
なお、図１に示した本実施の形態では、液室基板１３の厚さが４０μｍ〜６００μｍ、液室１１の長手方向の長さは４００μｍ〜１６００μｍ、液室１１の幅は１２０〜１３９μｍとした。流路隔壁２６の幅は振動板１９との接合面で約１５〜５０μｍ（液室ピッチが１５０ｄｐｉのため）である。また、液室基板１９の厚さが１００μｍ〜６００μｍ、液室１１の長手方向の長さは４００μｍ〜１２００μｍ、液室１１の幅は液室ピッチが３００ｄｐｉのため５０〜７０μｍとした構造であっても良い。１５０ｄｐｉと３００ｄｐｉでは、流路隔壁２６の幅に違いが生じるが、本発明の効果に悪影響を及ぼすことがない。
【００２８】
また、ノズル板１５は金属材料、例えば電鋳工法によるＮiメッキ膜等で形成したもので、液滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル２-１を多数形成している。このノズル１４の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でも良い。）に形成している。また、このノズル１４の径は液滴出口側の直径で約１５〜３５μｍである。本実施の形態では、ノズル１４の直径は２４μｍとした。また、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉ／３００ｄｐｉである。ノズル板の材料として樹脂材を用いることもある。このノズル板１５の液体吐出面（ノズル表面側）は、撥水性の表面処理を施した撥水処理層（図示せず）を設けている。ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、液体物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、液体の滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。外部から液体を供給するための液体供給口２７と、共通液室２８となる彫り込みが形成するフレーム２９はエポキシ系樹脂の射出成形により作製している。樹脂材料は、ポリフェニレンサルファイト等でも良い。
【００２９】
このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、記録信号に応じて積層圧電素子２０に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、積層圧電素子２０に積層方向の変位が生起し、振動板１９を介して液室１１が加圧されて圧力が上昇し、ノズル１４から液滴が吐出される。その後、液滴吐出の終了に伴い、液室１１内の液体圧力が低減し、液体の流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって液室１１内に負圧が発生して液体充填行程へ移行する。このとき、液体タンクから供給された液体は共通液室２８に流入し、共通液室２８から液体流入口２７を経て流体抵抗部１２を通り、液室１１内に充填される。流体抵抗部１２は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果がある反面、表面張力による再充填（リフィル）に対して抵抗になる。流体抵抗部１２を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次の液滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。
【００３０】
ここで、振動板凸部１７と振動板厚肉部分１８の形状として、振動板凸部１７の周りはダイアフラム部１６で囲まれ、その周りを振動板厚肉部分１８で囲んでいる構成がある。形成方法として、電鋳工法によるＮｉメッキ膜を２層重ねる方法がある。ここで、Ｎｉ電鋳の２層振動板の電鋳工程について図１０を参照して説明する。同図の（ａ）に示すように電鋳支持基板５１に振動板薄肉部を形成する第１の層５２を形成する。そして、同図の（ｂ）に示すように厚肉部間に相当する部分が窓となるレジストパターン５３を形成して例えばニッケル電鋳を行うことで、同図の（ｃ）に示すように、第１の層５２上にニッケルが析出され堆積してニッケル層５４が形成される。更に電鋳を継続することで、同図の（ｄ）に示すように、窓から突出するまでニッケル層５４が成長すると、エッジ効果によりレジストパターン５３の表面方向にも肥大してオーバハング部５５が生じる。このプロセスを継続していくと、同図の（ｅ）に示すようにニッケル層５４は厚み方向と平面方向にさらに伸長し、所定の成長の段階で電鋳を終了した後、レジストパターン５３を除去することで、同図の（ｆ）に示すように、凹部５６により囲まれた断面鋲型のアイランド状の振動板厚肉部を備えた振動板が得られる。
【００３１】
また、本実施の形態として、ダイアフラム部１６の部材を樹脂層で、振動板凸部１７と振動板厚肉部１８の部材を金属層とした構成も考えられる。これにより、ダイアフラム部１６の剛性が、Ｎｉで形成した振動板と比べて低くなることで積層圧電素子２０の変位効率を阻害することもなくなる。更に、液室基板１３を金属（本実施の形態では、Ｎｉ、４２アロイ、ＳＵＳ３０４）である場合、金属同士の接合より接合強度が増す。また、振動板凸部１７と振動板厚肉部１８の部材を金属層としたことで、液室基板１３を確実に固定でき、接合強度を確保するのに効果的である。更には、樹脂層が圧延フィルムであっても良い。これにより厚みが薄くなってもピンホールなどの欠陥がほとんど皆無で、信頼性が高い製品を提供することができる。なお、本実施の形態では振動板薄肉部の厚さは２〜６μｍである。
【００３２】
以下に、振動板の形成方法を説明する。
図１１及び図１２は振動板の一例を示す平面図である。図１１は複数個の振動板１９−１、１９−２、・・・、１９−ｎ（ｎは正の整数）を１枚のラミネート材に一括して作り付けた状態を示し、図１２はラミネート材から切り離された１つの振動板を示すものである。図９において、後述するエッチング工程で、振動板凸部１７、この振動板凸部１７の形成に合わせて各振動板１９−１、１９−２、・・・、１９−ｎの周囲の金属薄板６０を貫通するようにエッチングして、高分子延伸フィルムだけの溝６１が形成されており、各振動板１９−１、１９−２、・・・、１９−ｎは、高分子延伸フィルムを介して接続されている。エッチングが終了した段階で、ラミネート材をガラス基板Ｂから取り外し、大判としての位置決め用の基準孔６２〜６５をプレスの位置決めピンに挿入し、各振動板１９−１、１９−２、・・・、１９−ｎを溝で切断して、個々の振動板１９−１、１９−２、・・・、１９−ｎに切分ける。このように切断領域の金属薄板がエッチングにより除去されているため、高分子延伸フィルムを切断するだけでよいから、プレスのダイの寿命が延長されることになる。
【００３３】
図１２は切断された振動板を示すものであって、振動ユニットが当接する領域、つまり図１２の領域６６、６７は、金属薄板６０がエッチングにより除去され、接着剤２１が露出する掘状の領域により囲まれていて、振動ユニットが当接しない領域と電気的に絶縁されているため、積層圧電振動子の先端やまたダミーの圧電振動子の電極からの電流の流れ出しを防止して、電蝕による振動板の破損を防止することができる。なお、図１２の窓６８は、共通液室内に存在する液体溜り部の液体の振動を吸収するための窓で、ラミネート材の金属薄板２０だけをエッチングして、高分子延伸性フィルムと接着剤との層だけとして形成されている。
【００３４】
次に、上述した振動板の製造方法を図１３に基づいて説明する。図１３の（ａ）に示すように、液体に対して耐久性を備えた厚さ３０μｍの金属薄板６０、例えばステンレス鋼の一方の面に接着剤６９を塗布し、接着剤６９をプレ乾燥させた後に厚さ４μｍ程度の高分子延伸フィルム７０、例えばポリフェニレンサルフアイド（ＰＰＳ）樹脂の延伸フィルムを接着してラミネート材を構成する。図１３の（ｂ）に示すように、このラミネート材を所要のサイズに切断して大判を切り出し、エッチングパターン露光時の基準となる図１１の孔７１とプレスにセットする時の位置決め用の図１１の基準孔６２〜６５と、大判から切断された単独の振動板としての位置決め用の図１１及び図１２の基準孔７２、７３と、液体供給口となる図１１及び図１２の孔７４等の図１３の通孔７５を予めプレス加工により穿設しておく。そして、ラミネート材の金属薄板６０が表面となるようにガラス基板７６にセットし、端部がガラス基板７６の表面に及ぶように金属薄板６０の表面に感光性樹脂フィルム７７を貼り付け、ラミネート材全体を感光性樹脂フィルム７７でもってガラス基板７６に固定する。
【００３５】
このような工程を採ることにより、感光性樹脂フィルム７７の密着工程とワークのガラス基板７６への固定とを１つの工程で済ませることが可能となる。また、プレス加工により予めラミネート材に穴が形成されているため、この穴の端面をエッチング液から保護する必要があるが、液体フォトレジストに比較してエッチング液に対する保護能力の高い樹脂フィルムの使用により、エッチング時の穴の変形を確実に防止することができる。この状態で、図１３の（ｃ）に示すように、エッチングすべきパターンを形成したマスクを、基準孔７２、７３を用いて位置決めして感光性樹脂フィルム７７を露光する。これにより、プレス加工により正確に穿設された基準孔７１に対して可及的に小さな相対誤差でエッチング用の窓７８、７９が形成されることになる。次に、図１３の（ｄ）に示すように、この窓７８、７９を用いて金属薄板をエッチングすることにより、金属薄板６０が除去されて接着剤６９が露出して、ダイアフラム部となる領域８０、８１に囲まれた振動板凸部１７が形成されることになる。
【００３６】
図１４は振動板の断面構造を示すものであって、高分子延伸性フィルム８２の表面に接着剤６９の層を介してアイランド部（凸部）８３、及び周辺の振動板厚肉部８４が固定されており、その周囲には接着剤６９が表面に露出した高分子延伸フィルム８２からなるダイアフラム部が形成されている。このようにアイランド部（凸部）８３、振動板厚肉部８４が接着剤６９の層を介して高分子延伸フィルム８２に固定されているため、アイランド部（凸部）８３の先端での応力が接着剤６９により拡散され、高分子延伸フィルム８２への応力集中が緩和されるばかりでなく、表面の接着剤６９が一種のシール材となって万一、高分子延伸フィルム８２に傷や欠陥が存在したとしても、液体の漏れ出しを防止することができる。
【００３７】
一般的に高分子延伸性フィルムは、その製造工程上、ピンホール等の欠陥が存在すると、製造工程で破断するため、製品に仕上げることができない。このため、十分に吟味された材料を延伸したフィルムにあっては、厚みが数μｍ程度と極めて薄くなっても、ピンホール等の欠陥がほとんど皆無で、信頼性が極めて高い材料である。このため、溶剤キャステング法等により金属薄板に高分子フィルムの層を形成する従来法に比較して極めて信頼性の高い製品を提供することができる。
【００３８】
なお、上述の実施の形態のおいては、金属薄板としてステンレス鋼を用いているが、エッチングが可能で、しかも接着性の高い他の金属、例えば銅、ニッケル、鉄、ステンレス、シリコンの薄板を用いることができる。また、高分子延伸フィルムとしてポリフェニレンサルフアイド（ＰＰＳ）樹脂を用いているが、延伸可能な他の高分子材料、例えば、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ボリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリバラバン酸（ＰＰＡ）樹脂、ボリサルホン（ＰＳＦ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリオレフィン（ＡＰＯ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、アラミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリカーネート樹脂等を用いることもできる。
【００３９】
本発明で用いることができる液体吐出ヘッドは、電熱変換素子に電流を流すことで発熱させて、発熱によりインクを発泡させることでインクを吐出する、いわゆるサーマル方式であっても良い。サーマル方式は、ノズルの高集積化が容易であるため、多ノズルヘッドの作製に向いている。そのため、解像度が高い画像を高速で印刷するのに有利である。また、本発明で用いることができる液体吐出ヘッドは、インク流路から吐出口にかけての形状が直線的であるエッジシューター方式であっても良いし、インク流路の向きと吐出口の向きが異なるサイドシューター方式であっても良い。
【００４０】
図１５はエッジシューター方式の液体吐出ヘッドの構成を示す概略断面図である。同図に示す液体吐出ヘッド９０は、吐出エネルギー発生体９１を有する基板９２に、流路９３の側壁およびオリフィス９４を構成する壁材および流路９３の覆いを構成する天板９５を積層した構成を有する。なお、吐出エネルギー発生体９１に吐出信号を印加する電極や必要に応じて設けられる保護層などは省略してある。この記録ヘッド９０においては、インクが貯えられている液室（図示せず）から流路９３にインクが充填された状態で、電極を介して記録信号を吐出エネルギー発生体９１に印加すると、この吐出エネルギー発生体９１から発生した吐出エネルギーが流路９３内のインクに吐出エネルギー発生体９１の上方（吐出エネルギー作用部）で作用し、その結果インクがオリフィス９４から液滴として吐出される。吐出されたインク滴はオリフィス９４の前方に送り込まれた紙などの被記録材に付着される。
【００４１】
このようなエッジシューター方式の液体吐出ヘッド９０においては、各部分の精度良い微細化やオリフィスのマルチ化、あるいは小型化が極めて容易であり、また量産性に富むという利点を有する。その一方で、インク滴吐出の際の応答周波数やインク滴の飛行速度に限界がある。また、電熱変換素子が発熱することでインク中に気泡が発生するが、この気泡が温度低下により収縮し、吐出エネルギー発生体９１の近辺で消滅する際の衝撃により吐出エネルギー発生体９１を徐々に破壊される。この現象はいわゆるキャビテーション現象と呼ばれ、エッジシューター方式において顕著である。そのため、エッジシューター方式の液体吐出ヘッドは寿命が比較的短い。
【００４２】
図１６はサイドシューター方式の液体吐出ヘッドの構成を示す概略断面図である。同図に示す液体吐出ヘッド９０は、天板９５にオリフィス９４を設け、破線で示されたように、流路９３内の吐出エネルギー発生体９１の吐出エネルギー作用部へのインクの流れ方向とオリフィス９４の開口中心軸とを直角となした構成を有する。このような構成とすることによって、吐出エネルギー発生体９１からのエネルギーをより効率良くインク滴の形成とその飛行の運動エネルギーへと変換でき、またインクの供給によるメニスカスの復帰も速いという構造上の利点を有し、吐出エネルギー発生体に発熱素子を用いた場合に特に効果的である。また、エッジシューターにおいて問題となる気泡が消滅する際の衝撃により吐出エネルギー発生体９１を徐々に破壊する、いわゆるキャビテーション現象をサイドシューターであれば回避することができる。つまり、サイドシューターにおいて気泡が成長し、その気泡がオリフィス９４に達すれば気泡が大気に通じることになり温度低下による気泡の収縮が起こらない。そのため、液体吐出ヘッドの寿命が長いという長所を有する。また、ギャップを規定する凸部を形成する樹脂材を耐熱性、耐薬品性の強いポリイミドとすることで高精度な液体吐出ヘッドを提供できる。
【００４３】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッド或いは液滴吐出装置を備えた本発明に係る画像形成装置の一例について図１７及び図１８を参照して説明する。なお、図１７は同装置の全体構成を示す概略断面図、図１８は同装置の要部を示す概略平面図である。両図に示すように、本発明の画像形成装置１００は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１０１とガイドレール１０２とでキャリッジ１０３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ１０４でタイミングベルト１０５を介して図１８で矢示方向（主走査方向）に移動走査する。このキャリッジ１０３には、例えばイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色の液滴を吐出する４個の液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド１０６を複数の液体吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、記録ヘッド１０６を構成する液滴吐出ヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータを用いたものを使用している。
【００４４】
また、キャリッジ１０３には、記録ヘッド１０６に各色の液体を供給するための各色のサブタンク１０７を搭載している。このサブタンク１０７には図示しない液体供給チューブを介してメインタンク（インクカートリッジ）から液体が補充供給される。本実施の形態では、サブタンク１０７と記録ヘッド１０６で本発明に係る液滴吐出装置を構成しているが、記録ヘッド１０６を本発明に係る液滴吐出ヘッドで構成し、別途サブタンク１０７を設ける構成とすることもでき、あるいはサブタンクを用いないでインクカートリッジを搭載する構成とすることもできる。
【００４５】
一方、給紙カセット１０８などの用紙積載部（圧板）１０９上に積載した用紙１１０を給紙するための給紙部として、用紙積載部１０９から用紙１１０を１枚ずつ分離給送する半月コロの給紙ローラ１１１及び給紙ローラ１１１に対向して摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１１２を備え、この分離パッド１１２は給紙ローラ１１１側に付勢されている。そして、この給紙部から給紙された用紙１１０を記録ヘッド１０６の下方側で搬送するための搬送部として、用紙１１０を静電吸着して搬送するための搬送ベルト１１３と、給紙部からガイド１１４を介して送られる用紙１１０を搬送ベルト１１３との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ１１５と、略鉛直上方に送られる用紙１１０を略９０°方向転換させて搬送ベルト１１３上に倣わせるための搬送ガイド１１６と、押さえ部材１１７で搬送ベルト１１３側に付勢された先端加圧コロ１１８とを備えている。また、搬送ベルト１１３の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１１９を備えている。
【００４６】
ここで、搬送ベルト１１３は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１２０とテンションローラ１２１との間に掛け渡されて、副走査モータ１２２からタイミングベルト１２３及びタイミングローラ１２４を介して搬送ローラ１２０が回転されることで、図１７のベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。なお、搬送ベルト１１３の裏面側には記録ヘッド１０６による画像形成領域に対応してガイド部材１２５を配置している。
【００４７】
また、図１７及び図１８に示すように、搬送ローラ１２０の軸には、スリット円板１２６を取り付け、このスリット円板１２６のスリットを検知するセンサ１２７を設けて、これらのスリット円板１２６及びセンサ１２７によってエンコーダ１２８を構成している。帯電ローラ１１９は、搬送ベルト１１３の表層に接触し、搬送ベルト１１３の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。
【００４８】
更に、キャリッジ１０３の前方側には、図１８に示すように、スリットを形成したエンコーダスケール１２９を設け、キャリッジ１０３の前面側にはエンコーダスケール１２９のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ１３０を設け、これらによってキャリッジ１０３の主走査方向位置（ホーム位置に対する位置）を検知するためのエンコーダ１３１を構成している。
【００４９】
また、記録ヘッド１０６で記録された用紙１１０を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１１３から用紙１１０を分離するための分離部と、排紙ローラ１３２及び排紙コロ１３３と、排紙される用紙１１０をストックする排紙トレイ１３４とを備えている。
【００５０】
更に、背部には両面給紙ユニット１３５が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット１３５は搬送ベルト１１３の逆方向回転で戻される用紙１１０を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１１５と搬送ベルト１１３との間に給紙する。
【００５１】
このように構成した画像形成装置１００においては、給紙部から用紙１１０が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１１０はガイド１１４で案内され、搬送ベルト１１３とカウンタローラ１１５との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１１６で案内されて先端加圧コロ１１８で搬送ベルト１１３に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
【００５２】
このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ１１９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１１３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。このプラスとマイナスに交互に帯電した搬送ベルト１１３上に用紙１１０が給送されると、用紙１１０が搬送ベルト１１３に静電力で吸着され、搬送ベルト１１３の周回移動によって用紙１１０が副走査方向に搬送される。
【００５３】
そこで、キャリッジ１０３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０６を駆動することにより、停止している用紙１１０に液滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１０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１１０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１１０を排紙トレイ１３４に排紙する。
【００５４】
また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト１１３を逆回転させることで、記録済みの用紙１１０を両面給紙ユニット１３５内に送り込み、用紙１１０を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ１１５と搬送ベルト１１３との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル１１３上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ１３４に排紙する。
【００５５】
なお、本発明によれば、画像形成装置としてインクジェットプリンタを例として説明したが、インクジェットコピー、インクジェットファックス、あるいはそれらの複合型記録装置にも適用できる。また、画像形成装置以外にも、インクジェット技術を用いたカラーフィルター製造装置、金属配線製造装置、捺染装置、ＤＮＡチップ製造装置など工業用製造装置にも適用できる。
【００５６】
また、本発明は上記各実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明を適用する液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。
【図２】本発明を適用する液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。
【図３】従来の液体吐出ヘッドの製造工程の一部を示す断面図である。
【図４】図２の積層圧電素子と振動板との接合面である積層圧電素子側の接合状態を示す図である。
【図５】図２の積層圧電素子と振動板との接合面である積層圧電素子側の接合状態を示す図である。
【図６】図２の積層圧電素子と振動板との接合面である積層圧電素子側の接合状態を示す図である。
【図７】図２の積層圧電素子と振動板との接合面である積層圧電素子側の接合状態を示す図である。
【図８】薄膜転写塗布装置による樹脂材塗布工程を示す概略断面図である。
【図９】インクジェットによる樹脂塗布工程を示す概略断面図である。
【図１０】Ｎｉ電鋳の２層振動板の電鋳工程を示す工程断面図である。
【図１１】複数個の振動板を１枚のラミネート材に一括して作り付けた状態の一例を示す平面図である。
【図１２】ラミネート材から切り離した１つの振動板の一例を示す平面図である。
【図１３】振動板の製造工程を示す工程断面図である。
【図１４】振動板の断面構造を示す断面図である。
【図１５】エッジシューター方式の液体吐出ヘッドの構成を示す概略断面図である。
【図１６】サイドシューター方式の液体吐出ヘッドの構成を示す概略断面図である。
【図１７】別の発明の画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。
【図１８】図１７の画像形成装置の要部を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０；液体吐出ヘッド、２０；積層圧電素子、２３；接着剤、
２４；凸部、２５；接着剤溜まり、３０；薄膜転写塗布装置、
４０；インクジェット塗布装置、１００；画像形成装置。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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