JP2002240294A - 液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズル穴径のバラツキと液滴吐出特性のバラ
ツキが生じる。 【解決手段】 剛性基板６１のノズル連通穴径Ｄと樹脂
フィルム６２のノズル穴径ｄとの関係をＤ／ｄが１．３
〜８の間の値を取るように設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ヘッド及びその
製造方法並びにインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の
画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジ
ェット記録装置において使用するインクジェットヘッド
としては、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する加圧室、（インク流路、加圧液室、圧力室、吐
出室、液室等とも称される。）と、加圧室内のインクを
加圧する圧電素子などの電気機械変換素子、或いはヒー
タなどの電気熱変換素子、若しくはインク流路の壁面を
形成する振動板とこれに対向する電極からなるエネルギ
ー発生手段とを備えて、エネルギー発生手段で発生した
エネルギーで加圧室内インクを加圧することによってノ
ズルからインク滴を吐出させる。

【０００３】ここで、インクジェットヘッドのノズル穴
を設けたノズル形成部材（以下「ノズルプレート」とも
いう。）としては、従前、電鋳法やプレス法等が知られ
ている。しかしながら、これらの製造方法では、高画質
化の要求に対して必要なノズル径の小径化への対応とし
てノズルプレートの厚さを薄くせざるを得ず、そのた
め、インク滴吐出の際のインクの圧力による振動、変形
を防止し、またノズル組立時の取り扱い性を向上するた
めに必要な厚さを確保することができなくなっている。

【０００４】すなわち、電鋳法にあっては、ノズルプレ
ートの厚さは形成するノズルの穴径とピッチにより一義
的に決定されるので、ノズルの穴径が小さいほどノズル
プレートの厚さは薄くなってしまう。また、プレス法に
あっては、ノズルの穴径が小さいほどプレス用ピンの径
が細くなりピン先端の寿命が短くなる。加工可能な金属
板の厚さは、前記ピン径に依存し、ノズルの穴径が小さ
いと金属板の厚さを厚くすることができない。

【０００５】そこで、従来、特開平３−２３９５５５号
公報、特開平１１−１４７３１６号などに記載にされて
いるように、ノズル穴へ連通する穴（ノズル連通穴）を
設けた剛性基板と、樹脂フィルムとを接合して積層構造
とし、全体のプレートとしての厚さを厚くして剛性を上
げると共に、フィルムにレーザー光を照射してノズル穴
を開け、小径ノズルの加工を可能にしている。

【０００６】例えば、特開平１１−１４７３１６号公報
に記載のものは、図１０に示すように、予めノズル連通
穴１０３を形成した金属板１０１と樹脂フィルム１０２
とを積層接合し、金属板１０１の連通穴１０３側からエ
キシマレーザを照射することで、金属板１０１がマスク
となって加工が行われ、樹脂フィルム１０２にはノズル
穴１０４が加工される。

【０００７】また、特開平３−２３９５５５号公報に記
載のものは、図１１に示すように、予めノズル連通穴１
１３を形成した剛性基板１１１と樹脂フィルム１１２と
を接着剤１１５で接合して一体化し、剛性基板１１１の
ノズル連通穴１１３を通してエキシマレーザを樹脂フィ
ルム１１２に照射してノズル穴１１４を形成する。この
とき、エキシマレーザーはノズル穴１１４の部分のみが
照射されるように絞り込まれており、剛性基板１１１を
マスクとして加工するものではない。この結果、ノズル
連通穴１１３とノズル穴１１４とは段差部１１６を介し
てつながる形となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示したノズル形成部材にあっては、フィルム上のノズ
ル径は、あらかじめ加工された剛性基板の穴径の精度に
依存することになり、剛性基板の穴は前記したように径
精度を確保することが難しく、またノズルの穴部以外に
もエキシマレーザを照射することになるため、エキシマ
レーザのエネルギー利用効率が悪く、加工時間が長くな
り、ひいてはノズルプレートのコストが高くなる。

【０００９】また、図１１に示したノズル形成部材にあ
っては、剛性基板１１１と樹脂フィルム１１２の接合の
際に、接合用の接着剤１１５が、剛性基板１１１のノズ
ル連通穴１１３に対応するフィルム面上にはみ出てしま
い、このはみ出し部１１５ａがその後の工程のエキシマ
加工時に影響を与えてしまうという課題がある。

【００１０】すなわち、剛性基板１１１と樹脂フィルム
１１２の接合は、樹脂フィルム１１２にあらかじめ塗布
されている接着剤１１５を用いて、加熱、加圧すること
で行うが、未接合部分をなくするように接合するために
は、かなり高い温度をかけて、大きい力で加圧する必要
があり、それによって接合部分の接着剤１１５が、非加
圧部分である段差部１１６にはみ出し部１１５ａのよう
にはみ出してしまうことになる。エキシマレーザによる
ノズル穴１１４の加工は、剛性基板１１１側から剛性基
板１１１に設けられた連通孔１１３を通して、すなわち
前記接着剤１１５のはみ出し部１１５ａを通して樹脂フ
ィルム１１２へとレーザビームが照射されて行われる。

【００１１】ところが、前記接着剤のはみ出し量は、接
着剤の塗布厚さ、樹脂フィルムの厚さ、剛性基板の厚
さ、加熱の温度分布、加圧力の分布等のバラツキで変化
するため、各連通穴によって大きくばらつくことにな
る。このようにばらついたはみ出しの上から、エキシマ
レーザによるノズル穴加工が行われるため、必然的にノ
ズルの出口側径（ノズル開口径）がばらついてしまうこ
とになる。

【００１２】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、ノズル径のバラツキが少なく画像品質が向上す
るインクジェットヘッド及びその製造方法並びにインク
ジェット記録装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、剛性部材のノズル
連通穴の穴径Ｄと樹脂部材のノズル穴の穴径ｄとの関係
が、Ｄ／ｄ＝１.３〜８である構成としたものである。

【００１４】ここで、剛性部材のノズル連通穴の穴径Ｄ
と樹脂部材のノズル穴の穴径ｄとの関係が、Ｄ／ｄ＝２
〜５であることが好ましい。また、剛性部材と樹脂部材
とは予め樹脂部材側に塗布された接着剤層で接合されて
いることが好ましい。この場合、接着剤が熱可塑性ポリ
イミド接着剤であることが好ましい。さらに、剛性部材
がＮｉ−Ｆｅ合金材料からなることが好ましい。

【００１５】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、樹脂部材に剛性部材側からエキシマレーザーを
照射してノズル穴を形成し、このエキシマレーザのエネ
ルギー密度が０．６〜２．０Ｊ／ｃｍ2である構成とし
たものである。

【００１６】本発明に係るインクジェット記録装置は、
インクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッドで
ある構成としたものである。

【００１７】以下、本発明の実施の形態を添付図面を参
照して説明する。図１は本発明に係るインクジェット記
録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機構部の側
面説明図である。

【００１８】このインクジェット記録装置は、記録装置
本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キ
ャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録
ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカート
リッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、給紙カ
セット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を
取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した
後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。

【００１９】印字機構部２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１１と従ガイ
ドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で
紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１
３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
インクジェットヘッドからなるヘッド１４をインク滴吐
出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側に
はヘッド１４に各色のインクを供給するための各インク
タンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着し
ている。

【００２０】インクカートリッジ１５は上方に大気と連
通する大気口、下方にはインクジェットヘッド１４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インク
ジェットヘッド１４へ供給されるインクをわずかな負圧
に維持している。このインクカートリッジ１５からイン
クをヘッド１４内に供給する。

【００２１】ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬
送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装
し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１
２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ
１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１
７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９と
の間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミング
ベルト２０をキャリッジ１３に固定しており、主走査モ
ータ１７の正逆回転によりキャリッジ１３が往復駆動さ
れる。

【００２２】また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘ
ッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノ
ズルを有する１個のヘッドでもよい。さらに、ヘッド１
４としては、後述するように、インク流路の壁面の少な
くとも一部を形成する振動板とこれに対向する電極とを
備え、静電力で振動板を変形変位させてインクを加圧す
る静電型インクジェットヘッドを用いている。

【００２３】一方、給紙カセット４にセットした用紙３
をヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット
４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリク
ションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３
と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ
２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬
送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し
角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ロー
ラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転
駆動される。

【００２４】そして、キャリッジ１３の主走査方向の移
動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙
３を記録ヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材
である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部
材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ
送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２
を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ロ
ーラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部
材３５，３６とを配設している。

【００２５】記録時には、キャリッジ１３を移動させな
がら画像信号に応じて記録ヘッド１４を駆動することに
より、停止している用紙３にインクを吐出して１行分を
記録し、用紙３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３の後端が記録領域に到達した
信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３を
排紙する。

【００２６】また、キャリッジ１３の移動方向右端側の
記録領域を外れた位置には、ヘッド１４の吐出不良を回
復するための回復装置３７を配置している。回復装置３
７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有
している。キャリッジ１３は印字待機中にはこの回復装
置３７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１４を
キャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）を湿潤状態に
保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。
また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出す
る（パージする）ことにより、全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。

【００２７】吐出不良が発生した場合等には、キャッピ
ング手段でヘッド１４の吐出口（ノズル）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
泡等を吸い出し、吐出口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。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された
廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のイ
ンク吸収体に吸収保持される。

【００２８】次に、このインクジェット記録装置のヘッ
ド１４を構成するインクジェットヘッドについて図３乃
至図６を参照して説明する。なお、図３はインクジェッ
トヘッドの分解斜視説明図、図４は同ヘッドの振動板長
手方向に沿う断面説明図、図５は同ヘッドの振動板長手
方向に沿う要部拡大断面説明図、図６は同ヘッドの振動
板短手方向に沿う要部拡大断面図である。

【００２９】インクジェットヘッド４０は、単結晶シリ
コン基板、多結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板などのシリ
コン基板等を用いた第一基板である流路基板４１と、こ
の流路基板４１の下側に設けたシリコン基板、パイレッ
クス（登録商標）ガラス基板、セラミックス基板等を用
いた第二基板である電極基板４２と、流路基板４１の上
側に設けた第三基板であるノズル板４３とを備え、複数
のインク滴を吐出するノズル４４、各ノズル４４が連通
するインク流路である加圧室４６、各加圧室４６にイン
ク供給路を兼ねた流体抵抗部４７を介して連通する共通
液室流路４８などを形成している。

【００３０】流路基板４１には加圧室４６及びこの加圧
室４６の壁面である底部をなす第１電極を兼ねた振動板
５０を形成する凹部を形成し、ノズル板４３には流体抵
抗部４７を形成する溝を形成し、また流路基板４１と電
極基板４２には共通液室流路４８を形成する貫通部を形
成している。

【００３１】ここで、流路基板４１は、例えば単結晶シ
リコン基板を用いた場合、予め振動板厚さにボロンを注
入してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形
成し、電極基板４２と接合した後、加圧室４６となる凹
部をＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エ
ッチングすることにより、このとき高濃度ボロン層がエ
ッチングストップ層となって振動板５０が高精度に形成
される。また、多結晶シリコン基板で振動板５０を形成
する場合は、液室基板上に振動板となる多結晶シリコン
薄膜を形成する方法、または、予め電極基板４２を犠牲
材料で平坦化し、その上に多結晶シリコン薄膜を成膜し
た後、犠牲材料を除去することで形成できる。

【００３２】なお、振動板５０に別途電極膜を形成して
もよいが、上述したように不純物の拡散などによって振
動板が電極を兼ねるようにしている。また、振動板５０
の電極基板４２側の面に絶縁膜を形成することもでき
る。この絶縁膜としてはＳiＯ₂等の酸化膜系絶縁膜、Ｓ
i₃Ｎ₄等の窒化膜系絶縁膜などを用いることができる。
絶縁膜の成膜は、振動板表面を熱酸化して酸化膜を形成
したり、成膜手法を用いたりすることができる。さら
に、この流路基板１には共通電極を設けている。この共
通電極は、Ａｌ等の金属をスパッタしてシンタリング
（熱拡散）することにより付設しており、流路基板１と
の導通を確保して、半導体基板よりなる流路基板１とオ
ーミックコンタクトを取っている。

【００３３】また、電極基板４２には酸化膜層４２ａを
形成し、この酸化膜層４２ａの部分に凹部５４を形成し
て、この凹部５４底面に振動板５０に対向する第２電極
である電極１５を設け、振動板５０と電極５５との間に
所定のギャップ５６（ギャップ０．２μｍとしてい
る。）を形成し、これらの振動板５０と電極５５とによ
ってアクチュエータ部を構成している。なお、電極５５
表面にはＳiＯ_２膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓi₃Ｎ_４膜
などの窒化膜系絶縁膜からなる電極保護膜５７を成膜し
ているが、電極表面５５に電極保護膜５７を形成しない
で、振動板５０側に絶縁膜を形成することもできる。

【００３４】これらの流路基板４１と電極基板４２との
接合は、接着剤による接合も可能であるが、より信頼性
の高い物理的な接合、例えば電極基板４２がシリコンで
形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いるこ
とができる。この直接接合は１０００℃程度の高温化で
実施する。また、電極基板４２がガラスの場合、陽極接
合を行うことができる。電極基板４２をシリコンで形成
して、陽極接合を行う場合には、電極基板４２と流路基
板４１との間にパイレックスガラスを成膜し、この膜を
介して陽極接合を行うこともできる。さらに、流路基板
４１と電極基板４２にシリコン基板を使用して金等のバ
インダーを接合面に介在させた共晶接合で接合すること
もできる。

【００３５】また、電極基板４２の電極５５としては、
通常半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡ
ｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の
高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シ
リコン材料などを用いることができる。電極基板４２を
シリコンウエハで形成する場合には、電極基板４２と電
極５５との間には絶縁層（上述した酸化膜層４２ａ）を
形成する必要がある。電極基板４２にガラス等の絶縁性
材料を用いる場合には電極５５との間に絶縁層を形成す
る必要はない。

【００３６】また、電極基板４２にシリコン基板を用い
る場合、電極５５としては、不純物拡散領域を用いるこ
とができる。この場合、拡散に用いる不純物は基板シリ
コンの導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散
領域周辺にｐｎ接合を形成し、電極５５と電極基板４２
とを電気的に絶縁する。

【００３７】ノズル板４３は多数のノズル４４を二列配
置して形成したものであり、吐出面には撥水処理を施し
ている。ここでは、このノズル板４３は、後に詳述する
ように樹脂部材と金属部材との複層部材からなる。この
ノズル板４３は流路基板４１に接着剤にて接合してい
る。

【００３８】このインクジェットヘッド４０ではノズル
４４を二列配置し、この各ノズル４４に対応して加圧室
４６、振動板５０、電極５５なども二列配置し、各ノズ
ル列の中央部に共通液室流路４８を配置して、左右の加
圧室４６にインクを供給する構成を採用している。これ
により、簡単なヘッド構成で多数のノズルを有するマル
チノズルヘッドを構成することができる。

【００３９】そして、インクジェットヘッド４０の電極
５５は外部に延設して接続部（電極パッド部）５５ａと
し、これにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ６０を搭
載したＦＰＣケーブル６１を異方性導電膜などを介して
接続している。このとき、電極基板４２とノズル板４３
との間は図４に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用
いたギャップ封止剤６２にて気密封止している。

【００４０】さらに、インクジェットヘッド４０全体を
フレーム部材６５上に接着剤で接合している。このフレ
ーム部材６５にはインクジェットヘッド４０の共通液室
流路４８に外部からインクを供給するためのインク供給
穴６６を形成しており、またＦＰＣケーブル６１等はフ
レーム部材６５に形成した穴部６７に収納される。

【００４１】このフレーム部材６５とノズル板４３との
間は図４に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いた
ギャップ封止剤６８にて封止し、撥水性を有するノズル
板４３表面のインクが電極基板４２やＦＰＣケーブル６
１等に回り込むことを防止している。

【００４２】そして、このヘッド１４のフレーム部材６
５にはインクカートリッジ１５とのジョイント部材７０
が連結されて、フィルタ７１を介してインクカートリッ
ジ１５からインク供給穴６６を通じて共通液室流路４８
にインクが供給される。

【００４３】このインクジェットヘッド４０において
は、振動板５０を共通電極とし、電極５５を個別電極と
して、振動板５０と電極５５との間に駆動電圧を印加す
ることによって、振動板５０と電極５５との間に発生す
る静電力によって振動板５０が電極５５側に変形変位
し、この状態から振動板５０と電極５５間の電荷を放電
させることによって振動板５０が復帰変形して、加圧室
４６の内容積（体積）／圧力が変化することによって、
ノズル４４からインク滴が吐出される。

【００４４】すなわち、個別電極とする電極５５にパル
ス電圧を印加すると、共通電極となる振動板５０との間
に電位差が生じて、個別電極５５と振動板５０の間に静
電力が生じる。この結果、振動板５０は印加した電圧の
大きさに応じて変位する。その後、印加したパルス電圧
を立ち下げることで、振動板５０の変位が復元して、そ
の復元力により加圧室４６内の圧力が高くなり、ノズル
４４からインク滴が吐出される。

【００４５】そこで、このインクジェットヘッドにおけ
るノズル形成部材であるノズル板４３の詳細について図
７以降をも参照して説明する。ノズル板４３の一例につ
いて図７を参照して説明する。このノズル板４３は剛性
部材である剛性基板６１と樹脂部材である樹脂フィルム
６２とを接着剤６３を介して接合した積層部材からな
る。

【００４６】ここで、剛性基板６１には予め周知の加工
法、例えばプレス加工、エッチング加工、放電加工など
でノズル連通穴６４を形成している。このノズル連通穴
６４の樹脂フィルム６２側の径をノズル連通穴径Ｄとす
る。なお、ノズル連通穴６４はインクの流れ易さからテ
ーパ形状に形成することが好ましいが、ストレートの形
状であっても良い。

【００４７】樹脂フィルム６２にはノズル穴６５を形成
している。このノズル穴６５の剛性基板６１側の径をノ
ズル穴径ｄとする。このノズル穴６５の形状は、連通穴
６４の形状より一層インクの流れ易さに影響を与え、ヘ
ッドとしての吐出効率を左右する一要因となっている。
ノズル穴６５の角度θは、実験によると、５°以上が好
ましく、特に１０°以上が好ましい。

【００４８】そして、剛性基板６１のノズル連通穴径Ｄ
と樹脂フィルム６２のノズル穴径ｄとの関係を、Ｄ／ｄ
が１．３〜８の間の値を取るように設定している。この
Ｄ／ｄ＝１．３〜８の関係に設定することで、ノズル穴
径のバラツキが低減するとともに、樹脂フィルム６２の
圧力変動に伴う変形を抑制できて、安定したインク滴吐
出特性を得ることができ、高画質記録が可能になる。

【００４９】すなわち、剛性基板６１と樹脂フィルム６
２とを接合する際には接着剤６３のはみ出し部６３ａが
発生してしまい、そのはみ出し量は種々の要因でばらつ
いてしまう。この場合、できる限りはみ出し量を少なく
するべく、またバラツキを少なくするべく要因を管理す
ることになるが、完全にはみ出し部を抑え切ることはで
きない。はみ出し量がばらつくと、エキシマレーザーで
のノズル穴加工の際にエネルギーがはみ出し部６３ａの
接着剤６３を加工することによりロスしてしまい、結果
としてノズル径精度がばらつくことになる。

【００５０】そこで、いかにバラツキが少なく径精度の
高いノズル穴を得るかということが重要になる。ここ
で、ノズル穴径ｄの寸法に対してノズル連通穴径Ｄの寸
法を大きくすれば、はみ出しの影響が減少する。しかし
ながら、一方では、インク滴吐出時の内部圧力上昇によ
るノズル穴６５周辺の変形も極力低減する必要があり、
むやみにノズル穴径ｄとノズル連通穴径Ｄの差を大きく
することはできない。

【００５１】つまり、ノズル穴径ｄとノズル連通穴径Ｄ
の差を大きくすることは、ノズル穴６５の周辺が樹脂フ
ィルム６２のみなって変形を生じ易くなり、このノズル
穴６５の周辺部分が内部圧力で変形すると、インクジェ
ットヘッドのアクチュエータによって与えられた吐出室
４６のインクに対する圧力を上昇するためのエネルギー
損失が発生し、安定したインク滴吐出特性が得られなく
なるのである。

【００５２】そこで、本発明者は実験を繰返した結果、
上述したように、剛性基板６１のノズル連通穴径Ｄと樹
脂フィルム６２のノズル穴径ｄとの関係を、Ｄ／ｄ＝
１．３〜８の関係に設定することで、接着剤６３のはみ
出しによるノズル穴径ｄのバラツキとノズル穴６５周辺
部分の樹脂フィルム６２の変形の両者を低減できること
を確認した。更に、実験によると、Ｄ／ｄ=２．０〜
５．０の関係にすることで、より効果的であることが確
認できた。

【００５３】ここで、剛性基板６１と樹脂フィルム６２
を接合をするための接着剤６３は、剛性基板６１側に塗
布しておくこともできるが、剛性のある材料に接着剤を
塗布することはかなり困難が伴うことから、樹脂フイル
ム６２に予め塗布しておくことが好ましい。樹脂フィル
ム６２への接着剤の塗布は、通常の接着テープ等の生産
で広く利用されているので特に困難は伴わない。

【００５４】また、接着剤６３の種類はポリイミド接着
剤、エポキシ接着剤、アクリル形接着剤、ポリウレタン
系接着剤などが使用可能であるが、より好適には、接着
強度、インクに対する接液信頼性、薄膜塗布性等から、
ポリイミド接着剤を使用するのが好ましい。

【００５５】さらに、剛性基板６１の材料としては、電
鋳Ｎｉ板、ステンレス板、コバール板などが使用可能で
あるが、インクに対する接液信頼性、また本ノズルプレ
ートを組み立てる際の相手部材との熱膨張係数の合わせ
込み（通常加熱接着接合されるため、双方の材料の熱膨
張係数が近いものでないと、使用中剥離等の問題が発生
する。本実施形態の場合、相手部材は前述したように流
路基板４１を形成しているシリコン基板である。）、材
料コスト等からＮｉ−Ｆｅ合金、具体的には４２アロイ
（Ｎｉ−４２％、Ｆｅ−５８％の組成でＩＣなどのリー
ドフレームに使用されているもの）が好ましい。

【００５６】次に、このノズル板を製造する工程につい
て図８及び図９を参照して説明する。先ず、図８（ａ）
に示すように予めノズル連通穴６４を形成した剛性基板
６１と樹脂フィルム（高分子樹脂フィルム）６２とを接
着剤６３を介して接合した積層部材を得る。このとき、
ノズル連通穴６４の樹脂フィルム６２側には若干のはみ
出し部６３ａが生じる。そして、同図（ｂ）に示すよう
に、剛性基板６１のノズル連通穴６４側からエキシマレ
ーザーを照射して樹脂フィルム６２にノズル穴６５を形
成する。

【００５７】ここで、エキシマレーザによる樹脂フィル
ム６２のノズル穴加工では、エネルギー密度を変化させ
ることで、ノズル穴６５のテーパ角θ（図７参照）が変
化することがわかっており、テーパ角θを大きくするた
めには、前記エネルギー密度を小さくする必要がある。
ただし、あまりこのエネルギー密度を小さくすると、エ
キシマレーザの発振が不安定になったり、また樹脂フィ
ルム加工に対するエネルギーの余裕度がなくなり、種々
の外乱（レーザのパワーバラツキ、ごみの付着、樹脂フ
ィルムの材質不均一など）による影響を受け、結果とし
てノズル穴６５の加工精度が低下してしまうことにな
る。

【００５８】そこで、実験を繰返した結果、エキシマレ
ーザのエネルギー密度が、０．４Ｊ／ｃｍ²以上であれ
ばほぼ安定した加工が可能であり、特に、０．６〜２．
０Ｊ／ｃｍ²の範囲にすることで安定した加工ができ、
且つ必要なテーパ角度も得られることを確認した。

【００５９】なお、エキシマレーザー加工装置は、図９
に示すように、レーザー発振器８１から射出されたエキ
シマレーザビーム８２がミラー８３、ビームエキスパン
ダ８４、ミラー８５、マスク８６、フィールドレンズ８
７、ミラー８８を経て、更に結像光学系８９を介して加
工テーブル９０上に導かれている。

【００６０】この加工テーブル９０上に支持シート９１
を介して加工物（剛性基板６１と樹脂フィルム６２の積
層部材）Ｗを載置して、加工物Ｗにレーザビーム８２を
照射する。なお、加工テーブル９０は、周知のＸＹＺテ
ーブル等で構成されていて、必要に応じて加工物Ｗを移
動し所望の位置にレーザビーム８２を照射することがで
きるようになっている。

【００６１】次に、ノズル板４３の具体例について説明
する。剛性基板６１として厚さｔ＝２５μｍのコバール
材にノズル連通穴６４を両面エッチングで加工したもの
を用い、樹脂フィルム６２として厚さｔ＝２５μｍのポ
リイミドフィルムで、このポリイミドフィルムの片面に
厚さ５μｍのポリイミド系接着剤６３を塗布したものを
用いた。

【００６２】そして、剛性基板６１と樹脂フィルム６２
との接合は、２３０℃、４ｋｇ／ｃｍ²で数分間加圧及
び加熱して接合した。その後、剛性基板６１のノズル連
通穴６４側からエキシマレーザービームを照射した。レ
ーザビームは剛性基板６１をマスクとする加工ではな
く、マスク像をノズル連通穴６４を通して樹脂フィルム
６２面に縮小投影する、マスクイメージ法にして加工し
た。

【００６３】ここでノズル連通穴６４は略ストレート形
状で、ノズル連通穴径Ｄ＝１００μｍ、エキシマレーザ
エネルギー密度は、０．８Ｊ/ｃｍ²で加工したところ、
ノズル穴径ｄは３８μｍ、テーパ角θは約１３°のノズ
ル穴６５を形成できた。

【００６４】このノズル板４３を流路基板４１に接合し
てインクジェットヘッドを製作し、インク滴を吐出させ
たところ、はみ出し部６３ａの影響によるノズル穴径精
度のバラツキも、ノズル穴６５の周辺の樹脂フィルム６
２の変形によるインク滴吐出特性及び吐出効率の低下も
見られないヘッドを得ることができた。

【００６５】なお、上記実施形態においては、本発明を
静電型インクジェットヘッドのノズル形成部材に適用し
た例で説明したが、インクジェットヘッド以外のノズル
形成部材にも適用することができ、またピエゾ型インク
ジェットヘッドやバブル型インクジェットヘッドなどの
ノズル形成部材にも適用することができる。また、液滴
吐出ヘッドとしてはインクジェットヘッド以外にも液体
レジストを吐出させるヘッドなどとしても用いることが
できる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液滴
吐出ヘッドによれば、剛性部材のノズル連通穴の穴径Ｄ
と樹脂部材のノズル穴の穴径ｄとの関係が、Ｄ／ｄ＝
１.３〜８である構成としたので、ノズル径精度のばら
つきを低減できるとともに、安定した液滴吐出特性を得
られ、吐出効率も向上する。

【００６７】ここで、剛性部材のノズル連通穴の穴径Ｄ
と樹脂部材のノズル穴の穴径ｄとの関係が、Ｄ／ｄ＝２
〜５であることで、ノズル径精度のばらつきを低減でき
るとともに、安定した液滴吐出特性を得られ、吐出効率
も向上する。

【００６８】また、剛性部材と樹脂部材とは予め樹脂部
材側に塗布された接着剤層で接合されていることで、低
コストで塗布膜厚のバラツキが少ない接着剤層を得るこ
とができる。この場合、接着剤が熱可塑性ポリイミド接
着剤であることで、接着強度、接液信頼性を確保でき
る。さらに、剛性部材がＮｉ−Ｆｅ合金材料からなるこ
とで、ノズル形成部材を接合する相手方部材との熱膨張
係数差を低コストで低減できる。

【００６９】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法によれば、樹脂部材に剛性部材側からエキシマレー
ザーを照射してノズル穴を形成し、このエキシマレーザ
のエネルギー密度が０．６〜２．０Ｊ／ｃｍ2である構
成としたので、外乱に対する影響を低減できてノズル穴
径精度の低下を防止できる。

【００７０】本発明に係るインクジェット記録装置によ
れば、インクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘ
ッドである構成としたので、安定したインク滴吐出特性
が得られて高画質記録を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部
の概略斜視説明図

【図２】同機構部の側面説明図

【図３】同記録装置のヘッドの分解斜視説明図

【図４】同記録装置のヘッドの振動板長手方向に沿う模
式的断面説明図

【図５】図３の要部拡大説明図

【図６】同ヘッドの振動板短手方向に沿う模式的断面説
明図

【図７】同ヘッドのノズル板の一例を示す模式的拡大断
面図

【図８】同ノズル板の製造工程を説明する説明図

【図９】同ノズル板の製造工程に用いるエキシマレーザ
ー加工装置を説明する説明図

【図１０】従来のノズル形成部材の一例を示す断面説明
図

【図１１】従来のノズル形成部材の他の例を示す断面説
明図

【符号の説明】

１３…キャリッジ、１４…ヘッド、２４…搬送ローラ、
３３…排紙ローラ、４１…流路基板、４２…電極基板、
４３…ノズル板、４４…ノズル、４６…加圧室、４７…
流体抵抗部、４８…共通液室流路、５０…振動板、５５
…電極、６１…剛性基板（剛性部材）、６２…樹脂フィ
ルム（樹脂部材）、６３…接着剤、６４…ノズル連通
穴、６５…ノズル穴。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液滴を吐出するノズル穴を形成した樹脂
   部材と前記ノズル穴に連通するノズル連通穴を形成した
   剛性部材との積層部材からなるノズル形成部材を備えた
   液滴吐出ヘッドにおいて、前記剛性部材のノズル連通穴
   の穴径Ｄと前記樹脂部材のノズル穴の穴径ｄとの関係
   が、Ｄ／ｄ＝１.３〜８であることを特徴とする液滴吐
   出ヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおい
   て、前記剛性部材のノズル連通穴の穴径Ｄと前記樹脂部
   材のノズル穴の穴径ｄとの関係が、Ｄ／ｄ＝２〜５であ
   ることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド
   において、前記剛性部材と樹脂部材とは予め樹脂部材側
   に塗布された接着剤層で接合されていることを特徴とす
   る液滴吐出ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおい
   て、前記接着剤が熱可塑性ポリイミド接着剤であること
   を特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴
   吐出ヘッドにおいて、前記剛性部材がＮｉ−Ｆｅ合金材
   料からなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴
   吐出ヘッドを製造する製造方法であって、前記樹脂部材
   に前記剛性部材側からエキシマレーザーを照射して前記
   ノズル穴を形成し、このエキシマレーザのエネルギー密
   度が０．６〜２．０Ｊ／ｃｍ2であることを特徴とする
   液滴吐出ヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】 インク滴を吐出するインクジェットヘッ
   ドを備えたインクジェット記録装置において、前記イン
   クジェットヘッドが前記請求項１乃至５のいずれかに記
   載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェ
   ット記録装置。