JP2006192622A - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルシートの剛性の確保と印画品位の向上とを両立させることができるようにする。
【解決手段】ノズル１８が形成されたノズルシート１７の表面に、ノズル１８の開口幅よりも大きい開口幅を有するとともに、ノズル１８の外側を囲う凹部１９を形成し、凹部１９の底面部にノズル１８が位置し、凹部１９の隅角部１９ａの内角が９０°よりも大きい角度を有するようにする（例えば、隅角部１９ａを曲面や斜面とする）ことで、凹部１９内に付着したインクが引きちぎられることなくノズル１８内に戻され、凹部１９内にインク溜まりが発生しないようにした。
【選択図】図７

Description

本発明は、エネルギー発生素子により、液室内の液体を液滴としてノズルから吐出する液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び液体吐出ヘッドの製造方法に係るものであり、詳しくは、ノズルを形成したノズルシートの剛性を確保しつつ、印画品位を向上させることができるようにした技術に関するものである。

従来より、エネルギー発生素子を用いてノズルから液体を吐出するようにした液体吐出ヘッドが知られている。例えば、インクジェットプリンタのプリンタヘッドは、このような液体吐出ヘッドの一種であり、エネルギー発生素子によってインク液室内のインクに圧力を付与し、このインクをインク液滴としてノズルから吐出するようにしたものである。そして、ノズルに対向して配置された印画紙上にインク液滴を着弾させ、略円形のドットを縦横に形成して画像や文字を表現している。

ここで、プリンタヘッドのノズルから吐出されるインク液滴は、ノズルが形成されたノズルシートに対して垂直な方向に吐出されることが理想的である。しかしながら、実際には、種々の要因により、ノズルシートに対するインク液滴の吐出角度が垂直になっていない場合がある。そして、吐出角度が垂直方向からずれていると、印画紙上において、インク液滴の着弾位置にずれが発生することとなり、画像に白スジが入ったりして、印画品位が低下するという問題が生ずる。

そこで、このような白スジの発生を防止するために、本願出願人は、インク液滴の吐出方向を可変とすることができる技術をすでに提案している。すなわち、インク液室内に、個別に駆動可能な複数の発熱抵抗体（エネルギー発生素子の一種）を配置し、それぞれの発熱抵抗体を独立して駆動することにより、インク液滴の吐出方向を偏向させることができるようにした技術である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１３６４号公報

図１４は、上記の特許文献１に記載されたこのような従来のプリンタヘッド１１１を示す分解斜視図であり、バリア層１１６上に貼り付けられるノズルシート１１７を分解して図示している。なお、図１４では、説明の便宜のため、実際の使用状態と天地方向を逆転させてある。
図１４に示すプリンタヘッド１１１において、基板部材１１４は、シリコン等からなる半導体基板１１５と、この半導体基板１１５の一方の面に析出形成された発熱抵抗体１１３とを備えるものである。そして、発熱抵抗体１１３は、左右に分割された２つの部分からなっている。

また、バリア層１１６は、半導体基板１１５の発熱抵抗体１１３が形成された面に形成されたものであり、インク液室１１２を形成するための液室形成部材となるものである。さらに、ノズルシート１１７は、複数のノズル１１８が形成された液体吐出部材であり、ノズル１１８が発熱抵抗体１１３と対向するようにして、バリア層１１６上に貼り付けられる。

そして、インク液室１１２は、発熱抵抗体１１３を囲むようにして、基板部材１１４とバリア層１１６とノズルシート１１７とから構成される。すなわち、基板部材１１４及び発熱抵抗体１１３は、図１４中、インク液室１１２の底壁を構成し、バリア層１１６は、インク液室１１２の側壁を構成し、ノズルシート１１７は、インク液室１１２の天壁を構成する。これにより、インク液室１１２は、図１４中、右下方向に開口領域を有することとなり、プリンタヘッド１１１と接続されたインクタンク（図示せず）からインク液室１１２にインクが満たされる。

このようなプリンタヘッド１１１において、発熱抵抗体１１３を加熱すると、発熱抵抗体１１３と接する部分のインクに気泡が発生する。すると、その気泡の膨張によってある体積のインクが押しのけられ、その押しのけられたインクと同等の体積のインクがインク液滴としてノズル１１８から吐出される。したがって、このインク液滴を印画紙上に着弾させることにより、画像や文字を表現することができる。

ここで、発熱抵抗体１１３の２つの部分は、個別に駆動可能となっている。そして、この２つの部分を同時に加熱し、２つの部分がインクを沸騰させる温度に到達するまでの時間（気泡発生時間）を同じにしたときは、２つの部分上で同時にインクが沸騰することとなる。そのため、インク液滴は、ノズルシート１１７に対して垂直な方向（ノズル１１８の中心軸の方向）に吐出される。

一方、発熱抵抗体１１３の２つの部分の気泡発生時間に時間差を与えれば、２つの部分上で同時にインクが沸騰しない。その結果、インク液滴の吐出方向がノズル１１８の中心軸の方向からずれ、偏向して吐出されるようになる。
このように、上記の特許文献１に記載の技術によれば、インク液滴の吐出方向を偏向させることが可能であり、この偏向吐出により、印画される画像の白スジの発生を防止して印画品位を向上させることができる。

ところが、印画品位には、ノズルシート１１７の表面（吐出面）状態も影響する。すなわち、インク液滴の吐出が何回も繰り返されると、ノズル１１８の周囲におけるノズルシート１１７の表面にインクが付着するようになる。すると、この付着したインクがインク液滴の吐出方向に悪影響を与え、印画紙上の所望の位置にインク液滴が着弾しなくなり、印画品位が低下するのである。

また、ノズルシート１１７に付着したインクが固化すると、固着物としてノズルシート１１７上に残るようになる。そして、ノズルシート１１７から剥がれた固着物がノズル１１８につまると、吐出不良のノズル１１８が発生するようになり、印画品位が低下してしまう。

そこで、ノズルシート１１７にインクが付着しないように、ノズルシート１１７の表面に撥水領域を設けるようにした技術が知られている。すなわち、ノズルシート１１７の表面を拭くワイピング機構を備え、ノズルシート１１７におけるノズル１１８の周囲の近傍域に撥水領域を設けるとともに、ワイピング方向の下流側にのみ、親水領域を設けるようにした技術である（例えば、特許文献２参照）。
特開平８−３９８１７号公報

上記の特許文献２に記載の技術によれば、ノズルシート１１７の表面に設けられた撥水領域により、ワイピング方向の上流側でのインクの付着を回避することができるので、ワイピング動作による固着物のノズル１１８への押し込みを防止することができる。そのため、固着物によってノズル１１８がつまることがなく、その結果、ノズル１１８の吐出不良が防止され、印画品位が向上するという。

また、ノズル１１８から少し離れた位置に複数の凹状の窪みを設けるようにした技術も知られている。すなわち、ノズルシート１１７の表面を撥水領域とするとともに、ノズル１１８に対して予め決められた位置に、内部が親水領域である複数の凹状の窪みを設けた技術である（例えば、特許文献３参照）。
特開２００１−１５２３号公報

上記の特許文献３に記載の技術によれば、撥水領域により、ノズルシート１１７の表面にインクが付着することを防止でき、ノズルシート１１７に付着しようとするインクは、内部が親水領域である凹状の窪みに捕獲されることとなる。そのため、インク液滴の吐出方向に悪影響を及ぼすことはなく、ノズル１１８がつまることもない。その結果、ノズル１１８の吐出不良も防止され、印画品位が向上するという。

しかし、上述した特許文献１に記載の技術において、インク液滴の吐出方向を大きく偏向できるようにするには、ノズルシート１１７の厚さを薄くするか、ノズル１１８の直径を大きくする必要がある。ここで、ノズル１１８の直径を大きくすると、インク液滴のサイズが大きくなってしまうため、画像の解像度が低くなり、印画品位を向上させることができなくなる。そのため、インク液滴の吐出方向の偏向には、ノズルシート１１７の厚さを薄くすることが好ましい。

ところが、ノズルシート１１７の厚さを薄くすることは、吐出方向の偏向には有利であるが、ノズルシート１１７の剛性の低下をもたらす。すると、印画の際の紙送り等によってノズルシート１１７が振動することとなり、その結果、インク液滴の吐出方向に悪影響を与えてしまうことがある。したがって、吐出方向の偏向とノズルシート１１７の剛性とは、相反する関係にあると言える。

そこで、ノズルシート１１７の剛性を確保しつつ、インク液滴の吐出方向を大きく偏向させるため、ノズル１１８の周囲だけ、ノズルシート１１７の厚さを薄くすることが考えられる。すなわち、発熱抵抗体１１３による吐出圧力や印画の際の紙送り等の振動によってノズルシート１１７が変形しないように、十分な肉厚を有するノズルシート１１７を使用するとともに、ノズル１１８の周囲だけ、ノズル１１８の軸長に相当する肉厚を残してノズルシート１１７を薄くするのである。

しかし、ノズルシート１１７の一部を薄くすると、その部分が凹みとなり、インクが付着しやすくなる。そして、ノズルシート１１７の薄い部分に付着したインクは、上述した特許文献２に記載の技術によって除去することができず、特許文献３に記載の技術でも問題がある。すなわち、特許文献２に記載の技術は、ノズルシート１１７の表面を拭くワイピング機構を備えるものであるが、ワイピング機構では、ノズルシート１１７の薄い部分（凹みの部分）を拭くことができない。

また、上述した特許文献３に記載の技術では、ノズル１１８の周辺部に複数の凹状の窪みを設けることとなるが、そうすると、印画品位の向上の要請に逆行してしまう。すなわち、高画質化のためには、隣接するノズル１１８同士の間隔を狭くして、複数のノズル１１８を高密度に配置する必要があるが、ノズル１１８の周囲だけ、ノズルシート１１７の厚さを薄くし、しかも、その薄い部分に凹状の窪みを設けるとなると、凹状の窪みを設けるスペースが新たに必要となり、ノズル１１８の間隔が広がってしまうのである。

さらに、凹状の窪みにインクが溜まっていると、新たに付着したインクを窪みで捕獲することができなくなり、窪みからインクがあふれることとなる。特に、高速印画の場合には、短時間に多数枚の印刷が行われるので、付着したインクの蒸発の時間がなくなり、インクのあふれが一層顕著となってしまう。そのため、特許文献３に記載の技術では、インクの付着防止効果が不十分となる。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、ノズルの周囲だけ、ノズルシートの厚さを薄くした場合であっても、インクが付着しないようにすることで、ノズルシートの剛性の確保と印画品位の向上とを両立させることができるようにした液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供することである。

本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の１つである請求項１に記載の発明は、ノズルから吐出すべき液体を収容する液室と、前記ノズルが形成された液体吐出部材と、前記液室内の液体にエネルギーを付与するエネルギー発生素子とを備え、前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから液滴として吐出する液体吐出ヘッドであって、前記液体吐出部材の表面に、前記ノズルの開口幅よりも大きい開口幅を有するとともに、前記ノズルの外側を囲う凹部が形成され、前記凹部の底面部に前記ノズルが位置し、前記凹部の隅角部の内角が９０°よりも大きい角度を有することを特徴とする。

上記の発明においては、液体吐出部材の表面に、ノズルの開口幅よりも大きい開口幅を有するとともに、ノズルの外側を囲う凹部が形成されている。そして、この凹部の底面部にノズルが位置している。そのため、ノズルの周囲だけ、ノズルシートの厚さを薄くすることができる。また、凹部の隅角部は、内角が９０°よりも大きい角度を有している。すなわち、凹部の隅角部が曲面や傾斜面等となっている。そのため、凹部の隅角部にインク溜まりが発生しない。

本発明の他の１つである請求項５に記載の発明は、ノズルが形成された液体吐出部材を有し、エネルギー発生素子により、液室内の液体を前記ノズルから液滴として吐出する液体吐出ヘッドを備え、前記液体吐出ヘッドにより、被記録媒体に液滴を着弾させて印画を行う液体吐出装置であって、前記液体吐出ヘッドにおける前記液体吐出部材の表面に、前記ノズルの開口幅よりも大きい開口幅を有するとともに、前記ノズルの外側を囲う凹部が形成され、前記凹部の底面部に前記ノズルが位置し、前記凹部の隅角部の内角が９０°よりも大きい角度を有しており、前記液体吐出ヘッドによる液滴の吐出によって前記凹部内に付着した液体は、液滴の吐出後に前記ノズル内に戻されることを特徴とする。

上記の発明においては、液体吐出ヘッドにおける液体吐出部材の表面に、ノズルの開口幅よりも大きい開口幅を有するとともに、ノズルの外側を囲う凹部が形成されている。そして、この凹部の底面部にノズルが位置し、凹部の隅角部の内角が９０°よりも大きい角度を有している。また、液体吐出ヘッドによる液滴の吐出によって凹部内に付着した液体は、液滴の吐出後にノズル内に戻される。そのため、凹部にインクが付着して残るようなことがなく、常に初期の新鮮な状態を保つことができる。

本発明の他の１つである請求項８に記載の発明は、ノズルから吐出すべき液体を収容する液室と、前記ノズル及び前記ノズルの外側を囲う凹部が形成された液体吐出部材と、前記液室内の液体にエネルギーを付与し、前記液室内の液体を前記ノズルから液滴として吐出させるエネルギー発生素子とを備え、前記凹部の底面部に前記ノズルが位置し、前記凹部の隅角部の内角が９０°よりも大きい角度を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、母型上に、前記凹部に対応したレジストパターンを形成する第１工程と、前記レジストパターンにおける前記ノズルに対応する部分を除く、前記レジストパターン上及び前記母型上に電鋳層を形成して、前記ノズルが形成された電鋳層とする第２工程と、前記レジストパターンを除去して、前記電鋳層に前記凹部を形成する第３工程と、前記電鋳層と前記母型とを剥離させて、前記ノズル及び前記凹部が形成された液体吐出部材を得る第４工程と、前記エネルギー発生素子を配した基板部材上に、前記液室を形成するための液室形成部材を介して前記液体吐出部材を貼り付ける第５工程とを含むことを特徴とする。

上記の発明においては、液体吐出部材にノズルを形成するとともに、液体吐出部材の表面に、ノズルの外側を囲う所望の凹部を簡単に形成することができる。そして、この液体吐出部材を液室形成部材を介してエネルギー発生素子を配した基板部材上に貼り付けることにより、液体吐出部材の凹部の底面部にノズルが位置し、凹部の隅角部の内角が９０°よりも大きい角度を有する液体吐出ヘッドを簡単に製造することができる。

本発明の他の１つである請求項１１に記載の発明は、ノズルから吐出すべき液体を収容する液室と、前記ノズル及び前記ノズルの外側を囲う凹部が形成された液体吐出部材と、前記液室内の液体にエネルギーを付与し、前記液室内の液体を前記ノズルから液滴として吐出させるエネルギー発生素子とを備え、前記凹部の底面部に前記ノズルが位置し、前記凹部の隅角部の内角が９０°よりも大きい角度を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記エネルギー発生素子を配した基板部材上に、前記液室及び前記ノズルに対応したレジストパターンを形成する第１工程と、前記基板部材上であって、前記レジストパターンの周囲に、感光性樹脂からなり、前記液体吐出部材の一部となるノズル形成層を積層する第２工程と、前記ノズル形成層上及び前記レジストパターン上に、感光性樹脂からなり、前記ノズル形成層と一体化して前記液体吐出部材となる凹部形成層を積層する第３工程と、前記凹部形成層を露光して現像することにより、前記凹部を形成する第４工程と、前記レジストパターンを除去して、前記ノズル形成層に前記液室及び前記ノズルを形成する第５工程とを含むことを特徴とする。

上記の発明においては、液室、ノズル、及びノズルの外側を囲う凹部が液体吐出部材によって一体的に形成される。すなわち、エネルギー発生素子を配した基板部材上に、液室とノズルと凹部とを直接形成することができる。そのため、液体吐出部材の凹部の底面部にノズルが位置し、凹部の隅角部の内角が９０°よりも大きい角度を有する液体吐出ヘッドを簡単かつ効率的に製造することができる。

本発明の液体吐出ヘッドによれば、液体吐出部材の表面に、ノズルの外側を囲う凹部が形成されているので、ノズルの周囲だけ、ノズルシートの厚さを薄くすることができる。そのため、ノズルシートの剛性の確保と印画品位の向上とを両立させることができる。
また、凹部の隅角部は、内角が９０°よりも大きい角度を有している。そのため、凹部の隅角部にインク溜まりが発生せず、印画品位の低下を効果的に回避することができる。

本発明の液体吐出装置によれば、液体吐出ヘッドにおける液体吐出部材の表面に、ノズルの外側を囲う凹部が形成されており、この凹部の底面部にノズルが位置し、凹部の隅角部の内角が９０°よりも大きい角度を有している。そして、液体吐出ヘッドによる液滴の吐出によって凹部内に付着した液体は、液滴の吐出後にノズル内に戻される。そのため、常に初期の新鮮な状態を保つことができるようになり、優れた印画品位が継続的に維持される。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法によれば、液体吐出部材の凹部の底面部にノズルが位置し、凹部の隅角部の内角が９０°よりも大きい角度を有する液体吐出ヘッドを簡単に製造することができる。そのため、ノズルシートの剛性の確保と印画品位の向上とを両立させた液体吐出ヘッドの製造が容易になる。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本発明における液体吐出ヘッドは、下記実施形態では、インクジェットプリンタのプリンタヘッド１１に相当する。また、下記実施形態において、プリンタヘッド１１が吐出する液体はインクであり、インクを収容する液室がインク液室１２で、ノズル１８から吐出される微少量（例えば、数ピコリットル）のインクがインク液滴である。さらに、下記実施形態では、エネルギー発生素子として発熱抵抗体１３を使用しており、この発熱抵抗体１３は、基板部材１４となる半導体基板１５の一方の面に析出形成され、インク液室１２の一面（底壁部分）をも構成している。そして、本発明における液体吐出装置は、下記実施形態では、このようなプリンタヘッド１１を備えるインクジェットプリンタである。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のプリンタヘッド１１を示す分解斜視図であり、バリア層１６上に貼り付けられるノズルシート１７を分解して図示している。なお、図１では、説明の便宜のため、実際の使用状態と天地方向を逆転させてある。
図１に示すように、第１実施形態のプリンタヘッド１１は、発熱抵抗体１３を配した基板部材１４と、インク液室１２を形成するためのバリア層１６（本発明における液室形成部材に相当するもの）と、ノズル１８が形成されたノズルシート１７（本発明における液体吐出部材に相当するもの）とによって構成されている。すなわち、基板部材１４上に、バリア層１６を介してノズルシート１７を貼り付けるようになっている。

ここで、基板部材１４は、図１に示すように、半導体基板１５と発熱抵抗体１３とを備えるものである。すなわち、発熱抵抗体１３は、基板部材１４となる半導体基板１５の一方の面（図１では上面）に析出形成されたものであり、幅よりも長さが大きい２つの部分からなっている。なお、この分割された発熱抵抗体１３の２つの部分は、半導体基板１５に形成された導体部を介して、それぞれ外部回路と電気的に接続されている。

また、バリア層１６は、基板部材１４の発熱抵抗体１３側（図１では上側）に感光性樹脂で形成されたものである。そして、バリア層１６は、複数の発熱抵抗体１３をそれぞれ区分けするとともに、各発熱抵抗体１３とノズルシート１７との間隔を保持する。したがって、基板部材１４とバリア層１６とノズルシート１７とによって各インク液室１２が形成されることとなり、基板部材１４及び各発熱抵抗体１３がインク液室１２の天壁を構成し、バリア層１６がインク液室１２の３つの側壁を構成し、ノズルシート１７がインク液室１２の底壁を構成する。

さらに、ノズルシート１７は、Ｎｉ（ニッケル）製のものであり、ノズルシート１７には、複数のノズル１８が形成されている。また、各ノズル１８の周囲には、それぞれ凹部１９が形成されている。そして、ノズルシート１７は、各ノズル１８の位置と各発熱抵抗体１３の位置とが合うように、すなわち、各ノズル１８が各発熱抵抗体１３と対向するように精密に位置決めがなされ、バリア層１６上に貼り付けられることとなる。

このようなプリンタヘッド１１を備えるインクジェットプリンタで印画を行うには、インクタンク（図示せず）内のインクを図１中の右下方向の開口領域を通して各インク液室１２に供給する。そして、印画データに基づいて、発熱抵抗体１３の２つの部分に短時間（例えば、１〜３μｓｅｃ）のパルス電流を流し、発熱抵抗体１３を急速に加熱する。すると、発熱抵抗体１３と接する部分にインクの気泡が発生し、その気泡の膨張によってある体積のインクが押しのけられる。その結果、これが吐出圧力となり、押しのけられたインクと同等の体積のインクがインク液滴としてノズル１８から吐出され、被記録媒体である印画紙（図示せず）上に着弾して文字や画像等を形成する。

図２は、図１に示す第１実施形態のプリンタヘッド１１におけるノズル１８の部分を取り出して示す側面の断面図及び下面図である。なお、下面図では、ノズルシート１７の図示を省略している。
図２に示すように、プリンタヘッド１１の１つのインク液室１２内には、２つに分割された発熱抵抗体１３が並設されている。すなわち、発熱抵抗体１３は、幅よりも長さが大きい２つの部分からなっており、その長辺同士が向かい合うようにして並設されている。そして、分割された２つの発熱抵抗体１３の並び方向は、ノズル１８の並び方向となっている。

このように、１つのインク液室１２内に、２つに分割された発熱抵抗体１３を備える場合には、各々の発熱抵抗体１３がインクを沸騰させる温度に到達するまでの時間（気泡発生時間）を同じにしたときは、２つの発熱抵抗体１３上で同時にインクが沸騰し、インク液滴は、ノズルシート１７に対して垂直な方向（ノズル１８の中心軸の方向）に吐出される。
一方、２つの発熱抵抗体１３によるインクへのエネルギーの付与の仕方を制御し、２つに分割した発熱抵抗体１３の気泡発生時間に時間差を与えれば、２つの発熱抵抗体１３上で同時にインクが沸騰せず、インク液滴の吐出方向がノズル１８の中心軸方向からずれ、偏向して吐出されるようになる。

したがって、第１実施形態のプリンタヘッド１１を備えるインクジェットプリンタによれば、インク液滴の吐出方向の偏向が可能である。すなわち、吐出方向の偏向幅を調整して印画紙上の着弾位置を所望の位置とすることができ、例えば、４つのノズル１８から吐出するインク液滴を１点に集中して着弾させることもできる。そのため、この第１実施形態のプリンタヘッド１１によって印画された画像は、白スジ等の発生が効果的に防止される結果、優れた印画品位が実現される。

図３は、このような第１実施形態のプリンタヘッド１１によるインク液滴の吐出方向の偏向を示す概念図である。
図３に示すように、第１実施形態のプリンタヘッド１１は、点線で示すノズル１８の中心軸の方向に対し、矢印のようにインク液滴を偏向させて吐出することが可能であり、ノズルシート１７に形成された４つのノズル１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）から吐出するインク液滴の偏向幅をそれぞれ任意に調整することで、例えば、印画紙２０上の着弾点であるａ点，ｂ点，ｃ点，ｄ点，ｅ点にそれぞれインク液滴を着弾させることができる。

ここで、左端のノズル１８ａと右端のノズル１８ｄとの間隔は、１２６．９μｍとなっている。また、印画紙２０上のａ点とｄ点との間隔（４つの着弾点の両端の間隔）も、１２６．９μｍとなっている。そのため、例えば、何らかの原因で３つのノズル１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが吐出不能になった場合、ノズル１８ａを使用して白スジの発生を防止するには、ノズル１８ａによるインク液滴の吐出方向の偏向幅を１２０μｍ以上確保する必要がある。そして、第１実施形態のプリンタヘッド１１によれば、ノズルシート１７の凹部１９により、１２０μｍ以上の偏向幅を確保するとともに、印画品位の向上を図ることができる。
そこで、以下、このような凹部１９の作用について説明する。

インク液滴の吐出方向の偏向幅は、発熱抵抗体１３（図２参照）の表面からインク液滴の吐出面までの距離（液室距離）Ｈと、ノズル１８の開口幅（ノズル開口幅）Ｄとの比であるＤ／Ｈと相関のあることが判明している。なお、ノズル開口幅Ｄは、ノズル１８の形状（ノズル形状）が真円形状の場合には、真円の直径であり、真円形状でない場合には、最大幅（例えば、楕円形状の場合には、長軸直径）である。

図４は、インク液滴の吐出方向の偏向幅と、Ｄ（ノズル開口幅）／Ｈ（液室距離）との関係を示すグラフである。なお、図４に示すグラフにおいて、発熱抵抗体１３（図２参照）に印加する偏向電圧は、３．０１５Ｖとし、バリア層１６（図２参照）の形成材料は、偏向幅が最も大きくなるような材料を選択している。さらに、ノズルシート１７（図３参照）の表面（吐出面）から印画紙２０（図３参照）までの距離は、２ｍｍとしている。

図４に示すように、偏向幅を１２０μｍ以上確保するためには、Ｄ／Ｈを０．９以上とする必要がある。ここで、液室距離Ｈは、発熱抵抗体１３（図２参照）の表面からインク液滴の吐出面までの距離であるから、凹部１９（図２参照）が形成されていないと仮定した場合には、液室距離Ｈ＝インク液室１２の高さＨ１（図２参照）＋ノズルシート１７の厚さＨ２（図２参照）である。そして、第１実施形態のプリンタヘッド１１は、Ｈ１＝１０μｍ、Ｈ２＝１３μｍとなっているから、Ｈ＝２３μｍである。したがって、Ｄ／Ｈを０．９以上とするには、ノズル開口幅Ｄ（図２参照）を約２１μｍ以上とすれば良い。

したがって、図４に示すグラフにより、必要な偏向幅からノズル開口幅Ｄを算出することができる。そして、ノズルシート１７に、図２に示す凹部１９を形成しない場合であっても、ノズルシート１７に形成するノズル１８を長軸直径２１μｍ、短軸直径１８μｍの楕円形状とした場合には、実際に、図３に示す印画紙２０上において、１２０μｍの偏向幅を確保できることが確認できた。

しかし、長軸直径２１μｍ、短軸直径１８μｍの楕円形状のノズル１８では、印画された画像の濃度が濃いことと、印画紙２０上におけるインク液滴の着弾サイズが大きく、画像に粒状感があるという問題が生ずる。すなわち、偏向幅に基づいて単純にノズル開口幅Ｄを決定すると、印画品位が低下してしまうのである。
そこで、次に、インク液滴の着弾サイズとノズル１８の形状（開口部面積）との関係について説明する。

図５は、インク液滴の着弾サイズ（直径）とノズル形状（開口部面積）との関係を示すグラフである。なお、ノズル形状は、楕円形状と真円形状の２種類としている。
図５に示すように、ノズル形状（開口部面積）が大きいと、それに応じて着弾サイズ（直径）も大きくなるが、着弾サイズ（直径）が３５μｍ以下であれば、肉眼での観測が困難となり、目立ちにくいことが判明している。そのため、印画品位を低下させないようにするには、着弾サイズ（直径）を３５μｍ以下としなければならない。

着弾サイズ（直径）が３５μｍ以下となるようなノズル形状（開口部面積）は、図５に示すグラフにより、開口部面積が２００μｍ^２ よりも小さいものである。ここで、ノズル形状を楕円形状とした場合、長軸直径１６μｍ、短軸直径１４μｍの楕円形状ならば、開口部面積（長軸半径×短軸半径×π）は、１７５．８μｍ^２ となる。そのため、このようなノズル形状（開口部面積）であれば、着弾サイズ（直径）を３５μｍ程度とすることができ、印画品位の低下を回避することができる。
そこで、このノズル形状（開口部面積）に基づいて、液室距離Ｈを逆算してみる。

ノズル形状が長軸直径１６μｍ、短軸直径１４μｍの楕円形状であれば、ノズル開口幅Ｄは、１６μｍである。したがって、図４に示すグラフに基づいて、Ｄ／Ｈが０．９以上となるような液室距離Ｈを求めると、液室距離Ｈは、約１８μｍとなる。また、第１実施形態のプリンタヘッド１１におけるインク液室１２の高さＨ１（図２参照）は、１０μｍである。そのため、ノズルシート１７に、図２に示す凹部１９を形成しない場合には、ノズルシート１７の厚さＨ２（図２参照）が８μｍとなる。このように、図４及び図５に示すグラフにより、最適な着弾サイズ（直径）及び必要な偏向幅から、ノズルシート１７の厚さＨ２を算出することができる。

しかし、ノズルシート１７の厚さＨ２を全体的に８μｍとして実際の印画を行うと、サテライトやミストが多いことや、ノズル１８の場所により、吐出するインク液滴の偏向幅が異なる等の問題が生ずる。そして、吐出中のノズル１８をレーザードップラーによって観測してみると、ノズルシート１７の表面が振動しており、この振動によって吐出状態が安定せず、印画品位が低下することとなっていた。したがって、ノズルシート１７の厚さＨ２には、薄さの限度が存在するのであり、インク液滴の吐出中でも安定するノズルシート１７の厚さＨ２は、ノズルシート１７の剛性を確保するため、約１３μｍ程度以上の厚さとすることが適当である。

このように、ノズルシート１７の厚さを薄くする要請と、ノズルシート１７の剛性を確保する要請とが対立するが、第１実施形態のプリンタヘッド１１では、この両者の要請を同時に満たすため、図２に示すように、ノズル１８の周囲に凹部１９を形成している。すなわち、ノズル１８の開口幅（ノズル開口幅）Ｄを１６μｍ（ノズル１８の形状を長軸直径１６μｍ、短軸直径１４μｍの楕円形状）とするとともに、ノズル１８の周囲に、ノズル１８の楕円形状よりも大きい楕円形状の凹部１９（長軸直径２８μｍ）を形成したノズルシート１７を用いている。

そして、ノズルシート１７の全体的な厚さＨ２を１３μｍとして、ノズルシート１７の剛性を確保するとともに、凹部１９の深さＨ３を５μｍとして、ノズル１８の部分では、ノズルシート１７の厚さがあたかも８μｍとなっているかのようにし、発熱抵抗体１３の表面からインク液滴の吐出面までの距離（液室距離）を１８μｍとしている。そのため、第１実施形態のプリンタヘッド１１は、インク液滴の最適な着弾サイズ（直径）を得ることができ、必要な偏向幅も確保されることとなる。

このように、第１実施形態のプリンタヘッド１１は、図１４に示す従来のプリンタヘッド１１１に対し、ノズルシート１７の表面側に凹部１９を形成したものである。そして、その他のインク液室１２等は、従来と同じ形状であり、ノズル１８の開口幅Ｄも、従来と同じとなっている。そのため、ノズルシート１７に対して垂直な方向にインク液滴を吐出した場合のインク液滴の吐出特性や、インク液滴の着弾サイズ等は、図１４に示す従来のプリンタヘッド１１１と全く同じである。また、ノズルシート１７の全体的な厚さＨ２も同じであるから、ノズルシート１７の剛性も変わらない。

そして、ノズル１８の周囲だけ、凹部１９を形成しているので、第１実施形態のプリンタヘッド１１は、図１４に示す従来のプリンタヘッド１１１に対して、インク液滴の吐出方向を大きく偏向させることができるようになっている。すなわち、第１実施形態のプリンタヘッド１１によれば、ノズルシート１７の表面側に形成された凹部１９により、ノズルシート１７の剛性とインク液滴の吐出方向の偏向とを両立させることができる。

また、第１実施形態のプリンタヘッド１１におけるノズルシート１７の凹部１９は、隅角部１９ａが直角となっておらず、９０°よりも大きい角度を有している。そのため、第１実施形態のプリンタヘッド１１は、凹部１９内にインクが付着して、インク溜まりが発生するようなことがなく、その結果、インク溜まりに起因する印画品位の低下を回避することができる。

すなわち、連続して印画を行うと、吐出中のインクのあふれやミストにより、凹部１９内にインクが溜まるようになる。そして、凹部１９内がインクで満たされてしまうと、印画された画像において、次第に濃度が濃くなる場所や、吐出速度が遅くなって所望の位置に着弾しない箇所が存在するようになったり、ノズル１８の偏向幅が低下したりする。また、インク溜まりが固化して固着物となった場合には、ノズル１８をつまらせることとなり、印画品位が低下する。

しかし、第１実施形態のプリンタヘッド１１は、図２に示すように、凹部１９の隅角部１９ａが９０°よりも大きい角度を有しており、隅角部１９ａが曲面となっているので、凹部１９内にインク溜まりが発生しない。そのため、印画品位が低下することもない。
そこで、次に、凹部１９の隅角部１９ａの形状とインク溜まりの発生との関係について説明する。

図６は、比較例のプリンタヘッド２１１におけるノズルシート２１７の凹部２１９の部分を取り出して示す側面の部分断面図である。
図６に示すように、比較例のプリンタヘッド２１１における凹部２１９は、図２に示す第１実施形態のプリンタヘッド１１における凹部１９と異なり、隅角部２１９ａが直角となっている。そのため、隅角部２１９ａにインク溜まりが発生している。

この点について詳述すると、ノズル２１８からインク液滴を吐出した後は、図６に示すように、凹部２１９内に付着したインクがノズル２１８に引き込まれる。これは、毛管力や重力等によってインクが漏れ出さないように、インク液室（図示せず）内を大気圧よりも低くしているからである。そして、凹部２１９内に付着したインクの全部がノズル２１８に引き込まれるならば、インク溜まりが発生することはない。

しかし、凹部２１９の隅角部２１９ａでは、図６に示すように、ノズルシート２１７を構成する部材と空気との表面張力Ｈ、インクと空気との表面張力Ｐ、インクと部材との表面張力Ｑが作用する。そして、表面張力Ｐの垂直方向の方向余弦と表面張力Ｑとの合計よりも表面張力Ｈが大きければ、表面張力Ｈ方向にインクが広がり、インクが盛り上がることとなる。

図６に示す比較例のプリンタヘッド２１１では、隅角部２１９ａが直角であるので、インクが盛り上がって付着力Ｍを生み出す領域が増え、比較的大きな付着力Ｍが発生している。そのため、ノズル２１８にインクが引き込まれる際に、ノズル２１８と隅角部２１９ａとの間で凹部２１９に付着したインクが引きちぎられ、隅角部２１９ａにインク溜まりができてしまう。したがって、インクの付着力Ｍを弱くすることができれば、インクが引きちぎられることなくノズル２１８に引き込まれ、インク溜まりの発生を防止することができることとなる。

図７は、第１実施形態のプリンタヘッド１１におけるノズルシート１７の凹部１９の部分を取り出して示す側面の部分断面図である。
図７に示すように、ノズルシート１７の表面には、ノズル１８よりも大きい開口幅を有する凹部１９が形成されている。そして、凹部１９の隅角部１９ａは、９０°よりも大きい角度を有する形状として、丸みを帯びた形状（曲面）となっている。そのため、表面張力Ｐの斜面方向の方向余弦が図６に示す比較例の場合よりも大きくなり、表面張力Ｈ方向にインクが広がる力が弱くなっている。

また、このプリンタヘッド１１を備えるインクジェットプリンタには、ダルシーの法則を利用した透水膜（例えば、スポンジ等）による減圧機能が設けられ、インクタンク（図示せず）の空気取入れ口に抵抗を作用させて、インク液室（図示せず）内を大気圧よりも低くしている。そのため、ノズル１８からインク液滴を吐出した後は、凹部１９内に付着したインクがノズル１８に引き込まれるようになっている。なお、圧力が所定の値以下にならないと開放しないバルブを設けることにより、大気圧よりも低い圧力を作用させることもできる。

そのため、第１実施形態のプリンタヘッド１１によれば、凹部１９の隅角部１９ａの丸みによってインクが表面張力Ｈ方向に広がらず、付着力Ｍを生み出す領域が減り、付着力Ｍも水平方向の成分のみとなる。しがたって、インク液滴を吐出し、ノズル１８内のインクに大気圧よりも低い圧力が作用した際に、図７に示すように、凹部１９内に付着したインクが引きちぎられることなくノズル１８に引き込まれ、凹部１９内に付着したインクがノズル１８内に戻される。その結果、凹部１９内にインク溜まりが発生することがなく、印画品位が低下しない。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態のプリンタヘッド１１におけるノズルシート１７の凹部１９の部分を取り出して示す側面の部分断面図である。
図８に示すように、第２実施形態では、ノズルシート１７の表面側に形成された凹部１９の隅角部１９ａが９０°よりも大きい角度を有する形状として、傾斜を持った形状（傾斜面）となっている。

このような第２実施形態のプリンタヘッド１１も、凹部１９の隅角部１９ａの傾斜により、第１実施形態の場合と同様に、インクが表面張力Ｈ方向に広がらず、付着力Ｍを生み出す領域が減る。そのため、図８に示すように、凹部１９内に付着したインクが引きちぎられることなくノズル１８に引き込まれ、ノズル１８内に戻される。したがって、凹部１９内にインク溜まりが発生することがなく、印画品位が低下しない。

（第３実施形態）
第３実施形態のプリンタヘッド１１は、図７に示す第１実施形態のプリンタヘッド１１と同様に、凹部１９の隅角部１９ａを丸みを帯びた形状（曲面）としたものである。そして、第３実施形態では、凹部１９を含むノズルシート１７の表面に、撥水加工を施している。そのため、表面張力Ｈ方向にインクが広がる力が一層弱くなり、付着力Ｍを生み出す領域がさらに減り、付着力Ｍの水平方向の成分もより小さくなる。したがって、凹部１９内にインク溜まりが発生することがなく、印画品位が低下しない。

このように、本実施形態のプリンタヘッド１１は、ノズルシート１７の表面に、ノズル１８よりも大きい開口幅を有する凹部１９が形成されており、この凹部１９の隅角部１９ａが９０°よりも大きい角度を有している。また、本実施形態のプリンタヘッド１１を備えるインクジェットプリンタは、凹部１９内に付着したインクが大気圧よりも低い圧力の作用によってノズル１８内に戻される。

そして、第１実施形態のプリンタヘッド１１を備えるインクジェットプリンタを使用して、６秒間に１枚の速さで連続して１０００枚の印画を行ったところ、何ら問題は生じなかった。また、印画後に凹部１９を観察したところ、隅角部１９ａが丸みを帯びた形状（曲面）となっているので、インク液滴の吐出後に、凹部１９内に付着したインクがノズル１８内に戻されていることが確認できた。

次に、このようなプリンタヘッド１１の製造方法について説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態のプリンタヘッド１１の製造方法は、図１に示すように、ノズル１８及び凹部１９を形成したノズルシート１７を後工程で貼り付けて製造する方法である。すなわち、第１実施形態のプリンタヘッド１１の製造方法では、最初に、基板部材１４となる半導体基板１５を用意する。ここで、半導体基板１５は、シリコン、ガラス、セラミックス等からなるものである。そして、この半導体基板１５の一方の面（図１では上面）に、半導体や電子デバイス製造技術用の微細加工技術を用いて、発熱抵抗体１３を析出形成（例えば、発熱抵抗体１３となる材料をプラズマによるスパッタリング法によって成膜して形成）する。

続いて、基板部材１４の発熱抵抗体１３側（図１では上側）に、感光性樹脂のバリア層１６を形成する。すなわち、発熱抵抗体１３の周辺を除く基板部材１４上に、感光性樹脂でパターニング形成してバリア層１６とする。そして、このバリア層１６上にノズルシート１７を貼り合わせることにより、プリンタヘッド１１を製造する。ここで、ノズル１８及び凹部１９は、ノズルシート１７に形成されたものである。
そこで、次に、ノズルシート１７の製造工程について、詳細に説明する。

図９は、第１実施形態のプリンタヘッド１１の製造方法において、ノズルシート１７を製造する第１工程を示す図である。
第１工程では、図９に示すように、母型３０上に、凹部１９（図２参照）に対応したレジストパターン３４を形成する。すなわち、図９に示す第１工程の工程１−１では、母型３０となる金属製の電鋳基板を用意する。ここで、母型３０としては、電鋳基板として一般的なＳＵＳ（ステンレス）等が好適であり、具体的には、厚さが０．４ｍｍで、大きさが４００ｍｍ×４００ｍｍの導電体であるＳＵＳ３０４の基板を母型３０としている。なお、母型３０として、ＳＵＳ以外の金属材料を使用することも可能である。

続く工程１−２では、母型３０上に、感光性樹脂からなる厚さ約５μｍのレジスト層３１を形成する。レジスト層３１となる感光性樹脂としては、後工程で投影露光装置によって露光を行うため、ｉｇｈ線に感度を有するノボラック型ポジレジストを用いている。なお、第１実施形態では、ノボラック型ポジレジストを母型３０に塗布してレジスト層３１を形成する方法として、スピンコート法を使用しているが、スピンコート法に限らず、バーコート、カーテンコート、メニスカスコート、スプレイコート等の各種の方法を使用することもできる。

続いて、工程１−３において、投影露光装置（図示せず）による露光を行う。そして、凹部１９（図２参照）となる部分が選択的に残るように、凹部１９となる部分のみを遮光するマスク３２を介してレジスト層３１を露光する。ここで、凹部１９の隅角部１９ａ（図２参照）が丸みを帯びた形状（曲面）となるように、投影露光装置のフォーカス面に対して、母型３０面と投影レンズ３３とを近づける方向にデフォーカスさせて露光を行う。また、その際の光源は、フィルターを外し、ｉｇｈ線混合の光を用いている。なお、レジスト層３１にネガレジストを用いた場合には、マスクパターンを反転させ、母型３０面と投影レンズ３３とを遠ざける方向にデフォーカスさせれば良い。

次の工程１−４では、工程１−３で露光したレジスト層３１を所定の現像液で現像し、レジストパターン３４を形成する。形成されたレジストパターン３４は、凹部１９（図２参照）と対応するものであり、図９の工程１−４に示すように、レジストトップの角部が丸みを帯びて、隅角部１９ａ（図２参照）に丸みが形成されるようになっている。

なお、第１実施形態では、投影露光装置によって露光を行ったが、これに限定されるものではない。すなわち、平行光によるコンタクト露光方式でも、フレネル回折で像がボケることを利用することにより、レジストトップの角部を丸くすることができる。また、ラジカル反応を利用したレジストであれば、酸素雰囲気で露光することによって膜減りを生じさせ、丸みを帯びさせることができる。さらに、化学増幅タイプのネガレジストにおいても、空気中のアルカリ成分を利用して、丸みを帯びさせることができる。

図１０は、第１実施形態のプリンタヘッド１１の製造方法において、ノズルシート１７を製造する第２工程から第４工程までを示す図である。
図１０に示すように、第１工程（図９参照）の後、第２工程で母型３０上に電鋳層を形成し、第３工程でレジストパターン３４を除去した後、第４工程で母型３０を剥離させることにより、ノズルシート１７を製造する。

すなわち、図１０に示す第２工程では、母型３０に電極板を取り付け、電界メッキすることにより、母型３０上及びレジストパターン３４上に、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とする厚さ約１３μｍの電鋳層を形成する。ここで、レジストパターン３４の中央部には電鋳層が形成されておらず、ノズル１８に対応する部分が除かれている。これは、レジストパターン３４には電気が流れないからである。そのため、図１０に示す第２工程において、電鋳層をノズル１８が形成されたノズルシート１７とすることができる。

ここで、ノズルシート１７の形成材料としては、純Ｎｉ（ニッケル）の他、例えばＣｏ（コバルト）を１０〜２０％程度添加したＮｉ（ニッケル）−Ｃｏ（コバルト）合金等を用いることができる。また、薬液としては、スルファミン酸ニッケルメッキ浴の場合は、スルファミン酸ニッケル・塩化ニッケル・ホウ酸・応力調整剤・ピット防止剤等の混合液を使用し、ワイズベルグニッケルメッキ浴の場合は、硫酸ニッケル・塩化ニッケル・硫酸コバルト・ホウ酸・蟻酸ニッケル・硫酸アンモニア・ホルムアルデヒド等の混合液を使用する。

次の第３工程では、レジストパターン３４を除去して、電鋳層に凹部１９を形成する。このレジストパターン３４の除去には、アルカリ溶液や有機溶剤等を用いれば良く、これにより、電鋳層がノズルシート１７となるとともに、ノズルシート１７にノズル１８及び凹部１９が形成されることとなる。なお、凹部１９は、レジストパターン３４の形状がそのまま転写されるので、隅角部１９ａが丸い、寸法精度の高いものとなっている。

その後、第４工程において、電鋳層（ノズルシート１７）と母型３０とを剥離する。これにより、ノズル１８及び凹部１９が形成されたノズルシート１７が製造されることとなる。そして、第５工程において、図１に示すように、各ノズル１８の位置と各発熱抵抗体１３の位置とが合うように、すなわち、各ノズル１８が各発熱抵抗体１３と対向するように精密に位置決めを行い、凹部１９が形成された面を上にして、ノズルシート１７をバリア層１６上に貼り付ける。すると、図２に示すように、基板部材１４上に、バリア層１６を介してノズルシート１７が貼り付けられることとなり、プリンタヘッド１１が製造される。

（第２実施形態）
第２実施形態のプリンタヘッド１１の製造方法は、第１実施形態と同様に、ノズル１８及び凹部１９を形成したノズルシート１７を後工程で貼り付けて製造する方法である。すなわち、基板部材１４上に、バリア層１６を介してノズルシート１７を貼り付けることにより、プリンタヘッド１１を製造する。ただし、ノズルシート１７の製造工程は、第１実施形態と異なる。

図１１は、第２実施形態のプリンタヘッド１１の製造方法において、ノズルシート１７を製造する第１工程を示す図である。
第１工程では、図１１に示すように、母型３０上に、凹部１９（図２参照）に対応したレジストパターン３４を形成する。すなわち、図１１に示す第１工程の工程１−１では、母型３０となる金属製の電鋳基板を用意する。なお、母型３０としては、第１実施形態と同様の電鋳基板を使用することができる。

続く工程１−２では、母型３０上に、感光性樹脂からなるレジスト層３５を形成する。ここで、レジスト層３５としては、第１実施形態と同様の感光性樹脂を使用することができる。そして、露光及び現像を行うことにより、図１１に示すように、凹部１９（図２参照）に対応した幅の垂直なレジスト層３５とする。すなわち、第１実施形態では、露光及び現像によって凹部１９（図２参照）と対応するレジストパターン３４（図９参照）を形成したが、第２実施形態では、凹部１９（図２参照）に対応した幅の垂直なレジスト層３５とし、その後、レジストトップの角部を削るようにする。

工程１−３は、レジストトップの角部が削られるように、レジスト層３５をエッチングする工程である。すなわち、図１１に示すように、母型３０とともにレジスト層３５を電極３６の間に入れ、平行平板型のガス反応式ドライエッチング装置により、水素ガスでエッチングを行う。なお、使用ガスは、水素に限らず、アルゴン、酸素、塩素等、レジストを少しでも削ることができるガスであれば何でも良い。また、エッチング中は、レジスト層３５の側壁が削られないように、側壁を保護するようにしておく。さらに、エッチングの程度は、ガス種、ガス濃度、真空度、電圧、温度等を適宜設定して調整すれば良い。

次の工程１−４は、工程１−３でレジスト層３５をエッチングした後、エッチング装置から取り出す工程である。すなわち、エッチングによってレジスト層３５の角が削れ、図１１の工程１−４に示すようなレジストパターン３４が形成される。そして、その後は、第１実施形態の第２工程から第４工程までと同様に、図１０に示す第２工程で母型３０上に電鋳層を形成し、第３工程でレジストパターン３４を除去した後、第４工程で母型３０を剥離させることにより、ノズルシート１７を製造する。

なお、垂直なレジスト層３５を形成し、その後、角部を削るようにする方法としては、エッチング以外に、レジスト層３５をガラス転移温度程度に加熱することによって流動化させる方法もある。このような方法によっても、レジスト層３５の角が削れ、図１１の工程１−４に示すようなレジストパターン３４が形成される。

（第３実施形態）
第３実施形態のプリンタヘッド１１の製造方法は、第１実施形態と同様に、ノズル１８及び凹部１９を形成したノズルシート１７を後工程で貼り付けて製造する方法である。すなわち、基板部材１４上に、バリア層１６を介してノズルシート１７を貼り付けることにより、プリンタヘッド１１を製造する。ただし、ノズルシート１７の製造工程は、第１実施形態と異なる。

すなわち、第３実施形態では、レーザー加工することにより、ノズルシート１７にノズル１８及び凹部１９を形成し、図１０の第４工程に示す状態のノズルシート１７を得る。このような第３実施形態において、ノズルシート１７の形成材料としては、インクに耐性があり、レーザー加工が可能な樹脂（例えば、ポリイミド等）を用いる。そして、このような性質を有する樹脂フィルムに対して、エキシマレーザーによってノズル１８を形成する。また、凹部１９は、貫通穴が開かず、所望の段差が得られるようにパワーを調整し、反対側からノズルシート１７を削り取るようにして形成する。

なお、ノズルシート１７の形成材料を加工してノズル１８及び凹部１９を形成する方法としては、レーザー加工以外に、Ｓｉ（シリコン）等の基板に等方性エッチングを行う方法もある。すなわち、途中までエッチングして凹部１９を形成し、その後、穴を開けてノズル１８を形成することもできる。

（第４実施形態）
第４実施形態のプリンタヘッド１１の製造方法は、第１実施形態のように、ノズルシート１７を後工程で貼り付ける方法ではなく、インク液室１２、ノズル１８、凹部１９を一体的に形成する方法である。すなわち、発熱抵抗体１３を析出形成した半導体基板１５上に、インク液室１２、ノズル１８、凹部１９を直接形成する方法となっている。

図１２は、第４実施形態のプリンタヘッド１１の製造方法における第１工程から第３工程までを示す図である。
また、図１３は、第４実施形態のプリンタヘッド１１の製造方法における第４工程から第５工程までを示す図である。

図１２に示すように、第１工程では、発熱抵抗体１３を析出形成した半導体基板１５上に、インク液室１２（図２参照）及びノズル１８（図２参照）に対応したレジストパターン３６を形成する。このようなレジストパターン３６を形成するには、最初に、半導体基板１５上に感光性樹脂からなるレジスト層を形成し、このレジスト層におけるインク液室１２に対応する部分を露光する。そして、その後、レジスト層におけるノズル１８に対応する部分を露光し、最後に、現像を行う。すると、図１２の第１工程に示すような凸型のレジストパターン３６が形成されることとなる。

次の第２工程では、半導体基板１５上であって、レジストパターン３６の周囲に、感光性樹脂からなるノズル形成層３７を積層する。すなわち、ネガレジストをスピンコート法によって塗布し、ノズル形成層３７としている。なお、このノズル形成層３７は、液体吐出部材の一部となるものであるが、感光性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、スチレン樹脂等、硬化開始剤を混合したり、樹脂自体が硬化する特性を有するものであれば何でも良い。また、光だけに反応するものだけでなく、電子線や放射線等で硬化するものであっても良い。

続く第３工程では、ノズル形成層３７上及びレジストパターン３６上に、感光性樹脂からなり、ノズル形成層３７と一体化して液体吐出部材となる凹部形成層３８を積層する。すなわち、第２工程と同様に、ネガレジストをスピンコート法によって塗布して凹部形成層３８とする。したがって、第４実施形態では、ノズル形成層３７及び凹部形成層３８が一体化して液体吐出部材となり、第１実施形態のように、ノズルシート１７（図１０参照）が独立していない。

図１３に示す第４工程では、凹部形成層３８を露光して現像することにより、凹部１９を形成する。すなわち、凹部１９となる部分に、デフォーカス露光を行い、現像する。なお、凹部形成層３８は、ネガレジストなので、凹部１９となる部分にのみ光が当たらないようなマスクを用いて露光するが、この際、隅角部１９ａが丸みを帯びるように、フォーカス面から遠ざける方向で露光を行う。

最後の第５工程では、レジストパターン３６を溶解させて除去することにより、ノズル形成層３７にインク液室１２及びノズル１８を形成する。すると、図１３の第５工程に示すように、発熱抵抗体１３を析出形成した半導体基板１５上で、ノズル形成層３７及び凹部形成層３８が一体化して液体吐出部材となり、インク液室１２、ノズル１８、凹部１９が直接形成されたプリンタヘッド１１が製造される。なお、その後さらに熱を加え、凹部形成層３８を流動化させて隅角部１９ａの丸みを大きくすることもできる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、例えば以下のような種々の変形等が可能である。すなわち、
（１）本実施形態のプリンタヘッド１１は、インクジェットプリンタに用いて特に好適なものであるが、液体吐出ヘッドは、これに限られるものではない。例えば、インクに限らず、各種の液体を吐出する液体吐出ヘッドに適用することができる。

（２）本実施形態のプリンタヘッド１１では、２つに分割された発熱抵抗体１３を用いているが、複数の発熱抵抗体１３は、必ずしも物理的に分割されている必要はない。すなわち、１つの基体からなるものであっても、その気泡発生領域（表面領域）のエネルギー分布に差異を設けることができるもの、例えば、気泡発生領域の全体が均一に発熱せず、一部の領域と他の一部の領域とでインクを沸騰させるためのエネルギーの付与の仕方を制御できるものであれば、分割されていなくても良い。

（３）本実施形態のプリンタヘッド１１は、発熱抵抗体１３を用いたサーマル方式としたが、発熱抵抗体１３以外の発熱素子であっても良い。また、振動板と、この振動板の下側に空気層を介した２つの電極を設け、両電極間に電圧を印加して振動板をたわませた後に静電気力を開放して振動板を元に戻し、その際の弾性力を利用してインク液滴を吐出させる静電吐出方式にも適用可能である。さらに、両面に電極を有するピエゾ素子と振動板との積層体を用い、圧電効果によって振動板を変形させてインク液滴を吐出させるピエゾ方式にも適用可能である。

（４）本実施形態のプリンタヘッド１１は、多数のヘッドを被記録媒体の幅方向に並べて配置し、印画幅分のラインヘッドを形成したライン方式のインクジェットプリンタであっても、ヘッドを被記録媒体の幅方向に移動させて印画を行うシリアル方式のインクジェットプリンタであっても適用可能である。

（５）本実施形態のプリンタヘッド１１は、カラー対応のインクジェットプリンタにもモノクロ用のインクジェットプリンタにも適用できるものであるが、カラー対応の場合には、色間の部位に異なる色のインクが混ざらないような機構を設けることが好ましい。

本発明の液体吐出ヘッドは、インクジェットプリンタに適用して特に好適なものであるが、被記録媒体は印画紙に限ることなく、例えば、染め物に対して染料を吐出する液体吐出ヘッド等に適用することもできる。
また、本発明の液体吐出装置は、インクジェットプリンタだけでなく、種々の液体吐出装置に適用でき、例えば、生体試料を検出するためのＤＮＡ含有溶液を吐出する液体吐出装置等に適用することも可能である。

第１実施形態のプリンタヘッドを示す分解斜視図である。 第１実施形態のプリンタヘッドにおけるノズルの部分を取り出して示す側面の断面図及び下面図である。 第１実施形態のプリンタヘッドによるインク液滴の吐出方向の偏向を示す概念図である。 インク液滴の吐出方向の偏向幅と、Ｄ（ノズル開口幅）／Ｈ（液室距離）との関係を示すグラフである。 インク液滴の着弾サイズ（直径）とノズル形状（開口部面積）との関係を示すグラフである。 比較例のプリンタヘッドにおけるノズルシートの凹部の部分を取り出して示す側面の部分断面図である。 第１実施形態のプリンタヘッドにおけるノズルシートの凹部の部分を取り出して示す側面の部分断面図である。 第２実施形態のプリンタヘッドにおけるノズルシートの凹部の部分を取り出して示す側面の部分断面図である。 第１実施形態のプリンタヘッドの製造方法において、ノズルシートを製造する第１工程を示す図である。 第１実施形態のプリンタヘッドの製造方法において、ノズルシートを製造する第２工程から第４工程までを示す図である。 第２実施形態のプリンタヘッドの製造方法において、ノズルシートを製造する第１工程を示す図である。 第４実施形態のプリンタヘッドの製造方法における第１工程から第３工程までを示す図である。 第４実施形態のプリンタヘッドの製造方法における第４工程から第５工程までを示す図である。 従来のプリンタヘッドを示す分解斜視図である。

符号の説明

１１ プリンタヘッド（液体吐出ヘッド）
１２ インク液室（液室）
１３ 発熱抵抗体（エネルギー発生素子）
１４ 基板部材
１６ バリア層（液室形成部材）
１７ ノズルシート（液体吐出部材）
１８ ノズル
１９ 凹部
１９ａ 隅角部
２０ 印画紙（被記録媒体）
３０ 母型
３１ レジスト層
３４ レジストパターン
３５ レジスト層
３７ ノズル形成層（液体吐出部材）
３８ 凹部形成層（液体吐出部材）

Claims (13)

1. ノズルから吐出すべき液体を収容する液室と、
   前記ノズルが形成された液体吐出部材と、
   前記液室内の液体にエネルギーを付与するエネルギー発生素子と
   を備え、
   前記エネルギー発生素子により、前記液室内の液体を前記ノズルから液滴として吐出する液体吐出ヘッドであって、
   前記液体吐出部材の表面に、前記ノズルの開口幅よりも大きい開口幅を有するとともに、前記ノズルの外側を囲う凹部が形成され、
   前記凹部の底面部に前記ノズルが位置し、前記凹部の隅角部の内角が９０°よりも大きい角度を有する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記凹部は、前記隅角部が曲面となっている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記凹部は、前記隅角部が傾斜面となっている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記凹部を含む前記液体吐出部材の表面は、撥水加工されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. ノズルが形成された液体吐出部材を有し、エネルギー発生素子により、液室内の液体を前記ノズルから液滴として吐出する液体吐出ヘッドを備え、
   前記液体吐出ヘッドにより、被記録媒体に液滴を着弾させて印画を行う液体吐出装置であって、
   前記液体吐出ヘッドにおける前記液体吐出部材の表面に、前記ノズルの開口幅よりも大きい開口幅を有するとともに、前記ノズルの外側を囲う凹部が形成され、
   前記凹部の底面部に前記ノズルが位置し、前記凹部の隅角部の内角が９０°よりも大きい角度を有しており、
   前記液体吐出ヘッドによる液滴の吐出によって前記凹部内に付着した液体は、液滴の吐出後に前記ノズル内に戻される
   ことを特徴とする液体吐出装置。
6. 請求項５に記載の液体吐出装置において、
   前記液体吐出ヘッドの前記液体吐出部材に形成された前記凹部内の液体は、大気圧よりも低い圧力の作用により、前記ノズル内に戻される
   ことを特徴とする液体吐出装置。
7. 請求項５に記載の液体吐出装置において、
   前記液体吐出ヘッドの前記エネルギー発生素子による液体へのエネルギーの付与の仕方を制御することにより、前記ノズルから吐出する液滴の吐出方向が偏向可能である
   ことを特徴とする液体吐出装置。
8. ノズルから吐出すべき液体を収容する液室と、
   前記ノズル及び前記ノズルの外側を囲う凹部が形成された液体吐出部材と、
   前記液室内の液体にエネルギーを付与し、前記液室内の液体を前記ノズルから液滴として吐出させるエネルギー発生素子と
   を備え、
   前記凹部の底面部に前記ノズルが位置し、前記凹部の隅角部の内角が９０°よりも大きい角度を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   母型上に、前記凹部に対応したレジストパターンを形成する第１工程と、
   前記レジストパターンにおける前記ノズルに対応する部分を除く、前記レジストパターン上及び前記母型上に電鋳層を形成して、前記ノズルが形成された電鋳層とする第２工程と、
   前記レジストパターンを除去して、前記電鋳層に前記凹部を形成する第３工程と、
   前記電鋳層と前記母型とを剥離させて、前記ノズル及び前記凹部が形成された液体吐出部材を得る第４工程と、
   前記エネルギー発生素子を配した基板部材上に、前記液室を形成するための液室形成部材を介して前記液体吐出部材を貼り付ける第５工程と
   を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 請求項８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記第１工程は、前記母型上に形成した感光性樹脂からなるレジスト層を露光して現像することにより、前記凹部に対応したレジストパターンとする
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 請求項８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
    前記第１工程は、前記母型上に形成した感光性樹脂からなるレジスト層をエッチングすることにより、前記凹部に対応したレジストパターンとする
    ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
11. ノズルから吐出すべき液体を収容する液室と、
    前記ノズル及び前記ノズルの外側を囲う凹部が形成された液体吐出部材と、
    前記液室内の液体にエネルギーを付与し、前記液室内の液体を前記ノズルから液滴として吐出させるエネルギー発生素子と
    を備え、
    前記凹部の底面部に前記ノズルが位置し、前記凹部の隅角部の内角が９０°よりも大きい角度を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記エネルギー発生素子を配した基板部材上に、前記液室及び前記ノズルに対応したレジストパターンを形成する第１工程と、
    前記基板部材上であって、前記レジストパターンの周囲に、感光性樹脂からなり、前記液体吐出部材の一部となるノズル形成層を積層する第２工程と、
    前記ノズル形成層上及び前記レジストパターン上に、感光性樹脂からなり、前記ノズル形成層と一体化して前記液体吐出部材となる凹部形成層を積層する第３工程と、
    前記凹部形成層を露光して現像することにより、前記凹部を形成する第４工程と、
    前記レジストパターンを除去して、前記ノズル形成層に前記液室及び前記ノズルを形成する第５工程と
    を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
12. 請求項１１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
    前記第１工程は、前記基板部材上に形成した感光性樹脂からなるレジスト層を露光して現像することにより、前記液室及び前記ノズルに対応したレジストパターンとする
    ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
13. 請求項１１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、
    前記第１工程は、前記基板部材上に、感光性樹脂からなるレジスト層を形成し、前記レジスト層における前記液室に対応する部分を露光した後、前記レジスト層における前記ノズルに対応する部分を露光して現像することにより、前記液室及び前記ノズルに対応したレジストパターンとする
    ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。

Images