JP2008012681A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法、液体収容容器、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低ヤング率の剛性の低い振動板を流路部材とアライメントして接着剤を介して接合することはシワやヨレを引き起こし非常に困難であり、金属で一体形成する振動板の剛性が高くなる。
【解決手段】ノズル板１と、連通管部材２と、流路部材３と、振動板部材４と、積層型圧電素子５と、基板６と、フレーム部材７などの部材を有し、これらによって液滴を吐出する複数のノズル１１がそれぞれ連通管１２を介して連通する、液室間隔壁１３Ａで区画された個別流路としての加圧液室１３などを形成し、加圧液室１３の壁面を形成する振動板部材４は液状の感光性樹脂を硬化させた液状感光性樹脂硬化物からなり、流路部材３に接着剤を介さないで接合されている。
【選択図】図３

Description

本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法、液体収容容器、液体吐出装置、画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば液体吐出ヘッドから液体を吐出する液体吐出装置を用いたインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、液体吐出ヘッドを記録ヘッドに用いて、記録紙等の被記録媒体（以下「用紙」とも称するが、材質を紙に限定するものではなく、記録媒体、媒体、転写紙、転写材、被記録材などとも称される。）に液体である記録液としてのインク滴を吐出して記録（画像形成、印写、印字、印刷なども同義語で使用する。）を行なうものである。

ところで、液体吐出ヘッドとしては、例えば、数μｍ〜数十μｍの大きさの液滴を吐出するノズル、このノズルが連通する液室（吐出室、圧力室、流路などとも称される。）、液室の壁面を形成する振動板と、振動板を介して液室内の記録液を加圧する圧電素子などの圧電アクチュエータとを備える圧電型ヘッド、液滴を吐出するノズル、このノズルが連通する液室、液室の壁面を形成する振動板と、振動板に対向する電極との間で生じる静電力で振動板を変位させて液室内の記録液を加圧する静電アクチュエータとを備える静電型ヘッドなどが知られている。
特開２００５−２４６８４１号公報

従来、特許文献２には、インクを溜めておく液室を有する液室部品と該液室内のインクを加圧するための振動板の役目をするダイアフラムを有する圧電式インクジェットヘッドで、液室部品が感光性材料からなるドライフィルムレジストをフォトリソグラフィ技術によりパターニングする行程と、電鋳法によりダイアフラム上に形成する行程とを有するインクジェットヘッドの製造方法が記載されている。
特開平０９−３００６３４号公報

特許文献３には、基板上に感光性樹脂をパターンニングして所定位置の感光性樹脂を残留させた後、基板の感光性樹脂以外の部分にメッキを施し、このメッキ上に感光性樹脂をパターンニングして所定位置の感光性樹脂を残留させるとともに、この感光性樹脂以外の部分にメッキを施し、この感光性樹脂のパターンニングおよびメッキ工程を繰り返すことにより、基板上に所定形状を立体的に形成し、その後、感光性樹脂部分を除去するとともに、基板を取外すことにより、各層のメッキのみを残留させて、ノズルプレート、隔壁板および振動板を一体に形成したインクジェットヘッドの製造方法が記載されている。
特開平０７−３０９００８号公報

特許文献４には、圧電変換器によってインク室の一部を構成する振動板を変位させ、インク室のインクの圧力を高め、ノズル開口よりインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、振動板が高分子樹脂製膜と、エッチング可能な無機質膜との積層体として構成され、かつインク室に対向する領域の無機質膜をエッチング加工して圧力変換器が当接する剛体突起部が形成されているインクジェットヘッドが記載されている。
特許第３２０８７７５号公報

液体吐出ヘッドは媒体上のドットを液滴により構成する関係上、液滴サイズを小さくすることにより極めて高い解像度での印刷が可能であるが、効率よく印刷するためにはヘッド構成部品を高精度に組み立てる必要がある。特に、圧電素子を液滴吐出のエネルギー発生手段とするヘッドにあっては、圧電素子のエネルギーを効率よく使用するために振動板と流路部材を高精度にアライメントして接合することが行われている。また、圧電素子のエネルギーを効率よく伝える他の方法として、振動板に低ヤング率材を使用し、液室側の部材には高ヤング率の材料を用いることが効果的であることが分かっている。

このように、ヤング率の異なる異種部材の接合には接着剤、特に、信頼性が高く、耐湿性の高いエポキシ接着剤等が用いられる。

ところが、接合界面に接着剤を用いる場合、その接合信頼性を確保するため、最低限プラスアルファの量が必要で製造工程のばらつきでその余分な接着剤が振動板上へはみ出し、振動板の特性を変えてしまうという問題がある。

そこで、接合面に微小なくぼみを設けて余分な接着剤を吸収する構造が提案されているが、特に、高密度化が進み、液室の幅が狭くなると振動板と流路部材の界面にそのような構造を形成する領域はほとんど無くなっている。

また、振動版には圧電素子による圧力を伝えるという役割以外に、液体を液室内へ導く供給路の一部を形成する役割を持ち、振動板基板の一部に供給口となる貫通穴をレーザーやプレス等の技術を用いて設けている。

このように構成される振動板と流路部材を接合する場合にはアライメント作業が必要となるが、低ヤング率の剛性の低い振動板を流路部材とアライメントして接合するのはシワやヨレを引き起こし非常に困難であるという課題がある。

そこで、上記特許文献３に記載されているように、ノズル板、流路部材、振動板を電鋳などのメッキによって一体形成することが行われるが、これでは、上述したように、振動板に低ヤング率材を使用し、液室側の部材には高ヤング率の材料を用いることで、圧電素子のエネルギーを効率よく液室に伝えるということが困難になる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、振動板の変位が安定し、異種の流路部材を用いた場合でも振動板のシワやヨレが発生しない液体吐出ヘッド、この液体吐出ヘッドの製造方法、この液体吐出ヘッドを一体化した液体収容容器、この液体吐出ヘッド又は液体収容容器を備える画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、複数のノズルを形成したノズル板と、前記ノズルが連通する液室を構成する流路部材と、前記液室の少なくとも１つの壁面を形成する振動板と、を備え、前記振動板は、液状の感光性樹脂を硬化させた感光性樹脂硬化物からなり、かつ、前記流路部材と接着剤を介することなく接合されている構成とした。

ここで、感光性樹脂硬化物がエポキシ系感光性樹脂である構成、感光性樹脂硬化物からなる振動板の変形可能領域の厚みが１０μｍを越えない構成とできる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る液体吐出ヘッドを製造する方法であって、前記流路部材の液室内に犠牲材料を充填し、この犠牲材料が充填された前記液室の上に振動板を形成した後、前記犠牲材料を除去する構成とした。

ここで、前記犠牲材料が感光性レジストであり、前記ノズル板の表面に前記感光性レジストを液室形状にパターン化して成膜し、金属をメッキして前記液室を構成する流路部材を形成し、その後前記振動板を形成する構成、前記流路部材の振動板形成面に研磨処理を行う構成とできる。

本発明に係る液体収容容器は、本発明に係る液体吐出ヘッドとこの液体吐出ヘッドに液体を供給する液体収容部とを一体に備える構成としたものである。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッド又は液体収容容器を備える構成としたものである。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、前記振動板は、液状の感光性樹脂を硬化させた感光性樹脂硬化物からなり、かつ、前記流路部材と接着剤を介することなく接合されている構成としたので、振動板の変位が安定し、剛性の低い樹脂振動板と異種の流路部材を用いた場合でも振動板のシワやヨレが発生しない。

本発明に係る液体収容容器によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、ヘッド一体型液体収容容器の低コストを図れ、高い信頼性が得られる。

本発明に係る画像形成装置によれば、少なくとも本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高密度化を図れ、また高画質画像を形成することができるようになる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液体吐出ヘッドの第１実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明、図３は同ヘッドの液室短手方向に沿う要部断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、ノズル板１と、連通管部材２と、流路部材３と、振動板部材４と、積層型圧電素子５と、基板６と、フレーム部材７などの部材を有する。これらによって液滴（液体の滴）を吐出する複数のノズル１１がそれぞれ連通管（ノズル連通路）１２を介して連通する、液室間隔壁１３Ａで区画された個別流路としての加圧液室（液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。）１３、各加圧液室１３に液体であるインク（記録液）を供給する供給路１７を形成し、各加圧液室１３にはフレーム部材７に設けた共通液室１８から振動板部材４に形成した貫通穴１９を介して記録液が供給される。

なお、ノズル板１、連通管部材２、流路部材３及び振動板部材４で液室ユニットを、積層型圧電素子５及び基板６でアクチュエータ基板を構成している。

液室ユニットを構成しているノズル板１には、上述したように液滴を吐出する微細孔である多数のノズル１１が連通管部材２の貫通穴からなる連通管１２に対応して形成されている。連通管部材２には、流路部材３の各加圧液室１３の先端部分に対応して連通管１２が形成されている。ノズル板１のノズル１１の径は２０μｍとし、ノズル板１の表面（吐出側表面）には撥水性の表面処理膜が成膜されている。

流路部材３は、金属メッキにより形成している。金属メッキによって流路部材３を形成することで、各加圧液室１３を分離する隔壁１３Ａはノズルのピッチ方向に対して垂直に近い形状に形成することができ、微細化、狭ピッチ化に有利となる。

振動板部材４は、液状の感光性樹脂を硬化させた感光性樹脂硬化物からなり、加圧液室１３の壁面を形成する変形可能な領域（ダイアフラム部）１４の厚さは２〜１０μｍ程度に形成している。この振動板部材４は流路部材３に接着剤を用いないで接合している。

アクチュエータ基板を構成する圧電素子５は、基板６上に接合した積層型圧電素子部材をダイシングによりスリット加工することで個々に分離して形成している。なお、この場合、ダイシングなど完全に分離しても良いし、あるいは、基板６側の一部を残してすべての圧電素子５を架橋する架橋部を有する構成でもよい。圧電素子５を接合している基板６としては、セラミックス基板、例えばチタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性の基板を用いている。

圧電素子５は、ここでは、厚さ１０〜５０μｍ／層のチタン酸ジルコン酸（ＰＺＴ）と厚さ数μｍ／層の銀パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極とを交互に積層したものである。圧電素子５を厚さ１０〜５０μｍ／層の積層型とすることによって低電圧駆動でも大きな変位を得ることが可能となっている。なお、電気機械変換素子としてはＰＺＴに限られるものではない。

この圧電素子５は、振動板部材４の変形可能領域１４に設けた島状凸部１５に接着剤などで接合している。

そして、図示しないが、この圧電素子５の内部電極を交互に端面に取り出して端面電極とし、一方、基板６上に共通電極パターン及び個別電極パターンを駆動部となる圧電素子の端面電極に導電性接着剤等を介して電気的に接続し、共通電極パターン及び共通電極パターンに接続したＦＰＣケーブルを介して制御回路基板（ＰＣＢ基板）と接続して駆動部に駆動波形を印加することによって積層方向の伸びの変位を発生させる。なお、この例では、分割したすべての圧電素子５を駆動部とするノーマルピッチ構造としているが、分割した圧電素子５を交互に駆動部と支柱部（液室間隔壁１３Ａに対応）とするバイピッチ構造とすることもできる。

なお、圧電素子５の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて加圧液室１３内記録液を加圧する構成とすることも、圧電素子５の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室１３内インクを加圧する構成とすることもできる。本実施形態ではｄ３３方向の変位を用いた構成をとっている。

フレーム部材７には前述したように各加圧液室１３に記録液を供給する共通液室１８を形成し、この共通液室１８に外部から供給路９を介して記録液が供給される。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば圧電素子５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５が収縮し、振動板部材４の変形可能領域１４が下降して加圧液室１３の容積が膨張することで、加圧液室１３内に記録液が流入し、その後圧電素子５に印加する電圧を上げて圧電素子５を積層方向に伸長させ、振動板部材４の変形可能領域１４をノズル１１方向に変形させて加圧液室１３の容積／体積を収縮させることにより、加圧液室１３内の記録液が加圧され、ノズル１１から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子５に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材４の変形可能領域１４が初期位置に復元し、加圧液室１３が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１８から加圧液室１６内に記録液が充填される。そこで、ノズル１１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。

なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）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や押し打ちなどを行うこともできる。

ここで、この液体吐出ヘッドにおいては、振動板部材と流路部材（の隔壁）の接合は接着剤を介さないで行っている構成としているので、接着剤のはみ出しによる振動板の変位特性の変動などの問題がなく、安定した液体吐出特性を得ることができる。

また、振動板部材を液状感光性樹脂硬化物で形成することによって、薄膜化が可能で、形成された膜の応力分布が均一（後述するドライフィルムレジスト；ＤＦＲは一定の方向に残留応力がある。）、反応性がよいのでパターンエッジがシャープになる（供給口などのパターン部で気泡の残留などの影響が少ない。）という利点がある。言い換えれば、フィルム型感光性樹脂（ドライフィルムレジスト）を使用した場合には、薄膜化が困難であり、貼付方向に応力が分布し、均一な振動板の形成が困難であり、パターンエッジに干渉によるギザつきが発生するという不具合がある。

液状感光性樹脂硬化物で振動板部材を形成した場合、後述するように製造方法に犠牲材料（フォトレジスト）を用いるときには、液状感光性樹脂は犠牲層を溶解する溶剤に対して溶けないことが必要であり、そのためには、エポキシ系感光性樹脂が好ましい。例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、多環芳香族エポキシ樹脂などを用いることができる。

次に、この液体吐出ヘッドを製造する本発明に係る製造方法の第１実施形態について図４ないし図７を参照して説明する。なお、図４及び図５は同実施形態における液室ユニットの製造過程の説明に供する断面説明図、図６及び図７は同じく１つの加圧液室部分の平面説明図である。

先ず、図４（ａ）及び図６（ａ）に示すように、厚さ４００μｍのＳｉウエハからなる基板２１上にＴｉＮ膜２２を５０ｎｍの厚さに積層する。ＴｉＮ膜２２の積層方法としては、スパッタ法を用いることで、厚さムラがほとんどなく、均一に精度よく成膜することができる。

次に、図４（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、基板２１のＴｉＮ膜２２上に犠牲材料としての液体フォトレジスト剤をスピンコート法などで約０．５〜３μｍの膜厚で塗布してレジスト膜２３を形成する。この膜厚制御は、レジスト剤の粘度とスピン回転数の制御によって行うことができる。

なお、液体フォトレジストにはネガ型及びポジ型のいずれでも用いることができる。ネガ型フォトレジストの主成分は、環化ゴム系樹脂（例えば、1,4シス-ポリイソプロピレン）、感光剤（例えば、ビスアジド化合物）であり、ポジ型フォトレジストの主成分は、フェノールノボラック樹脂、感光剤（ナフトキノンジアジド）である。

次いで、図４（ｃ）及び図６（ｃ）に示すように、各ノズル位置に対応した箇所にレジスト膜２３を残すために、マスクを用いて露光し、現像工程、リンス工程、レジスト剤硬化工程を経て、ノズル形成用のレジストパターン２４を形成する。

そして、このノズル形成用レジストパターン２４を形成した基板２１をニッケル電鋳メッキ槽内にセッティングして、図４（ｄ）及び図６（ｄ）に示すように、ＴｉＮ膜２２の露出した表面に、ノズル板１となるニッケルメッキ膜２５を所望のノズル形状になるまで成長させる。

次に、図４（ｅ）及び図７（ｅ）に示すように、基板２１上に犠牲材料としての液体フォトレジストを約３０μｍの厚みにスピンコート法などで塗布して、各連通管１２に対応した個所にフォトリソ工程を実施して、連通管形成用レジストパターン２６を形成する。

そして、この基板２１を再度ニッケル電鋳メッキ槽内へセッティングして、図４（ｆ）及び図７（ｆ）に示すように、ノズル板１となるニッケルメッキ膜２５の露出した表面に、連通管部材２となるニッケルメッキ膜２７を所望の厚さまで成長させる。

次に、図４（ｇ）及び図７（ｇ）に示すように、基板２１上に犠牲材料としての液体レジストをスピンコート法により５０μｍ厚みに塗布し、隔壁１３Ａとなる部分のレジストを除くようにフォトリソ工程を実施して、流路部材形成用（隔壁形成用）レジストパターン２８を形成する。

そして、この基板２１を再度ニッケル電鋳メッキ槽内にセッティングして、図５（ａ）及び図８（ａ）に示すように、連通管部材２となるニッケルメッキ膜２７の露出した表面に、流路部材３となるニッケルメッキ膜２９を所望の厚さまで成長させる。

次に、図５（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、基板２１上の流路部材形成用（隔壁形成用）レジストパターン２８及び流路部材３となるニッケルメッキ膜２９上に、振動板部材４となる液状の感光性樹脂（液体レジスト）を４μｍ厚みで全面に塗布する。

なお、液体レジストとしては感光性を有し、インクに対して耐性のある材料が好ましく、本実施形態ではＳＵ−８（製品名）を使用した。前述したようにフォトレジスト２４、２６、２８を溶解する溶剤に溶けないことで前提であるためにエポキシ系感光性樹脂が好ましく、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、多環芳香族エポキシ樹脂を用いることができる。その硬化剤としては、アミン系、酸無水物系、フェノール系などを最適に組み合わせること感光性樹脂硬化物を形成できる。

そこで、液体レジストを硬化させて液状感光性樹脂硬化物３０とし、この液状感光性樹脂硬化物３０にインクを加圧液室内へ導く部分をフォトリソ工程で開口し、貫通穴９となる供給口（開口）３１を形成する。

その後、図５（ｃ）及び図８（ｃ）に示すように、別途作製した金属製のストライプパターンの突起部を有する金属板３２を液状感光性樹脂硬化物３０に貼り合わせる。そして、このようにして製作した液室ユニットシートをＳｉ基板２１より剥離し、レジスト剥離液に浸漬する。レジスト剥離液は、ノズル板１となるニッケルメッキ膜２５に形成されたノズル穴３３と振動板部材４となる液状感光性樹脂硬化物３０に形成された供給口３１より侵入し、残存している犠牲材料としてのフォトレジスト２４、２６、２８を徐々に溶解剥離し、最終的にはすべてのレジストが除去される。

これにより、図５（ｄ）及び図８（ｄ）に示すように、ノズル１１、連通管１２、加圧液室１３が形成された、ノズル板１、連通管部材２、流路部材３がニッケルメッキ膜で一体に形成され、更に流路部材３に接着剤を介することなく接合された液状感光性樹脂硬化物からなる振動板部材４が接合された液室ユニットが完成する。この液室ユニットを圧電素子５と接合して液体吐出ヘッドが得られる。

このように、液室ユニットを構成する各部材を、接着剤を一切使用せずに形成することで、各部品間のアライメントのズレが生じないので、高精度の液室ユニット及びこれを備える液体吐出ヘッドを得ることができる。

また、振動板部材と流路部材（の隔壁）の接合は接着剤を介さないで行っている構成としているので、接着剤のはみ出しによる振動板の変位特性の変動などの問題がなく、安定した液体吐出特性を得ることができる。また、流路部材の液室間の隔壁を形成するとき犠牲材料としてのレジストは振動板部材を形成した後に除去するため、液状の感光性樹脂を用いた樹脂振動板を形成することができ、安価で工程自由度の高い製造方法で液体吐出ヘッドを製造することができる。

このように、流路部材の液室内に犠牲材料を充填し、この犠牲材料が充填された液室の上に振動板を形成した後、犠牲材料を除去する構成としたので、本発明に係る液体吐出ヘッドを簡単な製造工程で製造することができる。ここで、犠牲材料が感光性レジストであり、ノズル板の表面に感光性レジストを液室形状にパターン化して成膜し、金属をメッキして液室を構成する流路部材を形成し、その後振動板を形成する構成とすることで、流路部材と振動板部材とを接着剤を介さないで接合することができる。

次に、本発明に係る製造方法の第２実施形態について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８は同実施形態における液室ユニットの製造過程の説明に供する断面説明図、図９は同じく１つの加圧液室部分の平面説明図である。

先ず、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すように、前記第１実施形態と同様の工程を行なって基板２１上にノズル板１となるニッケルメッキ膜２５を形成する。

その後、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、基板２１上に犠牲材料としての液体レジストをスピンコート法により６０μｍの厚みに塗布し、隔壁１３Ａとなる部分のレジストを除くようにフォトリソ工程を実施して、流路部材形成用（隔壁形成用）レジストパターン４１を形成する。

そして、この基板２１をニッケル電鋳メッキ槽内へセッティングして、図８（ｃ）及び図９（ｃ）に示すように、ノズル板１となるニッケルメッキ膜２５の露出した表面に、流路部材３となるニッケルメッキ膜４２を成長させる。このとき、メッキ厚の面内バラツキが生じやすいので、最も薄い膜厚の個所が所望の厚み、この場合は５５μｍに達した時点で、メッキ槽内より取り出す。このとき、メッキ膜４２の内の最も厚い個所４２ａの厚みはレジストパターン４１の厚み６０μｍを大きく超えている場合がある。

そこで、次に、図８（ｄ）及び図９（ｄ）に示すように、隔壁１３Ａとなるメッキ部分（厚い箇所４２ａ）を平坦化する。平坦化する手法としては、研磨、研削、エッチング等幾つかあるが、本実施形態においては研削を用いた。研削に用いる工具としてバイトを使用し、バイトの材質は長寿命化のため単結晶ダイヤモンドを使用した。そして、ステージとバイトが高精度に位置決めされた研削機を用い、隔壁１３Ａとなる部分４２Ａの高さが５０μｍとなるように研削を行った。

次に、図８（ｅ）及び図９（ｅ）に示すように、基板２１上の流路部材形成用（隔壁形成用）レジストパターン４１及び流路部材３となるニッケルメッキ膜４２上に、振動板部材４となる液状の感光性樹脂（液体レジスト）を４μｍ厚みで全面に塗布し、液体レジストを硬化させて液状感光性樹脂硬化物４３とし、この液状感光性樹脂硬化物３０にインクを加圧液室内へ導く部分をフォトリソ工程で開口し、貫通穴９となる供給口４４を形成する。

このとき、バイト研削が施された面は非常に滑らかで、液体レジストを塗布する際も、表面に凹凸がないので均一な成膜が可能となる。

そして、このようにして製作した液室ユニットシートをＳｉ基板２１より剥離し、レジスト剥離液に浸漬する。レジスト剥離液は、ノズル板１となるニッケルメッキ膜２５に形成されたノズル穴３３と振動板部材４となる液状感光性樹脂硬化物４３に形成された供給口４４より侵入し、残存している犠牲材料としてのフォトレジスト２４、４１を徐々に溶解剥離し、最終的にはすべてのレジストが除去される。

これにより、図８（ｆ）及び図９（ｆ）に示すように、ノズル１１、加圧液室１３が形成された、ノズル板１、流路部材３がニッケルメッキ膜で一体に形成され、更に流路部材３に接着剤を介することなく接合された液状感光性樹脂硬化物からなる振動板部材４が接合された液室ユニットが完成する。この液室ユニットを圧電素子５と接合して液体吐出ヘッドが得られる。

このように、流路部材の振動板形成面に研磨処理を行う構成とすることにより、液室間の隔壁のメッキ厚のばらつきを研削することで隔壁の高さが均一になり、ヘッドの特性が安定し、且つ、研削が施された面は段差がなくなり非常に滑らかで、液状感光性樹脂（液体レジスト）を塗布するときに表面に凹凸がないので均一な成膜が可能となる。

次に、本発明に係る液体収容容器について図１０を参照して説明する。なお、図１０は同液体収容容器の一例を示す斜視説明図である。
この液体収容容器９０は、ノズル９１を有する本発明に係る液体吐出ヘッド９２と、この液体吐出ヘッド９２に液体としての例えば記録液を供給する液体収容部９３とを一体に備えている。

これによって、安定した液体吐出特性を有する液体吐出ヘッドを備える液体収容容器を構成することができ、液体収容容器の低コスト化、高信頼性化を図ることができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置でもある本発明に係る画像形成装置の一例について図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図１２は同装置の要部平面説明図である。

この画像形成装置は、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で駆動プーリ１０６Ａと従動プーリ１０６Ｂ間に架け渡したタイミングベルト１０５を介して矢示方向（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、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の記録液の液滴（インク滴）を吐出する独立した４個の本発明に係る液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙで構成した記録ヘッド１０７を主走査方向に沿う方向に配置し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液体吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。

キャリッジ１０３には、記録ヘッド１０７に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１０８を搭載している。このサブタンク１０８にはインク供給チューブ１０９を介して図示しないメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。

一方、給紙カセット１１０などの用紙積載部（圧板）１１１上に積載した被記録媒体（用紙）１１２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１１１から用紙１１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１１３及び給紙ローラ１１３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１１４を備え、この分離パッド１１４は給紙ローラ１１３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１１２を記録ヘッド１０７の下方側で搬送するための搬送部として、用紙１１２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト１２１と、給紙部からガイド１１５を介して送られる用紙１１２を搬送ベルト１２１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ１２２と、略鉛直上方に送られる用紙１１２を略９０°方向転換させて搬送ベルト１２１上に倣わせるための搬送ガイド１２３と、押さえ部材１２４で搬送ベルト１２１側に付勢された加圧コロ１２５Ａ及び先端加圧コロ１２５Ｂとを備えている。また、搬送ベルト１２１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１２６を備えている。

ここで、搬送ベルト１２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１２７とテンションローラ１２８との間に掛け渡されて、副走査モータ１３１からタイミングベルト１３２及びタイミングローラ１３３を介して搬送ローラ１２７が回転されることで、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１２１の裏面側には記録ヘッド１０７による画像形成領域に対応してガイド部材１２９を配置している。

帯電ローラ１２６は、搬送ベルト１２１の表層に接触し、搬送ベルト１２１の回動に従動して回転するように配置されている。

さらに、記録ヘッド１０７で記録された用紙１１２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１２１から用紙１１２を分離するための分離部と、排紙ローラ１５２及び排紙コロ１５３と、排紙される用紙１１２をストックする排紙トレイ１５４とを備えている。

また、背部には両面給紙ユニット１５５が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット１５５は搬送ベルト１２１の逆方向回転で戻される用紙１１２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙する。

さらに、キャリッジ１０３の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド１０７のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構１５６を配置している。

この維持回復機１５６は、記録ヘッド１０７の各ノズル面をキャピングするための各キャップ１５７と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード１５８と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け１５９などを備えている。

このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙１１２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１１２はガイド１１５で案内され、搬送ベルト１２１とカウンタローラ１２２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１２３で案内されて先端加圧コロ１２５で搬送ベルト１２１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、図示しない制御回路によってＡＣバイアス供給部から帯電ローラ１２６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１２１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、マイナス交互に帯電した搬送ベルト１２１上に用紙１１２が給送されると、用紙１１２が搬送ベルト１２１に静電力で吸着され、搬送ベルト１２１の周回移動によって用紙１１２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ１０３を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０７を駆動することにより、停止している用紙１１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１２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１１２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１１２を排紙トレイ１５４に排紙する。

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１２１を逆回転させることで、記録済みの用紙１１２を両面給紙ユニット１５５内に送り込み、用紙１１２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１２２と搬送ベルト１２１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１２１上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ１５４に排紙する

また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１０３は維持回復機構１５５側に移動されて、キャップ１５７で記録ヘッド１０７のノズル面がキャッピングされて、ノズル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、キャップ１５７で記録ヘッド１０７をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。）し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド１０７のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード１５８でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド１０７の安定した吐出性能を維持する。

このようにこの画像形成装置においては本発明に係る液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備えるので、装置全体の低コスト化、高信頼性化を図れるとともに、滴吐出特性が安定しているので高品質の画像を形成することができるようになる。

なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置、液体吐出装置にも適用することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドを示す分解斜視図である。 同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。 同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の第１実施形態における液室ユニットの製造工程の説明に供する断面説明図である。 図４に続く工程の説明に供する断面説明図である。 同じく１つの加圧液室部分の平面説明図である。 図６に続く工程の説明に供する平面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の第２実施形態における液室ユニットの製造工程の説明に供する断面説明図である。 同じく１つの加圧液室部分の平面説明図である。 本発明に係る液体収容容器の一例の説明に供する斜視説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。 同じく要部平面説明図である。

符号の説明

１…ノズル板
２…連通路部材
３…流路部材
４…振動板部材（液状感光性樹脂硬化物）
５…圧電素子
６…基板
７…フレーム部材
１１…ノズル
１２…連通管
１３…加圧液室
１３Ａ…液室間隔壁
１４…変形可能領域
１５…島状凸部
９０…液体収容容器
１０３…キャリッジ
１０７…記録ヘッド

Claims (8)

1. 複数のノズルを形成したノズル板と、
   前記ノズルが連通する液室を構成する流路部材と、
   前記液室の少なくとも１つの壁面を形成する振動板と、を備え、
   前記振動板は、液状の感光性樹脂を硬化させた感光性樹脂硬化物からなり、かつ、前記流路部材と接着剤を介することなく接合されている
   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、前記感光性樹脂硬化物がエポキシ系感光性樹脂であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記感光性樹脂硬化物からなる振動板の変形可能領域の厚みが１０μｍを越えないことを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを製造する製造方法であって、前記流路部材の液室内に犠牲材料を充填し、この犠牲材料が充填された前記液室の上に振動板を形成した後、前記犠牲材料を除去することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、前記犠牲材料が感光性レジストであり、前記ノズル板の表面に前記感光性レジストを液室形状にパターン化して成膜し、金属をメッキして前記液室を構成する流路部材を形成し、その後前記振動板を形成することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 請求項４又は５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、前記流路部材の振動板形成面に研磨処理を行うことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドとこの液体吐出ヘッドに液体を供給する液体収容部とを一体に備えることを特徴とする液体収容容器。
8. 液体吐出ヘッド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、請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド又は請求項７に記載の液体収容容器を備えることを特徴とする画像形成装置。
   

Images