JP2010030070A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の金属板と樹脂板が予め接合されている積層部材を用いて振動板部材を構成する場合、相対的に精度が低くても速く（短時間で）形成し、時間がかかっても相対的に高精度に形成したいことがある。
【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル６が連通する複数の加圧液室７の壁面を形成する振動板１０を形成する振動板部材４と、振動板部材４の振動板１０を変位させる圧電素子部材２とを有し、振動板部材４は、振動板１０を形成する樹脂部材２１と、樹脂部材２１の両面に設けられた第１、第２の金属部材２２、２３とを含む少なくとも３層の積層部材２０からなり、第１、第２の金属部材２２、２３は異なる種類の金属材料から形成され、第１の金属部材２２はイオン化傾向が水素よりも大きい材料で形成され、第２の金属部材２３はイオン化傾向が水素よりも小さい材料で形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法、画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。この液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙（紙に限定するものではなく、ＯＨＰなどを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙、記録用紙などとも称される。）に対して吐出して、画像形成（記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。）を行なうものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。

なお、本願において、液体吐出記録方式の「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。また、「インク」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。

液体吐出ヘッドとしては、個別流路（以下「加圧液室」という。）内のインクを加圧する圧力を発生するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）として圧電素子などで構成される圧電アクチュエータを用いたもの、発熱抵抗体などで構成されるサーマルアクチュエータを用いたもの、静電力を発生する静電アクチュエータを用いたものなどが知られている。

ところで、画像形成装置においては、より高品位な画像を、より速い印刷速度で出力できることが求められるようになっている。そのため、液滴の小滴化やノズルの高密度化を図って高解像度化に対応し、液滴吐出の駆動周波数を高め、１ヘッド当たりのノズル数を増やしたライン型ヘッドに代表されるヘッドの長尺化で高速化に対応することが行われている。

ヘッドの長尺化によるノズル数の増加に対応するために複雑な液流路形状を形成する流路部材（流路形成部材）については、低コスト化を図るために、長尺化が困難なシリコン材ではなく、金属板や樹脂板が用いられるようになりつつある。
特開２００６−８８４００号公報 特許第３５９６５８６号公報

特に、特許文献３には３層基材を用いて振動板と流路板を同時に形成することで接合回数を削減し、接合精度を向上することが記載されている。
特開２００２−２６４３４６号公報

ところで、金属膜の単膜を接着剤接合することは。多くの接合工数を要し、コストが高く、接合精度を要求する工程を設計する必要があるという課題がある。また、難接着材料とされるステンレス材を接合プロセスが必要とされる多層構成とすることは好ましくなく、また、接合プロセスにおけるプレート同士の接合ズレが生じやすいという課題もある。そこで、特許文献３に記載されているように複数の金属板と樹脂板とがあらかじめ接合されている積層部材を用いることが行われる。

この場合、特許文献３に記載のものは耐エッチング部材の両面に設けたエッチング可能な金属部材を同時にエッチングすることにより液室間隔壁（流路間隔壁）及び圧電素子と接合する連結部などの凸部を形成するとき、両側のエッチング可能部材はエッチング速度が異なる材料を用いてエッチング量を調整するため、両側のエッチング可能部材の厚さは、それぞれのエッチングレートから計算される厚さから選ぶ必要があり、液体吐出ヘッドとして十分な特性の得られる寸法や形状を得るのが困難であるという課題がある。

また、複数の金属板と樹脂板が予め接合されている積層部材を用いて振動板部材を構成する場合、上述したように、一方の金属板は液室側の液室間隔壁（流路間隔壁）を形成する部分に、他方の金属板は駆動手段としての例えば圧電素子との連結部を形成する部分となるが、一方の金属板で厚さ（高さ）が厚い液室間隔壁全体を形成するような場合には厚さの薄い連結部に対して相対的に精度が低くても速く（短時間で）形成し、圧電素子と接合する連結部分は時間がかかっても相対的に高精度に形成したいことがある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、樹脂部材の両面に金属部材が予め接合されている積層部材を用いる場合に、両者の金属部材を異なる精度及びエッチング速度で加工できるようにするとともに、ヘッドとして充分な特性が得られるようにするための設計の自由度を高め、工程の簡略化を図れるように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、
液滴を吐出する複数のノズルが連通する複数の流路の少なくとも１つの壁面を形成する振動板を形成する振動板部材と、
前記振動板部材の振動板を変位させる駆動手段と、を有し、
前記振動板部材は、前記振動板を形成する樹脂部材と、前記樹脂部材の両面に設けられた第１、第２の金属部材と、を含む少なくとも３層の積層部材からなり、
前記第１、第２の金属部材は異なる種類の金属材料から形成され、前記第１の金属部材のイオン化傾向が水素よりも大きく、前記第２の金属部材のイオン化傾向が水素よりも小さい
構成とした。

ここで、前記振動板部材の前記第１の金属部材は２つの流路間の隔壁の少なくとも一部を形成している構成とできる。

また、前記第１の金属部材で流路間隔壁の少なくとも一部が形成され、前記第２の金属部材で前記流路間隔壁に対応する前記駆動手段側の対応部分が形成され、
前記第１の金属部材で形成された流路間隔壁の少なくとも一部を形成するパターンの平面形状における面積が前記第２の金属部材で形成された前記対応部分のパターンの平面形状における面積より大きく、
前記駆動手段によって前記振動板を前記流路側に変形変位させて前記液滴を吐出させる
構成とできる。

また、前記第２の金属部材で流路間隔壁の少なくとも一部が形成され、前記第１の金属部材で前記流路間隔壁に対応する前記駆動手段側の対応部分が形成され、
前記第１の金属部材で形成された前記対応部分のパターンの平面形状における面積が前記第１の金属部材で形成された前記流路間隔壁の少なくとも一部を形成するパターンの平面形状における面積より大きく、
前記駆動手段によって前記振動板を前記流路側と反対側に変形変位させて前記液滴を吐出させる
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、前記振動板部材の前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを異なるエッチング液でエッチングして所要のパターンを形成する構成とした。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、前記振動板部材の前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを第１のエッチング液でエッチングを行い、その後、前記第１又は第２の金属部材を第２のエッチング液でエッチングを行う構成とした。

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を備えている構成とした。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、振動板部材は、振動板を形成する樹脂部材と、樹脂部材の両面に設けられた第１、第２の金属部材と、を含む少なくとも３層の積層部材からなり、第１、第２の金属部材は異なる種類の金属材料から形成され、第１の金属部材のイオン化傾向が水素よりも大きく、第２の金属部材のイオン化傾向が水素よりも小さい構成としたので、第１の金属部材を短時間で加工でき、第２の金属部材を高精度に加工できるようになるとともに、２つの金属部材の他方をマスキング保護することなく、それぞれの金属部材や層の厚さに対して最適なエッチング時間の設定が可能となって、加工工程の簡略化を図れるようになる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法によれば、振動板部材の第１の金属部材と第２の金属部材とを異なるエッチング液でエッチングして所要のパターンを形成する構成としたので、第１の金属部材のみのエッチング、第２の金属部材のみのエッチングを、それぞれ他方をマスキングすることなく行うことができて、簡単な工程でヘッドを製造することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法によれば、振動板部材の第１の金属部材と第２の金属部材とを第１のエッチング液でエッチングを行い、その後、第１又は第２の金属部材を第２のエッチング液でエッチングを行う構成としたので、ヘッドの製造にかかる時間を短縮することができる。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、低コスト化を図れる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、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及び図２を参照して説明する。なお、図１は同液体吐出ヘッドの液室長手方向（ノズル並び方向と直交する方向）に沿う断面説明図、図２は同じく液室短手方向（ノズル並び方向）に沿う断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、ベース部材１上に設けた駆動手段（駆動素子）である複数の圧電素子柱２Ａ、２Ｂが形成された積層型圧電素子部材２と、ベース部材１の外周側に配置したフレーム部材３と、圧電素子部材２上に設けた振動板部材４と、この振動板部材４上に設けたノズル板５とを備え、インク滴を吐出するノズル６、このノズル６が連通する流路である加圧液室７、加圧液室７に流体抵抗部８を介してインクを供給する共通インク室９を設けている。

振動板部材４は、加圧液室７の底部壁面を形成する耐エッチング部材（材料）からなる振動板１０と、この振動板１０の上側に積層したエッチング可能部材（金属部材）からなる構造体である液室隔壁部（流路間隔壁）１１と、振動板１０の下側に積層したエッチング可能部材（金属部材）からなる構造体であって圧電素子柱２Ａと接合する島状凸部（厚肉部）１２と、同じくこの凸部１２を形成するエッチング可能部材（材料）からなる構造体であってフレーム部材３及び圧電素子柱２Ｂと接合する厚肉部１３とを形成している。

また、ノズル板５には加圧液室７に連通する直径１０から３０μｍの大きさのノズル６を形成する穴部を形成している。このノズル板５のインク吐出面（ノズル表面側）は、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、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、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。

そして、振動板１０の面外側（加圧液室７と反対面側）に各加圧液室７に対応して駆動手段としての圧電素子部材２の圧電素子柱２Ａに島状凸部１２を接合し、厚肉部１３を圧電素子柱２Ｂに接合している。これらの振動板１０と圧電素子部材２によって振動板１０を変形させる圧電型アクチュエータを構成している。

ここで、圧電素子部材２は、例えば厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層５４と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層５５Ａ、５５Ｂとを交互に積層したものであり、内部電極層５５Ａ、５５Ｂを交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極５７、共通電極５６に電気的に接続している。

そして、圧電素子部材２には分断することなく溝加工（スリット加工）を施すことで、複数の圧電素子柱２Ａ、２Ｂを形成し、各圧電素子柱２Ａは駆動波形を印加する駆動圧電素子柱とし、各圧電素子柱２Ｂは液室間隔壁１１に対応する支柱（非駆動）圧電素子柱として使用している。そして、圧電素子部材２の各駆動圧電素子柱２Ａの一端面には駆動波形を与えるためのＦＰＣケーブル１４が外部電極５７に接続されている。

なお、圧電素子部材２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて加圧液室７内のインクを加圧する構成とすることも、圧電素子部材２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室７内の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。

また、ベース部材１は金属材料で形成することが好ましい。ベース部材１の材質（材料）が金属であれば、圧電素子部材２の自己発熱による蓄熱を防止することができる。圧電素子部材２とベース部材１は接着剤により接着接合しているが、チャンネル数が増えると、圧電素子部材２の自己発熱により１００℃近くまで温度が上昇し、接合強度が著しく低下することになる。また、自己発熱によりヘッド内部の温度上昇が発生し、液体温度が上昇するが、液体の温度が上昇すると、液体粘度が低下し、噴射特性に大きな影響を与える。したがって、ベース部材１を金属材料で形成して圧電素子部材２の自己発熱による蓄熱を防止することで、これらの接合強度の低下、液体粘度の低下による噴射特性の劣化を防止することができる。

また、ＦＰＣケーブル１４には各チャンネル（各加圧液室７に対応する）を駆動する駆動波形（電気信号）を印加するためのドライバＩＣ１５を複数搭載している。

さらに、振動板部材４の周囲にはフレーム部材１６を接着剤で接合している。そして、このフレーム部材１６には、ドライバＩＣ１５と少なくともベース部材１を挟んで反対側に配置されるように、加圧液室７に外部からインクを供給するための共通液室９を形成している。この共通液室９は、振動板部材４のインク供給口１７を介して流体抵抗部８及び加圧液室７に連通している。

共通液室９には、ダイヤフラム部１８によってダンパ室１９が形成され、滴吐出によって共通液室９内に発生する圧力波を減衰させ、液体吐出を安定させる。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、圧電素子部材２に駆動電圧を印加することによって、圧電素子部材２に積層方向の変位が生じて振動板１０が加圧液室７側に変形変位して加圧液室７の内容積が減少し、加圧液室７内圧力が上昇してノズル６からインク滴が吐出される。このとき、加圧液室７内のインクは流体抵抗部８を通じて共通インク室９側にも流入しようとするが、流体抵抗部８によって共通インク室９側へのインク流入が抑制されるので、効率的なインク滴吐出を行なうことができる。

そして、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室７内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動電圧の放電過程によって加圧液室７に負圧が発生してインク充填行程へ移行し、共通インク室９から流体抵抗部８を通じて加圧液室７にインクが充填される。そして、ノズル６の出口付近のインクメニスカス面の振動が減衰し、ある程度定常状態に戻れば次のインク滴吐出動作に移行する。

次に、振動板部材４の詳細について図３をも参照して説明する。なお、図３は同振動板部材を本発明に係る製造方法の第１実施形態を適用した製造工程とともに説明する断面説明図である。以下では振動板部材４の異なる例を説明するため、上述した図１及び図２とはかならずしも図示の形状は一致しない。

振動板部材４は、図３（ａ）に示すように、耐エッチング部材であるポリイミド（ＰＩ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂部材２１の両側を異種材料の金属部材である第１の金属部材２２、第２の金属部材２３で挟んだ３層の積層部材２０を用いて形成する。本実施形態では、積層部材２０の第１の金属部材２２はイオン化傾向が水素よりも大きいクロムとし、第２の金属部材２３はイオン化傾向が水素より小さい銅としている。

まず、同図（ｂ）に示すように、積層部材２０の全面にレジストを塗布してこれをパターニングすることで、第１の金属部材２２側に加圧液室７に対応する部分が開口したレジストパターン２４を、第２の金属部材２３側に凸部１２及び厚肉部１３以外の部分に対応する部分が開口したレジストパターン２５を形成する。

そして、同図（ｃ）に示すように、アンモニア水で第２の金属部材２３をエッチングする。ここで、第１の金属部材２２はイオン化傾向が水素より大きく、第２の金属部材２３はイオン化傾向が水素より小さい材料を選択しているので、イオン化傾向が水素より大きい第１の金属部材２２は、一般的に耐アルカリ性が大きく、アンモニア水ではエッチングされない。したがって、第１の金属部材２２側を保護しなくても第２の金属部材２３のエッチングが可能である。エッチングは耐エッチング部材である樹脂部材２１でストップするので、エッチング可能部材である第２の金属部材２３が彫り込まれる。

次に、同図（ｄ）に示すように、第１の金属部材２２を塩酸でエッチングする。第２の金属部材２３はイオン化傾向が水素より小さいので耐酸性が大きく、エッチングされない。

その後、同図（ｅ）に示すように、レジストを除去することにより、第１の金属部材２２で加圧液室７となる凹部７ａ及び構造体である液室間隔壁１１を形成し、第２の金属部材２３で構造体である凸部１２及び厚肉部１３を形成するとともに、樹脂部材２１からなる振動板１０を形成した振動板部材４が得られる。

この場合、イオン化傾向が水素より小さい第２の金属部材２３のエッチングレートは、イオン化傾向が水素より大きい第１の金属部材２２のエッチングレートよりも遅くなる。したがって、イオン化傾向が水素より小さい第２の金属部材２３による凸部１２及び厚肉部１３は高精度に形成することができ、イオン化傾向が水素より大きい第１の金属部材２２による液室間隔壁１１及び加圧液室７となる凹部７ａは厚み（高さ）が厚いものの短時間で形成することができる。

なお、３層の積層部材２０としては、例えば、あらかじめ市販されている３層積層品（ステンレス−ポリイミド−銅など）を用いても良いし、あらかじめ３層を接合した後、エッチングをしても良い。この場合、接合とエッチング工程の前後については、接合後のエッチングではパターンエッジ部に接着層のはみ出しがほとんど生じないため、容易に区別できる。また、耐エッチング部材（層）とエッチング可能部材（層）の接合に関して、接着層や接合力増強のための表面改質層を形成する場合もあり、見かけ上３層以上の構造になることもあるが、本発明の本質からはずれるものではない。

このように、耐エッチング材料である樹脂部材で振動板を形成し、その両側を異種金属部材（材料）で挟んだ３層構造として、エッチング可能材料である金属部材で構造体が形成されていることにより、振動板の両面の構造体を位置ずれなく形成でき、しかも工程が簡略で安価に形成できるため、組み付け精度の良い安価なインクジェットヘッドを得ることができる。

また、異種材料金属部材のイオン化傾向が、一方は水素よりも大きく、もう一方は水素よりも小さいので、それぞれの金属部材（材料）でエッチング特性が異なり、第１の金属部材と第２の金属部材のエッチング液を変えることにより、第１の金属部材のみのエッチング、第２の金属部材のみのエッチングを、他方をマスキングすることなく行うことができる、これにより、それぞれの金属部材の厚さやパターンに最適なエッチング時間の設定が可能であり、金属部材の厚さやパターンの設計の自由度が増すことにより、特性の優れた液体吐出ヘッドを実現できる。

ここで、イオン化傾向が水素よりも大きい金属の例としては、マグネシウム、チタン、アルミニウム、クロム、鉄、ニッケル、あるいはクロム、鉄、ニッケルの合金であるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４３０などのステンレスも含まれる。イオン化傾向が水素よりも小さい金属の例としては、銅、銀、金、白金などがある。

なお、本実施形態では、イオン化傾向が水素より大きい第１の金属部材２２で液室間隔壁１１を、イオン化傾向が水素より小さい第２の金属部材２３で凸部１２及び厚肉部１３を形成したが、これに限ることはなく、イオン化傾向が水素より小さい第２の金属部材で液室間隔壁を、イオン化傾向が水素より大きい第１の金属部材で凸部１２及び厚肉部１３を形成してもよい。

ただし、本実施形態のように、イオン化傾向が水素よりも大きい第１の金属部材２２で液室間隔壁を形成する方が好ましい。その理由は、イオン化傾向が水素よりも大きい金属は耐アルカリ性が大きい。本発明に係る液体吐出ヘッドをインクジェットヘッドに用いた場合、インクジェットのインクはアルカリ性であり、主にインクに直接接触する液室間隔壁には耐アルカリ性が要求される。イオン化傾向が水素より大きい金属で液室間隔壁を形成することで、耐インク性が得られ、耐久性の高いヘッドを実現できる。

また、樹脂部材２１は絶縁性であるので、第１の金属部材２２と第２の金属部材２３との間が絶縁される。インクを満たされると、第１の金属部材２２と第２の金属部材２３により電池となり金属部材が溶出することを防ぐことができる。

また、本実施形態では第２の金属部材２３のエッチングを行ってから、第１の金属部材２２のエッチングを行ったが、エッチングの順番は適宜選択できる。

これらの各例においては、振動板１０と液室間隔壁１１とを一体化した部材を形成することができ、こうして形成された部材は接合後にパターン形成されているため、位置ずれは両面のマスク位置精度でのみ決まり、凸部１２と加圧液室７を高精度で位置合わせできる。また、接合部へのはみ出しも少なく、形状精度も高い部材が形成できる。

このようにして形成する液室隔壁部材、および厚肉部の一部は、インクに接液するため、耐インク性が求められるが、耐インク性が低い材料でも表面を有機ないし無機材料で被覆することで耐インク性を確保することは可能であり、そのような層構成であっても、本発明の本質からはずれることはない。

振動板部材４の振動板１０を形成する耐エッチング部材としては樹脂部材２１とすることが好ましい。つまり、振動板を形成する耐エッチング部材は駆動手段の変形を効率よく伝え、かつその周辺の構造体に振動を伝搬させないため、剛性の低い樹脂部材（材料）で形成することが好ましい。振動が周辺の液室間隔壁などの構造体に伝搬すると、液室７及びノズル６も振動し、極めて吐出が不安定になる。これに対して、樹脂部材２１の振動板１０であれば、金属などの材料に比べヤング率が約２桁低く、軟らかいため、周辺に振動を伝えにくいという効果がある。

樹脂部材（材料）２１としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、アラミド樹脂など各種あるが、振動板部はインクに接液するため、耐インク性の高いポリイミド樹脂、アラミド樹脂などが好ましい。もちろんこれ以外の樹脂であっても、表面を有機ないし無機材料で被覆することで耐インク性を確保することは可能であり、そのような層構成であっても、本発明の本質からはずれることはない。樹脂振動板は、ヤング率が低いため、厚みを５〜１００μｍと厚く形成することができ、取り扱いやピンホール欠陥が生じ難く、歩留まりも向上する。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第２実施形態について図４を参照して説明する。なお、図４は同液体吐出ヘッドの液室短手方向（ノズル並び方向）に沿う断面説明図である。
本実施形態では、前記第１実施形態と同様に、第１の金属部材２２で液室間隔壁（流路間隔壁）１１が形成され、第２の金属部材２３で流路間隔壁１１に対応する駆動手段（圧電素子部材２）側の対応部分である厚肉部１３が形成されている。

そして、第１の金属部材２２のパターンと第２の金属部材２３のパターンが重なる部分において、第２の金属部材２３のパターンである厚肉部１３のパターンより、第１の金属部材２２のパターンである液室間隔壁１１のパターンの方を平面形状における面積を大きくしている。つまり、第１の金属部材２２で形成された液室間隔壁１１を形成するパターンの平面形状における面積が第２の金属部材２３で形成された対応部分である厚肉部１３のパターンの平面形状における面積より大きく形成されている。

また、本実施形態では、前記第１実施形態と同様に、圧電素子部材２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて、振動板１０を流路側（加圧液室７側）に変形変位させてノズル６から液滴を吐出させる構成としている。

このように圧電素子部材２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて振動板１０を加圧液室７側に変形変位させて液室７内のインクを加圧する構成をとる場合、圧電素子部材２の分極を劣化させないためには分極方向に順方向に電圧を印加することになる。したがって、ｄ３３方向の変位を用いる場合には、図４に示すように、振動板１０を押す方向に圧電素子部材２（駆動圧電素子柱２Ａ）が変形し、圧電素子部材２が変形したときに、振動板１０には固定端部分（図４中のＡの部分）に大きな応力が働くことになる。

このとき、第２の金属部材２３のパターンである厚肉部１３のパターンより、第１の金属部材２１のパターンである液室間隔壁１１のパターンの方を大きくすることで、振動板１０と液室間隔壁１１或いは厚肉部１３との接合界面に作用する引き剥がす力を小さくでき、振動板１０と液室間隔壁１１或いは厚肉部１３との接合界面の剥がれに対する信頼性を向上することができる。

また、圧電素子部材２が高周波で振動した場合、液室間隔壁１１のエッジ部分に応力が働き、長期的に見れば液室間隔壁１１と樹脂部材２１との界面の信頼性の問題が出てくる。しかしながら、前述したように、液室間隔壁１１はイオン化傾向が水素より大きい第１の金属部材２１で形成されているので、第１の金属部材２１は表面に金属酸化膜を形成しやすい。この金属酸化膜はＯＨ基を持ち、樹脂部材２１や接着剤との相性が良く、その結果、液室間隔壁１１と樹脂部材２１との間の接合信頼性も高めることができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第３実施形態について図５を参照して説明する。なお、図５は同液体吐出ヘッドの液室短手方向（ノズル並び方向）に沿う断面説明図である。
本実施形態では、前記第１実施形態とは逆に、第２の金属部材２３で液室間隔壁（流路間隔壁）１１が形成され、第１の金属部材２２で流路間隔壁１１に対応する駆動手段側の支柱となる非駆動圧電素子柱３２Ｂと接合する対応部分である厚肉部１３が形成されている。

そして、第１の金属部材２２のパターンと第２の金属部材２３のパターンが重なる部分において、第２の金属部材２３のパターンである液室間隔壁１１のパターンより、第１の金属部材２２のパターンである厚肉部１３のパターンの方を平面形状における面積を大きくしている。つまり、第２の金属部材２３で形成された液室間隔壁１１を形成するパターンの平面形状における面積が第１の金属部材２２で形成された対応部分である厚肉部１３のパターンの平面形状における面積より大きく形成されている。

また、本実施形態では、前記第１実施形態とは異なり、ベース部材１上に、駆動圧電素子柱３２Ａと非駆動圧電素子柱３２Ｂとで構成される圧電素子部材３２を配置し、圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて、振動板１０を流路側（加圧液室７側）と反対側に変形変位させてノズル６から液滴を吐出させる構成としている。

このように、圧電素子部材２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室７側と反対側に振動板１０を変形変位させてその戻り力で加圧液室７内のインクを加圧する構成とした場合には、図５に示すように、振動板１０を引く方向に圧電素子部材２が変形するので、圧電素子部材２が変形したときに振動板１０には固定端部分（図５のＢの部分）に大きな応力が働くことになる。

このとき、第２の金属部材２３のパターンである液室間隔壁１１のパターンより、第１の金属部材のパターンである厚肉部２３のパターンの方を大きくすることで、振動板１０と液室間隔壁１１或いは厚肉部１３との接合界面に作用する引き剥がす力を小さくでき、振動板１０と液室間隔壁１１或いは厚肉部１３との接合界面の剥がれに対する信頼性を向上することができる。

また、圧電素子部材２が高周波で振動した場合、厚肉部１３のエッジ部分に応力が働き、長期的に見れば厚肉部１３と樹脂部材２１との界面の信頼性の問題が出てくる。ここで、厚肉部１３は第１の金属部材２２で形成されている。第１の金属部材２２はイオン化傾向が大きく、表面に金属酸化膜を形成しやすい。金属酸化膜はＯＨ基を持ち、樹脂部材２１や接着剤との相性が良い。したがって、厚肉部１３と樹脂部材２１との間の接合信頼性も高くなる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第４実施形態について図６を参照して説明する。なお、図６は同液体吐出ヘッドにおける振動板部材を本発明に係る製造方法の第２実施形態を適用した製造工程とともに説明する断面説明図である。

振動板部材４は、図６（ａ）に示すように、耐エッチング部材であるポリイミド（ＰＩ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂部材２１の両側を異種材料の金属部材である第１の金属部材２２、第２の金属部材２３で挟んだ３層の積層部材２０を用いて形成する。本実施形態では、積層部材２０の第１の金属部材２２はイオン化傾向が水素よりも大きいＳＵＳ３０４Ｈとし、第２の金属部材２３はイオン化傾向が水素より小さい銅としている。

まず、同図（ｂ）に示すように、全面にレジストを塗布してこれをパターニングすることで、第１の金属部材２２側に加圧液室７に対応する部分が開口したレジストパターン２４を、第２の金属部材２３側に凸部１２及び厚肉部１３以外の部分に対応する部分が開口したレジストパターン２５を形成する。本実施例では、第１の金属部材２２にＳＵＳ３０４Ｈ、第２の金属部材２３に銅を用いた。

次に、同図（ｃ）に示すように、第１のエッチング液である塩化第２鉄でエッチングを行う。塩化第２鉄は第１の金属部材２２であるＳＵＳ３０４Ｈと第２の金属部材２３である銅の両方をエッチングすることができる。エッチングは、耐エッチング部材である樹脂部材２１でストップするので、エッチング可能部材である第１の金属部材２２及び第２の金属部材２３が彫り込まれる。

次に、同図（ｄ）に示すように、第１の金属部材２２を第２のエッチング液である塩酸と硝酸の混合液でエッチングする。このとき、第２の金属部材２３はイオン化傾向が水素より小さいので耐酸性が大きく、エッチングされない。

その後、同図（ｅ）に示すように、レジストを除去することにより、第１の金属部材２２で加圧液室７となる凹部７ａ及び構造体である液室間隔壁１１を形成し、第２の金属部材２３で構造体である凸部１２及び厚肉部１３を形成するとともに、樹脂部材２１からなる振動板１０を形成した振動板部材４を得る。

このように、本実施形態では、第１のエッチング液である塩化第２鉄で第１の金属部材２２であるＳＵＳ３０４Ｈと第２の金属部材２３である銅の両方のエッチングを行い、その後、第２のエッチング液である塩酸と硝酸の混合液で、第１の金属部材２２であるＳＵＳ３０４Ｈのエッチングを行う。第２のエッチング液では第２の金属部材２３のエッチングは進まず、第２の金属部材２３の形状は第１のエッチングで決まる。一方、第２の金属部材２３は、第１のエッチング液でもエッチングされ、第２のエッチング液のエッチング時間は少なくてすむ。そのため、製造にかかる時間を短縮することができ、コストを低減することができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第５実施形態について図７及び図８を参照して説明する。なお、図７は同液体吐出ヘッドの液室長手方向（ノズル並び方向と直交する方向）に沿う断面説明図、図８は同じく液室短手方向（ノズル並び方向）に沿う断面説明図である。
本実施形態では、振動板部材４の第１の金属部材２２で液室間隔壁１１の一部（隔壁部分）１１Ａを形成し、この振動板部材４上に液室間隔壁１１の残部（隔壁部分）１１Ｂを形成する液室部材２０を接合することで、液室間隔壁１１を２層構造としたものである。

液室部材２０は、エッチング、プレスなどの加工方法により形成し、隔壁部分１１Ａに接着接合されている。液室間隔壁１１の高さは、液流量を稼ぐためにある程度必要であるが、振動板部材４の第１の金属部材２２による隔壁部分１１Ａはエッチングで形成するので、加圧液室７を高密度に並べた場合、隔壁部分１１Ａの高さは、低くしないと形成できない。そこで、高密度に加圧液室７を配列し、別部材である液室部材２０を積層することによって、液室間隔壁１１の高さを高くすることができる。

なお、本発明に係る液体吐出ヘッドにインクを供給するカートリッジを一体化した構成のヘッド一体型カートリッジ又はカートリッジ一体型のヘッドにも同様に適用することができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図９及び図１０を参照して説明する。なお、図９は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１０は同機構部の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２０１Ａ、２０１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ２３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド２３４ａ、２３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド２３４」という。）を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、記録ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、記録ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。なお、ここでは２ヘッド構成で４色の液滴を吐出する構成としているが、各色毎の記録ヘッドを備えることもできるし、４色の液滴を吐出する複数のノズルを並べたノズル列を有する１つの記録ヘッド構成とすることもできる。

また、キャリッジ２３３には、記録ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのサブタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「サブタンク２３５」という。）を搭載している。このサブタンク２３５には各色の供給チューブ２３６を介して、供給ユニット２２４によって各色のインクカートリッジ２１０から各色のインクが補充供給される。

一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３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２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド部材２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト２５１を備えている。

この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて、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。また、この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ２５２が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。

また、装置本体の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。

さらに、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構２８１を配置している。この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）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２８３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うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。

また、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに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うときの液滴を受ける液体回収容器であるインク回収ユニット（空吐出受け）２８８を配置し、このインク回収ユニット２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。

このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、帯電ローラ２５６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２５１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２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２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２４２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２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。

このように、この画像形成装置では本発明に係る液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えているので、低コスト化を図れ、またヘッドの信頼性が向上し、安定した記録を行うことができる。

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、狭義のインク以外の液体や定着処理液などを用いる画像形成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の第１実施形態を示す液室長手方向に沿う断面説明図である。 同じく液室短手方向に沿う断面説明図である。 同じく振動板部材を本発明に係る製造方法の第１実施形態を適用した製造工程とともに示す断面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの第２実施形態を示す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第３実施形態を示す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第４実施形態における振動板部材を本発明に係る製造方法の第２実施形態を適用した製造工程とともに示す断面説明図である 本発明に係る液体吐出ヘッドの第５実施形態を示す液室長手方向に沿う断面説明図である。 同じく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を含む本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 同じく要部平面説明図である。

符号の説明

１…ベース基板
２…圧電素子部材
２Ａ，２Ｂ…圧電素子柱
３…フレーム部材
４…振動板部材
５…ノズル板
６…ノズル
７…加圧液室（流路）
１０…振動板
１１…液室間隔壁（流路間隔壁）
２０…液室部材
２１…樹脂部材
２２…第１の金属部材
２３…第２の金属部材
２３４…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）

Claims (7)

1. 液滴を吐出する複数のノズルが連通する複数の流路の少なくとも１つの壁面を形成する振動板を形成する振動板部材と、
   前記振動板部材の振動板を変位させる駆動手段と、を有し、
   前記振動板部材は、前記振動板を形成する樹脂部材と、前記樹脂部材の両面に設けられた第１、第２の金属部材と、を含む少なくとも３層の積層部材からなり、
   前記第１、第２の金属部材は異なる種類の金属材料から形成され、前記第１の金属部材のイオン化傾向が水素よりも大きく、前記第２の金属部材のイオン化傾向が水素よりも小さい
   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、前記振動板部材の前記第１の金属部材は流路間隔壁の少なくとも一部を形成し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、
   前記第１の金属部材で流路間隔壁の少なくとも一部が形成され、前記第２の金属部材で前記流路間隔壁に対応する前記駆動手段側の対応部分が形成され、
   前記第１の金属部材で形成された流路間隔壁の少なくとも一部を形成するパターンの平面形状における面積が前記第２の金属部材で形成された前記対応部分のパターンの平面形状における面積より大きく、
   前記駆動手段によって前記振動板を前記流路側に変形変位させて前記液滴を吐出させる
   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、
   前記第２の金属部材で流路間隔壁の少なくとも一部が形成され、前記第１の金属部材で前記流路間隔壁に対応する前記駆動手段側の対応部分が形成され、
   前記第１の金属部材で形成された前記対応部分のパターンの平面形状における面積が前記第１の金属部材で形成された前記流路間隔壁の少なくとも一部を形成するパターンの平面形状における面積より大きく、
   前記駆動手段によって前記振動板を前記流路側と反対側に変形変位させて前記液滴を吐出させる
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 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、前記振動板部材の前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを異なるエッチング液でエッチングして所要のパターン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、前記振動板部材の前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを第１のエッチング液でエッチングを行い、その後、前記第１又は第２の金属部材を第２のエッチング液でエッチング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４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。

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