JP2017074723A - ノズル基板の製造方法、液滴吐出ヘッド、及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル孔のストレート部の長さの検査を容易にし、高精度な寸法であるノズル孔が形成されるノズル基板の製造方法の提供。
【解決手段】板状部材に液滴を吐出させるノズル孔を形成する工程と、ノズル孔の形状を検査する検査工程とを含み、形成されるノズル孔は板状部材の液滴吐出側に設けられる径の小さいストレート部とストレート部と連接するテーパー部とを含む貫通穴であり、テーパー部にはストレート部と同心円状であって断面が三角形状で環状の突起によって段差が形成されており、突起の液滴吐出側の辺は、板状部材と垂直方向においてストレート部の長さよりも短く、検査工程ではノズル孔の段差の形成数を検査することでストレート部の長さを検出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ノズル基板の製造方法、該製造方法で製造されたノズル基板を備える液滴吐出ヘッド、及び該液滴吐出ヘッドを備えるインクジェット記録装置に関する。

画像形成装置において、高速化と高画質化が望まれているため、その対応策として、特にライン型の記録ヘッドについては記録ヘッドをより長尺化し、1ヘッドあたりのノズル数をさらに増加させる方法がある。

なお、ヘッドを長尺化するに際しては、低コスト化の要求があるため、ノズル基板の材料としては、長尺化への対応が比較的容易で、コストも低い金属プレートや樹脂プレートが選定されやすい。

ノズル（孔）はエッチングやプレスによる打ち抜き加工や塑性加工により形成される。しかし、ノズル孔をエッチングで加工する場合は加工に長時間を要するために、ライン型ヘッドなどの長尺なノズル基板の加工には不向きであり、パンチを用いたプレス加工が有効であると考えられている。

金属プレートにプレスによる塑性変形と研磨加工でノズル形成を行う技術がある。また、ノズル孔の形状には極めて高い精度が求められており各ノズル孔の形状を高い精度で揃えるために、同一ノズル列内に属するノズルは1個のパンチにより加工するものがある(例えば、特許文献１参照)。

また、ノズルのストレート部における公差においてはノズル列内の公差をノズル列同士の公差よりも小さく設定するものがある(例えば、特許文献２)。

上述したノズルにおいてはストレート部の長さを測定する方法としてはノズル孔の断面形状をＳＥＭ等により観察する方法や、ノズル開口内をシリコン樹脂などで形状を転写して測定する方法がある。

しかし、これらの方法でノズルを検査するためには、破壊する必要があり、破壊検査により表面が汚染されてしまうおそれがあるとともに、検査工数が増加してしまうためプロセスコストが高額となっていた。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、ノズル孔のストレート部の長さの検査を容易にし、高精度な寸法であるノズル孔が形成されるノズル基板の製造方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、板状部材に液滴を吐出させるノズル孔を形成する工程と、該ノズル孔の形状を検査する検査工程とを含む、ノズル基板の製造方法を提供する。製造方法において、前記板状部材に前記ノズル孔を形成する工程は、前記板状部材の液滴吐出側とは反対側から、パンチ治具を押し込んだ後、前記パンチ治具を前記板状部材から引き抜くことで、前記パンチ治具の形状を倣う凹部と前記液滴吐出側に突出する凸部とを形成するプレス加工工程と、前記押し込みにより前記板状部材の前記液滴吐出側に形成した前記凸部を研磨により除去してノズル孔を貫通させる研磨工程と、を含む。前記パンチ治具は、小径の円柱状の先端ストレート部と、該先端ストレート部に向けて縮径するパンチテーパー部とを備え、該パンチテーパー部には、断面が三角形状で前記先端ストレート部と同心円状の環状の溝が複数設けられている。前記プレス加工工程及び前記研磨工程により形成されるノズル孔は、前記板状部材の液滴吐出側に設けられる径の小さいストレート部と、前記ストレート部と連接するテーパー部とを含む貫通穴であり、前記テーパー部には前記ストレート部と同心円状であって、断面が三角形状で環状の突起によって段差が形成されており、前記突起の前記液滴吐出側の辺は、前記板状部材と垂直方向において、前記ストレート部の長さよりも短く設定されている。前記検査工程では、前記ノズル孔の前記段差の形成数を検査することで前記ストレート部の長さを検出する。

一態様によれば、ノズル基板の製造方法において、ノズル孔のストレート部の長さの検査を容易にし、高精度な寸法であるノズル孔を形成することができる。

本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの液室長手方向における断面説明図である。 本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の制御ブロックである。 本発明の実施形態に係るパンチ治具を用いて、ノズル基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施形態に係るノズル基板の製造方法のフローチャートである。 本発明の実施形態に係るノズル基板の断面図及び平面図である。 図７（Ａ）はノズルストレート部の長さが規定値内である場合、図７（Ｂ）はノズルストレート部の長さが規定値よりも長い場合、図７（Ｃ）はノズルストレート部の長さが規定値よりも短い場合のノズル基板の断面図及び平面図である。 本発明の一実施形態にかかるノズル基板の拡大断面である。 本発明の別の実施形態にかかるノズル基板の拡大断面である。 液体吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の斜視説明図である。 液体吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
まず、本発明にかかる液滴吐出ヘッドであるインクジェット記録ヘッドの実施形態の一例について図１を用いて説明する。図１は液滴吐出ヘッド１０の液室長手方向における断面説明図である。

この液滴吐出ヘッド１０は、ノズル基板１１、流路板１２、振動板１３、フレーム１４、及び圧電素子１９を含む圧力発生手段を備えている。ノズル基板１１には、ノズル孔２（ノズル列１５）が形成され、流路板１２には圧力室（液室）１６が形成され、振動板１３にはインク供給路１７が形成され、フレーム１４には、共通液室１８が形成されている。

ここで、流路板１２は、例えば単結晶シリコン基板を異方性エッチングすることにより形成する。振動板１３は、流路板１２の上面に接合し、例えば、ニッケル電鋳で構成される。圧電素子１９は、振動板１３に接するように設けられている。ノズル基板１１を構成する板状部材１は、ステンレス鋼などの金属で構成される。

圧力発生手段は、本実施形態では、電気機械変換素子である圧電素子１９と、圧電素子１９を接合固定するベース基板１９ａと、圧電素子１９を駆動回路（駆動ＩＣ）に接続するためのＦＰＣケーブル１９ｂ等を備えている。

図２は図１の分解斜視図である。
図２に示すように、ノズル基板１１には、複数のノズル孔２が形成され、ノズル列１５として配列されている。

下記、吐出する液滴吐出ヘッドとして、画像形成装置へ適用される場合について説明する。

図３は、本発明の実施形態に係る液滴吐出装置の制御ブロックである。
液滴吐出装置は制御部２０を備える。制御部２０は、ＣＰＵ２１、記憶装置としてＲＯＭ２２ａ及びＲＡＭ２２ｂ、駆動回路２４、インク吐出制御部２５などを備える。ＣＰＵ２１は、液滴吐出ヘッド１０が搭載される液滴吐出装置（記録ヘッドモジュール）又は該液滴吐出装置が搭載される画像形成装置を制御する。なお、制御部は、プロセッサ等によって構成されている。

駆動回路２４は、後述するキャリッジ７３（図１０参照）を駆動するキャリッジモータ２８、用紙Ｐを搬送する搬送モータ２９と接続されている。

インク吐出制御部２５は圧力発生手段である圧電素子１９と接続されている。インク吐出制御部２５は、ノズル別駆動波形選択部２６と駆動波形生成部２７とを備える。

駆動波形生成部２７は、画像データ、又はメンテナンス用のデータに応じて、圧電素子１９が伸縮し、インクを吐出させるように駆動するための駆動波形を生成し、圧電素子１９へ印加する。

ここで、図１及び図２を参照して、液体の吐出について説明する。駆動波形生成部２７が圧電素子１９へ所定の駆動波形を印加すると、圧電素子１９は膨張する。よって、液体の貯留室である圧力室１６の容積が減少する。他方、膨張時とは別の方向へ波形を変化させるように印加することにより、圧電素子１９は元の収縮状態となる。よって圧力室１６の容積が増加し、元の状態に戻る（復帰する）。

インク（液体）は、図示しないインク供給源から共通液室１８、及びインク供給路１７に供給され、インク供給路１７を満たしている。この状態で、上述したような駆動波形の電圧変化により圧電素子１９の膨張状態から収縮状態への変形を生じさせると、圧力室１６の容積が増加する。よって、圧力の変化により、ノズル内のインクを圧力室１６側に引き込むとともに、共通液室１８からインク供給路１７を通って圧力室１６に引き込まれるようにして、インクが供給され、圧力室１６を充填する。

次に、駆動電圧を印加して圧電素子１９を膨張させることにより、圧力室１６の容積を減少すると、内部のインクは、ノズル孔２から吐出される。

液滴吐出ヘッド１０をインクジェット記録装置（画像形成装置）に適用する場合、記録動作（画像形成動作）において、利用されるノズル孔２に対応する圧力室１６は、その中のインクの挙動に関して、上述のような供給段階と吐出段階とを含むインク吐出サイクルを繰り返し実行している。

このような吐出サイクルにおける供給段階で圧力室１６に供給されるインクの量と吐出段階で圧力室１６から吐出されるインクの量とは、良好なバランスを保っていると好適である。このバランスが悪く、例えば、吐出が不足であると、ノズル孔２からのインクの不吐出を招いてしまう。通常、吐出サイクルにおいて、圧電素子１９の変形による圧力室１６の容積の変化によってもたらされる、インクの吐出量に対するインクの供給量の比率は、１になることが最も好ましい。吐出量／供給量の比率がたとえば所定の閾値（例えば０．５程度）にまで低くなると、インクの不吐出を招いてしまう。

従って、ノズル基板１１の厚さが同じ場合、ノズル孔２のストレート部３の長さ（ストレート長）を長く設計すると、断面積が小さくなり、インクの流路抵抗が増大する。そのため、インクの吐出量に対してインクの供給量が不十分になることに起因する、インクの不吐出が発生するおそれがある。

よって、ノズル別駆動波形選択部２６は、ノズル孔２の形状に応じて、波形を選択すると、好適である。この制御により、幅広いストレート長に対して安定した液吐出を行うことができ、高画質画像が得られる画像記録装置を提供することができる。詳細な制御の場合分けは図７を用いて後述する。

上記のように駆動波形を選択するためには、ノズル孔２のストレート長を予め検出する必要がある。本発明の実施形態では、従って、製造段階で、段差を検出することによって、ノズル孔２のストレート長を検出する。

図４は本発明にかかるノズル基板の製造方法を説明する断面図である。
被加工材料である金属材料の板状部材１に対して、図４に示すようなパンチテーパー部３２に凹形状である溝部３３，３４を設けたパンチ治具３０でプレス加工し、その後研磨する。金属板である板状部材１にノズル孔２を設けることで、ノズル基板１１になる。

被加工材料である板状部材１は、例えば、ステンレス鋼などの金属部材で構成されている。ステンレス等の金属は耐食性が高いため、安価で長尺への対応が可能なノズル基板１１を形成することができる。

ここで、プレス加工に利用するパンチ治具３０は、先端ストレート部３１、パンチテーパー部３２、溝部３３，３４、及び胴部３５を含んで構成されている。先端ストレート部３１は、液滴を吐出する側の面に設けられ、小径の円柱状である。

テーパー部３２は、液滴を吐出する側とは反対の面から、先端ストレート部３１に向けて縮径しており、複数の断面（縦断面）が三角形状で且つパンチテーパー部３２と同心円状の環状の溝である、溝部３３，３４が設けられている。図４では、パンチ治具３０のテーパー部３２において、２つの溝部３３，３４が設けられているが、段差を形成する溝は、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。ここで、パンチ治具３０において溝部を３つ以上設けていると、検査結果を基にした駆動波形の選択において、より好適となる。

製造工程において、パンチ治具３０を押し込むために、パンチテーパー部３２の、先端ストレート部３１から離れた径が大きい側に、径の大きい円柱状の胴部３５を備えていてもよい。図４では、パンチ治具３０の胴部３５はパンチテーパー部３２の端部から連続する、パンチテーパー部３２の端部と同径の円柱状であるが、他の形状であってもよい。ただし、ノズル孔２を板状部材１に対して垂直に設けるため、胴部３５は、径の大きさは限定されず、先端ストレート部３１とパンチテーパー部３２と同軸を有する形状であると好適である。

このように構成されたパンチ治具３０をプレス加工に用いると、プレス加工により形成されたノズル孔２の形状は加工に用いたパンチ治具３０の形状を転写することになる。従って、プレスされるノズル孔２は、ストレート部３と、突起５，６による段差が設けられたテーパー部４を形成する。

ここで、プレスの直後は、パンチ治具３０の形状を倣った凹部が液滴吐出側へ押し出されることにより、パンチ治具３０の打ち込み側と反対側の面（液滴を吐出する側）に突出する凸部８が形成される。

この凸部８を研磨加工により研磨して削除することでノズル基板１１の液滴を吐出する側を貫通させる（貫通穴とする）。

このような工程により、ノズル孔２は、ストレート部３、該ストレート部３と連接するテーパー部４を備えている。テーパー部４には、突起（段差）５，６が設けられている。ここで、ノズル孔２の内壁の詳細について説明する。ストレート部３を形成する側壁は、板状部材１に対して略垂直に起立する円柱状の垂直面３Ｖである。

テーパー部４において、段差が形成されていない、ストレート部３から、液滴吐出側とは反対の面に向けて、内径が徐々に広がる円錐台形状の側面となる部分をテーパー側面４Ｔとする。ストレート部３の垂直面３Ｖとテーパー側面４Ｔとの接続点をエッジＥ１とする。

テーパー部４において、段差は、断面（縦断面）が三角形状で且つ環状の突起５，６が連続して形成されることで、構成されている。

突起５において、ストレート部３（垂直面３Ｖ）に近い側を第１の辺５ａ、遠い側を第２の辺（上面）５ｂとする。突起５の断面の三角形状の頂点であり、第１の辺５ａと第２の辺５ｂとの接続点をエッジＥ２とする。

同様に、突起６において、ストレート部３（垂直面３Ｖ）に近い側を第１の辺６ａ、遠い側を第２の辺６ｂとする。突起６の断面の三角形状の頂点であり、第１の辺６ａと第２の辺６ｂとの接続点をエッジＥ２とする。

このとき各突起５，６の液滴吐出側の辺である第１の辺５ａ，６ａは、板状部材１と垂直方向において、ストレート部３の長さ以下になるように設定されている。

ここで、製造工程において、パンチ治具３０を板状部材１に対してどの程度打ち込むかの深さにより、形成されるノズル孔２の形状が異なってくる。具体的には、パンチ治具３０を板状部材１に対して深く打ち込むほど、ストレート部３の長さは短くなり、テーパー部４が多くなることにより、ノズル孔２の内壁に現れる段数（突起）の形成数が多くなる。

反対に、パンチ治具３０を板状部材１に対して浅く打ち込むほど、ストレート部３の長さは長くなり、テーパー部４が少なくなることにより、ノズル孔２の内壁に現れる段数（突起）の形成数が少なくなる。なお、パンチ治具３０を浅く打ち込みすぎると、ノズル孔２が開口しなくなるため、少なくとも板状部材１の厚さ以上、パンチ治具３０を板状部材１に対して押し込むものとする。

なお、複数のノズル孔を形成する際にノズル列が複数ある場合、1本のパンチで複数のノズル列を含むすべてのノズルを加工する方式と、各ノズル列に対応したパンチで複数の列を同時に加工する方式のいずれかを採用しうる。

図５は、製造方法を示すフローチャートである。
ステップＳ１はプレス加工工程であり、図４に示すような、パンチテーパー部３２に凹形の溝部３３，３４を設けたパンチ治具３０にてプレス加工を行う。

Ｓ２は研磨工程であり、Ｓ１のプレス加工によりパンチ治具３０の打ち込み側と反対側の面に形成された凸部８を研磨加工により研磨して削除することでノズル孔２を開口させる。例えば、超精密旋盤等を用いて凸部８を削除する。

Ｓ１及びＳ２を実施することで、パンチ治具３０に設けられた、断面が三角形状の環状の溝部３３，３４に倣った段形状（突起）を、ノズル孔２の内壁面に高精度に形成することが可能である。

Ｓ３は検査工程であり、上記のようにノズル穴を形成した後、ノズル穴の形状（寸法）を測定して製品の検査をする。

ここで、上述の図４で説明したように、パンチ治具３０の板状部材１に対する打ち込みの深さにより、ノズル孔の形状、詳しくは段差の形成数及び段差の高さ）が異なっている。従って、段形状の少なくとも一部をノズル面に形成することで、パンチの形状とノズル孔の段形状の形成数および高さを検出することで、上記打ち込みの深さが分かり、ノズル孔の形状を把握することでできる。

この段形状の形成数及び高さを検出するために、CNC（コンピュータ数値制御：Computer Numerical Control）などの画像検査装置を用いる検査により、段形状のエッジ（端部）を検出する（Ｓ３）。

ここで、光学系の画像検査装置、例えば、ニコン社製「ＣＮＣ画像測定システムＮＥＸＩＶ」では、パターン認識機能、明暗の変化率によるデータ変換、演算処理技術等により、ピークをエッジ位置として検出する。明暗の変化率により、エッジを検出することにより、照明や表面反射率などのばらつきの影響を受けにくく、高度の再現性の良好なエッジ位置が検出できる。

よって本発明の実施形態では、ノズル孔の形状を検査するために、エッジ位置を検出する画像検査装置を用いるため、ＳＥＭ等でノズル孔の断面形状を観察する方法や、ノズル開口内をシリコン樹脂などで形状を転写して測定する方法のような、破壊検査が必要ない。従って、破壊検査により表面が汚染されてしまうおそれがない。さらに、破壊検査によりに、検査工数が増加せず、プロセスコストを抑制できる。

このように破壊検査をしないで、ノズル孔の形状を把握した後、組立て工程へ移行する（Ｓ４）。組立て工程により、図１に示すように液滴吐出ヘッド１０へ組み立てる。

上記のような製造工程により、高精度な寸法が要求されるノズルにおけるストレート部の長さの検査を容易にする。さらに、高精度に製造され、安定した吐出特性が得られるインクジェットヘッドを提供できる。

ここで、組立て工程において、Ｓ４で検査したノズル孔の形状に関する情報を液滴吐出ヘッド内に記憶手段等（ＩＣタグ９等）に記憶させて、ヘッドに設ける（あるいは外付けする）。この情報記憶により、使用開始時、ノズル孔の形状を駆動波形の選択に反映させることができるため、好適である。

従って、製造段階で、段差を用いてノズル孔のストレート長を検出し、そのノズル孔の形状（寸法）の情報（ストレート部の長さ）を記憶させておく。そして、ヘッド使用開始時、（例えばメンテナンスによる取り替え時）に、画像形成装置本体の制御部２０が、液滴吐出ヘッド（例えばＩＣタグ９）に記憶された情報を読み込むことで、ノズル孔の形状に応じて、駆動波形を調整するように設定することができる。

組み立て後、製造を終了する。

上述のように、ノズル孔２において、各突起５，６の液滴吐出側の辺である第１の辺５ａ，６ａは、板状部材１と垂直方向において、ストレート部３の長さ以下になるように設定されている。このとき、段形状の段差は、任意の駆動波形においてノズル孔のストレート長に許容される長さに対応した長さで形成している。よって、段差の数により駆動波形を選択する。例えば、振幅が異なる駆動波形を予め用意しておき、段差が大きく、ストレート長さが長いほど、振幅が大きい駆動波形を選択する。

このように選択することで、ノズルから外へ吐出される吐出量と、圧電素子の収縮により液室等からノズルへ供給される供給量とのバランスが良好になり、インクの不吐出の発生を予防する。

本発明にかかる部材の実施形態の構成について図６〜図７を用いて説明する。
図６は、本発明の一実施形態に係る、ノズル基板１１の断面図および平面図を示す。

図５で説明したような形状のポンチ治具を用いて、ノズル基板１にノズル孔２を形成すると、ノズル孔において、２つの溝３３，３４に対応する２つの突起５，６が形成される、３段形状となる。プレス加工により形成されたノズル孔の形状は加工に用いたパンチの形状を転写している。すなわち段形状の少なくとも一部をノズル孔２の側壁に形成することで、検査工程によりエッジ（端部、内壁の段差）を検出することでパンチの形状とノズル孔の段形状の形成数および高さから打ち込み深さが分かる。

ここで、図６（及び図７）の上部に示される平面図を参照することで、図５の検査工程（Ｓ３）で画像検査装置を使用して検出するエッジの数（段差の形成数）を把握することができる。図６の例では、平面図で視認できる円筒状のエッジの数は３本であり、そのうちＥ１は、ストレート部３とテーパー部４との段差であるため、テーパー部４には、エッジＥ２とＥ３に対応する２つの段差が形成されていることがわかる。なお図６は段形状が３段の場合で示したが、３段以下及び以上でも良い。

ここで、エッジを形成する段差はノズルストレート部の公差よりも狭くすることが望ましい。例として、ストレート部の公差と段差を同一にしたときの実施例を図７に示す。

図７（ａ）はノズル孔のストレート部の長さが規定値内である場合のノズル基板１１である。図７（ｂ）はノズル孔のストレート部の長さが規定値よりも長い場合、図７（ｃ）はノズル孔のストレート部３の長さが規定値よりも短い場合のノズル基板１１を示している。

ここで、液滴吐出ヘッドにおける噴射特性はノズル孔の形状の寄与が大きく、ある駆動波形において安定した吐出特性を得るためにはストレート部の長さを高精度に制御する必要がある。そこで、段形状の段差は、任意の駆動波形においてノズル孔のストレート長に許容される長さに対応した長さで形成して、段差の数により駆動波形を選択してもよい。例えば、振幅が異なる駆動波形を予め用意しておき、段差が大きく、ストレート長が長いほど、振幅が大きい駆動波形を選択する。

図７の例では、ノズル孔２のストレート部３の要求公差と同一の高さに段形状を加工し、段形状の少なくとも一部がノズル面に形成されている。よって、ノズルストレート部の長さが規定値内（規定値の範囲内）である場合には、図７（Ａ）に示すノズル基板１１Ａのように、テーパー部４とストレート部３との接続点のエッジＥ１を除いて、テーパー部４における段差は１段形成される。

ノズル孔２のストレート部３が規定値の範囲よりも長い場合、ノズルストレート部が規定値よりも短くなり、図７（Ｂ）に示すノズル基板１１Ｂのように、エッジＥ１を除いて、テーパー部４における段差は形成されない。

図７（Ｂ）のようなノズル孔の形状の場合、径の小さいストレート部３の割合が多くなるため、ノズル基板１１の厚さが等しい場合、組立て後、ノズル孔２内の液体が通る容積が小さくなる。従って、ノズル孔２の容積が小さくなる分、ノズル孔２のインクの流路抵抗が増大するため、インクの吐出量に対してインクの供給量が不十分になることに起因する、インクの不吐出が発生するリスクが上がる。

そこで、ノズルから吐出される液体の量を適量に確保しインクの不吐出を予防するため、ノズル別駆動波形選択部２６（図３）が圧電素子１９に印加する駆動波形を、図７（Ａ）の場合よりも、全体として大きく（振幅値を大きく）するように、選択すると好ましい。

ノズル孔２のストレート部３が規定値の範囲よりも短い場合、ストレート部３が規定値よりも短くなり、図７（Ｃ）に示すノズル基板１１Ｃのように、エッジＥ１を除いて、テーパー部４において、段差は２段形成される（図６と対応）。なお、図７（Ｃ）のように、液滴吐出側とは反対側の面において、ノズル孔２が垂直の開口する、図７（Ｃ）の形状の場合は、製造時において、パンチテーパー部３２に３つ以上の溝部を形成したパンチ治具３０を用いると好適である。

図７（Ｃ）のようなノズル孔の形状の場合、径の小さいストレート部３の割合が少なくなるため、ノズル基板１１の厚さが等しい場合、組立て後、ノズル孔２内の液体が通る容積が大きくなる。従って、ノズル孔２の容積が大きくなる分、ノズル孔２のインクの流路抵抗が減少するため、インクの吐出量に対してインクの供給量が過剰になることに起因する、過剰吐出による画像のつぶれや、ランニングコストが増加する可能性がある。

そこで、ノズルから吐出される液体の量を適量に確保し過剰吐出を予防するため、ノズル別駆動波形選択部２６（図３）が圧電素子１９に印加する駆動波形を、図７（Ａ）の場合よりも、全体として小さく（振幅値を小さく）するように、選択すると好ましい。

このように、段形状の少なくとも一部をノズル面に形成することで、パンチの形状とノズル孔の段形状の形成数および高さから、打ち込みの深さが分かり、このようにしてノズルストレート部の長さを精度よく、容易に検査することができる。

また、上述のように場合分けしてノズル孔の形状に応じて駆動波形を選択することで、ノズルから外へ吐出される吐出量と、圧電素子の収縮により液室等からノズルへ供給される供給量とのバランスが良好になり、安定した液吐出を行うことができる。

あるいは、図７のように、段形状の高さをストレート部の公差と同じ又は狭くする設定で段形状の形成数を検出することで、製造工程におけるストレート長の良否判定として、所定の範囲のみを出荷可能とするように判定してもよい。

また、上述のように駆動波形を調整することで、ノズル孔の形状に関わらず、安定した液吐出を行うことができるため、液滴吐出ヘッド高画質画像が得られる画像記録装置を提供することができる。

図８は、本発明の一実施形態にかかるノズル基板１１の拡大断面である。図９は、本発明の別の実施形態にかかるノズル基板１１の拡大断面である。

ここで、図３に示すような、パンチ治具３０を用いて、金属板である板状部材１へのプレス加工をする場合、板状部材１の弾性変形によりパンチ治具３０が締め付けられパンチ治具３０を引き抜く際にパンチ治具３０と板状部材１との摩擦抵抗が増大する。引き抜くときの摩擦抵抗が大きすぎると、ノズル孔２の形状が変形してしまい吐出精度が悪化してしまう。また、パンチ治具３０への負荷が大きくパンチ治具３０が劣化しやすく交換頻度が上がるため、パンチコストが増大してしまう。

そこで、図８（Ａ）で段形状となる突起５α，６αの液滴吐出面側の面である第１の辺５ａ１，６ａ１とテーパー部４のテーパー側面４Ｔとで成す（挟まれる）角をθ１、テーパー部４の開き角（テーパー側面４Ｔのストレート部３の垂直面３Ｖから傾き）をθｎとして、「θ１＜θｎ／２」となるように、テーパー側面４Ｔ、及び突起５，６の第１の辺５ａ１，６ａ１の傾斜を設定する。

この形状により、プレス加工工程でパンチ治具３０を引き抜く際にパンチ治具３０と金属製の板状部材１との摩擦抵抗を低減し、高精度に加工することができる。

また、図８（Ｂ）は本発明の他の実施形態に係る、ノズル基板１１の断面である。段形状の上面、即ち、突起５β，６βの液滴吐出面側とは反対側の面である第２の辺５ｂ２，６ｂ２とノズル基板１の表面とを略平行とする。即ち、突起５β、６βの縦断面は、直角三角形である。

この形状により、検査工程において、光学系を用いた上記画像処理装置等によって、環状の段形状のエッジ（先端）Ｅ２，Ｅ３を高精度に検出することが可能となり、検査を容易にすることができる。

＜インクジェット記録装置＞
最後に、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録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６はインクジェット記録装置の斜視説明図、図７はインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。

液滴吐出ヘッド１０（図１参照）を備えた液滴吐出装置の一例としてインクジェット記録装置を例示する。図１０は本発明の方法で製造されたノズル基板１１を含むインクジェット記録ヘッド１０が搭載されたインクジェット記録装置を例示する斜視図である。図１１は図１０の圧電素子（電子部材）が搭載されたインクジェット記録装置の機構部を例示する側面図である。

図１０及び図１１を参照して、インクジェット記録装置６０は記録装置本体６１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ７３に設けられ、キャリッジ７３に搭載した液滴吐出ヘッド１０の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド７４を収納する。又、インクジェット記録装置６０は、インクジェット記録ヘッド７４へインクを供給するインクカートリッジ７５等で構成される印字機構部６２等を収納する。

記録装置本体６１の下方部には、多数枚の用紙Ｐを積載可能な給紙カセット６４（或いは給紙トレイでもよい）を抜き差し自在に装着することができる。又、用紙Ｐを手差しで給紙するための手差しトレイ６５を開倒することができる。給紙カセット６４或いは手差しトレイ６５から給送される用紙Ｐを取り込み、印字機構部６２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６６に排紙する。

印字機構部６２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７１と従ガイドロッド７２とでキャリッジ７３を主走査方向に摺動自在に保持する。キャリッジ７３には、インクジェット記録ヘッド７４を、複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、インクジェット記録ヘッド７４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。又、キャリッジ７３は、インクジェット記録ヘッド７４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ７５を交換可能に装着している。

インクカートリッジ７５は、上方に大気と連通する図示しない大気口、下方にはインクジェット記録ヘッド７４へインクを供給する図示しない供給口を、内部にはインクが充填された図示しない多孔質体を有している。多孔質体の毛管力によりインクジェット記録ヘッド７４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。又、インクジェット記録ヘッド７４としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドを用いてもよい。

キャリッジ７３は、用紙搬送方向下流側を主ガイドロッド７１に摺動自在に嵌装し、用紙搬送方向上流側を従ガイドロッド７２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ７３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ７７で回転駆動される駆動プーリ７８と従動プーリ７９との間にタイミングベルト８０を張装し、主走査モータ７７の正逆回転によりキャリッジ７３が往復駆動される。タイミングベルト８０は、キャリッジ７３に固定されている。

又、インクジェット記録装置６０には、給紙カセット６４から用紙Ｐを分離給装する給紙ローラ８１、フリクションパッド８２、用紙Ｐを案内するガイド部材８３、給紙された用紙Ｐを反転させて搬送する搬送ローラ８４を設けている。更に、インクジェット記録装置６０には、搬送ローラ８４の周面に押し付けられる搬送コロ８５、搬送ローラ８４からの用紙Ｐの送り出し角度を規定する先端コロ８６を設けている。これにより、給紙カセット６４にセットした用紙Ｐを、インクジェット記録ヘッド７４の下方側に搬送される。搬送ローラ８４は副走査モータ８７によってギヤ列を介して回転駆動される。

用紙ガイド部材である印写受け部材８９は、キャリッジ７３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ８４から送り出された用紙Ｐをインクジェット記録ヘッド７４の下方側で案内する。この印写受け部材８９の用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐを排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ９１、拍車９２が設けられている。更に、用紙Ｐを排紙トレイ６６に送り出す排紙ローラ９３及び拍車９４と、排紙経路を形成するガイド部材９５，９６とを配設されている。

画像記録時には、キャリッジ７３を移動させながら画像信号に応じてインクジェット記録ヘッド７４を駆動することにより、停止している用紙Ｐにインクを吐出して１行分を記録し、用紙Ｐ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Ｐ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Ｐを排紙する。

キャリッジ７３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェット記録ヘッド７４の吐出不良を回復するための回復装置９７を有する。回復装置９７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有する。キャリッジ７３は、印字待機中に回復装置９７側に移動されてキャッピング手段でインクジェット記録ヘッド７４をキャッピングされ、吐出口部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。又、記録途中等に記録と関係しないインクを吐出することにより、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。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェット記録ヘッド７４の吐出口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す。又、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。更に、吸引されたインクは本体下部に設置された図示しない廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

上述のように、本発明の実施形態では、高精度な寸法が要求されるノズルにあってストレート部の長さの検査を容易にする。さらに、上記のように製造されたノズル基板を用いることで、高精度で安定した吐出特性が得られるインクジェットヘッドおよびこの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を提供することができる。

なお、図１０及び図１１では、キャリッジを用紙の搬送方向に対して直交する方向にシリアルスキャンさせながら、用紙を記録幅に応じて間歇的に搬送し、搬送と記録を交互に繰り返すことによって用紙に画像を形成するシリアル型画像形成装置について説明した。しかし、図５で示す方法で製造されるノズル基板が搭載された液滴吐出ヘッドを搭載するインクジェット記録装置はシリアル型画像形成装置に限られない。

各画像形成装置において、記録液（例えばインク）の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッド（印字ヘッド）をキャリッジに搭載している。上述のように製造されたノズル基板をライン型の記録ヘッドに設け、該ライン型の記録ヘッドを搭載したキャリッジを、用紙に対して同じ方向にスキャンすることによって、用紙に画像を形成する、ライン型画像形成装置に適用してもよい。

インクジェット記録装置は、例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置などである。インクジェット記録ヘッドで液滴を吐出される用紙（被記録媒体）は、材質を紙に限定するものではなく、記録媒体、記録紙、転写材などとも称される。また、インクジェット記録装置において、「用紙に画像を形成する」ことは、記録、印刷、印字、印写とも同義で使用されうる。

さらに、上述では、液滴吐出ヘッドとして、インクを液滴として吐出する記録ヘッド（インクジェット記録ヘッド）について説明したが、液滴吐出ヘッドはこれに限られない。例えば、図１〜図９の説明が適用される、液滴吐出ヘッドとしては、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、DNAの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどであってもよい。

さらに、上述の図４〜図９で説明した、金属材料の加工技術および加工形状は、液滴吐出技術を用いたカラーフィルタ製造装置や、金属配線製造装置、染色装置、DNAチップ製造装置などの工業用製造装置にも適用可能である。

以上、好ましい実施の形態及び実施例について詳説したが、上述した実施の形態及び実施例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１ 板状部材
２ ノズル孔
３ ストレート部
３Ｖ 垂直面
４ テーパー部
４Ｔ テーパー側面
５，６，５α，６α、５β，６β 突起
５ａ，６ａ，７ａ 第１の辺
５ｂ，６ｂ 第２の辺（上面）
８ 凸部
９ ＩＣタグ
１０ 液滴吐出ヘッド
１１ ノズル基板
１２ 流路板
１３ 振動板
１６ 液室（圧力室）
１７ インク供給路
１８ 共通液室
１９ 圧電素子（圧力発生手段）
２０ 制御部
２６ インク吐出制御部
２７ ノズル別駆動波形選択部
３０ パンチ治具
３１ 先端ストレート部
３２ パンチテーパー部
３３，３４ 溝部
３５ 胴部
６０ インクジェット記録装置
６１ 記録装置本体
６２ 印字機構部
６４ 給紙カセット
６５ 手差しトレイ
６６ 排紙トレイ
７１ 主ガイドロッド
７２ 従ガイドロッド
７３ キャリッジ
７４ インクジェット記録ヘッド
７５ インクカートリッジ
７７ 主走査モータ
７８ 駆動プーリ
７９ 従動プーリ
８０ タイミングベルト
８１ 給紙ローラ
８２ フリクションパッド
８３ ガイド部材
８４ 搬送ローラ
８５ 搬送コロ
８６ 先端コロ
８７ 副走査モータ
８９ 印写受け部材
９１ 搬送コロ
９２ 拍車
９３ 排紙ローラ
９４ 拍車
９５，９６ ガイド部材
９７ 回復装置
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３ エッジ
Ｐ 用紙

特開２００３−２３１２５９号公報 特開２００６−３４１５５１号公報

Claims (8)

1. 板状部材に液滴を吐出させるノズル孔を形成する工程と、該ノズル孔の形状を検査する検査工程とを含む、ノズル基板の製造方法であって、
   前記板状部材に前記ノズル孔を形成する工程は、前記板状部材の液滴吐出側とは反対側から、パンチ治具を押し込んだ後、前記パンチ治具を前記板状部材から引き抜くことで、前記パンチ治具の形状を倣う凹部と前記液滴吐出側に突出する凸部とを形成するプレス加工工程と、前記押し込みにより前記板状部材の前記液滴吐出側に形成した前記凸部を研磨により除去してノズル孔を貫通させる研磨工程と、を含み、
   前記パンチ治具は、小径の円柱状の先端ストレート部と、該先端ストレート部に向けて縮径するパンチテーパー部とを備え、該パンチテーパー部には、断面が三角形状で前記先端ストレート部と同心円状の環状の溝部が複数設けられており、
   前記プレス加工工程及び前記研磨工程により形成されるノズル孔は、前記板状部材の液滴吐出側に設けられる径の小さいストレート部と、前記ストレート部と連接するテーパー部とを含む貫通穴であり、前記テーパー部には前記ストレート部と同心円状であって、断面が三角形状で環状の突起によって段差が形成されており、前記突起の前記液滴吐出側の辺は、前記板状部材と垂直方向において、前記ストレート部の長さよりも短く設定されており、
   前記検査工程では、前記ノズル孔の前記段差の形成数を検査することで前記ストレート部の長さを検出する、
   ノズル基板の製造方法。
2. 前記検査工程では、前記段差を構成する前記突起のエッジをＣＮＣ画像検査装置などの画像検査装置を用いて検出することで段数を検査する、
   請求項１に記載のノズル基板の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の製造方法により、液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、前記ノズル基板に接合されて固定される流路板と、前記流路板内に形成された圧力室を介して前記ノズル孔から液滴を吐出させるための圧力を発生させる圧力発生手段と、を備える、
   液滴吐出ヘッド。
4. 前記ノズル孔の内壁において、前記段差を構成する前記突起の液滴吐出側の面と、テーパー部を構成する面とで挟まれる角をθ１、垂直方向に対して、前記テーパー部の開き角をθｎとしたときに、θ１＜θｎ／２となるように構成する、
   請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記段差を構成する前記突起の上面は板状部材の表面に略平行である、
   請求項３又は４に記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記板状部材が金属部材で構成されている、
   請求項３乃至５の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
7. 請求項３乃至６の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備える、
   インクジェット記録装置。
8. 前記圧力発生手段に、圧力を発生させるために駆動波形を印加するインク吐出制御部を備え、
   前記突起の前記液滴吐出側の辺は、前記板状部材と垂直方向において、任意の駆動波形において前記ノズル孔における前記ストレート部の長さに許容される長さに対応した長さで形成しており、
   前記インク吐出制御部は、前記段差の形成数に応じて、前記駆動波形を選択する、
   請求項７に記載のインクジェット記録装置。

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