JP6383108B2 - 液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置 - Google Patents

Description

本開示は、液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置に関するものである。

光に対して反応する樹脂に対して露光を行ない、所望のノズルの形状に対応した母型を作製し、母型の周囲に金属めっき層を形成し、金属めっき層を剥離して液体吐出ヘッドに用いるノズルプレートを作製する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００６−１７５６７８号公報

本開示の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数のノズルが開口している吐出孔面を有しており、該吐出孔面は、前記複数のノズルが配置されている領域であるノズル配置領域を有しており、前記ノズルは、少なくとも前記吐出孔面側において、前記吐出孔面へ向かって断面積が大きくなっている逆テーパー部を備えており、前記ノズル配置領域の所定方向の中央部には、前記ノズルである第１ノズルが配置されており、前記所定方向の両側の端部には、前記ノズルである第２ノズルが配置されており、前記吐出孔面側から見た場合の前記逆テーパー部の幅をＴとするとき、前記第１ノズルの前記逆テーパー部の幅Ｔは、前記第２ノズルの前記逆テーパー部の幅Ｔよりも大きく、前記ノズル配置領域内の前記吐出孔面は、前記所定方向の中央部が、前記所定方向の両側の端部に対して凸形状であることを特徴とする。

また、本開示の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数のノズルが開口している吐出孔面を有する流路部材を備えており、該吐出孔面は、前記複数のノズルが配置されている領域であるノズル配置領域を有しており、前記ノズルは、少なくとも前記吐出孔面側において、前記吐出孔面へ向かって断面積が大きくなっている逆テーパー部を備えており、前記ノズル配置領域の所定方向の中央部には、前記ノズルである第１ノズルが配置されており、前記所定方向の両側の端部には、前記ノズルである第２ノズルが配置されており、前記吐出孔面側から見た場合の前記逆テーパー部の幅をＴとするとき、前記第１ノズルの前記逆テーパー部の幅Ｔは、前記第２ノズルの前記逆テーパー部の幅Ｔよりも大きく、前記流路部材は、複数の部材が積層されて構成されており、前記複数の部材には、熱膨張率の異なるものが含まれており、前記流路部材は、前記吐出孔面側に配置されている当該流路部材の熱膨張が、前記吐出孔面と反対の面側に配置されている当該流路部材の熱膨張よりも小さいことを特徴とする。

本開示の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部とを備えていることを特徴とする。

（ａ）は、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置の側面図であり、（ｂ）は平面図である。 図１の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体の平面図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した平面図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した平面図である。 （ａ）は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のノズル８の拡大縦断面図である。 （ａ）は、ヘッド本体の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したヘッド本体にあるノズルを吐出孔側から見た拡大平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本開示の一実施形態に係るノズルプレートを製造する１つの製造方法における工程の概略断面図であり、（ｅ）〜（ｈ）は、本開示の一実施形態に係るノズルプレートを製造する他の製造方法における工程の概略断面図である。

図１（ａ）は、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２を含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタ１（以下で単にプリンタと言うことがある）の概略の側面図であり、図１（ｂ）は、概略の平面図である。プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐをガイドローラ８２Ａから搬送ローラ８２Ｂへと搬送することにより、印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド２に対して相対的に移動させる。制御部８８は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド２を制御して、印刷用紙Ｐに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させて、印刷用紙Ｐに印刷などの記録を行なう。

本実施形態では、液体吐出ヘッド２はプリンタ１に対して固定されており、プリンタ１はいわゆるラインプリンタとなっている。本開示の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド２を、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Ｐの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐとほぼ平行となるように平板状のヘッド搭載フレーム７０（以下で単にフレームと言うことがある）が固定されている。フレーム７０には図示しない２０個の孔が設けられており、２０個の液体吐出ヘッド２がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド２の、液体を吐出する部位が印刷用紙Ｐに面するようになっている。液体吐出ヘッド２と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば０．５〜２０ｍｍ程度とされる。５つの液体吐出ヘッド２は、１つのヘッド群７２を構成しており、プリンタ１は、４つのヘッド群７２を有している。

液体吐出ヘッド２は、図１（ａ）の手前から奥へ向かう方向、図１（ｂ）の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。１つのヘッド群７２内において、３つの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでおり、他の２つの液体吐出ヘッド２は搬送方向に沿ってずれた位置で、３つの液体吐出ヘッド２の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド２は、各液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲が、印刷用紙Ｐの幅方向に（印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向に）繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Ｐの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。

４つのヘッド群７２は、記録用紙Ｐの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド２には、図示しない液体タンクから液体、例えば、インクが供給される。１つのヘッド群７２に属する液体吐出ヘッド２には、同じ色のインクが供給されるようになっており、４つのヘッド群７２で４色のインクが印刷できる。各ヘッド群７２から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。このようなインクを、制御部８８で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。

プリンタ１に搭載されている液体吐出ヘッド２の個数は、単色で、１つの液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲を印刷するのなら１つでもよい。ヘッド群７２に含まれる液体吐出ヘッド２の個数や、ヘッド群７２の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッド群７２の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数配置して、搬送方向に交互に印刷すれば、同じ性能の液体吐出ヘッド２を使用しても搬送速度を速くできる。これにより、時間当たりの印刷面積を大きくすることができる。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Ｐの幅方向の解像度を高くしてもよい。

さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。

プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐに印刷を行なう。印刷用紙Ｐは、給紙ローラ８０Ａに巻き取られた状態になっており、２つのガイドローラ８２Ａの間を通った後、フレーム７０に搭載されている液体吐出ヘッド２の下側を通り、その後２つの搬送ローラ８２Ｂの間を通り、最終的に回収ローラ８０Ｂに回収される。印刷する際には、搬送ローラ８２Ｂを回転させることで印刷用紙Ｐは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド２によって印刷される。回収ローラ８０Ｂは、搬送ローラ８２Ｂから送り出された印刷用紙Ｐを巻き取る。搬送速度は、例えば、７５ｍ／分とされる。各ローラは、制御部８８によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、ロール状の布などでもよい。また、プリンタ１は、印刷用紙Ｐを直接搬送する代わりに、搬送ベルトを直接搬送して、記録媒体を搬送ベルトに置いて搬送してもよい。そのようにすれば、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどを記録媒体にできる。さらに、液体吐出ヘッド２から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド２から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

また、プリンタ１に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付けて、制御部８８が、各センサからの情報から分かるプリンタ１各部の状態に応じて、プリンタ１の各部を制御してもよい。例えば、液体吐出ヘッド２の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド２に加えている圧力などが、吐出される液体の吐出量や吐出速度などの吐出特性に影響を与えている場合などに、それらの情報に応じて、液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。

次に、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２について説明する。図２は、図１に示された液体吐出ヘッド２の要部であるヘッド本体１３を示す平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、ヘッド本体１３の一部を示す図である。図４は、図３と同じ位置の拡大平面図である。図３および図４では、図を分かりやすくするため、一部の流路を省略して描いている。また、図３および図４では、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータ基板２１の下方にあって破線で描くべき加圧室１０、しぼり１２およびノズル８などを実線で描いている。図５（ａ）は図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、図５（ｂ）は、ノズル８の拡大縦断面図である。図６（ａ）は、ヘッド本体１３の平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢの位置にあるノズル８を吐出孔８ｄ側から見た拡大平面図である。

ヘッド本体１３は、平板状の流路部材４と、流路部材４上に、圧電アクチュエータ基板２１とを有している。流路部材４は、ノズル８を有するノズルプレート３１と、プレート２２〜３０が積層された流路部材本体とが積層されて成っている。圧電アクチュエータ基板２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向に平行になるように流路部材４の上面に配置されている。また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータ基板２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣接し合う圧電アクチュエータ基板２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータ基板２１を駆動することにより印刷される領域では、２つの圧電アクチュエータ基板２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる。

流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路部材４の長手方向に平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータ基板２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド５には開口５ｂを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。

流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータ基板２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータ基板２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータ基板２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域に互いに隣接してヘッド本体１３の長手方向に延在している。

流路部材４は、複数の加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの加圧室群９を有している。加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。加圧室１０は流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの加圧室１０によって形成された各加圧室群９は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータ基板２１が接着されることで閉塞されている。

本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４列のＥ１〜Ｅ４の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に４列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった加圧室１０の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に２列ずつ配列されている。

全体では、マニホールド５から繋がる加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各加圧室列に含まれる加圧室１０の数は、アクチュエータである変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。

ノズル８は、ヘッド本体１３の解像度方向である長手方向において、約４２μｍ（６００ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝４２μｍ間隔である）の間隔で略等間隔に配置されている。これによって、ヘッド本体１３は、長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。台形形状の圧電アクチュエータ基板２１がオーバーラップしている部分では、２つの圧電アクチュエータ基板２１の下方にあるノズル８が、互いに補完し合うように配置されていることにより、ノズル８は、ヘッド本体１３の長手方向に６００ｄｐｉに相当する間隔で配置されている。

また、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分のノズル８を４つ列の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向、すなわち主走査方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である）以下の間隔で個別流路３２が形成されているということである。

圧電アクチュエータ基板２１の上面における各加圧室１０に対向する位置には後述する個別電極３５がそれぞれ形成されている。個別電極３５は加圧室１０より一回り小さく、加圧室１０とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。

流路部材４の下面である吐出孔面３１ａには、ノズル８の下側の開口である吐出孔８ｄが多数開口している。ノズル８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、ノズル８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータ基板２１と対向する領域内に配置されている。吐出孔８の集まりである吐出孔群は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板２１の変位素子５０を変位させることにより吐出孔８ｄから液滴が吐出できる。そして、それぞれの吐出孔群内のノズル８は、流路部材４の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。

ヘッド本体１３に含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、２６、マニホールドプレート２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体１３は、図５に示されているように、加圧室１０は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、吐出孔８ｄは下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室１０を介して副マニホールド５ａと吐出孔８ｄとが繋がる構成を有している。

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された加圧室１０である。第２に、加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５、２６に形成された個別供給流路６とが含まれている。

第３に、加圧室１０の他端から吐出孔８ｄへと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称される。ディセンダは、ベースプレート２３（詳細には加圧室１０の出口）からノズルプレート３１（詳細には吐出孔８ｄ）までの各プレートに形成されている。ディセンダの吐出孔８ｄ側は特に断面積が小さい、ノズルプレート３１に形成されたノズル８となっている。ノズル８の形状の詳細については後述する。

第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２７〜３０に形成されている。

このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から吐出孔８ｄに至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で吐出孔８ｄから吐出される。まず、副マニホールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室１０の一端部に至る。さらに、加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、加圧室１０の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔８ｄへと進む。

圧電アクチュエータ基板２１は、図５に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板２１の変位する部分である変位素子５０の厚さは４０μｍ程度であり、１００μｍ以下であることにより、変位量を大きくすることができる。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。

圧電アクチュエータ基板２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４、Ａｕ系などの金属材料からなる個別電極３５を有している。個別電極３５は上述のように圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５の一端は、加圧室１０と対向している個別電極本体３５ａと、加圧室１０と対向している領域外に引き出されて引出電極３５ｂからなっている。

圧電セラミック層２１ａ、ｂおよび共通電極３４は、それぞれ略同じ形状であることにより、これらを同時焼成により作製する場合に、反りを小さくできる。１００μｍ以下の圧電アクチュエータ基板２１は焼成過程で反りが生じやすく、その量も大きくなる。また、反りが生じていると、流路部材４に積層した際に、その反りを変形させて接合することになり、その際の変形が変位素子５０の特性変動に影響し、ひいては液体吐出特性のばらつきにつながるため、反りは、圧電アクチュエータ基板２１の厚さと同程度以下に小さいことが望ましい。そして、内部電極のある場所とない場所の焼成収縮挙動の差による反りを少なくするために内部電極３４は内部にパターンのないベタで形成される。なお、ここで略同じ形状であると、外周の寸法の差がその部分の幅の１％以内であることを言う。圧電セラミック層２１ａ、ｂの外周は、基本的に焼成前に重ねられた状態で切断して形成されるので、加工精度の範囲内で同じ位置になる。内部電極３４も、ベタ印刷した後に、圧電セラミック層２１ａ、ｂと同時に切断することで形成されると反りが生じ難いが、圧電セラミック層２１ａ、ｂと相似形状で少し小さいパターンで印刷することにより、圧電アクチュエータ２１の側面に内部電極３４が露出しなくなるため、電気的信頼性が高くなる。

詳細は後述するが、個別電極３５には、制御部８８から外部配線であるＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）を通じて駆動信号（駆動電圧）が供給される。駆動信号は、印刷用紙Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域内のすべての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に外部配線と接続されている。

なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極３５に対応する加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２を通じて、対応する吐出孔８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータ基板２１における各加圧室１０に対向する部分は、各加圧室１０および吐出孔８に対応する個別の変位素子５０（アクチュエータ）に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が加圧室１０毎に、加圧室１０の直上に位置する振動板２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、個別電極３５により作り込まれており、圧電アクチュエータ基板２１には変位素子５０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって吐出孔８から吐出される液体の量は５〜７ｐＬ（ピコリットル）程度である。

圧電アクチュエータ基板２１を平面視したとき、個別電極本体３５ａは加圧室１０と重なるように配置されており、加圧室１０の中央に位置している部位の、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれている圧電セラミック層２１ｂは、圧電アクチュエータ基板２１の積層方向に分極されている。分極の向きは上下どちらに向かっていてもよく、その方向に対応し駆動信号を与えることで駆動できる。

図５に示されるように、共通電極３４と個別電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには厚み方向に分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータ基板２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック２１ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータ基板２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。

本実施の形態における実際の駆動手順は、あらかじめ個別電極３５を共通電極３４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極３５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが元の形状に戻り、加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。このとき、加圧室１０内に負圧が与えられ、液体がマニホールド５側から加圧室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが加圧室１０側へ凸となるように変形し、加圧室１０の容積減少により加圧室１０内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極３５に供給することになる。このパルス幅は、加圧室１０内において圧力波がマニホールド５から吐出孔８ｄまで伝播する時間長さであるＡＬ（Acoustic Length）が理想的である。これによると、加圧室１０内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。

上述したように、ノズル８は、ノズルプレート３１に形成されている貫通孔である。またノズル８は、図２に示された、４つの台形状の加圧室群９と同様の領域に配置されている。ヘッド本体１３に配置されているノズル８は、台形状の形が組み合わされたノズル配置領域７内に配置されている（図６（ａ）参照）。ノズル配置領域７は、台形を組み合わせたことによる凹凸があるが、全体としては、概略、ヘッド本体１３の長手方向に長い矩形状の領域である。

ノズル８は、ノズルプレート３１の厚さ方向の途中に断面積がもっとも小さくなっている部分がある。ノズル８は、断面積がもっとも小さい部分から内部開口８ｃに向かって断面積が大きくなっていくテーパー部８ａと、断面積がもっとも小さい部分から、外部開口である、ノズル８の吐出孔８ｄに向かって断面積が大きくなっていく逆テーパー部８ｂとを有している。

ノズルプレート３１の厚さ、すなわちノズル８の長さは、例えば、２０〜１００μｍである。ノズル８の流体抵抗を低くするためには、ノズルプレート３１の厚さは、できるだけ薄い方が望ましいが、薄すぎると製造上の取扱いが困難になるため、両立できる厚さで最適値に設定する。ノズル８の断面の形状は、円形状であるのが好ましいが、楕円形状、三角形状、四角形状などの回転対称な形状であってもよい。ノズル８の断面積のもっとも小さい部分の形状は、例えば、直径１０〜６０μｍの円形状である。この断面積のもっとも小さい部分の孔径は吐出量を設定する制御因子であり、所望の吐出量に応じて設定する。

ノズル８の一方の開口は、流路部材４の外側に開口しており、液体が吐出される側の開口である吐出孔８ｄである。また。ノズル８の他方の開口は、流路部材４の内側に向けて開口しており、液体が供給される側の開口である内部開口８ｃである。

ノズル８は、吐出孔８ｄ側において、吐出孔８ｄに向かって開口の断面積が大きくなっている逆テーパー部８ｂを含んでいる。逆テーパー部８ｂは、吐出孔８ｄ側、すなわち吐出孔面３１ａ側から見ると、ノズルプレート３１を貫通している円形状の部分の周囲に円環状の領域として見える。吐出孔８ｄ側から見た場合における、この円環状の領域の幅を、逆テーパー部８ｂの幅Ｔ（単に幅Ｔと言うこともある）とする。

図６（ｂ）を用いて、幅Ｔを説明する。なお、図６（ｂ）に示したノズル８は、ノズル配置領域７の右側の端部７ｂｂに配置されている第２ノズル８−２であり、より詳細には、右側第２ノズル８−２ｂである。

ノズル配置領域７の長手方向の中央付近を中央部７ａとし、両端付近を端部７ｂとする。また、図６（ａ）において左側にある端部７ｂを左端部７ｂａ、左側にある端部７ｂを右端部７ｂｂとする。さらに、中央部７ａに配置されているノズル８を第１ノズル８−１とし、端部７ｂに配置されているノズル８を第２ノズル８−２とする。左端部７ｂａに配されている第２ノズル８−２を、左端第２ノズル８−２ａとし、右端部７ｂｂに配されている第２ノズル８−２を、左端第２ノズル８−２ｂとする。ノズル配置領域７の中央部７ａとは、ノズル配置領域７を長手方向に５等分した場合に、中央に位置する全体の長さの１／５の長さの領域のことである。また、ノズル配置領域７の端部７ｂとは、ノズル配置領域７を長手方向に５等分した場合に、端に位置する全体の１／５の長さの２つ領域のことである。

なお、この実施形態では、ノズル配置領域７の長手方向の中央部７ａと端部７ｂとで、逆テーパー部８ｂの幅Ｔに差があるが、他の方向における中央部と端部とで逆テーパー部８ｂの幅Ｔに差があるようにしてもよい。

図６（ｂ）は、ノズル８を吐出孔８ｄ側から見た平面図であり、逆テーパー部８ｂは円環状に見えている。ノズル８が配置されているノズル配置領域７の中央部７ａは、図６（ｂ）の左側、すなわちＤ１方向に位置している。ノズル８が配置されているノズル配置領域７の右側の端は、図の右側、すなわちＤ２方向に位置している。 図６（ｂ）に示したノズル８は、図６（ａ）のヘッド本体１３のノズル配置領域７の右端部７ｂｂに配置されているノズル８である。Ｌ１は、液体吐出ヘッド２の長手方向に沿った仮想直線である。Ｌ１に沿っている、逆テーパー部８ｂの対向している部位の幅は、Ｔ１ａ［μｍ］とＴ１ｂ［μｍ］である。Ｌ２は、印刷時に液体吐出ヘッド２と記録媒体とが相対的に搬送される方向である。Ｌ２に沿っている、逆テーパー部８ｂの対向している部位の幅は、Ｔ２ａ［μｍ］とＴ２ｂ［μｍ］である。

１つのノズル８の逆テーパー部８ｂの幅Ｔとは、そのノズル８の各部の逆テーパー部８ｂの幅Ｔの平均であり、例えば、Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ２ａおよびＴ２ｂの平均値を算出することで測定できる。１つのノズル８において、逆テーパー部８ｂの幅の場所によるばらつきが小さければ、１カ所測定してその値をそのノズル８の幅Ｔとしてもよい。また、吐出孔８ｄ側から見たときの逆テーパー部８ｂの面積を、吐出孔８ｂの外周の長さで割って、ノズル８の幅Ｔを算出してもよい。

幅Ｔが大きくなると、液体が吐出孔面３１ａから盛り上がり、吐出孔面３１ａから離れて飛翔する際に、液体をノズル８内に引き戻そうとする力が大きくなる。すなわち、幅Ｔが大きくなると、液体の飛翔速度が低下する。また、幅Ｔが大きくなると、一部の液体が飛翔せずにノズル８内に引き戻されることになるので、吐出される液体の量が少なくなる。これらの作用は、液体の表面張力によると考えられる。

ヘッド本体１３が備える複数のノズル８の中で、幅Ｔのばらつきが大きいと、飛翔速度のばらつきが大きくなる。単純に飛翔速度のばらつきだけが大きくなれば、印刷精度が低くなるが、記録媒体に着弾するまでの飛翔距離を調節すれば、印刷精度を高くできる。すなわち、幅Ｔの大きなノズル８から吐出される液滴の飛翔距離を、幅Ｔの小さなノズル８から吐出される液滴の飛翔距離よりも短くすればよい。そのようにすれば、液体が吐出されてから記録媒体に着弾するまでの飛翔時間の差が小さくなり、印刷精度は向上する。

飛翔距離を調節するには、吐出孔面３１ａの形状、すなわち吐出孔面３１ａの凹凸の形状を調節すればよい。吐出孔面３１ａの一部が、周囲の吐出孔面３１ａよりも突起していれば、その部分から吐出される液体の飛翔距離を短くできる。

具体的には、ノズル配置領域７において、中央部７ａに配置されている第１ノズル８−１の逆テーパー部８ｂの幅Ｔを、端部７ｂに配置されている第２ノズル８−２の逆テーパー部８ｂの幅Ｔをよりも小さくする。また、吐出孔面３１ａにおいて、端部７ｂよりも中央部７ａが凸形状する。これらの影響は相殺されるので、印刷精度を高くできる。なお、吐出孔面３１ａの形状を変えるのではなく、記録媒体の形状を変えることにより、飛翔距離を調整してもよい。

逆に、吐出孔面３１ａが反った形状に形成されてしまい、飛翔距離のばらつきが大きくなる場合に、幅Ｔを調整し、飛翔速度を調整することで、印刷精度を向上させてもよい。

具体的には、例えば次のようにする。吐出孔面３１ａが反った形状をしており、ノズル配置領域７内において、長手方向の中央部７ａが、長手方向の両側の端部７ｂより１００μｍ高い凸形状になったとする。記録媒体との距離を１ｍｍにして印刷しようとする場合、反りにより、中央部７ａでは、飛翔距離は１０％短くなる。そこで、中央部７ａの第１ノズル８−１の幅Ｔを大きくして、飛翔速度を１０％遅くすれば、中央部７ａと両側の端部７ｂとの間の差を小さくすることができる。

例えば、両側の端部７ｂの第２ノズル８−２の幅Ｔが１μｍで、第２ノズル８−２からの飛翔速度が７ｍ／ｓである場合に、中央部７ａの第１ノズル８−１の幅Ｔを２．６μｍにすれば、第１ノズル８−１からの飛翔速度を６．３ｍ／ｓにすることができる。このようにすれば、中央部７ａの第１ノズル８−１からの液滴の飛翔速度を、両側の端部７ｂの第２ノズル８−２からの液滴の飛翔速度より１０％遅くすることができる。なお、ノズルプレート３１の反り、すなわち中央部７ａの突起量は、１００μｍ以下であるのが好ましい。

また、ノズル８の断面積のもっとも小さい部分の口径のばらつきがある場合に、そのばらつきの影響を小さくするように幅Ｔを調整してもよい。ノズル８の口径が小さいと、液滴の飛翔速度は小さくなる。そこで、口径の小さなノズル８の幅Ｔよりも、口径の大きなノズル８の幅Ｔを大きくすることで、口径の影響と幅Ｔの影響とが相殺されて、吐出速度のばらつきを小さくできる。

逆テーパー部８ｂの幅Ｔは、４μｍ以下であるのが好ましい。逆テーパー部８ｂの長さ、別の表現をすれば逆テーパー部８ｂの深さは、１０μｍ以下、さらに５μｍ以下であるのが好ましい。逆テーパー部８ｂの長さが長いほど吐出時のメニスカス位置がばらつきやすくなり、吐出方向がばらつきやすくなるため、逆テーパー部８ｂの長さは短い方が好ましい。

ノズル８は、内部開口８ｃ側において、内部開口８ｃに向かって開口の断面積が大きくなっているテーパー部８ａを含んでいる。テーパー部８ａの内部開口８ｃは、ノズルプレート３１に直交する方向に対して角度θで傾いている。θは１０〜３０度であるのが好ましい。テーパー部８ａの傾きは、内部開口８ｃ側において、テーパー部８ａの長さの半分以上にわたってほぼ一定である。傾きがほぼ一定の部位から吐出孔８ｄ側に向かうと、傾きは徐々に緩やかになり、断面積がもっとも小さい部分で逆テーパー部８ｂに繋がる。テーパー部８ａと逆テーパー部８ｂとの境界に急激に角度の変わる角部はなく、テーパー部８ａから逆テーパー部８ｂにかけては、滑らかに角度が変わっている。

また、ノズル配置領域７の中央部７ａで飛翔距離が短くなることに対して、ノズルプレート３１の厚さを場所によって変えて、対応してもよい。ノズルプレート３１の厚さが厚い、すなわちノズル８の長さが長いと、流体抵抗が大きくなり、吐出速度は遅くなる。すなわち、飛翔距離の短い、ノズル配置領域７の中央部７ａにおけるノズルプレート３１の厚さを、ノズル配置領域７の両側の端部７ｂにおけるノズルプレート３１の厚さよりも厚くすることで、第２ノズル８−２の長さを、第１ノズル８−１よりも長くすれば、着弾までの時間差を小さくし、印刷精度高くすることができる。

吐出孔面３１ａが、長手方向の中央部７ａが高い凸形状であるということは、吐出孔面３１ａの両側の端部７ｂでは、ノズル８がわずかに、長手方向の外側を向いているということである。すなわち、吐出する液体は、わずかに長手方向の外側に向かうことになる。この傾向の影響を小さくするには、１つのノズル８内で逆テーパー部８ｂの幅が異なる部分を設ければよい。

上述したように、幅Ｔが大きいと、液体をノズル８に引き戻す作用が強くなる。１つのノズル８内に、他の部分より幅Ｔが大きい部分があると、その付近での液体をノズル８に引き戻そうとする作用が、他の部分より強くなる。そのため、その付近では、液体が吐出孔面３１ａから離れるのが遅れる。その結果、すでに吐出孔面３１ａから離れた液体が、幅Ｔが大きい方に引き寄せられ、液体の飛翔方向が幅Ｔの大きい側に傾く。

つまり、ノズル配置領域７の長手方向の両側の端部７ｂにおいて、ノズル配置領域７の中央部７ａ側の幅Ｔを大きくすれば、液体の飛翔方向は、ノズル配置領域７の内側に向かうようになり、上述の吐出孔面３１ａが凸形状であることによる影響と相殺させることができる。

１つのノズル８において、ノズル８の中央に対してノズル配置領域７の中央部７ａ側の逆テーパー部８ｂの幅をＴＣとし、ノズル配置領域７の中央部７ａと反対側の逆テーパー部８ｂの幅をＴＥとする。図６（ｂ）では、図の左側、Ｄ１方向にノズル配置領域７の中央部７ａであるので、Ｔ１ｂがＴＣであり、Ｔ１ａがＴＥである。ノズル配置領域７の両側の端部７ｂにおいて、ＴＣをＴＥよりも大きくすれば、飛翔方向に関して、幅Ｔによる影響と、吐出孔面３１ａの湾曲の影響を相殺させて、印刷精度を向上させることができる。

ここで、ノズル８の中心軸からある方向に位置するノズル８の内面の形状について考える。内部開口８ｃ側では中心軸からの距離が長く、内部開口８ｃから吐出孔８ｄに向かうと中央からの距離は短くなっていき、ある場所で距離がもっとも短くなる。この場所は、テーパー部８ａと逆テーパー部８ｂの境界であり、最近接点Ａと呼ぶ。ノズル８は、理想的には中心軸に対する回転体の形状を有していて、中心軸から見た角度毎に最近接点Ａの深さ、すなわち、吐出孔８ｄからの距離が変わらないのが好ましい。しかし、実際は製造上ある程度のばらつきが生じる。最近接点Ａが急激に角度の変わる角部であり、中心軸からの角度毎に、最近接点Ａの深さ方向の位置にばらつきが大きい場合、吐出方向のばらつきも大きくなってしまう。そのため、テーパー部８ａから逆テーパー部８ｂにかけては、角部がなく、滑らかに角度が変わっていることが好ましい。

また、ノズル８の内面の表面粗さは、テーパー部８ａよりも逆テーパー部８ｂの方が小さくなっている。これにより、逆テーパー部８ｂ側の凹凸の影響で吐出方向が、ばらつくことが抑制できる。逆テーパー部８ｂの表面粗さが大きいと、テールが逆テーパー部８ｂから離れるのが遅くなることで逆テーパー部８ｂの幅の差の影響が大きくなる、あるいは、最後にテールが離れる位置が表面粗さの影響でばらつくなどの影響があり、そのようなことが起き難くなるからであると考えられる。ノズル８の内面の表面粗さは、ノズル８を縦方向に切断したもので測定できる。テーパー部８ｂの表面粗さは、例えばＲｍａｘ０．１３〜０．２５μｍ、逆テーパー部８ｂの表面粗さは、例えばＲｍａｘ０．１０〜０．１５μｍにする。逆テーパー部８ｂの表面粗さは、テーパー部８ａの表面粗さより０．０２μｍ以上小さければ、吐出方向のばらつきがより抑制できるので好ましい。

続いて、このようなノズル８を備えたノズルプレート３１を製造する２つの製造方法について説明する。最初に、感光した部分が硬化するネガ型のフォトレジストを用いた製造方法を説明し、続いて、感光した部分が溶解するポジ型のフォトレジストを用いた製造方法を説明する。

図７（ａ）〜（ｄ）は、ネガ型のフォトレジストを用いたノズルプレート３１の製造方法の各工程における縦断面図である。まず、ステンレスなどの金属からなる電鋳基板１０２を準備する。電鋳基板１０２の、後述の工程でめっきによりノズルプレート３１を形成する側の面は、Ｒｍａｘ１００ｎｍ以下に研磨するのが好ましい。図７（ａ）のように、電鋳基板１０２の、研磨された面の側に、ネガ型のフォトレジスト膜１０４を形成する。フォトレジスト膜１０４は、液体のフォトレジストをスピンコーティング等の手法で塗布したり、ドライフィルム型レジストを加熱圧着することで形成する。

所望の寸法および配置でノズル８が形成できるようにマスクパターンが形成されたフォトマスク１０６を準備する。図７（ｂ）のように、フォトマスク１０６を通して、フォトレジスト膜１０４を露光する。光源は、高圧水銀灯のｇ線（波長４３６ｎｍ）、高圧水銀灯のｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）などを用いればよい。

フォトマスク１０６は、ノズル８となる部分のみで光を透過するようになっており、その開口部に位置しているフォトレジスト膜１０４は、光が当たり、硬化する（以下で硬化した部分を硬化部と言うことがある）。フォトマスク１０６を通過した光は、光の回折現象により開口部より外側へ広がる。開口部の境界付近では、この外に広がっていった回折光の分、光が弱くなり、フォトレジスト膜１０４の感光量が低下する。基本的にフォトマスク１０６からの距離が大きくなるほど、この影響は大きくなる。つまり、フォトマスク１０６から離れるにしたがって、硬化部の範囲は徐々に狭まっていく。これにより、硬化部は、テーパー部８ａを形成する形状になる。

しかし、電鋳基板１０２の直上部のフォトレジスト膜１０４は、電鋳基板１０２とフォトレジスト膜１０４との界面で反射した光によっても露光される。そのため、この界面付近では、硬化部の寸法は大きくなる。反射光はフォトレジスト膜１０４内で拡散し減衰するので、界面からに遠ざかるにつれて硬化部の大きさは徐々に小さくなっていく。

反射光の影響が出るのは、電鋳基板１０２とフォトレジスト膜１０４の界面から１〜１０μｍ程度の範囲である。このようにして、硬化部は、界面付近では、逆テーパー部８ｂを形成する形状になる。界面からさらに離れたところでは、反射光の影響が少なくなり、上述の解説光の影響が大きくなるので、硬化部は、界面から離れるにしたがって大きくなるテーパー部８ａを形成する形状になる。そして、これにより、逆テーパー部８ｂからテーパー部８ａにかけて徐々に角度を変える形状となる硬化部が形成できる。ポジ型の製造方法の方が、逆テーパー部８ｂからテーパー部８ａにかけての角度が滑らかに徐々に変わって繋がるようになるため、ノズルプレート３１は、ネガ型よりもポジ型のフォトレジスト膜１０４で作製するのが好ましい。

ここで、フォトレジスト膜１０４が形成された側の面が上述のように研磨されているため、電鋳基板１０２で反射された光が、ノズル８の吐出孔８ｄとなる側でほぼ均一に反射される。これにより、ノズル８の逆テーパー部８ｂとなるフォトレジスト膜１０４の硬化部分の形状は、位置によるばらつきが小さくなる。研磨が不十分で、凹凸が有ったり、反射率が低い部分があると、ノズル８内の位置によって、反射した光に強弱の差が大きくなる。反射光が弱い部分があると、その部分で硬化が進まないため、逆テーパー部８ｂが小さくなり、逆テーパー部８ａの幅も小さくなる。逆に、反射光が強い部分があると、その部分で硬化が進むため、逆テーパー部８ａが大きくなり、逆テーパー部８ａの幅も大きくなる。そのような部分があると、ノズル幅の内面の対向する部分の逆テーパー部８ａの幅の差が大きくなり、その差が１．５μｍ以上になると、吐出方向に精度の低下が生じてしまう。

続いて、現像液により、未硬化のフォトレジスト膜１０４を取り除く。これによりノズル８の形状の元となる、フォトレジスト膜１０４の硬化部が、図７（ｃ）のように、パターンニングされて残る。

上述の説明では、硬化している部分と未硬化の部分とが明確に異なるかのように説明しているが、実際には、硬化している部分と未硬化の部分との間の状態は、連続的に変わっている。硬化の程度が低い部分に対して、強く現像を行なえばフォトレジスト膜１０４が残らず、弱い現像を行なえばフォトレジスト膜１０４が残る。すなわち、露光による硬化の程度が同じであっても、現像の強弱によって、残る硬化部の形状には差が生じる。逆テーパー部８ｂとなる部分のフォトレジスト膜１０４は、上述のように、直接的に硬化される部分ではないため、現像の影響が出やすい。

現像は、例えば次のように行う。電鋳基板１０２を１００ｒｐｍで回転させながら、現像液を供給する。そして、フォトレジスト膜１０４が現像膜に浸かった状態で、５０秒間保持する静止現像の後、現像液を排出する。このような工程を数回繰り返す。ノズルプレート３１となる領域は一方方向に長い矩形状の領域である。電鋳基板１０２を回転させながら現像液を供給する際に、現像液の流れる速度が、長い矩形状の領域の中で差が生じる。現像液の流れる速度が速いと、現像が強くなり、フォトレジスト膜１０４は残り難くなり、結果として、逆テーパー部８ｂは小さくなる。

一般的に言えば、ノズルプレート３１となる矩形状の領域内で、現像の強弱の差は少ない方が望ましい。ただし、上述したように、吐出孔面３１ａの凸形状の影響と相殺するように、逆テーパー部８ｂの形状に、所望の差がつくようにする。なお、逆に、条件を調整しても残ってしまう現像の強弱の差を、吐出孔面３１ａの凸形状を調整することで相殺してもよい。現像の調整は、例えば、次のように行なう。

ノズルプレート３１となる矩形状の領域における両側の端部７ｂ同士、すなわち第２ノズル８−２同士の現像の差を少なくするには、矩形状の領域を回転に対して対称な位置に配置すればよい。そのようにすれば、現像の強弱は、ノズルプレート３１となる矩形状の領域において、長手方向にほぼ対称になる。両側の端部７ｂの第２ノズル８−２と中央部７ａの第１ノズル８−１との現像の強弱の差を小さくするには、回転の影響を相対的に小さくすればよい。例えば、回転速度を遅くしたり、静止現像の時間を長くして、回転時の現像の影響を相対的に小さくすればよい。逆に、両側の端部７ｂの第２ノズル８−２と中央部７ａの第１ノズル８−１との現像の強弱の差を大きくするには、回転速度を速くしたり、静止現像の時間を短くすればよい。

現像液での現像の後、必要に応じて、超純水などですすいで、不要部分が残り難いようにする。

ノズルプレート３１は、以上のようにして準備した、パターニングされたフォトレジスト膜１０４が形成された電鋳基板１０２に対してめっき膜３１を形成することで作製する。電鋳基板１０２を、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｄなどを含んだめっき液に浸けて、電気を流すことで、図７（ｄ）のように、フォトレジスト膜１０４が配置された電鋳基板１０２の面に、めっき膜３１が形成される。めっき膜３１は、例えば、Ｎｉを主成分としたものである。めっき膜３１の形成は、フォトレジスト膜１０４の高さに達する前に時間管理などにより停止され、所定の厚さのノズルプレート３１となる。

めっき膜３１を形成する際、めっき液の中に、イオンの移動を制限する遮蔽板を配置することで、めっき膜３１の厚さの分布を調整することができる。めっき液は、ノズルプレート３１となるめっき膜３１より大きいめっき槽に入れられている。つまり、イオンの流れる経路は、めっき膜３１が形成される領域よりも広がっている。このような条件では、めっき膜３１の中央部７ａと比較して、めっきの膜３１の外周部は、成長が速くなる。その結果、ノズルプレート３１の外周部は、中央部７ａと比較して厚みが厚くなる。遮蔽板を適宜配置することで、この傾向を弱めることができる。逆に、めっき膜３１の外周部への遮蔽板の配置を多くし、イオンの流れる経路を中央部７ａと比較して狭くすれば、ノズルプレート３１の外周部の厚みを、中央部７ａと比較して薄くできる。

続いて、ノズル８内部のフォトレジスト膜１０４を、有機溶剤などを用いて除去する。さらに、ノズルプレート３１を電鋳基板１０２から剥離する。

このようにして、テーパー部８ａおよび逆テーパー部８ｂを有するノズル８を備えたノズルプレート３１を作製することができる。必要に応じて、ノズルプレート３１の吐出孔８ｄ側の表面に、フッ素樹脂やカーボンなどで撥水（撥インク）膜などを形成してもよい。

なお、露光を行なう前にあらかじめ加熱して硬化反応を促進するようにしてもよい。加熱工程はオーブンやホットプレート等を使用すれば容易に制御できる。また、この加熱工程により、フォトレジスト膜１０４において、電鋳基板１０２側の硬化反応がより促進されるので、現像後のフォトレジスト膜１０４の側面の表面粗さは、電鋳基板１０２から遠い側より、電鋳基板１０２に近い側の方が小さくなる。現像後のフォトレジスト膜１０４の側面の表面粗さは、ノズル８に転写されてノズル８の内面の表面粗さになる。そのため、以上のように作製すると、逆テーパー部８ｂの表面粗さをテーパー部８ａの表面粗さより小さくできる。吐出特性への影響の大きい逆テーパー部８ｂの表面粗さが小さくなることにより、吐出特性のばらつきが低減できる。

図７（ｅ）〜（ｈ）は、ポジ型のフォトレジストを用いたノズルプレート３１の製造方法の各工程における縦断面図である。

図７（ｅ）では、電鋳基板２０２の一方の面に、ポジ型のフォトレジスト膜２０４が形成されている。電鋳基板２０２は上述のネガ型で用いたものとほぼ同じものを用いればよいが、フォトレジスト膜２０４側の面の研磨は、必ずしも必要ではない。この製造工程では、電鋳基板２０２とフォトレジスト膜２０４との界面側がノズル８の内部開口８ｃ側となるので、電鋳基板２０２とフォトレジスト膜２０４との界面での反射光の影響で内部開口８ｃ側の形成精度がばらついても、吐出孔８ｄ側の形状がばらつく場合と比較して、吐出特性に与える影響が低いからである。しかし、研磨を行なうことにより、内部開口８ｃ側の形成精度を高くでき、吐出特性のばらつきを低減できるので、研磨は行った方がよい。ポジ型のフォトレジスト膜２０４は、ネガ型のフォトレジスト膜１０４と同様の手法で形成することができる。

図７（ｆ）では、フォトマスク２０６はノズル８となる部分のみ遮光するようになっており、その他の透過する部分に位置しているフォトレジスト膜２０４は溶解除去される。先のネガ型のフォトレジストを用いたノズルプレート３１の製造工程と同様に、フォトマスク２０６を通過した光は、光の回折現象により遮光部より内側へ広がる。遮光部の境界付近では、内側に広がっていった回折光の分、光が弱くなり、フォトレジスト膜２０４の感光量が低下する。基本的にフォトマスク２０６からの距離が大きくなるほど、この影響は大きくなる。つまり、フォトマスク１０６から離れるにしたがって、溶解除去される範囲は徐々に狭まっていく。これにより図７（ｇ）のようにテーパー部８ａとなる形状が形成される。

図７（ｈ）では、ネガ型のフォトレジストを用いた製造工程と同様にめっき膜３１を形成している。ネガ型の製造方法では説明を省略したが、フォトレジスト膜２０４近傍では、周囲よりめっき膜３１の形成速度が遅くなる。このため、同じ時間だけめっき膜３１を形成しても、フォトレジスト膜２０４近傍では、めっき膜３１は薄くなり、フォトレジスト膜２０４に向かってめっき膜３１の厚さが徐々に薄くなっている湾曲部３１ｂが形成される。この現象は、ポジ型・ネガ型の両方の製造工程で生じるが、ポジ型の工程では、フォトレジスト膜２０４近傍のめっき膜３１の厚みばらつきによって、湾曲部３１ｂの寸法がばらつく。

湾曲部３１ｂは、逆テーパー部８ｂの元となる形状であるが、めっき膜３１の工程条件の管理だけでは、逆テーパー部８ｂの幅が所望の範囲になるような、高い精度で湾曲部３１ｂを形成するのは困難である。そこで、フォトレジスト膜２０４の残渣を取り除き、ノズルプレート３１を電鋳基板２０２から剥離した後、ノズルプレート３１を湾曲部３１ｂ側、すなわち吐出孔８ｂ側から研磨する。この研磨はラッピング、バフ研磨、化学研磨、電解研磨等の様々な手法で行なえる。ノズルプレート３１の場所によって研磨量を調整することによって、ノズルプレート３１の中で逆テーパー部８ｂの幅Ｔの大きさを異ならせることができる。

続いて、以上の様にして作成したノズルプレート３１を用いた液体吐出ヘッド２を製造する方法を説明する。

圧延法等により得られたプレート２２〜３０に、マニホールド５、個別供給流路６、加圧室１０およびディセンダなどとなる孔あるいは溝を、エッチングにより形成する。これらプレート２２〜３１は、Ｆｅ―Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合にはインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましいため、Ｆｅ−Ｃｒ系がより好ましい。

プレート２２〜３０とノズルプレート３１と圧電アクチュエータ基板２１とは、接着層を介して積層される。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ基板２１や流路部材４への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１００〜１５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、液体吐出ヘッド２を得ることができる。

圧電アクチュエータ基板２１の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂとしては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料を用いるのが好ましい。加熱接着により、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂに加わる引張応力が大きいと、駆動を非常に長く続けた場合に変位量が低下する駆動劣化起こり易くなる。そのため、プレート２２〜３０には、チタン酸ジルコン酸鉛よりも熱膨張率の大きな材料であるＳＵＳ４３０を用いるのが好ましい。ＳＵＳ４３０の熱膨張率は、約１０．４×１０^−６／℃である。Ｎｉが主成分のノズルプレート３１を用いる場合、Ｎｉの熱膨張率が約１２．８×１０^−６／℃であるので、ヘッド本体１３は、ノズルプレート３１は、吐出孔面３１ａの中央部７ａが凹形状となる。この反りは、１００μｍ以上になるため、このような構成でヘッド本体１３を作製するのは難しい。

そこで、プレート２２〜３０のうち、流路部材４の、吐出孔面３１ａに対して反対側の面である加圧室面側に位置しているプレート２２〜２６のいずれかを、Ｎｉよりも熱膨張率の大きい材料を用いて作製する。そのような材料としては、例えば熱膨張率が約１６．０×１０^−６／℃のＳＵＳ３１６が望ましい。どのプレートの材質をＳＵＳ３１６にするかにより、反りの方向と大きさを調整できる。

反りは、吐出孔面３１ａの中央部７ａが凸形状となるように、吐出孔面３１ａ側に配置されている流路部材４の熱膨張が、吐出孔面３２ａと反対の面側に配置されている流路部材４の熱膨張よりも小さくする。この際、本実施形態のように、流路部材４に、圧電アクチュエータ基板２１のような、流路部材４のノズル配置領域７のほぼ全体に亘って積層されている部材があれば、その部材も含めて評価する。

反りは、熱膨張率の異なるプレートが配置されている積層方向の位置にも影響を受ける。そのため、吐出孔面３２ａ側の流路部材４の熱膨張と、吐出孔面３２ａと反対の面側に配置されている流路部材４の熱膨張との比較は、次に様にする。なお、本実施形態では、圧電アクチュエータ基板２１も含めて評価する。

流路部材４と圧電アクチュエータ基板２１とを合わせた厚さをＤ［μｍ］とする。流路部材４と圧電アクチュエータ基板２１とを合わせた積層体の、積層方向の中央をＭとする（図５（ａ）参照）。Ｍより上側の積層体の熱膨張が大きければ、吐出孔面３１ａの中央部７ａが凸形状になり、Ｍより下側の積層体の熱膨張が大きければ、吐出孔面３１ａの中央部７ａが凹形状になる。

プレート２２の厚さをＤ２２［μｍ］、Ｍからプレート２２の厚さの中央までの距離をＨ２２［μｍ］、プレート２２の材質の熱膨張率をα２２［／℃］とする。他のプレートおよび圧電アクチュエータ基板２１についても同様に表す。ただし、プレート２６については、Ｍの上側に位置する部分と、Ｍの下側に位置する部分があるので、上側と下側を別にして、上側の部分についてはＤ２５Ｕ、Ｈ２５Ｕ、α２５Ｕで表し、下側の部分についてはＤ２５Ｌ、Ｈ２５Ｌ、α２５Ｌで表す。

そうすると、Ｍより上の熱膨張は、圧電アクチュエータ基板２１と、プレート２２〜２４とプレート２５の上側とを合わせて、Ｄ２１×Ｈ２１×α２１＋Ｄ２２×Ｈ２２×α２２＋・・・＋Ｄ２４×Ｈ２４×α２４＋Ｄ２５Ｕ×Ｈ２５Ｕ×α２５Ｕで概算できる。同様にＭより下の熱膨張は、プレート２５の下側とプレート２６〜３１とを合わせて、Ｄ２５Ｌ×Ｈ２５Ｌ×α２５Ｌ＋Ｄ２６×Ｈ２６×α２６＋＋・・・＋Ｄ３１×Ｈ３１×α３１で概算できる。これらを計算した結果が、Ｍより下の熱膨張がＭより上の熱膨張より小さければよい。

１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・マニホールドの開口
６・・・個別供給流路
７・・・ノズル配置領域
７ａ・・・（ノズル配置領域の）中央部
７ｂ・・・（ノズル配置領域の）端部
８・・・ノズル
８ａ・・・テーパー部
８ｂ・・・逆テーパー部
８ｃ・・・内部開口
８ｄ・・・吐出孔
８−１・・・第１ノズル
８−２・・・第２ノズル
９・・・加圧室群
１０・・・加圧室
１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・加圧室列
１２・・・しぼり
１３・・・ヘッド本体
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・吐出孔列
２１・・・圧電アクチュエータ基板
２１ａ・・・圧電セラミック層（セラミック振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２２〜３０・・・プレート
３１・・・プレート（ノズルプレート）、めっき膜
３１ａ・・・吐出孔面
３１ｂ・・・湾曲部
３２・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・個別電極
３５ａ・・・個別電極本体
３５ｂ・・・引出電極
３６・・・接続電極
５０・・・変位素子
７０・・・ヘッド搭載フレーム
７２・・・ヘッド群
８０Ａ・・・給紙ローラ
８０Ｂ・・・回収ローラ
８２Ａ・・・ガイドローラ
８２Ｂ・・・搬送ローラ
８８・・・制御部
１０２、２０２・・・電鋳基板
１０４、２０４・・・フォトレジスト膜
１０６、２０６・・・フォトマスク
Ａ・・・最近接点
Ｍ・・・ヘッド本体の厚さの中央
Ｐ・・・印刷用紙
Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ・・・逆テーパー部の幅

Claims (5)

1. 液体を吐出する複数のノズルが開口している吐出孔面を有しており、
   該吐出孔面は、前記複数のノズルが配置されている領域であるノズル配置領域を有しており、
   前記ノズルは、少なくとも前記吐出孔面側において、前記吐出孔面へ向かって断面積が大きくなっている逆テーパー部を備えており、
   前記ノズル配置領域の所定方向の中央部には、前記ノズルである第１ノズルが配置されており、前記所定方向の両側の端部には、前記ノズルである第２ノズルが配置されており、
   前記吐出孔面側から見た場合の前記逆テーパー部の幅をＴとするとき、
   前記第１ノズルの前記逆テーパー部の幅Ｔは、前記第２ノズルの前記逆テーパー部の幅Ｔよりも大きく、
   前記ノズル配置領域内の前記吐出孔面は、前記所定方向の中央部が、前記所定方向の両側の端部に対して凸形状であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 液体を吐出する複数のノズルが開口している吐出孔面を有する流路部材を備えており、
   該吐出孔面は、前記複数のノズルが配置されている領域であるノズル配置領域を有しており、
   前記ノズルは、少なくとも前記吐出孔面側において、前記吐出孔面へ向かって断面積が大きくなっている逆テーパー部を備えており、
   前記ノズル配置領域の所定方向の中央部には、前記ノズルである第１ノズルが配置されており、前記所定方向の両側の端部には、前記ノズルである第２ノズルが配置されており、
   前記吐出孔面側から見た場合の前記逆テーパー部の幅をＴとするとき、
   前記第１ノズルの前記逆テーパー部の幅Ｔは、前記第２ノズルの前記逆テーパー部の幅Ｔよりも大きく、
   前記流路部材は、複数の部材が積層されて構成されており、前記複数の部材には、熱膨張率の異なるものが含まれており、
   前記流路部材は、前記吐出孔面側に配置されている当該流路部材の熱膨張が、前記吐出孔面と反対の面側に配置されている当該流路部材の熱膨張よりも小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 前記複数のノズルは、前記吐出孔面を構成しているノズルプレートに配置されており、
   前記ノズル配置領域の前記ノズルプレートは、前記所定方向の両側の端部の厚さよりも、前記所定方向の中央部の厚さが厚いことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記吐出孔面側から見た場合の前記逆テーパー部の幅Ｔのうちで、当該ノズルの中央に対して前記ノズル配置領域の前記所定方向の中央部側の前記逆テーパー部の幅ＴをＴＣとし、当該ノズルの中央に対して前記ノズル配置領域の前記所定方向の中央部と反対側の前記逆テーパー部の幅ＴをＴＥとするとき、
   前記第２ノズルは、ＴＣがＴＥより大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。

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