流路部材の構造、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び画像形成装置
【課題】流路ユニットを構成する流路部材として樹脂層と金属層とからなる少なくとも２層構造の流路部材を使用した液滴吐出ヘッドにおいて、高精度な流路部材間接合が可能となり、安定した吐出特性が得られる流路部材の構造、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】複数の流路部材を積層した流路ユニットＢを備えた液滴吐出ヘッドＡにおいて、少なくとも一つの流路部材が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成され、且つ該流路部材を貫通する穴を備えており、金属層に打ち抜き加工にて形成された穴径よりも樹脂層に形成された穴径が大きい。
【解決手段】複数の流路部材を積層した流路ユニットＢを備えた液滴吐出ヘッドＡにおいて、少なくとも一つの流路部材が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成され、且つ該流路部材を貫通する穴を備えており、金属層に打ち抜き加工にて形成された穴径よりも樹脂層に形成された穴径が大きい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属、若しくは樹脂材に微細な形状を形成するための加工技術に関し、特に液滴吐出式記録ヘッドに使用する液室部を構成する金属、若しくは樹脂材の加工技術及び加工形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、インクを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド等がある。
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各種画像形成装置としては、記録液（例えばインク）の液滴を吐出する液体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、このキャリッジを被記録媒体の搬送方向と直交する方向にシリアルスキャンさせるとともに、被記録媒体を記録幅に応じて間欠的に搬送し、搬送と記録を交互に繰り返すことによって被記録媒体に画像を形成（記録、印刷、印字、印写）するシリアル型画像形成装置、或いは、ライン型の記録ヘッドを搭載したライン型画像形成装置がある。
このような画像形成装置における大きな技術課題として高画質化と高速化とがある。高画質化対策としては、画像解像度の高解像化に伴って液滴を小滴化したり、ノズルを高密度化する方法があり、高速化対策としては、液滴吐出の駆動周波数を上げる方法や、１ヘッド当たりのノズル数を増やしたライン型の記録ヘッドに代表される記録ヘッドを長尺化する方法がある。
【０００３】
近年、液滴吐出プリンタにおける高速化の進行による液滴吐出ヘッドの長尺化に伴い、ノズル数の増加が求められている。低コスト化を図りながら、液滴吐出ヘッドの長尺化に対応し、且つ複雑な液流路形状を形成する流路板の製作に対応するためには、液滴吐出ヘッドの製作に使用するプレート材として金属プレートや樹脂プレートが選択される。シリコン材は長尺化への対応が困難であり、コストが高いのに対して、ステンレス材は比較的有利であり選定し易いという利点を有する。
一般的に液滴吐出ヘッドは、数十ミクロン程度の径を有したノズル孔と液室とにより構成されており、複数枚のステンレスプレートにて形成される流路ユニットは、難接着材料とされるステンレス材同士を接合するプロセスが必要とされるため、多層構造はできるだけ回避される傾向にある。ステンレス材同士の接合を回避するための対策としては、金属板と樹脂板とを積層した複合板を用いる方法が知られている。また、金属板と樹脂板との複合板を加工する場合、ウエットエッチング加工、或いは打ち抜きによるプレス加工がよく使われる。
【０００４】
金属板と樹脂板との複合板は、流路ユニットとして完成されるまでに少なくとも１回以上の接合プロセスを経ることとなる。また流路ユニットは流路ユニットを支えるハウジングと接合されることとなる。
従来より上記の接合工程では高精度な接合技術が要求され、また部品単位でのアライメントに用いる形状寸法にも高い精度が要求される。
従来の金属板と樹脂板との複合板（積層板）を用いた流路ユニットとしては、ステンレス材に延伸フィルムを貼り合わせた材料を振動板に使用した例が特開平１１−７８００６号公報に示されているが、接合に用いるアライメント穴形状に関しては、特別な工法が示されずにプレス加工にて形成する旨の記述があるだけであり、この開示内容では高精度な形状を確保することが困難である。また、振動板を感光性樹脂材とステンレスとの積層材料で形成し、アライメントの穴をプレス加工にて形成して液室と接合し、流路ユニットとする工法が特開平１１−３４２６１０号公報に示されているが、これも同様に接合に用いるアライメント穴形状に関しては、特別な工法が示されていない。また同じく、ステンレス材に樹脂フィルムを貼り合わせた材料を振動板に使用する例が特開２０００−３３４９４６公報に示されているが、これも同様に接合に用いるアライメント穴形状に関しては、特別な工法が示されていない。
【特許文献１】特開平１１−７８００６号公報
【特許文献２】特開平１１−３４２６１０号公報
【特許文献３】特開２０００−３３４９４６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、流路ユニットを構成する流路部材として樹脂層と金属層とからなる少なくとも２層構造の流路部材を使用した液滴吐出ヘッドにおいて、高精度な流路部材間接合が可能となり、安定した吐出特性が得られる流路部材の構造、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る流路部材の構造は、複数の流路部材を積層した流路ユニットを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、少なくとも一つの前記流路部材が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成され、且つ該流路部材を貫通する穴を備えており、前記樹脂層と前記金属層との接合界面における穴径が、前記金属層に打ち抜き加工にて形成された穴径よりも前記樹脂層に形成された穴径が大きいことを特徴とする。
請求項２の発明は、複数の流路部材を積層した流路ユニットを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、少なくとも一つの前記流路部材が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成され、且つ該流路部材を貫通する穴を備えており、前記樹脂層と前記金属層との接合界面における穴径が、前記金属層にエッチング加工にて形成された穴径よりも前記樹脂層に形成された穴径が大きいことを特徴とする。
請求項３の発明は、前記流路ユニットは流路板、振動板、及びノズル板を備え、前記振動板が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、前記振動板は、ステンレスから成る金属層と、ポリイミドから成る樹脂層との積層材であることを特徴とする。
【０００７】
請求項５の発明は、前記金属層に形成された穴はアライメント部であることを特徴とする。
請求項６の発明は、前記金属層に形成された穴は液滴を供給する液滴供給口であることを特徴とする。
請求項７の発明は、前記樹脂層に形成された穴はフォトリソ技術により加工されていることを特徴とする。
請求項８の発明に係る液滴吐出ヘッドは、請求項１乃至７の何れか一項に記載の流路部材を備えたことを特徴とする。
請求項９の発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記流路部材はステンレス板とポリイミドシートとを貼り合せた構成を備え、前記振動板に対してノズル板をピンアライメント技術を用いて接合することで流路ユニットを形成し、前記流路ユニットと前記流路ユニットを支持するフレームと液滴吐出のための圧力を発生させる機能を備えた圧電素子ユニットとを接合することで形成されることを特徴とする。
請求項１０の発明は、前記流路部材は、前記ステンレス板に対してポリイミドを塗布コートした構成を有していることを特徴とする。
請求項１１の発明に係る画像形成装置は、上記液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明は、複数の流路部材を積層した流路ユニットを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、少なくとも一つの前記流路部材が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成され、且つ該流路部材を貫通する穴を備えており、前記金属層に打ち抜き加工にて形成された穴径よりも前記樹脂層に形成された穴径を大きくしたので、流路ユニットを構成する流路部材として樹脂層と金属層とからなる少なくとも２層構造の流路部材を使用した液滴吐出ヘッドにおいて、高精度な流路部材間接合が可能となり、安定した吐出特性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を添付図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図であり、図２及び図３は要部縦断面図である。
液滴吐出ヘッドＡは、プレス加工法、及びウエットエッチング加工法により形成した流路板（流路部材）１と、流路板１の表面側に接合されるプレス加工法により形成したノズル板（流路部材）３と、流路板１の背面側に接合され且つ積層材料を使ってプレス加工法とウエットエッチング加工法により形成した振動板（流路部材）２と、振動板２の背面側を支持する環状のフレーム部材１５と、を有する。流路板１、振動板２、及びノズル板３は、流路ユニットＢを構成している。
流路板１には加圧液室６、及びダンパ室５０が形成されている。ノズル板３には、ノズル４となる穴が所定のピッチ、配列にて多数形成されている。振動板２には、インク供給口９が形成され、その背面には圧電素子１２が配置されている。
これらの板材１、２、３から成る流路ユニットＢに対してフレーム部材１５を接合することにより形成された液滴吐出ヘッドＡには、インク滴を吐出するノズル４と、インク流路である加圧液室６と、加圧液室６にインクを供給するためのインク供給口９と、それを介して連通する共通液室８が備わっている。
振動板２の内側には、各加圧液室６に対応して加圧液室６内のインクを加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１２を接合し、この圧電素子１２を金属あるいはセラミックスなどの高剛性材料で形成したベース基板１３に接合している。
【００１０】
また、図３に示すように各圧電素子１２間には加圧液室６、６間の隔壁部１ａに対応して支柱部１４を設けている。ここでは、圧電素子となる圧電部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を所定ピッチで施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子１２と支柱部１４として形成している。支柱部１４は圧電素子と同じ材料であるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
さらに、振動板２の外周部はフレーム部材１５に接着剤にて接合している。このフレーム部材１５には、共通液室８となる凹部、この共通液室８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１６を形成している。フレーム部材１５は、例えばエポキシ系樹脂、或いはポリフェニレンサルファイトを用いて射出成形により形成している。
流路板１は、例えばステンレス鋼材をプレート状に成形したもので、例えばプレス加工法にて加圧液室６、インク供給路７、ダンパ室５０を形成し、ウエットエッチング加工法にてインク供給部を形成したものである。
振動板２は、２層構造の金属プレートに樹脂をコートして形成した積層材料から加工したもので、例えば金属プレートにはステンレス鋼と樹脂にはポリイミドを使って積層材料としている。加工方法は、プレス加工法とウエットエッチング加工法で作製している。
ノズル板３は各加圧液室６に対応した位置に直径１０〜３５μｍのノズル４を形成している。ノズル板３としては、ステンレス鋼などの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せからなるものを用いてもよい。ここでは、ステンレス鋼にプレス加工法によりノズル４を形成している。
【００１１】
ノズル４の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとした。
ノズル板３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、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。
圧電素子１２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層とを交互に積層したものであり、内部電極を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極、共通電極に電気的に接続し、これらの電極にＦＰＣケーブル１７を介して駆動信号を供給するようにしている。この圧電常数がｄ２３である圧電素子１２の伸縮により加圧液室６を収縮、膨張させる。圧電素子１２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子１２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮する。
【００１２】
次に、図４（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る積層材料から成る液滴吐出ヘッドの振動板の要部平面部、及びＸ−Ｘ断面図である。
振動板２は、第１層膜（樹脂層）としての薄膜層２Ａと、第２層膜（金属層）としての厚膜層２Ｂとの２層膜で構成されており、第１層膜２Ａは１〜５μｍ程度の膜厚（好ましくは、３μｍ程度）、第２層膜２Ｂは１０〜３０μｍ程度の膜厚であり、振動板２全体としては１０〜４０μｍ程度の板厚として形成される。
振動板２は、背面に圧電素子１２が接合される凸部２０２と、圧電素子１２からの圧力を加圧液室に伝播させるためのダイアフラム部２０１と、圧電素子１２が振動板２に干渉しないように形成された凹部２０３と、振動板側液供給部２０４と、で構成されている。振動板側液供給部２０４は、ヘッドの流体抵抗を可能な限り小さくする必要があるために比較的大きな穴形状となっており、第１層膜２Ａと第２層膜２Ｂとを貫通した形状である。
【００１３】
第２層膜（金属層）２Ｂには、圧電素子１２を接合するための凸部２０２と、圧電素子１２が振動板２へ干渉しないように形成した凹部２０３と、振動板２の剛性を確保するための柱等２０５が形成される。
第１層膜（樹脂層）２Ａはポリイミド樹脂で形成され、第２層膜２Ｂはステンレス鋼で形成されている。
第１層膜２Ａは、リソグラフィ技術を使ったウエットエッチング加工法で振動板側液供給部２０４を貫通形成し、第２層膜２Ｂの圧電素子１２が接合される凸部２０２と圧電素子１２が振動板２に干渉しないように形成された凹部２０３も同じくリソグラフィ技術を使ったウエットエッチング加工法で加工している。第２層膜２Ｂの振動板側液供給部２０４は、プレス加工法により貫通加工を行っている。
【００１４】
次に、図５、図６、図７、図８に基づいて本発明の第２の実施形態を説明する。
図５は、本発明に係る積層材料から成る液滴吐出ヘッドの振動板２の平面図である。
流路を形成する流路形成部品（流路部材）と接合するために、振動板２にはアライメント基準穴２０７とアライメント用長穴２０８が形成されており、これらは打ち抜きのプレス加工法で加工された穴となっている。振動板側液供給部２０４も同様に打ち抜きのプレス加工法にて形成されている。
【００１５】
図６は積層材料としての振動板２にアライメント基準穴２０７とアライメント用長穴２０８や振動板側液供給部２０４等の各種穴をプレス加工法にて加工するプロセスフローの概要図を示す。金属層としての金属プレート、例えばステンレス板６１０の一面に、樹脂層、例えばポリイミド膜６１１を塗布した積層材を使用し、フォトリソグラフィー技術を用いて、ポリイミド膜６１１上にレジスト膜６１２を塗布（（１）（２））し、必要とする穴径６１５よりも大きな穴径６１３をパターニングし、ウエットエッチングにてポリイミド膜６１１を穴径６１３のように開口する（３）。次いで、レジスト膜６１２を剥離させ、必要とする穴径６１５が開口するようなポンチ６１４にてプレス加工を行い開口形成する（（４）（５））。
なお、ここにおける穴径の比較は、金属層６１０と樹脂層６１１の接合界面における穴径の比較である。
本実施形態によれば、樹脂層と金属層の少なくとも２層で形成される液滴吐出ヘッドの流路部材において、金属層６１０と樹脂層６１１の接合界面における穴径に関して、金属層に打ち抜き加工にて形成される穴径よりも樹脂層に形成された穴径を大きくしたので、高精度化と、型磨耗防止が可能となり、安価に打ち抜き加工が行えることとなる。
【００１６】
図７は振動板２に形成された加工穴の断面図である。（１）はプレス加工法によって打抜かれた加工初期の状態を示す断面図であり、（２）は打抜きを完了してバリ部を除去した状態を示す図である。
せん断後に生じる打ち抜きは、流路板１の裏面側が破断される現象によって打抜きが完了する。せん断から破断へ移行するプレス加工においては、図示するように、振動板２と接合される側の加圧液室淵部６２は打込まれることによりＲ形状となる。加圧液室６の側壁の状態は、せん断部６３と、破断部６４と、打ち抜かれることにより形成されたバリ部６５が残った状態で加工が完了する。バリ部６５は接合工程において問題となる場合は機械的な加工より除去され平坦部６６とすることが望ましいが、接合工法によってバリ部の存在が問題とならない場合は機械的な加工は必ずしも必要としない。
【００１７】
次に、図８は、積層材料としての振動板に図５におけるアライメント基準穴２０７とアライメント用長穴２０８や振動板側液供給部２０４等の穴をウエットエッチング加工法にて加工するプロセスフローの概要図である。金属層としての金属プレート、例えばステンレス板６１０の上面に、樹脂層、例えばポリイミド膜６１１が塗布された積層材を使用し（（１））、フォトリソグラフィー技術を用いてポリイミド膜６１１上にレジスト膜６１２を塗布して（（２））、必要とする穴径６１５より大きな穴径６１３をパターニングし、ウエットエッチングにてポリイミド膜６１１を穴径６１３のように開口する（（３））。レジスト膜６１２を剥離させ、再度フォトリソグラフィー技術を用いてポリイミド膜６１１上及びステンレス板６１０上に両面レジスト膜６１７を塗布して、必要とする穴径６１５より大きな穴径６１６を両面パターニングし（（４））、ウエットエッチングにてステンレス板６１０に穴径６１５をウエットエッチング加工法にて開口形成させる（（５））。
なお、ここにおける穴径の比較は、金属層と樹脂層の接合界面における穴径の比較である。
このように、金属層にエッチング加工にて形成されるべき穴の穴径よりも、樹脂層に形成する穴径を大きくしたので、両面エッチングが可能となり高精度な加工穴が形成可能な積層材料を提供できる。
【００１８】
金属層と樹脂層とが積層された構造の流路部材を振動板２に適用することにより、液流路部へのゴミ混入を防ぐことができ、かつ液流路部材との接合工程を削減でき、製造コストを低下させることができる。即ち、流路部材においては、金属層側の貫通穴の穴径よりも、樹脂層側の貫通穴の穴径が同等、若しくは小さい場合には、その穴にピン等が挿入された場合に樹脂が容易に延伸したり、樹脂が引きちぎられてゴミが発生する現象が発生するが、本発明のように樹脂層側の穴径を大きくしているので、樹脂破片からなるゴミが発生しない。また、打ち抜きの場合にもその加工時に同様のゴミが発生するが、本発明によればゴミの発生を回避できる。流路板が振動板である場合には、本実施形態では貫通穴にインク供給口が含まれる。この場合には、上記のプロセスによって発生する樹脂破片がノズル径に対して大きい場合には詰まりの原因となる。
金属層と樹脂層とが積層された構造の流路部材を振動板に適用し、且つステンレスとポリイミドの積層材としたことにより、高周波振動にも耐久性のある安定した吐出特性を持った振動板を加工することができる。
金属層に液滴を供給する液滴供給口を形成することにより、液流路への異物（上記の樹脂片等）の混入を減少させることができ、安定した吐出ができるようになる。
樹脂層にフォトリソ技術により穴を加工することにより、樹脂を加工することが容易となり、機械的な加工と比べてゴミの発生が少ない積層材料を提供できる。
【００１９】
上記第１及び第２の各実施形態で夫々示した流路板１、振動板２、ノズル板３、圧電素子１２、フレーム１５は互いに接合され、液滴吐出ヘッドＡとして組み立てられるが、本発明では、金属層と樹脂層との積層材において、金属層に打ち抜き加工にて形成された穴径よりも樹脂層に形成された穴径が大きくなるようにアライメント穴を形成し、各部材同士を組み立て接合することにより、高精度な組立てが行える。これにより、安定した吐出特性を持った液滴吐出ヘッドを製造することが可能となる。
また、積層材で使用したポリイミド膜６１１は、塗布による積層方法以外に、貼り合わせにて積層させても差し支えない。
【００２０】
次に、図９はフレーム１５の構成を示す斜視図である。
本実施形態例では共通液室８は長手方向の端部で短手方向の幅が狭くなり深さが浅くなる形状となっている。このような形状とすることによりインクの流れ性と、気泡排出性を良好にすることができる。
次に、図１０に示すインクカートリッジについての説明を行う。
このインクカートリッジは、ノズル７０等を有する上記各実施形態のいずれかの液滴吐出ヘッド７１と、この液滴吐出ヘッド７１に対してインクを供給するインクタンク７２とを一体化したものである。
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの歩留まり不良は直ちにインクカートリッジ全体の不良につながるので、上述したように液滴吐出特性の向上は、ヘッド一体型インクカートリッジの信頼性向上化を図れる。
【００２１】
次に、本発明にかかわる液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出記録装置の一例について図１１、図１２を参照して説明する。なお、図１１は同記録装置の斜視説明図、図１２は同記録装置の機構部の側面説明図である。
この液滴吐出記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納し、装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２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８６に排紙する。
印字機構部８２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９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向（図１１の紙面直交方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３にはイエロー（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本発明に係る液滴吐出ヘッドからなるヘッド９４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。またキャリッジ９３にはヘッド９４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９５を交換可能に装着している。
【００２２】
インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方には液滴吐出ヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４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個のヘッドでもよい。
ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
【００２３】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６とを配設している。
【００２４】
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３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８３を排紙する。
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４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。また、記録途中など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ヘッド９４の吐出口（ノズル）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し、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。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）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。
【００２５】
以上のように本発明は、樹脂層と金属層の少なくとも２層で形成される液滴吐出ヘッドの流路部材において、金属層に打ち抜き加工にて形成される穴径よりも樹脂層に形成された穴径を大きくしたので、高精度化と、型磨耗防止が可能となり、安価に打ち抜き加工が行える積層材料を提供できる。なお、ここにおける穴径の比較は、金属層と樹脂層の接合界面における穴径の比較である。
また、樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成される液滴吐出ヘッドの流路部材において、金属層にエッチング加工にて形成される穴径よりも樹脂層に形成された穴径を大きくしたので、両面エッチングが可能となり高精度な加工穴が形成可能な積層材料を提供できる。
また、樹脂層と金属層との積層構造の流路部材を振動板に適用することにより液流路部へのゴミ混入を防ぐことができ、かつ液流路部材との接合工程を削減でき、製造コストが安価な積層材料を提供できる。
【００２６】
また、樹脂層と金属層との積層構造の流路部材を振動板に適用し、且つステンレスとポリイミドの積層材としたことにより、高周波振動にも耐久性のある安定した吐出特性を持った振動板を加工可能な積層材料を提供できる。
また、金属層にアライメント部となる穴を形成したことにより、高精度な部品接合が可能となり、吐出特性が安定する流路部品を形成できる積層材料を提供できる。
また、金属層に液滴を供給する液滴供給口を形成することにより、液流路への異物混入を減少させることができ、安定した吐出ができる流路部品を形成できる積層材料を提供できる。
また、樹脂層にフォトリソ技術により穴を加工することにより、容易に樹脂を加工することが可能となり、機械的な加工と比べてゴミの発生が少ない積層材料を提供できる。
また、積層材料を貼り合わせることにより液滴吐出ヘッドを形成することにより、安価に吐出特性を向上させることが可能な液滴吐出ヘッドを提供できる。
また、積層材料はステンレス板とポリイミドシートを貼り合せることで積層されており、ノズル板と振動板とをピンアライメント技術を用いて接合することで流路ユニットを形成し、流路ユニットと流路ユニットを支持するフレームと、液滴吐出のための圧力を発生させる機能を備えた圧電素子ユニットとを接合するようにしたので、製造コストを抑えつつ、異物発生の少ない液滴ヘッドを形成することが可能な液滴吐出ヘッドの製造方法を提供できる。
【００２７】
また、積層材料はステンレス板にポリイミドを塗布コートして積層形成されているので、接着材を用いない積層材料を提供できる。
また、画像形成装置に本発明の液滴吐出ヘッドを搭載することにより、安価で吐出特性が安定した画像形成装置を提供できる。
以上の実施形態においては液滴吐出記録装置としてインクジェットプリンタを例として説明したが、本発明はインクジェットコピー、インクジェットファックス、あるいはそれらの複合型記録装置にも適用できる。
また、本発明はインクジェット記録装置以外にも、インクジェット技術を用いたカラーフィルタ製造装置、金属配線製造装置、捺染装置、ＤＮＡチップ製造装置などの工業用製造装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１の要部縦断面図である。
【図３】図１の要部縦断面図である。
【図４】本発明に係る積層材料から成る液滴吐出ヘッドの振動板の要部平面部、及びＸ−Ｘ断面図である。
【図５】本発明に係る積層材料から成る液滴吐出ヘッドの振動板の平面図である。
【図６】振動板にアライメント基準穴とアライメント用長穴や振動板側液供給部をプレス加工法にて加工するプロセスフローの概要図である。
【図７】振動板に形成された加工穴の断面図である。
【図８】振動板にアライメント基準穴とアライメント用長穴や振動板側液供給部をウエットエッチング加工法にて加工するプロセスフローの概要図である。
【図９】フレームの構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明を適用するインクカートリッジの構成説明図である。
【図１１】本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出記録装置の斜視説明図である。
【図１２】液滴吐出記録装置の側面図である。
【符号の説明】
【００２９】
Ａ…液滴突出ヘッド、Ｂ…流路ユニット、１…流路板、１ａ…隔壁部、２…振動板、３…ノズル板、４…ノズル、６…加圧液室、７…インク供給路、８…共通液室、９…インク供給口、１０…直径、１２…圧電素子、１２…積層型圧電素子、１３…ベース基板、１４…支柱部、１５…フレーム、１６…インク供給穴、１７…ＦＰＣケーブル、５０…ダンパ室、６２…加圧液室淵部、６４…破断部、６５…バリ部、６６…平坦部、７０…ノズル、７１…液滴吐出ヘッド、７２…インクタンク、８１…記録装置本体、８２…印字機構部、８３…用紙、８４…給紙カセット、８５…トレイ、８６…排紙トレイ、９１…主ガイドロッド、９２…従ガイドロッド、９３…キャリッジ、９４…記録ヘッド、９５…インクカートリッジ、９７…主走査モータ、９８…駆動プーリ、９９…従動プーリ、１００…タイミングベルト、１０１…給紙ローラ、１０２…フリクションパッド、１０３…ガイド部材、１０４…搬送ローラ、１０５…搬送コロ、１０６…先端コロ、１０７…副走査モータ、１０９…部材、１１１…搬送コロ、１１２…拍車、１１３…排紙ローラ、１１４…拍車、１１５、１１６…ガイド部材、１１７…回復装置、２０１…ダイアフラム部、２０２…凸部、２０３…凹部、２０４…振動板側液供給部、２０５…柱等、２０７…アライメント基準穴、２０８…アライメント用長穴、６１０…ステンレス板、６１１…ポリイミド膜、６１２…レジスト膜、６１３…穴径、６１４…ポンチ、６１５…穴径、６１６…穴径、６１７…両面レジスト膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属、若しくは樹脂材に微細な形状を形成するための加工技術に関し、特に液滴吐出式記録ヘッドに使用する液室部を構成する金属、若しくは樹脂材の加工技術及び加工形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、インクを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド等がある。
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各種画像形成装置としては、記録液（例えばインク）の液滴を吐出する液体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、このキャリッジを被記録媒体の搬送方向と直交する方向にシリアルスキャンさせるとともに、被記録媒体を記録幅に応じて間欠的に搬送し、搬送と記録を交互に繰り返すことによって被記録媒体に画像を形成（記録、印刷、印字、印写）するシリアル型画像形成装置、或いは、ライン型の記録ヘッドを搭載したライン型画像形成装置がある。
このような画像形成装置における大きな技術課題として高画質化と高速化とがある。高画質化対策としては、画像解像度の高解像化に伴って液滴を小滴化したり、ノズルを高密度化する方法があり、高速化対策としては、液滴吐出の駆動周波数を上げる方法や、１ヘッド当たりのノズル数を増やしたライン型の記録ヘッドに代表される記録ヘッドを長尺化する方法がある。
【０００３】
近年、液滴吐出プリンタにおける高速化の進行による液滴吐出ヘッドの長尺化に伴い、ノズル数の増加が求められている。低コスト化を図りながら、液滴吐出ヘッドの長尺化に対応し、且つ複雑な液流路形状を形成する流路板の製作に対応するためには、液滴吐出ヘッドの製作に使用するプレート材として金属プレートや樹脂プレートが選択される。シリコン材は長尺化への対応が困難であり、コストが高いのに対して、ステンレス材は比較的有利であり選定し易いという利点を有する。
一般的に液滴吐出ヘッドは、数十ミクロン程度の径を有したノズル孔と液室とにより構成されており、複数枚のステンレスプレートにて形成される流路ユニットは、難接着材料とされるステンレス材同士を接合するプロセスが必要とされるため、多層構造はできるだけ回避される傾向にある。ステンレス材同士の接合を回避するための対策としては、金属板と樹脂板とを積層した複合板を用いる方法が知られている。また、金属板と樹脂板との複合板を加工する場合、ウエットエッチング加工、或いは打ち抜きによるプレス加工がよく使われる。
【０００４】
金属板と樹脂板との複合板は、流路ユニットとして完成されるまでに少なくとも１回以上の接合プロセスを経ることとなる。また流路ユニットは流路ユニットを支えるハウジングと接合されることとなる。
従来より上記の接合工程では高精度な接合技術が要求され、また部品単位でのアライメントに用いる形状寸法にも高い精度が要求される。
従来の金属板と樹脂板との複合板（積層板）を用いた流路ユニットとしては、ステンレス材に延伸フィルムを貼り合わせた材料を振動板に使用した例が特開平１１−７８００６号公報に示されているが、接合に用いるアライメント穴形状に関しては、特別な工法が示されずにプレス加工にて形成する旨の記述があるだけであり、この開示内容では高精度な形状を確保することが困難である。また、振動板を感光性樹脂材とステンレスとの積層材料で形成し、アライメントの穴をプレス加工にて形成して液室と接合し、流路ユニットとする工法が特開平１１−３４２６１０号公報に示されているが、これも同様に接合に用いるアライメント穴形状に関しては、特別な工法が示されていない。また同じく、ステンレス材に樹脂フィルムを貼り合わせた材料を振動板に使用する例が特開２０００−３３４９４６公報に示されているが、これも同様に接合に用いるアライメント穴形状に関しては、特別な工法が示されていない。
【特許文献１】特開平１１−７８００６号公報
【特許文献２】特開平１１−３４２６１０号公報
【特許文献３】特開２０００−３３４９４６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、流路ユニットを構成する流路部材として樹脂層と金属層とからなる少なくとも２層構造の流路部材を使用した液滴吐出ヘッドにおいて、高精度な流路部材間接合が可能となり、安定した吐出特性が得られる流路部材の構造、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る流路部材の構造は、複数の流路部材を積層した流路ユニットを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、少なくとも一つの前記流路部材が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成され、且つ該流路部材を貫通する穴を備えており、前記樹脂層と前記金属層との接合界面における穴径が、前記金属層に打ち抜き加工にて形成された穴径よりも前記樹脂層に形成された穴径が大きいことを特徴とする。
請求項２の発明は、複数の流路部材を積層した流路ユニットを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、少なくとも一つの前記流路部材が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成され、且つ該流路部材を貫通する穴を備えており、前記樹脂層と前記金属層との接合界面における穴径が、前記金属層にエッチング加工にて形成された穴径よりも前記樹脂層に形成された穴径が大きいことを特徴とする。
請求項３の発明は、前記流路ユニットは流路板、振動板、及びノズル板を備え、前記振動板が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、前記振動板は、ステンレスから成る金属層と、ポリイミドから成る樹脂層との積層材であることを特徴とする。
【０００７】
請求項５の発明は、前記金属層に形成された穴はアライメント部であることを特徴とする。
請求項６の発明は、前記金属層に形成された穴は液滴を供給する液滴供給口であることを特徴とする。
請求項７の発明は、前記樹脂層に形成された穴はフォトリソ技術により加工されていることを特徴とする。
請求項８の発明に係る液滴吐出ヘッドは、請求項１乃至７の何れか一項に記載の流路部材を備えたことを特徴とする。
請求項９の発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記流路部材はステンレス板とポリイミドシートとを貼り合せた構成を備え、前記振動板に対してノズル板をピンアライメント技術を用いて接合することで流路ユニットを形成し、前記流路ユニットと前記流路ユニットを支持するフレームと液滴吐出のための圧力を発生させる機能を備えた圧電素子ユニットとを接合することで形成されることを特徴とする。
請求項１０の発明は、前記流路部材は、前記ステンレス板に対してポリイミドを塗布コートした構成を有していることを特徴とする。
請求項１１の発明に係る画像形成装置は、上記液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明は、複数の流路部材を積層した流路ユニットを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、少なくとも一つの前記流路部材が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成され、且つ該流路部材を貫通する穴を備えており、前記金属層に打ち抜き加工にて形成された穴径よりも前記樹脂層に形成された穴径を大きくしたので、流路ユニットを構成する流路部材として樹脂層と金属層とからなる少なくとも２層構造の流路部材を使用した液滴吐出ヘッドにおいて、高精度な流路部材間接合が可能となり、安定した吐出特性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を添付図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図であり、図２及び図３は要部縦断面図である。
液滴吐出ヘッドＡは、プレス加工法、及びウエットエッチング加工法により形成した流路板（流路部材）１と、流路板１の表面側に接合されるプレス加工法により形成したノズル板（流路部材）３と、流路板１の背面側に接合され且つ積層材料を使ってプレス加工法とウエットエッチング加工法により形成した振動板（流路部材）２と、振動板２の背面側を支持する環状のフレーム部材１５と、を有する。流路板１、振動板２、及びノズル板３は、流路ユニットＢを構成している。
流路板１には加圧液室６、及びダンパ室５０が形成されている。ノズル板３には、ノズル４となる穴が所定のピッチ、配列にて多数形成されている。振動板２には、インク供給口９が形成され、その背面には圧電素子１２が配置されている。
これらの板材１、２、３から成る流路ユニットＢに対してフレーム部材１５を接合することにより形成された液滴吐出ヘッドＡには、インク滴を吐出するノズル４と、インク流路である加圧液室６と、加圧液室６にインクを供給するためのインク供給口９と、それを介して連通する共通液室８が備わっている。
振動板２の内側には、各加圧液室６に対応して加圧液室６内のインクを加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１２を接合し、この圧電素子１２を金属あるいはセラミックスなどの高剛性材料で形成したベース基板１３に接合している。
【００１０】
また、図３に示すように各圧電素子１２間には加圧液室６、６間の隔壁部１ａに対応して支柱部１４を設けている。ここでは、圧電素子となる圧電部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を所定ピッチで施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子１２と支柱部１４として形成している。支柱部１４は圧電素子と同じ材料であるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
さらに、振動板２の外周部はフレーム部材１５に接着剤にて接合している。このフレーム部材１５には、共通液室８となる凹部、この共通液室８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１６を形成している。フレーム部材１５は、例えばエポキシ系樹脂、或いはポリフェニレンサルファイトを用いて射出成形により形成している。
流路板１は、例えばステンレス鋼材をプレート状に成形したもので、例えばプレス加工法にて加圧液室６、インク供給路７、ダンパ室５０を形成し、ウエットエッチング加工法にてインク供給部を形成したものである。
振動板２は、２層構造の金属プレートに樹脂をコートして形成した積層材料から加工したもので、例えば金属プレートにはステンレス鋼と樹脂にはポリイミドを使って積層材料としている。加工方法は、プレス加工法とウエットエッチング加工法で作製している。
ノズル板３は各加圧液室６に対応した位置に直径１０〜３５μｍのノズル４を形成している。ノズル板３としては、ステンレス鋼などの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せからなるものを用いてもよい。ここでは、ステンレス鋼にプレス加工法によりノズル４を形成している。
【００１１】
ノズル４の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとした。
ノズル板３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、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。
圧電素子１２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層とを交互に積層したものであり、内部電極を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極、共通電極に電気的に接続し、これらの電極にＦＰＣケーブル１７を介して駆動信号を供給するようにしている。この圧電常数がｄ２３である圧電素子１２の伸縮により加圧液室６を収縮、膨張させる。圧電素子１２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子１２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮する。
【００１２】
次に、図４（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る積層材料から成る液滴吐出ヘッドの振動板の要部平面部、及びＸ−Ｘ断面図である。
振動板２は、第１層膜（樹脂層）としての薄膜層２Ａと、第２層膜（金属層）としての厚膜層２Ｂとの２層膜で構成されており、第１層膜２Ａは１〜５μｍ程度の膜厚（好ましくは、３μｍ程度）、第２層膜２Ｂは１０〜３０μｍ程度の膜厚であり、振動板２全体としては１０〜４０μｍ程度の板厚として形成される。
振動板２は、背面に圧電素子１２が接合される凸部２０２と、圧電素子１２からの圧力を加圧液室に伝播させるためのダイアフラム部２０１と、圧電素子１２が振動板２に干渉しないように形成された凹部２０３と、振動板側液供給部２０４と、で構成されている。振動板側液供給部２０４は、ヘッドの流体抵抗を可能な限り小さくする必要があるために比較的大きな穴形状となっており、第１層膜２Ａと第２層膜２Ｂとを貫通した形状である。
【００１３】
第２層膜（金属層）２Ｂには、圧電素子１２を接合するための凸部２０２と、圧電素子１２が振動板２へ干渉しないように形成した凹部２０３と、振動板２の剛性を確保するための柱等２０５が形成される。
第１層膜（樹脂層）２Ａはポリイミド樹脂で形成され、第２層膜２Ｂはステンレス鋼で形成されている。
第１層膜２Ａは、リソグラフィ技術を使ったウエットエッチング加工法で振動板側液供給部２０４を貫通形成し、第２層膜２Ｂの圧電素子１２が接合される凸部２０２と圧電素子１２が振動板２に干渉しないように形成された凹部２０３も同じくリソグラフィ技術を使ったウエットエッチング加工法で加工している。第２層膜２Ｂの振動板側液供給部２０４は、プレス加工法により貫通加工を行っている。
【００１４】
次に、図５、図６、図７、図８に基づいて本発明の第２の実施形態を説明する。
図５は、本発明に係る積層材料から成る液滴吐出ヘッドの振動板２の平面図である。
流路を形成する流路形成部品（流路部材）と接合するために、振動板２にはアライメント基準穴２０７とアライメント用長穴２０８が形成されており、これらは打ち抜きのプレス加工法で加工された穴となっている。振動板側液供給部２０４も同様に打ち抜きのプレス加工法にて形成されている。
【００１５】
図６は積層材料としての振動板２にアライメント基準穴２０７とアライメント用長穴２０８や振動板側液供給部２０４等の各種穴をプレス加工法にて加工するプロセスフローの概要図を示す。金属層としての金属プレート、例えばステンレス板６１０の一面に、樹脂層、例えばポリイミド膜６１１を塗布した積層材を使用し、フォトリソグラフィー技術を用いて、ポリイミド膜６１１上にレジスト膜６１２を塗布（（１）（２））し、必要とする穴径６１５よりも大きな穴径６１３をパターニングし、ウエットエッチングにてポリイミド膜６１１を穴径６１３のように開口する（３）。次いで、レジスト膜６１２を剥離させ、必要とする穴径６１５が開口するようなポンチ６１４にてプレス加工を行い開口形成する（（４）（５））。
なお、ここにおける穴径の比較は、金属層６１０と樹脂層６１１の接合界面における穴径の比較である。
本実施形態によれば、樹脂層と金属層の少なくとも２層で形成される液滴吐出ヘッドの流路部材において、金属層６１０と樹脂層６１１の接合界面における穴径に関して、金属層に打ち抜き加工にて形成される穴径よりも樹脂層に形成された穴径を大きくしたので、高精度化と、型磨耗防止が可能となり、安価に打ち抜き加工が行えることとなる。
【００１６】
図７は振動板２に形成された加工穴の断面図である。（１）はプレス加工法によって打抜かれた加工初期の状態を示す断面図であり、（２）は打抜きを完了してバリ部を除去した状態を示す図である。
せん断後に生じる打ち抜きは、流路板１の裏面側が破断される現象によって打抜きが完了する。せん断から破断へ移行するプレス加工においては、図示するように、振動板２と接合される側の加圧液室淵部６２は打込まれることによりＲ形状となる。加圧液室６の側壁の状態は、せん断部６３と、破断部６４と、打ち抜かれることにより形成されたバリ部６５が残った状態で加工が完了する。バリ部６５は接合工程において問題となる場合は機械的な加工より除去され平坦部６６とすることが望ましいが、接合工法によってバリ部の存在が問題とならない場合は機械的な加工は必ずしも必要としない。
【００１７】
次に、図８は、積層材料としての振動板に図５におけるアライメント基準穴２０７とアライメント用長穴２０８や振動板側液供給部２０４等の穴をウエットエッチング加工法にて加工するプロセスフローの概要図である。金属層としての金属プレート、例えばステンレス板６１０の上面に、樹脂層、例えばポリイミド膜６１１が塗布された積層材を使用し（（１））、フォトリソグラフィー技術を用いてポリイミド膜６１１上にレジスト膜６１２を塗布して（（２））、必要とする穴径６１５より大きな穴径６１３をパターニングし、ウエットエッチングにてポリイミド膜６１１を穴径６１３のように開口する（（３））。レジスト膜６１２を剥離させ、再度フォトリソグラフィー技術を用いてポリイミド膜６１１上及びステンレス板６１０上に両面レジスト膜６１７を塗布して、必要とする穴径６１５より大きな穴径６１６を両面パターニングし（（４））、ウエットエッチングにてステンレス板６１０に穴径６１５をウエットエッチング加工法にて開口形成させる（（５））。
なお、ここにおける穴径の比較は、金属層と樹脂層の接合界面における穴径の比較である。
このように、金属層にエッチング加工にて形成されるべき穴の穴径よりも、樹脂層に形成する穴径を大きくしたので、両面エッチングが可能となり高精度な加工穴が形成可能な積層材料を提供できる。
【００１８】
金属層と樹脂層とが積層された構造の流路部材を振動板２に適用することにより、液流路部へのゴミ混入を防ぐことができ、かつ液流路部材との接合工程を削減でき、製造コストを低下させることができる。即ち、流路部材においては、金属層側の貫通穴の穴径よりも、樹脂層側の貫通穴の穴径が同等、若しくは小さい場合には、その穴にピン等が挿入された場合に樹脂が容易に延伸したり、樹脂が引きちぎられてゴミが発生する現象が発生するが、本発明のように樹脂層側の穴径を大きくしているので、樹脂破片からなるゴミが発生しない。また、打ち抜きの場合にもその加工時に同様のゴミが発生するが、本発明によればゴミの発生を回避できる。流路板が振動板である場合には、本実施形態では貫通穴にインク供給口が含まれる。この場合には、上記のプロセスによって発生する樹脂破片がノズル径に対して大きい場合には詰まりの原因となる。
金属層と樹脂層とが積層された構造の流路部材を振動板に適用し、且つステンレスとポリイミドの積層材としたことにより、高周波振動にも耐久性のある安定した吐出特性を持った振動板を加工することができる。
金属層に液滴を供給する液滴供給口を形成することにより、液流路への異物（上記の樹脂片等）の混入を減少させることができ、安定した吐出ができるようになる。
樹脂層にフォトリソ技術により穴を加工することにより、樹脂を加工することが容易となり、機械的な加工と比べてゴミの発生が少ない積層材料を提供できる。
【００１９】
上記第１及び第２の各実施形態で夫々示した流路板１、振動板２、ノズル板３、圧電素子１２、フレーム１５は互いに接合され、液滴吐出ヘッドＡとして組み立てられるが、本発明では、金属層と樹脂層との積層材において、金属層に打ち抜き加工にて形成された穴径よりも樹脂層に形成された穴径が大きくなるようにアライメント穴を形成し、各部材同士を組み立て接合することにより、高精度な組立てが行える。これにより、安定した吐出特性を持った液滴吐出ヘッドを製造することが可能となる。
また、積層材で使用したポリイミド膜６１１は、塗布による積層方法以外に、貼り合わせにて積層させても差し支えない。
【００２０】
次に、図９はフレーム１５の構成を示す斜視図である。
本実施形態例では共通液室８は長手方向の端部で短手方向の幅が狭くなり深さが浅くなる形状となっている。このような形状とすることによりインクの流れ性と、気泡排出性を良好にすることができる。
次に、図１０に示すインクカートリッジについての説明を行う。
このインクカートリッジは、ノズル７０等を有する上記各実施形態のいずれかの液滴吐出ヘッド７１と、この液滴吐出ヘッド７１に対してインクを供給するインクタンク７２とを一体化したものである。
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの歩留まり不良は直ちにインクカートリッジ全体の不良につながるので、上述したように液滴吐出特性の向上は、ヘッド一体型インクカートリッジの信頼性向上化を図れる。
【００２１】
次に、本発明にかかわる液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出記録装置の一例について図１１、図１２を参照して説明する。なお、図１１は同記録装置の斜視説明図、図１２は同記録装置の機構部の側面説明図である。
この液滴吐出記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納し、装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２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８６に排紙する。
印字機構部８２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９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向（図１１の紙面直交方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３にはイエロー（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本発明に係る液滴吐出ヘッドからなるヘッド９４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。またキャリッジ９３にはヘッド９４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９５を交換可能に装着している。
【００２２】
インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方には液滴吐出ヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４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個のヘッドでもよい。
ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
【００２３】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６とを配設している。
【００２４】
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３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８３を排紙する。
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４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。また、記録途中など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ヘッド９４の吐出口（ノズル）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し、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。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）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。
【００２５】
以上のように本発明は、樹脂層と金属層の少なくとも２層で形成される液滴吐出ヘッドの流路部材において、金属層に打ち抜き加工にて形成される穴径よりも樹脂層に形成された穴径を大きくしたので、高精度化と、型磨耗防止が可能となり、安価に打ち抜き加工が行える積層材料を提供できる。なお、ここにおける穴径の比較は、金属層と樹脂層の接合界面における穴径の比較である。
また、樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成される液滴吐出ヘッドの流路部材において、金属層にエッチング加工にて形成される穴径よりも樹脂層に形成された穴径を大きくしたので、両面エッチングが可能となり高精度な加工穴が形成可能な積層材料を提供できる。
また、樹脂層と金属層との積層構造の流路部材を振動板に適用することにより液流路部へのゴミ混入を防ぐことができ、かつ液流路部材との接合工程を削減でき、製造コストが安価な積層材料を提供できる。
【００２６】
また、樹脂層と金属層との積層構造の流路部材を振動板に適用し、且つステンレスとポリイミドの積層材としたことにより、高周波振動にも耐久性のある安定した吐出特性を持った振動板を加工可能な積層材料を提供できる。
また、金属層にアライメント部となる穴を形成したことにより、高精度な部品接合が可能となり、吐出特性が安定する流路部品を形成できる積層材料を提供できる。
また、金属層に液滴を供給する液滴供給口を形成することにより、液流路への異物混入を減少させることができ、安定した吐出ができる流路部品を形成できる積層材料を提供できる。
また、樹脂層にフォトリソ技術により穴を加工することにより、容易に樹脂を加工することが可能となり、機械的な加工と比べてゴミの発生が少ない積層材料を提供できる。
また、積層材料を貼り合わせることにより液滴吐出ヘッドを形成することにより、安価に吐出特性を向上させることが可能な液滴吐出ヘッドを提供できる。
また、積層材料はステンレス板とポリイミドシートを貼り合せることで積層されており、ノズル板と振動板とをピンアライメント技術を用いて接合することで流路ユニットを形成し、流路ユニットと流路ユニットを支持するフレームと、液滴吐出のための圧力を発生させる機能を備えた圧電素子ユニットとを接合するようにしたので、製造コストを抑えつつ、異物発生の少ない液滴ヘッドを形成することが可能な液滴吐出ヘッドの製造方法を提供できる。
【００２７】
また、積層材料はステンレス板にポリイミドを塗布コートして積層形成されているので、接着材を用いない積層材料を提供できる。
また、画像形成装置に本発明の液滴吐出ヘッドを搭載することにより、安価で吐出特性が安定した画像形成装置を提供できる。
以上の実施形態においては液滴吐出記録装置としてインクジェットプリンタを例として説明したが、本発明はインクジェットコピー、インクジェットファックス、あるいはそれらの複合型記録装置にも適用できる。
また、本発明はインクジェット記録装置以外にも、インクジェット技術を用いたカラーフィルタ製造装置、金属配線製造装置、捺染装置、ＤＮＡチップ製造装置などの工業用製造装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１の要部縦断面図である。
【図３】図１の要部縦断面図である。
【図４】本発明に係る積層材料から成る液滴吐出ヘッドの振動板の要部平面部、及びＸ−Ｘ断面図である。
【図５】本発明に係る積層材料から成る液滴吐出ヘッドの振動板の平面図である。
【図６】振動板にアライメント基準穴とアライメント用長穴や振動板側液供給部をプレス加工法にて加工するプロセスフローの概要図である。
【図７】振動板に形成された加工穴の断面図である。
【図８】振動板にアライメント基準穴とアライメント用長穴や振動板側液供給部をウエットエッチング加工法にて加工するプロセスフローの概要図である。
【図９】フレームの構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明を適用するインクカートリッジの構成説明図である。
【図１１】本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出記録装置の斜視説明図である。
【図１２】液滴吐出記録装置の側面図である。
【符号の説明】
【００２９】
Ａ…液滴突出ヘッド、Ｂ…流路ユニット、１…流路板、１ａ…隔壁部、２…振動板、３…ノズル板、４…ノズル、６…加圧液室、７…インク供給路、８…共通液室、９…インク供給口、１０…直径、１２…圧電素子、１２…積層型圧電素子、１３…ベース基板、１４…支柱部、１５…フレーム、１６…インク供給穴、１７…ＦＰＣケーブル、５０…ダンパ室、６２…加圧液室淵部、６４…破断部、６５…バリ部、６６…平坦部、７０…ノズル、７１…液滴吐出ヘッド、７２…インクタンク、８１…記録装置本体、８２…印字機構部、８３…用紙、８４…給紙カセット、８５…トレイ、８６…排紙トレイ、９１…主ガイドロッド、９２…従ガイドロッド、９３…キャリッジ、９４…記録ヘッド、９５…インクカートリッジ、９７…主走査モータ、９８…駆動プーリ、９９…従動プーリ、１００…タイミングベルト、１０１…給紙ローラ、１０２…フリクションパッド、１０３…ガイド部材、１０４…搬送ローラ、１０５…搬送コロ、１０６…先端コロ、１０７…副走査モータ、１０９…部材、１１１…搬送コロ、１１２…拍車、１１３…排紙ローラ、１１４…拍車、１１５、１１６…ガイド部材、１１７…回復装置、２０１…ダイアフラム部、２０２…凸部、２０３…凹部、２０４…振動板側液供給部、２０５…柱等、２０７…アライメント基準穴、２０８…アライメント用長穴、６１０…ステンレス板、６１１…ポリイミド膜、６１２…レジスト膜、６１３…穴径、６１４…ポンチ、６１５…穴径、６１６…穴径、６１７…両面レジスト膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の流路部材を積層した流路ユニットを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
少なくとも一つの前記流路部材が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成され、且つ該流路部材を貫通する穴を備えており、
前記樹脂層と前記金属層との接合界面における穴径が、前記金属層に打ち抜き加工にて形成された穴径よりも前記樹脂層に形成された穴径が大きいことを特徴とする流路部材の構造。
【請求項２】
複数の流路部材を積層した流路ユニットを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
少なくとも一つの前記流路部材が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成され、且つ該流路部材を貫通する穴を備えており、
前記樹脂層と前記金属層との接合界面における穴径が、前記金属層にエッチング加工にて形成された穴径よりも前記樹脂層に形成された穴径が大きいことを特徴とする流路部材の構造。
【請求項３】
前記流路ユニットは流路板、振動板、及びノズル板を備え、前記振動板が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成されていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の流路部材の構造。
【請求項４】
前記振動板は、ステンレスから成る金属層と、ポリイミドから成る樹脂層との積層材であることを特徴とする請求項３に記載の流路部材の構造。
【請求項５】
前記金属層に形成された穴はアライメント部であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の流路部材の構造。
【請求項６】
前記金属層に形成された穴は液滴を供給する液滴供給口であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の流路部材の構造。
【請求項７】
前記樹脂層に形成された穴はフォトリソ技術により加工されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の流路部材の構造。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の流路部材を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
前記流路部材はステンレス板とポリイミドシートとを貼り合せた構成を備え、前記振動板に対してノズル板をピンアライメント技術を用いて接合することで流路ユニットを形成し、前記流路ユニットと前記流路ユニットを支持するフレームと液滴吐出のための圧力を発生させる機能を備えた圧電素子ユニットとを接合することで形成されることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記流路部材は、前記ステンレス板に対してポリイミドを塗布コートした構成を有していることを特徴とする請求項９に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
複数の流路部材を積層した流路ユニットを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
少なくとも一つの前記流路部材が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成され、且つ該流路部材を貫通する穴を備えており、
前記樹脂層と前記金属層との接合界面における穴径が、前記金属層に打ち抜き加工にて形成された穴径よりも前記樹脂層に形成された穴径が大きいことを特徴とする流路部材の構造。
【請求項２】
複数の流路部材を積層した流路ユニットを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
少なくとも一つの前記流路部材が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成され、且つ該流路部材を貫通する穴を備えており、
前記樹脂層と前記金属層との接合界面における穴径が、前記金属層にエッチング加工にて形成された穴径よりも前記樹脂層に形成された穴径が大きいことを特徴とする流路部材の構造。
【請求項３】
前記流路ユニットは流路板、振動板、及びノズル板を備え、前記振動板が樹脂層と金属層との少なくとも２層で形成されていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の流路部材の構造。
【請求項４】
前記振動板は、ステンレスから成る金属層と、ポリイミドから成る樹脂層との積層材であることを特徴とする請求項３に記載の流路部材の構造。
【請求項５】
前記金属層に形成された穴はアライメント部であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の流路部材の構造。
【請求項６】
前記金属層に形成された穴は液滴を供給する液滴供給口であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の流路部材の構造。
【請求項７】
前記樹脂層に形成された穴はフォトリソ技術により加工されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の流路部材の構造。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の流路部材を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
前記流路部材はステンレス板とポリイミドシートとを貼り合せた構成を備え、前記振動板に対してノズル板をピンアライメント技術を用いて接合することで流路ユニットを形成し、前記流路ユニットと前記流路ユニットを支持するフレームと液滴吐出のための圧力を発生させる機能を備えた圧電素子ユニットとを接合することで形成されることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記流路部材は、前記ステンレス板に対してポリイミドを塗布コートした構成を有していることを特徴とする請求項９に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−５６６４６（Ｐ２００９−５６６４６Ａ）
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２４５５０（Ｐ２００７−２２４５５０）
【出願日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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