JP2015009446A - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属板の材料選定や接液性を考慮に入れる必要がなく、かつ、金属板の寸法公差も緩和でき、また共通液室形状も自由に形成できる、安価な液滴吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】液滴を吐出するノズル孔２ａを形成するノズル基板２と、ノズル孔２ａに連通する、個別液室３ａを形成する個別液室基板３と、個別液室３ａが列状に複数配置され、該複数の個別液室３ａに連通する共通液室５ａを形成する共通液室形成基板２１とを有し、ノズル基板２と、個別液室基板３と、共通液室形成基板２１とが積層されており、共通液室形成基板２１は、金属板材を含む高剛性板材５を樹脂層８に内在して構成されている液滴吐出ヘッドとしての記録ヘッド１である。
【選択図】図３

Description

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置、および液滴吐出ヘッドまたは液滴吐出装置を備えた画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタまたはそれら複数の機能を備えた複合機等の画像形成装置として、インク等の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドや、この液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を用いて、搬送される紙等の記録媒体上に記録液を付着させて画像形成を行うものがある（例えば、特許文献１および２参照）。以下、液滴吐出ヘッドは「記録ヘッド」ともいう。
液滴吐出ヘッドの構成を簡素化し、安価にかつ精度良く製造する方法として、昨今では、特にインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、特許文献１および２を含め、プレス加工部品と、樹脂層を積層し、共通液室を形成する構成が取り入れられてきている。

最近の共通液室の作製方法としては、金属板の表面に樹脂と接合可能な表面処理を予め加工しておき、その金属板を射出成形用金型にインサートし、そこに溶融樹脂を射出し成形することにより、金属板と樹脂で一体化共通液室形成基板を製作する提案がなされている。このような一体化共通液室形成基板の作製方法によって、安価なインクジェットヘッドを提供できる。また、共通液室形成基板を、金属板の両面を樹脂層で挟む３層構造にするような提案もなされている。

共通液室形成基板を３層構造にすると、液体が金属板に直接接触するため、耐腐食性のある金属板にする必要があり、コスト高につながる。また、積層構造にすると、各板材の端面を合わせる必要があるため、金属板の高い加工精度が必要となり、コスト高につながる。また、プレス加工で加工した金属板が共通液室の位置壁面を形成しているため、共通液室の形状が制限され、共通液室の充填性が不十分であるという問題点がある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、共通液室形成基板の反りを低減し、金属板の材料選定や接液性を考慮に入れる必要がなく、かつ、金属板の寸法公差も緩和でき、また共通液室形状も自由に形成できる、安価な液滴吐出ヘッドを提供することを主な目的とする。

上述した課題を解決するとともに上述した目的を達成するために、請求項１記載の発明は、液滴を吐出するノズル孔を形成するノズル基板と、前記ノズル孔に連通する、個別液室を形成する個別液室基板と、前記個別液室が列状に複数配置され、該複数の個別液室に連通する共通液室を形成する共通液室形成基板と、を有する液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズル基板と、前記個別液室基板と、前記共通液室形成基板とが積層されており、前記共通液室形成基板は、金属板材を含む高剛性板材を樹脂層に内在して構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、高剛性板材の反りを低減できるとともに、高剛性板材の材料選定や接液性を考慮に入れる必要がなく、かつ、高剛性板材の寸法公差も緩和でき、また共通液室形状も自由に形成できることによって、安価な液滴吐出ヘッドを提供できる。

インクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の要部を透視した概略的な斜視図である。 図１のインクジェット記録装置の機構部の概略的な一部断面正面図である。 一実施形態を示すインクジェット記録ヘッドの中心左半分の断面図である。 高剛性板材の形状を示す平面図である。 変形例を示すインクジェット記録ヘッドの中心左半分の断面図である。 インクジェット記録ヘッドを搭載したインクカートリッジの斜視図である。

以下、図を参照して実施例を含む本発明の実施の形態を詳細に説明する。各実施形態および各変形例等に亘り、同一の機能および形状等を有する構成要素（部材や構成部品等）については、混同の虞がない限り一度説明した後では同一符号を付すことによりその説明を省略する。

以下、本願発明において、液滴吐出記録方式の「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滴を着弾させて画像形成を行う装置を意味する。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。
「液滴」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、樹脂、液体などと称されるものを含み、画像形成を行うことが可能に微細粒状化して液滴にできる全ての液体の液滴の総称として用いる。また、「記録媒体」とは、材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰシート、布なども含み、液滴が付着されるものの意味である。そのため、被記録媒体、記録紙、記録用紙、使用可能な薄紙から厚紙、はがき、封筒あるいは単に用紙などと称されるものを含むものの総称として用いる。また、画像とは２次元画像に限らず、３次元画像も含まれる。

まず、図１および図２を参照して、本発明に係る液滴吐出ヘッドの一例としてのインクジェット記録ヘッド（以下、「記録ヘッド」ともいう）を搭載したインクジエット記録装置１００の全体構成を説明する。図１は、液滴吐出ヘッドの一例としての記録ヘッドを搭載したインクジエット記録装置を透視して示す斜視図である。図２は、同記録装置の機構部の概略的な一部断面正面図である。

図１および図２に示すように、インクジェット記録装置１００は、いわゆるシリアル型のインクジェット記録装置であり、印字機構部１０４等を有している。印字機構部１０４は、記録装置本体１００Ａの内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ１０１と、後述する図３に示す液滴吐出ヘッドの一例としての記録ヘッド１と、記録ヘッド１へインクを供給するインクカートリッジ１０３とを含んで構成されている。

記録装置本体１００Ａの下方部には、図２における左側の前方側から多数枚の用紙１０５を積載可能な給紙カセット１０６が、記録装置本体１００Ａに対して引き出し・押し込み自在に配設（配置して設けることを意味する）されている。給紙カセット１０６の上方には、用紙を手差しで給紙するための手差しトレイ１０７が記録装置本体１００Ａに対して揺動・開閉可能に設けられている。給紙カセット１０６あるいは手差しトレイ１０７から給送される用紙１０５を取り込み、印字機構部１０４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１０８に排紙する。

印字機構部１０４は、図示しない左右の側板に横架（横方向に架け渡すことを意味する）したガイド部材である主ガイドロッド１０９と従ガイドロッド１１０とでキャリッジ１０１を主走査方向に摺動自在に保持している。キャリッジ１０１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記録ヘッド１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。

キャリッジ１０１は、記録ヘッド１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１０３を交換可能に装着している。インクカートリッジ１０３は、上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド１へインクを供給する供給口を設けられ、内部にはインクが充填された多孔質体を有している。この多孔質体の毛管力により、記録ヘッド１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１としては、各色の記録ヘッド１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個の記録ヘッドでもよい。

ここで、キャリッジ１０１は、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１０９に摺動（接触して摺り動くことを意味する）自在に支持され、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１１０に摺動自在に載置されている。そして、このキャリッジ１０１を主走査方向に移動走査するため、タイミングベルト１１４をキャリッジ１０１に固定している。タイミングベルト１１４は、主走査モータ１１１で回転駆動される駆動プーリ１１２と従動プーリ１１３との間に張架（張力を付与する状態で掛け渡され装着されていることを意味する）されている。この主走査モータ１１１の正逆回転によりキャリッジ１０１が往復移動される。

一方、給紙カセット１０６にセットした用紙１０５を記録ヘッド１の下方側に搬送するために、給紙ローラ１１５、フリクションパッド１１６、ガイド部材１１７、搬送ローラ１１８、搬送コロ１１９、先端コロ１２０を有する。給紙ローラ１１５およびフリクションパッド１１６は、給紙カセット１０６から用紙１０５を分離給装する。ガイド部材１１７は用紙１０５を案内し、搬送ローラ１１８は給紙された用紙１０５を反転させて搬送する。搬送コロ１１９は搬送ローラ１１８の周面に押し付けられ、先端コロ１２０は搬送ローラ１１８からの用紙１０５の送り出し角度を規定する。

搬送ローラ１１８は、図１に示す副走査モータ１２１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１０１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１８から送り出された用紙１０５を記録ヘッド１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１２２を設けている。この印写受け部材１２２の用紙搬送方向下流側には、用紙１０５を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１２３、拍車１２４を設けている。さらに、用紙１０５を排紙トレイ１０８に送り出す排紙ローラ１２５および拍車１２６と、排紙経路を形成するガイド部材１２７、１２８とを配設している。

上述した構成を有するインクジェット記録装置１００による記録時には、キャリッジ１０１を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１を駆動する。これにより、停止している用紙１０５にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１０５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１０５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１０５を排紙する。また、キャリッジ１０１の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド１の吐出不良を回復するための回復装置１２９を配置している。回復装置１２９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１０１は印字待機中にはこの回復装置１２９側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド１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記録ヘッド１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す。そして、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、記録装置本体１００Ａの下部に設置された廃インク溜（図示せず）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。

以上説明したとおり、インクジェット記録装置１００においては、本実施形態の液滴吐出ヘッドとしての記録ヘッド１を搭載しているので、記録ヘッド１による後述の基本的な効果が得られるとともに、安定したインク吐出特性が得られ、画質が向上する。

図３を参照して、本発明に係る液滴吐出ヘッドの一例としての記録ヘッド１を説明する。図３は、一実施形態を示すインクジェット記録ヘッドの中心左半分の断面図である。
記録ヘッド１は、画像情報に応じてインク滴を吐出する構成を有するヘッド２０と、このヘッド本体２０を支持する図示しないハウジング（ダンパフレーム７の上方に延びる筺体部材である）とを備えている。ヘッド本体２０は、下から上に順に積層された、ノズル基板２、個別液室基板３、振動板１１、圧電素子１２、駆動回路部材１３、保持基板４、樹脂層８に内在している高剛性板材５、ダンパ６、ダンパフレーム７を有している。樹脂層８に内在している高剛性板材５を積層して、共通液室形成基板２１が構成されている。

薄板状をなすノズル基板２には、液滴としてのインク滴を吐出するノズル孔２ａが形成されている。個別液室基板３は、薄板状をなし、ノズル基板２の上面に配置されている。この個別液室基板３には、複数の個別液室３ａが形成されている。各個別液室３ａは、各ノズル孔２ａと連通しており、その上壁は振動板１１で形成されている。各個別液室３ａの一方には流体抵抗部３ｂが配置され、この流体抵抗部３ｂは液体供給口３ｃと連通している。

振動板１１の中央には駆動回路部材１３が設置され、駆動回路部材１３の両側には圧電素子１２が設置されている。圧電素子１２の上下には上部および下部電極（図示せず）が形成され、その電極パターン（図示せず）から、個別配線を通じて駆動回路部材１３につながっている。圧電素子１２は、各個別液室３ａに対向する振動板１１上の箇所に設けられている。圧電素子１２は、外部から電圧が印加されて変形することで振動板１１を変形させて各個別液室３ａに圧力を発生させ、各個別液室３ａ内のインクをノズル孔２ａから吐出させる電気機械変換素子・アクチュエータとして機能する。

保持基板４は、個別液室基板３の上面に配置されていて、アクチュエータ基板とも呼ばれる。この保持基板４には、振動板１１に対応する位置に凹部４ａが形成されている。この凹部４ａは圧電素子１２を囲うように配置されている。
共通液室形成基板２１は、保持基板４の上面に配置されている。共通液室形成基板２１は、樹脂層８と、樹脂層８に内在している高剛性板材５とで構成されている。この高剛性板材５と樹脂層８とは、インサート成型法によって一体化・一体成型され、共通液室形成基板２１を形成している。この共通液室形成基板２１同士で区画される部分には、共通液室５ａが形成されている。この共通液室５ａは、保持基板４の各インク供給口４ｂと連通している。

ここで、「高剛性板材５を樹脂層８に内在して構成されている」とは、高剛性板材５が樹脂層８に完全に覆われている構成、作り方の観点で一部の高剛性板材５が露出している構成の両方を意味するものと定義する。
高剛性板材５としては、後述の金属板材が含まれる。図示の例では、共通液室形成基板２１を形成し、樹脂層８に内在している高剛性板材５が単一（１枚）の場合であるが、複数枚の高剛性板材５が樹脂層８に内在している構成でもよい。

（ノズル基板）
ノズル基板２は、インク吐出用のノズル孔２ａが配列されている基板であり、材料は必要な剛性や加工性から任意のものを用いることができる。例としては、ステンレススチール（ＳＵＳ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属または合金やシリコン、セラミックス等の無機材料、ポリイミド等の樹脂材料を挙げることができる。ノズルの加工方法は、材料の特性と要求される精度・加工性から任意のものを選ぶことができ、電鋳めっき法、エッチング法、プレス加工法、レーザ加工法等、フォトリソグラフィ法等を例示できる。ノズルの開口径、配列数、配列密度は、記録ヘッドに要求される仕様に合わせて最適な組み合わせを設定することができる。

（個別液室基板）
個別液室基板３には、個別液室３ａ、インク供給路、インク供給口が形成される。基板材料は、加工性・物性から任意のものを用いることができるが、解像度３００ｄｐｉ（約８５μｍピッチ)以上ではフォトリソグラフィ法を用いることができるシリコン基板を用いることが好ましい。液室の加工は任意のものを用いることができるが、前述のフォトリソグラフィ法を用いる場合は、ウェットエッチング法、ドライエッチング法の何れかを用いることができる。何れの手法でも振動板１１の液室側を二酸化シリコン膜等とすることで、エッチストップ層とできるため、液室高さを高精度に制御することができる。
個別液室３ａは、個別液室３ａ内のインクに圧力を加え、ノズル孔から液滴を吐出させる機能を有する。個別液室３ａ上部には振動板１１が形成され、振動板１１上には下部電極、圧電体、上部電極が積層されて構成される圧電素子１２が形成される。振動板１１は、任意のものを用いることができるが、シリコンや窒化物、酸化物、炭化物等の剛性の高い材料とすることが好ましい。また、これらの材料の積層構造としても良い。積層膜とする場合は、引張応力となるＳｉ_３Ｎ_４と圧縮応力となるＳｉＯ_２を交互に積層し、応力緩和する構成が例として挙げられる。

振動板１１の厚さは、所望の特性に応じて選択できるが、概ね０．５μｍ〜１０μｍの範囲が好ましく、さらに好ましくは、１．０μｍ〜５．０μｍの範囲である。振動板１１が薄すぎる場合はクラック等により振動板１１が破損しやすくなり、厚すぎる場合は変位量が小さくなり、吐出効率が低下してしまう。また、薄すぎる場合は、振動板１１の固有振動数が低下し、駆動周波数が高められないという制約がある。
下部電極、上部電極は、図示しないが、導電性のある任意の材料を用いることができる。例としては金属、合金、導電性化合物が挙げられる。これらの材料の単層膜でも積層膜でも良い。また、圧電体と反応したり、拡散したりしない材料を選定する必要があるため、安定性の高い材料を選定する必要がある。また、必要に応じて圧電体と振動板１１との密着性を考慮し、密着層を形成しても良い。電極材料の例としては、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｉｒ酸化物、Ｐｄ、Ｐｄ酸化物等が安定性の高い材料として挙げられる。また、振動板１１との密着層としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ等が例示できる。

圧電体材料は、圧電性を示す強誘電体材料を用いることができる。例としては、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムが一般的に用いられる。圧電体の成膜方法は任意の手法を用いることができ、例としてはスパッタリング法、ゾルゲル法が挙げられ、成膜温度の低さからゾルゲル法が好ましい。上部電極、圧電体は個別液室３ａごとにパターニングする必要がある。パターニングは通常のフォトリソグラフィ法を用いることができる。また、圧電体の成膜をゾルゲル法にて行う場合は、スピンコーティング法や印刷法を用いることもできる。
上記の圧電体と電極から構成される圧電素子１２は、個別液室３ａ上部に形成される必要がある。個別液室３ａを区画する隔壁上に形成した場合、振動板１１の変形を阻害してしまうため、吐出効率の低下や応力集中による圧電素子１２の破損等の原因となる。

個別液室基板３には、個別液室３ａに連通する流体抵抗部３ｂが形成される。流体抵抗部３ｂは、共通液室５ａから個別液室３ａにインクを供給する機能を有すると同時に、圧電素子１２を駆動することにより個別液室３ａに発生する圧力により、インクの逆流を防止しノズルから吐出させる機能を有する。そのため、個別液室３ａのインク流動方向の断面積を小さくし、流体抵抗を高くする必要がある。個別液室基板３にシリコンを用い、個別液室３ａと流体抵抗部３ｂを、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて形成した場合、個別液室３ａと同一の条件で加工できる利点がある。流体抵抗部３ｂは、振動板１１が開口するインク供給口４ｂを通じて共通液室５ａに連通する。
個別液室３ａは、隔壁により区画されており、それぞれに対応する圧電素子１２が形成される。個別液室３ａの高さは記録ヘッド特性から任意に設定できるが、２０〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。また、個別液室３ａの隔壁は、配列密度に合わせて任意に設定することが可能であるが、３００ｄｐｉでは隔壁幅は１０〜３０μｍとすることが好ましい。また、隔壁幅が狭い場合は隣接する個別液室３ａの圧電素子１２を駆動した場合に隣接液室間の相互干渉が発生し、吐出ばらつきが大きくなる。隔壁幅を狭くする場合は、液室高さを低くすることで対応する。

（配線）
図示しないが、配列した圧電素子１２に駆動信号を入力するために、上部電極から個別配線を引き出し、下部電極から配線を引き出す構成をとる。上部電極からは、配列する上部電極から配線層の一部である個別配線を介して、個別配線パッドまで引き出され、駆動ＩＣと接続され、駆動ＩＣからさらに配線を介して接続パッドまで引き出される、下部電極は、配線を介して接続パッドまで引き出される。配線は同一材料、同一工程で形成することが望ましい。配線材料としては、抵抗値の低い金属、合金、導電性材料を用いることができる。また、上部電極、下部電極とコンタクト抵抗の低い材料を用いることが必要である。例としてはＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒなどが例示でき、コンタクト抵抗を低減するために、これらの材料の積層構造としても良い。コンタクト抵抗を下げる材料としては、任意の導電性化合物を用いても良い。例としては、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＴｉＮ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ等の酸化物、窒化物およびその複合化合物が挙げられる。膜厚は任意に設定できるが、３μｍ以下とすることが好ましい。また、成膜には真空成膜法等の膜厚均一性が高い成膜方法を採用することが好ましい。これらの配線は、後述の保持基板４との接合面にもなるため、高さ均一性を確保できる膜厚・成膜方法を取る必要がある。

（保持基板）
個別液室基板３は、２０〜１００μｍと薄いため、個別液室基板３の剛性を確保するために、保持基板４をノズル基板２と対向する側に接合する。保持基板４の材料は、任意の材料を用いることができるが、個別液室基板３の反りを防止するために熱膨張係数の近い材料を選定する必要がある。そのためガラス、シリコン、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックス材料とすることが好ましい。図３に示すように、保持基板４には、個別液室３ａ配列方向に連通した開口部を有し、共通液室５ａの一部となる。さらに、圧電素子１２を駆動し振動板１１が変位できる空間を確保するため、個別液室３ａに対向する領域に凹部４ａを形成する。図示しないが、保持基板４の凹部４ａは個別液室３ａごとに区画し、個別液室３ａ隔壁上で接合されることが好ましい。それにより、板厚の薄い個別液室基板３の剛性を高めることができ、圧電素子１２を駆動した際の隣接液室間の相互干渉を低減することが可能となる。そのためには、保持基板４は、樹脂などの低剛性材料ではなく、シリコンなどの高剛性材料が好ましい。また、保持基板４の凹部４ａは、個別液室３ａごとに区画されるため、高密度化のためには高度な加工精度が要求され、３００ｄｐｉヘッドにおいては保持基板４の隔壁幅を５〜２０μｍとすることが望ましい。

（共通液室基板、共通液室形成基板）
共通液室基板としての高剛性板材５は、共通液室５ａとなる空間を形成する部品である。材料は必要な高剛性や加工性から任意のものを用いることができる。例としては、高剛性の金属材料であるＳ４５Ｃなどの炭素鋼、ＳＵＳ等の合金やシリコン、セラミックス等の無機材料を挙げることができる。加工方法としては、材料に応じてエッチング、プレス加工、レーザ加工、フォトリソグラフィ法、射出成形などがある。

図４に示すように、高剛性板材５には、複数のスリット状開口部５ｄが形成されている。図４において、Ｘは共通液室長手方向で、副走査方向（用紙搬送方向）に相当し、Ｙは共通液室短手方向で、主走査方向に相当する。スリット状開口部５ｄは、図３に示した共通液室５ａを含む開口である。個別液室基板３の小型化に伴い、共通液室基板である高剛性板材５のスリット状開口部５ｄ同士の幅Ｌは、０．１〜０．８ｍｍにすることが望ましい。

しかしながら、例えばステンレススチール（ＳＵＳ）等の金属板を高剛性板材５に用いる場合、金属板をプレス加工するには、アスペクト比の関係から、スリット状開口部５ｄ同士の幅Ｌと同等の厚さの板でなければならない。
ここで、アスペクト比とは、プレス加工で打ち抜く隣る部品同士の最小距離と板厚との比を意味し、打ち抜く部品同士の最小寸法・距離が板厚未満の場合ではプレス加工品の精度を確保できないことを意味する。例えば、鋼板やステンレススチール（ＳＵＳ）等からなる板厚０．５ｍｍの１枚の金属板において、隣る２つの部分・部品である孔を打ち抜く場合、孔同士（孔が明いていない部分）の寸法・距離が０．５ｍｍ未満の場合に打ち抜きプレス加工品の精度が確保できないことを表している。

共通液室高さは、１．０〜３．０ｍｍであるため、共通液室５ａを形成するには金属板を複数枚積層する必要がある。しかし、金属板を複数枚積層すると、接合面が増加し、接合工程が増加するため、コスト高となる。そこでまず、高剛性板材５である金属板の表面に樹脂と接合可能な表面処理を予め加工しておく。表面処理は、例えば、ＮＭＴ（ナノ・モールディング・テクノロジー）などの微細加工法などである。次に、その金属板を射出成形用金型にインサートし、そこに溶融樹脂を射出成形することで、高剛性板材５である金属板と樹脂層８で一体化共通液室形成基板を製作する。これにより、接合工程を減らしても、必要な共通液室高さが確保でき、安価な共通液室形成基板２１を提供できる。また、高剛性板材５である金属板を用いることで必要な剛性が確保できる。

本発明の実施形態では、金属板材を含む高剛性板材５が樹脂層８に内在し、高剛性板材５と液体が接触しない構造にすることにより、材料を問わない金属板材を含む高剛性板材５を用いることができる。金属の材料は、必要な剛性や加工性から任意のものを用いることができる。高剛性板材５である金属板の材料の種類としては、ＳＵＳ、Ｎｉ、炭素鋼、アルミ合金等が挙げられる。また、金属ではないが高剛性板材５の材料としては、セラミックス等が挙げられる。例えば、従来の耐腐食性で高価なステンレススチール（ＳＵＳ）ではなく、安価で剛性も高いＳ４５Ｃ等の炭素鋼などを用いることができる。また、金属板の端面を、共通液室５ａを形成する樹脂層の端面に合わせる必要がなくなるので、寸法公差を緩めることができ、液滴吐出ヘッドのコスト削減につながる。また、高剛性板材５の金属板等が共通液室５ａに面していないため、共通液室５ａの形状を、充填性を向上させるために自由に形成できる。例えばノズル基板に平行な面の狭窄形状や、ノズル基板に垂直な面の狭窄形状を形成することができる。

樹脂層８に高剛性板材５が内在する構成であり、材料は必要な剛性や加工性から任意のものを用いることができる。例としては、ＳＵＳ等の合金やＮｉなどの金属材料、シリコン、セラミックス等の無機材料と、エポキシ樹脂や、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、エラストマーなどの樹脂層８材料との組合せを挙げることができる。金属板を含む高剛性板材５と熱（線）膨張係数が近く、耐腐食性があり、発塵性が低い樹脂層８材料との組合せが好ましい。
ポリフェニレンサルファイド樹脂としては、例えば金属板材であるステンレススチールの熱（線）膨張係数と同一にして温度変化による変形を防止するとともに共通液室５ａを形成する隔壁の強度を確保する上から、ガラス繊維が５０質量％以上、より好ましくは５０〜６０質量％添加されているものを用いることが望ましい。

図３に示すように、高剛性板材５が完全に樹脂層８内に内在する構成の作成方法としては、例えば、成形するための金型に、高剛性板材５を支えるためのピン（図示せず）を立てておき、成形後、その穴に樹脂を流し込んで埋める方法がある。ピンの材料は、必要な剛性や加工性から任意のものを用いることができる。例としては、ＳＵＳ等の合金やＮｉなどの金属材料、シリコン、セラミックス等の無機材料、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、エラストマーなどの樹脂材料を挙げることができる。高剛性板材５と熱（線）膨張係数が近く、耐腐食性があり、発塵性が低いものが好ましい。ピンは、高剛性板材５を２点またはそれ以上で支持する。形状は円形、楕円形、長穴形状などがある。液体と直接接触しない部分に設けるのが好ましい。また、ピンそのものを樹脂で作成し、金型に予め設置しておき、成形時に樹脂層の一部にする構成が考えられる。この場合は、ピンは樹脂層８と同じ材料または熱膨張係数の近い材料が好ましい。
ここで、高剛性板材５と樹脂層８との熱（線）膨張係数がほぼ同じである程近い組合せ例を挙げれば、高剛性板材５の金属板材がステンレススチール（ＳＵＳ）で、樹脂層８がガラス繊維を含むポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）である場合が挙げられる。

（ダンパ、ダンパフレーム）
ダンパ６は共通液室の一部を形成する部品であり、ダンパフレーム７はダンパ６を備えた部品である。材料は必要な剛性や加工性から任意のものを用いることができる。例としては、ＳＵＳ等の合金やＮｉなどの金属材料、シリコン、セラミックス等の無機材料、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、エラストマーなどの樹脂材料を挙げることができる。ダンパ６と、ダンパフレーム７の材料は、同じでも異なっていても良い。ダンパ６は厚さが薄く、剛性が低いほうが望ましい。ダンパフレーム７は、ダンパ６の補強効果と、ダンパ６の変位を確保するための凹部を備えている。加工方法としては、材料に応じてエッチング、プレス加工、レーザ加工、フォトリソグラフィ法、射出成形などがある。

図５を参照して、インクジェット記録ヘッドの変形例を説明する。図５は、変形例を示すインクジェット記録ヘッドの中心左半分の断面図である。図５に示す記録ヘッド１は、図３に示した記録ヘッド１と比較して、ピン穴９の有無のみ相違する。
図５に示すように、高剛性板材５を支えるためにピン(図示せず)を立てた場合、そのピン跡に形成されるピン穴９を埋めない構成もある。この場合、ピン穴９が直接液体（インク）に接触しない保持基板４との接合面に面していることが望ましい。

次に、図６を参照して、図３や図５のインクジェット記録ヘッドを搭載したインクカートリッジについて説明する。図６は、インクジェット記録ヘッドを搭載したインクカートリッジの斜視図である。図６に示すインクカートリッジ５０は、液滴吐出装置の一例である。このインクカートリッジ５０は、図３や図５の記録ヘッド１と、この記録ヘッド１の共通液室５ａ（図３等参照）に供給するインクを格納・貯蔵する液体貯蔵部としてのインクタンク５２とを一体化したものである。

インクタンク一体化のインクカートリッジ５０の場合、記録ヘッド１の低コスト化は直ちにインクカートリッジ５０全体の低コスト化につながるので、ヘッド一体化インクカートリッジ５０の低コスト化を図れる。また、共通液室形成基板を一体成形することで、安価かつ平面度の良い液滴吐出装置を提供できる。

以上説明した実施形態や変形例等は本発明の一例であり、本発明は次の態様ごとに特有の効果を奏する。
［態様１］
共通液室形成基板は、金属板材を含む高剛性板材を樹脂層に内在して構成されている。態様１によれば、上記実施形態で説明したように、高剛性板材の反りを低減でき、共通液室形成基板と例えば保持基板との接合精度がよくなる。高剛性板材が直接液体に接触しない構成のため、接液性を考慮に入れる必要がなく、より安価の種類の金属などを選定することができる。また、高剛性板材の端面を樹脂層に合わせる必要がなくなるので、高剛性板材の寸法公差を緩めることができるため、コスト削減につながる。さらに、共通液室壁面が樹脂層のみになるので、共通液室形状が自由に形成できる。

［態様２］
共通液室形成基板における樹脂層の一部が、高剛性板材が露出する開口部を有し、該開口部が接合面に配置されている。態様２によれば、上記実施形態で説明したように、例えば成形の際に、金型に高剛性板材（例えば金属板材）を固定するためのピン等を立てた場合でも、高剛性板材が直接液体に接触しない構成にすることができる。

［態様３］
高剛性板材の材料として、ステンレススチール、炭素鋼、アルミ合金およびセラミックスの何れかが用いられている。態様３によれば、上記実施形態で説明したように、例えば炭素鋼を用いることにより、従来のステンレススチールに比べて安価になり、さらに剛性が高くなるため、保持基板との接合精度の向上につながる。

［態様４］
樹脂層が、熱可塑性樹脂で形成されている。態様４によれば、上記実施形態で説明したように、熱可塑性樹脂として、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を用いることで、耐溶剤性が向上する。また発塵を減らすことができる。

［態様５］
樹脂層には、ガラス繊維が含まれている。態様５によれば、上記実施形態で説明したように、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）がガラス繊維を５０質量％以上含んでいることで高剛性板材との熱（線）膨張係数を近づけ、共通液室形成基板の変形を防止することができる。

［態様６］
高剛性板材と、樹脂層との熱膨張係数がほぼ同じである。態様６によれば、上記実施形態で説明したように、射出成形法を用いて高剛性板材と樹脂層を一体形成することができ、成形後の反りを低減することができる。

［態様７］
樹脂層と高剛性板材とは、インサート成型法によって一体成型される。態様７によれば、上記実施形態で説明したように、一体成型することで、製造工程を簡略化でき、コストダウンにつながる。また、複数の共通液室は射出成形法を用いインサート成形により共通液室基板上に独立して一体形成されていることで、共通液室内の圧力変化などの影響を分離することができる。

［態様８］
共通液室の端部が、ノズル基板に対して平行または垂直に狭窄している。態様８によれば、上記実施形態で説明したように、共通液室の端部が狭窄していることで、共通液室の液体充填性が向上する。

［態様９］
請求項１ないしの８何れか１つに記載の液滴吐出ヘッドと、液滴吐出ヘッドの共通液室に供給する液体を貯蔵する液体貯蔵部と、を備えた液滴吐出装置である。態様９によれば、上記実施形態で説明したように、共通液室形成基板を一体成形することで、安価かつ平面度の良い液滴吐出装置を提供できる。

［態様１０］
請求項１ないしの８何れか１つに記載の液滴吐出ヘッドまたは請求項９記載の液滴吐出装置を備えた画像形成装置である。態様１０によれば、上記実施形態で説明したように、安定したインク吐出特性が得られ、画質が向上するとともに、液滴吐出ヘッドを備えたことで上述した効果を奏する画像形成装置を提供できる。また、安価かつ平面度の良い液滴吐出装置を備えた画像形性装置を提供できる。

以上述べたとおり、本発明を特定の実施形態および変形例等について説明したが、本発明が開示する技術は、上述した実施例を含む実施形態および変形例等に例示されているものに限定されない。それらを適宜組み合わせて構成してもよく、本発明の範囲内において、その必要性および用途等に応じて種々の実施形態や変形例あるいは実施例を構成し得ることは当業者ならば明らかである。

本発明の適用範囲は、微小インクを吐出するインクジェット記録ヘッドに限定されず、例えばインクに代えて、その用途に応じて使用する任意の微小液体を吐出する液滴吐出ヘッドであってもよい。例えば、液滴吐出ヘッドを用いてパターニング用の液体レジストを吐出するパターニング装置等にも適用可能である。

本発明に係る画像形成装置は、図１および図２に示したインクジェット記録装置１００に限らず、本発明の上記実施形態の記録ヘッド１を搭載したインクジェット方式の画像形成装置を含む画像形成装置でもよい。すなわち例えば、プリンタ、プロッタ、ワープロ、ファクシミリ、複写機、孔版印刷機を含む印刷装置等またはこれら２つ以上の機能を備えた複合機等においてインクジェット記録装置を含む画像形成装置にも適用可能である。

１ インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）
２ ノズル基板
２ａ ノズル孔
３ 個別液室基板
３ａ 個別液室
４ 保持基板
５ 高剛性板材
５ａ 共通液室
８ 樹脂層
１１ 振動板
１２ 圧電素子
２０ ヘッド本体
２１ 共通液室形成基板
２２、２３ スリット
３０ ハウジング
５０ インクカートリッジ（液滴吐出装置の一例）
１００ インクジェット記録装置（画像形成装置の一例）
１００Ａ 記録装置本体
１０１ キャリッジ
１０３ インクカートリッジ
１０４ 印字機構部
１０５ 用紙（記録媒体の一例）

特開平９−２７７５１５号公報 特許第３５１３１９９号公報

Claims (10)

1. 液滴を吐出するノズル孔を形成するノズル基板と、
   前記ノズル孔に連通する、個別液室を形成する個別液室基板と、
   前記個別液室が列状に複数配置され、該複数の個別液室に連通する共通液室を形成する共通液室形成基板と、を有する液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記ノズル基板と、前記個別液室基板と、前記共通液室形成基板とが積層されており、
   前記共通液室形成基板は、金属板材を含む高剛性板材を樹脂層に内在して構成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記共通液室形成基板における前記樹脂層の一部が、前記高剛性板材が露出する開口部を有し、該開口部が接合面に配置されていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記高剛性板材の材料として、ステンレススチール、炭素鋼、アルミ合金およびセラミックスの何れかが用いられていることを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記樹脂層が、熱可塑性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１つに記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記樹脂層には、ガラス繊維が含まれていることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１つに記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記高剛性板材と、前記樹脂層との熱膨張係数がほぼ同じであることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１つに記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記樹脂層と前記高剛性板材とは、インサート成型法によって一体成型されることを特徴とする請求項１ないし６の何れか１つに記載の液滴吐出ヘッド。
8. 前記共通液室の端部が、前記ノズル基板に対して平行または垂直に狭窄していることを特徴とする請求項１ないしの７何れか１つに記載の液滴吐出ヘッド。
9. 請求項１ないしの８何れか１つに記載の液滴吐出ヘッドと、
   前記液滴吐出ヘッドの前記共通液室に供給する液体を貯蔵する液体貯蔵部と、
   を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
10. 請求項１ないしの８何れか１つに記載の液滴吐出ヘッドまたは請求項９記載の液滴吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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