【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の液体を吐出可能な液体噴射ヘッド、及びこの液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置に関し、特に、圧力室となる圧力室空部やノズル連通口となる連通口空部等が形成された流路形成基板を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体を液滴の状態で吐出可能な液体噴射ヘッドとしては、種々のものが提案されている。例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドが提案されている。
【０００３】
この様な液体噴射ヘッドでは、ｐｌ（ピコリットル）レベルの極く少量の液体を吐出可能であるため、圧力室やノズル連通口には極めて高い寸法精度が要求される。この観点から、圧力室となる圧力室空部やノズル連通口となる連通口空部等を有する流路形成基板にはシリコンウェハーが用いられ、異方性エッチングによって圧力室空部や連通口空部等が設けられている。しかしながら、１枚のシリコンウェハーから作製できる流路形成基板の数は限られ、流路形成基板を大量に生産しようとするとコストの面及び作業効率の面で不利となってしまう。また、シリコンウェハーは定型であるため、流路形成基板を大型化することが難しいという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決すべく、流路形成基板を金属製プレートに対するプレス加工で作製する試みがなされている。例えば、板厚方向の途中までポンチを押し込んで圧力室空部を作製し、その後、レーザー加工等によって連通口空部を作製する等の方法が採られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２６３７９９号公報（第６−８頁，第１２−１４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載された液体噴射ヘッドでは、圧力室となる圧力室空部が凹状溝部として流路形成基板の表面に形成され、液体供給口となる供給溝部が凹状溝部として流路形成基板の表面に形成されている。さらに、リザーバとなるリザーバ空部は、板厚方向を貫通する貫通口として形成され、一方の開口面が弾性板に、他方の開口面がノズルプレートによってそれぞれ封止されている。そして、弾性板におけるリザーバ空部の封止部分は、弾性体膜によるコンプライアンス部（薄肉部）として構成され、リザーバに貯留された液体の圧力変動を吸収している。
【０００７】
ところで、この種の液体噴射ヘッドでは、液滴の高周波吐出に対する要求が強い。これは、液滴を高い周波数で吐出できれば、単位時間あたりに吐出可能な液滴の量を増やすことができ、処理の短縮化が図れるからである。ここで、液滴の高周波吐出を実現するためには、圧力室内における液体圧力の固有振動周期を可及的に短くすることが肝要である。これは、液滴の吐出タイミングがこの固有振動周期に依存して定まることによる。即ち、固有振動周期で規定されるタイミング毎に液滴を吐出させることで、一定量の液滴を一定速度で吐出させることができるからである。
【０００８】
この固有振動周期は圧力室の長さによって変動し、断面積が同じであれば圧力室の長さが短いほど固有振動周期が短くなる。そして、液滴を吐出させる目的から断面積の大きさは自ずと規定されるので、固有振動周期を短くするためには圧力室の長さを短くすることが求められる。
しかしながら、上記の液体噴射ヘッドでは、ポンチを板厚方向の途中まで押し込んで凹部を形成するので、ポンチに掛かる負荷が過剰に大きくなってしまう。このため、圧力室の大きさを小さくするには製造技術上限界があり、固有振動周期を短くすることが困難であった。
【０００９】
また、この種の液体噴射ヘッドでは、液滴の吐出特性（例えば、液滴の量や飛行速度等）を安定化することも肝要である。特に、所謂クロストークの発生を防止し、複数のノズル開口の全てから液滴を吐出させた場合と、一部のノズル開口から液滴を吐出させた場合とで液滴の吐出特性を揃えることが求められる。
しかしながら、上記の液体噴射ヘッドは、リザーバ空部が貫通口として形成されており、このリザーバ空部の一面を弾性板で封止する構成である。このため、ケースと流路ユニットの接着面積が少なくなり、加えて流路形成基板がシリコンウェハーよりも柔らかい金属で作製されていることから、接着部分における剛性が不足してしまう。そして、この接着部分は圧力発生素子の変形時に発生する力の作用点になるので、接着面積が不足すると流路形成基板に変形が生じることとなり、クロストークが発生してしまう。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液滴をより高い周波数で安定的に吐出可能にすること、及び、クロストークの発生を構造的に防止し、液滴の吐出特性を安定化することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、流路形成基板の一方の面に弾性板を、他方の面にノズルプレートをそれぞれ接合することで、リザーバから液体供給口、圧力室及びノズル連通口を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を設けた流路ユニットと、該流路ユニットが先端面に接合されると共に、圧力発生素子を内部に収納したケースとを備え、
前記圧力発生素子により前記弾性板を部分的に変位させることで前記圧力室の容積を変化させる液体噴射ヘッドにおいて、
前記流路形成基板は、前記圧力室となる細長い圧力室空部をプレス加工による貫通口として設けた金属製の第１プレートと、前記ノズル連通口の一部となる第１連通口空部及び前記リザーバとなるリザーバ空部をプレス加工による貫通口として設けた金属製の第２プレートと、前記ノズル連通口の一部となる第２連通口空部及び前記液体供給口を板厚方向を貫通する貫通口として設けた第３プレートと、からなり、
前記リザーバ空部の少なくとも一部が前記圧力室空部の液体供給側先端よりも前記圧力室長手方向の内側に配置されるように前記第１プレートと前記第２プレートを配置すると共に、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に第３プレートを挟んで各プレートを接着し、前記圧力室空部における液体供給側の端部と前記リザーバ空部とを前記液体供給口によって連通したことを特徴とする。
なお、「先端」とは最も端の位置を意味し、「端部」とは端側の領域を意味する。
【００１２】
この発明によれば、ポンチを板厚方向に打ち抜くことによって圧力室空部が作製される。このため、ポンチに掛かる負荷に関し、ポンチを板厚方向の途中まで押し込んで加工する場合よりも軽減される。即ち、ポンチを押し込んで加工する場合、このポンチには素材プレートからの反力が比較的長時間に亘って加わる。一方、ポンチを板厚方向に打ち抜いた場合、ポンチには瞬間的に大きな荷重が加わるが、素材プレートの破断（ブレークスルー）によって極く短時間で解放される。従って、ポンチを板厚方向の途中まで押し込んで加工するよりも小さい形状の圧力室空部を形成できる。このため、圧力室内部に生じる固有周期の圧力振動に関し、その振動周期を可及的に短くすることができる。これにより、液滴を高い周波数で吐出させても、液滴の量や飛行速度等を安定化することができる。
【００１３】
また、この発明によれば、リザーバ空部が第２プレートに設けられ、このリザーバ空部の開口面を第３プレートとノズルプレートによって封止するので、第１プレートにおける圧力室空部よりも外側の部分（即ち、圧力室長手方向の外側部分）は、溝部や貫通口を形成しない厚肉部とすることができる。そして、弾性板はこの厚肉部の表面に接合されるので、ケース先端面、弾性板及び厚肉部の接着面積を広げることができる。これにより、各部を強固に接着できると共に、流路ユニット側の接着部分について剛性を高めることができる。その結果、流路ユニットが変形し難くなり、クロストークの発生を防止できると共に、液滴の吐出特性を安定化することができる。
【００１４】
上記発明において、前記第３プレートに関し、前記リザーバ空部の封止部分を、他の部分よりも薄肉なコンプライアンス部として構成することが好ましい。
この発明によれば、コンプライアンス部が設けられているので、リザーバへの流入に伴う液体の圧力変動を効率よく吸収することができる。また、このコンプライアンス部が流路ユニットの内部に設けられており、流路ユニットの表面に露出していないので、コンプライアンス部を極めて薄く構成しても破損し難い。
【００１５】
上記発明において、前記第３プレートを金属製の板材によって作製し、前記第２連通口空部及び前記液体供給口をプレス加工による貫通口として設ける構成が好ましい。さらに、前記第１プレート及び前記第２プレートを少なくともニッケル製の板材によって構成し、前記第３プレートを少なくともステンレス製の板材によって構成することが好ましい。
これらの発明によれば、プレス加工で各部が構成されるので、生産性が向上し量産に適する。また、第１プレート及び第２プレートを展性の良いニッケル製の板材によって作製するので、比較的大きな開口部であっても寸法精度良く作製することができる。加えて、線膨張係数等の物性がニッケルに近いステンレス製の板材を用いて第３プレートを構成しているので、各プレートの接合時に加熱しても反り等の変形が生じ難い。このため、ヘッドの信頼性を高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドと略記する）を例に挙げて行うこととする。
【００１７】
この記録ヘッドは、液体状のインク（本発明の液体の一種）を吐出することにより、記録紙（着弾対象物の一種）の表面に文字や画像等を記録するものである。図１に例示した記録ヘッド１は、ケース２と、このケース２内に収納される振動子ユニット３と、ケース２の先端面に接合される流路ユニット４等から概略構成されている。
【００１８】
上記のケース２は、例えば、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂で成型されたブロック状部材である。ここで、ケース２を熱硬化性樹脂で成型しているのは、この熱硬化性樹脂は、一般的な樹脂よりも高い機械的強度を有しており、線膨張係数が一般的な樹脂よりも小さく、周囲の温度変化による変形が小さいからである。そして、このケース２には、振動子ユニット３を収納可能な収納空部５と、ヘッド外部から供給されるインクを案内するインク供給路６（液体供給路の一種）とを、ケース２の高さ方向を貫通させた状態で設けている。また、このケース２の先端面２ａは、流路ユニット４を接着するための接着面として機能する。
【００１９】
上記の振動子ユニット３は、複数の圧電振動子７によって構成される振動子群と、この振動子群が接合される固定板８と、振動子群に駆動信号を供給するためのフレキシブルケーブル（図示せず）とから概略構成される。上記の圧電振動子７は、圧力発生素子の一種であって電気機械変換素子の一種であり、振動子電位に応じて変形する。本実施形態における圧電振動子７は、例えば、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型（縦振動モード）の圧電振動子である。各圧電振動子７は、固定板８に対して所謂片持ち梁の状態で接合されている。そして、各圧電振動子７において、固定板８の縁よりも外側に突出した自由端部が、振動子電位に応じて積層方向とほぼ直交する方向に伸縮する。上記の固定板８は、厚さが１ミリ程度の板状部材であり、伸縮時において生じる圧電振動子７からの反力を受け止める部材である。本実施形態では、この固定板８を、金属材料の一種であるステンレスによって作製している。また、この固定板８の背面、即ち、振動子接合面とは反対側の表面は、収納空部５を区画するケース２の内壁面２ｂに接着されている。従って、圧電振動子７からの反力は、固定板８を介してケース２に作用する。
【００２０】
次に、上記の流路ユニット４について説明する。この流路ユニット４は、流路形成基板１１の一方の面にノズルプレート１２を、流路形成基板１１の他方の面に弾性板１３を接合した構成である。そして、この流路ユニット４には、リザーバ１４と、インク供給口１５（本発明の液体供給口の一種）と、圧力室１６と、ノズル連通口１７と、ノズル開口１８とが設けられている。そして、これらの各部により、リザーバ１４からインク供給口１５、圧力室１６及びノズル連通口１７を経てノズル開口１８に至る一連の個別インク流路が、ノズル開口１８に対応する複数形成されている。
【００２１】
上記の流路形成基板１１は、圧力室１６となる圧力室空部２１、及び、供給連通路２２の一部となる第１供給連通空部２３（図３（ｂ）参照）が形成された圧力室形成プレート２４と、ノズル連通口１７の一部となる第１連通口空部２５、及び、リザーバ１４となるリザーバ空部２６が形成されたリザーバプレート２７と、ノズル連通口１７の一部となる第２連通口空部２８、インク供給口１５、及び、供給連通路２２の一部となる第２供給連通空部２９（図３（ｃ）参照）が形成された供給口プレート３０とからなる３枚構成である。ここで、上記の圧力室形成プレート２４は本発明における第１プレートの一種であり、リザーバプレート２７は本発明における第２プレートの一種である。また、供給口プレート３０は本発明における第３プレートの一種である。
【００２２】
そして、これらのプレート同士を厚さ方向に積層して接着することで、流路形成基板１１が作製されている。本実施形態では、圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７を金属板の一種である純ニッケルの薄板（以下、単にニッケル板という。）によって構成している。また、供給口プレート３０を金属板の一種であるステンレス製の薄板によって構成している。なお、この流路形成基板１１については、後で詳細に説明する。
【００２３】
上記の弾性板１３は、図３（ａ）にも示すように、圧力室空部２１の開口面を封止するダイヤフラム部３３と、供給連通路２２の一部となる第３供給連通空部３４が形成された板状部材である。本実施形態の弾性板１３は、支持板３５と弾性体膜３６の積層構造である。具体的には、支持板３５として厚さ約３０μｍのステンレス板を用い、弾性体膜３６として厚さ約７μｍのＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を用いている。そして、支持板３５と弾性体膜３６との間にポリオレフィン等の接着層（ＡＤ層）を挟んで一体化して板状基板とし、エッチング処理を施す等によってダイヤフラム部３３を作製する。また、プレス加工（打ち抜き加工）等により、上記の第３供給連通空部３４を形成する。この第３供給連通空部３４は、その直径が上記インク供給路６の直径に揃えられると共に、このインク供給路６と連通する位置に設けられた円形の貫通口である。
【００２４】
上記のダイヤフラム部３３は、圧力室空部２１における開口面を封止する部分であり、圧力室１６の一部を区画している。このダイヤフラム部３３には、圧電振動子７の先端面が接合される島部３７と、この島部３７を囲うように設けられた薄肉弾性部３８とを設ける。そして、このダイヤフラム部３３は、島部３７となる部分が残るように支持板３５を部分的に除去することで作製される。
また、島部３７は、圧力室空部２１の開口形状よりも一回り小さいブロック状に作製される。例えば、島部３７の幅は圧力室空部２１の幅の約半分に、島部３７の長さは圧力室空部２１の長さの約半分に設定される。このような島部３７をダイヤフラム部３３の略中央に設けることで、弾性体膜３６からなる薄肉弾性部３８が島部３７を囲うように形成される。
【００２５】
次に、上記のノズルプレート１２について説明する。ノズルプレート１２は、複数のノズル開口１８を穿設した金属製の板状部材であり、本実施形態では薄手のステンレス板を用いている。このノズルプレート１２に穿設されたノズル開口１８は、図２にその一部を示すように、ドット形成密度に対応したピッチで複数列設されている。そして、１列に属する複数のノズル開口１８でノズル列（図示せず）を構成すると共に、このノズル列を横並びに複数列設けている。このノズルプレート１２は、流路形成基板１１の一方の表面、即ち、弾性板１３とは反対側の表面に接合される。この接合状態において、各ノズル開口１８は対応するノズル連通口１７に臨む。
【００２６】
上記構成の記録ヘッド１は、インク供給針（液体供給針の一種，図示せず。）からインク供給路６及び供給連通路２２を通ってリザーバ１４に至る共通インク流路（共通液体流路の一種）と、インク供給口１５から各ノズル開口１８に至る個別インク流路（本発明の液体流路の一種）とを有する。そして、インクカートリッジに貯留されたインクは、インク供給針から導入され、共通インク流路を通った後にリザーバ１４に貯留される。また、リザーバ１４に貯留されたインクは、個別インク流路を通じてノズル開口１８から液滴として吐出される。
【００２７】
例えば、圧電振動子７を素子長手方向に収縮させると、ダイヤフラム部３３が振動子ユニット３側に引っ張られて圧力室１６が膨張する。この膨張により圧力室１６内が負圧化されるので、リザーバ１４に貯留されているインクがインク供給口１５を通って圧力室１６内に流入する。その後、圧電振動子７を素子長手方向に伸張させると、ダイヤフラム部３３が流路形成基板１１側に押されて圧力室１６が収縮する。この収縮により、圧力室１６内のインク圧力が上昇し、対応するノズル開口１８からインク滴が吐出される。
【００２８】
次に、上記の流路形成基板１１について詳細に説明する。上記したように、流路形成基板１１は、圧力室形成プレート２４（本発明の第１プレートの一種）と、リザーバプレート２７（本発明の第２プレートの一種）と、供給口プレート３０（本発明の第３プレートの一種）とからなる３枚構成であり、圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７との間に供給口プレート３０を挟み、各プレートを積層状態で接着することで作製されている。
【００２９】
本実施形態では、図２に示すように、圧力室形成プレート２４をニッケル板によって構成すると共に、符号ｔ２４で示す厚さを８０μｍ程度としている。また、リザーバプレート２７についてもニッケル板によって構成すると共に、符号ｔ２７で示す厚さを２００μｍ程度としている。一方、供給口プレート３０については、ステンレス板によって構成すると共に、符号ｔ３０で示す厚さを６０μｍ程度としている。
【００３０】
圧力室形成プレート２４に設けられた圧力室空部２１は、図３（ｂ）に示すように、ノズル列方向とは直交する方向に細長い矩形状（つまり、長方形状）の貫通口であり、プレス加工（打ち抜き加工）によって作製されている。本実施形態では、符号Ｌ２１で示す長さが８００μｍであり、符号Ｗ２１で示す幅が１１５μｍの矩形状開口によって構成されている。そして、この圧力室空部２１を幅方向、即ち、ノズル列方向に並べて設けている。また、この圧力室形成プレート２４に設けられた第１供給連通空部２３は、上記の第３供給連通空部３４と同様に、プレス加工等により開設された円形の貫通口である。そして、この第１供給連通空部２３もまた、その直径が上記インク供給路６の直径に揃えられており、その形成位置は第３供給連通空部３４と連通可能な位置とされている。
【００３１】
リザーバプレート２７に設けられた第１連通口空部２５もまた、プレス加工（打ち抜き加工）によって作製されている。この第１連通口空部２５は、図３（ｄ）に示すように、ノズル列方向とは直交する方向に細長い矩形状（つまり、長方形状）の貫通口である。本実施形態では、符号Ｌ２５で示す長さが１５０μｍであり、符号Ｗ２５で示す幅が８５μｍの矩形状開口によって構成されている。そして、上記のノズル開口１８は、流路ユニット４に組み立てられた状態で、対応する第１連通口空部２５内に臨む。
また、このリザーバプレート２７に設けられたリザーバ空部２６もまた、プレス加工（打ち抜き加工）によって作製され、ノズル列方向に延設された貫通口である。このリザーバ空部２６は、例えば略台形状に形成される。本実施形態では、この台形状の圧力室空部２１における下底側の辺（圧力室空部２１側の辺）から上底側の辺（供給連通路２２側の辺）までの間隔Ｌ２６を、インク供給口１５の外側端部から供給連通路２２の外側端部までの間隔Ｌ３０よりも長く設定し、流路ユニット４に組み立てた状態で、これらのインク供給口１５と供給連通路２２とがリザーバ１４内に臨むようにしている。
【００３２】
供給口プレート３０に設けられた第２連通口空部２８もまた、プレス加工（打ち抜き加工）によって作製されており、図３（ｃ）に示すように矩形状（つまり、長方形状）の貫通口である。本実施形態では、符号Ｌ２８で示す長さが１５０μｍであり、符号Ｗ２８で示す幅が１００μｍの矩形状開口によって構成されている。即ち、圧力室空部２１、第１連通口空部２５、及び、第２連通口空部２８の幅Ｗ２１，Ｗ２５，Ｗ２８に関し、圧力室空部２１の幅Ｗ２１が一番広く、第２連通口空部２８の幅Ｗ２８が２番目に広い。そして、第１連通口空部２５の幅Ｗ２５が最も狭く設定されている。換言すれば、インク流路の下流側に向かう程に流路の開口が狭くなっている。このように構成すると、インクを円滑に流すことができる。また、各プレート同士を接着する際において、多少の位置ズレであればそれを吸収することができる。即ち、インク滴の吐出特性に悪影響を与えずに済む。
【００３３】
また、この供給口プレート３０に設けられたインク供給口１５は、プレス加工等によって開設された円形の貫通口である。そして、このインク供給口１５は、リザーバ１４側の下半部分がストレート部として構成され、圧力室１６側の上半部分が圧力室１６側に向けて拡開するテーパー部として構成されている。このインク供給口１５は、圧力室１６内におけるインクの固有振動周期に影響を与えるので、高い寸法精度が要求される。このため、インク供給口１５を作製するにあたっては、ポンチを素材プレートの厚さ方向の途中まで押し込んで凹部を形成し、その後、素材プレートにおけるストレート部側の面を研磨することで凹部を貫通させている。この方法によれば、インク供給口１５を高い寸法精度で容易に作成することができる。
【００３４】
さらに、この供給口プレート３０に設けられた第２供給連通空部２９は、上記の第１供給連通空部２３や第３供給連通空部３４と同様に、プレス加工等により開設された円形の貫通口である。そして、この第２供給連通空部２９もまた、その直径が上記インク供給路６の直径に揃えられており、その形成位置は第１供給連通空部２３と連通可能な位置とされる。
【００３５】
この他に、供給口プレート３０には、リザーバ空部２６の一面を封止するコンプライアンス部３９を設けている。このコンプライアンス部３９は、供給口プレート３０における他の部分よりも薄肉に構成されており、リザーバ１４に貯留されたインクの圧力変動に応じて変形する部分である。また、このコンプライアンス部３９（薄肉部）の面積、即ち変形量は、圧力室の長さに関係なくリザーバ幅を大きく設定することで、十分に確保できる。その結果、このコンプライアンス部３９の変形によって、リザーバ１４に貯留されたインクの圧力変動を吸収することができる。
なお、流路ユニット４に組み立てられた状態では、図４に示すように、コンプライアンス部３９と圧力室形成プレート２４との間に、コンプライアンス部３９の変形を許容するための逃げ空間が形成される。この逃げ空間は、プレートの面方向に沿って連続的に形成され、端部で大気開放されている。
【００３６】
このように、流路形成基板１１を圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７と供給口プレート３０の３枚構成にしたのは、圧力室空部２１、連通口空部２５，２８、インク供給口１５、及び、供給連通路２３，２９を凹凸のない素材プレートに対する打ち抜き加工によって容易に作製するためである。
【００３７】
即ち、ポンチを板厚方向に打ち抜くことによって圧力室空部２１等が作製される。このため、ポンチに掛かる負荷に関しては、ポンチを板厚方向の途中まで押し込んで加工する場合よりも軽減される。即ち、ポンチを押し込んで加工する場合、このポンチには素材プレートからの反力が比較的長時間に亘って加わる。一方、ポンチを板厚方向に打ち抜いた場合、ポンチには瞬間的に大きな荷重が加わるが、素材プレートの破断によって極く短時間で解放される。従って、ポンチを板厚方向の途中まで押し込んで加工するよりも小さい形状の圧力室空部２１等を形成できる。さらに、圧力室空部２１とリザーバ空部２６とをインク供給口１５によって連通する構成としているので、圧力室空部２１（圧力室１６）は、インク滴の吐出量に応じた最小限の容積で足りる。
【００３８】
このため、圧力室内に生じる固有周期の圧力振動に関し、その振動周期を可及的に短くすることができる。これにより、インク滴の吐出周波数を高めても、圧力振動に同期させて吐出させることができ、インク滴の量や飛行速度等を安定化することができる。
【００３９】
例えば、圧力室１６における長手方向の長さを変化させ、この圧力室長さ以外の条件を揃えた記録ヘッド１同士を比較すると、図６に示す様な結果が得られる。この例では、圧力室長さ（圧力室空部２１の長さ）が１．０ｍｍの記録ヘッド１において、駆動周波数が４０ｋＨｚを越えた領域に固有振動Ｔｃ（インク量変動曲線）のボトムが現れる。このため、当該領域においては、圧力室１６内のインクの圧力変動に対するメニスカスの応答が不十分となり、インク滴の吐出量が減少してしまう。従って、この場合には、最大駆動周波数としては３８ｋＨｚ程度となってしまう。一方、圧力室長さが０．８ｍｍの記録ヘッド１においては、駆動周波数を圧電振動子７の許容上限である４２ｋＨｚに設定しても固有振動Ｔｃのボトムにはあたらない。このため、最大駆動周波数として４２ｋＨｚを設定することができる。
【００４０】
さらに、この打ち抜き加工は容易であるため大量生産に適する。さらに、打ち抜き時においてポンチに偏加重などの無用な応力がかかり難くなるので、ポンチ折れ等の不具合を防止することもできる。さらに、各部の開口形状を矩形や円形等の単純な形状とできるので、この点でもポンチ折れ等の不具合を防止できる。
【００４１】
また、流路形成基板１１を上記の３枚構成にしたことにより、圧力室空部２１の深さは圧力室形成プレート２４の厚みｔ２４で規定される。このため、圧力室空部２１に関し、深さ方向の寸法精度を向上させることができる。さらに、素材プレート毎に打ち抜き加工（プレス加工）し、その後に接着するので、流路形成基板１１の厚さを、従来よりも厚くすることができる。これにより、流路ユニット４の剛性を高めることができ、インク滴の吐出特性を安定化することができる。これにより、圧力室１６からの押圧力に起因する流路ユニット４全体の変形を防止することができ、所謂クロストークを防止することができる。
【００４２】
また、圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７の素材としてニッケル板を選定した理由は、次の通りである。第１の理由は、展性に富んでいるからである。これは、圧力室形成プレート２４及びリザーバプレート２７を作製するにあたって打ち抜き加工を採用していることによる。即ち、これらのプレートに形成される圧力室空部２１や第１連通口空部２５等は、極めて微細な形状であり、且つ、高い寸法精度が要求される。そして、基板にニッケルを用いると、展性に富んでいることから打ち抜き加工であってもこれらの各部を高い寸法精度で形成することができる。
【００４３】
第２の理由は、防錆性に優れているからである。即ち、この種の記録ヘッド１１１では水性インクが好適に用いられているので、長期間に亘って水が接触しても錆び等の変質が生じないことが肝要である。その点、ニッケルは、ステンレスと同様に防錆性に優れており、錆び等の変質が生じ難い。
【００４４】
また、この流路ユニット４において、上記の供給口プレート３０、ノズルプレート１２、弾性板１３（支持板３５）がステンレス製であり、圧力室形成プレート２４及びリザーバプレート２７がニッケル製である。このように、ステンレスとニッケルの組み合わせを選んだのは、ステンレスとニッケルは、その線膨張係数がほぼ等しいからである。即ち、これらの各プレートを加熱接着した際において、各プレートは均等に膨張するため、線膨張係数の違いに起因する反り等の機械的ストレスが発生し難い。その結果、高温で接着したとしても各部材を支障なく接着することができる。
【００４５】
なお、本願実施形態では、流路形成基板１１に関し、圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７に純ニッケルを、供給口プレート３０にステンレスを用いたが、この種の金属に限られず、上記した各要件、即ち、線膨張係数の要件、防錆性の要件、及び、展性の要件を満たすならば、ニッケルやステンレス以外の金属で構成してもよい。
【００４６】
そして、これらの圧力室形成プレート２４、リザーバプレート２７、及び、供給口プレート３０は、上記したように、圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７との間に供給口プレート３０を挟んだ状態で接着される。このとき、図４に符号Ｓで示すように、リザーバ空部２６の一部分が圧力室空部２１のインク供給側の先端（即ち、最も端の位置）よりも圧力室長手方向の内側に配置されるように、圧力室形成プレート２４とリザーバプレート２７を配置する。そして、圧力室空部２１におけるインク供給側の端部（即ち、先端から少し手前までの範囲）とリザーバ空部２６とを供給口プレート３０のインク供給口１５によって連通する。
【００４７】
このように構成すると、リザーバ空部２６の開口面の一方がノズルプレート１２によって封止され、他方が供給口プレート３０によって封止される。このため、圧力室形成プレート２４における圧力室空部２１よりも外側の部分、即ち、圧力室長手方向の外側部分については、溝部や貫通口を形成しない厚肉部とすることができる。そして、弾性板１３はこの厚肉部の表面に接着されるので、ケース先端面２ａと弾性板１３の接着面積を広げることができ、ケース２と流路ユニット４とを強固に接着できる。また、流路ユニット４におけるケース２との接着部分について、剛性を高めることができる。その結果、流路ユニット４が変形し難くなってクロストークの発生を防止でき、インク滴の量や飛行速度といった吐出特性を安定化させることができる。
【００４８】
また、圧力室空部２１とリザーバ空部２６とが圧力室長手方向に対して部分的に重畳しているので、流路ユニット４に関し、圧力室長手方向の長さを従来よりも短くすることができる。これにより、記録ヘッド１の小型化も図れる。
【００４９】
また、この構成では、図５にも示すように、上記のコンプライアンス部３９が流路ユニット４の内部、即ち、厚さ方向の途中に設けられる。言い換えれば、コンプライアンス部３９を、圧力室形成プレート２４の厚肉部分で覆って保護している。また、コンプライアンス部（薄肉部）３９は、圧力室の長さに拘わらず、リザーバ１４の幅（例えば、ノズル列方向の幅）を必要十分な大きさに設定することで十分な面積が確保できる。このように、薄肉のコンプライアンス部３９が流路ユニット４の表面に露出していないので、このコンプライアンス部３９が破損し難い。その結果、コンプライアンス部３９を極めて薄く構成できると共に十分な変形量が確保できる。
【００５０】
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に基づいて種々の変形が可能である。
【００５１】
例えば、圧力発生素子に関し、上記実施形態では、所謂縦振動モードの圧電振動子７を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、所謂撓み振動モードの圧電振動子を用いてもよいし、静電アクチュエータを用いてもよい。
【００５２】
また、リザーバ空部２６の配置に関し、リザーバ空部２６の開口全体を圧力室空部２１の長さ範囲内（図３（ｂ）に符号Ｌ２１で示す範囲内）に収めてもよい。このように構成すると、記録ヘッド１の小型化の面で有利である。
【００５３】
なお、本発明は、プリンタに限らず、プロッタ、ファクシミリ装置、コピー機等、各種の記録装置に用いる記録ヘッドにも適用可能である。
また、本発明は、記録装置以外の液体噴射装置に用いる液体噴射ヘッドにも適用できる。例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタを製造するディスプレー製造装置，有機ＥＬディスプレーやＦＥＤ等の電極を形成する電極製造装置，バイオチップを製造するチップ製造装置，極く少量の試料溶液を正確な量供給するマイクロピペット用の液体噴射ヘッドにも適用することができる。
そして、ディスプレー製造装置では、色材噴射ヘッドから少なくともＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を吐出する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を吐出する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を吐出する。
【図面の簡単な説明】
【図１】記録ヘッドの構造を説明する断面図である。
【図２】圧力室とノズル連通口の関係を説明する部分拡大断面図である。
【図３】（ａ）は弾性板の構成を説明する部分拡大図、（ｂ）は圧力室形成プレートの構成を説明する部分拡大図、（ｃ）は供給口プレートの構成を説明する部分拡大図、（ｄ）はリザーバプレートの構成を説明する部分拡大図である。
【図４】リザーバ近傍を説明する部分拡大断面図である。
【図５】コンプライアンス部近傍を説明する部分拡大図である。
【図６】圧力室長さとインク量の関係を説明する図である。
【符号の説明】
１…記録ヘッド，２…ケース，３…振動子ユニット，４…流路ユニット，５…収納空部，６…インク供給路，７…圧電振動子，８…固定板，１１…流路形成基板，１２…ノズルプレート，１３…弾性板，１４…リザーバ，１５…インク供給口，１６…圧力室，１７…ノズル連通口，１８…ノズル開口，２１…圧力室空部，２２…供給連通路，２３…第１供給連通空部，２４…圧力室形成プレート，２５…第１連通口空部，２６…リザーバ空部，２７…リザーバプレート，２８…第２連通口空部，２９…第２供給連通空部，３０…供給口プレート，３３…ダイヤフラム部，３４…第３供給連通空部，３５…支持板，３６…弾性体膜，３７…島部，３８…薄肉弾性部，３９…コンプライアンス部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid ejecting head capable of discharging various liquids, and a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head. In particular, a pressure chamber empty portion serving as a pressure chamber, a communication port empty portion serving as a nozzle communication port, and the like are provided. The present invention relates to a device having a formed flow path forming substrate.
[0002]
[Prior art]
Various liquid ejecting heads capable of ejecting liquid in the form of liquid droplets have been proposed. For example, an ink jet recording head used for an image recording apparatus such as a printer, a color material ejection head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an organic EL (Electro Luminescence) display, and an electrode formation such as a FED (surface emitting display). There has been proposed an electrode material ejecting head used for the above, and a biological organic matter ejecting head used for producing a biochip (biochemical element).
[0003]
Since such a liquid ejecting head can discharge a very small amount of liquid at a pl (picoliter) level, extremely high dimensional accuracy is required for the pressure chamber and the nozzle communication port. From this viewpoint, a silicon wafer is used for the flow path forming substrate having the pressure chamber vacant space serving as the pressure chamber and the communication port vacancy serving as the nozzle communication port, and the pressure chamber vacant space and the communication port space are formed by anisotropic etching. Parts and the like are provided. However, the number of flow path forming substrates that can be manufactured from one silicon wafer is limited, and mass production of flow path forming substrates is disadvantageous in terms of cost and work efficiency. In addition, since the silicon wafer is a fixed type, there is a problem that it is difficult to increase the size of the flow path forming substrate.
[0004]
In order to solve such a problem, attempts have been made to produce a flow path forming substrate by pressing a metal plate. For example, a method has been adopted in which a punch is pressed halfway in the thickness direction to create a pressure chamber space, and then a communication opening is formed by laser processing or the like (for example, see Patent Document 1). .
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-263799 (pages 6-8, FIGS. 12-14)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the liquid ejecting head described in the above publication, a pressure chamber vacant space serving as a pressure chamber is formed as a concave groove on the surface of the flow path forming substrate, and a supply groove serving as a liquid supply port is formed as a concave groove on the surface of the flow path forming substrate. Is formed. Further, the reservoir vacant space serving as a reservoir is formed as a through hole penetrating in the thickness direction, and one opening surface is sealed by an elastic plate and the other opening surface is sealed by a nozzle plate. The sealing portion of the reservoir vacant portion of the elastic plate is configured as a compliance portion (thin portion) made of an elastic film, and absorbs pressure fluctuations of the liquid stored in the reservoir.
[0007]
In this type of liquid ejecting head, there is a strong demand for high-frequency ejection of liquid droplets. This is because if droplets can be ejected at a high frequency, the amount of droplets that can be ejected per unit time can be increased, and processing can be shortened. Here, in order to realize high-frequency ejection of droplets, it is important to shorten the natural oscillation period of the liquid pressure in the pressure chamber as much as possible. This is because the ejection timing of the droplet is determined depending on the natural oscillation period. That is, by discharging droplets at each timing specified by the natural oscillation period, a constant amount of droplets can be discharged at a constant speed.
[0008]
This natural oscillation period varies depending on the length of the pressure chamber. If the cross-sectional area is the same, the shorter the length of the pressure chamber, the shorter the natural oscillation period. Since the size of the cross-sectional area is naturally determined for the purpose of discharging droplets, it is necessary to shorten the length of the pressure chamber in order to shorten the natural oscillation period.
However, in the above-described liquid ejecting head, the punch is pushed halfway in the thickness direction to form the concave portion, so that the load applied to the punch becomes excessively large. For this reason, there is a limit in manufacturing technology to reduce the size of the pressure chamber, and it has been difficult to shorten the natural oscillation period.
[0009]
In this type of liquid ejecting head, it is also important to stabilize the ejection characteristics of droplets (for example, the amount of droplets and the flying speed). In particular, the so-called crosstalk is prevented from occurring, and the ejection characteristics of the droplets are made uniform between when the droplets are ejected from all of the plurality of nozzle openings and when the droplets are ejected from some of the nozzle openings. Is required.
However, the above-described liquid ejecting head has a configuration in which the reservoir empty portion is formed as a through hole, and one surface of the reservoir empty portion is sealed with an elastic plate. For this reason, the bonding area between the case and the channel unit is reduced, and the rigidity at the bonding portion is insufficient because the channel forming substrate is made of a metal softer than the silicon wafer. Then, since the bonded portion becomes a point of application of a force generated when the pressure generating element is deformed, if the bonding area is insufficient, the flow path forming substrate is deformed, and crosstalk occurs.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to enable droplets to be stably ejected at a higher frequency, and to structurally prevent the occurrence of crosstalk, An object of the present invention is to stabilize the droplet discharge characteristics.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been proposed in order to achieve the above object, and an elastic plate is bonded to one surface of a flow path forming substrate, and a nozzle plate is bonded to the other surface, so that a liquid supply port from a reservoir, A flow path unit provided with a series of liquid flow paths that reach the nozzle opening through the pressure chamber and the nozzle communication port, and a case in which the flow path unit is joined to the distal end surface and the pressure generating element is housed inside. Prepare
In the liquid ejecting head that changes the volume of the pressure chamber by partially displacing the elastic plate by the pressure generating element,
The flow path forming substrate includes a metal first plate provided with a long and narrow pressure chamber cavity serving as the pressure chamber as a through-hole formed by pressing, a first communication port cavity serving as a part of the nozzle communication port, and A metal second plate provided with a reservoir vacant space serving as the reservoir as a through-hole formed by press working, and a second communication port vacant space serving as a part of the nozzle communication port and the liquid supply port penetrating in the thickness direction. And a third plate provided as a through hole for
The first plate and the second plate are arranged such that at least a part of the reservoir empty portion is disposed inside the pressure chamber empty portion in the longitudinal direction of the pressure chamber with respect to the liquid supply side end of the pressure chamber empty portion, and Each plate is adhered with a third plate interposed between one plate and the second plate, and an end of the pressure chamber empty portion on the liquid supply side and the reservoir empty portion are communicated by the liquid supply port. It is characterized.
In addition, the "tip" means the position of the end, and the "end" means the region on the end side.
[0012]
According to the present invention, the pressure chamber cavity is formed by punching the punch in the thickness direction. For this reason, the load applied to the punch is reduced as compared with the case where the punch is pressed halfway in the thickness direction and processed. That is, when the punch is pressed and processed, a reaction force from the material plate is applied to the punch for a relatively long time. On the other hand, when the punch is punched in the thickness direction, a large load is momentarily applied to the punch, but the punch is released in a very short time due to breakage of the material plate. Therefore, it is possible to form a pressure chamber space having a smaller shape than when the punch is pressed halfway in the plate thickness direction and processed. For this reason, with respect to the pressure vibration having the natural period generated inside the pressure chamber, the vibration period can be shortened as much as possible. Thereby, even if the droplet is ejected at a high frequency, the amount of the droplet, the flying speed, and the like can be stabilized.
[0013]
Further, according to the present invention, the reservoir empty portion is provided in the second plate, and the opening surface of the reservoir empty portion is sealed by the third plate and the nozzle plate. (I.e., the outer portion in the longitudinal direction of the pressure chamber) can be a thick portion in which a groove or a through hole is not formed. And since an elastic board is joined to the surface of this thick part, the adhesion area of a case tip face, an elastic board, and a thick part can be enlarged. Thereby, each part can be firmly bonded and the rigidity of the bonding part on the side of the flow path unit can be increased. As a result, the flow channel unit is less likely to be deformed, crosstalk can be prevented from occurring, and the discharge characteristics of the droplets can be stabilized.
[0014]
In the above invention, regarding the third plate, it is preferable that a sealing portion of the reservoir empty portion is configured as a thinner compliance portion than other portions.
According to the present invention, since the compliance section is provided, it is possible to efficiently absorb the pressure fluctuation of the liquid accompanying the flow into the reservoir. Further, since the compliance portion is provided inside the flow channel unit and is not exposed on the surface of the flow channel unit, even if the compliance portion is configured to be extremely thin, it is hard to be damaged.
[0015]
In the above invention, it is preferable that the third plate is made of a metal plate material, and the second communication hole and the liquid supply port are provided as through holes by press working. Further, it is preferable that the first plate and the second plate are formed of at least a nickel plate, and the third plate is formed of at least a stainless plate.
According to these inventions, since each part is formed by press working, productivity is improved and it is suitable for mass production. In addition, since the first plate and the second plate are made of a plate material made of nickel having good malleability, even a relatively large opening can be made with high dimensional accuracy. In addition, since the third plate is made of a stainless steel plate material having properties such as linear expansion coefficient close to nickel, deformation such as warpage hardly occurs even when the plates are heated at the time of joining. Therefore, the reliability of the head can be improved.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an ink jet recording head (hereinafter, simply referred to as a recording head), which is a type of a liquid ejecting head, will be described as an example.
[0017]
The recording head records characters, images, and the like on the surface of recording paper (a type of landing target) by discharging liquid ink (a type of the liquid of the present invention). The recording head 1 illustrated in FIG. 1 is schematically constituted by a case 2, a vibrator unit 3 housed in the case 2, a flow path unit 4 joined to a front end surface of the case 2, and the like.
[0018]
The case 2 is, for example, a block-shaped member molded of a thermosetting resin such as an epoxy resin. Here, the case 2 is molded from a thermosetting resin because the thermosetting resin has a higher mechanical strength than a general resin and has a linear expansion coefficient higher than that of a general resin. This is because the deformation due to a change in ambient temperature is small. The case 2 includes a storage space 5 in which the vibrator unit 3 can be stored and an ink supply path 6 (a type of liquid supply path) for guiding ink supplied from outside the head. It is provided in a state where it penetrates in the vertical direction. Further, the front end surface 2a of the case 2 functions as an adhesive surface for adhering the flow path unit 4.
[0019]
The vibrator unit 3 includes a vibrator group including a plurality of piezoelectric vibrators 7, a fixed plate 8 to which the vibrator group is joined, and a flexible cable (supplied with a drive signal to the vibrator group). (Not shown). The above-described piezoelectric vibrator 7 is a kind of a pressure generating element and a kind of an electromechanical transducer, and is deformed according to a vibrator potential. The piezoelectric vibrator 7 in the present embodiment is, for example, a laminated (longitudinal vibration mode) piezoelectric vibrator manufactured by cutting a piezoelectric plate in which piezoelectric layers and electrode layers are alternately laminated in a comb-tooth shape. . Each piezoelectric vibrator 7 is joined to the fixed plate 8 in a so-called cantilever state. In each piezoelectric vibrator 7, the free end protruding outside the edge of the fixed plate 8 expands and contracts in a direction substantially orthogonal to the laminating direction according to the vibrator potential. The fixing plate 8 is a plate-like member having a thickness of about 1 mm, and is a member for receiving a reaction force from the piezoelectric vibrator 7 generated during expansion and contraction. In the present embodiment, the fixing plate 8 is made of stainless steel, which is a kind of metal material. Further, the back surface of the fixed plate 8, that is, the surface opposite to the vibrator bonding surface is bonded to the inner wall surface 2 b of the case 2 that defines the storage space 5. Therefore, the reaction force from the piezoelectric vibrator 7 acts on the case 2 via the fixing plate 8.
[0020]
Next, the flow channel unit 4 will be described. The flow channel unit 4 has a configuration in which a nozzle plate 12 is bonded to one surface of a flow channel forming substrate 11 and an elastic plate 13 is bonded to the other surface of the flow channel forming substrate 11. The flow path unit 4 is provided with a reservoir 14, an ink supply port 15 (a type of liquid supply port of the present invention), a pressure chamber 16, a nozzle communication port 17, and a nozzle opening 18. . A plurality of individual ink flow paths from the reservoir 14 through the ink supply port 15, the pressure chamber 16, and the nozzle communication port 17 to the nozzle opening 18 are formed corresponding to the nozzle opening 18.
[0021]
The flow path forming substrate 11 has a pressure chamber vacant space 21 serving as the pressure chamber 16 and a first supply communication vacant space 23 (see FIG. 3B) serving as a part of the supply communication passage 22. A pressure chamber forming plate 24, a first communication port space 25 serving as a part of the nozzle communication port 17, and a reservoir plate 27 in which a reservoir space 26 serving as the reservoir 14 is formed, and a part of the nozzle communication port 17 And a supply port plate 30 in which a second supply port vacant space 28, an ink supply port 15, and a second supply communication vacant port 29 (see FIG. 3C) which is a part of the supply communication path 22 are formed. This is a three-piece configuration. Here, the pressure chamber forming plate 24 is a kind of a first plate in the present invention, and the reservoir plate 27 is a kind of a second plate in the present invention. The supply port plate 30 is a kind of the third plate in the present invention.
[0022]
The flow path forming substrate 11 is manufactured by laminating and adhering these plates in the thickness direction. In the present embodiment, the pressure chamber forming plate 24 and the reservoir plate 27 are configured by a thin plate of pure nickel (hereinafter, simply referred to as a nickel plate) which is a kind of a metal plate. The supply port plate 30 is made of a stainless steel thin plate, which is a kind of metal plate. The flow channel forming substrate 11 will be described later in detail.
[0023]
As shown in FIG. 3A, the elastic plate 13 includes a diaphragm 33 that seals the opening surface of the pressure chamber space 21 and a third supply communication space that is a part of the supply communication passage 22. 34 is a plate-shaped member formed. The elastic plate 13 of the present embodiment has a laminated structure of a support plate 35 and an elastic film 36. Specifically, a stainless plate having a thickness of about 30 μm is used as the support plate 35, and PPS (polyphenylene sulfide) having a thickness of about 7 μm is used as the elastic film 36. Then, an adhesive layer (AD layer) of polyolefin or the like is interposed between the support plate 35 and the elastic film 36 to be integrated into a plate-like substrate, and the diaphragm portion 33 is manufactured by performing an etching process or the like. In addition, the above-mentioned third supply communication space 34 is formed by press working (punching) or the like. The third supply communication space 34 is a circular through-hole whose diameter is equal to the diameter of the ink supply path 6 and which is provided at a position communicating with the ink supply path 6.
[0024]
The diaphragm portion 33 is a portion that seals an opening surface in the pressure chamber space 21 and partitions a part of the pressure chamber 16. The diaphragm portion 33 is provided with an island portion 37 to which the distal end surface of the piezoelectric vibrator 7 is joined, and a thin elastic portion 38 provided so as to surround the island portion 37. The diaphragm portion 33 is manufactured by partially removing the support plate 35 so that a portion serving as the island portion 37 remains.
The island portion 37 is formed in a block shape that is slightly smaller than the opening shape of the pressure chamber space 21. For example, the width of the island portion 37 is set to about half of the width of the pressure chamber empty portion 21, and the length of the island portion 37 is set to approximately half of the length of the pressure chamber empty portion 21. By providing such an island portion 37 at substantially the center of the diaphragm portion 33, a thin elastic portion 38 made of the elastic film 36 is formed so as to surround the island portion 37.
[0025]
Next, the nozzle plate 12 will be described. The nozzle plate 12 is a metal plate member having a plurality of nozzle openings 18 formed therein. In the present embodiment, a thin stainless steel plate is used. The nozzle openings 18 formed in the nozzle plate 12 are arranged in a plurality of rows at a pitch corresponding to the dot formation density, as shown in FIG. A plurality of nozzle openings 18 belonging to one row constitute a nozzle row (not shown), and a plurality of nozzle rows are provided side by side. The nozzle plate 12 is joined to one surface of the flow path forming substrate 11, that is, the surface opposite to the elastic plate 13. In this bonding state, each nozzle opening 18 faces the corresponding nozzle communication port 17.
[0026]
The recording head 1 having the above-described configuration includes a common ink flow path (a common liquid flow path) from an ink supply needle (a type of liquid supply needle, not shown) to the reservoir 14 through the ink supply path 6 and the supply communication path 22. And an individual ink flow path (a type of liquid flow path of the present invention) from the ink supply port 15 to each nozzle opening 18. Then, the ink stored in the ink cartridge is introduced from the ink supply needle, passes through the common ink channel, and is stored in the reservoir 14. Further, the ink stored in the reservoir 14 is ejected as droplets from the nozzle openings 18 through the individual ink flow paths.
[0027]
For example, when the piezoelectric vibrator 7 is contracted in the element longitudinal direction, the diaphragm 33 is pulled toward the vibrator unit 3 and the pressure chamber 16 expands. Since the pressure inside the pressure chamber 16 is reduced by this expansion, the ink stored in the reservoir 14 flows into the pressure chamber 16 through the ink supply port 15. Thereafter, when the piezoelectric vibrator 7 is extended in the element longitudinal direction, the diaphragm 33 is pushed toward the flow path forming substrate 11 and the pressure chamber 16 contracts. Due to this contraction, the ink pressure in the pressure chamber 16 increases, and an ink droplet is ejected from the corresponding nozzle opening 18.
[0028]
Next, the flow path forming substrate 11 will be described in detail. As described above, the flow path forming substrate 11 includes the pressure chamber forming plate 24 (a type of the first plate of the present invention), the reservoir plate 27 (a type of the second plate of the present invention), and the supply port plate 30 (the type of the second plate of the present invention). (A third plate of the invention), which is manufactured by sandwiching the supply port plate 30 between the pressure chamber forming plate 24 and the reservoir plate 27 and bonding the plates in a laminated state. I have.
[0029]
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the pressure chamber forming plate 24 is formed of a nickel plate, and the thickness indicated by reference numeral t24 is about 80 μm. Further, the reservoir plate 27 is also made of a nickel plate, and has a thickness indicated by reference numeral t27 of about 200 μm. On the other hand, the supply port plate 30 is made of a stainless steel plate, and has a thickness indicated by a symbol t30 of about 60 μm.
[0030]
As shown in FIG. 3 (b), the pressure chamber vacant space 21 provided in the pressure chamber forming plate 24 is a rectangular (i.e., rectangular) through hole that is elongated in a direction orthogonal to the nozzle row direction. It is manufactured by pressing (punching). In the present embodiment, the length is represented by a symbol L21 is 800 μm, and the width is represented by a symbol W21 and is 115 μm in width. The pressure chamber cavities 21 are arranged in the width direction, that is, in the nozzle row direction. Further, the first supply communication space 23 provided in the pressure chamber forming plate 24 is a circular through hole opened by press working or the like, like the third supply communication space 34 described above. The diameter of the first supply communication space 23 is also equal to the diameter of the ink supply passage 6, and the formation position is set to a position where it can communicate with the third supply communication space 34.
[0031]
The first communication port space 25 provided in the reservoir plate 27 is also formed by press working (punching). As shown in FIG. 3D, the first communication port space 25 is a rectangular (i.e., rectangular) through hole that is elongated in a direction orthogonal to the nozzle row direction. In the present embodiment, the length is represented by reference numeral L25 is 150 μm, and the width is represented by reference numeral W25 is 85 μm, and is constituted by a rectangular opening. Then, the nozzle opening 18 faces the corresponding first communication port space 25 in a state where the nozzle opening 18 is assembled to the flow path unit 4.
In addition, the reservoir vacant space 26 provided in the reservoir plate 27 is also a through hole formed by press working (punching) and extending in the nozzle row direction. The reservoir space 26 is formed, for example, in a substantially trapezoidal shape. In the present embodiment, the distance L26 from the lower bottom side (the side closer to the pressure chamber void 21) to the upper bottom side (the side closer to the supply communication passage 22) of the trapezoidal pressure chamber space 21 is defined as The distance between the outer end of the ink supply port 15 and the outer end of the supply communication path 22 is set to be longer than L30, and when the ink supply port 15 and the supply communication path 22 Faces the reservoir 14.
[0032]
The second communication port space 28 provided in the supply port plate 30 is also formed by press working (punching), and has a rectangular (ie, rectangular) through hole as shown in FIG. It is. In the present embodiment, the length is represented by reference numeral L28 is 150 μm, and the width is represented by reference numeral W28 is formed of a rectangular opening having a width of 100 μm. That is, regarding the widths W21, W25, and W28 of the pressure chamber vacant space 21, the first communication port vacant space 25, and the second communication port vacant space 28, the width W21 of the pressure chamber vacant space 21 is the widest, and the second communication The width W28 of the mouth space 28 is the second largest. Further, the width W25 of the first communication opening portion 25 is set to be the narrowest. In other words, the opening of the flow path becomes narrower toward the downstream side of the ink flow path. With this configuration, the ink can flow smoothly. Further, when the plates are bonded to each other, a slight displacement can be absorbed. That is, there is no need to adversely affect the ejection characteristics of the ink droplets.
[0033]
Further, the ink supply port 15 provided in the supply port plate 30 is a circular through-hole opened by press working or the like. In the ink supply port 15, the lower half of the reservoir 14 side is configured as a straight portion, and the upper half of the pressure chamber 16 is configured as a tapered portion that expands toward the pressure chamber 16 side. Since the ink supply port 15 affects the natural oscillation period of the ink in the pressure chamber 16, high dimensional accuracy is required. For this reason, when manufacturing the ink supply port 15, the punch is pressed halfway in the thickness direction of the material plate to form a concave portion, and then the surface of the material plate on the straight portion side is polished to penetrate the concave portion. ing. According to this method, the ink supply port 15 can be easily formed with high dimensional accuracy.
[0034]
Further, like the first supply communication air gap 23 and the third supply communication air gap 34, the second supply communication air gap 29 provided in the supply port plate 30 has a circular shape formed by press working or the like. It is a through hole. The diameter of the second supply communication space 29 is also equal to the diameter of the ink supply passage 6, and the formation position thereof is set to a position where it can communicate with the first supply communication space 23.
[0035]
In addition, the supply port plate 30 is provided with a compliance section 39 for sealing one surface of the reservoir empty space 26. The compliance section 39 is configured to be thinner than other portions of the supply port plate 30, and is a section that is deformed according to the pressure fluctuation of the ink stored in the reservoir 14. Further, the area of the compliance portion 39 (thin portion), that is, the deformation amount can be sufficiently ensured by setting the reservoir width large regardless of the length of the pressure chamber. As a result, the deformation of the compliance section 39 can absorb the pressure fluctuation of the ink stored in the reservoir 14.
In the assembled state in the flow path unit 4, as shown in FIG. 4, an escape space is formed between the compliance part 39 and the pressure chamber forming plate 24 to allow the compliance part 39 to be deformed. . The escape space is formed continuously along the surface direction of the plate, and is open to the atmosphere at the end.
[0036]
As described above, the flow path forming substrate 11 has the three-layer structure of the pressure chamber forming plate 24, the reservoir plate 27, and the supply port plate 30 because the pressure chamber empty portion 21, the communication port empty portions 25 and 28, the ink supply port. 15, and the supply communication passages 23 and 29 are easily formed by punching a material plate having no irregularities.
[0037]
That is, the pressure chamber empty portion 21 and the like are produced by punching the punch in the thickness direction. For this reason, the load applied to the punch is reduced as compared with the case where the punch is pushed halfway in the plate thickness direction. That is, when the punch is pressed and processed, a reaction force from the material plate is applied to the punch for a relatively long time. On the other hand, when the punch is punched in the thickness direction, a large load is momentarily applied to the punch, but the punch is released in a very short time due to the breakage of the material plate. Therefore, it is possible to form the pressure chamber space 21 and the like having a smaller shape than the case where the punch is pressed halfway in the thickness direction and processed. Further, since the pressure chamber vacant space 21 and the reservoir vacant space 26 are configured to communicate with each other through the ink supply port 15, the pressure chamber vacant space 21 (the pressure chamber 16) has a minimum volume corresponding to the ink droplet ejection amount. Is enough.
[0038]
For this reason, with respect to the pressure vibration having a natural period generated in the pressure chamber, the vibration period can be shortened as much as possible. Accordingly, even if the ejection frequency of the ink droplet is increased, the ink droplet can be ejected in synchronization with the pressure vibration, and the amount, flying speed, and the like of the ink droplet can be stabilized.
[0039]
For example, when the lengths of the pressure chambers 16 in the longitudinal direction are changed and the recording heads 1 having conditions other than the length of the pressure chambers are compared with each other, a result as shown in FIG. 6 is obtained. In this example, the bottom of the natural vibration Tc (ink amount variation curve) appears in a region where the drive frequency exceeds 40 kHz in the recording head 1 in which the length of the pressure chamber (the length of the pressure chamber space 21) is 1.0 mm. For this reason, in the region, the response of the meniscus to the pressure fluctuation of the ink in the pressure chamber 16 becomes insufficient, and the ejection amount of the ink droplet is reduced. Therefore, in this case, the maximum driving frequency is about 38 kHz. On the other hand, in the recording head 1 having a pressure chamber length of 0.8 mm, even if the driving frequency is set to the allowable upper limit of the piezoelectric vibrator 7 of 42 kHz, it does not reach the bottom of the natural vibration Tc. Therefore, 42 kHz can be set as the maximum driving frequency.
[0040]
Furthermore, since this punching process is easy, it is suitable for mass production. Further, since unnecessary stress such as partial load is hardly applied to the punch at the time of punching, problems such as breakage of the punch can be prevented. Further, since the opening shape of each part can be made a simple shape such as a rectangle or a circle, problems such as breakage of the punch can also be prevented in this regard.
[0041]
In addition, since the three flow path forming substrates 11 are configured as described above, the depth of the pressure chamber empty portion 21 is defined by the thickness t <b> 24 of the pressure chamber forming plate 24. Therefore, the dimensional accuracy in the depth direction of the pressure chamber space 21 can be improved. Furthermore, since the punching process (pressing process) is performed for each material plate, and thereafter bonding is performed, the thickness of the flow path forming substrate 11 can be made larger than before. Thereby, the rigidity of the flow path unit 4 can be increased, and the ejection characteristics of ink droplets can be stabilized. Thereby, deformation of the entire flow channel unit 4 due to the pressing force from the pressure chamber 16 can be prevented, and so-called crosstalk can be prevented.
[0042]
The reason why a nickel plate is selected as a material for the pressure chamber forming plate 24 and the reservoir plate 27 is as follows. The first reason is that it is highly malleable. This is due to the fact that a punching process is employed in manufacturing the pressure chamber forming plate 24 and the reservoir plate 27. That is, the pressure chamber vacant space 21 and the first communication port vacant space 25 formed in these plates have extremely fine shapes and high dimensional accuracy is required. When nickel is used for the substrate, these portions can be formed with high dimensional accuracy even in a punching process because of the excellent malleability.
[0043]
The second reason is that it is excellent in rust prevention. That is, since the water-based ink is suitably used in this type of recording head 111, it is important that no deterioration such as rust occurs even if water is in contact for a long period of time. In this respect, nickel is excellent in rust prevention like stainless steel, and hardly causes deterioration such as rust.
[0044]
In the flow path unit 4, the supply port plate 30, the nozzle plate 12, and the elastic plate 13 (support plate 35) are made of stainless steel, and the pressure chamber forming plate 24 and the reservoir plate 27 are made of nickel. The reason why the combination of stainless steel and nickel is selected is that stainless steel and nickel have almost the same linear expansion coefficient. That is, when these plates are heated and adhered, the plates expand evenly, so that mechanical stress such as warpage due to a difference in linear expansion coefficient hardly occurs. As a result, even if the members are bonded at a high temperature, the members can be bonded without any trouble.
[0045]
In the present embodiment, pure nickel is used for the pressure chamber forming plate 24 and the reservoir plate 27 and stainless steel is used for the supply port plate 30 with respect to the flow path forming substrate 11, but the present invention is not limited to this kind of metal. As long as the requirements, that is, the requirements for the coefficient of linear expansion, the requirements for rust prevention, and the requirements for malleability are satisfied, it may be made of a metal other than nickel or stainless steel.
[0046]
The pressure chamber forming plate 24, the reservoir plate 27, and the supply port plate 30 are bonded together with the supply port plate 30 sandwiched between the pressure chamber forming plate 24 and the reservoir plate 27, as described above. Is done. At this time, as shown by reference symbol S in FIG. 4, a part of the reservoir empty space 26 is disposed inside the pressure chamber empty space 21 in the longitudinal direction of the pressure chamber with respect to the ink supply side tip (ie, the end position). The pressure chamber forming plate 24 and the reservoir plate 27 are arranged so that the pressure chamber forming plate 24 and the reservoir plate 27 may be arranged. The ink supply side end of the pressure chamber empty portion 21 (that is, the range from the front end to a little before) and the reservoir empty portion 26 communicate with each other through the ink supply port 15 of the supply port plate 30.
[0047]
With this configuration, one of the opening surfaces of the reservoir empty space 26 is sealed by the nozzle plate 12, and the other is sealed by the supply port plate 30. For this reason, a portion outside the pressure chamber empty portion 21 in the pressure chamber forming plate 24, that is, an outer portion in the longitudinal direction of the pressure chamber can be a thick portion in which a groove or a through hole is not formed. Since the elastic plate 13 is bonded to the surface of the thick portion, the bonding area between the case tip surface 2a and the elastic plate 13 can be increased, and the case 2 and the flow path unit 4 can be firmly bonded. Further, the rigidity of the portion of the flow path unit 4 that is bonded to the case 2 can be increased. As a result, the flow path unit 4 is hardly deformed, so that the occurrence of crosstalk can be prevented, and the discharge characteristics such as the amount of the ink droplet and the flying speed can be stabilized.
[0048]
Further, since the pressure chamber space 21 and the reservoir space 26 partially overlap with each other in the longitudinal direction of the pressure chamber, the length of the flow chamber unit 4 in the longitudinal direction of the pressure chamber should be shorter than that of the related art. Can be. Thereby, the size of the recording head 1 can be reduced.
[0049]
Further, in this configuration, as shown in FIG. 5, the compliance section 39 is provided inside the flow path unit 4, that is, in the middle of the thickness direction. In other words, the compliance portion 39 is covered and protected by the thick portion of the pressure chamber forming plate 24. Further, the compliance section (thin section) 39 can secure a sufficient area by setting the width of the reservoir 14 (for example, the width in the nozzle row direction) to a necessary and sufficient size regardless of the length of the pressure chamber. . As described above, since the thin compliance portion 39 is not exposed on the surface of the flow path unit 4, the compliance portion 39 is not easily damaged. As a result, the compliance section 39 can be configured to be extremely thin, and a sufficient amount of deformation can be secured.
[0050]
By the way, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible based on the claims.
[0051]
For example, regarding the pressure generating element, in the above-described embodiment, the case where the so-called longitudinal vibration mode piezoelectric vibrator 7 is used has been described, but the present invention is not limited to this. For example, a piezoelectric vibrator in a so-called bending vibration mode may be used, or an electrostatic actuator may be used.
[0052]
Further, regarding the arrangement of the reservoir empty space 26, the entire opening of the reservoir empty space 26 may be accommodated within the length range of the pressure chamber empty space 21 (in the range indicated by reference numeral L21 in FIG. 3B). This configuration is advantageous in reducing the size of the recording head 1.
[0053]
The present invention is not limited to a printer, but can be applied to a recording head used in various recording apparatuses such as a plotter, a facsimile machine, and a copying machine.
Further, the present invention can be applied to a liquid ejecting head used in a liquid ejecting apparatus other than the recording apparatus. For example, a display manufacturing device that manufactures color filters such as liquid crystal displays, an electrode manufacturing device that forms electrodes such as organic EL displays and FEDs, a chip manufacturing device that manufactures biochips, and an accurate supply of a very small amount of sample solution The present invention can also be applied to a liquid jet head for a micropipette to be used.
In the display manufacturing apparatus, a solution of at least R (Red), G (Green), and B (Blue) color materials is discharged from the color material ejection head. In the electrode manufacturing apparatus, a liquid electrode material is discharged from an electrode material ejection head. In the chip manufacturing apparatus, a solution of a biological organic substance is discharged from a biological organic substance ejecting head.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a recording head.
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a relationship between a pressure chamber and a nozzle communication port.
3A is a partially enlarged view illustrating a configuration of an elastic plate, FIG. 3B is a partially enlarged view illustrating a configuration of a pressure chamber forming plate, and FIG. 3C is a partially enlarged view illustrating a configuration of a supply port plate. FIG. 2D is a partially enlarged view illustrating the configuration of the reservoir plate.
FIG. 4 is a partially enlarged sectional view illustrating the vicinity of a reservoir.
FIG. 5 is a partially enlarged view illustrating the vicinity of a compliance section.
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a pressure chamber length and an ink amount.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Recording head, 2 ... Case, 3 ... Vibrator unit, 4 ... Flow path unit, 5 ... Storage space part, 6 ... Ink supply path, 7 ... Piezoelectric vibrator, 8 ... Fixed plate, 11 ... Flow path forming substrate , 12 ... nozzle plate, 13 ... elastic plate, 14 ... reservoir, 15 ... ink supply port, 16 ... pressure chamber, 17 ... nozzle communication port, 18 ... nozzle opening, 21 ... pressure chamber empty part, 22 ... supply communication path, Reference numeral 23 denotes a first supply communication empty portion, 24 denotes a pressure chamber forming plate, 25 denotes a first communication opening empty portion, 26 denotes a reservoir empty portion, 27 denotes a reservoir plate, and 28 denotes a second communication opening empty portion, and 29 denotes a second supply. Communication empty part, 30 ... supply port plate, 33 ... diaphragm part, 34 ... third supply communication empty part, 35 ... support plate, 36 ... elastic film, 37 ... island part, 38 ... thin elastic part, 39 ... compliance part
