JP2007245394A - インクジェットプリンタヘッドとその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 アクチュエータとノズルユニットの大小に関係なく、流路ユニットに対し確実に接着できるインクジェットプリンタヘッドとその製造方法を提供することである。
【解決手段】 ノズル９を有するノズルユニット１０と、圧力室２１とそれに連通する連通孔３７を有する流路ユニット１８、および圧力室２１にインク吐出させるアクチュエータ３０は、それぞれ別々に形成する。ノズルユニット１０とアクチュエータ３０は、その平面視形状がほぼ同じ大きさで、ノズルユニット１０は、予めノズル９に対応して板厚方向に貫通した連通孔８を有するスペーサプレート１２に、ノズルプレートとなる第１のプレートを接着し、連通孔８を通してレーザ光でノズル９を穿設する。そして、別々に形成されたノズルユニット１０、流路ユニット１８およびアクチュエータ３０を、流路ユニット１８に対して対向する位置に同時に接着する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、インクジェットプリンタヘッドとその製造方法に関するものである。
インクジェットプリンタは、特許文献１、２に記載されているように、列配置されたノズルとそのノズル毎に圧力室を備えたキャビティユニットが、その圧力室に対応して形成されたエネルギー発生部を有するプレート型の圧電アクチュエータと接合し、さらにその背面にフレキシブルフラットケーブルを接合して記録ヘッドを形成している。そして、特許文献２のように、記録ヘッドを補強フレームに接着固定し、略箱状のヘッドホルダに塔載してインクジェットプリンタヘッドを形成する。インクジェットプリンタヘッドは、アクチュエータのエネルギー発生部の選択的な駆動により、圧力室にインクを吐出させるための圧力が加えられ、ノズルからインクが吐出される。また、インクジェットプリンタヘッドには、記録ヘッドのノズル面側にキャビティユニットを囲んでカバープレート（特許文献２では保護カバー）が取り付けられ、キャビティユニットと補強フレームとの段差を補正し、かつ、ノズル面よりもわずかに下方向に突出しているため、ヘッドホルダの走査中に記録用紙と接触してノズルおよびノズル面が傷つかないようになっている。
キャビティユニットは、複数枚のプレートを順次積層、接着して構成され、最下層にノズルが設けられたノズルプレートを配している。ノズルは、インクを直接噴射し、インク噴射の品質に直接影響を及ぼすため、そのノズル加工時には、孔径やノズル位置に高い加工精度が望まれる。そのため、特許文献２に記載のような方法がなされてきた。ノズルプレートは、ノズルプレートとなる第１のプレート（特許文献２では、ノズルプレート）に、既にノズルに対応する位置に開口された第２のプレート（特許文献２では第１スペーサープレート）を接着してノズルユニットを作製し、第２のプレート側からその開口にレーザ光を当てることでノズルプレートにノズルの位置と孔径を精度良く加工することができる。そして、ノズルユニットの上に、その他のプレートを順次、積層、接着し、さらにその上側にアクチュエータを積層、接着している。
特開２００４-２５６３６号公報 特開２００５-２４６７７９号公報
ところで、インクジェットプリンタヘッドのカバープレートは、ノズル列を環状に囲んで設置されているため、ノズルの穿設位置とカバープレートを出来るだけ接近させることで、ノズル面を傷つける危険性を低くできる。ノズルユニットは、ノズルが穿設されているだけの幅があればよいため、ノズルユニットの全体の外形形状を小さくして、ノズル穿設位置からノズルプレートの外枠までの幅を少なくしてやることが有効であるが、ノズルユニットの全体の外形形状が、特許文献１のノズルプレートのように小さく、アクチュエータとノズルユニットとの平面視の大きさが異なった場合、キャビティユニットおよびアクチュエータを積層、接着する際、接着のために加圧される力（下向き）が、面積の小さい側の物の面積に集中してしまい、大きい面積の側の両端側においては、加圧力が十分でなく、互いに接着が弱くなって、剥がれやすくなる。例えば、アクチュエータがノズルユニットよりも大きい場合、アクチュエータの動作が、各圧力室に対して不均一になったり、圧力室からインクが漏れ出る危険性があった。
また、キャビティユニットが上記各特許文献のように複数枚のプレートを積層して構成されているものでは、キャビティユニットの各プレートをノズルユニットの上に順に積層、接着する際、ノズルユニットが最下層にあるため、接着のために加圧される力（下向き）が、ノズルユニットに集中してしまい、キャビティユニットの複数のプレート間ではノズルユニットに対応した部分にのみ加圧力が集中してしまう。つまり、キャビティユニットの両端側においては、接着加圧力が十分でなく、互いに接着が弱くなってしまう。そのため、キャビティユニットの各プレート間が両端側から剥がれやすくなり、インクがキャビティユニット内に入ってきたときにインクが漏れ出してしまう危険性があった。
そのため、ノズルユニットは、キャビティユニットの接着時の接着加圧が等しくなるようにキャビティユニットとほぼ同様の大きさであることが好ましい。特許文献２では、特許文献１よりもノズル列数が増えてはいるが、ノズル列の穿設されている幅だけでなく、キャビティユニットとほぼ同様の大きさにして、接着加圧面積が等しくなるようにして、他のプレートを積層、接着している。しかしながら、ノズル面の保護の点においては、実際にノズル列が形成されている位置からカバープレートまでの距離は遠くなり、ノズル面が傷つきやすくなってしまう。
本発明は、上述した問題点を解消するものであり、ノズルプレートのノズル位置精度を確保しながら、ノズルプレートの大小に関係なく、キャビティユニットおよびアクチュエータを確実に接着できるインクジェットプリンタヘッドとその製造方法を提供することを課題とするものである。
請求項１の発明は、インクを吐出するノズルが配列されたノズルプレートを有するノズルユニットと、前記ノズルユニットの背面に接着された前記ノズルごとの圧力室を有する流路ユニットと、前記流路ユニットの前記ノズルユニットが接着されている面とは反対の面に接着され、前記ノズルユニットと平面視形状がほぼ等しい大きさで、前記圧力室内のインクに圧力を加えて前記ノズルからインクを吐出させるアクチュエータとを積層して形成されたフロントヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ノズルユニット、流路ユニット及びアクチュエータを別々に形成する第１の工程と、前記ノズルユニットおよび前記アクチュエータを、前記流路ユニットに互いに対向した位置に接着する第２の工程とを含むことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法である。
請求項２の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記第２の工程は、前記ノズルユニットおよび前記アクチュエータを、前記流路ユニットに同時に接着する工程を含むことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記第２の工程は、前記ノズルユニットおよび前記アクチュエータを、前記流路ユニットにどちらか一方から接着する工程を含むことを特徴とする。
請求項４の発明は、インクを吐出するノズルが配列されたノズルプレートを有するノズルユニットと、前記ノズルユニットの背面に接着された前記ノズルごとの圧力室を有する流路ユニットと、前記流路ユニットの前記ノズルユニットが接着されている面とは反対の面に接着され、前記ノズルユニットよりもその平面視形状が大きく、前記圧力室内のインクに圧力を加えて前記ノズルからインクを吐出させるアクチュエータとを積層して形成されたフロントヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ノズルユニット、流路ユニット及びアクチュエータを別々に形成する第１の工程と、前記アクチュエータを前記流路ユニットに接着する第２の工程と、次に前記ノズルユニットを、前記流路ユニットに、前記アクチュエータと対向した位置に接着する第３の工程とを含むことを特徴とする。
請求項５の発明は、インクを吐出するノズルが配列されたノズルプレートを有するノズルユニットと、前記ノズルユニットの背面に接着された前記ノズルごとの圧力室を有する流路ユニットと、前記流路ユニットの前記ノズルユニットが接着されている面とは反対の面に接着され、前記ノズルユニットよりもその平面視形状が小さく、前記圧力室内のインクに圧力を加えて前記ノズルからインクを吐出させるアクチュエータとを積層して形成されたフロントヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ノズルユニット、流路ユニット及びアクチュエータを別々に形成する第１の工程と、前記ノズルユニットを前記流路ユニットに接着する第２の工程と、次に前記アクチュエータを、前記流路ユニットに、前記アクチュエータと対向した位置に接着する第３の工程とを含むことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記第１の工程において、前記ノズルユニットを形成する工程は、前記ノズルが穿設されていない第１のプレート材と、前記圧力室と連通する連通孔が穿設された第２のプレート材とを積層し、接着した後、前記第２のプレート側から前記連通孔を通して前記第１のプレートにノズルを穿設し、その第１のプレートを前記ノズルプレートとする工程を含むことを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項６に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記第１の工程において、前記流路ユニットは、前記圧力室およびそれと連通するインク流路が穿設された複数枚のプレートを積層し、接着して形成し、前記インク流路は、前記第２のプレート材の前記連通孔と連通することを特徴とする。
請求項８の発明は、インクを吐出するノズルおよび前記ノズルごとの圧力室を有するキャビティユニットと、前記圧力室内のインクに圧力を加えて前記ノズルからインクを吐出させるアクチュエータとを有するフロントヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットを、前記圧力室およびそれと連通するインク流路を有する流路ユニットと、前記ノズルを有する第１のプレート材および前記圧力室と前記ノズルとを連通する連通孔を有する第２のプレート材からなるノズルユニットとに分け、前記流路ユニットを、前記ノズルユニットとは独立して、前記圧力室およびそれと連通するインク流路が穿設された複数枚のプレートを積層し接着して形成し、前記ノズルユニットを、前記流路ユニットとは独立して、前記流路ユニットよりも平面視形状を小さく形成した前記第１のプレート材および前記第２のプレート材を積層し接着して形成し、前記流路ユニットと、前記ノズルユニットとを積層し、接着するインクジェットプリンタヘッドの製造方法であることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項８に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記ノズルユニットを形成する工程は、前記ノズルが穿設されていない第１のプレート材と、前記連通孔が穿設された第２のプレート材とを積層し、接着した後、前記第２のプレート側から前記連通孔を通して前記第１のプレートに前記ノズルを穿設することを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記流路ユニットの前記ノズルユニットが接着された面であって、かつ、前記ノズルユニットを囲む面に、カバープレートを接着する工程を含むことを特徴とする。
請求項１１の発明は、インクを吐出するノズルが配列されたノズルプレートを有するノズルユニットと、前記ノズルユニットの背面に接着された前記ノズルごとの圧力室を有する流路ユニットと、前記流路ユニットの、前記ノズルユニットが接着されている面とは反対の面に、前記圧力室内のインクに圧力を加えて前記ノズルからインクを吐出させるアクチュエータとを接着して形成されたフロントヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ノズルユニットと前記アクチュエータは、その平面視形状がほぼ等しい大きさで互いに対向した位置に前記流路ユニットに接着されていることを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項１１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記流路ユニットの前記ノズルユニットが接着された面には、カバープレートが設置されていて、前記カバープレートは、前記ノズルユニットに対応した位置に開口部を有し、その開口から前記ノズルユニットを表出した枠状であることを特徴とする。
以上説明したことから明らかなように、請求項１記載の発明によると、ノズルユニット、流路ユニット及びアクチュエータを別々に形成し、ノズルユニットおよびアクチュエータを、流路ユニットに互いに対向した位置に接着する際、ノズルユニットとアクチュエータとがほぼ同じ大きさであることにより、接着加圧が同じ位置にほぼ同じ大きさでかかるため、接着加圧を互いに受け合うことで流路ユニットに対して両者の接着を確実にすることができる。また、各パーツを既に確実に形成された状態で互いに接着するため、相互関係を精度良く保つことができる。その結果、アクチュエータが各圧力室に対し均一に動作し、かつインク漏れもなく、安定した動作をするインクジェットプリンタヘッドを製造することができる。
請求項２の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、ほぼ同じ大きさのノズルユニットおよびアクチュエータを、流路ユニットに同時に接着する工程を含むので、工程を減らすことができ、生産性が良い。また、流路ユニットに対してかかる接着加圧を互いに受け合うため、両者の接着を確実にすることができる。
請求項３の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、ほぼ同じ大きさのノズルユニットおよびアクチュエータを、流路ユニットにどちらか一方から接着する工程を含んでいるので、流路ユニットに対してかかる接着加圧を互いに受け合うため、両者の接着を確実にすることができる。
請求項４の発明は、インクジェットプリンタヘッドの製造方法において、ノズルユニット、流路ユニット及びアクチュエータを別々に形成し、まず、ノズルユニットよりも平面形状が大きいアクチュエータを流路ユニットに接着し、次に、ノズルユニットを流路ユニットにアクチュエータと対向した位置に接着するため、ノズルユニットの面積に影響されることなくアクチュエータ全体を流路ユニットに対して均一に接着することができ、またノズルユニットも流路ユニットに確実に接着することができる。さらに、各パーツを既に確実に形成された状態で互いに接着するため、相互関係を精度良く保ち、安定した動作をするインクジェットプリンタヘッドを製造することができる。
請求項５の発明は、インクジェットプリンタヘッドの製造方法において、ノズルユニット、流路ユニット及びアクチュエータを別々に形成し、まずアクチュエータよりもその平面視形状が大きいノズルユニットを流路ユニットに接着し、次に、アクチュエータを流路ユニットにノズルユニットと対向した位置に接着するため、アクチュエータの面積に影響されることなくノズルユニット全体を流路ユニットに対して均一に接着することができ、またノズルユニットも流路ユニットに確実に接着することができる。さらに、各パーツを既に確実に形成された状態で互いに接着するため、相互関係を精度良く保ち、安定した動作をするインクジェットプリンタヘッドを製造することができる。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、ノズルが穿設されていない第１のプレート材と、圧力室と連通する連通孔が穿設された第２のプレート材とを積層した後、第２のプレート側から前記連通孔を通して前記第１のプレートにノズルを穿設するため、ノズル穿設時に高いノズル孔径と位置精度を確保することができる。
請求項７の発明は、請求項６に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、流路ユニットを、ノズルユニットやアクチュエータとは独立して、圧力室およびそれと連通するインク流路が穿設された複数枚のプレートを積層し、接着して形成するため、流路ユニットは、各プレート間の面方向において接着のばらつきのないように予め製造ができるため、インク漏れを防ぐことができる。また、流路ユニットとノズルユニットとを積層したとき、インク流路を、第２のプレート材の連通孔と連通するため、フロントヘッドを形成したときに、圧力室からのインクをノズルへ供給することができ、インク吐出可能になる。
請求項８の発明は、インクジェットプリンタヘッドの製造方法において、キャビティユニットを、流路ユニットとノズルユニットとに分け、流路ユニットを、ノズルユニットとは独立して、圧力室およびそれと連通するインク流路が穿設された複数枚のプレートを積層し接着して形成し、ノズルユニットを、流路ユニットとは独立して、流路ユニットよりも平面視形状を小さく形成した第１のプレート材および第２のプレート材を積層し接着して形成し、その後流路ユニットとノズルユニットとを積層し、接着するため、流路ユニットがノズルユニットよりも平面視形状が大きいものであっても、流路ユニットの各プレート間の面方向において接着のばらつきのないように予め製造ができるため、インク漏れを防ぐことができる。そしてノズルユニットを流路ユニットに確実に接着することができる。また、各パーツを既に確実に形成された状態で互いに接着するため、相互関係を精度良く保ち、安定した動作をするインクジェットプリンタヘッドを製造することができる。
請求項９の発明は、請求項８に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、ノズルユニットを形成する工程は、ノズルが穿設されていない第１のプレート材と、連通孔が穿設された第２のプレート材とを積層し、接着した後、第２のプレート側から連通孔を通して第１のプレートにノズルを穿設するため、ノズル穿設時に高いノズル孔径と位置精度を確保することができる。
請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、流路ユニットのノズルユニットが接着された面であって、かつ、ノズルユニットを囲む面に、カバープレートを接着するため、ノズル近傍をカバープレートによって保護することができる。
請求項１１の発明は、ノズルユニットの背面に接着した流路ユニットと、流路ユニットが接着されている面とは反対の面にアクチュエータが接着され、フロントヘッドユニットを形成するインクジェットプリンタヘッドにおいて、ノズルユニットとアクチュエータは、その平面視形状がほぼ等しい大きさで互いに対向した位置に流路ユニットに接着されているため、流路ユニットに対して各パーツを接着する時の接着加圧がほぼ同じ位置にほぼ同じ大きさでかかり、接着加圧を互いに受け合うことができ、流路ユニットにノズルユニットとアクチュエータとを確実に接着することができる。その結果、アクチュエータが各圧力室に対し均一に動作し、かつインク漏れもなく、安定した動作をするインクジェットプリンタヘッドを提供することができる。
請求項１２の発明は、請求項１１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、流路ユニットのノズルユニットが接着された面には、カバープレートが設置されていて、カバープレートには、ノズルユニットに対応した位置に開口部が有し、その開口からノズルユニットを表出した枠状であるため、ノズル近傍をカバープレートによって保護することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、インクを吐出する側を下面および下方向とし、その反対側を上面および上方向とする。なお、図３においては、後述するフロントヘッドユニット５０の左右方向が、図１，２、５と反対になっている。
インクジェットプリンタは、ガイド軸にキャリッジとして機能する略箱型で上方が開放されたヘッドホルダ３が取り付けられていて、図１のように、ヘッドホルダ３には、その底壁３ｃの下側に、ノズル９が穿設された記録ヘッド２が、接着剤（図示せず）によって固定されている。また、ヘッドホルダ３の内側には、各色のインク、例えば、ブラックＢ、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹを貯留して記録ヘッド２にインクを供給するインク貯留室５と、後述する駆動回路４９の発する熱を放熱させるための放熱板４が塔載され、インクジェットプリンタヘッド１を形成している。また、記録ヘッド２の下側には、ノズル９を保護するためのカバープレート７が接着固定されていて、ヘッドホルダ３の最上面には、ヘッドホルダ３の一対の側壁３ｂを橋渡しして中継回路基板６が設置される。そして、このインクジェットプリンタヘッド１が、記録用紙に沿ってその幅方向（図１のＹ方向）に往復走査しながら、記録ヘッド２の後述するアクチュエータ３０が選択的に駆動されることで、インクがノズル９から吐出し、記録用紙に印字がなされる。
記録ヘッド２は、特許文献１に記載の公知のものと同様で、図２のように、キャビティユニット２０とアクチュエータ３０から構成されたフロントヘッドユニット５０の上面に可撓性のフレキシブル配線材４０を接合した構造である。フレキシブル配線材４０は、駆動回路４９を塔載していて、その一端をアクチュエータ３０と接合して電気的に接続し、他端をその表面に平行でかつＹ方向に引き出された構造をしている。駆動回路４９は、印字データをアクチュエータ３０に伝達して、アクチュエータ３０を選択的に駆動させる。そして、引き出された配線材４０は、図５のようにヘッドホルダ底壁３ｃに貫通されたスリット３ｃ１を通り、駆動回路４９を放熱板４と接触させて、ヘッドホルダ３の側壁３ａに沿って上方に延び中継回路基板６のコネクタ６ａに接続し電気的に接続される。
放熱板４は、平坦面を有する底部４ａと、側面視略Ｌ字状をなすように底部４ａから直角に立ち上がって上下方向に延びる側壁４ｂ１と、平面視略Ｌ字状をなすように側壁４ｂ１から直角に曲がった側壁４ｂ２を備え、ヘッドホルダ３の底部３ｃに取り付けられている。ヘッドホルダ３の底壁３ｃには、駆動回路４９と対応する位置に弾性部材５２（図５(ｂ)）が接着固定され、その上に駆動回路４９が載置され、放熱板４の底部４ａと押圧されて熱伝導可能に接触する。放熱板４は、導電性の良い素材（例えば、アルミニウムなどの金属材料）で形成されていて、また、弾性部材５２は、例えばゴムや樹脂などの材料で、駆動回路４９の下面よりも大きく形成されている。
フロントヘッドユニット５０について説明する。フロントヘッドユニット５０は、ノズル９が配列されたノズルプレート１１を最下面に有するキャビティユニット２０の上に、キャビティユニット２０内のインクに選択的に吐出圧力を与えるプレート型のアクチュエータ３０を接着して構成される。キャビティユニット２０は、図２、図３に示すように複数枚の薄いプレートを接着、接合した構造で、ノズルユニット１０と流路ユニット１８から構成されている。図３のように、ノズルユニット１０は、流路ユニット１８よりもその平面視形状が長手方向（Ｘ方向）および短手方向（Ｙ方向）に小さく、かつ、アクチュエータ３０の平面視形状とほぼ同じ大きさとなっていて、流路ユニット１８に対してノズルユニット１０が接着されている面と反対側の面で、かつ対向した位置にアクチュエータ３０が接着された構造をしている。
ノズルユニット１０は、平面視形状が同じほぼ大きさのノズルプレート１１とスペーサプレート１２の２枚を、流路ユニット１８は、平面視形状がほぼ同じ大きさのダンパープレート１３、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂ、サプライプレート１５、ベースプレート１６、及びキャビティプレート１７の６枚の薄い板材を、それぞれ接着剤にて積層し接着した構造である。実施形態では、各プレート１１〜１７は５０〜１５０μｍ程度の厚さを有し、ノズルプレート１１はポリイミド等の合成樹脂製で、その他のプレート１２〜１７は４２％ニッケル合金鋼板製である。そして、別々に形成されたノズルユニット１０と流路ユニット１８を接着剤にて接着させてキャビティユニット２０が形成される。
ノズルユニット１０のノズルプレート１１には、ノズル９が、長手方向（Ｘ方向）に沿って千鳥配列状に穿設され、Ｙ方向に５列配列され、スペーサープレート１２には、そのノズル９と後述する圧力室２１とを連通する連通孔８がノズル９と対応した位置に穿設されている。実施形態では、ノズルプレート１１には、微小径（２０μｍ程度）のノズル９が微小間隔で多数個穿設されている。
また、流路ユニット１８のキャビティプレート１７には、ノズル９に対応して複数の圧力室２１がキャビティプレート１７の長手方向（Ｘ方向）に沿って千鳥配列状で、Ｙ方向に５列配列されている。実施形態では、各圧力室２１は、平面視細長形状に形成され、図４のようにその長手方向がキャビティプレート１７の短辺方向（Ｙ方向）に沿うようにして穿設されている。各圧力室２１における一端部２１ａは、ベースプレート１６、サプライプレート１５、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂ、ダンパープレート１３、及びスペーサプレート１２に、同じく千鳥配列状にて穿設されている微小径の貫通孔３７および連通孔８を介して、ノズルプレート１１の各ノズル９に連通している。
キャビティプレート１７の下面に隣接するベースプレート１６には、各圧力室２１の他端部２１ｂに接続するために、各他端部２１ｂに対応する位置に貫通孔３８が穿設されている。また ベースプレート１６の下面に隣接するサプライプレート１５には、後述する共通インク室２４から各圧力室２１へインクを供給するための接続流路４０が設けられる。そして各接続流路４０には、共通インク室７からインクが入る入口孔と、圧力室２１側（貫通孔３８）に開口する出口孔と、入口孔と出口孔との間にあって、接続流路４０中で最も大きな流路抵抗となるように断面積を小さくして形成された絞り部とが備えられている。
２枚のマニホールドプレート１４ａ，１４ｂには、その長辺方向（Ｘ方向）に沿って長い５つの共通インク室２４がノズル９の各列に沿って延びるように板厚を貫通して形成されている。すなわち、図３、図４に示すように、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂを積層し、かつその上面をサプライプレート１５にて覆い、下面をダンパープレート１３にて覆うことにより、合計５つの共通インク室（マニホールド室）２４が形成される。各共通インク室２４は、各プレートの積層方向から平面視したときに、圧力室２１の一部と重なって圧力室２１の列方向（ノズル９の列方向）に沿って長く延びている。
また、キャビティプレート１７、ベースプレート１６およびサプライプレート１５の一方の短辺側の端部には、上下の位置を対応させて、それぞれ４つのインク供給口２２、２３が穿設されている。インク貯留室５から供給されるインクは、インク供給口２２、２３を介してインク供給チャンネルとしての共通インク室２４の一端部に供給される。そして、サプライプレート１５の接続流路４０を経由して各圧力室２１に分配供給され、アクチュエータ３０の選択的な駆動により、インクが各圧力室２１内から連通孔３７を通って、その圧力室２１に対応するノズル９に至るという構成になっている。
また、マニホールドプレート１４ａの下面に隣接するダンパープレート１３の下面側には、共通インク室２４の位置および形状と一致したダンパ室２５が凹み形成され、ダンパ室２５の薄い板状の天井部が弾性変形して振動することにより、圧力変動を吸収減衰させて、クロストークを防止している。
この実施形態では、図３に示すように、インク供給口２２（２３）が４つ設けられているのに対して、共通インク室２４が５つ設けられており、１つのインク供給口２２(２３)だけが大きい孔径で、２つの共通インク室２４，２４に接続されている。その大きいインク供給口２２（２３）には、ブラックインクが供給されるように設定されており、ブラックインクがその他のカラーインクに比べて使用頻度が高いことを考慮したものである。他のインク供給口２2（２３）には、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクがそれぞれ単独に供給される。インク供給口２２（２３）には、それぞれの開口に対応する濾過部２６ａを有するフィルタ体２６が接着剤等で貼着されている。
アクチュエータ３０は、図４に示すように、特開２００５-３２２８５０号公報に記載の公知のものと同様に、複数の圧力室２１を覆う最下層のセラミックス層を含んだ複数枚のセラミックス層３１を、圧力室２１側からその複数の圧力室２１の配列面と直角方向に積層して一体化して焼成した構造で、各セラミックス層３１のうち下から偶数段目のセラミックス層３１ｂの上面（広幅面）には、前記キャビティユニット２０における各圧力室２１に対応した箇所ごとに細幅の個別電極３２がＹ方向に沿って列状に形成されている。下から奇数段目のセラミックス層３１ａの上面（広幅面）には、複数個の圧力室２１に対して共通のコモン電極３３が形成されている。１枚のセラミックス層３１の厚さは３０μｍ程度で、ＰＺＴなどの圧電セラミックスである。そして、個別電極３２とコモン電極３３とは、最下層のセラミックス層を除いて、少なくとも１つのセラミックス層３１を挟んで積層方向に交互に配置され、アクチュエータ３０の最上面には、個別電極３２およびコモン電極３３と接続された接続端子３６が形成されている。アクチュエータ３０は、各々の個別電極３２と、キャビティユニット２０における各々の圧力室２１を互いに対向させて、キャビティユニット２０とアクチュエータ３０が接着・固定される。アクチュエータ３０の最上面の接続端子３６には、フレキシブル配線材４０に形成した配線パターンが接続される。
アクチュエータ３０は、複数枚のセラミックス層３１の積層方向に対向する個別電極３２とコモン電極３３の間のセラミックス層３１の部分をエネルギー発生部とし、駆動回路４９が、選択的に個別電極３２とコモン電極３３との間に電圧を印加させることにより、その印加された個別電極３２に対応したエネルギー発生部を、積層方向に歪ませ、この変位が圧力室２１の容積を変化させ、インクを押し出し、キャビティユニット２０内の後述する連通孔３７を通ってノズル９から吐出させる。
上述したようにノズルユニット１０とアクチュエータ３０は、流路ユニット１８に対して両者が対向した位置に接着されていて、平面視形状がほぼ同じ大きさで、かつ、流路ユニット１８よりも平面視形状が小さくなっている。記録ヘッド２は、ノズルユニット１０、流路ユニット１８及びアクチュエータ３０を接着することで形成されるため、このような構造であると、ノズルユニット１０とアクチュエータ３０を流路ユニットに接着させるときに、ノズルユニット１０とアクチュエータ３０は、その接着加圧力を互いに受け合うことができるため、確実に三者を接着させることができる。
また、図５に示すように、流路ユニット１８のノズルユニット１０が接着されている側には、ノズル９を保護するためのカバープレート７が接着剤（図示せず）にて接着されている。カバープレート７は、平面視矩形状の合成樹脂製の薄い板材でノズルユニット１０と対応する位置に開口部７ａが貫通形成された枠状で、その開口部７ａからノズルユニット１０が表出するように接着固定されている。カバープレート７は、その厚みがノズルユニット１０よりもわずかに厚くなっていて、流路ユニット１８に接着すると、ノズルユニット１０よりもわずかに下側に突出した状態となっている。このため、インクジェットプリンタヘッド２が記録用紙の上を走査しているときに、ノズルユニット１０のノズル面が記録用紙に接触する危険性が低い。従来のように、流路ユニット１８とノズルユニット１０がほぼ同じ大きさの場合に比べ、実施形態ではノズルユニット１０は、流路ユニット１８よりも小さくて、かつ、カバープレート７の開口部７ａとノズルユニット１０のノズル９が配列されている位置までの距離が近くなるため、ノズル９が記録用紙に接触する危険性を低くすることができる。
なお、実施形態では、ノズルユニット１０とアクチュエータ３０が、その平面視形状がほぼ同じで、流路ユニット１８に対して対向する位置に接着されているが、これに限らない。ノズルユニット１０とアクチュエータ３０は、流路ユニット１８に対して対向するほぼ同じ位置に接着されていれば、ノズルユニット１０よりもアクチュエータ３０が平面視形状が大きくなる場合や、ノズルユニット１０よりもアクチュエータ３０が小さくなる場合でも良い。ただし、その場合、三者を接着する時には、後述するように接着順序に従って接着を行う。
続いて、インクジェットプリンタヘッド１の製造方法について説明する。
始めに、記録ヘッド２について説明する。記録ヘッド２は、ノズルユニット１０、流路ユニット１８およびアクチュエータ３０をそれぞれ別々に作製して、その三者を接着、接合させた後、さらにその上面に駆動回路４９を実装したフレキシブル配線材４０を接合させて製造する。
アクチュエータ３０は、各電極３２、３３を形成したセラミックス層３１を積層して焼成されることで作製する。
スペーサプレート１２、ダンパプレート１３、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂ、サプライプレート１５、ベースプレート１６、キャビィティプレート１７は、図６に示すように、それぞれ１枚のプレート材１００に、同じ種類のプレートのみを複数個並べ、その外周を枠状のフレーム１０２で囲み、各プレートとフレーム１０２とを連結片１０６で連結した状態に形成される。図６にはプレート１２、１３，１４ａ、１４ｂについて示すが、他のプレート１５，１６，１７も同様である。この状態で、各プレート１２〜１７の外形の加工と同時に、それぞれに必要な孔および凹み加工が施される。すなわち、金属製の各プレート１２〜１７における、インク供給口４２、４３、共通インク室７、連通孔３７、貫通孔３８、接続流路４０、ダンパ室４５等の凹み形成や板厚方向に貫通する孔等は、エッチング加工、放電加工、プラズマ加工、レーザ加工等により形成されている。
そして、流路ユニット１８は、上記プレートのうちスペーサプレート１２を除くプレート１３〜１７を、枠状フレーム１０２に設けた位置決め孔１０３に位置決め冶具を挿入することで相互に位置決めして積層し、各プレート間を接着剤にて接着してを作製する。このとき、積層したプレートの上下面に、プレートの平面視面積とほぼ同じかそれよりも大きい平面積の平坦な治具（図示しない）を当接させて面全体に均一な圧力を加え、加熱することで、プレートの全面において均一に接着することができる。なお、接着は、対向するプレートの一方の面にあらかじめ接着剤を塗布あるいは印刷形成しておき、これを加熱することによって行う。以下の接着も同様である。
ノズルユニット１０は、上記のように一枚のプレート材１００に、フレーム枠１０２で囲まれて連結された状態のスペーサプレート１２に、ノズルプレート１１となるノズル未加工のプレート（請求項の第１のプレート）が接着剤にて接着される。この接着においてもプレートの面全体に均一な圧力を加え、加熱する。あらかじめ、スペーサプレート１２（第２のプレート１２）には、特許文献２と同様に、エッチング加工やレーザ加工等により、ノズル９が穿設される位置に対応して、板厚方向に貫通された連通孔８を穿設する。そして、加工されたスペーサプレート１２（第２のプレート）の下側に、まだノズル９が穿設されていないノズルプレート１１となる第１のプレートを接着した後、スペーサプレート１２側から連通孔８を通してレーザ光を照射してノズル９を穿設する。
このようにして作製されたノズルユニット１０と、流路ユニット１８とは、フレーム１０２の位置決め孔１０３に位置決め冶具を挿入することで位置決めし、連通孔８と連通孔３７とを連通させて積層する。さらに、流路ユニット１８上に圧電アクチュエータ３０を、上記のように個別電極３２と圧力室２１とを対向させて積層する（図７（ａ））。そして、図７（ｂ）に示すように、ノズルユニット１０および圧電アクチュエータ３０の平面視面積とほぼ同じかそれよりも大きい平面積の平坦な治具６０．６０を、ノズルユニット１０およびアクチュエータ３０の上下面に当接させて面全体に均一な圧力を加え、加熱することで、流路ユニット１８に対して、ノズルユニット１０および圧電アクチュエータ３０を接着する。フレーム１０２から、連結片１０６を切断することでフロントヘッドユニット５０を各々独立させることができる。
上記のように、ノズルユニット１０とアクチュエータ３０は、その平面視形状がほぼ同様の大きさで、流路ユニット１８に対して互いに対向する位置に同時に接着させるため、流路ユニット１８に対する接着加圧力はほぼ同じで、両者は流路ユニット１８に対するほぼ同じ接着加圧力を互いに受け合うことができる。よって、ノズルユニット１０とアクチュエータ３０は、流路ユニット１８に対して全面において均一に接着を行うことができる。また、同時に接着させることで、一工程を減らすことができ、生産性を良くすることができる。
なお、ノズルユニット１０とアクチュエータ３０は、必ずしも同時接着でなくてもよく、どちらか一方を先に流路ユニット１８に接着した後、前者に対向した位置にもう一方を接着させても良い。この場合も、両者の接着加圧力はほぼ同じであり、互いの加圧力を受け合うことができ、接着性がよい。例えば、流路ユニット１８とノズルユニット１０とを、それぞれフレーム１０２に付いた状態で、積層し接着した後、連結片１０６を切断して各々独立したキャビティユニット２０を形成し、そのキャビティユニット２０上に圧電アクチュエータ３０を接着する。または、流路ユニット１８上に圧電アクチュエータ３０を接着した後、ノズルユニット１０を接着することもできる。
図７（ｃ１）のように、ノズルユニット１０が、アクチュアータ３０の平面視形状よりも小さい場合は、流路ユニット１８に対する接着面積が大きいアクチュエータ３０を、先に流路ユニット１８に接着し、その後、ノズルユニット１０をアクチュエータ３０に対向した位置に接着する。先にアクチュアータ３０は、その平面視面積とほぼ同じかそれよりも大きい平面積の平坦な治具６０．６０で上下から挟まれ、その全面において流路ユニット１８と均一に接触し、その平面視形状全体が良く接着できている。そのため、後に平面視形状が小さいノズルユニット１０を接着する時に、少なくともその平面視面積とほぼ同じかそれよりも大きい平面積の平坦な治具６０．６０で上下から挟むことで、その接着加圧力がノズルユニット１０の面積に対応するアクチュエータ３０の部分に集中しても、既にアクチュエータ３０が流路ユニット１８と接着できているため、接着加圧による影響に関係なく、ノズルユニット１０も全面において流路ユニット１８に対して、確実に接着することができる。図７（ｃ２）は比較例で、平面視形状が小さいノズルユニット１０を先に流路ユニット１８と接着し、その後、大きいアクチュエータ３０をノズルユニット１０に対向した位置に接着している。このように形成すると、アクチュエータ３０を接着させるときに、その加圧力が平面視形状が小さいノズルユニット１０に集中してかかり、アクチュエータ３０の両端付近３０ａの接着が不十分となってしまう。
また、アクチュエータ３０が、ノズルユニット１０よりもその平面視形状が小さい場合も、同様で、平面視形状が大きなノズルユニット１０を先に流路ユニット１８に接着し、その後、アクチューエータ３０をノズルユニット１０と対向した位置に接着する。このように接着させることで三者の接着を確実にすることができる。
上述したように形成されたフロントヘッドユニット５０の上面にフレキシブル配線材４０を接合することで、記録ヘッド２が完成する。インクジェットプリンタヘッド１は、その記録ヘッド２をヘッドホルダ３の底壁３ｃに、また、ヘッドホルダ２０の内側には放熱板４とインク貯留室５を塔載し、ヘッドホルダ３の側壁３ｂに中継回路基板６を設置する。そして、カバープレート７を、その開口部７ａからノズルユニット１０を表出させて、流路ユニット１８のノズルユニット１０が接着されている側の面と接着する。
以上のように、アクチュエータ３０、ノズルユニット１０および流路ユニット１８の三者は予め別々に形成された後、互いに接着するため、ノズルユニット１０やアクチュエータ３０の大小に関係なく、流路ユニット１８の複数のプレート間の接着が確実でインク漏れを防ぐことができる。また、アクチュエータ３０とノズルユニット１０の平面視形状がほぼ同じで、流路ユニット１８に対して対向した位置に接着されるため、アクチュエータ３０とノズルユニット１０は、流路ユニット１８に対して確実に接着できる。アクチュエータ３０とノズルユニット１０の平面視形状が異なる場合も、その平面視形状が大きい方を先に流路ユニット１８に対して接着した後、もう一方を対向する位置に接着させることで、接着加圧力の影響を受けても、三者を確実に接着させることができる。その結果、アクチュエータが各圧力室に対し均一に動作し、かつインク漏れもなく、安定した動作をするインクジェットプリンタヘッドを製造することができる。
インクジェットプリンタヘッド１の分解斜視図である。 記録ヘッド２の構造を示す平面図である。 フロントヘッドユニット５０の分解斜視図である。 記録ヘッド２のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）図１のＡ−Ａ断面図である。（ｂ）図１のＢ−Ｂ断面図である。 流路ユニット１８の製造工程を示す。 ノズルユニット１０、流路ユニット１８およびアクチュエータ３０の製造工程を示す。
符号の説明
１ インクジェットプリンタヘッド
２ 記録ヘッド
３ ヘッドホルダ
７ カバープレート
１０ ノズルユニット
１８ 流路ユニット
２０ キャビティユニット
３０ アクチュエータ
５０ フロントヘッドユニット

Claims (12)

  1. インクを吐出するノズルが配列されたノズルプレートを有するノズルユニットと、
    前記ノズルユニットの背面に接着された前記ノズルごとの圧力室を有する流路ユニットと、
    前記流路ユニットの前記ノズルユニットが接着されている面とは反対の面に接着され、
    前記ノズルユニットと平面視形状がほぼ等しい大きさで、前記圧力室内のインクに圧力を加えて前記ノズルからインクを吐出させるアクチュエータと
    を積層して形成されたフロントヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、
    前記ノズルユニット、流路ユニット及びアクチュエータを別々に形成する第１の工程と、
    前記ノズルユニットおよび前記アクチュエータを、前記流路ユニットに互いに対向した位置に接着する第２の工程と
    を含むことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  2. 請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、
    前記第２の工程は、前記ノズルユニットおよび前記アクチュエータを、前記流路ユニットに同時に接着する工程を含むことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  3. 請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、
    前記第２の工程は、前記ノズルユニットおよび前記アクチュエータを、前記流路ユニットにどちらか一方から接着する工程を含むことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  4. インクを吐出するノズルが配列されたノズルプレートを有するノズルユニットと、
    前記ノズルユニットの背面に接着された前記ノズルごとの圧力室を有する流路ユニットと、
    前記流路ユニットの前記ノズルユニットが接着されている面とは反対の面に接着され、
    前記ノズルユニットよりもその平面視形状が大きく、前記圧力室内のインクに圧力を加えて前記ノズルからインクを吐出させるアクチュエータと
    を積層して形成されたフロントヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、
    前記ノズルユニット、流路ユニット及びアクチュエータを別々に形成する第１の工程と、
    前記アクチュエータを前記流路ユニットに接着する第２の工程と、
    次に前記ノズルユニットを、前記流路ユニットに、前記アクチュエータと対向した位置に接着する第３の工程と
    を含むことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  5. インクを吐出するノズルが配列されたノズルプレートを有するノズルユニットと、
    前記ノズルユニットの背面に接着された前記ノズルごとの圧力室を有する流路ユニットと、
    前記流路ユニットの前記ノズルユニットが接着されている面とは反対の面に接着され、
    前記ノズルユニットよりもその平面視形状が小さく、前記圧力室内のインクに圧力を加えて前記ノズルからインクを吐出させるアクチュエータと
    を積層して形成されたフロントヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、
    前記ノズルユニット、流路ユニット及びアクチュエータを別々に形成する第１の工程と、
    前記ノズルユニットを前記流路ユニットに接着する第２の工程と、
    次に前記アクチュエータを、前記流路ユニットに、前記アクチュエータと対向した位置に接着する第３の工程と
    を含むことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  6. 請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、
    前記第１の工程において、前記ノズルユニットを形成する工程は、前記ノズルが穿設されていない第１のプレート材と、
    前記圧力室と連通する連通孔が穿設された第２のプレート材と
    を積層し、接着した後、前記第２のプレート側から前記連通孔を通して前記第１のプレートにノズルを穿設し、その第１のプレートを前記ノズルプレートとする工程を含むことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  7. 請求項６に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、
    前記第１の工程において、前記流路ユニットは、前記圧力室およびそれと連通するインク流路が穿設された複数枚のプレートを積層し、接着して形成し、
    前記インク流路は、前記第２のプレート材の前記連通孔と連通することを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  8. インクを吐出するノズルおよび前記ノズルごとの圧力室を有するキャビティユニットと、
    前記圧力室内のインクに圧力を加えて前記ノズルからインクを吐出させるアクチュエータとを有するフロントヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、
    前記キャビティユニットを、前記圧力室およびそれと連通するインク流路を有する流路ユニットと、
    前記ノズルを有する第１のプレート材および前記圧力室と前記ノズルとを連通する連通孔を有する第２のプレート材からなるノズルユニットとに分け、
    前記流路ユニットを、前記ノズルユニットとは独立して、前記圧力室およびそれと連通するインク流路が穿設された複数枚のプレートを積層し接着して形成し、
    前記ノズルユニットを、前記流路ユニットとは独立して、前記流路ユニットよりも平面視形状を小さく形成した前記第１のプレート材および前記第２のプレート材を積層し接着して形成し、
    前記流路ユニットと、前記ノズルユニットとを積層し、接着することを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  9. 請求項８に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、
    前記ノズルユニットを形成する工程は、前記ノズルが穿設されていない第１のプレート材と、
    前記連通孔が穿設された第２のプレート材とを積層し、接着した後、
    前記第２のプレート側から前記連通孔を通して前記第１のプレートに前記ノズルを穿設することを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  10. 請求項１〜９のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、
    前記流路ユニットの前記ノズルユニットが接着された面であって、かつ、前記ノズルユニットを囲む面に、カバープレートを接着する工程を含むことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  11. インクを吐出するノズルが配列されたノズルプレートを有するノズルユニットと、
    前記ノズルユニットの背面に接着された前記ノズルごとの圧力室を有する流路ユニットと、
    前記流路ユニットの、前記ノズルユニットが接着されている面とは反対の面に、前記圧力室内のインクに圧力を加えて前記ノズルからインクを吐出させるアクチュエータと
    を接着して形成されたフロントヘッドユニットを備えたインクジェットプリンタヘッドにおいて、
    前記ノズルユニットと前記アクチュエータは、その平面視形状がほぼ等しい大きさで互いに対向した位置に前記流路ユニットに接着されていることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
  12. 請求項１１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、
    前記流路ユニットの前記ノズルユニットが接着された面には、カバープレートが設置されていて、前記カバープレートは、前記ノズルユニットに対応した位置に開口部を有し、その開口から前記ノズルユニットを表出した枠状であることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。

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