JP2009241459A - 液滴吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ダンパープレートの厚みを確保しつつ共通液体流路に関するダンパー効果を高くする。
【解決手段】インクジェットヘッドが、副マニホールド流路１０５ａとこれに連通する複数の個別インク流路とが形成された流路ユニット９を有している。ダンパープレート１３０の下面に形成された凹部１３０ｂとノズルプレート１３１とによって副マニホールド流路１０５ａと対向するダンパー室１０９が形成されている。ダンパープレート１３０に形成された凹部１３０ｂの底壁が、副マニホールド流路１０５ａの底壁となるダンパー部１３０ａとなっている。ダンパー部１３０ａには、ダンパー部１３０ａの面に沿う圧縮応力が加えられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッド及びその製造方法に関する。
インク滴を吐出するインクジェットヘッドとして、複数のマニホールド流路を有する共通インク室と、各マニホールド流路の出口から圧力室を介してノズルに至る複数の個別インク流路と、ダンパープレートを介して共通インク室に隣接するダンパー室とが形成された流路ユニットを有するものが知られている（特許文献１参照）。この流路ユニットは複数の金属プレートが積層された積層構造を有している。共通インク室の底壁であるダンパープレートの薄肉部分であるダンパー部が弾性変形することによって、共通インク室内におけるインクの圧力変動が抑制される。これにより、インクジェットヘッドに係るインク吐出特性が安定する。
特開２００６−０６２２６０号公報（図７）
特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、ダンパー効果を高めるという観点から、ダンパー部の固有振動数を低くすること、言い換えれば、ダンパー部の剛性を低くすることが好ましい。そこで、ダンパー部の厚みを薄くすることによって、ダンパー部の剛性を低くすることが考えられる。しかしながら、ダンパー部は弾性変形を繰り返すため、ダンパー部の厚みを薄くし過ぎるとダンパー部の耐久性が著しく低下する。
そこで、本発明は、ダンパープレートの厚みを確保しつつ共通液体流路に関するダンパー効果を高くすることができる液滴吐出ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の液滴吐出ヘッドは、複数のプレートが積層されることによって、液滴を吐出するノズルに液体を供給する共通液体流路が形成されていると共に、前記複数のプレートが、一方の面が前記共通液体流路の側壁面の少なくとも一部を画定すると共に他方の面の前記共通液体流路と対向する領域が他の前記プレートに接していないダンパープレートを含んでいる流路ユニットを備えており、前記ダンパープレートにおける前記共通液体流路の側壁となる領域に前記側壁面に沿う圧縮応力が加えられている。
本発明によると、ダンパープレートの共通液体流路と対向する領域に圧縮応力が加えられると、応力軟化により当該領域の固有振動数が低下するため、ダンパープレートの共通液体流路と対向する領域の厚みを確保しつつ共通液体流路に関するダンパー効果を高くすることができる。
本発明においては、前記ダンパープレートが、これに隣接する前記プレートより線膨張係数が小さい材料で形成されていることが好ましい。これによると、ダンパープレートが、他のプレートより線膨張係数が小さい材料で形成されているため、ダンパープレートの接合時において、ダンパープレート及びこれに接合された他のプレートが、加熱された状態から冷却されるとき、ダンパープレートに隣接する他のプレートがダンパープレートよりも大きく収縮しようとすることによって、ダンパープレートの共通液体流路と対向する領域に圧縮応力が加えられる。
また、本発明においては、前記ダンパープレートの前記共通液体流路と反対側の面に、前記共通液体流路と対向する凹部が形成されており、他の前記プレートが、前記凹部を封止するように、前記ダンパープレートに隣接していてもよい。これによると、ダンパープレートを介して共通液体流路と隣接する空間が画定されるため、安定したダンパー効果を得ることができる。
このとき、前記凹部が、前記共通液体流路に沿って延在し、前記凹部の延在する方向と直交する直交方向に関して、前記凹部の幅が前記共通液体流路の幅より小さくなっていると共に、前記凹部の底壁が前記共通液体流路側に向かって凸となるように湾曲していてもよい。これによると、凹部内の空間を広く確保することができるため、広い範囲で共通液体流路内における液体の圧力変動を抑制することができる。
または、前記凹部が、前記共通液体流路に沿って延在し、前記凹部の延在する方向と直交する直交方向に関して、前記凹部の幅が前記共通液体流路の幅より大きくなっていると共に、前記凹部の底壁が前記共通液体流路の反対側に向かって凸となるように湾曲していてもよい。これによると、共通液体流路の容積を広く確保することができるため、ダンパー効果を確保しつつ液体の供給量を増やすことができる。
本発明においては、前記ダンパープレートが、前記ノズルが形成されたノズルプレートを兼ねていてもよい。これによると、液滴吐出ヘッドの小型化を図ることができる。
また、本発明においては、前記プレートが、金属材料からなることが好ましい。これによると、液滴吐出ヘッドの強度を高くすることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、金属材料で形成された複数のプレートが積層されることによって、液滴を吐出するノズルに液体を供給する共通液体流路が形成されていると共に、前記複数のプレートが、一方の面が前記共通液体流路の側壁面の少なくとも一部を画定すると共に他方の面の前記共通液体流路と対向する領域が他の前記プレートに接していないダンパープレートを含む流路ユニットを備えている液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記複数のプレートを形成するプレート形成工程と、互いに隣接する前記プレート同士を加熱した状態で接合する接合工程とを備えており、前記プレート形成工程において、前記ダンパープレートを、これに隣接する前記プレートより前記側壁面に沿う方向の線膨張係数が小さい金属材料で形成する。
本発明によると、ダンパープレートが、他のプレートより線膨張係数が小さい材料で形成されているため、接合工程において、ダンパープレート及びこれに接合された他のプレートが加熱された状態から冷却されるとき、ダンパープレートに隣接する他のプレートがダンパープレートよりも大きく収縮しようとすることによって、ダンパープレートの共通液体流路と対向する領域に圧縮応力が加えられる。これにより、応力軟化により当該領域の固有振動数が低下するため、ダンパープレートの共通液体流路と対向する領域の厚みを確保しつつ共通液体流路に関するダンパー効果を高くすることができる。
本発明においては、前記プレート形成工程において、前記ダンパープレートを、他の全ての前記プレートより前記線膨張係数が小さい金属材料で形成することが好ましい。これによると、ダンパープレートの共通液体流路と対向する領域に効率よく圧縮応力が加えられる。
また、本発明では、前記接合工程において、互いに隣接する前記プレート同士を金属接合してもよい。これによると、プレート同士を強固に接合することができる。
または、前記接合工程において、互いに隣接する前記プレート同士を熱硬化性接着剤によって接合してもよい。これによると、プレート同士を安価に接合することができる。
本発明では、前記接合工程において、互いに隣接する前記プレートを所定の温度で加熱した後に、当該前記プレート同士を積層方向に加圧することが好ましい。これによると、接合するプレート同士が共に安定した熱膨張状態で接合されるため、プレート同士を正確に接合することができる。
また、本発明では、前記接合工程において、全ての前記プレートを一括して接合することが好ましい。これによると、全てのプレートをさらに正確に接合することができる。
本発明によると、ダンパープレートの共通液体流路と対向する領域に圧縮応力が加えられると、応力軟化により当該領域の固有振動数が低下するため、ダンパープレートの共通液体流路と対向する領域の厚みを確保しつつ共通液体流路に関するダンパー効果を高くすることができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る好適な実施形態のインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタの全体的な構成を示す概略側面図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は、４つのインクジェットヘッド１を有するカラーインクジェットプリンタである。このインクジェットプリンタ１０１には、図中左方に給紙部１１が、図中右方に排紙部１２がそれぞれ構成されている。
インクジェットプリンタ１０１の内部には、給紙部１１から排紙部１２に向かって用紙Ｐが搬送される用紙搬送経路が形成されている。給紙部１１のすぐ下流側には、用紙を狭持搬送する一対の送りローラ５ａ、５ｂが配置されている。一対の送りローラ５ａ、５ｂは、用紙Ｐを給紙部１１から図中右方に送り出すためのものである。用紙搬送経路の中間部には、搬送機構１３が設けられている。この搬送機構１３は、２つのベルトローラ６、７と、両ローラ６、７の間に架け渡されるように巻回されたエンドレスの搬送ベルト８と、搬送ベルト８によって囲まれた領域内に配置されたプラテン１５とを含む。プラテン１５は、インクジェットヘッド１と対向する位置において搬送ベルト８が下方に撓まないように搬送ベルト８を支持するものである。ベルトローラ７と対向する位置には、ニップローラ４が配置されている。ニップローラ４は、給紙部１１から送りローラ５ａ、５ｂによって送り出された用紙Ｐを搬送ベルト８の外周面８ａに押さえ付けるものである。
図示しない搬送モータがベルトローラ６を回転させることによって、搬送ベルト８が走行される。これにより、搬送ベルト８が、ニップローラ４によって外周面８ａに押さえ付けられた用紙Ｐを粘着保持しつつ排紙部１２に向けて搬送する。なお、搬送ベルト８の表面には、弱粘着性のシリコン樹脂層が形成されている。
搬送ベルト８のすぐ下流側には、剥離プレート１４が設けられている。剥離プレート１４は、搬送ベルト８の外周面８ａに粘着されている用紙Ｐを外周面８ａから剥離して、図中右方の排紙部１２に向けて導くように構成されている。
４つのインクジェットヘッド１は、４色（マゼンタ、イエロー、シアン、ブラック）のインクに対応して、搬送方向に配列されている。つまり、このインクジェットプリンタ１０１は、ライン式プリンタである。インクジェットヘッド１は、その下端にヘッド本体２をそれぞれ有している。ヘッド本体２は、搬送方向に直交した方向に長尺な細長い直方体形状となっている。また、ヘッド本体２の底面が搬送ベルト８の外周面８ａに対向するインク吐出面２ａとなっている。搬送ベルト８によって搬送される用紙Ｐが４つのヘッド本体２のすぐ下方側を順に通過する際に、この用紙Ｐの上面すなわち印刷面に向けてインク吐出面２ａから各色のインクが吐出されることで、用紙Ｐの印刷面に所望のカラー画像が印刷される。
次に、図２〜図４を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。図２は、ヘッド本体２の平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図３では説明の都合上、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１１０、アパーチャ１１２及びノズル１０８を実線で描いている。図４は、図３に示すIV−IV線に沿った部分断面図である。
ヘッド本体２は、図示しないインクタンクからのインクを貯溜しつつ流路ユニット９に供給するリザーバユニット（不図示）やアクチュエータユニット２１を駆動させる駆動信号を生成するドライバＩＣ（不図示）が組み付けられることによって、インクジェットヘッド１を構成するものである。
図２に示すように、ヘッド本体２は、４つのアクチュエータユニット２１が、流路ユニット９の上面９ａに固定されている。図３に示すように、流路ユニット９は、圧力室１１０等を含むインク流路が内部に形成されている。アクチュエータユニット２１は、各圧力室１１０に対応した複数のアクチュエータを含んでおり、ドライバＩＣに駆動されることによって、圧力室１１０内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。
流路ユニット９は、直方体形状を有している。流路ユニット９の上面９ａには、リザーバユニットのインク流出口（不図示）に対応して、計１０個のインク供給口１０５ｂが開口している。流路ユニット９の内部には、図２及び図３に示すように、それぞれが、流路ユニット９の短手方向（副走査方向）に関する端部近傍において流路ユニット９の長手方向（主走査方向）に配列された５個のインク供給口１０５ｂに連通する２つのマニホールド流路１０５が形成されている。また、各マニホールド流路１０５は、互いに平行に且つ主走査方向に延在するように分岐している複数の副マニホールド流路１０５ａを有している。
流路ユニット９の下面には、多数のノズル１０８がマトリクス状に配置されたインク吐出面２ａが形成されている。圧力室１１０も流路ユニット９におけるアクチュエータユニット２１の固定面においてノズル１０８と同様マトリクス状に多数配列されている。
本実施形態では、等間隔に流路ユニット９の長手方向に並ぶ圧力室１１０の列が、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各圧力室列に含まれる圧力室１１０の数は、後述のアクチュエータユニット２１の外形形状（台形形状）に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。ノズル１０８も、これと同様の配置がされている。
さらに、図４に示すように、流路ユニット９には、副マニホールド流路１０５ａの延在方向に沿って延在しつつ、ダンパー部１３０ａを介して副マニホールド流路１０５ａと隣接するダンパー室１０９が形成されている。ダンパー部１３０ａが弾性変形することによって、副マニホールド流路１０５ａ内におけるインクの圧力変動が抑制される。これにより、インク滴の吐出特性を安定させることができる。
流路ユニット９は、互いに金属接合（固相接合）されたステンレス鋼からなる１０枚のプレート１２２〜１３１から構成されている。プレート１２２〜１３１は、主走査方向に長尺な矩形状の平面をそれぞれ有している。これらプレート１２２〜１３１のうち、ダンパープレート１３０を除く９枚のプレート１２２〜１２９、１３１がステンレス鋼のＳＵＳ３１６で形成されており、ダンパープレート１３０が、ステンレス鋼のＳＵＳ４３０で形成されている。ここで、ＳＵＳ３１６の線膨張係数は、１６．０×１０−６／℃であり、ＳＵＳ４３０の線膨張係数は、１０．４×１０−６／℃である。つまり、ダンパープレート１３０の線膨張係数が他のプレート１２２〜１２９、１３１の線膨張係数よりも小さくなっている。
ここで、ダンパープレート１３０について詳細に説明する。ダンパープレート１３０の下面に、当該面に隣接するノズルプレート１３１に向かって開口した凹部１３０ｂが形成されている。ダンパープレート１３０に形成された凹部１３０ｂとノズルプレート１３１とによってダンパー室１０９が形成されている。ダンパープレート１３０に形成された凹部１３０ｂの底壁が、副マニホールド流路１０５ａの底壁であり、インクの圧力変動を吸収するダンパー部１３０ａとなっている。このように、ダンパープレート１３０においては、上方の面が副マニホールド流路１０５ａの底壁（底面）を画定すると共にダンパー部１３０ａの下方の面が下方に隣接するノズルプレート１３１に接していない。
そして、ダンパー部１３０ａには、ダンパー部１３０ａの面に沿う圧縮応力が加えられている。これに対応して、上方のマニホールドプレート１２９には、ダンパープレート１３０との接合部分に、ダンパー部１３０ａの面に沿う引張応力が加えられている（矢印参照）。なお、ダンパー部１３０ａに加えられた圧縮応力、及び、マニホールドプレート１２９に加えられた引張応力は、後述するように、ダンパープレート１３０を除くプレート１２２〜１２９、１３１が、ダンパープレート１３０より収縮しようとすることによって発生している。
副マニホールド流路１０５ａに関するダンパー効果を高くするという観点からは、ダンパー部１３０ａの固有振動数ｆが低いことが好ましい。共振体は、外部から力を受けると、その固有振動数ｆが変化する現象を示す。外力により共振体内部に初期応力が発生し、見かけ上の弾性係数が変わるとされている。実際、ダンパー部１３０ａにおいて、その面に沿う圧縮応力によって固有振動数ｆが低くなる。ここで、部材の固有振動数ｆは、
ｆ∝（１／（ρ・Ｃ））１／２
ρ：部材の密度
Ｃ：コンプライアンス（部材の柔らかさ）
に示されるように、部材のコンプライアンスが大きくなるに伴って低くなる。そして、部材に圧縮応力が加えられると、部材が応力軟化して見かけ上のコンプライアンスが大きくなる。つまり、ダンパー部１３０ａに圧縮応力が加えられているため、ダンパー部１３０ａの固有振動数ｆが低下している。これにより、ダンパー部１３０ａに圧縮応力が加えられていない場合と比較して、副マニホールド流路１０５ａに関するダンパー効果が高くなっている。実効的には、ダンパー部１３０ａの部材が薄くなったといえる。
これらプレート１２２〜１３１を互いに位置合わせしつつ積層されることによって、プレート１２２〜１３１に形成された貫通孔が連結され、流路ユニット９内に、２つのマニホールド流路１０５、各マニホールド流路１０５に係る副マニホールド流路１０５ａの出口であるサプライ口１２５ａから圧力室１１０を経てノズル１０８に至る多数の個別インク流路１３２、及び、ダンパー室１０９が形成される。
流路ユニット９におけるインクの流れについて説明する。リザーバユニットからインク供給口１０５ｂを介して流路ユニット９内に供給されたインクは、マニホールド流路１０５において副マニホールド流路１０５ａに分岐される。副マニホールド流路１０５ａ内のインクは、各個別インク流路１３２に流れ込み、絞りとして機能するアパーチャ１１２及び圧力室１１０を介してノズル１０８に至る。
次に、図５を参照しつつ流路ユニット９（インクジェットヘッド１）の製造方法について説明する。図５は、流路ユニット９の製造工程を示す図である。図５に示すように、流路ユニット９の製造工程は、プレート形成工程及び接合工程を含んでいる。まず、プレート形成工程においては、ＳＵＳ３１６によってダンパープレート１３０を除く９枚のプレート１２２〜１２９、１３１を形成し、ＳＵＳ３１６より線膨張係数が小さいＳＵＳ４３０によってダンパープレート１３０を形成する。
各プレート１２２〜１３１は、いずれも１００μｍ前後の厚さを有している。各プレート１２２〜１３１は、流路の構成部位に対応して、それぞれ所定のサイズや形状を有した貫通孔や溝が、エッチング法やプレス法によって形成されている。このうち、ダンパープレート１３０のダンパー室１０９となる部分は、ハーフエッチングによってノズルプレート１３１側に開口する凹部１３０ｂが形成される。この凹部１３０ｂの底壁は、厚さが１０μｍ〜２０μｍ（ここでは、約１５μｍ）の薄肉部となっている。なお、薄肉部の厚さは、１０μｍ以下になるとピンホールによる液漏れが生じる。一方、厚さが２０μｍ以上になるとダンパー部１３０ａのダンパー効果が弱くなる。
本実施形態では、凹部１３０ｂは、マニホールド流路１０５（副マニホールド流路１０５ａを含む）の全長に亘るように形成されている。凹部１３０ｂの幅は、これが対向するマニホールド流路１０５（副マニホールド流路１０５ａ）の幅に等しい。また、凹部１３０ｂは、大気連通孔と接続されている。これによって、気温や気圧の変化に関わりなく安定したダンパー効果が得られる。なお、外部からのインクの侵入を避けるという観点から、大気連通孔は、他の流路を避けるようにして形成され、圧力室１１０が形成されたキャビティープレート１２２の表面に開口している。つまり、プレート１２２〜プレート１３０は、積層したときに互いに連通して大気連通孔を構成する貫通孔をそれぞれ有しており、いずれも他の貫通孔と共にエッチング法（プレート製造工程）によって形成される。
次に、接合工程においては、プレート形成工程において形成されたプレート１２２〜１３１を互いに位置合わせした状態で一括して金属接合を行う。この接合工程は、酸化性ガスの含有量を数ｐｐｍとした真空中で行われ、予備加熱工程、加熱加圧工程及び冷却工程を含んでいる。予備加熱工程においては、互いに位置合わせしつつ積層されたプレート１２２〜１３１を１２０℃で予備加熱する。これにより、各プレート１２２〜１３１が熱膨張する。このとき、ダンパープレート１３０が他のプレート１２２〜１２９、１３１より線膨張係数が小さいＳＵＳ４３０で形成されているため、プレート１２２〜１２９、１３１がダンパープレート１３０より大きく膨張する。
そして、加熱加圧工程においては、予備加熱工程で予備加熱されたプレート１２２〜１３１を、さらに加熱しつつ積層方向に加圧することによって、プレート１２２〜１３１同士を一括して金属接合する。つまり、プレート１２２〜１２９、１３１がダンパープレート１３０より大きく膨張した状態で、プレート１２２〜１３１同士が固相反応によって接合される。
冷却工程においては、加熱加圧工程で金属接合されたプレート１２２〜１３１を２０℃まで冷却する。このとき、プレート１２２〜１２９、１３１が、ダンパープレート１３０より大きく収縮しようとするため、副マニホールド流路１０５ａの側壁同士が近づく方向にダンパー部１３０ａが圧縮される。これにより、ダンパー部１３０ａに、ダンパー部１３０ａの面に沿う圧縮応力が加えられる。また、マニホールドプレート１２９における、副マニホールド流路１０５ａの側壁を画定すると共にダンパープレート１３０のダンパー部１３０ａに隣接する領域に接合された部分には、ダンパー部１３０ａの面に沿う引張応力が加えられる。以上で流路ユニット９が完成する。この流路ユニット９では、接合工程中において、金属接合によって固定された時点でのマニホールドプレート１２９とダンパープレート１３０との熱膨張量の差が、そのままダンパー部１３０ａに生じる圧縮応力の大きさとなっている。
以上、説明した本実施形態によると、ダンパー部１３０ａに圧縮応力が加えられることによって、応力軟化によりダンパー部１３０ａの固有振動数ｆが低下するため、ダンパー部１３０ａの厚みを確保しつつ副マニホールド流路１０５ａに関するダンパー効果を高くすることができる。
また、ダンパープレート１３０が、これに隣接するマニホールドプレート１２９より線膨張係数が小さい材料で形成されているため、接合工程において、金属接合されたプレート１２２〜１３１を加熱された状態から冷却されることによって、ダンパー部１３０ａに圧縮応力が加えられる。
さらに、接合工程では、予備加熱工程において、プレート１２２〜１３１を１２０℃で予備加熱し、その後、予備加熱されたプレート１２２〜１３１を、さらに加熱しつつ積層方向に加圧することによって、プレート１２２〜１３１同士を一括して金属接合する。このように、プレート１２２〜１３１が共に安定した熱膨張状態で一括して接合されるため、プレート１２２〜１３１同士を正確に接合することができる。また、金属接合によりプレート１２２〜１３１同士を強固に接合することができる。
さらに、流路ユニット９にダンパー部１３０ａを天井壁とするダンパー室１０９が形成されているため、安定したダンパー効果を得ることができる。
また、流路ユニット９を構成する全てのプレート１２２〜１３１が金属材料（ステンレス鋼）によって形成されているため、流路ユニット９の強度を高くすることができる。
＜第１変形例＞
図６を参照しつつ、本発明の第１変形例について説明する。図６は、第１変形例における流路ユニット９の断面図である。図６に示すように、第１変形例の流路ユニット９においては、副マニホールド流路１０５ａの延在方向と直交する直交方向に関して、ダンパー室２０９を画定するダンパープレート２３０の凹部２３０ｂの幅が、副マニホールド流路１０５ａの幅より小さくなっている。また、副マニホールド流路１０５ａの底壁（ダンパープレート２３０に形成された凹部２３０ｂの底壁）であるダンパー部２３０ａにダンパー部２３０ａの面方向に沿った圧縮応力が加えられることによって（矢印参照）、ダンパー部２３０ａが、副マニホールド流路１０５ａに向かって凸となるように湾曲している。これによると、ダンパー室２０９内の空間を広く確保することができるため、広い範囲で副マニホールド流路１０５ａ内におけるインクの圧力変動を抑制することができる。
＜第２変形例＞
図７を参照しつつ、本発明の第２変形例について説明する。図７は、第２変形例における流路ユニット９の断面図である。図７に示すように、第２変形例の流路ユニット９においては、副マニホールド流路１０５ａの延在方向と直交する直交方向に関して、ダンパー室３０９を画定するダンパープレート３３０の凹部３３０ｂの幅が、副マニホールド流路１０５ａの幅より大きくなっている。また、副マニホールド流路１０５ａの底壁（ダンパープレート３３０に形成された凹部３３０ｂの底壁）であるダンパー部３３０ａにダンパー部３３０ａの面方向に沿った圧縮応力が加えられることによって（矢印参照）、ダンパー部３３０ａがダンパー室３０９の内側に向かって凸となるように湾曲している。これによると、副マニホールド流路１０５ａの容積を広く確保することができるため、ダンパー効果を確保しつつ個別インク流路１３２に対するインクの供給量を増やすことができる。
以上２つの変形例において、ダンパー部２３０ａ、３３０ａが湾曲する原因は共通している。上述の変形例では、ダンパー室２３０ａ、３３０ａとこれが対向するマニホールド流路１０５（副マニホールド流路１０５ａ）との幅に差がある。ダンパー部２３０ａ、３３０ａが面方向の圧縮応力を受けた場合、面方向に縮み、面と垂直方向には伸びようとする。面方向の縮みは、他のプレートの縮みでもある。そのため、ダンパー部２３０ａ、３３０ａでは、一方の表面部とこれと反対側の表面部とにおいて、面方向の歪みに幅の差に応じた違いが生じる。この歪みの差が、ダンパー部２３０ａ、３３０ａを湾曲させる原因である。
具体的に説明する。図８は、ダンパー室２０９端部の一部拡大断面図である。副マニホールド流路１０５ａの幅Ｌ１の方が、ダンパー室２０９の幅Ｌ２よりも広い場合（Ｌ１＞Ｌ２）を示している。また、ダンパープレート１３０は、凹部を有する一枚の金属プレートであるが、ここでは、２つのプレート１３０ａ、１３０ｂの積層体として扱う。そのため、ダンパー室２０９端部では、ダンパー部材としてのプレート１３０ａが、マニホールドプレート１２９とプレート１３０ｂとによって挟まれている。
副マニホールド流路１０５ａの幅方向に関して、圧縮応力による面方向の縮みをΔｘとする。プレート１３０ａにおいて、副マニホールド流路側の表面の歪みはε１＝Δｘ／Ｌ１で表され、ダンパー室２０９側の歪みは、ε２＝Δｘ／Ｌ２で表される。副マニホールド流路１０５ａとダンパー室２０９との幅にはＬ１＞Ｌ２の関係があるから、歪みにはε１＜ε２の関係がある。これを応力σの大小関係として表すと、σ１＜σ２となる。このとき、ダンパー室２０９端部（プレート１３０ａのプレート１２９とプレート１３０ｂとによる挟持部端部）では、副マニホールド流路１０５ａ側の表面に対して力Ｆ１（∝σ１）が、ダンパー室２０９側の表面に対して力Ｆ２（∝σ２）がそれぞれ生じている。Ｌ１＞Ｌ２の関係より、Ｆ１＜Ｆ２である。プレート１３０ａの厚さをｔとすると、ダンパー室２０９端部において、この力の差に対応した回転モーメントＭ＝（Ｆ２−Ｆ１）／（ｔ／２）が生じることになる。これによって、ダンパー部２３０ａは副マニホールド流路１０５ａ側に凸に変形する（図６参照）。
副マニホールド流路１０５ａの幅Ｌ１の方が、ダンパー室３０９の幅Ｌ２よりも狭い場合（Ｌ１＜Ｌ２）も、これと同様の説明ができ、ダンパー部３３０ａは、ダンパー室３０９側に凸に変形することになる（図７参照）。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、上述の実施形態においては、流路ユニット９を構成する全てのプレート１２２〜１３１が金属材料のステンレス鋼によって形成される構成であるが、プレート１２２〜１３１の少なくとも一部が、ステンレス鋼以外の金属材料で形成されていてもよいし、樹脂など金属材料以外の材料で形成されていてもよい。
また、上述の実施形態においては、ダンパープレート１３０の線膨張係数がマニホールドプレート１２９の線膨張係数よりも低くなっており、接合工程において、金属接合されたプレート１２２〜１３１が加熱された状態から冷却されることによって、ダンパー部１３０ａに圧縮応力を加える構成であるが、例えば、接合時にダンパープレート１３０のみを面方向に沿って物理的に圧縮した状態で、プレート１２２〜１３１同士を接合するなど、他の方法でダンパー部１３０ａに圧縮応力を加える構成であってもよい。この場合、ダンパープレート１３０の線膨張係数がプレート１２２〜１２９、１３１の線膨張係数以上であってもよい。
さらに、上述の実施形態では、予備加熱工程において、プレート１２２〜１３１を１２０℃で予備加熱し、その後、予備加熱されたプレート１２２〜１３１を、さらに加熱しつつ積層方向に加圧することによって、プレート１２２〜１３１同士を金属接合する構成であるが、加圧加熱工程において、プレート１２２〜１３１が安定した熱膨張状態になるのであれば、予備加熱を行うことなく、プレート１２２〜１３１同士を金属接合する構成であってもよい。
また、上述の実施形態では、接合工程において、プレート１２２〜１３１を一括して接合する構成であるが、プレート１２２〜１３１を分割して接合する構成であってもよい。
さらに、上述の実施形態では、加熱加圧工程において、プレート１２２〜１３１を金属接合する構成であるが、プレート１２２〜１３１を熱硬化性接着剤で接合する構成であってもよい。これによると、プレート１２２〜１３１を安価に接合することができる。
熱硬化性接着剤を用いた製造方法を簡単に説明する。図９は、接着剤を用いた流路ユニット９の製造工程を示す図である。図９に示すように、流路ユニット９の製造工程は、上述の実施形態と同様に、プレート形成工程及び接合工程を含んでいる。このうち、プレート形成工程は、上述の実施形態と同じである。
ここでは、接合工程から説明する。接合工程では、プレート形成工程で得られた各プレート１２２〜１３０の接着面に接着剤を塗布する接着剤塗布工程を行う。このとき、ノズルプレート１３１には、接着剤は塗布されない。接着剤は、熱効果温度が８０℃程度のエポキシ系熱硬化性接着剤であり、バーコーターによって均一に塗布される。
次に、ノズルプレート１３１上に、接着剤が塗布されたプレート１２２〜１３０を位置合わせしながら順次積層する。さらに、この積層体（プレート１２２〜１３１）を加熱加圧装置（不図示）の下ジグに載置する。下ジグは、これに対向する上ジグと共に、予め１２０℃に加熱されている。積層体と上ジグとの間には若干の隙間があり、約２分程度この状態が維持される。この間、下ジグに載置された積層体は、その温度が上昇する。この温度上昇に伴って、接着剤は、粘度が一端低下した後、増加に転じる。接着剤が硬化する前に、積層体の温度は１２０℃に達して、この温度における各プレート１２２〜１３１の熱膨張を互いに干渉することなく完了する（予備加熱工程）。
積層体の加熱開始後（載置後）約２分経過したところで、下ジグと上ジグとで圧力を加えながら積層体を挟持加熱する加圧工程を行う。この加圧工程中は、積層体の温度が１２０℃に維持されている。加圧工程は、接着剤が硬化を完了するまで行う。本実施形態では、４分程度である。
この後、上下のジグによる挟持状態を解き、積層体を常温まで冷却する冷却工程を行う。以上の手順で、接着剤を用いた流路ユニット９が完成する。
この製造方法では、接着剤が塗布されている状態で、各プレート１２２〜１３１が所定の温度にて自由に伸びきる。このタイミングで加圧工程が加えられ、接着剤の硬化を待つ。このとき、各プレート１２２〜１３１は、所定の温度にて伸びきったまま固定される。接着剤硬化後の冷却工程では、各プレート１２２〜１３１がそれぞれ収縮しようとするが、プレート１２９とプレート１３０との間では熱膨張係数の差に対応してその収縮量にも差が生じる。これによって、ダンパープレート１３０のダンパー部には、面方向に沿った圧縮応力が加えられることになる。
上述した実施形態においては、ダンパープレート１３０に、ノズルプレート１３１に向かって開口した凹部１３０ｂが形成されており、当該凹部１３０ｂとノズルプレート１３１とによってダンパー室１０９が形成される構成となっているが、図１０（ａ）に示すように、マニホールドプレート１２９の下方に隣接すると共に副マニホールド流路１０５ａの底壁となるダンパープレート４３０が薄板形状を有しており、ダンパープレート４３０の下方に隣接するノズルプレート４３１に、ダンパープレート４３０に向かって開口した凹部４３１ｂが形成されており、当該凹部４３１ｂと、ダンパープレート４３０の副マニホールド流路１０５ａに対向する領域であるダンパー部４３０ａとによってダンパー室４０９が形成される構成となっていてもよい。なお、この場合、ダンパー部４３０ａにダンパー部４３０ａの面方向に沿った圧縮応力が加えられている。
または、図１０（ｂ）に示すように、マニホールドプレート１２９の下方に隣接して副マニホールド流路１０５ａの底壁となると共にノズル１０８が形成されたノズルプレート５３１が薄板形状を有する構成であってもよい。なお、ノズルプレート５３１の線膨張係数が他のプレート１２２〜１２９の線膨張係数よりも小さくなっている。また、ノズルプレート５３１における副マニホールド流路１０５ａと対向する領域がダンパー部５３１ａとなっており、ダンパー部５３１ａにダンパー部５３１ａの面方向に沿った圧縮応力が加えられている。つまり、ノズルプレート５３１がダンパープレートを兼ねている。これにより、流路ユニットにダンパー室を形成することなくダンパー効果を得ることができるため、インクジェットヘッド１の小型化を図ることができる。
なお、副マニホールド流路１０５ａの容積を広く確保するという観点から、図１０（ｃ）に示すように、マニホールドプレート１２９の下方に隣接すると共にノズル１０８が形成されたノズルプレート６３１が、マニホールドプレート１２９に向かって開口した凹部６３１ｂを有しており、当該凹部６３１ｂが副マニホールド流路１０５ａの一部を画定していると共に、当該凹部６３１ｂの底壁がダンパー部６３１ａとなる構成であってもよい。
本発明の好適な実施形態に係るインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタの外観側面図である。 図２に示すヘッド本体の平面図である。 図２に示す一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図３に示すIV−IV線断面図である。 図２に示す流路ユニットの製造工程を示す図である。 第１変形例を示す図である。 第２変形例を示す図である。 ダンパー室端部の一部拡大断面図である。 変形例である接着剤を用いた流路ユニットの製造工程を示す図である。 他の変形例を示す図である。
符号の説明
１ インクジェットヘッド
９ 流路ユニット
１０５ マニホールド流路
１０５ａ 副マニホールド流路
１０８ ノズル
１０９、２０９、３０９、４０９ ダンパー室
１１０ 圧力室
１２２〜１２８ プレート
１２９ マニホールドプレート
１３０、２３０、３３０、４３０ ダンパープレート
１３０ａ、２３０ａ、３３０ａ、４３０ａ、５３１ａ、６３１ａ ダンパー部
１３０ｂ、２３０ｂ、３３０ｂ、４３１ｂ、６３１ｂ 凹部
１３１、４３１、５３１、６３１ ノズルプレート

Claims (13)

  1. 複数のプレートが積層されることによって、液滴を吐出するノズルに液体を供給する共通液体流路が形成されていると共に、前記複数のプレートが、一方の面が前記共通液体流路の側壁面の少なくとも一部を画定すると共に他方の面の前記共通液体流路と対向する領域が他の前記プレートに接していないダンパープレートを含んでいる流路ユニットを備えており、
    前記ダンパープレートにおける前記共通液体流路の側壁となる領域に前記側壁面に沿う圧縮応力が加えられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  2. 前記ダンパープレートが、これに隣接する前記プレートより線膨張係数が小さい材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
  3. 前記ダンパープレートの前記共通液体流路と反対側の面に、前記共通液体流路と対向する凹部が形成されており、
    他の前記プレートが、前記凹部を封止するように、前記ダンパープレートに隣接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
  4. 前記凹部は、前記共通液体流路に沿って延在し、
    前記凹部の延在する方向と直交する直交方向に関して、前記凹部の幅が前記共通液体流路の幅より小さくなっていると共に、前記凹部の底壁が前記共通液体流路側に向かって凸となるように湾曲していることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
  5. 前記凹部は、前記共通液体流路に沿って延在し、
    前記凹部の延在する方向と直交する直交方向に関して、前記凹部の幅が前記共通液体流路の幅より大きくなっていると共に、前記凹部の底壁が前記共通液体流路の反対側に向かって凸となるように湾曲していることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
  6. 前記ダンパープレートが、前記ノズルが形成されたノズルプレートを兼ねていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
  7. 前記プレートは、金属材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
  8. 金属材料で形成された複数のプレートが積層されることによって、液滴を吐出するノズルに液体を供給する共通液体流路が形成されていると共に、前記複数のプレートが、一方の面が前記共通液体流路の側壁面の少なくとも一部を画定すると共に他方の面の前記共通液体流路と対向する領域が他の前記プレートに接していないダンパープレートを含む流路ユニットを備えている液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記複数のプレートを形成するプレート形成工程と、
    互いに隣接する前記プレート同士を加熱した状態で接合する接合工程とを備えており、
    前記プレート形成工程において、前記ダンパープレートを、これに隣接する前記プレートより前記側壁面に沿う方向の線膨張係数が小さい金属材料で形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
  9. 前記プレート形成工程において、前記ダンパープレートを、他の全ての前記プレートより前記線膨張係数が小さい金属材料で形成することを特徴とする請求項８に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
  10. 前記接合工程において、互いに隣接する前記プレート同士を金属接合することを特徴とする請求項８又は９に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
  11. 前記接合工程において、互いに隣接する前記プレート同士を熱硬化性接着剤によって接合することを特徴とする請求項８又は９に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
  12. 前記接合工程において、互いに隣接する前記プレートを所定の温度で加熱した後に、当該前記プレート同士を積層方向に加圧することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
  13. 前記接合工程において、全ての前記プレートを一括して接合することを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
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