JP2010234539A - 液体吐出装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出装置１における吐出特性のばらつきを防止すると共に、その吐出精度の長期安定性を実現する。
【解決手段】液体吐出装置１は、圧力室６を区画する一対の側壁部３２を含む圧力室形成部材３と、圧力室形成部材３に接着されて圧力室６を区画する区画プレート４と、区画プレート４に接合されるノズルプレート５と、を備える。区画プレート４には、ノズル１２と圧力室６とを互い連通させる連通孔４１が貫通形成され、区画プレート４のヤング率は、ノズルプレート５のヤング率以下に設定される。
【選択図】図５

Description

ここに開示する技術は、液体吐出装置及びその製造方法に関する。

液体吐出装置の１つとしてのインクジェット装置として、例えば特許文献１にはシェアモード型圧電素子を有するインクジェット装置が開示されている。このインクジェット装置は、インクが充填される各圧力室を区画するように所定方向に並設された圧電素子と、隣り合う圧電素子の間を掛け渡すように配置されて各圧力室の一部を区画する蓋部と、蓋部に対して接着されると共に、各圧力室に対応するように板厚方向に貫通したノズルを有するノズル板とを備え、蓋部には、隣り合う圧電素子の間に相当する位置に、各圧力室とノズルとを互いに連通させる案内孔を貫通形成している。この特許文献１に開示されたインクジェット装置では、蓋部に対してノズル板を接着する際に、その接着面からはみ出した接着剤が、ノズルを閉塞したり、ノズル径を縮小させたりしてノズル毎に吐出特性がばらつく虞があることから、これを防止するために、例えば特許文献２には、蓋部に形成する案内孔を、圧力室側からノズル側に向かって径が拡大するような逆テーパ状にする構成が開示されている。このことによって、蓋部とノズル板との接着面における案内孔の径が、ノズルの径に比べて大きくなるため、はみ出した接着剤がノズル孔と干渉してしまうことが回避される。
特開平７−７６０８３号公報 特開２００１−３４１３０２号公報

ところで、前記特許文献２に開示されたインクジェット装置では、蓋部を、セラミック、ガラス、シリコン、又は金属等の比較的硬い材料によって構成する一方で、ノズル板は、ノズルの加工性を考慮して、樹脂、つまり比較的軟らかい材料によって構成している。このように特許文献２では、蓋部を硬い材料によって構成しているため、蓋部を圧電素子に接着した後に、案内孔を貫通形成することはできない。従って、特許文献２のインクジェット装置では、蓋部に対して予め案内孔を貫通形成した上で、それを圧電素子に対して接着層を介して接着するようにしている。

ここでシェアモード型圧電素子を有するインクジェット装置では、圧力室内のインクに高い圧力を確実に付与する上で、圧電素子の端部を強固に固定して圧力室の剛性を高めることが望ましく、そのために、蓋部と圧電素子との接着は特に強固に行うことが望ましい。本願発明者は、特許文献２に開示されたインクジェット装置では、前述したように、案内孔を予め形成した蓋部を圧電素子に対して接着することになるため、その接着の際に、接着面からはみ出した接着剤が案内孔と干渉してしまうことに気づいた。特に、解像度の向上に伴いノズルピッチが狭くなったときには、圧力室のノズルピッチ方向の幅が狭くなる、換言すれば圧電素子の配置間隔が狭くなることから、圧電素子と案内孔との距離が近くなって接着面からはみ出した接着剤が案内孔と干渉し易くなる。その結果、案内孔が塞がってしまうことも起こり得る。このように特許文献２に開示されたインクジェット装置では、蓋部とノズル板との間の接着に関して、接着剤とノズルとの干渉は回避しようとしているものの、蓋部と圧電素子との間の接着に関して、接着剤と案内孔との干渉については何ら対策がないことから、吐出特性のばらつきという課題を解消するには至っていない。

また近年、こうしたインクジェット技術が、エレクトロニクス分野を始めとした様々な分野の製造過程に利用されているが、こうした製造過程においてインクジェット装置から吐出される液体材料は、通常の記録に用いられるインクとは異なり、例えば金属微粒子等を含有している場合がある。特許文献２に開示されているインクジェット装置は、ノズル板を比較的軟らかい材料によって構成しているため、そうした微粒子等を含有している液体材料を用いた場合には、ノズルが摩耗して液体の吐出精度が低下する虞がある。つまり、こうした液体材料をも用い得るインクジェット装置において、ノズルの摩耗を防止して液体の吐出精度を長期に亘って安定化する上では、ノズル板は比較的硬い材料であることが望ましい。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、液体吐出装置における吐出特性のばらつきを防止し得ると共に、その吐出精度の長期安定性をも実現し得る。

液体吐出装置は、液体が充填される圧力室を区画するように所定方向に所定間隔を空けて配置された一対の側壁部を含む圧力室形成部材と、前記一対の側壁部間を掛け渡すように当該側壁部に接着されることによって、前記一対の側壁部と共に前記圧力室を区画する区画プレートと、前記区画プレートに接合されると共に、前記圧力室内の液体に圧力が印加されることに伴い当該液体を吐出するノズルが形成されたノズルプレートと、を備え、前記区画プレートには、前記ノズルと前記圧力室とを互い連通させる連通孔が貫通形成され、前記区画プレートのヤング率は前記ノズルプレートのヤング率以下、又は、前記区画プレートの硬度は前記ノズルプレートの硬度以下である。

区画プレートのヤング率又は硬度がノズルプレートのヤング率又は硬度以下であることから、この区画プレートは比較的軟らかい部材となり、加工性が良好になる。このことから、圧力室形成部材に対し区画プレートを接着した後に、その区画プレートに対して連通孔を貫通形成することが可能である。このような後加工は、連通孔を予め形成した区画プレートを圧力室形成部材に対して接着する場合に生じ得る、連通孔と接着剤との干渉をなくし、連通孔を確実にかつ精度良く形成することを実現し得る。これは、ノズルの吐出特性として所望の特性を確保する上で有利である。特に一対の側壁部間の間隔が狭い場合でも、連通孔がはみ出した接着剤によって塞がったりすることがなくなるため有利である。

また、区画プレートを圧力室形成部材に対して強固に接合することにより、圧力室の剛性が向上する。このことは、圧力室内の液体に対して高い圧力を印加することを可能にし、吐出特性を向上する上で有利になる。

一方、ノズルプレートは相対的に硬い部材となるため、ノズルを精度良く形成することが可能になる。これは吐出特性の向上に有利である。また、ノズルの摩耗が抑制されることから、吐出精度を長期に亘って安定化し得る。尚、ノズルプレートが硬いことから、ノズルプレートを区画プレートに対して接合した後にノズルを形成することは困難であるものの、区画プレートとノズルプレートとの間の接合は強固に行う必要がないことから、はみ出した接着剤がノズルに干渉するようなことは容易に回避し得る。

ここに開示する液体吐出装置は、液体が充填される圧力室を区画するように所定方向に所定間隔を空けて配置された一対の側壁部を含む圧力室形成部材と、前記一対の側壁部間を掛け渡すように当該側壁部に接着されることによって、前記一対の側壁部と共に前記圧力室を区画する区画プレートと、前記区画プレートに接合されると共に、前記圧力室内の液体に圧力が印加されることに伴い当該液体を吐出するノズルが形成されたノズルプレートと、を備え、前記区画プレートには、前記ノズルと前記圧力室とを互い連通させる連通孔が貫通形成され、前記区画プレートのヤング率は、前記ノズルプレートのヤング率以下である。

圧力室形成部材に接着される区画プレートは、そのヤング率がノズルプレートのヤング率以下に設定されていて、比較的軟らかい。このことから区画プレートは加工性が良好であるため、圧力室形成部材に対して区画プレートを接着した後に、その区画プレートに連通孔を貫通形成することが可能である。このような後加工は、圧力室形成部材と区画プレートとの間の接着層にも孔を貫通形成することになるから、連通孔が予め形成された区画プレートを圧力室形成部材に接着する場合において生じ得る連通孔と接着剤との干渉をなくし、区画プレートに対して連通孔を確実かつ精度良く形成することを実現し得る。これは複数の圧力室及びノズルを備えた液体吐出装置において、ノズル毎の吐出特性のばらつきを抑制する上で有利である。また、後加工は、ノズルピッチが狭く、それに伴い圧力室形成部材の側壁部の間隔が狭い場合、換言すれば、はみ出した接着剤と連通孔とが干渉し易い場合において特に有効である。

また、連通孔と接着剤との干渉を考慮する必要がないことから、区画プレートを圧力室形成部材に対して強固に接着させることが可能であり、圧力室の剛性が高く確保される。このことは、圧力室内の液体に対し高い圧力を印加して、吐出特性を向上する上で有利になる。また、圧力室の剛性が高いことは、液体吐出装置における液体の吐出周波数を高くする上でも有利になる。

また、本願発明者は、区画プレートとノズルプレートとの間には大きな圧力が作用しないことから、両プレートの接合を強固に行う必要がなく、区画プレートとノズルプレートとの間を強固に接合しなくても、吐出特性には支障が生じない点を見出した。そこでノズルプレートは、区画プレートに対して相対的にヤング率を高く設定することとした。つまり、ノズルプレートを相対的に硬いプレートとした。硬いノズルプレートは、区画プレートに接合した後にノズルを形成することは困難であるため、ノズルを形成した後にノズルプレートを区画プレートに接合することになるが、前述したように、区画プレートとノズルプレートとの間は強固に接合する必要がないことから、接着以外の、例えばクランピング等の接合手段を採用することも可能である。また、接着を行う場合であっても、ノズルの近傍にまで接着剤を塗布せずに接着を行うことも可能である。従って、区画プレートとノズルプレートとの間に接合に際し、ノズルと接着剤とが干渉することは容易に回避し得る。一方で、ノズルプレートが硬いことから、ノズルプレートに形成したノズルの摩耗が抑制され、吐出精度の長期安定性を図る上で有利になる。

前記区画プレートのヤング率は、前記圧力室形成部材のヤング率以下である、としてもよい。区画プレートは、比較的軟らかく加工性の良好な部材となるため、圧力室形成部材に対して接着した後に、連通孔を後加工することが可能になり、前述したように、ノズル毎の吐出特性のばらつきを抑制する上で有利になる。

前記区画プレートの硬度は、前記ノズルプレートの硬度以下である、としてもよい。

また、前記区画プレートの硬度は、前記圧力室形成部材の硬度以下である、としてもよい。

区画プレートは、その硬度が、少なくともノズルプレートの硬度以下に設定されているため、加工性が良好である。このことにより、連通孔を後加工することが可能になり、前記と同様に、ノズル毎の吐出特性のばらつきを抑制する上で有利になる。一方、ノズルプレートは相対的に硬い部材となるため、ノズルの加工精度の向上により吐出特性が向上する点で有利になると共に、ノズルの摩耗等が抑制されることによって、吐出安定性が長期に亘って安定化し得る。

前記連通孔の径は、前記ノズルの径よりも大である、としてもよい。区画プレートとノズルプレートとを接着する場合において、その接着面から仮に接着剤がはみ出したとしても、連通孔の径が相対的に大きいことでノズルと接着剤とが干渉することが確実に回避し得る。また、連通孔の径が相対的に大きいことは、連通孔とノズルとの間の相対位置精度の点においても有利になる。

前記圧力室形成部材は、前記一対の側壁部がそれぞれシェアモード型の圧電体を含んで構成されており、前記一対の側壁部は、前記区画プレートとの接着側が固定された状態でせん断変形することにより、前記圧力室内の液体に圧力を印加する、としてもよい。

前述したように連通孔と接着剤との干渉を考慮する必要がなく、シェアモード型の圧電体を含む側壁部と区画プレートとの接着を強固に行い得るから、圧力室の剛性が向上し、吐出特性の向上及び駆動周波数の向上を図る上で有利になる。

前記圧力室形成部材は、前記所定方向に前記所定間隔を空けて並設された複数の側壁部を含み、それによって前記圧力室は、前記所定方向に複数並設されており、前記ノズルプレートには、前記複数の圧力室に対応するように、複数のノズルが前記所定方向に並設されていると共に、前記区画プレートには、前記複数の圧力室及びノズルに対応するように、複数の連通孔が前記所定方向に並設されている、としてもよい。

ノズルピッチを狭く設定したときには、それに伴い圧力室形成部材の側壁部の間隔も狭くなるが、前述したように、側壁部の間隔が狭いときでも、接着剤と連通孔との干渉を回避して、連通孔を確実かつ精度良く形成し得ることから、ノズル毎の吐出特性のばらつきを抑制し得る。

前記区画プレートは、樹脂を含んで構成されている、としてもよい。樹脂を含んだ区画プレートは加工性が良く、連通孔を後加工をする上で有利になる。具体的には、区画プレートを圧力室形成部材に接着した後に、例えばレーザ加工によって穴開け加工が可能である。

液体吐出装置の製造方法は、液体が充填される圧力室を区画するように所定方向に所定間隔を空けて配置された一対の側壁部を含む圧力室形成部材に対し、前記一対の側壁部間を掛け渡すように区画プレートを接着する工程と、前記接着した区画プレートにおける前記一対の側壁部間の位置に連通孔を貫通形成する工程と、ノズルプレートにノズルを形成する工程と、前記ノズルと前記連通孔との位置合わせをして、前記ノズルプレートを前記区画プレートに接合する工程と、を備えている。

区画プレートを圧力室形成部材に接着した後に、その区画プレートに連通孔を形成することで、接着剤による連通孔の閉塞等の問題は生じない。その結果、吐出特性のばらつきを防止し得る。

一方、区画プレートとノズルプレートとの間における接着剤とノズルとの干渉問題は、前述したように、接着以外の接合手法を採用することや、ノズルの近傍に接着剤を塗布しないこと等によって、容易に回避し得るため、そのことに起因する吐出特性のばらつきも防止し得る。

また、ノズルプレートに対しては、それを接合する前にノズルを形成することによって、ノズルを精度良く加工することが可能になり、吐出特性の向上に有利になる。また、ノズルを後加工しないことにより、ノズルプレートを比較的硬いプレートとすることも可能であり、この場合はノズルの摩耗が抑制されて、吐出精度の長期安定化を図り得る。

さらに、連通孔が形成された区画プレートに対して、ノズルが形成されたノズルプレートを接合することにより、連通孔を位置決めに利用し得るため、ノズルの配置精度を容易に確保し得る。

前記連通孔は、前記ノズル孔よりも大径となるように形成する、としてもよい。前述したように、区画プレートとノズルプレートとを接着する場合において、その接着面から仮に接着剤がはみ出したとしてもノズルと接着剤とが干渉することが確実に回避し得る。また、区画プレートに対してノズルプレートを接合する際のアライメント調整が容易になる。

前記連通孔及び前記ノズルの形成はそれぞれ、レーザ加工によって行う、としてもよい。区画プレートに対する連通孔の形成をレーザ加工によって行うことで、後加工が容易に行い得る。一方、ノズルプレートに対するノズルの形成をレーザ加工によって行うことにより、ノズルを高精度に形成し得る。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１は、液体吐出装置（液体吐出ヘッド）１の全体図を示している。この液体吐出ヘッド１は、図示は省略するが、いわゆるドキュメント（印刷物）のプリントや、各種のデバイス製造過程におけるパターンの形成や、例えば液晶パネル用のカラーフィルタ、ＥＬ（エレクトロルミネッセント）材料、電荷注入材料の塗付や、フラッドプリント法のような均一薄膜の形成等に利用される液体吐出装置の一部を構成する。液体吐出ヘッド１は、矩形箱状の筐体１１を有し、その筐体１１の正面（図１における手前側を向いた面）側に、多数のノズル１２が形成されたノズル面１３を備えて構成されている。液体吐出ヘッド１は、ノズル面１３に配列された各ノズル１２から、図示省略の媒体に対し、液体材料等を吐出する。尚、この液体吐出ヘッド１は、これを一単位として、支持フレーム（図示省略）に対し複数個並べて配置して固定することにより、前記媒体の全幅に亘ってノズルを配置した、いわゆるラインヘッドを構成することが可能である。

液体吐出ヘッド１の筐体１１は、図示は省略するが、後述する圧電体を駆動するための駆動回路を内蔵しており、筐体１１の背面には、駆動回路に駆動信号を供給するフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１１１が接続されている。また詳しくは後述するが、この液体吐出ヘッド１は、図示省略のタンクとの間で液体が循環するように構成されており、タンクから液体吐出ヘッド１に液体を供給する供給管が接続される供給口１１２、及び、液体吐出ヘッド１からタンクに液体を排出する排出管が接続される排出口１１３が、筐体１１の背面側にそれぞれ設けられている（同図の矢印参照）。

液体吐出ヘッド１は、そのノズル面１３に、図１における紙面左奥側から右手前側に向かって（Ｘ方向又は主走査方向と呼称する）、複数のノズル１２が配置されたノズル列を、主走査方向に直交する副走査方向（Ｙ方向）に２列有している。

図２は、液体吐出ヘッド１の筐体１１内に内蔵された、液体の吐出に係る本体部２を拡大して示す斜視図である。本体部２は、矩形板状の流路部材２１と、この流路部材２１の接合面（図２（ａ）における上向きの面）側に形成された凹陥部２２内に配置された圧電体からなる２つの圧力室形成部材３と、流路部材２１の接合面に接合される区画プレート４と、区画プレート４に対して接合されるノズルプレート５と、を含んで構成されている。

流路部材２１は、矩形状の平板と、矩形の空洞部分を有する枠状の平板とを板厚方向に重ね合わせて接合することによって構成されており、これにより流路部材２１には、その中央に、矩形状の凹陥部２２が形成されることになる。この凹陥部２２は、液体が流れる流路として機能する部分であり、凹陥部２２内には、複数の貫通孔２２１，２２２，２２３が主走査方向に列状に並んで形成されていると共に、その貫通孔からなる孔列は、副走査方向に所定の間隔を空けて３列形成されている。この３列の孔列の内、副走査方向の中央の孔列を構成する各貫通孔２２１は、図示は省略するが前記供給口１１２に接続されており、これによって、当該各貫通孔は凹陥部２２内に液体を供給するための流入口２２１として機能する。一方、副走査方向の両側それぞれの孔列を構成する各貫通孔２２２，２２３は、図示は省略するが前記排出口１１３に接続されており、これによって、当該各貫通孔は凹陥部２２内から液体を排出するための流出口２２２，２２３として機能する。

各圧力室形成部材３は、図２〜４に示すように、主走査方向に延びる長尺の部材であり、前述したように、圧電体（例えばＰＺＴ）により構成されている。各圧力室形成部材３は、図３，４等に拡大して示すように、主走査方向に延びる概略棒状の圧電体に対し、副走査方向の両側面及び上面（図３，４における上面）のそれぞれに開口する溝を、主走査方向に多数形成することによって構成されており、これにより圧力室形成部材３は、主走査方向に延びて凹陥部２２内に載置される基部３１と、その基部３１に立設すると共に、主走査方向に所定間隔を空けて並設された多数の側壁部３２とを含んで構成されている。図３，５に示すように、圧力室形成部材３において、隣り合う側壁部３２の間は、液体が充填される圧力室６として機能する。換言すれば各側壁部３２は、圧力室６の一部を区画し、この各側壁部３２によって、圧力室６は主走査方向に複数並設されることになる。この圧力室形成部材３はシェアモード型の圧電体からなり、図示は省略する電極を通じて電圧を印加することによって、各側壁部３２は、主走査方向（図３における左右方向）にせん断変形をする。そうして、圧力室６内の液体に対し圧力が付与され、その圧力の付与に伴い、ノズル１２から液体が吐出されることになる。

各圧力室形成部材３は、凹陥部２２内における孔列と孔列との間に配置されている。ここで前述したように、各圧力室形成部材３に形成された溝は、副走査方向の両側面にそれぞれ開口していることから、流入口２２１を通じて凹陥部２２内に流入した液体は、図４（ｂ）に矢印で示すように、当該流入口２２１側に位置する前記開口を通じて圧力室６内に流入すると共に、圧力室６を副走査方向に流れて流出口２２２，２２３側に位置する開口から流出する。尚、図４（ｂ）は、図２（ａ）に示される２つの圧力室形成部材３，３の内、右手前に配置されている圧力室形成部材３を図示しているものとする。そうして、圧力室６内を通過した液体は、流出口２２２，２２３を通じて凹陥部２２から排出される。このようにして、この液体吐出ヘッド１においては液体が循環することになる。こうした循環構成は、圧力室６内に異物が存在する場合に、循環経路中に設けたフィルタ（図示省略。尚、フィルタは液体吐出ヘッド１に内蔵されていてもよいし、液体吐出ヘッド１の外部に設けられていてもよい）によって除去することが可能である。また、気泡が発生したときでも、液体の循環により圧力室６から気泡を除去することが可能になるという利点があり、液体の吐出安定性が向上する。

区画プレート４は、図３，５等に示すように、流路部材２１及び圧力室形成部材３に対し、接着層４２を介して接合されている。それによって区画プレート４は、流路部材２１における凹陥部２２の開口を覆って流路を区画形成すると共に、圧力室形成部材３の側壁部３２同士を掛け渡すように配設されて側壁部３２と側壁部３２との間に形成される各圧力室６のノズル側を区画する。この区画プレート４は、後述するように後加工による加工性を考慮して、例えば樹脂により構成されている。区画プレート４は、ここでは特にポリイミド樹脂により構成されているとするが、これに限定されるものではない。区画プレート４には、図２（ｂ）に示すように、各圧力室６に対応する連通孔４１が、その板厚方向に貫通形成されている。各連通孔４１は、後述するように、区画プレート４を流路部材２１及び圧力室形成部材３に対し接着した後に、後加工により形成される。各連通孔４１は、主走査方向に対しては、隣り合う一対の側壁部３２，３２の中央位置であって、副走査方向に対しては、その圧力室６の略中央位置に形成されている。これによって連通孔４１は、主走査方向に対しては等ピッチでかつ千鳥状となるように配列されている。尚、図２（ｂ）では明らかではないが、圧力室形成部材３は、凹陥部２２内に２つ配設されていることから、区画プレート４には、連通孔４１からなる孔列が副走査方向に２列形成されている。各連通孔４１は、ノズル１２の径に比べて大径に形成されており、図５に示すように、ここでは圧力室６の幅（主走査方向の幅）とほぼ同じ径に設定されている。尚、圧力室６の幅と連通孔４１の径の大きさとの間の関係については特に規定はなく、連通孔４１の径が、圧力室６の幅よりも小さくてもよい。但し、連通孔４１は、ノズル１２よりも大径であることが好ましい。

ノズルプレート５は、例えばステンレス鋼や、セラミック等の比較的硬い材料からなり、区画プレート４に対して接合されてノズル面１３を構成する平板部材である。ノズルプレート５は、区画プレート４と比較したときに、その硬度（硬さ）が区画プレート４の硬度よりも高く設定される。ここでの硬度は、それを示す尺度の種類（例えばビッカース硬さやブリネル硬さ等）を特に規定するものではなく、ノズルプレート５の硬さを示す硬度と、区画プレート４の硬さを示す硬度と、が互いに同じ種類の硬度によって比較されていればよい。この硬度の相違は主に加工性の相違を意味し、区画プレート４は、加工性が良好であることが望ましい。一方、ノズルプレート５は、比較的硬いことにより耐摩耗性に優れていることが望ましい。こうした加工性等の観点からは、ノズルプレート５と区画プレート４との間の相対的な硬度を規定する以外にも、ヤング率を規定してもよく、ノズルプレート５のヤング率を、区画プレート４のヤング率よりも高く設定するとしてもよい。この場合も、前記と同様に、区画プレート４は加工性が良好となり、ノズルプレート５は耐摩耗性に優れることになる。尚、ノズルプレート５は、区画プレート４に対して、硬度及びヤング率の双方が高い必要はなく、少なくとも一方が区画プレート４のそれよりも高ければよい。尚、ノズルプレート５の硬度を区画プレート４の硬度と同じにしてもよく、また、ノズルプレート５のヤング率を区画プレート４のヤング率と同じにしてもよい。

またここで、区画プレート４と圧力室形成部材３との間における硬度やヤング率について言及すると、前述したように区画プレート４は、ポリイミド樹脂からなるのに対し、圧力室形成部材３は、例えばＰＺＴからなる圧電体であるため、区画プレート４の硬度は、圧力室形成部材３の硬度よりも低く設定されることになり、また区画プレート４のヤング率は、圧力室形成部材３のヤング率よりも低く設定されることになる。区画プレート４の硬度は、圧力室形成部材３の硬度と同じか、それよりも低いことが好ましい。又は、区画プレート４のヤング率は、圧力室形成部材３のヤング率と同じか、それよりも低いことが好ましい。

ノズルプレート５には、各連通孔４１に対応する位置に、ノズル１２が板厚方向に貫通して形成されている。従ってノズル１２は、主走査方向に対し所定のノズルピッチで千鳥状に配置されてノズル列を形成すると共に、そのノズル列は副走査方向に２列並んで形成されることになる。

各ノズル１２は、図５に示すように、圧力室６側である基端からノズル面１３側である先端に向かって径が縮小するテーパ部１２１と、このテーパ部１２１に連続すると共に径が一定のストレート部１２２とを含んで構成されている。ノズル１２内における質量流量は一定に保たれることからテーパ部１２１によって吐出速度が向上し得ると共に、ストレート部１２２によって吐出した液滴の直進性が向上し得る。尚、ノズルプレート５のノズル面１３には液滴の着弾精度を向上させるために、撥水膜１４が形成されている。

ノズルプレート５は、前述したように比較的硬い材料からなるため、先細のテーパ部１２１を有する各ノズル１２を、ノズル面１３側から加工することはできず、ノズル面１３とは逆側から加工する必要がある。従って、詳しくは後述するが、ノズルプレート５に対するノズル１２の加工は、ノズルプレート５を区画プレート４に接合した後に行うのではなく、ノズルプレート５を区画プレート４に接合する前に行う。つまり、ノズルプレート５に各ノズル１２を予め形成した後に、そのノズルプレート５を区画プレート４に接合することになる。

ノズルプレート５と区画プレート４との接合形態としては、接着、クランピング又は磁力による接合等の種々の形態を採用し得る。ここで、ノズルプレート５と区画プレート４との間には大きな圧力が作用しないことから、両プレート４，５の接合は強固に行う必要がなく、ノズルプレート５と区画プレート４との間を強固に接合しなくても、液体の吐出特性には何ら支障が生じないことが判明した。そのためノズルプレート５と区画プレート４との接合形態としては種々の形態を採用し得る。また両プレート４，５の接合に接着を採用する場合においても、ノズルプレート５及び区画プレート４における、ノズル１２等が形成された中央部分を除く周辺部や、四隅のみに接着剤を塗布して、接着するようにしてもよい。

次に、図６を参照しながら、液体吐出ヘッド１の製造手順について説明する。先ず図６においては詳細な図示を省略するが、棒状の圧電体に対し、前述したように多数の溝を形成することによって圧力室形成部材３を作成し、これを、流路部材２１における凹陥部２２内の所定位置にそれぞれ配置固定する。そうして別途用意した区画プレート４を、接着層４２を介して流路部材２１及び圧力室形成部材３に対し接着する（工程Ｐ１参照）。尚、ここで接着する区画プレート４には、連通孔は形成されていないことを確認的に記載する。ここで、区画プレート４は圧力室形成部材３に対して強固に接着する。こうすることで圧力室６の剛性が高くなり、圧電体（側壁部３２）の駆動に伴い圧力室６内の液体に対し高い圧力を印加し得るようになる。

次いで、圧力室形成部材３に接合した区画プレート４における、その圧力室形成部材３の接合側とは逆側の面にエキシマレーザを照射することにより、隣り合う側壁部３２，３２の間に連通孔４１を形成する（工程Ｐ２参照）。こうしたレーザ加工の採用は、連通孔４１の後加工を容易にする。この連通孔４１は十分に大きい径を有する孔として、図例のように隣り合う側壁部３２，３２の間隔とほぼ同じ径の孔として形成してもよい。また、連通孔４１は、区画プレート４だけではなく、接着層４２にも連続することによって圧力室６と連通することになる。このように、区画プレート４を圧力室形成部材３に接合した後に連通孔４１を形成する後加工では、接着層４２にも連通孔４１を連続して形成することから、連通孔４１と接着剤との干渉は起こり得ない。

一方、流路部材２１側の製造工程とは別に、ノズルプレート５を用意して（工程Ｐ３参照）、そのノズルプレート５の一面に撥水膜１４を形成する（工程Ｐ４参照）。撥水膜１４の形成には、種々の公知の方法を適宜採用し得る。そうして、撥水膜１４を形成した側の面とは逆側の面に、例えばピコ秒レーザを照射することによって、ノズル１２を貫通形成する（工程Ｐ５参照）。こうすることによって、撥水膜１４が形成されたノズル面１３に向かって先細となったテーパ部１２１とストレート部１２２とを有するノズル１２を形成することが可能になると共に、比較的硬いノズルプレート５に対して、ノズル１２を高精度に形成することが可能になる。尚、図例では、下から上向きにレーザを照射しているが、これは理解容易のために、工程Ｐ３，Ｐ４に対してノズルプレート５の向きを変えずに図示したためである。

そうして、ノズル１２を形成したノズルプレート５を、区画プレート４に対して接合する。このときに区画プレート４に形成した連通孔４１は、マーカーとして利用することが可能であり、ノズル１２と連通孔４１との位置を合わせて、ノズルプレート５を区画プレート４に接合する（工程Ｐ６参照）。尚、ノズルプレート５と区画プレート４との間の接合は、前述したように、種々の接合形態を採用し得る。そうして、液体吐出ヘッド１の本体部２が完成する。

以上説明したように、この液体吐出ヘッド１では、区画プレート４は、例えばポリイミド樹脂からなり、その加工性が良好であることから、圧力室形成部材３に区画プレート４を接着した後に、その区画プレート４に連通孔４１を貫通形成すること、つまり後加工が可能である（図６の工程Ｐ１，Ｐ２参照）。これに対し、連通孔４１が予め形成された区画プレート４を圧力室形成部材３に接着する場合には、その区画プレート４と圧力室形成部材３との接着面からはみ出した接着剤が連通孔４１に干渉して、その孔径を縮小させたり、連通孔４１を閉塞させたりする虞がある。特に圧力室形成部材３と区画プレート４との接着は、幅狭の側壁部３２において行われると共に、高解像度とする上でノズルピッチが狭く設定されるときには側壁部３２同士の間隔が狭くなることから、はみ出した接着剤が連通孔４１に干渉し易くなってしまう。従って、区画プレート４に対して連通孔４１を後加工することが可能な前記の構成は、区画プレート４に対して連通孔４１を確実かつ精度良く形成する上で、有利であり、特にノズルピッチが狭く、それに伴い圧力室形成部材３の側壁部３２の間隔が狭い場合において有効である。そうして、連通孔４１を確実かつ精度良く形成する結果として、吐出特性がノズル１２毎にばらつくことを抑制し得る。

また連通孔４１と接着剤との干渉を考慮する必要がないことから、区画プレート４を圧力室形成部材３に対して強固に接着させることが可能になる。このことは、図５に示すように、シェアモード型の圧電体の端部、つまり側壁部３２の上端を区画プレート４に強固に固定して圧力室６の剛性を高め得る。その結果、圧力室６内の液体に対し高い圧力を印加して吐出特性を向上する上で有利になると共に、液体吐出ヘッド１における液体の吐出周波数を高くする上でも有利になる。

これに対しノズルプレート５は、例えばステンレス鋼等からなり耐摩耗性に優れるため、ここに開示される液体吐出ヘッド１のように、金属粉等の粒子を含有した液体材料の吐出を行う場合でも、ノズル１２の摩耗が抑制される。このことは、長期に亘って高い吐出精度を維持する上で有効である。また、ノズルプレート５が硬いことは、ノズル１２の加工も高精度に行い得るから、吐出特性を向上する上でも有利である。

その一方で、ノズルプレート５を区画プレート４に接合した後に、ノズル１２を後加工することはできないものの、ノズルプレート５と区画プレート４との接合に際し、接着以外の接合手法を採用することが可能であり、接着剤がノズル１２に干渉することは未然に回避し得る。また、ノズルプレート５と区画プレート４との接合に際し接着を採用する場合でも、ノズル１２の近傍に接着剤を塗布する必要がないため、接着剤がノズル１２に干渉することは未然に回避し得る。特に図２に端的に示されるように、ノズルプレート５と区画プレート４との接着は、面同士の接着になり、例えば区画プレート４と圧力室形成部材３（幅狭の側壁部３２）との接着と比較して、その接着面積は大幅に広くなる。このことは、ノズル１２の近傍に接着剤を塗布しなくても、所望の接着強度を得る上で有利になる。

また、区画プレート４に形成する連通孔４１の径を、ノズル１２の径よりも大にすることによって、仮に区画プレート４とノズルプレート５とを接着する場合において、その接着面から接着剤がはみ出したとしても、ノズル１２と接着剤とが干渉することを確実に回避し得る。また、連通孔４１の径を相対的に大に設定することによって、連通孔４１とノズル１２との間の相対位置の精度として、高い精度が要求されないため、アライメント調整の点で有利になる。

尚、液体吐出ヘッド１（本体部２）としては、種々の変形例を採用し得るものであり、前記の構成に限定されるものではない。例えば図７に示すように、連通孔４３は、圧力室６側からノズル１２側に向かって先細となったテーパ状に形成してもよい。このようなテーパ状の連通孔４３も、例えばポリイミド樹脂製の区画プレート４のように加工性が良好な場合には、図６の工程Ｐ６に示すのと同様に、圧力室形成部材３の接合側とは逆側の面にエキシマレーザを照射することにより、容易に形成することが可能である。テーパ状の連通孔４３は、ノズル１２に向かう液体流れをスムースにして、吐出特性をさらに向上し得る。

以上説明したように、本発明は、例えばインクジェットプリンタを始め、インクジェット法を用いた有機ＥＬパネルの製造装置、配線パターン描画装置等に広く応用される液体吐出装置、及び、それを製造する上で有用である。

液体吐出ヘッドの斜視図である。 （ａ）液体吐出ヘッドにおける液体の吐出に係る本体部を示す斜視図、（ｂ）その一部の拡大図である。 本体部の断面を含む斜視図である。 （ａ）圧力室形成部材の斜視図、（ｂ）その一部の拡大図である。 本体部の断面図である。 液体吐出ヘッドの製造手順を示す説明図である。 本体部の変形例を示す図５対応図である。

１ 液体吐出ヘッド（液体吐出装置）
１２ ノズル
３ 圧力室形成部材
３２ 側壁部
４ 区画プレート
４１ 連通孔
５ ノズルプレート
６ 圧力室

Claims (11)

1. 液体が充填される圧力室を区画するように所定方向に所定間隔を空けて配置された一対の側壁部を含む圧力室形成部材と、
   前記一対の側壁部間を掛け渡すように当該側壁部に接着されることによって、前記一対の側壁部と共に前記圧力室を区画する区画プレートと、
   前記区画プレートに接合されると共に、前記圧力室内の液体に圧力が印加されることに伴い当該液体を吐出するノズルが形成されたノズルプレートと、を備え、
   前記区画プレートには、前記ノズルと前記圧力室とを互い連通させる連通孔が貫通形成され、
   前記区画プレートのヤング率は、前記ノズルプレートのヤング率以下である液体吐出装置。
2. 請求項１に記載の液体吐出装置において、
   前記区画プレートのヤング率は、前記圧力室形成部材のヤング率以下である液体吐出装置。
3. 液体が充填される圧力室を区画するように所定方向に所定間隔を空けて配置された一対の側壁部を含む圧力室形成部材と、
   前記一対の側壁部間を掛け渡すように当該側壁部に接着されることによって、前記一対の側壁部と共に前記圧力室を区画する区画プレートと、
   前記区画プレートに接合されると共に、前記圧力室内の液体に圧力が印加されることに伴い当該液体を吐出するノズルが形成されたノズルプレートと、を備え、
   前記区画プレートには、前記ノズルと前記圧力室とを互い連通させる連通孔が貫通形成され、
   前記区画プレートの硬度は、前記ノズルプレートの硬度以下である液体吐出装置。
4. 請求項３に記載の液体吐出装置において、
   前記区画プレートの硬度は、前記圧力室形成部材の硬度以下である液体吐出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出装置において、
   前記連通孔の径は、前記ノズルの径よりも大である液体吐出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出装置において、
   前記圧力室形成部材は、前記一対の側壁部がそれぞれシェアモード型の圧電体を含んで構成されており、
   前記一対の側壁部は、前記区画プレートとの接着側が固定された状態でせん断変形することにより、前記圧力室内の液体に圧力を印加する液体吐出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出装置において、
   前記圧力室形成部材は、前記所定方向に前記所定間隔を空けて並設された複数の側壁部を含み、それによって前記圧力室は、前記所定方向に複数並設されており、
   前記ノズルプレートには、前記複数の圧力室に対応するように、複数のノズルが前記所定方向に並設されていると共に、前記区画プレートには、前記複数の圧力室及びノズルに対応するように、複数の連通孔が前記所定方向に並設されている液体吐出装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体吐出装置において、
   前記区画プレートは、樹脂を含んで構成されている液体吐出装置。
9. 液体が充填される圧力室を区画するように所定方向に所定間隔を空けて配置された一対の側壁部を含む圧力室形成部材に対し、前記一対の側壁部間を掛け渡すように区画プレートを接着する工程と、
   前記接着した区画プレートにおける前記一対の側壁部間の位置に連通孔を貫通形成する工程と、
   ノズルプレートにノズルを形成する工程と、
   前記ノズルと前記連通孔との位置合わせをして、前記ノズルプレートを前記区画プレートに接合する工程と、を備えている液体吐出装置の製造方法。
10. 請求項９に記載の製造方法において、
    前記連通孔は、前記ノズルよりも大径となるように形成する製造方法。
11. 請求項９又は１０に記載の製造方法において、
    前記連通孔及び前記ノズルの形成はそれぞれ、レーザ加工によって行う製造方法。

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