JP2016043568A - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出面の、吐出口の近くに凸部が配置されて吐出口の周囲を確実に保護でき、また、凸部の耐久性にも優れた、液体吐出装置を提供すること。【解決手段】インクジェットヘッドの流路ユニット２３は、複数のノズル４４が形成された金属製のノズルプレート３９を備えている。ノズルプレート３９には、そのインク吐出面３９ａから突出する複数の凸部５０が、ノズル配列方向に沿って、複数のノズル４４と並んで配列されている。複数の凸部５０は、ノズルプレート３９に対する、インク吐出面３９ａと反対側からのプレス加工によって、それぞれ形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、液体吐出装置、及び、液体吐出装置の製造方法に関する。

特許文献１には、液体吐出装置として、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドは、複数のノズルが形成された合成樹脂製のノズルプレートと、複数のノズルに連通するインク流路が形成された金属製の流路形成板と、流路形成板に設けられた圧電素子を有する。インクジェットヘッドは、圧電素子により、インク流路内のインクに圧力を付与することで、ノズルからインクを吐出させる。

上記の特許文献１のインクジェットヘッドにおいて、合成樹脂製のノズルプレートの、複数のノズルの吐出口が配置されているインク吐出面には、吐出口の周囲にインク滴が付着することを防止するための撥インク膜が形成されている。また、ノズルプレートのインク吐出面には、ノズルの列を挟むように配置され、ノズル列方向に延びる２本の長い凸部（凸条部）が形成されている。この凸部により、紙ジャム等によって記録用紙が浮き上がった場合でも、記録用紙がノズルの吐出口に衝突することが抑制され、吐出口の縁や吐出口の周囲の撥インク膜に傷がつくことが防止される。

上記のノズルプレートは以下の工程で製造される。まず、ノズルプレートとなる合成樹脂の基板として、ポリイミド等の合成樹脂フィルムを準備する。この合成樹脂フィルムの一面に撥インク材を塗布して加熱乾燥させることで、撥インク膜を形成する。次に、撥インク膜が形成された合成樹脂フィルムに、レーザー加工で複数のノズルを形成する。次に、複数のノズルが形成された合成樹脂フィルム（ノズルプレート）を、流路孔が形成されている流路形成板に接合する。接合後、ノズルプレートの、撥インク膜が形成されたインク吐出面に金型を当て、熱プレスを行うことによって、インク吐出面に凸部を形成する。

特開２００６−２５６１６５号公報

特許文献１では、合成樹脂製のノズルプレートに凸部が形成されており、凸部の材質も合成樹脂である。しかし、合成樹脂の凸部は強度が低いため、耐久性に劣る。即ち、凸部に繰り返し記録用紙が当たることで、凸部が徐々に削られてなくなってしまう。また、記録用紙が大きな力で凸部に衝突したときには、凸部が欠けてしまうこともある。

また、ノズルプレートとなる合成樹脂製の基板に熱プレスで凸部を形成しているが、熱プレス時に基板が加熱されることによって、成型時に基板が反ってしまう。この反りを抑えようとすると、基板に大きな変形を生じさせることは難しくなり、凸部の高さが小さいものとなってしまう。凸部の高さが小さいと、記録用紙が凸部を簡単に乗り越えてしまうため、吐出口の周囲を保護する効果は低くなる。

本発明の目的は、液体吐出面の、吐出口の近くに凸部が配置されて吐出口の周囲を確実に保護でき、また、凸部の耐久性にも優れた、液体吐出装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明の液体吐出装置は、所定のノズル配列方向に配列された複数のノズル、及び、前記複数のノズルに連通する液体流路が形成された流路構造体を備え、前記流路構造体は、前記複数のノズルが形成された金属製のノズルプレートを有し、前記ノズルプレートには、前記複数のノズルの吐出口が配置される液体吐出面から突出する複数の凸部が、前記ノズル配列方向に沿って、前記複数のノズルと並んで配列され、前記複数の凸部が、前記ノズルプレートに対する、前記液体吐出面とは反対側からのプレス加工によって形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、金属製のノズルプレートには、このノズルプレートの液体吐出面から突出する複数の凸部が形成されている。これら複数の凸部は、ノズル配列方向に沿って、複数のノズルと並んで配列されている。そのため、各ノズルの吐出口の周囲が、その近くに位置する凸部によって確実に保護される。

また、ノズルプレートに対して、液体吐出面とは反対側からのプレス加工が行われることによって、上記の複数の凸部がそれぞれ形成されている。凸部が金属材料で形成されていることから、凸部の強度が高くなり耐久性に優れる。また、プレス加工によって、金属製のノズルプレートを大きく変形させて、ノズルの近くに、液体吐出面から大きく突出した凸部を形成することが可能である。また、ノズルプレートが金属であるため、プレス加工時に金属材料が塑性変形することで、プレス成形後の凸部の形状が維持される。

第２の発明の液体吐出装置は、前記第１の発明において、前記ノズルプレートは、圧延によって形成された圧延材からなり、前記ノズルプレートの圧延方向に沿って、前記複数のノズルが配列されていることを特徴とするものである。

ノズルプレートが、圧延工程を経て製造された金属の圧延材である場合は、凸部を形成するためのプレス加工時には、ノズルプレートを構成している金属材料が圧延方向に大きく押し広げられるため、ノズルプレートに形成される凸部は圧延方向に長い形状となりやすい。この場合に、凸部とノズルとが、ノズルプレートの圧延方向に並んでいるとすると、プレス加工の際に、ノズルプレートを構成する金属材料が圧延方向に押し広げられたときに、ノズルが形成される部分にも変形が及び、ノズルの形状が変わる、あるいは、ノズルの位置がずれるなどの影響が出る虞がある。この点、本発明では、ノズルの配列方向と凸部の配列方向が共に圧延方向であり、ノズルの列と凸部の列は、圧延方向と交差する方向に並んでいる。従って、プレス加工による凸部形成時に、ノズルプレートが圧延方向に大きく変形した場合でも、それが、ノズルへ及ぼす影響が小さくなる。

第３の発明の液体吐出装置は、前記第１又は第２の発明において、前記ノズルプレートは、圧延によって形成された圧延材からなり、前記複数の凸部は、ノズル配列方向とこのノズル配列方向と直交する方向の、２つの方向に沿ってそれぞれ配列されており、前記ノズル配列方向における前記凸部の配列数と、前記ノズル配列方向と直交する方向における前記凸部の配列数とが異なっており、前記２つの方向のうちの前記凸部の配列数が多い方向が、前記ノズルプレートの圧延方向に沿っていることを特徴とするものである。

凸部は、ノズルプレートがプレス加工によって局所的に屈曲変形した部分である。そのため、複数の凸部が一方向に配列されていると、その配列方向に沿ってノズルプレートが伸び縮みしやすい。また、複数の凸部が、ノズル配列方向とその直交方向の２つの方向にそれぞれ配列され、且つ、これら２つの方向で凸部の配列数が異なる場合、ノズルプレートは、凸部の配列数が多い方向に沿って伸び縮みしやすい。つまり、ノズルプレートは、凸部の配列数が多い方向に沿って反りやすいと言える。一方で、ノズルプレートが金属の圧延材である場合に、ノズルプレートはその圧延方向に引き伸ばされているために、圧延方向には伸び縮みしにくい。そこで、凸部の配列数が多い方向が、圧延方向に沿っていれば、凸部が形成されることによるノズルプレートの反りが抑制される。

第４の発明の液体吐出装置は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記ノズルプレートは、部分的に厚みが薄くなった薄肉部を有し、前記ノズルプレートの前記薄肉部に、プレス加工が施されて前記凸部が形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、ノズルプレートの薄肉部にプレス加工が行われて凸部が形成されるため、プレス加工による変形が、薄肉部と厚肉部との境界を越えて、厚肉部側に広がりにくく、変形が広がる範囲が限定される。そのため、プレス加工時における薄肉部の変形が、ノズルが形成される部分へ及ぼす影響を小さくすることができる。

第５の発明の液体吐出装置は、前記第４の発明において、前記ノズルプレートの、前記液体吐出面とは反対側に凹部が形成され、前記ノズルプレートの前記凹部が形成された部分が、前記薄肉部であり、前記流路構造体は、前記複数のノズルと共通に連通する共通液室が形成された、液室形成部材を有し、前記ノズルプレートの、前記液体吐出面と反対側の面が、前記液室形成部材の、前記共通液室を区画する１つの壁部に接して配置され、前記液室形成部材の前記１つの壁部と、前記ノズルプレートの前記薄肉部との間に、空間が存在することを特徴とするものである。

本発明では、ノズルプレートに凹部が形成されることによって、このノズルプレートの薄肉部と、液室形成部材の共通液室を区画する１つの壁部との間に、空間が存在している。これにより、液室形成部材の前記１つの壁部が変形可能となる。従って、共通液室内に液体に圧力変動が生じたときに、前記壁部が変形することによって圧力変動を吸収することができる。つまり、本発明では、プレス加工で凸部を形成するための薄肉部形成と、共通液室の１つの壁部を変形可能とするための空間確保という、２つの目的のために、ノズルプレートに凹部が形成されている。

第６の発明の液体吐出装置の製造方法は、所定のノズル配列方向に配列された複数のノズル、及び、前記複数のノズルに連通する液体流路が形成された流路構造体を備えた、液体吐出装置の製造方法であって、前記流路構造体に含まれ、前記複数のノズルが形成される金属プレートに、前記複数のノズルの吐出口が配置される液体吐出面から突出する複数の凸部を、前記ノズル配列方向に沿って形成する、凸部形成工程を備え、前記凸部形成工程において、前記金属プレートに対して、前記液体吐出面とは反対側からプレス加工を行って、前記金属プレートに前記複数の凸部を形成することを特徴とするものである。

本発明では、まず、複数のノズルが形成される金属プレートに、液体吐出面とは反対側からプレス加工を行うことによって、液体吐出面から突出する複数の凸部を形成する。各凸部は金属材料で形成されることから、凸部の強度が高くなり、耐久性に優れる。また、プレス加工によって、金属製のノズルプレートを大きく変形させて、ノズルの近くに、液体吐出面から大きく突出した凸部を形成することが可能である。また、プレス加工の際に、金属プレートを塑性変形させることで、プレス成形後に各凸部の形状が維持される。

第７の発明の液体吐出装置の製造方法は、前記第６の発明において、前記金属プレートに、部分的に厚みが薄くなった薄肉部を形成する、薄肉部形成工程をさらに備え、前記凸部形成工程において、前記金属プレートの前記薄肉部にプレス加工を行うことにより、前記複数の凸部を形成することを特徴とするものである。

本発明では、金属プレートに薄肉部を形成し、この薄肉部にプレス加工を行って複数の凸部を形成する。金属プレートの薄肉部にプレス加工を行ったときには、プレス加工による変形が、薄肉部と厚肉部との境界を越えて厚肉部側に広がりにくいため、変形が広がる範囲が限定される。

第８の発明の液体吐出装置の製造方法は、前記第６又は第７の発明において、前記凸部形成工程において、前記金属プレートに対して、前記液体吐出面とは反対側からパンチを押し込んで前記凸部を形成し、前記パンチは、先端部に設けられた先細り状のテーパ部と、このテーパ部に連なるストレート部とを有し、前記パンチの前記テーパ部のみを前記金属プレートに押し込み、前記ストレート部まで押し込まないことを特徴とするものである。

本発明では、金属プレートにパンチを押し当てる際に、先細り状のテーパ部のみを金属プレートに押し込み、径の変化しないストレート部まで押し込まない。そのため、金属プレートに生じるせん断変形が小さく、金属プレートが破断してしまうことを防止できる。

第９の発明の液体吐出装置の製造方法は、前記第８の発明において、前記凸部形成工程において、前記プレス加工を行う際に加工油を使用しないことを特徴とするものである。

パンチを、テーパ部までしか押し込まないようにすることで、パンチと金属プレートとの間の摩擦は小さくなる。そのため、潤滑のための加工油を使用しない加工が可能となり、プレス加工後に、金属プレートに付着した加工油を洗い流す洗浄工程が不要となる。

第１０の発明の液体吐出装置の製造方法は、前記第８又は第９の発明において、前記凸部形成工程において、前記金属プレートにストリッパーを設置せずに、前記金属プレートに対して、前記液体吐出面とは反対側からパンチを押し込んで前記凸部を形成することを特徴とするものである。

一般的なプレス加工では、プレス後のパンチをワークから確実に抜くためや、ワークの反りを防止するため等の目的で、ワークの、パンチを押し当てる側の面にストリッパーを設置することが多い。しかし、ワークとストリッパーとの間に異物を噛み込むと、その部分に打痕が生じることがある。この点、本発明では、金属プレートに対して、パンチのテーパ部までしか押し込まないため、金属プレートからパンチを容易に抜くことができ、また、プレス加工によって金属プレートに生じる反りも小さい。そこで、本発明では、第２プレートにストリッパーを設置しないようにすることで、金属プレートに打痕が生じることを防止する。

本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。 インクジェットヘッドの上面図である。 図２のＡ部拡大図である。 図３のIV-IV線断面図である。 インクジェットヘッドの下面図である。 インクジェットヘッドの製造工程を説明する図である。 変更形態のインクジェットヘッドの下面図である。 別の変更形態のインクジェットヘッドの下面図である。 別の変更形態のインクジェットヘッドの、図４相当の断面図である。 別の変更形態のインクジェットヘッドの、ノズルプレート周辺の断面図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、液体吐出装置としてのインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。まず、インクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタの概略構成について説明する。図１は、本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。尚、以下では、図１の紙面手前側を上方、紙面向こう側を下方と定義して、適宜、「上」「下」の方向語を使用して説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、プラテン２と、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４と、搬送機構５と、メンテナンス機構６等を備えている。

プラテン２の上面には、被記録媒体である記録用紙１００が載置される。キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において、２本のガイドレール１０，１１に沿って走査方向に往復移動可能である。キャリッジ３には無端ベルト１４が連結され、キャリッジ駆動モータ１５によって無端ベルト１４が駆動されることで、キャリッジ３は走査方向に移動する。

インクジェットヘッド４はキャリッジ３に取り付けられており、キャリッジ３とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド４の、図１の紙面向こう側の面である下面には、複数のノズル４４が形成されている。また、図１に示すように、プリンタ１のプリンタ本体１ａにはホルダ９が設けられている。ホルダ９には、４色のインク（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）がそれぞれ貯留された、４つのインクカートリッジ１７が装着される。キャリッジ３に搭載されたインクジェットヘッド４とホルダ９は、図示しないチューブによって接続されている。そして、４つのインクカートリッジ１７にそれぞれ貯留された４色のインクが、チューブを介してインクジェットヘッド４に供給される。インクジェットヘッド４は、キャリッジ３とともに走査方向に移動しつつ、その下面の複数のノズル４４から、プラテン２に載置された記録用紙１００に対して４色のインクを吐出する。

搬送機構５は、搬送方向にプラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１８，１９を有する。搬送機構５は、２つの搬送ローラ１８，１９によって、プラテン２に載置された記録用紙１００を搬送方向に搬送する。

そして、インクジェットヘッド４が走査方向に移動しながら、複数のノズル４４からインクを吐出する動作と、２つの搬送ローラ１８，１９が記録用紙１００を搬送方向に所定量搬送する動作が、交互に繰り返されることで、記録用紙１００に、画像や文字等が記録される。

メンテナンス機構６は、走査方向に関するキャリッジ３の移動範囲のうちの、プラテン２よりも右側の位置に配置されている。メンテナンス機構６は、キャップ２０と、キャップ２０に接続された吸引ポンプ２１と、ワイパー２２等を備える。

キャップ２０は上下方向（図１の紙面垂直方向）に移動可能である。キャップ２０は、キャリッジ３がこのキャップ２０と対向する位置にあるときに上方に移動することで、インクジェットヘッド４の下面に密着して複数のノズル４４を覆う。この状態で、吸引ポンプ２１によりキャップ２０内を減圧することで、複数のノズル４４からそれぞれインクを強制的に排出する、吸引パージが実行される。このとき、インクジェットヘッド４内の塵や気泡、あるいは、乾燥により増粘したインクが、複数のノズル４４から排出されるため、上記塵や気泡等に起因するノズル４４の吐出不良が解消される。

ワイパー２２は、ゴム材料などの弾性材料で形成された薄板状の部材であり、走査方向においてキャップ２０に隣接した位置に立設されている。上記の吸引パージが行われた後の状態では、インクジェットヘッド４の下面にはインクが付着している。そこで、吸引パージ後に、キャップ２０がインクジェットヘッド４の下面から離れた状態で、キャリッジ３を走査方向に移動させる。このとき、ワイパー２２は、インクジェットヘッド４の下面に接触した状態でインクジェットヘッド４に対して相対移動し、インクジェットヘッド４の下面に付着したインクを拭き取る。

次に、インクジェットヘッド４について説明する。図２は、インクジェットヘッド４の上面図である。図３は、図２のＡ部拡大図である。図４は、図３のIV-IV線断面図である。図５は、インクジェットヘッド４の下面図である。図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド４は、流路ユニット２３と、圧電アクチュエータ２４とを備えている。尚、図４では、流路ユニット２３に形成されたインク流路内に、インク（符号Ｉで示す）が充填されている状態が示されている。

（流路ユニット）
図４に示すように、流路ユニット２３は、複数枚のプレート３１〜３９が積層された構造を有する。複数枚のプレート３１〜３９は、それぞれステンレス鋼等の金属材料で形成されたプレートである。より詳細には、各プレート３１〜３９は、金属を圧延して得られた所定厚みのシート状の圧延材を、所定のサイズに切り分けることによって形成されている。複数枚のプレート３１〜３９は、互いに積層された状態でそれぞれ接着剤によって接合されている。

複数枚のプレート３１〜３９のうちの、最下層のプレート３９は、複数のノズル４４が形成されたノズルプレートである。ノズルプレート３９には、このプレート３９を厚み方向に貫通する、先細りのテーパ形状の複数のノズル４４が形成されている。尚、以下の説明では、複数のノズル４４の吐出口４４ａが形成されたノズルプレート３９の下面を、特に、インク吐出面３９ａとも呼ぶこともある。

複数のノズル４４は、搬送方向に配列されており、走査方向に並ぶ４列のノズル列４８を構成している。４列のノズル列４８は、４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクをそれぞれ吐出するものである。尚、以下の説明において、インクジェットヘッドの構成要素のうち、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）のインクにそれぞれ対応するものについては、その構成要素を示す符号の後に、どのインクに対応するかが分かるように、適宜、ブラックを示す“ｋ”、イエローを示す“ｙ”、シアンを示す“ｃ”、マゼンタを示す“ｍ”の何れかの記号を付す。例えば、ノズル列４８ｋとは、ブラックインクを吐出するノズル列４８のことを指す。

ノズルプレート３９のインク吐出面３９ａは、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂で形成された撥液膜４０によって覆われている。この撥液膜４０が、インク吐出面３９ａの、ノズル４４の吐出口４４ａの周囲領域を覆うことで、ノズル４４から吐出されたインクが吐出口４４ａの周囲に残留することが防止される。尚、図４では、撥液膜４０は、ノズルプレート３９の下面全域に形成されているが、撥液膜４０が、インク吐出面３９ａの、吐出口４４ａの周囲領域のみを覆うように形成されてもよい。

流路ユニット２３を構成する、ノズルプレート３９以外の他のプレート３１〜３８には、複数のノズル４４に連通する、次述のマニホールド４６や圧力室４７等を含む、インク流路が形成されている。以下、プレート３１〜３８、及び、これらのプレート３１〜３８に形成されたインク流路の詳細について、以下説明する。

図２に示すように、流路ユニット２３の上面を構成する最上層のプレート３１には、４つのインク供給孔４５が走査方向に並んで形成されている。４つのインク供給孔４５（４５ｋ，４５ｙ，４５ｃ，４５ｍ）には、ホルダ９の４つのインクカートリッジ１７（図１参照）から４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクがそれぞれ供給される。また、上から４番目から７番目のプレート３４〜３７には、搬送方向に延在する４本のマニホールド４６（４６ｋ，４６ｙ，４６ｃ，４６ｍ）が形成されている。１つのマニホールド４６は、上下に積層された４枚のプレート３４〜３７にわたって形成されている。４つのインク供給孔４５と４本のマニホールド４６は、プレート３２，３３に形成された連通孔（図示省略）によって、それぞれ接続されている。

図４に示すように、マニホールド４６を形成している４枚のプレート３４〜３７のうち、最も下側に位置するプレート３７の、マニホールド４６を区画する底壁部３７ａとなる部分には、ハーフエッチングによって、４本のマニホールド４６に沿って延びる４つの凹部３７ｂが形成されている。これにより、プレート３７の底壁部３７ａの厚みは、それ以外の部分と比べて薄くなっている。また、このプレート３７のすぐ下に位置するプレート３８の、上記底壁部３７ａと対向する部分の上側には、ハーフエッチングによって凹部３８ｂが形成され、上記の対向部分は部分的に厚みが薄くなった薄肉部３８ａとなっている。そして、プレート３７に形成されたマニホールド４６の底壁部３７ａと、その下のプレート３８の薄肉部３８ａとの間には空間４１が存在する。これにより、マニホールド４６内の圧力変動に応じて底壁部３７ａが容易に変形できるようになっており、マニホールド４６内の圧力が変動したときに、底壁部３７ａの変形によってマニホールド４６内の圧力変動が減衰される。

最上層のプレート３１には、複数のノズル４４にそれぞれ対応する複数の圧力室４７が形成されている。複数の圧力室４７は、複数のノズル４４と同様に、４本のマニホールド４６に対応して４列に配列されている。複数の圧力室４７は、圧電アクチュエータ２４の振動板６０によって覆われている。図３、図４に示すように、各圧力室４７は、走査方向に長い形状を有し、上方から見て、その左端部が対応するノズル４４と重なり、その右端部はマニホールド４６と重なるように配置されている。

図３、図４に示すように、上から２番目に位置するプレート３２には、マニホールド４６と複数の圧力室４７を接続する、複数の絞り流路４９が形成されている。また、最上層のプレート３１とノズルプレート３９との間に位置する合計７枚のプレート３２〜３８には、圧力室４７とノズル４４とを接続する連通流路４３を構成する、個別流路孔３２ｃ〜３８ｃがそれぞれ形成されている。

以上説明したプレート３１〜３９が積層された状態で接合されることで、流路ユニット２３が構成されている。そして、流路ユニット２３内には、１つのマニホールド４６から分岐して、絞り流路４９、圧力室４７、及び、連通流路４３を経てノズル４４に至る個別流路が、複数形成されている。

ところで、記録用紙１００のジャム（紙詰まり）、あるいは、記録用紙１００が撓んだ状態で搬送された場合などに、インクジェットヘッド４のインク吐出面３９ａに、搬送方向に搬送される記録用紙１００が接触することがある。このとき、インク吐出面３９ａの、吐出口４４ａの縁部や吐出口４４ａの周囲領域に傷がついて、吐出曲がりなどの不具合が生じることがある。特に、本実施形態のように、インク吐出面３９ａが撥液膜４０に覆われている構成においては、吐出口４４ａの周囲の撥液膜４０に傷がついて撥水性が低下することにより、吐出口４４ａの周囲にインクが残留しやすくなり、吐出不良が発生する虞がある。そこで、図３〜図５に示すように、流路ユニット２３のインク吐出面３９ａには、記録用紙１００が、吐出口４４ａの周囲に接触することを防止するための、複数の凸部５０が形成されている。

図３〜図５に示すように、ノズルプレート３９のインク吐出面３９ａには、複数の凸部５０が搬送方向に沿って配列されており、５列の凸部列５１を構成している。また、先にも説明したが、ノズルプレート３９には、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタのインクをそれぞれ吐出する４列のノズル列４８（４８ｋ，４８ｙ，４８ｃ，４８ｍ）が、走査方向に並んで配置されている。その上で、図５に示すように、５つの凸部列５１（５１ａ〜５１ｅ）は、４列のノズル列４８と走査方向に並んで配置されている。尚、図５では、搬送方向（ノズル配列方向）に延びる凸部列５１が、走査方向に５列並んでいることから、複数の凸部５０は、搬送方向と、搬送方向に直交する走査方向の、２方向に配列されているとも言える。ただし、本実施形態では、凸部５０の搬送方向における配列数は、走査方向における配列数よりも多くなっている。

まず、４列のノズル列４８の走査方向における両外側に、これら４列のノズル列４８を走査方向に挟むように、２つの凸部列５１ａ，５１ｅがそれぞれ配置されている。また、他の３つの凸部列５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、４列のノズル列４８の間にそれぞれ配置されている。これにより、４列のノズル列４８（４８ｋ，４８ｙ，４８ｃ，４８ｍ）の各々が、走査方向において２つの凸部列５１に挟まれている。

このように、複数の凸部５０が、ノズル４４の配列方向（搬送方向）に沿って、走査方向において複数のノズル４４と並んで配列されている。さらに、各ノズル列４８は、走査方向における近い位置にそれぞれ配置された２列の凸部列５１によって挟まれている。そのため、キャリッジ３が左方に移動する場合でも右方に移動する場合でも、記録用紙１００が各ノズル４４の周囲領域に接触しにくくなる。従って、インク吐出面３９ａの、各ノズル４４の吐出口４４ａの周囲部分が、その近くに位置する凸部５０によって確実に保護されることになり、撥液膜４０が傷つくことが防止される。

凸部５０の構成の詳細について説明する。図３、図５に示すように、各凸部５０は、平面視で搬送方向（ノズル配列方向）に長い、略楕円形の平面形状を有する。また、凸部５０の頂部は、丸みを帯びた形状に形成されている。そのため、記録用紙１００が凸部５０に衝突しても記録用紙１００が傷みにくくなっている。また、インク吐出面３９ａに付着したインクをワイパー２２で拭き取る場合に、凸部５０にワイパー２２がひっかかりにくく、ワイパー２２は凸部５０を簡単に乗り越えることができる。

図４から分かるように、各凸部５０は、金属製のノズルプレート３９の一部が下方へ突き出るように変形することによって形成されている。また、後でも詳細に説明するが、各凸部５０は、プレス加工によって行われている。尚、記録用紙１００が、インク吐出面３９ａのノズル４４の周囲領域へ接触するのを確実に防止するには、凸部５０の高さ（インク吐出面３９ａからの突出量）は、ある程度大きいことが好ましい。例えば、凸部５０の高さｈは、１００μｍ程度であることが好ましい。

上述のように、金属製のノズルプレート３９の一部が変形することによって、インク吐出面３９ａから突出する金属製の複数の凸部５０が形成されている。凸部が金属材料で形成されていることから、凸部の強度が高くなり耐久性に優れる。即ち、記録用紙１００が凸部５０に衝突しても、凸部５０が削られてなくなったり、欠けたりしにくい。

（圧電アクチュエータ）
図２〜図４に示すように、圧電アクチュエータ２４は、振動板６０と、圧電層６４，６５と、複数の個別電極６２と、共通電極６６を備えている。振動板６０は、複数の圧力室４７を覆った状態で流路ユニット２３の上面に接合されている。２枚の圧電層６４，６５は、振動板６０の上面に積層されている。複数の個別電極６２は、上層の圧電層６５の上面において、複数の圧力室４７とそれぞれ対向するように配置されている。共通電極６６は、２枚の圧電層６４，６５の間において、複数の圧力室４７に跨って配置されている。

複数の個別電極６２は、圧電アクチュエータ２４を駆動するドライバＩＣ６７とそれぞれ接続されている。一方、共通電極６６は常にグランド電位に保持されている。また、上層の圧電層６５の、個別電極６２と共通電極６６とに挟まれた部分は、それぞれ、厚み方向に分極されている。

ノズル４４からインクを吐出させる際の圧電アクチュエータ２４の動作は以下の通りである。ある個別電極６２に対してドライバＩＣ６７から駆動信号が印加されると、この個別電極６２とグランド電位に保持されている共通電極６６の間に電位差が生じる。これによって、圧電層６５の、個別電極６２と共通電極６６の間に挟まれた部分に厚み方向の電界が生じる。また、圧電層６５の分極方向と電界の方向とが一致するために、圧電層６５はその分極方向である厚み方向に伸びて面方向に収縮する。この圧電層６５の収縮変形に伴って、振動板６０の圧力室４７と対向する部分が圧力室４７側に凸となるように撓む。このとき、圧力室４７の容積が減少してその内部のインクに圧力が付与され、圧力室４７に連通するノズル４４からインクの液滴が吐出される。

次に、上述したインクジェットヘッド４の製造方法について、流路ユニット２３の製造工程を中心に説明する。図６は、インクジェットヘッド４の製造工程を説明する図である。

（流路形成工程）
まず、図４に示される、流路ユニット２３を構成する複数の金属プレート３１〜３９のうち、ノズルプレート３９を除くプレート３１〜３８に対して、それぞれ、圧力室４７やマニホールド４６となる孔や、個別流路孔３２ｃ〜３８ｃなどの、それぞれインク流路の一部を構成する各種流路孔を、エッチングで形成する。

（ノズル形成工程）
次に、図６（ａ）に示すように、ノズルプレート３９となる金属プレート７０に、複数のノズル４４を形成する。金属プレート７０へのノズル４４の形成方法としては、プレスによる孔あけ加工、レーザー加工等を挙げることができる。プレスによる孔あけの場合は、まず、金属プレート７０を、複数の抜き孔７６ａを有するダイ７６の上に載せる。次に、この金属プレート７０の上面の、抜き孔７６ａを覆っている部分にパンチ７７を押し付けて、金属プレート７０を貫通させることで、複数のノズル４４を形成する。プレスでノズル４４を形成した場合には、ノズルプレート３９（金属プレート７０）のインク吐出面３９ａにおいて、吐出口４４ａの周囲にバリが発生するため、このバリを除去するために、ノズルプレート３９の下面の研磨を行う。

（撥液膜形成工程）
次に、図６（ｂ）に示すように、複数のノズルが形成されたノズルプレート３９のインク吐出面３９ａに、撥液膜４０を形成する。撥液膜４０は、フッ素系樹脂のフィルムをノズルプレート３９に貼り付けることによって形成してもよいし、液状のフッ素系樹脂をノズルプレート３９に塗布することによって形成してもよい。

（保護膜貼付工程）
次に、図６（ｃ）に示すように、ノズルプレート３９のインク吐出面３９ａに、撥液膜４０を保護するための、合成樹脂フィルムからなる保護膜７１を貼り付ける。この保護膜７１は、例えば、ＵＶ剥離性の接着剤を用いてノズルプレート３９に接着する。

（凸部形成工程）
次に、図６（ｄ）に示すように、ノズルプレート３９にプレス加工を行って、複数の凸部５０を形成する。まず、保護膜７１で覆われたノズルプレート３９を、複数の孔７２ａを有するダイ７２の上に設置する。次に、ノズルプレート３９に、インク吐出面３９ａと反対の上面側からパンチ７３の先端部を押し込んでプレス加工を行い、金属のノズルプレート３９に部分的に塑性変形を生じさせる。これにより、ノズルプレート３９に、インク吐出面３９ａよりも下方に突出し、且つ、複数のノズル４４と平行に搬送方向に沿って並ぶ複数の凸部５０を形成する。尚、このプレス加工の際に、ノズルプレート３９の下面は保護膜７１で保護されてダイ７２には接触していないため、ノズルプレート３９に形成されている撥液膜４０が傷むことが防止される。

図６（ｃ）に示すように、パンチ７３は、ほぼ円柱状の形状を有し、その先端部には、先細りのテーパ部７３ａが形成されている。ここで、パンチ７３をノズルプレート３９に押し付ける際には、テーパ部７３ａのみを押し込み、その上の、径が変化しないストレート部７３ｂは押し込まないようにすることが好ましい。これにより、ノズルプレート３９に生じるせん断変形が小さくなり、ノズルプレート３９が破断してしまうことを防止できる。また、パンチ７３を、テーパ部７３ａまでしか押し込まないようにすることで、パンチ７３とノズルプレート３９との間の摩擦は小さくなるため、潤滑のための加工油を使用しなくて済む。これにより、プレス加工後に、ノズルプレート３９に付着した加工油を洗い流す洗浄工程が不要となる。

また、一般的なプレス加工では、プレス後のパンチをワークから確実に抜くためや、ワークの反りを防止するため等の目的で、ワークの、パンチを押し当てる側の面にストリッパーを設置することが多い。しかし、ワークとストリッパーとの間に異物を噛み込むと、その部分に打痕が生じることがある。この点、本実施形態では、ノズルプレート３９に対して、パンチ７３のテーパ部７３ａまでしか押し込まないため、加工後にノズルプレート３９からパンチ７３を容易に抜くことができ、また、プレス加工によってノズルプレート３９に生じる反りも小さい。そのため、ストリッパー８０を使用せずに加工することが可能となる。そこで、ノズルプレート３９に打痕を発生させないように、ストリッパー８０を設置しないことが好ましい。

このように、本実施形態では、ノズルプレート３９の、インク吐出面３９ａから突出する複数の凸部５０が、インク吐出面３９ａとは反対側からのプレス加工によって形成される。また、プレス加工によって、金属製のノズルプレート３９を大きく変形させて、ノズル４４の近くに、インク吐出面３９ａから大きく突出した凸部５０を形成することが可能である。また、ノズルプレート３９が金属であるため、プレス加工時に金属材料が塑性変形することで、プレス成形後の凸部５０の形状が維持される。

尚、ノズルプレート３９は、圧延工程を経て製造された金属の圧延材である。一般に、一般に、圧延材は、その圧延方向に引き伸ばされることによって、結晶粒が圧延方向に伸ばされるため、材料組織に異方性を有する。そのため、金属のノズルプレート３９にパンチ７３を押し当てて凸部５０を形成したときに、圧延方向よりも圧延方向と直交する方向の方が結晶粒界での変形が起こりやすいために、変形領域は圧延方向と直交する方向の方が小さくなる。従って、円柱状のパンチ７３を用いても、図３、図５に示すように、ノズルプレート３９に形成される凸部５０は圧延方向に長くなって楕円形状になる。ここで、凸部５０とノズル４４とが、ノズルプレート３９の圧延方向に並んでいるとすると、プレス加工による凸部５０の形成の際に、ノズルプレート３９を構成する金属材料が圧延方向に押し広げられたときに、ノズルプレート３９の、複数のノズル４４が形成される部分にも変形が及び、ノズル４４の形状が変わったり、位置がずれたりするなどの影響が出る虞がある。そこで、ノズル４４の配列方向である搬送方向が、ノズルプレート３９の圧延方向に沿っていることが好ましい。これにより、ノズル４４の列と凸部５０の列は、圧延方向と交差する方向に並ぶことになる。そのため、プレス加工時に、ノズルプレート３９が圧延方向へ大きく変形しても、ノズルプレート３９のノズル４４が形成されている部分へ及ぼす影響は小さくなる。

ノズルプレート３９の圧延方向と凸部５０との関係については、次のようなことも言える。本実施形態では、複数の凸部５０が搬送方向（ノズル配列方向）と走査方向の２方向に配列されている。また、図５に示すように、凸部５０の搬送方向における配列数は、走査方向における配列数よりも多くなっている。凸部５０は、ノズルプレート３９がプレス加工によって局所的に屈曲変形した部分であるから、ノズルプレート３９は、凸部５０の配列数が多い搬送方向に沿って伸び縮みしやすい。つまり、ノズルプレート３９は、搬送方向に沿って反りやすいと言える。一方で、ノズルプレート３９が圧延材である場合に、このノズルプレート３９はその圧延方向に引き伸ばされているために、圧延方向には伸び縮みしにくい。そこで、凸部５０を形成することによるノズルプレート３９の反りを抑制するには、凸部５０の配列数が多い搬送方向が、ノズルプレート３９の圧延方向に沿っていることが好ましい。

尚、上の説明では、搬送方向における凸部５０の数が、走査方向における凸部５０の数よりも多い場合を例に挙げたが、走査方向における凸部５０の数が多い場合は、この走査方向が、圧延方向に沿うようにすればよい。また、流路ユニット２３を構成する他の金属プレート３１〜３８についても、それぞれの圧延方向が、ノズルプレート３９の圧延方向と同じになるように積層されることで、ノズルプレート３９の反り抑制効果が増す。

（保護膜除去工程）
ノズルプレート３９に複数のノズル４４を形成したら、図６（ｅ）に示すように、ノズルプレート３９から保護膜７１を剥離する。尚、保護膜７１が、ＵＶ剥離性の接着剤でノズルプレート３９に接合されている場合には、ＵＶを照射することによって保護膜７１を簡単に剥離することができる。その他、保護膜７１の種類によっては、適当な溶剤によって保護膜７１を溶かして除去することも可能である。

（接合工程）
次に、複数の凸部５０及び複数のノズル４４が形成されたノズルプレート３９と、流路ユニット２３を構成する他のプレート３１〜３８、及び、圧電アクチュエータ２４の振動板６０を接合する。詳細には、図６（ｆ）に示すように、ノズルプレート３９、金属プレート３１〜３８、及び、振動板６０のそれぞれの接合面に熱硬化性接着剤を塗布してから積層し、ヒータプレート７４，７５によって上下両側から加熱しながら押圧することで接着を行う。尚、図６（ｆ）に示すように、下側のヒータプレート７５には、押圧接着の際に、ノズルプレート３９の凸部５０が押し潰されてしまうのを防止するために、凸部５０と接触しない凹状、あるいは、孔状の逃がし部７５ａが形成されていることが好ましい。上記の接合工程後、振動板６０の上に、別工程で製造した圧電層６４，６５を貼り付けて、圧電アクチュエータ２４を形成する。

以上説明した本実施形態において、インクジェットヘッド４が、本発明の「液体吐出装置」に相当する。流路ユニット２３が、本発明の「流路構造体」に相当する。ノズルプレート３９の下面のインク吐出面３９ａが、本発明の「液体吐出面」に相当する。また、複数のノズル４４が形成される金属のプレート７０が、本発明の「金属プレート」に相当する。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］凸部５０の形状は前記実施形態の構成には限られず、パンチ７３の先端部やダイ７２の形状を変更することにより、様々な形の凸部５０を形成することが可能である。また、プレート３８の材質特性（延性など）によっては、プレス加工時に、凸部５０の変形方向が、ノズルプレート３９の特定の方向に片寄らない場合もある。この場合には、円柱形状のパンチ７３を使用することにより、平面視でほぼ真円の凸部５０を形成することもできる。

２］ノズルプレート３９の凸部５０の形成位置についても、前記実施形態の構成には限られない。前記実施形態の図５では、１つのノズル列４８の、その走査方向両側に２列の凸部列５１が配置されているが、図７に示すように、少なくとも一部のノズル列４８（ここでは、ノズル列４８ｋ）について、走査方向の一方側にのみ凸部列５１が配置されていてもよい。

あるいは、図８に示すように、ノズルプレート３９の、４列のノズル列４８よりも搬送方向上流側、あるいは、搬送方向下流側にも、凸部５０が配置されてもよい。これにより、ノズル４４の周囲の保護効果が高まる。

３］ノズルプレート３９が、部分的に厚みが薄くなった薄肉部を有し、このノズルプレート３９の薄肉部に、プレス加工が施されて凸部５０が形成されてもよい。これについての具体的な形態を、図９を参照して説明する。

図９の変更形態の構成で、図４の前記実施形態の構成と大きく異なっている点は、図４では、ノズルプレート３９と、マニホールド４６を形成するプレート３７との間に存在するプレート３８が、図９では省略されている点である。その代わり、図９の構成では、ノズルプレート３９に、マニホールド４６の底壁部３７ａを変形可能とするための構成が設けられている。

具体的には、図９に示すように、ノズルプレート３９の上面の、マニホールド４６の底壁部３７ａと重なる部分には凹部３９ｂが形成されている。これにより、ノズルプレート３９には、マニホールド４６と重なる薄肉部３９ｃが形成されている。これにより、マニホールド４６の底壁部３７ａと、ノズルプレート３９の薄肉部３９ｃとの間には空間４１が存在することになり、マニホールド４６内の圧力変動に応じて底壁部３７ａが容易に変形できるようになる。

その上で、ノズルプレート３９の複数の凸部５０は、上記の薄肉部３９ｃにプレス加工が施されることによって形成される。薄肉部３９ｃにプレス加工を行うことで、そのプレス加工による変形が、薄肉部３９ｃと、薄肉部３９ｃよりも厚みの大きい部分との境界を越えて、外側に広がりにくいため、変形が広がる範囲が限定される。従って、プレス加工時の薄肉部３８ａの変形が、ノズル４４が形成される部分に及ぼす影響を小さくすることができる。尚、この図９の変更形態において、マニホールド４６が形成されているプレート３４〜３７が、本発明の「液室形成部材」に相当する。

尚、図９の構成では、ノズルプレート３９の薄肉部３９ｃ（凹部３９ｂ）は、プレス加工によるノズルプレート３９への凸部５０の形成と、マニホールド４６の底壁部３７ａを変形可能とするための空間確保という、２つの目的のために形成されているが、凸部５０の形成の目的だけのために薄肉部３９ｃが形成されてもよい。その場合は、薄肉部３９ｃ及び凸部５０は、マニホールド４６と重なる位置に配置される必要はなく、マニホールド４６の位置とは関係なく自由に配置されてよい。

また、図９の構成に関連して、図１０に示すように、ノズルプレート３９のノズル４４が形成される部分にも凹部が形成され、薄肉部３９ｄが形成されてもよい。肉厚が薄くなるため、プレスによる孔あけ加工、あるいは、レーザー加工などでノズル４４を形成することが容易になる。また、ノズルプレート３９の２種類の薄肉部３９ｃ，３９ｄは、エッチングにより同時に形成することが可能である。

４］前記実施形態の図６では、ノズルプレート３９となる金属プレート７０に複数のノズル４４を形成してから、この金属プレート７０にプレス加工を行って複数の凸部５０を形成している。これに対して、ノズル形成工程と凸部形成工程の順番を逆にして、金属プレート７０に複数の凸部５０を形成してから、複数のノズル４４を形成してもよい。

５］前記実施形態のインクジェットヘッド４は、キャリッジ３とともに記録用紙１００に対して移動しながらインクを吐出する、いわゆる、シリアルタイプのヘッドであるが、本発明の適用対象は、上記のようなシリアルヘッドには限られない。例えば、プリンタ本体内に固定的に設置され、記録用紙１００の幅方向に配列された複数のノズルを有する、いわゆる、ラインタイプのヘッドにも、本発明を適用することは可能である。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、本発明を、記録用紙にインクを吐出して画像等を印刷するインクジェットヘッドに適用したものであるが、画像等の印刷以外の様々な用途で使用される液体吐出装置においても本発明は適用されうる。例えば、基板に導電性の液体を吐出して、基板表面に導電パターンを形成する液体吐出装置にも、本発明を適用することは可能である。

４ インクジェットヘッド
２３ 流路ユニット
３７ プレート
３７ａ 底壁部
３９ ノズルプレート
３９ａ インク吐出面
３９ｂ 凹部
３９ｃ 薄肉部
４４ ノズル
４４ａ 吐出口
４６ マニホールド
５０ 凸部
７０ 金属プレート
７３ パンチ
７３ａ テーパ部
７３ｂ ストレート部

Claims (10)

1. 所定のノズル配列方向に配列された複数のノズル、及び、前記複数のノズルに連通する液体流路が形成された流路構造体を備え、
   前記流路構造体は、前記複数のノズルが形成された金属製のノズルプレートを有し、
   前記ノズルプレートには、前記複数のノズルの吐出口が配置される液体吐出面から突出する複数の凸部が、前記ノズル配列方向に沿って、前記複数のノズルと並んで配列され、
   前記複数の凸部が、前記ノズルプレートに対する、前記液体吐出面とは反対側からのプレス加工によって形成されていることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記ノズルプレートは、圧延によって形成された圧延材からなり、
   前記ノズルプレートの圧延方向に沿って、前記複数のノズルが配列されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記ノズルプレートは、圧延によって形成された圧延材からなり、
   前記複数の凸部は、ノズル配列方向とこのノズル配列方向と直交する方向の、２つの方向に沿ってそれぞれ配列されており、
   前記ノズル配列方向における前記凸部の配列数と、前記ノズル配列方向と直交する方向における前記凸部の配列数とが異なっており、
   前記２つの方向のうちの前記凸部の配列数が多い方向が、前記ノズルプレートの圧延方向に沿っていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
4. 前記ノズルプレートは、部分的に厚みが薄くなった薄肉部を有し、
   前記ノズルプレートの前記薄肉部に、プレス加工が施されて前記凸部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体吐出装置。
5. 前記ノズルプレートの、前記液体吐出面とは反対側に凹部が形成され、
   前記ノズルプレートの前記凹部が形成された部分が、前記薄肉部であり、
   前記流路構造体は、前記複数のノズルと共通に連通する共通液室が形成された、液室形成部材を有し、
   前記ノズルプレートの、前記液体吐出面と反対側の面が、前記液室形成部材の、前記共通液室を区画する１つの壁部に接して配置され、
   前記液室形成部材の前記１つの壁部と、前記ノズルプレートの前記薄肉部との間に、空間が存在することを特徴とする請求項４に記載の液体吐出装置。
6. 所定のノズル配列方向に配列された複数のノズル、及び、前記複数のノズルに連通する液体流路が形成された流路構造体を備えた、液体吐出装置の製造方法であって、
   前記流路構造体に含まれ、前記複数のノズルが形成される金属プレートに、前記複数のノズルの吐出口が配置される液体吐出面から突出する複数の凸部を、前記ノズル配列方向に沿って形成する、凸部形成工程を備え、
   前記凸部形成工程において、前記金属プレートに対して、前記液体吐出面とは反対側からプレス加工を行って、前記金属プレートに前記複数の凸部を形成することを特徴とする液体吐出装置の製造方法。
7. 前記金属プレートに、部分的に厚みが薄くなった薄肉部を形成する、薄肉部形成工程をさらに備え、
   前記凸部形成工程において、前記金属プレートの前記薄肉部にプレス加工を行うことにより、前記複数の凸部を形成することを特徴とする請求項６に記載の液体吐出装置の製造方法。
8. 前記凸部形成工程において、前記金属プレートに対して、前記液体吐出面とは反対側からパンチを押し込んで前記凸部を形成し、
   前記パンチは、先端部に設けられた先細り状のテーパ部と、このテーパ部に連なるストレート部とを有し、
   前記パンチの前記テーパ部のみを前記金属プレートに押し込み、前記ストレート部まで押し込まないことを特徴とする請求項６又は７に記載の液体吐出装置の製造方法。
9. 前記凸部形成工程において、前記プレス加工を行う際に加工油を使用しないことを特徴とする請求項８の何れかに記載の液体吐出装置の製造方法。
10. 前記凸部形成工程において、前記金属プレートにストリッパーを設置せずに、前記金属プレートに対して、前記液体吐出面とは反対側からパンチを押し込んで前記凸部を形成することを特徴とする請求項８又は９に記載の液体吐出装置の製造方法。

Images