JP2017170836A - インクジェットヘッドおよびインクジェット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜によってアクチュエータの駆動部が構成されている場合も、円滑な作業によって、より破損無く確実に、フィルタを圧力室に配置することが可能なインクジェットヘッドおよびインクジェット装置を提供する。【解決手段】インクジェットヘッド１は、アクチュエータ３０と、構造体４０と、を備える。アクチュエータ３０は、駆動部となる薄膜３０ｂと、薄膜３０ｂの表面に形成され、凹部３１ａを有する圧力室層３１と、凹部３１ａ内に配置されるように圧力室層３１に一体的に形成され、ノズルの径よりも小さい隙間Ｇ１を有するフィルタと、を備える。アクチュエータ３０を構造体４０の上面に重ねて接合すると、凹部３１ａが構造体４０で塞がれて圧力室５２が形成されるとともに、圧力室５２内にフィルタ３１０が配置される。【選択図】図８

Description

本発明は、被印刷面にインクを吐出するインクジェットヘッドおよび当該インクジェットヘッドを用いたインクジェット装置に関する。

インクジェット装置は、インクジェットヘッドからインクを吐出することにより、被印刷面に印字や描画を行う装置である。インクジェット装置に搭載されるインクジェットヘッドは、インクを充填するための圧力室と、圧力室にインクを導くための流路と、圧力室に繋がるノズルと、圧力室に充填されたインクに圧力を付与するアクチュエータとを備える。

たとえば、アクチュエータの下面に凹部が形成され、ノズルを有する構造体の上面にアクチュエータが重ねられる。これにより、アクチュエータ下面の凹部が構造体上面により塞がれて、圧力室が形成される。この状態において、圧力室は、構造体に形成された連絡流路によって、ノズルに連結されている。アクチュエータを駆動して圧力室内の圧力を高めることにより、圧力室に充填されたインクが、構造体に形成されたノズルから吐出される。

以下の特許文献１には、インクが圧力室内を流動する際に、インクに含まれる異物を除去するための構成が記載されている。この構成では、ノズルを有する構造体に突起群が配置され、この突起群によって異物が捕獲される。

特許第４７３２４１６号公報

上記特許文献１の構成では、突起群が構造体に配置されているため、アクチュエータを構造体に重ねる際に、突起群の先端を、アクチュエータの下面に接着する必要がある。このとき、振動板層や圧電体層等からなる薄膜によってアクチュエータの駆動部が構成されている場合は、アクチュエータを構造体に重ねる際に、突起群の先端を微細な薄膜に接着固定するといった精緻な作業が必要となる。

さらに、組み立て工程等において、突起群が不意に他の部材と衝突または当接することにより、細長い突起に折れ等の破損が生じることがある。この場合、破損した突起の部分には大きな隙間が生じるため、この隙間を通って異物がノズルへと到達してしまう。これにより、ノズルに異物が詰まって、インクの吐出精度が低下することが起こり得る。

かかる課題に鑑み、本発明は、薄膜によってアクチュエータの駆動部が構成されている場合も、円滑な作業によって、より破損無く確実に、フィルタを圧力室に配置することが可能なインクジェットヘッドおよびインクジェット装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、インクジェットヘッドに関する。第１の態様に係るインクジェットヘッドは、圧力室に充填されたインクに圧力を付与するアクチュエータと、前記圧力室に前記インクを供給するとともに前記圧力室内のインクをノズルへと導く構造体と、を備える。前記アクチュエータは、電圧の印加により変形して前記インクに圧力を付与するための薄膜と、前記薄膜の表面に形成され、前記圧力室となる凹部を有する圧力室層と、前記凹部内に配置されるように前記圧力室層に一体的に形成され、少なくとも前記ノズルの径よりも小さい隙間を有するフィルタと、を備える。前記アクチュエータを前記構造体の上面に重ねて前記アクチュエータと前記構造体とが接合されると、前記凹部が前記構造体で塞がれて前記圧力室が形成されるとともに、前記ノズルへ向かって前記圧力室内を流動する前記インクの流れに交差するように、前記圧力室内に前記フィルタが配置される。

本態様に係るインクジェットヘッドによれば、薄膜の表面に形成された圧力室層にフィルタが一体的に形成されているため、アクチュエータを構造体に接合する際に、フィルタを薄膜の表面に接着するといった精緻な作業は必要ない。また、フィルタは圧力室層に一体的に形成されているため、機械的強度が高く、破損が生じにくい。さらに、フィルタは圧力室層の凹部内に配置されているため、アクチュエータを構造体に接合するだけで、フィルタが圧力室内に配置される。よって、本態様に係るインクジェットヘッドによれば、円滑な作業によって、より破損なく確実に、フィルタを圧力室内に配置することができる。

本発明の第２の態様は、インクジェット装置に関する。第２の態様に係るインクジェット装置は、第１の態様に係るインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給部と、を備える。

第２の態様に係るインクジェット装置よれば、第１の態様のインクジェットヘッドが用いられるため、より破損なく確実に、フィルタが圧力室内に配置され得る。よって、ノズルの径より大きい異物がノズルに到達することをより確実に防止でき、インクジェット装置の性能を高めることができる。

以上のとおり、本発明によれば、円滑な作業により、破損無く確実に、フィルタを圧力室に配置することが可能なインクジェットヘッドおよびインクジェット装置を提供することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１（ａ）は実施形態１に係るインクジェットヘッドの構成を示す図、図１（ｂ）は実施形態１に係るアクチュエータと構造体とを組み合わせた構成を模式的に示す図である。 図２（ａ）は実施形態１に係るアクチュエータと構造体の一部を拡大した図、図２（ｂ）は、メイン流路と圧力室の部分を模式的に示す図である。図２（ｃ）は、構造体におけるノズルの配列を模式的に示す図である。 図３は、実施形態１に係る圧力室付近の構成を示す部分斜視図である。 図４（ａ）は、実施形態１に係る圧力室付近の構成を上方から透視した平面図である。図４（ｂ）、（ｃ）は、図４（ａ）の構成を、それぞれ、Ａ−Ａ’の位置およびＢ−Ｂ’の位置で切断した断面図である。 図５（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、実施形態１に係る圧力室層の形成工程を模式的に示す図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施形態１に係る圧力室層の形成工程を模式的に示す図である。図６（ｄ）は、実施形態１に係るフィルタの周辺の構成を拡大して示す図である。 図７は、実施形態１に係るインクジェット装置の構成を示すブロック図である。 図８（ａ）は、実施形態２に係る圧力室付近の構成を上方から透視した平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の構成を、それぞれ、Ｃ−Ｃ’の位置で切断した断面図である。図８（ｃ）は、図８（ａ）の構成の隙間の付近を拡大した図である。 図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、変更例に係る圧力室付近の構成を上方から透視した平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。便宜上、各図には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸が付記されている。Ｚ軸方向がインクジェットヘッド１の高さ方向であり、Ｚ軸正方向が下方向である。また、Ｘ軸方向がインクジェットヘッド１の厚み方向で、Ｙ軸方向がインクジェットヘッド１の幅方向である。インクジェットヘッド１は、Ｚ軸正方向（下方向）にインクを吐出する。

＜実施形態１＞
図１（ａ）は、実施形態１に係るインクジェットヘッド１の構成を示す図であり、図１（ｂ）は、実施形態１に係るアクチュエータ３０と構造体４０とを組み合わせた構成を模式的に示す図である。

図１（ａ）に示すように、インクジェットヘッド１は、収納ボックス１０と、ヘッドベース２０とを備える。収納ボックス１０は、ヘッドベース２０に対して着脱可能となっている。

収納ボックス１０は、下面が開放された矩形の箱体からなっている。収納ボックス１０の上面には内部に繋がる切欠き１０ａが設けられ、この切欠き１０ａを介して回路基板１１が収納ボックス１０に収納されている。回路基板１１にはアクチュエータ３０を駆動するための駆動回路が実装されている。切欠き１０ａのＹ軸正側とＹ軸負側に、それぞれ、円形の穴部１０ｂが設けられている。穴部１０ｂは、インク供給用のチューブ（図示せず）を収納ボックス１０の内部へと導くためのものである。

ヘッドベース２０は、上下に貫通する矩形の開口２０ａを中央に有する枠体からなっている。開口２０ａの下端に、図１（ｂ）に示すアクチュエータ３０と構造体４０が設置される。アクチュエータ３０は、開口２０ａ内において回路基板１１とＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）によって電気的に接続される。

図１（ｂ）に示すように、アクチュエータ３０は、長方形の輪郭を有する板体からなっている。アクチュエータ３０は、構造体４０の上面に重ねられる。構造体４０は、長方形の輪郭を有する板体からなっている。また、構造体４０には、Ｘ軸方向に並ぶ４つのメイン流路５１が形成されている。

アクチュエータ３０のＹ軸正側の端部とＹ軸負側の端部には、それぞれ、４つのインク供給口３０ａがＸ軸方向に並んで形成されている。Ｙ軸方向に並ぶ２つのインク供給口３０ａはそれぞれ、一つの独立したメイン流路５１に繋がっている。

図２（ａ）は、図１（ｂ）の構成のＹ軸正側の端部を拡大した図である。

アクチュエータ３０の裏面には、後述する凹部が形成されている。アクチュエータ３０が構造体４０に重ねられることにより、アクチュエータ３０裏面の凹部と構造体４０の上面との間に、圧力室５２が形成される。圧力室５２は、構造体４０に形成された連絡流路５３（図２（ｂ）参照）を介してメイン流路５１に繋がっている。

なお、アクチュエータ３０上面のＸ軸負側の端部とＸ軸正側の端部には、それぞれ、回路基板１１のＦＰＣを接続するための端子群（図示せず）が設けられている。この端子群は、アクチュエータ３０の圧電体層３４（図２（ｂ）参照）に電圧（駆動信号）を印加するためのものである。

上記のようにメイン流路５１は、端部がインク供給口３０ａに繋がっている。メイン流路５１に沿って多数の圧力室５２が配置され、各圧力室５２が各連絡流路５３によってメイン流路５１に繋がっている。

図１（ｂ）に戻り、８つのインク供給口３０ａには、それぞれ、個別に管（図示せず）が嵌められ、各管にインク供給用のチューブ（図示せず）からインクが供給される。管は、開口２０ａ内に配された支持部材によって支持され、管にインクを供給するチューブが穴部１０ｂを介して外部に引き出される。インク供給用のチューブと管を介してインクがインク供給口３０ａに供給される。これにより、メイン流路５１および連絡流路５３を通ってインクが圧力室５２に供給される。

Ｙ軸方向に並ぶ２つのインク供給口３０ａには同じ色のインクが供給され、Ｘ軸方向に並ぶ４つのインク供給口３０ａには互いに異なる色のインクが供給される。したがって、図１（ｂ）の構成では、４色のインクがアクチュエータ３０に供給される。これにより、Ｙ軸方向に並ぶ圧力室５２には同じ色のインクが充填され、Ｘ軸方向に並ぶ圧力室５２には互いに異なる色のインクが充填される。ヘッドベース２０の開口２０ａの下端には、アクチュエータ３０と構造体４０の組み合わせが設置される。したがって、４色のインクがヘッドベース２０の下面から吐出される。

なお、４つのメイン流路５１に互いに同じ色のインクが供給されてもよい。あるいは、Ｘ軸正側の２つのメイン流路５１に同じ色のインクが供給され、Ｘ軸負側の２つのメイン流路５１に、Ｘ軸正側の２つのメイン流路５１のインクと異なる色で、且つ、同じ色のインクが供給されてもよい。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ軸正側（右側）の圧力室５２付近を、圧力室５２のＹ軸方向の中央位置において、Ｘ−Ｚ平面に平行な面で切断した断面を模式的に示す断面図である。

メイン流路５１に流入されたインク６０は、連絡流路５３を通って圧力室５２に充填される。構造体４０は、メイン流路５１および連絡流路５３、５４を有する上部材４０ａと、ノズル４１を有する下部材４０ｂからなっている。下部材４０ｂには、圧力室５２からＺ軸正方向に延びる連絡流路５４の部分に、ノズル４１となる略円形の孔が形成されている。ノズル４１は、Ｚ軸正方向に向かうに従って次第に径が小さくなっており、出口付近で径が均一になっている。

アクチュエータ３０は、圧力室層３１の上部に、振動板層３２、絶縁層３３、圧電体層３４および電極層３５からなる薄膜３０ｂが積層されて構成されている。振動板層３２、絶縁層３３、圧電体層３４および電極層３５は、スパッタ法等の真空製膜技術により形成される。これらの層が塗布等の他の製膜技術により形成されてもよい。圧力室層３１は、Ｓｉ基板のエッチィング工法により形成される。圧力室層３１の形成工程については、追って、図５（ａ）〜図６（ｄ）を参照して説明する。

圧力室層３１の下面に上部材４０ａが装着されることにより、圧力室５２が形成される。圧力室層３１には、フィルタ３１０が一体的に形成されている。フィルタ３１０は、ノズルへ向かって圧力室５２内を流動するインクの流れに交差するように、圧力室５２内に配置されている。フィルタ３１０の構成については、追って、図４（ａ）〜図６（ｄ）を参照して説明する。

振動板層３２は、導電性の金属材料から構成され、圧電体層３４の下部電極（共通電極）を兼ねている。絶縁層３３は、圧電体層３４に対して振動板層３２を絶縁する。すなわち、絶縁層３３は、圧電機能領域Ｒ１以外の圧電体層３４への電圧印加を遮蔽する。圧電体層３４は、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成される。圧電体層３４の膜厚は数μｍ程度である。電極層３５は、導電性材料により形成される。電極層３５は、たとえば、貴金属を含むチタンから形成される。電極層３５の膜厚は０．２μｍ程度である。

電極層３５に電圧が印加されることにより圧電機能領域Ｒ１において圧電体層３４がＺ軸方向に変形し、これに伴い、振動板層３２が変形する。圧電機能領域Ｒ１において振動板層３２が下方に変形すると、圧力室５２の容積が減少し、圧力室５２に充填されたインク６０の圧力が高まる。これにより、ノズル４１からインク６０の液滴６１が吐出される。

圧力室層３１、振動板層３２、絶縁層３３、圧電体層３４および電極層３５は、それぞれ、必ずしも単層でなくともよく、複数の層によって形成されてもよい。また、各層の間に、さらに他の層が配置されてもよい。

図２（ｃ）は、構造体４０におけるノズル４１の配列を模式的に示す図である。

図２（ｃ）に示すように、構造体４０には、複数のノズル４１が一列に並ぶように配置されている。構造体４０には、４つのノズル４１の列Ｌ１〜Ｌ４が配置されている。たとえば、列Ｌ１〜Ｌ４に、それぞれ、２００個のノズル４１が一定間隔で設けられている。各列のノズル４１の数はこれに限られるものではない。

図３は、圧力室５２付近の構成の断面を示す部分斜視図である。

図３に示すように、構造体４０の上部材４０ａは、板状体４１１、４１２と、７つの板状体４１３と、板状体４１４とを積み重ねることにより構成されている。板状体４１１〜４１４は、それぞれ、所定の厚みを有し、また、平面視において構造体４０と同じ輪郭を有している。７つの板状体４１３は、同じ構造である。下から１番目と２番目の板状体４１３の間には、薄いダンパー４１５が挟まれている。ダンパー４１５は、アクチュエータ３０が駆動され、振動板層３２が下方向（Ｚ軸正方向）に変位した際に連絡流路５３からメイン流路５１に付与される圧力波を吸収するためのものである。

板状体４１１、４１２には、それぞれ、連絡流路５４を形成するための孔４１１ａ、４１２ａが形成されている。孔４１１ａ、４１２ａは、略円形である。７つの板状体４１３にも、連絡流路５４を形成するための孔４１３ａが形成されている。孔４１３ａは、略円形である。板状体４１４およびダンパー４１５にも、それぞれ、連絡流路５４を形成するための孔４１４ａ、４１５ａが形成されている。孔４１１ａ〜４１５ａの径は、略同じである。また、孔４１１ａ〜４１５ａは、互いに中心が一致している。

板状体４１２、４１３には、それぞれ、メイン流路５１に対応する領域に開口４１２ｂ、４１３ｂが形成されている。開口４１２ｂは、開口４１３ｂに比べて、Ｘ軸方向の幅が狭くなっている。平面視において、開口４１２ｂのＸ軸正側の端縁は、開口４１３ｂのＸ軸正側の端縁と一致している。メイン流路５１は、ダンパー４１５で仕切られている。

板状体４１１には、連絡流路５３に対応する領域に開口４１１ｂが形成されている。開口４１１ｂは、略円形である。開口４１１ｂは、Ｘ軸方向に長い円形であってもよく、他の形状であってもよい。

圧力室５２には、連絡流路５３に対してＸ軸正側にフィルタ３１０が配置されている。フィルタ３１０は、圧力室層３１に一体的に形成されている。連絡流路５３を通ってメイン流路５１から圧力室５２に進入したインクは、フィルタ３１０を通って、圧力室５２の右側の領域へと進む。インクがフィルタ３１０を通る際に、インクに含まれたノズル４１の径より大きい異物が除去される。

こうして、圧力室５２の右側の領域には、径が大きな異物が除去されたインクが充填される。アクチュエータ３０が駆動されて圧力室５２の圧力が高められると、圧力室５２の右側の領域に充填されたインクが、孔４１１ａ、４１２ａおよび孔４１３ａ、４１４ａ、４１５ａにより構成される連絡流路５４を通って、ノズル４１から吐出される。

図３に示すように、実施形態１では、複数の板状体４１１、４１２、４１３、４１４を積み重ねることにより構造体４０の上部材４０ａが構成され、上部材４０ａの下面に下部材４０ｂが接着、もしくは熱拡散工法を用いて接合される。また、上部材４０ａが圧力室層３１の下面に接着されて、上部材４０ａと下部材４０ｂとからなる構造体４０がアクチュエータ３０に装着される。すなわち、連絡流路５４を有する構造体４０をアクチュエータ３０に接着することにより圧力室５２と連絡流路５４とが接続される。このとき同時に、圧力室５２と連絡流路５３とが接続される。また、フィルタ３１０のＺ軸正側の端面が板状体４１１の上面に当接する。この端面は、板状体４１１の上面に接着される。

図４（ａ）は、圧力室５２付近の構成を上方から透視した平面図である。図４（ａ）では、圧力室５２の上側（Ｚ軸負側）の薄膜３０ｂが取り除かれた状態が示されている。便宜上、図４（ａ）には、電極層３５と、電極層３５に繋がる配線３５ａが破線で示されている。図４（ｂ）、（ｃ）は、図４（ａ）の構成を、それぞれ、Ａ−Ａ’の位置およびＢ−Ｂ’の位置で切断した断面図である。便宜上、図４（ｂ）、（ｃ）には、振動板層３２（薄膜３０ｂ）と連絡流路５３が破線で示されている。

図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、圧力室層３１には、圧力室５２となる凹部３１ａが形成されている。凹部３１ａは、Ｚ軸負方向に凹んでおり、底面が薄膜３０ｂの一部である振動板層３２となっている。平面視において、凹部３１ａは、Ｘ軸方向に長い輪郭である。具体的には、凹部３１ａの輪郭は、２つの円弧の端部を直線で繋いだ形状である。凹部３１ａのＸ軸負側の端に連絡流路５３が位置付けられ、凹部３１ａのＸ軸正側の端に連絡流路５４が位置付けられる。

凹部３１ａをＸ軸方向に区分するように、フィルタ３１０が形成されている。フィルタ３１０は、凹部３１ａのＹ軸方向に互いに向き合う２つの内側面に一体的に連結されている。すなわち、フィルタ３１０は、これら２つの内側面を連結するように、凹部３１ａ内の振動板層３２（薄膜３０ｂ）の表面に形成された連結部３１１と、連結部３１１から板状体４１１（構造体４０）の上面まで延びる３つの柱状部３１２とからなっている。

３つの柱状部３１２は、円柱形状を有し、互いに同じ高さで且つ同じ径となっている。連結部３１１のＸ軸方向の幅は、柱状部３１２の径よりも大きい。３つの柱状部３１２は、Ｙ軸方向に直線上に並ぶように、連結部３１１に一体形成されている。柱状部３１２のＺ軸正側の端面は、板状体４１１（構造体４０）の上面に接着されている。

隣り合う柱状部３１２の間には隙間Ｇ０があり、また、並び方向の端の柱状部３１２と凹部３１ａの内側面との間にも隙間Ｇ０がある。隙間Ｇ０のＹ軸方向の幅は、ノズル４１の径よりも大きい。たとえば、ノズル４１の出口の径は２０μｍであり、隙間Ｇ０の幅は１５μｍである。隙間Ｇ０の幅は、柱状部３１２の全長に亘って一定である。

このように配置されたフィルタ３１０によって、圧力室５２は、Ｘ軸正側の領域５２ａと、Ｘ軸負側の領域５２ｂに区分される。連絡流路５３から領域５２ｂに進入したインクは、フィルタ３１０を通って、領域５２ａへと進む。その際、インクに含まれたノズル４１の径より大きい異物は、隙間Ｇ０を通過できず、柱状部３１２のＸ軸負側に残留する。これにより、領域５２ａには、大きな径の異物が除去されたインクが充填される。

なお、柱状部３１２のＸ軸負側に残留した異物は、アクチュエータ３０が駆動されたときに柱状部３１２から乖離される。すなわち、ノズル４１からインクを吐出する際にアクチュエータ３０によって付与される圧力によって、圧力室５２の領域５２ａ内のインクの一部が、フィルタ３１０を通って領域５２ｂへと逆流する。このインクの流れによって、柱状部３１２のＸ軸負側に残留した異物が、柱状部３１２から乖離される。これにより、異物によってフィルタ３１０に目詰まりが生じることが抑止され、領域５２ｂから領域５２ａへのインクの流れが確保される。

図５（ａ）〜（ｄ）および図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施形態１に係る圧力室層３１の形成工程を模式的に示す図である。なお、各図の上段は、各工程における圧力室５２付近の構成をＺ軸正側から見たときの模式図であり、各図の下段は、上段の図をＸ軸方向の中央位置で切断した断面（Ｃ−Ｃ’断面）の模式図である。

まず、図５（ａ）に示すように、振動板層３２（薄膜３０ｂ）の表面に、シリコンからなる基板層５０１を形成する。基板層５０１は、最終的に圧力室層３１となる層である。したがって、基板層５０１の厚みは、圧力室層３１と同じに調整される。

次に、図５（ｂ）に示すように、基板層５０１の表面にレジスト層（薄膜）５０２が塗布される。さらに、図５（ｃ）に示すように、長方形の領域５０２ａにおいてレジスト層５０２が露光される。この領域５０２ａは、フィルタ３１０の連結部３１１に対応する領域である。

次いで、図５（ｄ）に示すように、レジスト層５０２の表面に、さらにレジスト層５０３（厚膜）が塗布される。さらに、図６（ａ）に示すように、領域５０３ａを除く領域、すなわち、３つの円形の領域５０３ｂと、領域５０３ａの周辺の領域５０３ｃにおいて、レジスト層５０３が露光される。このとき同時に、レジスト層５０２が露光される。領域５０３ａは、凹部３１ａに対応する領域であり、領域５０３ｂは、フィルタ３１０の柱状部３１２に対応する領域である。

次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト層５０２、５０３が現像され、露光部分からなるパターンが作成される。そして、ドライエッチングによりこのパターンを基板層５０１に転写する。これにより、図６（ｃ）に示すように、振動板層３２（薄膜３０ｂ）の表面に、凹部３１ａ、連結部３１１および３つの柱状部３１２を備えた圧力室層３１が形成される。

上記の工程で圧力室層３１を形成すると、連結部３１１は、振動板層３２（薄膜３０ｂ）の表面に直接形成される。また、連結部３１１は、凹部３１ａのＸ軸方向に向き合う内側面を連結するように、圧力室層３１に一体形成される。さらに、連結部３１１の表面に３つの柱状部３１２が一体形成される。このように、柱状部３１２は、連結部３１１とともに圧力室層３１に一体形成されるため、機械的強度が高いものとなる。

図６（ｄ）は、フィルタ３１０周辺の構成を拡大して示す図である。

凹部３１ａの最深部に、連結部３１１が形成されている。連結部３１１からＺ軸正方向に延びるように柱状部３１２が形成されている。柱状部３１２のＺ軸正側の端面は、圧力室層３１のＺ軸正側の面と同一平面にある。隙間Ｇ０の幅Ｄ１は、ノズル４１の径よりも小さい。したがって、幅Ｄ１よりも大きい異物６２は、隙間Ｇ０を通過できない。インクは、隙間Ｇ０を通って、図４（ａ）の領域５２ａへと進む。

図７は、実施の形態に係るインクジェット装置の構成を示すブロック図である。

インクジェット装置は、上記構成を備えたインクジェットヘッド１の他、インク供給部２と、コントローラ３と、インタフェース４とを備える。

インク供給部２は、インクジェットヘッド１にインクを供給するための上述のチューブと、チューブに接続されたインクタンクと、インクタンクからチューブにインクを供給するためのポンプとを備える。コントローラ３は、ＣＰＵとメモリを備え、メモリに保持されたプログラムに従ってインクジェットヘッド１およびインク供給部２を制御する。インタフェース４は、印刷すべき文字および図形等の描画情報の入力を受け付けて、当該描画情報をコントローラ３に出力する。

コントローラ３は、入力された描画情報に従ってインクジェットヘッド１を制御し、被印刷面に印字や描画を行う。こうして、印刷画像に対応するノズル４１からインクが被印刷面に吐出され、被印刷面に印字や描画が行われる。

＜実施形態の効果＞
実施形態１によれば、以下の効果が奏される。

薄膜３０ｂ（振動板層３２）の表面に形成された圧力室層３１にフィルタ３１０が一体的に形成されているため、アクチュエータ３０を構造体４０に接合する際に、フィルタ３１０を薄膜３０ｂ（振動板層３２）の表面に接着するといった精緻な作業は必要ない。また、フィルタ３１０の柱状部３１２は、連結部３１１とともに圧力室層３１に一体形成されているため、機械的強度が高く、破損が生じにくい。さらに、フィルタ３１０は、圧力室層３１の凹部３１ａ内に配置されているため、アクチュエータ３０を構造体４０に接合するだけで、フィルタ３１０が圧力室５２内に配置される。よって、円滑な作業によって、より破損なく確実に、フィルタ３１０を圧力室５２内に配置することができる。

フィルタ３１０は、３つの柱状部３１２によって構成されているため、図６（ｄ）に示すように、４つの隙間Ｇ０を形成できる。よって、フィルタ３１０によってインクの流れが阻害されにくく、図４（ａ）の領域５２ａにインクを円滑に導くことができる。

なお、柱状部３１２の数は３つに限らず、他の数であってもよい。たとえば、２つの柱状部３１２を配置して、３つの隙間Ｇ０を形成してもよく、また、４つの柱状部３１２を配置して、５つの隙間Ｇ０を形成してもよい。隙間Ｇ０の位置も必ずしも上記実施形態１の位置に限られるものではなく、Ｙ軸方向の端にある柱状部３１２を凹部３１ａの内側面に連結して隙間Ｇ０が省略されてもよい。また、各隙間Ｇ０の幅も、必ずしも同じでなくてもよく、ノズル４１の径よりも小さければ、各隙間Ｇ０の幅が互いに異なっていてもよい。

なお、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、実施形態１の構成では、凹部３１ａの位置の薄膜３０ｂが、連結部３１１によって支えられているため、より高精細なインクの吐出制御を実現するために薄膜３０ｂのさらなる薄型化が進んだような場合にも、薄膜３０ｂの過度な変形や強度不足を、連結部３１１によって補うことができる。

＜実施形態２＞
実施形態２では、凹部３１ａの内側面から突出する突部によって、フィルタ３１０が構成されている。フィルタ３１０以外の構成は、上記実施形態１と同様である。

図８（ａ）は、実施形態２に係る圧力室５２付近の構成を上方から透視した平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の構成を、それぞれ、Ｃ−Ｃ’の位置で切断した断面図である。図８（ａ）は、図８（ａ）の構成の隙間の付近を拡大した図である。

図８（ａ）は、圧力室５２付近の構成を上方から透視した平面図である。図８（ａ）では、圧力室５２の上側（Ｚ軸負側）の薄膜３０ｂが取り除かれた状態が示されている。便宜上、図８（ａ）には、電極層３５と、電極層３５に繋がる配線３５ａが破線で示されている。図８（ｂ）は、図８（ａ）の構成を、Ｄ−Ｄ’の位置で切断した断面図である。便宜上、図８（ｂ）には、振動板層３２（薄膜３０ｂ）と連絡流路５３が破線で示されている。

図８（ａ）、（ｂ）に示すように、実施形態２では、２つの第１の突部３１３と、１つの第２の突部３１４によってフィルタ３１０が形成されている。第１の突部３１３は、凹部３１ａの、Ｙ軸方向に向き合う２つの内側面の位置から、それぞれ、突出している。また、第２の突部３１４は、凹部３１ａのＺ軸負側の内側面の位置から、第１の突部３１３の突出方向に対して垂直な方向に突出している。

第１の突部３１３は、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面で切断したときの断面が略二等辺三角形となっている。第１の突部３１３は、圧力室層３１のＺ軸正側の面からＺ軸負側の面まで延びている。２つの第１の突部３１３の稜線は、Ｘ軸方向において互いに同じ位置にある。

第２の突部３１４は、凹部３１ａのＹ軸方向の中間位置において、凹部３１ａの内側面から突出している。第２の突部３１４は、圧力室層３１のＺ軸正側の面からＺ軸負側の面まで延びている。第２の突部３１４のＹ軸方向の幅は、根元から端部３１５にまでの範囲において一定である。端部３１５は、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面で切断したときの断面が略二等辺三角形となっている。端部３１５の２つの角の稜線は、Ｘ軸方向において互いに同じ位置にあり、且つ、２つの第１の突部３１３の稜線に接近している。

Ｙ軸正側の第１の突部３１３と第２の突部３１４の端部３１５との間に、ノズル４１の径より小さい隙間Ｇ１が形成される。また、Ｙ軸負側の第１の突部３１３と第２の突部３１４の端部３１５との間にノズル４１の径より小さい隙間Ｇ１が形成される。さらに、２つの第１の突部３１３のＸ軸負側の各斜面と、第２の突部３１４の端部３１５の２つの斜面によって、インクの流路を徐々に狭めて隙間Ｇ１へと導く導入部Ｅ１が形成される。

実施形態２の圧力室層３１およびフィルタ３１０は、たとえば、上記実施形態１において図５（ａ）〜図６（ｃ）を参照して説明した工程と同様の工程により形成される。したがって、第１の突部３１３と第２の突部３１４は、振動板層３２（薄膜３０ｂ）の表面に圧力室層３１を形成する際に、圧力室層３１に一体形成される。

図８（ｃ）は、図８（ａ）の構成の隙間Ｇ１の付近を拡大した図である。

連結部３１１からＺ軸正方向に延びるように柱状部３１２が形成されている。第１の突部３１３と第２の突部３１４の端部３１５との間に隙間Ｇ１が形成される。実施形態１と同様、隙間Ｇ１の幅Ｄ１は、ノズル４１の径よりも小さい。したがって、幅Ｄ１よりも大きい異物６２は、隙間Ｇ１を通過できない。インクは、隙間Ｇ１を通って、図４（ａ）の領域５２ａへと進む。

＜実施形態２の効果＞
実施形態２においても、実施形態１と同様、薄膜３０ｂ（振動板層３２）の表面に形成された圧力室層３１にフィルタ３１０が一体的に形成されているため、アクチュエータ３０を構造体４０に接合する際に、フィルタ３１０を薄膜３０ｂ（振動板層３２）の表面に接着するといった精緻な作業は必要ない。また、フィルタ３１０を構成する第１の突部３１３と第２の突部３１４は、圧力室層３１に一体形成されているため、機械的強度が高く、破損が生じにくい。さらに、フィルタ３１０は、圧力室層３１の凹部３１ａ内に配置されているため、アクチュエータ３０を構造体４０に接合するだけで、フィルタ３１０が圧力室５２内に配置される。よって、円滑な作業によって、より破損なく確実に、フィルタ３１０を圧力室５２内に配置することができる。

なお、実施形態２では、フィルタ３１０を構成する第１の突部３１３が凹部３１ａの内側面から隆起するように突出するため、実施形態１の柱状部３１２に比べて、第１の突部３１３に折れ等の破損が生じにくい。また、フィルタ３１０を構成する第２の突部３１４も、凹部３１ａ内側面のＺ軸方向の全範囲から壁状に突出するように形成されているため、実施形態１の柱状部３１２に比べて、折れ等の破損が生じにくい。このように、実施形態２では、実施形態１に比べて、さらに、フィルタ３１０の機械的強度が高まる。よって、フィルタ３１０を、さらに破損なく確実に、圧力室層３１内に配置することができる。

また、実施形態２では、図８（ａ）に示すように、インクの流路が、導入部Ｅ１によって徐々に狭められて隙間Ｇ１へと導かれる。このため、連絡流路５３から圧力室５２の領域５２ｂ内に進入したインクを、隙間Ｇ１へと円滑に導くことができる。

なお、実施形態２では、上記実施形態１の連結部３１１がフィルタ３１０の構成から除かれたが、実施形態２のフィルタ３１０に、さらに、連結部３１１に対応する構成を含めてもよい。この場合、連結部は、２つの第１の突部３１３のＺ軸負側の端部の位置において、凹部３１ａの２つの内側面をＹ軸方向に連結するように形成される。このとき、連結部は、２つの第１の突部３１３のＺ軸負側の端部とともに、第２の突部３１４の端部３１５をも橋架するように形成される。これにより、２つの第１の突部３１３とともに第２の突部３１４の機械的強度が高められ得る。

＜変更例＞
本発明の実施形態は、上記実施形態１、２の他にも種々の変更が可能である。

図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、変更例に係る圧力室５２付近の構成を上方から透視した平面図である。

図９（ａ）の変更例では、２つの突部３１６によってフィルタ３１０が構成されている。凹部３１ａの互いに向き合う２つの内側面からそれぞれ突部３１６が突出して隙間Ｇ２が形成されている。突部３１６のＸ軸負側の側面とＸ軸正側の側面は、それぞれ、円弧形状となっている。突部３１６のＸ軸負側の側面によって、インクの流路を徐々に狭めて隙間Ｇ２へと導く導入部Ｅ２が形成されている。隙間Ｇ２のＹ軸方向の幅は、上記実施形態１、２と同様、ノズル４１の径より大きい幅Ｄ１となっている。

図９（ｂ）の変更例では、２つの突部３１７によってフィルタ３１０が構成されている。凹部３１ａの互いに向き合う２つの内側面からそれぞれ突部３１７が突出して隙間Ｇ３が形成されている。突部３１７のＸ軸負側の側面は、それぞれ、階段形状となっている。突部３１６のＸ軸負側の側面によって、インクの流路を徐々に狭めて隙間Ｇ３へと導く導入部Ｅ３が形成されている。隙間Ｇ３のＹ軸方向の幅は、上記実施形態１、２と同様、ノズル４１の径より大きい幅Ｄ１となっている。

図９（ｃ）の変更例では、３つの突部３１８によってフィルタ３１０が構成されている。凹部３１ａの互いに向き合う２つの内側面からそれぞれ突部３１８が突出して隙間Ｇ４が形成されている。この変更例では、隙間Ｇ４の幅方向がＸ軸方向となっている。隙間Ｇ３の幅は、上記実施形態１、２と同様、ノズル４１の径より大きい幅Ｄ１となっている。

図９（ａ）〜（ｃ）の何れの変更例によっても、ノズル４１の径よりも大きい異物が領域５２ｂから領域５２ａへと進入することを抑止できる。また、上記実施形態１、２と同様、円滑な作業によって、より破損なく確実に、フィルタ３１０を圧力室５２内に配置することができる。ただし、図９（ａ）〜（ｃ）の変更例では、インクを通す隙間が１つしかないため、上記実施形態１、２に比べて、インクが領域５２ｂから領域５２ａへと流れにくい。よって、インクをより円滑に領域５２ｂから領域５２ａへと流すためには、上記実施形態１、２の構成を用いることが好ましい。

なお、図９（ａ）〜（ｃ）の変更例においても、さらに、実施形態１の連結部３１１に対応する構成を、フィルタ３１０の構成として含めてもよい。

フィルタ３１０は、圧力室層３１に一体的に形成されていれば、図９（ａ）〜（ｃ）の構成以外にも、種々の変更が可能である。たとえば、凹部３１ａの内側面を連結する複数の柱状部が、幅Ｄ１の隙間を空けて、Ｚ軸方向に並ぶように、形成されてもよい。

上記実施形態１では、複数の板状体４１１、４１２、４１３、４１４を重ねることにより、構造体４０の上部材４０ａが構成されたが、構造体４０の構成方法は、これに限定されるものではない。たとえば、図３に示す７つの板状体４１３のうち上側６つの板状体４１３が１つの部材により一体形成されてもよく、あるいは、これら６つの板状体４１３と板状体４１１、４１２とが１つの部材により一体形成されてもよい。

この他、圧力室５２の形状も、必ずしも、上記実施形態１の形状に限られるものではなく、また、メイン流路５１、連絡流路５３、５４の形状や構成も、上記実施形態１のものに限定されるものではない。また、上記実施形態１では、１つのメイン流路に対してＹ軸方向に並ぶ２つのインク供給口３０ａからインクが供給されたが、１つのメイン流路に対して１つのインク供給口３０ａが設けられてもよい。

本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１ … インクジェットヘッド
２ … インク供給部
３０ … アクチュエータ
３０ａ … 薄膜
３１ … 圧力室層
３１ａ … 凹部
４０ … 構造体
４１ … ノズル
３１０ … フィルタ
３１１ … 連結部
３１２ … 柱状部
３１３ … 第１の突部
３１４ … 第２の突部
３１６、３１７、３１８ … 突部
Ｇ０〜Ｇ４ … 隙間
Ｅ１〜Ｅ３ … 導入部

Claims (10)

1. 圧力室に充填されたインクに圧力を付与するアクチュエータと、
   前記圧力室に前記インクを供給するとともに前記圧力室内のインクをノズルへと導く構造体と、を備え、
   前記アクチュエータは、
   電圧の印加により変形して前記インクに圧力を付与するための薄膜と、
   前記薄膜の表面に形成され、前記圧力室となる凹部を有する圧力室層と、
   前記凹部内に配置されるように前記圧力室層に一体的に形成され、少なくとも前記ノズルの径よりも小さい隙間を有するフィルタと、を備え、
   前記アクチュエータを前記構造体の上面に重ねて前記アクチュエータと前記構造体とが接合されると、前記凹部が前記構造体で塞がれて前記圧力室が形成されるとともに、前記ノズルへ向かって前記圧力室内を流動する前記インクの流れに交差するように、前記圧力室内に前記フィルタが配置される、
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
   前記フィルタは、前記凹部の互いに向き合う内側面を連結するように、前記凹部内の前記薄膜の表面に形成された連結部を備える、
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
   前記フィルタは、前記連結部から前記構造体の上面まで延びる複数の柱状部を備え、
   隣り合う前記柱状部および／若しくは前記凹部の内側面と前記柱状部とによって、前記隙間が形成される、
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
4. 請求項１または２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
   前記フィルタは、前記凹部の内側面に一体的に連結されている、
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
5. 請求項４に記載のインクジェットヘッドにおいて、
   前記フィルタは、前記凹部の内側面から突出した複数の突部を含む、
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
6. 請求項５に記載のインクジェットヘッドにおいて、
   前記フィルタは、前記凹部の互いに向き合う２つの内側面の位置からそれぞれ突出する第１の突部と、前記第１の突部の突出方向に交差する方向に前記凹部の他の内側面の位置から突出する第２の突部と、を含み、
   前記２つの第１の突部の一方と前記第２の突部との間に前記ノズルの径より小さい第１の隙間が形成され、前記２つの第１の突部の他方と前記第２の突部との間に前記ノズルの径より小さい第２の隙間が形成される、
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
7. 請求項６に記載のインクジェットヘッドにおいて、
   前記第１の突部および前記第２の突部は、前記圧力室内を流動する前記インクの流路を徐々に狭めて前記第１の隙間へと導く第１の導入部と、前記圧力室内を流動する前記インクの流路を徐々に狭めて前記第２の隙間へと導く第２の導入部とを形成するように構成されている、
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
8. 請求項５に記載のインクジェットヘッドにおいて、
   前記凹部の互いに向き合う２つの内側面からそれぞれ前記突部が突出して前記隙間を形成する、
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
9. 請求項８に記載のインクジェットヘッドにおいて、
   ２つの前記突部は、前記圧力室内を流動する前記インクの流路を徐々に狭めて前記隙間へと導く導入部を形成するよう構成されている、
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
10. 請求項１ないし９の何れか一項に記載のインクジェットヘッドと、
    前記インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給部と、を備える、
    ことを特徴とするインクジェット装置。
    

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