JP4595659B2 - 液滴噴射装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を噴射する液滴噴射装置及びその製造方法に関する。

ノズルから記録用紙等にインクを噴射するインクジェットヘッドとして、その内部にインク流路を含む流路ユニットが、積層状の複数枚のプレートにより構成されているものがある。例えば、特許文献１に記載のインクジェットヘッドは、マニホールドと、このマニホールドからアパーチャ（絞り）、圧力室、及び、複数の連通孔を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットを備えており、アクチュエータによりある圧力室内のインクに圧力が付与されたときに、この圧力室に連通するノズルからインクを噴射するように構成されている。ここで、流路ユニットは、前述のマニホールド、アパーチャ、圧力室、及び、複数の連通孔等が形成された複数枚のプレートが互いに積層された構造を有する。このように、流路ユニットが複数枚の積層状のプレートで構成されている場合には、流路ユニット内に複雑な形状のインク流路を密に配置することができるため、流路ユニットを小型化することが可能になる。

ところで、このようなインクジェットヘッドによりインク滴を記録用紙に噴射したときには、着弾したインクが記録用紙の繊維に沿って滲んで（フェザリング）、記録用紙に形成される線や文字の輪郭がぼやけてしまうことがある。また、記録用紙に着弾したインクが、印字濃度にあまり寄与しない記録用紙の厚み方向に浸透してしまい、特に、ベタ印字など記録用紙の広い面積にわたって印字する場合に、見た目の印字濃度を十分高くすることができないという問題が生じる場合もある。

そこで、このような問題を解決可能なインクジェットヘッドが提案されている。例えば、特許文献２に記載のインクジェットヘッドは、それぞれが２つのノズルに直接接続された複数の圧力室（吐出室）を備えている。そして、各圧力室内のインクに圧力が付与されたときには、この圧力室に連通する２つのノズルから２つのインク滴をそれぞれ噴射するように構成されている。つまり、このインクジェットヘッドは、１つの圧力室内で加圧されたインクを２つのインク滴に分けて噴射する。従って、記録用紙に着弾する各インク滴の液滴径が小さくなり、それに伴って、各インク滴の紙面上における滞留時間が短くなることから、インクが記録用紙の繊維に沿って滲む前にその厚み方向に浸透させることができ、フェザリングの発生を極力防止できる。また、２つのインク滴に分けて噴射することにより、印字濃度にあまり寄与しない記録用紙の厚み方向へのインクの浸透量を極力少なくして、記録用紙の表面にインクを溜めることができるため、ベタ印字等における印字濃度を高くすることができる。

特開２００４−１３６６６８号公報（図５） 特開平９−５７９６６号公報

特許文献１に記載されたような、複数枚の積層状のプレートからなる流路ユニットにおいて、１つの圧力室に対して２つのノズルを共通の複数の連通孔を介して連通させるようにすれば、特許文献２に記載のインクジェットヘッドのように１つの圧力室内で加圧されたインクを２つのインク滴に分けて噴射することができるようになり、フェザリングの発生を極力防止できるし、また、ベタ印字等における印字濃度を高くすることも可能になる。

ところで、インクカートリッジを交換したときなどにインク流路内に気泡が混入してしまうと、インク流路内のインクに正常な圧力を付与することができなくなって噴射が不安定になるため、インク流路からインクを強制的に排出することにより流路内の気泡を除去する、パージ動作が一般的に行われる。しかし、特許文献１のプレート積層型の流路ユニットでは、ノズルが形成されたプレート（ノズルプレート）とノズルに連なる連通孔が形成されたプレート（カバープレート）の、２枚のプレート間に、ノズルと連通孔の径（流路面積）の差に起因する段差（隅部）が存在するため、インク流路内に混入した気泡はこの段差の部分に滞留しやすい構造になっている。その上で、フェザリングの防止や印字濃度を高くすることを目的として、前述のように、１つの圧力室と２つのノズルを、１つの連通孔を介して共通に連通させると、１つのノズルにのみ連通する場合に比べて連通孔の径が大きくなることから、各ノズルと連通孔の径（流路面積）の差がさらに大きくなり、この連通孔の内面付近に、２つのノズルへそれぞれ流れる２つの大きなインクの流れから遠く離れた部分が局所的に生じる。このような部分においてはインクの流速が特に低下することから、連通孔内にさらに気泡が滞留しやすくなり、パージ動作を行っても気泡を完全に排出することが困難になる。

本発明の目的は、１つの圧力室と複数のノズルとを連通させる連通孔に気泡が滞留するのを防止可能な液滴噴射装置、及び、その製造方法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の発明の液滴噴射装置は、液滴を噴射するノズルとこのノズルに連通する圧力室とを含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧力付与手段とを備えた液滴噴射装置であって、前記流路ユニットは、前記圧力室が形成された圧力室プレートと、前記ノズルが形成されたノズルプレートと、前記圧力室プレートと前記ノズルプレートとの間において前記ノズルプレートに接して配置され、前記圧力室と前記ノズルとを連通させる第１連通孔が形成された第１連通プレートとを少なくとも含む、積層状の複数枚のプレートを有し、前記ノズルプレートには、１つの前記圧力室に連通し、且つ、所定の一方向に配列された複数の前記ノズルが互いに近接して形成され、前記第１連通プレートに形成された前記第１連通孔は、前記複数のノズルの径よりも大きな径をそれぞれ有し、前記ノズルプレートのプレート直交方向から見て、それらの中に前記複数のノズルがそれぞれ完全に収まるように配置された複数の孔を含み、これら複数の孔は、前記プレート直交方向から見て部分的に重なるように連結され、その連結部が、前記孔の径よりもその幅が小さくなるようにくびれた形状に形成されていることを特徴とするものである。

この第１の発明の液滴噴射装置においては、１つの圧力室に複数のノズルが連通しているため、１回の噴射で記録用紙等の被噴射体に液体を複数の液滴に分けて着弾させることができ、被噴射体の広い面積に亙って液体を浸透させることも可能になる。また、第１連通孔の複数の孔は、プレート直交方向から見て、それらの中に複数のノズルがそれぞれ収まるように配置されているため、孔とノズルとが互いにずれて配置されている場合に比べて孔とノズルとの間の段差が小さくなり、この段差に気泡が滞留しにくくなる。さらに、複数の孔は部分的に重なるように連結され、その連結部は、孔の径よりも幅が小さくなるようにくびれている。従って、第１連通孔の内面付近に、圧力室からノズルへ向かう液体の主流から遠く離れた部分が存在しなくなり、液体の流速が局所的に低くなる部分が解消されるため、第１連通孔内にさらに気泡が滞留しにくくなる。

第２の発明の液滴噴射装置は、前記第１の発明において、前記孔は、前記プレート直交方向から見て、前記ノズルと相似した形状であることを特徴とするものである。これにより、孔の縁とその孔に収まるノズルの縁との間隔が均一になるので、孔とノズルの間に液体の流速が局所的に低くなる部分が存在しなくなり、さらに気泡が滞留しにくくなる。

第３の発明の液滴噴射装置は、前記第１又は第２の発明において、前記圧力室プレートと前記第１連通プレートとの間において、前記圧力室と前記第１連通孔とを連通させる第２連通孔が形成された第２連通プレートが前記圧力室プレートに接して配置され、さらに、前記第２連通孔は、前記プレート直交方向から見て、前記複数のノズルの配列方向に長い楕円形状を有し、且つ、その中に前記第１連通孔が完全に収まるように配置されていることを特徴とするものである。

このように、圧力室と第１連通孔とを連通させる第２連通孔が、複数のノズルの配列方向に長い楕円形状に形成されていると、第２連通孔が第１連通孔と同じ形状に形成されている場合よりも、圧力室と第２連通孔との間の段差が小さくなり、圧力室から第２連通孔へ気泡が排出されやすくなる。また、第２連通孔内に第１連通孔が完全に収まっているため、第２連通孔と第１連通孔との間の段差が小さくなり、圧力室から第２連通孔へ排出された気泡が第１連通孔へ気泡が流れやすくなる。

第４の発明の液滴噴射装置は、前記第３の発明において、前記圧力室は、前記プレート直交方向から見て、その重心を通る中心線に関して対称な形状に形成され、前記圧力室の、前記中心線に平行な方向に関する一端部に液体流入口が、他端部に液体流出口がそれぞれ配置され、前記第２連通孔が前記液体流出口を介して前記圧力室に連通していることを特徴とするものである。圧力室の一端部に液体流入口が、他端部に液体流出口が配置されていると、圧力室内には、液体流入口から液体流出口へその中心線に対称な２つの液体の流れが生じるため、これら２つの流れが衝突する圧力室の他端部にはよどみ点が生じやすい。しかし、この第４の発明では、この圧力室の他端部に第２連通孔が配置されているため、この他端部によどみ点が生じず、圧力室内の気泡が第２連通孔へ排出されやすくなる。

第５の発明の液滴噴射装置は、前記第３又は第４の発明において、前記第２連通孔は、前記プレート直交方向から見て、前記圧力室に完全に収まるようにこの圧力室の縁に接して配置されていることを特徴とするものである。第２連通孔が圧力室に完全に収まるようにこの圧力室の縁に接して配置されているため、圧力室と第２連通孔との間の段差がさらに小さくなり、圧力室の縁に気泡が滞留しにくい。

第６の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記連結部の、前記複数の円形孔の間でくびれた部分は、なだらかに連続する曲面で構成されていることを特徴とするものである。この構成によれば、第１連通孔の内面に沿って液体がスムーズに流れやすくなり、この第１連通孔内に気泡が滞留しにくくなる。

第７の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第６の何れかの発明において、１つの前記圧力室に２つの前記ノズルが連通していることを特徴とするものである。１つの圧力室に連通するノズルの数が多いほど、複数のノズルから液滴をそれぞれ噴射するために必要なエネルギーは大きくなる。そこで、１つの圧力室に連通するノズルの数を最小の２つにすることで、圧力付与手段により液体に所望の圧力を付与する際に必要なエネルギーを最小限に抑えることができる。

第８の発明の液滴噴射装置の製造方法は、前記第１又は第２の発明の液滴噴射装置の製造方法であって、前記圧力室プレートとなる第１のプレートに、エッチングにより前記圧力室を形成する圧力室形成工程と、前記ノズルプレートとなる第２のプレートに、レーザー加工又はプレス加工により、１つの前記圧力室に対応する複数の前記ノズルを形成するノズル形成工程と、前記第１連通プレートとなる第３のプレートに、前記圧力室及び前記複数のノズルに対応する前記第１連通孔を、エッチングにより形成する第１連通孔形成工程と、前記第１のプレートと前記第２のプレートの間において、前記第３のプレートを前記第２のプレートに接するように配置して、これら３枚のプレートを含む前記複数枚のプレートを積層して接合する接合工程と備えたことを特徴とするものである。

このように、その加工精度が噴射特性に影響するノズルの形成工程は、高精度な加工が可能なレーザー加工又はプレス加工により行い、高い精度の加工が不要な圧力室の形成工程や第１連通孔の形成工程は、加工精度はやや劣るがコスト面で優れるエッチングにより行うことで、性能とコストのバランスを考慮して液滴噴射装置を製造することができる。

尚、この第８の発明において、ノズルプレートとなる第２のプレートの材質に適した加工法を選択することにより、容易且つ高精度にノズルを形成することができる。即ち、第２のプレートが合成樹脂材料からなる場合には、ノズル形成工程において、ノズルをレーザー加工により形成することが好ましい（第９の発明）。また、第２のプレートが金属材料からなる場合には、ノズル形成工程において、ノズルをプレス加工により形成することが好ましい（第１０の発明）。

第１１の発明の液滴噴射装置の製造方法は、前記第８〜第１０の何れかの発明において、前記第１のプレート及び前記第３のプレートは金属材料からなることを特徴とするものである。この場合には、第１のプレート及び第３のプレートに、エッチングにより、圧力室や第１連通孔を容易に形成することができる。

本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、液体噴射装置として、ノズルから記録用紙に向けてインクを噴射する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１を備えたインクジェットプリンタ１００について簡単に説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、図１の左右方向に移動可能なキャリッジ１０１と、このキャリッジ１０１に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを噴射するシリアル式のインクジェットヘッド１と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ１０２等を備えている。インクジェットヘッド１は、キャリッジ１０１と一体的に左右方向（走査方向）へ移動して、その下面のインク吐出面に形成されたノズル２０（図２〜図６参照）の出射口から記録用紙Ｐに対してインクを噴射する。そして、インクジェットヘッド１により記録された記録用紙Ｐは、搬送ローラ１０２により前方（紙送り方向）へ排出される。

次に、インクジェットヘッド１について図２〜図６を参照して詳細に説明する。
図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド１は、圧力室１４を含む個別インク流路２１（図４参照）が複数形成された流路ユニット２と、この流路ユニット２の上面に配置されて圧力室１４内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ３（圧力付与手段）とを備えている。

まず、流路ユニット２について説明する。図４、図５に示すように、流路ユニット２はキャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２、及びノズルプレート１３を備えており、これら４枚のプレート１０〜１３が積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２はステンレス鋼製の板であり、これら３枚のプレート１０〜１２に、後述するマニホールド１７や圧力室１４等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。また、ノズルプレート１３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート１２の下面に接着される。あるいは、このノズルプレート１３も、３枚のプレート１０〜１２と同様にステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。

図２〜図５に示すように、キャビティプレート１０（圧力室プレート）には、平面に沿って配列された複数の圧力室１４が形成されており、これら複数の圧力室１４は、後述の振動板３０側（図４、図５の上方）へ開口している。また、複数の圧力室１４は、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に配列されている。図３に示すように、各圧力室１４は、平面視で（積層状態の４枚のプレート１０〜１３に直交する方向（積層方向）から見て）、走査方向（図３の左右方向）に長い、略楕円形状に形成されており、その重心Ｇを通り且つその長手方向に延びる中心線Ｃに関して対称な形状を有する。さらに、図３、図４に示すように、圧力室１４は、インク流入口１４ａ（液体流入口）とインク流出口１４ｂ（液体流出口）とを有し、インク流入口１４ａは圧力室１４の長手方向一端部（図３における右端部）、インク流出口１４ｂは圧力室１４の長手方向他端部（図３における左端部）にそれぞれ配置されている。

図３、図４に示すように、キャビティプレート１０に接するベースプレート１１（第２連通プレート）には、平面視で圧力室１４のインク流入口１４ａと重なる位置に、円形の平面形状を有する連通孔１５が形成されている。一方、図３〜図６に示すように、ベースプレート１１の圧力室１４のインク流出口１４ｂと重なる位置には、紙送り方向（図３の上下方向）に長い楕円形の平面形状を有する連通孔１６（第２連通孔）が形成されている。つまり、連通孔１５はインク流入口１４ａを介して圧力室１４に連通し、連通孔１６はインク流出口１４ｂを介して圧力室１４に連通している。また、連通孔１５，１６は、それぞれ、平面視で圧力室１４に完全に収まるようにこの圧力室１４の長手方向両端部の縁に接して配置されている。

マニホールドプレート１２には、紙送り方向（図２の上下方向）に延びるマニホールド１７が形成されている。図２〜図４に示すように、マニホールド１７は、平面視で、左側に配列された圧力室１４の左半分、及び、右側に配列された圧力室１４の右半分とそれぞれ重なるように配置されている。そして、このマニホールド１７は、後述の振動板３０に形成されたインク供給口１８が接続されており、インクタンク（図示省略）からインク供給口１８を介してインクが供給される。

また、図３〜図６に示すように、次述のノズルプレート１３に接するこのマニホールドプレート１２（第１連通プレート）には、平面視で各圧力室１４のマニホールド１７と反対側の端部と重なる位置に、ベースプレート１１の連通孔１６とノズルプレート１３の２つのノズル２０とを連通させる連通孔１９（第１連通孔）が形成されている。図３、図６に示すように、この連通孔１９は、平面視で楕円形の連通孔１６の中央部に重なり、この連通孔１６内に完全に収まるように形成されている。尚、この連通孔１９はその内部に気泡が滞留しにくくなるように、平面視でほぼ８の字形状に形成されている。これについては後ほど詳しく説明する。

ノズルプレート１３には、平面視で連通孔１９と重なる位置に、紙送り方向（図２の上下方向）に並ぶ２つのノズル２０が互いに近接するように形成されている。これらのノズル２０は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂の基板にエキシマレーザー加工を施すことにより形成される。

そして、図４に示すように、マニホールド１７は連通孔１５を介して圧力室１４のインク流入口１４ａに連通し、さらに、圧力室１４のインク流出口１４ｂは、連通孔１６，１９を介して２つのノズル２０に連通している。このように、流路ユニット２内には、マニホールド１７から圧力室１４を経て２つのノズル２０に至る個別インク流路２１が形成されている。つまり、流路ユニット２は、次述の圧電アクチュエータ３により各圧力室１４内のインクに圧力が付与されたときに、この圧力室１４に連通する２つのノズル２０からそれぞれインク滴を噴射することができるように構成されている。

次に、圧電アクチュエータ３について説明する。図２〜図５に示すように、圧電アクチュエータ３は、流路ユニット２の上面に配置された振動板３０と、この振動板３０の上面（圧力室１４と反対側の面）に形成された圧電層３１と、この圧電層３１の上面に複数の圧力室１４に夫々対応して形成された複数の個別電極３２とを備えている。

振動板３０は、平面視で略矩形状の金属材料からなる板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。この振動板３０は、キャビティプレート１０の上面に複数の圧力室１４を覆うように配設され、キャビティプレート１０の上面に接合されている。また、金属製の振動板３０は導電性を有しており、この振動板３０と個別電極３２との間に挟まれた圧電層３１に電界を作用させる共通電極を兼ねている。

振動板３０の上面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電層３１が配置されている。図２〜図５に示すように、この圧電層３１は、振動板３０の上面において複数の圧力室１４に亙って連続的に形成されている。ここで、圧電層３１は、例えば、非常に小さな圧電材料の粒子を基板に吹き付けて高速で衝突させ、基板に堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いて形成することができる。あるいは、スパッタ法、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、あるいは、水熱合成法などにより形成することもできる。

圧電層３１の上面には、圧力室１４よりも一回り小さい楕円形の平面形状を有する複数の個別電極３２が形成されている。これら複数の個別電極３２は、平面視で、対応する圧力室１４の中央部に重なる位置にそれぞれ形成されている。また、個別電極３２は金、銅、銀、パラジウム、白金、あるいは、チタンなどの導電性材料からなる。さらに、圧電層３１の上面には、複数の個別電極３２のマニホールド１７側の端部から、それぞれ、個別電極３２の長手方向（図２の左右方向）と平行に延びる複数の配線部３５も形成されている。これら複数の個別電極３２及び複数の配線部３５は、例えば、スクリーン印刷、スパッタ法、あるいは、蒸着法等により形成することができる。

複数の配線部３５には、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）等の可撓性を有する配線部材（図示省略）が接合され、図４に示すように、配線部材を介してドライバＩＣ３７と電気的に接続されている。そして、ドライバＩＣ３７から配線部３５を介して複数の個別電極３２に対して選択的に駆動電圧が供給される。

次に、インク噴射時における圧電アクチュエータ３の作用について説明する。複数の個別電極３２に対してドライバＩＣ３７から選択的に駆動電圧が印加されると、駆動電圧が供給された圧電層３１上側の個別電極３２とグランド電位に保持されている圧電層３１下側の共通電極としての振動板３０の電位が異なる状態となり、個別電極３２と振動板３０の間に挟まれた圧電層３１の部分（駆動部３１ａ：図４、図５参照）に上下方向の電界が生じる。ここで、圧電層３１の分極方向と電界の方向とが同じ場合には、駆動部３１ａがその分極方向である上下方向に伸びて水平方向に収縮する。このとき、この圧電層３１の収縮に伴って振動板３０が圧力室１４側に凸となるように変形するため、圧力室１４内の容積が減少して圧力室１４内のインクに圧力が付与され、圧力室１４に連通する２つのノズル２０からそれぞれインク滴が吐出される。

このように、本実施形態のインクジェットヘッド１においては、１つの圧力室１４に２つのノズル２０が連通しており、圧電アクチュエータ３により圧力が付与された１つの圧力室１４内のインクを２つのインク滴に分けて噴射することができる。そのため、記録用紙Ｐに着弾する各インク滴の径が小さくなり、それに伴って、各インク滴の記録用紙Ｐ上における滞留時間が短くなることから、インクが記録用紙Ｐの繊維に沿って滲む前にその厚み方向に浸透させることができ、フェザリングの発生を極力防止できる。また、２つのインク滴に分けてインクを噴射することにより、印字濃度にあまり寄与しない記録用紙Ｐの厚み方向へのインクの浸透量を極力少なくして、記録用紙Ｐの表面にインクを溜めることができるため、ベタ印字等における印字濃度を高くすることができる。

ところで、２つのノズル２０から噴射された２つのインク滴が、記録用紙Ｐにおいて近い位置で着弾するように、２つのノズル２０はできるだけ近接して形成されていることが好ましい。そのためには、１つの圧力室１４と２つのノズル２０とが、互いに独立した別々の連通孔により連通しているよりも、本実施形態のように共通の連通孔１６，１９を介して連通している方がよい。即ち、１つの圧力室１４と２つのノズル２０とが互いに独立した別々の連通孔により連通している場合には、２つのノズル２０を近接させるためには独立した連通孔同士をも近接させることが必要になるが、実際には、ノズル２０に比べて十分に大きな径の連通孔をエッチング等により互いに近接して形成することは困難であり、これら連通孔の間を隔てる部分の肉厚がばらつくなどして、複数の個別インク流路２１の間で流路特性、ひいては、ノズル２０からの噴射特性にばらつきが生じる虞がある。そこで、本実施形態では、前述したように、１つの圧力室１４と２つのノズル２０は、共通の連通孔１６，１９を介して連通している。

しかし、このように２つのノズル２０が共通の連通孔１９にそれぞれ連通する構成では、この連通孔１９の形状によっては、ノズル２０と連通孔１９の流路面積の違いに起因するノズル２０と連通孔１９との間の段差（隅部）がかなり大きくなる。例えば、図７（ａ），（ｂ）に示すように、連通孔（連通孔１９Ａ，１９Ｂ）が円形や楕円形といった一般的な形状に形成されている場合では、一方向（図７の上下方向）に並んだ２つのノズル２０の間を通り、左右方向に延びる直線Ｌａ，Ｌｂと、連通孔１９Ａ，１９Ｂの内面との交点の位置Ａ，Ｂにおいて、それぞれ、圧力室１４から２つのノズル２０へそれぞれ流れる２つの大きなインクの流れ（即ち、ノズル２０の軸線Ｃａ，Ｃｂ）からの距離が最も遠くなる。つまり、位置Ａ，Ｂにおいてノズル２０と連通孔１９Ａ，１９Ｂとの間の段差が最も大きくなり、インクの流速が最も低くなる。従って、何らかの原因により個別インク流路２１内に混入した気泡が位置Ａ，Ｂにおいて滞留しやすくなる。

さらに、ノズルプレート１３に接するマニホールドプレート１２の連通孔１９は、これら２枚のプレート１２，１３を位置合わせしてから積層させたときに、その位置合わせの誤差により連通孔１９の縁がノズル２０にかかってしまうことがないように、設計値よりもやや程度大きめの径に形成されることが多い。すると、その分、ノズル２０と連通孔１９の間の段差はさらに大きくなり、この段差に気泡がより滞留しやすくなる。そして、このような大きな段差に一旦気泡が滞留してしまうと、ノズル２０からインクとともに気泡を強制的に排出するパージ動作を行っても、なかなか気泡を排出することができなくなる。

そこで、本実施形態のインクジェットヘッド１においては、ノズルプレート１３に接するマニホールドプレート１２（第１連通プレート）に形成された連通孔１９は、その内部に気泡が滞留しにくい特別な形状に形成されている。即ち、図３、図６に示すように、連通孔１９は、ノズル２０の径よりも大きな径を有し、且つ、平面視で部分的に重なるように紙送り方向（図６の上下方向）に並んだ２つの円形孔４０と、これら２つの円形孔４０を連結する連結部４１とを有する。２つの円形孔４０は、平面視で、それらの中に２つのノズル２０がそれぞれ完全に収まるように配置されている。また、連結部４１は、円形孔４０の径よりもその幅（図６における左右方向の長さ）が小さくなるようにくびれた形状に形成されている。つまり、図６に示すように、連通孔１９は略８の字状の平面形状を有する。

２つの円形孔４０内に２つのノズル２０がそれぞれ完全に収まっており、円形孔４０とノズル２０が互いにずれて配置されていないため、円形孔４０とノズル２０との間の段差は全体的に小さくなり、局所的に大きな段差が形成されない。また、２つの円形孔４０の間において連結部４１がくびれているために、図７（ａ），（ｂ）のような円形や楕円形に形成された連通孔１９Ａ，１９Ｂでは、圧力室１４からノズル２０へ向かうインクの主流（ノズル２０の軸線Ｃａ，Ｃｂ）から遠く離れていた部分（図７（ａ），（ｂ）におけるＡ，Ｂの位置）が、図６の連通孔１９では内側に突出している。つまり、このくびれた部分におけるインクの主流（ノズル２０の軸線Ｃａ，Ｃｂ）からの距離が近くなってインクの流速が大きくなるため、インクの流速が局所的に低い部分が解消される。従って、この連通孔１９内に気泡が滞留しにくくなる。

また、図６に示すように、連結部４１の、２つの円形孔４０の間でくびれた部分は尖鋭な形状ではなく、なだらかに連続する曲面で構成されている。そのため、連通孔１９の内面に沿ってスムーズにインクが流れやすくなり、連通孔１９内に気泡が滞留しにくくなる。

尚、前述したように、キャビティプレート１０に接するベースプレート１１（第２連通プレート）に形成された連通孔１６は、ノズル２０の配列方向（図６の上下方向）に長い楕円形状に形成されている。そして、前述の８の字形状の連通孔１９が、平面視で、楕円形状の連通孔１６内に完全に収まるように配置されている。この場合には、連通孔１９と同様に８の字形状に形成されている場合よりも、連通孔１６（インク流出口１４ｂ）の径が大きくなり、その分、圧力室１４と連通孔１６との間の段差が小さくなるため、圧力室１４内に気泡が滞留しにくくなる。尚、このように、連通孔１６が連通孔１９よりも流路面積の大きな楕円形状に形成されていると、圧力室１４と連通孔１６との間の段差は小さくなるが、その分、２つの連通孔１６，１９の間には段差が生じることになる。しかし、容積の大きい圧力室１４内に比べて連通孔１６，１９内のインクの流速は高いため、圧力室１４と連通孔１６との間に大きな段差が存在する場合よりも気泡が排出されやすい。従って、圧力室１４から２つの連通孔１６，１９を介してノズル２０に至る流路全体で見れば、気泡が排出されやすい構造になっている。

言い換えれば、連通孔１６が連通孔１９と同様の８の字形状に形成されていると圧力室１４と連通孔１６との間での流路面積の変化がかなり大きくなる（段差が大きくなる）のに対して、本実施形態のように、連通孔１６が楕円形状に形成されて、その中に連通孔１９が完全に収まっている場合には、圧力室１４から２つの連通孔１６，１９を経てノズル２０に至る流路における流路面積の変化が緩やかになり、この流路の途中に形成された個々の段差がそれぞれ小さくなることから、この流路内に気泡が滞留しにくくなる。

また、圧力室１４の長手方向一端部（図３の右端部）にインク流入口１４ａが配置され、圧力室１４の長手方向他端部（図３の左端部）にインク流出口１４ｂが配置されている。従って、圧力室１４内には、図６の矢印で示すように、右端部のインク流入口１４ａから左端部のインク流出口１４ｂへその中心線Ｃに対称な２つのインクの流れが生じ、これら２つの流れが衝突するインク流出口１４ｂが配置された圧力室１４の左端部にはよどみ点が生じやすい。しかし、ベースプレート１１の連通孔１６が、平面視で圧力室１４内に完全に収まるように、且つ、この圧力室１４の左端部の縁に接して配置されて、インク流出口１４ｂに連通しているため、圧力室１４の左端部によどみ点が生じず、圧力室１４内の気泡が連通孔１６へ排出されやすくなる。

尚、図３、図６に示すように、前述の８の字形状の連通孔１９が、平面視で、楕円形状の連通孔１６内に完全に収まるように配置されていることから、２つの連通孔１６，１９の間の段差が全体的に小さくなって局所的に大きい段差が形成されないため、圧力室１４から連通孔１６に排出された気泡がさらに連通孔１９へ流れやすくなる。

次に、インクジェットヘッド１（特に、流路ユニット２）の製造方法について説明する。
まず、キャビティプレート１０（圧力室プレート）、ベースプレート１１（第２連通プレート）、及び、マニホールドプレート１２（第１連通プレート）となる３枚の金属プレートに、マニホールド１７や圧力室１４などのインク流路を形成する。即ち、キャビティプレート１０となるプレート（第１のプレート）に複数の圧力室１４を形成し（圧力室形成工程）、ベースプレート１１となるプレートに円形の連通孔１５及び楕円形の連通孔１６を形成し、さらに、マニホールドプレート１２となるプレート（第３のプレート）にマニホールド１７及び８の字状の連通孔１９を形成する（第１連通孔形成工程）。ここで、キャビティプレート１０、ベースプレート１１、及び、マニホールドプレート１２となる３枚のプレートは金属材料からなるため、これら３枚のプレートに、マニホールド１７、圧力室１４、あるいは、連通孔１５，１６，１９に対応するマスクパターンをそれぞれ形成してから、マスクパターンが形成されていない部分をエッチングで除去することにより、マニホールド１７、圧力室１４、及び、連通孔１５，１６，１９を容易に形成することができる。

一方、ノズルプレート１３となるプレート（第２のプレート）にノズル２０を形成する（ノズル形成工程）。ここで、このノズルプレート１３となるプレートがポリイミドなどの合成樹脂材料からなる場合には、ノズル２０をレーザー加工により形成する。また、このプレートがステンレス鋼などの金属材料からなる場合には、ノズル２０をプレス加工により形成する。このように、レーザー加工又はプレス加工でノズル２０を形成することにより、その加工精度が噴射特性に大きく影響するノズル２０を高精度に形成することができる。

そして、キャビティプレート１０とノズルプレート１３との間において、ベースプレート１１をキャビティプレート１０に接するように配置するとともに、マニホールドプレート１２をノズルプレート１３に接するように配置して、これら４枚のプレート１０〜１３を積層した状態で接着剤などにより接合する（接合工程）。その後、キャビティプレート１０の上面に圧電アクチュエータ３を配置する。尚、４枚のプレート１０〜１３を接合する際に、同時に、圧電アクチュエータ３の振動板３０をキャビティプレート１０に接合するようにしてもよい。または、振動板３０をキャビティプレート１０を含む３枚のプレート１０〜１２の積層体に接合した後に、ノズルプレート１３をマニホールドプレート１２に接合するようにしてもよい。

この製造方法によれば、その加工精度が噴射特性に影響するノズル２０の形成工程は、高精度な加工が可能なレーザー加工又はプレス加工により行い、高い精度の加工が不要なマニホールド１７、圧力室１４、あるいは、連通孔１５，１６，１９の形成工程は、加工精度はやや劣るがコスト面で優れるエッチングにより行うことで、性能とコストのバランスを考慮してインクジェットヘッド１の製造を行うことができる。

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］図８、図９に示すように、圧力室１４に連なるベースプレート１１Ａの連通孔５６も、ノズル２０に連なるマニホールドプレート１２の連通孔１９と同様に、２つの円形孔５０とこれら２つの円形孔５０の間でくびれた形状に形成された連結部５１とを有する、８の字形状に形成されていてもよい（変更形態１）。この形態では、前記実施形態と比べて、圧力室１４と連通孔５６との間の段差が大きくなるため、圧力室１４内の気泡を排出する効果はやや劣るものの、連通孔５６内の気泡を排出する効果はさらに高くなる。尚、この変更形態１においても、圧力室１４と連通孔５６との間の段差を小さくするために、図８に示すように、平面視で連通孔５６が圧力室１４内に収まっており、且つ、その圧力室１４の縁に接して配置されていることが好ましい。

２］１つの圧力室１４に連通するノズル２０の数は２つに限られるものではない。例えば、図１０に示すように、１つの圧力室１４と、紙送り方向（図１０の上下方向）に配列された３つのノズル２０とが、連通孔６６及び連通孔６９を介して連通していてもよい（変更形態２）。圧力室１４に連なる連通孔６６（第２連通孔）はノズル２０の配列方向に長い楕円形状に形成されている。また、この連通孔６６と３つのノズル２０とを連通させる連通孔６９（第１連通孔）は、平面視でそれらの中に３つのノズル２０がそれぞれ完全に収まるように配置された３つの円形孔６０とこれら３つの円形孔６０を連結する２つの連結部６１を有し、連結部６１は、円形孔６０の間においてくびれた形状に形成されている。また、連通孔６９は、平面視で楕円形の連通孔６６内に完全に収まるように配置されている。従って、圧力室１４から２つの連通孔６６，６９を経てノズル２０に至る流路内の段差がそれぞれ小さくなり、また、連通孔６９の連結部６１がくびれた形状に形成されているために、連通孔６９内でインクの流速が局所的に低い部分が解消されることから、圧力室１４及び連通孔６６，６９内に気泡が滞留しにくくなる。

但し、１つの圧力室１４に連通するノズル２０の数が多いほど、複数のノズル２０からインク滴をそれぞれ噴射するために必要なエネルギーは大きくなる。従って、圧電アクチュエータの駆動効率の点からは、前記実施形態のように、１つの圧力室１４に連通するノズル２０の数は最小の２つであることが好ましい。

３］図１１に示すように、圧力室１４に連なる連通孔１６が、平面視で圧力室１４内に完全に収まるように配置されている必要はなく、連通孔１６の一部のみが圧力室１４と重なっていてもよい（変更形態３）。また、２つのノズル２０が平面視で圧力室１４と重なっていなくてもよい。この場合でも、前記実施形態と同様に、連通孔１６，１９内に気泡が滞留しにくいという効果は得られる。

４］前記実施形態では、キャビティプレート１０に接し、連通孔１６が形成されたベースプレート１１と、ノズルプレート１３に接し、連通孔１９が形成されたマニホールドプレート１２とが直接接合されているが、これら２枚のプレート１１，１２の間に、さらに、２つの連通孔１６，１９を互いに連通させる連通孔が形成された１又は２以上の別のプレートが介在していてもよい。

５］前記実施形態では、連通孔１９は２つの円形孔４０が連結部４１により連結された構成となっているが、連結される２つの孔４０は平面視で円形である必要はなく、それらの中にノズル２０がそれぞれ完全に収まるものであれば、楕円形等の他の形状のものであってもよい。また、ノズル２０も平面視で円形以外の形状であってもよい。この場合には、連結部４１の幅方向の長さ（２つのノズル２０を結ぶ方向と直交する方向の長さ、即ち、図６における左右方向の長さ）が、同方向におけるノズル２０の径よりも長いように形成されていればよい。尚、２つの孔４０の形状とそれらの中に収まるノズル２０の形状は、互いに相似であることが望ましい。これにより、孔４０とノズル２０との間にインクの流速が局所的に低くなる部分が存在しなくなり、孔４０とノズル２０との間に気泡が滞留しにくくなる。

６］また、インクジェットヘッド１は、圧電アクチュエータ３の代わりに、ヒータによりインクを加熱・沸騰させることでインクに圧力を付与する方式のものであってもよい。

以上、本発明をインクジェットヘッドに適用した形態について実施形態及びその変更形態を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な形態は、これらの形態に限られるものではない。例えば、インク以外の液滴を噴射する種々の液滴噴射装置に本発明を適用することも可能である。

本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 図２の一部拡大平面図である。 図３のIV-IV線断面図である。 図３のV-V線断面図である。 流路ユニット上面のインク流出口付近の部分拡大図である。 （ａ）はベースプレートの連通孔が円形形状である場合の連通孔及びノズルの部分拡大図であり、（ｂ）は連通孔が楕円形状である場合の連通孔及びノズルの部分拡大図である。 変更形態１の図３相当の拡大平面図である。 図８のIX-IX線断面図である。 変更形態２の図３相当の拡大平面図である。 変更形態３の図３相当の拡大平面図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
２ 流路ユニット
３ 圧電アクチュエータ
１０ キャビティプレート
１１，１１Ａ ベースプレート
１２ マニホールドプレート
１３ ノズルプレート
１４ 圧力室
１４ａ インク流入口
１４ｂ インク流出口
１６ 連通孔（第２連通孔）
１９ 連通孔（第１連通孔）
２０ ノズル
２１ 個別インク流路
５６ 連通孔
５０ 円形孔
５１ 連結部
６０ 円形孔
６１ 連結部
６６ 連通孔
６９ 連通孔

Claims (11)

1. 液滴を噴射するノズルとこのノズルに連通する圧力室とを含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧力付与手段とを備えた液滴噴射装置であって、
   前記流路ユニットは、前記圧力室が形成された圧力室プレートと、前記ノズルが形成されたノズルプレートと、前記圧力室プレートと前記ノズルプレートとの間において前記ノズルプレートに接して配置され、前記圧力室と前記ノズルとを連通させる第１連通孔が形成された第１連通プレートとを少なくとも含む、積層状の複数枚のプレートを有し、
   前記ノズルプレートには、１つの前記圧力室に連通し、且つ、所定の一方向に配列された複数の前記ノズルが互いに近接して形成され、
   前記第１連通プレートに形成された前記第１連通孔は、前記複数のノズルの径よりも大きな径をそれぞれ有し、前記ノズルプレートのプレート直交方向から見て、それらの中に前記複数のノズルがそれぞれ完全に収まるように配置された複数の孔を含み、
   これら複数の孔は、前記プレート直交方向から見て部分的に重なるように連結され、その連結部が、前記孔の径よりもその幅が小さくなるようにくびれた形状に形成されていることを特徴とする液滴噴射装置。
2. 前記孔は、前記プレート直交方向から見て、前記ノズルと相似した形状であることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
3. 前記圧力室プレートと前記第１連通プレートとの間において、前記圧力室と前記第１連通孔とを連通させる第２連通孔が形成された第２連通プレートが前記圧力室プレートに接して配置され、
   さらに、前記第２連通孔は、前記プレート直交方向から見て、前記複数のノズルの配列方向に長い楕円形状を有し、且つ、その中に前記第１連通孔が完全に収まるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴噴射装置。
4. 前記圧力室は、前記プレート直交方向から見て、その重心を通る中心線に関して対称な形状に形成され、
   前記圧力室の、前記中心線に平行な方向に関する一端部に液体流入口が、他端部に液体流出口がそれぞれ配置され、
   前記第２連通孔が前記液体流出口を介して前記圧力室に連通していることを特徴とする請求項３に記載の液滴噴射装置。
5. 前記第２連通孔は、前記プレート直交方向から見て、前記圧力室に完全に収まるようにこの圧力室の縁に接して配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の液滴噴射装置。
6. 前記連結部の、前記複数の円形孔の間でくびれた部分は、なだらかに連続する曲面で構成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液滴噴射装置。
7. １つの前記圧力室に２つの前記ノズルが連通していることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液滴噴射装置。
8. 請求項１又は２に記載の液滴噴射装置の製造方法であって、
   前記圧力室プレートとなる第１のプレートに、エッチングにより前記圧力室を形成する圧力室形成工程と、
   前記ノズルプレートとなる第２のプレートに、レーザー加工又はプレス加工により、１つの前記圧力室に対応する複数の前記ノズルを形成するノズル形成工程と、
   前記第１連通プレートとなる第３のプレートに、前記圧力室及び前記複数のノズルに対応する前記第１連通孔を、エッチングにより形成する第１連通孔形成工程と、
   前記第１のプレートと前記第２のプレートの間において、前記第３のプレートを前記第２のプレートに接するように配置して、これら３枚のプレートを含む前記複数枚のプレートを積層して接合する接合工程と、
   を備えたことを特徴とする液滴噴射装置の製造方法。
9. 前記第２のプレートは合成樹脂材料からなり、
   前記ノズル形成工程において、前記ノズルをレーザー加工により形成することを特徴とする請求項８に記載の液滴噴射装置の製造方法。
10. 前記第２のプレートは金属材料からなり、
    前記ノズル形成工程において、前記ノズルをプレス加工により形成することを特徴とする請求項８に記載の液滴噴射装置の製造方法。
11. 前記第１のプレート及び前記第３のプレートは金属材料からなることを特徴とする請求項８〜１０の何れかに記載の液滴噴射装置の製造方法。

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